無換向器電動機調(diào)速系統(tǒng).ppt

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2020年4月27日星期一,第四章無換向器電動機調(diào)速系統(tǒng),第一節(jié)無換向器電動機的基本工作原理,第二節(jié)無換向器電動機的基本特性,第三節(jié)無換向器電動機調(diào)速系統(tǒng)及其運行,2020年4月27日星期一,第一節(jié)無換向器電動機的基本工作原理,一、概述,（一）同步電動機同步電動機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子結(jié)構(gòu)與異步電動機相同，只要通入對稱的交流電，就會建立旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場速度表達式與異步機相同。同步電動機的轉(zhuǎn)子則除了鐵心和繞組之外，還另外通有直流勵磁電源，使轉(zhuǎn)子本身有規(guī)律排列的N、S磁極，因此，當旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)時，會帶動轉(zhuǎn)子的對應(yīng)磁極一起旋轉(zhuǎn)。穩(wěn)定運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場相同，被稱為同步電動機。,3,同步電動機在同步運行時，轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場等速旋轉(zhuǎn)、空間相對位置穩(wěn)定，這時的轉(zhuǎn)子、定子空間角度關(guān)系如右圖所示。輕載下θ角較小，滿載時θ角較大。同步電動機的拖動轉(zhuǎn)矩與θ角成函數(shù)關(guān)系，θ角太小或太大都會造成拖動力矩不足。在額定工況下，θ角一般在300左右。,2020年4月27日星期一,（二）同步電動機與異步電動機的區(qū)別,同步電動機,轉(zhuǎn)速,異步電動機,異步電動機的氣隙是均勻的，而同步電動機則有凸級式和隱極式之分。凸極式的氣隙不均勻，直軸磁阻小，交軸磁阻大，因而會產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩分量，造成數(shù)學(xué)模型上的復(fù)雜性。,轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與異步電動機不同，異步電動機的轉(zhuǎn)子只有鐵心和閉合繞組（或?qū)l），沒有勵磁繞組，而同步電動機的轉(zhuǎn)子則除了鐵心和繞組之外，還另外通有直流勵磁電源。,2020年4月27日星期一,異步電動機總是在滯后的功率因數(shù)下運行。而同步電動機的功率因數(shù)可用勵磁電流來調(diào)節(jié)，可以滯后，也可以超前。-----優(yōu)點,同步電動機轉(zhuǎn)子有獨立勵磁，在極低的電源頻率下也能運行，因此在同樣條件下，同步電動機的調(diào)速范圍比異步電動機更寬。----優(yōu)點,異步電動機要靠加大轉(zhuǎn)差才能提高轉(zhuǎn)矩，而同步電動機只須加大功角就能增大轉(zhuǎn)矩，同步電動機比異步電動機對轉(zhuǎn)矩擾動具有更強的承受能力，能獲得更快的動態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。-----優(yōu)點,轉(zhuǎn)速恒定功率因數(shù)可調(diào)，可使功率因數(shù)提高到1.0，甚至超前。在一個工廠里，只需要一臺或幾臺大容量設(shè)備采用同步電動機，就足以改善全廠的功率因數(shù)。,同步電動機突出優(yōu)點：,起動費事，重載時有振蕩乃至失步的危險。,突出問題：,常用方法：“異步起動法”－－在同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極的極靴上裝設(shè)阻尼繞組，阻尼繞組所起的作用與異步電動機的籠型繞組類似，同步電動機起動時靠阻尼繞組的感應(yīng)電流受力實現(xiàn)異步起動。在升速、降速過程中，阻尼繞組還可以起到抑制振蕩的作用。