同步电机励磁的方式有哪些同步电动机励磁装置的工作原理

时间: 2024-03-30 18:15:27 | 作者: 乐鱼电竞app下载安装官网

有关同步电机的四种励磁方式，包括直流发电机励磁，交流发电机励磁，晶闸管励磁与三次谐波励磁，同步电机不同励磁方式的特点说明。

一台较小的直流并励发电机和同步电机装在同一轴上，直流发电机发出的电供同步电机励磁。

一台较小的交流发电机和同步电机同轴，为旋转电枢式结构，发出的交流电经整流后供给同步电机励磁。

因整流装置与电枢同轴，故励磁电流可直接送到同步电机的励磁绕组，从而省去集电环导电装置，成为无刷励磁。

在定子槽中，专门装一套三次谐波绕组，切割气隙滋场的三次谐波，产生3倍基频的电动势，整流后供同步电机励磁。

现代电机大都以电磁感应为基础，在电机中都需要有磁场。这个磁场可以由永久磁铁产生，也可通过电磁铁在线圈中通电流来产生。

由于受永磁材料性能的限制，利用永久磁铁建立的磁场比较弱，它大多数都用在小容量电机。

随着新型永磁材料的出现，特别是高磁能积的稀土材料如稀土钴、钕铁硼的出现，容量达百千瓦级的永磁电机已开始研制。

同步电动机的直流励磁电流需要从外部提供，供给其励磁电流的装置称为励磁系统。获得励磁电流的方法称为励磁方式。

这是传统的励磁系统，由装在同步电动机转轴上的小型直流发电机供电。这种专供励磁的直流发电机称为励磁机。

这种励磁方式是将同轴的交流励磁机（小容量同步发电机）或者主发电机发出的交流电经过静止的整流装置变换成直流电后，由集电环引入主发电机励磁绕组供给所需的直流励磁。

这种励磁方式将同轴交流励磁机做成旋转电枢式，并将整流器装置固定在此电枢上一起旋转，组成了旋转整流器励磁系统，将交流励磁发电机输出的交流电整流之后，直接供电给励磁绕组。这样做才能够完全省去集电环、电刷等滑动接触装置，成为无刷励磁系统，该励磁系统大范围的应用于大容量发电机中。

开路将使励磁绕组感应过电压．从而破坏其绝缘：短路将使励磁绕组流过较大的电流。

为避免励磁绕组在启动时遭受较高电压或较大电流的侵害，应在启动时使励磁绕组串联适当阻值的灭磁电阻并形成闭合回路，这个闭合回路可使励磁绕组的摩应电压不至于过高，流过的电流不至于过大。

同步电动机投入励磁后．灭磁电阻自动退出．为实现这一电路效果，在励磁回路中加入了灭磁环节。具图中v是励磁电压表，KP1和KP2是灭磁晶闸管（文字符号沿用励磁装置标注）。同步电动机通电启动后至投入励磁前的一段时间内．励磁装置不向三相全控桥上的晶闸管发送触发信号．三相全控桥的晶闸管处于阻断状态，无直流电输出。

同步电动机启动时，转子励磁绕组感应交变电压，当该感应电压在励磁绕组B端为正的半个周期时，二极管D3导通，感应电压经RF2、D3、RF1形成回路。

由于放电电阻RF1和RF2阻值较小，所以感应电压经该回路放电后已经很小，同样由于放电电阻RF1和RF2的纯在，励磁绕组中的电流被限制在较安全的数值范围以内。当感应电压在励磁绕组A端为正（见下图）的半个周期时，二极管D3截止。该半个周期刚开始时感应电压幅值较小，达不到晶闸管KPI和KP2的导通电压，感应电流通过电阻RF1、R1、R2、电位器RP1和电阻R3、R4、电位器RP2、电阻RF2等元件形成回路。

由于该回路电阻值较大，是转子励磁绕组直流电阻的数干倍，所以相当于在开路状态启动，感应电压急剧上升．当感应电压达到一定值后，稳压管DW1和DW2击穿导通（击穿DWl的是电位器RP1上的电压降，之后经二极管D1向晶闸管KP2提供触发电流，晶闸管KP2随之导通：稳压管DW2击穿与晶闸管KP1导通的机理与此类似）．晶闸管KP2与KPI导通，励磁绕组的感应电压经过晶闸管KP2和KP1．与放电电阻RF1和RF2构成一个阻值较小的放电回路放电。直到这半个周期结束时．晶闸管KP1和KP2由于电压过零而自行关断。

