自控变频同步电动机调速系统.doc

一. 概述 自控变频同步电动机也称无换相器电动机或无整流电动机，也称之为无刷电动机或电子换向电动机。 自控同步电动机具有直流电动机的调速特性，但没有换向器，可以做成无接触式。它又具有与异步电动机一样的结构简单、容易维护和检修等优点。无换向器电动机适合于矿山、水泥、化工、纺织等恶劣环境，对需要大容量高转速的工业部门也是一种理想的调速电动机。 二. 方案设计 2.1 自控同步电动机调速系统设计 2.1.1 自控同步电动机调速系统的组成 一个自控频度同步电动机调速系统应由同步电动机、变频电源、转子位置检测器及辅助电路组成。变频电源可以是交-直-交变频器，也可以是交-交变频器。采用交-直-交变频器时称为直流无换向器电动机，采用交-交变频器时称为交流无换向器电动机。如图所示为采用交直交变频器的自控变频器同步电动机调速系统的结构原理图 自控变频同步电动机调速系统结构原理图 系统由晶闸管三相整流桥UR，直流平波电抗器，晶闸管逆变桥CSL，三相同步电动机MS，转子位置检测器BQ及整流、逆变电路的触发控制环节等构成。由于电流源变频器提供的电流是的方波，因而定子三相合成磁势不是恒速旋转的，而是步进磁动势，它和恒速旋转的转子磁动势相互作用产生的转矩使电动机旋转。 2.1.2 自控同步电动机的电磁转矩 普通直流电动机在正、负2个电刷间有多片换向片，电枢转一周要换向多次。无换向器电动机每周只换向6次，每个极下换流3次，相当于只有3个换向片的直流电动机，所以其电磁转矩必然含有较大的脉动成分。如何使脉动成为减小，必须进一步分析其电磁转矩与哪些因素有关。 按电动机容量大小不同，晶闸管逆变器可采用三相桥式和三相半波接法。如果转子磁场在气隙中按正弦规律分布，且在定子每相绕组中通以持续的直流电源，则这个电流在转子磁场作用下产生的转矩随转子位置不同而按正弦规律变化。如果逆变器采用三相半波接法，每相绕组中通过的不是持续的直流电流，而只是通过三分之一周期。即。在每个相电流和转子磁场作用下所产生的转矩也只有正弦曲线上相当于三分之一长的一段，是哪一段取决与绕组开始通电时的转子位置。触发晶闸管产生的转矩平均值最大，脉动最小。从产生转矩的角度看，这种情况是最有利的，习惯上把这个位置定为晶闸管触发相位的基准点，定为=0。 三相半波逆变器供电时的转矩 触发晶闸管的时间提前或延后，都会导致转矩平均值减小，脉动成分增加。如图所示表示=时的电动机转矩。显然，出现转矩瞬时值为零的点会造成电动机启动时出现死点。因此对于三相半波逆变器，不应大于。 同理，当采用三相桥式逆变器时，转矩曲线如图所示 三相桥式逆变器供电时的转矩 比较以上两种情况可知： 三相桥式接法转矩较大，脉动较小，尤其在=0。时，更为有利。 桥式接法，增大到时转矩曲线过零点。这只是从转矩角度分析问题，后面我们分析换流时会看到，利用反电势自然换流对还有不同的要求。 2.1.3 自控同步电动机的换流 晶闸管逆变器的换流方法有强迫换流、电网电压换流和反电势换流。对于无换向器电动机的逆变器，由于同步电动机本身能发出所需要的电动势，因此多采用反电动势自然换流的方法。 如下图所示，假设在换流之前共阳极组和共阴极组导通，即A，C两相导电，现在要把A相电流转到B相，需触发和关断，应在两波形交点K之前的某一点（如S点）来触发，满足的条件。被触发导通后，晶闸管，和电动机A，B两绕组间产生一局部环流，其方向如下图所示。当此电流与原通过的负载电流相等时，流过的实际电流为零而开始关断。负载电流就全部转移到，A，B两相之间的换流结束。S和K之间的角度为换流提前角。如果不是提前角触发，而是在自然换成流点或它的后面触发，则小于等于0，A相电流不会下降，不会关断。经电角度后触发导通，就会造成和直通短路，这是不允许的。 反电势换流原理 采用反电动势换流的优点是不需要增加辅助换流设备，比较经济。但在低速时电动机的反电势很小，不能保证晶闸管可靠关断。为解决这一问题可采用断流法，即在换流时，设法使逆变器的输入电流下降到零，使所有的晶闸管都暂时关断，之后再给换流后应该导通的晶闸管加上触发脉冲，使它导通以实现换流。通常采用的办法是封锁电源，或让整流器也进入逆变状态，使通过电动机的电流迅速减小以达到“断流”的目的。 在电流型变频器直流回路中串有平波电抗器，它可以延缓电流的衰减过程，因此要在电抗器两端并接一个续流晶闸管，如图所示，当电流减小时，触发，让平波电抗器经续流，延缓了电抗器中储能的释放，以便不影响逆变器的断流。换流结束，整流桥恢复整流状态后，自行关断。