新型电机1.ppt

《新型电机1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型电机1.ppt（35页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、无刷直流电机无刷直流电机直线电机直线电机开关磁阻电机开关磁阻电机新型新型电机无刷直流无刷直流电动电动机机1.系系统统的的组组成成 如图1所示，无刷永磁电动机伺服系统主要由4个部分组成：永磁同步电动机MS、转子位置检测器BQ、逆变器和控制器。图1 无刷永磁电动机伺服系统的组成2电电枢枢绕组绕组及其与逆及其与逆变变器的器的连连接接 最常见的无刷直流电动机为三相，也有采用二相、四相和五相的。绕组接法有星形和角形之分。逆变器有全桥和半桥两种。（a）半桥电路 （b）绕组星形连接的桥式电路（c）绕组角形连接的桥式电路图2 三相无刷直流电动机绕组连接方式3无刷直流无刷直流电动电动机的工作原理机的工作原理 星

2、形全桥接法三相无刷直流电动机，各电量的正方向如图。图3 三相无刷直流电动机原理图 假设无刷直流电动机为2极，定子绕组为三相整距集中绕组，转子采用表面式结构，永磁体宽度为120电角度，转子按逆时针方向旋转，电角速度为r，如图所示。t=0t=60t=120t=180t=240t=300t=360t=0 （a）rt=0（换相前）（b）rt=0（换相后）（c）rt=60（换相前）（d）rt=60（换相后）图4无刷直流电动机工作原理t=604电枢磁势电枢磁势 对于二相导通三相六状态工作方式，转子每转过60，电枢磁势跳跃前进60，电枢磁势领先转子磁势的电角度保持在60120之间。CB导通 AB导通 AC导

3、通5感感应电动势应电动势和和绕组电绕组电流波形流波形 现在来分析上述工作情况下定子绕组感应电动势、绕组电流波形。为了突出主要问题，分析中作如下理想假定：（1）气隙磁场仅由转子上的永磁体建立，所产生的气隙磁密在永磁体所覆盖的120范围内保持恒定，在N、S极两永磁体之间线性变化，其空间分布波形为如图5所示的平顶宽度为120电角度的梯形波；（2）直流侧电流恒定；（3）绕组电流的换相是瞬间完成的。图5 气隙磁场的空间分布图3-11 感应电动势、绕组电流及电磁转矩波形 无刷直流电机根据转子位置信号，不断改变定子绕组的通电状态，使电磁转矩保持不变。它具有交流电机的结构，直流电机的性能，改变供电电压可以方便

4、的进行调速。直线电动机直线电动机 直线电动机由于不需要任何中间转换机构就能产生直线运动，驱动直线起动的生产机械，所以使整个装置或系统结构简单、运行可靠、精度高、效率高等，因此是近年来国内外积极研究开发的电动机之一。直线电动机按其工作原理可分为：直线感应电动机、直线直流电动机、直线同步电动机、直线步进电动机等。一、直线感应电动机一、直线感应电动机 直线感应电动机主要有扁平型、圆筒型和圆盘型三种型式，其中扁平型应用最为广泛。1扁平型扁平型 直线电动机可以看作是由旋转电动机演变而来的。设想把旋转的感应电动机沿着径向切开，并将圆周展开成直线，即可得到扁平型直线感应电动机。由定子演变而来的一侧称为一次侧

5、（定子），由转子演变而来的一侧称为二次侧（动子）。图1 直线感应电动机的演变过程 一次侧和二次侧长度是相等的直线感应电动机不能实用。实际应用时，必须把一次例和二次侧制造成不同长度。图2 单边型直线感应电动机(a)长动子短定子；(b)短动子长定子图3 双边型直线感应电动机2圆圆筒型筒型(管型管型)图4 圆筒型直线感应电动机 将扁平型直线感应电动机沿着与直线运动相垂直的方向卷成筒形，就形成圆筒型直线感应电动机。二、直线同步电动机二、直线同步电动机会议论文：潜油圆筒形直线永磁同步电动机1.电机总体结构电机总体结构 电机选用圆筒形直线永磁同步电动机的结构，其中定子包括定子铁心和定子槽中放置的三相定子绕

6、组。考虑到潜油的应用实际，采用短定子长动子的内动子结构。图1 潜油圆筒形直线永磁同步电动机结构2.永磁永磁动动子子结结构构 永磁动子采用轴向磁体结构，特点是磁体制造方便，通过磁体结构尺寸的优化设计，可以得到良好的正弦分布的气隙磁密。图2 动子磁体结构3.定子定子绕组结绕组结构构 定子绕组采用9槽/10极结构，特点是每极每相槽数少，便于降低电机的线速度；齿槽力小，制造方便。图3 9槽10极结构4.定子铁心结构定子铁心结构 (a)轴截面硅钢片叠压结构 (b)工字形硅钢片定子铁心结构图4 不同定子铁心结构 圆筒形直线永磁同步电动机有两种铁心结构即如图4(a)所示的轴截面硅钢片叠压结构及如图4(b)所

7、示的工字形硅钢片制成的定子铁心结构。相对图4(b)结构，图4(a)结构具有以下缺陷：由于该种结构定子轭部铁心只能采用实心导磁材料，但磁场路径如图4(a)中箭头所示，因此会在其中定子铁心轭中产生很大的铁耗；定子齿部叠片铁心中的磁场所产生的涡流环流沿圆周方向，即使叠片铁心也不能阻隔环流电流回路，因此在其中也会产生很高的涡流损耗；只能制成开口槽结构，这样不但增大了电机的有效气隙，而且产生齿槽力脉动，影响到输出力的稳定性。因此本样机电机采用如图4（b）所示的工字形硅钢片制成的定子铁心，当然该种铁心结构制作工艺复杂，这也是在进行工程样机之前必须制作小型样机的原因之一。5.样样机机电电机及机及试验试验 样

