電機(jī)綜合-1[1].ppt

1、Motor技術(shù)交流(一) Motor 技術(shù)委員會(huì)全體成員 2004.04.27,概 念,電機(jī)通常是指用來實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備，即依靠電磁力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩（Torque）完成機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。包括發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩大類。從廣義的角度來看，用于實(shí)現(xiàn)電能與電能互相轉(zhuǎn)換的設(shè)備變壓器也屬于電機(jī)。因?yàn)樗鼈兊墓ぷ髟矶际腔陔姶鸥袘?yīng)原理。不同之處僅在于電機(jī)是運(yùn)動(dòng)的電器設(shè)備，而變壓器是靜止的電氣設(shè)備。電機(jī)既是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。,電 機(jī),電 機(jī) 分 類,按電源分,AC,DC,脈沖,靜電,INV,按結(jié)構(gòu)分,MA,MM,MC,按結(jié)構(gòu)分,轉(zhuǎn)動(dòng)電樞,轉(zhuǎn)動(dòng)磁鋼,轉(zhuǎn)動(dòng)線圈,按產(chǎn)生力矩 的原理分,DCM,SM,IM

2、,VR,振動(dòng),按用途分,旋轉(zhuǎn),直線,振動(dòng),1,2,3,4,5,單相異步電動(dòng)機(jī),以下以單相異步電機(jī)為例進(jìn)行介紹。,又稱為單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由于單相電動(dòng)機(jī)只需單相交流電源供電，因而應(yīng)用廣泛，例如電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)器、吸塵器、廚房用具、電動(dòng)工具、儀器儀表等。 單相異步電動(dòng)機(jī)之所以能廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、噪音低、振動(dòng)小、維護(hù)使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。,單相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 (簡(jiǎn)易)（一）,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的原理是阿拉戈圓盤。當(dāng)沿著可旋轉(zhuǎn)的金屬圓盤移動(dòng)磁鐵時(shí)，圓盤隨著磁鐵的移動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。 而實(shí)際的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)不采用永磁體的旋轉(zhuǎn)，而用定子線圈來產(chǎn)生一個(gè) 旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子也不 是用

3、金屬圓盤，而是鐵 芯及繞組或裝有短路環(huán) 的鼠籠型轉(zhuǎn)子。,阿拉戈圓盤現(xiàn)象,一般用于空調(diào)器導(dǎo)風(fēng)系統(tǒng)的電機(jī)是電容分相式異步電動(dòng)機(jī)（如下左圖）。在它的定子中放置一個(gè)啟動(dòng)繞組B，它與工作繞組在空間相隔90。繞組B與電容器串聯(lián)，使兩個(gè)繞組在相位上近于相差90，這就是分相。在兩個(gè)繞組分別通有在相位上相差90的兩相電流（如下右圖），即產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,單相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 (簡(jiǎn)易) (二),嵌入定子鐵芯的主、副繞組的軸線在空間相互垂直，轉(zhuǎn)子繞組則是本身閉合的。定子繞組接通電源后，主、副繞組分別產(chǎn)生磁勢(shì)，合成的磁勢(shì)為一旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。 旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)在磁路中產(chǎn)生的主磁通穿過氣隙，進(jìn)入轉(zhuǎn)子， 轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間便有

4、了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn) 子導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，由此 產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子電流與定子繞組的合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) 所建立的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受力，導(dǎo)致 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這就是電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的最基本的電磁過程。,單相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 (簡(jiǎn)易) (三),除電容分相外，也可用電感和電阻分相。工作繞組的電阻小，匝數(shù)多（電感大），起動(dòng)繞組的電阻大，砸數(shù)少，以達(dá)到分相的目的。 在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來。在接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)： 1）有的借助離心力的作用下把開關(guān)S斷開（在起動(dòng)是靠彈簧使其閉合），以切斷起動(dòng)繞組。 2）有的采用起動(dòng)繼電器把它的吸引線圈串聯(lián)在工作繞組的電路中。在起動(dòng)時(shí)由于電流較大，

5、繼電器動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，將起動(dòng)繞組與電源接通。隨著轉(zhuǎn)速的升高，工作繞組中電流減少，減少到一定值時(shí)，繼電器復(fù)位，切斷起動(dòng)繞組。 3）也有在電機(jī)運(yùn)行時(shí)不斷開起動(dòng)繞組（或僅切除部分電容）一提高功率因數(shù)和增大轉(zhuǎn)距。,單相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 (簡(jiǎn)易) (四),改變電容器C的串聯(lián)位置，可使單相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。右圖中電容器C與B繞組串聯(lián)，電流iB較iA超前90；在下圖中將S切換位置2，電容器C與A繞組串聯(lián)，電流iA較iB超前90，這樣就改變了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。洗衣機(jī)中的電機(jī)就是由定時(shí)器的轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)這種自動(dòng)切換。,單相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 (簡(jiǎn)易) (五),一、同步轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度