,異步起動的基本步驟,起動前將勵磁繞組串入一適當大小的電阻（串電阻是為了避免過高的自感電勢）后閉合，使轉(zhuǎn)子暫時不產(chǎn)生同步磁極；,按照電動機的容量、負載性質(zhì)和電源的情況，采取直接起動或降壓起動，將同步電動機作為一臺異步電動機而起動；,當電動機轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，將直流電流送入勵磁繞組，從而產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩將電動機牽入同步運行。,（三）同步電機的起動,2020年4月27日星期一,自控式變頻調(diào)速：用電動機軸上所帶的轉(zhuǎn)子位置檢測器或電動機反電動勢波形提供的轉(zhuǎn)子位置信號，來控制變壓變頻裝置換相時刻的系統(tǒng)。,它控式變頻調(diào)速：用獨立的變壓變頻裝置給同步電動機供電的系統(tǒng)。,（四）同步電動機的調(diào)速方法,對它控式變頻調(diào)速的評價,優(yōu)點：在多臺參數(shù)一致的小容量同步電動機需要同時起動、同時調(diào)速的場合，采用一臺變頻器控制多臺小電動機，系統(tǒng)對各臺電動機的供電頻率相同，供電電壓也相同，易于群控。缺點：如果一臺電動機出現(xiàn)失步，將影響整個群控系統(tǒng)的正常工作。振蕩和失步問題并未解決。,9,對自控式變頻調(diào)速的評價,,優(yōu)點：在同步電動機中安裝了轉(zhuǎn)子位置檢測器BQ，根據(jù)轉(zhuǎn)子的實際位置來控制變頻器的供電頻率，保證定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子磁極的轉(zhuǎn)速始終處于同步狀態(tài)。避免了它控式同步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)運行中會失步的缺點。,無換向器電動機屬于一種自控式同步電動機，它由磁極位置檢測器、同步電動機和半導(dǎo)體變頻器共同組成電動機系統(tǒng)。根據(jù)所用的變頻器型式不同，可分為直流無換向器電動機系統(tǒng)(即交-直-交電動機系統(tǒng))和交流無換向器電動機系統(tǒng)(即交-交電動機系統(tǒng))。,（五）無換向器電動機,無換向器電動機綜評,（一）保證了逆變器的輸出電源的頻率和電動機轉(zhuǎn)速能保持同步。是區(qū)別于其他同步電動機的最顯著的結(jié)構(gòu)特點。（二）具有直流電動機的調(diào)速特性，但是沒有換向器，可以做成無接觸式。（三）和異步電動機一樣，具有結(jié)構(gòu)簡單、不需要經(jīng)常維護和檢修等優(yōu)點。它既可以用作直流調(diào)速，也可以用作交流調(diào)速。（四）無換向器電動機調(diào)速系統(tǒng)具有同步電動機的效率高、功率因數(shù)可調(diào)等優(yōu)點，特別是大容量低轉(zhuǎn)速時更為突出，并且沒有同步電動機的啟動困難、重載時易振蕩失步等問題，因而得到廣泛的應(yīng)用。,12,（一）無換向器電動機的類型,二、無換向器電動機的工作原理,,交-直-交控制系統(tǒng)無換向器電動機主回路結(jié)構(gòu),交-交控制系統(tǒng)無換向器電動機主回路結(jié)構(gòu),（二）直流無換向器電動機的工作原理,從磁場的觀點看，電動機的運動是主磁場和電樞磁場相互作用的結(jié)果。直流電動機：主磁場在空間是靜止的，電樞是旋轉(zhuǎn)的，通過整流子及電刷換向，保持電樞電流方向不變，使電樞磁場與主磁場在空間的相互位置不變，夾角φ=90；如圖（a）異步電動機：定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場在空間的位置也不變，從空載到額定負載，由于轉(zhuǎn)子cosφ2變化大，磁場夾角φ近于90。如圖（b）同步電動機：穩(wěn)定運行時，φ角隨負載而變化，空載時φ＝0，負載愈大φ愈大，當φ超過60以后，將失步停轉(zhuǎn)，啟動時由于沒有恒定φ角，所以沒有啟動轉(zhuǎn)矩。如圖（c）,（a）,（b）,（c）,無換向器電動機調(diào)速的控制對象是同步電動機，但是從它的工作原理和運行特性來看，和直流電動機是相似的，因此，我們從直流電動機的基本原理出發(fā)來討論其工作原理。,可見，兩磁場之間的關(guān)系，很大程度上決定了電動機的運行性能。,直流無換向器電動機相當于有三個換向片的直流電動機，只不過換向是由晶閘管(或晶體管)來進行，因結(jié)構(gòu)上的限制，電樞繞組及變流器靜止不動，而磁極是旋轉(zhuǎn)的，如圖所示。