第30讲-三相同步电动机的调速课件

第六节三相异步电动机的机械特性第30讲三相同步电动机的调速和电动机的选择

1、同步电动机调速

2、电动机的选择第六节三相异步电动机的机械特性第30讲三相同步电动机的调速同步电动机直接投入电网运行时，存在失步与起动困难两大问题，曾制约着同步电动机的应用。同步电动机的转速恒等于同步转速，所以同步电动机的调速只能是变频调速。概述同步电动机直接投入电网运行时，存在失步与起动困难两大问题，曾变频技术的发展与成熟不仅实现了同步电动机的调速，同时也解决了失步与起动问题，使之不再是限制同步电动机运行的障碍。随着变频技术的发展，同步电动机调速系统的应用日益广泛。同步电动机调速可分为自控式和他控式两种，适用于不同的应用场合。概述变频技术的发展与成熟不仅实现了同步电动机的调速，同时也解决了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。同步电动机的特点同步电动机的稳态转速恒等于同步转速，机械特性同步电动机的特点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。同步电动机的特点同步电动机转子有独立励磁，在极低的电源频率下同步电动机的分类

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。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永磁同步电动机的优点采用了永磁材料磁极，磁能积高，体积小、重量轻；转子没有铜损和铁损，没有滑环和电刷的摩擦损耗，运行效率高；转动惯量小，允许脉冲转矩大，可获得较高的加速度，动态性能好；结构紧凑，运行可靠。同步电动机的分类永磁同步电动机的优点采用了永磁材料磁极，磁能积高，体积小、重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。同步电动机的分类

