第八章 同步电机调速
111页1、第八章 同步电机变频调速系统 8.1 同步电机的变频调速8.2 他控变频同步电机调速系统及矢量控制8.3 自控变频同步电动机(无换相器电机)调速系统一、直流电机调速、交流异步电机调速和同步电机调速1、直流电机调速:直流电动机的缺点:结构复杂,存在机械磨损、噪声大、维护困难、价格昂贵换向产生火花,不适合易燃易爆等恶劣环境机械换向器的换向能力限制了电动机,难以制造大容量、 高转速、高电压的直流电动机,接触式的电流传输又限制了 直流电动机的使用场合;电枢在转子上,电动机效率低, 散热条件差,冷却费用高。为改善换向能力,减小电枢漏感, 转子变得短粗,GD2增大,影响系统的动态性能 直流电机调速的优点:调速范围广,易于实现平滑无级调速起动、制动和过载转矩大易于控制,可靠性高,动态性能良好。2、交流异步电机调速:交流异步电动机的优点:结构简单,坚固耐用,维护工作量小运行效率高、转动惯量小,动态响应快,适应范围广可以制造大容量、高转速、高电压的交流电动机。交流异步电动机调速的缺点:异步电动机需丛定子侧励磁,电机功率因数低, 造成变频装置的功率因数低在高性能的矢量控制异步电动机调速系统中(最好的变压变
2、频调速), 转子参数受温度影响,产生控制误差,影响控制精度, 需加补偿措施或利用其他控制方式(如直接转矩控制)。异步电动机为提高其功率因数及效率,许尽量减小定、转子间隙 这使得制造困难,并不适合工作于冲击振动大的场合。3、同步电机调速同步电动机的优点:普通同步电动机结构虽比笼型异步电动机复杂, 但比直流电动机简单;和同容量的直流电机相比,它具有效率高、过载能力大、 体积小、转动惯量小,省维护;可以制造大容量、高转速、高电压的同步电动机。同步电动机调速的优点:和异步电动机调速系统相比, 它具有功率因数高(可为1甚至超前)、转速恒定 转子参数可测、效率高等优点。特别是对于低转速、负载不断冲击振动的生产机械, 如:轧钢机和挖掘机,由交交变频器供电的同步电动机 矢量控制调速系统,其运行性能达到并超过了直流电机调速的水平 。同步电动机调速的缺点:起动费事,重载时有振荡以至于失步的危险。 采用转速频率闭环控制解决失步问题。在三种调速系统中,直流调速系统虽然历史悠久,技术 成熟,并且在不断地完善自己(如全数字化),但由于 直流电动机的固有缺陷,必然被交流调速所取代。与异步电动机传动系统相比,有竞争能
3、力的当属于同 步电机调速系统,她引起了人们的极大兴趣,在电气传 动领域中占很大比例,相信不久的将来,在取代直流调 速系统方面,其作用将超过交流异步电机调速系统。4、今后调速系统的发展趋势问题1:试比较直流电动机和直流电机调速系统、 异步电动机和交流异步电机调速系统、 同步电动机和同步电机调速系统的优缺点, 并指出今后调速系统的发展趋势。问题2:同步电动机按其结构不同可分为: 、 和 。1. 同步电机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。n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;n解决思路l问题的根源:供电电源频率固定不变。l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。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;例如p对于起动问题:通过变频电源频率的平
4、滑调节, 使电机转速逐渐上升,实现软起动。p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。 (8-1) (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。 同步调速系统的特点(续)(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
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