同步电动机的电力拖动原理，从起动到变频调速原理讲解

由于同步电动机在稳定运行时，其转速等于同步转速，虽然同步电动机的机械特性较为简单，但由于同步电动机仅在同步转速下才能产生恒定的同步电磁转矩，不能采取直接起动的方法，而必须采取专门的方法来起动。

同步电动机在正常运行时，转子恒以同步转速旋转，使旋转的转子磁场与定子因电磁作用而产生的旋转磁场保持相对静止，使得同步电动机产生稳定的电磁转矩，故同步电动机能够带动负载稳定地并恒以同步速度运行。但是要利用这两个定、转子磁场之间的作用使电动机在50Hz的交流电源下从静止状态起动起来却是非常困难的。

如果三相定子绕组接人三相对称电源时，所建立的定子磁场N极正好擦过巳励磁的转子磁极的S极面，由于异性磁极的吸引作用，定子磁场力图将静止的转子吸着与它一同旋转。但由于转子有着相当大的机械惯性，当转子尚未来得及向前转动时，定子磁场的N极已转到了转子D极的后面。它又力图将转子拉向倒退。在转子仍未反应过来时，定子磁场的"极又转到了转子S极的前方，苒度要将转子向前拉……如此反复，致使转子只能在原处摆动而旋转不起来。因此不能在额定电源下直接起动是同步电动机的主要缺点之一。为了使同步电动机得以起动，目前可采用的方法主要有三种。

1.1辅助电动机起动

选用一台和同步电动机极数相同的异步电动机作为辅助电动机来牵引同步电动机。起动时在同步电动机转子尚未加入励磁的情况下，先用辅助电动机将转子牵引到接近同步转速，然后采用自整步法，在同步电动机转子励磁绕组中通入直流励磁电流，再利用整步转矩将同步电动机接入电网，这时在定、转子磁场的共同作用下将转子拉入同步运行。此时辅助电动机巳失去作用，为减小不必要的损耗，可切断辅助电动机电源使它与主机脱离并停止运行。该方法只适用于空载起动或同步调相机的起动，其所需设备多、操作复杂。

1.2异步起动

现代大多数同步电动机，在其转子上都装有类似异步电动机的笼型绕组（称为起动绕组或阻尼绕组）。在定子接通电源后，起动绕组中便能产生异步电磁转矩起动电动机，等转速接近同步转速时，再通入励磁电流，利用同步电磁转矩将电动机牵入同步转速。这种起动方法是目前同步电动机最常用的起动方法。

异步起动时，励磁绕组不能开路，否则由于励磁绕组匝数很多，定子旋转磁场将在励磁绕组内感应很高的电压，可能会击穿励磁绕组的匝间绝缘，甚至造成人身事故。异步起动时，励磁绕组也不能直接短路。如果直接短路，励磁绕组中将感生一个很大单相电流，此单相电流与旋转气隙磁场相互作用，将产生一个较大附加转矩（单轴转矩〉。因为异步起动时实际的起动转矩是起动绕组产生的异步转矩和单轴转矩之和（两者合成〉。通常选用一个阻值为励磁绕组本身阻值10倍左右的起动电阻与转子励磁绕组串接，以减小励磁绕组中的感应电流，削弱单轴转矩对起动的影响。

2、同步电动机的变频调速

同步电动机是以其转速"与供电电源频率力之间保持严格同步关系而命名的，即只要电源频率保持不变，同步电动机的转速就恒定不变而与负载大小无关。因此要改变同步电动机的转速，只有通过改变其供电电源的频率来达到，即采用变频调速的方法。

2.1他控式同步电动机变频调速系统

他控式同步电动机变频调速系统中的变频装置可以采用交-直-交变频器，也可采用交-交变频器。该系统结构简单，控制方便，只需一台变频器供电，成本低廉。可作为变频起动装置，实现同步电动机的软起动；也可用于多台同步电动机的群调速系统。但由于没有转速反馈，他控式变频调速方法虽然可以实现同步电动机的转速调节，但就像同步电动机接在工频电网上一样，存在转子振荡和失步的隐患，这是他控式同步电动机

2.2自控式同步电动机变频调速系统

与他控式同步电动机变频调速相比，自控式同步电动机变频调速的最大特点就是从根本上消除了同步电动机转子振荡和失步的隐患。因为自控式同步电动机变频调速系统在电动机轴端装有一台转子位置检测器，由它发出的信号控制给定子供电的变频装置电力电子器件的导通顺序和频率，使定子旋转磁场的转速和转子旋转的转速相等，始终保持同步，因此不会因负载冲击等造成失步现象。这种调速方式适用于快速可逆运行和负载变化剧烈的场合。

