第一章 同步電動機原理與結(jié)構(gòu),第1節(jié)、西門子同步電機的類型 有刷勵磁的同步電機, 無刷可調(diào)勵磁的同步電機 永磁鐵勵磁的同步電機 開關(guān)磁電阻電動機 第2節(jié)、無刷可調(diào)勵磁的同步電機的結(jié)構(gòu) 1、外形如圖1-1所示。 2、剖面圖如圖1-2所示。 3、定子（電樞）如1-3所示 4、轉(zhuǎn)子如1-4所示,第5節(jié)同步電動機的內(nèi)部電路第6節(jié)同步電動機的變頻起動、停止、運行。,第3節(jié)同步電動機各部分的功能 第4節(jié)同步電動機的工作原理,第一節(jié)、同步電機的分類 有刷可調(diào)勵磁的同步電機 有刷可調(diào)勵磁的同步電機，是最常見一種，容量比較大，轉(zhuǎn)子直流勵磁可由靜止勵磁裝置通過集流環(huán)和電刷送到組中，由于電刷集流環(huán)的存在，增加了維修工作量并限制了其在劣勢環(huán)境下工作。,2、無刷可調(diào)勵磁的同步電機 無刷勵磁同步電動機的目前同步電動機流行的無刷勵磁系統(tǒng)。一般選用繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機作為交流勵磁機(電源)，交流勵磁機的定子三相繞組接由雙向晶閘管組成的固態(tài)三相交流調(diào)壓器，交流勵磁機的轉(zhuǎn)子與同步電動機的轉(zhuǎn)子同軸。當(dāng)同步電動機旋轉(zhuǎn)時，交流勵磁機的轉(zhuǎn)子繞組就感應(yīng)出交流三相電動勢，經(jīng)過固定在同步電動機轉(zhuǎn)子軸上的二極管整流器變換成直流電流，供給同步電動機的勵磁繞組。這樣就省掉了電刷和集電環(huán)。,3、永磁鐵勵磁的同步電機 永磁同步電動機伺服系統(tǒng) 用于小功率(小于I0kW)、要求有良好的靜態(tài)性能和高動態(tài)響應(yīng)的伺服驅(qū)動中，如數(shù)控機床、機器人等。在性能上已達到甚至超過了直流伺服裝置的性能，而且堅固性、可靠性方面比直流伺服裝置優(yōu)越。與異步電動機相比，它的主要優(yōu)點是消除了轉(zhuǎn)子損耗，但另一方面，減弱勵磁保持恒功率調(diào)這比較困難；目前這種系統(tǒng)正向智能化、高精度化的方向發(fā)展,4、開關(guān)磁電阻電動機 開關(guān)磁阻電動機控制系統(tǒng) 此系統(tǒng)是機電一體化的典型產(chǎn)品，堅固耐用，適于較惡劣環(huán)境，容量能做到，200kw，為中等容量的同步電動機變頻傳動，可用于輕工、化工、機床、冶金等行業(yè)，取代直流調(diào)速系統(tǒng)。由于開關(guān)磁阻電動機的特殊性，本書將不做重點闡述,第2節(jié)、無刷可調(diào)勵磁的同步電機的結(jié)構(gòu) 1、外形如圖1-1所示。,2、西門子同步電動機主要參數(shù),額定功率：22000KW 額定電壓：24800V 額定電流：21470A 轉(zhuǎn)速范圍：31205040r/min 額定轉(zhuǎn)速：4800r/min 最高轉(zhuǎn)速：5545r/min 頻率范圍：52 84HZ 額定轉(zhuǎn)矩：43.8KNm,3、西門子同步機剖面圖如圖1-2所示。,4、同步電動機的結(jié)構(gòu)由以下部分組成:,分為電動機和主勵磁發(fā)電機兩大部分 電動機由定子和轉(zhuǎn)子組成 主勵磁發(fā)電機由主勵磁發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子組成 主勵磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子和電動機轉(zhuǎn)子共軸 主勵磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子上裝旋轉(zhuǎn)整流器,為電動機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流.,5、同步電動機的定子轉(zhuǎn)子磁場結(jié)構(gòu),6、主勵磁發(fā)電機的結(jié)構(gòu)圖,（1）、 主勵磁 發(fā)電機定子,（2） 主 勵 磁 發(fā) 電 機 定 子 無 線 圈,7、主勵磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖,第三節(jié)同步電動機各部分功能,1定子 同步電機定子與異步電機定子結(jié)構(gòu)基本相同，由鐵芯、電樞繞組、機座以及端蓋等結(jié)構(gòu)部件組成。 定子鐵芯是構(gòu)成磁路的部件，一般采用硅鋼片疊裝而成，以減少磁滯和渦流損耗。定子沖片分段疊裝，每段之間有通風(fēng)槽片，以構(gòu)成徑向通風(fēng)。大型同步電機由于尺寸太大，硅鋼片常被制成扇形沖片，然后組裝成圓形。 電樞繞組為三相對稱交流繞組，多為雙層繞組，嵌裝在定子槽內(nèi)。 定子機座是文承部件，用于安放定子鐵芯和電樞繞組，并構(gòu)成所需的通風(fēng)路徑，因此要求它有足夠的剛度和強度。大型同步電機的機座都采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。 