交_交变频交流励磁电机谐波的解析分析
交-交变频交流励磁电机谐波的解析分析
An Analytical Study of the H armonics in the AC Excited Machines
fed by the Cycloconverter
吴志敢 贺益康(浙江大学电机系 310027)
Wu Zhigan H e Yikang (Zhejiang University 310027 China )
摘要 研究交-交变频器供电励磁的发电、电动系统的谐波问题,给出多种结构和工作模式
交-交变频器输出谐波的解析表达;根据交流励磁电机谐波正序、负序电路模型,导出交流励磁电机空载及并网运行时电网谐波和电机谐波转矩的分析方法。通过计算实例分析和比较了几种系统的谐波特性。
关键词:交-交变频器 交流励磁 谐波Abstract The harm onic issue in the AC excited machines (ACE M )fed by the cycloconverter was stud 2ied.Based on the firstly presented analytical expressions of outputs generated by the various type cycloconvert 2ers operated in different m odes and the positive ,negative sequence harm onic equivalent circuits of ACE M ,the analysis method of harm onic v oltage ,current as well as torque in the no load or netw orked ACE M was de 2rived.The harm onic nature of various schemes were als o analyzed and com pared.
K eyw ords :Cycloconverter AC excitation Harm onics
国家自然科学基金、高等学校博士学科点专项科研基金资助项目。19990906收到稿件。
吴志敢 男,1972年生,1994年浙江大学电机系电机及其控制专业获学士学位,现在浙江大学电机系攻读博士学位,研究方向为交流调速、谐波抑制技术。
贺益康 男,1941年生,1964年毕业于清华大学电机系电机专业,现任浙江大学电机系教授,博士生导师,主要研究领域为电机及其控制,运动控制技术,电力电子技术。
Wu Zhigan was born in 1972,received his Bachelor πs degree in electrical engineering from Zhejiang University (China )in 1994.H is research interests in 2clude electrical machine and its control ,power harm onics suppression technique.
1 引言
交流励磁电机结构上是一台绕线式异步电机,
转子绕组采用三相低频交流电励磁[1,2]。改变励磁电压的幅值、频率和相位即可实现对电机运行的有效调节,用作发电机可实现变速恒频发电,独立调节有功和无功功率;用作电动机可实现变频起动和功率因数控制。此项技术对于抽水蓄能发电和变落差、多泥沙水系变速发电及大中型异步电机进相运行等场合意义重大,应用前景十分广阔。但由于中大型交流励磁电机转子一般外接交-交变频器,其输出电压富含谐波,将在发电机定子侧产生大量空载谐波电压,导致并网困难,并网后大量的谐波电
流污染电网;也增加电机损耗,产生各类脉振转矩,导致电机产生噪声与振动。因此研究交流励磁电机的电力谐波问题是此项新型发电技术实用化的关键。
交流励磁电机输出电力谐波问题已引起国内研究的注意,文献[3]对此作了很好的分析,但是仅讨论6脉波交-交变频器供电励磁情况,对谐波转矩的计算也较粗略。实际上变频器的主电路结构及控制方式对交流励磁电机电力谐波特性影响显著,故本文将对6脉波、12脉波交-交变频器有环流与无环流工作模式下输出谐波进行分析,导出交流励磁电机的谐波电压、电流和转矩的解析表达,并通过实例分析和比较几种励磁方案下系统的
电力谐波特性,为优化这种电机的输出特性,实现谐波抑制奠定分析基础。
2
交流励磁电机的谐波等效电路模型
图2 12脉波主电路结构
Fig 12 12-pulse main circuit
交流励磁电机转子电压含有滑差频率的基波和大量谐波的正、负序及零序分量。由于零序电压在无中线电机中不产生零序电流,在有中线电机中产生零序电流,但过气隙的磁通为零,可不予讨论。在非正弦供电条件下电机铁心饱和程度将有所增加,转子集肤效应加剧,但分析中可忽略铁心非线性饱和,将磁化曲线过工作点作线性化处理;忽略集肤效应对漏感的影响,仅计对电阻的修正。这样可把交-交变频器输出的基波和各次正、负序谐波电压看作一系列独立作用在电机基波或谐波等效电路转子侧的电源,据此计算各电压分量所产生的电流、转矩及其功率和损耗。
设定、转子基波频率分别为f 1、f 2,频率为f 2k +的正序转子电压谐波在定子侧产生频率为f 1k +=f 2k ++(1-s )f 1的电势和电流,相应滑差为
s k +=f 2k +/f 1k +;负序分量f 2k -对应定子侧有
f 1k -=f 2k --(1-s )f 1,s k -=f 2k -/f 1k -
采用折算到定子侧的电机等效电路,在满足f
2k >
f 1,f 1k >f 1的条件下,考虑到电机参数间的数量
关系,交流励磁电机的正、负序谐波等效电路如图1所示。其中x s 为电网基波等效电抗;k 1+=
f 1k +-/f 1,k 1-=f 1k --
/f 1;U 2k +、U 2k -为转子谐
波电压;k e =W 1k W 1/W 2k W 2为电机绕组折算系数。可见,电机的正、负序谐波等效阻抗与电机负载或转速无关,只决定于电机谐波漏抗及电网谐波电抗之和,表现出纯感抗性质。
图1 简化谐波等效电路
Fig 11 Sim plified harm onic equivalent circuit
3 交-交变频器输出电压谐波特性
电压型交-交变频器用于交流励磁时输出频率f o =f 2,输入频率f i =f 1。输出电压波形与脉波数
p 、f 2与f 1之比、输出与输入电压幅值比r o 、负载
功率因数角φo 和触发角控制方法等因素有关。为便于理论分析,假设①理想供电电网;②变频器采用理想开关器件,忽略换桥死区时间,采用开环余弦交点法触发控制;③负载电流(电机转子电流)连续。
三相交-交变频器一般都由三相零式整流桥为基本单元通过各种方式组合而成,因此,分析三相零式整流桥输出电压可导出其他型式变频器的输出电压特性,如常见的6脉波三相零式和桥式电路,以及12脉波电路型式。图2为12脉波零式、并联桥式和串联桥式一相的主电路结构。
由于交-交变频器输出电压由输入工频电压的
片段“拼凑”而成,故可采用开关函数来表示[4]。构成a 相的正、反桥输出电压通用表达式为
v P (θo )=u AB F 1[θi -π/2+f (θo )]+
u BC F 2[θi -π/2+f (θo )]+u CA F 3[θi -π/2+f (θo )]
(1)
v N(θo)=u
AB
F1[θi+π/2+f(θo)]+
u
BC
F2[θi+π/2-f(θo)]+
u
CA
F3[θi+π/2-f(θo)](2)
式中 u
AB ,u
BC
,u
CA
———变频器输入线电压瞬时值
F1(θ),F2(θ),F3(θ)———三相零式整流桥的开关函
数
θ
i
———A相输入电压相位
θ
o
———a相输出电压相位
f(θo)———相位调制函数,由触发控制
模式决定
采用余弦交点法时,若正弦输出给定
V R=r o V M sinθo
式中 V M———余弦同步信号的峰值
