1、電力拖動與控制第四章第四章同步電動機的同步電動機的 電力拖動電力拖動 同步電動機的起動同步電動機的起動 同步異步電動機的調速同步異步電動機的調速 第一節第一節 同步電動機的起動同步電動機的起動電磁轉矩 同步電動機起動比較困難，若把同步電動機的定子直接投入電網,轉子加上直流勵磁，則定子旋轉磁場以同步轉速旋轉，轉子上的電磁轉矩快速的正、負交變，平均轉矩為零,同步電機不能自行起動。上述情況可用圖4-1來說明。 為把同步電動機起動起來，必須要借助其他方法。圖4-1 相隔半周同步電動機的定子電流、轉子磁場和轉矩間的關系 設在起動初瞬間，定子電流和轉子磁場的方向如圖4-1a所示，則按左手定則，定子導體上將

2、受到一個由右向左的轉矩，定子不動，就相當于轉子上受到一個自左向右的轉矩，但因轉子有轉動慣量，對于這一轉矩尚不能立即響應，可是在半個周期以后，（即1/100s以后），定子電流方向已倒轉如圖4-1b所示，轉子上就將受到一個由右向左的轉矩，如此變化不已，可見轉子上受到的平均轉矩為零。故同步電動機不能起動。 這是同步電動機常用的一種起動方法。 它是借助于在同步電動機轉子上裝置阻尼繞組的方法來獲得起動轉矩。 阻尼繞組和異步電動機的鼠籠繞組相似，只是它裝在轉子磁極的極靴上，兩極之間的空隙處沒有裝阻尼條，是一個不完整的鼠籠繞組，有時就稱同步電動機的阻尼繞組為起動繞組。 圖4-2 同步電動機異步起動時的線路圖

3、起動方法: 第一步，把同步電動機的勵磁繞組經過一個電阻短接，電阻的阻值約為勵磁繞組本身電阻值的10倍左右。 第二步，將同步電動機定子繞組接通電源，這時同步電動機由于起動繞組的作用，產生異步轉矩而起動，一般它的轉速將達到同步轉速的95%左右。 第三步，將勵磁繞組與直流電源接通，這時轉子上增加了一個轉差頻率的交變轉矩，轉子磁場與定子磁場間的相互吸引力便把轉子拉住，使它跟著定子磁場以同步轉速旋轉，即所謂牽入同步。 同步電動機異步起動過程可以分為兩個階段： 異步起動至接近同步速度。 牽入同步。 起動時勵磁繞組不能開路 ,否則定子旋轉磁場會在匝數較多的勵磁繞組中感應出高電壓，易使勵磁繞組擊穿或引起人身事

4、故。也不能直接短路，否則勵磁繞組（相當于一個單相繞組）中的感應電流與氣隙磁場相互作用，會產生顯著的單軸轉矩，使合成電磁轉矩在0.5 附近產生明顯的下凹，從而使電動機的轉速停止在0.5附近不能繼續上升。需采用串電阻短接。圖4-3 同步電動機異步起動時的轉矩曲線二、輔助電動機起動二、輔助電動機起動 同步電動機也可以用輔助電動機拖動而起動，此時通常選用與同步電動機極數相同的異步電動機（容量約為主機的10%-15%）作為輔助電動機，當輔助電機把主機拖動到同步轉速時，再用自整步法把主機投入電網。 這種起動方法投資大、占地面積大，不適合帶負載起動，所以用得不多。三、變頻起動三、變頻起動 這是一種性能較好的

