With more field current (Figure 9.5

With more field current (Figure 9.5(b)),
however, the rotor excitation alone is sufficient and no lagging current is drawn by
the stator. And in the overexcited case (Figure 9.5(c)), there is so much rotor
excitation that there is effectively some reactive power to spare and the leading
power-factor represents the export of lagging reactive power that could be used to
provide excitation for induction motors elsewhere on the same system.
To conclude our look at the excited-rotor motor we can now quantify the
qualitative picture of torque production we talked about earlier, by noting from
the phasor diagrams that if the mechanical power (i.e. load torque) is constant, the
variation of the load angle (d) with E is such that E sin d remains constant. As the
rotor excitation is reduced, and E becomes smaller, the load angle increases until it
eventually reaches its maximum of 90, at which point the rotor will lose
synchronism and stall. This means that there will always be a lower limit to the
excitation required for the machine to be able to transmit the specified torque. This
is just what our simple mental picture of torque being developed between two
magnetic fields, one of which becomes very weak, would lead us to expect.
4.3 Permanent magnet motor
Although the majority of permanent magnet motors are supplied from variablefrequency inverters, some are directly connected to the utility supply, and we can
explore their behavior using the equivalent circuit shown in Figure 9.4. Because the
permanent magnet acts as a source of constant excitation, we no longer have control
over the magnitude of the induced e.m.f. E, which now depends on the magnet
strength and the speed, the latter being fixed by the utility frequency. So now we
only have the load torque as an independent variable, and, as we saw earlier, because
the supply voltage is constant, the load torque determines the in-phase or work
component of the stator current I cos f, as indicated in the phasor diagrams in
Figure 9.5.
In order to identify which of the three diagrams in Figure 9.5 applies to
a particular motor we need to know the motional e.m.f. (E) with the rotor spinning
at synchronous speed and the stator open-circuited. If E is less than the utility
voltage, diagram (a) applies; the motor is said to be underexcited; and it will have
a lagging power-factor that worsens with load. Conversely, if E is greater than V
(the overexcited case), diagram (b) or (c) is typical, and the power-factor will be
leading.
4.4 Starting
It should be clear from the discussion of how torque is produced that unless the
rotor is running at the same speed as the rotating field, no steady torque can be
produced. If the rotor is running at a different speed, the two fields will be sliding
Synchronous and Brushless Permanent Magnet Machines and Drives 291
past each other, giving rise to a pulsating torque with an average value of zero.
Hence a basic synchronous machine is not self-starting, and some alternative
method of producing a run-up torque is required.
Most synchronous motors, designed for direct connection to the utility supply,
are therefore equipped with some form of rotor cage, similar to that of an induction
motor, in addition to the main field winding. When the motor is switched onto the
supply, it operates as an induction motor during the run-up phase, until the speed is
just below synchronous. The excitation is then switched on, and as long as the load
is not too high, the rotor is able to make the final acceleration and ‘pull in’ to
synchronism with the rotating field. Because the cage is only required during
starting, it can be short-time rated, and therefore comparatively small. Once the
rotor is synchronized, and the load is steady, no currents are induced in the cage,
because the slip is zero. The cage does, however, come into play when the load
changes, when it provides an effective method for damping out the oscillations of
the rotor as it settles at its new steady-state load angle.
Large motors will tend to draw a very heavy current during run-up, perhaps six
or more times the rated current, for many tens of seconds, or longer, so some form
of reduced voltage starter is often required (see Chapter 6). Sometimes, a separate
small or ‘pony’ motor is used simply to run up the main motor prior to synchronization, but this is only feasible where the load is not applied until after the main
motor has been synchronized.
5. VARIABLE-FREQUENCY OPERATION
Just as we have seen in Chapters 7 and 8 for the induction motor, once we interpose
a power electronic converter between the utility supply and the machine we
introduce new levels of performance and lose most of the inherent drawbacks
which we find when the motor is directly connected to the utility supply.
Most obviously, a variable-frequency converter frees the synchronous machine
from the fixed-speed constraint imposed by utility-frequency operation. The
obvious advantage over the inverter-fed induction motor is that the speed of
the synchronous motor is exactly determined by the supply frequency whereas the
induction motor always has to run with a finite slip. On the down side, we lose the
ability of the excited-rotor motor to vary the power-factor as seen by the utility
supply.
