第十三章 同步电动机的变频调速系统..
同步电机的变频调速系统
图2-3由交-交变压变频器供电的大型低速同步电动机调速系统
2.4
为了获得高动态性能，同步电动机变压变频调速系统也可以采用矢量控制，其基本原理和异步电动机矢量控制相似，也是通过坐标变换，把同步电动机等效成直流电动机，再模仿直流电动机的控制方法进行控制。但由于同步电动机的转子结构与异步电动机不同，其矢量坐标变换也有自己的特色。
（1）在电动机轴端装有一台转子位置检测器BQ（见图8-7），由它发出的信号控制变压变频装置的逆变器U I换流，从而改变同步电动机的供电频率，保证转子转速与供电频率同步。调速时则由外部信号或脉宽调制（PWM）控制UI的输入直流电压。
（2）从电动机本身看，它是一台同步电动机，但是如果把它和逆变器UI、转子位置检测器BQ合起来看，就象是一台直流电动机。直流电动机电枢里面的电流本来就是交变的，只是经过换向器和电刷才在外部电路表现为直流，这时，换向器相当于机械式的逆变器，电刷相当于磁极位置检测器。这里，则采用电力电子逆变器和转子位置检测器替代机械式换向器和电刷。
（3）同步电动机和异步电动机的定子都有同样的交流绕组，一般都是三相的，而转子绕组则不同，同步电动机转子除直流励磁绕组（或永久磁钢）外，还可能有自身短路的阻尼绕组。
（4）异步电动机的气隙是均匀的，而同步电动机则有隐极与凸极之分，隐极式电机气隙均匀，凸极式则不均匀，两轴的电感系数不等，造成数学模型上的复杂性。但凸极效应能产生平均转矩，单靠凸极效应运行的同步电动机称作磁阻式同步电动机。
在同步电动机中，除转子直流励磁外，定子磁动势还产生电枢反应，直流励磁与电枢反应合成起来产生气隙磁通，合成磁通在定子中感应的电动势与外加电压基本平衡。
《变频调速系统》课件
03
变频调速系统的控制策略
转矩控制
01
转矩控制是通过控制电机的输出转矩来满足系统的转矩需求。
02
在转矩控制中，电机的转速和转矩是独立控制的，可以根据负
载的需求精确地调整转矩。
转矩控制广泛应用于需要精确转矩控制的场合，如电梯、起重
03
机等。
速度控制
1
速度控制是通过控制电机的输出转速来满足系统 的速度需求。
群控管理
在多台电梯并存的场合，变频调速系统可以实现群控管理 ，根据乘客需求和电梯运行状态，智能调度和控制多台电 梯的运行，提高电梯的使用效率。
05
变频调速系统的维护与保养
日常维护与保养
01
02
03
每日检查
检查变频器是否有异常声 音、异常气味、过热等现 象。
清洁保养
定期清洁变频器的外壳和 散热风扇，保持其良好的 散热性能。
电力能源
用于风力发电、水力发 电等可再生能源设备的
控制和调节。
交通运输
应用于地铁、动车、船 舶和飞机等交通工具的
驱动和控制。
空调和制冷
变频空调和制冷设备能 够实现节能降耗，提高
舒适度。
变频调速系统的优缺点
节能降耗
根据实际需求调节电机速度，减少能源浪费。
精确控制
可以实现高精度的速度和位置控制。
变频调速系统的优缺点
定期检查与保养
定期检查
每季度或半年对变频器进行一次全面检查，包括 所有接线、元件、散热系统等。
保养内容
根据检查结果，对变频器进行必要的保养，如更 换元件、清洗散热系统等。
注意事项
在保养过程中，应遵循安全操作规程，确保人员 和设备安全。
06
专升本《电力拖动与控制系统》_试卷_答案
专升本《电力拖动与控制系统》一、（共75题，共150分)1。
异步电动机在采用能耗制动时需要( ）。
(2分）A.转子回路串电阻B.定子回路串电阻C.把定子回路从电源断开,接制动电阻D。
定子回路通直流电流。
标准答案：D2。
三相桥式交叉连接可逆调速电路需要配置（）个限环流电抗器。
（2分)A.1B.2C.3D.4。
标准答案:B3。
闸管反并联可逆调速电路中采用配合控制可以消除( ). (2分）A.直流平均环流B.静态环流C。
瞬时脉动环流 D.动态环流.。
标准答案：A4。
为了检测直流电流信号，且与系统主电路隔离,常用的电流检测方法是( ）。
