永磁同步電動(dòng)機(jī)教材.ppt

,永磁同步電動(dòng)機(jī),電機(jī)是以磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。為了在電機(jī)內(nèi)建立必需的氣隙磁場(chǎng)，可以有兩種方法。 1. 在電機(jī)繞組內(nèi)通以電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng) 如普通的直流電機(jī)和同步電機(jī)。要專(zhuān)門(mén)設(shè)置勵(lì)磁繞組，通入直流電，來(lái)建立氣隙磁場(chǎng)。電機(jī)體積增大，勵(lì)磁功率造成電機(jī)發(fā)熱，效率降低。 感應(yīng)（異步）電機(jī)要通過(guò)三相定子繞組從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功電流來(lái)建立氣隙磁場(chǎng)。電機(jī)功率因數(shù)低，效率也有所降低。 2. 由永磁體來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng) 由于永磁材料的固有特性，它經(jīng)過(guò)預(yù)先磁化充磁以后，不再需要外加能量就能在其周?chē)臻g建立磁場(chǎng)。這既可簡(jiǎn)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，又可節(jié)約能量。,與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)相比，永磁電機(jī)，特別是稀土永磁電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠；體積小，質(zhì)量輕；損耗少，效率高；電機(jī)的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)。因而應(yīng)用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空航天、國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。 永磁同步電動(dòng)機(jī)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，不需要無(wú)功勵(lì)磁電流可以顯著提高功率因數(shù)(可達(dá)到1、甚至容性)，減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)沒(méi)有轉(zhuǎn)子電阻損耗，進(jìn)而可以因總損耗降低而減小風(fēng)扇(小容量電機(jī)甚至可以去掉風(fēng)扇)和相應(yīng)的風(fēng)摩損耗，從而使其效率比同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可提高28個(gè)百分點(diǎn)。,永磁材料,永磁電機(jī)的性能、設(shè)計(jì)制造特點(diǎn)和應(yīng)用范圍都與永磁材料的性能密切相關(guān)。永磁材料種類(lèi)眾多，性能差別很大。因此，在研究永磁電機(jī)之前，首先從設(shè)計(jì)制造電機(jī)的需要出發(fā)，了解電機(jī)中最常用的三種主要永磁材料（鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼）的基本性能，包括磁性能、物理性能，選用時(shí)的注意事項(xiàng)。,永磁體的磁穩(wěn)定性,為了保證永磁電機(jī)的電氣性能不發(fā)生變化，能長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行，要求永磁材料的磁性能保持穩(wěn)定。通常用永磁材料的磁性能隨環(huán)境、溫度和時(shí)間的變化率來(lái)表示其穩(wěn)定性，主要包括熱穩(wěn)定性、磁穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性。,永磁同步電動(dòng)機(jī),概述 永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理與電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)相同，但它以永磁體提供的磁通替代后者的勵(lì)磁繞組勵(lì)磁，使電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，降低了加工和裝配費(fèi)用，且省去了容易出問(wèn)題的集電環(huán)和電刷，提高了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性；又因無(wú)需勵(lì)磁電流，省去了勵(lì)磁損耗，提高了電動(dòng)機(jī)的效率和功率密度。因而它是近年來(lái)研究得較多并在各個(gè)領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用的一種電動(dòng)機(jī)。,永磁同步電動(dòng)機(jī)分類(lèi),永磁同步電動(dòng)機(jī)分類(lèi)方法比較多：按工作主磁場(chǎng)方向的不同，可分為徑向磁場(chǎng)式和軸向磁場(chǎng)式；按電樞繞組位置的不同，可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式(常規(guī)式)和外轉(zhuǎn)子式；按轉(zhuǎn)子上有無(wú)起動(dòng)繞組，可分為無(wú)起動(dòng)繞組的電動(dòng)機(jī)(用于變頻器供電的場(chǎng)合，利用頻率的逐步升高而起動(dòng)，并隨著頻率的改變而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，常稱(chēng)為調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī))和有起動(dòng)繞組的電動(dòng)機(jī)(既可用于調(diào)速運(yùn)行又可在某一頻率和電壓下利用起動(dòng)繞組所產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，常稱(chēng)為異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī))；按供電電流波形的不同，可分為矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī)和正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)永磁同步電動(dòng)機(jī))。