無換向器電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)-課件

無換向器電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)無換向器電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)1第一節(jié)無換向器電動機(jī)的基本工作原理一、概述（一）同步電動機(jī)同步電動機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。

定子結(jié)構(gòu)與異步電動機(jī)相同，只要通入對稱的交流電，就會建立旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場速度表達(dá)式與異步機(jī)相同。

同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子則除了鐵心和繞組之外，還另外通有直流勵(lì)磁電源，使轉(zhuǎn)子本身有規(guī)律排列的N、S磁極，因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)時(shí)，會帶動轉(zhuǎn)子的對應(yīng)磁極一起旋轉(zhuǎn)。

穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場相同，被稱為同步電動機(jī)。2第一節(jié)無換向器電動機(jī)的基本工作原理一、概述（一）同步電動

同步電動機(jī)在同步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場等速旋轉(zhuǎn)、空間相對位置穩(wěn)定，這時(shí)的轉(zhuǎn)子、定子空間角度關(guān)系如右圖所示。輕載下θ角較小，滿載時(shí)θ角較大。同步電動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩與θ角成函數(shù)關(guān)系，θ角太小或太大都會造成拖動力矩不足。在額定工況下，θ角一般在300左右。3同步電動機(jī)在同步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場等速旋轉(zhuǎn)（二）同步電動機(jī)與異步電動機(jī)的區(qū)別同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速異步電動機(jī)異步電動機(jī)的氣隙是均勻的，而同步電動機(jī)則有凸級式和隱極式之分。凸極式的氣隙不均勻，直軸磁阻小，交軸磁阻大，因而會產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩分量，造成數(shù)學(xué)模型上的復(fù)雜性。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與異步電動機(jī)不同，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子只有鐵心和閉合繞組（或?qū)l），沒有勵(lì)磁繞組，而同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子則除了鐵心和繞組之外，還另外通有直流勵(lì)磁電源。4（二）同步電動機(jī)與異步電動機(jī)的區(qū)別同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速異步電動機(jī)異異步電動機(jī)總是在滯后的功率因數(shù)下運(yùn)行。而同步電動機(jī)的功率因數(shù)可用勵(lì)磁電流來調(diào)節(jié)，可以滯后，也可以超前。-----優(yōu)點(diǎn)同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子有獨(dú)立勵(lì)磁，在極低的電源頻率下也能運(yùn)行，因此在同樣條件下，同步電動機(jī)的調(diào)速范圍比異步電動機(jī)更寬。----優(yōu)點(diǎn)異步電動機(jī)要靠加大轉(zhuǎn)差才能提高轉(zhuǎn)矩，而同步電動機(jī)只須加大功角就能增大轉(zhuǎn)矩，同步電動機(jī)比異步電動機(jī)對轉(zhuǎn)矩?cái)_動具有更強(qiáng)的承受能力，能獲得更快的動態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。-----優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)速恒定功率因數(shù)可調(diào)，可使功率因數(shù)提高到1.0，甚至超前。在一個(gè)工廠里，只需要一臺或幾臺大容量設(shè)備采用同步電動機(jī)，就足以改善全廠的功率因數(shù)。同步電動機(jī)突出優(yōu)點(diǎn)：起動費(fèi)事，重載時(shí)有振蕩乃至失步的危險(xiǎn)。突出問題：5異步電動機(jī)總是在滯后的功率因數(shù)下運(yùn)行。而同步電動機(jī)的功率因數(shù)常用方法：“異步起動法”－－在同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極的極靴上裝設(shè)阻尼繞組，阻尼繞組所起的作用與異步電動機(jī)的籠型繞組類似，同步電動機(jī)起動時(shí)靠阻尼繞組的感應(yīng)電流受力實(shí)現(xiàn)異步起動。在升速、降速過程中，阻尼繞組還可以起到抑制振蕩的作用。異步起動的基本步驟起動前將勵(lì)磁繞組串入一適當(dāng)大小的電阻（串電阻是為了避免過高的自感電勢）后閉合，使轉(zhuǎn)子暫時(shí)不產(chǎn)生同步磁極；按照電動機(jī)的容量、負(fù)載性質(zhì)和電源的情況，采取直接起動或降壓起動，將同步電動機(jī)作為一臺異步電動機(jī)而起動；當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，將直流電流送入勵(lì)磁繞組，從而產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩將電動機(jī)牽入同步運(yùn)行。（三）同步電機(jī)的起動6常用方法：異步起動的基本步驟起動前將勵(lì)磁繞組串入一適當(dāng)大小的自控式變頻調(diào)速：用電動機(jī)軸上所帶的轉(zhuǎn)子位置檢測器或電動機(jī)反電動勢波形提供的轉(zhuǎn)子位置信號，來控制變壓變頻裝置換相時(shí)刻的系統(tǒng)。它控式變頻調(diào)速：用獨(dú)立的變壓變頻裝置給同步電動機(jī)供電的系統(tǒng)。（四）同步電動機(jī)的調(diào)速方法7自控式變頻調(diào)速：用電動機(jī)軸上所帶的轉(zhuǎn)子位置檢測器或電動機(jī)反電