In principle, a precision frequency source (oscillator) controlling the inverter
switching is all that is necessary to give precise speed control with a synchronous
motor, while speed feedback is essential to achieve accuracy with an induction
motor. In practice, however, we seldom use open-loop control, where the voltage
and frequency are generated within the inverter and are independent of what the
motor does. Instead, field-oriented control, almost identical to that described for the
292 Electric Motors and Drives
inverter-fed induction motor, predominates. The principal advantage of fieldoriented control is that it allows us to control the torque and flux components of the
stator current independently, and in the case of the synchronous motor it prevents
the motor from losing synchronism with the traveling field by locking the supply
frequency to the speed of the rotor.
However, in the steady state, an observer looking at the stator voltage and
current would see steady-state sinusoidal waveforms, and would be unaware of the
underlying control mechanism. We can therefore study the steady-state behavior
using the equivalent circuit in much the same way as we did with the utility-fed
permanent magnet motor. We will continue to ignore resistance because this makes
the phasor diagrams much simpler to understand without seriously compromising
our conclusions.
The approach that we take differs somewhat from our previous discussion in this
chapter by laying more emphasis on the relation between the torque and the fluxes
in the motor. We imagine the flux produced by the magnet and the flux produced
by the stator as if they existed independently, although in reality there is only one
resultant flux. Intuitively we can see that because the fluxes rotate in synchronism,
the magnitude of the torque will depend on the product of the two field strengths
and the angle between them: when aligned, the torque is zero, and when
perpendicular, it is maximum. This is equivalent to saying that the torque is
maximum when the stator current wave is aligned with the magnet flux wave,
which is the traditional ‘BIl’ picture.
Because both flux distributions are sinusoidal, the torque depends on the sine of
the angle between them (l). The stator field strength depends on the current, so
maximum torque will be obtained when the current is perpendicular to the magnet
flux in the phasor diagram, as shown in later figures (9.7) and (9.8).
When we discussed the utility-connected excited-rotor motor in section 4, we
were reminded that with the voltage and frequency fixed, the resultant (stator) flux
was constant, and that if the rotor excitation was low, extra magnetizing current
would be drawn from the utility supply, and the power-factor would be lagging.
When the rotor excitation was high there was a surplus of excitation and a leading
current would be exported to the utility. By suitable adjustment of the rotor current
we could achieve a power-factor of unity for any value of the load torque. We then
saw that for a utility-fed permanent magnet motor, in which the rotor excitation is
constant, the stator current adjusted itself to satisfy the requirement for the resultant
flux to be constant, but as a result we had no control over the power-factor.
With an inverter-fed motor we gain control of both the stator voltage and
frequency, so that together with the load torque we now have three independent
variables in the case of the permanent magnet motor, or four for the excited-rotor
machine. The majority of inverter-fed synchronous motor drives, and almost all
below 200 kW, employ permanent magnet motors, so we will concentrate on their
behavior for the remainder of this section.
Synchronous and Brushless Permanent Magnet Machines and Drives 293
5.1 Phasor diagram – nomenclature and basic relationships
The general diagram (Figure 9.6) is for an underexcited case; i.e. at the speed in
question, the open-circuit e.m.f. (E) is less than the terminal voltage. We will
discuss what each phasor represents first, and then turn to the relationships that
allow the diagram to be produced.
E is the open-circuit e.m.f. produced by the magnet flux (fmag): it is proportional to the magnet flux and the speed, which is proportional to the stator
frequency u. It is convenient for us to use this as our reference phasor because once
the frequency is specified, the magnitude of E is known, so we can start the phasor
diagram with the known E.
