[直流电动机的基本结构]无刷直流电动机的基本工作原理

编辑：十堰矿用变压器厂家 日期：2018-03-17 人气：202

　　在实际应用中，永磁无刷直流电动机多采用三相桥式功率主电路形式，但为了便于说明，先从三相半桥式主电路开始分析其运行原理。[www.t262.com)

　　1.三相半桥主电路

　　下图为三相半桥式永磁无刷直流电机（P=1）三只光电式位置传感元件H1H2H3空间互差120°均匀分布，宽180°缺口遮光圆盘与电动机转子同轴安装，调整圆盘缺口与转子磁极的相对位置，使缺口边沿能反映转子磁极的空间位置。

　　该缺口位置使光电元件H1受光而输出高电平，触发导通功率开关VTl使直流电流流入A相绕组Ax，形成位于A相绕组轴线上的电枢磁势。此时圆盘缺口与转子磁极的相对位置被调整得使转子永相绕组平面磁势Ff位于B相绕组B-X平面上所示，如下图(a)所示两者相互作用产生驱动转矩，驱使转子顺时针旋转。当转子磁极转至下图(b)所示的位置时，如仍保持A相绕组通电，则电枢磁势Ff的空间角度讲减为30°并继承减小，最终造成驱动转矩消失。然而由于同轴安装的旋转圆盘同步旋转，此时正好使光电元件H2受光，H1遮光，从而功率开关VT2导通，电流从A相绕组断开转而流人B相绕组B-Y，电流换相，电枢磁势变为Fb它又在旋转方向上重新领先永磁磁势Ff150°相，两者相互作用产生驱动转矩，驱使转子顺时针继续旋转。当转子磁极旋转到下图(c)所示的位置时，同理又发生电枢电流从B相向c相的换流，保证了电磁转矩的持续产生和电动机的继续旋转，直至重新回到下图(d)或下图(a)的起始位置。

　　可以看出，由于同轴安装转子位置检测圆盘的作用，定子各相绕组在位置检测器的控制下依次馈电，其相电流为120°宽的矩形波，如下图所示。这样的三相电流使得定子绕组产生的电枢磁场和转动中的转子永磁磁场在空间始终能保持近似垂直的关系，为最大限度地产生转矩创造了条件。同时也可以看出．经历换相过程的定子绕组电枢磁场不是匀速旋转磁场而是跳跃式的步进磁场，转子旋转一周的范围内有3种磁状态，每种状态持续1／3周期(120。电角度)。可以想象，由此产生的电磁转矩存在很大的脉动．尤其低速运行时会使转速波动。为了解决这个问题，只有增加转子一周内的磁状态数，此时应采用三相桥式主电路结构。

　　2．三相桥式主电路

　　三相桥式主电路如下左图所示，功率电子开关为标准三相桥式结构，上桥臂元件VTl、VT3、VT5给各相绕组提供正向电流，产生正向电磁转矩；下桥臂元件VT4、VT6、VT2给各相绕组提供反向电流，在相同极性转子永磁磁场作用下将产生反向电磁转矩。功率元件通电方式有两两通(120。导通型)和三三通电(180。导通型)，其输出转矩大小不同。

　　(1)两两通电方式。所谓两两导通方式是指每一瞬间有两个功率管导通，每隔1／6周期(60°)电角度)换相一次，每次换相一个功率管，不同桥臂之间左右换相。每个功率管导通120°电角度。功率管的导通顺序依次为：vTl、vT2；vT2、vT3；vT3、vT4；vT4

　　VT5；VT5、VT6；VT6、VTl．．…·在这种通电方式下各导通120°电角度，每个相绕组又与

　　两个开关元件相连，各相绕组会在正、反两个方向均流过120°宽的方波电流，三相绕组中电流波形如下右图所示。

　　由于任一时刻均有一个上桥臂元件导通使某相绕组获得正向电流产生正转矩，又有一个下桥臂元件导通使另一相绕组获得反向电流产生负转矩，此时的合成转矩应是相关相绕组通电产生的正、负转矩的矢量和，如下图示。可以看出，合成转矩是一相通电时所产生转矩的&raDIC;3倍，每经过一次换相合成转矩方向转过60°电角度。一个输出周期内转矩要经历方向变换6次，从而使转矩脉动比三相半桥主电路时要平缓得多。

