交流调速系统与变频器应用 教学课件 ppt 作者 田效伍 第4章 无换向器电动机调速系统2
44页1、2019年5月20日星期一,第四章 无换向器电动机 调速系统,第一节 无换向器电动机的基本工作原理,第二节 无换向器电动机的基本特性,第三节 无换向器电动机调速系统及其运行,2019年5月20日星期一,第一节 无换向器电动机的基本工作原理,一、概述,(一)同步电动机 同步电动机由定子和转子两部分组成。 定子结构与异步电动机相同,只要通入对称的交流电,就会建立旋转磁场,旋转磁场速度表达式与异步机相同。 同步电动机的转子则除了铁心和绕组之外,还另外通有直流励磁电源,使转子本身有规律排列的N、S磁极,因此,当旋转磁场旋转时,会带动转子的对应磁极一起旋转。 稳定运行时,转子转速与旋转磁场相同,被称为同步电动机。,3,同步电动机在同步运行时,转子跟着旋转磁场等速旋转、空间相对位置稳定,这时的转子、定子空间角度关系如右图所示。 轻载下角较小,满载时角较大。 同步电动机的拖动转矩与角成函数关系,角太小或太大都会造成拖动力矩不足。 在额定工况下,角一般在300左右。,2019年5月20日星期一,(二)同步电动机与异步电动机的区别,同步电动机,转速,异步电动机,异步电动机的气隙是均匀的,而同步电动机则有
2、凸级式和隐极式之分。凸极式的气隙不均匀,直轴磁阻小,交轴磁阻大,因而会产生磁阻转矩分量,造成数学模型上的复杂性。,转子结构与异步电动机不同,异步电动机的转子只有铁心和闭合绕组(或导条),没有励磁绕组,而同步电动机的转子则除了铁心和绕组之外,还另外通有直流励磁电源。,2019年5月20日星期一,异步电动机总是在滞后的功率因数下运行。而同步电动机的功率因数可用励磁电流来调节,可以滞后,也可以超前。-优点,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,因此在同样条件下,同步电动机的调速范围比异步电动机更宽。-优点,异步电动机要靠加大转差才能提高转矩,而同步电动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,能获得更快的动态转矩响应。 -优点,转速恒定 功率因数可调,可使功率因数提高到1.0,甚至超前。 在一个工厂里,只需要一台或几台大容量设备采用同步电动机,就足以改善全厂的功率因数。,同步电动机突出优点:,起动费事,重载时有振荡乃至失步的危险。,突出问题:,常用方法: “异步起动法”在同步电动机的转子磁极的极靴上装设阻尼绕组,阻尼绕组所起的作用与异步电
3、动机的笼型绕组类似,同步电动机起动时靠阻尼绕组的感应电流受力实现异步起动。在升速、降速过程中,阻尼绕组还可以起到抑制振荡的作用。,异步起动的基本步骤,起动前将励磁绕组串入一适当大小的电阻(串电阻是为了避免过高的自感电势)后闭合,使转子暂时不产生同步磁极;,按照电动机的容量、负载性质和电源的情况,采取直接起动或降压起动,将同步电动机作为一台异步电动机而起动;,当电动机转速接近同步转速时,将直流电流送入励磁绕组,从而产生同步转矩将电动机牵入同步运行。,(三)同步电机的起动,2019年5月20日星期一,自控式变频调速:用电动机轴上所带的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。,它控式变频调速:用独立的变压变频装置给同步电动机供电的系统。,(四)同步电动机的调速方法,对它控式变频调速的评价,优点:在多台参数一致的小容量同步电动机需要同时起动、同时调速的场合,采用一台变频器控制多台小电动机,系统对各台电动机的供电频率相同,供电电压也相同,易于群控。 缺点:如果一台电动机出现失步,将影响整个群控系统的正常工作。振荡和失步问题并未解决。,9,对自控式变
4、频调速的评价,优点:在同步电动机中安装了转子位置检测器BQ,根据转子的实际位置来控制变频器的供电频率,保证定子旋转磁场的转速与转子磁极的转速始终处于同步状态。 避免了它控式同步电动机变频调速系统运行中会失步的缺点。,无换向器电动机属于一种自控式同步电动机,它由磁极位置检测器、同步电动机和半导体变频器共同组成电动机系统。 根据所用的变频器型式不同,可分为直流无换向器电动机系统(即交-直-交电动机系统)和交流无换向器电动机系统(即交-交电动机系统)。,(五)无换向器电动机,无换向器电动机综评,(一)保证了逆变器的输出电源的频率和电动机转速能保持同步。是区别于其他同步电动机的最显著的结构特点。 (二)具有直流电动机的调速特性,但是没有换向器,可以做成无接触式。 (三)和异步电动机一样,具有结构简单、不需要经常维护和检修等优点。它既可以用作直流调速,也可以用作交流调速。 (四)无换向器电动机调速系统具有同步电动机的效率高、功率因数可调等优点,特别是大容量低转速时更为突出,并且没有同步电动机的启动困难、重载时易振荡失步等问题,因而得到广泛的应用。,12,(一) 无换向器电动机的类型,二、无换向器
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