端蓋的作用與異步電機相同，將電機本體的兩端封蓋起來，并與機座、定子鐵芯和轉(zhuǎn)子一起構(gòu)成電機內(nèi)部完整的通風(fēng)系統(tǒng),2轉(zhuǎn)子 同步電機轉(zhuǎn)子與異步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，通常由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)軸、繞組和滑環(huán)等組成。 同步電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種類型，可分為隱極式和凸極式兩種。 隱極式轉(zhuǎn)子如圖所示，轉(zhuǎn)子呈圓柱形，無明顯的磁極。隱極式轉(zhuǎn)子的圓周上開槽，槽中嵌放分布式直流勵磁繞組。隱極式轉(zhuǎn)子的機械強度高，故多用于高速同步電機，例如汽輪發(fā)電機。在同步電機運行過程中，轉(zhuǎn)子由于高速旋轉(zhuǎn)而承受很大的機械應(yīng)力，所以隱極式轉(zhuǎn)子大多由整塊強度高和導(dǎo)磁性能好的鑄鋼或鍛鋼加工而成。隱極電機的氣隙是均勻的，圓周上各處的磁阻相同,凸極式轉(zhuǎn)子如圖所示，結(jié)構(gòu)比較簡單，磁極形狀與直流機相似，磁極上裝有集中式直流勵磁繞阻。凸極式轉(zhuǎn)子制造方便，容易制成多極，但是機械強度低，多用于中速或低速的場合，例如，水輪發(fā)電機或者柴油發(fā)電機。凸極電機的氣隙是不均勻的，圓周上各處的磁阻各不相同，在轉(zhuǎn)子磁極的幾何中線處氣隙最大，磁阻也大。 習(xí)慣上我們稱轉(zhuǎn)子繞組的軸線為直軸，用符號d表示，兩極之間的中線稱為交軸，用符號q表示。,此外，同步電機轉(zhuǎn)子磁極表面都裝有類似籠型異步電機轉(zhuǎn)子的短路繞組，由嵌入磁極表面的若干銅條組成，這些銅條的兩端用短路環(huán)聯(lián)結(jié)起來。此繞組在同步發(fā)電機中起到了抑制轉(zhuǎn)子機械振蕩的作用，稱為阻尼繞組；在同步電動機中主要作起動繞組使用，同步運行時也起穩(wěn)定作用。 滑環(huán)裝在轉(zhuǎn)子軸上，經(jīng)引線接至勵磁繞組，并由電刷接到勵磁裝置。,第4節(jié)、 同步電機的勵磁方式 同步電機的直流勵磁電流需要從外部提供，供給同步電機勵磁電流的裝置稱為勵磁系統(tǒng)，獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。按照所采用的整流裝置不同，勵磁系統(tǒng)可以分為以下幾種。 (1)直流發(fā)電機勵磁系統(tǒng)。這是傳統(tǒng)的勵磁系統(tǒng)，由裝在同步電機轉(zhuǎn)軸上的小型直流發(fā)電機供電。這種專供勵磁的直流發(fā)電機稱為勵磁機。 (2)靜止整流器勵磁系統(tǒng)。這種勵磁方式是將同軸的交流勵磁機(小容量同步發(fā)電機)或者主發(fā)電機發(fā)出的交流電經(jīng)過靜止的整流裝置變換成直流電后，由集電環(huán)引入主發(fā),電機勵磁繞組供給所需的直流勵磁。 (3)旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)。這種勵滋方式是將同軸交流勵磁機做成旋轉(zhuǎn)電樞式，并將整流器裝置固定在此電樞上一起旋轉(zhuǎn)，組成了旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)，將交流勵磁發(fā)電機輸出的交流電整流后，直接供給勵磁繞組。這種勵磁方式完全省去集電環(huán)、電刷等滑動接觸裝置，成為無刷勵磁系統(tǒng)，在大容量發(fā)電機中得到廣泛應(yīng)用。,第5節(jié) 同步電動機的工作原理,同步電機的工作原理： 圖4l是具有一對磁極的三相同步電機的工作原理圖。根據(jù)電機可逆原理，同步電機與其他電機一樣，既可以作發(fā)電機運行，也可以作電動機運行。下面介紹同步電機的工作原理。 三相同步電機運行時存在兩個旋轉(zhuǎn)磁場：定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)對稱三相電流流過定子對稱三相繞組時，將在空氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢。 它的旋轉(zhuǎn)速度為同步速度，即nl60f1p；它的旋轉(zhuǎn)方向是從超前電流相轉(zhuǎn)向滯后電流相；當(dāng)某相電流達到最大值的瞬間，旋轉(zhuǎn)磁動勢恰好轉(zhuǎn)到該相繞組軸線處。這個旋轉(zhuǎn)磁動勢是以電氣方式形成的。,同步電機不論作為發(fā)電機運行還是作為電動機運行，只要其定子三相繞組中流過對稱三相電流，都將在空氣隙中產(chǎn)生上述旋轉(zhuǎn)磁動勢，建立旋轉(zhuǎn)磁場。同步電機的定子繞組通常被稱為電樞繞組，因此，上述磁動勢又稱為電樞磁動勢，而相應(yīng)的磁場稱為電樞磁場。 在同步電機的轉(zhuǎn)子上裝有由直流勵磁產(chǎn)生的磁極，磁極與轉(zhuǎn)子無相對運動。當(dāng)輪子旋轉(zhuǎn)時，以機械方式形成旋轉(zhuǎn)磁動勢，并在氣隙中形成另一種旋轉(zhuǎn)磁場。由于此磁場隨轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，所以又被稱為直流勵磁的旋轉(zhuǎn)磁場。 