對它控式變頻調(diào)速的評價(jià)優(yōu)點(diǎn)：在多臺參數(shù)一致的小容量同步電動機(jī)需要同時(shí)起動、同時(shí)調(diào)速的場合，采用一臺變頻器控制多臺小電動機(jī)，系統(tǒng)對各臺電動機(jī)的供電頻率相同，供電電壓也相同，易于群控。缺點(diǎn)：如果一臺電動機(jī)出現(xiàn)失步，將影響整個(gè)群控系統(tǒng)的正常工作。振蕩和失步問題并未解決。8對它控式變頻調(diào)速的評價(jià)8大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜9大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜9對自控式變頻調(diào)速的評價(jià)

優(yōu)點(diǎn)：在同步電動機(jī)中安裝了轉(zhuǎn)子位置檢測器BQ，根據(jù)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置來控制變頻器的供電頻率，保證定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子磁極的轉(zhuǎn)速始終處于同步狀態(tài)。避免了它控式同步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行中會失步的缺點(diǎn)。10對自控式變頻調(diào)速的評價(jià)優(yōu)點(diǎn)：在同步電動機(jī)中安裝無換向器電動機(jī)屬于一種自控式同步電動機(jī)，它由磁極位置檢測器、同步電動機(jī)和半導(dǎo)體變頻器共同組成電動機(jī)系統(tǒng)。

根據(jù)所用的變頻器型式不同，可分為直流無換向器電動機(jī)系統(tǒng)(即交-直-交電動機(jī)系統(tǒng))和交流無換向器電動機(jī)系統(tǒng)(即交-交電動機(jī)系統(tǒng))。（五）無換向器電動機(jī)11無換向器電動機(jī)屬于一種自控式同步電動機(jī)，它由磁極位無換向器電動機(jī)綜評（一）保證了逆變器的輸出電源的頻率和電動機(jī)轉(zhuǎn)速能保持同步。是區(qū)別于其他同步電動機(jī)的最顯著的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

（二）具有直流電動機(jī)的調(diào)速特性，但是沒有換向器，可以做成無接觸式。

（三）和異步電動機(jī)一樣，具有結(jié)構(gòu)簡單、不需要經(jīng)常維護(hù)和檢修等優(yōu)點(diǎn)。它既可以用作直流調(diào)速，也可以用作交流調(diào)速。

