童鐘良

(上海工程技術(shù)大學(xué)，老教授協(xié)會， 上?！?01620)

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由電機(jī)本體的矢量控制辨識直流電動機(jī)本質(zhì)與發(fā)展

童鐘良

(上海工程技術(shù)大學(xué)，老教授協(xié)會， 上海201620)

摘要：驅(qū)動電動機(jī)的近代發(fā)展之一是組成變頻器-電動機(jī)系統(tǒng)，其中包括直流電動機(jī)的解體及重組。磁極位置檢測器應(yīng)屬于電機(jī)本體的組成部分，同時還產(chǎn)生了自控變頻器。首先在電樞電流相位自控前提下建立電機(jī)本體的數(shù)學(xué)模型，其特點(diǎn)是變量皆為直流量，電磁轉(zhuǎn)矩與交軸電樞電流呈代數(shù)式關(guān)系。對正弦交流電動機(jī)實施轉(zhuǎn)矩控制的具體措施之一是矢量控制，矢量控制不僅適用于自控變頻的電機(jī)本體，也適用于轉(zhuǎn)子自動調(diào)頻的感應(yīng)電動機(jī)。同步電動機(jī)的矢量控制必須介入位置檢測器，其實已將它轉(zhuǎn)化為電機(jī)本體了，這樣認(rèn)識才不違經(jīng)典的同步電機(jī)理論。

關(guān)鍵詞：電機(jī)本體；磁極位置檢測；自控變頻；矢量控制；電流相位受控

0引言

由電機(jī)本體與靜止變頻器組成的電動機(jī)系統(tǒng)應(yīng)是直流電動機(jī)向前發(fā)展的產(chǎn)物。

原為整機(jī)的直流電動機(jī)解體后，主要的變化是由外置靜止變頻器取代了換向器和電刷，為改善換向所設(shè)置的換向極以及補(bǔ)償繞組已不再需要，余留的部分即為電機(jī)本體。電機(jī)本體雖主要指直流勵磁的主磁極以及繞組元件中電流交變的電樞，但因直流電動機(jī)尚有電刷置于幾何中性線上的重要特征，它是形成自控變頻機(jī)制的要素。因此，換向器、電刷雖被取代但反映刷座所處地點(diǎn)并據(jù)此依靠電刷執(zhí)行的、指令繞組元件電流在該處換向的功能仍須保留在電機(jī)本體中。鑒于已藉靜止變頻器饋電，為確保饋電安全可靠，電機(jī)本體就須從轉(zhuǎn)樞式改為轉(zhuǎn)極式。這樣，原為靜止的帶刷的刷座便須由作相對運(yùn)動的磁極位置檢測器替代。可見，磁極位置檢測器理應(yīng)屬于電機(jī)本體的重要組成部分，或者說，電機(jī)本體應(yīng)由電樞、主磁極和磁極位置檢測器三部分構(gòu)成。至于電樞的面貌隨后亦有所改觀。一是從繞組元件聯(lián)成閉路的多相(即多元件)繞組發(fā)展至三相繞組，二是電流的波形既有矩形波的亦可取其基波即發(fā)展為正弦波的。這些變化使得直流電動機(jī)在解體之后，余留的電機(jī)本體除了必備磁極位置檢測措施之外，結(jié)構(gòu)上極似同步電動機(jī)。

同步電動機(jī)存在振蕩及失步問題，而電機(jī)本體因自控變頻致使氣隙磁場內(nèi)存在箝位效應(yīng)，形成性質(zhì)對立的不同表現(xiàn)[1]。所以，由電機(jī)本體與靜止變頻器組成的電動機(jī)系統(tǒng)，其運(yùn)行機(jī)制和運(yùn)行性能與靜止變頻器-同步電動機(jī)系統(tǒng)相比，存在明顯差別。

然而，著名教材文獻(xiàn)[2]在其新版增撰的第10章轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩控制中，論述了同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制。眾所周知，許多文獻(xiàn)早已闡明，同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，Park方程中的電壓變量ud、uq是功角的函數(shù)[3-5]，經(jīng)推導(dǎo)獲得的同步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩也是功角的函數(shù)。功角是同步電機(jī)運(yùn)行中的自變量，此自變量是不能人為控制的。文獻(xiàn)[2]至第10章卻說同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型中的電流id、iq等變量都是恒值(意即直流量)，據(jù)此導(dǎo)出了如同直流電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式，并說可以采取矢量控制對同步電動機(jī)實施轉(zhuǎn)矩控制[2]。此說就與同書前面的第5章同步電機(jī)中闡述的傳統(tǒng)理論有所抵觸，而文獻(xiàn)[2]的優(yōu)點(diǎn)之一恰是在第5章同步電機(jī)的緒言中闡明了同步電機(jī)存在hunting transient[2](瞬擺)現(xiàn)象(文章中稱作失步)，實施轉(zhuǎn)矩控制后的“同步電動機(jī)”卻不存在失步了。