永磁同步电动机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同步电动机的起动当同步电动机在工频电源下起动时，定子磁动势以同步转速旋转，电动机转速具有较大的滞后，不能快速跟上同步转速；在一个周期内，电磁转矩的平均值等于零，故同步电动机不能起动。同步电动机中转子有起动绕组，使电动机按异步电动机的方式起动，当转速接近同步转速时再通入励磁电流牵入同步。同步电动机的起动当同步电动机在工频电源下起动时，定子磁动势以同步电动机的调速同步电动机的转速等于同步转速同步电动机有确定的极对数同步电动机的调速只能是改变电源频率的变频调速。同步电动机的调速同步电动机的转速等于同步转速同步电动机的调速忽略定子漏阻抗压降，则定子电压同步电动机变频调速的电压频率特性与异步电动机变频调速相同。基频以下采用带定子压降补偿的恒压频比控制方式，基频以上采用电压恒定的恒功率弱磁控制方式。同步电动机的调速忽略定子漏阻抗压降，则定子电压同步电动机的调速同步电动机变频调速机械特性基频以下基频以上同步电动机的调速同步电动机变频调速机械特性基频以下基频以上他控变频同步电动机调速系统他控变频调速的特点是电源频率与同步电动机的实际转速无直接的必然联系。控制系统结构简单，可以同时实现多台同步电动机调速。没有从根本上消除失步问题。他控变频同步电动机调速系统他控变频调速的特点是电源频率与同步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。转子振荡和失步问题并未解决。各台同步电动机的负载不能太大，否则会造成负载大的同步电动机失步，进而使整个调速系统崩溃。他控变频同步电动机调速系统多台永磁或磁阻同步电动机并联接在公共的变频器上，由统一的频率多台同步电动机的恒压频比控制调速系统他控变频同步电动机调速系统多台同步电动机的恒压频比控制调速系统他控变频同步电动机调速系自控变频同步电动机调速系统他控变频同步电动机调速系统变频器的输出频率与转子转速或位置无直接的关系，若控制不当，仍然会造成失步。根据转子位置直接控制变频装置的输出电压或电流的相位，就能从根本上杜绝失步现象，这就是自控变频同步电动机的初衷。自控变频同步电动机调速系统他控变频同步电动机调速系统变频器的自控变频同步电动机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自控变频同步电动机调速原理图需要两套可控功自控变频同步电动机在基频以下调速时，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。自控变频同步电动机在基频以下调速时，需要电压频率协调控制。自控变频同步电动机采用PWM逆变器，既完成变频，又实现调压。整流器就可以用不可控整流器，或直接由直流母线供电，系统结构简单，只需一套可控功率单元。自控变频同步电动机采用PWM逆变器，既完成变频，又实现调压。自控变频同步电动机PWM控制的自控变频同步电动机及调速原理图自控变频同步电动机PWM控制的自控变频同步电动机及调速原理图自控变频同步电动机从电动机本身看，自控变频同步电动机是一台同步电动机，可以是永磁式的，容量大时也可以用励磁式的。把电动机和逆变器、转子位置检测器BQ合起来看，如同是一台直流电动机。从外部看来，改变直流电压，就可实现调速，相当于直流电动机的调压调速。自控变频同步电动机从电动机本身看，自控变频同步电动机是一台同自控变频同步电动机在自控变频同步电动机中采用的电力电子逆变器和转子位置检测器就相当于电子式换向器，用静止的电力电子电路代替了容易产生火花的旋转接触式换向器，用电子换向取代机械换向。