　　(2)三三通电方式。所谓三三导通方式是指每一瞬间有3个功率管导通，每隔l／6周期(60°）电角度)换相一次．每次换相是同一桥臂的上下管之间换相．每个功率管导通180°电角度。功率管的导通顺序依次为：VTl、VT2、VT3；VT2、VT3、VT4；VT3、VT4、VT5；VT4、VT5、VT6；VT5、VT6、VTl；VT6、VTl、VT……：可见这种方式运转一个周期，转子合成驱动转矩的图示与两两方式下是一致的，均为6种状态，不同的是此时的合成转矩的幅值是单相绕组转矩幅值的1．5倍，这是由于三相电流同时作用的结果，电动机在运行过程中的转矩矢量合成图如下图所示。

　　虽然三相永磁无刷直流电动机是应用最广泛的一种，但人们从减少转矩的脉动、扩大单机容量等角度出发，开发出了多相电动机，如四相、五相，甚至十相、十二相电动机。为了提高电动机绕组的利用率，应采用多相同时通电运行的方式。

　　篇二:基于VSC的柔性直流型输出电力系统的基本结构、基本工作原理和技术特点

　　本文了基于VSC的柔性直流型输出电力系统的基本结构、基本工作原理和技术特点，并使用ATP-EMTP软件仿真建立其模型，得出其正常工作时的谐波及其不同故障情况下的运行特点。(www.t262.com）最后总结了柔性直流型输电系统需重点研究的几个基础理论问题及其发展前景。

　　1引言

　　随着能源日益紧张和环境污染日益严重，目前中国在极力开发和利用可再生的清洁型能源。由于风能、太阳能等可再生能源利用规模的日益增大，其分散性、小规模性、离供电中心较远等问题，使得采用传统的交流输送电力系统或传统的直流输电系统显得不是很经济。

　　相关电子技术的迅猛发展以及控制技术的突飞猛进使得采用直流型输电力系统即可解决上述问题。采用基于可关断型电压源换流装置和PWM技术进行直流电输送，适合应用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市区域电网供电等诸多领域。

　　根据实际情况，特别是西电东送、全国电网联网迫在眉睫的情况下，研发直流型输电系统，建设新一代直流型输电联网系统，将会促进大规模电网合并，并逐步完善城市供电和孤岛供电等技术。

　　2柔性直流输电的系统结构和基本原理

　　与传统自然换相技术的直流型输电系统不同，VSC-HVDC(VoltageSourceConverter-HighVoltageDirectCurrent)是一种以电压源换流器、可控关断装置和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型的直流型输电技术。该技术能在短时间内实现有功率和无功率的独立解耦控制，能够自主地向无源电网供电，极易于构成多端直流型电力系统，能极大的增加供电系统的稳定性，提高电力系统的输电能力。下面将介绍VSC-HVDC的系统基本结构和基本的工作原理。

　　2.1系统结构

　　图1为柔性直流型输出电力系统的基本原理框图，两端的换流站全部采用VSC基本结构，由换流站、换流变压设备、换流电抗设备、直流电容和交流滤波电路等部分组成。

　　图2为在ATP-EMTP中建立模型如下所示：

　　其中各部分的基本作用如下：

　　电压源换流器VSC：电压源换流器的桥由功率比较大的可控制关断电子器件和反并联的二极管构成。在本论文仿真设计中，电压源换流设备采用HVDC型模块，其基本结构为12脉动控制整流装置。

