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1、第六章 無換向器電動機技術(shù),6.1 概述,1. 無換向器電動機的定義及分類 是一種用半導(dǎo)體開關(guān)器件控制的變頻調(diào)速同步電動機；也可認為是一種用半導(dǎo)體電子開關(guān)線路代替換向器和電刷作用的直流電動機。 根據(jù)所采用的控制元件分：晶體管電動機，晶閘管電動機 。 根據(jù)所采用的控制方式不同可以分為直流無換向器電動機和交流無換向器電動機。,2、無換向器電動機的特點和適用范圍,無換向器電動機的特性和普遍直流電動機十分相近，可在四個象限運行，效率和技術(shù)經(jīng)濟指標也相近。但它沒有電刷和換向器，因而比直流電動機結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，容易做到低轉(zhuǎn)速大容量、高轉(zhuǎn)速大容量，調(diào)速方便，不失步，因而適用范圍廣泛。在易燃、易爆、高氣壓
2、等環(huán)境比較惡劣的場合，如水泥廠、化工廠、礦山、油田及潛艇上都能適應(yīng)；也適于安裝在人不可及的裝備上，如原子能設(shè)備、高空飛行器及偏僻海島等地方。,6.2 無換向器電動機的基本原理,圖6-1 無換向器電動機與直流電動機對比電路 a） 直流電動機；b）無換向器電動機,,,圖6-2 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,,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相。為此要求隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，周期性觸發(fā)或關(guān)斷相應(yīng)的晶閘管，使得電樞磁場和勵磁磁場保持同步。此任務(wù)由位置檢測器來完成。,,圖6-3 無換向器電動機原理圖,6
3、.2.2 電磁轉(zhuǎn)矩,半波接法時，各相繞組中電流只沿著一個方向輪流通電三分之一周期，電動機繞組的利用率較差；而在橋式接法時，由于繞組中正反兩個方向均通電120電角度，電動機的利用率較高，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也較大。,圖6-4 無換向器電動機接法 a）橋式接法；b）半波接法,,（1）橋式接法轉(zhuǎn)矩較大，脈動較?。唬?）橋式接法時0角增大到60時轉(zhuǎn)矩曲線才過零點，而三相半波接法0=30時轉(zhuǎn)矩曲線已過零點。,圖6-5 三相電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 a）半波接法時；b）橋式接法時,,從電動機轉(zhuǎn)矩的角度來看，以采用三相橋式接法，0=0比較有利，這時轉(zhuǎn)矩平均值最大，脈動最小。但在利用電動機反電勢自然換相的無換向器電動機中，0=0
4、時電動機是不可能運行的。通常0必須有一定的超前角度。目前最常選用的是0=60，或者0按負載自動調(diào)節(jié)。此時，電動機的轉(zhuǎn)矩脈動一般是比較大的。,6.2.3 無換向器電動機的換相,各種無換向器電動機的換相方式及其特點示于表6-3中。 采用各種全控型器件可以制成各種容量的無換向器電動機，由于器件本身具有自關(guān)斷能力，利用器件換相可使逆變器結(jié)構(gòu)簡單且控制靈活。 采用晶閘管制成的無換向器電動機，由于普通晶閘管不具備自關(guān)斷能力，必須借助外部條件或設(shè)置專門的換相電路才能完成換相。,（1）反電勢換相,即利用電動機本身產(chǎn)生的反電勢進行自然換相。,圖6-6 反電勢換相原理圖,,圖6-7 反電勢換相晶閘管上電壓電流波形
5、,,電動機在起動或低速運行時反電勢很小， 甚至沒有反電勢，不可能利用反電勢進行自然換相。此時需利用下述方法進行換相：斷續(xù)換相法或者電網(wǎng)換相法。,,,圖6-8 、隨負載電流變化關(guān)系,（2）斷續(xù)換相,當晶閘管需要換相時，先設(shè)法使逆變器的輸入電流下降到零，使逆變器的所有晶閘管均暫時關(guān)斷；然后再給換相后應(yīng)該導(dǎo)通的晶閘管加上觸發(fā)脈沖，則在斷流后重新通電時，電流將根據(jù)所加的觸發(fā)信號流經(jīng)該導(dǎo)通的晶閘管，從而實現(xiàn)從一相換到另一相。,,圖6-9 直交系統(tǒng)無換向器電動機,圖6-10 交-直-交系統(tǒng)無換向器電動機,,當電動機采用電流斷續(xù)換相法時，電動機側(cè)逆變器的觸發(fā)相位 對換相不起作用。為了增大起動轉(zhuǎn)矩，減小轉(zhuǎn)矩脈