自控变频同步电动机在自控变频同步电动机中采用的电力电子逆变器自控变频同步电动机无换向器电动机——由于采用电子换相取代了机械式的换向器，多用于带直流励磁的同步电动机。正弦波永磁自控变频同步电动机——以正弦波永磁同步电动机为核心，构成的自控变频同步电动机。自控变频同步电动机无换向器电动机——由于采用电子换相取代了机自控变频同步电动机梯形波永磁自控变频同步电动机即无刷直流电动机——以梯形波永磁同步电动机为核心的自控变频同步电动机，性能更接近于直流电动机。但没有电刷，故称无刷直流电动机。尽管在名称上有区别，本质上都是一样的，所以统称作“自控变频同步电动机”。自控变频同步电动机梯形波永磁自控变频同步电动机即无刷直流电动同步电动机矢量控制系统通过坐标变换，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。在同步电动机矢量控制系统中，为了准确地定向，需要检测转子位置。因此，同步电动机矢量控制变频调速也可归属于自控变频同步电动机调速系统。同步电动机矢量控制系统通过坐标变换，把同步电动机等效成直流电正弦波永磁同步电动机矢量控制系统正弦波永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证定子绕组中的感应电动势具有正弦波形，外施的定子电压和电流也应为正弦波。永磁同步电动机一般没有阻尼绕组，转子由永磁体材料构成，无励磁绕组。永磁同步电动机具有幅值恒定、方向随转子位置变化的转子磁动势。正弦波永磁同步电动机矢量控制系统正弦波永磁同步电动机具有定子永磁同步电动机物理模型正弦波永磁同步电动机矢量控制系统永磁同步电动机物理模型正弦波永磁同步电动机矢量控制系统假想转子由一般导磁材料构成，带有一个虚拟的励磁绕组，通以虚拟的励磁电流，产生的转子磁动势与永磁同步电动机的转子磁动势相等。永磁同步电动机可以与一般的电励磁同步电动机等效，唯一的差别是虚拟励磁电流恒定。虚拟励磁绕组等效电感正弦波永磁同步电动机矢量控制系统假想转子由一般导磁材料构成，带有一个虚拟的励磁绕组，通以虚拟按转子磁链定向的永磁同步电动机矢量控制系统正弦波永磁同步电动机矢量控制系统按转子磁链定向的永磁同步电动机矢量控制系统正弦波永磁同步电动

伺服系统

伺服（Servo）意味着“伺候”和“服从”。广义的伺服系统是精确地跟踪或复现某个给定过程的控制系统，也可称作随动系统。伺服系统伺服（Servo）意味着“伺候”和“服从”。

伺服系统

狹义伺服系统又称位置随动系统，其被控制量（输出量）是负载机械空间位置的线位移或角位移，当位置给定量（输入量）作任意变化时，系统的主要任务是使输出量快速而准确地复现给定量的变化。伺服系统狹义伺服系统又称位置随动系统，其被控制量（输出量伺服系统的组成伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、控制器和传感器四大部分组成。除了位置传感器外，可能还需要电压、电流和速度传感器。伺服系统的组成伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、控制器和传感伺服系统的组成位置伺服系统结构示意图A）开环系统b）半闭环系统c）全闭环系统伺服系统的组成位置伺服系统结构示意图三环伺服系统在调速系统的基础上，再设一个位置环，形成三环控制的位置伺服系统。三环位置伺服系统APR—位置调节器ASR—转速调节器ACR—电流调节器BQ—光电位置传感器DSP—数字转速信号形成环节三环伺服系统在调速系统的基础上，再设一个位置环，形成三环控制