,圖4-4從直流電動機到無換向器電動機的轉(zhuǎn)化(a)電樞旋轉(zhuǎn)(b)磁極旋轉(zhuǎn)(c)無換向器電動機,圖(a)為直流電動機電樞依次轉(zhuǎn)過60的幾個位置的情形，根據(jù)運動的相對性，可以認為電樞和換向器在空間固定不動，磁極和電刷一起向相反方向依次轉(zhuǎn)過60，電樞中各導(dǎo)體的電流不變，如圖(b)所示。,進一步將機械的換向器用半導(dǎo)體“開關(guān)”來代替，并依次觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管，如圖4-4(c)所示，順次地使晶閘管6、1→1、2→2、3→3、4→4、5→5、6→6、1導(dǎo)通，則磁極(轉(zhuǎn)子)也將會依次轉(zhuǎn)過60。,從磁場角度分析電動機運動情形:,當晶閘管6、1導(dǎo)通時，電流從電源正極→晶閘管1→A相繞組→B相繞組→晶閘管6→電源負極此時勵磁磁場F0與電樞磁場Fa夾角為120，如圖4-4(c)①中Fa所示，轉(zhuǎn)子向順時針方向旋轉(zhuǎn)；當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到F01位置時，F(xiàn)01與Fa的夾角為90，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大。,轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，當達到F02位置即夾角為60時，通過控制電路，觸發(fā)晶閘管2使其導(dǎo)通，同時關(guān)斷晶閘管6；電樞電流轉(zhuǎn)換為從電源正極→晶閘管1→A相→c相→晶閘管2→電源負極；Fa轉(zhuǎn)過60，變成圖4-4(c)中②所示情形，此時F0與Fa的夾角又變?yōu)?20，如此重復(fù)進行，則電動機轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。,由上所述，由于轉(zhuǎn)子磁極是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而決定電樞電流流向的晶閘管元件為每隔60切換一次，因此，電樞磁勢Fa每次步進60，而Fa和F0之間也就保持在120～60范圍內(nèi)(即圍繞正交時的90)變化，而轉(zhuǎn)矩也就圍繞最大值脈動。,綜上所述，具有三個換向片的直流電機的勵磁磁場F0空間固定不變，而電樞磁場連續(xù)旋轉(zhuǎn)且每隔60步進一次，與勵磁磁場夾角是在60～120范圍變化，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩將在最小值和最大值之間變化；而無換向器電動機的勵磁磁場在空間連續(xù)旋轉(zhuǎn)，電樞磁場Fa作步進式的旋轉(zhuǎn)，F(xiàn)a和F0之間的空間矢量關(guān)系也在60～120之間變化，而兩種電機的Fa始終領(lǐng)先于F0，因此電動機連續(xù)旋轉(zhuǎn)。,無換向器電動機與直流電動機對比,可以看出，晶閘管的導(dǎo)通時間是120電角度，關(guān)斷時間是60電角度，而每轉(zhuǎn)過60電角度就有一只晶閘管換流。為此要求隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，周期性地觸發(fā)或關(guān)斷相應(yīng)的晶閘管，才能使得電樞磁場和勵磁磁場保持同步。此任務(wù)一般采用位置檢測器來完成。,表4-2反轉(zhuǎn)時電樞電流方向與晶閘管導(dǎo)通順序,表4-1正轉(zhuǎn)時電樞電流方向與晶閘管導(dǎo)通順序,直流無換向器電動機的原理圖,電動機定子電樞換流是直接由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制的，電動機速度降低時，電樞磁場和勵磁磁場(轉(zhuǎn)子)相對位置關(guān)系保持不變，電動機不會失步。這就是自控式同步電動機的特點。無換向器電動機又稱為頻率自控的同步電動機。,（三）交流無換向器電動機的工作原理,,交流式和直流式中各相電樞繞組電流的導(dǎo)通順序相同。在變頻器中，每一組三相零式電路的晶閘管導(dǎo)通信號由轉(zhuǎn)子磁極的位置來決定。,轉(zhuǎn)子位置檢測器發(fā)出的γ信號，由它決定該導(dǎo)通的晶閘管組；還應(yīng)根據(jù)三相電源的相位來判斷每一組零式電路究竟由哪一只晶閘管導(dǎo)通，此信號稱為α信號。,α信號與γ信號的合成決定了導(dǎo)通的組以及組中的晶閘管元件。,晶閘管在電動機正轉(zhuǎn)時的導(dǎo)通過程,（一）反電勢換流法,設(shè)在換流以前晶閘管VT1、VT2導(dǎo)通，如圖所示。