同步電機的空氣隙間存在著兩種不同方式產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)這兩個磁場的空間位位置不同時，,同步電機的空氣隙之間存在著兩種不同方式產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)這兩個磁場的空間位置不同時，由于磁極問同性相斥、異性相吸的原理，它們之間便會產(chǎn)生相互作用的電磁力。 同步電機的定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，但空間相位不同。當(dāng)切割靜止的定子繞組時，兩旋轉(zhuǎn)磁場在定子三相繞組中感應(yīng)出頻率相同、時間相位不同的感應(yīng)電動勢。繞組中的感應(yīng)電動勢的時間相位差與旋轉(zhuǎn)磁場問的空間相位差相等。,在穩(wěn)態(tài)對稱運行時，無論是定子磁場或是轉(zhuǎn)子磁場都以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，與轉(zhuǎn)子繞組沒有相對運動，因而不會在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 如果不考慮飽和現(xiàn)象，可以采用疊加原理，將轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場在定子三相繞組中感應(yīng)的電動勢分別計算后再疊加。實際上，當(dāng)電機正常運行時，其磁路總是飽和的。如果考慮飽和現(xiàn)象，疊加原理不再適用，必須把電樞磁動勢與轉(zhuǎn)子磁動勢合并成合成磁動勢，再由合成磁動勢確定合成磁場及所感應(yīng)的合成電動勢。 同步電機的定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場之間沒有相對運動。但是由于負(fù)載的影響，兩個磁場之間的相對位置卻是不同的。,這個相對位置決定了同步電機的運行方式。當(dāng)同步電機的轉(zhuǎn)子在原動機的拖動下，轉(zhuǎn)子磁場順著旋轉(zhuǎn)方向超前于電樞磁場運行時，定子磁場作用到轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩是制動轉(zhuǎn)矩，原動機只有克服電磁轉(zhuǎn)矩才能拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這時，電機轉(zhuǎn)子從原動機輸入機械功率，從定子輸出電功率，則同步電機工作于發(fā)電機運行方式。反之，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁劇頃著旋轉(zhuǎn)方向滯后于定子磁場運行時，轉(zhuǎn)子會受到與其轉(zhuǎn)向相同的電磁轉(zhuǎn)矩的作用。這時，電摳磁場作用到轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩是拖動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子拖動外部機械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，則同步電機工作于電動機運行方式。,第6節(jié)、同步電動機內(nèi)部電路（主副勵磁電路）,6.1、同步電動機內(nèi)部電路在機內(nèi)的分布位置,如下3個圖可知：它有定子線圈，轉(zhuǎn)子勵磁整流電路，有滅磁電路、勵磁發(fā)電機的勵磁電路等。,6.2、內(nèi)部電路總圖,定子線圈：是接變頻器的輸出，是驅(qū)動電動機的功率來源。并產(chǎn)生轉(zhuǎn)磁場，拖動轉(zhuǎn)子運動， 轉(zhuǎn)子勵磁整流電路為轉(zhuǎn)子勵磁 有滅磁電路為保護轉(zhuǎn)子電路正常工作 勵磁發(fā)電機的勵磁電路為勵磁發(fā)電機提供勵磁電源 內(nèi)部電路總圖如下,6.2.1、滅磁電阻電路及電阻外觀圖,（滅磁電阻參數(shù)， 電阻結(jié)構(gòu)）,1、滅磁電阻電路,1）滅磁電阻電路工作原理,該無刷勵磁系統(tǒng)的工作原理是：旋轉(zhuǎn)整流器采用三相橋式整流電路，并具有滅磁保護控。 無刷勵磁同步電動機在起動過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子勵磁繞組兩端1Fl、1F2所感應(yīng)的超高交流過電壓，在勵磁繞組兩端1F2對1F1而言為正時，勵磁繞組正半周感應(yīng)電流由1F2經(jīng)滅磁電阻Rf1、Rf2三相橋式整流器二極整流管VDlVD4、VD2VD5、VD3VD6導(dǎo)通至1Fl。此導(dǎo)通電流，在滅磁保護控制電路的雙串聯(lián)晶閘管VTl、VT2的G極施加的是一個反向偏壓，因此它處于阻斷狀態(tài)。,當(dāng)轉(zhuǎn)子勵磁繞組兩端1Fl、對1F2而言為正時，滅磁保護控制電路雙串聯(lián)半導(dǎo)體晶閘管T3、VT4的G極是由雙串聯(lián)穩(wěn)壓二極管VSl和VS2、VS3和VS4組成，當(dāng)施加的電壓達到設(shè)計的規(guī)定值時，就立即處于反向擊穿的導(dǎo)通狀態(tài)，勵磁繞組負(fù)半周感應(yīng)電流經(jīng)穩(wěn)壓二極管VSl和VS2、VS3和VS4流入雙串聯(lián)晶閘管VT3、VT4的G極并將其觸發(fā)導(dǎo)通，即勵磁繞組負(fù)半周感應(yīng)電流由1Fl經(jīng)晶閘管VT3、VT4、滅磁電阻器Rf1、Rf2流至1F2。