實際上，惟有在電流相位受控(包括自控)的前提下演繹，電機(jī)數(shù)學(xué)模型中的電流id、iq等變量才是直流量。“同步電動機(jī)”在此前提下實際上已轉(zhuǎn)為電機(jī)本體了，電機(jī)本體有別于同步電動機(jī)。只有這樣認(rèn)識，才不違《電機(jī)學(xué)》中經(jīng)典的同步電機(jī)理論。

1電機(jī)本體分析

1.1電樞電流相位自控的數(shù)學(xué)描述

參閱文獻(xiàn)[4]、[5]可知同步電動機(jī)分析往往從端電壓著手，電機(jī)本體的運(yùn)行以自控變頻及電樞電流相位自控為前提，故對電機(jī)本體的分析宜從電樞電流表達(dá)式著手。

由輸出正弦交流的變頻器饋電時，忽略高次諧波電流，三相對稱電樞電流可表達(dá)為

(1)

式中，I為電樞電流的有效值，將根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩要求值確定；ωa為電樞電流的角頻率；α0為t=0 時ia的初相角。

自控變頻意謂電樞電流的角頻率ωa取決于轉(zhuǎn)子的電角速度ω，依其因果關(guān)系可寫成ωa=ω。在自控變頻條件下，ia的初相角α0就與轉(zhuǎn)子磁極中心線(即d軸)相對于A相軸的空間交角狀態(tài)密切相關(guān)，亦即電樞電流的相位也受磁極位置檢測器所控，這就是電樞電流相位自控。

在電樞電流相位自控情況下，利用abc-dq0坐標(biāo)變換，將A、B、C各相的電壓、磁鏈、電流等變換到置于轉(zhuǎn)子上與轉(zhuǎn)子同速轉(zhuǎn)動的d、q、0直角坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行分析，既清晰又有效。

鑒于三相電流對稱，坐標(biāo)變換后不存在零軸分量，按照變換前后功率不變的原則，變換矩陣為

cosθcos(θ-120°)cos(θ+120°)-sinθ-sin(θ-120°)-sin(θ+120°)

(2)

矩陣中的θ是轉(zhuǎn)子d軸相對于A相軸的交角，θ=ωt +α，其中ω是轉(zhuǎn)子的電角速度，α為t=0時的初瞬交角。

正弦交流的電機(jī)本體常用旋轉(zhuǎn)變壓器檢測轉(zhuǎn)子磁極軸線位置，此時，變換矩陣[C]中的θ恰是旋轉(zhuǎn)變壓器所測得的位置角。因而，相應(yīng)的坐標(biāo)變換關(guān)系就成為以旋轉(zhuǎn)變壓器作為磁極位置檢測器之功能的數(shù)學(xué)描述。

鑒于自控變頻總是存在ωa=ω的關(guān)系，將式(1)中ia、ib、ic變換至d-q直角坐標(biāo)系統(tǒng)，得出電流分量id和iq分別為

(3)

式(3)表明，電樞電流為正弦交流且在ωa=ω的條件下，經(jīng)坐標(biāo)變換后的id、iq分別是初相角α0與初瞬交角α之差的余弦及正弦函數(shù)。

然而，穩(wěn)定運(yùn)行的同步電動機(jī)也有ω=ωa的關(guān)系(但其因果關(guān)系有別于ωa=ω)，經(jīng)坐標(biāo)變換后的ud、uq無疑也是角度差(α0-α)的余弦及正弦函數(shù)。為此，有必要細(xì)辨一下同步電動機(jī)與電機(jī)本體的差異。

處于穩(wěn)態(tài)的同步電動機(jī)，當(dāng)負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)子須經(jīng)歷失步(文獻(xiàn)[2]中稱為hunting transient“瞬擺”)來調(diào)整功角，故ω=ωa的關(guān)系僅當(dāng)負(fù)載恒定的穩(wěn)定運(yùn)行時成立，在轉(zhuǎn)子失步瞬間，ω≠ωa會使角度差(α0-α)發(fā)生變化。所以，同步電動機(jī)的端電壓ud、uq分別是可變的角度差(α0-α)之余弦及正弦函數(shù)，進(jìn)一步分析表明可變的角度差(α0-α)就是功角δ[4-5]。