電流經(jīng)由晶閘管VT1→A相繞組→C相繞組→晶閘管VT2流通。當電流由晶閘管VT1轉(zhuǎn)移到晶閘管VT3時，可以利用電動機反電勢自然換流，其條件是eA＞eB。即換流的時刻應(yīng)比A、B二相電壓(反電勢)波形的交點K適當提前一個換流超前角γ。,若在這時由轉(zhuǎn)子位置檢測器所產(chǎn)生的觸發(fā)信號使晶閘管VT3導(dǎo)通，則在晶閘管VT1、VT3和電動機A、B二相繞組之間會出現(xiàn)一個短路電流iSL，其方向如圖4-8(a)中箭頭所示。當這個短路電流iSL達到原來通過晶閘管VT1的負載電流Id時，晶閘管VT1就因流過的實際電流下降至零而關(guān)斷，負載電流就由VT1全部轉(zhuǎn)移到晶閘管VT3，U、V兩相之間的換流過程就此結(jié)束。,如若換流的時刻不是發(fā)生在提前于K的時刻，而是滯后于是K點，即觸發(fā)角γ為負。這時由于uB>uA，在晶閘管VT1、VT3和電動機兩相繞組之間可能再現(xiàn)的短路環(huán)流iSL的方向，將與圖4-8所示的相反，這個電流阻止晶閘管VT3導(dǎo)通，而使晶閘管VT1繼續(xù)通電，因此就不能實現(xiàn)換流的目的。,三.無換向器電動機逆變器的換流,利用反電勢自然換流，不需要增加什么換流輔助設(shè)備，比較經(jīng)濟。但在具體實現(xiàn)時要解決以下兩個方面的問題:,(1)無換向器電動機利用反電勢進行換流時，晶閘管之間的換流要保證有足夠的時間。為了保證可靠換流，通常要求實際的換流超前角至少應(yīng)保持在10～15之間。要滿足這個要求，可增大空載時的換流超前角γ0或限制電動機的最大瞬時負載，也可以采用空載換流超前角γ0隨負載而調(diào)節(jié)的辦法。,(2)電動機在起動和低速運轉(zhuǎn)時反電勢很小，換流不可能，為此，利用反電勢換流的無換向器電動機還必須另想辦法解決起動和低速運轉(zhuǎn)問題。解決的辦法有二：一是采用所謂電流斷續(xù)法換流，一是利用電網(wǎng)電源換流。后一種只適用于交-交系統(tǒng)。,（二）電流斷續(xù)換流法,基本原理：當晶閘管需要換流時，先設(shè)法使逆變器的直流輸入電流下降到零，迫使逆變器的所有晶閘管全部暫時關(guān)斷，然后再給需要導(dǎo)通的晶閘管發(fā)脈沖使之導(dǎo)通，實現(xiàn)所需要的換流過程。,電流斷續(xù)換流法的主電路,28,通常采用的斷流方法是封鎖電源或讓整流橋暫時進入有源逆變狀態(tài)，實現(xiàn)直流乃至電機電流的短時間斷流。斷流時因為直流平波電抗器中的電流不能突變，可觸發(fā)晶閘管VT0進行暫時續(xù)流，該管子在整流、逆變橋之間的電流恢復(fù)流通時，會被反向電壓自動關(guān)斷。,應(yīng)用：起動和低速下使用。在轉(zhuǎn)速升高到額定轉(zhuǎn)速的10%左右，切換至反電勢換流,電流斷續(xù)換流法就是晶閘管逆變器常用一種的既簡單又經(jīng)濟的強迫換流方法。,當電動機采用電流斷續(xù)法換流時，電動機側(cè)逆變器的空載換流超前角γ0對換流已不起決定性作用。為了增大起動轉(zhuǎn)矩，減小轉(zhuǎn)矩脈動，一般取γ0＝0。當電動機進入高速運轉(zhuǎn)階段時，γ0則根據(jù)負載進行控制，電動機采用反電勢換流法。,(三）電源換流法,在無換向器電動機交—交系統(tǒng)中，在電動機起動和低速運行時，由于電動機側(cè)的頻率低，在電動機側(cè)一相通電的過程中，電源側(cè)往往要經(jīng)歷幾次換流過程。,交-交系統(tǒng)依靠電源換流的方式只適用于系統(tǒng)在低頻工作的情況，用以解決電動機在起動和低速運行時的換流問題。當電動機達到稍高轉(zhuǎn)速時，通過控制電路，可以使電動機進入反電勢換流運行方式。,下面以圖所示的無換向器電動機中晶閘管VTrl到VTr3和VTs3的換流過程為例來討論這一問題。,換流以前的狀態(tài)是VTrl和VTt2,導(dǎo)通。現(xiàn)在在VTr3的控制極上加觸發(fā)信號。如果換流超前角選擇得當，且電動機在高速運行，則可利用反電動勢完成自然換流過程。如果電動機運行在起動或低速狀態(tài)下，則ea≈0，eb≈0，反電動勢eab不可能產(chǎn)生足夠的換向電流，使VTr1的電流下降至零。,在VTr3觸發(fā)時不能使VTr1關(guān)斷，于是出現(xiàn)了VTr1繼續(xù)導(dǎo)電的情況。但這個連續(xù)導(dǎo)電的情況最多只能持續(xù)至相當于三分之一電源周期的時間，在此之后，VTs3就會觸發(fā)導(dǎo)通。