電機(jī)學(xué)課件—第七章

1、第七章第七章 其它電機(jī)簡介其它電機(jī)簡介 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 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁無刷直流電動(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)簡介控制電機(jī)簡介 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)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電

2、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，在該三相對(duì)稱繞組中通入三相對(duì)稱交流電，

3、則將在電機(jī)氣隙內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，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，此旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與所通入的交流電的頻率及電此旋轉(zhuǎn)磁場的轉(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)pfn2260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。2f2n2f21nnn 常數(shù)1n1f異步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子電流頻率的

4、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。21fsf1f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)：(1)(1)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)磁場轉(zhuǎn)的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速速 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 。

5、1nn 2f2n12nnn(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)磁場的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，因此有生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(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，也是一樣。1nn 2f12nnn2n(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

6、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。20f 1nn 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)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)

7、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

8、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

9、-4-4(a)。PemsPemememem1PsPs P0s 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 ，如圖，如圖7-1-4(b)7-1-4(b)。0s Pemems Pememem1Ps 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

10、、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：，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：24

11、7.8kW247.8kW。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/minPe/kWPs/kWPr/kWQr/kVArI1/AI2/AEF/%U2/V800446.0689.0-233.2-159.1691.8244.692.85666.3900625.9853.0-218.0-133.4856.5291.394.61504.51000795.9970.0-167.1-94.4973.9325.595.75340.41100974.61074.0-95.4-50.61078.4356.496.61174.91200896.0900.0-3.

12、80.0903.7305.096.897.213001247.81160.091.450.41164.7382.197.18160.214001431.31238.0201.4113.21243.0405.697.12328.814401500.91263.0247.8138.21268.1413.197.10396.515001500.31213.0299.3166.91217.9398.097.00497.016001502.11140.0377.2211.61144.6376.196.85664.07.2 7.2 永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)永磁直流無刷電動(dòng)機(jī) 永磁無刷直流電機(jī)是在傳統(tǒng)直流電機(jī)基礎(chǔ)

13、上發(fā)展永磁無刷直流電機(jī)是在傳統(tǒng)直流電機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其電磁結(jié)構(gòu)上和傳統(tǒng)直流電機(jī)一樣，但是無起來的，其電磁結(jié)構(gòu)上和傳統(tǒng)直流電機(jī)一樣，但是無刷直流電機(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。永磁無刷直流電機(jī)以電子換向器材料制成的永磁體。永磁無刷直流電機(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) 永磁無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)本體、永磁無刷直流電機(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

14、變器)三三部分組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖部分組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖7-2-1所示。所示。圖圖7-2-1 7-2-1 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡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)）3 3、轉(zhuǎn)子位置傳感器、轉(zhuǎn)子位置傳感器圖圖7-2-2 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)本體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式永磁無刷直流電動(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 永磁無刷直流電機(jī)的工作原理是什么？永磁無刷直流電機(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

15、) 圖圖7-2-3 7-2-3 兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)永磁無刷直流電動(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。

16、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如圖出，電樞電流在空間合成磁場如圖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)；

17、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)。eECn215eipCWnpWi2 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，。 22aaUUEIr aIUUar3 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)。 TaTCI4TipCW4 4、機(jī)械特性、機(jī)械特性 （7-2-47-2-4）22222aaaeeeeTUUrUUrnITCCCC C 因此，永磁無刷直流電機(jī)的

18、機(jī)械特性較硬，具有和因此，永磁無刷直流電機(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)無級(jí)調(diào)速，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

19、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)特別簡單、可靠，系統(tǒng)調(diào)體化的新型電機(jī)。其結(jié)構(gòu)特別簡單、可靠，系統(tǒng)調(diào)速性能好，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

20、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，在磁場中，總要沿著磁阻最小的路徑閉合，在磁場中，一定形狀鐵心的主軸線有向與磁場軸線重合一定形狀鐵心的主軸線有向與磁場軸線重合位置運(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

21、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)子受磁場力作用沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。組通電，則轉(zhuǎn)子受磁場力作用沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。BB22BBCBAC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)?？梢姡_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關(guān)，僅取決于相機(jī)的轉(zhuǎn)向與繞組的電流方向無關(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關(guān)，的轉(zhuǎn)向與繞組電流方向無關(guān)，所以使得功率變換器電路能夠充分簡化。在所以使得功率變換器電路能夠充分簡化

22、。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：）

23、可表示為： (7-2-1)phfrNphr60fnN由于電機(jī)磁路的非線性，其電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)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)磁共能來計(jì)算，即：能來計(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。,WiTii若忽略磁路的非線性，上式可簡化為：若忽略磁路的非線性，上式可簡化為： (7-3-3)2d,2 diLTi7.47.4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)

24、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

25、為一拍。每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的下一次通電稱為一拍。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?。mACBmm2 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

26、，此時(shí)通電順序?yàn)?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mmmmABBCCAAABBBCCCA(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)過一個(gè)

27、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) NN0360rNZrZ0r360SNZ (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)， 。NCmC1C 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)速為： （7-4-37-4-3）frNZ60rf

28、nNZ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)簡介控制電機(jī)簡介 近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和控制系統(tǒng)的不近年來，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)的要求越來越高?，F(xiàn)在，已研制出斷更新，對(duì)電機(jī)的要求越來越高?，F(xiàn)在，已研制出一些新型電機(jī)，如雙饋異步發(fā)電機(jī)、永磁無刷直流一些新型電機(jī)，如雙饋異步發(fā)電機(jī)、永磁無刷

29、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)和工作原理簡介?；窘Y(jié)構(gòu)和工作原理簡介。 控制電機(jī)與一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)無原理上的控制電機(jī)與一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)無原理上的差別，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量元件和執(zhí)行元件兩大類。為測量元件和執(zhí)行元件兩大類。7.5.1 7.5.1 作為測量元件使用的控制電機(jī)作為測量元件使用的控制電機(jī)1 1、測速發(fā)電機(jī)、測速發(fā)電機(jī) 測速發(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)( (

30、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)中用來檢測轉(zhuǎn)速或進(jìn)行速度反饋，也可比，在系統(tǒng)中用來檢測轉(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，分為直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電機(jī)。同，分為直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(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、測量或指示。自整角機(jī)一般是兩個(gè)進(jìn)行傳遞、測量或指示。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)測量中。輸以上元件對(duì)接使用，用于角度數(shù)據(jù)測量中。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 它的主要功能是將機(jī)械轉(zhuǎn)角信