第9章三相同步電機(jī)的電力拖動內(nèi)容簡介內(nèi)容包括：三相同步電動機(jī)的起動、調(diào)速和制動的原理與方法以及同步電動機(jī)兩種常用的控制方式：他控和自控方式用途：

主要用于軋鋼、水泥、化纖、輪船推動、電動汽車、磁懸浮火車、伺服與機(jī)器人驅(qū)動以及飛機(jī)發(fā)動機(jī)的起動/發(fā)電設(shè)備等。

優(yōu)點(diǎn)：

運(yùn)行效率高；轉(zhuǎn)子采用直流勵(lì)磁的同步電動機(jī)在過勵(lì)狀態(tài)下可以改善功率因數(shù)大型MW級的調(diào)速系統(tǒng)大多采用轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁同步電動機(jī)組成的拖動系統(tǒng)；中、小容量的伺服系統(tǒng)多采用由永磁同步電動機(jī)組成的拖動系統(tǒng)。一般應(yīng)用場合：9.1.1自耦調(diào)壓器的降壓起動圖9.1同步電動機(jī)的起動方法

方法介紹：同步電動機(jī)的降壓起動方法又稱為異步起動法，它是借助于同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子主磁極極靴上裝設(shè)的鼠籠繞組（又稱起動繞組或阻尼繞組）來完成起動的。

起動時(shí)，首先將轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁繞組通過電阻短接，然后再將定子繞組投入到三相電源上。依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場和起動繞組中所感應(yīng)的電流產(chǎn)生類似于感應(yīng)電機(jī)的異步電磁轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子起動。一旦轉(zhuǎn)子接近同步速，再將轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組切換至直流勵(lì)磁電源上。利用定、轉(zhuǎn)子之間的磁場相互作用所產(chǎn)生的牽入同步轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)子牽入同步，完成起動。起動過程：起動過程中，要求轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁繞組不能開路；以避免因轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組匝數(shù)較多，造成感應(yīng)電勢較高而引起繞組絕緣擊穿；直流勵(lì)磁繞組也不能直接短路；以避免“單軸轉(zhuǎn)矩”的產(chǎn)生；通常起動過程中轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁繞組串接一定數(shù)值的電阻起動。一旦接近同步速，再通過轉(zhuǎn)子滑環(huán)和電刷加入直流勵(lì)磁，將轉(zhuǎn)子牽入同步。

起動過程中的注意事項(xiàng)：單軸轉(zhuǎn)矩的說明:起動時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中感應(yīng)轉(zhuǎn)差頻率的電勢和電流;由轉(zhuǎn)差頻率的電流流過單相轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組產(chǎn)生脈振磁勢（或磁場）。該脈振磁勢可分解為兩個(gè)相對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為、轉(zhuǎn)向相反的正、負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場；負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁勢在定子繞組中感應(yīng)電勢（或電流）的頻率為：（9-1）該電流與逆序旋轉(zhuǎn)磁場相互作用即產(chǎn)生“單軸轉(zhuǎn)矩”。顯然，單軸轉(zhuǎn)矩的同步點(diǎn)為：（即）。當(dāng)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動性；當(dāng)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為制動性。（見圖9.2）結(jié)論：

單軸轉(zhuǎn)矩有可能造成同步電動機(jī)運(yùn)行在附近而達(dá)不到同步速。9.1.2輔助異步電動機(jī)的起動選用一臺極數(shù)相同的感應(yīng)電動機(jī)（其容量約為主機(jī)的10~15%）作為輔助電動機(jī)起動;一旦轉(zhuǎn)子接近同步速，再在轉(zhuǎn)子繞組中加入直流勵(lì)磁電流，利用牽入同步轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子牽入同步。起動方法:9.1.3變頻起動起動方法:起動前，首先將同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組通以直流勵(lì)磁；逐漸增加供電變流器的輸出頻率，使定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨之逐漸升高，直至轉(zhuǎn)子達(dá)到同步轉(zhuǎn)速為止；切換至電網(wǎng)供電。9.2三相同步電動機(jī)的調(diào)速矩角特性機(jī)械特性變頻調(diào)速中的兩條特性曲線：下面就以隱極式同步電動機(jī)為例說明。9.2.1三相同步電動機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的矩角特性分兩種情況進(jìn)行討論：1.忽略定子繞組電阻的影響

