电梯电力拖动系统

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1、 平 层 信 号 平 层 层 拖 动 系 统 减 速 层 减 速 点 信 号 启 动 层 安 全 保 护 系 统 定 向 、 选 层 门 锁 保 护 层 楼 信 号 层 楼 信 号 的 取 得 层 楼 指 示 轿 内 指 令 厅 外 召 唤 n 电 力 拖 动 系 统 组 成 ： 曳 引 电 动 机 、 供 电 系 统 、 速 度反 馈 装 置 、 电 动 机 调 速 装 置 轿 厢 升 降 运 动 的 常 见 电 力 拖 动 方 式 可 以 表 示 如 下 ： 反 抗 性 恒 转 矩 负 载 特 性(a)实 际 特 性 (b)折 算 后 的 特 性 位 能 性 恒 转 矩 负 载 特 性(a

2、)实 际 特 性 (b)折 算 后 的 特 性 二 、 直 流 电 动 机 的 调 速 方 法下 面 仅 就 他 励 直 流 电 动 机 的 调 速 方 法 作 一 般 性 的 介 绍 。 从 直 流 他 励 电 动 机 机 械 特 性 方 程 式 TKK RRKUn 2me adae 可 知 ： 改 变 串 入 电 枢 回 路 的 电 阻 Rad ； 改 变 电 枢 供 电 电 压 U或主 磁 通 ， 都 可 以 得 到 不 同 的 人 为 机 械 特 性 ， 从 而 在 负 载 不 变 时 可以 改 变 电 动 机 的 转 速 ， 以 达 到 速 度 调 节 的 要 求 ， 故 直 流 电

3、 动 机 调 速的 方 法 有 以 下 三 种 。 1、 改 变 电 枢 电 路 外 串 电 阻 Rad 直 流 电 动 机 电 枢 回 路 串 接 电 阻 后 ， 可 以 得 到 如 图 所 示 的 一 簇 机械 特 性 。 从 特 性 可 看 出 ， 在 一 定 的 负载 转 矩 TL下 ， 串 入 不 同 的 电 阻 可以 得 到 不 同 的 转 速 。 如 在 电 阻 分别 为 R a、 R1、 R2、 R3、 的 情 况 下 ，可 以 分 别 得 到 稳 定 工 作 点 A、 C、D和 E， 对 应 的 转 速 为 nA、 nB、 nC、 nD。TKK RRKUn 2me adae

4、2 改 变 电 动 机 电 枢 供 电 电 压 U 如 图 所 示 特 性 为 改 变 电 枢 供 电 电 压 U调 速 的 特 性 ： 从 特 性 可 看 出 ， 在 一 定 的 负载 转 矩 TL下 ， 电 枢 外 加 不 同 电 压可 以 得 到 不 同 的 转 速 。 如 在 电 压分 别 为 UN、 U1、 U2、 U3的 情况 下 ， 可 以 分 别 得 到 稳 定 工 作 点a、 b、 c和 d， 对 应 的 转 速 为 n a、 nb、 nc、 nd。 即 改 变 电 枢 电 压可 以 达 到 调 速 的 目 的 。 TKK RRKUn 2me adae 3 改 变 电 动 机

5、 主 磁 通 如 图 所 示 曲 线 为 改 变 电 动 机 主 磁 通 调 速 的 特 性 ： 从 特 性 可 看 出 ， 在 一 定 的 负 载 功 率 PL下 ， 不 同 的 主 磁 通 N、 1、 2、 ，可 以 得 到 不 同 的 转 速na、 nb、 nc。即 改 变 主 磁 通 可 以 达 到 调速 的 目 的 。TKK RRKUn 2me adae 4 直 流 电 动 机 的 调 速 一 、 三 相 异 步 电 动 机 的 调 速 方 法 Nmaxstmax mm TT XR URKT XUKT n nnXRS pfn 22022 22 202 00200 2260 如 在 一

6、 定 负 载 下 ， 欲 得 到 不 同 的 转 速 ，可 以 由 改 变 Tmax、 Sm、 p 和 f 四 个 参 数 入 手 ，则 相 应 地 有 如 下 几 种 调 速 方 法 。1、 调 压 调 速 改 变 电 源 电 压 时 的 人 为 机 械 特 性 如 图所 示 ： 2、 转 子 电 路 串 电 阻 调 速 原 理 接 线 图 和 机 械 特 性 如 图 所 示 ： 原 理 接 线 图 机 械 特 性 3、 改 变 磁 极 对 数 调 速 根 据 n0=60f/p可 知 ： 同 步 转 速 n0与 磁 极 对 数 p成 反 比 ， 故 可 改变 磁 极 对 数 p即 可 改 变

7、 电 动 机 的 转 速 。 常 见 的 接 线 方 法 有 以下 两 种 ： 4、 变 频 调 速 改 变 定 子 电 源 频 率 时 的 人 为 机 械 特 性 如 图 所 示 ： 异 步 电 动 机 的 转速 正 比 于 定 子 电 源 的频 率 f， 若 连 续 地 调 节定 子 电 源 频 率 ， 即 可实 现 连 续 地 改 变 电 动机 的 转 速 。 变 频 基 础 培 训 - 电气传动基础知识1 以 交 流 （ 直 流 ） 电 动 机 为 动 力 拖 动 各 种 生 产 机 械 的 系 统 我 们 称 之 为 交 流 （ 直 流 ） 电 气 传 动 系 统 ， 也 称 交 流

