電機(jī)學(xué)課件—第七章

1、第七章第七章 其它電機(jī)簡(jiǎn)介其它電機(jī)簡(jiǎn)介 7.1 7.1 雙饋異步發(fā)電機(jī)及其在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用雙饋異步發(fā)電機(jī)及其在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用 7.2 7.2 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 7.3 7.3 開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī) 7.4 7.4 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī) 7.5 7.5 控制電機(jī)簡(jiǎn)介控制電機(jī)簡(jiǎn)介 本章小結(jié)本章小結(jié) 7.1 7.1 雙饋異步發(fā)電機(jī)及其在風(fēng)力發(fā)電雙饋異步發(fā)電機(jī)及其在風(fēng)力發(fā)電 中的應(yīng)用中的應(yīng)用 雙饋異步發(fā)電機(jī)的工作原理是怎樣的？為什么雙饋異步發(fā)電機(jī)的工作原理是怎樣的？為什么 雙饋異步發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中得到廣泛的應(yīng)用？雙饋異步發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中得到廣泛的應(yīng)用？ 20Kw20Kw風(fēng)力

2、發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī) 異步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī) 7.1.1 7.1.1 雙饋異步發(fā)電機(jī)工作原理雙饋異步發(fā)電機(jī)工作原理 一、基本原理一、基本原理 雙饋電機(jī)在結(jié)構(gòu)上類似繞線式異步雙饋電機(jī)在結(jié)構(gòu)上類似繞線式異步 電機(jī)，定子側(cè)直接接入三相工頻電網(wǎng)電機(jī)，定子側(cè)直接接入三相工頻電網(wǎng), ,而而 轉(zhuǎn)子側(cè)通過變流器接入所需低頻電流。轉(zhuǎn)子側(cè)通過變流器接入所需低頻電流。 因?yàn)槎ㄗ优c轉(zhuǎn)子兩側(cè)都有能量的饋送因?yàn)槎ㄗ优c轉(zhuǎn)子兩側(cè)都有能量的饋送, ,所所 以稱為雙饋電機(jī)。以稱為雙饋電機(jī)。 由第四章知，繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上嵌由第四章知，繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上嵌 裝有三相對(duì)稱繞組，在該三相對(duì)稱繞組中通入三裝有三相對(duì)稱繞組，在該三相

3、對(duì)稱繞組中通入三 相對(duì)稱交流電，則將在電機(jī)氣隙內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，相對(duì)稱交流電，則將在電機(jī)氣隙內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與所通入的交流電的頻率及電此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與所通入的交流電的頻率及電 機(jī)的極對(duì)數(shù)有關(guān)，即機(jī)的極對(duì)數(shù)有關(guān)，即 (7-1-1)(7-1-1) p f n 2 2 60 從式從式(7-1-1)(7-1-1)可知，改變頻率可知，改變頻率 ，即可改變，即可改變 。因。因 此，則只要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的頻率此，則只要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的頻率 ，就從而維持：，就從而維持： (7-1-2)(7-1-2) 式中式中 對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)頻率對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)頻率 時(shí)異步發(fā)電機(jī)的同步時(shí)異步發(fā)電機(jī)的同步 轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速。 2

4、f 2 n 2 f 21 nnn常數(shù) 1 n 1 f 異步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子電流頻率的關(guān)系為異步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子電流頻率的關(guān)系為 (7-1-3) 式式(7-1-3)表明，異步電機(jī)定子繞組的感應(yīng)電勢(shì)，表明，異步電機(jī)定子繞組的感應(yīng)電勢(shì)， 如同在同步發(fā)電機(jī)時(shí)一樣，其頻率將始終維持如同在同步發(fā)電機(jī)時(shí)一樣，其頻率將始終維持 為為 不變。不變。 21 fsf 1 f 二、三種運(yùn)行狀態(tài)二、三種運(yùn)行狀態(tài) 根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化，雙饋異步發(fā)電機(jī)有根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化，雙饋異步發(fā)電機(jī)有 以下三種運(yùn)行狀態(tài)：以下三種運(yùn)行狀態(tài)： 亞同步運(yùn)行狀態(tài)。在此種狀態(tài)下亞同步運(yùn)行狀態(tài)。在此種狀態(tài)下 ，由滑差頻率為，由滑差頻率為 的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的

