同步电动机的变频控制方法_126607623
第三章 同步电动机的变频调速控制
30年代
铝镍钴、铁氧体
差
易去磁
1
2 3
90年代 60年代 后期
铁氧体 稀土永磁： SmC05
3.6~4.0 24 33 38~40
价格低 （稀土的1/10） 热稳定性好 不怕去磁 钴含量高、价格高
70年代 初期
第三代
稀土永磁： SmC017 稀土永磁： 钕铁硼 Nd-Fe-B
我国储量世界第一， 温度可达200℃？
图示位置是转子磁极轴线 从某相绕组轴线转过30°的位 置，在此瞬间触发该相晶闸管， 从产生转矩的角度看是最有利 的。在此位置下，在绕组通电 的1/3周期里，载流导体正好 处于比较强的磁场中，所产生 的转矩平均值最大，脉动最小。 从时间相位上看，晶闸管触发 瞬间正好是该感应电势交变过 零之后的30°相位处，习惯上 将此点选作晶闸管触发相位的 基准点，称为空载换流超前 角 。
结 论
0 0 、 三相式，对转矩最为有利。
矛盾：
晶闸管靠反电势自然换流，要求 0 超前，目前常取 0 60 ，或按负载的 动态调节。转矩脉动大：凸极式无换向电 机中，还存在磁阻转矩，当 超前时为 0 负值，将使输出转矩减小。
二、逆变器晶闸管的换流问题
问题的提出： 直流无换向器电机的晶闸管直接接在直流电 源上,导通后无法自行关断，换流困难。必须采取 特殊的换流措施。 解决： 在过激状态下向逆变器提供超前的无功电流， 可利用电机的反电势来实现自然换流。
优点: (1) 只要精确地控制变频电源的频率就能准确控 制转速，无需速度反馈控制。 (2) 转矩干扰只影响同步电动机的功角，不影响 电机的转速可以在极低的转速下运行，调速范围 较宽。 (3)可以调节转子励磁来调节电机的功率因数,甚 至可在 下运行。 (4) 运行在超前功率因数下，有可能利用电动机 的反电势实现负载换流，克服强迫换流的弊病 （晶闸管)。 缺点：同步电机本身结构稍微复杂
高压同步电动机的变频控制
4.3 闭环控制的应用在控制系统中，泵电机可以以多种方式使用，如：在启动时自动启动，机器手启动和现场控制箱启动。
使用PLC技术在电气设备的控制中可以实现自动控制非常好，在系统运行中，根据每台泵机的运行状态采取运行状态.PLC自动控制技术和电机控制权具有在许多电气设备中使用的优越的自动控制系统。
PLC控制技术的改进电气控制系统的稳定性和安全性可大大地实现闭环控制，从而不断推进电气设备的动态控制系统的完善。
4.4 自动切换控制中的应用为了提高电气自动化设备运行的安全性和可靠性，通常采用由PLC组成的自动输入设备安装在待机电源，实现对设备的有效控制，以及设备正常运行的数据信号作为基础，决定是否启动备用电源，为了提高数据分析和逻辑控制系统PLC能力的能力，不仅可以提高电气自动化设备的安全性和可靠性，而且还可以提高智能化整个系统的完整性。
5 PLC 技术在电气设备自动化控制应用的未来发展趋势随着PLC技术的深入应用，大多数电气设备自动化控制水平将提高，相应的电气自动化产品将更加丰富，规格将由PLC 更加完善。
人机界面的渗透更加完善和完善的通信设备将更加合理地适应各种电气设备自动化控制应用的要求，在大型工业电气设备的发展中，PLC控制技术将成为核心技术大型电气设备的主控制系统。
例如，DCS在分布式计算机控制系统中，目前PLC技术已经应用成功，并取得了良好的效果。
PLC具有高可靠性，智能控制和自动化，电气设备现代化系统逐步应用网络速度和高响应高集成特性，对电气设备的自动控制功能更加完善。
6 结束语综上所述，PLC 技术在电气自动化设备中的应用具有众多优势，能够显著的简化操作，提高电气自动化设备运行的安全性和可靠性，被广泛的推广和应用在电气自动化设备切换控制、调速器控制、闭环控制、开关量控制以及顺序控制中，具有非常好的发展前景。
参考文献：[1] 陈镜波. PLC技术在电气自动化中的应用[J]. 机电信息,2013,09:106-107.[2] 于军,苗百春. PLC技术在电气自动化中的应用[J]. 科技资讯,2013,21:122.[3] 刘铁中. PLC技术在电气设备自动化控制中的应用[J]. 科技视界,2013,34:106.高压同步电动机的变频控制李 涛包钢给水厂 内蒙古自治区 包头 014010摘要：如何采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可接受的一切措施来提高能源和资源的利用效率，是每个企业面临的实际问题，因为只有提高能源的利用效率，才能在市场竞争中处于有利地位。
同步电机转速是如何控制的
同步电机转速是如何控制的同步电机是一种特殊的电动机，其转速与电源频率和极对数相关。
在正常运行条件下，同步电机转速与被连接的电源频率呈现绝对的同步状态，因此同步电机的转速控制相对于异步电机要更加复杂。
本文将介绍几种同步电机转速控制方法。
1. 改变电源频率同步电机转速与电源频率成正比，因此改变电源频率可以控制同步电机的转速。