電機(jī)本體無論負(fù)載是否有變動，ωa=ω的關(guān)系始終不變。而式(1)及式(2)中的α0和α都是定值，所以，角度差(α0-α)不會改變。式(3)表明，電機(jī)本體的電樞電流id、iq必為直流量。

1.2電機(jī)本體的數(shù)學(xué)模型及電磁轉(zhuǎn)矩

為便于識別直流量，下面對變量id、iq及ud、uq等都以下標(biāo)D、Q作為標(biāo)志，而勵磁電流iF本是直流量。

由于電機(jī)本體除了必備檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的措施之外，其基本結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同，因此，電機(jī)本體的Park方程與同步電機(jī)的Park方程相同。其中，磁鏈方程

ψq=LqiQ=ψQ

(4)

可知，電機(jī)本體Park方程中的磁鏈ψd、ψq也是直流量。因此，pψD=0，pψQ=0，穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的電角速度ω=定值，若忽略電樞電阻r，于是，電壓方程

ud=rid+pψd-ψqω=-ψQω=uD

uq=riq+pψq+ψdω=ψDω=uQ

(5)

穩(wěn)態(tài)時電機(jī)本體Park方程中的電壓uD、uQ也是直流量。

在d-q直角坐標(biāo)系中電樞三相繞組的輸入功率Ps為

Ps=uDiD+uQiQ

(6)

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角速度ωm=ω/p，p是電機(jī)的極對數(shù)，仍忽略電樞電阻，將式(5)代入式(6)，電磁轉(zhuǎn)矩

Tem=Ps/ωm=p(ψDiQ-ψqiD)

(7)

為簡化電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式，假定討論隱極轉(zhuǎn)子的電機(jī)本體，于是Ld=Lq=Ls，Ls是同步電感系數(shù)，將式(4)代入式(7)得

(8)

式(8)表明，電機(jī)本體的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式與直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式有同樣的特征。

2對電機(jī)本體采取矢量控制

2.1按轉(zhuǎn)子磁極定向的矢量控制

波形不同的電樞電流有不同的電流相位自控方式[6]，矢量控制是對正弦交流電動機(jī)實施電樞電流相位控制的一種方法，其特點(diǎn)是連續(xù)地同時控制三相對稱正弦交流的相位(實際是調(diào)控電流瞬時值以控制電流相位)。

電機(jī)本體矢量控制的指導(dǎo)思想，是對代表電樞磁動勢的電流綜合矢量如何取向先提出要求。如果仿效直流電動機(jī)使電樞磁動勢與勵磁磁動勢達(dá)到解耦控制，鑒于勵磁磁動勢的軸線在d軸上，就要求電樞電流綜合矢量取向于q軸，該方案就是按轉(zhuǎn)子磁極定向的矢量控制。

矢量控制可用旋轉(zhuǎn)變壓器檢測轉(zhuǎn)子磁極軸線，旋轉(zhuǎn)變壓器的輸入是轉(zhuǎn)子d軸的位置角θ=∫ωdt，輸出分別為cosθ和sinθ。變換矩陣[C]中的初瞬交角α可在整定時確定，例如，令t=0時轉(zhuǎn)子d軸與A相軸重合，α=0，于是，式(3)中的角度差(α0-α)就是式(1)中的初相角α0，此時α0值便與電樞電流綜合矢量的取向直接相關(guān)，電樞電流綜合矢量若取向于q軸，式(1)中的初相角α0就是90°電角度。

由式(3)可知，只要控制直流量iD=0，交軸電樞電流iQ就是全部電樞電流。而矢量控制之目的是為實施轉(zhuǎn)矩控制，由式(8)可知對電機(jī)本體采取這種矢量控制即可獲得直流電動機(jī)的優(yōu)良控制性能。

2.2調(diào)節(jié)iQ對氣隙合成磁場的影響

交軸電樞電流iQ的改變會引起氣隙合成磁場發(fā)生變化。

由于電機(jī)本體上電樞為三相繞組，各相繞組出線端對稱分布，不像直流電機(jī)中整個電樞繞組自成閉路，也不像同步電動機(jī)運(yùn)行時端電壓有效值不變。若保持電機(jī)本體的勵磁電流iF不變，則隨iQ增大，電樞相繞組的氣隙合成磁鏈必將增大，相電壓有效值亦隨之增大，并使電樞電流更滯后于端電壓，即電機(jī)功率因數(shù)cosφ降低。

