船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)大連海事大學直流電機PPT課件

1、船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室電樞繞組在原動機的拖動下逆時針方向旋轉(zhuǎn)電樞繞組在原動機的拖動下逆時針方向旋轉(zhuǎn) 發(fā)電機的電動勢為發(fā)電機的電動勢為電電源電動勢源電動勢。電樞中有。電樞中有電流以后電流以后, , 電流與磁電流與磁場相作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)場相作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。矩。 方向與轉(zhuǎn)動方方向與轉(zhuǎn)動方向相反向相反, , 故稱故稱反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)矩矩 。1) 直流發(fā)電機的工作原理直流發(fā)電機的工作原理 5. 1 直流電機的工作原理和結(jié)構(gòu)特點直流電機的工作原理和結(jié)構(gòu)特點直流電機的工作原理直流電機的工作原理 第1頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研

2、室輪機學院電氣及自動化教研室直流電源直流電源電刷電刷換向器換向器線圈線圈電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)矩. . 在旋轉(zhuǎn)的在旋轉(zhuǎn)的過程中過程中, , 電樞線圈也電樞線圈也切割磁場而產(chǎn)生電動切割磁場而產(chǎn)生電動勢勢, , 該電動勢的方向該電動勢的方向總是與電流方向相反總是與電流方向相反, , 故稱為故稱為反電動勢反電動勢. .2) 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理 第2頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室3) 直流電機的電樞繞組和電刷的正確位置直流電機的電樞繞組和電刷的正確位置 直流電機的電樞繞組實際采用分直流電機的電

3、樞繞組實際采用分布式線圈結(jié)構(gòu)，每個線圈有兩個布式線圈結(jié)構(gòu)，每個線圈有兩個邊，分別置于相距一個磁極極距邊，分別置于相距一個磁極極距位置的槽內(nèi)，即這些線圈沿電樞位置的槽內(nèi)，即這些線圈沿電樞鐵心圓周均勻分布，并通過相應(yīng)鐵心圓周均勻分布，并通過相應(yīng)數(shù)量的換向片依次串聯(lián)構(gòu)成一個數(shù)量的換向片依次串聯(lián)構(gòu)成一個閉合回路閉合回路 第3頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室電刷的位置正確與否電刷的位置正確與否, 將影響到正負電刷間的電動勢將影響到正負電刷間的電動勢E, 從而影響到發(fā)電機的電壓和電動機的轉(zhuǎn)速從而影響到發(fā)電機的電壓和電動機的轉(zhuǎn)速; 同時同時電刷的位置

4、也影響到電刷下的火花。電刷的位置也影響到電刷下的火花。電刷的正確位置電刷的正確位置 確定電刷正確位置的原則是，使正負電刷間能獲得確定電刷正確位置的原則是，使正負電刷間能獲得最大電動勢最大電動勢 第4頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室電刷放在磁場幾何中性線上電刷放在磁場幾何中性線上 為了保證電刷的正確位置，通常在刷架與端蓋或刷架與定子為了保證電刷的正確位置，通常在刷架與端蓋或刷架與定子之間設(shè)置了正確裝配的之間設(shè)置了正確裝配的“標記標記”。在運行管理中應(yīng)經(jīng)常注意。在運行管理中應(yīng)經(jīng)常注意檢查，若發(fā)現(xiàn)刷架松動或移位，應(yīng)按檢查，若發(fā)現(xiàn)刷架松動或移位

5、，應(yīng)按“標記標記”加以校正和固加以校正和固定。定。第5頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室直流電機的構(gòu)造直流電機的構(gòu)造 第6頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室第7頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室換向器的結(jié)構(gòu)換向器的結(jié)構(gòu)第8頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室直流電機的額定值直流電機的額定值 1.1.額定容量（額定容量（KWKW）: :是指額定狀態(tài)下是指額定狀態(tài)下, 發(fā)電機輸出