異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)用于頻率可調(diào)的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，形成一臺(tái)具有阻尼(起動(dòng))繞組的調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)。,永磁同步電動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu),1. 高效永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 l轉(zhuǎn)軸 2軸承 3端差 4定子繞組 5機(jī)座 6定子鐵心 7轉(zhuǎn)子鐵心 8永磁體 9起動(dòng)籠 10風(fēng)扇 11風(fēng)罩,永磁直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖,l轉(zhuǎn)軸 2前端差 3螺釘 4調(diào)整墊片 5軸承 6定子組件 7永磁轉(zhuǎn)子組件 8位置傳感器轉(zhuǎn)子 9后端差 10位置傳感器定子,調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖,l轉(zhuǎn)軸 2軸承 3端差 4定子繞組 5機(jī)座 6定子鐵心 7，8永磁體 9轉(zhuǎn)子鐵心 10風(fēng)扇 11風(fēng)罩 12位置、速度傳感器 13，14電纜 15專(zhuān)用變頻驅(qū)動(dòng)器,永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 1） 凸出式 2）插入式 1永磁體 2轉(zhuǎn)子鐵心 3轉(zhuǎn)軸,1表面凸出式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本較低、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等優(yōu)點(diǎn)，在矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī)和恒功率運(yùn)行范圍不寬的正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。此外，表面凸出式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的永磁磁極易于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)，使之成為能使電動(dòng)機(jī)氣隙磁密波形趨近于正弦波的磁極形狀，可顯著提高電動(dòng)機(jī)乃至整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的性能。 2表面插入式 可充分利用轉(zhuǎn)子磁路的不對(duì)稱(chēng)性所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，提高電動(dòng)機(jī)的功率密度，動(dòng)態(tài)性能較凸出式有所改善，制造工藝也較簡(jiǎn)單，常被某些調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)所采用。但漏磁系數(shù)和制造成本都較凸出式大。,同步電機(jī)與感應(yīng)（異步）電機(jī)的區(qū)別,同步電機(jī)與感應(yīng)（異步）電機(jī)的區(qū)別在于： （1）同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速?lài)?yán)格的與電源頻率保持同步，轉(zhuǎn)差為零，而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)低于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差不為零，可以靠控制轉(zhuǎn)差來(lái)調(diào)速。 （2）異步機(jī)的磁場(chǎng)靠定子供電產(chǎn)生，而同步電機(jī)的磁場(chǎng)花樣很多，一般大中型同步電機(jī)在轉(zhuǎn)子側(cè)采用獨(dú)立的直流勵(lì)磁，小容量的同步電機(jī)采用永久磁鐵（磁場(chǎng)不變），磁阻式同步機(jī)完全靠定子勵(lì)磁（靠凸極磁阻的變化產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩）。 （3）異步電機(jī)的功率因數(shù)永遠(yuǎn)小于1，而同步電機(jī)的功率因數(shù)可以用勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)，可以滯后，可以超前。,同步電機(jī)與感應(yīng)（異步）電機(jī)的區(qū)別（續(xù)）,（4）同步電機(jī)和異步電機(jī)的定子是一樣的，而轉(zhuǎn)子繞阻不同。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子除勵(lì)磁繞組外，還有一個(gè)自身短路的阻尼繞阻。當(dāng)同步機(jī)在恒頻下運(yùn)行時(shí)，阻尼繞阻有助于抑制重載時(shí)發(fā)生的震蕩。