6、。 與極數(shù)P和頻率的關(guān)系如下： 二、轉(zhuǎn)差率 轉(zhuǎn)子以比同步轉(zhuǎn)速略遲一些的速度n旋轉(zhuǎn)。 這個(gè)轉(zhuǎn)速和同步轉(zhuǎn)速之差除以同步轉(zhuǎn)速的 商稱為轉(zhuǎn)差率S：,Ns=,120f,P,（rpm）,S=,ns-n,ns,單相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 (簡(jiǎn)易) (六),電機(jī)的運(yùn)行原理 (深入) 1. 安培環(huán)路定律全電流定律 本定律闡述電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的規(guī)律， 由式表達(dá)：，上式說明沿任一條 閉合回路L，磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分 等于該閉合回路所包圍的全電流。 將全電流定律用到電機(jī)中，由于電機(jī)磁路通?？砂床煌牟牧虾蛶缀纬叽绶殖蓭?段，每段中的磁場(chǎng)強(qiáng)度是相同的，因此可將上式寫成 Hi 第i段磁路磁場(chǎng)強(qiáng)度（A/m） Li 第i段磁路計(jì)算長(zhǎng)度（

7、m） Wi 磁勢(shì)（A） W 線圈匝數(shù) 磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱及方向由磁感應(yīng)強(qiáng)度表示。形象地描繪磁場(chǎng)用 磁力線，磁力線是閉合曲線，磁力線的方向與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流方向之間符合右螺 旋法則。穿過單位面積的磁力線數(shù)就是磁感應(yīng)強(qiáng)度B。,磁感應(yīng)強(qiáng)度不僅與電流有關(guān)，而且與周圍介質(zhì)有關(guān)，當(dāng)周圍放有鐵磁物質(zhì)時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)大大加強(qiáng)。這是因?yàn)椴煌慕橘|(zhì)有不同的磁導(dǎo)率，磁導(dǎo)率用表示。真空磁導(dǎo)率 0=410-7H/ m。磁場(chǎng)物質(zhì)為0的幾百至幾千倍，而且與磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，不是常數(shù)。磁場(chǎng)強(qiáng)與磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系為 式中 B表示磁感應(yīng)強(qiáng)度（T） 表示磁導(dǎo)率（H/ m） H 表示磁場(chǎng)強(qiáng)度，也叫作磁勢(shì)（A/ m） 在均勻磁場(chǎng)中，穿過面

8、積S的磁力線定義為磁通 =BS 的單位（WB），磁感應(yīng)強(qiáng)度單位（T），S的單位（m2） B: 磁感應(yīng)強(qiáng)度也稱為磁通密度。 2. 電磁力定律 本定律闡述處于磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體受有電磁力作用。當(dāng)磁場(chǎng)與載流導(dǎo)體互相垂直時(shí)，作用在導(dǎo)體尚的電磁力為f=BiL 式中f電磁力（N） B磁感應(yīng)強(qiáng)度（T） i導(dǎo)體中的電流（A） L導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度（m） 電磁力f的方向由左手定則判定：磁通指向手心，伸直四指指電流方向，垂直的拇指指電磁力方向。,3. 電磁感應(yīng)定律 本定律闡述磁通變化產(chǎn)生感生電勢(shì)的規(guī)律。 (1)變化磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)變壓器電勢(shì) 式中W與磁通相交鏈的線圈匝數(shù) 與線圈交鏈的磁通（Wb） t時(shí)間（S） e感應(yīng)

9、電動(dòng)勢(shì)（V） 感應(yīng)電勢(shì)的大小與線圈匝數(shù)和磁通變化率的乘積成正比，感應(yīng)電勢(shì)的正方向與 磁通正方向符合右螺旋法則。 （2）切割電勢(shì)，導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)并切割 磁力線時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： 式中B磁感應(yīng)強(qiáng)度（T） L導(dǎo)線有效長(zhǎng)度 V導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度 上式感應(yīng)電勢(shì)方向由右手定則確定，手心迎著磁通、垂直的拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方 向，平行四指指向感應(yīng)電勢(shì)方向。,4. 能量守恒原理 在質(zhì)量不變的物理系統(tǒng)中，能量總是守恒的，能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空 消失，而僅能變換的形式。在電動(dòng)機(jī)中能量的平衡關(guān)系為： 電源輸入的電能=磁場(chǎng)儲(chǔ)能的增加+轉(zhuǎn)換為熱能的能量損耗+機(jī)械能的輸出 式中：轉(zhuǎn)換為熱能的能量損耗主

10、要包括三部分 (1)定、轉(zhuǎn)子繞組銅耗； (2)交變磁通在鐵芯中的鐵耗 (3)通風(fēng)、摩擦產(chǎn)生的機(jī)械損耗,單相異步電動(dòng)機(jī)工作原理(深入) 在三相電機(jī)中，當(dāng)定子三相繞組接到對(duì)稱三相交流電源時(shí)，對(duì)稱三相交流電流在 對(duì)稱三相繞組中流通，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)和磁場(chǎng)，從下圖表示：,電流隨時(shí)間變化，產(chǎn)生磁勢(shì)和 磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度由 電源頻率f和電機(jī)極數(shù)P決定。 式中n 旋轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)速（r/min） P 電機(jī)極數(shù) f 電源頻率（Hz） 在單相電機(jī)中，由于單相繞組 產(chǎn)生的使脈振磁場(chǎng)，電機(jī)沒有 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，不能起動(dòng)，如右圖 表示： 因此在單相電機(jī)定子鐵芯中嵌放兩相 繞組且其軸線在空間相隔90電角度， 兩相繞組的線徑、匝

