《电机驱动与调速》第52讲（同步电机调速系统）

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1、1 第第 5252 讲讲 项目项目7 7 典型调速系统典型调速系统 任务任务19 19 典型交流调速系统典型交流调速系统 情景情景3 3 小容量同步电机恒压频比群控调速系统小容量同步电机恒压频比群控调速系统 教学目标教学目标 1 1、熟悉同步电机及其变频调速系统、熟悉同步电机及其变频调速系统 2 2、掌握无换向器同步电动机、掌握无换向器同步电动机 教学重点教学重点 同步电机及其变频调速系统同步电机及其变频调速系统 教学难点教学难点 无换向器同步电动机无换向器同步电动机 教学方法教学方法 探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法 教学手段教学手段 多媒体教

2、学、动画演示教学多媒体教学、动画演示教学 作业布置作业布置 作业题作业题7 7-6 6 2 教学过程：教学过程：项目项目7 7 典型调速系统典型调速系统 任务任务19 19 典型交流调速系统典型交流调速系统 情景情景3 3 小容量同步电机恒压频比群控调速系统小容量同步电机恒压频比群控调速系统 1 1、同步电机的结构、同步电机的结构 （a a）同步电动机模型）同步电动机模型 （b b）同步电动机各部件）同步电动机各部件 7 7-26 26 同步电动机的结构同步电动机的结构 3 同步电动机由定子和转子组成，如图同步电动机由定子和转子组成，如图7 7-2626所示。所示。（1 1）定子）定子 1 1

3、）定子铁芯）定子铁芯 采用采用0.5mm0.5mm硅钢片叠成，减少涡流和磁滞损耗。硅钢片叠成，减少涡流和磁滞损耗。2 2）定子绕组）定子绕组 定子绕组为交流绕组，发电机作为电枢绕组。定子绕组为交流绕组，发电机作为电枢绕组。（2 2）转子）转子 1 1）转子铁芯）转子铁芯 隐极式转子铁芯采用导磁性好的高强度合金钢整块锻成；隐极式转子铁芯采用导磁性好的高强度合金钢整块锻成；凸极式采用硅钢片叠成。凸极式采用硅钢片叠成。2 2）转子绕组）转子绕组 转子绕组为直流绕组，发电机作为励磁绕组。转子绕组为直流绕组，发电机作为励磁绕组。4 2 2、同步电动机的工作原理、同步电动机的工作原理 同步电动机定子绕组通

4、三相交流电，转子绕组通直流电，三同步电动机定子绕组通三相交流电，转子绕组通直流电，三相相 交流电在电机内部形成旋转磁场，转子在旋转磁场作用下旋转，交流电在电机内部形成旋转磁场，转子在旋转磁场作用下旋转，转转 子的速度是同步转速子的速度是同步转速n n0 0。如图如图7 7-2727所示，同步电动机转子随着旋转磁场等速旋转，空所示，同步电动机转子随着旋转磁场等速旋转，空间间 相对位置稳定，转子与定子空间角度相对位置稳定，转子与定子空间角度轻载时较小，满载时较大。轻载时较小，满载时较大。图图7 7-27 27 同步电机的工作原理图同步电机的工作原理图 5 转子转速和旋转磁场相同，即同步转速转子转速

5、和旋转磁场相同，即同步转速n n0 0=60f/p=60f/p。同步电动机的拖动转矩与同步电动机的拖动转矩与角成函数关系，角成函数关系，角太小或太大角太小或太大都都 会造成拖动力矩不足。额定工况下，会造成拖动力矩不足。额定工况下，角一般在角一般在3030左右。左右。导体运动经过磁极几何中性线，导体运动经过磁极几何中性线，交换线圈电源极性、交换线交换线圈电源极性、交换线圈圈 电流方向改变，而电磁力方向维持不变电流方向改变，而电磁力方向维持不变。3 3、同步电动机的特点、同步电动机的特点 异步电动机的气隙均匀，而同步电动机其中凸极式的气隙不异步电动机的气隙均匀，而同步电动机其中凸极式的气隙不均均

6、匀、直轴磁阻小、交轴磁阻大、产生磁阻转矩分量、数学模型复匀、直轴磁阻小、交轴磁阻大、产生磁阻转矩分量、数学模型复杂。杂。异步电动机功率因数滞后异步电动机功率因数滞后，而，而同步电动机的功率因数同步电动机的功率因数因可用因可用励励 磁电流调节磁电流调节可滞后也可超前可滞后也可超前。6 同步电动机转子有独立励磁，在同步电动机转子有独立励磁，在极低的电源频率下也能运行极低的电源频率下也能运行，同步电机的调速范围比异步电机更宽。同步电机的调速范围比异步电机更宽。异步电动机要靠加大转差才能提高转矩，而同步电动机只须异步电动机要靠加大转差才能提高转矩，而同步电动机只须加加 大功角就能增大转矩，转矩抗扰强。