6、的電功率發(fā)電機輸出的電功率Pn=UnIn, 或電動機軸上輸出的機械功率或電動機軸上輸出的機械功率Pn=UnIn n;2.2.額定電壓額定電壓（V） ：端電壓端電壓Un; 3.3.額定電流額定電流（A） ：發(fā)電機輸出的或電動機輸入的額定電流發(fā)電機輸出的或電動機輸入的額定電流In; 4.4.額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN ：額定狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速額定狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速;此外此外, 還有絕緣等級和溫升、工作制和使用條件等還有絕緣等級和溫升、工作制和使用條件等 。5.勵磁方式及額定勵磁電流勵磁方式及額定勵磁電流If(A);第9頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室按勵磁繞

7、組與電樞繞組的連接關(guān)系，直流電機可分為：他勵按勵磁繞組與電樞繞組的連接關(guān)系，直流電機可分為：他勵（或稱它勵）、并勵、串勵和復勵（或稱它勵）、并勵、串勵和復勵4種種 ：他勵電動機：他勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵電動機：并勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵電動機：串勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復勵電動機：復勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在 同一電源上。同一電源上。5. 2 直流電機的勵磁方式

8、和運行特性直流電機的勵磁方式和運行特性直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁方式 第10頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室M他勵他勵UfIfIaUM并勵并勵UIfM串勵串勵UM復勵復勵U第11頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室電樞通入電流后，產(chǎn)生電電樞通入電流后，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機在磁場中磁轉(zhuǎn)矩，使電機在磁場中轉(zhuǎn)動起來。通電線圈在磁轉(zhuǎn)動起來。通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，又會在線圈中場中轉(zhuǎn)動，又會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（用產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（用E表表示）。示）。FFU+NS電刷電刷換向片換向片IIE

9、E直流電機的基本理論直流電機的基本理論 第12頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室CE:與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)稱為電勢常數(shù)與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)稱為電勢常數(shù)nCEeCT:與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù), 稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)aTICTPPP21P1:輸入的機械功率輸入的機械功率, P2:輸出的電功率輸出的電功率, P電電機內(nèi)部各種損耗機內(nèi)部各種損耗第13頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室因為因為E=Ken, 而而與與If之間為磁化曲之間為磁化曲線關(guān)系線關(guān)系, 所以空載特性曲線

10、與磁化曲所以空載特性曲線與磁化曲線相似。線相似。1) 空載特性空載特性剩磁電壓剩磁電壓Er：勵磁電流等于零時的開：勵磁電流等于零時的開路電壓路電壓, 約為約為額定電壓的額定電壓的25。當發(fā)電機空載當發(fā)電機空載(I=0)及保持額定轉(zhuǎn)速不變時及保持額定轉(zhuǎn)速不變時, 電樞電動勢電樞電動勢(或空載電或空載電壓壓U0)與勵磁電流與勵磁電流If之間的關(guān)系之間的關(guān)系E=f(If)。EEr0If直流發(fā)電機的運行特性直流發(fā)電機的運行特性 第14頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室自勵發(fā)電機靠剩磁建立電壓。非線性的空載特性曲線自勵發(fā)電機靠剩磁建立電壓。非線性的

11、空載特性曲線(E=f(If)與線與線性的場阻線性的場阻線(Rf=E/If)的交點即為自勵的穩(wěn)定電壓。的交點即為自勵的穩(wěn)定電壓。電路暫態(tài)過程的電壓平衡方程電路暫態(tài)過程的電壓平衡方程EI RLdIdtffffEE = IfRfE = f（If）Er0If2) 自勵發(fā)電機的建壓條件自勵發(fā)電機的建壓條件 第15頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室在穩(wěn)定交點之前在穩(wěn)定交點之前, dIf/dt0, 勵磁電流勵磁電流If一直增加一直增加 。在穩(wěn)定交點處在穩(wěn)定交點處, E-IfRf=0和和dIf/dt=0, If和和E都不再變化都不再變化 。3.勵磁電路的

12、電阻要適當。勵磁電路的電阻要適當。自勵發(fā)電機的自勵起壓條件自勵發(fā)電機的自勵起壓條件:1.發(fā)電機要有剩磁；發(fā)電機要有剩磁；2.勵磁電流磁場與剩磁場方向相同；勵磁電流磁場與剩磁場方向相同；第16頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室3) 外特性外特性在保持并勵總電阻和額定轉(zhuǎn)速不變的條件下在保持并勵總電阻和額定轉(zhuǎn)速不變的條件下, 發(fā)電機的有載發(fā)電機的有載端電壓與負載電流之間的關(guān)系端電壓與負載電流之間的關(guān)系U=f(I)。直流發(fā)電機電樞電路的電壓平衡方程為直流發(fā)電機電樞電路的電壓平衡方程為UEI Raa第17頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學

