永磁同步電動機教材

永磁同步電動機教材第1頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

電機是以磁場為媒介進行機械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。為了在電機內(nèi)建立必需的氣隙磁場，可以有兩種方法。

1.在電機繞組內(nèi)通以電流來產(chǎn)生磁場

如普通的直流電機和同步電機。要專門設(shè)置勵磁繞組，通入直流電，來建立氣隙磁場。電機體積增大，勵磁功率造成電機發(fā)熱，效率降低。感應(yīng)（異步）電機要通過三相定子繞組從電網(wǎng)吸收感性無功電流來建立氣隙磁場。電機功率因數(shù)低，效率也有所降低。

2.由永磁體來產(chǎn)生磁場

由于永磁材料的固有特性，它經(jīng)過預(yù)先磁化[充磁]以后，不再需要外加能量就能在其周圍空間建立磁場。這既可簡化電機結(jié)構(gòu)，又可節(jié)約能量。第2頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六與傳統(tǒng)的電勵磁電機相比，永磁電機，特別是稀土永磁電機具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠；體積小，質(zhì)量輕；損耗少，效率高；電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點。因而應(yīng)用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域。永磁同步電動機與感應(yīng)電動機相比，不需要無功勵磁電流可以顯著提高功率因數(shù)(可達到1、甚至容性)，減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩(wěn)定運行時沒有轉(zhuǎn)子電阻損耗，進而可以因總損耗降低而減小風扇(小容量電機甚至可以去掉風扇)和相應(yīng)的風摩損耗，從而使其效率比同規(guī)格感應(yīng)電動機可提高2—8個百分點。

第3頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六永磁材料

永磁電機的性能、設(shè)計制造特點和應(yīng)用范圍都與永磁材料的性能密切相關(guān)。永磁材料種類眾多，性能差別很大。因此，在研究永磁電機之前，首先從設(shè)計制造電機的需要出發(fā)，了解電機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，選用時的注意事項。

第4頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六永磁體的磁穩(wěn)定性為了保證永磁電機的電氣性能不發(fā)生變化，能長期可靠地運行，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、溫度和時間的變化率來表示其穩(wěn)定性，主要包括熱穩(wěn)定性、磁穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性。

第5頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六永磁同步電動機概述永磁同步電動機的運行原理與電勵磁同步電動機相同，但它以永磁體提供的磁通替代后者的勵磁繞組勵磁，使電動機結(jié)構(gòu)較為簡單，降低了加工和裝配費用，且省去了容易出問題的集電環(huán)和電刷，提高了電動機運行的可靠性；又因無需勵磁電流，省去了勵磁損耗，提高了電動機的效率和功率密度。因而它是近年來研究得較多并在各個領(lǐng)域中得到越來越廣泛應(yīng)用的一種電動機。

第6頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

永磁同步電動機分類永磁同步電動機分類方法比較多：按工作主磁場方向的不同，可分為徑向磁場式和軸向磁場式；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)子上有無起動繞組，可分為無起動繞組的電動機(用于變頻器供電的場合，利用頻率的逐步升高而起動，并隨著頻率的改變而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，常稱為調(diào)速永磁同步電動機)和有起動繞組的電動機(既可用于調(diào)速運行又可在某一頻率和電壓下利用起動繞組所產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩起動，常稱為異步起動永磁同步電動機)；按供電電流波形的不同，可分為矩形波永磁同步電動機和正弦波永磁同步電動機(簡稱永磁同步電動機)。異步起動永磁同步電動機用于頻率可調(diào)的傳動系統(tǒng)時，形成一臺具有阻尼(起動)繞組的調(diào)速永磁同步電動機。

第7頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)