,在此電流流向下，滅磁保護控制電路的雙串聯(lián)晶閘管VTl、VT2被反向偏壓且仍處于阻斷狀態(tài)。因此無刷勵磁同步電動機在起動加速過程中，無刷勵磁系統(tǒng)的滅磁保護控制電路的滅磁電阻器固接在旋轉(zhuǎn)整流器輸出端并與轉(zhuǎn)子勵磁繞組兩端并聯(lián)連續(xù)工作。,2）滅磁電阻的外形和結(jié)構(gòu),2、轉(zhuǎn)子勵磁電路,3、勵磁發(fā)電機勵磁電路,4、勵磁發(fā)電機參數(shù),4 、勵磁發(fā)電機參數(shù),3、同步電機參數(shù),6、2、2無刷勵磁內(nèi)部基礎(chǔ)電路整體工作原理 隨著電力電子半導(dǎo)體器件的發(fā)展，無刷勵磁技術(shù)才得到突破性的創(chuàng)新并飛速發(fā)展，逐漸形成了以電力電子自動控制為主體的新型無刷勵磁系統(tǒng)。 在這里還必須向讀者介紹的無刷勵磁同步電動機和目前廣泛應(yīng)用的典型無刷勵磁系統(tǒng)。前面已特別強調(diào)并指出了現(xiàn)代無刷勵磁系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的集電環(huán)型同步電動機勵磁系統(tǒng)基礎(chǔ)上，應(yīng)用電力半導(dǎo)體器件實現(xiàn)了無觸點自動控制的典型電路。如上圖所示，是無刷勵磁系統(tǒng)的兩種形式。,在高壓、大功率、低速多極、凸極式同步電動機上，應(yīng)用無刷勵磁技術(shù)就必須首先考慮到轉(zhuǎn)子勵磁繞組在堵轉(zhuǎn)起動的瞬間和起動過程中所感應(yīng)的超高過電壓危害；無刷勵磁系統(tǒng)器件技術(shù)性能所能承受的正向和反向峰值電壓的最大能力和最小安全系數(shù)；滅磁保護電路高電阻滅磁電阻器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及安全運行c 該無刷勵磁系統(tǒng)的特點是：由于滅磁保護電路采用了雙串聯(lián)晶閘管VTl、T2與雙串聯(lián)滅磁電阻器Rf1、Rf2并聯(lián)的特殊均壓電路的無刷勵磁系統(tǒng)，不僅具有滅磁功能，而且能獲得最佳的起動特性。,從所設(shè)計的電路可知：為了確保勵滋繞組在緒轉(zhuǎn)起動瞬間和起動過程中所產(chǎn)生的交流感電壓均勻地分配在晶閘管VTl、VT2，所以采用特殊均壓措施，而且將VTl、VT2的陽極、陰極連接點接在雙滅磁電阻器Rf1、Rf2串聯(lián)接點al。由于雙滅磁電阻器Rf1、Rf2阻值相等，即Rf1=Rf2，并在每個晶閘管VTl、VT2并接電阻、電容RC阻容保護裝置如圖1所示，以確保瞬態(tài)干擾尖峰電壓的吸收和均勻分布。 設(shè)計同時考慮無刷勵磁同步電動機在起動瞬間，尤其是轉(zhuǎn)子勵磁繞組所感應(yīng)超高交流過電壓，當(dāng)1F2對1Fl而言為正時，將會在雙滅磁電阻Rf1、Rf2串聯(lián)接點al出現(xiàn)超高過電壓而反向擊穿晶閘管VTl的G極與陰極間接點，所以設(shè)計在串聯(lián)接點al與晶閘管的G極間并接一只二極開關(guān)管VD7以消除超高過電壓對晶閘管VTl的危害。,該無刷勵磁系統(tǒng)的工作原理是：旋轉(zhuǎn)整流器采用三相橋式整流電路，并具有滅磁保護控。 無刷勵磁同步電動機在起動過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子勵磁繞組兩端1Fl、1F2所感應(yīng)的超高交流過電壓，在勵磁繞組兩端1F2對1F1而言為正時，勵磁繞組正半周感應(yīng)電流由1F2經(jīng)滅磁電阻Rf1、Rf2三相橋式整流器二極整流管VDlVD4、VD2VD5、VD3VD6導(dǎo)通至1Fl。此導(dǎo)通電流，在滅磁保護控制電路的雙串聯(lián)晶閘管VTl、VT2的G極施加的是一個反向偏壓，因此它處于阻斷狀態(tài)。,當(dāng)轉(zhuǎn)子勵磁繞組兩端1Fl、對1F2而言為正時，滅磁保護控制電路雙串聯(lián)半導(dǎo)體晶閘管T3、VT4的G極是由雙串聯(lián)穩(wěn)壓二極管VSl和VS2、VS3和VS4組成，當(dāng)施加的電壓達到設(shè)計的規(guī)定值時，就立即處于反向擊穿的導(dǎo)通狀態(tài)，勵磁繞組負(fù)半周感應(yīng)電流經(jīng)穩(wěn)壓二極管VSl和VS2、VS3和VS4流入雙串聯(lián)晶閘管VT3、VT4的G極并將其觸發(fā)導(dǎo)通，即勵磁繞組負(fù)半周感應(yīng)電流由1Fl經(jīng)晶閘管VT3、VT4、滅磁電阻器Rf1、Rf2流至1F2。,在此電流流向下，滅磁保護控制電路的雙串聯(lián)晶閘管VTl、VT2被反向偏壓且仍處于阻斷狀態(tài)。因此無刷勵磁同步電動機在起動加速過程中，無刷勵磁系統(tǒng)的滅磁保護控制電路的滅磁電阻器固接在旋轉(zhuǎn)整流器輸出端并與轉(zhuǎn)子勵磁繞組兩端并聯(lián)連續(xù)工作。 