第4章节无换向器电动机调速system2.ppt

第二节 无换向器电动机的基本特性 （一） 定子一相(例如U相)绕组中通一持续直流电流时 在这个电流和转子磁场作用之下所产生的转矩也将随转子位置的不同而按正弦规律变化，如图所示。 一、无换向器电动机的电磁转矩 但在无换向器电动机中，实际上每相绕组中通过的不是持续的直流电流，而是只通电1/3周期。那么在每个相电流和转子磁场作用下所产生的转矩也只是正弦转矩曲线上相当于1/3周期长的一段。且这一段曲线与绕组开始通电时的转子相对位置有关。 （二）分析三相半波接法时的情况 显然，在图 (a)中所示瞬间触发晶闸管，从产生转矩的角度看来最为有利。因为在这种情况下，在绕组通电120°区间里，载流导体正好处在比较强的磁场中，它所产生的转矩平均值最大，脉动小。习惯上把这一点作为晶闸管触发相位的基准点，定为γ0=0°。 在γ0＝0°的情况下，电动机三相绕组通电所产生的总转矩如图（b)所示。若晶闸管的触发时间提前或延后，均将导致转矩的脉动增加，平均值减小。当γ0＝30°时，电动机的瞬时转矩过零点，这会在电动机起动时出现死点，因此在三相半波接法的情况下，特别是在启动时，γ0值不能大于30°。 （三）分析三相桥式接法时的情况 在采用三相桥式逆变器时每相导通180°，由于任何一个瞬间在三相绕组中有一相通过正向电流，而另一相通过反向电流。这两个电流分别产生转矩的情况和上述三相半波接法时相同，只不过每相正负电流产生的转矩在时间上要相差180°，如图 (a)所示； 电动机的合成转矩是这两个转矩之和，在γ0=0°的转矩曲线，如图 (b)所示； 在γ0＝60°时的转矩如图 (c)所示。 三相桥式接法与半波接法相比，可以得出： ①三相桥式接法转矩较大，脉动较小； ②桥式接法时，γ0角增大到60°时，转矩曲线才过零点，三相半波在γ0=30°时转矩曲线过零点。 （四）无换向器电动机的电磁转矩公式 根据同步电机理论可以推出无换向器电动机的电磁转矩公式有如下的形式 式中，Ct为基本转矩系数， I1m为电动机电枢电流的基波分量；CR为反应转矩系数； 为转子励磁所产生的定子磁链；Ld、Lq为电动机的直轴电感和交轴电感；γ0为空载换流超前角，它与电动机的功率因数角φ的关系为 当电动机的直轴电感和交轴电感相等时，即在圆周方向上电动的磁阻是均匀的，则电动机的反应电磁转矩为零，只有基本电磁转矩。 或者在不计换流重叠角μ时，使空载换流超前角γ0为零，则CR=0，反应电磁转矩为零，电动机的基本电磁转矩就是其总的电磁转矩。 在这两种情况下，无换向器电动机的电磁转矩公式与直流电动机的电磁转矩公式具有相同的形式，从而也就是具有相同的特性。 实际上采用具有自关断能力的器件构成的无换向器电动机很容易做到γ0＝0，从而使整个电动机系统达到与直流电动机相同的机械特性与控制性能。 所以，随着电力电子技术和计算机控制技术的不断发展和应用，无换向器电动机将在许多领域得以应用并逐步取代传统的有刷直流电动机。 （一）负载换相同步电动机的调速特性 二、无换向器电动机基本特性 * 负载换相同步电动机的速度表达式 和直流电动机的转速公式十分类似。 由以上转速公式可以看出，改变 和 均可以对负载换相同步电动机进行调速，即负载换相同步电动机有调压调速和调励磁调速两种方法。当然换相超前角 的变化对速度也会有影响，但换相超前角 一般随负载变化而调节，主要考虑在运行中的安全换流问题，不用作速度调节。 * （二）负载换相同步电动机的机械特性 取 并忽略换流重叠角 ，负载换相同步电动机的近似机械特性表达式为： 结论:负载换相同步电动机的机械特性曲线与直流电动机的机械特性表达式相似。它有着良好的运行特性和伺服控制性能。 注意：在接近堵转时，机械特性曲线出现了非线性区域，这是由于整个系统的非线性在接近堵转时所表现出来的。 （三） 无换向器电动机的过载能力 （1）利用反电动势换流的无换向器电动机的一个突出问题是其过载能力受到逆变器换流能力的限制。 当电动机空载运行时，若换流超前角整定在γ0，在电动机承受负载后，由于同步电动机中功率角θ的影响，电动机端电压的相位将前移一个θ角，使换流超前角由γ0减小到γ=γ0 –θ。 无换向器电动机的过载能力，比一般直流电动机低。 目前一般无换向器电动机的过载能力只有1.5~2倍，对于爪极式无换向器电动机，过载能力甚至只有1.25倍。 （2）随着负载电流的增加，换流重叠角μ将逐渐增大，晶闸管延迟导通时间增长。角度δ=γ0 -θ-μ称为换流剩余角