电动机的选择项目：额定功率、额定电压、额定转速、种类及型式等项目的选择。选择电动机的原则：（1）满足生产机械负载的要求；（2）从经济上看应该是合理的。所以，确定合适的电动机类型之后，额定功率的选择就非常重要。功率选的过大，其容量得不到充分利用，电动机经常处于轻载运行，效率过低，运行费用高；反之，功率选的过小，长期过载运行，电动机的寿命将缩短，都是不经济的。额定功率的选择要根据电动机的发热、过载能力和启动能力三个方面考虑，其中发热问题最重要。11.1电动机的一般选择电动机的选择项目：额定功率、额定电压、额定转速、一、电动机的种类的选择在满足生产机械对拖动系统静态和动态特性要求的前提下，对电动机种类选择要力求结构简单、运行可行、维护方便、价格低廉。异步电动机：结构简单、运行可靠、维护方便和价格低廉。起动和调速性能差，功率因数低。同步电动机：可以通过调节励磁电流来调节功率因数，对电网进行无功补偿。直流电动机：起动性能和调速性能优异。结构复杂，成本高，存在换向问题。11.1电动机的一般选择一、电动机的种类的选择在满足生产机械对拖动系统静态和动态（1）凡是不需要调速的拖动系统，一般考虑采用交流拖动，特别是采用鼠笼式异步电动机拖动。（2）长期工作、不需要调速、且容量相当大的生产机械，如空气压缩机、球磨机等，一般采用同步电动机拖动，因为它能改善电网的功率因数。（3）调速范围不广，调速级数少，且不需在低速下长期工作，一般采用交流绕线转子异步电动机或变极调速电动机。（4）调速范围宽，调速平滑性要求较高的场合，一般采用直流电动机拖动，或者采用交流变频调速电动机拖动。11.1电动机的一般选择（1）凡是不需要调速的拖动系统，一般考虑采用交流拖动，特别是二、电动机工作方式及防护形式的选择

1、工作方式：按工作制的不同分为连续工作制、短时工作制和断续工作制。2、结构形式：按转轴安装的位置分为卧式和立式两种3、防护形式：开启式、防护式、封闭式和防爆式。（1）开启式：价格便宜，散热条件好。但容易浸入灰尘、水汽、油污和铁屑等。（2）防护式：通风条件较好，可以防止外界物体从上面落入电动机内部，可以防滴、防溅、防雨，但不能防止潮气和灰尘浸入电动机内部。11.1电动机的一般选择二、电动机工作方式及防护形式的选择1、工作方式：按工作制的（3）封闭式：这种电机又分为自扇冷式、他扇式和密封式三种。前两种可用于在潮湿、多腐蚀性灰尘、易受风雨侵蚀的环境中；第三种因为密封，水和潮气不能侵入电动机中，一般用于浸入水中的机械（如潜水泵电动机）。（4）防爆式：这类电动机应用于存在有爆炸危险的环境。11.1电动机的一般选择（3）封闭式：这种电机又分为自扇冷式、他扇式和密封式三种。前三、电动机额定电压的选择电动机的额定电压的选择应依据与电网电压一致的原则。一般工厂企业的低压电网为220V，380V，600V；当电动机的功率较大时且供电电压为6000V及10000V时，可选用6000V甚至10000V的高压电动机，直流电动机的额定电压常用110V或220V；大功率的电动机可提高到600V或800V，甚至1000V。11.1电动机的一般选择三、电动机额定电压的选择电动机的额定电压的选择应依据与电网四、电动机额定转速的选择

电动机的额定转速应综合电动机和生产机械两方面的各种因素来选择。（1）对很少起、制动或反转的长期工作制的电动机，应从设备的初期投资、占地面积和维护费用等方面考虑。（2）对经常工作于起动、制动以及反转的电动机，但过渡时间对生产率影响不大，主要考虑过渡过程能量损耗最小为条件来选择电动机额定转速。（3）对于电动机经常工作于起动、制动及反转，且过渡过程的持续时间对生产率影响较大，主要依据过渡过程时间最短为条件选择电动机的额定转速。11.1电动机的一般选择四、电动机额定转速的选择电动机的额定转速应综合电动机电动机负载运行时，因产生损耗而发热。由于电动机内部热量不断产生，电动机本身的温度就要升高，最终将超过周围环境的温度，电动机温度比环境温度高出的数值，称为电动机的温升。一旦有了温升，电动机就要向周围散热，温升越高，散热越快，当电动机在单位时间内产生的热量等于散出去的热量时，电动机的温度降不再增加，而保持着一个稳定不变的温升值，称为稳定温升，此时电动机处于发热与散热的动平衡状态。电动机从开始发热到热平衡状态的过程称为发热的过渡过程。11.2电动机的发热与温升电动机负载运行时，因产生损耗而发热。由于电动机温升变化规律可以解释如下：发热开始时，由于温升小，散发出去的热量较少，大部分热量被电动机吸收，因而温升增长较快；其后，随着温升的增高，散发的热量不断增多，而电动机产生的热量因负载不变而不变，则电动机吸收的热量不断减少，温升曲线趋于平缓；最后，当发热量与散热量相等时，电动机的温升不再升高而达到了稳定值。11.2电动机的发热与温升温升变化规律可以解释如下：11.2电动机的发热与温升11.3电动机的额定功率一、电机额定功率与允许温升的关系电机的额定功率：其中：为电机绝缘材料允许最高温升为提高电机的额定功率，可以采用的方法有：（1）降低电机的损耗，提高电机的效率；（2）加大空气流通速度以及散热面积，提高散热系数（3）提高绝缘材料的允许温度。11.3电动机的额定功率一、电机额定功率与允许温升的关系二、电机的绝缘材料与允许温升绝缘材料是保证电机安全可靠运行的关键。为了保证电机有足够的使用年限，电机使用时其最热点的温度不应超过该处所用绝缘材料的允许温度。