（2分）A。
串联采样电阻 B。
并联采样电阻C。
采用电流互感器 D.采用霍尔传感器。
标准答案:D5. 电流可反向的两象限直流PWM调速系统稳态工作时，当输出电压的平均值小于电机反电势时，电机工作在( ）象限。
（2分）A。
1 B。
2 C.3 D。
4.标准答案：B6。
直流斩波调速系统在回馈电流可控的回馈发电制动时，直流电动机的反电势( ）直流电源的电压。
（2分）A.大于B.等于 C。
小于。
标准答案：C7。
异步电动机串级调速系统，当调速范围较小时,一般采用的起动方法是（）. (2分）A.用串级调速装置起动 B。
定子降压起动。
标准答案：B8。
串级调速系统中，串级调速装置的容量（）. （2分）A.随调速范围D的增大而增加；B.随调速范围D的增大而减少；C。
与调速范围D无关..标准答案:A9。
绕线转子异步电动机的串级调速属于( )的调速方法。
(2分）A。
转差功率消耗型 B。
转差功率回馈型C.转差功率不变型.标准答案：B10。
永磁无刷直流电动机的调速系统中功率变换器的变频方式是（ )。
（2分）A.他控式变频 B。
自控式变频；C.矢量控制式变频。
标准答案：B11。
无刷直流电动机调速系统的位置检测器使用的是（ ) （2分)A.增量式位置检测器 B。
正余弦变压器.标准答案：A12. 永磁无刷直流电动机与永磁同步电动机结构非常相似，永磁无刷直流电动机的气隙磁密波形是（） (2分）A.近似方波 B。
同步电机变频调速 我
u A Rs u 0 B uC 0
Pm 2E p I p
电磁转矩
0 Rs 0
0 iA L i 0 0 B Rs iC 0
0 L 0
0 i A eA d 0 iB eB dt L iC eC
（2）重载时有振荡，甚至存在失步危险；
问题的根源： 供电电源频率固定不变。由于改变交流电的频率较 为困难，以前一般工业设备很少采用同步电动机拖 动。 解决办法： 现代电力电子技术的发展，解决了交流电源的变压变 频问题，采用电压-频率协调控制，可解决由固定频 率电源供电而产生的问题。
对于起动问题： 通过变频电源频率的平滑调节，使电机转速逐渐上 升，实现软起动。 对于振荡和失步问题：
所以起动费事、重载时振荡或失步等问题也已不再是同步 电动机广泛应用的障碍。
四.同步电动机调速系统的特点
同步：同步电动机的转子转速就是旋转磁场的同步转速， 转差为0； 优点： （1）转速与电压频率严格同步； （2）可以通过控制励磁来调节其功率因数，可使功率因 数提高到1.0，甚至超前；
存在的问题：
（1）起动困难；
自控变频同步电动机调速系统
需要两套可控功率单元，系统结构复杂
自控变频同步电动机调速原理图 UI——逆变器 BQ——转子位置检测器
自控变频同步电动机调速系统
在基频以下调速时，需要电压频率协调 控制。
需要一套直流调压装置，为逆变器提供 可调的直流电源。
调速时改变直流电压，转速将随之变化 ，逆变器的输出频率自动跟踪转速。 在表面上只控制了电压，实际上也自动 地控制了频率，这就是自控变频同步电 动机变压变频调速。 采用PWM逆变器，既完成变频，又实现 调压。
第6章 同步电动机变压变频调速系统
添加标题
挑战：随着电力系统的复杂性和不确定性的增加，同步电动机变压变频调速系统在应用过程 中面临着许多挑战，如稳定性、可靠性和经济性等方面的问题
添加标题
未来研究方向：为了进一步提高同步电动机变压变频调速系统的性能和应用范围，需要加强 对其基础理论和关键技术的研究，如矢量控制、直接转矩控制和智能控制等
添加项标题
传统控制策略：通过改变电压、频率等参数实现调速，但调速 范围有限，且容易产生转矩脉动。
添加项标题
现代控制策略：采用矢量控制、直接转矩控制等先进技术，提 高调速性能和范围，但算法复杂，对控制精度要求较高。
添加项标题
混合控制策略：结合传统和现代控制策略的优点，降低算法复 杂度，提高调速性能和范围。
添加文档副标题
目录
01.
02.
03.
04.
05.
06.
