常用同步电动机课件.pptx

1、重点：同步电动机的工作原理 同步电动机的起动 无刷直流电动机的结构特点 工作原理 步进电动机的工作原理 运行特性第一节 同步电动机的工作原理同步电动机 n=1= 60f1/p一、三相异步电动机的同步运行 1. 异步电动机的工作原理： nn1E2sI2sTem n=n1Tem=0 2. 异步电动机的同步运行：当nPem1PemcosM=10 同步电机过励， 向电网输送无功电流， 提高功率因数。mffIIEEII0101调节IfP1q变cosM(二）功率因数的调整五、同步电动机的起动 当转子与定子磁场相对静止时，定子磁场才能拉着转子旋转。n1TemNSNSTemn1NSNS所以同步电动机不能自行起

2、动。同步电动机的起动方法 1.变频起动法 起动时让f1从0逐渐增加。 2.同步电动机的转子上装置阻尼绕组（装在极靴上） 方法：异步起动后，牵入同步运行。 510RrfS1ABCS2+-第二节 三相永磁同步电动机三相永磁同步电动机：无换向器电动机 或直流无刷电动机 特点：结构简单，无机械换向器， 具有硬机械特性。 一、永磁同步电动机的基本结构 组成：电机本体、转子位置传感器、电子开关控制信号电源电子开关输出BQMS3无刷直流电动机的外形图系统图（一）永磁同步电动机 直流无刷电动机 定子：三相对称绕组，接成Y或， 称为电枢绕组产生同步旋转磁场。 转子：高磁能积的稀土磁性材料 永磁转子。 分类：按定

3、子三相电枢绕组所加电压波形分： 正弦波驱动和方波驱动* 方波驱动控制简单，成本低（二）定子电枢绕组的开关控制三相绕组接成Y或。由转子位置检测器决定晶体管的导通、关断。V1 V2V3V4V5V6ABCMS3MS3接法的控制方式（三）转子位置传感器作用：检测电动机转子的实际位置。 1.光电编码器：光学编码器或旋转编码器 （1）增量式组成：固定在定子上的光电耦合开关 +固定在转轴上的遮光盘原理：有光线通过，光电管导通， 输出低电平。无光线通过，光电管截止，输出高电平。发光二极管（固定）遮光盘（旋转）光电二极管（固定）A相B相R相（基准） （）绝对码式：光电码盘的码按照二进制读数设计。 2.旋转变压器

4、光电码盘易受电气“噪声”的干扰。旋转变压器的定子、转子均有二相交流绕组。 3.霍尔位置传感器二、三相永磁同步电动机的工作原理1.普通直流电机 的工作原理NSnBaBf（一）反装式直流 电机的工作原理2.反装式直流电动机的工作原理 根据左手定则，电枢绕组产生最大的电 磁转矩，要使电枢绕组顺时针方向转动， 电磁转矩的反作用力，迫使磁极逆时针 方向转。 nBaBfNSBaBf nNS电机继续 旋转。Ba与Bf保持垂直Tem=TmBf与Ba同方向Tem=0若Bf与Ba之间保持一定的夹角，BaBfnNSn（二）三相永磁同步电动机的工作原理 转子位置传感器检测转子的实际位置控制电子开关中晶体管的通断磁场方

5、向变Tem电机旋转。UdnNSABC转子位置传感器晶体管控制电路V1bV6bV1V2V3V4V5V61b6b .V2.V3导通，Ba与Bf垂直Tem=TmV2V1V3V4IAIBBaBaBfBfBBBASNn0V5ICBaIBBaBfBfBBBCSNn0V6V1IAICBaBaBfBfBCBASNn02.V4.V5导通， Ba转过1200Tem=Tm3.V6.V1导通， Ba再转过1200 Tem=Tm电枢三相绕组的电流波形三、三相永磁同步电动机的调速方法及运行特性 （一）转速公式及调速方法设：)34sin(2)32sin(2sin2tUutUutUuCBA)2cos()2cos(630rrU