Recalling that phasors rotate anticlockwise, and that the projection of any
phasor onto the vertical axis represents the instantaneous value, we can deduce that
at the instant shown in Figure 9.6, the induced e.m.f. is at its maximum. We a

Kết quả (Việt) 1:

Với hơn lĩnh vực hiện tại (hình 9.5(b)),Tuy nhiên, cánh quạt kích thích một mình là đủ và hiện tại tụt hậu không được rút ra bởistator. Và trong trường hợp lỗi (con số 9.5(c)), đó là rất nhiều cánh quạtkích thích có là có hiệu quả một số quyền lực phản ứng để phụ tùng và các hàng đầuHệ số công suất đại diện cho xuất khẩu tụt hậu phản ứng năng lượng có thể được sử dụng đểcung cấp sự kích thích cho cảm ứng động cơ ở những nơi khác trên cùng một hệ thống.Để kết luận của chúng tôi xem xét các vui mừng-cánh quạt động cơ chúng tôi có thể bây giờ định lượng cácchất lượng hình ảnh của sản xuất mô-men xoắn chúng tôi nói chuyện về trước đó, bằng cách ghi nhận từphasor sơ đồ mà nếu sức mạnh cơ khí (tức là tải mô-men xoắn) là liên tục, cácCác biến thể của góc tải (d) với E là như vậy mà E sin d vẫn không đổi. Như cáccánh quạt kích thích là giảm, và E trở nên nhỏ hơn, góc tải tăng cho đến khi nócuối cùng đạt đến của nó tối đa 90, điểm mà tại đó các cánh quạt sẽ mấtsynchronism và gian hàng. Điều này có nghĩa rằng sẽ luôn có một giới hạn thấp hơn để cácsự kích thích cần thiết cho máy để có thể truyền tải mô-men xoắn được chỉ định. Điều nàychỉ những gì chúng tôi tâm thần hình ảnh đơn giản của mô-men xoắn được phát triển giữa haitừ trường, một trong số đó trở nên rất yếu, sẽ dẫn chúng tôi để mong đợi.4.3 Các nam châm vĩnh cửu motorMặc dù phần lớn của nam châm vĩnh cửu Motor được cung cấp từ variablefrequency biến tần, một số trực tiếp kết nối với việc cung cấp tiện ích, và chúng tôi có thểkhám phá hành vi của họ bằng cách sử dụng các mạch tương đương Hiển thị trong hình 9.4. Bởi vì cácNam châm vĩnh cửu hoạt động như một nguồn liên tục kích thích, chúng tôi không còn có quyền kiểm soáttrong thành phố này có tầm quan trọng gây ra e.m.f. E, bây giờ mà phụ thuộc vào các nam châmsức mạnh và tốc độ, sau này được cố định bởi tần số tiện ích. Vì vậy bây giờ chúng tôichỉ có tải mô-men xoắn là một biến độc lập, và, như chúng ta đã thấy trước đó, bởi vìcung cấp điện áp không đổi, mô-men xoắn tải xác định trong giai đoạn hoặc nơi làm việcthành phần của stator hiện tại tôi vì f, như được chỉ ra trong phasor sơ đồ trongCon số 9.5.Để xác định có sơ đồ ba trong con số 9,5 áp dụng chomột động cơ cụ thể, chúng ta cần phải biết motional e.m.f. (E) với cánh quạt quaytốc độ đồng bộ và stator mở-circuited. Nếu E là ít hơn các tiện íchđiện áp, áp dụng sơ đồ (a); động cơ được cho là được underexcited; và nó sẽ cómột tụt hậu-hệ số công suất mà nặng hơn với tải. Ngược lại, nếu E là lớn hơn V(trường hợp lỗi), sơ đồ (b) hoặc (c) là điển hình, và hệ số công suất sẽhàng đầu thế giới.4,4 bắt đầuNó nên được rõ ràng từ các cuộc thảo luận về cách mô-men xoắn sản xuất mà trừ khi cáccánh quạt đang chạy ở tốc độ tương tự như trường quay, không có mô-men xoắn ổn định có thểsản xuất. Nếu các cánh quạt đang chạy ở tốc độ khác nhau, hai lĩnh vực sẽ trượtNam châm vĩnh cửu đồng bộ và Brushless máy và ổ đĩa 291qua mỗi khác, cho tăng đến một pulsating mô-men xoắn với một giá trị trung bình của số không.Do đó một đồng bộ máy cơ bản là không tự bắt đầu, và một số khácphương pháp sản xuất mô-men xoắn thời gian chuẩn bị là cần thiết.Hầu hết động cơ xoay chiều, được thiết kế cho các kết nối trực tiếp đến việc cung cấp tiện ích,do đó được trang bị với một số hình thức của cánh quạt lồng, tương tự như một cảm ứngđộng cơ, ngoài winding lĩnh vực chính. Khi động cơ được chuyển vào cáccung cấp, nó