华南理工大学《电机及拖动》第八章201305.pptVIP

1 8.5 开关磁阻电动机 8.5.1 基本结构 开关磁阻电动机由定子、转子构成，且定、转子均由硅钢片叠压制成凸极式结构。为避免存在零转矩点(或称死点)，定、转子的极数(或齿数)之比一般不为整数。 8/6极开关磁阻电动机结构图如右图。 8.5.3 工作原理 开关磁阻电动机的转矩是磁阻性质的。以前页的图为例，当A相绕组通电时，A相励磁，所产生的磁场力图使转子旋转到转子极轴线 与定子极轴线 重合的位置，从而产生磁阻性质的电磁转矩。若顺序给A、B、C、D相绕组通电，则转子按逆时针方向连续转动起来；若依次给B、A、D、C相绕组通电，则转子会沿顺时针方向旋转。 设每相绕组通电的开关频率为 ，每个周期 相轮流导通，转子极数为 ，则开关磁阻电动机的同步转速为 设定子 相为励磁相，可得其电压平衡方程式为 当 时，表示电动机吸收电功率，产生机械功率，电磁转矩为驱动性转矩； 当 时，表示电动机吸收机械功率，回馈电功率，电磁转矩为制动性转矩。 开关磁阻电动机有两个重要特征： (1)磁路严重非线性； (2)定子相绕组中电流的非正弦性。 若忽略磁路的非线性，则开关磁阻电动机的电磁转矩为 由此可知，开关磁阻电动机电磁转矩的方向与 的方向一致，与定子相绕组通入电流的方向无关。在一相绕组励磁作用下，产生的对应转矩为脉冲式转矩，如下图。 定子相电感与与转子位移角的关系 转矩与转子位移角的关系 通过控制加到开关磁阻电动机定子绕组中电流脉冲的幅值、宽度及其与转子的相对位置，就可控制开关磁阻电动机电磁转矩的大小和方向。 8.5.4 开关磁阻电动机的控制方式 开关磁阻电动机的控制系统主要由开关磁阻电动机、功率变换器、位置监测装置、控制器四大部分组成，见下图。 开关磁阻电动机类似于大步距角步进电动机，其控制方式与步进电动机类似。 但开关磁阻电动机的控制与步进电动机的控制又有不同，表现在： (1) 开关磁阻电动机中绕组的导通角和关断角是可控的，而步进电动机中绕组的导通角和关断角是固定不变的； (2) 开关磁阻电动机是连续运行的，而步进电动机是断续运行的。 开关磁阻电动机的优缺点： 优点：结构简单、效率高、调速范围宽等 缺点：转矩波动问题、噪声高的问题等 8.6 力矩电动机 8.6.1 概述 力矩电动机的特点：一种特殊的伺服电动机，不加减速机构直接驱动负载，控制输入电压信号可直接调节负载的转速。在位置控制的伺服系统中，可长期工作在堵转状态；在速度控制的伺服系统中，可工作在低速状态，且输出较大的转矩。 采用力矩电动机拖动负载的优点（与采用高速的伺服电动机相比）：响应快、精度高、机械及调节特性的线性度好，结构紧凑、运行可靠、维护方便、振动小等，低速运行时转速可低到4天才转一圈，调速范围可高达几万、几十万。 力矩电动机分类：直流力矩电动机、交流力矩电动机及无刷直流力矩电动机等， 8.6.2 直流力矩电动机 特点：它是一种永磁式低速直流伺服电动机，工作原理与普通直流伺服电动机基本相同。外形和普通直流伺服电动机完全两样，通常做成扁平式结构，电枢长度与直径之比一般仅为0.2左右，选取较多的极对数，以便使直流力矩电动机在一定的电枢体积和电枢电压下能产生较大的转矩和较低的转速。 直流力矩电动机分类：分装式和内装式两种，见下图。 分装式 内装式 8.6.3 交流力矩电动机 主要指三相异步力矩电动机，可用于传动需要恒定张力和恒定线速度的卷线机械上，如数控机床以及电影、造纸、橡胶、电缆设备等机械上。 特点：具有宽广的调速范围和较软的机械特性，其转速随负载转矩的变化而变化，并允许长期堵转。 工作原理与普通笼型异步电动机基本相同，但结构和一般鼠笼式异步电动机不同，它采用电阻率较高的导电材料(如黄铜)作为转子导条及端环，且采用开启式结构，转子具有轴向通风孔，并外加鼓风机强迫通风。 但小容量交流力矩电动机也有采用封闭式结构的。 8.6.4 力矩电动机使用注意事项 (1）在伺服系统中使用的力矩电动机要保持其机械特性和调节特性有很好的线性度，故使用中它在一定使用条件(如电压及散热面大小)时的空载转速和堵转转矩 。 (2）当运行转速大于零时，输出转矩小于堵转转矩，力矩电动机机械特性为直线（线性的），故使用中应考虑它不带散热面或带有规定散热面时的