因此，電機(jī)本體采取按轉(zhuǎn)子磁極定向的矢量控制就需增大變頻器容量及提高控制系統(tǒng)的設(shè)備成本。

2.3按氣隙磁場定向的矢量控制

電機(jī)本體按轉(zhuǎn)子磁極定向的矢量控制使電樞電流的相位與空載感應(yīng)電動勢的相位一致。如果令電樞電流的相位始終與端電壓相位一致，就能保持電機(jī)功率因數(shù)cosφ=1，若再限定電樞繞組的氣隙合成磁鏈不變，則對電機(jī)本體的矢量控制就須改選由M軸和T軸組成的旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系統(tǒng)，此時，以氣隙合成磁場軸線作為M軸，電樞電流綜合矢量取向于T軸。

鑒于電機(jī)本體存在自控變頻機(jī)制，故電樞電流綜合矢量始終以轉(zhuǎn)子的電角速度ω旋轉(zhuǎn)。這樣，新選的M-T直角坐標(biāo)系應(yīng)與轉(zhuǎn)子上原有的d-q直角坐標(biāo)系同速旋轉(zhuǎn)。所以，按氣隙磁場定向的矢量控制系統(tǒng)不僅需要檢測轉(zhuǎn)子磁極軸線的轉(zhuǎn)速及位置，而且還需使用磁通觀測器測取氣隙合成磁場的軸線位置，這使控制系統(tǒng)的運(yùn)算也略為復(fù)雜。

3與感應(yīng)電動機(jī)矢量控制的比較

感應(yīng)電動機(jī)的矢量控制是單臺交流電動機(jī)向組成變頻器-電動機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的實例之一。感應(yīng)電動機(jī)的矢量控制是基于M-T坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型實施的，M-T坐標(biāo)系的M軸應(yīng)對準(zhǔn)正弦分布?xì)庀洞艌鲋幸粋€主要分量的幅值位置(即軸線)。例如設(shè)該軸線與轉(zhuǎn)子磁動勢軸線正交，亦即該分量對轉(zhuǎn)子繞組的磁鏈所感應(yīng)的轉(zhuǎn)子電動勢相位與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的相位一致，常稱為按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的方案。感應(yīng)電動機(jī)矢量控制的目標(biāo)是控制定子電流的有效值及相位，所以M-T坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)與定子磁動勢的轉(zhuǎn)速相同。

受轉(zhuǎn)子磁鏈定向的啟示，不妨將感應(yīng)電動機(jī)與電機(jī)本體及同步電動機(jī)比較一下，因為這三者在定、轉(zhuǎn)子雙方磁動勢轉(zhuǎn)速的關(guān)系上，有著不同的特點(diǎn)。

電機(jī)本體因存在自控變頻機(jī)制，所以與d-q坐標(biāo)系同速旋轉(zhuǎn)的M-T坐標(biāo)系必與電樞磁動勢同速旋轉(zhuǎn)。

在感應(yīng)電動機(jī)內(nèi)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的頻率能夠自動調(diào)整，無論轉(zhuǎn)差率為何值，轉(zhuǎn)子磁動勢在空間總是與定子磁動勢同向同速旋轉(zhuǎn)，此機(jī)制就是感應(yīng)電機(jī)的頻率約束[7]，它是頻率歸算的依據(jù)。所以感應(yīng)電動機(jī)采取矢量控制時，變頻器無須依賴轉(zhuǎn)子磁動勢空間轉(zhuǎn)速的反饋信息來調(diào)頻，換句話說，對變頻器沒有“自控變頻”的要求，這樣的變頻器仍屬他控變頻性質(zhì)，而M-T坐標(biāo)系的M軸雖說對準(zhǔn)轉(zhuǎn)子磁鏈亦必與定子磁動勢同向同速旋轉(zhuǎn)。

同步電動機(jī)因存在失步與振蕩不存在自控變頻機(jī)制。由變頻器饋電的同步電動機(jī)即使處于穩(wěn)態(tài)，當(dāng)負(fù)載改變時是在轉(zhuǎn)子失步瞬間ω≠ωa調(diào)整功角的。所以，無論選擇d-q坐標(biāo)系還是M-T坐標(biāo)系對準(zhǔn)與直流勵磁(或永磁)磁動勢相關(guān)的磁場(或磁極)軸線，除非另外添加磁極位置檢測器使變頻器轉(zhuǎn)為自控變頻器，否則，由于不存在現(xiàn)成的自控變頻器，就不能保證所選坐標(biāo)系在任何時刻都與電樞磁動勢同速旋轉(zhuǎn)。這表明，矢量控制僅對自控變頻的電機(jī)本體以及轉(zhuǎn)子自動調(diào)頻的感應(yīng)電動機(jī)有效。