11、數(shù)分布規(guī)律各不 相同，其中一相繞組稱為主繞組 （用M表示）。另一相稱為副繞組或 起動(dòng)繞組（用A表示）。副繞組鐵移 相元件接入電源。結(jié)構(gòu)原理如右圖：,在單相電機(jī)中，若定子上的主、副兩相繞組完全對(duì)稱， 兩相繞組接到兩相對(duì)稱電源，則與三相電機(jī)一樣也產(chǎn) 生在空間旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)和磁場(chǎng)，如下圖：,可見對(duì)稱兩相繞組通入對(duì)稱兩相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)與三相電機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)一樣。其旋轉(zhuǎn)速度與電源頻率和電機(jī)極數(shù)有關(guān)： 在單相電機(jī)的轉(zhuǎn)子中鑄有許多 彼此相連通的鼠籠形鋁導(dǎo)條， 如圖示： 當(dāng)電機(jī)中磁場(chǎng)以n速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條就會(huì)切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電磁力和電磁力

12、矩，行成一定的轉(zhuǎn)速n。一般情況下電機(jī)轉(zhuǎn)速n不等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n。因?yàn)閚= n時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條相對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是靜止的，導(dǎo)條中就不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和感應(yīng)電流，電機(jī)就不會(huì)產(chǎn)生電磁力矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)自然下降。因轉(zhuǎn)子速度始終低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度，故稱此種電機(jī)為“單相異步電動(dòng)機(jī)”。,電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電動(dòng)機(jī)(深入) 工作繞組及主繞組M與副繞組A的軸線在空間相隔90電角度，副繞組串聯(lián)一個(gè) 電容C再與工作繞組并接于電源。由于副繞組串聯(lián)了電容所以副繞組中的電流在 相位上超前于主繞組電流，這樣由單相電流分解成具有時(shí)間相位差的兩相電流M 和A，因而電機(jī)的兩相繞組能產(chǎn)生圓形或橢圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,電機(jī)的調(diào)速方法及原理(深入) 作為單

13、相異步電動(dòng)機(jī)其調(diào)速方法有三種： （1）變極調(diào)速； （2）降壓調(diào)速； （3）抽頭調(diào)速。 1. 變極調(diào)速 在單相電機(jī)中，有倍極調(diào)電機(jī)和非倍極調(diào)速之分。倍極調(diào)速電機(jī)一般定子上只有 一套繞組，用改變繞組端部聯(lián)接方法獲得不同的極對(duì)數(shù)以達(dá)到調(diào)整旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn) 速。在極數(shù)比較大的變極調(diào)速中，定子槽中安放兩套不同極數(shù)的獨(dú)立繞組，實(shí)際 上相當(dāng)于兩臺(tái)不同極數(shù)的單速電機(jī)的組合，其原理和性能與一般單相異步電機(jī)一 樣。 2. 降壓調(diào)速 降壓調(diào)速方法很多，如串聯(lián)電抗器、串聯(lián)電容、自耦變壓器和串聯(lián)可控硅調(diào)壓調(diào)速?？照{(diào)中最常用的調(diào)壓調(diào)速是可控硅調(diào)壓、調(diào)速?？煽毓枵{(diào)速是改變可控硅導(dǎo)通角的方法，改變電動(dòng)機(jī)端電壓的波形，從而改變了電

14、動(dòng)機(jī)的端電壓的有效值。,可控硅導(dǎo)通角 1=180時(shí)，電機(jī)端電壓為額定值， 1180時(shí)電壓波形如果實(shí)線部分， 電機(jī)端電壓有效值小于額定值，1越小， 電壓越低。 生產(chǎn)的塑封PG電機(jī)就是可控硅降壓調(diào)速。 3. 抽頭調(diào)速 電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在調(diào)速范圍不大時(shí)，普遍采用定子繞組抽頭調(diào)速。此時(shí)定子槽中放置有主繞組、副繞組及調(diào)速繞組。通過改變調(diào)速繞組與主、副繞組的聯(lián)接方式，調(diào)整氣隙磁場(chǎng)大小及橢圓度來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。 抽頭調(diào)速可分為T型抽頭調(diào)速和L型抽頭調(diào)速。L型抽頭調(diào)速又可分為主繞組抽頭L-1型和副繞組抽頭L-2型。目前我司最常用的是T型抽頭調(diào)速和副繞組抽頭L-2型調(diào)速。原理線路圖見右。 T型抽頭調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：中、低