但當(dāng)同步電機(jī)重載轉(zhuǎn)速閉環(huán)下變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，阻尼繞阻便失去它的主要作用，卻增加了數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜性。 （5）異步電機(jī)的氣隙都是均勻的，而同步電機(jī)則有隱極式和顯極式之分。隱極式電機(jī)氣隙是均勻的，而顯極式電機(jī)的氣隙磁阻不均勻，對(duì)于電勵(lì)磁的電機(jī)直軸磁阻小，交軸磁阻大。對(duì)于永磁電機(jī)直軸磁阻大，交軸磁阻小。,以前，由于同步電動(dòng)機(jī)存在著自身的弱點(diǎn)（起動(dòng)費(fèi)事，必須由異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，重載時(shí)有振蕩和失步的危險(xiǎn)），一般工業(yè)設(shè)備很少用。變頻調(diào)速技術(shù)彌補(bǔ)了這些缺點(diǎn)：起動(dòng)時(shí)變頻器頻率逐漸上升，轉(zhuǎn)速也逐漸提高，不需其他起動(dòng)設(shè)備；失步問(wèn)題是由于同步轉(zhuǎn)速不變，轉(zhuǎn)子落后的角度過(guò)大引起的，而變頻調(diào)速中的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，可以隨時(shí)調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，避免了失步現(xiàn)象。由于同步電機(jī)的固有優(yōu)點(diǎn)使同步電機(jī)的變頻調(diào)速成為交流調(diào)速的一個(gè)很有潛力的發(fā)展方向。,與異步電機(jī)不同，同步電機(jī)不能采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差的方法，只能調(diào)頻調(diào)速。根據(jù)對(duì)頻率進(jìn)行控制的不同方法，同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以分為它控式和自控式。當(dāng)同步電機(jī)定子電壓頻率由一個(gè)外部頻率控制裝置進(jìn)行控制時(shí)，稱(chēng)為他控方式。當(dāng)同步電機(jī)定子電壓頻率由其軸上位置傳感器發(fā)出的脈沖來(lái)控制變頻裝置的觸發(fā)脈沖時(shí)，稱(chēng)為自控方式。,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的 變頻調(diào)速控制,1. 概論,1.1 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的概況與趨勢(shì) 在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，直流調(diào)速一直以性能優(yōu)良領(lǐng)先于交流調(diào)速。60年代以后，特別是70年代以來(lái)，電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美、相競(jìng)爭(zhēng)，目前，交流調(diào)速已進(jìn)入逐步替代直流調(diào)速的時(shí)代。 電力電子器件的發(fā)展為交流調(diào)速奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件的不斷涌現(xiàn)，變頻技術(shù)獲得飛速發(fā)展。 在變頻技術(shù)日新月異地發(fā)展的同時(shí)，交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。 微處理機(jī)引入控制系統(tǒng)，促進(jìn)了模擬控制系統(tǒng)向數(shù)字控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。,1.2 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本方法,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法分為變頻調(diào)速、變極對(duì)數(shù)調(diào)速和調(diào)轉(zhuǎn)差率調(diào)速三種。 具體的說(shuō)常見(jiàn)的基本種類(lèi)有：降電壓調(diào)速；電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速；繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)串級(jí)調(diào)速；變極對(duì)數(shù)調(diào)速；變壓變頻調(diào)速等。,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本方法,按照交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率 可分為兩部分：一部分是拖動(dòng)負(fù)載的有效功率 ，即機(jī)械功率；另一部分是轉(zhuǎn)差功率 ，與轉(zhuǎn)差率成正比。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，顯然是評(píng)價(jià)調(diào)速系統(tǒng)效率高低的一種標(biāo)志。從這點(diǎn)出發(fā)，可以把感應(yīng)電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成三類(lèi)。,（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng),全部轉(zhuǎn)差功率都換成熱能的形式而消耗掉。上述的第、三種調(diào)速方法都屬于這一類(lèi)。在這三類(lèi)感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之中，這類(lèi)系統(tǒng)的效率最低，而且它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來(lái)?yè)Q取轉(zhuǎn)速的降低（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)），越向下調(diào)速，效率越低?？