感應(yīng)電動機(jī)的矢量控制須借助磁通觀測器配合檢測到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息計算出M軸對定子A相軸隨時間交變的夾角θ來。鑒于abc-MT坐標(biāo)變換也可通過式(2)所示的變換矩陣[C]建立聯(lián)系，這時變換矩陣[C]中的θ代表M軸對A相軸的交角θ=ωet+α，此處，ωe是M-T坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動的電角速度，基于頻率約束，它始終與式(1)所示定子電流表達(dá)式中的ωa相同。α則為t=0時的初瞬交角，一般可視為α=0，于是模仿式(3)可寫出

(9)

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制常保持iM為恒值，這表明在調(diào)控定子電流有效值I的同時初相角α0也是受控的，故iM與iT都是直流量。在此基礎(chǔ)上，借助感應(yīng)電機(jī)M-T坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型不難證明，ψM、ψT、ψMR、ψTR及uM、uT也都是直流量，據(jù)此得出矢量控制下感應(yīng)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為

Tem=p(Lm/LR)(ψMRiT-ψTRiM)

(10)

其中，Lm為定、轉(zhuǎn)子之間的互感系數(shù)，LR為轉(zhuǎn)子繞組的自感系數(shù)。因為M軸對準(zhǔn)轉(zhuǎn)子磁鏈，故T軸上不存在轉(zhuǎn)子磁鏈，即ψTR=0，可得電磁轉(zhuǎn)矩

Tem=p(Lm/LR)ψMRiT

(11)

式(11)所示電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式與式(8)形式相似，所以感應(yīng)電動機(jī)的矢量控制具有直流電動機(jī)的優(yōu)良控制性能。

4靜止變頻器-基本型電動機(jī)的系統(tǒng)應(yīng)各歸原類型

驅(qū)動用電動機(jī)傳統(tǒng)上分為直流電動機(jī)、同步電動機(jī)和感應(yīng)電動機(jī)，除直流發(fā)電-電動機(jī)組外它們原先都是直接由電源母線饋電的獨(dú)立電機(jī)設(shè)備。其中，直流電動機(jī)和同步電動機(jī)的勵磁電流皆為直流。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，最初出現(xiàn)了靜止整流器-直流電動機(jī)系統(tǒng)，繼而又出現(xiàn)了靜止變頻器-同步電動機(jī)系統(tǒng)和靜止變頻器-感應(yīng)電動機(jī)系統(tǒng)。與此同時，為了消除換向火花，整機(jī)的直流電動機(jī)被解體，產(chǎn)生了由電機(jī)本體與靜止逆變器乃至交-交變頻器組成的電動機(jī)系統(tǒng)，對此系統(tǒng)中的電機(jī)本體該怎樣認(rèn)識在學(xué)術(shù)界發(fā)生了分歧。

事實上，電機(jī)本體保留了原借刷座置于幾何中性線上的特征，由靜止變頻器饋電后與其他的變頻器-電動機(jī)系統(tǒng)相比有著明顯區(qū)別：一般交流電動機(jī)接至變頻器并不改變變頻器原來的他控變頻性質(zhì)，而電機(jī)本體因必備磁極位置檢測措施，接至變頻器卻使變頻器轉(zhuǎn)為自控變頻器了。既然磁極位置檢測器(或措施)繼承了原直流電動機(jī)中繞組元件抵達(dá)刷座處就指令電流換向的功能，必然要求它須精確指示電機(jī)本體內(nèi)d軸的位置，無疑它不是外配的一般通用件而是電機(jī)本體的重要組成部分。又因d軸位置在電機(jī)制造時最易確認(rèn)，所以，作為產(chǎn)品的電機(jī)本體理當(dāng)連同磁極位置檢測措施一起設(shè)計與配置。文獻(xiàn)[8]曾報道這種產(chǎn)品早已國產(chǎn)化，只是工程師們對此產(chǎn)品該怎樣稱呼尚存不同見解，質(zhì)疑這種“閉環(huán)控制的同步電機(jī)”是否真的是變頻調(diào)速同步電機(jī)，因為后者總是開環(huán)的。