15、檔 運(yùn)行繞組溫升低；缺點(diǎn)： 電機(jī)高檔效力低，主繞 組易行成匝間。 L型抽頭調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)高檔 效力高，繞組不易行成匝 間；缺點(diǎn)：中、低檔運(yùn)行 繞組溫升低。,直流電動(dòng)機(jī)(深入) 直流電動(dòng)機(jī)分有刷直流電動(dòng)機(jī)和無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，有刷直流電動(dòng)機(jī)又分為勵(lì)磁式 直流電動(dòng)機(jī)和永磁直流電動(dòng)機(jī)。在工作原理上永磁直流電機(jī)與勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī) 是相同的。下面主要以永磁式直流電動(dòng)機(jī)與無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 1. 永磁直流電動(dòng)機(jī) 永磁直流電動(dòng)機(jī)與勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)不同之處在于，提供電機(jī)的主磁場(chǎng)的方式不 同，永磁直流電動(dòng)機(jī)提供主磁場(chǎng)的是永磁體，而勵(lì)磁式直流電機(jī)提供的主磁場(chǎng)則 是直流通電的線圈。 如右圖所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子電樞繞組與

16、直流電源接通，電流Ia就 流過電樞繞組，電樞電流Ia在永磁體所建立的磁場(chǎng)中使得 通電導(dǎo)體產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。 2. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 無(wú)刷直流電機(jī)就是變頻技術(shù)與直流電機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物，其 具有效率高、噪音低、調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、振動(dòng)小、 壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。下面就空調(diào)用無(wú)刷直流電機(jī)的組成及工作 原理作簡(jiǎn)要介紹： （1）無(wú)刷直流電機(jī)的組成： 直流電機(jī)本體：定子部分主要采用集中式繞組，根據(jù)控制方式的不同，繞組相數(shù)有單相、二相、三相、四相等結(jié)構(gòu)，用得最多的是三相繞組結(jié)構(gòu)，繞組,的接法有星形接法和環(huán)形接法兩種，絕大部分繞組采用星形接法。轉(zhuǎn)子部分采用 磁鋼，磁鋼提供電機(jī)的主磁場(chǎng)。 電機(jī)控制部分：無(wú)

17、刷直流電機(jī)的控制方式主要有PAM（脈幅調(diào)制技術(shù)）和 PWM（脈寬調(diào)制技術(shù)），兩種控制方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。下圖1為高壓有位置傳感器 PWM驅(qū)動(dòng)電路原理框圖，主要由控制電路、逆變電路、三角波發(fā)生器、比較器、 保護(hù)電路等組成。從原理框圖可以看出，無(wú)刷直流電機(jī)的控制部分只包含交 直交變頻電路中的逆變部分，整流及濾波部分由空調(diào)的主電控完成。,（2）工作原理： 眾所周知，永磁體提供的磁極磁場(chǎng)在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)過程中是固定不變的，這就要求 每個(gè)時(shí)刻定子繞組產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)必須與轉(zhuǎn)子的磁極磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，即繞組的電流 方向、導(dǎo)通與關(guān)斷受轉(zhuǎn)子位置的控制。因此，無(wú)刷直流電機(jī)必須有轉(zhuǎn)子位置信號(hào) 輸出給電機(jī)的控制電路，電機(jī)的控制電路

18、根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)來控制相應(yīng)的功率開 關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制相應(yīng)繞組的電流方向、導(dǎo)通與關(guān)斷。定子繞組若按 一定的通電順序進(jìn)行切換，就可以形成一個(gè)與轉(zhuǎn)子位置對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電機(jī) 按要求的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。相對(duì)磁鋼的某一磁極而言，每個(gè)時(shí)刻與它對(duì)應(yīng)的電樞磁 場(chǎng)是固定的，即繞組的電流方向是固定的，這與有刷直流電機(jī)類似。圖2為無(wú)刷 直流電機(jī)運(yùn)行原理圖，繞組為三相星形接法，120度均布，采用三相半橋驅(qū)動(dòng)方 式，轉(zhuǎn)子為一對(duì)極。在圖示位置， 磁鋼的磁極中心 線與A相繞組對(duì) 齊，此時(shí)的控制電路根據(jù)轉(zhuǎn)子位 置檢測(cè)信號(hào)，使S1開關(guān)管觸發(fā)導(dǎo) 通，B相繞組通電，在B相繞組 磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子將順時(shí)針旋 轉(zhuǎn)120度，到達(dá)

19、虛線轉(zhuǎn)子所示的 位置，,磁鋼的磁極中心線與B相繞組對(duì)齊，此時(shí)，控制電路根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)，使 S1開關(guān)管關(guān)斷，使S3開關(guān)管導(dǎo)通，C相繞組通電，轉(zhuǎn)子在C相繞組磁場(chǎng)的作用， 轉(zhuǎn)子將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120度，當(dāng)磁鋼的磁極中心線與C相繞組對(duì)齊時(shí)，控制電路使S3 開關(guān)管關(guān)斷，使S2開關(guān)管導(dǎo)通，A相繞組通電，轉(zhuǎn)子在A相繞組磁場(chǎng)的作用下， 轉(zhuǎn)子將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120度。按上述通電順序循環(huán)導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子就順時(shí)針旋轉(zhuǎn)下去。 無(wú)刷直流電機(jī)采集轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的方式有兩種：采集繞組反電勢(shì)信號(hào)和采集位置 傳感器輸出信號(hào)，前者，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但電機(jī)起動(dòng)困難；后者，電機(jī)結(jié)構(gòu)稍復(fù) 雜，但起動(dòng)平穩(wěn)、可靠，目前，大部分的無(wú)刷直流電機(jī)均采用后者

