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步进电机和同步电机
第六章 同步电机;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;转子绕组作“两并一串”联接,并且通入直流后所建立的磁动势和磁场的基波分布图;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。;;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;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中电磁转矩为最大值,磁极沿反时针方向转动
图b中无电磁转矩
但若电刷和磁极同时旋转,那么电机将继续旋转
;2、工作分析
选择ωt=0, ωt=120o, ωt=240o, ωt=360o时分析电机转动;三、调速原理与性能分析(自学);第三节 其他同步电动机;2、工作原理
工作时气隙磁场沿钢片进入转子直轴磁路,
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