一般来说，如果将电源频率增加，则同步电机的转速也会随之增加；如果将电源频率降低，则同步电机的转速也会随之降低。
同时，同步电机的转速范围与电源频率范围成正比。
例如，在60Hz的电源下，一个4极同步电机的转速将为1800RPM，而在50Hz的电源下，该电机的转速将为1500RPM。
2. 改变电源电压同步电机的转矩与电源电压成正比，因此可以通过改变电源电压来控制同步电机的转速。
增加电源电压将增加同步电机的转矩，从而增加转速。
相反，减少电源电压将减少同步电机的转矩，从而降低转速。
在实际应用中，改变电源电压可通过变压器或调节电源输出电压来实现。
然而，值得注意的是，与改变电源频率相比，改变电源电压对同步电机转速的影响更加有限，因为电机的转矩和电压成正比，同时电机的惯性也会影响转速的变化。
3. 改变定子电阻通过改变同步电机的定子电阻也可以实现转速控制。
减小定子电阻可以引入过励磁，导致更高的转速；相反，增加定子电阻则产生欠励磁，并降低转速。
定子电阻的调节通常通过自耦变压器实现。
虽然通过调节定子电阻可以控制同步电机的转速，但这种方法会导致电机的效率下降，并增加整个系统的发热量。
4. 使用变频器变频器是控制同步电机转速的最常见方法，其通过改变电源频率和电压的形式来调节同步电机转矩和转速。
变频器将提供给电机的电源转换为实现所需转速的电源，通常可使用现代数字控制技术和算法来实现非常精确的转速控制。
变频器可以根据需要精确控制转速，使其可以在受变化负载和运行条件的影响下保持稳定的转速。
然而，使用变频器需要一定的成本，并需要复杂的设置和操作程序以实现准确的转速控制。
变频空调中永磁同步电机的高性能控制
变频空调中永磁同步电机的高性能控制摘要：随着能源危机的不断加剧，节能减排成为当今社会发展的重要议题。
变频空调作为一种节能环保的设备，其性能和控制方法受到了广泛的关注。
永磁同步电机作为变频空调中的重要组成部分，其控制方法对于整个系统的性能具有重要影响。
本文将介绍变频空调中永磁同步电机的高性能控制方法，包括矢量控制、直接转矩控制、滑模变结构控制、模型参考自适应控制、神经网络控制、反步控制和非线性解耦控制等方法。
关键词：永磁同步电机；变频空调；控制方法；引言随着能源短缺和环境问题的日益突出，高效节能的空调成为市场需求的主流。
变频空调由于其显著的节能效果和高度适应性，被广泛用于各种场合。
在变频空调中，永磁同步电机作为一种先进的驱动方式，能够实现高精度、高效率的控制。
本文将探讨永磁同步电机在变频空调中的应用及高性能控制策略。
一、永磁同步电机概述永磁同步电机是一种基于永磁体励磁的同步电机，其转子结构通常采用永久磁铁进行励磁。
与异步电机相比，永磁同步电机具有更高的效率和功率密度，因此在许多高精度、高效率的电力驱动应用中被广泛采用。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律。
当导体在磁场中切割磁力线时，导体中会产生电动势，从而产生电流。
在永磁同步电机中，导体（通常为铜线）嵌入在定子槽内，而永磁体作为转子置于定子内侧。
当转子旋转时，导体在磁场中切割磁力线，从而产生感应电动势。
感应电动势的大小与导体切割磁力线的速度和磁场的强度有关。
三、优势及缺点永磁同步电机的优势主要表现在以下几个方面：1. 高效率：由于其转子结构简单，无需外部励磁电源，因此运行效率高。
2. 高功率密度：由于其转矩和转速特性优良，因此具有较高的功率密度。
3. 精确控制：采用磁场定向控制等技术，能够实现精确的速度和转矩控制。
4. 适用范围广：适用于高、低速范围运行，且具有较强的过载能力。
然而，永磁同步电机也存在一些缺点：1. 依赖稀土资源：其转子通常采用稀土永磁材料，因此制造成本较高。
同步电机变频调速 我
u A Rs u 0 B uC 0
Pm 2E p I p
电磁转矩
0 Rs 0
0 iA L i 0 0 B Rs iC 0
0 L 0
0 i A eA d 0 iB eB dt L iC eC
（2）重载时有振荡，甚至存在失步危险；
问题的根源： 供电电源频率固定不变。由于改变交流电的频率较 为困难，以前一般工业设备很少采用同步电动机拖 动。 解决办法： 现代电力电子技术的发展，解决了交流电源的变压变 频问题，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。
对于起动问题： 通过变频电源频率的平滑调节，使电机转速逐渐上 升，实现软起动。 对于振荡和失步问题：
所以起动费事、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。
四.同步电动机调速系统的特点
同步：同步电动机的转子转速就是旋转磁场的同步转速， 转差为0； 优点： （1）转速与电压频率严格同步； （2）可以通过控制励磁来调节其功率因数，可使功率因 数提高到1.0，甚至超前；
存在的问题：
（1）起动困难；
