多相電機(jī)

[編輯本段]電動機(jī)的種類

1．按工作電源分類根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。其中交流電動機(jī)還分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī)。

2．按結(jié)構(gòu)及工作原理分類電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動機(jī)，異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。

同步電動機(jī)還可分為永磁同步電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)和磁滯同步電動機(jī)。

異步電動機(jī)可分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)又分為三相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī)等。交流換向器電動機(jī)又分為單相串勵電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)和推斥電動機(jī)。

直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。有刷直流電動機(jī)可分為永磁直流電動機(jī)和電磁直流電動機(jī)。電磁直流電動機(jī)又分為串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。永磁直流電動機(jī)又分為稀土永磁直流電動機(jī)、鐵氧體永磁直流電動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)。

3．按起動與運(yùn)行方式分類電動機(jī)按起動與運(yùn)行方式可分為電容起動式單相異步電動機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)、電容起動運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)和分相式單相異步電動機(jī)。

4．按用途分類電動機(jī)按用途可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。

驅(qū)動用電動機(jī)又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動剃須刀等）用電動機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機(jī)。

控制用電動機(jī)又分為步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)等。

5．按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機(jī)）。

6．按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類電動機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機(jī)、低速電動機(jī)、恒速電動機(jī)、調(diào)速電動機(jī)。

低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī)、電磁減速電動機(jī)、力矩電動機(jī)和爪極同步電動機(jī)等。

調(diào)速電動機(jī)除可分為有級恒速電動機(jī)、無級恒速電動機(jī)、有級變速電動機(jī)和無級變速電動機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動機(jī)、直流調(diào)速電動機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)。

異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。

同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)而始終保持為同步轉(zhuǎn)速。2100433B

電機(jī)

diànjī

[electricmachinery]泛指能使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能、電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一切機(jī)器。特指發(fā)電機(jī)、電能機(jī)、電動機(jī)。

[編輯本段]電機(jī)及電機(jī)學(xué)概念

（electricmachineandelectricmachinetheoryconcept）

電機(jī)定義：是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。

電動機(jī)也稱電機(jī)（俗稱馬達(dá)），在電路中用字母“M”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“D”）表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動力源。