同步电动机的基本结构 同步电动机的工作原理 同步电动机的启动方式 同步电动机的调速方法
变压变频调速的基本概念 变压变频调速的原理 变压变频调速的优点 变压变频调速的应用
电源部分：提供变 频电源，实现电压 和频率的调节
控制器部分：控制 变频器的输出，实 现电动机的调速
添加标题
实际应用案例：介绍一些同步电动机变压变频调速系统在实际应用中的案例，如地铁、电梯 和工业自动化等领域中的应用情况
调速范围宽：可 以实现从零到最 大转速的无级调 速，满足各种不 同的应用需求。
调速精度高：可 以实现高精度的 速度控制，提高 生产效率和产品 质量。
节能环保：在调 速过程中，可以 减少能源浪费和 环境污染，符合 绿色制造的要求。
变频器部分：将电 源的电压和频率转 换为适合电动机的 电压和频率
大工14春《电机与拖动》在线作业3答案
大工14春《电机与拖动》在线作业3
单选题判断题
一、单选题（共10 道试题，共60 分。
）
1. 同步电动机只能采用()来快速停机。
A. 回馈制动
B. 反接制动
C. 全制动
D. 能耗制动
-----------------选择：D
2. 三相笼型异步电动机可以直接起动的前提是供电变压器容量较()，电动机功率较()。
A. 大，小
B. 大，大
C. 小，大
D. 小，小
-----------------选择：A
3. 电动机输出功率的大小由()决定。
A. 电压
B. 电流
C. 负载
D. 电源
-----------------选择：C
4. 同步电动机异步起动时，可以采用()的方法来限制起动电流。
A. 直接起动
B. 减压起动
C. 变频起动
D. 软起动
-----------------选择：B
5. 通常说来，异步电动机有()种电气制动方法。
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
-----------------选择：D
6. 他励直流电动机的起动方法有()种。
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
-----------------选择：C
7. 他励直流电动机的电气制动有()种方式。
三相永磁同步电动机变频调速系统设计
三相永磁同步电动机变频调速系统设计运动控制系统课程设计题目：三相永磁同步电动机变频调速系统设计专业班级：自动化姓名：学号：指导教师：摘要本论文在研究永磁同步电动机运行原理的基础上详细讨论了其变频调速的理论而且设计了一套基于DSP的永磁同步电动机磁场定向矢量控制系统。
永磁同步电动机相对感应电动机来说具有体积小、效率高以及功率密度大等优点，因此自从上个世纪80年代，随着永磁材料性能价格比的不断提高，以及电力电子器件的进一步发展，永磁同步电动机的研究也进入了一个新的阶段。
由于永磁同步电动机自身具有比感应电动机更为优越的性能，而且其dq变换算法相对简单、电机转子磁极的位置易于检测，因此交流调速的矢量控制理论在永磁同步电动机的控制领域也得到了同样的重视，有关永磁同步电动机矢量控制研究的成果陆续发表。
本文就是应用电压矢量控制SVPWM实现对永磁同步电机的转矩控制，使其拥有直流电机的性能。
关键词：永磁同步电机矢量控制 dq变换 DSP目录1 绪论............................................................................................................. (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 研究现状及应用前景 (1)2 永磁同步电机的矢量控制方法 (3)3 硬件电路设计 (4)3.1 电流检测电路 (4)3.2 转速检测和转子磁极位置检测电路 (5)3.3 PWM发生电路 (6)3.4 IPM智能功率模块驱动电路 (7)3.5 系统保护电路 (8)3.6 人机接口电路 (9)4 软件设计............................................................................................................. . (9)设计心得............................................................................................................. .. (12)参考文献............................................................................................................. .. (13)1 绪论1.1 研究背景与意义众所周知，电动机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。
同步电机调速系统原理及应用
调速原理：
式（6.3）
6.2 转子位置检测
准确可靠的转子位置检测是自控式同步电机变频调速 系统运行的必要条件。 转子检测一般采用无接触式，常用的转子检测型式： 电磁式、磁敏式、光电式和间接式等。 电磁式子位置检测方法 通过与转子同轴旋转的凸凹圆盘来改变检测元件 的电磁关系，从而达到检测转子位置的目的。 电磁检测方法又可分为差动变压器式和接近开关式 两种。
(6.6)
BLDCM的数学模型（3）
由于电机三相对称，即：
ia ib ic 0 pMia pMia pMic 0
(6.6)式可简化为：
0 0 i a e a u a R 1 0 0 i a L M u 0 R 0 i 0 LM 0 p i b e b 1 b b u c 0 0 R 1 i c 0 0 L M i c e c
图7.1
SR的原理和特点