自控变频同步电动机调速系统
需要两套可控功率单元，系统结构复杂
自控变频同步电动机调速原理图 UI——逆变器 BQ——转子位置检测器
自控变频同步电动机调速系统
在基频以下调速时，需要电压频率协调 控制。
需要一套直流调压装置，为逆变器提供 可调的直流电源。
调速时改变直流电压，转速将随之变化 ，逆变器的输出频率自动跟踪转速。 在表面上只控制了电压，实际上也自动 地控制了频率，这就是自控变频同步电 动机变压变频调速。 采用PWM逆变器，既完成变频，又实现 调压。
永磁同步电动机基本调速方法
永磁同步电动机基本调速方法
永磁同步电动机是一种高效率、高功率因数、高可靠性的电机，其基本调速方法主要包括电压调制、电流调制和矢量控制等。
其中，电压调制方法是通过改变电压的幅值和频率来实现转速控制，适用于小功率的永磁同步电动机；电流调制方法是通过调节电流的幅值和相位来实现转速控制，适用于中等功率的永磁同步电动机；矢量控制方法是通过同时控制电压和电流的幅值和相位来实现转速控制，适用于大功率的永磁同步电动机。
此外，还可以采用PID调速控制方法实现更精确的调速效果。
- 1 -。
高压同步电机的变频控制
高压同步电机的变频控制作者：张文斌来源：《科技与创新》2014年第13期摘要：通过介绍高压同步电动机的变频控制，并比较它与异步电机变频控制的区别，为今后同步电机的变频改造提供了参考依据。
关键词：同步电机；变频控制；励磁；转子中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）13-0016-021 工厂现状如何采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可接受的一切措施来提高能源和资源的利用效率，是每个企业面临的实际问题，因为只有提高能源的利用效率，才能在市场竞争中处于有利地位。
变频作为一种常用的、高效的节能手段已被大家所熟知，但在企业的原有建设中，变频并不能在所有的项目中得到运用，因此，我们还需要对多种设备进行改造，让它们在工业生产中发挥作用的同时有效地节约能源。
在本设计项目中，有2台烧结主抽风机为旧有的风机，主抽风机电机为同步电动机，计划对其进行变频改造。
2 同步电机原理同步电机是交流旋转电机的一种，因转速恒等于同步转速而得名，它与异步电动机的不同之处在于其转速与频率之间有着严格的对应关系。
同步电机是由其极数与交流电频率决定的按一定转速运转的电机，称此转速为同步转速。
同步电动机还有一个很大的优点，就是可以通过控制励磁来调节它的功率因素，可使功率因素高达1.0，甚至更高。
但同步电机启动费事，且重载时有振荡以致失步的危险。
自变频技术得到很大的发展后，同步电机运行的问题得到了根本解决。
现有同步电动机的启动基本上为异步启动方式，分为异步启动和牵入同步两个阶段，启动的步骤是：①先接入定子电源。
为了限制启动电流，可采取固态或液态软启动。
②开始启动，同时在转子电路中加入放电电阻。
③当励磁柜中的检测设备检测到电机的转速达到同步转速的90%时，发出投全压信号，并切除软启动装置。
定子绕组星点端接，电机继续升速。
④当电机达到亚同步转速时，切除放电电阻，投入直流励磁。
异步启动完成后，牵入同步。
同步电动机的变频控制方法_126607623
u e = R e i e + p ψ ed
转子阻尼绕组电压空间矢量方程：
0 = R d i dd + p ψ dd 0 = R d i dq + p ψ dq
整理后电机电压方程为：
⎜⎛ usd ⎟⎞ ⎜⎛ Rs + pLsd
⎜ usq ⎟ ⎜ ωLsd
⎜ ⎜
ue
⎟ ⎟
=
⎜ ⎜
无换向器电机运行特性分析
定转子磁势
断续换流示意图
转矩角与换流 角关系
(忽略重叠角)
7
换流角γ0＝0°时 转矩波形
换流角γ0＝60° 时转矩波形
稳态转速公式：
n
=
3 π
CeΦ
6 U 2 cos α f cos( γ 0 −
− Id R∑
μμ
) cos
2
2
调速途径：
调节整流测导通角α
功率因数：
调节转子磁通Φf
速度环电流环控制：根据转矩表达式，在δT基本保 持恒定条件下，控制电机定子电流大小即可调节电 机电磁转矩。电机速度环给出转矩指令值，转矩指 令值经过电流环计算得到电压指令值去控制前端整 流器，由此实现整个无换向器电机的控制。
无换向器电机换相方法
电机反电势波 形与换相点
逆变器电流 波形
反电势换流法（自然换流法）：同步机负载本身能发出反电 势，晶闸管可以利用反电势进行换流。
n与频率f有严格的对应关系－ n=60f/pm；
2. 效率高，功率因数高且可调； 3. 定转子气隙大、转矩动态响应快，所以控制
性能优异,并且容易实现大容量；
隐极式同步电机特点： ¾ 转子外形为圆柱体，定转子铁心间气隙均匀，
同步变频器操作方法
同步变频器操作方法
同步变频器操作方法如下：
1. 打开变频器电源，确保电源稳定。
