晶閘管電動機(jī)

電動機(jī)使用了通電導(dǎo)體在磁場中受力的作用的原理(這是不同于電流的磁效應(yīng)的說法，現(xiàn)行人教版八年級物理明確把二者分開)，發(fā)明這一原理的的是丹麥物理學(xué)家奧斯特1777年8月14日生于蘭格朗島魯?shù)聠藤e的一個(gè)藥劑師家庭。1794年考入哥本哈根大學(xué)，1799年獲博士學(xué)位。1801~1803年去德、法等國訪問，結(jié)識了許多物理學(xué)家及化學(xué)家。1806年起任哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授，1815年起任丹麥皇家學(xué)會常務(wù)秘書。1820年因電流磁效應(yīng)這一杰出發(fā)現(xiàn)獲英國皇家學(xué)會科普利獎?wù)隆?/p>

1829年起任哥本哈根工學(xué)院院長。1851年3月9日在哥本哈根逝世。他曾對物理學(xué)、化學(xué)和哲學(xué)進(jìn)行過多方面的研究。由于受康德哲學(xué)與謝林的自然哲學(xué)的影響，堅(jiān)信自然力是可以相互轉(zhuǎn)化的，長期探索電與磁之間的聯(lián)系。1820年4月終于發(fā)現(xiàn)了電流對磁針的作用，即電流的磁效應(yīng)。同年7月21日以《關(guān)于磁針上電沖突作用的實(shí)驗(yàn)》為題發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。這篇短短的論文使歐洲物理學(xué)界產(chǎn)生了極大震動，導(dǎo)致了大批實(shí)驗(yàn)成果的出現(xiàn)，由此開辟了物理學(xué)的新領(lǐng)域──電磁學(xué)。

1812年他最先提出了光與電磁之間聯(lián)系的思想。1822年他對液體和氣體的壓縮性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。1825年提煉出鋁，但純度不高。在聲學(xué)研究中，他試圖發(fā)現(xiàn)聲所引起的電現(xiàn)象。他的最后一次研究工作是抗磁性。他是一位熱情洋溢重視科研和實(shí)驗(yàn)的教師，他說:"我不喜歡那種沒有實(shí)驗(yàn)的枯燥的講課，所有的科學(xué)研究都是從實(shí)驗(yàn)開始的"。因此受到學(xué)生歡迎。他還是卓越的講演家和自然科學(xué)普及工作者，1824年倡議成立丹麥科學(xué)促進(jìn)協(xié)會，創(chuàng)建了丹麥第一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)室。1908年丹麥自然科學(xué)促進(jìn)協(xié)會建立"奧斯特獎?wù)?quot;，以表彰做出重大貢獻(xiàn)的物理學(xué)家。1934年以"奧斯特"命名CGS單位制中的磁場強(qiáng)度單位。1937年美國物理教師協(xié)會設(shè)立"奧斯特獎?wù)?quot;，獎勵(lì)在物理教學(xué)上做出貢獻(xiàn)的物理教師。

1821年法拉第完成了第一項(xiàng)重大的電發(fā)明。在這兩年之前，奧斯特已發(fā)現(xiàn)如果電路中有電流通過，它附近的普通羅盤的磁針就會發(fā)生偏移。法拉第從中得到啟發(fā)，認(rèn)為假如磁鐵固定，線圈就可能會運(yùn)動。根據(jù)這種設(shè)想，他成功地發(fā)明了一種簡單的裝置。在裝置內(nèi)，只要有電流通過線路，線路就會繞著一塊磁鐵不停地轉(zhuǎn)動。事實(shí)上法拉第發(fā)明的是第一臺電動機(jī)，是第一臺使用電流將物體運(yùn)動的裝置。雖然裝置簡陋，但它卻是今天世界上使用的所有電動機(jī)的祖先。

這是一項(xiàng)重大的突破。只是它的實(shí)際用途還非常有限，因?yàn)楫?dāng)時(shí)除了用簡陋的電池以外別無其它方法發(fā)電。

一、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，由定子、轉(zhuǎn)子和其它附件組成。

(一)定子(靜止部分)

1、定子鐵心

作用:電機(jī)磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。

構(gòu)造:定子鐵心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。

定子鐵心槽型有以下幾種:

半閉口型槽:電動機(jī)的效率和功率因數(shù)較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機(jī)中。

半開口型槽:可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機(jī)。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過絕緣處理后再放入槽內(nèi)。

開口型槽:用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機(jī)中。

2、定子繞組

作用:是電動機(jī)的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

構(gòu)造:由三個(gè)在空間互隔120°電角度、隊(duì)稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個(gè)線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。

定子繞組的主要絕緣項(xiàng)目有以下三種:(保證繞組的各導(dǎo)電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣)。

