晶閘管電動機

晶閘管電動機

正文

由一套自控式變頻器（包括把直流變成交流的逆變器，見電力變流器）和一台同步電機組成的電動機。又稱可控矽電動機。它是同步電動機一種變頻調速的特殊形式。晶閘管電動機雖然是用同步電動機產生轉矩的，但其特性已與同步電動機大不相同。例如，同步電動機的轉速必須與電源的頻率保持嚴格的關係，但晶閘管電動機中的同步電動機是由總電源通過自控式變頻器供電的。自控式變頻器自動保證了供給同步電動機的交流電頻率與電機轉速的對應關係（見無刷直流電動機）。故電動機轉速與總電源頻率的對應關係已不存在。晶閘管電動機具有直流電機那樣良好的調速特性，可簡單地通過改變電機的輸入電壓或勵磁電流對電機進行大範圍的無級調速。由於這種電機沒有換向器，甚至可以做成無接觸式，所以晶閘管電動機又稱無換向器電動機。晶閘管電動機系統簡單，運行可靠，價格低廉，轉速和容量範圍很大，特別適宜於製成超高速、超低速和大容量的機組。它在大型鼓風機、水泵、軋鋼機、球磨機、迴轉窯等的傳動中占有重要地位，而且廣泛用於大型抽水蓄能電站的機組起動（見抽水蓄能電機）。根據電源電流制的不同，晶閘管電動機分為直流晶閘管電動機和交流晶閘管電動機兩種。

晶閘管電動機

直流晶閘管電動機　實際是大功率的無刷直流電動機，其逆變器由晶閘管組成。由於晶閘管沒有自關斷能力，故通常利用同步電動機的反電動勢進行換流。圖1b中所示為同步電動機反電動勢的波形。假定在換流以前晶閘管A、Z導通，電流經由晶閘管A→a相繞組→c相繞組→晶閘管Z流通。當希望電流由晶閘管A轉移到晶閘管B時，只要在ea＞eb的任何時刻，例如圖1b中的s點,由轉子位置檢測器所產生的觸發信號使晶閘管B導通即可，這時在兩個導通的晶閘管A、B和電機a、b二相繞組中就會出現短路電流iSL,其方向如圖1a中箭頭所示。當短路電流iSL達到原來通過晶閘管A的負載電流Ia時,晶閘管A就會因流過的實際電流下降到零而關斷，負載電流就全部轉移到晶閘管B,從而完成a、b二相之間的換流。根據理論分析，要順利完成換流，必須保證電機的輸入相電流超前於相電壓。這隻有在同步電機里才有可能實現。因為異步電機磁化電流的關係，它的輸入相電流滯後於相電壓，不能滿足上述利用反電動勢換流的要求。利用反電動勢換流的另一個問題是電機起動問題。當電機起動和低速運行時,電機的反電動勢很小，甚至沒有。此時,利用反電動勢換流是不可能的。為解決晶閘管電機低速運行時的換流問題，實用上有二種辦法：一種是採用電流斷續法;另一種是採用交流晶閘管電機(交-交系統)，利用電源電壓進行換流。所謂電流斷續法換流，就是每當晶閘管需要換流的時刻，先設法把逆變器的輸入電流下降到零,使逆變器的所有晶閘管均暫時關斷;然後再給換流後應該導通的晶閘管加觸發脈衝。於是在斷流後重新通電時，電流將根據所加觸發信號流經這些應該導通的晶閘管，實現從一相到另一相的換流。實現斷流需要一定的時間，故電流斷續法換流僅適用電機轉速較低、頻率較低的場合。當頻率升高，反電動勢增大時，就需要採用反電動勢換流。
交流晶閘管電動機　現代電源絕大多數是交流電。在交流電源供電的場合，一般是先把交流電經可控整流變成直流電，然後再饋電給晶閘管直流電機。這種系統稱做晶閘管電機交-直-交系統。但是也可以不經過直流中間環節,直接用交-交變頻器（見變頻電路）把電源頻率的交流電變成電機所需頻率的交流電,以代替整流-逆變電路,構成交流晶閘管電機(圖2)。這種系統又稱無換向器電機交-交系統。交-交系統所用的半導體元件數量較多，耐壓要求也比較高。但它的所有晶閘管元件都直接接於交流電源，可以利用電源電壓交變出現電流為零的時刻關斷晶閘管。其晶閘管換流可靠，不受輸出頻率的影響，具有良好的起動特性。尤其是在低速運行時，通過適當地控制變頻器各晶閘管的觸發相位，可使變頻器的輸出電壓和電流波形比較接近於正弦波，從而顯著減少低次諧波分量，降低電機的損耗，減少振動和噪聲。交流晶閘管電機具有良好的低速特性。它特別適宜於用作牽引電機、大型軋鋼電機等對起動轉矩要求較高的場合。

晶閘管電動機

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