前言

符號表

第1章　緒論1

1.1　雙繞組發(fā)電機(jī)產(chǎn)生背景和意義1

1.2　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題3

1.2.1　多相電機(jī)及發(fā)電機(jī)整流系統(tǒng)研究3

1.2.2　雙繞組發(fā)電機(jī)研究7

1.2.3　雙繞組發(fā)電機(jī)突然短路研究8

1.3　本書主要內(nèi)容11

第2章　基本電磁關(guān)系和電路模型14

2.1　概述14

2.1.1　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)14

2.1.2　基本假設(shè)14

2.1.3　正方向選擇15

2.2　基本方程15

2.2.1　簡化假設(shè)16

2.2.2　定子方程16

2.2.3　轉(zhuǎn)子方程20

2.3　耦合關(guān)系20

2.4　十二相整流繞組的等效23

2.4.1　基本思想23

2.4.2　等效后的電磁量23

2.4.3　等效后的基本方程23

2.5　等效整流繞組的折算24

2.5.1　折算后的電磁量24

2.5.2　折算后的基本方程25

2.6　等效電路和運(yùn)算電抗26

2.6.1　磁鏈等效電路26

2.6.2　電壓等效電路28

2.6.3　參數(shù)換算關(guān)系29

2.6.4　運(yùn)算電抗29

2.6.5　超瞬變、瞬變和同步電抗32

2.6.6　時間常數(shù)32

2.7　輸出功率和電磁轉(zhuǎn)矩33

2.7.1　輸出功率33

2.7.2　電磁轉(zhuǎn)矩34

2.8　電路仿真模型34

2.8.1　基本方程和等效電路35

2.8.2　電路仿真模型38

2.9　本章小結(jié)43

第3章　交直流同時突然短路過渡過程分析46

3.1　引言46

3.2　短路后的基本方程47

3.2.1　穩(wěn)態(tài)空載運(yùn)行47

3.2.2　突然短路后的基本方程47

3.3　定轉(zhuǎn)子短路時間常數(shù)48

3.3.1　特征方程48

3.3.2　定子時間常數(shù)50

3.3.3　轉(zhuǎn)子時間常數(shù)51

3.4　短路電流52

3.4.1　短路電流的運(yùn)算表達(dá)式52

3.4.2　運(yùn)算式的展開54

3.4.3　短路電流表達(dá)式55

3.5　線路電阻對短路電流的影響64

3.5.1　交流側(cè)線路電阻的影響64

3.5.2　直流側(cè)線路電阻的影響66

3.5.3　線路電阻對交直流同時短路電流影響的仿真研究68

3.6　交直流同時短路電流與交流、直流單獨(dú)短路電流的關(guān)系70

3.6.1　交流側(cè)短路電流關(guān)系70

3.6.2　直流側(cè)短路電流關(guān)系71

3.7　交直流同時突然短路的電磁轉(zhuǎn)矩73

·Ⅵ· 雙繞組交直流發(fā)電機(jī)過渡過程分析及應(yīng)用

3.7.1　交變轉(zhuǎn)矩74

3.7.2　平均轉(zhuǎn)矩75

3.7.3　總電磁轉(zhuǎn)矩77

3.7.4　最大轉(zhuǎn)矩估算77

3.8　突然短路工況下的仿真與試驗(yàn)79

3.8.1　交流三相突然短路的仿真與試驗(yàn)研究79

3.8.2　直流側(cè)突然短路仿真與試驗(yàn)研究81

3.8.3　交直流同時突然短路仿真與試驗(yàn)研究83

3.8.4　電磁轉(zhuǎn)矩的仿真與試驗(yàn)87

3.9　本章小結(jié)90

第4章　交流側(cè)帶負(fù)載時直流側(cè)突然短路過渡過程分析92

4.1　短路前穩(wěn)態(tài)運(yùn)行92

4.1.1　負(fù)載方程92

4.1.2　交流繞組穩(wěn)態(tài)電流92

4.1.3　整流繞組穩(wěn)態(tài)電壓93

4.1.4　矢量圖93

4.2　直流側(cè)短路后的基本方程94

4.3　定轉(zhuǎn)子短路時間常數(shù)95

4.3.1　特征方程95

4.3.2　定子時間常數(shù)97

4.3.3　轉(zhuǎn)子時間常數(shù)99

4.4　短路電流99

4.4.1　短路電流變化量的運(yùn)算表達(dá)式99

4.4.2　d、q軸短路電流變化量的展開式100

4.4.3　abc坐標(biāo)系短路電流101

4.4.4　交流側(cè)電壓的變化104

4.4.5　整流繞組交流側(cè)短路電流近似式106

4.4.6　直流側(cè)最大短路電流106

4.5　電磁轉(zhuǎn)矩107

4.5.1　交變轉(zhuǎn)矩107

4.5.2　平均轉(zhuǎn)矩108

4.5.3　總電磁轉(zhuǎn)矩109

4.6　仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證110

目　錄·Ⅶ

4.6.1　短路電流110

4.6.2　電磁轉(zhuǎn)矩111

4.7　交流負(fù)載對短路電流的影響113

4.7.1　負(fù)載大小對短路電流的影響114

4.7.2　負(fù)載功率因數(shù)對短路電流的影響115

4.7.3　與空載短路的比較117

4.8　本章小結(jié)118