該無刷勵磁系統(tǒng)當(dāng)同步電動機起動加速在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率為0.050.03時，由無刷勵磁控 制系統(tǒng)的外部信號控制交流主勵磁機投勵勵磁，即交流主勵磁機交流電源施加在旋轉(zhuǎn)整流器三相橋式整流電路上，整流勵磁電源施加在同步電動機轉(zhuǎn)子勵磁繞組兩端，1Fl為正，1F2為負(fù)，并使同步電動機牽入同步運行。在投勵勵磁的同時，正向勵磁電壓施加在雙串聯(lián)晶閘管VT3、VT4上，,而此時施加在雙串聯(lián)晶閘管VTl、VT2上，正向勵磁電壓經(jīng)限流電阻R1、R2流入雙串聯(lián)晶閘管VTl、VT2的G極并將其觸發(fā)導(dǎo)通。所以并聯(lián)在雙串聯(lián)滅磁電阻器Rf1、Rf2上的雙串聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通即將自動切除雙串聯(lián)滅磁電阻器。 采用該無刷勵磁系統(tǒng)只能憑借轉(zhuǎn)差率繼電器實現(xiàn)投勵，使同步電動機牽入同步運行。,但由于G極雙串聯(lián)穩(wěn)壓二極管VSl和VS2、VS3和VS4所施加勵磁電壓均低于設(shè)計的規(guī)定值而不能反向擊穿，所以在投勵勵磁電壓下，雙串聯(lián)晶閘管VT3、VT4所組成的滅磁保護電路處于阻斷狀態(tài)。,6。2。3無刷勵磁系統(tǒng)與無刷勵磁控制系統(tǒng)的特點 無刷勵磁同步電動機由于取消了傳統(tǒng)的集電環(huán)和電刷等裝置進而實現(xiàn)了同步電動機勵磁系統(tǒng)一體化的同步電動機無刷勵磁控制系統(tǒng)。 由于無刷勵磁系統(tǒng)具有系統(tǒng)簡單、無電刷和電火花產(chǎn)生的危害，尤其是便于維護、安全可靠性高、響應(yīng)快等特點，目前已應(yīng)用于防爆的同步電動機。國內(nèi)外的有刷型同步電動機和發(fā)電機在20世紀(jì)80年代初都已實現(xiàn)了無刷化，采用了現(xiàn)代化的無刷勵磁控制系統(tǒng)。,新行業(yè)防爆標(biāo)準(zhǔn)JBT 89731999中3.7.9滅磁保護控制電路提出了四條非常嚴(yán)格規(guī)定，其中3.7.9.1規(guī)定：“滅磁保護控制電路應(yīng)保證在起動、失步和停機過程中可靠。在可預(yù)料的故障下不發(fā)生火花、電弧和危險溫度。” 無刷勵磁系統(tǒng)的滅磁方式很多，僅就勵磁繞組與滅磁電阻所組成的放電電路的滅磁方式而言，基本上可分為勵磁繞組與滅磁電阻并聯(lián)電路；勵磁繞組與滅磁電阻串聯(lián)電路；勵磁繞組與滅磁電阻串并聯(lián)電路三種。,本案的無刷勵磁同步電動機所采用的是并聯(lián)典型電路，如上面的圖所示。 自動滅磁保護控制電路的設(shè)計和控制原理是按無刷勵磁同步電動機異步起動及帶載失步運行過程中的轉(zhuǎn)差率與同步電動機轉(zhuǎn)子的勵磁繞組所感應(yīng)的交流電壓變化規(guī)律和設(shè)計所確定的自動控制程序，在滅磁保護的區(qū)間內(nèi)自動準(zhǔn)確無誤和可靠地實現(xiàn)自動滅磁保護。,第7節(jié) 同步電動機內(nèi)部電路功能總結(jié)如下,1、定子上有三線圈，用于驅(qū)動同步電動機的電源輸入，它接高壓變頻器的輸出電流電壓。 2、轉(zhuǎn)子的勵磁電源是靠同軸的發(fā)電機旋轉(zhuǎn)整流電路提供的。稱為主勵磁電源。 3、同軸的發(fā)電機的勵磁是由外部三相交流電源提供的，稱為輔助勵磁電源。,第8節(jié) 同步電動機工作原理總結(jié)附錄,三. 額定值 額定容量SN(或額定功率PN )指額定運行時電機的輸輔出功率 額定電壓UN 指額定運行時定子的線電壓 額定電流IN 指額定運行時定子的線電流 額定功率因數(shù)cos 指額定運行時電機的功率因數(shù) 額定頻率fN 指額定運行時電樞的頻率。我國標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為50Hz 額定轉(zhuǎn)速nN 指額定運行時電機的轉(zhuǎn)速，對同步電機而言，即為同步轉(zhuǎn)速,四. 空載運行時同步發(fā)電機的磁場 空載運行時，同步電機內(nèi)僅有由勵磁電流所建立的主極磁場。 圖（a）表示一臺四極電機空載時的磁通示意圖。從圖可見，主 極磁通分成主磁通0和漏磁通兩部分，前者通過氣隙并與 定子繞組相交鏈，后者不通過氣隙，僅與勵磁繞組相交鏈。主磁 通所經(jīng)過的主磁路包括空氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn) 子軛等五部分。 空載特性如圖（b）所示，它是同步電動機的一條很重要的特 性曲線。,(4)氣隙合成磁場與主磁場的相對位置,5、同步電動機的額定參數(shù),1、額定值 同步電機的額定運行數(shù)據(jù)有以下幾種。 (1)額定容量SN或額定功率PN。同步電機的額定容量是指出線端的額定視在功 率，單位為kVA或者MVA；額定功率是指電機輸出的額定有功功率，或指電動機軸上 輸出的額定機械功率，單位為kW或者MW；對于補償機則使用額定視在功率(或者無,功功率)來表示。 (2)額定電壓UN。額定電壓指正常運行時定子三相繞組的線電壓，單位為V或者kV。,3)額定電流IN。