【正文】 形。電刷的放置應(yīng)使換向線圈也處于磁極中性區(qū)。即兩磁極之間。這樣，電樞磁勢波形的軸線與磁極軸線相差90電角度，即位于磁極交軸上。在示意圖中，電刷交于軸上，因此處整式與其相連的線圈的位置。這樣，如圖所示電樞磁勢波德軸線也是沿著電刷軸線的。（在實(shí)際電機(jī)中，電刷的幾何位置大約偏移圖例中所以位置90電角度，這樣因為元件的末端形狀構(gòu)成圖示結(jié)果與換向器相連。）電刷上的電磁轉(zhuǎn)矩和速度電壓與磁通分布的空間波形無關(guān)；為了方便起見，我們假設(shè)氣隙中仍然是正旋磁密波，這樣便可以從磁場分析著手求得轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩可以用直軸每極氣隙磁通φd和電樞磁勢波德空間基波分量Fa1相互作用的結(jié)果來表示。電刷處于交軸時，磁場間的角度為90點(diǎn)角度，其正旋值等于1，則對于一臺P極電式中由于轉(zhuǎn)矩的正方向可以根據(jù)物理概念的推斷確定，因此負(fù)號已經(jīng)去掉。電樞磁勢鋸齒波德空間基波Fa1是峰值的8/式中 ia=電樞外部電路中的電流；Ca=電樞繞組中的總導(dǎo)體數(shù)；M=通過繞組的并聯(lián)支路數(shù)；且其為一個由繞組設(shè)計而確定的常數(shù)。簡單的單個線圈的電樞中的整流電壓前面已經(jīng)討論過了。將繞組分散在幾個槽中的效果可用圖形表示，圖中每一條整流的正旋波形式一個線圈中整流惡的電壓的總數(shù)，在途中由標(biāo)以ea的波線表示。當(dāng)每極有大約十幾個換向器片，波線的波動變得非常小，從電刷端觀察到得平均電壓等于線圈整流電壓平均值之和。電刷間的整流電壓ea即速度電壓，為式中Ka為設(shè)計常數(shù)。分布繞組的整流電壓與集中線圈有著相同的平均值，其差別只是分布繞組的波形脈動大大減少。將上述幾式中的所有變量用SI單位制表達(dá)，有這個燈飾簡單地說明與速度電壓有關(guān)的瞬時功率等于與磁場轉(zhuǎn)矩有關(guān)的瞬時機(jī)械功率，能量的劉翔取決于這臺電機(jī)是電動機(jī)還是發(fā)電機(jī)。 直軸氣隙磁通由勵磁繞組的合成磁式產(chǎn)生，其磁通磁勢曲線就是電機(jī)的具體鐵磁材料的集合尺寸巨鼎的磁化曲線。在磁化曲線中，因為點(diǎn)數(shù)磁勢波的軸線與磁場軸線垂直，因此假定電樞磁式對直軸磁通不產(chǎn)生作用。這種假設(shè)有必要在后續(xù)部分加以驗證，屆時飽和效應(yīng)會深入研究。因為電樞電勢與磁通時速成正比，所以通常用恒定轉(zhuǎn)速下的電樞電勢來表示磁化曲線更為方便。任意轉(zhuǎn)速時，任一給定磁通下的電壓與轉(zhuǎn)速成正比，即只有一個勵磁繞組的此話曲線，這條曲線可以很榮譽(yù)通過實(shí)驗方法得到，不需要任何設(shè)計步驟的知識。在一個相當(dāng)寬的勵磁范圍內(nèi)，鐵磁材料部分的磁阻與氣隙相比可以忽略不計，在此范圍內(nèi)磁通與勵磁繞組總磁勢呈線性比例，比例常熟便是直軸氣隙磁導(dǎo)率。直流電機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是通過選擇磁場繞組不同的勵磁方法，可以獲得變化范圍很大的運(yùn)行特性。勵磁繞組可以有外部直流電源單獨(dú)激磁，或者也可自勵，即電機(jī)提供自身的勵磁。勵磁方法步進(jìn)極大地影響控制系統(tǒng)中電機(jī)的靜態(tài)特性，而且影響其動態(tài)運(yùn)行。他勵發(fā)電機(jī)所需勵磁電流是額定點(diǎn)數(shù)電流的很小一部分。勵磁電路中很小數(shù)量的功率可以控制電樞電路中相對很大數(shù)量的功率，也就是說發(fā)電機(jī)是一種功率放大器。當(dāng)需要在很大范圍內(nèi)控制電樞電壓時，他勵發(fā)電機(jī)常常用于反饋控制系統(tǒng)中。自勵發(fā)電機(jī)的勵磁繞組可以有三種不同的供電方式。勵磁繞組可以與電樞串聯(lián)起來，這便形成了串勵發(fā)電機(jī)；勵磁繞組可以與電樞并聯(lián)在一起。這便形成了并勵發(fā)電機(jī)；或者勵磁繞組分成兩部分，其中一部分與電樞串聯(lián)，另一部分與電樞并聯(lián)，這便形成副勵發(fā)電機(jī)。為了引起自勵過程，在自勵發(fā)電機(jī)中必須存在剩磁。在典型的靜態(tài)伏安特性中，假定原動機(jī)恒速運(yùn)行，穩(wěn)態(tài)電勢Ea和端電壓Vt關(guān)系為式中Ia為電樞輸出電流，Ra為電樞回路電阻。在發(fā)電機(jī)中，Ea比Vt達(dá)，電磁轉(zhuǎn)矩T是一種阻轉(zhuǎn)矩。他勵發(fā)電機(jī)的端電壓隨著負(fù)載電流的增加稍有降低，這主要是由于電樞電阻上的壓降。串勵發(fā)電機(jī)。并勵發(fā)電機(jī)電壓隨負(fù)載增加會有所下降，但在許多行用場合，這并不妨礙使用。復(fù)勵發(fā)電機(jī)的連接常使串勵繞組的磁勢與并勵繞組磁勢相加，其優(yōu)點(diǎn)是通過串勵繞組的作用。每極磁通隨著負(fù)載增加，從而產(chǎn)生一個隨負(fù)載增加近似為常數(shù)或稍稍增大的輸出電壓。通常,并勵繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)；而繞在外部的串勵繞組由于它必須承載電機(jī)的整個電樞電流，所以其構(gòu)成的導(dǎo)線相對較粗。