（四）無換向器電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有同步電動機(jī)的效率高、功率因數(shù)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，特別是大容量低轉(zhuǎn)速時(shí)更為突出，并且沒有同步電動機(jī)的啟動困難、重載時(shí)易振蕩失步等問題，因而得到廣泛的應(yīng)用。12無換向器電動機(jī)綜評（一）保證了逆變器的輸出電源的頻率和電動機(jī)（一）無換向器電動機(jī)的類型按容量不同晶體管電動機(jī)晶閘管電動機(jī)低壓小容量電動機(jī)，逆變器不存在換流問題可顯著簡化電動機(jī)的控制方法大功率電動機(jī)，逆變器存在換流問題晶閘管耐壓高，電流容量大，價(jià)格也相對較低二、無換向器電動機(jī)的工作原理13（一）無換向器電動機(jī)的類型按容量不同晶體交-直-交控制系統(tǒng)無換向器電動機(jī)主回路結(jié)構(gòu)14交-直-交控制系統(tǒng)無換向器電動機(jī)主回路結(jié)構(gòu)14交-交控制系統(tǒng)無換向器電動機(jī)主回路結(jié)構(gòu)15交-交控制系統(tǒng)無換向器電動機(jī)主回路結(jié)構(gòu)15（二）直流無換向器電動機(jī)的工作原理從磁場的觀點(diǎn)看，電動機(jī)的運(yùn)動是主磁場和電樞磁場相互作用的結(jié)果。直流電動機(jī)：主磁場在空間是靜止的，電樞是旋轉(zhuǎn)的，通過整流子及電刷換向，保持電樞電流方向不變，使電樞磁場與主磁場在空間的相互位置不變，夾角φ=90°；如圖（a）異步電動機(jī)：定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場在空間的位置也不變，從空載到額定負(fù)載，由于轉(zhuǎn)子cosφ2變化大，磁場夾角φ近于90°。如圖（b）同步電動機(jī)：穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，φ角隨負(fù)載而變化，空載時(shí)φ＝0°，負(fù)載愈大φ愈大，當(dāng)φ超過60°以后，將失步停轉(zhuǎn)，啟動時(shí)由于沒有恒定φ角，所以沒有啟動轉(zhuǎn)矩。如圖（c）16（二）直流無換向器電動機(jī)的工作原理從磁場的觀點(diǎn)看，電動機(jī)的AXYCBZFF（a）（b）（c）17AXYCBZFF（a）（b）（c）17無換向器電動機(jī)調(diào)速的控制對象是同步電動機(jī)，但是從它的工作原理和運(yùn)行特性來看，和直流電動機(jī)是相似的，因此，我們從直流電動機(jī)的基本原理出發(fā)來討論其工作原理?？梢?，兩磁場之間的關(guān)系，很大程度上決定了電動機(jī)的運(yùn)行性能。直流無換向器電動機(jī)相當(dāng)于有三個(gè)換向片的直流電動機(jī)，只不過換向是由晶閘管(或晶體管)來進(jìn)行，因結(jié)構(gòu)上的限制，電樞繞組及變流器靜止不動，而磁極是旋轉(zhuǎn)的，如圖所示。18無換向器電動機(jī)調(diào)速的控制對象是同步電動機(jī)，但是從它的工作原理圖4-4從直流電動機(jī)到無換向器電動機(jī)的轉(zhuǎn)化

(a)電樞旋轉(zhuǎn)

(b)磁極旋轉(zhuǎn)

(c)無換向器電動機(jī)圖(a)為直流電動機(jī)電樞依次轉(zhuǎn)過60°的幾個(gè)位置的情形，根據(jù)運(yùn)動的相對性，可以認(rèn)為電樞和換向器在空間固定不動，磁極和電刷一起向相反方向依次轉(zhuǎn)過60°，電樞中各導(dǎo)體的電流不變，如圖(b)所示。進(jìn)一步將機(jī)械的換向器用半導(dǎo)體“開關(guān)”來代替，并依次觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管，如圖4-4(c)所示，順次地使晶閘管6、1→1、2→2、3→3、4→4、5→5、6→6、1導(dǎo)通，則磁極(轉(zhuǎn)子)也將會依次轉(zhuǎn)過60°。

19圖4-4從直流電動機(jī)到無換向器電動機(jī)的轉(zhuǎn)化圖(從磁場角度分析電動機(jī)運(yùn)動情形:當(dāng)晶閘管6、1導(dǎo)通時(shí)，電流從電源正極→晶閘管1→A相繞組→B相繞組→晶閘管6→電源負(fù)極此時(shí)勵(lì)磁磁場F0與電樞磁場Fa夾角為120°，如圖4-4(c)①中Fa所示，轉(zhuǎn)子向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到F01位置時(shí)，F(xiàn)01與Fa的夾角為90°，電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大。轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到F02位置即夾角為60°時(shí)，通過控制電路，觸發(fā)晶閘管2使其導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷晶閘管6；

