那反转就减九十的这个方法。
同步发电机为了实现能量的转换,需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电流,称为发电机的励磁电流。
根据励磁电流的供给方式,凡是从其它电源获得励磁电流的发电机,称为他励发电机,从发电机本身获得励磁电源的,则称为自励发电机。
根据磁场的观点可把电动机的运行看成是主磁场(励磁磁场)和电枢磁场相互作用的结果。在直流电动机中,主磁场(电机空载时的空载磁场,电枢两端不接负载,且开路,励磁磁通使然)在空间是静止的,电枢是旋转的。通过换向器和电刷的换向,把电源的直流电流换成交流电流送入电枢导体,以保证在旋转过程中转子在同一空间位置的电枢导体的电流方向不变,使得电枢磁场与主磁场在空间的相对位置不变。它们之间的夹角为90度。异步电动机定子磁场与转子磁场在空间的位置也基本不变,因为负载从空载到满载的变化,转子的功率因数变化不大,且约等于1,故转子电流(转子磁场)与转子电动势基本同相,而转子电动势滞后气隙90度,所以两磁场的夹角接近90度,由此可见,直流电动机和异步电动机运行时,seta角并不随负载而变化。而同步电动机在稳定运行时seta角随负载转矩而变化,负载越大,seta就越大,当seta等于90度时,Tem(电机转矩)最大,可带负载转矩最大,当seta为负时,Tem也为负。在高频(同步转速很高)时启动,由于转子的转速跟不上,seta将在正负角度之间变化,正负转矩相互抵消,没有启动转矩。可见,三相永磁同步电机的定、转子之间的关系很大程度上决定了其运行特性。为什么说三相永磁同步电动机可以看成是一种只有三个换向片的定、转子反装的直流电动机呢?这就必须了解一下反装式直流电动机的运行原理,在此之前,还必须先了解一下直流电动机的工作原理。
对于直流电动机,由于电刷位于几何中线上,在换向器的换相作用下,是电枢磁场与主磁场始终保持垂直,不因电动机负载不同而有改变,使得电动机在最大电磁转矩状态下运行。如果设想将电动机的磁极装在转子上,电枢绕组装在定子上,换向器也装在定子上,当主磁场与电枢磁场正交时,根据电磁力定律,此时电动机电枢绕组产生最大电磁转矩,要使电枢绕组顺时针方向旋转,但是由于电枢绕组装在定子上不能转动,则由电磁转矩反作用迫使磁极做逆时针方向旋转。当磁极逆时针方向转过90电角度,此时主磁场与电枢磁场方向一致,电动机无法产生电磁转矩,因此转子会停。如果将电刷和磁极同方向以同一转速旋转,当磁极逆时针转过90度时,电刷在换向器上也同时转过90度,使主磁场与电枢磁场保持垂直,这样电动机将始终处于产生最大电磁转矩的状态下,电动机可继续旋转。这就是反装式电动机的工作原理。其电磁过程与传统直流电动机并无本质上的区别。由于使用机械换向器这种反装式直流电动机结构更加复杂,所以实际中不会采用这种反装式的直流电动机。在上述讨论中,要是主磁场与电枢磁场保持垂直必须满足一个条件,即换向片数或转子绕组的线圈数足够多,直流电动机一般都可满足这个条件,如果换向片数或转子绕组的线圈数很少,例如只有三个,那么两个磁场的角度不会保持在90度,而在其附近摆动,如60到120之间。
上述原理对发展三相永磁同步电动机很有指导意义:在反装式直流电动机中,如果电刷与磁极同步旋转,只要两个磁场相对位置保持一定,虽不是相互垂直,电动机也会持续旋转,只不过产生的电磁转矩不是最大而已,甚至两个磁场的位置可在一定的位置内变化,只要变化的电磁转矩能使电动机产生所需的平均电磁转矩即可。三相永磁同步电动机的基本原理就是建立在这种反装式直流电动机的基础上的,由晶体管与转子位置检测器代替换向器和电刷这种机械接触部件,在转子的一定位置导通一定的晶体管,是电枢绕组中的电流产生与转子转速相对应的旋转磁场,保证电枢磁场与主磁场的位置相对稳定。允许在一定范围内变化,从而获得一定的平均电磁转矩而使转子运行。
在三相永磁同步电动机中,大功率晶体管等可理解为无触点的电子开关。如果设想把反装式直流电动机的换向器和电刷去掉,而通过晶体管逆变器将直流电源转换成交流电供给其电枢绕组(直流电动机中是通过换向器把直流电源变为电枢绕组中的交流电的)。其方法为:由转子位置传感器检测转子的实际位置,,并按电枢磁场在空间上超前主磁场一定电角度的要求,控制逆变器中的相应晶体管的导通或截止,使电枢绕组中通过具有与磁场同步变化的交流电。由此产生所需的旋转磁场,使电机按要求的速度旋转。
故对于直流无刷电机的整体控制思想是:根据磁极的不同位置,以恰当的顺序去导通和截止各相出线端所连接的晶体管,保证磁极磁场滞后电枢磁场一定电角度的位置关系,类似于创造产生直流电动机电磁转矩的条件,便可使三相永磁同步电动机产生一定的电磁转矩而稳定运行。定子三相绕组中的电流确实是交变电流,电枢旋转磁场就是由这三相交流电流合成产生的。
为了保证定子三相交变电流产生的电枢磁场与磁极磁场同步旋转,且两者之间一直保持一定的相对位置关系,使电机有一定的平均电磁转矩,由与转子同轴的转子位置传感器按转子的实际位置,产生一组与转速成正比的有一定相序和频率的同步信号。这组信号经过放大及变换后,按运行要求去触发逆变器或变频器中相应的的大功率晶体管将直流电源转换为频率与转速同步的交流电源,对三相永磁同步电动机的电枢绕组供电。
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