不能使并勵還是復(fù)勵發(fā)電機(jī)的電壓都可借助并勵磁場中的變阻器在適度的范圍內(nèi)得到調(diào)節(jié)。任何用于發(fā)電機(jī)的勵磁方法都可用于電動機(jī)。在電動機(jī)典型的靜態(tài)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性中，假設(shè)電動機(jī)兩端由一個恒壓供電。在電動機(jī)電樞中感應(yīng)的電勢與端電壓Vt間的關(guān)系為式中Ia此時為輸入的電樞電流。電勢Ea此時比端電壓小，電樞電流與發(fā)電機(jī)中的方向反，且電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)方向相同。在并勵和他勵電動機(jī)中磁場磁通近似為常數(shù)，因此轉(zhuǎn)矩的增加必須要求電樞電流相似成比例增大，同時為允許增大的電流通過小的電樞電阻，要求反電勢稍有減少。由于反電勢決定于磁通和轉(zhuǎn)速，因此，轉(zhuǎn)速必須稍稍降低。與鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)相類似，并勵電動機(jī)實(shí)際上是一種從空載到滿載速降僅約5%的恒速電動機(jī)。啟動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩首道能成功換相的電樞電流的限制。并勵電動機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是易于調(diào)速。在并勵繞組回路裝上變阻器，勵磁電流和每及磁通都可以任意改變，而磁通的變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)速相反得變化以維持反電勢大致等于外施端電壓。通過這種方法得到最大調(diào)速范圍為4或5比1，最高轉(zhuǎn)速同樣受到換向條件限制。通過改變外施電樞電壓，可以獲得很寬的調(diào)速范圍。在串勵電動機(jī)中，電樞電流，電樞電勢和定子磁場磁通隨增加而增加（假設(shè)鐵芯不完全飽和）。因為磁通隨負(fù)載增大，所以為了維護(hù)外施電壓與電勢之間的平衡，速度必須下降；此外，由于磁通增加，所以轉(zhuǎn)矩增大比并勵電動機(jī)中的要小。因此串勵電動機(jī)是一種具有明顯下降的轉(zhuǎn)速負(fù)載特性的變速電動機(jī)。對于要求轉(zhuǎn)矩過載很多的應(yīng)用場合，由于對應(yīng)的過載功率隨著響應(yīng)的轉(zhuǎn)速下降而維持在一個合理的范圍內(nèi)，因此，這種特性具有特別的優(yōu)越性。磁通隨著電樞電流的增大而增大，同時還帶來非常有用的啟動特性。在復(fù)勵電動機(jī)中，串勵磁場可以連接成積復(fù)勵式，使其勵磁與勵磁場相加；也可以連接成差復(fù)勵式，兩磁場方向相反。差復(fù)勵連接很少使用。積復(fù)勵電動機(jī)具有界于并勵和串勵電動機(jī)之間的速度負(fù)載特性，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的降低取決定并勵磁場和串勵磁場的相對安匝數(shù)。這種電動機(jī)沒有像串勵電動機(jī)那樣輕載高轉(zhuǎn)速的缺點(diǎn)，但它在相當(dāng)?shù)某潭壬媳３诌@串勵方式的優(yōu)點(diǎn)。直流電機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢在于可接成并勵、串勵和復(fù)勵等各種勵磁方式，因而可提供多種性能各異的運(yùn)行特性。其中有一些特性在本文中已大致提及。如果增加附加的電刷組以至于從換向器上另外可得到一些電壓，那么還會在更多的運(yùn)用場合，因此直流電機(jī)系統(tǒng)的多用性，及其不論對人工還是自動控制的適應(yīng)性，是他們的顯著特性。附錄B 外文文獻(xiàn)INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTORS(IGBTS)The introduction of insulated gate bipolar transistors (IGBTs) in the mid1980s was an important milestone in the history of power semiconductor devices. They are extremely popular devices in power electronics up to medium power (a few kws to a few MWs) range and are applied extensively in dc/ac drives and power supply systems. They ousted BJTs in the upper range, as mentioned before, and are currently ousting GTOs in the lower power range. An IGBT is basically a hybrid MOSgated turnon/off bipolar transistor that bines the advantages of both a MOSFET and BJT.Its architecture is essentially similar to that of a MOSFET, except an additionallayer has been added at