8、 （ 直 流 ） 电 气 拖 动 系 统 终 端 机 械 风 机 、 泵 等交 流 电 源 输 入 直 流调 速装 置 皮 带 轮 、 齿 轮 箱 等交 流调 速装 置 中 间 传 动 机 构执 行 机 构交 流 电 机直 流 输 出直 流 电 机交 流 输 出构 成定 义 变 频 器 变 频 基 础 培 训 - 电气传动基础知识2 根 据 设 备 和 工 艺 的 要 求 通 过 改 变 电 动 机 速 度 或 输 出 转 矩 改 变终 端 设 备 的 速 度 或 输 出 转 矩 。意 义 附 注 ： 并 不 是 所 有 的 设 备 使 用 电 气 传 动 装 置 后 都 可 以 节 能变 频

9、 目 的 变 频 基 础 培 训 - 电气传动基础知识3 加 减 速 时 间 和 电 机 转 矩 、 负 载 转 矩 以 及 系 统 惯 量 有 关电 力 传 动 系 统 运 动 方 程 式 ： T电 机 转 矩 T负 载 转 矩 加 速 运 行 T电 机 转 矩 SPWM波Ou t Ou t2） SPWM波用 一 系 列 等 幅 不 等 宽 的 脉 冲 来 代 替 一 个 正 弦 半 波？ 若 要 改 变 等 效 输 出 正 弦波 幅 值 ， 按 同 一 比 例 改变 各 脉 冲 宽 度 即 可 。Ou tSPWM波Ou t如 何 用 一 系 列 等 幅 不 等 宽 的 脉 冲 来 代 替

10、一 个 正 弦 半 波Ou t O wtUd-U d对 于 正 弦 波 的 负 半 周 ， 采 取 同 样 的 方 法 ， 得 到 PWM波 形 ， 因 此 正 弦 波 一 个 完 整 周 期 的 等 效 PWM波 为 ：O w tU d - U d根 据 面 积 等 效 原 理 ， 正 弦 波 还 可 等 效 为 下 图 中 的 PWM波 ， 而 且 这 种 方 式 在 实 际 应 用 中 更 为 广 泛 。 等 幅 PWM波 不 等 幅 PWM波O w tUd-U d Uo t 3） PWM波 PWM波 可 等 效 的 各 种 波 形直 流 斩 波 电 路 直 流 波 形SPWM波 正 弦

11、 波 形等 效 成 其 他 所 需 波 形 ， 如 :l 所 需 波 形 l 等 效 的 PWM波0s 5m s 10m s 15m s 20m s 25m s 30m s-20V0V20V 目 前 中 小 功 率 的 逆 变 电 路 几 乎 都 采 用 PWM技 术 。逆 变 电 路 是 PWM控 制 技 术 最 为 重 要 的 应 用 场 合 。PWM逆 变 电 路 也 可 分 为 电 压 型 和 电 流 型 两 种 ， 目 前 实 用 的PWM逆 变 电 路 几 乎 都 是 电 压 型 电 路 。 PWM逆 变 电 路 及 其 控 制 方 法 计 算 法 的 概 念 ：根 据 正 弦 波

12、 频 率 、 幅 值 和 半 周 期 脉 冲 数 ， 准 确 计 算 PWM波 各 脉 冲 宽 度 和 间 隔， 据 此 控 制 逆 变 电 路 开 关 器 件 的 通 断 ， 就 可 得 到 所 需 PWM波 形 。当 输 出 正 弦 波 的 频 率 、 幅 值 或 相 位 变 化 时 ， 结 果 都 要 变 化 。 调 制 法 ：通 常 采 用 等 腰 三 角 波 或 锯 齿 波 作 为 载 波 ； 与 任 一 平 缓 变 化 的 调 制 信 号 波 相 交 ， 在交 点 控 制 器 件 通 断 ， 就 得 宽 度 正 比 于 信 号 波 幅 值 的 脉 冲 ， 符 合 PWM的 要 求

13、。调 制 信 号 波 为 正弦 波 时 ， 得 到 的就 是 SPWM波 信 号 波 载 波 图 6-4 调 制 电 路 Ud + V1 V2 V3 V4 VD1 VD2 VD3 VD4 uo R L ur uc 计 算 法 和 调 制 法 等 腰 三 角 波或 锯 齿 波 等 腰 三 角 波 上 任 一 点 的 水 平 宽 度和 高 度 成 线 性 关 系 ， 且 左 右 对 称 ，当 它 与 任 何 一 个 平 缓 变 化 的 调 制信 号 波 相 交 时 ， 如 在 交 点 时 刻 对电 路 中 开 关 器 件 的 通 断 进 行 控 制 ，就 可 得 到 宽 度 正 比 于 信 号 波