6、動，一般取 。當電動機進入高速階段；采用反電勢換相時，則 改為 或隨負載變化進行控制。,（3）電網(wǎng)換相,圖6-11 電網(wǎng)換相原理圖,（4）強迫換相,即采用專門的換相電路實現(xiàn)換相，已有多種方案，但由于電路復(fù)雜，元件數(shù)量多，經(jīng)濟性差而在無換向器電動機實際運行中少有采用。,6.3 無換向器電動機調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),無換向器電動機是典型的機電一體化的新型調(diào)速系統(tǒng)，見圖6-12。除門極觸發(fā)電路外，還有變頻器、同步電動機和位置檢測器三大部分。,,1. 變頻器: 用于無換向器電動機的變頻器有交-直-交變頻器和交-交變頻器兩種。 2. 同步電動機 在無換向器電動機中使用的同步電動機，目前應(yīng)用較普遍的有以下三種：
7、1）爪極式同步電動機；2）旋轉(zhuǎn)磁極式同步電動機；3）旋轉(zhuǎn)電樞式同步電動機。,3. 位置檢測器,位置檢測器是用來檢測電動機轉(zhuǎn)子位置，并向逆變器發(fā)出控制信號的裝置。它由直接式和間接式兩類。 (1)直接式位置檢測器，由于其檢測精度和可靠性高而被廣泛采用。典型的直接式位置檢測器有下列幾種： 接近開關(guān)式: 利用磁性旋轉(zhuǎn)圓盤的遠近來改變固定部分的電感，而利用振蕩條件的變化建立通斷信號。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，輸出電平高，適用大中型電動機。,,光電方式: 它是由發(fā)光二極管和光敏晶體管等光電元件組成的電路，利用有槽口的旋轉(zhuǎn)圓盤的位置進行通斷變化。這種方法檢測分辨率高，適用于高速運轉(zhuǎn)的電動機。 電磁感應(yīng)式（差動變壓器
8、式）: 它由隨電動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的帶缺口的導(dǎo)磁圓盤和固定不動的三只差動變壓器組成。轉(zhuǎn)盤體現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置信號，差動變壓器作為檢測元件檢測轉(zhuǎn)子位置信號并向逆變器的控制電路輸出控制信號。這種方法結(jié)構(gòu)簡單、檢測可靠，國內(nèi)常用。,,霍爾元件式（磁敏式）: 它的轉(zhuǎn)子是永磁結(jié)構(gòu)，其極數(shù)與同步電動機的一樣，而定子用霍爾元件等磁敏元件來感受轉(zhuǎn)子磁極位置，發(fā)出相應(yīng)信號。這種方法信號較弱，但體積較小，多用于中小型電動機。,(2)間接式位置檢測器,間接式位置檢測器是利用電樞繞組的感應(yīng)電勢間接檢測轉(zhuǎn)子位置。,6.4 無換向器電動機的運行性能,6.4.1 無換向器電動機的運行特性,圖6-14 無換向器電動機主電路,（1）調(diào)速特性,
9、,,這表明無換向器電動機的調(diào)速特性和直流電動機基本相同，可以：1）改變 角即改變直流電勢 調(diào)速；2）改變每極磁通調(diào)速；此外3）改變 角也可以改變電動機的轉(zhuǎn)速。,（2）轉(zhuǎn)矩特性,,,它與直流電動機的轉(zhuǎn)矩特性T=CmI也很相似，但對于無換向器電動機平均轉(zhuǎn)矩的大小影響較大。,（3）機械特性,當勵磁磁通和換相超前角0保持不變，調(diào)節(jié)即改變Ed時，無換向器電動機的機械特性為一組相互平行的曲線，見圖6-15。由圖可見，它和他勵直流電動機的機械特性曲線十分相似，機械特性較硬，有較寬的調(diào)速范圍。,,,圖6-15 調(diào)節(jié)Ed時的機械特性,6.4.2 無換向器電動機的四象限運行,,圖6-16 無換向器電動機四象限運行
10、狀態(tài)圖,6.5 提高過載能力及抑制轉(zhuǎn)矩脈動的措施,1. 提高過載能力 （1）限制過載能力的因素： 無換向器電動機的過載能力主要受換相極限的限制。 （2）提高過載能力的措施 以上述分析可見，提高過載能力可以從增加0、減小、減小等方面入手。,2. 抑制轉(zhuǎn)矩脈動,（1）轉(zhuǎn)矩脈動的原因 由于在無換向器電動機中的電樞電流是方波，它所產(chǎn)生的電樞磁勢是跳躍前進的。而轉(zhuǎn)子勵磁磁勢是等速旋轉(zhuǎn)的，二者有周期性的相對運動。它們相互作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩中除平均轉(zhuǎn)矩外，還有相當大的脈動轉(zhuǎn)矩。,（2）抑制轉(zhuǎn)矩脈動的措施,1）換相超前角控制 在確保換相安全的條件下盡量減小換相超前角0，可明顯減小轉(zhuǎn)矩的脈動。 2）多相化 電動機采用六相30相帶繞組，用兩套三相橋式逆變器形成12脈波逆變電路供電。這樣可使合成轉(zhuǎn)矩中的脈動分量減少到三相電機的1/2。但此種方法所用晶閘管數(shù)量要增加，故只適用于大容量的場合。,,3）多重化 普通的三相電機由12脈波逆變器多重供電，可使流入電機繞組的電流接近正弦波，于是脈動轉(zhuǎn)矩降低。但此法在輸出頻率較高時控制較困難。故常常只在低頻范圍內(nèi)采用這種多重化工作方式，而在進入高頻運行時變成兩套普通的三相逆變器并聯(lián)運行。,,,The end.,,,股票入門基礎(chǔ)知識 槷敇愸,
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