电力拖动与控制第3版李岚电子课件第四章节同步电动机的电力拖动.pptxVIP

第一篇 电力拖动基础 第四章 同步电动机的电力拖动电力拖动与控制主要内容同步电动机的起动同步电动机的调速电力拖动与控制第一节 同步电动机的起动 同步电动机起动比较困难，若把同步电动机的定子直接投入电网，转子加上直流励磁，则定子旋转磁场以同步转速旋转，转子上的电磁转矩快速的正、负交变，平均转矩为零，同步电动机不能自行起动。 上述情况可用图4-1来说明。电力拖动与控制第一节 同步电动机的起动图4-1 相隔半周同步电动机的定子电流、转子磁场和转矩间的关系电力拖动与控制第一节 同步电动机的起动为了清晰起见，图中仅标出A相电流。 设在起动瞬间，定子电流和转子磁场的方向如图4-1a，按左手定则，定子导体上受到一个由右向左的转矩，定子不动，就相当于转子上受到一个自左向右的转矩，但因转子有惯性，不能立即响应。 可是在半个周期以后（即1/100s以后），定子电流方向已改变如图4-1b，转子上受到一个由右向左的转矩，如此变化不已，使转子上受到的平均转矩为零。故同步电动机不能起动，必须借助其他方法。 电力拖动与控制一、异步起动法 在同步电动机转子上装设阻尼绕组（称起动绕组）来获得起动转矩。 起动方法： 1.把同步电动机励磁绕组经过一个电阻短接。 2.同步电动机定子绕组接通电源，由于起动绕组的 作用，产生异步转矩而起动。 3.将励磁绕组与直流电源接通，转子上增加了交变 转矩，转子磁场与定子磁场相互吸引力使转子跟 着定子磁场以同步速旋转，即牵入同步。电力拖动与控制一、异步起动法 图4-2 同步电动机异步起动时的线路图图4-3 同步电动机异步起动时的转矩曲线电力拖动与控制一、异步起动法 注意： 异步起动时励磁绕组不能开路 ,否则定子磁场会在励磁绕组中感应高电压，易使励磁绕组击穿。 励磁绕组也不能直接短路，否则励磁绕组中的感应电流与气隙磁场相互作用，会产生显著的单轴转矩使合成电磁转矩在0.5n1附近产生明显下凹（如图4-3），使转速不能继续上升。电力拖动与控制二、辅助电动机起动 同步电动机也可以用辅助电动机拖动而起动，此时通常选用与同步电动机极数相同的异步电动机（容量约为主机的10%-15%）作为辅助电动机，当辅助电动机把主机拖动到同步转速时，再用自整步法把主机投入电网。 这种起动方法投资大、占地面积大，不适合带负载起动，所以用得不多。电力拖动与控制三、变频起动 这是一种性能较好的起动方法，起动电流小，对电网冲击小，但要求有一个专门的变频电源。 起动时，电动机的转子加上励磁，把变频装置的输出频率调得很低，使同步电动机定子的旋转磁场转得很慢，这样依靠定转子旋转磁场之间相互作用所产生的同步电磁转矩，就可使同步电动机开始转动，并在很低的转速下运转，然后逐步提高电源的频率，一直到额定转速为止。 当电动机投入电网后变频电源就被切除。电力拖动与控制第二节 同步电动机的调速一、变频调速系统中应用的同步电动机 根据调速系统的容量不同，所用同步电动机在结构形式上有所不同。 对于大中容量调速系统一般用普通的电励磁型式结构。 如希望做成无接触式，则中小容量电动机采用爪极式，容量较大的电动机采用无刷励磁方式。 对于小型调速装置，特别是多机传动系统，多采用结构更为简单的磁阻式和永磁式同步电动机。 电力拖动与控制二、同步电动机变频调速控制方式1.他控式 他控式变频调速系统，利用同步电动机转速与气隙旋转磁场严格的同步关系，通过改变变频装置的输出频率实现对同步电动机调速。 他控式变频调速系统中所用的变频装置是独立的，其输出频率直接由速度给定信号决定，属于转速开环控制系统。 由于这种系统没有解决同步电动机的失步、震荡等问题，所以在实际需要调速的场合很少使用。电力拖动与控制二、同步电动机变频调速控制方式2.自控式 自控式变频调速系统是通过调节电动机输入电压进行调速的，变频装置的输出频率直接受同步电动机自身转速的控制。 每当电动机转过一对磁极，控制变频器的输出电流正好变化一周期，电流周期始终与转子保持同步，不会出现失步现象。 同步电动机变频调速系统由同步电动机MS、变频器、转子位置检测器BG和控制装置组成，如图4-4。电力拖动与控制二、同步电动机变频调速控制方式图4-4　自控式同步电动机调速系统结构原理图 控制装置的作用主要是分析转子磁极位置检测器的信号，判断转子的真实位置和转速，按一定的控制策略产生控制信号，控制变频器输出的频率、幅值和相位，从而达到同步跟踪转子转速的目的。电力拖动与控制二、同步电动机变频调速控制方式 自控式同步电动机调速系统可分为三种常见的类型：1. 交-直-交电压型同步电动机调速系统 主电路由二极管不可控整流器、滤波电容、PWM控制的逆变器和同步电动机组成。逆变器元件可以采用GTO、IGBT、 MOS管等。 此类型的变频器常与小容量的永磁同步电动机组合成永磁同步电动