電樞電流轉(zhuǎn)換為從電源正極→晶閘管1→A相→c相→晶閘管2→電源負(fù)極；

Fa轉(zhuǎn)過60°，變成圖4-4(c)中②所示情形，此時(shí)F0與Fa的夾角又變?yōu)?20°，如此重復(fù)進(jìn)行，則電動機(jī)轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。由上所述，由于轉(zhuǎn)子磁極是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而決定電樞電流流向的晶閘管元件為每隔60°切換一次，因此，電樞磁勢Fa每次步進(jìn)60°，而Fa和F0之間也就保持在120°～60°范圍內(nèi)(即圍繞正交時(shí)的90°)變化，而轉(zhuǎn)矩也就圍繞最大值脈動。20從磁場角度分析電動機(jī)運(yùn)動情形:當(dāng)晶閘管6、1導(dǎo)通時(shí)，轉(zhuǎn)子繼續(xù)綜上所述，具有三個(gè)換向片的直流電機(jī)的勵(lì)磁磁場F0空間固定不變，而電樞磁場連續(xù)旋轉(zhuǎn)且每隔60°步進(jìn)一次，與勵(lì)磁磁場夾角是在60°～120°范圍變化，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩將在最小值和最大值之間變化；而無換向器電動機(jī)的勵(lì)磁磁場在空間連續(xù)旋轉(zhuǎn)，電樞磁場Fa作步進(jìn)式的旋轉(zhuǎn)，F(xiàn)a和F0之間的空間矢量關(guān)系也在60°～120°之間變化，而兩種電機(jī)的Fa始終領(lǐng)先于F0，因此電動機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。無換向器電動機(jī)與直流電動機(jī)對比21綜上所述，具有三個(gè)換向片的直流電機(jī)的勵(lì)磁磁場F0空間固定不變可以看出，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間是120°電角度，關(guān)斷時(shí)間是60°電角度，而每轉(zhuǎn)過60°電角度就有一只晶閘管換流。為此要求隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，周期性地觸發(fā)或關(guān)斷相應(yīng)的晶閘管，才能使得電樞磁場和勵(lì)磁磁場保持同步。此任務(wù)一般采用位置檢測器來完成。表4-2反轉(zhuǎn)時(shí)電樞電流方向與晶閘管導(dǎo)通順序表4-1正轉(zhuǎn)時(shí)電樞電流方向與晶閘管導(dǎo)通順序22可以看出，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間是120°電角度，關(guān)斷時(shí)間是60°直流無換向器電動機(jī)的原理圖電動機(jī)定子電樞換流是直接由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制的，電動機(jī)速度降低時(shí)，電樞磁場和勵(lì)磁磁場(轉(zhuǎn)子)相對位置關(guān)系保持不變，電動機(jī)不會失步。這就是自控式同步電動機(jī)的特點(diǎn)。

無換向器電動機(jī)又稱為頻率自控的同步電動機(jī)。23直流無換向器電動機(jī)的原理圖電動機(jī)定子電樞換流是直接由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)（三）

交流無換向器電動機(jī)的工作原理交流式和直流式中各相電樞繞組電流的導(dǎo)通順序相同。在變頻器中，每一組三相零式電路的晶閘管導(dǎo)通信號由轉(zhuǎn)子磁極的位置來決定。轉(zhuǎn)子位置檢測器發(fā)出的γ信號，由它決定該導(dǎo)通的晶閘管組；還應(yīng)根據(jù)三相電源的相位來判斷每一組零式電路究竟由哪一只晶閘管導(dǎo)通，此信號稱為α信號。α信號與γ信號的合成決定了導(dǎo)通的組以及組中的晶閘管元件。24（三）交流無換向器電動機(jī)的工作原理交流式和直流式中各相電樞晶閘管在電動機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的導(dǎo)通過程25晶閘管在電動機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的導(dǎo)通過程25（一）