1.高效永磁同步電動機結(jié)構(gòu)示意圖

l－轉(zhuǎn)軸2－軸承3－端差4－定子繞組5－機座6－定子鐵心

7－轉(zhuǎn)子鐵心8－永磁體9－起動籠10—風扇11—風罩第8頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六永磁直流無刷電動機結(jié)構(gòu)示意圖第9頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六調(diào)速永磁同步電動機結(jié)構(gòu)示意圖l－轉(zhuǎn)軸2－軸承3－端差4－定子繞組5－機座6－定子鐵心7，8－永磁體9－轉(zhuǎn)子鐵心10—風扇11—風罩12－位置、速度傳感器13，14－電纜15－專用變頻驅(qū)動器第10頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六永磁同步電動機的轉(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)軸第11頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六1．表面凸出式結(jié)構(gòu)簡單、制造成本較低、轉(zhuǎn)動慣量小等優(yōu)點，在矩形波永磁同步電動機和恒功率運行范圍不寬的正弦波永磁同步電動機中得到了廣泛應(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現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計，使之成為能使電動機氣隙磁密波形趨近于正弦波的磁極形狀，可顯著提高電動機乃至整個傳動系統(tǒng)的性能。2．表面插入式

可充分利用轉(zhuǎn)子磁路的不對稱性所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，提高電動機的功率密度，動態(tài)性能較凸出式有所改善，制造工藝也較簡單，常被某些調(diào)速永磁同步電動機所采用。但漏磁系數(shù)和制造成本都較凸出式大。

第12頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六同步電機與感應(yīng)（異步）電機的區(qū)別同步電機與感應(yīng)（異步）電機的區(qū)別在于：（1）同步電機的轉(zhuǎn)速嚴格的與電源頻率保持同步，轉(zhuǎn)差為零，而異步電機的轉(zhuǎn)速永遠低于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差不為零，可以靠控制轉(zhuǎn)差來調(diào)速。（2）異步機的磁場靠定子供電產(chǎn)生，而同步電機的磁場花樣很多，一般大中型同步電機在轉(zhuǎn)子側(cè)采用獨立的直流勵磁，小容量的同步電機采用永久磁鐵（磁場不變），磁阻式同步機完全靠定子勵磁（靠凸極磁阻的變化產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩）。（3）異步電機的功率因數(shù)永遠小于1，而同步電機的功率因數(shù)可以用勵磁電流來調(diào)節(jié)，可以滯后，可以超前。第13頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六同步電機與感應(yīng)（異步）電機的區(qū)別（續(xù)）（4）同步電機和異步電機的定子是一樣的，而轉(zhuǎn)子繞阻不同。同步電機的轉(zhuǎn)子除勵磁繞組外，還有一個自身短路的阻尼繞阻。當同步機在恒頻下運行時，阻尼繞阻有助于抑制重載時發(fā)生的震蕩。但當同步電機重載轉(zhuǎn)速閉環(huán)下變頻調(diào)速運行時，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）異步電機的氣隙都是均勻的，而同步電機則有隱極式和顯極式之分。隱極式電機氣隙是均勻的，而顯極式電機的氣隙磁阻不均勻，對于電勵磁的電機直軸磁阻小，交軸磁阻大。對于永磁電機直軸磁阻大，交軸磁阻小。第14頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

以前，由于同步電動機存在著自身的弱點（起動費事，必須由異步電動機拖動，重載時有振蕩和失步的危險），一般工業(yè)設(shè)備很少用。變頻調(diào)速技術(shù)彌補了這些缺點：起動時變頻器頻率逐漸上升，轉(zhuǎn)速也逐漸提高，不需其他起動設(shè)備；失步問題是由于同步轉(zhuǎn)速不變，轉(zhuǎn)子落后的角度過大引起的，而變頻調(diào)速中的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，可以隨時調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，避免了失步現(xiàn)象。由于同步電機的固有優(yōu)點使同步電機的變頻調(diào)速成為交流調(diào)速的一個很有潛力的發(fā)展方向。第15頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

與異步電機不同，同步電機不能采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差的方法，只能調(diào)頻調(diào)速。根據(jù)對頻率進行控制的不同方法，同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)可以分為它控式和自控式。當同步電機定子電壓頻率由一個外部頻率控制裝置進行控制時，稱為他控方式。當同步電機定子電壓頻率由其軸上位置傳感器發(fā)出的脈沖來控制變頻裝置的觸發(fā)脈沖時，稱為自控方式。第16頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

感應(yīng)電動機的變頻調(diào)速控制

第17頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六1.