hoạt động như một động cơ cảm ứng trong giai đoạn thời gian chuẩn bị, cho đến khi tốc độngay bên dưới đồng bộ. Kích thích sau đó được chuyển sang ngày, và càng lâu càng tảikhông phải là quá cao, các cánh quạt có thể làm cho sự tăng tốc cuối cùng và 'kéo ' đểsynchronism với trường quay. Bởi vì các lồng chỉ được yêu cầu trongbắt đầu, nó có thể được thời gian ngắn xếp, và do đó tương đối nhỏ. Một khi cáccánh quạt được đồng bộ hoá, và tải là ổn định, không có dòng đang gây ra trong lồng,bởi vì các slip là zero. Lồng, Tuy nhiên, đi vào chơi khi tảithay đổi, khi nó cung cấp một phương pháp hiệu quả cho dao ra dao động củaCác cánh quạt như nó giải quyết tại góc trạng thái ổn định tải mới của nó.Động cơ lớn sẽ có xu hướng để vẽ một dòng nặng trong thời gian chuẩn bị, có lẽ sáuhoặc nhiều lần xếp hạng hiện tại, cho nhiều hàng chục giây, hoặc lâu hơn, do đó, một số hình thứcgiảm áp starter thường là cần thiết (xem chương 6). Đôi khi, một riêng biệtnhỏ hay động cơ 'pony' được sử dụng đơn giản chỉ để chạy lên động cơ chính trước khi đồng bộ hóa, nhưng đây là chỉ khả thi nơi tải không được áp dụng cho đến khi chínhđộng cơ đã được đồng bộ hóa.5. THAY ĐỔI TẦN SỐ HOẠT ĐỘNGCũng giống như chúng tôi đã thấy trong chương 7 và 8 cho động cơ cảm ứng, một khi chúng tôi interposemột điện điện tử chuyển đổi giữa việc cung cấp tiện ích và máy chúng tôigiới thiệu các cấp độ mới về hiệu suất và mất hầu hết những hạn chế cố hữumà chúng tôi tìm thấy khi động cơ được trực tiếp kết nối với việc cung cấp tiện ích.Rõ ràng nhất, một bộ chuyển đổi tần số biến giải phóng máy đồng bộtừ tốc độ cố định hạn chế áp đặt bởi hoạt động Tiện ích-tần số. CácCác lợi thế rõ ràng hơn động cơ biến tần-fed cảm ứng là tốc độ củađộng cơ xoay chính xác được xác định bởi tần số cung cấp trong khi cáccảm ứng động cơ luôn luôn chạy với một phiếu hữu hạn. Về phía xuống, chúng ta mất đi cáckhả năng của động cơ cánh quạt vui mừng để thay đổi hệ số công suất như được thấy bởi các tiện íchcung cấp.Về nguyên tắc, một tần số chính xác nguồn (dao động) việc kiểm soát các biến tầnchuyển đổi là tất cả những gì là cần thiết để cung cấp cho điều khiển tốc độ chính xác với một đồng bộđộng cơ, trong khi tốc độ thông tin phản hồi là cần thiết để đạt được độ chính xác với một cảm ứngđộng cơ. Trong thực tế, Tuy nhiên, chúng tôi hiếm khi sử dụng điều khiển hở, nơi điện ápvà tần số được tạo ra trong các biến tần và độc lập với những gì cácđộng cơ nào. Thay vào đó, trường theo định hướng điều khiển, gần như giống hệt nhau để mô tả cho cácĐộng cơ điện 292 và ổ đĩađộng cơ cho ăn biến tần cảm ứng, predominates. Các lợi thế chính của kiểm soát fieldoriented là nó cho phép chúng tôi để kiểm soát các thành phần mô-men xoắn và thông lượng của cácstator hiện tại một cách độc lập, và trong trường hợp của động cơ xoay nó ngăn ngừađộng cơ bị mất synchronism với các lĩnh vực du lịch bằng cách khóa cung cấptần số với tốc độ của các cánh quạt.Tuy nhiên, trong trạng thái ổn định, một người quan sát nhìn điện áp stator vàhiện tại sẽ nhìn thấy trạng thái ổn định Sin waveforms, và sẽ không ý thức của cáccơ bản kiểm soát cơ chế. Chúng tôi có thể do đó nghiên cứu hành vi trạng thái ổn địnhsử dụng các mạch tương đương trong nhiều theo cùng một cách như chúng tôi đã làm với các tiện ích cho ănNam châm vĩnh cửu motor. Chúng tôi sẽ tiếp tục bỏ qua kháng vì điều này làm choCác sơ đồ phasor đơn giản hơn nhiều để hiểu không nghiêm trọng ảnh hưởngkết luận của chúng tôi.Cách tiếp cận chúng tôi có khác với hơi từ chúng tôi thảo luận trước đó trong nàychương bằng cách đặt thêm nhấn mạnh vào mối quan hệ giữa mô-men xoắn và các chấttrong động cơ. Chúng ta tưởng tượng thông lượng được sản