调整电位器RP1和RP2的阻值．实际上调整的就是励磁绕组感应电压达到多大数值时让晶闸管KP2和KPI导通。

下图中的按钮SB可用来检测灭磁电路正常与否。检测时，使励磁装置处在调试状态．励磁电压、励磁电流均应为设定值，这时操作按钮SB使其触点闭合，电阻R5与R1、R2并联．R6与R3。

R4并联，由于R5和R6阻值较小，这就相对增加了电位器RP1和RP2上的电压降，灭磁晶闸管更容易导通。所以此时励磁电压表指示回零：松开按钮使之复位后，电压表回到正常状态值。

同步电动机在启动过程中，转子励磁绕组经灭磁后的电压波形幅度已经大幅度减小，并被限制在安全数值范围内。

稳压管DWI、DW2对晶闸管KP2和KP1起开关控制的作用，投入励磁后，直流励磁电压在电位器RP1、RP2上的压降低于稳压管DWI、DW2的击穿电压，稳压管不能导通，晶闸管KP2和KPI处于关闭状态。

下图中KPI和KP2的公共端与三相全控整流桥的C相相连，这条连接线叫做熄灭线．当投入励磁后KPI和KP2一定要关闭．否则励磁电路要为灭磁电阻提供电流。投入励磁后．C相上连接的两只整流晶闸管将会先后导通，必将使与之等效并联的晶闸管KPI、KP2在一个电源周期时间内被短路而截止，灭磁电阻自动退出电路。

以上描述的双重措施能够保证励磁装置对同步电动机投入励磁后灭磁电路及时退出工作状态。

同步电动机在降压启动过程中．电动机转速达到同步转速的90%时．给定子绕组投入全压，即IOO%标称电压：电动机转速达到同步转速的95%时（无论全压启动还是降压启动）．给转子绕组投入励磁电流，将转速拉人同步。

同步电动机启动时，励磁绕组两端感应一个频率由50Hz向OHz逐渐降低的正弦波电压，该电压频率值与滑差值相对应，如下图中的上部波形所示。励磁装置将转子感应的上述正弦波电压转化为方波信号（如下图中的下部波形所示）送给相关控制电路．控制电路检测方波信号的脉宽，并由此判断脉宽对应的频率以及同步电动机的转速。

当转速达到预设的投全压值时（转速达到同步转速的90%时）．相应继电器触点动作，控制投入全电压；当转速达到预设的投励值（转速达到同步转速的95%时）且在方波上升沿时（确保顺极性投励）．开始向三相全控桥发送触发脉冲信号．三相全控整流桥开始有整流输出电压．向励磁绕组投入励磁电流。

当按滑差投全压及投励在设定的时间内没办法完成，控制电路将会发出强制投全压及投励的信号，称作定时投全压与投励。一般设定投全压的时间为3s，定时投励的时间为Ss。

触发电路通过调整加到晶闸管上的触发信号的移相角来控制晶闸管的导通程度，亦即控制三相全控桥的整流输出电压，达到调节励磁电压和励磁电流的目的。

下列情况之一的条件出现时．触发信号的移相角应该而且必须改变。触发电路依据这一些控制信息，迅速及时准确控制晶闸管的导通角，保证同步电动机持续稳定地运行。

（l）用电位器或其他适当方式调整给定的励磁电压和励磁电流时：（2）同步电动机在启动过程中转速达到额定转速的95%投励时：（3）同步电动机定子绕组和励磁装置电源电任波动，通过相关控制电路稳定励磁时：（4）同步电动机定子绕组和励磁装置电源电压降低到标称电压80%启动强励时：（5）同步电动机整步过程中。

励磁电流的给定功能是调节控制励磁电压的高低和励磁电流的大小。给定值是根据同步电动机的运行需求．预先设定的一个适当的励磁电流值；稳定调节是根据电源电压的高低．利用负反馈电路控制与调节励磁电流的大小．使之尽可能接近或等于给定的励磁电流；强励功能是电源电压下降到标称电压的80%时，自动强制提高励磁电压和励磁电流的一种技术措施，能够保证同步电动机在电压降低时能够稳定持续运行。

给定电路使用一个电压很稳定的直流电源，该电源的交流输入电压相比来说较高，经过桥式整流和电容器滤波后的电压幅值相应也较高。之后用一个雪崩电压较低的稳压二极管削波稳压后．得到电压幅值较小但基本上没有任何纹波的稳定直流电压。用一个电位器对这个稳定电压调整分压，取得给定电压．用来调整励磁电流。选用这样的直流电源，就为了让给定电压信号很稳定．来保证励磁电流的稳定。为分析方便，我们将这个电压称作U1。