概論

1.1

感應(yīng)電動機調(diào)速的概況與趨勢在相當長時期內(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，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、相競爭，目前，交流調(diào)速已進入逐步替代直流調(diào)速的時代。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，交流電動機控制技術(shù)取得了突破性進展。微處理機引入控制系統(tǒng)，促進了模擬控制系統(tǒng)向數(shù)字控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。第18頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六1.2

感應(yīng)電動機調(diào)速的基本方法

感應(yīng)電動機的調(diào)速方法分為變頻調(diào)速、變極對數(shù)調(diào)速和調(diào)轉(zhuǎn)差率調(diào)速三種。具體的說常見的基本種類有：①降電壓調(diào)速；②電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；③繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速；④繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機串級調(diào)速；⑤變極對數(shù)調(diào)速；⑥變壓變頻調(diào)速等。第19頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六感應(yīng)電動機調(diào)速的基本方法按照交流感應(yīng)電動機的基本原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率可分為兩部分：一部分是拖動負載的有效功率，即機械功率；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，顯然是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的一種標志。從這點出發(fā)，可以把感應(yīng)電機的調(diào)速系統(tǒng)分成三類。

第20頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六（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①、②、③三種調(diào)速方法都屬于這一類。在這三類感應(yīng)電機調(diào)速系統(tǒng)之中，這類系統(tǒng)的效率最低，而且它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降低（恒轉(zhuǎn)矩負載時），越向下調(diào)速，效率越低?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡單，所以還有一定的應(yīng)用場合。

第21頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六（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，大部分則通過變流裝置回饋給電網(wǎng)或者轉(zhuǎn)化為機械能予以利用，轉(zhuǎn)速越低，回收的功率越多，上述第④種調(diào)速方法——串級調(diào)速屬于這一類。這類調(diào)速系統(tǒng)的效率顯然比第一類高，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。

第22頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六（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，但在這類系統(tǒng)中，無論轉(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⑤、⑥兩種調(diào)速方法屬于此類。其中變極對數(shù)只能有級調(diào)速，應(yīng)用場合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動態(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

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變頻調(diào)速的特點

變頻調(diào)速的優(yōu)點在于：改變頻率時轉(zhuǎn)差率不變，也就是不同轉(zhuǎn)速時不變，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合。另一方面，變頻調(diào)速裝置的成本較高（盡管價錢還在降低），變頻調(diào)速原理較復(fù)雜。變頻調(diào)速的方法也有多種，按變頻器的類型分主要有交－交變頻器和交－直－交變頻器兩大類；按控制方法分有標量控制、矢量控制和感應(yīng)機的直接轉(zhuǎn)矩控制。

第24頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六感應(yīng)電機變頻調(diào)速

感應(yīng)電機，特別是籠型感應(yīng)電機，結(jié)構(gòu)簡單、牢固，價格便宜，運行可靠，無需維護，在交流傳動中得到了極為廣泛的應(yīng)用。感應(yīng)電機采用變頻調(diào)速技術(shù)后，調(diào)速范圍廣，調(diào)速時因轉(zhuǎn)差功率不變而無附加能量損失，是一種性能優(yōu)良的高效的調(diào)速方式，是交流電機調(diào)速傳動發(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的頻率變化的電壓或電流激勵均是非正弦的，除基波外，還包含大量的諧波。分析表明，決定感應(yīng)電機變頻運行特性的主要還是基波，諧波分量只起著使電機電壓或電流畸變、產(chǎn)生諧波損耗、惡化力能指標、引起轉(zhuǎn)矩脈動的作用。

第25頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六變頻調(diào)速的基本控制方式

若希望一臺感應(yīng)電機獲得良好的運行性能、力能指標，必須保持其磁路工作點穩(wěn)定不變，即保持每極磁通量額定不變。因為若太強，電機磁路飽和，勵磁電流、勵磁損耗及發(fā)熱增大；若太弱，電機力能指標下降，電機出力不夠，鐵芯也未充分利用。換句話說，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。

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從感應(yīng)電機定子每相電動勢有效值公式看

對一臺電機，其結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，則有說明只要協(xié)調(diào)地控制、，即可達到控制氣隙磁通的目的。但由于電機絕緣和供電電源的限制，電機運行頻率在基頻以下及基頻以上調(diào)速時須采取不同的控制方式。