20、。位置傳感器 的種類很多，空調(diào)用的無(wú)刷直流電機(jī)一般采用霍爾元件作為位置傳感器。 無(wú)刷直流電機(jī)大部分采用 三相星形繞組結(jié)構(gòu)，橋式 控制電路，下面就二相導(dǎo) 通星形三相六狀態(tài)的無(wú)刷 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理作詳 細(xì)的介紹(下圖3為原理框圖)：,在此電機(jī)結(jié)構(gòu)中，電機(jī)一般需要三個(gè)霍爾元件，三個(gè)霍爾元件輸出的邏輯波形圖 和真值表如圖4所示。兩個(gè)霍爾元件之間的空間夾角為120度電角度，所以，輸出 的脈沖信號(hào)依次相隔120度電角度。從真值表中可以看出，每個(gè)霍爾元件一次導(dǎo) 通180度，每隔60度必有一個(gè)霍爾元件的輸出狀態(tài)發(fā)生切換，三個(gè)霍爾元件的輸 出狀態(tài)的組合共有六種。與上述的霍爾元件的輸出 狀態(tài)相對(duì)應(yīng)， 在一個(gè)周期

21、 內(nèi)，三相繞組間隔60度電角度換相一次，每個(gè)時(shí)刻有兩相繞組導(dǎo)通，每相繞組連 續(xù)導(dǎo)通120度，每相繞組正反向各導(dǎo)通一次，導(dǎo)通時(shí)間占三分之二周期。假定電 樞各相繞組的導(dǎo)通次序?yàn)椋篣V、UW、VW、VU、WU、WV，則電樞磁勢(shì)的向 量圖如圖5所示。電機(jī)轉(zhuǎn)子在該電樞磁場(chǎng)的作,用下，按既定方向旋轉(zhuǎn)。真值表的參數(shù)必須與控制電路的邏輯程序相吻合，若三 個(gè)霍爾元件的輸出狀態(tài)的真值表的參數(shù)與控制電路的邏輯程序不吻合，電樞磁場(chǎng) 與轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)將不匹配，電機(jī)將不能運(yùn)轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn)。 （3）電機(jī)調(diào)速： 就調(diào)速原理來說，無(wú)刷直流電機(jī)類似于一般的直流電機(jī)，通過改變電樞兩端的直 流電壓大小來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。無(wú)刷直流電機(jī)有兩種改變

22、電壓的方法：PAM和 PWM，PAM是電壓的脈沖寬度保持不變，調(diào)節(jié)電壓的幅值大小來改變電壓的平 均值大??；PWM正好相反，即電壓脈沖幅值不變，脈沖寬度可調(diào)。PAM方式調(diào) 速，其調(diào)速線性度好、噪音低，控制電路簡(jiǎn)單，但線路損耗較大，主要用于低壓 電機(jī)；PWM方式調(diào)速，效率高，但控制線路較復(fù)雜，噪音較大，主要用于高壓電 機(jī)。 （4）PWM調(diào)速的實(shí)現(xiàn)： 如圖6所示，Vi為固定頻率 和固定電壓的三角波，Vsp 為直流電壓，,兩者輸入一比較器，Vi輸入比較器的反相端，Vsp輸入比較器的同相端。當(dāng)Vsp大 于Vi時(shí)，比較器輸出信號(hào)Vo為高電平，當(dāng)Vsp小于Vi時(shí)，比較器輸出信號(hào)Vo為低 電平，Vo為一系列等

23、寬度的脈沖波形，調(diào)節(jié)Vsp電壓的大小，即可調(diào)節(jié)Vo的脈沖 寬度的大小。直流高壓Vm是通過開關(guān)管施加到電機(jī)繞組上的，用Vo來控制無(wú)刷 直流電機(jī)逆變電路的開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，Vm施加到電機(jī)繞組 兩端，開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，Vm不能施加到電機(jī)繞組兩端，即可在繞組兩端得到脈沖 電壓幅值不變，脈沖電壓寬度可調(diào)的電壓，調(diào)節(jié)Vo的脈寬占空比，即可調(diào)節(jié)電機(jī) 繞組兩端的電壓平均值的大小，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。 PWM控制方式輸出給繞組的電壓波形是一系列等寬度的矩形波，矩形波含有較 大成分的諧波。在某些場(chǎng)合，為了減少諧波對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的不良影響，如轉(zhuǎn)矩脈、 振動(dòng)噪音和附加損耗的增加等，希望輸給繞組的電壓為正弦波，因

24、此，控制方式 就要采用正弦脈寬調(diào)制技術(shù)（SPWM）。在PWM控制方式的基礎(chǔ)上，把Vsp電壓 由輸入直流電壓改為輸入正弦波電壓，Vo即為一組幅值不變，寬度按正弦規(guī)律變 化的矩形脈沖波。用Vo來控制逆變電路的開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，輸給電機(jī)繞組的 電壓的平均值即按正弦規(guī)律變化，從而改善電機(jī)的性能。在有特殊要求的應(yīng)用場(chǎng) 合，可以改變Vsp電壓的性質(zhì)來改變PWM控制方式的特性，使PWM控制方式滿足 使用要求。,（5）應(yīng)用： 因?yàn)椴捎昧俗冾l技術(shù)和位置傳感技術(shù)，使無(wú)刷直流電機(jī)繼承了有刷直流電機(jī)的特 性，又無(wú)有刷直流電機(jī)的缺點(diǎn)，所以無(wú)刷直流電機(jī)得到了迅速發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域 得到了廣泛的應(yīng)用。以家用變頻空調(diào)器為例，