墒沁@類(lèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，所以還有一定的應(yīng)用場(chǎng)合。,（2）轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng),轉(zhuǎn)差功率的一部分消耗掉，大部分則通過(guò)變流裝置回饋給電網(wǎng)或者轉(zhuǎn)化為機(jī)械能予以利用，轉(zhuǎn)速越低，回收的功率越多，上述第種調(diào)速方法串級(jí)調(diào)速屬于這一類(lèi)。這類(lèi)調(diào)速系統(tǒng)的效率顯然比第一類(lèi)高，但增設(shè)的變流裝置總要多消耗一部分功率，因此還不及下一類(lèi)。,（3）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng),轉(zhuǎn)差功率中轉(zhuǎn)子銅損部分的消耗是不可避免的，但在這類(lèi)系統(tǒng)中，無(wú)論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率的消耗基本不變，因此效率最高。上述的第、兩種調(diào)速方法屬于此類(lèi)。其中變極對(duì)數(shù)只能有級(jí)調(diào)速，應(yīng)用場(chǎng)合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，取代直流調(diào)速，是最有發(fā)展前途的。 3. 變頻調(diào)速 變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖,變頻調(diào)速的特點(diǎn),變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)在于：改變頻率時(shí)轉(zhuǎn)差率不變，也就是不同轉(zhuǎn)速時(shí)不變，因而轉(zhuǎn)差損耗小，特性硬，調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高，適用于調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合。另一方面，變頻調(diào)速裝置的成本較高（盡管價(jià)錢(qián)還在降低），變頻調(diào)速原理較復(fù)雜。 變頻調(diào)速的方法也有多種，按變頻器的類(lèi)型分主要有交交變頻器和交直交變頻器兩大類(lèi)；按控制方法分有標(biāo)量控制、矢量控制和感應(yīng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制。,感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速,感應(yīng)電機(jī)，特別是籠型感應(yīng)電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，價(jià)格便宜，運(yùn)行可靠，無(wú)需維護(hù)，在交流傳動(dòng)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。感應(yīng)電機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)后，調(diào)速范圍廣，調(diào)速時(shí)因轉(zhuǎn)差功率不變而無(wú)附加能量損失，是一種性能優(yōu)良的高效的調(diào)速方式，是交流電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)發(fā)展的主要方向。 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，由變頻器提供給電機(jī)的頻率變化的電壓或電流激勵(lì)均是非正弦的，除基波外，還包含大量的諧波。分析表明，決定感應(yīng)電機(jī)變頻運(yùn)行特性的主要還是基波，諧波分量只起著使電機(jī)電壓或電流畸變、產(chǎn)生諧波損耗、惡化力能指標(biāo)、引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的作用。,變頻調(diào)速的基本控制方式,若希望一臺(tái)感應(yīng)電機(jī)獲得良好的運(yùn)行性能、力能指標(biāo)，必須保持其磁路工作點(diǎn)穩(wěn)定不變，即保持每極磁通量 額定不變。因?yàn)槿?太強(qiáng)，電機(jī)磁路飽和，勵(lì)磁電流、勵(lì)磁損耗及發(fā)熱增大；若太弱，電機(jī)力能指標(biāo)下降，電機(jī)出力不夠，鐵芯也未充分利用。換句話(huà)說(shuō)，保持每極磁通量 額定不變而維持較高值，則產(chǎn)生同樣的電磁轉(zhuǎn)矩而需要的有功電流最小。,從感應(yīng)電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)有效值公式看 對(duì)一臺(tái)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，則有 說(shuō)明只要協(xié)調(diào)地控制 、 ，即可達(dá)到控制氣隙磁通 的目的。但由于電機(jī)絕緣和供電電源的限制，電機(jī)運(yùn)行頻率在基頻以下及基頻以上調(diào)速時(shí)須采取不同的控制方式。,1. 基頻以下調(diào)速,要保持氣隙磁通 額定不變，必須采用恒電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式，即變頻過(guò)程中須維持 常值。但定子電動(dòng)勢(shì)為內(nèi)部量，難以直接測(cè)量、控制。 根據(jù)感應(yīng)電機(jī)定子電壓方程式 可知，當(dāng)頻率較高，電動(dòng)勢(shì)較大時(shí)，可忽略定子繞組漏抗壓降得 ，即只要維持 常數(shù)（恒電壓頻率比）既可維持氣隙磁通恒定。