(1)對地絕緣:定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。

(2)相間絕緣:各相定子繞組間的絕緣。

(3)匝間絕緣:每相定子繞組各線匝間的絕緣。

電動機(jī)接線盒內(nèi)的接線:

電動機(jī)接線盒內(nèi)都有一塊接線板，三相繞組的六個(gè)線頭排成上下兩排，并規(guī)定上排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號為1(U1)、2(V1)、3(W1)，下排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號為6(W2)、4(U2)、5(V2)，.將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡制造和維修時(shí)均應(yīng)按這個(gè)序號排列。

3、機(jī)座

作用:固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護(hù)、散熱等作用。

構(gòu)造:機(jī)座通常為鑄鐵件，大型異步電動機(jī)機(jī)座一般用鋼板焊成，微型電動機(jī)的機(jī)座采用鑄鋁件。封閉式電機(jī)的機(jī)座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護(hù)式電機(jī)的機(jī)座兩端端蓋開有通風(fēng)孔，使電動機(jī)內(nèi)外的空氣可直接對流，以利于散熱。

(二)轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)

1、三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心:

作用:作為電機(jī)磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。

構(gòu)造:所用材料與定子一樣，由0.5毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電動機(jī)(轉(zhuǎn)子直徑在300~400毫米以上)的轉(zhuǎn)子鐵心則借助與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。

2、三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組

作用:切割定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。

構(gòu)造:分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。

(1)鼠籠式轉(zhuǎn)子:轉(zhuǎn)子繞組由插入轉(zhuǎn)子槽中的多根導(dǎo)條和兩個(gè)環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個(gè)繞組的外形像一個(gè)鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機(jī)采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對于100KW以上的電動機(jī)采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。

(2)繞線式轉(zhuǎn)子:繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是一個(gè)對稱的三相繞組，一般接成星形，三個(gè)出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個(gè)集流環(huán)上，再通過電刷與外電路聯(lián)接。

特點(diǎn):結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故繞線式電動機(jī)的應(yīng)用不如鼠籠式電動機(jī)廣泛。但通過集流環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子繞組回路中串入附加電阻等元件，用以改善異步電動機(jī)的起、制動性能及調(diào)速性能，故在要求一定范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)速的設(shè)備，如吊車、電梯、空氣壓縮機(jī)等上面采用。

(三)三相異步電動機(jī)的其它附件

1、端蓋:支撐作用。

2、軸承:連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分。

3、軸承端蓋:保護(hù)軸承。

4、風(fēng)扇:冷卻電動機(jī)。

二、直流電動機(jī)采用八角形全疊片結(jié)構(gòu)，不僅空間利用率高，而且當(dāng)采用靜止整流器供電時(shí)，能承受脈動電流和快速的負(fù)載電流變化。直流電動機(jī)一般不帶串勵(lì)繞組，適用于需要正、反

轉(zhuǎn)的自動控制技術(shù)中。根據(jù)用戶需要也可以制成帶串勵(lì)繞組。中心高100~280mm的電動機(jī)無補(bǔ)償繞組，但中心高250mm、280mm的電動機(jī)根據(jù)具體情況和需要可以制成帶補(bǔ)償繞組，中心高315~450mm的電動機(jī)帶有補(bǔ)償繞組。中心高500~710mm的電動機(jī)外形安裝尺寸及技術(shù)要求均符合IEC國際標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)的機(jī)械尺寸公差符合ISO國際標(biāo)準(zhǔn)。

它是同步電動機(jī)的一種變頻調(diào)速的特殊形式。晶閘管電動機(jī)可簡單地通過改變電 機(jī)的輸入電 壓或勵(lì)磁電流對電機(jī)進(jìn)行大范圍的無級調(diào)速。由于沒有換向器，所以晶閘管電動機(jī)又稱無換向器電動機(jī)。根據(jù)電源電流制的不同，晶閘管電動機(jī)分為直流晶閘管電動機(jī)和交流晶閘管電動機(jī)。直流晶閘管電動機(jī)實(shí)際是大功率的無刷直流電動機(jī)，其逆變器由晶閘管組成。由于晶閘管沒有自關(guān)斷能力，故通常利用同步電動機(jī)的反電動勢進(jìn)行換流。電機(jī)起動和低速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的反電動勢很小，為解決這種情況下的換流問題，通常采用電流斷續(xù)法或采用交流晶閘管電機(jī)(交-交系統(tǒng))，利用電源電壓進(jìn)行換流。在交流電源供電的場合，一般先把交流電經(jīng)可控硅整流為直流電，然后饋電給晶閘管直流電機(jī)。這種系統(tǒng)稱為晶閘管電機(jī)交-直-交系統(tǒng)。也可不經(jīng)過直流中間環(huán)節(jié)，直接用交-交變頻器把電源頻率的交流電變成電機(jī)所需頻率的交流電，以代替整流-逆變電路，構(gòu)成交流晶閘管電機(jī)。分類直流晶閘管電動機(jī)

