（1）他控变频调速系统 用独立的变压变频装置给同步电动机供电的系 统。 （2）自控变频调速系统 用电动机本身轴上所带转子位置检测器或电动 机反电动势波形提供的转子位置信号来控制变压 变频装置换相时刻的系统。
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3、同步调速系统的特点 （1）交流电机旋转磁场的同步转速1与定子 电源频率 f1 有确定的关系 2f1 1
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1、 转速开环恒压频比控制的 同步电动机群调速系统 步电动机群 速系统 转速开环恒压频比控制的同步电动机群 调速系统，是一种最简单的他控变频调速 单 他 变 系统 多用 化纺 系统，多用于化纺工业小容量多电动机拖 小容 多 动机 动系统中。 这种系统采用多台永磁或磁阻同步电动 机并联接在公共的变频器上，由统一的频 率给定信号同时调节各台电动机的转速。 率给定信号同时调节各台电动机的转速
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1）系统组成
多台同步电动机的恒压频比控制调速系统
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2）系统控制 多台永磁或磁阻同步电动机并联接在公共 的电压源型PWM变压变频器上，由统 变压变频器上 由统一的 的 频率给定信号 f * 同时调节各台电动机的转 速。 PWM变压变频器中，带定子压降补偿的恒 变压变频器中 带定子压降补偿的恒 压频比控制保证了同步电动机气隙磁通恒 定 缓慢地调节频率给定 f * 可以逐渐地同 定，缓慢地调节频率给定 时改变各台电机的转速。
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（6）由于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 因此 在同 极低的电源频率下也能运行，因此，在同 样条件下，同步电动机的调速范围比异步 电动机更宽。 电动机更宽 （7）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 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，能作出更快的动态 响应。 哈尔滨工业大学电磁驱动与控制研究所
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2、 由交-直-交电流型变压变频 器供电的同步电动机调速系统 大型同步电动机转子上一般都具有励磁 绕组 通过滑环由直流励磁电源供电 或 绕组，通过滑环由直流励磁电源供电，或 者由交流励磁发电机经过随转子一起旋转 的整流器供电。 对于经常在高速运行的机械设备，定子 侧可以采用他控型交-直-交电流型变压变 频器供电。
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优点： （1）转速与电压频率严格同步； ）转速与电压频率严格同步 （2）功率因数高到1.0，甚至超前； 存在的问题： （1）起动困难； （2）重载时有振荡，甚至存在失步危险；
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问题的根源： 问题的根源 供电电源频率固定不变。 解决办法： 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。 定频率电源供电而产生的问题
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主要教材：
王成元.《现代电机控制技术》 北京：机械工业出版社，2008
陈伯时. 《自动控制系统》
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参考书目
1 D.W.Novotny, T.A.Lipo, T.M.Jahns,《Introduction to Electric Machines And Drives》 2 D.W.Novotny, T.A.Lipo.《Vector Control and Dynamics of AC Drives》 3 T.A.Lipo.《Analysis of Synchronous Machines》 4 唐任远.《现代永磁电机理论》
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系统组成
由交-交变压变频器供电的大型低速同步电动机调速系统
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交-交变压变频简介
交-交变流电路，是把一种形式的交流变成另一 种形式交流的电路，可改变相关的电压、电流 、频率和相数等。 晶闸管交交变频电路，也称周波变流器， 晶闸管交交变频电路 也称周波变流器 是将
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3）系统特点
系统结构简单，控制方便，只需一台变频 器供电，成本低廉。 由于采用开环调速方式，系统存在一个明 由于采用开环调速方式 系统存在一个明 显的缺点，就是转子振荡和失步问题并未 解决 因此各台同步电动机的负载不能太 解决，因此各台同步电动机的负载不能太 大。
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1 1、 同步电动机调速系统概述
同步电动机历来是以转速与电源频率保持严格 同步著称的。只要电源频率保持恒定，同步电动 机的转速就绝对不变。 采用电力电子装置实现电压-频率协调控制，改 变了同步电动机历来只能恒速运行不能调速的面 貌 起动费事 重载时振荡或失步等问题也已不 貌。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。
