大型同步电机的自动式控制

       前言同步电机控制系统是由一台逆变器和一台同步电机构成的交流变频调速系统。同步电机的特点是其转速与电压频率保持严格的同步关系，所以只要电源频率不变，同步电机的转速就保持不变。同步电机就这一特点使其应用广泛，但是，同步电机也存在起动困难和重载时失步的缺点，这方面的问题在很大程度上限制了它的应用领域。

       随着电力电子技术和计算机技术的发展，使同步电机在调速领域的应用得到广泛推广。变频装置作为同步电机的软起动设备，解决了同步电机起动困难的问题。以微处理器为核心的转速和频率的闭环控制，又解决了同步电机的失步问题。
       1自控式同步电机的原理自控式同步电机，是一种通过半导体变流器把电源功率转变成可变频率的交流电功率，它与普通同步电机大体相同，多为凸极式结构，转子上安装励磁绕组，由集电环或无刷励磁方式提供励磁电流，转子的位置信号可以由安装于同步电机的轴上转子位置检测器提供，也可以由电子线路通过检测极机端电压取得。其基本结构如图：它与直流电动机相比，其本质是一样的。所不同的是，直流电机电枢绕组的相数很多，而同步电机一般只有三相；自控式同步电机还必须有位置检测器；普通直流电机靠机械换向器完成电枢电流换向，而自控式同步电机是通过晶闸管组成的逆变器完成“换向”的。自控式同步电机一般利用电机励磁磁场在电机定子绕组中产生的反电动势，使逆变器中的晶闸管在换相新导通的晶闸管可将原导通晶闸管自然关断，完成电流换相。
       2自控式同步电机基本关系式为了能更好的分析自控式同步电机的基本特性及各基本量之间的关系，用矢量图进行分析。如下图：若保证逆变器的晶闸管换相成功，换（相剩余角s必须大于晶闸管关断时间tf在逆变器中，一般分为空载换相，超前角7.定控制和S恒定控制两种方法。Y恒定控制在50°C―60°C范围内，确保逆变换相成功；此控制一般不须对Y进行调整，所以控制简单，易于实现，可靠性高。但为保证重载下换相成功，Y―般较大，造成转矩低，转矩脉动大、功率因数低、电机效率低等缺点。在轻载情况下，尤为严重，影响了电机调速性能。电机电磁转矩为：电流。考虑了换相重叠角之后的空载换相超前角为：从上可以看出，7对电机调速性能有很的影响，与Y恒定控制相比，S恒定角控制在一定程度上克服了以上缺点。再保证逆变可靠换相的情况下，根据负载的不同，调节Y使其在S恒定的情况下尽可能小，以提高电机效率，改善转矩性能。S角一般恒定在15 C内，再低速轻载时，由于M和0较小，所以7.何以被控制在40°C以内，甚至更小。但是，要提高S角，就必须通过实时的测量和0大小或根据负载电流的大小计算出和0.从而增加了系统的复杂性。另外，由于突加升速或测量计算误差均有可能造成换相失败，降低了系统的可靠性。据电机特性，有当随负载增大时，在保持磁通、直流电势恒定的情况下，上式右边分母将随负载增大而减小，电机的机械特性出现上翘趋势。导致调速系统失稳。为了保证系统的稳定运性，需要通过增大励磁和减小直流电势的方法进行补偿，进一步增大了控制系统复杂性。
       3系统的硬件结构自控式同步电动机调速系统主电路采用交一直一交变频调速结构，用晶闸管作为功率驱动器件，要求控制系统既能够实时地处理整流和逆变控制种的各种检测及反馈信号，又能够根据工况和运行指令发出相应的控制信号和晶闸管的触发信号。本控制系统主要以80C196KB为控制核心的主控电路板和以信号处理故障检测单元为核心的信号接口电路板主成。
       控制系统电路结构图如下：控制系统的检测信号、故障信号、模拟输出信号和系统主电路接触器控制信号均由I/O接口电路板隔离输入输出。键盘显示监控电路、晶闸管驱动电路和LED故障显示板分别与主电路板相连。三块晶闸管驱动电路板分别驱动两路整流和器隔离，以防止强电路串入。
       核心，包括数字控制单元、系统整流位置同步信号处理单元、整流逆变脉冲生成单元、故障处理显示单元等几个子单元。这些子单元均包含在系统主控单元电路板上，它所完成的主要功能有：自控式电机同步调速过程控制；整流、逆变过程控制及晶闸管触发脉冲的生成；（f）系统扩展功能，包括与上位机串口通信、双CPU扩展、打印机接口等。
       （2）I/O接口单元是介于主控单元、外部信号源和主电路之间的电路单元。它由信号接口电路板、机端电压位置检测电路板、晶闸管触发驱动电路板、键盘显示监控电路板和LED故障显示板组成。其主要功能为无机械位置传感器的机端电压位置检测功能；4结论同步电机由于采用了自动控制，使其应用更广泛，运行稳定可靠，节能效果显著，具有良好的应用前景及推广价值，建议同行业中大型水泵和路逆变晶闸管桥组；与主愚反的连线由光耦空气压缩机的电机都翻方法控制：7/.c心

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