xuất bởi các nam châm và thông lượng sản xuấtbởi stator như thể họ đã tồn tại một cách độc lập, mặc dù trong thực tế đó là chỉ có mộtthông lượng kết quả. Trực giác chúng ta có thể thấy rằng bởi vì các chất xoay trong synchronism,tầm quan trọng của mô-men xoắn sẽ phụ thuộc vào sản phẩm của những thế mạnh hai lĩnh vựcvà góc giữa chúng: khi liên kết, mô-men xoắn là zero, và khivuông góc, nó là tối đa. Điều này là tương đương để nói rằng mô-men xoắn làtối đa khi làn sóng hiện tại stator liên kết với những làn sóng thông nam châm,đó là hình ảnh 'BIl' truyền thống.Bởi vì cả hai phân phối thông Sin, mô-men xoắn phụ thuộc vào Sin củaCác góc giữa chúng (l). Sức mạnh lĩnh vực stator phụ thuộc vào hiện tại, vì vậyMô-men xoắn tối đa sẽ được lấy khi hiện nay là vuông góc với nam châmthông trong biểu đồ phasor, như minh hoạ trong sau này con số (9.7) và (9.8).Khi chúng tôi thảo luận về các tiện ích kết nối, động cơ cánh quạt vui mừng trong phần 4, chúng tôiđã được nhắc nhở rằng với điện áp và tần số cố định, tuôn ra kết quả (stator)đã được liên tục, và rằng nếu kích thích cánh quạt là thấp, thêm magnetizing hiện tạisẽ được rút ra từ việc cung cấp tiện ích, và hệ số công suất nào tụt hậu.Khi kích thích cánh quạt là cao đã có một thặng dư của kích thích và hàng đầuhiện tại nào được xuất khẩu sang các tiện ích. Bởi các điều chỉnh phù hợp của các cánh quạt hiện tạichúng tôi có thể đạt được một hệ số công suất của sự thống nhất cho bất kỳ giá trị của mô-men xoắn tải. Chúng tôi sau đóthấy rằng cho một nam châm vĩnh cửu Tiện ích cho ăn động cơ, trong đó kích thích cánh quạt làliên tục, stator hiện tại điều chỉnh chính nó để đáp ứng các yêu cầu cho kết quảthông được liên tục, nhưng kết quả là chúng tôi đã không kiểm soát hệ số công suất.Với một động cơ biến tần cho ăn chúng tôi giành quyền kiểm soát của cả hai điện áp stator vàtần số, do đó cùng với mô-men xoắn tải chúng tôi bây giờ có ba độc lậpbiến trong trường hợp của nam châm vĩnh cửu motor, hoặc bốn cho các cánh quạt-vui mừngmáy. Phần lớn các biến tần-nuôi đồng bộ động cơ ổ đĩa, và hầu như tất cảdưới 200 kW, sử dụng nam châm vĩnh cửu Motor, do đó, chúng tôi sẽ tập trung vào của họhành vi cho phần còn lại của phần này.Nam châm vĩnh cửu đồng bộ và Brushless máy và ổ đĩa 2935.1 sơ đồ Phasor-tên gọi và mối quan hệ cơ bảnSơ đồ tổng quát (hình 9.6) là cho một trường hợp underexcited; tức là ở tốc độ theocâu hỏi, mở mạch e.m.f. (E) là ít hơn điện áp thiết bị đầu cuối. Chúng tôi sẽthảo luận về những gì mỗi phasor đại diện cho lần đầu tiên, và sau đó chuyển sang các mối quan hệ màcho phép biểu đồ được sản xuất.E là e.m.f. mạch mở được sản xuất bởi nam châm thông (fmag): nó là tỷ lệ thuận với thông nam châm và tốc độ là tỷ lệ thuận với statortần số u. Nó là thuận tiện cho chúng tôi để sử dụng như phasor tham khảo của chúng tôi bởi vì một khitần số được chỉ định, tầm quan trọng của E được biết đến, vì vậy chúng tôi có thể bắt đầu phasorSơ đồ với E. nổi tiếngNhớ lại rằng phasors xoay anticlockwise, và rằng chiếu của bất kỳphasor lên trục dọc đại diện cho giá trị ngay lập tức, chúng tôi có thể suy ra rằngngay lập tức hiển thị trong hình 9.6, e.m.f. gây ra là tối đa của nó. Chúng tôi một

Kết quả (Việt) 2:

Với nhiều lĩnh vực hiện tại (Hình 9.5 (b)),
tuy nhiên, sự kích thích rotor một mình là đủ và không tụt hậu hiện nay được rút ra bởi
stato. Và trong trường hợp overexcited (Hình 9.5 (c)), có quá nhiều rotor
kích thích rằng có hiệu quả là một số công suất phản kháng để phụ tùng và các hàng đầu
điện-yếu tố đại diện cho việc xuất khẩu tụt công suất phản kháng có thể được sử dụng để
cung cấp kích thích cho cảm ứng động cơ ở những nơi khác trên cùng một hệ thống.