5、電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方向相同，因此有與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方向相同，因此有 (1)(1) 。 1 nn 2 f 2 n 12 nnn (2) (2) 超同步運(yùn)行狀態(tài)。此種狀態(tài)下超同步運(yùn)行狀態(tài)。此種狀態(tài)下 ，改變，改變 通入轉(zhuǎn)子繞組的頻率為通入轉(zhuǎn)子繞組的頻率為 的電流相序，則其所產(chǎn)的電流相序，則其所產(chǎn) 生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，因此有生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，因此有 。為了實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)向反向，在由亞轉(zhuǎn)向反向，在由亞 同步運(yùn)行轉(zhuǎn)向超同步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子三相繞組必須同步運(yùn)行轉(zhuǎn)向超同步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子三相繞組必須 能自動(dòng)改變其相序；反之，也是一樣。能自動(dòng)改變其相序；反之，

6、也是一樣。 1 nn 2 f 12 nnn 2 n (3) (3) 同步運(yùn)行狀態(tài)。此種狀態(tài)下同步運(yùn)行狀態(tài)。此種狀態(tài)下 ，滑差頻，滑差頻 率率 ，這表明此時(shí)通入轉(zhuǎn)子繞組的電流的頻，這表明此時(shí)通入轉(zhuǎn)子繞組的電流的頻 率為率為0 0，也即是直流電流，因此與普通同步發(fā)電機(jī)，也即是直流電流，因此與普通同步發(fā)電機(jī) 一樣。一樣。 2 0f 1 nn 7.1.27.1.2等值電路及向量圖等值電路及向量圖 圖圖7-1-1 雙饋異步發(fā)電機(jī)的等值電路雙饋異步發(fā)電機(jī)的等值電路 （a a）亞同步運(yùn)行）亞同步運(yùn)行 （b b）超同步運(yùn)行）超同步運(yùn)行 圖圖7-1-27-1-2雙饋異步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的向量圖雙饋異步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)

7、運(yùn)行時(shí)的向量圖 7.1.3 7.1.3 雙饋電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用雙饋電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用 圖圖7-1-37-1-3為典型的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系為典型的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)示意圖，主要由風(fēng)力機(jī)、增速箱、雙饋統(tǒng)示意圖，主要由風(fēng)力機(jī)、增速箱、雙饋 發(fā)電機(jī)、雙向步流器、和控制系統(tǒng)組成。發(fā)電機(jī)、雙向步流器、和控制系統(tǒng)組成。 圖圖7-1-3典型的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)示意圖典型的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)示意圖 雙饋異步發(fā)電機(jī)在不同運(yùn)行狀態(tài)下功率傳遞關(guān)系怎雙饋異步發(fā)電機(jī)在不同運(yùn)行狀態(tài)下功率傳遞關(guān)系怎 樣？樣？ 雙饋異步發(fā)電機(jī)在亞同步運(yùn)行及超同步運(yùn)行時(shí)雙饋異步發(fā)電機(jī)在亞同步運(yùn)行及超同步運(yùn)行時(shí) 的功率流向如圖的功

8、率流向如圖7-1-47-1-4所示，圖中為發(fā)電機(jī)的電磁功所示，圖中為發(fā)電機(jī)的電磁功 率，不計(jì)定子繞組損耗時(shí)，等于從定子輸出到電網(wǎng)率，不計(jì)定子繞組損耗時(shí)，等于從定子輸出到電網(wǎng) 的電功率。為電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，為輸入機(jī)械功率。的電功率。為電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，為輸入機(jī)械功率。 (a)亞同步運(yùn)行亞同步運(yùn)行 （b）超同步運(yùn)行）超同步運(yùn)行 圖圖7-1-4 雙饋異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率流向雙饋異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率流向 風(fēng)速較低，電機(jī)運(yùn)行在亞同步狀態(tài)時(shí)，風(fēng)速較低，電機(jī)運(yùn)行在亞同步狀態(tài)時(shí)， ，需要從電網(wǎng)向電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組饋入電功率，風(fēng)力機(jī)，需要從電網(wǎng)向電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組饋入電功率，風(fēng)力機(jī) 經(jīng)轉(zhuǎn)子傳遞給定子的功率為經(jīng)轉(zhuǎn)子傳遞給定子的功

