电机与拖动课件：第6章同步电机的电力拖动

1、第第 6 章章 同步电机的电力拖动同步电机的电力拖动6.1 三相同步电动机的机械特性三相同步电动机的机械特性 6.2 三相同步电动机的起动三相同步电动机的起动 6.3 三相同步电动机的调速三相同步电动机的调速 6.4 三相同步电动机的制动三相同步电动机的制动 *6.5 开关磁阻电动机开关磁阻电动机 6.1 三相同步电动机的机械特性三相同步电动机的机械特性 6.2 三相同步电动机的起动三相同步电动机的起动 6.3 三相同步电动机的调速三相同步电动机的调速 6.4 三相同步电动机的制动三相同步电动机的制动 *6.5 开关磁阻电动机开关磁阻电动机 电机与拖动电机与拖动6.1 三相同步电动机的机械特性

2、三相同步电动机的机械特性 负载变化时，同步电动机怎样调节？负载变化时，同步电动机怎样调节？ 同步电动机的过载能力同步电动机的过载能力 同步电动机能否在异步转速下运行？同步电动机能否在异步转速下运行？ 同步电动机的机械特性同步电动机的机械特性第第6 章章 同步电动机的电力拖动同步电动机的电力拖动SNSNn0 同步电动机能否在异步转速下运行？同步电动机能否在异步转速下运行？6.1 三相同步电动机的机械特性三相同步电动机的机械特性SNSNSNSNNSSN 转子上产生的电磁转矩的平均值为零。转子上产生的电磁转矩的平均值为零。n0TnO 复习复习：异步电动机的自适应负载能力：异步电动机的自适应负载能力

3、电动机的电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动电磁转矩可以随负载的变化而自动调整调整这种能力称为自适应负载能力。这种能力称为自适应负载能力。a 点点TL 新的平衡新的平衡 TL a点点aaTTL0n I2 T I1 P1 负载变化时，同步电动机怎样调节？负载变化时，同步电动机怎样调节？ 如果如果 0 M 。 a 点：点： T = TLT0， n = n0 ， = a 。 假设假设 TL ，则，则 TLT0T n T b 点点：T = TLT0 ， n = n0 ， = b a 。 如果如果 M180o 。 c 点：当点：当TL 时，时， TLT0T n T a 负载变化时，同步电动机怎样调节？

4、负载变化时，同步电动机怎样调节？6.1 三相同步电动机的机械特性三相同步电动机的机械特性OPe / T 90o PeM(TM)TLcn 失步失步。bTL隐极同步电动机的稳定运行范围是隐极同步电动机的稳定运行范围是0 M 。超过该范围，。超过该范围，同步电动机将不稳定运行；同步电动机将不稳定运行； 功率角功率角 的物理意义的物理意义同步电动机的矩角特性同步电动机的矩角特性类似于类似于异步电动机的机械特性，异步电动机的机械特性，其中的功率角其中的功率角相当于相当于异步电动机的转差率异步电动机的转差率s s。同转差率一样，随着负载转矩的增加，功率角将有所增同转差率一样，随着负载转矩的增加，功率角将有

5、所增加，由矩角特性可知，电磁转矩将相应的增加，最终电加，由矩角特性可知，电磁转矩将相应的增加，最终电磁转矩与负载转矩相平衡。但同步电动机仍保持同步速磁转矩与负载转矩相平衡。但同步电动机仍保持同步速运行。运行。 同步电动机的过载能力同步电动机的过载能力 MT = TMTN 当当 I1L = IN 时，满载。时，满载。 当当 I1LIN 时，过载。时，过载。 不允许长期过载，允许短时过载。短时过载不允许长期过载，允许短时过载。短时过载时要求时要求 TLT0TM 。 过载能力（当过载能力（当U1L = UN，If = IfN时）：时）：= 1sin NTMTN= 2 2.5 三相隐极同步电动机：三相

6、隐极同步电动机： If TM 过载能力过载能力 。 MT 增加转子增加转子可以提高同步电动机的过载能力，可以提高同步电动机的过载能力，进而提高电力拖动系统的稳定性。进而提高电力拖动系统的稳定性。 TM E0 N是固是固定的定的值吗值吗 同步电动机的机械特性同步电动机的机械特性当当 f1 = 常数时，关系常数时，关系 n = f (T) 称为机械特性。称为机械特性。OTnn0TNTM 特点：特点： 斜率斜率 = 0， 硬度硬度 =。 绝对硬特性。绝对硬特性。6.1 三相同步电动机的机械特性三相同步电动机的机械特性同步电动机的同步电动机的静差率等于静差率等于多少？多少？6.2 三相同步电动机的起动