Để kết thúc cái nhìn của chúng tôi tại các động cơ phấn khích-rotor bây giờ chúng ta có thể xác định số lượng các
hình ảnh chất lượng của sản xuất mô-men xoắn, chúng tôi nói chuyện về trước, bằng cách ghi nhận từ
các sơ đồ phasor rằng nếu sức mạnh cơ khí (tức là tải có mô men) là không đổi , các
biến thể của các góc độ tải (d) với E là như vậy mà tội lỗi E d vẫn không đổi. Khi
kích thích rotor là giảm, và E trở nên nhỏ hơn, góc tăng tải cho đến khi nó
cuối cùng đã đạt đến tối đa của nó là 90 ?, điểm mà tại đó các rotor sẽ mất
đồng bộ và gian hàng. Điều này có nghĩa rằng sẽ luôn có một giới hạn thấp hơn để các
kích thích cần thiết cho máy tính để có thể truyền mômen quy định. Đây
chỉ là những gì hình ảnh tinh thần đơn giản của chúng tôi mô-men xoắn được phát triển giữa hai
từ trường, một trong số đó trở nên rất yếu, sẽ dẫn chúng ta mong đợi.
4.3 động cơ nam châm vĩnh cửu
Mặc dù phần lớn các động cơ nam châm vĩnh cửu được cung cấp từ biến tần variablefrequency, một số trực tiếp kết nối với các nguồn cung cấp tiện ích, và chúng ta có thể
khám phá hành vi của họ bằng cách sử dụng các mạch tương đương trong hình 9.4. Bởi vì các
nam châm vĩnh cửu đóng vai trò như một nguồn kích thích liên tục, chúng tôi không còn có quyền kiểm soát
trên độ lớn của cảm ứng emf E, mà bây giờ phụ thuộc vào nam châm
sức mạnh và tốc độ, sau này được cố định bởi tần số tiện ích. Vì vậy, bây giờ chúng tôi
chỉ có mô-men xoắn tải như là một biến độc lập, và, như chúng ta đã thấy trước đây, bởi vì
các nguồn cung cấp điện áp là không đổi, mô men tải xác định trong giai đoạn hoặc công việc
thành phần của stator hiện tại tôi cos f, như được chỉ ra trong sơ đồ phasor trong
Hình 9.5.
Để xác định mà trong ba sơ đồ trong hình 9.5 áp dụng cho
một động cơ cụ thể, chúng ta cần phải biết emf motional (E) với các rotor quay
với tốc độ đồng bộ và stator mở mạch. Nếu E là ít hơn so với tiện ích
điện áp, sơ đồ (a) áp dụng; động cơ được cho là được underexcited; và nó sẽ có
một tụt điện-yếu tố nặng hơn với tải. Ngược lại, nếu E lớn hơn V
(trường hợp overexcited), sơ đồ (b) hoặc (c) là điển hình, và sức mạnh-yếu tố sẽ được
dẫn đầu.
4.4 Bắt đầu
Nó phải rõ ràng từ các cuộc thảo luận về cách thức mô-men xoắn được sản xuất rằng trừ các
cánh quạt đang chạy ở tốc độ tương tự như các trường quay, không có mô-men xoắn ổn định có thể được
sản xuất. Nếu rotor đang chạy ở một tốc độ khác nhau, hai trường sẽ trượt
đồng bộ và không chổi than Permanent Máy Magnet và Drives 291
qua nhau, tạo ra một mô-men xoắn dao động với giá trị trung bình của số không.
Do đó một máy đồng bộ cơ bản không phải là tự -starting, và một số thay thế
phương thức sản xuất một mô-men xoắn chạy lên là bắt buộc.
Hầu hết các động cơ đồng bộ, được thiết kế để kết nối trực tiếp đến việc cung cấp tiện ích,
do đó trang bị với một số hình thức của rotor lồng, tương tự như của một cảm ứng
động cơ, ngoài đến lĩnh vực chính quanh co. Khi động cơ được chuyển vào
cung, nó hoạt động như một động cơ cảm ứng trong giai đoạn chạy lên, cho đến khi tốc độ là
ngay dưới đồng bộ. Các kích thích sau đó được chuyển về, và miễn là tải trọng
không phải là quá cao, các cánh quạt có thể làm cho sự tăng tốc cuối cùng và 'kéo trong' để
đồng bộ với các trường quay. Bởi vì cái lồng chỉ cần thiết trong quá trình
khởi động, nó có thể là ngắn thời gian đánh giá, và do đó tương đối nhỏ. Khi
rotor là đồng bộ, và tải là ổn định, không có dòng điện được cảm ứng trong lồng,
vì trượt là số không. Lồng hiện, tuy nhiên, đi vào chơi khi tải
thay đổi, khi nó cung cấp một phương pháp hiệu quả để giảm xóc ra các dao động của
rotor là nó giải quyết ở góc độ tải trạng thái ổn định mới của nó.