9、率為 （忽略電機(jī)損耗），（忽略電機(jī)損耗）， 轉(zhuǎn)子需要輸入的電機(jī)率為轉(zhuǎn)子需要輸入的電機(jī)率為 ，所以發(fā)電機(jī)傳，所以發(fā)電機(jī)傳 給電網(wǎng)的總功率只有給電網(wǎng)的總功率只有 ，如圖，如圖7-4-4(a)7-4-4(a)。 Pem sPem ememem 1PsPs P 0s 風(fēng)速較低，電機(jī)運(yùn)行在超同步狀態(tài)時(shí)，風(fēng)速較低，電機(jī)運(yùn)行在超同步狀態(tài)時(shí)， ，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn) 子繞組向外（電網(wǎng)）供電，風(fēng)力機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)子傳遞給定子的子繞組向外（電網(wǎng)）供電，風(fēng)力機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)子傳遞給定子的 功率為功率為 （忽略電機(jī)損耗），轉(zhuǎn)子輸出到電網(wǎng)的電機(jī)（忽略電機(jī)損耗），轉(zhuǎn)子輸出到電網(wǎng)的電機(jī) 率為率為 ，所以發(fā)電機(jī)傳給電網(wǎng)的總功率為，所以發(fā)電機(jī)傳給電網(wǎng)的總功率為

10、 ，如圖，如圖7-1-4(b)7-1-4(b)。 0s Pem em s P ememem 1Ps Ps P 下面給出一雙饋電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用實(shí)例說下面給出一雙饋電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用實(shí)例說 明在不同風(fēng)速下定、轉(zhuǎn)子及輸出功率的關(guān)系。明在不同風(fēng)速下定、轉(zhuǎn)子及輸出功率的關(guān)系。 該電機(jī)主要參數(shù)：額定功率：該電機(jī)主要參數(shù)：額定功率：1501kW1501kW，額定轉(zhuǎn)速：，額定轉(zhuǎn)速： 1440r/min1440r/min，額定效率：，額定效率：97.1%97.1%，額定頻率：，額定頻率：60Hz60Hz，額定，額定 功率因數(shù)：功率因數(shù)：1.01.0，定子電壓：，定子電壓：575V575V，轉(zhuǎn)子電壓

11、：，轉(zhuǎn)子電壓：376V376V， 定子電流：定子電流：1287.2A1287.2A，轉(zhuǎn)子電流：，轉(zhuǎn)子電流：396.5A396.5A，定子輸出功，定子輸出功 率：率：1263kW1263kW，轉(zhuǎn)子輸出功率：，轉(zhuǎn)子輸出功率：247.8kW247.8kW。 表表7-1-17-1-1發(fā)電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的基本運(yùn)行特性發(fā)電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的基本運(yùn)行特性 n/ r/min Pe/ kW Ps/ kW Pr/ kW Qr/ kVAr I1/ A I2/ A EF/ % U2/ V 800446.0689.0-233.2-159.1691.8244.692.85666.3 900625.9853.0-218.0-

12、133.4856.5291.394.61504.5 1000795.9970.0-167.1-94.4973.9325.595.75340.4 1100974.61074.0-95.4-50.61078.4356.496.61174.9 1200896.0900.0-3.80.0903.7305.096.897.2 13001247.81160.091.450.41164.7382.197.18160.2 14001431.31238.0201.4113.21243.0405.697.12328.8 14401500.91263.0247.8138.21268.1413.197.10396.5