實(shí)際是大功率的無刷直流電動機(jī)，其逆變器由晶閘管組成。由于晶閘管沒有自關(guān)斷能力，故通常利用同步電動機(jī)的反電動勢進(jìn)行換流。圖1b中所示為同步電動機(jī)反電動勢的波形。假定在換流以前晶閘管A、Z導(dǎo)通，電流經(jīng)由晶閘管A→a相繞組→c相繞組→晶閘管Z流通。當(dāng)希望電流由晶閘管A 轉(zhuǎn)移到晶閘管B時(shí) ，只要在ea>eb的任何時(shí)刻，例如圖1b中的s點(diǎn),由轉(zhuǎn)子位置檢測器所產(chǎn)生的觸發(fā)信號使晶閘管B導(dǎo)通即可，這時(shí)在兩個(gè)導(dǎo)通的晶閘管A、B和電機(jī)a、b二相繞組中就會出現(xiàn)短路電流iSL,其方向如圖1a中箭頭所示。當(dāng)短路電流iSL達(dá)到原來通過晶閘管A的負(fù)載電流Ia時(shí),晶閘管A就會因流過的實(shí)際電流下降到零而關(guān)斷，負(fù)載電流就全部轉(zhuǎn)移到晶閘管B,從而完成a、b二相之間的換流。根據(jù)理論分析，要順利完成換流，必須保證電機(jī)的輸入相電流超前于相電壓。這只有在同步電機(jī)里才有可能實(shí)現(xiàn)。因?yàn)楫惒诫姍C(jī)磁化電流的關(guān)系，它的輸入相電流滯后于相電壓，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(gè)問題是電機(jī)起動問題。當(dāng)電機(jī)起動和低速運(yùn)行時(shí),電機(jī)的反電動勢很小，甚至沒有。此時(shí),利用反電動勢換流是不可能的。為解決晶閘管電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)的換流問題，實(shí)用上有二種辦法:一種是采用電流斷續(xù)法;另一種是采用交流晶閘管電機(jī)(交-交系統(tǒng))，利用電源電壓進(jìn)行換流。所謂電流斷續(xù)法換流，就是每當(dāng)晶閘管需要換流的時(shí)刻，先設(shè)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(shí)關(guān)斷;然后再給換流后應(yīng)該導(dǎo)通的晶閘管加觸發(fā)脈沖。于是在斷流后重新通電時(shí)，電流將根據(jù)所加觸發(fā)信號流經(jīng)這些應(yīng)該導(dǎo)通的晶閘管，實(shí)現(xiàn)從一相到另一相的換流。實(shí)現(xiàn)斷流需要一定的時(shí)間，故電流斷續(xù)法換流僅適用電機(jī)轉(zhuǎn)速較低、頻率較低的場合。當(dāng)頻率升高，反電動勢增大時(shí)，就需要采用反電動勢換流。

現(xiàn)代電源絕大多數(shù)是交流電。在交流電源供電的場合，一般是先 把交流電經(jīng)可控整流變成直流電，然后再饋電給晶閘管直流電機(jī)。這種系統(tǒng)稱做晶閘管電機(jī)交-直-交系統(tǒng)。但是也可以不經(jīng)過直流中間環(huán)節(jié),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(jī)所需頻率的交流電,以代替整流-逆變電路,構(gòu)成交流晶閘管電機(jī)(圖2)。這種系統(tǒng)又稱無換向器電機(jī)交-交系統(tǒng)。交-交系統(tǒng)所用的半導(dǎo)體元件數(shù)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于交流電源，可以利用電源電壓交變出現(xiàn)電流為零的時(shí)刻關(guān)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(yùn)行時(shí)，通過適當(dāng)?shù)乜刂谱冾l器各晶閘管的觸發(fā)相位，可使變頻器的輸出電壓和電流波形比較接近于正弦波，從而顯著減少低次諧波分量，降低電機(jī)的損耗，減少振動和噪聲。交流晶閘管電機(jī)具有良好的低速特性。它特別適宜于用作牽引電機(jī)、大型軋鋼電機(jī)等對起動轉(zhuǎn)矩要求較高的場合。

微型電動機(jī)的線圈通常是由很細(xì)的銅絲繞成，耐電流的能力較差。當(dāng)電機(jī)負(fù)載較大或電機(jī)卡住時(shí)，流過線圈的電流會快速增加，同時(shí)電機(jī)溫度急劇升高，銅絲繞阻極易被燒毀。如