14、 幅 值的 脉 冲把 希 望 输 出 的 波 形 作 为 调 制 信 号 ， 把 接 受 调 制 的 信 号作 为 载 波 ， 通 过 信 号 波 得 调 制 得 到 所 期 望 的 PWM波 形 图 6-5 urucuO wt O wt uo uofuoUd -Ud t 调 制 信 号 ur为 正 弦 波 ， 载 波 uc在 ur的正 半 周 为 正 极 性 的 三 角 波 ， 在 负 半 周为 负 极 性 的 三 角 波t 在 ur和 uc的 交 点 时 刻 控 制 IGBT的 通断t ur正 半 周 ， V1保 持 通 ， V2保 持 断 当 uruc时 使 V4通 ， V3断 ， uo

15、=Ud当 uruc时 使 V4断 ， V3通 ， uo=0 单 极 性 PWM控 制 方 式（ 单 相 桥 逆 变 ） t Ur负 半 周 ， V1保 持 断 ， V2保持 通 当 u ruc时 使 V3断 ， V4通 ， uo=0单 极 性 PWM控 制 方 式Ur半 个 周 期 内 三 角 波 载 波 只 在 正 极性 或 负 极 性 一 种 极 性 范 围 内 变 化 ，所 得 PWM波 形 的 控 制 方 法 表 示 uo的 基 波 分 量 信 号 波 载 波 图 6-4 调 制 电 路 Ud + V1 V2 V3 V4 VD1 VD2 VD3 VD4 uo R L ur uc 图 6

16、-6 ur ucuO wt O wt uouofuoUd -Ud 双 极 性 PWM控 制 方 式（ 单 相 桥 逆 变 ）双 极 性 PWM控 制 方 式在 u r的 半 个 周 期 内 ， 三 角波 载 波 有 正 有 负 ， 所 得PWM波 也 有 正 有 负 l 在 ur一 个 周 期 内 ,输 出 PWM波 只 有 Ud两 种 电 平l 同 样 在 调 制 信 号 ur和 载 波 信 号 uc的 交 点 时 刻 控 制哥 开 关 器 件 的 通 断l ur正 负 半 周 ， 对 各 开 关 器 件 的 控 制 规 律 相 同l 当 ur uc时 ， 给 V1和 V4导 通 信 号 ，

17、给 V2和 V3关 断 信 号 如 io0， 则 V1和 V4通 ， 如 i o0， VD1和 VD4通 ， 不 管 哪 种 情 况 uo=Udl当 uruc时 ， 给 V2和 V3导 通 信 号 ， 给V1和 V4关 断 信 号 如 io0， VD2和 VD3通 ， 不 管 哪 种 情 况 uo=-Ud 信 号 波 载 波 图 6-4 调 制 电 路 Ud + V1 V2 V3 V4 VD1 VD2 VD3 VD4 uo R L ur uc 图 双 极 性 PWM控 制 方 式 波 形ur ucuO wtO wtuou ofu oU d-U d图 单 极 性 PWM控 制 方 式 波 形ur

18、ucuO wtO wtuo uofuoUd-Ud 对 照 上 述 两 图 可 以 看 出 ， 单 相 桥 式 电 路 既 可 采 取 单极 性 调 制 ， 也 可 采 用 双 极 性 调 制 ， 由 于 对 开 关 器 件 通 断控 制 的 规 律 不 同 ， 它 们 的 输 出 波 形 也 有 较 大 的 差 别 。 图 6-8 ucurU urV urW u uUN uVN uWN uUN uUVU d -Ud O wt O O O O O wt wt wt wt wt 2 Ud 2Ud 2 Ud 2Ud 2 Ud 3 Ud32Udl uUN、 uVN和 uWN的 PWM波 形 只 有 U

19、d/2两 种 电 平l 线 电 压 波 形 uUV的 波 形 可 由 uUN-uVN得 出当 1和 6通 时 ， uUV=Ud 当 3和 4通 时 ， uUV= Ud当 1和 3或 4和 6通 时 ， uUV=0 l 逆 变 器 输 出 线 电 压 PWM波 由 Ud和 0三 种 电 平 构 成l 负 载 向 电 压 uUN可 由 下 式 求 得l 负 载 相 电 压 PWM波 由 ( 2/3)Ud、( 1/3)Ud和 0共 5种 电 平 组 成3 WNVNUNUNUN uuuuu 同 一 相 上 下 两 臂 的 驱 动 信 号 互 补 ， 为 防 止 上 下 臂 直 通而 造 成 短 路 ，

20、 在 上 下 两 臂 切 换 时 留 一 小 段 上 下 臂 都 施加 关 断 信 号 的 死 区 时 间死 区 时 间 的 长 短 主 要 由 功 率 开 关 器 件 的 关 断 时 间 决 定死 区 时 间 会 给 输 出 的 PWM波 带 来 影 响 ， 使 其 稍 稍 偏离 正 弦 波 根 据 载 波 和 信 号 波 是 否 同 步 及 载 波 比 的 变 化 情 况 ，PWM调 制 方 式 分 为 异 步 调 制 和 同 步 调 制 。通 常 保 持 fc固 定 不 变 ， 当 fr变 化 时 ， 载 波 比 N是 变 化 的在 信 号 波 的 半 周 期 内 ， PWM波 的 脉