6、Ud 0：晶闸管逆变器的换流超前角 r：重叠角，不同相晶闸管同时导通的重 叠时间1111160244. 4wwkNpnkNf11602wknpnU忽略阻抗压降： 则改变角，实现调速。2cos)2cos(2cos)2cos(3100011rrCRIrkpNUnesddwdZdddwdRIUUrrknpnUcos34. 22cos)2cos(1032011（二）运行特性 1 .转矩特性602)(2nIRIPTdddem实际：0 30(超前)，会出现Tem =0, 0 302cos)2cos(2cos)2cos(330011dTSdwemICIpkNTemdTI随IdmaxIa0Tem2.调速特性

7、2cos)2cos(0rrCRInesZddnfncdd)(,0时30o60o45o200n/（r.min-1)3000200010000100Ea/V0=00。3.机械特性 与直流伺服电动机 emTSesdTrrCRrrCn2cos)2(cos2cos)2cos(20220emreaeaTCCRCUn2相似，可得到一组平行线。 Ed=100Vn0TemEd=50V2.调节特性 当TL=c n=f（Ed） 2cos)2(cos02020rrCTRnTSem2cos)2cos(10rrCKesT1 T2 T3 T4Ed02T2Ed03T3Ed04T4Ed01EdT1n 0四、三相永磁同步电动机的

8、特点 1.调速范围广 2.快速性好 3.低速性能好 4.寿命长，维护简单 5.适合易燃易爆的场合 第三节 磁阻电动机 三相永磁电动机的转子是由永磁体组成。 （开关）磁阻电动机、步进电动机的转子 是非磁铁的。 一、工作原理： 转子本身没有磁性，转子d轴和q轴正交方向磁 路不对称。定子磁场以n1速度旋转，定子磁极轴 线与转子d轴差角磁力线扭歪在磁力线的 拉力作用下转子跟随磁场旋转。 磁阻电动机不能自行起动转子上另设起动绕组。n1n1TTNSqqddpfnn1160mememLTTTT45磁场拉力增加二、磁阻电动机的转子结构 转子由非磁性的材料，钢片、铝、铜等组成。 铝、铜可以起到笼型绕组的作用作起

9、动绕组。 钢轴铝三、开关磁阻电动机 组成：电机本体，转子位置传感器，电子开关电路。电子开关电路控制信号电源输出RMBQ有6个定子磁极，四个转子磁极定子1通电，转子的d轴与定子1的轴线重合。改变通电相转子位置移动。改变相电流脉冲频率n变化。abcd123321第四节 步进电动机重点：步进电动机的工作原理 矩频特性 矩角特性 负载能力一、概述 步进电动机：数字控制系统中的一种执 行元件，将脉冲信号转换 为相应的角位移或直线位移。 每输入一个脉冲， 电机前进一步。 1.步进电动机的特点（1）可用数字信号直接进行开环控制，整体系统 简单、廉价。（2）位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不 长期积累，可

10、以组成较简单而又具有一定精 度的开环控制系统，也可在要求更高时组成 闭环 控制系统。（3）电机本身部件少，可靠性高。（4）易于起动、停止、正反转及变速，响应性好。（5）停止时，可有自锁能力。2.步进电动机的应用 广泛应用于于计算机的磁盘驱动器，绘图仪， 自动记录仪，数控机床。3.一般工作机械对步进电动机的要求（1）调速范围宽，尽量提高最高转速以提 高劳动生产率。（2）动态性能好，能迅速起动、正反转、 停转。（3）加工精度较高。即要求一个脉冲对应的位 移量小、并要求精确、均匀。这就要求步 进电动机步距角小、步距精度高、不丢步 或失步。（4）输出转矩大，可直接带动负载。微电脑及电源指令步进电动机控

11、制电脉冲传动齿轮机床工作台丝杠二、步进电动机的工作原理 以三相反应式步进电机为例 组成：定子有六个磁极，每两对应的磁 极绕有一相绕组。转子有四个均匀分布 的齿，齿宽与定子磁极极靴宽度相等。ACBBCA12341.三相单三拍运行方式 单：每次只有一相绕组通电。 三拍：三次切换为脉冲的一次循环。 A相通电：磁力线总是力图走磁阻最小的路 径在磁拉力作用下转子齿轴线与A相磁 极轴线重合。ACBBCA1234AB 转子逆时针方向转过30 则电机反转 s=30ACBBCA1234转子再转过30BC3ACBA124AB CA转子一步步按逆时针方向转动。若改变通电相序ACBA，BC 2.三相双三拍运行方式通电

