第07章特殊电机（课件）.ppt

第七章 特殊电机 第一节 步进电动机 第二节 开关磁阻电机 第三节 力矩电机 第四节 磁滞电动机 第五节 超导电机 第六节 超声波电机 1 步进电动机 步进电动机是一种将数字脉冲转换为阶梯波电压，并在此电压驱动下作步进运动的电动机。施加一个脉冲信号，步进电动机就前进一个步距。它由电动机本体、驱动器和控制器构成，其系统框图如图所示。 1.1反应式步进电动机的结构和工作原理 以三相反应式步进电动机为例。 定子上有六个磁极和三相绕组， 每一相绕组绕在相对的两个磁极 上，绕组通电时，这两个磁极的 极性相反。转子铁心及定子磁极 上有小齿，定转子齿距相等。 转子铁心上没有绕组。 当A相绕组通电时， 电动机内建立以AA’为轴线的磁场。 由于定转子上有齿和槽，当定转子齿 的相对位置不同时，磁路的磁导也不同， 定转子齿相对的磁极的磁导最大， 定转子齿和槽相对的极的磁导最小。 转子的稳定平衡位置是使通电相 磁路的磁导最大的位置，所以A相 通电时转子处于A相极下定转子齿 相对的位置。 当A相绕组断电、B相绕组通电时， 则建立以BB’为轴线的磁场，磁场 在空间上沿逆时针方向转过120?， 转子齿的轴线将力求与B相磁极上 定子齿的轴线对齐，以达到平衡 状态，转子沿逆时针方向转过1/3齿距。 齿距为 式中，Zr为转子齿数。 在B相绕组断电的同时，给C相 绕组通电，则建立以CC’为轴线 的磁场，转子又沿逆时针方向转过 1/3齿距以使C相极下定转子齿对齐。 在C相绕组断电的同时，给A相绕组 通电，则转子又沿逆时针方 向转过1/3齿距以使A相极下定转子齿对齐。 当连续不断地按A—B—C—A的顺序依次给各相绕组通电时，磁 场的轴线沿ABC方向运动。每改变一次通电状态，磁场转过 120?，转子转过1/3齿距。当定子各相轮流通电完成一个循环 时，磁场沿ABC方向转过360?空间角，转子沿ABC方向转过一 个齿距，因此转子转速为磁场转速与转子齿数的比值。 若按A—C—B—A的顺序依次给各绕组通电，则磁场沿顺时针方向转动，转子也沿顺时针方向转动，即改变通电的顺序就可以改变电动机的转向。 上述通电方式称为三相单三拍运行方式，三相反应式步进电动机也可以按三相双三拍(AB—BC—CA—AB)方式运行，其工作原理与三相单三拍运行方式相似，每改变一次通电状态，磁场轴线转过120?，转子转过1/3齿距。但由于通电方式不同，运行性能有些差别。三相反应式步进电动机还可以采用三相六拍的通电方式(A—AB—B—BC—C—CA—A)，每改变一次通电状态，电动机内磁场的轴线转过60?，转子转过1/6齿距，为三拍时的一半。 同一台电动机，可以有不同的通电方式和不同的运行拍数，若 用ml表示运行拍数，则每改变一次通电状态时转子转过的角度 称为步距角。 1.2永磁步进电动机的结构和工作原理 定子上有二相或多相绕组， 转子为星形永磁磁极，极数 与定子每相绕组的极数相同。 当A相绕组通以正电流时，所 产生的磁场与转子磁极相互 作用，使转子磁极与定子A相 磁极轴线对齐 当B相绕组通以正电流时，所产生 磁场从图 (a)所示位置顺时针转过 45?，受其作用，转子磁极也顺时 针转过45?，其轴线与定子B相磁 极轴线对齐 当A相绕组通以负电流时，所产生 磁场从图7-4(b)所示位置顺时针转过 45?，所产生的磁场与转子磁极相互 作用，使转子磁极与定子A相磁极 轴线对齐 当B相绕组通以负电流时，所产生 磁场从图 (c)所示顺时针转过45?， 所产生的磁场与转子磁极相互作用， 使转子磁极与定子A相磁极轴线对齐 可以看出，当定子绕组按A－B－ — —A的顺序依次通电时， 每改变一次通电状态，转子将按顺时针方向转过45?空间角，即 步距角为45?。步距角可表示为 上述转子磁极采用星形结构，永磁体加工工艺比较复杂。为简 化工艺，通常采用图7-5所示的爪形磁极结构，将永磁体做成环 形，轴向充磁，两个爪形磁极对插在一起，相互错开半个爪 距，沿圆周方向极爪是N、S极交错分布的，极对数应与定子绕 组的极对数相同。其运行原理与星形永磁体结构的永磁步进电 动机相同。 1.3混合式步进电动机的结构和工作原理 混合式步进电动机的定转子上都有很多齿，与反应式步进电动机相似； 采用永磁体，与永磁式步进电动机类似。 从性能上看，它可以做成反应式步进电动机那样的小步距，也具有永磁式步进电动机控制功率小的优点。 此外，这种电动机还常常被用作低速永磁同步电动机。 混合式步进电动机通常有二相式和五相式两种。五相混合式步进电动机具有分辨率高、起动频率高、运行频域宽、运行平稳性好等优势，但其功率驱动电路成本较高。在二相混合式步