同步电机调速

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它控式变频调速: 它控式变频调速:
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、 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， 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。 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， 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。
一、同步电机基本原理
同步电动机的拖动转矩 角成函数关系， 与θ角成函数关系，在 角成函数关系
额定工况下， 额定工况下，θ角 一般在30 左右。 30° 一般在30°左右。
常见的旋转磁极式同步电动机，转子分隐极式和凸极式两种结构： 常见的旋转磁极式同步电动机，转子分隐极式和凸极式两种结构：
二．同步电动机的两种调速方法
变频器只要根据转子位置角信息， 变频器只要根据转子位置角信息，按上述方程严格控 只要根据转子位置角信息 制三相定子电流的幅值、频率和相位， 制三相定子电流的幅值、频率和相位，就可以对永磁同步 电动机进行速度控制。 电动机进行速度控制。
②正弦波永磁同步电动机调速系统
③无刷直流电动机与正弦永磁同步电动机的调速系统区别
①正弦波永磁同步电动机调速原理
正弦波永磁同步电 动机常采用转子位置 动机常采用转子位置 定向的矢量控制 右图为永磁同步电动 机的矢量图。 机的矢量图。
在永磁同步电动机中， 恒定不变， 在永磁同步电动机中，由于转子磁链 恒定不变，采用转子磁 链定向方法来进行矢量控制较为适宜，并且在基频以下的控制中， 链定向方法来进行矢量控制较为适宜，并且在基频以下的控制中， 控制单元可以使用算法实现定子电流矢量与q轴重合 这样在d轴上 轴重合， 控制单元可以使用算法实现定子电流矢量与 轴重合，这样在 轴上 只有转子磁链，没有定子磁链，相当于用转子的永久磁铁实现励磁， 只有转子磁链，没有定子磁链，相当于用转子的永久磁铁实现励磁， 定子电流全部用来产生拖动转矩。 定子电流全部用来产生拖动转矩。 这时，转矩方程中， 这时，转矩方程中， i Sd = 0
1.无换向器电机调速系统 无换向器电机调速系统
①无换向器电机工作原理
三相绕组无刷直流电动机运行原理如图所示，图中A 三相绕组无刷直流电动机运行原理如图所示，图中A-A，、B-B，、C-C， 分别为三相定子绕组的首末端；中心的N 为转子永久磁极；2/3扇形片为 分别为三相定子绕组的首末端；中心的N-S为转子永久磁极；2/3扇形片为 扇形片 遮光板，装于转子上，随该N 极一起转动； 遮光板，装于转子上，随该N-S极一起转动；VP1、VP2、VP3为三个光电器 件，均由光源和感光器组成，不随转子和遮光板转动。 均由光源和感光器组成，不随转子和遮光板转动。
自控式同步电机启动和调速原理： 自控式同步电机启动和调速原理：
FS-定子电流磁场的合成旋转磁动势 Fr-转子磁动势
设在同步电动机起动（转子静止）时，FS与Fr之间的空间电夹角为θ λ 转子磁动势d轴 α ( A) 之间的夹角为 λ0 ，运转后， = λ0 + ωt
起动转矩与定、转子磁动势大小及其夹角的关系为： 起动转矩与定、转子磁动势大小及其夹角的关系为：
自控式变频调速: 自控式变频调速:
评价
优点：增加了闭环自动控制功能， 优点：增加了闭环自动控制功能，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 检测器 ，根据转子的实际位置来控制变频器的供电频率， 磁场的转速与转子磁极的转速始终处于同步状态。 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。 变频调速系统运行中会失步的缺点。
三.永磁同步电动机
小功率同步电动机常直接采用永久磁铁作为转子磁极， 小功率同步电动机常直接采用永久磁铁作为转子磁极，被称为永磁同 步电动机。永磁同步电动机（ 步电动机。永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Moter）具有多种结构。下图为一种简单的永磁电动机截面图。 ）具有多种结构。下图为一种简单的永磁电动机截面图。
i A = I m cos(ωt + λ0 + 90 0 ) = − I m sin(ωt + λ0 ) = − I m sin λ 0 0 0 i B = I m cos(ωt + λ0 + 90 − 120 ) = − I m sin(λ − 120 ) iC = I m cos(ωt + λ0 + 90 0 + 120 0 ) = − I m sin(λ + 120 0 )
三相半控桥式电子开关电路： 三相半控桥式电子开关电路：
三相全控桥式电子开关电路： 三相全控桥式电子开关电路：
无换向器电机=同步电机+逆变器+ 无换向器电机=同步电机+逆变器+转子位置检测器
②无换向器电机调速系统 无换向器电机调速系统
Байду номын сангаас
无换向器电机调速系统结构框图
2.正弦波永磁同步电动机调速系统 2.正弦波永磁同步电动机调速系统
i Sq = i S
故
Te = pψ r i S
三相定子电流合成矢量的幅值与定子电流幅值成正比， 三相定子电流合成矢量的幅值与定子电流幅值成正比，即转矩与 定子电流幅值成正比： 定子电流幅值成正比：
永磁同步电动机在上述的转子磁链定向控制方式下， 永磁同步电动机在上述的转子磁链定向控制方式下， 定子电流的的相位， 轴超前90 因此变频器应提供的 定子电流的的相位，比 d轴超前 0，因此变频器应提供的 轴超前 定子三相电流瞬时值表达式为： 定子三相电流瞬时值表达式为：
Te = C m FS Fr sin θ
结论： 结论：
起动中只要保持使定子磁场保持超前转子磁场 ， 起动 中只要保持使定子磁场保持超前转子磁场，就可以获得正 中只要保持使定子磁场保持超前转子磁场 向的起动转矩。如果在过渡过程中根据对转子磁场Fr的位置检测 向的起动转矩。 结果，通过实时控制定子电流的频率来控制定子磁场 定子电流的频率来控制 结果 ， 通过实时控制 定子电流的频率 来控制 定子磁场 FS 的旋转 一个稳定的角度θ 速度， 速度，使FS保持超前于Fr一个稳定的角度θ，并且θ < 180 0 ，通过 控制定子三相电流的幅值实现 幅值的基本恒定 的基本恒定， 控制定子三相电流的幅值实现FS幅值的基本恒定，就可以对同步 定子三相电流的幅值 电动机实现匀加速起动。 电动机实现匀加速起动。
主要区别： 主要区别：变频器提供的定子电流的波形不同 正弦波永磁同步电动机控制系统中，变频器提供正弦定子电流 正弦定子电流， 正弦波永磁同步电动机控制系统中，变频器提供正弦定子电流， 无换向器电机调速系统中，变频器提供矩形波定子电流。 无换向器电机调速系统中，变频器提供矩形波定子电流。 矩形波定子电流