电力电子技术课件_第9章节幻灯片.ppt

综上所述，无换向器电动机可以等效成带有三个换向片的直流机，其换向器及电刷的功能由晶闸管SCR及转子位置检测器来完成。只是采用晶闸管开关取代了换向片和电刷，所以无换向器电动机又常称为晶闸管电动机。由于晶闸管开关元件数受限，相当具有三个换向片的直流电机，故无换向器电动机运行呈步进工作状态。这在高速连续运行时由于电机的惯性作用对速度无任何影响，在低速运行时有步进感。 2. 无换向器电动机的换流 一般把欲触发的晶闸管导通以及把先前已导通的晶闸管关断的过程称为换流。 无换向器电机的换流可靠与否，对于它的运行，起动及过载能力等方面都有重要的影响。下面介绍实用的两种基本换流方式。 (1)自然换流法(反电势换流法)。 一般无源逆变器为保证晶闸管可靠换流都需要有一套特设的换流电路，因而使逆变器线路变得很复杂。但在逆变器对同步电动机供电的线路中，同步电动机的电枢绕组存在着由励磁磁场感应产生的电势(如同直流电机电枢中的反电势一样)。利用这个反电势换流可以使换流电路大大简化，这和有源逆变器工作中的换流过程是一样的。 图9-9 反电势换流的原理(a)逆变器电路；(b)换流时波形 现在以晶闸管由SCR1到SCR3的换流过程为例说明反电势换流的原理，参看图9-9a 在电动机开始起动和低速运行时，由于反电势过小，利用自然换流法难以实现可靠换流，因此一般需要采用附加电势强制换流或断续换流法，等电机到达一定高速时再转到自然换流上去。 (2)断续电流换流法。 无换向器电动机在起动和低速运行时，为了保证逆变器可靠地换流，应采取措施，使得每当换流来临时刻让流过逆变器的电流迅速下降到晶闸管维持电流以下，从而使晶闸管关断。这种换流方法称作断续电流换流法或简称断流法。 无换向器电动机采用交—直—交变频方式供电时，晶闸管逆变器在低速时采用断续电流法换流，在高速时采用反电势自然换流法换流。由低速向高速换流方式的切换，可以用带滞环特性的施密特触发器构成的速度检测器自动进行。 9.3.3 无换向器电动机的特性及调速方法 本小节简要推导无换向器电动机的转速、转矩公式及机械特性方程式，并分析基本调速方式及其调速特性。在推导之前，规定下列符号，参看图9-10(a)。 图9-10 无换向器电动机主电路及电压波形(a)主电路；(b)电压波形 1. 转速公式与调速方法 设三相电压瞬时值分别为 则直流侧电压与电机端电压平衡关系有 (9-1) 电动机电枢每相绕组的电势E与转速n和磁通F之间的关系为 式中：p为电机极对数；n为转速，rad/min；k1W1为电机每相绕组的等值匝数；F为每极磁通。 若不考虑线路损耗及电机内部压降(已归入R∑)，则电机电势E与外加直流电压即逆变器输出相电压U相平衡，因此 将式(9-2)代入式(9-1)得 (9-2) (9-3) 于是可以求出电动机转速与输入直流电压的关系 其中 , 为电势常数。 (9-4) 另一方面，晶闸管整流器输出直流电压平均值(对于三相全控桥式电路)为 将式(9-5)代入式(9-4)得 (9-6) (9-5) 式(9-6)即为无换向器电动机的转速公式。将它与直流电动机的转速公式比较可以看出二者是非常相似的。 根据式(9-6)可知无换向器电动机也有三种调速方式： (1)改变直流电压Ud。在晶闸管整流器输入为交流的情况下可以通过改变控制角a来实现。这类似直流电动机改变电枢电压的调速方法。 (2)改变励磁电流If或磁通f。这相当于直流电动机的改变磁通(弱磁)的调速方法。 (3)改变换流超前角g0。 2. 转矩公式 无换向器电动机的平均转矩可由输入的电磁功率Pd及角速度W求出： 将式(9-5)及式(9-3)代入式(9-7)得 其中， 为转矩常数。 (9-7) (9-8) 图9-11 三相零式逆变电路转矩的脉动(a)转矩的产生；(b)g0=0°；(c)g0=30° 在图9-11(a)所示瞬间，触发晶闸管使绕组通电并产生自左向右的电枢磁场，则磁极正好处于比较强的磁场范围内，产生转矩的平均值比较大，脉动比较小。习惯上把这一点的晶闸管触发角度定为g0=0°。 在g0=0°的情况下，电机三相绕组所产生的总转矩如图9-11(b)所示。在g0角超前或滞后情况下触发晶闸管，则转矩平均值减小，脉动增加。 在三相零式逆变电路接法中，当g030°超前时，电机转矩出现过零点［如图9-11