第27頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六1.基頻以下調(diào)速

要保持氣隙磁通額定不變，必須采用恒電動勢頻率比的控制方式，即變頻過程中須維持常值。但定子電動勢為內(nèi)部量，難以直接測量、控制。

根據(jù)感應(yīng)電機定子電壓方程式

可知，當頻率較高，電動勢較大時，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。

第28頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六1.基頻以下調(diào)速當感應(yīng)電機在低頻時，定子電動勢較小，定子電阻壓降的影響不能忽略，必須有意抬高而對定子電阻壓降加以補償，才能近似維持常值。此時采用帶低頻定子電阻壓降補償?shù)暮汶妷侯l率比控制，其電壓、頻率關(guān)系如圖中曲線所示。如果電動機在不同轉(zhuǎn)速下都有額定電流，則電機能在溫升允許的情況下長期運行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。由于維持了氣隙磁通恒定，電機將作恒轉(zhuǎn)矩運行。

第29頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六2.基頻以上調(diào)速當運行頻率超過基頻時，由于變頻裝置半導(dǎo)體元件及電機絕緣的耐壓限制，電機電壓不能超過額定值，只能維持不變。隨著運行頻率的升高，的比值下降，氣隙磁通隨之減小，進入弱磁控制方式。此時，電機轉(zhuǎn)矩大體上反比頻率變化，但電機的轉(zhuǎn)速升高了，輸出轉(zhuǎn)矩與機械角速度的乘積為輸出功率近似不變，作近似恒功率運行。

第30頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六感應(yīng)電機變頻調(diào)速控制特性

第31頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六變頻器的基本構(gòu)成

變頻器的主要任務(wù)是把恒壓恒頻(constantvoltageconstantfrequency,CVCF）的交流電轉(zhuǎn)換為變壓變頻（variablevoltagevariablefrequency,VVVF）的交流電，以滿足交流電機變頻的需要。從結(jié)構(gòu)上分，變頻器可分為:交—交變頻器（亦稱直接變頻器）;交—直—交變頻器（亦稱間接變頻器）。

第32頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六交—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（橋式或零式線路）組成，當三組移相信號是一組頻率和幅值均可調(diào)的三相正弦信號時，則變頻器輸入三相交流電。

第33頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六交—交變頻器單相輸出電壓和電流波形

第34頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六交－交變頻器的主要特點

（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；（2）輸出到電動機的電流近似于三相正弦電流，附加損耗小，轉(zhuǎn)矩脈動量??；（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大，輸出頻率不能高于電網(wǎng)頻率的1/3～1/2。電源頻率為50Hz時，最大輸出頻率不超過20Hz；（5）拖動的電機一般屬于普通電機，價格便宜，但轉(zhuǎn)速較低。對于4極電機，最高轉(zhuǎn)速小于。第35頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)與負載的功率因數(shù)成正比，感應(yīng)電動機的功率因數(shù)低，電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)也低。為了提高功率因數(shù)，有時需要安裝容量較大的無功補償裝置。近年來出現(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，適用于交流電動機的四象限運行；不通過中間環(huán)節(jié)而直接實現(xiàn)變頻，效率較高。因此，這種電路的電氣性能是十分理想的。但由于還沒有理想的功率器件，還未到實際應(yīng)用階段。

第36頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六2.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逆變器同時調(diào)壓調(diào)頻的交－直－交變頻器

第37頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

交－直—交變頻器的基本結(jié)構(gòu)

第38頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

交－直—交變頻器的基本結(jié)構(gòu)

第39頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六交－直－交變頻器的主要特點

①逆變器換相條件要求電動機工作在超前功率因數(shù)區(qū)，變頻裝置容量大，過載能力低；②欲提高過載能力，需減少電動機的定子漏抗，電動機短粗，轉(zhuǎn)動慣量大，動態(tài)性能差；③電動機電流諧波分量較大。損耗增加，轉(zhuǎn)矩脈動動量大；④輸出頻率沒有特別限制。交－直－交變頻器主要適用于中小功率、轉(zhuǎn)速較高、負載較平穩(wěn)的場合，如壓縮機、擠壓機、給水泵等。