,1. 基頻以下調(diào)速,當(dāng)感應(yīng)電機(jī)在低頻時(shí)，定子電動(dòng)勢(shì) 較小，定子電阻壓降的影響不能忽略，必須有意抬高 而對(duì)定子電阻壓降加以補(bǔ)償， 才能近似維持 常值。此時(shí)采用帶低頻定子電阻壓降補(bǔ)償?shù)暮汶妷侯l率比控制，其電壓、頻率關(guān)系如圖中曲線(xiàn)所示。如果電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下都有額定電流，則電機(jī)能在溫升允許的情況下長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。由于維持了氣隙磁通恒定，電機(jī)將作恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。,2. 基頻以上調(diào)速,當(dāng)運(yùn)行頻率超過(guò)基頻 時(shí)，由于變頻裝置半導(dǎo)體元件及電機(jī)絕緣的耐壓限制，電機(jī)電壓不能超過(guò)額定值 ，只能維持 不變。隨著運(yùn)行頻率的升高， 的比值下降，氣隙磁通隨之減小，進(jìn)入弱磁控制方式。此時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩大體上反比頻率變化，但電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高了，輸出轉(zhuǎn)矩與機(jī)械角速度的乘積為輸出功率近似不變，作近似恒功率運(yùn)行。,感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速控制特性,變頻器的基本構(gòu)成,變頻器的主要任務(wù)是把恒壓恒頻(constant voltage constant frequency, CVCF）的交流電轉(zhuǎn)換為變壓變頻（variable voltage variable frequency, VVVF）的交流電，以滿(mǎn)足交流電機(jī)變頻的需要。 從結(jié)構(gòu)上分，變頻器可分為: 交交變頻器（亦稱(chēng)直接變頻器）; 交直交變頻器（亦稱(chēng)間接變頻器）。,交交變頻器的結(jié)構(gòu),交交變頻器是將恒壓 恒頻的交流電一次變換 成調(diào)壓調(diào)頻的交流電， 它有三組可逆整流器（ 橋式或零式線(xiàn)路）組成， 當(dāng)三組移相信號(hào)是一組 頻率和幅值均可調(diào)的三 相正弦信號(hào)時(shí)，則變頻 器輸入三相交流電。,交交變頻器單相輸出電壓和電流波形,交交變頻器的主要特點(diǎn),（1）原理主要基于可逆整流，可直接引用成熟的直流可逆調(diào)速的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)； （2）輸出到電動(dòng)機(jī)的電流近似于三相正弦電流，附加損耗小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)量小； （3）采用元器件的數(shù)量較多，如果采用三相橋式接法，需要36個(gè)晶閘管； （4）輸出電壓波形由電源波形的區(qū)段組成，為了使波形畸變不至過(guò)大，輸出頻率不能高于電網(wǎng)頻率的1/31/2。電源頻率為50Hz時(shí)，最大輸出頻率不超過(guò)20Hz； （5）拖動(dòng)的電機(jī)一般屬于普通電機(jī)，價(jià)格便宜，但轉(zhuǎn)速較低。對(duì)于4極電機(jī)，最高轉(zhuǎn)速小于 。,電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)與負(fù)載的功率因數(shù)成正比，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)低，電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)也低。為了提高功率因數(shù)，有時(shí)需要安裝容量較大的無(wú)功補(bǔ)償裝置。 近年來(lái)出現(xiàn)了一種新穎的矩陣式變頻電路，這種電路也是一種直接變頻電路，電路所用的開(kāi)關(guān)器件是全控型的，控制方式不是相控方式，而是斬控方式。其優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓為正弦波，輸出頻率不受電網(wǎng)頻率的限制；輸入電流也可控制為正弦波且和電壓同相，功率因數(shù)為1，也可控制為需要的功率因數(shù)；能量可雙向流動(dòng)，適用于交流電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行；不通過(guò)中間環(huán)節(jié)而直接實(shí)現(xiàn)變頻，效率較高。因此，這種電路的電氣性能是十分理想的。但由于還沒(méi)有理想的功率器件，還未到實(shí)際應(yīng)用階段。,2. 交直交變頻器,交直交變頻器是將恒壓恒頻的交流電通過(guò)整流電路變換成直流，然后再經(jīng)逆變將直流變換成變壓變頻的交流電。這種變頻器雖然多了一個(gè)中間直流環(huán)節(jié)，但輸出交流電的頻率可高于電網(wǎng)的頻率。 按控制方式的不同交直交變頻器可分為三種。 （1）用可控整流調(diào)壓、逆變器調(diào)頻的交直交變頻器 （2）用不可控整流器整流、用斬波器調(diào)壓、再用逆變器調(diào)頻的交直交變頻器 （3）用不可控整流器整流、用PWM逆變器同時(shí)調(diào)壓調(diào)頻的交直交變頻器 （4）用PWM可控整流器整流、用PWM逆變器同時(shí)調(diào)壓調(diào)頻的交直交變頻器,交直交變頻器的基本結(jié)構(gòu),交直交變頻器的基本結(jié)構(gòu),交直交變頻器的主要特點(diǎn),逆變器換相條件要求電動(dòng)機(jī)工作在超前功率因數(shù)區(qū)，變頻裝置容量大，過(guò)載能力低； 欲提高過(guò)載能力，需減少電動(dòng)機(jī)的定子漏抗，電動(dòng)機(jī)短粗，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，動(dòng)態(tài)性能差； 電動(dòng)機(jī)電流諧波分量較大。