步进电机及同步电机.ppt

第六章 同步电机 一、 三相异步电动机同步运行和同步电动机的工作原理 1、理由 转子电流既可感应产生，也可由传导产生 2、实现方法 如图 3、原理分析 Iax=Iyb+Izc Iyb=Izc=–Iby =–Icz = Iax 交流电流ωt=0时 iax=Imcosωt=Imcos0=Im iby=Imcos(ωt–120o)=Imcos120o=– Im icz=Imcos(ωt+120o)=Imcos120o=– Im 注：异步电动机的同步运行可看做异步电动机的一种特殊状态，s=0，f2=0。 结论：采用双边励磁的方式可以实现异步电动机的同步运行 二、同步电动机的基本结构 1、定子 与异步电机定子无太大区别。 2、转子 ①种类：隐极式 凸极式 ②构成：采用钢板冲压叠置而成，其上套有铜线励磁绕组→磁极极性交替排列 励磁绕组出线端接到集电环上，再与电刷接触 磁极上有笼型绕组→阻尼绕组 三、电动势平衡方程式及相量图 1、磁动势种类及特点 Fa+Ff 两者无相对运动 负载时合成气隙磁场会发生变化 2、运行分析 ①分析方法：叠加原理←磁路线性←气隙大 ②电磁关系：如下图 ③电动势平衡方程式 电枢反应电抗Xa 与漏抗 Xσ合并用同步电抗Xt 表示。 Xt= Xσ+ Xa ④相矢图：如右图 3、凸极效应 ①分析方法：考虑到凸极效应，为了便于分析，采用所谓双反应理论，即把电枢磁动势矢量 Fa 分解成d分量和q分量。 ④凸极同步电动机电动势平衡方程式 直轴同步电抗Xd=Xad+Xσ 交轴同步电抗Xq=Xaq+Xσ 四、运行特性 定义：在U=UN，If=常数的情况下，Te、I、cosφ、η、n与输出功率P2之间的关系，即Te=f(P2)、I =f(P2) 、cosφ=f(P2) 、η=f(P2) 、n=f(P2) 。 但仅有以上描述不足，须有以下才能全面了解同步电动机的运行特性 （一）功角特性和V 形曲线 1、功角特性 ①功率与电磁转矩：P1=Pe+pcua Pe=P2+(pFe+pmech+pΔ)= P2+ p0 ——→ Te= T2+ T0 pcua为定子铜耗 ②功角特性表达式： 忽略定子电阻，有 Pe≈P1=mUIcosφ ——→mUIcos(ψ –θ) =mUIcosψcosθ + mUIsinψsinθ θ为功率角 ψ为内功率因数角 φ为功率因数角 （或 ）称为基本分量； （或 ）称为附加分量； ③功角特性图：当电源电压U=UN ，励磁电流不变时，同步电动机的电磁功率（或电磁转矩）与功率角的关系如右图所示。 ④附加分量产生的原因 A.结构须为凸极式 B.旋转磁极的磁回路总是经过磁阻最小的路径 ⑤功率角的范围 A.空载运行时 P2=0 由Pe和Te的计算式→改变If，可以改变Pe和Te →负载突增时，增加If，提高电机的稳定性，避免失步 2、V形曲线 ①定义：当电源U=UN、f=fN，在输出功率P2=不变时，调节励磁电流If ，定子电流I 会相应地变化，I=f(If) 曲线形状像英文字母V，称为V 形曲线。 ②产生原因： 在If=If1时， If↑→Φ0↑→E0↑ —————→I ↑，但Icosφ=常数→ φ↑超前 If↓→Φ0↓→E0↓ —————→I ↓，但Icosφ=常数→ φ↑滞后 结论：改变If ，可改变cosφ的大小和性质 （二）转速特性及起动步骤 1、从功角特性分析同步运行原理 θ=(Ωs－Ω)t+θ0 平均转矩： 2、起动过程 ①起动存在的问题：起动时转速是变化的，同步电动机在同步转速状态下才有平均电磁转矩 ②解决方法：采用异步起动法，依靠转子磁极的笼型绕组 ③起动步骤：如图 第二节 无换向器电动机——自控式同步电动机 特点：频率闭环控制的同步电动机，若是永磁铁励磁，则称为无刷直流电机 一、自控式同步电动机运行方式分类 1、交-直-交系统的自控式同步电动机 2、交-交系统的自控式同步电动机 ①构成：主要由同步电动机+变频器+位置检测器+控制线路等 ②工作原理：50Hz交流电源→其他频率交流电→电机转动 二、工作原理 1、类比 ①自控式同步电动机可看做是定、转子位置互换的直流电动机 ②理由：自控式同步电动机转子采用直流励磁；定子通过逆变器(变频器)供电，转轴上的位置传感器测定定子和转子磁场和位置，以控制电力电子开关元件的通断→保证定子脉冲步进磁动势（即电枢磁动势）与转子磁动势（即励磁磁动势）同步转动。 直流电动机定子励磁，而转子绕组内的电流是 交流电流，而且转速不同时 其交变的频率不同，且两者产生的磁动势始终垂直，如右图 假想：将磁极装在转子上，电枢绕组和换向器装在定子上，如下图。 图a中电磁转矩