永磁同步電機及其運行與控制1

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永磁同步電機及其運行與控制PMSManditsOperationControl

浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院賀益康教授E-mailykhe@Mob/p>

電機是實現(xiàn)機-電能量轉(zhuǎn)換的電磁機械裝置，是電能生產(chǎn)、變換、傳輸、分派、使用和控制的重要設(shè)備。

電能的生產(chǎn)水力發(fā)電

風力發(fā)電

應(yīng)用方式電動機運行構(gòu)成交流調(diào)速傳動系統(tǒng)，滿足生產(chǎn)過程及生產(chǎn)工藝要求，實現(xiàn)調(diào)速節(jié)能——符合節(jié)能降耗(減排)的國策

發(fā)電機運行構(gòu)成風力發(fā)電系統(tǒng)，實現(xiàn)可再生能源開發(fā)——符合新能源開發(fā)和實現(xiàn)環(huán)境保護的國策

電機的分類勵磁直流電機：他勵、串勵、復(fù)勵

直流電機

永磁直流電機異步電機鼠籠式

電機交流電機

繞線式普通同步電機：勵磁無換向器電機磁阻電機永磁同步電機

同步電機

開關(guān)磁阻電機

供電電源可變直流電源斬波

交流電源

電力電子功率變換裝置

直流電機

整流

逆變

交流電機變頻

永磁同步電機從交流電機原理切入，介紹：1.永磁同步電動機的控制2.永磁同步發(fā)電機的運行3.永磁同步電機的幾個特別問題

交流電機原理

交流電機原理運行原理——基于交流旋轉(zhuǎn)磁場理論，即：

三相對稱繞組饋入三相對稱交流電流可建立圓形旋轉(zhuǎn)磁場

旋轉(zhuǎn)磁場三相對稱交流繞組通過三相對稱電流

ia2Icostib2Icos(t-1200)三相合成磁勢為

ic2Icos(t1200)

3f1F1cos(xt)2是一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場改變電源頻率即可改變旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速改變電源相序即可改變

旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向

同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速的概念：由交流電機定子極對數(shù)和定子繞組60f供電頻率決定的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速np電源頻率f=50Hz,2極電機旋轉(zhuǎn)磁勢的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min。4極電機旋轉(zhuǎn)磁勢的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。

交流電機恒定電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生只有在同次數(shù)的諧波電流和諧波氣隙磁場之間才能產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩；定轉(zhuǎn)子應(yīng)具有相等的極對數(shù)；電樞磁動勢的軸線與氣隙合成磁場的軸線之間的夾角為一常數(shù)；電樞磁動勢和氣隙合成磁場都具有恒定不變的波幅值。

異步電機的基本工作原理轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體處于旋轉(zhuǎn)磁場中轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電勢。

轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過端環(huán)自成閉路，產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力。

電磁力作用在轉(zhuǎn)子上將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。異步電機運行時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一定不能與旋轉(zhuǎn)磁場同步(異步),必需存在轉(zhuǎn)速之差——轉(zhuǎn)差(率)

三相異步電機

定子鐵心

鼠籠轉(zhuǎn)子

繞線轉(zhuǎn)子

繞線式異步電機轉(zhuǎn)子由勵磁變頻

器作低頻交流勵磁，由風力機拖動作發(fā)電運行，就構(gòu)成雙饋異步風力發(fā)電機組(DFIG)

雙饋異步風力發(fā)電機(DFIG)

雙饋異步風力發(fā)電機(DFIG)

丹麥Vestas3MW

同步電機的基本工作原理定子為同步速旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子為直流恒定磁場；為產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩，兩磁場必需相對靜止，轉(zhuǎn)子必需嚴格以同步速旋轉(zhuǎn)——同步電機

同步電動機電磁轉(zhuǎn)矩凸極式同步電動機1

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