額定電流指額定運行時流過定子繞組的線電流，單位為A。 (4)額定功率因數(shù)cosN。額定功率因數(shù)指額定運行時電機的功率因數(shù)。 (5)額定頻率fN。額定頻率指額定運行時的頻率，我國規(guī)定標(biāo)難工頻為50Hz。 (6)額定轉(zhuǎn)速nN。額定轉(zhuǎn)速指額定運行時同步電機的轉(zhuǎn)速。 (7)額定效率N。額定效率指額定運行時的電機效率。 此外，電機銘牌還常列出額定勵磁電壓UA、額定勵磁電流IfN、額定溫升等參數(shù)。,第9節(jié) 同步電動機的變頻起動、停止、運行工作原理,同步電動機變頻調(diào)速的軟起動、軟停機與運行： 同步電動機變頻調(diào)速軟起動、變頻調(diào)速軟停機與變頻調(diào)速運行，從控制所要實現(xiàn)目標(biāo)有三種：實現(xiàn)變頻調(diào)速軟起動，以防止對供電系統(tǒng)和所驅(qū)動的機械設(shè)備所產(chǎn)生沖擊危害；,實現(xiàn)變頻調(diào)速軟停機，以防止對所驅(qū)動的特殊地機械設(shè)備因突然停機所造成的危害；實現(xiàn)變頻調(diào)速運行，使工藝流程高效、節(jié)能、降耗。而構(gòu)成上述三種變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，就必須附設(shè)有工頻供電電源的輔助回路，這樣才能構(gòu)成變頻調(diào)速軟起動控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速軟停機控制系統(tǒng)與變頻器單獨運行的變頻調(diào)速系統(tǒng)。實現(xiàn)軟起動之后再進行工藝流程高效、節(jié)能、降耗的變頻調(diào)速運行控制系統(tǒng)。,9.1變頻調(diào)速軟起動控制 同步電動機從起動控制指令發(fā)出到起動完畢牽入同步運行，控制系統(tǒng)的速度檢測裝置的,矢量運算控制Uf實現(xiàn)穩(wěn)定而精密的升速控制。 無刷勵磁同步電動機的變頻調(diào)速軟起動控制系統(tǒng)的構(gòu)成見變頻器控制,變頻調(diào)速軟起動過程：如上圖：首先將變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主控回路工頻供電電源高壓開關(guān)1GK關(guān)合，并調(diào)試變頻調(diào)速裝置輸出電壓、頻率，為變頻調(diào)速軟起動控制做準(zhǔn)備。 變頻調(diào)速軟起動控制的另一項重要準(zhǔn)備 是由總控制室先發(fā)出變頻調(diào)速軟起動控制預(yù)備指令，即由同步電動機的盤車驅(qū)動電動機,將其拖動旋轉(zhuǎn)，此時變頻調(diào)速控制系統(tǒng)已投入運行，當(dāng)同步電動機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速的1時，同步電動機變頻調(diào)速軟起動控制系統(tǒng)依據(jù)設(shè)計程序，指令同步電動機的勵磁控制系統(tǒng)在勵磁控制投入勵磁之后，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)歷經(jīng)檢，測、調(diào)整之后，才能發(fā)出“準(zhǔn)許投入”，即關(guān)合變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速軟起動的高壓開關(guān)2GK信號指示。,此時總控制室依據(jù)信號指示，立即將同步電動機變頻調(diào)速軟起動控制系統(tǒng)的主控制回路變頻調(diào)速裝置輸出的高壓開關(guān)，2GK關(guān)合使同步電動機處于變頻調(diào)速控制的軟起動的運行狀態(tài)。 同步電動機投入變頻調(diào)速軟起動控制之后，在軟起動控制過程中，同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極的極性不變，隨變頻調(diào)速的頻率而加速旋轉(zhuǎn)，同時在加速旋轉(zhuǎn)過程中定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁極的極性相互吻合，而此時控制系統(tǒng)逐漸升壓變頻升速，即變頻調(diào)速控制系統(tǒng)所附設(shè)的速度檢測器實現(xiàn)矢量運算控制Uf按比例控制改變輸出的供電電壓和頻率。,所以在起動過程中就不會產(chǎn)生過電流的情況，起動力矩是恒力矩，從而實現(xiàn)精密的穩(wěn)定的速度控制的軟起動同步并網(wǎng)，即同步電動機的起動加速到額定轉(zhuǎn)速的9097時變頻調(diào)速系統(tǒng)進入額定頻：50Hz的自動整步的高精度整步控制。 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)自動整步的高精度整步控制，是根據(jù)供電電網(wǎng)電壓的工頻頻率與同電動機受電端電壓的頻率之差f所產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)速微調(diào)信號， 自動地調(diào)節(jié)變頻調(diào)速裝的頻率以使兩者之差為零。