7、大功角就能增大转矩，转矩抗扰强。同步电动机转速恒定，同步电动机转速恒定，功率因数可调到功率因数可调到1 1。一个工厂只需一台一个工厂只需一台 大容量同步电机改善全厂的功率因数大容量同步电机改善全厂的功率因数。4 4、同步电动机的变频调速系统、同步电动机的变频调速系统 （1 1）它控式变频调速）它控式变频调速 变频装置输出频率和转速是一种开环控制。变频装置输出频率和转速是一种开环控制。1 1）优势）优势 采用一台变频器控制多台同时起动调速小同步电机，易于群采用一台变频器控制多台同时起动调速小同步电机，易于群控。控。2 2）缺陷）缺陷 一台电动机失步，影响整个群控系统正常工作。一台电动机失步，影响

8、整个群控系统正常工作。7 图图7 7-28 28 它控式变频调速系统它控式变频调速系统 （2 2）自控式变频调速）自控式变频调速 图图7 7-29 29 自控式变频调速系统自控式变频调速系统 8 ASRASR和和ACRACR为带有积分和输出限幅的为带有积分和输出限幅的PIPI调节器。调节器。5 5、无换向器同步电动机、无换向器同步电动机 无换向器电动机是一种属于自控式的同步电动机，它由磁极无换向器电动机是一种属于自控式的同步电动机，它由磁极位位 置检测器、同步电动机和半导体变频器共同组成电动机系统。置检测器、同步电动机和半导体变频器共同组成电动机系统。根据所用的变频器型式不同，可分为直流无换向

9、器电动机系根据所用的变频器型式不同，可分为直流无换向器电动机系统统 (即交即交-直直-交电动机系统交电动机系统)和交流无换向器电动机系统和交流无换向器电动机系统(即交即交-交电交电动动 机系统机系统)。（1 1）无换向器电动机的特点）无换向器电动机的特点 1 1）逆变器的输出电源的频率和电机转速保持同步。此乃区别）逆变器的输出电源的频率和电机转速保持同步。此乃区别 于其他同步电机的最显著的结构特点。于其他同步电机的最显著的结构特点。2 2）有直流电动机的调速特性。）有直流电动机的调速特性。3 3）有与异步电机一样的结构简单、维护和检修少等优点，它）有与异步电机一样的结构简单、维护和检修少等优点

10、，它 既可作直流调速也可作交流调速。既可作直流调速也可作交流调速。9 （2 2）无换向器电动机的工作原理）无换向器电动机的工作原理 如图如图7 7-3030所示。图中所示。图中A A-X X、B B-Y Y、C C-Z Z分别为三相定子绕组的首分别为三相定子绕组的首 末端；中心的末端；中心的N N-S S为转子永久磁极；为转子永久磁极；2/32/3扇形片为装于转子上的遮扇形片为装于转子上的遮光光 板，随转子永久磁极一起转动；板，随转子永久磁极一起转动；VP1VP1、VP2VP2、VP3VP3为三个光电器件，为三个光电器件，均由光源和感光器组成，不随转子和遮光板转动。均由光源和感光器组成，不随转

11、子和遮光板转动。图图7 7-30 30 三相绕组无换向器电动机的运行原理三相绕组无换向器电动机的运行原理 10 由图分析可见，转子能连续运转，定子绕组通入的电流越大，由图分析可见，转子能连续运转，定子绕组通入的电流越大，转矩就越大，电动机的转速就越高。转矩就越大，电动机的转速就越高。（3 3）三相全控桥式电子开关电路）三相全控桥式电子开关电路 图图7 7-33 33 交交-直直-交变频器供电交变频器供电 （无换向器电机（无换向器电机=同步电机同步电机+逆变器逆变器+转子位置检测器）转子位置检测器）11 图图7 7-34 34 交交-交变频器供电交变频器供电 （4 4）梯形波无换向器电机调速系统

12、）梯形波无换向器电机调速系统 如图如图7 7-3939所示。所示。12 图图7 7-39 39 无换向器电机调速系统结构框图无换向器电机调速系统结构框图 13 其速度外环的运算结果作为电流给定信号，电流调节器的运其速度外环的运算结果作为电流给定信号，电流调节器的运算算 结果作为结果作为PWMPWM发生器的直流参考信号，该直流参考信号与载波信号发生器的直流参考信号，该直流参考信号与载波信号 相比较而产生控制占空比的相比较而产生控制占空比的PWMPWM信号，从而信号，从而通过驱动电路去控制定通过驱动电路去控制定 子电流子电流/电压幅值，达到控制转矩大小的目的电压幅值，达到控制转矩大小的目的。逻辑控制单元可以控制驱动电路的供电频率和相序，控制升逻辑控制单元可以控制驱动电路的供电频率和相序，控制升速、速、降速过程及转动方向。降速过程及转动方向。调速系统的运行原理与普通直流电动机逻辑无环流调速系统调速系统的运行原理与普通直流电动机逻辑无环流调速系统的的 运行原理类似，可以借鉴传统的直流调速系统设计经验进行设计，运行原理类似，可以借鉴传统的直流调速系统设计经验进行设计，并获得较高的动、静态性能。并获得较高的动、静态性能。