2. 调整变频器的参数设置，如频率、电压、功率等，根据实际需求进行调整。
3. 打开变频器控制面板，选择运行模式，如正向运行、反向运行、定速运行等。
4. 对于变频器有外部控制接口的情况，连接外部控制设备，如按钮、开关、PLC 等。
5. 按下启动按钮开始变频器运行，观察变频器的运行情况，如电流、转速等参数。
6. 根据实际需要，调整变频器的运行参数，如频率增减、电压增减、功率调整等。
7. 在变频器运行过程中，需要时可随时停止变频器运行，按下停止按钮即可停止变频器。
8. 在变频器运行过程中，如遇到异常情况或故障，及时采取相应措施进行处理，如停机、排除故障等。
9. 在变频器使用完毕后，及时关闭变频器电源，断开相关连接。
注意事项：
1. 在操作变频器时，需了解并遵守相关安全规定，确保安全操作。
2. 在调整变频器参数时，需根据具体需求进行合理的设置，避免频繁更改参数。
3. 在停机过程中，需确保变频器完全停止运行后，才能进行相关操作。
4. 在排除故障时，如不确定操作方式或解决方法，应及时向相关专业人员咨询或寻求帮助。
两台电机同步运行控制方法
两台电机同步运行控制方法我折腾了好久两台电机同步运行控制方法，总算找到点门道。
一开始的时候，我真是瞎摸索，就想着把两台电机简单地接上相同的电源，觉得这样就能同步了。
结果可倒好，两台电机就像两个不听话的小孩，转得一快一慢的。
后来呢，我就知道光这样肯定不行。
我听说有一种用编码器的办法。
我就弄来两个编码器，装在电机轴上。
这就好比给每个电机都安排了一个小秘书，这个小秘书随时盯着电机转了多少圈。
我以为这样就能让电机同步了，但是实际操作起来还是问题一堆。
我发现编码器的数据处理很麻烦，稍微有点误差，电机就不同步了。
有一次，我在调整编码器参数的时候，不小心把其中一个电机的转向弄反了，这就像是本来两个一起向前跑的人，其中一个突然开始往后跑，当时就把我急坏了。
再后来，我又尝试了用变频器来控制。
通俗来讲，变频器就像是电机的司令员，能指挥电机转多快。
我心想，如果让同一个变频器去控制这两台电机，那它们应该就能同步运行了。
但我发现不同电机的负载如果不一样，还是会出现不同步的情况。
比如一台电机带着一个小轮子转，另一台带着一个大轮子转，虽然司令员下的命令一样，但因为负载不同，转速就不一样。
经过这么多失败啊，我现在觉得可能一种比较靠谱的方法是，在采用变频器的基础上，通过一个同步控制器来协调。
这个同步控制器就像是一个裁判，它会根据两台电机的实际运行情况，比如转速啊、负载啊之类的，来微调变频器下达给电机的指令。
但是这个方法我也还在试验当中，不敢说百分百成功。
而且在做这些尝试的时候，线路连接也很重要。
就像给房子盖地基一样，要是线路接错了，那肯定都白搭。
我之前就犯过这样的错，把几根线路弄混了，结果电机根本不按我的想法动。
另外啊，在电机选型上也要注意，如果两台电机本身性能差异很大，想要让它们同步运行也是超级困难的。
要是一台电机像一个青壮年，力量大，另一台像个老年人，力量小，那让它们同步可比登天还难。
总的来说呢，我觉得只要多去尝试，多总结错误的经验，慢慢总会找到让两台电机同步运行的好办法的。
交流永磁同步电机的变频控制
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16
项目5 数控机床的进给伺服系统
正弦波永磁同步电动机的自控变频系统
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项目5 数控机床的进给伺服系统
• 由电机转子上的位置检测装置测的转子位置角θ， 经正弦信号发生器得到三个正弦波位置信号分别为： a=sinθ b=sin(θ-1200) c=sin(θ+1200) • 速度指令Un*与反馈指令Un比较后,通过速度调节器 ASR输出转矩指令T*，T*与电流I*成正比，在乘法 器中与a、b、c相乘得到三相电流信号
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4
项目5 数控机床的进给伺服系统
• 同步电动机电磁转矩的大小与定、 转子磁场轴 线之间的夹角α的大小有关。 • 如图6-7-2所示。对于磁极对数p=1的隐极式转子 的永磁式同步电动机来说： 当α=0°时，转子只受到径向力的作用，不会 形成电磁转矩。 当 0°＜ α ＜ 90°时，转子受到的作用力可以 分解为一个径向分量和一个切向分量，其中切向 分量产生电磁转矩。 当 α=90°时转子只受到切向力的作用，电磁 转矩最大，称为最大同步转矩。
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19
思考：哪个是凸极式哪个是隐极式？
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3
项目5 数控机床的进给伺服系统