转子既无绕组也无永磁体。 定子上有集中绕组，径向相对的两个绕组串联构成一 个两极磁极，称为一相。 研究表明，低于三相的SR电动机没有起动能力。 原理上，SR与步进电机相似，遵循“磁阻最小原 理”——磁通总是要沿着磁阻最小的路径闭合。 DABCD顺序通电时，转子逆时钟旋转。 SR是一种大步距角的步进电机。 相数多，步距角小，利于减小转矩脉动，但复杂度和 成本都会增加。
BLDCM的基本特点
气隙磁场感应的反电动势和供电电流关系：
气隙磁场感 应的反电动势波 形为梯形波，包 含较多的高次谐 波。
二、BLDCM的数学模型
由于稀土永磁材料的导磁率很低，转子的磁阻 很高，可忽略转子的影响，可得BLDCM的定 子电压平衡方程式为：
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第十三章 同步电动机的变频调速系统
University of Science and Technology Liaoning
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1. 理解自控式同步机变频调速系统 —— 无换向器电动机的基本原理。 2. 熟练掌 握磁场定向同步电动机调速系统的组成、 专业技术基础课程。 教学目的 原理、数学模型、空间矢量图和时间相量 了解各类电机的基本结构。 图、基本控制方法。 3. 掌握永磁同步电 理解电机中的能量转换关系。 动机矢量控制系统和直流无刷电动机调速 掌握电机稳态运行时的分析方法和运行性能。 系统的控制方法。 理解电机稳态运行时各种参数的物理意义，并 同步电动机矢量控制变频调速系统的基本 能熟练应用等效电路和相量图。 重 点 控制方法。 通过实验，掌握电机的基本实验方法和电机 同步电动机的数学模型和空间矢量图的物 使用的基本技能。 难 点 理概念。
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二、 同步电动机的分类 同步电动机按励磁方式分为可控励磁同步电 动机和永磁同步电动机两种。 可控励磁同步电动机在转子侧有独立的直 流励磁，可以通过调节转子的直流励磁电 流，改变输入功率因数，可以滞后，也可 以超前。 永磁同步电动机的转子用永磁材料制成， 无需直流励磁。
电磁转矩
3U s2 ( xd xq ) 3U s Es sin sin 2 xd 2 xd xq
3U s Es Te sin m xd
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3U s2 ( xd xq ) 2m xd xq
sin 2
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按气隙磁场分布，永磁同步电动机的分类 正弦波永磁同步电动机——磁极采用永磁 材料，输入三相正弦波电流时，气隙磁场 为正弦分布，称作正弦波永磁同步电动机， 或简称永磁同步电动机缩写为PMSM。 梯形波永磁同步电动机——气隙磁场呈梯 形波分布，性能更接近于直流电动机。梯 形波永磁同步电动机构成的自控变频同步 电动机又称作无刷直流电动机，缩写为 BLDM。
60 f1 601 n1 np 2 n p
同步电动机在转子侧有独立的直流励磁， 或者靠永久磁钢励磁。还可能有自身短 路的阻尼绕组。
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教学内容 第一节 同步电动机的稳态模型与调速方法 第二节 他控变频同步电动机调速系统
第三节 自控变频同步电动机调速系统
第四节 同步电动机矢量控制系统
同步电动机有隐极与凸极之分。隐极式电 机气隙均匀；凸极式则不均匀，磁极直轴 磁阻小，极间交轴磁阻大，两轴的电感系 数不等，使数学模型更复杂一些。 同步电动机转子有独立励磁，在极低的电 源频率下也能运行，同步电动机的调速范 围比异步电动机更宽。 异步电动机要靠加大转差才能提高转矩， 而同步电机只须加大功角就能增大转矩， 同步电动机比异步电动机对转矩扰动具有 更强的承受能力，动态响应快。 2018 年10月15日1时8分
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三、同步电动机的转矩角特性
1. 凸极同步电动机转矩角特性
I sd I s sin I sq I s cos xd I sd E s U s s xq I sq U s sin
第五节 同步电动机直接转矩控制系统
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13.1 同步电动机的稳态模型与调速方法
一、 同步电动机的特点 同步电动机的稳态转速恒等于同步转速， 机械特性硬
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2. 隐极同步电动机转矩角特性
隐极同步电动机 电磁功率
xd xq
3U s Es PM sin xd
图13-1 凸极同步电动机稳定运行相量图
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电磁功率
PM P U s I s cos 3U s I s cos( ) 1 3 3U s I s cos cos 3U s I s sin sin 3U s U s sin ( E U s cos ) cos 3U s s sin xq xd
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第 1 部分由转子磁动势产生，是同步电动 机的主转矩； 第 2 部分由于磁路不对称产生，称作磁阻 反应转矩。
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图11-2 凸极同步电动机的矩角特性
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