21、冲 个 数 不 固 定 ， 相 位 也不 固 定 ， 正 负 半 周 期 的 脉 冲 不 对 称 ， 半 周 期 内 前 后 1/4周 期的 脉 冲 也 不 对 称当 fr较 低 时 ， N较 大 ， 一 周 期 内 脉 冲 数 较 多 ， 脉 冲 不 对 称 产生 的 不 利 影 响 都 较 小当 f r增 高 时 ， N减 小 ， 一 周 期 内 的 脉 冲 数 减 少 ， PWM脉 冲 不对 称 的 影 响 就 变 大 载 波 比 载 波 频 率 fc与 调 制 信 号 频 率 fr之 比 ， N= fc / fr1） 异 步 调 制 载 波 信 号 和 调 制 信 号 不 同 步 的

22、调 制 方 式 2） 同 步 调 制载 波 信 号 和 调 制 信 号 保 持 同 步 的 调 制 方 式 ， 当 变 频 时使 载 波 与 信 号 波 保 持 同 步 ， 即 N等 于 常 数 。 ucurU urV urWuu UNuVNO ttttOOOuWN2Ud 2Ud 同 步 调 制 三 相 PWM波 形基 本 同 步 调 制 方 式 ， fr变 化时 N不 变 ， 信 号 波 一 周 期 内输 出 脉 冲 数 固 定 。三 相 电 路 中 公 用 一 个 三 角波 载 波 ， 且 取 N为 3的 整 数倍 ， 使 三 相 输 出 对 称 。为 使 一 相 的 PWM波 正 负 半

23、周 镜 对 称 ， N应 取 奇 数 。fr很 低 时 ， fc也 很 低 ， 由 调制 带 来 的 谐 波 不 易 滤 除 。fr很 高 时 ， fc会 过 高 ， 使 开关 器 件 难 以 承 受 。 3） 分 段 同 步 调 制 异 步 调 制 和 同 步 调 制 的 综 合 应 用 。把 整 个 fr范 围 划 分 成 若 干 个 频段 ， 每 个 频 段 内 保 持 N恒 定 ，不 同 频 段 的 N不 同 。在 fr高 的 频 段 采 用 较 低 的 N， 使载 波 频 率 不 致 过 高 ； 在 fr低 的频 段 采 用 较 高 的 N， 使 载 波 频率 不 致 过 低 。 0

24、0.40.8 1.21.62.0 2.4 10 20 30 40 50 60 70 80 201 147 99 69 45 33 21 图 6-11fr /Hz f c /kHz为 防 止 fc在 切 换 点 附 近 来 回 跳 动 ， 采 用 滞 后 切 换 的 方 法 。同 步 调 制 比 异 步 调 制 复 杂 ， 但 用 微 机 控 制 时 容 易 实 现 。可 在 低 频 输 出 时 采 用 异 步 调 制 方 式 ， 高 频 输 出 时 切 换 到 同 步调 制 方 式 ， 这 样 把 两 者 的 优 点 结 合 起 来 ， 和 分 段 同 步 方 式 效果 接 近 。 自 然 采

25、 样 法按 照 SPWM控 制 的 基 本 原 理 ， 在 正弦 波 和 三 角 波 的 自 然 交 点 时 刻 控 制功 率 开 关 的 通 断 ， 这 种 生 成 SPWM波 形 的 方 法规 则 采 样 法 工 程 实 用 方 法 ， 效 果 接 近自 然 采 样 法 ， 计 算 量 比 自然 采 样 法 小 得 多规 则 采 样 法 规 则 采 样 法 原 理 ucuO turTcA D B O tuo tA tD tBd d d 2d 2d图 6-12 规 则 采 样 法 规 则 采 样 法 计 算 公 式 推 导正 弦 调 制 信 号 波 tau rsinr w三 角 波 一 周

26、期 内 ， 脉 冲 两 边 间 隙 宽 度 )sin1(421 Drcc taTT wdd a称 为 调 制 度 ， 0a1；wr为 信 号 波 角 频 率从 图 得 , 2/22/sin1 cDr Tta d w )sin1(2 Drc taT wd ucuO turTcA D BO tuo tA tD tBd d d 2d 2d 规 则 采 样 法 规 则 采 样 法 ： tau rr wsin 222sin1 CDr Tta d w )sin1(2 DrC taT wd DTC uruC )sin1(4)(21 DrCC taTT wdd tD 三 角 波 一 周 期 内 ， 脉 冲 两

27、 边 间 隙宽 度 为 设 正 弦 调 制 信 号 波 为 脉 冲 宽 度 为 ： 单 极 性SPWM控制 双 极 性SPWM控制 异 步 调 制 和 同 步 调 制载 波 比 载 波 频 率 fc与 调 制 信 号 频 率 fr之 比 ， N= fc / fr 。异 步 调 制 载 波 信 号 和 调 制 信 号 不 同 步 的 调 制 方 式 。 通 常 保 持 fc固 定 不 变 ，当 fr变 化 时 ， 载 波 比 N是 变 化 的 。 特 点 ： 在 信 号 波 的 半 周 期 内 ， PWM波 的 脉 冲 个 数 不 固 定 ， 相 位 也 不 固 定 ， 正 负 半周 期 的 脉