电动机铭牌上所标的额定功率是指电动机在环境温度为40℃时，带额定负载长期连续工作，温度逐渐升高趋于稳定后，最后温度可达到绝缘材料的允许温度。11.3电动机的额定功率二、电机的绝缘材料与允许温升绝缘材料是保证电机安全可靠运绝缘等级

绝缘材料允许温度/℃

允许温升/℃

0AEBFHC棉纱、棉布、天然丝、纸等经过油或树脂处理过的棉纱、棉布、天然丝、纸等用各种有机合成树脂制成的绝缘膜，如酚醛树脂、聚脂薄膜等用有机漆作粘剂的云母、石棉和玻璃纤维组合物用环氧树脂粘合或浸渍的云母、石棉和玻璃纤维组合物用硅有机树脂粘合或浸渍的云母、石棉和玻璃纤维组合物天然的云母、石英和玻璃、陶瓷

90105120130155180180以上50658090105140140以上绝缘等级允许温度及其材料举例绝缘绝缘材料允许温度/℃允许温升/℃0棉纱、棉布、三、电动机的工作方式

1、连续工作制在恒定负载下电动机连续长期运行的工作方式。电动机工作时间，温升可以达到稳定温升。

2、短时工作制电动机的工作时间。电动机工作时间短，其温升达不到稳定温升，而电动机的停歇时间长，电动机的各部分完全冷却到周围介质的温度。

我国短时工作方式的标准工作时间有15min，30min，60min,90min等四种。11.3电动机的额定功率三、电动机的工作方式1、连续工作制在恒定负载下电动机连3、周期性断续工作制在恒定负载下电动机按相同的工作周期运行。每个周期包括工作和停歇交替进行，但时间都比较短。在工作时间，电动机的温升达不到稳定温升，而在停歇时间，电动机的温升也降不到零。负载持续率（又称暂载率）：每个周期内工作时间占的百分比我国规定标准的负载持续率有10%、25%、40%和60%四种。11.3电动机的额定功率3、周期性断续工作制在恒定负载下电动机按相同的工作周期运四、电动机的额定功率与运行方式1、连续工作方式下电动机的额定功率连续工作制下电动机的额定功率等于当稳定温升等于（或接近于）允许温升时的输出功率。11.3电动机的额定功率四、电动机的额定功率与运行方式1、连续工作方式下电动机的额定2、短时工作方式下电动机的额定功率短时工作方式下电动机的额定功率等于当电动机工作结束时的实际最高温升等于允许温升时的输出功率。11.3电动机的额定功率2、短时工作方式下电动机的额定功率短时工作方式下电动机的3、周期性断续工作方式下的电动机的额定功率周期性断续工作方式下的电动机在工作一段时间后，温升将在一个稳定的小范围波动。当电动机实际达到最高温升等于（或接近于）允许温升时的输出功率即为周期性断续工作方式下的额定功率。11.3电动机的额定功率3、周期性断续工作方式下的电动机的额定功率周期性断续工作11.4电动机额定功率的选择一、电动机额定功率选择的一般步骤1、计算负载功率，若负载为周期性变动负载，还需要作出负载图或。2、根据负载功率，预选电动机的额定功率及其他。3、校核预选电动机，包括发热温升校核、过载能力的校核以及起动能力的校核，其中主要是发热温升校核。11.4电动机额定功率的选择一、电动机额定功率选择的一般二、负载功率计算电动机的负载，按其负载的大小是否变化可分为两类。常值负载：在运行中，负载的大小基本是恒定的。变化负载:在运行中，负载的大小变化较大，但在大多数具有周期性变化的规律。1、常值负载功率PL的计算1)直线运行的机械负载功率2)旋转运动的生产机械负载功率3)泵类生产机械负载功率4)鼓风机类生产机械负载功率11.4电动机额定功率的选择二、负载功率计算电动机的负载，按其负载的大小是否变化可分为两2、变化负载功率PL的计算平均负载功率平均负载转矩变化负载只能求出其平均负载功率PLd或平均负载转矩TLd：为各时间段的负载功率，按常值负载公式计算为各时间段的负载转矩为各段时间，它们之和为一个工作周期，用tL表示。11.4电动机额定功率的选择2、变化负载功率PL的计算平均负载功率平均负载转矩变化负三、恒定负载时电动机额定功率的选择1、标准工作时间2、非标准工作时间为折算系数3、短时工作方式的负载选择连续工作方式电动机11.4电动机额定功率的选择三、恒定负载时电动机额定功率的选择1、标准工作时间2、非标四、电动机额定功率的选择的其他方法1、等效电流法2、等效转矩法3、等效转矩法四、电动机额定功率的选择的其他方法1、等效电流法2、等效转矩前面介绍的选择电动机功率的基本原理和方法，对各种生产机械普遍适用。但是这些方法在实际应用中计算比较复杂，或者负载图难以精确地绘制。在工程实践中，人们总结出了一些常见生产机械选择电动机容量的实用方法，即统计法和类比法。4、统计法统计法就是对各种生产机械的拖动电动机进行统计分析，找出电动机容量与生产机械主要参数之间的关系，用经验公式作为选择电动机容量的主要依据。前面介绍的选择电动机功率的基本原理和方法，对各5、类比法通过对长期运行考验的同类生产机械所采用的电动机容量进行调查，然后对生产机械的主要参数和工作条件进行类比，从而可确定新的生产机械拖动电动机的容量，这就是所谓的类比法。5、类比法通过对长期运行考验的同类生产机械所采第六节三相异步电动机的机械特性第30讲三相同步电动机的调速和电动机的选择

1、同步电动机调速

2、电动机的选择第六节三相异步电动机的机械特性第30讲三相同步电动机的调速同步电动机直接投入电网运行时，存在失步与起动困难两大问题，曾制约着同步电动机的应用。同步电动机的转速恒等于同步转速，所以同步电动机的调速只能是变频调速。概述同步电动机直接投入电网运行时，存在失步与起动困难两大问题，曾变频技术的发展与成熟不仅实现了同步电动机的调速，同时也解决了失步与起动问题，使之不再是限制同步电动机运行的障碍。随着变频技术的发展，同步电动机调速系统的应用日益广泛。同步电动机调速可分为自控式和他控式两种，适用于不同的应用场合。概述变频技术的发展与成熟不仅实现了同步电动机的调速，同时也解决了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。同步电动机的特点同步电动机的稳态转速恒等于同步转速，机械特性同步电动机的特点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。同步电动机的特点同步电动机转子有独立励磁，在极低的电源频率下同步电动机的分类

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。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永磁同步电动机的优点采用了永磁材料磁极，磁能积高，体积小、重量轻；转子没有铜损和铁损，没有滑环和电刷的摩擦损耗，运行效率高；转动惯量小，允许脉冲转矩大，可获得较高的加速度，动态性能好；结构紧凑，运行可靠。同步电动机的分类永磁同步电动机的优点采用了永磁材料磁极，磁能积高，体积小、重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。同步电动机的分类