與此同時控制系統(tǒng)的永磁式副勵磁機自動調(diào)節(jié)器，自動調(diào)節(jié)控交流勵磁機的轉(zhuǎn)子電樞輸出電壓使旋轉(zhuǎn)整流器的整流輸出電壓為額定勵磁電壓。此時，變調(diào)速裝置的輸出電壓為額定電壓，以使同步電動機受電端電壓與供電電網(wǎng)電壓保持相等和定平衡。,在系統(tǒng)并網(wǎng)前通過對同步頻率之差達到：U5UN；f<0.25%,=0流下降到零，并封鎖變頻調(diào)速否則變頻調(diào)速軟起動裝置會因擊而損壞。同時必須強調(diào)指出不論實際運行所設(shè)定的頻率為所提供的工頻電網(wǎng)投入頻率，總控制室依據(jù)指令，首先將變電動機受電端電壓的幅值、頻率的微調(diào)使得與供電電網(wǎng)電壓、,f025Hz；=0時，變頻調(diào)速軟起動裝置自動使輸出電軟起動裝置全部觸發(fā)脈沖之后才能給出“工頻投入”指令。 為突然切斷負(fù)載而導(dǎo)致功率器件因承受過大的電流與過電壓沖擊而 壞東西， 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在同步電動機變頻調(diào)速軟起動控制之后，不論實際設(shè)定的頻率是多少，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計程序都將直接升速到系統(tǒng)參數(shù)中所提供的工頻網(wǎng)投入頻率，然后變頻調(diào)速控制裝置封鎖輸出，并給出“工頻投入”指令，頻調(diào)速控制系統(tǒng)主控制回路變頻調(diào)速裝置輸出的電機側(cè)高壓開,關(guān)2GK開斷，并電氣切換聯(lián)鎖電路自動關(guān)合高壓開關(guān)3GK，將軟起動的同步電動機由變頻 調(diào)速驅(qū)動運行切換至工頻供電電網(wǎng)運行。但其先決條件是在切換前必須保證變頻調(diào)速裝置的 輸出電壓與電網(wǎng)供電電壓相等而且是同相序。所以變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)置有電壓幅值、頻率 及其相位的跟蹤保護控制環(huán)節(jié)，使其與供電電網(wǎng)保持一致，這就是我們通常所說的微調(diào)功 能，否則必然引起嚴(yán)重地后果。操作規(guī)程也明確地規(guī)定：在開斷變頻調(diào)速裝置的主控制,回路電機側(cè)的高壓開關(guān)2GK的同時電控聯(lián)鎖關(guān)合所附設(shè)的工頻供電電源的輔助回路的高 壓開關(guān)3GK，而使同步電動機投入工頻供電電網(wǎng)的同步運行，即并人電網(wǎng)運行。隨后開 斷變頻調(diào)速軟起動控制裝置的主控制回路的電源側(cè)高壓開關(guān)1GK，而結(jié)束軟起動控制 過程。 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)可作為控制多臺大慣量GD2大的負(fù)載機械設(shè)備電動機的軟起動控制 的變頻調(diào)速裝置。,9、2 變頻調(diào)速軟停機控制 同步電動機所驅(qū)動機械設(shè)備在控制一些特殊機械設(shè)備情況下要求必須逐步減速停機，即軟停機控制。 同步電動機在正常運行中，從停機控制“預(yù)備工頻切除”指令發(fā)出之后到軟停機完畢切除供電電源，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的速度檢測裝置的矢量運算控制Uf，實現(xiàn)穩(wěn)定精密的降速控制。 同步電動機的變頻調(diào)速軟停機控制系統(tǒng)的構(gòu)成，如上圖所示。 總控制室在發(fā)出軟停機控制“預(yù)備工頻切除”指令之前需進行軟停機控制準(zhǔn)備工作,即首先必須在將變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主控制回路的工頻供電電源高壓開關(guān)1GK關(guān)合，并調(diào)試變頻調(diào)速裝置輸出電壓、頻率使其與附設(shè)的工頻供電電源的輔助回路同步運行中的同步電動機供電電壓、頻率相同。 總控制室發(fā)出軟停機控制“預(yù)備工頻切除”指令之后，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)投入自動整步的高精度整步運算控制。是根據(jù)變頻調(diào)速裝置所輸出電壓的頻率與同步電動機受電端電壓,的頻率之差f，所產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)速微調(diào)信號，變頻器自動地調(diào)節(jié)變頻器輸出電壓的頻率以使兩者之差為零而且相序相同，此時變頻調(diào)速控制系統(tǒng)才能發(fā)出準(zhǔn)許投入變頻器變頻調(diào)速軟停機運行控制的“變頻換切”指令指示。同時總控制室依據(jù)信號指示發(fā)出“工頻切除”指令，立即開斷同步電動機附設(shè)的工頻供電電源的高壓開關(guān)3GK，同時電氣切換聯(lián)鎖電路自動并將變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的主控制回路高壓開關(guān)2GK關(guān)合，使同步電動機處于變頻調(diào)速控制的軟停機的運行預(yù)備狀態(tài)。