the collector over the drain layer of the MOSFET. The device has the highinput impedance of a MOSFET, but BJTlike conduction characteristics. If the gate is positive with respect to the emitter, an Nchannel is induced in the P region. This forwardbiases the baseemitter junction of the PNP transistor, turning it on and causing conductivity modulation of the region, which gives a significant reduction of conduction drop over that of a MOSFET.At the oncondition, the driver MOSFET in the equivalent circuit of the IGBT carries most of the total terminal current. The thyristorlike latching action caused by the parasitic NPN transistor is prevented by sufficiently reducing the resistivity of the layer and diverting most of the current through the MOSFET. The device is turned off by reducing the gate voltage to zero or negative, which shuts off the conducting channel in the P region. The device has higher current density than that of a BJT or MOSFET. Its input capacitance () is significantlt less than that of a MOSFET. Also, the ratio of gatecollector capacitance to gateemitter capacitance is lower, giving an improved Miller feedback effect.A modern IGBT uses trenchgate technology to reduce the conduction drop further. The device does not show any second breakdown characteristics of a BJT and its square SOA is limited thermally like a MOSFET. Therefore, an IGBT converter can be designed with or without a snubber. Switching Characteristics and Thermal lmpedanceThe profile of conduction and switching losses is indicated in the lower part of (b). Initially,the IGBT is off and the inductive load current is taken by the free wheeling diode . When is turned on, the load current is initially taken by the device at full voltage (with a small leakage inductance drop), as shown. IN fact, the diode recovery current is added to it before the diode sustains reverse voltage and voltage falls to zero. Similarly, at turnoff, the device voltage builds up at full current and then the diode takes over the line current as shown. The fall time is very short and is dictated by turnoff of the MOSFET section of the IGBT. The device shows a tail time , which is due to minority carrier storage in the region. The loss curve indicates that the average switching loss bees high at high switching frequency. Obviously, a turnon/turnoff snubber can reduce the device’s switching losses, as discussed before.Introduction to DC MotorDC machines are characterized