8、机供电电压为3相500V，其有效定子铁心长度为864mm，实物样机如图5所示。图5 样机电机实物图图6 负载试验装置(a)P1随F的变化 (b)系统效率 随F的变化 (c)系统功率因数cos 随F的变化图7 430V，0.535m/s速率时电机系统的负载特性开关磁阻开关磁阻电动电动机机 一、一、结结构和原理构和原理 开关磁阻电动机，主要由磁阻电机、功率变换器、控制器和传感器等部分构成。图1 开关磁阻电动机的组成图2 8/6极开关磁阻电机机驱动电路 86极开关磁阻电机及一相驱动电路。在结构上，开关磁阻电机的定子和转子都为凸极式，由硅钢片叠压而成，但定、转子的极数不相等。定子有8个极，在极上装有集

9、中式绕组，两个径向相对极上的绕组串联或并联起来构成一相绕组，比如A和A极上的绕组串联构成了A相绕组。转子上没有绕组。开关Sl、S2闭合时，A相绕组通电，所产生的磁。当转子极1-1与定子极A-A接近时，在磁阻转矩作用下，转子将转动并趋向使转子极中心线1-1与定子极中心线A-A重合。当这一过程接近完成时，适时切断A相电流，并以相同方式给定子下一相励磁，则将开始第二个完全相似的作用过程。若以图2 中定、转子所处位置为起始点，依次给D-A-B-C相绕组通电，则转子顺时针方向旋转；若按B-A-D-C顺序通电，则转子逆时针方向转动。当m相绕组轮流通电一次，转子转过一个转子极距。设每相绕组开关频率为fph，

10、转子极数为Zr，则Zs电机的转速与绕组开关频率的关系为二、开关磁阻电机的电感特性二、开关磁阻电机的电感特性 假设电机定、转子铁心材料的磁导率为无限大，则电感是转子位置角的函数。当转子极处于定子两极之间，定子极弧与转于极弧无重合，电感有最小值；当转子位置角增大，转子极弧开始与定子极弧重合，绕组电感随之线性增大，当全部定子极弧均与转子极弧相重合时，电感达到最大值，这一最大值将在r-s内保持不变。当继续增大时，定、转子极弧的重叠部分将线性减小，故电感随之线性下降。图3 线性电感特性三、开关磁阻电机的电磁转矩电磁转矩为 由此可知：(1)开关磁阻电机的电磁转矩是由转子转动时气隙磁导(电感)变化产生的，当

11、电流一定时，磁导(电感)变化率大，转矩也大，若变化率为零，转矩也为零。(2)电磁转矩大小与电流的平方成正比，因此，可以通过增大绕组电流来提高电机的电磁转矩。(3)转矩方向与电流的方向无关，仅取决于电感随转角的变化情况，故可以采用单极性电流供电。虽然上述分析和结论是在一系列假设条件下得到的，但对了解开关磁阻电机的基本工作原理、定性分析转矩产生及电机的工作状态是十分有益的。四、开关磁阻电机结构型式与分类 开关磁阻电机除了图1 所示的4相86极之外，还有多种结构类型，常用的有三相和四相结构。电机的相数m、定子极数Zs和转子极数Zr之间有许多种可能的组合，但它们之间一般应满足以下关系k为正整数。为了减

12、小贴心损耗，一般取ZrZs。三相6/4极 三相12/8极 四相8/6极 图4 不同相数/极数的开关磁阻电机 五、开关磁阻电机的控制方式 目前，在阳电机驱动系统中最常用的主要有二种控制方式，即电流斩波控制和角位置控制。图5 电流斩波控制 在 时，开关元件导通，绕组电流i从零开始上升，达到峰值Imax时，将开关元件关断，电流快速下降，当电流下到Imin时，对绕组重新通电。如此反复升通、关断，形成锯齿形电流波形，直至 关断，电流衰减至零。电流斩波控制方式具有如下特点：(1)适用于低速和制动运行。(2)转矩平稳。(3)适合用作转矩调节系统。(4)用作调速系统时抗负载扰动的动态响应慢。为提高调 速系统在

13、负载扰动下的转速响应速度，要求转速检测调节环节动态响应快。2角位置控制 角位置控制就是控制开通角on和关断角off。在on和off间，对绕组加正电压，在绕组中建立和维持电流；在off之后一段时间内，绕组承受反电压，电流续流并快速下降，直至消失，对应的电流波形示于图6，为一个完整的脉冲，因此，这种运行方式有时也称为单脉冲运行。在电动运行状态下，开通角on提前，则在小电感区段电流上升时间加长，使电流波形发生如下变化：(1)波形加宽；(2)波形的峰值和有效值增加；(3)与电感波形的相对位置变化。图6 角度控制 改变on电感上升段电流变化，从而改变了电动机转矩。当电机负载一定时，转速n随之变化。图7

14、不同on时的电流波形 改变off一般不影响电流峰值，但影响电流波形宽度及其同电感曲线的相对位置，电流有效值也随之变化，因此off同样对电动机的转矩、转速产生影响，但其影响没有on那么大。图8 不同off的电流波形角位置控制方式有如下特点：(1)转矩调节范围大。(2)电动机效率高。在电动机允许范围内，一定的输出转矩和转速，可以有许多组on和off与之对应，即有多组不同的电流波形与之对应。电流波形不同，对应的绕组损耗和电动机效率也不同。因此，存在着一组最优on和off。通过角度优化控制，可以使电机在不同负载下均能保持高效率。(3)不适用于低速。角位置控制方式中，电流峰值主要出旋转电动势限制，当转速低时，旋转电动势小，电流峰值可能会上升至不允许的数值。