则 f(θo)=arcsin(r o sinθo)
在有环流工作模式下,交-交变频器输出电压为
v o=(v P+v N)
无环流工作模式下
v o=v P F P(θo)+v N F N(θo)
式中 F P(θo),F N(θo)———正、反桥的开关函数
从而可导出6脉波和12脉波有环流模式输出电压通用表达式
v o=c 33V ph
2π
r o sinθo+
1 2∑
∞
q=1
∑
3q
n=0
a(pq-1)(2n+1)
pq-1
+
a(pq+1)(2n+
1)
pq+1
×
sin(pqθi+(2n+1)θo)-sin(pqθi-(2n+1)θo)(3)
式中 V ph———变频器输入相电压幅值
其频谱分布为
f k=pqf1±(2n+1)f2
q=1,2,…,∞
n=0,1,2, (3)
无环流工作模式下则为
v o=c
33V ph
2πr o
sinθo+
1
2
∑
∞
q=
1
∑
3q
n=0
a(pq-1)(2n+1)
pq-1
+
a(pq+1)(2n+
1)
pq+1
×
sin(pqθi+(2n+1)θo)-sin(pqθi-(2n+1)θo)+
2
π∑
∞
m=0
∑
∞
n=0
a(pq-1)2n
pq-1
+
a(pq+1)2n
pq+1
×
1
2n-(2m+1)
×-cos[pqθi-
(2m+1)θo-(2n-(2m+1))φo+
cos pqθi+(2m+1)θo-(2n-(2m+1))φo+
cos pqθi-(2m+1)θo+(2n+(2m+1))φo-
cos pqθi+(2m+1)θo+(2n+(2m+1))φo×
1
2n+(2m+1)
(4)
其频谱分布为
f k=pq f1±(2n+1)f2
q=1,2,…,∞
n=0,1,2,…,∞
系数p、c与变频器类型有关:p=6为6脉波电路,p
=12为12脉波电路;c=110为6脉波零式或12脉
波零式结构,c=210为6脉波桥式或12脉波并联桥
式结构,c=40为12脉波串联桥式结构。而系数
a(pq+1)(2n+1)=1π∫2π0sin(pq±1)(arcsin r o sinθo)×
sin(2n+1)θo dθo(5)
a(pq±1)2n=1π∫2π0sin(pq±1)(arcsin r o sinθo)×
cos2nθo dθo(6)
若分别以(θo-2π/3)、(θo+2π/3)代式中的θo,
可得b相、c相的输出电压表达式。
分析以上各式可得知如下特性:
(1)在负载电流连续条件下,电压型交-交变频
器输出电压谐波表现出电源谐波性质,与一般负载
非线性引起的电网谐波不同。
(2)输出电压谐波的频率等于输入电压频率f1
与输出电压频率f2(滑差频率)不同倍数的和或差;6
脉波交-交变频器输出电压含有以6q f1为中心对
称分布的谐波群,12脉波输出电压的频谱只含前者
频谱中的12q f1谐波群部分。相同脉波数的有环流
与无环流模式变频器输出的谐波群相同,但有环流
模式的每个谐波群只包含有限项,而无环流模式含
有无穷多分量。各谐波群的主要部分都集中在前几
项,2n+1较大时对应的谐波分量幅值很小,可以忽
略。
(3)有环流模式的特定次电压谐波幅值只和输
出与输入电压比值r o有关,无环流模式下还与负载
功率因数角φo有关。相同工作模式的6脉波或12
脉波变频器输出的同一谐波成分具有相同的相对幅
值(以基波幅值为基值),与脉波数无关。
(4)三相输出电压各次谐波分量的相序由基波
相序和±(2n+1)之值共同确定。若±(2n+1)s之
前为正,则当2n+1=6k+1(k为非负整数)时,相
应的谐波电压为正序,当2n+1=3k时为零序,当
2n+1=6k-1时为负序;而当±(2n+1)s为负时,
11
第14卷第6期吴志敢等 交-交变频交流励磁电机谐波的解析分析
正、负序与上述相反。可见同一频率的谐波电压可同时含有正、负序及零序分量。
4 空载及并网运行时谐波电压、电流和转矩分析
电机空载时,k=f1k/f1次定子谐波电压为
U1k=U2k′=k e U2k/S k
式中 U2k———变频器输出电压谐波有效值
采用定子电压基值为U N,转子基值为变频器最大可输出电压V max的标幺值系统时,谐波电压标幺值为
U31k=U2k′/U N=k e U32k V max/(s k U N)=C U U32k/s k
(7)式中 C U=k e V max/U N
其中V max随交流励磁电机转速和功率调节范围扩大而增大。可见为使发电机顺利并网,此调节范围不宜设计得过大。
并网运行时,定子谐波电流为I1k=I2k′,若定子电流基值取I N,则谐波电流标幺值为
I31k=U2k′/(kxI N)=C I U32k/(f2k x)(8)
式中 C I=C U f1U N/I N,
x=x s+x1σ+x2σ
可见,过大的C U同样会导致过大的谐波电流I31k;且I31k基本上与I1无关,故I1较小时谐波电流畸变率较大。
电机定、转子时间基波和各次谐波电流分别建立各自的空间基波和谐波磁势,同次数的定、转子空间磁势合成后又会建立各自的基波和谐波气隙磁场。由于空间基波、谐波的次数决定了极数,而空间高次谐波可以忽略,这样在同一极数下时间基波和谐波的次数、相序决定了磁场旋转速度和方向。据此,电机的电磁转矩有以下几种成分:
(1)定、转子基波电流与它们建立的气隙磁场相作用产生的平均电磁转矩,这是异步电机的基本转矩
T1≈±pmU1I1cos<1/(2πf1)(9)式中 cos<1———电机电网侧功率因数
(2)定、转子对应的谐波电流与由其建立的气隙谐波磁场相作用产生的恒定谐波转矩T ad k,其中k 次谐波电流产生的转矩为
T ad k=±P em k/Ωk=±pmI21k r1K R/(2πf1k)(10)或 T ad k/T1=(I1k/I1)2(f1/f1k)(I1r1K R)/(U1cos<1)
(11)这部分附加转矩数量很小,可以忽略。
(3)转子谐波或基波电流与剔除对应谐波或基波之外的所有谐波气隙磁场之间相互作用引起的谐波脉振转矩T k,其主要部分是转子谐波电流与基波
磁场作用产生的脉振转矩。谐波脉振转矩的频率与产生它的谐波电流频率及相序有关。f2k+谐波电流合成正转磁势对应转矩脉振频率为f Tk=f2k+-f2 =f1k+-f1;f2k-谐波电流合成反转磁动势,对应转矩脉振频率为f Tk=f2k-+f2=f1k-+f1。这样在变频器输出谐波电流中,f2k=6qf1+(6k+1)f2与f2k =6qf1+(6k-1)f2之间,以及f2k=6qf1-(6k+ 1)f2与f2k=6qf1-(6k-1)f2之间都将产生相同脉振频率的转矩。图3为基波与折算到定子侧的k1-和k1+次谐波的综合矢量图。图中基波磁场角速度为ω
1
,k1-次谐波的综合矢量U-、I-以k1-ω1顺时针旋转,k1+次谐波的综合矢量U+、I+以k1+ω1逆时针旋转,它们与基波磁场相对转速都是kω1=(k1+ +k1-)ω1/2,转矩脉振频率都是kω1。设在t=0时, a相谐波电压U a-、U a+对基波电压U a1的初始相位分别为δ-、δ+,k-、k+次谐波的功率因数角分别为
φ
-
、φ+,气隙基波磁场Ψ1的初始相位角为φ1u,则I-、I+与Ψ1作用产生的电磁转矩分别为
T1k-=I-×Ψ1=I-Ψ1sin(π-δ-+φ1u+φ--kω1t)
(12)
T1k+=I+×Ψ1=I+Ψ1sin(δ++φ1u-φ++kω1t)
(13)二者合成了频率为kω1的脉振转矩
T k=Ψ1(I-2+I+2-2I-I+cosα)1/2cos(kω1t+β)
(14)式中 α=δ+-δ--φ++φ-+2φ1u+π
由此得k倍频脉振转矩的幅值为
|T k|=Ψ1(I-2+I+2-2I-I+cosα)1/2(15)
由于谐波等效电路呈纯感抗性质,故φ+=φ-=π/2,而在中大型电机中φ1u≈π/2,从而α=δ+-
δ
-
,即脉振转矩幅值与相应谐波电压的初始相位差有关。
21电工技术学报1999年12月
图3 谐波电压、电流综合矢量图
Fig13 S pace vectors of harm onic v oltage and current