　　十堰矿用变压器：十堰矿用变压器可采用常规的单相十堰矿用变压器或者三相十堰矿用变压器。常见的是采用Y/接法。

　　换流电抗：换流电抗是VSC与交流电力系统之间的功率传送的桥梁，它决定换流设备功率的大小。

　　直流电容：直流电容是VSC的基本储能元器件，缓冲桥开断的冲击电流的能量，减小直流电压谐波分量。

　　交流滤波装置：改善输出的交流电压中高次谐波分量，其容量及参数的设定依据换流器开关的频率来选定。

　　2.2工作原理

　　直流型输电系统可分为端对端直流型供电系统和多端型直流型系统两类，目前已成功运行的直流型系统基本全是两端型系统，图1所示即为两端型直流系统原理图。

　　与传统的晶闸管直流型供电有所差别，柔性直流型供电采用电压源型换流电路和PWM技术，利用IGBT可以在高速的情况下进行通断，可将PWM技术引入到VSC的基本模型中。由调制载波和三角型载波比较，产生相对应的触发脉冲，使VSC上端桥和下端桥的高频开关开通和关断，则桥中端电压uc在两端稳定电压+ud和-ud之间进行快速转换，uc再经过电抗电路滤波后则转换为电网一侧的交流输出电压US。

　　VSC的基本控制工作原理公式：

　　公式中，uc为电流转换器输出端电压的基波分量;uS为电网一侧的交流输出电压;d为uc和uS的相位差;XT为换流电抗电路的同效电抗。从式中可看出，通过调控uS，d即可较方便地控制电路输送的有功功率和无功功率。如果利用PWM技术，uc同PWM调制度M成正比关系，d是PWM调制波相位差，因此可利用PWM调制幅度M和PWM调制波相位差d，在瞬间改变电网一侧交流输出电压的相位和幅值，进而实现有功率和无功率的单独控制。

　　篇三:直流电动机的基本方程式

　　1．电压方程

　　他励磁电机

　　（1）

　　对励磁回路：

　　（2）

　　对电枢回路：

　　（3）

　　式中

　　：电枢绕组电阻，

　　：正、负一对电刷上的接触电压降，

　　：电枢回路总电阻，包括电枢绕组电阻和电刷接触电阻，

　　：励磁绕组电阻。

　　注：电动机

　　且输入电流作为电枢电流的正方向。

　　图1并励磁直流电动机等效电路（带转轴）

　　并励磁直流电机

　　（4）

　　对发电机

　　对电动机

　　励磁回路和电枢回路的电压方程仍与他励磁相同。

　　串励直流电机

　　：串励绕组中励磁电流

　　2．转矩方程

　　电动机中电枢电流与运动电势方向相反。

　　为驱动转矩，所以

　　（5）

　　：轴上输出转矩，拖动性质的转矩

　　与制动性质的负载转矩

　　及电机本身的机械阻力转矩相平衡。

　　3．电磁功率及功率方程

　　（1）电磁功率

　　采用电动机惯例

　　励磁绕组输入的功率为：

　　这部分功率全部边为励磁绕组内的电阻损耗。

　　电枢绕组输入的功率为：

　　由两部分组成：1）电枢回路铜损耗

　　2）电磁功率

　　前已[www.t262.com)证明：

　　对于电动机，

　　为电枢绕组中运动电势所吸收的电功率，

　　为电磁转矩对机械负载所作的机械功率，由于能量守恒，两者相等。是机械功率转换为电功率。所以无论是电动机还是发电机，

　　是能量转换过程中的转换功率，能量转换发生在电枢电路和机械系统之间，而

　　的大小与

　　的大小（即耦合磁场的强弱）有关。

　　直流电动机的电机内能量转换见图1。

　　（2）功率方程

　　以并励磁直流电机为例研究功率方程

　　并励电动机：

　　式中：

　　：输入功率

　　：电枢回路总铜耗

　　：励磁回路铜耗

　　（6）

　　式中：

　　：为电动机输出的机械功率

　　∴

　　（7）

　　由上式可直观的画出功率流程图

　　：杂散损耗，由于电枢有齿槽的存在产生的损耗，难于精确计算，国标规定由补偿绕组的按1%

　　，无补偿绕组的0.5%

　　估算。

上一个：没有了 下一个： 十堰矿用变压器厂家国内外市场开拓取得新进展新突破