电机与拖动第10章同步电动机的电力拖动课件.ppt

1、1当当 f1=常数时，常数时，n=f(Te)称为机械特性。称为机械特性。特点：特点：斜率斜率 =0，硬度硬度 =。绝对特硬性。绝对特硬性。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作2 同步电动机异步运行时的电磁转矩同步电动机异步运行时的电磁转矩 若若 n n1，则，则 Te=0。仅在同步转速时才能产生同步电磁转矩。仅在同步转速时才能产生同步电磁转矩。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作3 a 点：点：Te=TL，n=n1，=a。假设负载有增加，经过调节，假设负载有增加，经过调节，电动机将稳定在电动机将稳定在 b 点点：=b a 假设负载减小，经过调节，假设负载减小，经过调节，电动机将稳定在电动机将稳

2、定在 a 点以下：点以下：a 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作4 假设在假设在 c 点工作，负载点工作，负载的任何波动，都将导致电的任何波动，都将导致电动机回不到动机回不到 c 点，甚至失步。点，甚至失步。同步电动机的过载能力同步电动机的过载能力 当当U1L=UN，If=IfN 时：时：三相隐极同步三相隐极同步M：增加增加 If，Tem 增加增加，过载能力增加。过载能力增加。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作5 三相同步电动机的主要缺点是自身没有起动三相同步电动机的主要缺点是自身没有起动 转矩，即转矩，即 Tst=0。因此无法自己起动。因此无法自己起动。拖动起动法、异步起动法、变频起动法

3、。拖动起动法、异步起动法、变频起动法。常用的起动方法常用的起动方法 三相同步三相同步 M 磁极对数：磁极对数：p，容量：，容量：PN 辅助辅助 M 磁极对数：磁极对数：p，容量：容量：(10%20%)PN 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作6 起动过程：起动过程：异步起动：异步起动：RS(8 12)Rf 大多数同步电动机为凸极式转子。大多数同步电动机为凸极式转子。依靠异步转矩起动；依靠异步转矩起动；励磁绕组不能开路、励磁绕组不能开路、不能短路不能短路；RS 限制电流用。限制电流用。牵入同步：牵入同步：同步转矩、同步转矩、磁阻转矩。磁阻转矩。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作7 起动方法：起

4、动方法：通过变频器起动；通过变频器起动；电动机的电源频率电动机的电源频率 f1 由很小由很小 逐渐升高，逐渐升高，n1 由由 0 逐渐升高；逐渐升高；当当 f1 升高到升高到 fN，转速就升高到转速就升高到 nN。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作8 采取变频调速。采取变频调速。60 f1pn=n1=(1)有刷励磁的同步电动机有刷励磁的同步电动机(2)无刷可调励磁的同步电动机无刷可调励磁的同步电动机 (3)永磁同步电动机永磁同步电动机(4)无刷直流电动机无刷直流电动机(5)开关磁阻电动机开关磁阻电动机 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作9(1)他控式变频调速系统他控式变频调速系统 变频器是

5、独立的，其输出频率直接由转速给变频器是独立的，其输出频率直接由转速给 定信号设定，属于转速开环控制系统。定信号设定，属于转速开环控制系统。(2)自控式变频调速系统自控式变频调速系统 变频器不是独立的，而是受控于转子位置检变频器不是独立的，而是受控于转子位置检 测器的检测信号，使其同步电动机的转速始测器的检测信号，使其同步电动机的转速始 终与磁场的转速保持同步。终与磁场的转速保持同步。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作10 为恒压频比调速，为恒压频比调速，可保持过载能力不变。可保持过载能力不变。f1 较低时较低时,Tem 因因 f1 Xs,R1不再远小于不再远小于Xs。保持保持 U1=UNP,

6、f1 f1 Tem；f1&If Tem不变。不变。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作11 一般三相同步电动机只能采用能耗制动。一般三相同步电动机只能采用能耗制动。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作12 与异步电动机的定子结构相似。与异步电动机的定子结构相似。高高 Hc、高、高 Br（0.9T）的稀土永磁材料：）的稀土永磁材料：钐钴钐钴(SmCo)和钕铁硼和钕铁硼(NdFeB)等。等。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作13 永磁同步电动机的结构形式永磁同步电动机的结构形式 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作14大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作151)功率密度高，体积小；功率密度高，体

