电力拖动与控制 第2版 教学课件 作者 李 岚 第四章.pptVIP

电力拖动与控制 主要内容 同步电动机的起动 同步异步电动机的调速 第一节 同步电动机的起动 同步电动机起动比较困难，若把同步电动 机的定子直接投入电网,转子加上直流励磁， 则定子旋转磁场以同步转速旋转，转子上的电 磁转矩快速的正、负交变，平均转矩为零,同 步电机不能自行起动。上述情况可用图4-1来 说明。 一、异步起动法 起动时励磁绕组不能开路 ,否则定子旋转 磁场会在匝数较多的励磁绕组中感应出高电 压，易使励磁绕组击穿或引起人身事故。也 不能直接短路，否则励磁绕组（相当于一个 单相绕组）中的感应电流与气隙磁场相互作 用，会产生显著的单轴转矩，使合成电磁转 矩在0.5 附近产生明显的下凹，从而使电动 机的转速停止在0.5附近不能继续上升。需采 用串电阻短接。 二、辅助电动机起动 同步电动机也可以用辅助电动机拖动而起动，此时通常选用与同步电动机极数相同的异步电动机（容量约为主机的10%-15%）作为辅助电动机，当辅助电机把主机拖动到同步转速时，再用自整步法把主机投入电网。 这种起动方法投资大、占地面积大，不适合带负载起动，所以用得不多。 三、变频起动 第二节 同步电动机的调速 一、变频调速系统中应用的同步电动机 二、同步电动机变频调速控制方式 1．他控式 他控式变频调速系统，利用同步电机转速与气隙旋转磁场严格的同步关系，通过改变变频装置的输出频率实现对同步电动机调速。他控式变频调速系统中所用的变频装置是独立的，其输出频率直接由速度给定信号决定，属于转速开环控制系统。由于这种系统没有解决同步电动机的失步、震荡等问题，所以在实际需要调速的场合很少使用。 交-直-交电压型同步电动机调速系统主电路 由二极管不可控整流器、滤波电容、PWM控制的 逆变器和同步电动机组成。逆变器元件可以采 用GTO、IGBT、MOS管等，此类型的变频器常与 小容量的永磁同步电动机组合成永磁同步电动 机伺服系统。 该系统的特点有： 1）调速范围宽； * * 第四章 同步电动机的 电力拖动 电磁转矩 为把同步电动机起动起来，必须要借助其他方法。 图4-1 相隔半周同步电动机的定子电流、 转子磁场和转矩间的关系 设在起动初瞬间，定子电流和转子磁场的方向如图4-1a所示，则按左手定则，定子导体上将受到一个由右向左的转矩，定子不动，就相当于转子上受到一个自左向右的转矩，但因转子有转动惯量，对于这一转矩尚不能立即响应，可是在半个周期以后，（即1/100s以后），定子电流方向已倒转如图4-1b所示，转子上就将受到一个由右向左的转矩，如此变化不已，可见转子上受到的平均转矩为零。故同步电动机不能起动。 这是同步电动机常用的一种起动方法。 它是借助于在同步电动机转子上装置阻尼 绕组的方法来获得起动转矩。 阻尼绕组和异步电动机的鼠笼绕组相似， 只是它装在转子磁极的极靴上，两极之间的 空隙处没有装阻尼条，是一个不完整的鼠笼 绕组，有时就称同步电动机的阻尼绕组为起 动绕组。 图4-2 同步电动机异步起动时的线路图 起动方法: 第一步，把同步电动机的励磁绕组经过一 个电阻短接，电阻的阻值约为励磁绕组本身 电阻值的10倍左右。 第二步，将同步电动机定子绕组接通电源， 这时同步电动机由于起动绕组的作用，产生 异步转矩而起动，一般它的转速将达到同步 转速的95%左右。 第三步，将励磁绕组与直流电源接通，这时 转子上增加了一个转差频率的交变转矩，转子 磁场与定子磁场间的相互吸引力便把转子拉住， 使它跟着定子磁场以同步转速旋转，即所谓牵 入同步。 同步电动机异步起动过程可以分为两个阶 段： ① 异步起动至接近同步速度。 ② 牵入同步。 图4-3 同步电动机异步起动时的转矩曲线 这是一种性能较好的起动方法，起动电流小，对电网冲击小，但要求有一个专门的变频电源。起动时，电动机的转子加上励磁，把变频装置的输出频率调得很低，使同步电机定子的旋转磁场转得很慢，这样依靠定转子旋转磁场之间相互作用所产生的同步电磁转矩，就可使电动机开始转动，并在很低的转速下运转，然后逐步提高电源的频率，一直到额定转速为止。 根据调速系统的容量不同，所用同步电动机在结构形式上有所不同。对于大中容量的调速系统一般采用普通的电励磁型式结构，容量较大的电动机采用无刷励磁方式，对于小型调速装置，特别是多机传动系统，多采用结构更为简单的磁阻式和永磁式同步电动机。 2．自控式 自控式变频调速系统是通过调节电动机输入电压进行调速的，变频装置的输出频率直接受同步电动机自身转速的控制。每当电动机转