永磁同步电动机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同步电动机的起动当同步电动机在工频电源下起动时，定子磁动势以同步转速旋转，电动机转速具有较大的滞后，不能快速跟上同步转速；在一个周期内，电磁转矩的平均值等于零，故同步电动机不能起动。同步电动机中转子有起动绕组，使电动机按异步电动机的方式起动，当转速接近同步转速时再通入励磁电流牵入同步。同步电动机的起动当同步电动机在工频电源下起动时，定子磁动势以同步电动机的调速同步电动机的转速等于同步转速同步电动机有确定的极对数同步电动机的调速只能是改变电源频率的变频调速。同步电动机的调速同步电动机的转速等于同步转速同步电动机的调速忽略定子漏阻抗压降，则定子电压同步电动机变频调速的电压频率特性与异步电动机变频调速相同。基频以下采用带定子压降补偿的恒压频比控制方式，基频以上采用电压恒定的恒功率弱磁控制方式。同步电动机的调速忽略定子漏阻抗压降，则定子电压同步电动机的调速同步电动机变频调速机械特性基频以下基频以上同步电动机的调速同步电动机变频调速机械特性基频以下基频以上他控变频同步电动机调速系统他控变频调速的特点是电源频率与同步电动机的实际转速无直接的必然联系。控制系统结构简单，可以同时实现多台同步电动机调速。没有从根本上消除失步问题。他控变频同步电动机调速系统他控变频调速的特点是电源频率与同步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。转子振荡和失步问题并未解决。各台同步电动机的负载不能太大，否则会造成负载大的同步电动机失步，进而使整个调速系统崩溃。他控变频同步电动机调速系统多台永磁或磁阻同步电动机并联接在公共的变频器上，由统一的频率多台同步电动机的恒压频比控制调速系统他控变频同步电动机调速系统多台同步电动机的恒压频比控制调速系统他控变频同步电动机调速系自控变频同步电动机调速系统他控变频同步电动机调速系统变频器的输出频率与转子转速或位置无直接的关系，若控制不当，仍然会造成失步。根据转子位置直接控制变频装置的输出电压或电流的相位，就能从根本上杜绝失步现象，这就是自控变频同步电动机的初衷。自控变频同步电动机调速系统他控变频同步电动机调速系统变频器的自控变频同步电动机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自控变频同步电动机调速原理图需要两套可控功自控变频同步电动机在基频以下调速时，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。自控变频同步电动机在基频以下调速时，需要电压频率协调控制。自控变频同步电动机采用PWM逆变器，既完成变频，又实现调压。整流器就可以用不可控整流器，或直接由直流母线供电，系统结构简单，只需一套可控功率单元。自控变频同步电动机采用PWM逆变器，既完成变频，又实现调压。自控变频同步电动机PWM控制的自控变频同步电动机及调速原理图自控变频同步电动机PWM控制的自控变频同步电动机及调速原理图自控变频同步电动机从电动机本身看，自控变频同步电动机是一台同步电动机，可以是永磁式的，容量大时也可以用励磁式的。把电动机和逆变器、转子位置检测器BQ合起来看，如同是一台直流电动机。从外部看来，改变直流电压，就可实现调速，相当于直流电动机的调压调速。自控变频同步电动机从电动机本身看，自控变频同步电动机是一台同自控变频同步电动机在自控变频同步电动机中采用的电力电子逆变器和转子位置检测器就相当于电子式换向器，用静止的电力电子电路代替了容易产生火花的旋转接触式换向器，用电子换向取代机械换向。自控变频同步电动机在自控变频同步电动机中采用的电力电子逆变器自控变频同步电动机无换向器电动机——由于采用电子换相取代了机械式的换向器，多用于带直流励磁的同步电动机。正弦波永磁自控变频同步电动机——以正弦波永磁同步电动机为核心，构成的自控变频同步电动机。自控变频同步电动机无换向器电动机——由于采用电子换相取代了机自控变频同步电动机梯形波永磁自控变频同步电动机即无刷直流电动机——以梯形波永磁同步电动机为核心的自控变频同步电动机，性能更接近于直流电动机。但没有电刷，故称无刷直流电动机。尽管在名称上有区别，本质上都是一样的，所以统称作“自控变频同步电动机”。自控变频同步电动机梯形波永磁自控变频同步电动机即无刷直流电动同步电动机矢量控制系统通过坐标变换，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。在同步电动机矢量控制系统中，为了准确地定向，需要检测转子位置。因此，同步电动机矢量控制变频调速也可归属于自控变频同步电动机调速系统。同步电动机矢量控制系统通过坐标变换，把同步电动机等效成直流电正弦波永磁同步电动机矢量控制系统正弦波永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证定子绕组中的感应电动势具有正弦波形，外施的定子电压和电流也应为正弦波。永磁同步电动机一般没有阻尼绕组，转子由永磁体材料构成，无励磁绕组。永磁同步电动机具有幅值恒定、方向随转子位置变化的转子磁动势。正弦波永磁同步电动机矢量控制系统正弦波永磁同步电动机具有定子永磁同步电动机物理模型正弦波永磁同步电动机矢量控制系统永磁同步电动机物理模型正弦波永磁同步电动机矢量控制系统假想转子由一般导磁材料构成，带有一个虚拟的励磁绕组，通以虚拟的励磁电流，产生的转子磁动势与永磁同步电动机的转子磁动势相等。永磁同步电动机可以与一般的电励磁同步电动机等效，唯一的差别是虚拟励磁电流恒定。虚拟励磁绕组等效电感正弦波永磁同步电动机矢量控制系统假想转子由一般导磁材料构成，带有一个虚拟的励磁绕组，通以虚拟按转子磁链定向的永磁同步电动机矢量控制系统正弦波永磁同步电动机矢量控制系统按转子磁链定向的永磁同步电动机矢量控制系统正弦波永磁同步电动

