2、n=n1Tem=0 2. 異步電動機的同步運行： 當 nPem1Pem cosM=1 0 同步電機過勵， 向電網輸送無功電流， 提高功率因數。 m ff II EE II 010 1 調節(jié) IfP1q變 cosM (二）功率因數的調整 五、同步電動機的起動 當轉子與定子磁場相對靜止時 ， 定子磁場 才能拉著轉子旋轉 。 n1 Tem N S N S Tem n1 N S N S 所以 同步電動機不能自行起動。 同步電動機的起動方法 1.變頻起動法 起動時讓 f1從 0逐漸增加 。 2.同步電動機的轉子上裝置阻尼繞組 （ 裝在極靴上 ） 方法
3、：異步起動后 ， 牽入同步運行 。 510Rrf S1 A B C S2 + - 第二節(jié) 三相永磁同步電動機 三相永磁同步電動機：無換向器電動機 或直流無刷電動機 特點：結構簡單 ， 無機械換向器 ， 具有硬機械特性 。 一 、 永磁同步電動機的基本結構 組成：電機本體 、 轉子位置傳感器 、 電 子開關 控制信號 電源 電子開關 輸出 BQ MS 3 無刷直流電動機的外形圖 系 統(tǒng) 圖 （一）永磁同步電動機 直流無刷電動機 定子：三相對稱繞組 ， 接成 Y或 ，
4、 稱為電樞繞組 產生同步旋轉磁場 。 轉子：高磁能積的稀土磁性材料 永磁轉子。 分類：按定子三相電樞繞組所加電壓波形分： 正弦波驅動和方波驅動 * 方波驅動控制簡單 ， 成本低 （二）定子電樞繞組的開關控制 三相繞組接成 Y或 。 由轉子位置檢測器決定晶體管的導通 、 關 斷 。 V1 V2 V3 V4 V5 V6 A B C MS 3 MS 3 接法的控制方式 （三）轉子位置傳感器 作用：檢測電動機轉子的實際位置 。 1.光電編碼器：光學編碼器或旋轉編碼器 （ 1） 增量式
5、組成：固定在定子上的光電耦合開關 +固定在轉軸上的遮光盤 原理：有光線通過，光電管導通， 輸出低電平。 無光線通過 ， 光電管截止 ， 輸出高電平 。 發(fā)光二極管（固定） 遮光盤 （旋轉） 光電二極管（固定） A相 B相 R相 （基準） （ ） 絕對碼式： 光電碼盤的碼按照 二進制讀數設計 。 2.旋轉變壓器 光電碼盤易受電氣 “ 噪聲 ” 的干擾 。 旋轉變壓器的定子 、 轉子均有二相交流繞 組 。 3.霍爾位置傳感器 二、三相永磁同步電動機 的工作原理 1.普通直流電機 的工作原理 N S n Ba
6、 Bf （ 一 ） 反裝式直流 電機的工作原理 2.反裝式直流電動機 的工作原理 根據左手定則 ， 電樞繞組產生最大的電 磁轉矩 ， 要使電樞繞組順時針方向轉動 ， 電磁轉矩的反作用力 ， 迫使磁極逆時針 方向轉 。 n Ba Bf N S Ba Bf n N S 電機繼續(xù) 旋轉 。 Ba與 Bf保持垂直 Tem=Tm Bf與 Ba同方向 Tem=0 若 Bf與 Ba之間保持一定的夾角， Ba Bf n N S n （二）三相永磁同步電動機 的工作原理 轉子位置傳感器檢 測轉子的實際位置 控制電子開關中 晶體管的通斷 磁場
7、方向變 Tem 電機旋轉 。 Ud n N S A B C 轉子位置傳感器 晶體管控制電路 V1b V6b V1 V2 V3 V 4 V5 V6 1b 6b .V2.V3導通 ， Ba與 Bf垂直 Tem=Tm V2 V1 V3 V4 IA IB Ba Ba Bf Bf BB B A S N n 0 V5 I C Ba IB Ba Bf Bf BB BC S N n 0 V6 V1 IA IC Ba Ba B f Bf BC BA S N n 0 2.V4.V5導通 ， Ba轉過 1200Tem=Tm 3.V6.V1導通 ， Ba再轉過 1200 Tem=Tm 電樞三相繞組的電流
8、波形 三、三相永磁同步電動機的調 速方法及運行特性 （ 一 ） 轉速公式及調速方法 設： ) 3 4 s i n (2 ) 3 2 s i n (2 s i n2 tUu tUu tUu C B A )2c o s ()2c o s (63 0 rrUU d 0：晶閘管逆變器的換流超前角 r：重疊角，不同相晶閘管同時導通的重 疊時間 11111 60 244.4 ww kNpnkNf 11 60 2 wknpnU 忽略阻 抗壓降： 則 改變 角 ， 實現調速 。 2 c o s) 2 c o s ( 2 c o s) 2 c o