由于電源側(cè)工作在整流狀態(tài)，VTs3觸發(fā)導(dǎo)通時必然es>eR。,在電動勢eSR=eS－eR的作用下，一方面在電源S相、VTs3、VTr3和電源R相中形成環(huán)流isc，使VTs3通，VTr3關(guān)斷，如圖a所示；另一方面，它也在電源R和S二相、VTs3、電動機繞組b、a二相及VTrl之間產(chǎn)生環(huán)流isL，如圖所示。這一環(huán)流將VTrl中的電流下降至零，使其關(guān)斷，從而完成電流由a相過渡到b相的換流過程。,第二節(jié)無換向器電動機的基本特性,（一）定子一相(例如U相)繞組中通一持續(xù)直流電流時,在這個電流和轉(zhuǎn)子磁場作用之下所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也將隨轉(zhuǎn)子位置的不同而按正弦規(guī)律變化，如圖所示。,一、無換向器電動機的電磁轉(zhuǎn)矩,但在無換向器電動機中，實際上每相繞組中通過的不是持續(xù)的直流電流，而是只通電1/3周期。那么在每個相電流和轉(zhuǎn)子磁場作用下所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也只是正弦轉(zhuǎn)矩曲線上相當于1/3周期長的一段。且這一段曲線與繞組開始通電時的轉(zhuǎn)子相對位置有關(guān)。,（二）分析三相半波接法時的情況,顯然，在圖(a)中所示瞬間觸發(fā)晶閘管，從產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的角度看來最為有利。因為在這種情況下，在繞組通電120區(qū)間里，載流導(dǎo)體正好處在比較強的磁場中，它所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩平均值最大，脈動小。習(xí)慣上把這一點作為晶閘管觸發(fā)相位的基準點，定為γ0=0。,在γ0＝0的情況下，電動機三相繞組通電所產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩如圖（b)所示。若晶閘管的觸發(fā)時間提前或延后，均將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的脈動增加，平均值減小。當γ0＝30時，電動機的瞬時轉(zhuǎn)矩過零點，這會在電動機起動時出現(xiàn)死點，因此在三相半波接法的情況下，特別是在啟動時，γ0值不能大于30。,（三）分析三相橋式接法時的情況,在采用三相橋式逆變器時每相導(dǎo)通180，由于任何一個瞬間在三相繞組中有一相通過正向電流，而另一相通過反向電流。這兩個電流分別產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的情況和上述三相半波接法時相同，只不過每相正負電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩在時間上要相差180，如圖(a)所示；電動機的合成轉(zhuǎn)矩是這兩個轉(zhuǎn)矩之和，在γ0=0的轉(zhuǎn)矩曲線，如圖(b)所示；在γ0＝60時的轉(zhuǎn)矩如圖(c)所示。,三相橋式接法與半波接法相比，可以得出：①三相橋式接法轉(zhuǎn)矩較大，脈動較??；②橋式接法時，γ0角增大到60時，轉(zhuǎn)矩曲線才過零點，三相半波在γ0=30時轉(zhuǎn)矩曲線過零點。,（四）無換向器電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式,根據(jù)同步電機理論可以推出無換向器電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式有如下的形式式中，Ct為基本轉(zhuǎn)矩系數(shù)，I1m為電動機電樞電流的基波分量；CR為反應(yīng)轉(zhuǎn)矩系數(shù)；為轉(zhuǎn)子勵磁所產(chǎn)生的定子磁鏈；Ld、Lq為電動機的直軸電感和交軸電感；γ0為空載換流超前角，它與電動機的功率因數(shù)角φ的關(guān)系為,,,,當電動機的直軸電感和交軸電感相等時，即在圓周方向上電動的磁阻是均勻的，則電動機的反應(yīng)電磁轉(zhuǎn)矩為零，只有基本電磁轉(zhuǎn)矩?；蛘咴诓挥嫇Q流重疊角μ時，使空載換流超前角γ0為零，則CR=0，反應(yīng)電磁轉(zhuǎn)矩為零，電動機的基本電磁轉(zhuǎn)矩就是其總的電磁轉(zhuǎn)矩。