果能夠在電動機(jī)線圈中串接高分子PTC熱敏電阻，則會在電機(jī)過載時(shí)提供及時(shí)的保護(hù)功能，避免電機(jī)被燒毀。通常的保護(hù)電路如下圖。熱敏電阻通常被至于線圈的附近，這樣熱敏電阻更易于感受溫度，使保護(hù)更加迅速有效。用于初級保護(hù)的熱敏電阻通常選用耐壓等級較高的KT250型熱敏電阻，用于次級保護(hù)的熱敏電阻通常選用耐壓等級較低的KT60-B、KT30-B、KT16-B及片狀電機(jī)。

電動機(jī)的壽命與絕緣劣化或是滑動部的摩耗、軸承的劣化等造

成的功能障礙等各項(xiàng)要素有關(guān)，大部分視軸承狀況而定。軸承的壽命如下述，有機(jī)構(gòu)壽命、潤滑油壽命二種。軸承的壽命

1、潤滑油因熱劣化的潤滑油壽命

2、運(yùn)轉(zhuǎn)疲勞造成的機(jī)械壽命

電動機(jī)在絕大部分的情況下，因發(fā)熱對于潤滑油壽命的影響更甚于加在軸承上的負(fù)載重量對機(jī)械壽命的影響。因此，以潤滑油壽命推算電動機(jī)壽命，對潤滑油壽命影響最大的要因是溫度，溫度大幅地影響了壽命時(shí)間。

(1)選擇晶閘管的類型:晶閘管有多種類型，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用電路的具體要求合理選用。

若用于交直流電壓控制、可控整流、交流調(diào)壓、逆變電源、開關(guān)電源保護(hù)電路等，可選用普通單向晶閘管。

若用于交流開關(guān)、交流調(diào)壓、交流電動機(jī)線性調(diào)速、燈具線性調(diào)光及固態(tài)繼電器、固態(tài)接觸器等電路中，應(yīng)選用雙向晶閘管。

若用于交流電動機(jī)變頻調(diào)速、斬波器、逆變電源及各種電子開關(guān)電路等，可選用門極關(guān)斷晶閘管。

若用于鋸齒波發(fā)生器、長時(shí)間延時(shí)器、過電壓保護(hù)器及大功率晶體管觸發(fā)電路等，可選用BTG晶閘管。

若用于電磁灶、電子鎮(zhèn)流器、超聲波電路、超導(dǎo)磁能儲存系統(tǒng)及開關(guān)電源等電路，可選用逆導(dǎo)晶閘管。

若用于光電耦合器、光探測器、光報(bào)警器、光計(jì)數(shù)器、光電邏輯電路及自動生產(chǎn)線的運(yùn)行監(jiān)控電路，可選用光控晶閘管。

2.選擇晶閘管的主要參數(shù):晶閘管的主要參數(shù)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用電路的具體要求而定。

所選晶閘管應(yīng)留有一定的功率裕量，其額定峰值電壓和額定電流(通態(tài)平均電流)均應(yīng)高于受控電路的最大工作電壓和最大工作電流1.5~2倍。

晶閘管的正向壓降、門極觸發(fā)電流及觸發(fā)電壓等參數(shù)應(yīng)符合應(yīng)用電路(指門極的控制電路)的各項(xiàng)要求，不能偏高或偏低，否則會影響晶閘管的正常工作。

晶閘管按其關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式可分為普通晶閘管(SCR)、雙向晶閘管(TRIAC)、逆導(dǎo)晶閘管(RCT)、門極關(guān)斷晶閘管(GTO)、BTG晶閘管、溫控晶閘管(TT國外，TTS國內(nèi))和光控晶閘管(LTT)等多種。

晶閘管按其引腳和極性可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。

晶閘管按其封裝形式可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘管三種類型。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種;塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。

晶閘管按電流容量可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。通常，大功率晶閘管多采用陶瓷封裝，而中、小功率晶閘管則多采用塑封或金屬封裝。

晶閘管按其關(guān)斷速度可分為普通晶閘管和快速晶閘管，快速晶閘管包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的晶閘管，有常規(guī)的快速晶閘管和工作在更高頻率的高頻晶閘管，可分別應(yīng)用于400HZ和10KHZ以上的斬波或逆變電路中。(備注:高頻不能等同于快速晶閘管)

這種拖動裝置的直流電源是利用晶閘管整流器的直流電壓向提升電動機(jī)供電，所以又稱。電動機(jī)的電樞和磁場均可由晶閘管整流器供電，因?yàn)樵撜髌鞯闹绷麟妷嚎赏ㄟ^觸發(fā)延遲角均勻調(diào)節(jié)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速便可以得到均勻改變而達(dá)到無級調(diào)速。