反電勢換流法設(shè)在換流以前晶閘管VT1、VT2導(dǎo)通，如圖所示。電流經(jīng)由晶閘管VT1→A相繞組→C相繞組→晶閘管VT2流通。

當(dāng)電流由晶閘管VT1轉(zhuǎn)移到晶閘管VT3時(shí)，可以利用電動機(jī)反電勢自然換流，其條件是eA＞eB。即換流的時(shí)刻應(yīng)比A、B二相電壓(反電勢)波形的交點(diǎn)K適當(dāng)提前一個(gè)換流超前角γ。若在這時(shí)由轉(zhuǎn)子位置檢測器所產(chǎn)生的觸發(fā)信號使晶閘管VT3導(dǎo)通，則在晶閘管VT1、VT3和電動機(jī)A、B二相繞組之間會出現(xiàn)一個(gè)短路電流iSL，其方向如圖4-8(a)中箭頭所示。當(dāng)這個(gè)短路電流iSL達(dá)到原來通過晶閘管VT1的負(fù)載電流Id時(shí)，晶閘管VT1就因流過的實(shí)際電流下降至零而關(guān)斷，負(fù)載電流就由VT1全部轉(zhuǎn)移到晶閘管VT3，U、V兩相之間的換流過程就此結(jié)束。如若換流的時(shí)刻不是發(fā)生在提前于K的時(shí)刻，而是滯后于是K點(diǎn)，即觸發(fā)角γ為負(fù)。這時(shí)由于uB>uA，在晶閘管VT1、VT3和電動機(jī)兩相繞組之間可能再現(xiàn)的短路環(huán)流iSL的方向，將與圖4-8所示的相反，這個(gè)電流阻止晶閘管VT3導(dǎo)通，而使晶閘管VT1繼續(xù)通電，因此就不能實(shí)現(xiàn)換流的目的。三.無換向器電動機(jī)逆變器的換流26（一）反電勢換流法設(shè)在換流以前晶閘管VT1、VT2導(dǎo)通，如利用反電勢自然換流，不需要增加什么換流輔助設(shè)備，比較經(jīng)濟(jì)。但在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)要解決以下兩個(gè)方面的問題:(1)無換向器電動機(jī)利用反電勢進(jìn)行換流時(shí)，晶閘管之間的換流要保證有足夠的時(shí)間。為了保證可靠換流，通常要求實(shí)際的換流超前角至少應(yīng)保持在10°～15°之間。要滿足這個(gè)要求，可增大空載時(shí)的換流超前角γ0或限制電動機(jī)的最大瞬時(shí)負(fù)載，也可以采用空載換流超前角γ0隨負(fù)載而調(diào)節(jié)的辦法。(2)電動機(jī)在起動和低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)反電勢很小，換流不可能，為此，利用反電勢換流的無換向器電動機(jī)還必須另想辦法解決起動和低速運(yùn)轉(zhuǎn)問題。解決的辦法有二：一是采用所謂電流斷續(xù)法換流，一是利用電網(wǎng)電源換流。后一種只適用于交-交系統(tǒng)。27利用反電勢自然換流，不需要增加什么換流輔助設(shè)備，比較經(jīng)濟(jì)。但（二）

電流斷續(xù)換流法基本原理：當(dāng)晶閘管需要換流時(shí)，先設(shè)法使逆變器的直流輸入電流下降到零，迫使逆變器的所有晶閘管全部暫時(shí)關(guān)斷，然后再給需要導(dǎo)通的晶閘管發(fā)脈沖使之導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)所需要的換流過程。電流斷續(xù)換流法的主電路28（二）電流斷續(xù)換流法基本原理：當(dāng)晶閘管需要換流時(shí)，先設(shè)法使29

通常采用的斷流方法是封鎖電源或讓整流橋暫時(shí)進(jìn)入有源逆變狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)直流乃至電機(jī)電流的短時(shí)間斷流。斷流時(shí)因?yàn)橹绷髌讲娍蛊髦械碾娏鞑荒芡蛔?，可觸發(fā)晶閘管VT0進(jìn)行暫時(shí)續(xù)流，該管子在整流、逆變橋之間的電流恢復(fù)流通時(shí)，會被反向電壓自動關(guān)斷。

應(yīng)用：起動和低速下使用。在轉(zhuǎn)速升高到額定轉(zhuǎn)速的10%左右，切換至反電勢換流電流斷續(xù)換流法就是晶閘管逆變器常用一種的既簡單又經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)迫換流方法。當(dāng)電動機(jī)采用電流斷續(xù)法換流時(shí)，電動機(jī)側(cè)逆變器的空載換流超前角γ0對換流已不起決定性作用。為了增大起動轉(zhuǎn)矩，減小轉(zhuǎn)矩脈動，一般取γ0＝0°。當(dāng)電動機(jī)進(jìn)入高速運(yùn)轉(zhuǎn)階段時(shí)，γ0則根據(jù)負(fù)載進(jìn)行控制，電動機(jī)采用反電勢換流法。2929通常采用的斷流方法是封鎖電源或讓整流橋暫時(shí)進(jìn)入有(三）電源換流法

