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)可以看作是一臺直流電動(dòng)機(jī)，利用分析直流電動(dòng)機(jī)的辦法對它進(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。可是在無換向器電動(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，由空載對的變到負(fù)載時(shí)。這對換流是不利的。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)生的磁場對轉(zhuǎn)子有相對運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組和阻尼繞組對它有相當(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?。但是如在磁極上裝交軸補(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。◆

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