y同步电动机的机械特性

同步电动机的机械特性

1三相同步电动机的机械特性

同步电机历来是以转速和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。随着电力电子变压变频技术的开发和广泛应用，同步电动机采用电压-频率协调控制后也称为调速电机家族的一员，原来由于供电电源频率固定不变而阻碍同步电动机广泛应用的问题也迎刃而解。例如启动问题，既然频率可以平滑调节，当频率由低调到高时，转速就随之逐步上升，不需要任何其他启动措施，甚至有些数千以至数万千瓦的大型高速同步电动机，还专门配上变压变频装置作为软启动设备。

1.1同步电动机能否在异步转速下运行？

1.2负载变化时，同步电动机怎样调节？

异步电动机要靠加大转速差才能提高转矩，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。

1.3同步电动机过载能力

1.4同步电动机的机械特性

当1f =常值时，关系()n f T =称为机械特性。同步电动机的机械特性是一条平行于横轴的直线。

※特点：

斜率0β=，

硬度α=∞。

——绝对特硬性

改变电源频率1f 时，转子转速成正比变化，可得到一组平行的人为机械特性。同步电动机的机械特性是一条绝对硬特性，负载转矩在一定范围变化时，稳定转速保持不变，这对一些转速稳定性要求较高的机器非常重要。

2三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启动转矩，即0ST T =。因此无法自己起动。 具体解释：同步电动机电枢接入三相电网，电机内建立起旋转磁场。转速1ω的建立过

。转子励磁程用时很短，可以认为电枢绕组接通电源的瞬间，旋转磁场的转速立刻达到

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后，其磁场与电枢边的旋转磁场之间作用产生磁力，企图使转子启动起来。以一个定子磁场为观察对象，它以很高的转速经过转子极，对转子极作用，遇到异性磁极时产生吸引力，遇到同性磁极时产生排斥力。由于转子机械惯量大，电磁力短暂的作用不可能使转子同步旋转。因此，同步电动机电枢绕组的旋转磁势对转子直流励磁没有启动转矩，即同步电动机基本机是不会自启动的。

一般有三种起动法：拖动起动法、异步起动法、变频起动法。

1拖动起动法

2异步起动法

3变频起动法

3三相同步电动机的调速

3.1同步电动机的转速

同步电动机拖动机械负载运行于同步状态时，转子转速等于旋转磁场的转速，即同步转速。电机的同步转速取决于交流电源的频率1f 和电机极对数p n 。

12p

f n πω= （用于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。）

3.2调速方法——变频调速

由于同步电动机的转子极数不易改变，所以变极调速方法不能使用，只能采用变频调速。就频率控制的方法而言，同步电动机变压变频调速系统可以分为他控变频和自控变频两大类。

一、他控式变频调速

和异步电动机变压变频调速一样，用独立的变压变频装置给同步电动机供电的系统称为他控变频调速系统。

二、自控式变频调速

用电动机本身轴上所带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是自控变频调速系统。

采用自控式变频调速的同步电动机称为自控式同步电动机，又称为无换向器电动机。（1）直流自控式同步电动机（直流无换向器电动机）

（2）交流自控式同步电动机（交流无换向器电动机）

4三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。

对三相同步电动机来说能耗制动是种行之有效的电气制动方式。运行时，开关Q 置于图中“运行”位置。制动时，将Q 置于“制动”位置，电机从电源上断开，通过星点将制动电阻b R 串入三相电枢电路。当电机带摩擦类负载时，电动机在机械惯性作用下继续转动，电枢绕组切割励磁磁通而产生感应电势和电流，电动机工作在发电状态，把系统的机械能转化为电能，主要消耗在电阻b R 上。电枢电流与励磁磁场之间作用产生制动性质的电磁阻力，使拖动系统迅速减速、停车。当电机带位能型负载时，负载转矩为拖动性质转矩，而能耗制动状态的同步电动机产生制动性质的电磁转矩，可达到匀速放下负载的目的。

同步电动机的基本机制是“双边励磁”，只有定、转子磁场同转速、同转向时，才产生稳定的同步电磁转矩。电机电枢电路从电源处断开，由于惯性，系统继续运转。此时，它成为一台逐渐减速的“异步发电机”。其电磁转矩为制动转矩，这是能耗制动减速停车。

位能负载产生拖动转矩，拖动电机旋转，电机运行于发电状态，所产生的交流电的频率决定于电机转子的转速。电机把系统的机械能转化为电能、消耗在电枢电路电阻上，其励磁转矩为制动转矩。调节直流励磁和电枢负载电阻均可改变制动转矩的大小，得到不同的稳定转速，从而在新的频率下作同步发电机运行．消耗位能实现“能耗制动稳速运行”。

5开关磁阻电动机

异步电动机的气隙是均匀的，而同步电动机则有阴极和凸极之分。

隐极式电机气隙均匀，且sd sq L L =； 凸极式气隙则不均匀，磁极直轴的磁阻小，极间的交轴磁阻大，两轴的电感系数不等，sd sq L L ≠，造成数学模型上的复杂性。但凸极效应能产生平均转矩，单靠凸极效应运行的同步电动机称作磁阻式同步电动机。