根據(jù)8.4節(jié)隱極式同步電動機(jī)的矩角特性得：

（9-2）式中，為最大電磁轉(zhuǎn)矩。圖9.3隱極式同步電動機(jī)的等效電路與相量圖根據(jù)圖9.3，得隱極式同步電動機(jī)的電磁功率為：（9-6）設(shè)為參考相位，根據(jù)圖9.3b可知：，。

由圖9.3a得：由上式得：

令，并將上式代入式（9-6）可得：

電磁轉(zhuǎn)矩為：

（9-7）根據(jù)上式便可繪出三相隱極式同步電動機(jī)考慮定子繞組電阻時(shí)的矩角特性曲線如圖9.4中的實(shí)線所示。圖9.4隱極式同步電動機(jī)的矩角特性曲線結(jié)論：

考慮定子繞組電阻后，最大轉(zhuǎn)矩有所減小，最大電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)時(shí)的臨界功率角有所減小。

一般結(jié)論：

在采用的變頻調(diào)速過程中，必須增加低頻時(shí)的壓頻比，以補(bǔ)償?shù)皖l時(shí)因定子繞組電阻所引起的最大電磁轉(zhuǎn)矩下降，確保過載能力保持不變。9.2.2三相同步電動機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性分兩種情況進(jìn)行討論：1.忽略定子繞組電阻的影響根據(jù)式（9-5）可知：若采用恒壓頻比控制即，則最大電磁轉(zhuǎn)矩

保持不變?？紤]到同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與定子頻率之間符合嚴(yán)格的同步關(guān)系，于是，隱極式同步電動機(jī)的機(jī)械特性可用圖9.6表示之?？紤]到，根據(jù)上式便可以得到考慮定子繞組電阻時(shí)隱極式同步電動機(jī)的機(jī)械特性曲線如圖9.7所示。圖9.7同步電動機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性（）結(jié)論：

對于實(shí)際同步電動機(jī)，低頻（或低速）時(shí)，由于定子繞組電阻的影響，最大電磁轉(zhuǎn)矩將有所降低。為了補(bǔ)償這一影響，應(yīng)在低頻運(yùn)行時(shí)適當(dāng)增加壓頻比。9.3三相同步電動機(jī)的制動9.3.1電網(wǎng)供電同步電動機(jī)的制動

圖9.9a、b分別給出了同步電動機(jī)三相定子繞組外接電阻和頻敏變阻器進(jìn)行能耗制動時(shí)的接線圖。圖9.9同步電動機(jī)能耗制動時(shí)的接線圖圖9.10同步電動機(jī)能耗制動時(shí)的機(jī)械特性

由圖9.10可以看出：改變轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁電流的大小可以改變制動性電磁轉(zhuǎn)矩的大小，進(jìn)而調(diào)整制動時(shí)間的長短。圖9.10給出了同步電動機(jī)能耗制動時(shí)的機(jī)械特性。用途:

適合于中小功率的交流拖動系統(tǒng)，如伺服系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床以及工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動等。2.再生(或回饋)制動圖9.12變流器供電下交流電機(jī)再生制動原理的示意圖再生制動將來自負(fù)載的機(jī)械能經(jīng)過逆變器(工作在整流狀態(tài))首先轉(zhuǎn)換為直流側(cè)的電能,然后再經(jīng)過PWM整流器(工作在逆變狀態(tài))逆變?yōu)榻涣?并回饋至電網(wǎng)。。

用途:

適用于需要經(jīng)常實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行的大功率交流拖動系統(tǒng)。

9.4三相同步電動機(jī)的控制方式兩種主要控制方式：

他控式（頻率開環(huán)的控制方式

）；自控式（頻率閉環(huán)的控制方式

）；9.4.1他控式同步電動機(jī)特點(diǎn)：他控式同步電動機(jī)是通過獨(dú)立控制外部供電變流器的頻率來控制同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的，勿需提供轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（或位置）的信息。

對于他控式同步電動機(jī)，為確保定子磁鏈保持不變，經(jīng)常采用恒壓頻比控制即的開環(huán)控制方案。

圖9.13給出了他控式同步電動機(jī)的系統(tǒng)框圖。圖9.14給出了他控式同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線。圖9.13他控式同步電動機(jī)的（或開環(huán)控制）示意圖圖9.14采用電壓/頻率比控制的他控式同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線9.4.2自控式同步電動機(jī)組成框圖：圖9.15自控式同步電動機(jī)與直流電動機(jī)的相似性特點(diǎn)：自控式同步電動機(jī)定子各相繞組電流的通斷以及各相繞組電流的大小受控于自身轉(zhuǎn)子的位置。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高，則定子通電頻率越高。且定子繞組的通電頻