第5章　直流側(cè)帶負(fù)載時交流側(cè)突然短路的過渡過程分析120

5.1　對稱短路120

5.2　不對稱短路121

5.3　說明122

第6章　短路電流和電磁轉(zhuǎn)矩綜合分析126

6.1　等互感與不等互感模型對短路電流的影響126

6.1.1　對交流側(cè)和直流側(cè)電流的影響126

6.1.2　對整流繞組交流側(cè)電流的影響129

6.2　典型雙繞組發(fā)電機(jī)額定電壓下突然短路沖擊電流比較130

6.3　典型雙繞組發(fā)電機(jī)額定電壓下突然短路沖擊轉(zhuǎn)矩比較133

6.4　本章小結(jié)136

附錄139

附錄A　樣機(jī)的主要參數(shù)139

附錄B　運(yùn)算式展開及短路電流計(jì)算140

參考文獻(xiàn)148

符　號　表2100433B

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，軌道交通在我國運(yùn)輸體系中扮演著越來越重要的作用。目前，軌道交通大功率牽引傳動系統(tǒng)中普遍使用工頻牽引變壓器，其龐大的體積和重量無法適應(yīng)我國鐵路輕量化、小型化、節(jié)能環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)。本項(xiàng)目研究的無變壓器牽引傳動系統(tǒng)融合了級聯(lián)H橋變換器和多相電機(jī)在大功率場合的應(yīng)用優(yōu)勢，具有結(jié)構(gòu)簡單、模塊化程度高、易于控制等特點(diǎn)，是一種有應(yīng)用前景的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。課題針對傳動系統(tǒng)中級聯(lián)型H橋有源前端的電流控制策略、電容電壓平衡算法、穩(wěn)定工作域以及雙定子感應(yīng)電機(jī)低開關(guān)頻率條件下控制和調(diào)制、多電機(jī)協(xié)同控制方面的關(guān)鍵問題展開研究。在級聯(lián)H橋整流器方面，課題詳細(xì)分析了虛擬矢量電流控制策略的穩(wěn)定性問題，提出了一種調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)的直流側(cè)電容電壓平衡算法。此外，課題還給出了一種多級級聯(lián)H橋整流器穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的通用分析方法。在雙定子感應(yīng)電機(jī)控制方面，課題結(jié)合軌道交通等大功率牽引傳動系統(tǒng)高電壓大電流、低開關(guān)頻率的特點(diǎn)，提出了雙定子感應(yīng)電機(jī)在全速度范圍內(nèi)的矢量控制策略及多模式SVPWM調(diào)制策略，可以實(shí)現(xiàn)牽引電機(jī)在整個調(diào)速范圍內(nèi)的可靠運(yùn)行。課題最終實(shí)現(xiàn)了一整套基于無變壓器H橋級聯(lián)型整流器和雙定子感應(yīng)電機(jī)的系統(tǒng)樣機(jī)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本課題的研究成果可以為其以后在我國鐵路牽引傳動系統(tǒng)的推廣應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。 2100433B

為降低傳統(tǒng)鐵路大功率牽引傳動系統(tǒng)龐大的體積和重量，實(shí)現(xiàn)我國高速鐵路輕量化、小型化、節(jié)能環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)，本課題研究了一種無變壓器牽引傳動系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡化、模塊化程度高、易于控制等特點(diǎn)，同時融合了多相電機(jī)固有的優(yōu)點(diǎn)，是一種非常實(shí)用化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。針對我國軌道交通牽引傳動系統(tǒng)的特殊應(yīng)用背景，本課題對H橋級聯(lián)型有源前端的調(diào)制策略、電容電壓平衡控制算法以及低開關(guān)頻率條件下六相異步電機(jī)的矢量控制策略和調(diào)制策略等關(guān)鍵問題展開研究，擬采用基于維持各級懸浮電容輸入輸出功率平衡的方法，實(shí)現(xiàn)懸浮電容電壓平衡控制；同時利用三相異步電機(jī)成熟的矢量控制技術(shù)和調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)六相異步電機(jī)的高性能矢量控制和調(diào)制控制。最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一整套基于無變壓器H橋級聯(lián)型多電平變換器和六相異步電機(jī)的性能好、效率高、成本低、可靠性高且控制功能完善的高壓大容量變頻調(diào)速系統(tǒng)，為其以后在我國鐵路牽引傳動系統(tǒng)的推廣應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。