第40頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六a）電壓源型三相串聯(lián)電感式逆變器

第41頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六b）電壓源型具有輔助換流晶閘管的逆變器

第42頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六c）電流源型逆變器

第43頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

d）PWM逆變器

第44頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六變頻器的分類

變頻器的種類很多，分類方法也有很多種。通過了解它們的分類，有利于我們認識變頻器的性質(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，按應(yīng)用分，有通用變頻器和專用變頻器；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，還有如下分類方式：第45頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六1.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。變頻器的負載通常是感應(yīng)電機，其功率因數(shù)小于1，故在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總存在無功功率的交換。由于逆變器中的電力電子器件無法儲能，所以無功功率只能靠直流環(huán)節(jié)中的儲能元件緩沖。如果采用電容作為無功功率緩沖環(huán)節(jié)，直流側(cè)電源相當于一個低阻抗的電壓源，因此稱為電壓源型變頻器；如果采用電抗器作為無功功率緩沖環(huán)節(jié)，直流側(cè)電源相當于一個高阻抗的電流源，則稱為電流源型變頻器。電壓源型變頻器和電流源型變頻器的主要特點列于表1。

第46頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六第47頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六2.按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分

（1）PAM方式脈沖幅值調(diào)節(jié)方式是通過改變直流側(cè)電壓幅值進行調(diào)壓的。在變頻器中，逆變器只負責調(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調(diào)節(jié)直流電壓去實現(xiàn)。采用相控整流器調(diào)壓時，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，網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)在不考慮諧波影響時，可達到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，采用基準波信號欲載波信號比較的方法。PWM波的產(chǎn)生如圖所示。

第48頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六結(jié)論綜上可見，要減小非正弦供電時感應(yīng)電機運行性能的不良影響，關(guān)鍵是要減小和限制諧波電壓和電流。一般來說，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來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來減小所產(chǎn)生的諧波電壓及其影響。根據(jù)電機漏抗大小來選配非正弦電源及電機是調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計中需要考慮的問題。

第49頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

感應(yīng)電機的標量控制

由變壓變頻（VVVF）裝置給籠型感應(yīng)電機供電所組成的調(diào)速系統(tǒng)叫做變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。和直流電機變壓調(diào)速系統(tǒng)相似，在調(diào)速時，機械特性基本上平行地上下移動，而轉(zhuǎn)差功率不變。在各種感應(yīng)電機調(diào)速系統(tǒng)中，變壓變頻調(diào)速的效率最高，性能最好，是當前交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。

第50頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

數(shù)字控制的SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)

第51頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六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，只有當交流電壓峰值超過電容電壓時，整流電路才有充電電流流通，交流電壓低于電容電壓時，電流便立即中止，因此，輸入電流呈脈沖波形，如圖所示。這樣的電流波形會有較大的諧波分量，使電源受到污染。為了抑制諧波電流，對于容量較大的SPWM變頻器，都應(yīng)在輸入端設(shè)進線電抗器Lin也可用來抑制電源電壓不平衡的影響。

第52頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六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)動逆變器工作的SPWM信號。微機芯片主要采用8位或16位的單片機、32位的DSP，現(xiàn)在已有應(yīng)用RISC的產(chǎn)品出現(xiàn)。SPWM信號可以由微機本身用軟件實時計算機或用查表法生成，也可采用專用的SPWM集成電路芯片?，F(xiàn)代單片機本身能力很強，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、工作頻率、頻率上升時間、頻率下降時間等，還可以有一系列特殊功能的設(shè)定。第53頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六SPWM變壓變頻器的基本控制作用圖

第54頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

IGBT的基礎(chǔ)知識第55頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

IGBT的開關(guān)作用是通過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，加反向門極電壓消除溝道，流過反向基極電流，使IGBT關(guān)斷。IGBT的驅(qū)動方法和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MOSFET的溝道形成后，從P+基極注入到N一層的空穴（少子），對N一層進行電導(dǎo)調(diào)制，減小N一層的電阻，使IGBT在高電壓

時也具有低的通態(tài)電壓。

第56頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六第57頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六第58頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

IGBT的工作特性包括靜態(tài)和動態(tài)兩類：

1．靜態(tài)特性

IGBT的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開關(guān)特性。

IGBT的伏安特性是指以柵源電壓Ugs為參變量時，漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線。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。在截止狀態(tài)下的IGBT，正向電壓由J2結(jié)承擔，反向電壓由J1結(jié)承擔。如果無

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)斷電壓只能達到幾十伏水平，因此限制了IGBT的某些應(yīng)用范圍。

