周國興教授
第一章交流電動機與電力拖動基礎知識
第一節交流電機的工作原理
-----非同步電動機和同步電動機
一． 三相非同步電動機
旋轉速度為：
圖1 非同步電動機
旋轉方向由a,b,c相序而變。
②表示為鼠籠，感應出電勢 e2=blv,方向右手定則判斷。
(左手)，產生力矩使轉子跟隨旋轉
磁場方向，旋轉速度為，所以叫非同步電機。
若，，，就沒有力矩了。
所以， =
轉差率：，如
二． 三相同步電機
這種電動機定子與非同步電動機一樣，只是將轉子表面貼有（或嵌有）永磁鐵（銣鐵硼）。因此，轉子就沒有滑環和電刷了。見圖3。
因為同步電動機的特性好，再加上永磁的磁場可以設計得較高，因此同步電動機的功率密度可以做得較大。也就是同容量的永磁同步電動機比非同步電動機小很多。另外，可以做成多極，扁形，適宜製成低速大力矩的無齒輪系統，目前已廣泛用於電梯。
如通力電梯中 16極，p=8 ,.
所以 （變頻器輸出）
這樣的電梯曳引機就沒有齒輪箱了。
第二節交流非同步電機的引數和機械特性
一．等值電路
圖4 等效電路圖
所以，非同步電機有定子，轉子和勵磁共6個引數。這些引數難以檢測，而且是非線性的，又可能隨時而變化，這就是非同步電動機難以控制的原因。
幾個公式：
**子頻率）
所以，當負載增加時，，產生足夠力矩滿足負載需要。
二．非同步電動機的功率關係
1．輸入功率
2．去掉：定子損耗
勵磁損耗
剩下電磁功率通過感應傳遞到轉子。
3．機械輸出功率 —— 減掉轉子損耗。
乙個電動機名牌上標明10kw，即是軸上能輸出額定功率10kw。
其效率 =
4．幾個力學公式：
1 功率：
式中：t……nm，n=轉/分
或2 力矩平衡：，電動機力矩，負載力矩
當加速 恆速
減速 ∴
根據上式,可以計算電動機的起、制動時間和加速、減速時間。
注意： 負載力矩的或與負載性質和工作狀態有關。
三、非同步電動機的機械特性（的關係曲線）
1四．非同步電動機調速方法：
調速方法
五、電氣制動方法
1 電源反接制動（起重機上有用，制動電流很大，必須採取技術措施）
2 回饋制動：，減速過程，車輛下坡，重物下放 。如電梯上從6極繞組切換到24極繞組時， 回饋制動。
3 能耗制動：定子繞組某兩相突然送入直流電，形成電磁鐵，轉子的慣性使轉子繞組中產生電流，產生制動力矩。
第三節同步電動機
轉子直流勵磁式和轉子永磁式兩類
一．勵磁式同步電動機（為圖2）
定子為三相對稱繞組，送入三相電流後產生旋轉磁場，其轉速為；轉子因為是電磁鐵，所以就跟隨著定子旋轉磁場轉動，且，所以稱同步電動機。
從向量圖上的幾何關係，可知
定子電流及其分量
轉子勵磁電流
定子電流與軸夾角
與的夾角即為功率因數角，且。
因此我們可以在控制系統中，可以設定的勵磁分量，以調節角，即調節功率因數。如希望=0，即。
這就是勵磁同步電動機至今在大型電力拖動系統中，還是有市場的原因之一，它一方面可以作功，同時也能調節功率因數。
同步電動機力矩。這就是同步電動機可用向量變換的辦法進行力矩控制的原理。
二．永磁式同步電動機（圖3）
目前常用的為銣鐵硼（永磁材料，2023年製成這種材料。全球85%的儲量在中國，因此我國有發展永磁同步電機的有利條件。
我們要設法檢測轉子的位置。然後希望與d軸，即與m軸的夾角，這樣：
，即定子電流沒有勵磁分量。
，即定子電流完全為力矩分量。
∴所以永磁同步電動機，必須有轉子位置檢測器。隨時檢測到轉子的位置。
然後控制定子電流向量：
以這樣的三相電流作為指令，組成乙個電流跟蹤型變頻調速系統，如圖11：