13、院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室（1 1）他勵發(fā)電機）他勵發(fā)電機電樞電流電樞電流Ia等于負載電流等于負載電流I，只有電樞電阻引起端電壓只有電樞電阻引起端電壓的微小變化的微小變化（2 2）并勵發(fā)電機）并勵發(fā)電機電樞電流電樞電流 Ia= I + If電樞電阻引起端電壓的下降將電樞電阻引起端電壓的下降將進一步引起并勵電流及感應(yīng)電進一步引起并勵電流及感應(yīng)電動勢的減小動勢的減小, 電動勢的減小電動勢的減小, 又又使電壓進一步下降使電壓進一步下降第18頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室(3) (3) 復勵發(fā)電機復勵發(fā)電機電樞電流電樞電流

14、 Ia= I + If第19頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室復勵發(fā)電機主磁極上的串勵繞組的勵磁電流可以是負載電復勵發(fā)電機主磁極上的串勵繞組的勵磁電流可以是負載電流流(短復勵短復勵)或電樞電流或電樞電流(長復勵長復勵), 復勵發(fā)電機又分為復勵發(fā)電機又分為積復勵積復勵發(fā)電機發(fā)電機和和差復勵發(fā)電機差復勵發(fā)電機。串勵與并勵磁場方向一致的復勵發(fā)電機稱為積復勵發(fā)電機串勵與并勵磁場方向一致的復勵發(fā)電機稱為積復勵發(fā)電機 串勵與并勵磁場方相反的復勵發(fā)電機稱為差復勵發(fā)電機。串勵與并勵磁場方相反的復勵發(fā)電機稱為差復勵發(fā)電機。根據(jù)串勵繞組對端電壓的補償程度又分

15、為根據(jù)串勵繞組對端電壓的補償程度又分為平復勵、欠復勵平復勵、欠復勵和過復勵發(fā)電機。和過復勵發(fā)電機。第20頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室直流發(fā)電機從空載到滿載端直流發(fā)電機從空載到滿載端電壓變化的程度用電壓變化電壓變化的程度用電壓變化率表示率表示, 即即uUUUnn% 0100%4) 4) 電壓變化率電壓變化率他勵發(fā)電機他勵發(fā)電機u(510);并勵并勵u(1030);平復勵平復勵u= 0;欠復勵欠復勵u 0;過復勵過復勵u T0 n 飛車飛車第35頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室2

16、.2.反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)電動機的轉(zhuǎn)動方向由電磁力矩的方向確定。電動機的轉(zhuǎn)動方向由電磁力矩的方向確定。（1 1）改變勵磁電流的方向。）改變勵磁電流的方向。改變直流電機轉(zhuǎn)向的方法：改變直流電機轉(zhuǎn)向的方法：注意：注意：改變轉(zhuǎn)動方向時，勵磁電流和電樞電流兩者的方改變轉(zhuǎn)動方向時，勵磁電流和電樞電流兩者的方向不能同時變。向不能同時變。（2 2）或改變電樞電流的方向。）或改變電樞電流的方向。第36頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室直流電機的電樞反應(yīng)和直流電機的換向直流電機的電樞反應(yīng)和直流電機的換向 當電機有負載后，便有電流流過電樞繞組，當電機有負載后，便有電流流

17、過電樞繞組，產(chǎn)生電樞磁場，此時電機的氣隙磁場由主磁產(chǎn)生電樞磁場，此時電機的氣隙磁場由主磁場和電樞兩個磁場共同決定。場和電樞兩個磁場共同決定。電樞磁場對主磁極磁場的影響稱為電樞反應(yīng)電樞磁場對主磁極磁場的影響稱為電樞反應(yīng)第37頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室當電刷位于幾何中性線上當電刷位于幾何中性線上時，由于電樞磁場的方向時，由于電樞磁場的方向總是與主磁極磁場相正交，總是與主磁極磁場相正交，因此電樞反應(yīng)的結(jié)果將導因此電樞反應(yīng)的結(jié)果將導致主磁極磁場發(fā)生畸變，致主磁極磁場發(fā)生畸變，同時也使得主磁極磁場的同時也使得主磁極磁場的磁通有所削弱，這對直