13、 15001500.31213.0299.3166.91217.9398.097.00497.0 16001502.11140.0377.2211.61144.6376.196.85664.0 7.2 7.2 永磁直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)永磁直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī) 永磁無(wú)刷直流電機(jī)是在傳統(tǒng)直流電機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展永磁無(wú)刷直流電機(jī)是在傳統(tǒng)直流電機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展 起來(lái)的，其電磁結(jié)構(gòu)上和傳統(tǒng)直流電機(jī)一樣，但是無(wú)起來(lái)的，其電磁結(jié)構(gòu)上和傳統(tǒng)直流電機(jī)一樣，但是無(wú) 刷直流電機(jī)的電樞繞組放在定子上，轉(zhuǎn)子則采用永磁刷直流電機(jī)的電樞繞組放在定子上，轉(zhuǎn)子則采用永磁 材料制成的永磁體。永磁無(wú)刷直流電機(jī)以電子換向器材料制成的永磁體。永磁無(wú)刷直流電

14、機(jī)以電子換向器 取代了機(jī)械電刷和換向器，消除了電的滑動(dòng)接觸機(jī)構(gòu)。取代了機(jī)械電刷和換向器，消除了電的滑動(dòng)接觸機(jī)構(gòu)。 7.2.1 7.2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 永磁無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)本體、永磁無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)本體、 轉(zhuǎn)子位置傳感器和功率電子開關(guān)轉(zhuǎn)子位置傳感器和功率電子開關(guān)(逆變器逆變器)三三 部分組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖部分組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖7-2-1所示。所示。 圖圖7-2-1 7-2-1 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 各主要組成部分的結(jié)構(gòu)如下：各主要組成部分的結(jié)構(gòu)如下： 1 1、電機(jī)本體、電機(jī)本體 2 2、電子開關(guān)（逆變環(huán)節(jié)）、電子開關(guān)（逆變環(huán)節(jié)）

15、3 3、轉(zhuǎn)子位置傳感器、轉(zhuǎn)子位置傳感器 圖圖7-2-2 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)本體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)本體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式 7.2.2 7.2.2 工作原理工作原理 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理是什么？永磁無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理是什么？ 它是如何實(shí)現(xiàn)電子換相的？它是如何實(shí)現(xiàn)電子換相的？ (a) (b) (a) (b) 圖圖7-2-3 7-2-3 兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖 當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體轉(zhuǎn)到圖當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體轉(zhuǎn)到圖7-2-37-2-3（a a）所示位置時(shí)，）所示位置時(shí)， 轉(zhuǎn)子位置傳感器發(fā)出磁極位置信號(hào)，經(jīng)過控制電轉(zhuǎn)子位置傳感器

16、發(fā)出磁極位置信號(hào)，經(jīng)過控制電 路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使功率開關(guān)管路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使功率開關(guān)管V1V1、V6V6 導(dǎo)通（見圖導(dǎo)通（見圖7-2-17-2-1），電流），電流A A進(jìn)進(jìn)B B出，繞組出，繞組ABAB通電，通電， 電樞電流在空間形成磁勢(shì)電樞電流在空間形成磁勢(shì),如圖如圖7-2-3(a)7-2-3(a)所示。所示。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過電角度，到達(dá)圖當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過電角度，到達(dá)圖7-2-3(b)7-2-3(b)位置時(shí)，位置時(shí)， 位置傳感器輸出的信號(hào)，經(jīng)過邏輯變換后使開關(guān)位置傳感器輸出的信號(hào)，經(jīng)過邏輯變換后使開關(guān) 管管V6V6截止，截止，V2V2導(dǎo)通，此時(shí)導(dǎo)通，此時(shí)V1V1仍導(dǎo)通。繞組仍導(dǎo)通。繞組

17、ACAC通電，通電， 電流電流A A進(jìn)進(jìn)C C出，電樞電流在空間合成磁場(chǎng)如圖出，電樞電流在空間合成磁場(chǎng)如圖b b所示所示 7.2.37.2.3運(yùn)行特性運(yùn)行特性 1 1、電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) （7-2-17-2-1） 式中，式中， 為每極磁通；為每極磁通； 為電機(jī)轉(zhuǎn)速；為電機(jī)轉(zhuǎn)速； 為電勢(shì)常數(shù)；為電勢(shì)常數(shù)； 為極對(duì)數(shù)；為極對(duì)數(shù)； 為電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)；為電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)； 為計(jì)算極弧系數(shù)。為計(jì)算極弧系數(shù)。 e ECn 2 15 e i p CW n p W i 2 2、電樞電流、電樞電流 （7-2-27-2-2） 式中，式中， 為電樞電流；為電樞電流； 為電源電壓；為電源