9、s (3 10 0 011 rr C RI r kpN U n es dd w d Zddd wd RIUU rr knpnU c o s34.2 2 c o s) 2 c o s ( 10 3 2 011 （二）運行特性 1 .轉矩特性 60 2 )(2 n IRIPT ddd em 實際： 0 30( 超前 )， 會出現 Tem =0, 0 <30 2 c o s) 2 c o s ( 2 c o s) 2 c o s ( 33 0 011 dTS dwem IC IpkNT emd TI隨 Idmax Ia 0 Tem
10、2.調速特性 2 c o s) 2 c o s ( 0 rr C RI n es Zdd n fnc d d )(,0 時 30 o 60o 45o 200 3000 2000 1000 0 100 Ea/V 0=00。 3.機械特性 與直流伺服電動機 em TS es d T rr C R rr C n 2 c os) 2 (c os 2 c os) 2 c os ( 2 0 22 0 em re a e a T CC R C Un 2 相似，可得到 一組平行線。 Ed=100V n 0 T em Ed=50V 2.調節(jié)特性 當 TL=c n=f
11、（ Ed） 2 c os) 2 (c os 0 2 0 2 0 rr C TR n TS em 2 c os) 2 c os ( 1 0 rr C K es T1< T2< T3< T4 Ed02 T2 Ed03 T3 Ed04 T4 Ed01 Ed T1 n 0 四、三相永磁同步電動機 的特點 1.調速范圍廣 2.快速性好 3.低速性能好 4.壽命長 ， 維護簡單 5.適合易燃易爆的場合 第三節(jié) 磁阻電動機 三相永磁電動機的轉子是由永磁體組成 。 （ 開關 ） 磁阻電動機 、 步進電動機的轉子 是非磁鐵的 。
12、 一 、 工作原理： 轉子本身沒有磁性 ， 轉子 d軸和 q軸正交方向磁 路不對稱 。 定子磁場以 n1速度旋轉 ， 定子磁極軸 線與轉子 d軸差 角 磁力線扭歪 在磁力線的 拉力作用下 轉子跟隨磁場旋轉 。 磁阻電動機不能自 行起動 轉子上另 設起動繞組。 n1 n1 T T N S q q d d p fnn 1 1 60 mem emL TT TT 45 磁場拉力增加 二、磁阻電動機的轉子結構 轉子由非磁性的材料 ， 鋼片 、 鋁 、 銅等 組成 。 鋁、銅可以起到籠型繞組的作用 作起 動繞組。 鋼 軸 鋁 三、開關磁阻電動機
13、 組成：電機本體 ， 轉子位置傳感器 ， 電 子開關電路 。 電子開關電路 控制信號 電源 輸出 RM BQ 有 6個定子磁極 ， 四 個轉子磁極 定子 1通電 ， 轉子的 d軸與定子 1的軸線 重合 。 改變通電相 轉子 位置移動 。 改變相電流脈沖頻 率 n變化 。 a b c d 1 2 3 3 2 1 第四節(jié) 步進電動機 重點：步進電動機的工作原理 矩頻特性 矩角特性 負載能力 一、概述 步進電動機：數字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)
14、 行元件 ， 將脈沖信號轉換 為相應的角位移或直線位移 。 每輸入一個脈沖 ， 電機前進一步 。 1.步進電動機的特點 （ 1） 可用數字信號直接進行開環(huán)控制 ， 整體系統(tǒng) 簡單 、 廉價 。 （ 2） 位移與輸入脈沖信號數相對應 ， 步距誤差不 長期積累 ， 可以組成較簡單而又具有一定精 度的開環(huán)控制系統(tǒng) ， 也可在要求更高時組成 閉環(huán) 控制系統(tǒng) 。 （ 3） 電機本身部件少 ， 可靠性高 。 （ 4） 易于起動 、 停止 、
15、 正反轉及變速 ， 響應性好 。 （ 5） 停止時 ， 可有自鎖能力 。 2.步進電動機的應用 廣泛應用于于計算機的磁盤驅動器 ， 繪圖儀 ， 自動記錄儀 ， 數控機床 。 3.一般工作機械對步進電動機的要求 （ 1） 調速范圍寬 ， 盡量提高最高轉速以提 高勞動生產率 。 （ 2） 動態(tài)性能好 ， 能迅速起動 、 正反轉 、 停轉 。 （ 3） 加工精度較高 。 即要求一個脈沖對應的位 移量小 、 并要求精確 、 均勻 。 這就要求步 進電動機步距角小 、 步距精度高 、 不丟步 或失步 。 （ 4） 輸出轉矩
16、大 ， 可直接帶動負載 。 微電腦及電源 指令 步進電動機 控制電脈沖 傳動齒輪 機床工作臺 絲杠 二、步進電動機的工作原理 以三相反應式步進電機為例 組成：定子有六個磁極 ， 每兩對應的磁 極繞有一相繞組 。 轉子有四個均勻分布 的齒 ， 齒寬與定子磁極極靴寬度相等 。 A C B B C A 1 2 3 4 1.三相單三拍運行方式 單： 每次 只有 一相繞組 通電 。 三拍：三次切換為脈沖的一次循環(huán) 。 A相通電：磁力線總是力圖走磁阻最小的路 徑 在磁拉力作用下 轉子齒軸線與 A相磁 極軸線重合 。 A C B B C A 1 2 3