18、流磁通有所削弱，這對直流電機的換向以及運行特性電機的換向以及運行特性都會帶來不利的影響。都會帶來不利的影響。第38頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室直流電機運行時，電樞繞組從定直流電機運行時，電樞繞組從定子主磁極的一個極面下方進入另子主磁極的一個極面下方進入另一個極面下方時，通過換向片與一個極面下方時，通過換向片與電刷的連接，繞組中的電流將改電刷的連接，繞組中的電流將改變方向，這一過程稱為變方向，這一過程稱為直流電機直流電機的換向的換向。 元件1av1 2第39頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及

19、自動化教研室直流電機運行時，電樞繞組從定直流電機運行時，電樞繞組從定子主磁極的一個極面下方進入另子主磁極的一個極面下方進入另一個極面下方時，通過換向片與一個極面下方時，通過換向片與電刷的連接，繞組中的電流將改電刷的連接，繞組中的電流將改變方向，這一過程稱為變方向，這一過程稱為直流電機直流電機的換向的換向。 元件1av1 2aii aii ai2aiai2i1i第40頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室直流電機運行時，電樞繞組從定直流電機運行時，電樞繞組從定子主磁極的一個極面下方進入另子主磁極的一個極面下方進入另一個極面下方時，通過換向片與一

20、個極面下方時，通過換向片與電刷的連接，繞組中的電流將改電刷的連接，繞組中的電流將改變方向，這一過程稱為變方向，這一過程稱為直流電機直流電機的換向的換向。 元件1av1 2iiai2aiai2i1i第41頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室直流電機運行時，電樞繞組從定直流電機運行時，電樞繞組從定子主磁極的一個極面下方進入另子主磁極的一個極面下方進入另一個極面下方時，通過換向片與一個極面下方時，通過換向片與電刷的連接，繞組中的電流將改電刷的連接，繞組中的電流將改變方向，這一過程稱為變方向，這一過程稱為直流電機直流電機的換向的換向。 元件1av1

21、 2aiiaiiai2aiai2i1i第42頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室在定子主磁極之間換向極用于改善換向，換向在定子主磁極之間換向極用于改善換向，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)，由電樞電流所產(chǎn)生的極繞組與電樞繞組串聯(lián)，由電樞電流所產(chǎn)生的換向極磁場與電樞繞組電流所產(chǎn)生的交軸電樞換向極磁場與電樞繞組電流所產(chǎn)生的交軸電樞磁場方向相反。它不僅用來抵消或削弱電樞磁磁場方向相反。它不僅用來抵消或削弱電樞磁場，而且使處于換向的繞組切割換向極磁場以場，而且使處于換向的繞組切割換向極磁場以產(chǎn)生可抵消電流換向引起的感應(yīng)電動勢，達到產(chǎn)生可抵消電流換向引起的感

22、應(yīng)電動勢，達到減少換向火花的目的減少換向火花的目的第43頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室在主磁極的極面下開槽嵌放補償繞組也是在主磁極的極面下開槽嵌放補償繞組也是用于改善換向的一種方法。用于改善換向的一種方法。 此外，正確選用不同材料的電刷以及適當調(diào)此外，正確選用不同材料的電刷以及適當調(diào)整電刷位置等也可在一定程度上減小電刷下整電刷位置等也可在一定程度上減小電刷下的火花。的火花。 第44頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室5.3 5.3 無刷直流電動機無刷直流電動機 無刷直流電動機是隨著

23、電子技術(shù)迅速發(fā)無刷直流電動機是隨著電子技術(shù)迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型微特電機，它以電展而出現(xiàn)的一種新型微特電機，它以電子換向裝置代替了一般直流電動機的機子換向裝置代替了一般直流電動機的機械換向裝置，因此保持了有刷直流電動械換向裝置，因此保持了有刷直流電動機的優(yōu)良控制特性，又克服了電刷機械機的優(yōu)良控制特性，又克服了電刷機械摩擦引起的噪聲、火花、無線電干擾和摩擦引起的噪聲、火花、無線電干擾和壽命短的致命弱點。壽命短的致命弱點。 第45頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室無刷直流電動機原理框圖無刷直流電動機原理框圖無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)無刷直流電