18、電壓； 為功率管飽為功率管飽 和壓降；和壓降； 為每相繞組電阻，。為每相繞組電阻，。 2 2 a a UUE I r a I U U a r 3 3、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩 （7-2-37-2-3） 式中，式中， 為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 Ta TCI 4 T i p CW 4 4、機(jī)械特性、機(jī)械特性 （7-2-47-2-4） 2 2222 aa a eeeeT UUrUUr nIT CCCC C 因此，永磁無(wú)刷直流電機(jī)的機(jī)械特性較硬，具有和因此，永磁無(wú)刷直流電機(jī)的機(jī)械特性較硬，具有和 傳統(tǒng)直流電機(jī)一樣好的控制性能，可以通過改變供電電傳統(tǒng)直流電機(jī)一樣好的控制性能，可以通過改變供電電 壓實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速

19、，調(diào)節(jié)電樞電流達(dá)到轉(zhuǎn)矩控制的目的。壓實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)節(jié)電樞電流達(dá)到轉(zhuǎn)矩控制的目的。 7.3 7.3 開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī) 開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor, (Switched Reluctance Motor, SRM)SRM)，又稱可變磁阻電機(jī)，又稱可變磁阻電機(jī)(Variable Reluctance (Variable Reluctance Motor)Motor)，是磁阻式電動(dòng)機(jī)和開關(guān)電源組成的機(jī)電一，是磁阻式電動(dòng)機(jī)和開關(guān)電源組成的機(jī)電一 體化的新型電機(jī)。其結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單、可靠，系統(tǒng)調(diào)體化的新型電機(jī)。其結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單、可靠，系統(tǒng)調(diào) 速性能好，

20、效率高，成本低，目前已在航空工業(yè)和速性能好，效率高，成本低，目前已在航空工業(yè)和 通用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。通用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī) 開關(guān)磁阻電機(jī)風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用開關(guān)磁阻電機(jī)風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用 7.3.1 7.3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 圖圖7-3-1 開關(guān)磁阻電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)原理開關(guān)磁阻電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)原理 7.3.2 7.3.2 工作原理工作原理 開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行原理是什么？開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行原理是什么？ 其電磁轉(zhuǎn)矩有什么特點(diǎn)？其電磁轉(zhuǎn)矩有什么特點(diǎn)？ 開關(guān)磁阻電機(jī)是依靠磁阻效應(yīng)運(yùn)行的，開關(guān)磁阻電機(jī)是依靠磁阻效應(yīng)運(yùn)行的， 其運(yùn)行原理遵循其運(yùn)行原理遵循“磁阻

21、最小原理磁阻最小原理”，即磁通，即磁通 總要沿著磁阻最小的路徑閉合，在磁場(chǎng)中，總要沿著磁阻最小的路徑閉合，在磁場(chǎng)中， 一定形狀鐵心的主軸線有向與磁場(chǎng)軸線重合一定形狀鐵心的主軸線有向與磁場(chǎng)軸線重合 位置運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。位置運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。 如圖如圖7-3-17-3-1，當(dāng)定子繞組，當(dāng)定子繞組 勵(lì)磁時(shí)，所產(chǎn)生的勵(lì)磁時(shí)，所產(chǎn)生的 磁力則力圖使轉(zhuǎn)子極軸線磁力則力圖使轉(zhuǎn)子極軸線 與定子極軸線與定子極軸線 重合，重合， 并使并使B B相勵(lì)磁繞組的電感最大。若以圖中定、轉(zhuǎn)子所相勵(lì)磁繞組的電感最大。若以圖中定、轉(zhuǎn)子所 處位置作為起始位置，依次按順序處位置作為起始位置，依次按順序 給繞給繞 組通電，則轉(zhuǎn)子受磁場(chǎng)力作用沿