25、使用無(wú)刷直流電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào) 節(jié)范圍很寬，在變頻空調(diào)需要快速制冷、制熱時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以調(diào)到很高，使 其快速制冷、制熱；無(wú)刷直流電機(jī)易于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)速，電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍可控 制在5轉(zhuǎn)以內(nèi)，使變頻空調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制；無(wú)刷直流電機(jī)的效率高，為變頻 空調(diào)實(shí)現(xiàn)高能效比提供了保障。 設(shè)計(jì)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)必需提供參數(shù)： 就我司空調(diào)電機(jī)設(shè)計(jì)而言具備下述條件之一便可： 額定電壓、頻率、電容、負(fù)載轉(zhuǎn)速、負(fù)載輸出功率、外形安裝； 額定電壓、頻率、電容、負(fù)載轉(zhuǎn)速、實(shí)際負(fù)載、外形安裝； 額定電壓、頻率、電容、負(fù)載轉(zhuǎn)速、樣機(jī)、外形、安裝 額定電壓、頻率、電容、負(fù)載轉(zhuǎn)速、T-S曲線、外形安裝 哪些參數(shù)變化可引起

26、電機(jī)成本增加 在電機(jī)設(shè)計(jì)已是最優(yōu)化狀態(tài)下，下述要求可增加成本： 負(fù)載不變情況下，要求提高轉(zhuǎn)速； 負(fù)載不變情況下，要求降低溫升；,主要技術(shù)參數(shù)（一） 1）空載輸入電流：是指電機(jī)在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、空載運(yùn)行（軸上輸出功率為零）情況下，流入電動(dòng)機(jī)的電流稱為空載電流。單位：A或mA。 2）空載輸入功率：是指電機(jī)在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、空載運(yùn)行（軸上輸出功率為零）情況下，輸出電動(dòng)機(jī)的功率。這部分功率消耗主要表現(xiàn)在磁場(chǎng)儲(chǔ)能，定、轉(zhuǎn)子繞組銅耗和鋁耗，交變磁通在鐵芯損耗，通風(fēng)、軸承摩擦產(chǎn)生機(jī)械損耗。單位：W（瓦） 3）負(fù)載輸入電流：是指電動(dòng)機(jī)在額定工作電壓、額定電源頻率

27、、額定電容、帶額定負(fù)載運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速下，所輸入電機(jī)的電流。單位：A或mA。 4）額定負(fù)載輸出功率：是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電源頻率、額定電容、帶額定負(fù)載運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速下；軸伸所輸出的有功功率。單位：W（瓦）,主要技術(shù)參數(shù)（二） 5）溫升：指電動(dòng)機(jī)在制定測(cè)試條件下運(yùn)行，內(nèi)部繞組與鐵芯部分的溫度相對(duì)于測(cè)試環(huán)境溫度的升高值。目前較常用的測(cè)試溫升方法為繞組電阻法。 6）噪音：電機(jī)噪音可分為機(jī)械噪音和電磁噪音。機(jī)械噪音通常由電機(jī)裝配不良定、轉(zhuǎn)子摩擦及軸承聲等形成。電磁噪音通常由定轉(zhuǎn)子氣隙不均勻或磁場(chǎng)過于飽和造成，定、轉(zhuǎn)子氣隙不均勻受裝配零部件同軸度的影響較大，磁場(chǎng)過于飽受所設(shè)計(jì)功率較大電機(jī)的材料限制造

28、成。噪音用分貝dB表示。 7）哪些參數(shù)變化可引起電機(jī)成本增加： a.負(fù)載不變情況下，要求提高轉(zhuǎn)速； b.負(fù)載不變情況下，要求降低溫升；,單相異步電動(dòng)機(jī)分類,按起動(dòng)和運(yùn)行方式分,單相電阻起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī),單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī),單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī),單相電容起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī),單相罩極異步電動(dòng)機(jī),單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī),單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)是指副繞組及與之 串聯(lián)的工作點(diǎn)容器，不論是起動(dòng)還是運(yùn)行時(shí)都始 終接通電源參與運(yùn)行的電機(jī)。這種電機(jī)的最大特 點(diǎn)是額定運(yùn)行時(shí)性能指標(biāo)優(yōu)良，與同容量的其他 單相異步電機(jī)相比較，重量較輕、體積較小、效 率和功率因數(shù)較高，特別適用于輕載起動(dòng)和要求 長(zhǎng)期運(yùn)行運(yùn)行的場(chǎng)合