稳定调节采用负反馈调节原理进行。负反馈调节信号电压是随交流电源电压变化的一个直流电压．也用一个电位器对这个电压做调整分压，获得一个随电源电压变化的负反馈信号电压。

我们把这个电压称作U2。将上述电压，UI和U2极性相反的串接起来取其差值U3．用电压U3调整触发电路的移相角，并最终控制三相全控整流桥中晶闸管的导通角，这就实现了对励磁电流的自动控制过程，并保持励磁电流的稳定。

强励电路则实时检测电源电压的变化，当检测到电源电压降低到标称电压80%或以下时，相关电路让一个机械触点由断开变为闭合．或者输出一个类似功能的电子信号。这种电路状态的变化通过后续电路抬高上述励磁控制电压U3的幅值，使励磁装置输出的励磁电压、励磁电流达到未强励时励磁电压、励磁电流的某一倍数，实现强励磁。如果强励磁达到一定时限，例如5秒钟，或者10秒钟，而交流电源电压仍未回升．则励磁装置将退出强励状态。

同步电动机在运行中可能会由于某一些原因出现脱离同步的现象，这种运作时的状态称为失步。同步电动机失步将会引起严重的电流、电压、功率及转速的振荡，对电网和电动机产生很大冲击。同步电动机的失步原因很多．

主要有以下3种：一是电网电压由于某一些原因．如附近其他较大负载投入等．引起电网电压暂时跌落，而导致同步电动机失步，叫作带励失步。二是励磁装置本身故障致使失去励磁引起的失磁失步。三是电网高压侧发生跳闸保护动作之后又重新合闸，因此导致同步电动机失步，即断电失步。

当主控单元检测并确定电机失步后，立即封锁投励信号．使电机进入异步驱动状态，然后电机转速将上升．待进入临界滑差后．装置自动控制励磁系统．按准确强励对电机实施整步，使电机恢复到同步状态。如整步失败，仍存在失步信号，则装置发出眺闸信号动作于跳闸回路。

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异步电机(感应电机)的工作原理是通过定子的旋转磁场在转子中产生感应电流,产生电磁转矩,转子中并不直接产生磁场。因此,转子的转速一定是小于同步速的(没这个差值,即转差率,就没有转子感应电流),也因此叫做异步电机：而同步电机转子本身产生固定方向的磁场(用永磁铁或直流电流产生),定子旋转磁场拖着转子磁场(转子)转动,因此转子的转速一定等于同步速,也因此叫做同步电机。作为电动机时,大部分是用异步机;发电机都是同步机。同步电机和异步电机的区别：三相交流电通过一定结构的绕组时,要产生旋转磁场.在旋转磁场的作用下,转子随旋转磁场旋转.如果转子的转速同旋转磁场的转速完全一致,就是同步电机;如果转子的转速小于磁场转速,也就是说两者不同

永磁电机，使用永磁体做转子，是同步电机，效率相对会比异步电机高点，从力矩的控制角度而言，控制效果会好很多，若使用那种方波形式，调速器的结构也会比异步电机简单，这也是电动车大多数都使用永磁电机的最终的原因，放眼全球，似乎只有特斯拉等少部分厂家使用了异步电机，而其他厂家，几乎都使用永磁同步电机。异步电机，自从发明家特斯拉改进性发明以来，结构一直较为稳定，而且格外的简单可靠，维修容易，制造和维护成本非常低，这是它在工业场合大范围的应用的最终的原因。但是异步电机的调速系统，很久都没有突破，异步电机，基本上局限于定速场合，一直到上个世纪80年代以后，因为功率关键技术突破， IGBT 等产品上市了，变频器调速出现了，异步电机

，特斯拉为何热衷异步电机 /

1 引言无刷同步发电机励磁控制装置主要使用在于 DF11 型和 DF8B 型铁路内燃干线机车的交流辅助传动系统。无刷励磁控制装置和交流辅助发电机共为一体，对发电机的励磁机励磁来控制，进而达到控制发电机励磁的目的，通过无刷励磁控制装置的控制信号，使交流辅助发电机在不同工况下保证 U/f 比恒定。当负载突然变化时，励磁控制装置能迅速调节励磁电流，使发电机输出特性变硬，保证辅助系统稳定工作。无刷同步发电机励磁控制装置的结构如图 1 所示，无刷同步发电机励磁控制装置需采集发电机输出交流电压 Va 、 Vb 、 Vc 等模拟量，经过信号测量电路取得电压信号和转速信号，发电机转速信号输入到 80C196MC