損耗增加，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)動(dòng)量大； 輸出頻率沒(méi)有特別限制。 交直交變頻器主要適用于中小功率、轉(zhuǎn)速較高、負(fù)載較平穩(wěn)的場(chǎng)合，如壓縮機(jī)、擠壓機(jī)、給水泵等。,a）電壓源型三相串聯(lián)電感式逆變器,b）電壓源型具有輔助換流晶閘管的逆變器,c）電流源型逆變器,d）PWM逆變器,變頻器的分類(lèi),變頻器的種類(lèi)很多，分類(lèi)方法也有很多種。通過(guò)了解它們的分類(lèi)，有利于我們認(rèn)識(shí)變頻器的性質(zhì)和區(qū)別，這是用好變頻器的前提。前面我們已經(jīng)介紹了兩種分類(lèi)，按應(yīng)用分，有通用變頻器和專(zhuān)用變頻器；按結(jié)構(gòu)分，有交交變頻器（直接變頻器）和交直交變頻器（間接變頻器）。除此之外，還有如下分類(lèi)方式 ：,1. 按直流側(cè)電源性質(zhì)分,（1）電壓源型變頻器。 （2）電流源型變頻器。 變頻器的負(fù)載通常是感應(yīng)電機(jī)，其功率因數(shù)小于1，故在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總存在無(wú)功功率的交換。由于逆變器中的電力電子器件無(wú)法儲(chǔ)能，所以無(wú)功功率只能靠直流環(huán)節(jié)中的儲(chǔ)能元件緩沖。如果采用電容作為無(wú)功功率緩沖環(huán)節(jié)，直流側(cè)電源相當(dāng)于一個(gè)低阻抗的電壓源，因此稱(chēng)為電壓源型變頻器；如果采用電抗器作為無(wú)功功率緩沖環(huán)節(jié)，直流側(cè)電源相當(dāng)于一個(gè)高阻抗的電流源，則稱(chēng)為電流源型變頻器。電壓源型變頻器和電流源型變頻器的主要特點(diǎn)列于表1。,2. 按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分,（1）PAM方式 脈沖幅值調(diào)節(jié)方式是通過(guò)改變直流側(cè)電壓幅值進(jìn)行調(diào)壓的。在變頻器中，逆變器只負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輸出頻率，而輸出電壓側(cè)由相控整流器或直流斬波器通過(guò)調(diào)節(jié)直流電壓去實(shí)現(xiàn)。采用相控整流器調(diào)壓時(shí)，網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)隨調(diào)節(jié)深度的增加而變低；而采用直流斬波器調(diào)壓時(shí)，網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)在不考慮諧波影響時(shí)，可達(dá)到 1。 （2）PWM方式 變頻器中的整流器采用不可控的整流二極管整流電路。變頻器的輸出電壓和輸出頻率均由逆變器按PWM方式調(diào)節(jié)。為了得到PWM波形，采用基準(zhǔn)波信號(hào)欲載波信號(hào)比較的方法。PWM波的產(chǎn)生如圖所示。,結(jié) 論,綜上可見(jiàn)，要減小非正弦供電時(shí)感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行性能的不良影響，關(guān)鍵是要減小和限制諧波電壓和電流。一般來(lái)說(shuō)，電壓源型非正弦電源輸出電壓諧波確定，需選用漏抗大的電機(jī)來(lái)限制諧波電流及其影響；電流源型非正弦電源輸出電流諧波成份確定，需選用漏磁小的電機(jī)來(lái)減小所產(chǎn)生的諧波電壓及其影響。根據(jù)電機(jī)漏抗大小來(lái)選配非正弦電源及電機(jī)是調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮的問(wèn)題。,感應(yīng)電機(jī)的標(biāo)量控制,由變壓變頻（VVVF）裝置給籠型感應(yīng)電機(jī)供電所組成的調(diào)速系統(tǒng)叫做變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。和直流電機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)相似，在調(diào)速時(shí)，機(jī)械特性基本上平行地上下移動(dòng)，而轉(zhuǎn)差功率不變。在各種感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，變壓變頻調(diào)速的效率最高，性能最好，是當(dāng)前交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。,數(shù)字控制的SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng),SPWM變頻器輸入電流波形,二極管整流器雖然是全波整流 裝置，但由于其輸出端濾波電 容的存在，只有當(dāng)交流電壓峰 值超過(guò)電容電壓時(shí)，整流電路 才有充電電流流通，交流電壓 低于電容電壓時(shí)，電流便立即 中止，因此，輸入電流呈脈沖波形，如圖所示。這樣 的電流波形會(huì)有較大的諧波分量，使電源受到污染。 為了抑制諧波電流，對(duì)于容量較大的SPWM變頻器， 都應(yīng)在輸入端設(shè)進(jìn)線(xiàn)電抗器Lin也可用來(lái)抑制電源電壓 不平衡的影響。,SPWM變壓變頻器的基本控制作用圖,現(xiàn)代SPWM變頻器的控制電路大都是以微處理器為核心的數(shù)字電路，其功能主要是接受各種設(shè)定信息和指令，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動(dòng)逆變器工作的SPWM信號(hào)。微機(jī)芯片主要采用8位或16位的單片機(jī)、32位的DSP，現(xiàn)在已有應(yīng)用RISC的產(chǎn)品出現(xiàn)。