24、動機的基本結(jié)構(gòu) 是一臺由電子開關(guān)電路、永磁式同步電動機以及位置傳是一臺由電子開關(guān)電路、永磁式同步電動機以及位置傳感器三者組成的感器三者組成的“電動機系統(tǒng)電動機系統(tǒng)”，直流電源經(jīng)由開關(guān)線，直流電源經(jīng)由開關(guān)線路向電動機定子繞組供電，電動機轉(zhuǎn)子位置經(jīng)由位置傳路向電動機定子繞組供電，電動機轉(zhuǎn)子位置經(jīng)由位置傳感器檢測，產(chǎn)生信號觸發(fā)開關(guān)線路中的電力電子元件使感器檢測，產(chǎn)生信號觸發(fā)開關(guān)線路中的電力電子元件使之導通或截止。之導通或截止。 第46頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室無刷直流電動機基本結(jié)構(gòu)無刷直流電動機基本結(jié)構(gòu)1 電動機定子電動機定子 2 電動

25、機轉(zhuǎn)子電動機轉(zhuǎn)子 3 傳感器定子傳感器定子4 傳感器轉(zhuǎn)子傳感器轉(zhuǎn)子 5 電子開關(guān)電路電子開關(guān)電路 1. 電動機本體電動機本體 第47頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室2 轉(zhuǎn)子位置傳感器轉(zhuǎn)子位置傳感器 轉(zhuǎn)子位置傳感器是一種無機械接觸的檢測裝置，轉(zhuǎn)子位置傳感器是一種無機械接觸的檢測裝置，其作用是檢測轉(zhuǎn)子磁場相對于定子繞組的位置，其作用是檢測轉(zhuǎn)子磁場相對于定子繞組的位置，由電子換向代替有刷電機的電刷和換向器。由電子換向代替有刷電機的電刷和換向器。 常見的轉(zhuǎn)換方式有電磁轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和磁敏轉(zhuǎn)換。常見的轉(zhuǎn)換方式有電磁轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和磁敏轉(zhuǎn)換。 第4

26、8頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室1）電磁式位置傳感器）電磁式位置傳感器 電磁式位置傳感器電磁式位置傳感器 由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。傳感由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。傳感器定子磁心及傳感器轉(zhuǎn)子上的扇器定子磁心及傳感器轉(zhuǎn)子上的扇形部分均由高頻導磁材料（如軟形部分均由高頻導磁材料（如軟磁鐵氧體）制成。定子一般有六磁鐵氧體）制成。定子一般有六個極，它們之間的間隔分別為個極，它們之間的間隔分別為60，其中三個為勵磁極，外施，其中三個為勵磁極，外施高頻電源勵磁（一般的頻率為幾高頻電源勵磁（一般的頻率為幾千赫到幾十千赫），另外三個極千赫到幾十千赫），另外

27、三個極分別繞上二次繞組分別繞上二次繞組W U、WV、WW ，之間分別相隔，之間分別相隔120。 第49頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室當轉(zhuǎn)子處在如圖所示的位置時，當轉(zhuǎn)子處在如圖所示的位置時，勵磁極的高頻磁通通過轉(zhuǎn)子扇勵磁極的高頻磁通通過轉(zhuǎn)子扇形導磁材料耦合到感應(yīng)極上的形導磁材料耦合到感應(yīng)極上的繞組繞組WV、并產(chǎn)生感應(yīng)電壓，并產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該信號經(jīng)過電子線路處理，變該信號經(jīng)過電子線路處理，變成與電動機定、轉(zhuǎn)子位置相對成與電動機定、轉(zhuǎn)子位置相對應(yīng)的換向信號。但是其它兩個應(yīng)的換向信號。但是其它兩個繞組繞組W U、WW ，因為非導磁，因為非導磁