7、三相同步电动机的起动 三相同步电动机的主要缺点是自身没有起三相同步电动机的主要缺点是自身没有起 动转矩，即动转矩，即 TST= 0 。因此无法自己起动。因此无法自己起动。1. 拖动起动法拖动起动法2. 异步起动法异步起动法3. 变频起动法变频起动法第第6 章章 同步电动机的电力拖动同步电动机的电力拖动1. 拖动起动法拖动起动法三相同步电动机三相同步电动机 磁极对数：磁极对数：p功率：功率： PN辅助电动机辅助电动机(三相三相 异步电动机异步电动机 )磁极对数：磁极对数：p功率：功率：(10% 20%) PN 异步机异步机同步机同步机 设备多、投资大、操作复杂、不宜带负载启动；设备多、投资大、操

8、作复杂、不宜带负载启动； 只用在某些只用在某些大容量大容量同步电动机和同步电动机和同步补偿机同步补偿机中；中；起动起动运行运行2. 异步起动法异步起动法 起动过程：起动过程：(1) 异步起动：异步起动： 励磁绕组不能励磁绕组不能开路、不能短路，开路、不能短路，需接限流电阻：需接限流电阻：RS( 8 12 ) Rf(2) 牵入同步牵入同步笼型起笼型起动绕组动绕组3 Q1 Uf RSQ2电刷电刷滑环滑环6.2 三相同步电动机的起动三相同步电动机的起动u起动时，首先将转子直流励磁绕组通过电阻短接，然后起动时，首先将转子直流励磁绕组通过电阻短接，然后再将定子绕组投入到三相电源上。再将定子绕组投入到三相

9、电源上。u依靠定子旋转磁场和起动绕组中所感应的电流产生类似依靠定子旋转磁场和起动绕组中所感应的电流产生类似于感应电机的异步电磁转矩，从而使转子起动。于感应电机的异步电磁转矩，从而使转子起动。 u一旦转子接近同步速，再将转子励磁绕组切换至直流励一旦转子接近同步速，再将转子励磁绕组切换至直流励磁电源上。利用定、转子之间的磁场相互作用所产生的磁电源上。利用定、转子之间的磁场相互作用所产生的牵入同步转矩，将转子牵入同步，完成起动。牵入同步转矩，将转子牵入同步，完成起动。 起动过程：起动过程：u起动过程中，要求转子直流励磁绕组不能开路；以避免起动过程中，要求转子直流励磁绕组不能开路；以避免因转子励磁绕组

10、匝数较多，造成感应电势较高而引起绕因转子励磁绕组匝数较多，造成感应电势较高而引起绕组绝缘击穿；组绝缘击穿；u直流励磁绕组也不能直接短路；以避免直流励磁绕组也不能直接短路；以避免 “ “单轴转矩单轴转矩”的产生；的产生；u通常起动过程中转子直流励磁绕组串接一定数值的电阻通常起动过程中转子直流励磁绕组串接一定数值的电阻起动。一旦接近同步速，再通过转子滑环和电刷加入直起动。一旦接近同步速，再通过转子滑环和电刷加入直流励磁，将转子牵入同步。流励磁，将转子牵入同步。 起动过程中的注意事项：起动过程中的注意事项：3. 变频起动法变频起动法3 变频电源变频电源 Q f 由零由零逐渐缓逐渐缓慢增加慢增加50

11、HzNSSN6.2 三相同步电动机的起动三相同步电动机的起动u起动电流小起动电流小u需要变频电源，投资大需要变频电源，投资大u变频调速兼用变频调速兼用u专供起动用的变频电源专供起动用的变频电源u容量小容量小u分时起动分时起动6.3 三相同步电动机的调速三相同步电动机的调速 同步电动机的转速同步电动机的转速 调速方法调速方法 变频调速。变频调速。 60 f1pn = n0 =2. 自控式变频调速自控式变频调速（频率闭环的控制方式）（频率闭环的控制方式） 1. 他控式变频调速他控式变频调速（频率开环的控制方式）（频率开环的控制方式） 第第6 章章 同步电动机的电力拖动同步电动机的电力拖动U1f1=

12、 常数常数 以隐极同步电动机为例，有下面的关系以隐极同步电动机为例，有下面的关系U1 E0Xs TM = 3E0 = 4.44 kw1 N1 f10 f1Xs = XaX = 2 f1 (LaL ) = 2 f1Ls f11. f1 fN 时，要保持时，要保持 2 60 = n2 60=60f1p=2 f1p一、一、 他控式变频调速他控式变频调速6.3 三相同步电动机的调速三相同步电动机的调速独立的变频装置为电机提独立的变频装置为电机提供变频变压电源供变频变压电源 f1整理后得整理后得 32 2 TM = pkw1N1 Ls U1 f10 结论：结论： 在恒定励磁时，在恒定励磁时， U1f1若