变压器励磁涌流是：变压器全电压充电时，在其绕组中产生的暂态电流。变压器投入前铁芯中的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时，其总磁通量远超于铁芯的饱和磁通量，因此产生较大的涌流，其中最大峰值可达到变压器额定电流的6-8倍。励磁涌流随变压器投入时系统电压的相角、变压器铁芯的剩余磁通和电源系统阻抗等因素相关。最大涌流出现在变压器投入时电压经过零点瞬间（该时磁通为峰值）励磁涌流是指在励磁电路中产生的电流。在电动机与变压器中，它被用来提供反馈励磁和抑制反馈，以控制电路的工作效率。励磁涌流能够最终靠电路的反馈回路来调节，以更好地控制电路的工作状态。励磁涌流产生的原因是电磁铁的电磁场能量在开关电源变化过程中不能及时消散

1.引言发电机是电力系统的重要组成部分，它的可靠运行对于保证电力系统的稳定具备极其重大意义。发电机故障录波装置所记录的数据为工作人员正确分析发电机故障原因，研究事故对策，立即处理事故提供了可靠的依据，同时，根据故障录波数据还可以分析系统的故障参数、各电气量的变化规律，进行故障定位等，这些对于保证电力系统的安全可靠运行起着十分重要的作用。可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）作为工业控制专用的计算机，由于其结构相对比较简单、性能优良，抗干扰性能好，可靠性高，在机械、化工、橡胶、电力等行业工业控制现场已日趋广泛地得到应用，成为工控现场进行实时控制的最主要的控制装置。本文介绍一种利用可编程控制器和扩

调节器实现发电机故障录波系统的设计 /

励磁电流就是同步电机转子中流过的电流（有了这个电流，使转子相当于一个电磁铁，有N极和S极），在正常运行时，这个电流是由外部加在转子上的直流电压产生的。以前这个直流电压是由直流电动机供给，现在大多是由可控硅整流后供给。我们一般把可控硅整流系统称为励磁装置。电枢电流是指流经直流电机电枢的电流。直流电机的电枢是由许多个匝数的线圈组成的，在外加电压的作用下，电流从电源进入电枢的绕组内部，产生磁场，它与电枢内部的磁场相互作用，驱动电枢转动，以此来实现直流电机的转动。电枢电流的大小的不同，会影响电机的输出功率、效率等性能参数。因此，在设计直流电机时需要合理选取电枢电流，以最大化其性能和效率。电枢电流与励磁电流是正比关系。但是

电磁调速电机励磁线圈好坏判断电阻测量法：使用万用表或电桥等仪器，对电磁调速电机励磁线圈进行电阻测量，检查阻值是否在正常范围内，如果阻值过高或过低，可能表明电磁调速电机励磁线圈存在严重故障。观察线圈外观：检查电磁调速电机励磁线圈外观是否有明显的损伤、变形、断裂或烧毁等现象，假如慢慢的出现上面讲述的情况，可能表明电磁调速电机励磁线圈已经损坏。感应电压法：使用万用表等仪器，在电磁调速电机励磁线圈的一个端点和外壳之间测量感应电压，通过观察电压变化的大小和变化趋势，可以初步判断电磁调速电机励磁线圈的好坏。脉冲信号法：使用霍尔元件或电子信号发生器等仪器，在电磁调速电机励磁线圈上施加脉冲信号，并检测脉冲信号的反馈情况，以

随着永磁磁性材料、半导体功率器件和控制理论的发展，永磁同步电动机（pmsm）在当前的中、小功率运动控制中起着逐渐重要的作用。它具有如下的优点：结构紧密相连、高功率密度、高气隙磁通和高转矩惯性比等。因此，在伺服系统中慢慢的被大范围的应用。另外，永磁同步电动机是一个非线性系统，它含有角速度ω与电流 id或iq的乘积项，因此要得到精确控制性能必须对角速度和电流进行解耦。对于高精度速度跟踪控制问题，载扰动会对速度波动产生一定的影响。因此，需要对负载扰动进行估计，来减小它的影响。因此一般的线性操控方法效果不够理想。未解决其控制问题，当前采用的非线性操控方法主要有变结构控制、反馈线性化和无源控制等，但这些非线性控制的设计方法很复杂，不易理解。

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