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旁路晶闸管的作用
LCI同步调速系统在起动和低速时存在换流问题 步 低 存
低速时同步电动机感应电动势不够大，不足以保证可 靠换流； 当电机静止时，感应电动势为零，根本就无法换流。
可采用“直流侧电流断续” 方法，使中间直流环 方法 使中间直流环 节电抗器的旁路晶闸管导通，让电抗器放电，同 时切断直流电流 允许逆变器换相 换相后再关 时切断直流电流，允许逆变器换相，换相后再关 断旁路晶闸管，使电流恢复正常。 用这种换流方式可使电动机转速升到额定值的 3%~5%，然后再切换到负载电动势换流。
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对于起动问题： 通过变频电源频率的平滑调节 使电 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 ： 由于采用频率闭环控制，同步转速可 以跟着频率改变，就不会振荡和失步。 着频率 变 会 步
哈尔滨调速系统的类型
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由交-直-交电流型负载换流变压变频器供电的 同步电动机调速系统
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系统控制环节包括转速调节、负载换流控 制和励磁电流控制 FBS是测速反馈环节 制和励磁电流控制， 。 变压变频装置一般是电流型的，往往需要 电流控制器（包括电流调节和电源侧变换 器的触发控制）。
二、 他控变频同步电动机调速系统
与异步电动机变压变频调速一样，用独立 与异步电动机变压变频调速 样，用独 的变压变频装置给同步电动机供电的系统 称作他控变频调速系统。 称作他控变频调速系统
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他控变频调速系统包括： 转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速 系统 由交-直-交电流型负载换流变压变频器供电 的同步电动机调速系统 由交-交变压变频器供电的大型低速同步电 动机调速系统
电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流 电路 属于直接变频电路 电路，属于直接变频电路。
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基本电路单元：由P、 N组晶闸管反向并联； P 组工作时，负载电流 组工作时 负载电流 io为正。 N组工作时，io为负。 两组变流器按一定的 频率交替工作，负载就 得到该频率的交流电。 改变两组变流器的切 换频率，就可改变输出 频率。 改变变流电路的控制 角a，就可以改变交流输 出电压的幅值。
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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 另一类大型同步电动机变压变频调速系统 用于低速的电力拖动，例如无齿轮传动的 可逆轧机、矿井提升机、水泥转窑等。 该系统可由交-交变压变频器（又称周波 变换器）供电，输出低于供电频率，对于 一台 台20极的同步电动机，同步转速为 极的 步电动机 步转速为 120~150r/min，直接用来拖动轧钢机等设 备是很合适的，可以省去庞大的齿轮传动 装置。
O
uo i VT1
io
ωt
i
O
i VT4 i VT2 t1 u VT1 i VT3 uVT 4
ωt
i
O
uVT
O
ωt ωt
VT2、VT3 导通时刻t1 必须在 须在uo过 零前，并留 有足够的裕 量，才能使 换流顺利完 成。
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同步电机的负载换流逆变器
•负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现 负载换流 如电容性负载和同步电动机 负载换流，如电容性负载和同步电动机。 •当负载为同步电动机时，由于可以控制励磁电流使 负载呈现为容性，因而也可以实现负载换流。
硕士研究生课程
电机驱动控制理论
— 同步电动机部分
主讲教师：孙立志 Tel：13624510617 哈尔滨工业大学电磁驱动与控制研究所
第七章 同步电动机的驱动控制
7.1 同步电动机调速系统分类及特点 7 2 永磁同步电机矢量控制原理及矢量方程 7.2 7.3永磁同步电动机的转子磁场定向矢量控制 7.4永磁同步电动机的弱磁控制及最大功率控制 7.5基于定子磁场定向的矢量控制及直接转矩控制
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定子侧采用交-直-交电流型变压变频器供 电 晶闸管变换器（即逆变器）比给异步 电，晶闸管变换器（即逆变器）比给异步 电动机供电时更简单，可以省去强迫换流 电路 而利用同步电动机定子中的感应电 电路，而利用同步电动机定子中的感应电 动势实现换相。这样的逆变器称作负载换 流逆变器 Load-commutated Inverter，简 流逆变器（ 简 称LCI）。
基本负载换流逆变电路
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负载换流特点
•半控型器件晶闸管； •器件承受负压而关断； •负载电流的相位需超前于负载电压电容性负载； •阻感性负载时并接电容，使负载略呈容性； •直流侧串入大电感Ld ，使电流基本没有脉动；
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负载换流电路 其 作波 负载换流电路及其工作波形 u i