大学电机与拖课程 第八章单相异步电动机及控制电机.ppt

第六章?? 同步电机 同步电机基本结构*同步电机基本原理*三相同步电动机运行特性 第一节 三相同步电动机 一．异步电动机的同步化和三相同步电动机的工作原理1．异步电动机的同步化将三相异步电动机转子绕组供电方式加以改变，直接由直流电源供电，使其由原先流过低频交流电流改变为直流电流，所形成的磁通势及其磁场的极对数与定子旋转磁场的极对数一致，三相异步电动机就可变成三相同步电动机而稳定运行（见图6-1） 2.同步电动机的工作原理 可以看出：同步电动机的定子绕组与异步电动机的定子绕组完全相同，其作用是通入三相交流电后，可产生一个三相旋转磁场，来带动转子的固定磁场一起转动，利用两个磁场之间的相互吸引而产生电磁转矩． 同步电机和其他类型的电机一样，也遵循可逆原理，可按电动机方式运行，也可按发电机方式运行 二.同步电机的基本结构 1.定子:同异步电机没什么区别. 2.转子: 显(凸)极式，可用于同步电动机; 隐极式，既可用于同步电动机，也可用于同步发电机 三 同步电机的额定值 同步电机的额定值有： 1）额定电压：是指在正常运行时，按照制造厂的规定，定子三相绕组上的线电压。电压的单位用V或kV表示。 2）额定电流：流过定子绕组的线电流 。 3）额定功率：是指在正常运行时，电机的输出功率 。 四.电动势平衡方程式及相量图 五．运行特性 　　同步电动机的运行特性包括工作，调速和起动三个方面,由于同步电机调节输出功率以及调节励磁电流都会引起运行情况的改变，因此宜用励磁电流和输出功率作为参数来分析同步电机的运行特性．即： 功角特性：同步电动机在励磁电流不变的条件下，输出有功功率或电磁功率改变时的特性.同步电机的负载变化，即机械负载转矩的变化不会引起转速的变化。所以同步电动机电磁功率与相应的电磁转矩随负载而变化的情况不能用与转速的关系去表征，要用所谓功角特性去描述 V形曲线：表明同步电动机在有功功率输出不变或电磁功率不变的条件下，改变励磁电流引起电枢电流及功率因数如何变化的曲线(一)功角特性和V形曲线 １功角特性 当电源电压 U＝UN，励磁电流 If＝常数以及 φo 及Eo 均为常数时，同步电动机的电磁功率Pem（或电磁转矩Tem）与功率角θ的关系：Pem[或Tem＝f(θ)]如（图6-10），被称为同步电动机的功角特性（或矩角特性）即： 对应一定功率，有一条 V 形曲线，如此可得一簇曲线 （见图6-14） (二).转速特性及起动步骤 　　同步电机在电源频率恒定使定子合成磁场转速恒定的条件下，其转速必为同步转速 n0，是不可调节的，而平均电磁转矩却为零，即Temav = Tem(t)dt = 0因为同步电机仅在运行时才有平均电磁转矩，而起动过程是非同步运行状态，所以同步电动机不能自行起动，可采用异步起动启动（见图6-16） 第一节 伺服电动机伺服电动机又称为执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件。它将输入的电压信号转变为转轴的角位移或角速度输出，改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。根据使用电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。直流伺服电动机输出功率较大，功率范围为1～600瓦，有的甚至可达上千瓦；而交流伺服电动机输出功率较小，功率范围一般为0.1～100瓦。 (一)工作原理交流伺服电动机实际上就是两相异步电动机，所以有时也叫两相伺服电动机。如图7.4所示，电机定子上有两相绕组，一相叫励磁绕组f，接到交流励磁电源Uf上，另一相为控制绕组C，接入控制电压Uc，两绕组在空间上互差90°电角度，励磁电压Uf和控制电压Uc频率相同。交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之处。当交流伺服电动机的励磁绕组接到励磁电压Uf上，若控制绕组加上的控制电压UC为0V时（即无控制电压），所产生的是脉振磁通势，所建立的是脉振磁场，电机无起动转矩；当控制绕组加上的控制电压UC≠0V，且产生的控制电流与励磁电流的相位不同时，建立起椭圆形旋转磁场（若IC与If相位差为90°时，则为圆形旋转磁场），于是产生起动力矩，电机转子转动起来。 如果电机参数与一般的单相异步电动机一样，那么当控制信号消失时，电机转速虽会下降些，但仍会继续不停地转动。伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象称为“自转”。如果交流伺服电动机的电机参数与一般的单相异步电动机一样，那么转子电阻较小，其机械特性如图7-2（a）所示，当电机正向旋转时，S+1，T+ T- ,合成转矩即电机电磁转矩T= T+-T-0，所以，即使控制电压消失后，即UC=0V，电机在只有励磁绕组通电的情况下运行，仍有正向电磁转矩，电机转子仍会继续旋转，只不过电机转速稍有降低而已，于是产生“自转”现象而