在無換向器電動機(jī)交—交系統(tǒng)中，在電動機(jī)起動和低速運(yùn)行時(shí)，由于電動機(jī)側(cè)的頻率低，在電動機(jī)側(cè)一相通電的過程中，電源側(cè)往往要經(jīng)歷幾次換流過程。交-交系統(tǒng)依靠電源換流的方式只適用于系統(tǒng)在低頻工作的情況，用以解決電動機(jī)在起動和低速運(yùn)行時(shí)的換流問題。當(dāng)電動機(jī)達(dá)到稍高轉(zhuǎn)速時(shí)，通過控制電路，可以使電動機(jī)進(jìn)入反電勢換流運(yùn)行方式。下面以圖所示的無換向器電動機(jī)中晶閘管VTrl到VTr3和VTs3的換流過程為例來討論這一問題。30(三）電源換流法在無換向器電動機(jī)交—交系統(tǒng)中，在電動機(jī)起換流以前的狀態(tài)是VTrl和VTt2,導(dǎo)通?，F(xiàn)在在VTr3的控制極上加觸發(fā)信號。如果換流超前角選擇得當(dāng)，且電動機(jī)在高速運(yùn)行，則可利用反電動勢完成自然換流過程。如果電動機(jī)運(yùn)行在起動或低速狀態(tài)下，則ea≈0，eb≈0，反電動勢eab不可能產(chǎn)生足夠的換向電流，使VTr1的電流下降至零。在VTr3觸發(fā)時(shí)不能使VTr1關(guān)斷，于是出現(xiàn)了VTr1繼續(xù)導(dǎo)電的情況。但這個(gè)連續(xù)導(dǎo)電的情況最多只能持續(xù)至相當(dāng)于三分之一電源周期的時(shí)間，在此之后，VTs3就會觸發(fā)導(dǎo)通。由于電源側(cè)工作在整流狀態(tài)，VTs3觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)必然es>eR。在電動勢eSR=eS－eR的作用下，一方面在電源S相、VTs3、VTr3和電源R相中形成環(huán)流isc，使VTs3通，VTr3關(guān)斷，如圖a所示；另一方面，它也在電源R和S二相、VTs3、電動機(jī)繞組b、a二相及VTrl之間產(chǎn)生環(huán)流isL，如圖所示。這一環(huán)流將VTrl中的電流下降至零，使其關(guān)斷，從而完成電流由a相過渡到b相的換流過程。31換流以前的狀態(tài)是VTrl和VTt2,導(dǎo)通?，F(xiàn)在在VTr3的控第二節(jié)無換向器電動機(jī)的基本特性（一）定子一相(例如U相)繞組中通一持續(xù)直流電流時(shí)

在這個(gè)電流和轉(zhuǎn)子磁場作用之下所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也將隨轉(zhuǎn)子位置的不同而按正弦規(guī)律變化，如圖所示。一、無換向器電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩但在無換向器電動機(jī)中，實(shí)際上每相繞組中通過的不是持續(xù)的直流電流，而是只通電1/3周期。那么在每個(gè)相電流和轉(zhuǎn)子磁場作用下所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也只是正弦轉(zhuǎn)矩曲線上相當(dāng)于1/3周期長的一段。且這一段曲線與繞組開始通電時(shí)的轉(zhuǎn)子相對位置有關(guān)。32第二節(jié)無換向器電動機(jī)的基本特性（一）定子一相(例如U相)（二）分析三相半波接法時(shí)的情況顯然，在圖(a)中所示瞬間觸發(fā)晶閘管，從產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的角度看來最為有利。因?yàn)樵谶@種情況下，在繞組通電120°區(qū)間里，載流導(dǎo)體正好處在比較強(qiáng)的磁場中，它所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩平均值最大，脈動小。習(xí)慣上把這一點(diǎn)作為晶閘管觸發(fā)相位的基準(zhǔn)點(diǎn)，定為γ0=0°。在γ0＝0°的情況下，電動機(jī)三相繞組通電所產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩如圖（b)所示。若晶閘管的觸發(fā)時(shí)間提前或延后，均將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的脈動增加，平均值減小。當(dāng)γ0＝30°時(shí)，電動機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩過零點(diǎn)，這會在電動機(jī)起動時(shí)出現(xiàn)死點(diǎn)，因此在三相半波接法的情況下，特別是在啟動時(shí)，γ0值不能大于30°。33（二）分析三相半波接法時(shí)的情況顯然，在圖(a)中所示瞬間觸（三）分析三相橋式接法時(shí)的情況在采用三相橋式逆變器時(shí)每相導(dǎo)通180°，由于任何一個(gè)瞬間在三相繞組中有一相通過正向電流，而另一相通過反向電流。這兩個(gè)電流分別產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的情況和上述三相半波接法時(shí)相同，只不過每相正負(fù)電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩在時(shí)間上要相差180°，如圖(a)所示；電動機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩是這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩之和，在γ0=0°的轉(zhuǎn)矩曲線，如圖(b)所示；在γ0＝60°時(shí)的轉(zhuǎn)矩如圖(c)所示。34（三）分析三相橋式接法時(shí)的情況在采用三相橋式逆變器時(shí)每相導(dǎo)通三相橋式接法與半波接法相比，可以得出：①三相橋式接法轉(zhuǎn)矩較大，脈動較??；②橋式接法時(shí)，γ0角增大到60°時(shí)，轉(zhuǎn)矩曲線才過零點(diǎn)，三相半波在γ0=30°時(shí)轉(zhuǎn)矩曲線過零點(diǎn)。35三相橋式接法與半波接法相比，可以得出：35（四）無換向器電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式根據(jù)同步電機(jī)理論可以推出無換向器電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式有如下的形式

