晶閘管電動機（thyristor motor）由一套自控式變頻器（包括把直流變成交流的逆變器）和一台同步電機組成的電動機。又稱為可控矽電動機。
基本介紹
- 中文名：晶閘管電動機
- 外文名：thyristor motor
- 發明者：丹麥物理學家奧斯特
簡介,交流晶閘管電動機,發明過程,結構簡介,過載保護,使用壽命,
簡介
它是同步電動機的一種變頻調速的特殊形式。晶閘管電動機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。由於沒有換向器，所以晶閘管電動機又稱無換向器電動機。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。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。電機起動和低速運行時，電機的反電動勢很小，為解決這種情況下的換流問題，通常採用電流斷續法或採用交流晶閘管電機（交-交系統），利用電源電壓進行換流。在交流電源供電的場合，一般先把交流電經可控矽整流為直流電，然後饋電給晶閘管直流電機。這種系統稱為晶閘管電機交-直-交系統。也可不經過直流中間環節，直接用交-交變頻器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。分類直流晶閘管電動機
晶閘管電動機工作結構圖
晶閘管電動機工作結構圖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。
晶閘管電動機
晶閘管電動機交流晶閘管電動機
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
晶閘管電動機發明過程
電動機使用了通電導體在磁場中受力的作用的原理（這是不同於電流的磁效應的說法，現行人教版八年級物理明確把二者分開），發明這一原理的的是丹麥物理學家奧斯特1777年8月14日生於蘭格朗島魯德喬賓的一個藥劑師家庭。1794年考入哥本哈根大學，1799年獲博士學位。1801～1803年去德、法等國訪問，結識了許多物理學家及化學家。1806年起任哥本哈根大學物理學教授，1815年起任丹麥皇家學會常務秘書。1820年因電流磁效應這一傑出發現獲英國皇家學會科普利獎章。
1829年起任哥本哈根工學院院長。1851年3月9日在哥本哈根逝世。他曾對物理學、化學和哲學進行過多方面的研究。由於受康德哲學與謝林的自然哲學的影響，堅信自然力是可以相互轉化的，長期探索電與磁之間的聯繫。1820年4月終於發現了電流對磁針的作用，即電流的磁效應。同年7月21日以《關於磁針上電衝突作用的實驗》為題發表了他的發現。這篇短短的論文使歐洲物理學界產生了極大震動，導致了大批實驗成果的出現，由此開闢了物理學的新領域──電磁學。
1812年他最先提出了光與電磁之間聯繫的思想。1822年他對液體和氣體的壓縮性進行了實驗研究。1825年提煉出鋁，但純度不高。在聲學研究中，他試圖發現聲所引起的電現象。他的最後一次研究工作是抗磁性。他是一位熱情洋溢重視科研和實驗的教師，他說：“我不喜歡那種沒有實驗的枯燥的講課，所有的科學研究都是從實驗開始的”。因此受到學生歡迎。他還是卓越的講演家和自然科學普及工作者，1824年倡議成立丹麥科學促進協會，創建了丹麥第一個物理實驗室。1908年丹麥自然科學促進協會建立“奧斯特獎章”，以表彰做出重大貢獻的物理學家。1934年以“奧斯特”命名CGS單位制中的磁場強度單位。1937年美國物理教師協會設立“奧斯特獎章”，獎勵在物理教學上做出貢獻的物理教師。
1821年法拉第完成了第一項重大的電發明。在這兩年之前，奧斯特已發現如果電路中有電流通過，它附近的普通羅盤的磁針就會發生偏移。法拉第從中得到啟發，認為假如磁鐵固定，線圈就可能會運動。根據這種構想，他成功地發明了一種簡單的裝置。在裝置內，只要有電流通過線路，線路就會繞著一塊磁鐵不停地轉動。事實上法拉第發明的是第一台電動機，是第一台使用電流將物體運動的裝置。雖然裝置簡陋，但它卻是今天世界上使用的所有電動機的祖先。
這是一項重大的突破。只是它的實際用途還非常有限，因為當時除了用簡陋的電池以外別無其它方法發電。
結構簡介
一、三相異步電動機的結構，由定子、轉子和其它附屬檔案組成。
（一）定子（靜止部分）
1、定子鐵心
作用：電機磁路的一部分，並在其上放置定子繞組。
構造：定子鐵心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有絕緣層的矽鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內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：電動機的效率和功率因數較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用於小型低壓電機中。