伺服系统

伺服（Servo）意味着“伺候”和“服从”。广义的伺服系统是精确地跟踪或复现某个给定过程的控制系统，也可称作随动系统。伺服系统伺服（Servo）意味着“伺候”和“服从”。

伺服系统

狹义伺服系统又称位置随动系统，其被控制量（输出量）是负载机械空间位置的线位移或角位移，当位置给定量（输入量）作任意变化时，系统的主要任务是使输出量快速而准确地复现给定量的变化。伺服系统狹义伺服系统又称位置随动系统，其被控制量（输出量伺服系统的组成伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、控制器和传感器四大部分组成。除了位置传感器外，可能还需要电压、电流和速度传感器。伺服系统的组成伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、控制器和传感伺服系统的组成位置伺服系统结构示意图A）开环系统b）半闭环系统c）全闭环系统伺服系统的组成位置伺服系统结构示意图三环伺服系统在调速系统的基础上，再设一个位置环，形成三环控制的位置伺服系统。三环位置伺服系统APR—位置调节器ASR—转速调节器ACR—电流调节器BQ—光电位置传感器DSP—数字转速信号形成环节三环伺服系统在调速系统的基础上，再设一个位置环，形成三环控制

电动机的选择项目：额定功率、额定电压、额定转速、种类及型式等项目的选择。选择电动机的原则：（1）满足生产机械负载的要求；（2）从经济上看应该是合理的。所以，确定合适的电动机类型之后，额定功率的选择就非常重要。功率选的过大，其容量得不到充分利用，电动机经常处于轻载运行，效率过低，运行费用高；反之，功率选的过小，长期过载运行，电动机的寿命将缩短，都是不经济的。额定功率的选择要根据电动机的发热、过载能力和启动能力三个方面考虑，其中发热问题最重要。11.1电动机的一般选择电动机的选择项目：额定功率、额定电压、额定转速、一、电动机的种类的选择在满足生产机械对拖动系统静态和动态特性要求的前提下，对电动机种类选择要力求结构简单、运行可行、维护方便、价格低廉。异步电动机：结构简单、运行可靠、维护方便和价格低廉。起动和调速性能差，功率因数低。同步电动机：可以通过调节励磁电流来调节功率因数，对电网进行无功补偿。直流电动机：起动性能和调速性能优异。结构复杂，成本高，存在换向问题。11.1电动机的一般选择一、电动机的种类的选择在满足生产机械对拖动系统静态和动态（1）凡是不需要调速的拖动系统，一般考虑采用交流拖动，特别是采用鼠笼式异步电动机拖动。（2）长期工作、不需要调速、且容量相当大的生产机械，如空气压缩机、球磨机等，一般采用同步电动机拖动，因为它能改善电网的功率因数。（3）调速范围不广，调速级数少，且不需在低速下长期工作，一般采用交流绕线转子异步电动机或变极调速电动机。（4）调速范围宽，调速平滑性要求较高的场合，一般采用直流电动机拖动，或者采用交流变频调速电动机拖动。11.1电动机的一般选择（1）凡是不需要调速的拖动系统，一般考虑采用交流拖动，特别是二、电动机工作方式及防护形式的选择

1、工作方式：按工作制的不同分为连续工作制、短时工作制和断续工作制。2、结构形式：按转轴安装的位置分为卧式和立式两种3、防护形式：开启式、防护式、封闭式和防爆式。（1）开启式：价格便宜，散热条件好。但容易浸入灰尘、水汽、油污和铁屑等。（2）防护式：通风条件较好，可以防止外界物体从上面落入电动机内部，可以防滴、防溅、防雨，但不能防止潮气和灰尘浸入电动机内部。11.1电动机的一般选择二、电动机工作方式及防护形式的选择1、工作方式：按工作制的（3）封闭式：这种电机又分为自扇冷式、他扇式和密封式三种。前两种可用于在潮湿、多腐蚀性灰尘、易受风雨侵蚀的环境中；第三种因为密封，水和潮气不能侵入电动机中，一般用于浸入水中的机械（如潜水泵电动机）。（4）防爆式：这类电动机应用于存在有爆炸危险的环境。11.1电动机的一般选择（3）封闭式：这种电机又分为自扇冷式、他扇式和密封式三种。前三、电动机额定电压的选择电动机的额定电压的选择应依据与电网电压一致的原则。一般工厂企业的低压电网为220V，380V，600V；当电动机的功率较大时且供电电压为6000V及10000V时，可选用6000V甚至10000V的高压电动机，直流电动机的额定电压常用110V或220V；大功率的电动机可提高到600V或800V，甚至1000V。11.1电动机的一般选择三、电动机额定电压的选择电动机的额定电压的选择应依据与电网四、电动机额定转速的选择

