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同步电动机变压变频调速系统 内容提要 同步电动机变压变频调速的特点及其基本类型 他控变频同步电动机调速系统 自控变频同步电动机调速系统 5.1 同步电动机变压变频调速的特点 及其基本类型 本节提要 概述 同步调速系统的类型 同步调速系统的特点 1. 概述 同步电动机历来是以转速与电源频率保持严格同步著称的。只要电源频率保持恒定，同步电动机的转速就绝对不变。 采用电力电子装置实现电压-频率协调控制，改变了同步电动机历来只能恒速运行不能调速的面貌。起动费事、重载时振荡或失步等问题也已不再是同步电动机广泛应用的障碍。 同步电机的特点与问题 优点 （1）转速与电压频率严格同步； （2）功率因数高到1.0，甚至超前。 存在的问题 （1）起动困难； （2）重载时有振荡，甚至存在失步危险。 解决思路 问题的根源： 供电电源频率固定不变。 解决办法： 采用电压-频率协调控制，可解决由固定频率电源供电而产生的问题。 例如 对于起动问题： 通过变频电源频率的平滑调节，使电机转速逐渐上升，实现软起动。 对于振荡和失步问题 ： 由于采用频率闭环控制，同步转速可以跟着频率改变，于是就不会振荡和失步了。 2. 同步调速系统的类型 （1）他控变频调速系统 用独立的变压变频装置给同步电动机供电的系统。 （2）自控变频调速系统 用电动机本身轴上所带转子位置检测器或电动机反电动势波形提供的转子位置信号来控制变压变频装置换相时刻的系统。 3. 同步调速系统的特点 （1）交流电机旋转磁场的同步转速?1与定子电源频率 f1 有确定的关系 异步电动机的稳态转速总是低于同步转速的，二者之差叫做转差 ?s ；同步电动机的稳态转速等于同步转速，转差 ?s = 0。 （2）异步电动机的磁场仅靠定子供电产生，而同步电动机除定子磁动势外，转子侧还有独立的直流励磁，或者用永久磁钢励磁。 （3） 同步电动机和异步电动机的定子都有同样的交流绕组，一般都是三相的，而转子绕组则不同，同步电动机转子除直流励磁绕组（或永久磁钢）外，还可能有自身短路的阻尼绕组。 （4）异步电动机的气隙是均匀的，而同步电动机则有隐极与凸极之分，隐极式电机气隙均匀，凸极式则不均匀，两轴的电感系数不等，造成数学模型上的复杂性。但凸极效应能产生平均转矩，单靠凸极效应运行的同步电动机称作磁阻式同步电动机。 （5）异步电动机由于励磁的需要，必须从电源吸取滞后的无功电流，空载时功率因数很低。同步电动机则可通过调节转子的直流励磁电流，改变输入功率因数，可以滞后，也可以超前。当 cos? = 1.0 时，电枢铜损最小，还可以节约变压变频装置的容量。 （6）由于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，因此，在同样条件下，同步电动机的调速范围比异步电动机更宽。 （7）异步电动机要靠加大转差才能提高转矩，而同步电机只须加大功角就能增大转矩，同步电动机比异步电动机对转矩扰动具有更强的承受能力，能作出更快的动态响应。 *5.2 他控变频同步电动机调速系统 与异步电动机变压变频调速一样，用独立的变压变频装置给同步电动机供电的系统称作他控变频调速系统。 本节提要 转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统 由交-直-交电流型负载换流变压变频器供电的同步电动机调速系统 由交-交变压变频器供电的大型低速同步电动机调速系统 按气隙磁场定向的同步电动机矢量控制系统 同步电动机的多变量动态数学模型 *5.2.1 转速开环恒压频比控制的同步电动机 群调速系统 转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统，是一种最简单的他控变频调速系统，多用于化纺工业小容量多电动机拖动系统中。 这种系统采用多台永磁或磁阻同步电动机并联接在公共的变频器上，由统一的频率给定信号同时调节各台电动机的转速。 系统组成 系统控制 多台永磁或磁阻同步电动机并联接在公共的电压源型PWM变压变频器上，由统一的频率给定信号 f * 同时调节各台电动机的转速。 PWM变压变频器中，带定子压降补偿的恒压频比控制保证了同步电动机气隙磁通恒定，缓慢地调节频率给定 f * 可以逐渐地同时改变各台电机的转速。 系统特点 系统结构简单，控制方便，只需一台变频器供电，成本低廉。 由于采用开环调速方式，系统存在一个明显的缺点，就是转子振荡和失步问题并未解决，因此各台同步电动机的负载不能太大。 *5.2.2 由交-直-交电流型负载换流变压变频