Động cơ lớn sẽ có xu hướng rút ra một dòng điện rất nặng trong thời gian chạy lên, có lẽ sáu
hoặc nhiều lần đánh giá hiện nay, đối với nhiều người vài chục giây hoặc lâu hơn, do đó, một số hình thức
của giảm điện áp khởi động thường được yêu cầu (xem chương 6). Đôi khi, một riêng
'ngựa' động cơ nhỏ hoặc được sử dụng chỉ đơn giản là để chạy lên động cơ chính trước khi đồng bộ hóa, nhưng điều này chỉ khả thi nơi tải không được áp dụng cho đến sau khi chính
động cơ đã được đồng bộ.
5. VARIABLE-TẦN HOẠT ĐỘNG
Cũng như chúng ta đã thấy trong chương 7 và 8 cho các động cơ cảm ứng, một khi chúng ta xen
một công cụ chuyển đổi năng lượng điện tử giữa việc cung cấp tiện ích và máy chúng tôi
giới thiệu những cấp độ mới về hiệu suất và mất hầu hết các nhược điểm cố hữu
mà chúng tôi tìm thấy khi động cơ được kết nối trực tiếp đến việc cung cấp tiện ích.
Rõ ràng nhất, chuyển đổi một biến tần số giải phóng các máy đồng bộ
từ ràng buộc tốc độ cố định áp đặt bởi hoạt động tiện ích của tần số. Các
lợi thế rõ ràng so với động cơ cảm ứng biến tần cho ăn là tốc độ của
động cơ đồng bộ được xác định bởi các cung tần trong khi các
động cơ cảm ứng luôn luôn phải chạy với một phiếu hữu hạn. Về phía xuống, chúng ta mất đi
khả năng của động cơ phấn khích-rotor để thay đổi hệ số công suất như được thấy bởi các tiện ích
cung cấp.
Về nguyên tắc, một nguồn tần số chính xác (dao động) kiểm soát biến tần
chuyển đổi là tất cả những gì là cần thiết để cung cấp cho chính xác tăng tốc độ kiểm soát với một đồng bộ
động cơ, trong khi tốc độ phản hồi là điều cần thiết để đạt được độ chính xác với cảm ứng
động cơ. Trong thực tế, tuy nhiên, chúng tôi ít khi sử dụng điều khiển vòng hở, nơi điện áp
và tần số được tạo ra trong các biến tần và độc lập với những gì các
động cơ nào. Thay vào đó, kiểm soát lĩnh vực theo định hướng, gần giống như mô tả cho
292 Động cơ điện và ổ đĩa
biến tần-fed động cơ cảm ứng, chiếm ưu thế. Ưu điểm chính của kiểm soát fieldoriented là nó cho phép chúng ta kiểm soát các thành phần mô-men xoắn và thông lượng của
stator hiện tại một cách độc lập, và trong trường hợp của động cơ đồng bộ nó ngăn chặn
các động cơ không bị mất đồng bộ với các lĩnh vực du lịch bằng cách khóa các cung
tần cho tốc độ của rotor.
Tuy nhiên, trong trạng thái ổn định, một người quan sát nhìn vào điện áp stator và
hiện tại sẽ thấy dạng sóng hình sin trạng thái ổn định, và có thể không ý thức về
cơ chế điều khiển cơ bản. Do đó chúng tôi có thể nghiên cứu các hành vi trạng thái ổn định
bằng cách sử dụng các mạch tương đương trong nhiều cách giống như chúng ta đã làm với các tiện ích ăn
động cơ nam châm vĩnh cửu. Chúng tôi sẽ tiếp tục làm ngơ kháng vì điều này làm cho
các sơ đồ phasor đơn giản hơn nhiều để hiểu được mà không ảnh hưởng nghiêm trọng
kết luận của chúng tôi.