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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。它與MOSFET的轉(zhuǎn)移特性相同，當柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th)時，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，由于它的PNP晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其B值極低。盡管等效電路為達林頓結(jié)構(gòu)，但流過MOSFET的電流成為IGBT總電流的主要部分。第60頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六

2．動態(tài)特性

IGBT在開通過程中，大部分時間是作為MOSFET來運行的，只是在漏源電壓Uds下降過程后期，PNP晶體管由放大區(qū)至飽和，又增加了一段延遲時間。td為開通延遲時間，tr為電流上升時間。開通時間ton=td+tr+tfu1+tfu2IGBT在關(guān)斷過程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。因為MOSFET關(guān)斷后，PNP晶體管的存儲電荷難以迅速消除，造成漏極電流較長的尾部時間，ts為關(guān)斷延遲時間，tt為電壓Uds的上升時間。關(guān)斷時間toff=ts+

tt+tfi1+tfi2第61頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷時間第62頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六Sky永磁同步無齒輪曳引機介紹第63頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六包括內(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機、曳引輪及制動系統(tǒng)組成。永磁同步電動機采用高性能永磁材料和特殊的電機結(jié)構(gòu)，具有低速、大轉(zhuǎn)矩特性。曳引輪與制動輪為同軸固定聯(lián)接，并直接安裝在電動機的軸伸端；由制動體、制動輪、制動臂和制動瓦等組成曳引機的制動系統(tǒng)。曳引機工作原理是電動機動力由軸伸端通過曳引輪輸出扭矩，再通過曳引輪和鋼絲繩的摩擦來帶動電梯轎廂的運行。當電梯停止運行時則由常閉制動器通過制動瓦剎住制動輪，從而保持轎廂靜止不動。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工作原理

同步曳引機的各項性能指標設(shè)計均符合《EN81-1：1998》和《GB7588-2003》的各項有關(guān)規(guī)定，每臺曳引機出廠前都通過嚴格的質(zhì)量檢驗，對轉(zhuǎn)矩、制動力、絕緣耐壓、振動以及噪聲等各項指標均進行檢測，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量和性能符合標準規(guī)定。第64頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六a.海拔高度不超過1000m;b.機房內(nèi)的空氣溫度應(yīng)保持在0~40℃之間；c.環(huán)境相對濕度月平均值最高不大于90%；同時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氣體；e.曳引鋼絲繩直徑≤曳引輪直徑四十分之一，表面不得涂潤滑劑與其它雜物；f.曳引機必須由控制柜供電，并且工作在閉環(huán)控制方式。其額定參數(shù)以電機銘牌為準。嚴禁直接供電，以防燒毀曳引機；g.供電電壓波動與額定值偏差不超過±7%。曳引機工作條件第65頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六永磁同步曳引機制動系統(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—制動瓦12—拉桿鎖緊螺母13—拉桿14—頂桿螺釘15—制動器頂端壓縮彈簧

16—手動開閘手輪17—標尺第66頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六1—調(diào)整螺母，調(diào)整其位置可控制制動體內(nèi)部銜鐵始終處于合適的位置，保持合理的工作行程，避免合閘時沖擊銜鐵，撞擊手動開閘凸輪，發(fā)出噪聲；4—控制開閘力的形成，在“13”最大開閘間隙形成的條件下，控制制動臂的行程及制動閘瓦與制動輪的工作間隙；5—壓縮彈簧，調(diào)整其壓縮量可控制制動力的大小，壓縮量過大會導(dǎo)致制動體開閘困難；7—壓縮螺母，調(diào)整位置，可控制制動力的大??；9—頂緊螺釘，控制閘瓦與制動輪的吻合程度，(制動閘瓦與制動輪吻合越好，在相對條件下，形成的制動力就越大，工作噪聲越小)；13—拉桿，決定制動力的形成，控制最大開閘間隙；2、3、8、10—鎖緊螺母，防止在調(diào)整完成后，系統(tǒng)動作后各調(diào)整螺釘松動，致使系統(tǒng)改變；17—標尺，只是系統(tǒng)在恢復(fù)原制動力的參考標記。主要零部件功能