22、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。組通電，則轉(zhuǎn)子受磁場(chǎng)力作用沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 BB 22BB CBAC 反之依次按順序反之依次按順序 給繞組通給繞組通 電，則轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。可見，開關(guān)磁阻電動(dòng)電，則轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。可見，開關(guān)磁阻電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)向與繞組的電流方向無(wú)關(guān)，僅取決于相機(jī)的轉(zhuǎn)向與繞組的電流方向無(wú)關(guān)，僅取決于相 繞組通電順序。繞組通電順序。 BACB 由于由于SRMSRM的轉(zhuǎn)向與繞組電流方向無(wú)關(guān)，的轉(zhuǎn)向與繞組電流方向無(wú)關(guān)， 所以使得功率變換器電路能夠充分簡(jiǎn)化。在所以使得功率變換器電路能夠充分簡(jiǎn)化。在 圖圖7-3-17-3-1中，當(dāng)主開關(guān)中，當(dāng)主開關(guān)S1S1、S2S2接通時(shí)，接通時(shí)，A A相繞相繞 組從直流電源組從直

23、流電源U U吸收電能，而當(dāng)吸收電能，而當(dāng)S1S1、S2S2斷開斷開 時(shí)，繞組電流通過續(xù)流二極管時(shí)，繞組電流通過續(xù)流二極管VD1VD1、VD2VD2將剩將剩 余能量回饋給電源。因此余能量回饋給電源。因此SRMSRM具有能量回饋具有能量回饋 的特點(diǎn)，系統(tǒng)效率高。的特點(diǎn)，系統(tǒng)效率高。 7.3.3 7.3.3 運(yùn)行特性運(yùn)行特性 設(shè)每相繞組開關(guān)頻率設(shè)每相繞組開關(guān)頻率(主開關(guān)管開關(guān)頻率主開關(guān)管開關(guān)頻率) 為為 ，轉(zhuǎn)子極數(shù)為，轉(zhuǎn)子極數(shù)為 ，則電機(jī)的同步轉(zhuǎn)，則電機(jī)的同步轉(zhuǎn) 速（速（r/min）可表示為：）可表示為： (7-2-1) ph f r N ph r 60f n N 由于電機(jī)磁路的非線性，其電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)

24、根據(jù)磁共由于電機(jī)磁路的非線性，其電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)根據(jù)磁共 能來(lái)計(jì)算，即：能來(lái)計(jì)算，即： (7-3-2) 式中，式中， 為轉(zhuǎn)子位置角；為轉(zhuǎn)子位置角； 為繞組電流。為繞組電流。 , , Wi Ti i 若忽略磁路的非線性，上式可簡(jiǎn)化為：若忽略磁路的非線性，上式可簡(jiǎn)化為： (7-3-3) 2 d , 2 d iL Ti 7.47.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸 出軸的角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)，因此又出軸的角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)，因此又 稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。 7.4.17.4.1基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 圖圖7-4-1 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的原理結(jié)構(gòu)圖反

25、應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的原理結(jié)構(gòu)圖 圖圖7-4-2 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 7.4.27.4.2工作原理工作原理 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)是利用凸極轉(zhuǎn)子的交軸磁反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)是利用凸極轉(zhuǎn)子的交軸磁 阻與直軸磁阻之差所產(chǎn)生的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的，阻與直軸磁阻之差所產(chǎn)生的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的， 所以也稱為磁阻式步進(jìn)電機(jī)。所以也稱為磁阻式步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)在工作時(shí)，需由專用的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)在工作時(shí)，需由專用的驅(qū)動(dòng) 電源將脈沖電壓信號(hào)按一定的輪流加到定電源將脈沖電壓信號(hào)按一定的輪流加到定 子的各相繞組上。定子繞組從一次通電到子的各相繞組上。定子繞組從一次通電到 下一次通電稱為一拍。每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的下一次通電