工作原理： 定子绕组与三相电源接通后可以产生旋转磁 场，根据异性相吸原理，定子N0极（或S0极）吸 住永磁转子的S极（或N极），使转子随着旋转磁 场以同一速度旋转起来。
60 f n p
显然，改变磁极对数P可以实现有级调速，且P较 大时，成为低速电机；而改变f可以实现无级平 滑调速。
项目5 数控机床的进给伺服系统
项目6 数控机床的伺服驱动系统
任务6.7 交流永磁同步电机的变频控制系统
按磁场定向的矢量控制系统（了解）
两台电机如何通过变频器实现同步控制
两台电机如何通过变频器实现同步控制掌握要求及方式：
1两台电机同步掌握的方式是以一台为主机，另一台为从机来进行掌握。
2.同步用的变频器均采纳0-10V电压给定速度，我们使用1号电位器为主调电位器，2号，3号为微调电位器。
接线步骤：
1）分别将两台变频器的10V短接，GND短接，主调电位器1号脚接入10V，3号脚接GND，两个微调电位器1号接入主调电位器的2号脚，2号脚接入AI1，3号脚接GND，
2）运行信号分别接入D11，COM
变频器参数设置：
P0-02 命令源选择，设置成1，端子命令通道
P0-03 主频率源X选择，设置成2，AI1端子
P0-14 下限频率，设置成0.4HZ，
P0-17 加速时间设置成5S P0-18 减速时间设置成5S
启动变频器，旋动主电位器观看两台变频器的频率变化，变化是否有规律，分别通过两台微调电位器进行修正，把频率下降5HZ，再观看是否符合规律，松开运行键，变频器停止运行
留意两点：
1）多台变频器的10V端子肯定要短接，不然由于压降而导致不能正
常工作
2）同步掌握不是频率一样，是否同步的依据是线速度。
同步电动机矢量控制变频调速系统介绍
根据前述变换关系，利用矩阵乘法，立即可求得
cos
C3s / 2r
C3s/2s
C2s / 2r
2
sin
3
1
2
cos 120 sin 120
1 2
cos
240
sin 240
1
2
cos
sin
1
C2r /3s
C3s / 2r 1
cos
120
sin 120
1
从电流的物理本质来说，电流只是一个时间相量（标量），它并不具备 空间矢量的要素，但电机中的电流在空间是与它的相轴联系在一起的，这就 赋于了它在空间的位置特性，因此可仿照磁势的处理方式而定义出了“空间 电流矢量”（综合电流矢量） 。
i 综合电流矢量 的实质是产生空间旋转磁势 FS的一个合成（综合）电流
1
ii i0
2 3
0
1
1 2 3 2 1
1 2
3
2
1
ia
ia
ib
C3s / 2s
ib
ic
ic
2 2 2
i
2 2
(i
i ) (i
ji )
i0
1 3
(ia
ib
ic )
式中，i0 是零序分量，该分量对旋转磁势无影响。
当把 a 轴与 轴取在同一轴线上时， a ，
同步电动机励磁磁势Ff 的方向是确定的，是在转子磁极轴线d 轴上，Ff 的大小在
永磁电动机及励磁电流恒定的励磁同步机中也是恒定不变的。因此，只要能控制定子
磁动势 Fs 的大小及方向，就能控制电机的转矩T，从而实现对电机转速 n 的控制。在 控制时，若把 Fs 的大小与方向同时改变（或调节）则比较麻烦，而且一般情况下也没 有必要，因此通常把 Fs 的方向对某根轴线固定成一个确定的值，而只改变 Fs( ist)的大
同步电机变频调速
同步电机变频调速历史上最早出现的是直流电动机19世纪末，出现了交流电和交流电动机为了改善功率因数，同步电动机应运而生。
同步电动机也是一种交流电机。
既可以做发电机用，也可做电动机用，过去一般用于功率较大，转速不要求调节的生产机械，例如大型水泵，空压机等。
最初的同步电动机只用于拖动恒速负载或用于改善功率因数的场合。
在恒定频率下运行的大型同步电动机又存在着容易发生失步和振荡的危险，以及起动困难等问题。
因此，在没有变频电源的情况下，很难对同步电动机的转速进行控制。
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。
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。
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。
问题的根源：供电电源频率固定不变解决办法：采用电压-频率协调控制例如：对于起动问题：通过变频电源频率的平滑调节，使电机转速逐渐上升，实现软起动。
对于振荡和失步问题：可采用频率闭环控制，同步转速可以跟着频率改变，于是就不会振荡和失步了。
同步电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。
下图给出了最常用的同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。
这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。
图中用AX 、BY 、CZ 三个 在空间错开120电角度分布的线 圈代表三相对称交流绕组。
