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第十三章 同步电动机的变频调速系统
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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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