直流電動機(jī)的優(yōu)良控制性能反映在d-q坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型中是電壓、電流等變量為直流量。對于電機(jī)本體而言，電樞電流相位自控是它具有優(yōu)良控制性能的基礎(chǔ)。但是普遍而言，只要定子電流相位受控(不限于自控)，M-T坐標(biāo)系的電機(jī)數(shù)學(xué)模型中電壓、電流等變量亦是直流量，感應(yīng)電動機(jī)也能呈與直流電動機(jī)類同的優(yōu)良控制性能。

由此可見，直流電動機(jī)性能并非僅為具有直流勵磁電流的那些電動機(jī)專有。但在勵磁電流為直流的兩大類型電機(jī)中，同步電機(jī)以功角為自變量，倘若對它采取矢量控制，必需另外添加磁極位置檢測器使變頻器轉(zhuǎn)為自控變頻器，但這樣同時又使同步電動機(jī)喪失以功角為自變量的屬性，也就不成其為同步電動機(jī)了(其實已轉(zhuǎn)化為電機(jī)本體)。感應(yīng)電動機(jī)則不然，由于它具有轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流能自動調(diào)頻的運(yùn)行機(jī)制，對感應(yīng)電動機(jī)采取矢量控制，變頻器仍為他控變頻性質(zhì)，關(guān)鍵是該系統(tǒng)中的感應(yīng)電動機(jī)仍保留以轉(zhuǎn)差率為自變量的本性，所以仍是感應(yīng)電動機(jī)。

值得指出，即使根據(jù)電機(jī)結(jié)構(gòu)來辨認(rèn)，也不能把電機(jī)本體看成另外附裝位置檢測器的同步電動機(jī)。這是因為各種電動機(jī)系統(tǒng)中的變頻器，其基本作用原理并無實質(zhì)差異，如果在同步電動機(jī)上另外添加位置檢測器，那么，由于位置檢測器的介入，雖使變頻器轉(zhuǎn)為自控變頻器(其作用原理仍與他控變頻器相同)，關(guān)鍵卻是使“同步電動機(jī)”完全改變了運(yùn)行機(jī)制和運(yùn)行性能，這才是添加位置檢測器引起的實質(zhì)性改變。如果仍視為“同步電動機(jī)”就與傳統(tǒng)同步電機(jī)概念及經(jīng)典理論發(fā)生沖突了。

如果令靜止變頻器與直流電動機(jī)組成電動機(jī)系統(tǒng)，就須舍棄冗余的電刷、換向器組件，但取下電刷卻尚須保留指示幾何中性線(或d軸)位置以返控電樞的自控變頻機(jī)制，再從轉(zhuǎn)樞式改為轉(zhuǎn)極式，這樣組成的電動機(jī)系統(tǒng)無疑仍為直流電動機(jī)類型。

5結(jié)語

同步電動機(jī)在恒頻饋電條件下運(yùn)行，長期以來已經(jīng)形成了廣泛的應(yīng)用和完整的理論。隨著電動機(jī)系統(tǒng)的產(chǎn)生，縱然將同步電動機(jī)接至變頻器運(yùn)行，實質(zhì)上還是頻率離散取值的恒頻饋電，因此還保留著同步電動機(jī)原有的運(yùn)行機(jī)制和運(yùn)行性能。

倘若在同步電動機(jī)中介入位置檢測器，變頻器就轉(zhuǎn)為自控變頻器，電動機(jī)的運(yùn)行機(jī)制和運(yùn)行性能則發(fā)生重大的變化。面對這樣的事實，究竟是同步電動機(jī)開辟了應(yīng)用新領(lǐng)域從而沖擊著傳統(tǒng)電機(jī)理論呢，還是位置檢測器的介入使“同步電動機(jī)”轉(zhuǎn)化為電機(jī)本體并不屬于同步電機(jī)類型，這個問題在學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了認(rèn)識分歧。

迄今為止各版《電機(jī)學(xué)》皆未將添加位置檢測器的同步電動機(jī)納入同步電機(jī)篇章，但看今后新版的《電機(jī)學(xué)》是認(rèn)為同步電動機(jī)亦可拓展饋電條件以改變運(yùn)行機(jī)制呢，還是揭露直流電動機(jī)運(yùn)行中客觀存在的自控變頻機(jī)制[9]，闡明電機(jī)本體具備指示幾何中性線位置的特征，通過論證，分歧有望顯露端倪。

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