28、 冲 不 对 称 ， 半 周 期 内 前 后 1/4周 期 的 脉 冲 也 不 对 称 。当 fr较 低 时 ， N较 大 ， 一 周 期 内 脉 冲 数 较 多 ， 脉 冲 不 对 称 产 生 的 不 利 影 响 都 较 小 。当 fr增 高 时 ， N减 小 ， 一 周 期 内 的 脉 冲 数 减 少 ， PWM脉 冲 不 对 称 的 影 响 就 变 大 。同 步 调 制 N等 于 常 数 ， 并 在 变 频 时 使 载 波 和 信 号 波 保 持 同 步 。 基 本 同 步 调制 方 式 ， fr变 化 时 N不 变 ， 信 号 波 一 周 期 内 输 出 脉 冲 数 固 定 特 点 ：

29、 fr很 低 时 ， fc也 很 低 ， 由 调 制 带 来 的 谐 波 不 易 滤 除 。 fr很 高 时 ， fc会 过 高 ， 使 开 关 器 件 难 以 承 受 。 改 善 ： 采 用 分 段 同 步 调 制 。 把 逆 变 电 路 的 输 出 频 率 范 围 划 分 为 若 干 个 频 段， 每 个 频 段 内 都 保 持 载 波 比 N为 恒 定 ， 不 同 频 段 的 载 波 比 不 同 。 1 1 1 1U E I Z 根 据 上 式 可 以 将 上 图 中 曲 线 1所 描 述 的 变 频 调 速 控 制 原 则 曲 线 改画 成 曲 线 2所 示 ， 采 用 U1代 替 电

30、 动 势 E1， 而 电 压 U1易 于 检 测 和控 制 为 了 控 制 方 便 ， 采 用 曲 线 3代 替 曲 线 2， 曲 线 3所 表 达 的 控 制 原 则描 述 如 下1.当 频 率 低 于 额 定 频 率 时 ， 即 f1 flN 时 ， 应 保 持 U1/f1=C2. 当 频 率 高 于 额 定 频 率 时 ， 即 f1 f1N时 ， 应 保 持 U1=U1N不 变 。 nnnn 六 、 和 直 流 拖 动 系 统 比 较 同 步 电 机 的 基 本 工 作 原 理 与 结 构同 步 电 机 的 基 本 结 构以 汽 轮 发 电 机 为 例 :定 子 铁 心 ： 硅 钢 片

31、叠 成 。机 座 ： 钢 板 焊 接 面 成 ， 有 足 够 的 强 度 和 钢 度 。电 枢 绕 组 ： 三 相 对 称 绕 组 铜 线 制 成定 子 (电 枢 )转 子 铁 心 ： 采 用 整 块 的 含 铬 、 镍 和 钼 的 合 金 钢 锻 成护 环 ： 保 护 励 磁 绕 组 受 离 心 力 时 不 甩 出励 磁 绕 组 ： 铜 线 制 成滑 环 ： 引 励 磁 电 流 经 电 刷 、 滑 环 进 入 励 磁 绕 组中 心 环 ： 支 持 护 环 ， 阻 止 励 磁 绕 组 轴 向 移 动转 子 机 械 端 口 转 子 定 子 绕 组定 子 铁 心电 端 口A B C 返 回 返 回

32、 1、 汽 轮 发 电 机 结 构 （ 1） 定 子 铁 心 返 回 返 回 1、 汽轮 发 电机 结 构 返 回 2、 水 轮 发 电 机 结 构(1)立 式 水 轮 发 电 机 (2)卧 式 水 轮 发 电 机 2、 水 轮 发 电 机 结 构 转 子 结 构10000kW水 轮 机 转 子 引 进 600MW汽 轮 发 电 机 国 产 300MW汽 轮 发 电 机 国 产 200MW汽 轮 发 电 机 定 子 国 产 200MW汽 轮 发 电 机 定 子 铁 心 现 场 运 行 的 水 轮 发 电 机 同 步 电 机 的 基 本 工 作 原 理 与 结 构同 步 电 机 的 基 本 工

33、作 原 理 与 分 类大 小 ： 0 1 1 0444 wE . fN k 频 率 ： 60pnf 励 磁 绕 组 通 入 直 流 电 流 后 建 立 恒 定 磁场 ， 原 动 机 拖 动 转 子 以 转 速 旋 转 时 ， 其磁 场 切 割 定 子 绕 组 而 感 应 交 流 电 动 势 . n 0E相 序 ： 由 转 子 的 转 向 决 定 。波 形 ： 由 可 知 ， 波 形取 决 于 的 空 间 分 布 。( x )e B lv( x )B 按 运 行 方 式 ， 同 步 电 机 分 发 电 机 、 电 动 机 和 调 相 机 。按 结 构 型 式 ， 同 步 电 机 分 旋 转 电

34、枢 式 和 旋 转 磁 极 式 。旋 转 磁 极 式 同 步 电 机 按 磁 极 形 状 ， 又 分 隐 极 式 和 凸 极 式 两 种 。按 原 动 机 类 别 ,同 步 电 机 分 为 汽 轮 发 电 机 、 水 轮 发 电 机 和 柴油 发 电 机 等 。汽 轮 发 电 机 一 般 作 成 隐 极 式 ， 现 代 汽 轮 发 电 机 均 为 2极 ， 转 速为 3000转 /分 钟 ， 水 轮 发 电 机 采 用 凸 极 式 ， 极 数 多 ， 转 速 低 。同 步 电 动 机 、 柴 油 发 电 机 和 调 相 机 一 般 作 成 凸 极 式 。 同步电机的额定值对 同 步 发 电 机

