開關(guān)磁阻電機分解課件

1、磁阻同步電動機 磁阻電動機是一種轉(zhuǎn)子上沒有裝設(shè)勵磁繞組的凸極同步電動機，它依靠直軸和交軸兩條磁路上磁阻不等而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以稱為磁阻同步電動機。 對凸極轉(zhuǎn)子，且當XdXd時，即使轉(zhuǎn)子上不裝設(shè)勵磁繞組，也會存在電磁功率和對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩，其大小為 由上式可見，電磁轉(zhuǎn)矩與功角的關(guān)系是按(sin2)規(guī)律變化的。當= 0度時，轉(zhuǎn)矩等于零；= 45度時，轉(zhuǎn)矩最大；= 90度時，轉(zhuǎn)矩又會變?yōu)榱?，這種情況可由下圖來說明。 上圖a是磁阻電動機的空載情況，不計機械損耗時，電機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 TM0，故定子磁場軸線與磁極軸線重合（即 = 0），磁力線不發(fā)生扭彎。當電動機加上負載時，轉(zhuǎn)子直軸將落后于定子旋轉(zhuǎn)磁場軸線

2、 角，如圖b所示 ( 圖中= 45 )，由圖可見，這個磁場被扭歪了。由于磁通具有使其所經(jīng)路徑的磁阻為最小的性質(zhì)，從而力圖使轉(zhuǎn)子直軸方向與定子磁場軸線取得一致,因此產(chǎn)生與定子旋轉(zhuǎn)磁場同轉(zhuǎn)向的磁阻轉(zhuǎn)矩 TM ，和負載轉(zhuǎn)矩相平衡。 當 角增大到 90時，由圖c 可見，氣隙磁場又對稱分布，其合成轉(zhuǎn)矩又變成零。 磁阻同步電動機只存在電樞反應(yīng)磁場，故又稱為反應(yīng)式同步電動機。 電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩的最大值為：磁阻電動機一般靠實心轉(zhuǎn)子的感應(yīng)渦流并借助于鋁或銅所起籠型繞組的作用起動。當轉(zhuǎn)子接近同步速時，借助凸極效應(yīng)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子會自動拉入同步。 磁阻電動機轉(zhuǎn)子上既無勵磁繞組也沒有集電環(huán)而使得結(jié)構(gòu)簡單，工作可

3、靠，在控制系統(tǒng)、自動記錄裝置、電鐘等需要保持恒速的場合獲得了廣泛的應(yīng)用?？梢钥闯觯姍CXd比Xq的數(shù)值愈大，則TMmax的數(shù)值也愈大。為了增大 Xd比Xq的比值，轉(zhuǎn)子常采用如下圖所示的鋼片和非磁性材料（如鋁、銅）相間鑲嵌的結(jié)構(gòu)，其中鋁或銅部分可起到籠型繞組的作用使電機起動。在電機正常運行時，由于交軸磁路多次跨過非磁性區(qū)域，遇到的磁阻很大，對應(yīng)的 Xq很小。 8.4 開關(guān)磁阻電動機Switched Reluctance Motor（SRM）開關(guān)磁阻電動機（SRM）是近些年發(fā)展的新型調(diào)速電機，結(jié)構(gòu)簡單結(jié)實、調(diào)速范圍寬且性能好，現(xiàn)已廣泛用在工業(yè)、航空業(yè)和家用電器各個領(lǐng)域。主要有：排風機、空調(diào)、洗衣機

4、、電動車、各種搬運機器。- 定轉(zhuǎn)子雙凸極結(jié)構(gòu)- 定子各極上繞有集中線圈- 轉(zhuǎn)子上無繞組，無永磁鐵，僅有疊片疊壓而成- 按照“磁阻最小化原理”，產(chǎn)生磁阻電磁轉(zhuǎn)矩- 按轉(zhuǎn)子位置給定子繞組逐次供電，以便旋轉(zhuǎn)開關(guān)磁阻電機的結(jié)構(gòu)電機的定子鐵芯有六個齒極，由導磁良好的硅鋼片沖制。 開關(guān)磁阻電機的原理電機的轉(zhuǎn)子鐵芯有四個齒極，由導磁良好的硅鋼片沖制。與普通電機一樣，轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。 由于定子與轉(zhuǎn)子都有凸起的齒極，這種形式也稱為雙凸極結(jié)構(gòu)。 在定子齒極上繞有線圈（定子繞組），用來向電機提供工作磁場。在轉(zhuǎn)子上沒有線圈，這是磁阻電機的主要特點。在講電動機工作原理時常用通電導線在磁場中受力來解釋電動機旋轉(zhuǎn)的道

5、理，磁阻電機轉(zhuǎn)子上沒有線圈，那是靠什么力推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動呢？磁阻電動機是利用磁阻最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，利用磁引力拉動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 下面通過圖示來說明轉(zhuǎn)子的工作原理，下面是磁阻電動機的正視圖，定子六個齒極上繞有線圈，徑向相對的兩個線圈是連接在一起的，組成一“相”，該電機有3相，結(jié)合定子與轉(zhuǎn)子的極數(shù)就稱該電機為三相6 / 4結(jié)構(gòu)。在下圖標注的A、B、C相線圈僅為后面分析磁路帶來方便，并不是連接三相交流電。 在下面有一組磁阻電動機運轉(zhuǎn)原理動畫的截圖，從中我們將看到磁阻電動機是如何轉(zhuǎn)動起來的，圖中紅色的線圈是通電線圈，黃色的線圈沒有電流通過；通過定子與轉(zhuǎn)子的深藍色線是磁力線；把轉(zhuǎn)子啟

