同步电机调速(一)

同步电机调速同步电动机的拖动转矩与θ角成函数关系，θ角太小或太大都会造成拖动力矩不足。额定工况下，θ角一般在30°左右。转子转速和旋转磁场相同，即为同步转速一、概述同步电动机的两种调速方法：它控式变频调速自控式变频调速它控式变频调速:变频装置输出频率和转速是一种开环控制评价优点：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。自控式变频调速:评价优点：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。一、无换向器电机的工作原理1.直流电机的工作模型电枢铁心表面的槽内嵌入的每个线圈的首末端分别连接到两片相邻且相互绝缘的圆弧形钢片，即换向片上。与一个线圈末端相连的换向片同时与下一个线圈的首端连接，于是，各线圈通过换向片连接起来构成电枢绕组。各换向片固定于转轴且与转轴绝缘。这种由换向片构成的整体称为换向器。2.直流电机的工作原理NφφSiabcdFFii+AB-n电动机模型几何中性线磁极的几何分界线电刷和换向器配合电流换向导体运动经过磁极的几何中性线期间交换线圈电源极性交换线圈电流方向电磁力方向维持不变3.无换向器电机工作模型①无换向器电机工作原理三相绕组无换向器电动机运行原理图中A-X、B-Y、C-Z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。定子绕组电路反方向通电4.电机正反转三相全控桥式电子开关电路：（交直交变频器供电）无换向器电机=同步电机+逆变器+转子位置检测器②永磁同步电动机结构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（PermanentMagnetSynchronousMoter）具有多种结构。下图为一种简单的永磁电动机截面图。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、转子位置检测器1、传感器形式的位置检测器VP1、VP2、VP3三个传感器中，VP1开始透光，为高电平，VP2、VP3不透光，为低电平。这时可控制定子电路让A相通电，获得定子旋转磁场位置如图中的N，-S，所示，转子的受力方向即为逆时针。三相半控桥式电子开关电路：实际上，在120°电角度内，可将逆变器控制在PWM斩波器模式下以控制电动机的端电压或端电流的大小。转子磁极采用瓦形磁钢，经专门的磁路设计，可获得梯形波的气隙磁场，定子采用集中整距绕组，因而感应的电动势也是梯形波的。由逆变器提供与电动势严格同相的方波电流，同一相（例如A相）的电动势eA和电流波iA形图如图所示。eAiAIPEPiAeAOt梯形波转矩ppp1pppp1me22InIEnnPT由此可见，梯形波永磁同步电动机（即无换向器电机）的转矩与电流成正比，和一般的直流电动机相当。这样，其控制系统也和直流调速系统一样，要求不高时，可采用开环调速，对于动态性能要求较高的负载，可采用双闭环控制系统。三、梯形波无换向器电机调速系统无换向器电机调速系统结构框图速度外环的运算结果作为电流给定信号，电流调节器的运算结果作为PWM发生器的直流参考信号，在PWM发生器中，直流参考信号与载波信号相比较，产生控制占空比的PWM信号，通过驱动电路去控制定子电流/电压幅值，从而控制转矩大小。逻辑控制单元可以控制驱动电路的供电频率和相序，控制升速、降速过程及转动方向。调速系统的运行原理与普通直流电动机逻辑无环流调速系统的运行原理十分类似，可以借鉴传统的直流调速系统设计经验进行设计，并获得较高的动、静态性能。