26、稱為一拍。每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的 角度稱為步距角角度稱為步距角 。 b 相步進(jìn)電機(jī)按通電方式的不同，有以下三相步進(jìn)電機(jī)按通電方式的不同，有以下三 種運(yùn)行方式：種運(yùn)行方式： 1 1、 相單相單 拍運(yùn)行拍運(yùn)行 每次只給一相繞組通電，通電次完成一個(gè)通電循每次只給一相繞組通電，通電次完成一個(gè)通電循 環(huán)。以三相步進(jìn)電機(jī)為例，此時(shí)通電順序?yàn)榄h(huán)。以三相步進(jìn)電機(jī)為例，此時(shí)通電順序?yàn)?或反之?；蚍粗?m ACB mm 2 2、 相雙相雙 拍運(yùn)行拍運(yùn)行 每次同時(shí)給兩相繞組通電，通電每次同時(shí)給兩相繞組通電，通電 次完成一個(gè)通電次完成一個(gè)通電 循環(huán)。以三相步進(jìn)電機(jī)為例，此時(shí)通電順序?yàn)檠h(huán)。以三相步進(jìn)電機(jī)為例，此時(shí)通電順序

27、為 或反之?；蚍粗?3 3、 相單、雙相單、雙2 2 拍運(yùn)行拍運(yùn)行 以三相步進(jìn)電機(jī)為例，其運(yùn)行方式為三相單、雙六以三相步進(jìn)電機(jī)為例，其運(yùn)行方式為三相單、雙六 拍運(yùn)行，此時(shí)通電順序?yàn)榕倪\(yùn)行，此時(shí)通電順序?yàn)?或反之?；蚍粗?mm m mm ABBCCA AABBBCCCA (a) A相通電狀態(tài)相通電狀態(tài) (b) B相通電狀態(tài)相通電狀態(tài) (c) C相通電狀態(tài)相通電狀態(tài) 圖圖7-4-3 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理圖反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理圖 7.4.3 7.4.3 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 如果以如果以 表示步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的拍數(shù)，則轉(zhuǎn)子表示步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的拍數(shù)，則轉(zhuǎn)子 經(jīng)過經(jīng)過 步，將轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距。每轉(zhuǎn)一圈步，將轉(zhuǎn)

28、過一個(gè)齒距。每轉(zhuǎn)一圈( (即即 機(jī)械角度機(jī)械角度) )，需要走，需要走 （ 為轉(zhuǎn)子齒數(shù)），步為轉(zhuǎn)子齒數(shù)），步 距角為：距角為： (7-4-1) (7-4-1) N N 0 360 r NZ r Z 0 r 360 S NZ (7-4-2) 式中，式中， 為通電狀態(tài)系數(shù)。當(dāng)采用單拍或雙拍為通電狀態(tài)系數(shù)。當(dāng)采用單拍或雙拍 運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)， ；而采用單、雙拍運(yùn)行時(shí)，；而采用單、雙拍運(yùn)行時(shí)， 。 NCm C 1C 2C 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的通電脈沖的頻率為當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的通電脈沖的頻率為 時(shí)，由時(shí)，由 于轉(zhuǎn)子每經(jīng)過于轉(zhuǎn)子每經(jīng)過 個(gè)脈沖就旋轉(zhuǎn)一周，故步進(jìn)個(gè)脈沖就旋轉(zhuǎn)一周，故步進(jìn) 電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速為：電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速

29、為： （7-4-37-4-3） f r NZ 60 r f n NZ 步進(jìn)電機(jī)不失步起動(dòng)的最高頻率稱為起動(dòng)頻率。步進(jìn)電機(jī)不失步起動(dòng)的最高頻率稱為起動(dòng)頻率。 步進(jìn)電機(jī)不失步運(yùn)行的最高頻率稱為運(yùn)行頻率。步進(jìn)電機(jī)不失步運(yùn)行的最高頻率稱為運(yùn)行頻率。 由上可見，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與拍由上可見，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與拍 數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)及脈沖頻率有關(guān)。數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)及脈沖頻率有關(guān)。 7.5 7.5 控制電機(jī)簡(jiǎn)介控制電機(jī)簡(jiǎn)介 近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和控制系統(tǒng)的不近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和控制系統(tǒng)的不 斷更新，對(duì)電機(jī)的要求越來(lái)越高?，F(xiàn)在，已研制出斷更新，對(duì)電機(jī)的要求越來(lái)越高?，F(xiàn)在，已研制出 一些新型電機(jī)