7、积小；2)转矩转矩/惯量比高；惯量比高；3)转子无励磁损耗，转子无励磁损耗，和和 cos 高，且易于散热及维护；高，且易于散热及维护；4)转矩脉动小，适合高精度位置控制的要求；转矩脉动小，适合高精度位置控制的要求；5)能高速运行；能高速运行；6)快速响应性好。快速响应性好。主要用于伺服控制系统主要用于伺服控制系统 中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围。中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围。如：航空航天、数控机床、加工中心、机器人等。如：航空航天、数控机床、加工中心、机器人等。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作16 定子绕组定子绕组 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作17 实质是使用直流

8、电源、带有逆变器供电的交流实质是使用直流电源、带有逆变器供电的交流 永磁同步电动机。永磁同步电动机。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作18(a)VT1、VT6 导通导通 U、V 相通电相通电(b)VT1、VT2 导通导通 U、W 相通电相通电(c)VT3、VT2 导通导通 V、W 相通电相通电(d)VT3、VT4 导通导通 V、U 相通电相通电(e)VT5、VT4 导通导通 W、U 相通电相通电(f)VT5、VT6 导通导通 W、V 相通电相通电 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作19 控制器的功能控制器的功能 (1)对转子位置信号、对转子位置信号、PWM 调制信号、正反转信号和停调制信号

9、、正反转信号和停 机信号等进行逻辑综合，为驱动电路提供各开关管的机信号等进行逻辑综合，为驱动电路提供各开关管的 斩波信号和选通信号，实现对电动机的控制。斩波信号和选通信号，实现对电动机的控制。(2)产生产生 PWM 调制信号，使电动机的电压随速度给调制信号，使电动机的电压随速度给 定信号而自动变化，实现电动机的开环控制。定信号而自动变化，实现电动机的开环控制。(3)实现速度和电流闭环调节，使系统具有良好的动态和实现速度和电流闭环调节，使系统具有良好的动态和 静态性能。静态性能。(4)实现各种保护功能。实现各种保护功能。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作20 1)气隙磁场为方波、同样体积的出力

10、大。气隙磁场为方波、同样体积的出力大。2)定子磁场是跳变的，存在转矩脉动。定子磁场是跳变的，存在转矩脉动。3)控制方法简单，控制器成本较低。控制方法简单，控制器成本较低。4)转子位置传感器结构简单，成本低。转子位置传感器结构简单，成本低。家用电器、医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺、家用电器、医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺、电动汽车、航空航天等领域己得到大量应用。电动汽车、航空航天等领域己得到大量应用。最突出的应用是作为计算机软、硬盘驱动器里的主轴最突出的应用是作为计算机软、硬盘驱动器里的主轴 电动机、录像机中的伺服电动机等。电动机、录像机中的伺服电动机等。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作21

11、结构：单相、两相、三相、四相、五相或更多相。结构：单相、两相、三相、四相、五相或更多相。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作22 SR 电动机的结构原理图电动机的结构原理图 (1)结构简单，定子绕组易嵌放；结构简单，定子绕组易嵌放；(2)损耗主要产生在定子，易冷却；损耗主要产生在定子，易冷却；(3)转子无永磁体，允许较高温升。转子无永磁体，允许较高温升。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作232.SR 电动机的工作原理电动机的工作原理 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作24 电动机结构简单、重量轻、成本低、少维护。电动机结构简单、重量轻、成本低、少维护。适于高速运行。适于高速运行。功率电路简

12、单可靠。功率电路简单可靠。效率高。在很宽的功率和转速范围内都能保持高效率。效率高。在很宽的功率和转速范围内都能保持高效率。这是其它类型驱动系统难以达到的。这是其它类型驱动系统难以达到的。高起动转矩、低起动电流。高起动转矩、低起动电流。适用于频繁起停和正反转运行。适用于频繁起停和正反转运行。可控参数多，调速性能好。可控参数多，调速性能好。存在转矩脉动。存在转矩脉动。振动和噪声比一般电动机稍大。振动和噪声比一般电动机稍大。SR 电动机的出线较多。电动机的出线较多。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作251)电动车：被认为是电动车驱动的最佳选择之一。电动车：被认为是电动车驱动的最佳选择之一。2)航空工业航空工业 3)家用电器：洗衣机、吸尘器、空调器、电冰箱。家用电器：洗衣机、吸尘器、空调器、电冰箱。4)机械传动机械传动 5)精密伺服系统精密伺服系统 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作26