在這兩種情況下，無換向器電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式與直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式具有相同的形式，從而也就是具有相同的特性。,實際上采用具有自關(guān)斷能力的器件構(gòu)成的無換向器電動機很容易做到γ0＝0，從而使整個電動機系統(tǒng)達到與直流電動機相同的機械特性與控制性能。所以，隨著電力電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，無換向器電動機將在許多領(lǐng)域得以應(yīng)用并逐步取代傳統(tǒng)的有刷直流電動機。,（一）負載換相同步電動機的調(diào)速特性,二、無換向器電動機基本特性,38,負載換相同步電動機的速度表達式和直流電動機的轉(zhuǎn)速公式十分類似。由以上轉(zhuǎn)速公式可以看出，改變和均可以對負載換相同步電動機進行調(diào)速，即負載換相同步電動機有調(diào)壓調(diào)速和調(diào)勵磁調(diào)速兩種方法。當然換相超前角的變化對速度也會有影響，但換相超前角一般隨負載變化而調(diào)節(jié)，主要考慮在運行中的安全換流問題，不用作速度調(diào)節(jié)。,39,（二）負載換相同步電動機的機械特性,取并忽略換流重疊角，負載換相同步電動機的近似機械特性表達式為：,,結(jié)論:負載換相同步電動機的機械特性曲線與直流電動機的機械特性表達式相似。它有著良好的運行特性和伺服控制性能。,注意：在接近堵轉(zhuǎn)時，機械特性曲線出現(xiàn)了非線性區(qū)域，這是由于整個系統(tǒng)的非線性在接近堵轉(zhuǎn)時所表現(xiàn)出來的。,（三）無換向器電動機的過載能力,（1）利用反電動勢換流的無換向器電動機的一個突出問題是其過載能力受到逆變器換流能力的限制。當電動機空載運行時，若換流超前角整定在γ0，在電動機承受負載后，由于同步電動機中功率角θ的影響，電動機端電壓的相位將前移一個θ角，使換流超前角由γ0減小到γ=γ0–θ。,無換向器電動機的過載能力，比一般直流電動機低。,目前一般無換向器電動機的過載能力只有1.5~2倍，對于爪極式無換向器電動機，過載能力甚至只有1.25倍。,（2）隨著負載電流的增加，換流重疊角μ將逐漸增大，晶閘管延遲導(dǎo)通時間增長。角度δ=γ0-θ-μ稱為換流剩余角，如圖所示。它表示晶閘管換流結(jié)束后承受反向電壓的時間，表征著換流的可靠性。由于θ和μ均隨負載的增大而增加，所以在γ0恒定的情況下，δ將隨負載的增加而減小。當負載達到一定數(shù)量，換流剩余時間接近晶閘管的關(guān)斷時間toff時，電動機達到換流極限，這就是電動機的最大負載能力。,第三節(jié)無換向器電動機調(diào)速系統(tǒng)及其運行,其控制策略有以下兩種常用的方案：(1)采用勵磁電流和空載換流超前角γ0保持不變，通過改變直流回路電壓來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。對于勵磁電流保持不變，在技術(shù)上很容易保證，對于磁極為永磁體的無換向器電動機，這一點自然得到滿足；而空載換流超前角γ0在不計換流重疊角時，它實際上反映了電動機的空載電動勢與電流之間的相位關(guān)系，所以空載換流超前角γ0不變這一前提是靠轉(zhuǎn)子位置檢測器的信號來保證的。,一、無換向器電動機的控制策略,(2)采用勵磁電流和空載換流超前角隨負載調(diào)節(jié)的辦法來控制無換向器電動機的轉(zhuǎn)速。一般是保證不變，按換流剩余角δ保持不變來調(diào)節(jié)空載換流超前角γ0，從而調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速。這種控制策略使電動機的過載能力有所提高，電動機的損耗減小，但控制系統(tǒng)較復(fù)雜。,通常為了保證換流可靠和觸發(fā)信號的邏輯控制方便，在電動機高速運行時將空載換流超前角γ0整定在60，采用電動勢自然換流；在起動或低速運行時，取γ0=0，采用電流斷續(xù)換流；而在再生制動狀態(tài)下則分別取γ0＝120和γ0＝180。這種控制策略的優(yōu)點是簡單可靠，而缺點是電動機的過載能力較差，低速輕載時電動機的轉(zhuǎn)矩脈動比較大。,43,一,二、晶閘管式無換向器電動機調(diào)速系統(tǒng),44,三、晶體管式無換向器電動機調(diào)速系統(tǒng),