5 计算实例
作为对以上理论分析结果的验证,选用一台三相6极绕线式异步电机进行谐波数值分析。电机定、转子绕组均为Y接,P N=250kW,U N=500V,f N =50H z,ηN=9315%,cosφN=019,k e=11032,s N= 0102,r1=010146Ω,x1σ=01086Ω,r2′=010182Ω,x2σ′=010793Ω,x m=31413Ω。6脉波交-交变频器输出相电压有效值为V2N=110V。
表1是交流励磁电机接入无穷大电网的工况,滑差s=0105,调制比r o=011,变频器输出功率因表1 接入无穷大电网,s=0105,r o=011,f2=215H z
T ab11 Linked with in finite power supply
f2k f1k
/f2
f Tk
/f2
无环流
I31k T k/T1
有环流
I31k T k/T1
6f1-f2=119f2(n)1001200115012101050110 6f1+f2=121f2(p)14012001090105
6f1-5f2=115f2(p)13411401020102
6f1+5f2=125f2(n)10612601020102
6f1-7f2=113f2(n)941140102
6f1+7f2=127f2(p)1461260102
6f1-11f2=109f2(p)12810801010101
6f1+11f2=131f2(n)11213201010101
6f1-13f2=107f2(n)881080101
6f1+13f2=133f2(p)1521320101
12f1-f2=239f2(n)2202400104010601020104 12f1+f2=241f2(p)26024001020102
12f1-5f2=235f2(p)25423401010101
12f1+5f2=245f2(n)22624601010101
12f1-7f2=233f2(n)214234
12f1+7f2=247f2(p)266246
TH D 12脉波01050103 6脉波01180108
注:括号内的p表示正序分量,n表示负序分量。数角φo=+150°,电机电网侧功率因数cos<1≈1,定子电流I1=208126A。此工况下T k/T1≈I1k/I1,由于C U=k e V max/U N≈014较大,r o又很小,并网运行时最大谐波电流出现在f2k=6f i±f o,谐波转矩相加,脉振转矩非常大。
表2是交流励磁电机空载运行的工况,s=012, r o≈015,φo≈+90°。此时变频器最大谐波出现在6f i±3f o,这些分量在三相电路中互相抵消,定子侧电压的谐波总畸变率TH D不太显著。
表2 电机空载运行,s=012,r o=015,f2=10H z
T ab12 N o load operation of ACE M
f2k
f1k
/f2
无环流
U32k U31k
有环流
U32k U31k
6f1-f2=29f2(n)2501123010420110501036 6f1+f2=31f2(p)3501088010400110501048 6f1-5f2=25f2(p)2901007010040101501006 6f1+5f2=35f2(n)3101036010120101501006 6f1-7f2=23f2(n)19010280101001001
6f1+7f2=37f2(p)41010270101201001
6f1-11f2=19f2(p)230101701008
6f1+11f2=41f2(n)370101701006
6f1-13f2=17f2(n)130101501004
6f1+13f2=43f2(p)470101501006
12f1-f2=59f2(n)5501035010140103301012 12f1+f2=61f2(p)6601031010140103301014 12f1-5f2=55f2(p)5901139010600106101026 12f1+5f2=65f2(n)6101017010060106101022 12f1-7f2=53f2(n)4901033010120102301008 12f1+7f2=67f2(p)7101013010060102301010 TH D
12脉波01304010640120601040
6脉波01446010900136401074表3是交流励磁电机接入每相母线电抗为01045Ω的电网的工况,s=1/3,r o=019,φ0=+ 120°,此时cos<1=0184超前,I1=135169A。在变频器输出频率较高情况下,低次谐波相当丰富,影响非常严重,6脉波交-交变频器无法适应交流励磁要求,必须采用较强的抑制措施。
31
第14卷第6期吴志敢等 交-交变频交流励磁电机谐波的解析分析
表3 接入母线电抗x s =01045Ω的电网,s =1/3,r o =019
T ab 13 Linked with power supply of s ource impedance x s
f 2k
f 1k /f 2f Tk /f 2
无环流
I 31k
T k /T 1U 31k
有环流
I 31k
T k /T 1U 31k
6f 1-f 2=17f 2(n )15180105101100010180102301055010086f 1+f 2=19f 2(p )211801032
010*******
01008
6f 1-5f 2=13f 2(p )15120119201124010520110601084010296f 1+5f 2=23f 2(n )21240101301025010070106001053010296f 1-7f 2=11f 2(n )912010920109401037010386f 1+7f 2=25f 2(p )2724010080100401017
01009
6f 1-11f 2=7f 2(p )9
6010160103501002
6f 1+11f 2=29f 2(n )2730010030100501002
12f 1-f 2=35f 2(n )333601007010150100401001010020100112f 1+f 2=37f 2(p )393601006
010*******
0100112f 1-5f 2=31f 2(p )3330010030101001002010010100112f 1+5f 2=41f 2(n )39420100301007010030100101001
12f 1-7f 2=29f 2(n )2730010090100601007010070100412f 1+7f 2=43f 2(p )454201003
01002010040100501004
12f 1-11f 2=25f 2(p )272401043010410102201021010190101112f 1+11f 2=47f 2(n )4548010010100201001010110101101011
TH D
12脉波010470102401026010176脉波
01228
0111301134
01060
6 结论
本文给出了交-交变频交流励磁电机电力谐波
的解析表达,可对多种系统和运行工况进行定性和定量分析。由于电机谐波等效电路频率折算系数
s k 在低次谐波时较小,谐波影响相对较大,因而
交-交变频器用于交流励磁时可适用的输出频率范围比其他应用场合下更小。有环流模式谐波影响比无环流模式有所改善;12脉波变频器比6脉波变频器则有明显的优势,可适用于交流励磁电机较广的工况范围,应是交流励磁电机首选的变频器主电路型式。
参考文献
1 约翰M D 墨菲著1交流电机的可控硅控制1臧英杰等
译1北京:中国铁道出版社,19811
2 臧英杰等1交流电机的变频调速1北京:中国铁道出版
社,19841
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报,1997(1)