28、材料的阻隔而不能形成磁路，材料的阻隔而不能形成磁路，感應(yīng)電壓為零。感應(yīng)電壓為零。 電磁式位置傳感器電磁式位置傳感器 第50頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室2）光電式位置傳感器）光電式位置傳感器 這種傳感器是由固定在這種傳感器是由固定在定子上的幾個光電耦合定子上的幾個光電耦合開關(guān)和固定在轉(zhuǎn)子軸上開關(guān)和固定在轉(zhuǎn)子軸上的遮光盤所組成。遮光的遮光盤所組成。遮光盤開口的角度近似等于盤開口的角度近似等于繞組導通角相對應(yīng)的機繞組導通角相對應(yīng)的機械角度，且開口的數(shù)目械角度，且開口的數(shù)目等于無刷直流電動機轉(zhuǎn)等于無刷直流電動機轉(zhuǎn)子磁極的極對數(shù)。子磁極的極對

29、數(shù)。 光電式位置傳感器光電式位置傳感器 第51頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室光電式位置傳感器光電式位置傳感器 幾個光電耦合開關(guān)沿著圓周均勻幾個光電耦合開關(guān)沿著圓周均勻分布，每只光電耦合開關(guān)是由相分布，每只光電耦合開關(guān)是由相互對應(yīng)的紅外發(fā)光二極管（或激互對應(yīng)的紅外發(fā)光二極管（或激光器）和光電管所組成。紅外發(fā)光器）和光電管所組成。紅外發(fā)光二極管（或激光器）通電后發(fā)光二極管（或激光器）通電后發(fā)出紅外光（或激光）；當遮光盤出紅外光（或激光）；當遮光盤隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，光線依次通過隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，光線依次通過遮光盤開口，使對著的光電管導遮光盤開口

30、，使對著的光電管導通，相應(yīng)地產(chǎn)生反應(yīng)轉(zhuǎn)子相對定通，相應(yīng)地產(chǎn)生反應(yīng)轉(zhuǎn)子相對定子位置的電信號。該信號經(jīng)放大子位置的電信號。該信號經(jīng)放大后去控制電力電子器件，使相應(yīng)后去控制電力電子器件，使相應(yīng)的定子繞組切換電流。的定子繞組切換電流。 第52頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室光電式位置傳感器光電式位置傳感器 光電式位置傳感器抗干擾能光電式位置傳感器抗干擾能力強，工作溫度范圍目前可力強，工作溫度范圍目前可達到達到55100。光電式位。光電式位置傳感器產(chǎn)生的電信號一般置傳感器產(chǎn)生的電信號一般都較弱，需要經(jīng)過放大才有都較弱，需要經(jīng)過放大才有驅(qū)動能力。但

31、它的優(yōu)點是直驅(qū)動能力。但它的優(yōu)點是直接輸出直流電信號，不必再接輸出直流電信號，不必再進行整流。進行整流。 第53頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室3）磁敏式位置傳感器）磁敏式位置傳感器 磁敏式位置傳感器是采用磁敏傳感器實現(xiàn)位置檢測的，目磁敏式位置傳感器是采用磁敏傳感器實現(xiàn)位置檢測的，目前常見的磁敏傳感器有霍爾元件或霍爾集成電路、磁敏電前常見的磁敏傳感器有霍爾元件或霍爾集成電路、磁敏電阻器及磁敏二極管等多種，以霍爾元件為最常用。它們具阻器及磁敏二極管等多種，以霍爾元件為最常用。它們具有不同的特性。有不同的特性。 第54頁/共70頁船舶電氣設(shè)

32、備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室霍爾無刷直流電動機圖霍爾無刷直流電動機圖 由于無刷直流電動機的由于無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子是永磁的，可以方便地轉(zhuǎn)子是永磁的，可以方便地利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)進利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)進行位置檢測。圖中兩個霍爾行位置檢測。圖中兩個霍爾元件元件H1H2以間隔以間隔90電角電角度粘于電機定子繞組度粘于電機定子繞組AB的的軸線上，并通上控制電流，軸線上，并通上控制電流，電機轉(zhuǎn)子磁鋼兼作位置傳感電機轉(zhuǎn)子磁鋼兼作位置傳感器的轉(zhuǎn)子。器的轉(zhuǎn)子。四相霍爾無刷直流電動機的原理圖四相霍爾無刷直流電動機的原理圖第55頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪

33、機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室霍爾無刷直流電動機圖霍爾無刷直流電動機圖 當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時磁鋼當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時磁鋼N極和極和S極輪流靠近極輪流靠近H1H2，因而，因而產(chǎn)生對應(yīng)轉(zhuǎn)子位置的兩個產(chǎn)生對應(yīng)轉(zhuǎn)子位置的兩個正的和兩個負的霍爾電勢，正的和兩個負的霍爾電勢，經(jīng)放大后去控制功率放大經(jīng)放大后去控制功率放大電路，使四個定子繞組輪電路，使四個定子繞組輪流切換電流。流切換電流。四相霍爾無刷直流電動機的原理圖四相霍爾無刷直流電動機的原理圖第56頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室3 電子換向開關(guān)線路電子換向開關(guān)線路 電子換向開關(guān)線路中各功率元

34、件分別與相應(yīng)的電子換向開關(guān)線路中各功率元件分別與相應(yīng)的各相定子繞組串聯(lián)，各功率元件的導通與截止取決于各相定子繞組串聯(lián)，各功率元件的導通與截止取決于位置傳感器的信號。開關(guān)電路可分為橋式和非橋式兩位置傳感器的信號。開關(guān)電路可分為橋式和非橋式兩大類。非橋式開關(guān)電路所用的功率元件較少，用于開大類。非橋式開關(guān)電路所用的功率元件較少，用于開啟式電樞繞組。繞組電路的導通狀態(tài)可以是一個依次啟式電樞繞組。繞組電路的導通狀態(tài)可以是一個依次通電，也可以是多相同時通電，此時電樞合成磁場是通電，也可以是多相同時通電，此時電樞合成磁場是由通電的多相磁場所合成。由通電的多相磁場所合成。 第57頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)

35、 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室無刷直流電動機的基本原理無刷直流電動機的基本原理 三只功率晶體管構(gòu)成功率邏三只功率晶體管構(gòu)成功率邏輯單元來驅(qū)動兩極星形三相繞組，輯單元來驅(qū)動兩極星形三相繞組，采用光電器件作為位置傳感器，采用光電器件作為位置傳感器，并經(jīng)過信號處理放大后去控制開并經(jīng)過信號處理放大后去控制開關(guān)電路功率晶體管的導通，使串關(guān)電路功率晶體管的導通，使串聯(lián)在晶體管的定子繞組與外電源聯(lián)在晶體管的定子繞組與外電源接通。由于遮光盤與電動機轉(zhuǎn)子接通。由于遮光盤與電動機轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，使得從光源射來的光同軸旋轉(zhuǎn)，使得從光源射來的光線依次照射在各個光電器件上，線依次照射在各個光

36、電器件上，并依照某一光電器件是否被照射并依照某一光電器件是否被照射到光線來判斷轉(zhuǎn)子磁極的位置。到光線來判斷轉(zhuǎn)子磁極的位置。 三相無刷直流電動機半控橋電路原理圖 第58頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室當電機轉(zhuǎn)子處于圖所示的位置時，此時光電器件當電機轉(zhuǎn)子處于圖所示的位置時，此時光電器件VP1被光照射，功被光照射，功率晶體管率晶體管V1呈導通狀態(tài)，而呈導通狀態(tài)，而V2、V3截止。電流流過主定子繞組截止。電流流過主定子繞組UU，于是永磁主轉(zhuǎn)子磁場與電樞磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子的磁于是永磁主轉(zhuǎn)子磁場與電樞磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子的磁極按圖

37、（極按圖（a）中的箭頭方向（順時針方向）轉(zhuǎn)動，并力圖占據(jù)該繞）中的箭頭方向（順時針方向）轉(zhuǎn)動，并力圖占據(jù)該繞組磁勢軸線的位置。組磁勢軸線的位置。 第59頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室隨著電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，直接裝在轉(zhuǎn)子軸上的遮光盤跟著同隨著電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，直接裝在轉(zhuǎn)子軸上的遮光盤跟著同步旋轉(zhuǎn)，當電機轉(zhuǎn)過步旋轉(zhuǎn)，當電機轉(zhuǎn)過2/3電角度使轉(zhuǎn)子處于圖（電角度使轉(zhuǎn)子處于圖（b）所示的位）所示的位置時，遮光盤遮住置時，遮光盤遮住VP1 而使而使VP2受光照射，從而使晶體管受光照射，從而使晶體管V1截止、晶體管截止、晶體管V2導通導通，V1、V3