12、方式ABBCCAAB双拍运行方式的稳定性较好4321CABBCACABBCA4321s=303.三相六拍运行方式通电方式：AABBBCCCAA 六次切换为脉冲的一次循环。A相通电：转子齿轴线与A相的定子轴线重合4321CABBCA AAB：AB相磁极同 时作用于转子，转子逆 时针方向转15152/300SABB：转子齿 轴线与V相定子 轴线重合。4321CABBCA432C1ABBCA4.实际步进电动机的工作原理 设转子齿数Zr=40 相数m=3940360360rZZ每一齿所占的空间角60323602360m每一极距的空间角每一极距所占的齿数32632402mzr线错开1/m齿距。当某一相定

13、子齿轴线与转子齿轴线重合时，相邻相的定子齿轴线须与转子齿轴AABBCC以三相单三拍为例： A相通电：转子齿轴线与A相定子齿轴线 重合。AB：转子逆时针方向转过30转 子1/3（30）61/3(570)2/3t7(630)7(630)CmZrS360步距角单、双拍混合方式 C=2C：运行状态系数：单拍或双拍方式 C=1步进电动机的转速 srfsfnss/360/0min/6060360360min/60360rcmzffcmznrfnrrs三、步进电动机的运行特性 （一）静态运行状态 静态运行状态：不改变通电方式的工作状态。 1.步距角与静态步距角误差 步距角：切换一次脉冲，转子转过的角度， C

14、mZrS360步距角实际步距角与理论步距角之间的偏差。s=0.37590步距角误差：2.稳定平衡位置 TL=0，转子齿轴线与通电相定子齿轴线 的夹角，=0出现扰动，转子偏离此位 置，拢动消失，转子返回。 若电源切除，转子的位置不变自锁。 3 .失调角 转子偏离稳定平衡位置的电角度。 一个转子齿对应的电角度为2。 （电角度）=Zr机械角度4.矩角特性 步进电动机的静转矩T与失调角之间的 函数关系： （1）=0转子上无切向磁拉力 T=0 （2）=/2，切向磁拉力最大T=Tsm，作 用反对定转子齿错开，T 为负值。 /2时，增大T 减小。 （3）=时，切向磁拉力互相抵消,T=0 （4） =3/2时，

15、T=Tsm =0 没有转矩t步进电机过渡过程时间， 转子到达稳定平衡点时，下一个脉冲未到， 转子在稳定平衡点附近振荡。实际：步进电动机的转子上装有阻尼器t0t1s（三）连续脉冲运行状态 1.矩频特性Tdm=f(f) f在一定范围内T=c f一定值后， fT TdmTsm0f矩频特性i0Tt电流稳定值低频时控制绕组中的电流波形0Tit高频时控制绕组中的电流波形原因：（1）定子绕组元件电感的影响： 电感元件中的电流不能跃变，f低t较长， 电流平均值较大f很高t短i T i ， fiT（2）铁心中的涡流损耗增加2.静稳定区与动稳定区（1）静稳定区： 不切换电源时，转子能回到稳定点的 范围 - （2）

16、动稳定区： 从一种通电状态切换到另一通电状态， 不失步的区域 : se+(-)(+se)3. 步进电动机的负载能力TLTstTst：相邻两条矩角特性的交点0TsmT1800-1800TATBTAB4.运行频率 正常运行频率： 不丢步，越步状态下电动机的运行频率 包括起动频率fst和连续运行频率f （1）起动频率fst 1/fstt12ss0t3st1t2t3（2）连续运行频率 t1/f四、步进电动机的驱动电源变频信号电源+脉冲分配器+脉冲放大指令变频信号源脉冲分配器脉冲放大器步进电动机工作机构实用步进电动机目前两相步进电动机的应用较广泛AB+-通电方式为两相四拍BABABA或两相八拍ABBBAAABBABA