29、，如電扇、吊扇、錄音機(jī)、 洗衣機(jī)、空調(diào)設(shè)備等。,以下以空調(diào)器用風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行介紹。,單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)典型結(jié)構(gòu),異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電磁設(shè)計(jì)算兩大部分，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)，后者主要是零部件設(shè)計(jì)和繪制施工圖紙。 按功能來分，異步電機(jī)的構(gòu)件有兩大類，一類是直接參與機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換，通常稱為有效部分，即定子鐵心和繞組，轉(zhuǎn)子鐵心和繞組。其大小、形狀和材料的特性，直接影響電機(jī)的參數(shù)和性能價(jià)格比，它們?cè)陔姶庞?jì)算過程中確定。 另一類不直接參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，而是承擔(dān)著電機(jī)的支承、安裝、防護(hù)、冷卻（散熱）及傳遞電磁力或電磁轉(zhuǎn)局。,單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)典型結(jié)構(gòu)說明,接插件,引出線,

30、接地線,擋圈,轉(zhuǎn)軸,緊固件,For Example: 三星50-6S,嵌線定子,轉(zhuǎn)子組件,端蓋,護(hù)套,輔助材料,端子,電機(jī)結(jié)構(gòu)分解,定子繞組 單相電動(dòng)機(jī)主相繞組和副相繞組在空 間相隔90電角度。 定子鐵芯 定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，為了提高電動(dòng)機(jī)的性能，降低鐵損耗，定子鐵心的材料是用硅鋼片疊成的，通常硅鋼片的厚度為0.5mm。,線圈,嵌線定子,熱保護(hù)器,引出線,輔助材料,錠子 是電機(jī)電因素 的主要部位它 上面的線圈決 定著電機(jī)的電 參數(shù),定子鐵芯,絕緣材料,端蓋,電動(dòng)機(jī)的端蓋是用來支撐電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，通常也稱轉(zhuǎn)子，電機(jī)為了保證有良好的電性能，通常定轉(zhuǎn)子之間的空隙是很小的，一般都在0.20

31、.3mm，所以端蓋各個(gè)配合面均要求同心，以保證定轉(zhuǎn)子之間的氣隙均勻，保證電動(dòng)機(jī)性能，因此，端蓋同心度的要求比較重要。,端蓋 起固定作用,轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子一般情況下均采用鑄鋁的鼠籠轉(zhuǎn)子，鑄鋁材料是采用工業(yè)純鋁，純度在99.7%以上，鼠籠電阻的大小時(shí)電機(jī)的性能有著很大的影響，所以在鑄造時(shí)要保持鋁的純度。 轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸是作為支撐轉(zhuǎn)子鐵心和傳遞力矩最不可缺少的結(jié)構(gòu)部分，轉(zhuǎn)軸都必須具備一定剛度和強(qiáng)度，轉(zhuǎn)軸的材料一般是采用45號(hào)圓鋼。,軸承 中小型異步電機(jī)均采用端蓋式軸承結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)端與非傳動(dòng)端均為滾動(dòng)軸承，在選用軸承時(shí)，要求工作壽命達(dá)10000h，另外為降低成本部分電機(jī)使用含油軸承。 引出線 引出線是連接電機(jī)內(nèi)部

32、線圈與電源、電容的連線。,轉(zhuǎn)子沖片,轉(zhuǎn)軸,轉(zhuǎn)子,軸承,轉(zhuǎn)子組件,軸用檔圈,電機(jī)涂料,全稱為精車轉(zhuǎn)子，最關(guān)鍵的工序是鑄鋁以及在經(jīng)過沖床時(shí)沖片的精度,軸承 是影響電機(jī)整機(jī)性能的一個(gè)很重要的因素特別是在電機(jī)噪音方面,轉(zhuǎn)子沖片,生產(chǎn)流程,繞線,嵌線,接線,整形,焊接,絕緣處理,精整,壓軸,粗車,防銹處理,精車,上檔圈,壓軸承,嵌線定子,轉(zhuǎn)子組件,裝配,緊固,包裝,測(cè)試,外觀檢查,噪音測(cè)試,性能測(cè)試,RP電機(jī)制造工藝 1、工藝流程： 鐵芯沖制 定子繞線 焊接 組立（檢測(cè)） BMC成型 總裝 轉(zhuǎn)子鐵芯 鑄鋁 入軸，鉚壓 轉(zhuǎn)軸校正 車外圓 涂油 2、工藝特點(diǎn)： RP電機(jī)制造設(shè)備全套引進(jìn)，工藝成熟，自動(dòng)化程度

33、高，質(zhì)量保證能力強(qiáng)，工藝水平屬世界一流。重點(diǎn)工序的工藝特點(diǎn)分?jǐn)⑷缦拢?1） 定、轉(zhuǎn)子鐵芯（含RP電機(jī)和SP電機(jī)）沖制。 采用進(jìn)口高速?zèng)_床沖制，定、轉(zhuǎn)子鐵芯的沖片落料、沖槽形、鐵芯扣鉚等工序一次完成。槽形精度高，可達(dá)0.03，鐵芯疊壓后毛刺僅0.02。本工序生產(chǎn)效率高，每分鐘可沖制沖片300450片，為國(guó)內(nèi)同類設(shè)備的34倍。 2） 定子繞線。 RP電機(jī)繞線機(jī)采用高精度伺服馬達(dá)控制，自動(dòng)化程度高；繞線張力自動(dòng)控制，所生產(chǎn)定子電阻及電機(jī)性能一致性好；采用高速計(jì)數(shù)器監(jiān)測(cè)繞線圈數(shù)，并帶自動(dòng)報(bào)警裝置，保證繞線匝數(shù)準(zhǔn)確性；帶自動(dòng)鉤線、斷線裝置，每人可操作4臺(tái)設(shè)備同時(shí)自動(dòng)繞線，效率高。,3）BMC成型。 所用