第67頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六曳引機由變頻器供電，曳引機的引出端U1、V1、W1與變頻器的三個相應(yīng)輸出端相連，見圖1和圖2。連線的直徑應(yīng)根據(jù)曳引機的額定電流合理選配。確保連接可靠。根據(jù)客戶要求，曳引機內(nèi)部預(yù)裝超溫保護熱敏開關(guān)，作為主機熱保護元件。熱敏開關(guān)動作溫度：130℃±5℃曳引機主回路的接線圖1WYT-Y系列曳引機接線圖圖2WYT—S系列曳引機接線圖

第68頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六出廠的曳引機抱閘制動力矩根據(jù)載荷已基本調(diào)整好，一般情況下現(xiàn)場不需重新調(diào)整。制動系統(tǒng)的制動力矩按曳引機額定轉(zhuǎn)矩的２.２倍整定，制動力矩的大小與彈簧的壓縮量成正比。曳引機安裝好后需通過靜載試驗校驗制動系統(tǒng)的制動力是否符合要求。抱閘制動力的調(diào)整

制動系統(tǒng)調(diào)整方法及調(diào)整步驟如下:第69頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六松開制動臂兩端頂桿鎖緊螺母3，用扳手沿螺紋旋向逆時針轉(zhuǎn)動頂桿螺釘4，使頂桿螺釘4與制動體頂桿螺釘14脫離，然后再順時針旋轉(zhuǎn)至與制動頂桿螺釘14剛好接觸。此時再沿螺紋旋向順時針旋轉(zhuǎn)1圈（螺距為2mm），推動制動器頂桿，使鐵心向內(nèi)移動約2mm。給制動器上電，當鐵心移動時,觀察開閘時動鐵心有無撞擊端蓋的聲音，以動鐵心不撞擊端蓋為宜，且間隙最小為好。調(diào)整好后，用頂桿鎖緊螺母3將頂桿制動臂螺釘4鎖緊1、調(diào)整制動體開閘行程

第70頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六鎖緊螺母1、2可用來調(diào)節(jié)制動器頂桿兩端壓縮彈簧15的壓力，減小合閘時的噪音。調(diào)節(jié)原則是，當給電開閘時鎖緊螺母1壓在彈簧頂端時彈簧受微力即可。調(diào)節(jié)方法，彈簧處在自由狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母1壓在彈簧頂端剛好接觸，然后再順時針旋轉(zhuǎn)1圈，再用鎖緊螺母2鎖緊螺母1即可。當壓力彈簧產(chǎn)生足夠大的壓力壓緊制動臂，使制動瓦弧面緊貼在制動輪圓周弧面上，這時調(diào)節(jié)制動瓦下端兩側(cè)的頂緊螺釘9，使頂緊螺釘9剛好頂在制動瓦下端兩平面上，但螺釘頂力不能過大，原則上頂緊螺釘9與閘瓦平面接觸后，扳動螺釘9轉(zhuǎn)300角即可，即頂緊螺釘9與制動瓦11接觸即可，然后用鎖緊螺母10鎖緊頂緊螺釘9。2、調(diào)整制動閘瓦與制動輪的吻合程度

第71頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六松開拉桿鎖緊螺母12，給制動器通電，開閘后觀察制動瓦11與制動輪兩弧面的間隙，保證制動瓦弧面下端與制動輪的弧面間隙為0.25～0.30mm，并用塞尺檢查。原則上保證制動瓦與制動輪開閘不產(chǎn)生摩擦為宜，間隙越小越好。當開閘間隙過大時，用扳手扳動彈簧拉桿13的頂端部分，沿拉桿螺紋旋向順時針旋轉(zhuǎn)，開閘間隙將減小，逆時針旋轉(zhuǎn)，開閘間隙將增大。調(diào)整到合適位置時，用拉桿鎖緊螺母12將拉桿13鎖緊。3、開閘間隙及制動臂行程

第72頁，共77頁，2023年，2月20日，星期六將壓力彈簧端的壓縮螺母7和鎖緊螺母8松開，使彈簧處于自由狀態(tài)，扳動壓縮螺母7，使彈簧墊圈6緊靠在彈簧自由端面上，受微力。將此位置作為彈簧壓力的調(diào)整基準點，調(diào)整壓緊螺母以獲得足夠的制動力。觀察兩側(cè)制動臂開閘閉合時的快慢統(tǒng)一性，當開閘時一側(cè)慢另一側(cè)快時，若制