自控式同步电动机变频调速系统中的变频装置，可采用交-直-交型，也可采用交-交型。自控式同步电动机变频调速系统中的同步电动机，从电机结构上看，它是交流的，但从其工作原理上看，就像是一台直流电动机。它采用电力电子逆变器和转子位置检测器，代替了容易产生火花的旋转接触式换向器，即用电子换向取代机械换向。因此自控式同步电动机变频调速系统又称为无换向器电动机的调速系统。自控式变频同步电动机也称为无换向器电动机。根据调速系统所采用的变频装置不同，无换向器电动机可分为交流和直流两类。采用交-直-交变频装置时，其逆变器由直流电源供电，故称为直流无换向器电动机；采用交-交变频装置时，其逆变器由交流电源供电，故称为交流无换向器电动机。

3、同步电动机的功率因数补偿应用

随着电力系统日益扩大，运行在系统上的主要负载是异步电动机与变压器。因此，电网就要担负很大一部分电感性的无功功率，导致整个电网的功率因数降低，使得线路损耗和压降增大，输电质量变坏，电力系统运行也很不经济。为此，就提出了提高电网功率因数的要求。而同步电动机在额定电压和额定频率下，在输出功率不变的条件下，改变励磁电流的大小，就可以改变流入同步电动机定子电流的性质。即正常励磁时，同步电动机的定子电流与定子电压同相位，相当于纯电阻性负载；当励磁电流比正常励磁电流大时（处于过励状态），同步电动机定子电流在相位上超前定子电压，相当于电阻电容性负载；当励磁电流小于正常励磁电流时（处于欠励状态），同步电动机定子电流在相位上滞后定子电压，相当于电阻电感性负载。因此，同步电动机接人电网，通过调节其励磁电流，能够起到改善电网总功率因数的作用。一些大生产企业为了提高电网的功率因数，常使用同步电动机来补偿电网的功率因数。

走过路过莫错过！和电气大神一起学电力拖动自动控制系统

关于电力拖动自动控制系统这门专业，我觉得对于从事电气自动化的人员非常重要。特别是处理关于传动这块有非常大的帮助。个人认为是处理所有驱动器的宝典（包括直流调速器，变频器，伺服驱动器等）。

这段时间没空，逛论坛也没啥可看帖，索性分享一下自己重温这块。将自己对它的学习理解稍微整理下，分享给同样喜欢这个方面知识的朋友。权当看看我自己的学习笔记吧，不具备指导意义哈，也没资格谈上指导，权当笔记分享。

如有偏差，或者对我个人所理解的有不认同，还请海涵，也欢迎一起讨论。

第一篇：一个极其重要的公式

这个公式作为整个专业的开篇，自然有它极其重要的道理。理解了这个公式，就理解了传动控制的基础。

式中，电机的转速n，我们要清楚地知道，它和电压u,励磁磁通Φ有关，依公式就可以得出，电压越大，速度越快，电压越小，速度越小。

励磁降低，速度越快，励磁增大，速度越小。

所以我们可以知道，电机的调速方式可以采用下列两种（第三种串电阻调速不常用，此处不讨论）。

1、调压调速，电机通过给定电压的升高或降低实现转速的调节；

2、弱磁调速，电机通过磁场减弱来实现转速的调节。

我们现在基本采用的是上述两种方式的结合来实现电机的宽范围的调速.。

搞懂几个问题： 1、为什么要采用两种方式结合调速？2、交流电机+变频器控制是否也采用了上述两种方式的结合？

3、变频器驱动额定转速1500转的电机工作在速度为1750转时是什么状态？

问题解析：

1、由于弱磁调速基本用于升速，而在基准速度以下，采用调压调速，普通的变频器VF控制，就是这种模式。但是如果电压升到电机额定电压时，如果希望继续升高电机转速，不可能再施加更高的电压来。此时需要结合弱磁方式，由于电压恒定，励磁减弱，电机速度继续上升，但注意不能无限地减弱磁场，根据公式可以看出，弱磁无限小时，电机的速度就无限大，这将导致飞车。所以不能一直减弱励磁。

2.由于弱磁在直流调速上常见，而交流电机+变频器不像直流电机控制有明显的励磁接线，但实际上理论都是一样的，在额定频率以下，采用调压调速，额定频率以上，采用弱磁调速，只不过它的弱磁采用了空间换算折算到输出电机上。

3、此时工作在弱磁调速状态，因为基速以下是调压调速，基速以上是弱磁调速。同时要注意的是，由于磁场减弱，电机工作在恒功率范围，所以在一些控制场合需要注意的是，假如系统需要弱磁调速，需要考虑电机的转矩是否满足。基准速度以下电机是恒转矩范围，而基准速度以上电机是恒功率范围。有些场合因为没有注意这些，导致升速时转矩又不够的情况，不能找到根本原因，其实就是出在这里。

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