SPWM信號(hào)可以由微機(jī)本身用軟件實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)或用查表法生成，也可采用專(zhuān)用的SPWM集成電路芯片?，F(xiàn)代單片機(jī)本身能力很強(qiáng)，常把SPWM生成功能包括在內(nèi)，由SPWM端口直接輸出。 需要設(shè)定的信息主要有曲線(xiàn) 、工作頻率、頻率上升時(shí)間、頻率下降時(shí)間等，還可以有一系列特殊功能的設(shè)定。,SPWM變壓變頻器的基本控制作用圖,IGBT的基礎(chǔ)知識(shí),IGBT的開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)施加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。反之，加反向門(mén)極電壓消除溝道，流過(guò)反向基極電流，使IGBT關(guān)斷。 IGBT的驅(qū)動(dòng)方法和MOSFET基本相同，只需控制輸入極 N溝道 MOSFET ，所以具有高輸入阻抗特性。當(dāng)MOSFET的溝道形成后，從 P+ 基極注入到 N 一層的空穴（少子），對(duì)N一層進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減小N一層的電阻，使IGBT在高電壓 時(shí)也具有低的通態(tài)電壓。,IGBT 的工作特性包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類(lèi)： 1 靜態(tài)特性 IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開(kāi)關(guān)特性。 IGBT的伏安特性是指以柵源電壓 Ugs 為參變量時(shí)，漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線(xiàn)。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs 的控制， Ugs 越高， Id 越大。它與 GTR 的輸出特性相似。也可分為飽和區(qū) 1 、放大區(qū) 2 和擊穿特性 3 部分。在截止?fàn)顟B(tài)下的 IGBT ，正向電壓由 J2 結(jié)承擔(dān)，反向電壓由 J1 結(jié)承擔(dān)。如果無(wú) N+ 緩沖區(qū)，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入 N+ 緩沖區(qū)后，反向關(guān)斷電壓只能達(dá)到幾十伏水平，因此限制了IGBT 的某些應(yīng)用范圍。,IGBT的轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流 Id 與柵源電壓 Ugs 之間的關(guān)系曲線(xiàn)。它與 MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性相同，當(dāng)柵源電壓小于開(kāi)啟電壓 Ugs(th) 時(shí)， IGBT 處于關(guān)斷狀態(tài)。在 IGBT 導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)， Id 與 Ugs 呈線(xiàn)性關(guān)系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為 15V 左右。 IGBT 的開(kāi)關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。 IGBT處于導(dǎo)通態(tài)時(shí)，由于它的 PNP 晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其 B 值極低。盡管等效電路為達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，但流過(guò) MOSFET 的電流成為IGBT 總電流的主要部分。,2 動(dòng)態(tài)特性 IGBT在開(kāi)通過(guò)程中，大部分時(shí)間是作為MOSFET來(lái)運(yùn)行的，只是在漏源電壓Uds 下降過(guò)程后期， PNP晶體管由放大區(qū)至飽和，又增加了一段延遲時(shí)間。td為開(kāi)通延遲時(shí)間，tr為電流上升時(shí)間。 開(kāi)通時(shí)間ton= td+ tr+tfu1+tfu2 IGBT在關(guān)斷過(guò)程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。因?yàn)?MOSFET 關(guān)斷后，PNP晶體管的存儲(chǔ)電荷難以迅速消除，造成漏極電流較長(zhǎng)的尾部時(shí)間， ts為關(guān)斷延遲時(shí)間， tt為電壓Uds的上升時(shí)間。 關(guān)斷時(shí)間toff= ts+ tt +tfi1+tfi2,IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間,Sky永磁同步無(wú)齒輪 曳引機(jī)介紹,包括內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（WYT-Y系列）和外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（WYT-S系列）兩大系列，主要由永磁同步電動(dòng)機(jī)、曳引輪及制動(dòng)系統(tǒng)組成。永磁同步電動(dòng)機(jī)采用高性能永磁材料和特殊的電機(jī)結(jié)構(gòu)，具有低速、大轉(zhuǎn)矩特性。曳引輪與制動(dòng)輪為同軸固定聯(lián)接，并直接安裝在電動(dòng)機(jī)的軸伸端；由制動(dòng)體、制動(dòng)輪、制動(dòng)臂和制動(dòng)瓦等組成曳引機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)。