4 Pelly B R.Thyristor phase 2controlled converters and cyclocon 2verters.John Wiley &S ons Inc ,1971.
(上接第26页
)
图8 V s =300V ,I 0=5A 时MOSFET 管V DS 和V G S 波形
Fig 18 The V DS and V G S waveforms of MOSFET,when V s =300V ,I 0=
5A
图9 I 0=5A 时变压器一次绕组电流波形Fig 19 The primary side current waveform of trans former ,when V s =300V ,I 0=5A
6 结束语
通过实验验证了本文给出的零电压开关准谐振半桥变换器参数设计方法和系统闭环模型是正确的。另一方面,由于谐振型零电压开关变换器具有开关频率高,体积小,效率高等特点,因此,非常适用于270V 飞机高压直流电源系统中的二次变换器。
参考文献
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社,1995:232～266
4
1电工技术学报1999年12月
发电机励磁原理及构造
发电机原理及构造——发电机的励磁系统 众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二节管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 左图为常用的电抗移相相复励励磁系统线路图。由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK 移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 左图为三次谐波原理图，对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 由左图可以看出，可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（A VR），控制可控硅的导通角来调节励磁电流大小而维持发电机端电压的稳定。 四、无刷励磁原理 无刷励磁主要用于西门子、斯坦福、利莱等无刷发电机。它是利用交流励磁机，其定子上的剩磁或永久磁铁（带永磁机）建立电压，该交流电压经旋转整流起整流后，送入主发电机的励磁绕组，使发电机建压。自动电压调节器（A VR）能根据输出电压的微小偏差迅速地减小或增加励磁电流，维持发电机的所设定电压近似不变。 中小型三相同步发电机的技术发展概况 一．概述 中小型同步发电机是中小型电机的主要产品之一，广泛应用于小型水电站、船舶电站、移动电站、固定电站、应急备用电站、正弦波试验电源、变频电源、计算机电源及新能源――风力发电、地热发电、潮汐发电、余热发电等。它对边（疆）老（区）贫（穷）地区实现电气化，提高该地区经济发展水平和人民的生活水平有着重要的作用，中小型发电机在船舶、现代电气化火车内燃机车等运输设备中也是一个关键设备。移动电站对国防设施、工程建设、海上石油平台、陆上电驱动石油钻机、野外勘探等也是不可缺少的关键装备之一。应急备用电站在突发事件中的防灾、救护保障人民的生命和财产的安全有着不可替代的作用。开发绿色能源、可再生能源、减少大气二氧化碳的含量，小水电、风力发电、地热发电和余热发电是重要的组成部分。 我国小型同步发电机的第一代产品是1956年电工局在上海组织的统一设计并于1957年完成的TSN、TSWN系列农用水轮发电机。第二代产品是在进行了大量试验研究和调查研究的基础上于1965年开始的T2系列小型三相同步发电机统一设计，该水平达到六十年代国际先进水平，为B级绝缘的有刷三相同步发电机。在这段时间还开发了ST系列有刷单相同
直流电机与交流电动机的区别
直流电机与交流电动机的区别 区别就是驱动电源的种类不同，交流电机是交流，直流电机是直流。 交流电机是定子所形成的旋转磁场在转子上感应出电势后产生的旋转动力。 转速一般是固定的转速。但由于其结构简单，供电电源方便，所以大量使用于工业企业中。小到家用冰箱洗衣机吸尘器，大到机床，等等，都使用交流电机。 直流电机的定子是一个固定磁场，直流电通过转子的电刷在其周围形成变化的磁场，从而在定子内转动。 由于交流比较容易获得，比较容易输送，所以目前我们所使用的电动机械大部分都是交流电机驱动的，交流电机应用更广泛一些。 直流电机是磁场不动，导体在磁场中运动；交流电机是磁场旋转运动，而导体不动. 直流电动机分为定子绕组和转子绕组.定子绕组产生磁场.当通直流电时.定子绕组产生固定 极性的磁场.转子通直流电在磁场中受力.于是转子在磁场中受力就旋转起来.直流电机构造 复杂.造价高. 交流电动机分定子绕组和转子导体.转子导体形状像鼠笼，导体与导体之间用硅钢片.有的交流电动机转子也有绕组. 三相异步电动机的旋转原理 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，三相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，定子绕组产生旋转磁场后，转子导体（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速低于旋转磁场的转速不同步。为此我们称三相电动机为异步电动机。 直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。 交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的不同分为单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等。
变频器谐波的影响及控制作用分析
龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/0b17802248.html, 变频器谐波的影响及控制作用分析 作者：孟涛曹美乐 来源：《城市建设理论研究》2013年第09期 摘要：随着电子技术的迅速发展，开关电源的应用日益普及，给电网造成污染，干扰其它设备的正常工作。针对变频器广泛应用的现状，本文简单地探讨了变频器谐波的影响及控制作用。 关键词：变频器；谐波影响；控制作用 中图分类号：F407.63 文献标识码：A 文章编号： 引言：变频器的使用给人们带来了方便和巨大的利益，它必将更为普遍的使用。但是由于它所特有的工作方式，给公用电网带来了一定的破坏，成为电网谐波污染源之一，所以，分析和研究抑制谐波的方法将成为一个非常重要的课题。 1谐波的危害我们知道，变频器对电容量大的电网和大型的电力系统所造成的影响几乎没有，对于那些容量小的电力系统，变频器谐波产生的危害是巨大的，谐波电压和电流对于公共电网的干扰是明显的，使用电设备的环境改变，给他周围的通信系统和其他设备都能带来一定的危害。那么，谐波对电力系统及其周围环境带来的危害都有哪些呢？供电线路的电能损失 严重。供电线路的肌肤效应和临近效应，使其本身的电阻会随着频率的提高而增大，这就造成了电能的浪费。中性线平时的电流过流量极小，因此导线较细，可是刚线路存在大量的三次谐波通过中线是，会因电阻突然增大产生大量的热，以至于导线绝缘皮层老化、损坏、使用寿命缩短，极有可能造成火灾。最近发生的好多商业大厦火灾，专家分析极有可能是导线的电流过大造成的。谐波影响其共同工作环境中其他设备正常使用。谐波对发电机的影响主要有功率 损耗过大、发热、震动、噪音、过电压。对短路器的影响主要是延长其故障时的断开电源的时间。这也是工业电机使用发生伤亡事故的主要原因。供电系统电网产生谐振。共同频率下， 用于供电系统的装备电容器有着不同的用途，他们的抗干扰能力要比其他电路强的多，不可能有谐振产生。但谐波频率时，抗敢能力大幅下降而感抗值是成倍增长的，这样就极有可能出现谐振，谐波电流增大，导致电容器及其他设备即刻被烧毁。谐波能引起公用电网其连接的局 部电网的并联、串联谐振，使谐波放大，造成极大的危害。谐波使安全保护设备失灵。谐波 的产生会使电磁继电器和自动保护装置发出错误的指令，使工业仪表和电能计量表产生的误差加大。谐波的产生的危害进一步扩大到了对电力用户的危害，对通信系统的通信信号产生干扰，严重的能使通信系统处于瘫痪。影响电子仪表的工作精密度，设备的使用寿命缩短，家用电器使用工况下降等。 2谐波危害的解决措施变电器的使用极大的方便了人们的生活，可它的危害也是并存的。电脑和一些电子敏感产品的普遍使用，使人们对供电的质量要求也越来越高，全球许多国家和地区都制定了各自谐波的标准，用来减少谐波造成的污染。总体来说，谐波危害的解决措施有
同步电动机的起动
同步电动机的起动 1.同步电机的基本原理 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。 图1.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。 转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场（也称主磁场、转子磁场）气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。 除了转场式同步电机外，还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分 布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。图中用AX BY CZ三个在空间错开120分布的线圈代表三相对称交流绕组。 —OO + ―-定子铁心』2—转子* 3—滑环F 4—电刷"5—磁力线 图1.1同步电机结构模型 1.1工作原理 主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主
磁场。 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。感应电势有效值：每相感应电势的有效值为E o =4.44fN 感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n和极对数p，即 f=p n/60 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。 1.2同步转速 同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz，故有： n=60f/p=3000/p 要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min ，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。 1.3运行方式 同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。 分析表明，同步电机运行于哪一种状态，主要取决于定子合成磁场与转子主极磁场之间
直流电机与交流电机的区别
直流电机与交流电机的区别 电动机的作用是将电能转换为机械能。电动机分为交流电动机和直流电动机两大类。 (一) 交流电动机及其控制 交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。 1. 三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机的构造也分为两部分：定子与转子。 （1）定子： 定子是电动机固定部分，作用是用来产生旋转磁场。它主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。 （2）转子： 转子是重点掌握的部分，转子有两种，鼠笼式与绕线式。掌握他们各自的特点与区别。鼠笼式用于中小功率（100K以下）的电动机，他的结构简单，工作可靠，使用维护方便。绕线式可以改善启动性能和调节转速，定子与转子之间的气隙大小，会影响电动机的性能，一般气隙厚度为之间。 掌握定子绕组的接线方法。 2. 三相异步电动机的工作原理 掌握公式n1=60f/P、S=(n1-n)/n1、n=(1-S)60f/P，同时明白它们的意义（很重要），要能够灵活运用这些公式，进行计算。同时记住：通常电动机在额定负载下的转差率SN约为。书上的例题要重点掌握。 3. 三相异步电动机铭牌上的数据 （1）型号：掌握书上的例子。 （2）额定值：一般了解，掌握额定频率和额定转速，我国的频率为50赫兹。（3）连接方法：有Y型和角型。 （4）绝缘等级和温升：掌握允许温升的定义。 （5）工作方式：一般了解。 4. 三相异步电动机的机械特性 掌握额定转矩、最大转矩与启动转矩的关系。书上的公式要掌握并能灵活运用进行计算。同时记住以下内容： （1）在等速转动时，电动机的转矩必须和阻转矩相平衡。 （2）当负载转矩增大时，最初瞬间电动机的转矩T（3）一般三相异步电动机的过载系数是. （4）电动机刚启动时n=0,s=1.