5、起動方法，起動電流小，對電網沖擊小，但要求有一個專門的變頻電源。起動時，電動機的轉子加上勵磁，把變頻裝置的輸出頻率調得很低，使同步電機定子的旋轉磁場轉得很慢，這樣依靠定轉子旋轉磁場之間相互作用所產生的同步電磁轉矩，就可使電動機開始轉動，并在很低的轉速下運轉，然后逐步提高電源的頻率，一直到額定轉速為止。 第二節第二節 同步電動機的調速同步電動機的調速 一、變頻調速系統中應用的同步電動機一、變頻調速系統中應用的同步電動機 根據調速系統的容量不同，所用同步電動機在結構形式上有所不同。對于大中容量的調速系統一般采用普通的電勵磁型式結構，容量較大的電動機采用無刷勵磁方式，對于小型調速裝置，特別是多機傳動

6、系統，多采用結構更為簡單的磁阻式和永磁式同步電動機。 二、同步電動機變頻調速控制方式二、同步電動機變頻調速控制方式 1 1他控式他控式 他控式變頻調速系統，利用同步電機轉速與氣隙旋轉磁場嚴格的同步關系，通過改變變頻裝置的輸出頻率實現對同步電動機調速。他控式變頻調速系統中所用的變頻裝置是獨立的，其輸出頻率直接由速度給定信號決定，屬于轉速開環控制系統。由于這種系統沒有解決同步電動機的失步、震蕩等問題，所以在 實 際 需 要 調 速 的 場 合 很 少 使 用 。2 2自控式自控式 自控式變頻調速系統是通過調節電動機輸入電壓進行調速的，變頻裝置的輸出頻率直接受同步電動機自身轉速的控制。每當電動機轉過

7、一對磁極，控制變頻器的輸出電流正好變化一周期，電流周期始終與轉子保持同步，不會出現失步現象。 同步電動機變頻調速系統一般采用自控式運行。 同步電動機變頻調速系統由同步電動機MS、變頻器、轉子位置檢測器BG和控制裝置組成，如圖4-4所示。 其中，控制裝置的作用主要是分析轉子磁極位置檢測器的信號，判斷轉子的真實位置和轉速，按一定的控制策略產生控制信號控制變頻器輸出的頻率、幅值和相位，從而達到同步跟蹤轉子轉速的目的。 自控式同步電動機調速系統可分為三種常見的類型：圖4-4自控式同步電動機調速系統結構原理圖 交-直-交電壓型同步電動機調速系統主電路由二極管不可控整流器、濾波電容、PWM控制的逆變器和同

8、步電動機組成。逆變器元件可以采用GTO、IGBT、MOS管等，此類型的變頻器常與小容量的永磁同步電動機組合成永磁同步電動機伺服系統。 該系統的特點有： 1）調速范圍寬； （1 1）交）交- -直直- -交電壓型同步電動機調速系統交電壓型同步電動機調速系統2）永磁同步電動機轉子沒有損耗，系統效率 高；3）可采用矢量控制或直接轉矩控制等高性能 的控制理論使調速系統性能得到很大提 高；4）由于永磁同步電動機減小磁通很難，所以 不適合基頻以上的恒功率調速。 交-直-交電流型同步電動機調速系統主電路由整流器、平波電抗器、逆變器和同步電動機組成。整流器和逆變器采用的都是晶閘管。變頻器輸出電流的幅值由整流器

9、中晶閘管的可控角控制，而輸出頻率根據轉子磁極位置檢測器信號由逆變器控制。由于逆變器中晶閘管的換相方式是負載換相，所以這種系統又稱為交-直-交電流型負載換相同步電動機調速系統。 （2 2）交）交- -直直- -交電流型同步電動機調速系統交電流型同步電動機調速系統該系統的特點有： 1）能實現無級調速，并能實現四象限運行； 2）低速時換相困難，轉矩脈動大，運行性能 差； 3）逆變器采用負載換相，使用的晶閘管少， 控制方便。但負載換相要求電動機工作在 超前功率因數下，導致變頻器要求容量大、 過載能力低。 （3 3）交）交- -交變頻同步電動機調速系統交變頻同步電動機調速系統 交-交變頻同步電動機調速系統主電路中的變頻器每一相都是由正、反兩組反并聯的晶閘管組成。正、反兩組按一定周期相互切換工作，就