电动机的额定转速应综合电动机和生产机械两方面的各种因素来选择。（1）对很少起、制动或反转的长期工作制的电动机，应从设备的初期投资、占地面积和维护费用等方面考虑。（2）对经常工作于起动、制动以及反转的电动机，但过渡时间对生产率影响不大，主要考虑过渡过程能量损耗最小为条件来选择电动机额定转速。（3）对于电动机经常工作于起动、制动及反转，且过渡过程的持续时间对生产率影响较大，主要依据过渡过程时间最短为条件选择电动机的额定转速。11.1电动机的一般选择四、电动机额定转速的选择电动机的额定转速应综合电动机电动机负载运行时，因产生损耗而发热。由于电动机内部热量不断产生，电动机本身的温度就要升高，最终将超过周围环境的温度，电动机温度比环境温度高出的数值，称为电动机的温升。一旦有了温升，电动机就要向周围散热，温升越高，散热越快，当电动机在单位时间内产生的热量等于散出去的热量时，电动机的温度降不再增加，而保持着一个稳定不变的温升值，称为稳定温升，此时电动机处于发热与散热的动平衡状态。电动机从开始发热到热平衡状态的过程称为发热的过渡过程。11.2电动机的发热与温升电动机负载运行时，因产生损耗而发热。由于电动机温升变化规律可以解释如下：发热开始时，由于温升小，散发出去的热量较少，大部分热量被电动机吸收，因而温升增长较快；其后，随着温升的增高，散发的热量不断增多，而电动机产生的热量因负载不变而不变，则电动机吸收的热量不断减少，温升曲线趋于平缓；最后，当发热量与散热量相等时，电动机的温升不再升高而达到了稳定值。11.2电动机的发热与温升温升变化规律可以解释如下：11.2电动机的发热与温升11.3电动机的额定功率一、电机额定功率与允许温升的关系电机的额定功率：其中：为电机绝缘材料允许最高温升为提高电机的额定功率，可以采用的方法有：（1）降低电机的损耗，提高电机的效率；（2）加大空气流通速度以及散热面积，提高散热系数（3）提高绝缘材料的允许温度。11.3电动机的额定功率一、电机额定功率与允许温升的关系二、电机的绝缘材料与允许温升绝缘材料是保证电机安全可靠运行的关键。为了保证电机有足够的使用年限，电机使用时其最热点的温度不应超过该处所用绝缘材料的允许温度。

电动机铭牌上所标的额定功率是指电动机在环境温度为40℃时，带额定负载长期连续工作，温度逐渐升高趋于稳定后，最后温度可达到绝缘材料的允许温度。11.3电动机的额定功率二、电机的绝缘材料与允许温升绝缘材料是保证电机安全可靠运绝缘等级

绝缘材料允许温度/℃

允许温升/℃

0AEBFHC棉纱、棉布、天然丝、纸等经过油或树脂处理过的棉纱、棉布、天然丝、纸等用各种有机合成树脂制成的绝缘膜，如酚醛树脂、聚脂薄膜等用有机漆作粘剂的云母、石棉和玻璃纤维组合物用环氧树脂粘合或浸渍的云母、石棉和玻璃纤维组合物用硅有机树脂粘合或浸渍的云母、石棉和玻璃纤维组合物天然的云母、石英和玻璃、陶瓷

90105120130155180180以上50658090105140140以上绝缘等级允许温度及其材料举例绝缘绝缘材料允许温度/℃允许温升/℃0棉纱、棉布、三、电动机的工作方式

1、连续工作制在恒定负载下电动机连续长期运行的工作方式。电动机工作时间，温升可以达到稳定温升。

2、短时工作制电动机的工作时间。电动机工作时间短，其温升达不到稳定温升，而电动机的停歇时间长，电动机的各部分完全冷却到周围介质的温度。

我国短时