34、BMC成型機(jī)注塑時(shí)的壓力、速度采用比例閥控制，通過程序控制可實(shí)現(xiàn)注塑過程中無(wú)級(jí)調(diào)整，高精度自動(dòng)計(jì)量注塑量，鎖模壓力可無(wú)級(jí)調(diào)整，自動(dòng)監(jiān)控，溫度自動(dòng)控制，異常自動(dòng)報(bào)警。多路安全防護(hù)，生產(chǎn)效率高，一次可成型定子6件，成型溫度低（125），工藝參數(shù)自動(dòng)監(jiān)控，工序質(zhì)量穩(wěn)定可靠，外觀質(zhì)量及精度高。與同類設(shè)備工藝相比有效率高、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。 4）BB蓋拉伸、清洗。 BB蓋拉伸采用自動(dòng)拉伸設(shè)備，從下料到成型多道工序一次完成，具有拉伸尺寸精度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。BB蓋清洗采用全自動(dòng)清洗線，全部清洗過程自動(dòng)完成，零件可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滾洗；采用超聲波清洗技術(shù)和工藝，液溫自動(dòng)恒溫加熱，清洗質(zhì)量高，工序穩(wěn)定。與先進(jìn)國(guó)家的工

35、藝相比具有自動(dòng)化程度高、效率高的優(yōu)點(diǎn)。 5) 轉(zhuǎn)子鑄鋁。 轉(zhuǎn)子鑄鋁采用壓力鑄鋁工藝，壓鑄機(jī)帶自動(dòng)溫度控制，一模能同時(shí)生產(chǎn)四件鼠籠轉(zhuǎn)子。與同類工藝相比，具有生產(chǎn)自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。 6） 轉(zhuǎn)子車削。 RP轉(zhuǎn)子車削采用帶自動(dòng)上料的全自動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工，轉(zhuǎn)子上料、外圓車削、清理、涂油等工序一次性完成，自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。,SP電機(jī)制造工藝 1、工藝流程： 鐵芯沖制 沖槽絕緣 定子落線 綁扎、整形 檢驗(yàn) 浸漆 總裝 轉(zhuǎn)子鐵芯 鑄鋁 入軸 鉚壓 車外圓 運(yùn)平衡 調(diào)直 去毛刺，涂油 總裝流程： 發(fā)料 定子壓入 清渣 裝配 穿護(hù)套 打插子 穿連接器 打扎帶 性能檢測(cè) 貼銘牌

36、聽噪音 貼合格證 軸伸涂油 打包 報(bào)檢 2、工藝特點(diǎn)： SP電機(jī)主要工序采用進(jìn)口先進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)，工藝穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，質(zhì)量保證能力強(qiáng)，工藝水平屬國(guó)內(nèi)一流。SP電機(jī)的定轉(zhuǎn)子鐵芯沖制、轉(zhuǎn)子鑄鋁等工序的工藝與RP電機(jī)相同，其它重點(diǎn)工序的工藝特點(diǎn)分?jǐn)⑷缦拢?1） 打槽紙。 SP電機(jī)的定子槽底絕緣采用打槽紙機(jī)插入，絕緣尺寸精度高，插入位置精確，從而保證了電機(jī)的電氣絕緣性。該設(shè)備生產(chǎn)效率高，工效為手工打槽紙的100倍以上。,2） 定子落線。 SP電機(jī)的定子落線采用機(jī)械落線，定子槽絕緣的插入和線圈嵌入由同一設(shè)備完成，避免了手工落線時(shí)線圈受力不均，容易損傷漆包線表面漆膜，從而造成匝間不合格率高的缺點(diǎn)。設(shè)工序還具有生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)械落線的工效為手工落線的40倍。 3）端部綁扎、整形。 SP電機(jī)定子繞組端部綁扎及整形均采用專用設(shè)備。綁扎機(jī)能對(duì)繞組端部自動(dòng)、均勻綁扎，粗整形機(jī)和精整形機(jī)分兩次對(duì)繞組端部進(jìn)行整形，使繞組端部整齊且尺寸一致。該兩設(shè)備的引進(jìn)與傳統(tǒng)的手工綁扎、整形相比，具有生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品一致性好，能減少匝間、斷線不合格率，保證電氣間隙等優(yōu)點(diǎn)。 4） 端蓋拉伸。 SP電機(jī)用端蓋多采用拉伸端蓋，其生產(chǎn)采用自動(dòng)拉伸設(shè)備，從下料到成型多道工序一次完成。我司現(xiàn)有自動(dòng)拉伸生產(chǎn)線兩條，其中一條每分鐘制作端蓋12件，另一條每分鐘制作端蓋24件。拉伸尺寸精度高，軸承室與止口同軸度達(dá)0.08。 一