同步电机的运行方式：同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。
同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。
交流同步电机调速方法
交流同步电机调速方法一、引言同步电机是一种特殊的电机，其转速与电源频率成正比。
然而，在实际应用中，我们经常需要对同步电机的转速进行调节。
本文将介绍几种常见的交流同步电机调速方法。
二、电压调制调速法电压调制调速法是通过改变同步电机的供电电压来实现调速的。
具体而言，可以通过调节变压器的输出电压大小，改变同步电机的磁通量，从而改变电机的转速。
这种方法简单易行，但对电网负荷变化较为敏感，且调速范围较窄。
三、电势环调速法电势环调速法是通过在同步电机的励磁回路中加入一个电势环来实现调速的。
电势环根据转速误差产生控制信号，通过调节励磁电流来改变同步电机的转速。
这种方法具有良好的稳定性和动态性能，但需要较复杂的控制系统。
四、电流环调速法电流环调速法是通过在同步电机的定子回路中加入一个电流环来实现调速的。
电流环测量电机的电流，根据转速误差产生控制信号，通过调节定子电流来改变同步电机的转速。
这种方法对负载变化较为敏感，但调速范围较宽。
五、电压-频率调速法电压-频率调速法是通过同时改变同步电机的供电电压和频率来实现调速的。
具体而言，可以通过调节变压器的输出电压和变频器的输出频率，改变同步电机的磁通量和转速。
这种方法调速范围较宽，但需要较复杂的控制系统。
六、矢量控制调速法矢量控制调速法是通过测量同步电机的转子位置和速度，实时计算电机的磁场矢量，从而控制电机的转速。
这种方法具有较高的精度和响应速度，但需要较复杂的传感器和计算算法。
七、总结以上介绍了几种常见的交流同步电机调速方法，它们各自具有不同的特点和适用范围。
在实际应用中，我们可以根据具体需求选择合适的调速方法。
同时，需要注意调速系统的稳定性、可靠性和安全性，确保同步电机能够稳定、精确地工作。
c§3同步电动机的变频调速控制
电 机 控 制 研 究
直流电机与同步电机的比较
相同点： 定、转子磁场相对静止 电枢绕组中通过的电流为交流 不同点： 直流电机多了一套换向装置，若没有换向置， 直流电动机就是同步电动机 直流电动机磁场静止，同步电动机磁场旋转
电 机 控 制 研 究
其实，无换向器电机和直流电机一样， 本身就是一台同步电动机，只是直流电动 机中用的是一个机械接触式的逆变器，而 无换向器电机中是用晶闸管组成的半导体 逆变器来代替。直流电机中用以控制换向 位置的电刷，在无换向器电机中是用无接 触式的位置检测器来代替。尽管两者构造 不同，但他们的作用却完全相同，所以无 换向器电动机和一般并激直流电动机具有 相同的调速特性。
电 机 控 制 研 究
结论
0 0 、 三相式，对转矩最为有利。
矛盾： 0 晶闸管靠反电势自然换流，要求 超前， 目前常取 ，或按负载的动态调节。转 0 60 矩脉动大：凸极式无换向电机中，还存在 磁阻转矩，当 超前时为负值，将使输出 0 转矩减小。
电 机 控 制 研 究 二、逆变器晶闸管的换流问题
电 机 控 制 研 究
我们从直流电机与无换向器电机相比较的角度 来分析无换向器电机的等效直流电机模型。 直流电机特点 定、转子磁场相对静止 电枢绕组中通过的电流为交流 电流换向通过换向器获得 换流位置由电刷确定 磁场不旋转
电 机 控 制 研 究
无换向器电机特点 定、转子磁场相对静止； 电枢绕组中通过的电流为交流； 无换向装置。
电 机 控 制 研 究
用途 适用范围广,如纺织、化工、水泥、制糖、 矿山、军工等,易于做成高速大容量（数千千 瓦，60000~90000转/分）。国外轧钢机主传 动用的无换向器电机单机容量超过5000千瓦； 解决大型同步电机的起动问题:美国Racoon电 站425兆伏安抽水蓄能发电机配套了20兆伏安 无换向器电机起动装置；我国宝钢一号高炉 的大型鼓风机驱动用48兆瓦同步电动机，也 是采用无换向器电机方式起动 。
变频控制方法及变频控制装置、超高速永磁同步电机的控制方法[发明专利]
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专利名称：变频控制方法及变频控制装置、超高速永磁同步电机的控制方法
专利类型：发明专利
发明人：许柳,李燕,赵文超
申请号：CN202010597414.2
申请日：20200628
公开号：CN111726044A
公开日：
20200929
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种变频控制方法及变频控制装置、超高速永磁同步电机的控制方法，该变频控制方法应用于变频控制装置，该变频控制装置包括直流斩波电路以及逆变电路，该方法包括获取永磁同步电机的实际频率，根据实际频率与永磁同步电机运行的目标频率计算母线调节电压，根据母线调节电压调节直流斩波电路的两个第一开关器件的导通时间；根据目标频率向逆变电路中的第二开关器件加载控制信号，在变频控制装置的输出频率的一个周期内，每一第二开关器件的开关状态切换一次。