,總控制室在發(fā)出變頻調(diào)速控制的軟停機控制指令之后，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)按設(shè)計程序發(fā)出指令自動緩慢降速，同時同步電動機在降速旋轉(zhuǎn)過程中定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁極的極性相吻合，而此時變頻調(diào)速控制系統(tǒng)逐漸降低變頻調(diào)速裝置的輸出的電壓、頻率，即降壓變頻減速。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)所附設(shè)的速度檢測器，實現(xiàn)矢量運算控制Uf按比例控制，而改變輸出的供電電壓和頻率。在變頻調(diào)速控制的軟停機的運行過程中，同步電動機勵磁控制系統(tǒng)自動進行調(diào)整。所以，在變頻調(diào)速控制的軟停機過程中，不會對所驅(qū)動的機械設(shè)備產(chǎn)生績傷閱沖擊破壞. 當(dāng)同步電動機減速為額定轉(zhuǎn)速的1時，變頻調(diào)速軟停機控制裝置，即變頻調(diào)速裝置自動,動使輸出電流降到零，并封鎖變頻調(diào)速裝置全部觸發(fā)脈沖。同步電動機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)立即發(fā)出“準(zhǔn)許總停機”信號顯示，總控制室依據(jù)顯示信號指示，立即開斷變頻調(diào)速軟停機控制裝置的主控制回路電機側(cè)高壓開關(guān)2GK和工頻電源側(cè)高壓開關(guān)1GK，而結(jié)束軟停機控制過程。,9、3 變頻調(diào)速運行的高效、節(jié)能、 降耗控制 同步電動機運行調(diào)速是交流電動機變頻調(diào)速驅(qū)動風(fēng)機、泵類等平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載機械在生產(chǎn)工藝過程中的變頻調(diào)速控制。變頻調(diào)速控制可獲得最佳工藝效果和相當(dāng)大的節(jié)能、降耗效果。 傳統(tǒng)的無刷勵磁同步電動機所驅(qū)動的機械設(shè)備如風(fēng)機、泵類、壓縮機負(fù)載是工作在工頻下功率輸出是恒定不變的，當(dāng)工藝調(diào)整其流量和壓力時將會產(chǎn)生嚴(yán)重能源浪費，因為負(fù)載變化其流量與轉(zhuǎn)速成正比，而所需要的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。,因此，如果需要的流量為額定流量的80，在這種現(xiàn)實情況下采用現(xiàn)代變頻調(diào)速自動控制就比傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法節(jié)約45以上的電能。全年統(tǒng)計節(jié)約能源是非?？捎^的。 無刷勵磁同步電動機的變頻調(diào)速運行控制系統(tǒng)的構(gòu)成，如s上圖所示。 變頻調(diào)速運行是單機控制系統(tǒng)，變頻調(diào)速運行過程與變頻調(diào)速軟起動過程基本相同但有區(qū)別，其所不同的是在總控制室發(fā)出同步電動機變頻調(diào)速運行控制預(yù)備指令之后，同步電動機的盤車驅(qū)動電動機將其拖動旋轉(zhuǎn)，當(dāng)同步電動機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速的1時，同步電動機依據(jù)設(shè)計的程序，指令控制系統(tǒng)在勵磁控制投入勵磁之后，總控制室發(fā)出“準(zhǔn)許投入”,即關(guān)合變頻調(diào)速運行的軟起動高壓開關(guān)1GK信號指示。同時總控制室依據(jù)信號指示，立即將同步電動機變頻調(diào)速運行的軟起動控制系統(tǒng)的主控制回路高壓開關(guān)lGK關(guān)合，使同步電動機處于變頻調(diào)速控制的軟起動的運行狀態(tài)。 同步電動機在變頻調(diào)頻軟起動控制過程中，同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極的極性不變，隨著變 頻調(diào)速的頻率而加速旋轉(zhuǎn)，逐漸升壓變頻升速，使同步電動機運行在額定轉(zhuǎn)速，而完成變頻調(diào)速軟起動控制。,同步電動機在變頻調(diào)速運行過程中，按照實際負(fù)載的變化由變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，微型工業(yè)控制電子計算機控制系統(tǒng)、實現(xiàn)矢量運算控制Uf的穩(wěn)定而精密的速度控制。 同步電動機在變頻調(diào)速運行的停機前，必須使變頻調(diào)速運行裝置自動使輸出電流下降到0,并封鎖變頻調(diào)速運行裝置全部觸發(fā)脈沖之后，才能給出“準(zhǔn)許停機”信號顯示?？偪刂贫ㄒ罁?jù)顯示信號指令，立即開斷變頻調(diào)速運行控制裝置的主控制回路高壓開關(guān)1GK工頻電源，而結(jié)束變頻調(diào)速運行控制過程,