35、 额 定 值 之 间 关 系 为 ： 3N N N N N NP S cos U I cos )(kVUN额 定 电 压额 定 运 行 时 加 在三 相 定 子 绕 组 上的 线 电 压 。 NN PS 额 定 功 率额 定 容 量 指 电 机 额 定 运 行 时 ， 输 出 功 率 的 保 证 值 。 同 步 发 电 机 是 指输 出 的 额 定 视 在 功 率 或 有 功 功 率 ， 单 位 是 KVA或 KW。 电 动 机 额 定容 量 是 指 额 定 条 件 下 转 轴 上 输 出 的 机 械 功 率 ， 单 位 是 KW。 调 相机 用 KVA或 Kvar表 示 。 )(AIN额 定

36、 电 流在 额 定 运 行 状态 下 三 相 定 子绕 组 的 线 电 流 . fNfNNNN UInf额 定 励 磁 电 压额 定 励 磁 电 流额 定 转 速额 定 效 率额 定 频 率额 定 功 率 因 数 Ncos 为 方 便 理 解 我 们 先 从 BLDC电 机 120度 直 流 方 波 控 制 来 讲 解电 机 的 基 本 工 作 原 理 ， 而 180度 控 制 原 理 则 是 在 120度 方 波 控制 的 基 础 上 加 入 正 弦 变 化 控 制 。 换 言 之 ， 针 对 电 机 最 优 的 控制 ， 要 看 电 机 的 反 电 动 势 是 方 波 还 是 正 弦 波

37、。 方 波 或 梯 形 波的 按 直 流 控 制 ， 正 弦 波 的 按 正 弦 变 化 控 制 。 无 刷 直 流 （ BLDC） 电 机 的 基 本 旋 转 需 依 靠 转 子 位 置 传 感器 检 测 的 位 置 信 息 ， 然 后 经 过 电 子 换 相 电 路 来 驱 动 控 制 同 电枢 绕 组 相 连 接 的 各 个 功 率 开 关 器 件 的 关 断 或 导 通 ， 从 而 起 到控 制 绕 组 的 通 电 状 态 ， 并 在 定 子 上 产 生 一 个 连 续 的 旋 转 磁 场 ，以 拖 动 转 子 跟 着 旋 转 。 随 着 转 子 的 不 断 旋 转 ， 传 感 器 信

38、 号 被不 断 的 反 馈 给 芯 片 ， 主 芯 片 据 此 来 改 变 电 枢 绕 组 的 通 电 状 态 ，使 得 在 每 磁 极 下 的 绕 组 中 的 电 流 方 向 相 同 。 因 此 可 以 产 生 恒定 转 矩 ， 并 使 BLDC电 机 连 续 旋 转 运 行 起 来 。 所 谓 的 120度 变 频 控 制 ， 其 实 是 采 取 两 两 导 通 方式 的 控 制 策 略 。 所 谓 两 两 导 通 方 式 指 每 一 时 刻 仅 有两 个 功 率 管 导 通 ， 每 1/6周 期 ， 开 关 管 换 相 一 次 ，而 每 次 换 相 也 即 PWM调 制 一 个 功 率

39、管 。 ， 按 此 调 制通 断 即 可 产 生 连 续 的 旋 转 电 枢 磁 势 ， 从 而 使 电 机 运转 。 注 意 这 里 对 120度 变 频 来 讲 ， 每 一 步 的 PWM的 占空 比 是 固 定 不 变 的 ， 从 而 产 生 直 流 方 波 。 这 种 控 制方 式 的 特 点 ， 简 单 方 便 ， 容 易 掌 握 。 而 180度 变 频则 不 仅 每 1/6周 期 的 PWM占 空 比 不 同 ， 而 且 每 一 个PWM脉 冲 的 占 空 比 都 在 调 整 中 ， 并 在 每 个 电 周 期 内使 电 压 按 照 正 弦 规 律 变 化 ， 对 矢 量 变 频

40、 来 讲 使 能 电流 或 磁 通 按 照 正 弦 规 律 周 期 变 化 控 制 。 电 枢 反 应 空 载 时 ， 同 步 电 机 气 隙 中 仅 有 转 子 磁 势 存 在 。 而 带 负载 后 ， 除 转 子 磁 势 之 外 ， 还 有 定 子 三 相 电 流 产 生 的 电 枢 磁 动 势 。 电枢 磁 动 势 的 存 在 ， 会 使 气 隙 中 磁 场 的 位 置 和 大 小 发 生 畸 变 ， 这 种 电枢 磁 势 影 响 主 磁 极 磁 场 的 现 象 我 们 称 之 为 电 枢 反 应 。电 枢 反 应 除 了 能 使 气 隙 磁 场 产 生 畸 变 之 外 ， 还 会 关