17、4 AB 轉子逆時針方向轉過 30 則電機反轉 s=30 A C B B C A 1 2 3 4 轉子再轉過 30 B C 3 A C B A 1 2 4 AB CA轉子一步步按逆時針方向轉動 。 若改變通電相序 ACBA， BC 2.三相雙三拍運行方式 通電方式 ABBCCAAB 雙拍運行方式的穩(wěn)定性較好 4 3 2 1 C A B B C A C A B B C A s=30 3.三相六拍運行方式 通電方式： AABBBCCCAA 六次切換為脈沖的一次循環(huán)。 A相通電：轉子齒軸線與 A相的定子軸線重合 4 3 2 1 C A B B C
18、A AAB： AB相磁極同 時作用于轉子 ， 轉子逆 時針方向轉 15 152/30 0 S ABB：轉子齒 軸線與 V相定子 軸線重合 。 4 3 2 1 C A B B C A 4 3 2 C 1 A B B C A 4.實際步進電動機的工作原理 設轉子齒數 Zr=40 相數 m=3 9 40 360360 r Z Z 每一齒所占的空間角 60323 6 023 6 0 m 每一極距的空間角 每一極距所占的齒數 3 26 32 40 2 m z r 線錯開 1/m齒距。 當某一相定子齒軸線與轉子齒軸線重合 時，相鄰相的定子齒軸線須與轉子
19、齒軸 A A B B C C 以三相單三拍為例： A相通電：轉子齒軸線與 A相定子齒軸線 重合 。 AB：轉子逆時針方向轉過 30 轉 子 1/3（ 30） 61/3(570) 2/3t 7(630) 7(630) CmZ rS 360 步距角 單、雙拍混合方式 C=2 C：運行狀態(tài)系數： 單拍或雙拍方式 C=1 步進電動機的轉速 srfsfn ss / 3 6 0 / 0 m i n/ 60 60 3 6 0 3 6 0 m i n/60 3 6 0 r cmz ff cmz n r f n rr s
20、三、步進電動機的運行特性 （ 一 ） 靜態(tài)運行狀態(tài) 靜態(tài)運行狀態(tài)：不改變通電方式的工作狀態(tài) 。 1.步距角與靜態(tài)步距角誤差 步距角：切換一次脈沖 ， 轉子轉過的角度 ， CmZ rS 360 步距角 實際步距角與理論步距角之間的偏差 。 s=0.37590 步距角誤差： 2.穩(wěn)定平衡位置 TL=0， 轉子齒軸線與通電相定子齒軸線 的夾角 ， =0出現擾動 ， 轉子偏離此位 置 ， 攏動消失 ， 轉子返回 。 若電源切除 ， 轉子的位置不變 自鎖 。 3 .失調角 轉子偏離穩(wěn)定平衡位置的電角度 。 一個轉子齒對應的電角度
21、為 2。 （ 電角度 ） =Zr 機械角度 4.矩角特性 步進電動機的靜轉矩 T與失調角 之間的 函數關系： （ 1） =0轉子上無切向磁拉力 T=0 （ 2） =/2， 切向磁拉力最大 T=Tsm， 作 用反對定轉子齒錯開 ， T 為負值 。 /2時 ， 增大 T 減小 。 （ 3） =時 ， 切向磁拉力互相抵消 ,T=0 （ 4） =3/2時 ， T=Tsm =0 沒有轉矩 t步進電機過渡過程時間 ， 轉子到達穩(wěn)定平衡點時 ， 下一個脈沖未到 ， 轉子在穩(wěn)定平衡點附近振蕩 。 實際：步進電動機的轉子上裝有阻尼
22、器 t 0 t 1 s （三）連續(xù)脈沖運行狀態(tài) 1.矩頻特性 Tdm=f(f) f在一定范圍內 T=c f一定值后 ， fT T dm Tsm 0 f 矩頻特性 i 0 T t 電流穩(wěn)定值 低頻時控制繞組中的電流波形 0 T i t 高頻時控制繞組中的電流波形 原因： （ 1） 定子繞組元件電感的 影響： 電感元件中的電流不 能躍變 ， f低 t較長 ， 電流平均值較大 f很 高 t短 i T i ， fiT （ 2） 鐵心中的渦流損耗增 加 2.靜穩(wěn)定區(qū)與動穩(wěn)定區(qū) （ 1） 靜穩(wěn)定區(qū)： 不切換電源時 ，
23、轉子能回到穩(wěn)定點的 范圍 -<< （ 2） 動穩(wěn)定區(qū)： 從一種通電狀態(tài)切換到另一通電狀態(tài) ， 不失步的區(qū)域 : se+(-)<<(+se) 3. 步進電動機的負載能力 TL
《常用同步電動機》PPT課件.ppt