曳引機(jī)工作原理是電動(dòng)機(jī)動(dòng)力由軸伸端通過(guò)曳引輪輸出扭矩，再通過(guò)曳引輪和鋼絲繩的摩擦來(lái)帶動(dòng)電梯轎廂的運(yùn)行。當(dāng)電梯停止運(yùn)行時(shí)則由常閉制動(dòng)器通過(guò)制動(dòng)瓦剎住制動(dòng)輪，從而保持轎廂靜止不動(dòng)。,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工作原理,同步曳引機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)均符合EN81-1：1998和GB7588-2003的各項(xiàng)有關(guān)規(guī)定，每臺(tái)曳引機(jī)出廠(chǎng)前都通過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，對(duì)轉(zhuǎn)矩、制動(dòng)力、絕緣耐壓、振動(dòng)以及噪聲等各項(xiàng)指標(biāo)均進(jìn)行檢測(cè)，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量和性能符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。,a. 海拔高度不超過(guò)1000m; b. 機(jī)房?jī)?nèi)的空氣溫度應(yīng)保持在040之間； c. 環(huán)境相對(duì)濕度月平均值最高不大于90%；同時(shí)該月月平均最低溫度不高于25； d. 環(huán)境空氣不含有腐蝕性和易燃?xì)怏w； e. 曳引鋼絲繩直徑曳引輪直徑四十分之一，表面不得涂潤(rùn)滑劑與其它雜物； f. 曳引機(jī)必須由控制柜供電，并且工作在閉環(huán)控制方式。其額定參數(shù)以電機(jī)銘牌為準(zhǔn)。嚴(yán)禁直接供電，以防燒毀曳引機(jī)； g. 供電電壓波動(dòng)與額定值偏差不超過(guò)7%。,曳引機(jī)工作條件,永磁同步曳引機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下,1調(diào)整螺母 2緊鎖螺母 3鎖緊螺母 4頂桿螺釘 5壓縮彈簧 6彈簧墊圈 7壓縮螺母 8鎖緊螺母 9頂緊螺釘 10鎖緊螺母 11制動(dòng)瓦 12拉桿鎖緊螺母 13拉桿 14頂桿螺釘 15制動(dòng)器頂端壓縮彈簧 16手動(dòng)開(kāi)閘手輪 17標(biāo)尺,1調(diào)整螺母，調(diào)整其位置可控制制動(dòng)體內(nèi)部銜鐵始終處于合適的位置，保持合理的工作行程，避免合閘時(shí)沖擊銜鐵，撞擊手動(dòng)開(kāi)閘凸輪，發(fā)出噪聲； 4控制開(kāi)閘力的形成，在“13”最大開(kāi)閘間隙形成的條件下，控制制動(dòng)臂的行程及制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)輪的工作間隙； 5壓縮彈簧，調(diào)整其壓縮量可控制制動(dòng)力的大小，壓縮量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)體開(kāi)閘困難； 7壓縮螺母，調(diào)整位置，可控制制動(dòng)力的大??； 9頂緊螺釘，控制閘瓦與制動(dòng)輪的吻合程度，(制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)輪吻合越好，在相對(duì)條件下，形成的制動(dòng)力就越大，工作噪聲越小) ； 13拉桿，決定制動(dòng)力的形成，控制最大開(kāi)閘間隙； 2、3、8、10鎖緊螺母，防止在調(diào)整完成后，系統(tǒng)動(dòng)作后各調(diào)整螺釘松動(dòng)，致使系統(tǒng)改變； 17標(biāo)尺，只是系統(tǒng)在恢復(fù)原制動(dòng)力的參考標(biāo)記。,主要零部件功能,曳引機(jī)由變頻器供電，曳引機(jī)的引出端U1、V1、W1與變頻器的三個(gè)相應(yīng)輸出端相連，見(jiàn)圖1和圖2。連線(xiàn)的直徑應(yīng)根據(jù)曳引機(jī)的額定電流合理選配。確保連接可靠。根據(jù)客戶(hù)要求，曳引機(jī)內(nèi)部預(yù)裝超溫保護(hù)熱敏開(kāi)關(guān)，作為主機(jī)熱保護(hù)元件。 熱敏開(kāi)關(guān)動(dòng)作溫度：1305,曳引機(jī)主回路的接線(xiàn),圖1 WYT-Y系列曳引機(jī)接線(xiàn)圖,圖2 WYTS系列曳引機(jī)接線(xiàn)圖,出廠(chǎng)的曳引機(jī)抱閘制動(dòng)力矩根據(jù)載荷已基本調(diào)整好，一般情況下現(xiàn)場(chǎng)不需重新調(diào)整。 制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力矩按曳引機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的.倍整定，制動(dòng)力矩的大小與彈簧的壓縮量成正比。 曳引機(jī)安裝好后需通過(guò)靜載試驗(yàn)校驗(yàn)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力是否符合要求。,抱閘制動(dòng)力的調(diào)整,制動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整方法及調(diào)整步驟 如下:,松開(kāi)制動(dòng)臂兩端頂桿鎖緊螺母3，用扳手沿螺紋旋向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)頂桿螺釘4，使頂桿螺釘4與制動(dòng)體頂桿螺釘14脫離，然后再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至與制動(dòng)頂桿螺釘14剛好接觸。此時(shí)再沿螺紋旋向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)1圈（螺距為2mm），推動(dòng)制動(dòng)器