41、系 到 机电 能 量 转 换 ， 还 有 增 磁 或 去 磁 作 用 ， 这 对 电 机 的 运 行 性 能 会 产 生 很大 的 影 响 。 该 反 应 的 性 质 取 决 于 ， 主 磁 场 与 电 枢 磁 势 在 空 间 上 的 相对 位 置 ， 分 析 表 明 该 位 置 与 负 载 电 流 Ia和 激 磁 电 动 势E0之 间 的 相 位 差 有 关 ， 下 面 将 根 据 它 们 之 间 的 相 位 关 系 分 别 进 行分 析 。 同 相 位 时 的 电 枢 反 应与 矢 量 相 加 后 为 气 隙 合 成 磁 动 势 ， 另 外 ， 习 惯 上 用 d（ 直 轴 ）来 表 示

42、转 子 磁 极 轴 线 ， 用 q（ 交 轴 ） 来 表 示 N， S极 之 间 的 中 线 。 这 样因 为 交 轴 磁 势 的 存 在 ， 会 使 合 成 磁 势 轴 线 的 位 置 发 生 位 移 ， 并 且 幅值 也 发 生 一 定 的 变 化 。 显 然 从 图 中 可 看 出 电 枢 磁 势 的 方 向 与 气隙 磁 势 的 方 向 相 反 ， 电 枢 反 应 是 去 磁 效 果 的 。 图 3.6 =90时 的 电 枢 反 应 图 3 59 新 型 的 永 磁 同 步 电 机 转 子 结 构a)铁 氧 体 b)稀 土 永 磁 体 、 内 转 子 c) 稀 土 永 磁 体 、 外

43、转 子 (1) 省 去 了 把 旋 转 运 动 转 换 为 直 线 运 动 的 中 间 转 换机 构 ， 节 约 了 成 本 ， 缩 小 了 体 积 。(2) 不 存 在 中 间 传 动 机 构 的 惯 量 和 阻 力 的 影 响 ， 直线 电 动 机 直 接 传 动 反 应 速 度 快 ， 灵 敏 度 高 ， 随 动 性好 ， 准 确 度 高 。(3) 直 线 电 动 机 容 易 密 封 ， 不 怕 污 染 ， 适 应 性 强 。由 于 电 机 本 身 结 构 简 单 ， 又 可 做 到 无 接 触 运 行 ， 因此 容 易 密 封 ， 可 在 有 毒 气 体 、 核 辐 射 和 液 态 物

44、 质 中使 用 。直 线 电 动 机 传 动 的 特 点 (4) 直 线 电 机 散 热 条 件 好 ， 温 升 低 ， 因 此 线 负 荷 和电 流 密 度 可 以 取 得 较 高 ， 可 提 高 电 机 的 容 量 定 额 。(5) 装 配 灵 活 性 大 ， 往 往 可 以 将 电 机 与 其 他 机 件 合成 一 体 。(6) 某 些 特 殊 结 构 的 直 线 电 动 机 也 存 在 一 些 缺 点 ，如 大 气 隙 导 致 功 率 因 数 和 效 率 降 低 ， 存 在 单 边 磁 拉力 等 等 。直 线 电 动 机 传 动 的 特 点 平 板 形 直 线电 动 机 结 构 、 原

45、 理 图 直 线 电 机 的 结 构 从 旋 转 电 动 机 到 直 线 电 机 的 演 化 旋 转 电 动 机 的 定 子 和 转 子 分别 对 应 直 线 电 动 机 的 初 级 和次 级 单 边 型 直 线 电 动 机 短初级 短次级 双 边 型 直 线 电 动 机 短次级短初级 从 旋 转 电 动 机 到 圆 筒 式 直 线 电 动 机 的 演 化 圆 筒 式 结 构 圆 弧 式 直 线 电 动 机 圆 盘 式 直 线 电 动 机 2. 直 线 感 应 电 动 机 的 基 本 原 理 行 波 磁 场 在 初 级 的 多 相 绕 组 中 通 入 多 相 电 流 后 ， 也 会 产 生 一

46、 个 气 隙基 波 磁 场 ， 但 是 这 个 磁 场 的 磁 通 密 度 波 B d 是 直 线 移 动 的 ，故 称 为 行 波 磁 场 。 如 电 机 极 距 为 ， 电 源 频 率 为 f， 磁 场 移 动 速 度 为2sv f ssv vvs )1(2)1( sfvsv s 次 级 速 度 为 v ，则 滑 差 率 为 次 级 移 动 速 度 直 线 感 应 电 动 机 的 结 构 特 点 直 线 电 机 的 初 级 相 当 于 旋 转 电 机 的 定 子 。 初 级 铁 心也 是 由 硅 钢 片 叠 成 的 ， 面 开 有 槽 ， 三 相 (或 单 相 )绕 组 嵌 置 于 槽 内

47、 。 1. 初 级1)扁 平 式 初 级 结 构 2)圆 筒 式 初 级 :一 般 由 用硅 钢 加 工 成 具 有 凹 槽 的圆 环 组 成 ， 装 配 时 四 周用 螺 栓 拉 紧 。 2. 次 级 一 般 是 在 钢 板 上开 槽 ， 在 槽 中 嵌 入 铜 条 (或铸 铝 )， 然 后 用 铜 带 在 两 端短 接 而 成 。 钢 既 起 导 磁 作 用 ， 又 起 导 电 作 用 .由 于 钢 的 电 阻 率 较 大 ， 故 钢 次 级 直 线 电 机 的 电 磁 性 能较 差 ， 且 法 向 吸 力 也 大 (约 为 推 力 的 10倍 左 右 )。1） 扁 平 型 直 线 电 机