13、保持若保持 = 常数，常数， 则可以保持调速时过载能力不变。则可以保持调速时过载能力不变。 调节调节 If 实现过载能力和功率因数的调节。实现过载能力和功率因数的调节。 当当 f1 降得较低时，降得较低时，R1的影响不可忽略，的影响不可忽略， TM 将将 随着随着 f1 的降低而降低。为了保持过载能力不的降低而降低。为了保持过载能力不 变，应适当提高变，应适当提高 U1 与与 f1 的比值。的比值。6.3 三相同步电动机的调速三相同步电动机的调速思考题思考题2. f1fN 时，要保持时，要保持 U1 = UNP 不变不变 U1f1若保持若保持 = 常数，常数， 则则 U1UNP，这是不允许，这

14、是不允许 的。因此，只有使的。因此，只有使 U1 = UNP ， f1 TM 。 若要保持一定的过载能力，可以调节若要保持一定的过载能力，可以调节 If ，即，即 f1 TM 基本不变。基本不变。 If 6.3 三相同步电动机的调速三相同步电动机的调速32 2 TM = pkw1N1 Ls U1 f10 (1) 调速范围广。调速范围广。(2) 调速方向：调速方向： f1 n ， f1 n 。 (3) 调速的平滑性好，为无级调速。调速的平滑性好，为无级调速。(4) 调速的稳定性好，静差率调速的稳定性好，静差率 = 0。(5) 调速的经济性：初期投资大，运行费用不大。调速的经济性：初期投资大，运行

15、费用不大。(6) 调速时的允许负载：调速时的允许负载：f1fN 时为恒转矩调速，时为恒转矩调速， f1fN 时为恒功率调速。时为恒功率调速。3. 调速性能调速性能OTnTLn0f1n0f1ab6.3 三相同步电动机的调速三相同步电动机的调速n 控制实现简单，且同一台变流器可以带多台同步电动机；控制实现简单，且同一台变流器可以带多台同步电动机；n 转子直流励磁电流还可独立调节，从而确保定子侧的功率因数达转子直流励磁电流还可独立调节，从而确保定子侧的功率因数达到所希望的数值。到所希望的数值。 二、二、自控式变频调速自控式变频调速6.3 三相同步电动机的调速三相同步电动机的调速特点：特点：自控式同步

16、电动机定子各相绕组电流压的频率受控自控式同步电动机定子各相绕组电流压的频率受控于自身转子的位置。于自身转子的位置。转子位置检测器转子位置检测器假设假设 U1 ，则，则 T TL T0 n 转子位置检测器转子位置检测器 f1 T = TLT0 采用自控式变频调速的同步电动机称为采用自控式变频调速的同步电动机称为自控自控式同步电动机式同步电动机，又称为，又称为无换向器电动机无换向器电动机。(1) 直流自控式同步电动机直流自控式同步电动机 (直流无换向器电动机直流无换向器电动机)(2) 交流自控式同步电动机交流自控式同步电动机 (交流无换向器电动机交流无换向器电动机)整整流流器器逆逆变变器器3 Uf

17、恒压恒频恒压恒频CVCFDC变压变频变压变频VVVF位置检测器位置检测器 控制信号控制信号 直流无换向器直流无换向器电动机示意图电动机示意图6.3 三相同步电动机的调速三相同步电动机的调速优点：优点：不存在失步和振荡问题（与他控式相比，因不存在失步和振荡问题（与他控式相比，因自控式同步电动自控式同步电动机定子绕组的通电频率以及由此产生的定子旋转磁场受控于转机定子绕组的通电频率以及由此产生的定子旋转磁场受控于转子转速）子转速）； 转子的惯量较小，快速性和可靠性高，调速范围较宽；（因转子的惯量较小，快速性和可靠性高，调速范围较宽；（因无机械式电刷与换向器，且具有直流电动机的性能）无机械式电刷与换向

18、器，且具有直流电动机的性能）；6.4 三相同步电动机的制动三相同步电动机的制动一般三相同步电动机只能采用能耗制动。一般三相同步电动机只能采用能耗制动。3 运行运行Q制动制动M3Rb第第6 章章 同步电动机的电力拖动同步电动机的电力拖动制动时：制动时：电动时：电动时：1101)(IjXREUS110)(0IjXRRESb课后题课后题利用凸极转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应转矩利用凸极转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应转矩（1 1）三相绕组联接方式：）三相绕组联接方式：Y 型型（2 2）三相绕组中的通电顺序为：）三相绕组中的通电顺序为：U 相相 V 相相 W 相相通电顺序也可以为：通电顺序也可以为： U 相相 W相相 V 相相 UVWIUIVIW*6.5 开关磁阻电动机开关磁阻电动机1、结构、结构2、工作原理、工作原理第第6 章章 同步电动机的电力拖动同步电动机的电力拖动