從圖11可見：這種自控式電流跟蹤型正弦波永磁同步電機調速系統，有以下優點：
1）、控制系統組成很簡單，不用普通的pwm形成器，而用電流跟蹤的辦法通過二位式調節器實現pwm控制。而且不需向量控制這麼複雜的座標變換。
2）、電機軸上裝轉子位置檢測器，檢測轉子永磁極的位置，然後指令變頻器工作，使定子電流向量與轉子位置夾角既不容易失步，又能產生較大的力矩，使動態效能大大提高。
3）、由於電機本身的特點，功率密度高，體積比同容量非同步電機小30%左右，轉子沒有發熱損耗，效率高10%，無滑環、可靠性也好。
4）、便於製成扁型多級結構，低速效能好，過載倍數大，宜於無齒輪直接轉動。
5）、對電梯、起重類負荷，出現停電或超速時，只要把定子三相繞組自行短接，就能實現低速「溜車」，不會產生重大事故。
第一節變頻調速原理
一、 什麼叫變頻調速?
，改變電源頻率就能使電動機平滑調速，如6p電機
50hz n1=1000rpm
25hz n1=500 rpm
5hz n1=100 rpm
1hz n1=20 rpm
所以平滑調節電動機的供電頻率，就能平滑調節其速度。
二、 為什麼變頻調速能節能？
從圖12可見，非同步電動機的變頻調速機械特性平行下移。都工作在轉差率s很小的條件下，如6p電機，頻率從50hz調節到5hz轉速從960rpm下降到96rpm（恆轉矩），他們的轉差率，都不大。
如果採用其它調速方法改變s，如定子調壓，從960rpm調到96rpm時，這時的，因此轉子感應很大的電壓，形成很大的電流而發熱。
三、怎樣實現變頻？
工業用電頻率一般為50hz，要得到乙個頻率可以連續調節的變頻電源，過去曾使用變頻發電機組。隨著技術的進步，現在都用大功率半導體開關器件來實現電子式變頻，常用的是ac1→dc→ac2 模式，即交——直——交模式。
如單相變頻電路，見圖13
開關管1、2和3、4，兩組輪流導通，就把直流變成交變的方波。這也就是交流了。如果控制工作週期，也即可以改變輸出頻率。
圖14為典型的三相橋式180°變頻器（常用）
圖14 三相橋式180度變頻器
說明：1 180°導通型變頻器，每管工作180°，6個管子互差60°依次觸發導通。
2 同一時刻有三個管子同時導通，如t1時刻（60°範圍內），管1、5、6同時導通。從等效電路上看出三相的電壓分配。
3 ，如電容足夠大，則。
4 大電容（電解）c，是儲能電容，起到恆壓源的作用。不僅容量要大，而且耐壓要高，而且能經受大電流衝擊，不能稱它為濾波電容。
電阻r為限制大容量充電電流過大的限流電阻，充電後短路掉。
5 igbt模組
6 t7 管為幫浦公升電壓限制，驅動能耗制動電阻rt，在減速過程中→電動機轉速》n1（旋轉磁場轉速）電機的機械慣性使其發電→通過6個續流二極體把發出的交流電整流為直流電向大電容充電→充電到一定限值為700v時→控制器發出訊號觸發t7 管，使rt接入，電容放電。這樣重複充放電，把能量在電阻上消耗掉一些，同時，對電機起到能耗制動作用。
第二節變頻調速基本問題
一、為什麼要用變頻調速？
前述能平滑調速，且節能，這是基本點。
另外：★ 非同步電動機本身堅固、便宜、無維修。
★ 已經解決了靜、動態效能問題可與直流調速系統媲美。
在特大、特小功率系統中有優勢，交流電機可以製成高壓，特大容量、小電機可以用永磁同步電機。
交流電動機
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交流電動機
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