48、钢 板 上 复 合 一 层 铜 板 (或 铝 板 )。 圆 筒 式 直 线 电 机 ， 次 级 一 般 是 厚 壁 钢 管 ， 为 了 提高 单 位 体 积 所 产 生 的 起 动 推 力 ， 可 以 在 钢 管 外 圆覆 盖 一 层 12mm厚 的 铜 管 或 铝 管 ， 成 为 复 合 次 级 ，或 者 在 钢 管 上 嵌 置 铜 环 或 浇 铸 铝 环 ， 成 为 类 似 于笼 型 的 次 级 。 2） 圆 筒 型 直 线 电 机嵌 置 铜 环 或 铝 环 的 圆 筒 式 次 级 气 隙 大 ， 功 率 因 数 低3. 气 隙 直 线 电 机 的 气 隙 相 对 于 旋 转 电 机 的

49、气 隙 要 大 得 多 ， 主要 是 为 了 保 证 在 长 距 离 运 动 中 ， 初 级 与 次 级 之 间 不 致摩 擦 。 因 为 铜 或 铝 均 属 非 磁 性 材料 ， 其 导 磁 性 能 和 空 气 相 同 ， 故 ：电 磁 气 隙 =机 械 气 隙 (单 纯 的 空 气 隙 )+铜 板 或 铝 板 厚 度 直 线 电 机 轨 道 交 通一 、 直 线 电 机 轮 轨 交 通二 、 磁 悬 浮 轨 道 交 通 一 直 线 电 机 轮 轨 交 通 驱 动 原 理 传 统 的 电 传 动 内 燃 机 车 或 电 力 机 车 的 牵 引 动 力 来 自 于 传统 的 旋 转 电 机 ，

50、 它 是 依 靠 电 动 机 的 定 子 中 产 生 的 旋 转 磁 场 使得 其 中 的 转 子 转 动 起 来 ， 再 依 靠 传 动 装 置 将 动 力 传 递 到 车 轮从 而 使 列 车 获 得 牵 引 动 力 。 驱 动 装 置 都 在 车 上 ， 车 辆 产 生 动 力 之 后 传 递 到 车 轮上 ， 依 靠 车 轮 与 钢 轨 的 黏 着 力 驱 动 车 辆 向 前 行 驶 。 直 线 电 机 如 同 将 旋 转 电 机 沿 半 径 方 向 切 开 展 平 而 成 。 直 线 电 机 牵 引 的 轮 轨 交 通 车 辆 将 电 机 的 定 子 部 分 安 装在 车 辆 的 转

51、 向 架 上 ， 将 转 子 沿 线 路 铺 设 在 轨 道 中 间 。 感 应 板 要 安 置 在 轨 道 道 床 上 ， 其 与 钢 轨 、 道 床 以 及 三 轨 的 尺 寸 链关 系 至 为 重 要 。 当 电 流 通 过 定 子 电 磁 铁 线 圈 时 ， 会 产 生 向 前 方 向 的 磁 场 ， 通 过 与轨 道 反 应 板 的 相 互 作 用 产 生 牵 引 力 。 列 车 靠 车 轮 支 撑 在 轨 道 上 ， 由 于反 应 板 固 定 在 轨 道 上 ， 反 作 用 力 推 动 定 子 ， 带 动 转 向 架 和 列 车 向 前 运行 。 马 来 西 亚 吉 隆 坡 格 兰

52、 纳 再 也 线 温 哥 华 空 中 列 车 （ skytrain） 日 本 长 轨 枕 道 床 广 州 地 铁 4号 线 首 都 机 场 线 感应板 感 应 板 安 装 在 走 行 轨 之 间。 加 拿 大 在 道 床 或 轨 枕 上 预 埋 螺 栓 ， 感 应 板 固 定 在 螺 栓 上 ，铺 装 方 便 ， 易 调 整 ， 端 头 可 悬 空 。 日 本 在 轨 枕 上 预 埋 螺 栓 ， 采 用 扣 压 件 扣 压 感 应 板 ； 优 点 是稳 定 性 较 好 ； 缺 点 是 感 应 板 的 调 整 量 很 小 ， 对 轨 道 的 要 求 过 高 ，感 应 板 端 头 不 能 悬 空

53、。 广 州 地 铁 4号 线 采 用 日 本 技 术 感 应 板 安 装 有 扣 压 件 扣 压 固 定 ，感 应 板 高 度 调 整 通 过 扣 压 件 中 的 调 整 板 实 现 。 道岔 直线电机道岔主要有两个特点：1.径向转向架，小半径车辆，可采用小号码道岔；2.感应板在岔心断开，车辆依靠惯性前进。 温 哥 华 skytrain 1986 日 本 东 京 大 江 户 线 1991 纽 约 肯 尼 迪 机 场 线 2003 吉 隆 坡 格 兰 纳 再 也 线 1998 广 州 地 铁 4号 线 2005 首 都 机 场 线 2008 日 本 东 部 丘 陵 线 道 岔 三 、 直 线 电 机 在 电 梯 中 的 应 用