变频器高次谐波干扰的五大危害
1）变压器电流谐波将增加铜损，谐波电压将增加铁损，其综合结果就是使得变压器的温度上升。谐波还可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振，从而产生噪声污染。 2）变频器当变频器输入电压发生畸变，输入电流峰值增大，就使得变频器整流二极管及电解电容负担加重，容易产生过电压或者过电流，导致变频器的运行不正常。由于变频器属于电力电子装置，很容易感受谐波失真而误动作，从而影响变频器的工作性能和使用寿命。 3）电动机电机绕组存在杂散电容，谐波主要引起电动机的附加发热，导致电动机的额外温升，使得电动机的机械效率下降。谐波的产生还会引起绕组不均匀处过热导致的绝缘层损坏、电机转矩脉冲及噪声的增加。 4）供电线路高频谐波电流使线路阻抗随着频率的增加而提高，对供电线路产生了附加谐波损耗，造成电能的浪费，并且导体对高频谐波电流的集肤效应使线路的等效阻抗增加，导致线路压降增大，输出电缆的截面要相应增大。 5）电力电容器工频状态下，电力系统装设的电容器比系统中的感抗要大得多。但在谐波频率较高时，感抗值成倍增加而容抗值大幅减少，这就可能出现谐振，谐振造成异常电流进入电容器，导致电容器过热，绝缘破坏直至烧毁。 此外，谐波可能导致开关设备、保护电器的误动作，影响计量仪表测量精度。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有 10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关变频器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.sodocs.net/doc/0b17802248.html,。
(完整版)同步电动机励磁柜原理
励磁柜 介绍一些同步电动机励磁柜的基本知识，希望大家能了解并多交流一下同步电动机励磁柜的基本知识。 一.KJLF11 具有以下特点： 1.转子励磁采用三相全控整流固接励磁线路； 2.与同步电动机定子回路没有直接的电气联系；3.实现了按同步电动机转子滑差，顺极性自动投励。按到达亚同步转速（95%）时投入励磁，使同步电动机拖入同步运行； 4.具有电压负反馈自动保持恒定励磁； 5.起动与停车时自动灭磁，并在同步电动机异步运行时具有灭磁保护； 6.可以手动调节励磁电流，电压进行功率因数调整，整流电压可以从额定值的10%至125%连续调节；7.交流输入电源与同步电动机定子回路来自同一段母线；8.同步电动机正常停车5 秒钟之内，本设备整流电路和触发电路的同步电源不容许断电；9.灭磁电阻RFD1 和RFD2 的阻值为所配的转子励磁绕组直流电阻的 5 倍，其长期容许电流为同步电动机额定励磁电流的15%；10.当同步机矢步运行时，可以发出矢步信号，用于报警或跳闸；11.输入电源为380V. 二.保护电路：（1）.过压保护：1.同步电动机异步运行时，转子感应过电压由灭磁环节将放电电阻RFD1-2 接入，消除开路过电压。 2.主电路可控硅元件的换向过电压由并接于元件两端的阻容电路吸收。（RC4-9) 3.整流变压器一次侧分，合闸引起的操作过电压由RC1-3 组成的阻容吸收装置来抑制。4.为使同相两桥臂上可控硅元件合理的分担自直流侧的过电压，设置了R10-15 均压电阻来保护。（2）过电流保护： 1.与可控硅串联的快速熔断器是作为直流侧短路保护用，快熔熔断时，保护环节可发出声响报警信号，跳开同步电动机定子侧电源开关，切断励磁。 2.短路电流发生在整流变压器二次侧时，其一次侧空气开关脱扣器顺动，切断电源。 3.直流侧过负荷时，空气开关脱扣器或热继电器动作。但整定值应保证强励磁30 秒内不动作。 三. 励磁线路各环节的工作电压均由同步电源变压器供给，其工作原理如下：同步电动机起动过程中，灭磁环节工作，使转子感应交变电流两半波都通过放电电阻，保证电机的正常起动。起动过程中，整流电路可控硅处于阻断状态，当电
同步电动机的工作原理
同步电动机的工作原理 同步电动机 转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电动机。其转子转速n 与磁极对数p、电源频率f之间满足n=f/p。转速n决定于电源频率f，故电源频率一定时，转速不变，且与负载无关。具有运行稳定性高和过载能力大等特点。常用于多机同步传动系统、精密调速稳速系统和大型设备(如轧钢机)等。 同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因数的。 同步电动机在结构上大致有两种： 1、转子用直流电进行励磁。它的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。磁场线圈是由一只小型直流发电机或蓄电池来激励，在大多数同步电动机中，直流发电机是装在电动机轴上的，用以供应转子磁极线圈的励磁电流。 由于这种同步电动机不能自动启动，所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用。鼠笼绕组放在转子的周围，结构与异步电动机相似。 当在定子绕组通上三相交流电源时，电动机内就产生了一个旋转磁
场，鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电流，从而使电动机旋转起来。电动机旋转之后，其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速，此时转子磁场线圈经由直流电来激励，使转子上面形成一定的磁极，这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极，这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。 2、转子不需要励磁的同步电机 转子不励磁的同步电动机能够运用于单相电源上，也能运用于多相电源上。这种电动机中，有一种的定子绕组与分相电动机或多相电动机的定子相似，同时有一个鼠笼转子，而转子的表面切成平面。所以是属于显极转子，转子磁极是由一种磁化钢做成的，而且能够经常保持磁性。鼠笼绕组是用来产生启动转矩的，而当电动机旋转到一定的转速时，转子显极就跟住定子线圈的电流频率而达到同步。显极的极性是由定子感应出来的，因此它的数目应和定子上极数相等，当电动机转到它应有的速度时，鼠笼绕组就失去了作用，维持旋转是靠着转子与磁极跟住定子磁极，使之同步 同步电动机的起动方法： 同步电动机只有在定子旋转磁场与转子励磁磁场相对静止时，才能得到平均电磁转矩。如将静止的同步电动机励磁后直接投入电网，这时定子旋转磁场与转子磁场间以同步转速n1作相对运动，转子受到交变的脉动转矩，其平均值为零，电机不能起动。所以必须借助其他方式来起动。
直流电动机与交流电动机的比较