6、動前的轉(zhuǎn)角定為0度。從左面圖起，A相線圈接通電源產(chǎn)生磁通，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，磁力線可看成極有彈力的線，在磁力的牽引下轉(zhuǎn)子開始逆時針轉(zhuǎn)動；中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了10度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到20度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30度為止，到了30度轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動，此時磁路最短。為了使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30度前已切斷A相電源在30度接通B相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，見下左圖，于是轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到40度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到50度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60度為止。 在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60度前切斷B相電源在60度時接通C相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，見下左圖。轉(zhuǎn)子

7、繼續(xù)轉(zhuǎn)動，中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到70度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到80度的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90度為止。 當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90度前切斷C相電源，轉(zhuǎn)子在90度的狀態(tài)與前面0度開始時一樣，重復(fù)前面過程，接通A相電源，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，這樣不停的重復(fù)下去，轉(zhuǎn)子就會不停的旋轉(zhuǎn)。這就是磁阻電動機的工作原理。由于是運用了利用磁阻最小原理，故稱為磁阻電動機，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開關(guān)控制，故稱為開關(guān)磁阻電動機。 轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一個齒距角，定子每相通斷工作一個周期如何確定每相通斷時間：位置檢測其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為開關(guān)磁阻電機的驅(qū)動系統(tǒng)不對稱半橋線路主電路：雙繞組功率變換器- 電氣及機械結(jié)構(gòu)簡單、堅固，制造工藝簡單（可媲美于感應(yīng)電機

8、）- 需要專門的驅(qū)動電路，也因此容易實現(xiàn)多功能- 損耗主要產(chǎn)生在定子端，因此驅(qū)動系統(tǒng)的效率高（相對于感應(yīng)電機）- 電機的制作成本低，因此其經(jīng)濟性能好- 起動轉(zhuǎn)矩大，低速性能好- 調(diào)速范圍寬(可工作于達幾萬rpm轉(zhuǎn)速）)- 在寬領(lǐng)域內(nèi)的調(diào)速范圍內(nèi)，控制靈活，易于實現(xiàn)各種轉(zhuǎn)矩速度特性- 可四象限運行，具有再生制動能力- 噪音，振動大（缺點）開關(guān)磁阻電機的特點類比與特點 功能 將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速信號。 轉(zhuǎn)角 脈沖信號的個數(shù)； 轉(zhuǎn)速 n 脈沖信號的頻率。 用途 高精度的角度控制。 分類 按定子相數(shù)不同：三相、四相、五相、六相等； 按轉(zhuǎn)子材料不同：永磁式、磁阻式（反應(yīng)式）。1. 基本結(jié)構(gòu)2.

9、工作原理與電源、負載、環(huán)境等因素無關(guān)9.3 步進電動機14 231. 定子 2. 轉(zhuǎn)子一、基本結(jié)構(gòu) U1U2V1V2W2W1三相磁阻式步進電動機原理圖 步進電動機的典型結(jié)構(gòu) U2U1W2W1V1V2二、工作原理 一拍 從一次通電到另一次通電。 步距角 每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。(1) m 相單 m 拍運行（三相單三拍運行） (2) m 相雙 m 拍運行（三相雙三拍運行） (3) m 相單雙 2m 拍運行（三相單雙六拍運行） 14 2314 2314 2314 23U1U2V1V2W2W11. m 相單 m 拍運行（三相單三拍運行） 通電順序： U 相V 相W 相U 相。 U 相通電 14 23U1

10、U2V1V2W2W114 23 V 相通電 U1U2V1V2W2W1 W 相通電 14 2314 23一步兩步三步 步距角： = 302. m 相雙 m 拍運行（三相雙三拍運行） 通電順序： UV 相VW 相WU 相。 14 23U1U2V1V2W2W1 UV 相通電 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 VW 相通電 14 2314 23U1U2V1V2W2W1 WU 相通電 14 23 步距角： = 3014 2314 233. m 相單雙 2m 拍運行 (三相單雙六拍運行）通電順序：UUV VVW W WU U。14 23U1U2V1V2W2W1114 23U1U2V1V2W2W1214 23U1U2V1V2W2W1314 23U1U2V1V2W2W1414 23U1U2V1V2W2W1514 23U1U2V1V2W2W1614 23步距角： = 15 步距角 =360z Nz ：轉(zhuǎn)子齒數(shù)N ：拍數(shù) 轉(zhuǎn)速 一個 轉(zhuǎn) (1 / zN ) 圈， 脈沖頻率為 f 每秒轉(zhuǎn) ( f / zN ) 圈。n =60 fz N例如：三相步進電動機 z = 40，則采用單/雙三拍時：采用三相六拍時：=360z N 360403= = 3=360z N 360406= =