该变频控制装置用于实现上述的变频控制方法。
本发明可以满足超高速变频设备的控制要求，且第二开关器件的开关频率较低，降低变频控制装置的成本。
申请人：珠海格力电器股份有限公司
地址：519070 广东省珠海市前山金鸡西路
国籍：CN
代理机构：珠海智专专利商标代理有限公司
代理人：林永协
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交流永磁同步电机的变频控制共21页文档
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功
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自控式变频调速系统：
¾交直交负载换相同步电机控制系统：通过电机轴上的位置传 感器信息来控制变频器触发信号，迫使变频器频率追上电机 速度 。转矩角可控制为恒定，负载变化时，系统自动调节电 流给定，电机不会被牵出同步。
¾ 用作电动机时，一般需在转子上安装启动绕组 ¾ 可作为同步补偿机，向电网发出感性或容性的无
功功率
隐极式同步电机
隐极式同步电机的定子、转子断面图
凸极式同步电机
凸极式同步电机的定子、转子断面图
1
凸极同步电机的磁路
反应式同步电机
反应式同步电动机转子
凸极式同步电机特点： ¾转子磁极凸出，定转子铁心间气隙不均匀，
U = E f + jX s I a
功率方程
P
=
3UI a
cos ϕ
=
3UE f Xs
sin δ
转矩方程
由功率推导：
T = 3 p UE f sin δ ω1 Xs
磁场相互作用： T = 3 pΦ f Ia sinδT
稳态运行时的转矩－功率角特性曲线 隐极同步电机稳定极限 90 0
3
2 凸极式同步电动机
⎟⎜ ⎟⎠⎜⎜⎝
idd idq
⎟ ⎟⎟⎠
相应转矩表达式为：
Tem = pm Im(is∗ψ s ) = pm (ψ sd isq −ψ isq sd ) = pm Lmd ieisq + pm (Ld − Lq )isd isq + pm (Lmd idd isq − Lmqidqisd )
4、电励磁同步电动机变频控制系统
转子励磁电流
当转子磁通Φ f 和转矩角δT为恒量时，同步电动机类似于直 流电机，转矩和电枢电流 Ia 成比例关系。
对凸极电机也有类似结论成立，只是凸极转矩项会对影响转 矩与电枢电流的线性比例关系，采用转速外环后对转速影响 较小。
换流角控制：根据同步电机反馈的转子位置触发相 应桥臂晶闸管，向电机两相绕组馈入方波电流，方 波电流每360度电角度依次进行六次换向，以使转矩 角δT平均值保持恒定。
转子电压空间矢量方程：
u e = R e i e + p ψ ed
转子阻尼绕组电压空间矢量方程：
0 = R d i dd + p ψ dd 0 = R d i dq + p ψ dq
整理后电机电压方程为：
⎜⎛ usd ⎟⎞ ⎜⎛ Rs + pLsd
⎜ usq ⎟ ⎜ ωLsd
⎜ ⎜
ue
⎟ ⎟
=
⎜ ⎜
¾由于消除了转动中电刷的机械磨损，与普通直流电 机ห้องสมุดไป่ตู้比还具有运行可靠性高、维护容易、使用寿命长、 噪音低等优点。
¾一般与120度导通型逆变器配合，实现方波驱动， 驱动和位置反馈系统结构简单，成本低，电机单位电 流产生的转矩大。
正弦波永磁同步电机
表面式转子
内置式转子
永磁同步电机定转子结构图
反电势波形
特点：
根据双反应理论，所有矢量都可在d-q坐标系下分 解为两个互相垂直的分量。
磁链方程：
ψ sd = L sd i sd + L md ( i dd + i e )
⎫
ψ sq = L sq i sq + L mq i dq
⎪ ⎪
ψ e = L md i sd + L e i e + L md i dd
⎬
ψ dd = L md i sd + L md i e + L dd i dd ψ dq = L mq i sq + L dq i dq
ω1 Xs
2ω1 Xd Xq
基本电磁转矩
由磁场相互作用推导：
凸极电磁转矩
T
=
3pΦf
Ia
sinδT
+
3p 2ω1
Ia ( Xd
−
Xq ) sin2δT
稳态运行时的转矩－功率角特性曲线 凸极同步电机稳定极限 45 0 ~ 90 0
3 反应式同步电动机
转矩方程 T = 3 pU 2 ( X d − X q ) sin 2δ
¾结构简单，稳定性好，成本低； ¾效率和功率因数低，启动电流大，转矩质量比小， 只能在落后功率因数下工作； ¾没有启动转矩，因此需要额外的启动绕组 ¾可通过增加d-q轴磁路不对称提高输出转矩 ¾主要用于几分之一瓦～数百瓦的小功率范围