直流电动机与交流电动机的比较 【摘要】本文着重介绍了直流电机与交流电机的不同点，旨在提高工程中对电机的识别和选择的能力，提高实践教学中教师的理论水平。 【关键词】绕组；电磁转矩；直线 电机是一种将电能与机械能进行相互转换的电磁装备，在自动控制系统中，它作为一种将电压信号或电流信号转变为转轴的角速度或角位移输出的执行元件，应用日益广泛。 根据电源性质的不同，电机分为直流电动机和交流电动机，两者的工作原理及力矩产生的方式基本相同，其输出功率一般为0.1～10kW。两者都具有调速范围宽、机械特性和调节特性好、无自转现象、动态响应快等特点。但两者比较起来除了各自的应用场合不同外，还有以下四个方面的不同。 一、结构 要实现能量转换，电路和磁场之间必须有相对运动，所以旋转电机就要具备静止的定子和转动的转子两大部分。 直流电机的定子由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。其中主磁极的铁心通常由硅钢片冲制叠压而成，特别是永久式直流伺服电机的定子上安装由永久磁钢制成的磁极，经充磁后产生气隙磁场。直流伺服电机的转子由电枢铁芯和电枢绕组、换向器等组成。 交流电机的定子由定子铁芯、定子绕组和机座组成，定子铁芯中安放着两种绕组，一相作为励磁绕组，另一相作为控制绕组[1]。转子由转子铁芯、转子绕组和转轴组成，其中笼形转子用高电阻率的导电材料（如黄铜等）制造。这是因为转子电阻越大，Sm减小，转速可调范围D就越大。 二、控制方法 对于直流电机，有电机学公式[2]， 电枢电流和电磁转矩的关系为 两式结合得： 由此可知，在电磁转矩不变的情况下，改变电枢电压或励磁磁通，都可以改变电机的转速。通过改变电枢电压来控制电机转速的方法称为电枢控制；通过调节磁通来控制转速的方法称为磁极控制。 对于交流电机，控制包括启动、制动和调速等，这里只分析调速。 电机学中， 可知，异步电动机有下列三种基本调速方法： 1.改变定子极对数p调速。 2.改变电源频率f调速。 3.改变转差率s调速。 特别的是在伺服电机如单相异步电机，可以改变励磁绕组和控制绕组的电压幅值和两者之间的相位来可以改变电机的磁场的大小、方向和形状，这样也可以达到控制电机的效果。 三、静态特性 电机的静态特性（static characteristics）包括机械特性[3]和调节特性。提前说明的是这里所做的分析都是假设磁路趋于饱和（非饱和），电刷位于几何中心线，气隙磁通恒定的条件下进行的。
谐波标准及变频器谐波干扰的解决方法
谐波标准及变频器谐波干扰的解决方法 谐波标准及变频器谐波干扰的解决方法 一、前言 采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点而被越来越多的应用。但是，由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。变频器干扰主要有：一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生传导干扰，引起电网电压畸变（电压畸变率用THDv表示，变频器产生谐波引起的THDv在10~40%左右），影响电网的供电质量；二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器的正常工作。 二、谐波和电磁辐射对电网及其它系统的危害 1.谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。 2.谐波可以通过电网传导到其它的用电器，影响了许多电气设备的正常运行，比如谐波会使变压器产生机械振动，使其局部过热，绝缘老化，寿命缩短，以至于损坏；还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。 3.谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振，从而使谐波放大。 4.谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置的误动作，使电气仪表计量不准确，甚至无法正常工作。 5.电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰，严重时使系统无法得到正确的检测信号，或使控制系统紊乱。 一般来讲，变频器对电网容量大的系统影响不十分明显，这也就是谐波不被大多数用户重视的原因。但对系统容量小的系统，谐波产生的干扰就不能忽视。 三、有关谐波的国际及国家标准 现行的有关标准主要有：国际标准IEC61000-2-2，IEC61000-2-4，欧洲标准EN61000-3-2， EN61000-3-12，国际电工学会的建议标准IEEE519-1992，中国国家标准GB/T14549-93《电能质量共用电网谐波》。下面分别做简要介绍： 1.国际标准 IEC61000-2-2标准适用于公用电网，IEC61000-2-4标准适用于厂级电网，这两个标准规定了不给电网造成损害所允许的谐波程度，它们规定了最大允许的电压畸变率THDv.
直流(DC)与交流(AC)伺服电机及驱动
目录 直流(DC与交流(AC伺服电机及驱动 (1 1.直流(DC伺服电机及其驱动 (1 (1直流伺服电机的特性及选用 (1 (2直流伺服电机与驱动 (2 (3PWM直流调速驱动系统原理 (3 2.交流(AC伺服电机及其驱动 (4 直流(DC与交流(AC伺服电机及驱动 1.直流(DC伺服电机及其驱动 (1直流伺服电机的特性及选用 直流伺服电机通过电刷和换向器产生的整流作用,使磁场磁动势和电枢电流磁动势正交,从而产生转矩。其电枢大多为永久磁铁。 直流伺服电机具有较高的响应速度、精度和频率,优良的控制特性等优点。但由于使用电刷和换向器,故寿命较低,需要定期维修。 20世纪60年代研制出了小惯量直流伺服电机,其电枢无槽,绕组直接粘接固定在电枢铁心上,因而转动惯量小、反应灵敏、动态特性好,适用于高速且负载惯量较小的场合,否则需根据其具体的惯量比设置精密齿轮副才能与负载惯量匹配,增加了成本。 直流印刷电枢电动机是一种盘形伺服电机,电枢由导电板的切口成形,导体的线圈端部起换向器作用,这种空心式高性能伺服电机大多用于工业机器人、小型NC 机床及线切割机床上。
宽调速直流伺服电机的结构特点是励磁便于调整,易于安排补偿绕组和换向极,电动机的换向性能得到改善,成本低,可以在较宽的速度范围内得到恒转速特性。永久磁铁的宽调速直流伺服电机的结构如下图所示。有不带制动器a和带制动器b两种结构。 电动机定子(磁钢1采用矫顽力高、不易去磁的永磁材料(如铁氧体永久磁铁、转子(电枢2直径大并且有槽,因而热容量大,结构上又采用了通常凸极式和隐极式永磁电动机磁路的组合,提高了电动机气隙磁通密度。同时,在电动机尾部装有高精密低纹波的测速发电机,并可加装光电编码器或旋转变压器及制动器,为速度环提供了较高的增量,能获得优良的低速刚度和动态性能。 日本发那科(FANUC公司生产的用于工业机器人、CNC机床、加工中心(MC 的L系列(低惯量系列、M系列(中惯量系列和H系列(大惯量系列直流伺服电机。其中L系列适合于频繁启动、制动场合应用,M系列是在H系列的基础上发展起来的,其惯量较H系列小,适合于晶体管脉宽调制(PWM驱动,因而提高了整个伺服系统的频率响应。而H系列是大惯量控制用电动机,它有较大的输出功率,采用六相全波
交-交变频交流励磁电机谐波的解析分析
交-交变频交流励磁电机谐波的解析分析 吴志敢贺益康 摘要研究交-交变频器供电励磁的发电、电动系统的谐波问题，给出多种结构和工作模式交-交变频器输出谐波的解析表达；根据交流励磁电机谐波正序、负序电路模型，导出交流励磁电机空载及并网运行时电网谐波和电机谐波转矩的分析方法。通过计算实例分析和比较了几种系统的谐波特性。 