同步电动机变压变频调速系统.ppt

电力拖动自动控制系统 —运动控制系统第8章同步电动机变压变频调速系统 同步电动机变压变频调速系统同步电动机直接投入电网运行时，存在失步与起动困难两大问题，曾制约着同步电动机的应用。同步电动机的转速恒等于同步转速，所以同步电动机的调速只能是变频调速。 同步电动机变压变频调速系统变频技术的发展与成熟不仅实现了同步电动机的调速，同时也解决了失步与起动问题，使之不再是限制同步电动机运行的障碍。随着变频技术的发展，同步电动机调速系统的应用日益广泛。同步电动机调速可分为自控式和他控式两种，适用于不同的应用场合。 内 容 提 要同步电动机的稳态模型与调速方法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同步电动机矢量控制系统同步电动机直接转矩控制系统 8.1同步电动机的稳态模型与调速方法同步电动机的基本特征与调速方法，讨论同步电动机的矩角特性和稳定运行，分析同步电动机的失步与起动问题。讨论同步电动机变频调速的机械特性。 8.1.1 同步电动机的特点同步电动机在转子侧有独立的直流励磁，或者靠永久磁钢励磁。还可能有自身短路的阻尼绕组。同步电动机的稳态转速恒等于同步转速，机械特性硬 8.1.1 同步电动机的特点同步电动机有隐极与凸极之分。隐极式电机气隙均匀；凸极式则不均匀，磁极直轴磁阻小，极间交轴磁阻大，两轴的电感系数不等，使数学模型更复杂一些。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，同步电动机的调速范围比异步电动机更宽。 8.1.1 同步电动机的特点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，动态响应快。 8.1.1 同步电动机的分类 同步电动机按励磁方式分为可控励磁同步电动机和永磁同步电动机两种。可控励磁同步电动机在转子侧有独立的直流励磁，可以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。永磁同步电动机的转子用永磁材料制成，无需直流励磁。 永磁同步电动机的优点采用了永磁材料磁极，磁能积高，体积小、重量轻；转子没有铜损和铁损，没有滑环和电刷的摩擦损耗，运行效率高；转动惯量小，允许脉冲转矩大，可获得较高的加速度，动态性能好；结构紧凑，运行可靠。 气隙磁场分布正弦波永磁同步电动机——磁极采用永磁材料，输入三相正弦波电流时，气隙磁场为正弦分布，称作正弦波永磁同步电动机，或简称永磁同步电动机缩写为PMSM。 梯形波永磁同步电动机——气隙磁场呈梯形波分布，性能更接近于直流电动机。梯形波永磁同步电动机构成的自控变频同步电动机又称作无刷直流电动机，缩写为BLDM。 8.1.3 同步电动机的转矩角特性在忽略定子电阻时，同步电动机从定子侧输入的电磁功率 8.1.3 同步电动机的转矩角特性图8-1 凸极同步电动机稳定运行相量图 8.1.3 同步电动机的转矩角特性电磁功率 8.1.3 同步电动机的转矩角特性电磁转矩 第1部分由转子磁动势产生，是同步电动机的主转矩；第2部分由于磁路不对称产生，称作磁阻反应转矩。 8.1.3 同步电动机的转矩角特性图8-2 凸极同步电动机的矩角特性 8.1.3 同步电动机的转矩角特性隐极同步电动机 电磁功率电磁转矩 8.1.3 同步电动机的转矩角特性图8-3 隐极同步电动机的矩角特性电磁转矩最大 8.1.4 同步电动机的稳定运行图8-4 隐极同步电动机的矩角特性能够稳定运行 8.1.4 同步电动机的稳定运行图8-5 隐极同步电动机的矩角特性不能稳定运行，产生失步现象。 8.1.5 同步电动机的起动当同步电动机在工频电源下起动时，定子磁动势以同步转速旋转，电动机转速具有较大的滞后，不能快速跟上同步转速；在一个周期内，电磁转矩的平均值等于零，故同步电动机不能起动。同步电动机中转子有起动绕组，使电动机按异步电动机的方式起动，当转速接近同步转速时再通入励磁电流牵入同步。 8.1.6 同步电动机的调速同步电动机的转速等于同步转速同步电动机有确定的极对数同步电动机的调速只能是改变电源频率的变频调速。 8.1.6 同步电动机的调速忽略定子漏阻抗压降，则定子电压 同步电动机变频调速的电压频率特性与异步电动机变频调速相同。基频以下采用带定子压降补偿的恒压频比控制方式，基频以上采用电压恒定的控制方式。 8.1.6 同步电动机的调速图8-6 同步电动机变频调速机械特性基频以下 基频以上 8.2他控变频同步电动机调速系统他控变频调速的特点是电源频率与同步电动机的实际转速无直接的必然联系。控制系统结构简单，可以同时实现多台同步电动机调速。没有从根本上消除失步问题。 8.2.1转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统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