式中，Ct為基本轉(zhuǎn)矩系數(shù)，I1m為電動機(jī)電樞電流的基波分量；CR為反應(yīng)轉(zhuǎn)矩系數(shù)；為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁所產(chǎn)生的定子磁鏈；Ld、Lq為電動機(jī)的直軸電感和交軸電感；γ0為空載換流超前角，它與電動機(jī)的功率因數(shù)角φ的關(guān)系為

36（四）無換向器電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式根據(jù)同步電機(jī)理論可以推出無當(dāng)電動機(jī)的直軸電感和交軸電感相等時(shí)，即在圓周方向上電動的磁阻是均勻的，則電動機(jī)的反應(yīng)電磁轉(zhuǎn)矩為零，只有基本電磁轉(zhuǎn)矩?；蛘咴诓挥?jì)換流重疊角μ時(shí)，使空載換流超前角γ0為零，則CR=0，反應(yīng)電磁轉(zhuǎn)矩為零，電動機(jī)的基本電磁轉(zhuǎn)矩就是其總的電磁轉(zhuǎn)矩。在這兩種情況下，無換向器電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式與直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式具有相同的形式，從而也就是具有相同的特性。實(shí)際上采用具有自關(guān)斷能力的器件構(gòu)成的無換向器電動機(jī)很容易做到γ0＝0，從而使整個(gè)電動機(jī)系統(tǒng)達(dá)到與直流電動機(jī)相同的機(jī)械特性與控制性能。所以，隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，無換向器電動機(jī)將在許多領(lǐng)域得以應(yīng)用并逐步取代傳統(tǒng)的有刷直流電動機(jī)。37當(dāng)電動機(jī)的直軸電感和交軸電感相等時(shí)，即在圓周方向上電動的磁阻（一）負(fù)載換相同步電動機(jī)的調(diào)速特性

二、無換向器電動機(jī)基本特性38（一）負(fù)載換相同步電動機(jī)的調(diào)速特性二、無換向器電動機(jī)基本特39負(fù)載換相同步電動機(jī)的速度表達(dá)式

和直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式十分類似。由以上轉(zhuǎn)速公式可以看出，改變和均可以對負(fù)載換相同步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速，即負(fù)載換相同步電動機(jī)有調(diào)壓調(diào)速和調(diào)勵(lì)磁調(diào)速兩種方法。當(dāng)然換相超前角的變化對速度也會有影響，但換相超前角

一般隨負(fù)載變化而調(diào)節(jié)，主要考慮在運(yùn)行中的安全換流問題，不用作速度調(diào)節(jié)。39393940（二）負(fù)載換相同步電動機(jī)的機(jī)械特性

取并忽略換流重疊角，負(fù)載換相同步電動機(jī)的近似機(jī)械特性表達(dá)式為：

結(jié)論:負(fù)載換相同步電動機(jī)的機(jī)械特性曲線與直流電動機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式相似。它有著良好的運(yùn)行特性和伺服控制性能。注意：在接近堵轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)械特性曲線出現(xiàn)了非線性區(qū)域，這是由于整個(gè)系統(tǒng)的非線性在接近堵轉(zhuǎn)時(shí)所表現(xiàn)出來的。4040（二）負(fù)載換相同步電動機(jī)的機(jī)械特性?。ㄈo換向器電動機(jī)的過載能力（1）利用反電動勢換流的無換向器電動機(jī)的一個(gè)突出問題是其過載能力受到逆變器換流能力的限制。當(dāng)電動機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，若換流超前角整定在γ0，在電動機(jī)承受負(fù)載后，由于同步電