半開口型槽：可嵌放成型繞組，一般用於大型、中型低壓電機。所謂成型繞組即繞組可事先經過絕緣處理後再放入槽內。
開口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機中。
2、定子繞組
作用：是電動機的電路部分，通入三相交流電，產生旋轉磁場。
構造：由三個在空間互隔120°電角度、隊稱排列的結構完全相同繞組連線而成，這些繞組的各個線圈按一定規律分別嵌放在定子各槽內。
定子繞組的主要絕緣項目有以下三種：（保證繞組的各導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。
電動機接線盒內的接線：
電動機接線盒內都有一塊接線板，三相繞組的六個線頭排成上下兩排，並規定上排三個接線樁自左至右排列的編號為1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三個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。凡製造和維修時均應按這個序號排列。
3、機座
作用：固定定子鐵心與前後端蓋以支撐轉子，並起防護、散熱等作用。
構造：機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼板焊成，微型電動機的機座採用鑄鋁件。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電機的機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內外的空氣可直接對流，以利於散熱。
（二）轉子（旋轉部分）
1、三相異步電動機的轉子鐵心：
作用：作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽內放置轉子繞組。
構造：所用材料與定子一樣，由0.5毫米厚的矽鋼片沖制、疊壓而成，矽鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉子繞組。通常用定子鐵心沖落後的矽鋼片內圓來沖制轉子鐵心。一般小型異步電動機的轉子鐵心直接壓裝在轉軸上，大、中型異步電動機（轉子直徑在300~400毫米以上）的轉子鐵心則藉助與轉子支架壓在轉軸上。
2、三相異步電動機的轉子繞組
作用：切割定子旋轉磁場產生感應電動勢及電流，並形成電磁轉矩而使電動機旋轉。
構造：分為鼠籠式轉子和繞線式轉子。
（1）鼠籠式轉子：轉子繞組由插入轉子槽中的多根導條和兩個環行的端環組成。若去掉轉子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機採用鑄鋁轉子繞組，對於100KW以上的電動機採用銅條和銅端環焊接而成。
（2）繞線式轉子：繞線轉子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組，一般接成星形，三個出線頭接到轉軸的三個集流環上，再通過電刷與外電路聯接。
特點：結構較複雜，故繞線式電動機的套用不如鼠籠式電動機廣泛。但通過集流環和電刷在轉子繞組迴路中串入附加電阻等元件，用以改善異步電動機的起、制動性能及調速性能，故在要求一定範圍內進行平滑調速的設備，如吊車、電梯、空氣壓縮機等上面採用。
（三）三相異步電動機的其它附屬檔案
1、端蓋：支撐作用。
2、軸承：連線轉動部分與不動部分。
3、軸承端蓋：保護軸承。
4、風扇：冷卻電動機。
過載保護
果能夠在電動機線圈中串接高分子PTC熱敏電阻，則會在電機過載時提供及時的保護功能，避免電機被燒毀。通常的保護電路如下圖。熱敏電阻通常被至於線圈的附近，這樣熱敏電阻更易於感受溫度，使保護更加迅速有效。用於初級保護的熱敏電阻通常選用耐壓等級較高的KT250型熱敏電阻，用於次級保護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。
使用壽命
電動機的壽命與絕緣劣化或是滑動部的摩耗、軸承的劣化等造
1、潤滑油因熱劣化的潤滑油壽命
2、運轉疲勞造成的機械壽命
電動機在絕大部分的情況下，因發熱對於潤滑油壽命的影響更甚於加在軸承上的負載重量對機械壽命的影響。因此，以潤滑油壽命推算電動機壽命，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間。