永磁同步电机转子磁场由永磁体产生 依据产生的反电动势波形可分为两种：
pLmd
⎜ 0 ⎟ ⎜ pLmd
⎜⎜⎝0 ⎟⎟⎠
⎜ ⎝
0
− ωLsd Rs + pLsq
0 0 pLmq
pLmd ωLmd Re + pLe pLmd
0
pLmd ωLmd pLmd Rd + pLdd
0
− ωLmq ⎟⎞⎜⎛isd ⎟⎞
pLmq ⎟⎜ isq ⎟
0
⎟⎜ ⎟⎜
ie
⎟ ⎟
Rd
0 + pLdq
简化电压向量图
电压方程
U q = E f + X d Id U d = X qIq
功率方程
P = 3UI q cos δ + 3UI d sin δ
= 3UE f sin δ + 3 U 2 ( X d − X q ) sin 2δ
Xd
2
Xd Xq
基本电磁功率
凸极电磁功率
转矩方程
由功率表达式推导：
T = 3pUEf sinδ + 3pU2 ( Xd − Xq )sin2δ
n与频率f有严格的对应关系－ n=60f/pm；
2. 效率高，功率因数高且可调； 3. 定转子气隙大、转矩动态响应快，所以控制
性能优异,并且容易实现大容量；
隐极式同步电机特点： ¾ 转子外形为圆柱体，定转子铁心间气隙均匀，
xd = xq
¾ 转子采用整块合金锻造而成，机械强度高，适合 于高速运行，但制造比较困难，主要用于大型汽 轮发电机
速度环电流环控制：根据转矩表达式，在δT基本保 持恒定条件下，控制电机定子电流大小即可调节电 机电磁转矩。电机速度环给出转矩指令值，转矩指 令值经过电流环计算得到电压指令值去控制前端整 流器，由此实现整个无换向器电机的控制。
无换向器电机换相方法
电机反电势波 形与换相点
逆变器电流 波形
反电势换流法（自然换流法）：同步机负载本身能发出反电 势，晶闸管可以利用反电势进行换流。
¾表面式永磁同步电机 x d = x q ，加工比较容 易，但不能安装异步启动绕组，弱磁调速困难
¾内置式永磁同步电机 x d < x q ，可弱磁控制， 可安装启动绕组，动态性能好
2、同步电动机的稳态运行
1 隐极式同步电动机
电机理想，磁路线性，忽略定子电阻压降情况下：
等值电路图
简化电压向量图
电压方程
(a) 基本结构
(b) 端电压波形
无换向器电机换相原理图
6
转矩控制原理：无换向器电机采用电流源型逆变器供电。以 隐极同步电动机为例，根据定子电流与转子磁场的相互作 用，转矩方程可表达如下：
T = 3 pmΦ f I a sin δT
或 T = 3 pm Lm I f I a sin δT
转子励磁电感
原理：
使用变频装置对绕组换相，将同步电机等效为一台带电子换向器的直流电 机进行控制。兼具直流电动机和电子换向器的优点，所以一般常称之为直 流无换向器电动机。
(a) 基本结构
(b) 电刷电压波形
具有机械换向器的直流电动机换相原理图
无换向器电机系统构成
无换向器电机一般用于大容量调速系统，功率开关通 常为大功率晶闸管
⎪ ⎪ ⎭
各绕组的电感系数 ：
L sd = L e = L sσ + L md L sq = L sσ + L mq L dd = L d σ + L md L dq = L d σ + L mq
定子电压空间矢量方程：
u sd = R s i sd + p ψ sd − ωψ sq u sq = R s i sq + p ψ sq + ωψ sd
一．方波永磁同步电动机（无刷直流电机 BLDCM )
二．正弦波永磁同步电动机（永磁同步电机 PMSM )
依据永磁体在转子上的位置不同，又可分为：
一．表面式永磁同步电动机 二．内埋式永磁同步电动机
Ld = Lq Ld ≠ Lq
方波永磁同步电机（无刷直流电机）
无刷直流电机定转子结构
反电势波形
2
特点：
¾结构上相当于一台用半导体电子开关线路代替换向 器和电刷作用的直流电机，因此具有效率高、控制简 单、启动和调速性能好、转矩动态响应快等传统直流 电机的优点。
2ω1 X d X q
最大牵出转矩：
Tmax
=
3 pU 2 2ω 1
( Xd − Xq ) Xd Xq
电压向量图
转矩功率角特性
稳定极限为 45 0
4
4 内埋式永磁同步电动机
转矩方程
T = 3 pUE f sin δ + ω1 X d
3 pU 2 ( X d − X q ) sin 2δ
2ω1
XdXq
E f 为常数
转矩－功率角特性 稳定极限约为 90 0 ~ 135 0
3、电励磁同步电动机动态数学模型
与异步电机一样，同步电动机同样也是一个高阶、 非线性、强耦合的多变量系统。为简化问题，分 析主要非线性和耦合性质，在建立数学模型时作 以下假设和约定： ¾电机定转子三相绕组完全对称 ¾定子表面光滑，无齿槽效应，转子上除励磁绕 组外还有阻尼绕组 ¾磁饱和、涡流及铁芯损耗忽略不计 ¾采用电机统一理论，将电机归结为两绕组模型： 定子绕组和阻尼绕组都分别等效地分解为直轴绕 组和交轴绕组，与励磁绕组一共五个绕组，假定 五个绕组具有完全相同的匝数