关键词：交-交变频器交流励磁谐波 An Analytical Study of the Harmonics in the AC Excited Machines fed by the Cycloconverter Wu Zhigan He Yikang (Zhejiang University 310027 China) Abstract The harmonic issue in the AC excited machines (ACEM)fed by the cycloconverter was studied.Based on the firstly presented analytical expressions of outputs generated by the various type cycloconverters operated in different modes and the positive,negative sequence harmonic equivalent circuits of ACEM,the analysis method of harmonic voltage,current as well as torque in the no load or networked ACEM was derived.The harmonic nature of various schemes were also analyzed and compared. Keywords:Cycloconverter AC excitation Harmonics 1 引言 交流励磁电机结构上是一台绕线式异步电机，转子绕组采用三相低频交流电励磁［1，2］。改变励磁电压的幅值、频率和相位即可实现对电机运行的有效调节，用作发电机可实现变速恒频发电，独立调节有功和无功功率；用作电动机可实现变频起动和功率因数控制。此项技术对于抽水蓄能发电和变落差、多泥沙水系变速发电及大中型异步电机进相运行等场合意义重大，应用前景十分广阔。但由于中大型交流励磁电机转子一般外接交-交变频器，其输出电压富含谐波，将在发电机定子侧产生大量空载谐波电压，导致并网困难，并网后大量的谐波电流污染电网；也增加电机损耗，产生各类脉振转矩，导致电机产生噪声与振动。因此研究交流励磁电机的电力谐波问题是此项新型发电技术实用化的关键。 交流励磁电机输出电力谐波问题已引起国内研究的注意，文献［3］对此作了很好的分析，但是仅讨论6脉波交-交变频器供电励磁情况，对谐波转矩的计
关于电机齿谐波
关于削弱齿谐波 齿谐波产生的原因： 电枢铁心表面开有槽，尤其大型电机几乎都是开口槽，使得气隙磁通的波形会受到电枢齿槽的影响（齿下气隙较小，磁导大；而槽口处气隙较大，磁导小），齿谐波就是因为在转子不同的位置磁路磁阻不同产生的。 在齿槽电机的谐波中，次数为2mq+-1的谐波有这样一个特点：其短距系数和分布系数与基波的短距系数和分布系数相同，这就是说采用短距和分布绕组并不能削弱这些谐波的含量比，因为是与基波同等程度的削弱。 证明如下： 基波短距系数Kd1=sin(y1/τ*π/2) 2mq+-1次谐波的短距系数： Kd(2mq+-1)=sin[(2mq+-1)* y1/τ*π/2]=sin(mqy1π+- y1/τ*π/2)=+-sin(y1/τ*π/2) =+-Kd1 基波分布系数Kp1=sin(qα/2)/(q*sin(α/2) 2mq+-1次谐波的分布系数： Kp(2mq+-1)=sin((2m+-1) qα/2)/(q*sin((2m+-1) α/2) =sin((2m+-1) *π/2/m)/[q*sin[(2m+-1)* π/(2mq)] =sin(q*π+- qα/2)/(q*sin(π+-α/2) =+-Kp1
2mq+-1次谐波就是一阶齿谐波 2mqν+-1是ν阶齿谐波。 阶数越高，影响越小。 削弱齿谐波的方法： 1、对谐波来讲，次数越高，其幅值越小，对电机的影响也就 越小，对2mqν+-1齿谐波，对电机影响最大的是一阶齿谐波2mq+-1，由此可见，增大m或q都可以提高谐波的次数，因此可以削弱齿谐波。 2、减小气隙磁导的变化。措施有半闭口槽、闭口槽，磁性槽 楔。 也可以增大磁路的磁阻，例如增大气隙，这样可减小齿槽引起磁导变化所占的百分比。 采用闭口槽可以参照小伺服电机的结构，定子是拼装式，采用极距为一的分数槽绕组，把绕组绕在齿上，然后再拼装起来，如图所示： 3、采用分数槽绕组
变频器谐波危害分析及解决措施
变频器谐波危害分析及解决措施 摘要：本文从谐波的概念入手，结合变频器的内部结构的相关知识,分析变频器谐波产生的原因及其危害,在此基础上提出了抑制谐波的常用方法. 关键词：变频器谐波危害抑制 前言：在工业调速传动领域中，与传统的机械调速相比，用变频器调速有诸多优点，顾其应用非常广泛，但由于变频器逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载，变频器在现场通常与其它设备同时运行，例如计算机和传感器，这些设备常常安装得很近，这样可能会造成相互影响。因此，以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一，其对电力系统中电能质量有着重要的影响。 一、变频器原理及其谐波的产生 变频器是工业调速领域中应用较广泛的设备之一，目前已在企业大量使用。变频器一般采用是交-直-交结构（如图一所示），它是把工频（50HZ）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，变频调速装置用于交流异步电动机的调速，调速范围广、节能显著、稳定可靠。
（图一）一般通用变频器为交－直－交结构 众所周知，电机的转速和电源的频率是线性关系。 变频器就是利用这一原理将50Hz的工频电通过整流和逆变转换为频率可调方向的交流电源。变频器输入部分为整流电路，输出部分为逆变电路，这些都是由非线性原件组成的，在开断过程中，其输入端和输出端都会产生高次谐波。另外变频器输入端的谐波还会通过输入电源线对公用电网产生影响。 从结构上来看，变频器有交-直-交变频器和交-交变频器之分。目前应用较多的还是交-直-交变频器。变频器主电路为交-直-交，外部输入380V/50HZ工频电源，经三相桥式不可控整流成直流电压，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可调的交流信号。 在电力电子装置大量应用以后，电力电子装置成为最主要的谐波源。 变频器输入侧产生谐波机理：对于变频器而言，只要是电源侧有整流回路的，都将产生因非线性引起的谐波。以三相桥整流电路为例，交流电网电压为一正弦波，交流输入电流波形为方波，对于这个波形，
同步电动机励磁系统常见故障分析
同步电动机励磁系统常见故障分析 作者：陆业志 本文结合KGLF11型励磁装置，对其在运行中的常见故障进行分析。 1 常见故障分析 (1)开机时调节6W，励磁电流电压无输出。 原因分析：励磁电流电压无输出，肯定是晶闸管无触发脉冲信号，而六组脉冲电路同时无触发脉冲很可能是移相插件接触不良，或者同步电源变压器4T损坏，造成没有移相给定电压加到六组脉冲电路的1V1基极回路上，从而六组脉冲电路无脉冲输出导致晶闸管不导通。 (2)励磁电压高而励磁电流偏低。 原因分析：这是个别触发脉冲消失或是个别晶闸管损坏的缘故。个别触发脉冲消失可能是脉冲插件接触不良。另外图1中三极管1V1、单极晶体管2VU及小晶闸管9VT损坏，或者是电容2C严重漏电或开路。如果主回路中晶闸管1VT～6VT中有某一个开路或是触发极失灵，同样会导致输出励磁电流偏低的现象。 (3)合励磁电路主开关时，励磁电流即有输出。 原因分析：这是由于图1所示脉冲电路中的三极管1V1集电极-发射极之间漏电，即使移相电路还未送来正确的控制电压，也会导致1C充电到2VU导通的程度。2VU即输出触发使小晶闸管9VT导通，2C经9VT放电而发出脉冲令1VT、3VT、6VT之一触发导通，使转子励磁电路中流过直流电流。 (4)同步电动机起动时，励磁不能自行投入。 原因分析：励磁不能自行投入。肯定是自动投励通道电路中断或工作不正常，因此可能是投励插件与插座间接触不良，或是图2所示投励电路中的三极管3V1、单结晶体管4VU工作不正常，电容5C漏电、电位器W′损坏。另外是移相插件同样有接触不良现象，或者是图3所示移相电路的小晶闸管10VT损坏等等。 (5)运行过程中励磁电流电压上下波动。 原因分析：引起励磁电流电压输出不稳的原因很多，主要有1)脉冲插件可能存在接触不良，造成个别触发脉冲时有时无。2)图1所示脉冲电路的电位器4W松动，使三极管1V1电流负反馈发生变化，造成放大器工作点不稳定，从而影响晶闸管主回路输出的稳定性。另外，如果电容2C漏电或单结晶体管2VU及三极管1V1性能不良，也会引起触发脉冲相位移动。3)图3所示移相电路的电位器6W松动或接触不良，将会使移相控制电压Ed间歇性消失，引起励磁电流电压输出大幅度波动。另外，如果稳压管7VS、8VS损坏，都会使Ey随电网电压波动而波动，使Ed输出波动，造成晶闸管主回路直流输出不稳。 (6)励磁装置输出电压调不到零位。
