交流调速技术与系统第六章 无换向器电动机技术.ppt

第六章 无换向器电动机技术 6.1 概述 1. 无换向器电动机的定义及分类 是一种用半导体开关器件控制的变频调速同步电动机；也可认为是一种用半导体电子开关线路代替换向器和电刷作用的直流电动机。 根据所采用的控制元件分：晶体管电动机，晶闸管电动机 。 根据所采用的控制方式不同可以分为直流无换向器电动机和交流无换向器电动机。 2、无换向器电动机的特点和适用范围 无换向器电动机的特性和普遍直流电动机十分相近，可在四个象限运行，效率和技术经济指标也相近。但它没有电刷和换向器，因而比直流电动机结构简单，维护方便，容易做到低转速大容量、高转速大容量，调速方便，不失步，因而适用范围广泛。在易燃、易爆、高气压等环境比较恶劣的场合，如水泥厂、化工厂、矿山、油田及潜艇上都能适应；也适于安装在人不可及的装备上，如原子能设备、高空飞行器及偏僻海岛等地方。 6.2 无换向器电动机的基本原理 晶闸管的导通时间是120°电角度，关断时间是60°电角度，而每转过60°电角度就有一只晶闸管换相。为此要求随转子的旋转，周期性触发或关断相应的晶闸管，使得电枢磁场和励磁磁场保持同步。此任务由位置检测器来完成。 6.2.2 电磁转矩 半波接法时，各相绕组中电流只沿着一个方向轮流通电三分之一周期，电动机绕组的利用率较差；而在桥式接法时，由于绕组中正反两个方向均通电120°电角度，电动机的利用率较高，产生的转矩也较大。 （1）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，而三相半波接法γ0=30°时转矩曲线已过零点。 从电动机转矩的角度来看，以采用三相桥式接法，γ0=0比较有利，这时转矩平均值最大，脉动最小。但在利用电动机反电势自然换相的无换向器电动机中，γ0=0时电动机是不可能运行的。通常γ0必须有一定的超前角度。目前最常选用的是γ0=60°，或者γ0按负载自动调节。此时，电动机的转矩脉动一般是比较大的。 6.2.3 无换向器电动机的换相 各种无换向器电动机的换相方式及其特点示于表6-3中。 采用各种全控型器件可以制成各种容量的无换向器电动机，由于器件本身具有自关断能力，利用器件换相可使逆变器结构简单且控制灵活。 采用晶闸管制成的无换向器电动机，由于普通晶闸管不具备自关断能力，必须借助外部条件或设置专门的换相电路才能完成换相。 （1）反电势换相 即利用电动机本身产生的反电势进行自然换相。 电动机在起动或低速运行时反电势很小， 甚至没有反电势，不可能利用反电势进行自然换相。此时需利用下述方法进行换相：断续换相法或者电网换相法。 （2）断续换相 当晶闸管需要换相时，先设法使逆变器的输入电流下降到零，使逆变器的所有晶闸管均暂时关断；然后再给换相后应该导通的晶闸管加上触发脉冲，则在断流后重新通电时，电流将根据所加的触发信号流经该导通的晶闸管，从而实现从一相换到另一相。 （3）电网换相 （4）强迫换相 即采用专门的换相电路实现换相，已有多种方案，但由于电路复杂，元件数量多，经济性差而在无换向器电动机实际运行中少有采用。 6.3 无换向器电动机调速系统的结构 无换向器电动机是典型的机电一体化的新型调速系统，见图6-12。除门极触发电路外，还有变频器、同步电动机和位置检测器三大部分。 1. 变频器: 用于无换向器电动机的变频器有交-直-交变频器和交-交变频器两种。 2. 同步电动机 在无换向器电动机中使用的同步电动机，目前应用较普遍的有以下三种：1）爪极式同步电动机；2）旋转磁极式同步电动机；3）旋转电枢式同步电动机。 3. 位置检测器 位置检测器是用来检测电动机转子位置，并向逆变器发出控制信号的装置。它由直接式和间接式两类。 (1)直接式位置检测器，由于其检测精度和可靠性高而被广泛采用。典型的直接式位置检测器有下列几种： 接近开关式: 利用磁性旋转圆盘的远近来改变固定部分的电感，而利用振荡条件的变化建立通断信号。这种方式结构简单，输出电平高，适用大中型电动机。 光电方式: 它是由发光二极管和光敏晶体管等光电元件组成的电路，利用有槽口的旋转圆盘的位置进行通断变化。这种方法检测分辨率高，适用于高速运转的电动机。 电磁感应式（差动变压器式）: 它由随电动转子转动的带缺口的导磁圆盘和固定不动的三只差动变压器组成。转盘体现转子位置信号，差动变压器作为检测元件检测转子位置信号并向逆变器的控制电路输出控制信号。这种方法结构简单、检测可靠，国内常用。 霍尔元件式（磁敏式）: 它的转子是永磁结构，其极数与同步电动机的一样，而定子用霍尔元件等磁敏元件来感受转子磁极位置，发出相应信号。这种方法信号较弱，但体积较小，多用于中小型电动机。 (2)间接式位置检测器 间接式位置检测器是利用电枢绕组的感应电