Các phương pháp mà chúng tôi đưa khác nhau ơ một chút từ cuộc thảo luận trước đó của chúng tôi trong này
chương bằng cách đặt trọng tâm nhiều hơn về mối quan hệ giữa các mô-men xoắn và các dòng chảy
trong động cơ. Chúng ta tưởng tượng thông lượng sản xuất bởi các nam châm và thông lượng được sản xuất
bởi các stator, nếu như họ tồn tại độc lập, mặc dù trong thực tế chỉ có một
kết quả thông lượng. Bằng trực giác chúng ta có thể thấy rằng bởi vì các chất trợ xoay đồng bộ,
độ lớn của mô-men xoắn sẽ phụ thuộc vào các sản phẩm của hai lĩnh vực thế mạnh
và góc giữa chúng: khi liên kết, mô-men xoắn là số không, và khi
vuông góc, nó là tối đa. Điều này tương đương với nói rằng các mô-men xoắn là
tối đa khi làn sóng hiện tại stator được liên kết với các sóng điện từ tuôn ra,
đó là hình ảnh truyền thống 'tỷ'.
Bởi vì cả hai phân phối thông là hình sin, mô-men xoắn phụ thuộc vào sin của
góc giữa chúng (l). Cường độ trường stator phụ thuộc vào, vì vậy hiện tại
mô-men xoắn cực đại sẽ thu được khi dòng vuông góc với nam châm
thông trong sơ đồ phasor, như thể hiện trong hình sau (9.7) và (9.8).
Khi chúng tôi thảo luận về các tiện ích của kết nối vui mừng -rotor động cơ trong phần 4, chúng tôi
đã được nhắc nhở rằng với điện áp và tần số cố định, các kết quả (stator) thông lượng
là không đổi, và rằng nếu các kích thích rotor là thấp, thêm dòng từ hoá
sẽ được rút ra từ việc cung cấp tiện ích, và sức mạnh -factor sẽ tụt hậu.
Khi kích thích rotor là cao đã có thặng dư kích thích và một hàng đầu
hiện nay sẽ được xuất khẩu sang các tiện ích. Bởi những điều chỉnh phù hợp của các cánh quạt hiện nay
chúng ta có thể đạt được một sức mạnh-yếu tố của sự hiệp nhất cho bất kỳ giá trị của mômen tải. Sau đó chúng tôi
thấy rằng đối với một động cơ nam châm vĩnh cửu tiện ích ăn, trong đó kích thích rotor là
liên tục, stator hiện điều chỉnh bản thân để đáp ứng các yêu cầu đối với các kết quả
thông lượng là không đổi, nhưng kết quả là chúng tôi đã không kiểm soát power- yếu tố.
Với một động cơ biến tần-fed chúng tôi giành quyền kiểm soát cả hai điện áp stator và
tần số, để cùng với mô-men xoắn tải bây giờ chúng tôi có ba độc lập
biến trong trường hợp của các động cơ nam châm vĩnh cửu, hoặc bốn cho vui-rotor
máy. Đa số các ổ đĩa động cơ đồng bộ biến tần cho ăn, và gần như tất cả
dưới 200 kW, sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu, vì vậy chúng tôi sẽ tập trung vào họ
hành vi cho phần còn lại của phần này.
Đồng bộ và không chổi than Permanent Máy Magnet và Drives 293
5.1 phasor sơ đồ - Danh mục và các mối quan hệ cơ bản
Sơ đồ chung (Hình 9.6) là một trường hợp underexcited; tức là ở tốc độ trong
câu hỏi, emf mạch hở (E) là thấp hơn điện áp đầu cuối. Chúng tôi sẽ
thảo luận về những gì mỗi phasor đại diện đầu tiên, và sau đó lần lượt đến các mối quan hệ đó
cho phép các sơ đồ được sản xuất.
E là emf hở mạch được sản xuất bởi các thông lượng nam châm (fmag): đó là tỷ lệ thuận với thông lượng nam châm và tốc độ, đó là tỷ lệ thuận với stator
tần số u. Đó là thuận lợi cho chúng tôi để sử dụng như là tài liệu tham khảo của chúng tôi phasor bởi vì một khi
các tần số được chỉ định, độ lớn của E được biết đến, vì vậy chúng tôi có thể bắt đầu các phasor
sơ đồ với E. biết đến
Nhắc lại rằng phasors xoay ngược chiều kim đồng, và rằng chiếu của bất kỳ
phasor vào trục tung biểu thị giá trị tức thời, chúng ta có thể suy ra rằng
ở ngay lập tức thể hiện trong hình 9.6, các EMF gây ra là tối đa của nó. Chúng tôi là một