交流 直流电机的选择比较
1 电机类型选择 1.1 电机类型 他励电机 激励直流电机串励电机 直流电机复励电机复励电机 永磁直流电机（小功率） 鼠笼型电机 异步电机 交流电机绕线型电机 普通同步电机 同步电机无换向器电机 磁阻电机 1.2 交流电机与直流电机的比较： 交流电机结构简单，价格便宜，维护方便，但起动及调速特性不如直流电机。因此当生产机械起动、制动及调速无特殊要求时，应采用交流电机。但近年来，随着电力电子技术的发展，交流调速装置性能与成本已能和直流调速装置竞争，越来越多的直流调速领域被交流调速所占领。 不需调速的机械，包括连续工作制、短时工作制和重复短时工作制机械，应采用交流电机。在某些操作特别频繁、交流电机在发热和起动特性上不能满足工艺要求时，如可逆轧机前后工作辊道、机架辊等，才考虑直流电机。（GD2——飞轮转矩） a）直流电机受换向器限制，按目前制造水平，其最大转速与功率成绩～106kW·r/min。当接近或超过该值时，需采用交流电机。 b）同转速下，交流电机GD2比直流电机小。电机转速越高，交流、
直流电机GD2之差越大。 c）直流电机GD2大和功率受限。因此许多大型连轧机组轧机主传动采用双电枢、三电枢直流电机传动，但造价高、占地面积大。随着交流调速技术发展，多电枢方案已不可取，应考虑采用单台交流电机。如高速线材精轧机组主传动，采用单台交流电机方案。 d）直流电机效率低、耗能大，散热条件差，需要冷却通风功率大。交流同步电机的效率高，通风功率小，比直流电机节能、节水。交流异步电机功率因数低，效率与直流电机差不多。 e）在环境恶劣场合应采用无换向器、无火花、密闭的交流电机。 f）交流、直流电机调速性能差不多。交流电机本身维护工作量较小，其调速系统要求有较高的调整和维护水平。 2 电机电压选择 工业企业供电电压一般为10kV、6kV、380V。 电机额定电压和容量范围见下表。
变频器谐波干扰的解决方法
变频器谐波干扰的解决方法 变频器以其节能显著，保护完善，控制性能好，使用维护方便等特点，迅速发展起来，已成为电动机调速的主潮流，怎样结合生产工艺要求正确使用变频器并使其充分发挥效益，已成为我们关注的焦点。 近年来，随着我厂变频器投用量增多，变频设备干扰引起故障也在增多，电气设备出现的谐波干扰问题主要表现有以下几方面：（1）谐波干扰导致电力系统无功功率增大，造成功率因数明显降低；（2）现场电机受到变频谐波干扰引起电机噪声与振动增大，温度升高；（3）谐波干扰造成系统电缆故障率增多，绝缘老化，引起电缆对地故障；（4）谐波干扰引起断路器工作不稳定，引起开关误动作；（5）谐波干扰对通讯电路的干扰，引起联锁电路误动作等。 一、变频器的基本原理和电路组成 变频器有主回路和辅助控制电路组成，其中主回路有整流模块、平波电容、滤波电容、逆变电路、限流电阻和接触器等元器件组成；辅助控制电路由驱动电路、保护信号检测电路、控制电路脉冲发生及信号处理电路等组成，如下为变频器逆变电路图。这种电
路特点是，电源采用三相电流全波整流，中间直流环节的储能单元采用大容量电容作为储能元件，负载的无功功率将由它来缓冲。由于大电容的作用，主电路的直流电压比较平稳。然后经过6个功率管IGBT进行信号调制，产生电动机端的电压为方波或波电流。故称为电压型变频器。现在普遍应用的都是电压型变频器。 二、变频器应用中的谐波干扰问题及危害 谈到变频器的谐波干扰问题，首先要了解干扰的来源，变频器本身就是一种谐波干扰源，变频器谐波是由交流电整流电路和直流电转换为交流过程中产生的。当电子元件IGBT工作于开关模式作高速切换时，产生大量耦合性电磁电流。 因此变频器对电气系统内其它电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。在现实工作中，变频器产生的谐波电流从输出端经过电缆传导到电动机定子绕组上，造成电机铜损、铁损大幅增加。致使电机无功损耗增大，温度升高，严重影响电机的运转特性；另一方面变频器输入回路产生的3次谐波经过电源电缆影响到电力系统，它可在变压器内形成环流，造成变压器内部温度升高，影响变压器的使用效率；谐波干扰还会引起断路器保护电路检测产生误差，导致断路器
直流电机与交流电机的对比
（一）直流电机驱动方式 直流驱动作为一种比较便宜的驱动方式很早以前就已居电动设备上广泛应用。然而，直流系统本身在性能、维修等方面存在一些固有的缺陷。 20世纪90年代前的电动车辆几乎是直流电机驱动的。直流电机本身效率低，体积和质量大，换向器和碳刷限制了它转速的提高，最高转速为6000－8000r/min。其工作原理是：直流电流经碳刷输送到换向器，并传到转子。 这各方式有两个明显的缺陷：第一，所有的电枢电流必湏经由碳刷来输送，电机的性能取决于碳刷的物理尺寸及磨损情况，而且这也会限制电机制动性能的发挥。另外，碳刷容易损坏，必湏定期（半年至一年）更换，否则会极大地影响电机寿命。考虑到这一点，直流电机上往往配臵侦测碳刷磨损并发出警告的装臵。第二，直流电动机的热量主要产生在电动机的内部部件，因此大多数直流电机都会同时配备一个风扇用于散热。以上装臵无疑增加了电机的成本。 因此，选购电机叉车时，选购直流驱动方式的电动机车主要是考虑了叉车的价格因素，考虑了直流驱动是一种比较便宜的驱动方式，同时直流驱动应用较早，技术也比较成熟。但如上所述，直流电机也具有很多缺点，这是企业在采购电动叉车时必湏考虑的技术因素。 （二）交流电机驱动方式比较分析 以交流电机为核心的交流驱动系统因其生产效率高、维护成本低被业内专家誉为21世纪电动叉车的革命性技术。全球叉车巨头竞相推出性能更佳的交流驱动电动叉车，以丰富自己的产品，满足用户需求，赢得市场份额。国内领先的叉车企业也开始致力于交流技术应用方面的研发，将新型交流驱动电动叉车作为参与国内乃至全球市场竞争的制胜砝码。 感应电机交流驱动系统是20世纪90年代民展起来的新技术。其原理是将三相交流电输送给固定的定子绕组，产生旋转的磁场感应闭合的转子绕组产生电流，转子在电磁力的作用下顺着旋转磁场的转动方向旋转。电机控制器采用矢量控制的变频调速方式。交流电动机最为突出的优势是没有碳刷，也没有直流电动机通常对最大电流方面的限制，这意味着电动机在实际使用中可以得到更多的能量及更大的制动扭力，于是可以更快的速度运转。其次，交流电动机的热量主要发生在电动机外壳部分的定子线圈，便于冷却与散热。因此，交流电动机比直流电动机所需元件数量大大减少，没有需要定期更换的易损件，几乎不用维护，更高效，更坚固耐用。近年来，随着交流感应电机变频技术的进步，以及大功率半导体器件和微处理器速度的大幅度提高，感应电机交流驱动系统与直流电机驱动系统相比，具有效率高、体积小、质量小，结构简单、免维修、易于冷却和寿命长等优点。该系统调速范围宽，而且能实现低速恒转矩、高速恒功率运转，很好地满足了电动车辆实际行驶所需的转速特性。 可以说，正是半导体技术突飞猛进催生了交流电机的技术革命，使交流电机的控制能力大大增强：而且，随着电子元件价格不断下跌，交流电机控制器硬件部分的成本得以降低，从而为交流驱动系统的大规模推广应用奠定了基础，创造了条件。 由此可见，选购电动叉车时，选择采用交流驱动系统的叉车具有明显优势。 三、选购交流驱动系统的叉车需要考虑的因素