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        無換向器電動(dòng)機(jī)的性能分析

        2009-06-04 04:23:04劉世東
        管理觀察 2009年13期
        關(guān)鍵詞:基波電動(dòng)機(jī)

        劉世東

        摘要:無換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性和直流電動(dòng)機(jī)基本相同,它同樣可以通過調(diào)節(jié)直流電壓進(jìn)行調(diào)速,從而大大提高了其直流電動(dòng)機(jī)的性能。

        關(guān)鍵詞:無換向器 電動(dòng)機(jī) 基波

        無換向器電動(dòng)機(jī)可以看作是一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī),利用分析直流電動(dòng)機(jī)的辦法對(duì)它進(jìn)行研究也可以把它看作是一種特殊的同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng),用同步電動(dòng)機(jī)的理論對(duì)它進(jìn)行分析一般說來,從系統(tǒng)角度分析時(shí),我們把它當(dāng)作直流電動(dòng)機(jī)看待,這樣就可利用現(xiàn)有各種直流動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和方法。當(dāng)我們需要研究電動(dòng)機(jī)的一些內(nèi)部特性時(shí),又往往把它當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)處理。因?yàn)樵谕诫妱?dòng)機(jī)理論分析中既考慮交軸電樞反應(yīng)又可考慮直軸電樞反的影響,它所采用的矢量圖方法,可以形象地說明無換向器電動(dòng)機(jī)巾的不少重要的物理現(xiàn)象,雖然矢量圖只能描述電動(dòng)機(jī)各基波分量之間的關(guān)系,而無換向器電動(dòng)機(jī)的電流中還含有許多諧波分量,只甩矢量圖是無法加以完全說明的口但是,畢竟基波分量起著主導(dǎo)的作用,若能把握住基波分量的關(guān)系,基本上可以掌握無換向器電動(dòng)機(jī)的特性。

        首先我們分析一下無換向器電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能。從可控整流的理論我們知道在計(jì)及換流重迭角的情況下,三相橋式整流電路的輸出直流電壓ED。此外,在無換向器電動(dòng)機(jī)巾改變角也會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響。這好象在直流電動(dòng)機(jī)中改變電刷的位置會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一樣。但是在直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過程中,改變電刷位置的可能性是不大的,而在無換向器電動(dòng)機(jī)中,卻確有采眉y~角隨負(fù)載而自動(dòng)調(diào)節(jié)的辦法。在這種情況下,如參數(shù)配合不當(dāng),則當(dāng)F0變化時(shí)可能會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升,甚至出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的不穩(wěn)定,這是在考慮F0自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)必須予以注意的。

        面我們利用同步電動(dòng)機(jī)的理論對(duì)無換向器電動(dòng)機(jī)的特性作進(jìn)一步的分析。首先我們看電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的情況。設(shè)空載時(shí)逆變橋的換流超前角為yo,則電機(jī)的空載電勢EMO和電流,初的波形。不計(jì)換流重迭角的情況下,在yo=0。時(shí)的電動(dòng)機(jī)電流、電壓波形圖。這時(shí)電流的基波分量和電勢波形同相。而當(dāng)yo=0時(shí),可覓電流基波征好越前予空載電勢一個(gè)布角口如若計(jì)及換流重迭角的影響,電流的基波將后移角,變成超前于空載電勢一個(gè)角。一般把同步電動(dòng)機(jī)中電流和電勢之間的夾角叫做內(nèi)功率囚數(shù)角,通常眉莊無換向器電動(dòng)機(jī)中,這個(gè)內(nèi)功率因數(shù)角矽,在不計(jì)重迭角的影響時(shí)為y,這里需荽指出,同步電動(dòng)機(jī)的內(nèi)功率因數(shù)角矽是隨時(shí)可以變化的。只要調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁,就可以改變矽角的大小,改變電樞反應(yīng)的性質(zhì),但是調(diào)節(jié)勵(lì)磁不能改變向步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速??墒窃跓o換向器電動(dòng)機(jī)中,情況就完全不同。角之值主要是由y決定的,它取決于轉(zhuǎn)子位置檢測器整定的情況,改變勵(lì)磁不能改變驢的數(shù)值,不會(huì)引起電樞反應(yīng)性質(zhì)的變化,可是卻能影響電動(dòng)譏的轉(zhuǎn)速。這是無換向器電動(dòng)機(jī)類似于直流電功,而和一般同步電動(dòng)機(jī)有本質(zhì)上差別的地方。