30、，如雙饋異步發(fā)電機(jī)、永磁無(wú)刷直流一些新型電機(jī)，如雙饋異步發(fā)電機(jī)、永磁無(wú)刷直流 電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等。本章將對(duì)這些新型電機(jī)的電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等。本章將對(duì)這些新型電機(jī)的 基本結(jié)構(gòu)和工作原理簡(jiǎn)介?；窘Y(jié)構(gòu)和工作原理簡(jiǎn)介。 控制電機(jī)與一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)無(wú)原理上的控制電機(jī)與一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)無(wú)原理上的 差別，特性也大致相同。各種控制電機(jī)的差別，特性也大致相同。各種控制電機(jī)的 用途和功能盡管不同，但它們基本上可分用途和功能盡管不同，但它們基本上可分 為測(cè)量元件和執(zhí)行元件兩大類。為測(cè)量元件和執(zhí)行元件兩大類。 7.5.1 7.5.1 作為測(cè)量元件使用的控制電機(jī)作為測(cè)量元件使用的控制電機(jī) 1 1、測(cè)速發(fā)電機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)

31、測(cè)速發(fā)電機(jī)的功能是將機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)測(cè)速發(fā)電機(jī)的功能是將機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào) ( (輸出端電壓輸出端電壓) )輸出，其輸出電壓精確的與轉(zhuǎn)速成正輸出，其輸出電壓精確的與轉(zhuǎn)速成正 比，在系統(tǒng)中用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)速或進(jìn)行速度反饋，也可比，在系統(tǒng)中用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)速或進(jìn)行速度反饋，也可 以作為微分、積分的計(jì)算元件。根據(jù)輸出電壓的不以作為微分、積分的計(jì)算元件。根據(jù)輸出電壓的不 同，分為直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流測(cè)速發(fā)電機(jī)。同，分為直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流測(cè)速發(fā)電機(jī)。 2 2、自整角機(jī)、自整角機(jī) 自整角機(jī)的功能是對(duì)機(jī)械信號(hào)自整角機(jī)的功能是對(duì)機(jī)械信號(hào)( (轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速) ) 進(jìn)行傳遞、測(cè)量或指示。自整角機(jī)一般是兩個(gè)進(jìn)行

32、傳遞、測(cè)量或指示。自整角機(jī)一般是兩個(gè) 以上元件對(duì)接使用，用于角度數(shù)據(jù)測(cè)量中。輸以上元件對(duì)接使用，用于角度數(shù)據(jù)測(cè)量中。輸 出電壓信號(hào)的屬于信號(hào)元件，輸出轉(zhuǎn)矩的屬于出電壓信號(hào)的屬于信號(hào)元件，輸出轉(zhuǎn)矩的屬于 功率元件。功率元件。 自整角機(jī)的基本用途是角度數(shù)據(jù)傳輸，自整角機(jī)的基本用途是角度數(shù)據(jù)傳輸， 作為信號(hào)元件時(shí)，輸出電壓是兩個(gè)元件轉(zhuǎn)子作為信號(hào)元件時(shí)，輸出電壓是兩個(gè)元件轉(zhuǎn)子 角差的正弦函數(shù)。作為功率元件時(shí)，輸出轉(zhuǎn)角差的正弦函數(shù)。作為功率元件時(shí)，輸出轉(zhuǎn) 矩也近似為兩個(gè)元件轉(zhuǎn)子角差的正弦函數(shù)，矩也近似為兩個(gè)元件轉(zhuǎn)子角差的正弦函數(shù)， 即在隨動(dòng)系統(tǒng)中作自整步元件或?qū)崿F(xiàn)角度傳即在隨動(dòng)系統(tǒng)中作自整步元件或?qū)崿F(xiàn)角度傳 輸、變換和接收。輸、變換和接收。 3 3、旋轉(zhuǎn)變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器 它的主