38、截止，電流從繞組截止，電流從繞組UU斷開而斷開而流入繞組流入繞組W，使得轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)按順時針方向旋轉(zhuǎn)。，使得轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)按順時針方向旋轉(zhuǎn)。 第60頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室當轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過當轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過4/3電角度后，位置傳感器使晶體管電角度后，位置傳感器使晶體管V3開開始導通，始導通，V1、V2截止，相應(yīng)電樞繞組截止，相應(yīng)電樞繞組WW有電流通過。電有電流通過。電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用仍使轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)，如樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用仍使轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)，如圖（圖（c）所示。）所示。第61頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)

39、課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室依次類推，通過位置傳感器將重復上述的換流情況，如此循環(huán)依次類推，通過位置傳感器將重復上述的換流情況，如此循環(huán)下去，無刷直流電動機在電樞磁場與永磁轉(zhuǎn)子磁場的相互作用下去，無刷直流電動機在電樞磁場與永磁轉(zhuǎn)子磁場的相互作用下，主轉(zhuǎn)子隨著繞組導通的順序而旋轉(zhuǎn)，并帶動遮光盤同時朝下，主轉(zhuǎn)子隨著繞組導通的順序而旋轉(zhuǎn)，并帶動遮光盤同時朝順時針方向旋轉(zhuǎn)。于是驅(qū)動轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)朝順時針方向旋轉(zhuǎn)，順時針方向旋轉(zhuǎn)。于是驅(qū)動轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)朝順時針方向旋轉(zhuǎn)，并重新回到圖（并重新回到圖（a）的位置。）的位置。 第62頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及

40、自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室三相星形非橋式無刷直流三相星形非橋式無刷直流電動機各相繞組與位置控電動機各相繞組與位置控制傳感器導通順序的關(guān)系制傳感器導通順序的關(guān)系如圖所示?？梢钥闯?，由如圖所示?？梢钥闯觯捎谝粋€磁狀態(tài)對應(yīng)一相導于一個磁狀態(tài)對應(yīng)一相導通，所以角通，所以角aC和角和角am都等都等于于2/3。當電機是。當電機是p對磁極對磁極時，位置傳感器遮光盤應(yīng)時，位置傳感器遮光盤應(yīng)有有p個均勻分布的開口，每個均勻分布的開口，每個開口角度為個開口角度為aP2/（3p）。 第63頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室無刷直流電動機正反轉(zhuǎn)控制

41、方法無刷直流電動機正反轉(zhuǎn)控制方法 在許多場合均要求電動機能夠方便地實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，在許多場合均要求電動機能夠方便地實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，永磁式有刷直流電動機的反轉(zhuǎn)運行是由改變電樞兩端與永磁式有刷直流電動機的反轉(zhuǎn)運行是由改變電樞兩端與電源的極性連接（反接）來實現(xiàn)的。電源的極性連接（反接）來實現(xiàn)的。由于無刷直流電動機換向電路的電力電子器件導由于無刷直流電動機換向電路的電力電子器件導電具有單向性，不允許反接到電源上，因此不能簡單電具有單向性，不允許反接到電源上，因此不能簡單地采用改變電源電壓的極性實現(xiàn)電動機反轉(zhuǎn)。地采用改變電源電壓的極性實現(xiàn)電動機反轉(zhuǎn)。 第64頁/共70頁船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室反轉(zhuǎn)的實現(xiàn)可采用下法：反轉(zhuǎn)的實現(xiàn)可采用下法： 將每組繞相兩端頭互換，變換繞組中電流的方向?qū)⒚拷M繞相兩端頭互換，變換繞組中電流的方向 改變位置傳感器的輸出電壓信號，采用正反轉(zhuǎn)兩套改變位置傳感器的輸出電壓信號，采用正反轉(zhuǎn)兩套位置傳感器，如果用霍爾元件作位置傳感器，可將每片位置傳感器，如果用霍爾元件作位置傳感器，可將每片一對電流端兩端互換或電勢端兩端互換一對電流端兩端互換或電勢端兩端互換 邏輯門選通方法，即電機傳感器設(shè)計上有專門的考邏輯門選通方法，