        當(dāng)電動(dòng)機(jī)承受的負(fù)載增加時(shí),如整定的空載換流超前角保持不變,則電動(dòng)機(jī)電流基波的相位基本不變.這個(gè)電流可以分為直軸和交軸分量,它們分別產(chǎn)生直軸和交軸電樞反應(yīng)磁場,感應(yīng)出反電勢。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載時(shí),其端電壓將與空載時(shí)的端電壓,它不恒大小有所變化,而且相位將較超前角度。這個(gè)角度在同步電動(dòng)機(jī)理論中稱為功角,它表征著電動(dòng)機(jī)輸出功率的大小。由于功角的出現(xiàn),使電流對(duì)于電壓的超前角度,即逆變橋的換流超前角y減小,由空載對(duì)的變到負(fù)載時(shí)。這對(duì)換流是不利的。無換向器電動(dòng)機(jī)的過載能力主要是受到了逆變橋晶閘管,換流問題的限制,比一般直流電動(dòng)機(jī)低。在電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)若換流超前角整定在,當(dāng)電機(jī)承受負(fù)載以后,由于同步電動(dòng)機(jī)中功角口的影響。

        電壓的相位將前移一個(gè)口角,使換流超前角由Yo減小到y(tǒng),另一方面,隨著負(fù)載電流的增加,換流重達(dá)角弘將逐if增大,晶閘管延續(xù)導(dǎo)通的時(shí)間增長口角度e=yo稱為換流剩余角,它表示晶閘管換流結(jié)束以后承受反面山偏壓的時(shí)間。它表征著換流的可靠性。由于角和弘角均隨負(fù)員載的增大而增加,所以在yo恒定的情況下,換流剩余角a將隨著負(fù)載的增加而減小。當(dāng)負(fù)載達(dá)到一定數(shù)量,換流剩余時(shí)間s=A/c接近晶閘管的關(guān)斷時(shí)間時(shí),電動(dòng)機(jī)達(dá)到換流極限,這就是電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)載能力。目前一般無換向器電動(dòng)機(jī)的過載能力只有1.5~2倍,對(duì)于極式無換向器電動(dòng)機(jī),過載能力甚至只有1.25倍,這是這種電動(dòng)機(jī)的一個(gè)主要不足之點(diǎn)。

        為了提高無換間器電動(dòng)機(jī)的過載能力,一方面是盡量減少重迭角弘的數(shù)值,另一方面是減小功角夕的影響。無換向器電動(dòng)機(jī)的換流重迭角和電動(dòng)機(jī)換流二相繞組的等效電抗有關(guān)。由于在換流過程中換流繞組的軸線是不動(dòng)的,而轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的,所以換流電流所產(chǎn)生的磁場對(duì)轉(zhuǎn)子有相對(duì)運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組和阻尼繞組對(duì)它有相當(dāng)強(qiáng)的阻尼作用。能減少換流電抗的數(shù)值。所以在無換向器電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上最好裝設(shè)阻尼繞組,或者采用整鑄磁極。關(guān)于減少同步電動(dòng)機(jī)功角問題,從原理上講可以有三種不同的途徑:一種是減小Xq,一種是采用交軸補(bǔ)償,再一種就是磁場采用串激或復(fù)激。同步電動(dòng)機(jī)的矢量圖可見,出現(xiàn)功角口的主要原因是因?yàn)橛惺噶縄qXq存在。在一定的電流下,功角口也越小,y隨負(fù)載減小的趨勢就變?nèi)?,電?dòng)機(jī)的過載能力就能有所提高。如果使Xq=0,則口為零,這就是說換流超前角y將不隨負(fù)載而變化,這可顯著提高電動(dòng)機(jī)的過載能力。當(dāng)然若只是從磁路結(jié)構(gòu)考慮是不可能使XQ變?yōu)榱愕摹5侨缭诖艠O上裝交軸補(bǔ)償繞組,使其中通過的電流和fq(或I)成正比,由它所產(chǎn)生的磁勢完全補(bǔ)償交軸電樞反應(yīng),則其結(jié)果可以使等效交軸電抗為零,使y角不隨負(fù)載而變化。但是采用補(bǔ)償繞組時(shí)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,而且當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí),為了得到所要求的補(bǔ)償效果,補(bǔ)償繞組中電流方向必須改變,從而需要采用有接點(diǎn)切換方式,頗為不便。所以帶補(bǔ)償繞組的電動(dòng)機(jī)一般只用于不要求作四象限運(yùn)行的場合?!?/p>

        參考文獻(xiàn):

        [1] 陳道坦. 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行節(jié)能探討[J]. 四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) , 1988,(01)

        [2] Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)(H80~315)[J]. 機(jī)電新產(chǎn)品導(dǎo)報(bào) , 1998,(Z3)

        [3] Y3系列三相異步電動(dòng)機(jī)通過鑒定[J]. 中小型電機(jī) , 2003,(03)

        作者單位:西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院05級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)(2)班

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