常用同步電動機(jī)

關(guān)于常用同步電動機(jī)第1頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)

同步電動機(jī)的工作原理同步電動機(jī)n=ｎ1=60f1/p一、三相異步電動機(jī)的同步運(yùn)行

1.異步電動機(jī)的工作原理：

n<n1→E2s→I2s→Temn=n1→Tem=02.異步電動機(jī)的同步運(yùn)行：第2頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)n<n1作異步運(yùn)行時(shí)，將直流電源加入三相轉(zhuǎn)子繞組，→產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場→定子磁場拉著轉(zhuǎn)子磁場→n=n1“異步”“同步”集電環(huán)A1B1C1U1U2V1V2W1W2QS+-A1U2B1V2C1W2IA1A2IB1B2IC1C2第3頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三二、三相同步電動機(jī)工作原理：1.三相定子繞組加入三相對稱交流電→旋轉(zhuǎn)磁場

2.轉(zhuǎn)子永久磁鐵→永久磁場

3.定子磁場拉著轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)→三相永磁同步電動n1n1dNSqNS第4頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三雙邊勵(lì)磁的同步電動機(jī)兩種結(jié)構(gòu)集流環(huán)凸極轉(zhuǎn)子n1NNSS定子凸極式SN定子隱極轉(zhuǎn)子集流環(huán)n1隱極式第5頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三三、同步電動機(jī)電磁功率公式當(dāng)定、轉(zhuǎn)子處于圖示位置氣隙小，磁阻小，電抗Xd大，轉(zhuǎn)過90o時(shí)，氣隙大，磁阻大，磁導(dǎo)小→Xq小凸極式（轉(zhuǎn)子）n1n1dNSqNS第6頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三

略去定子繞組電壓降：定子電壓平衡方程式dqd軸?dM??qMj?dMxdj?qMxqùMM凸極：隱極：第7頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三IdM：定子相電流的直流分量。

IqM：定子相電流的交軸分量。第8頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三第9頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三四、同步電動機(jī)的V形曲線

與功率的調(diào)整（一）V形曲線

假設(shè)：（1）不計(jì)（2）（隱極機(jī)）第10頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三可得圖示特性曲線根據(jù)ù?0?Mj?MxtMù?03?qM?Mj?MxtMMù?02?qM?Mj?MxtMM第11頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三IMIfIf0Pem2Pem1Pem=0不穩(wěn)定超前過勵(lì)欠勵(lì)滯后Pem2>Pem1>PemcosM=10

同步電機(jī)過勵(lì)，向電網(wǎng)輸送無功電流，提高功率因數(shù)。調(diào)節(jié)If→P1q變→cosM(二）功率因數(shù)的調(diào)整第12頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三五、同步電動機(jī)的起動

當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子磁場相對靜止時(shí)，定子磁場才能拉著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。n1TemNSNSTemn1NSNS所以同步電動機(jī)不能自行起動。第13頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三同步電動機(jī)的起動方法1.變頻起動法起動時(shí)讓f1從0逐漸增加。

2.同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上裝置阻尼繞組（裝在極靴上）方法：異步起動后，牽入同步運(yùn)行。5~10RrfS1ABCS2+-第14頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)

三相永磁同步電動機(jī)三相永磁同步電動機(jī)：無換向器電動機(jī)或直流無刷電動機(jī)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，無機(jī)械換向器，具有硬機(jī)械特性。一、永磁同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成：電機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器、電子開關(guān)控制信號電源電子開關(guān)輸出BQMS3~第15頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三無刷直流電動機(jī)的外形圖第16頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三系

統(tǒng)

圖第17頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三（一）永磁同步電動機(jī)—

直流無刷電動機(jī)

定子：三相對稱繞組，接成Y或△，稱為電樞繞組→產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子：高磁能積的稀土磁性材料→永磁轉(zhuǎn)子。分類：按定子三相電樞繞組所加電壓波形分：正弦波驅(qū)動和方波驅(qū)動*方波驅(qū)動控制簡單，成本低第18頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三（二）定子電樞繞組的開關(guān)控制三相繞組接成Y或△。由轉(zhuǎn)子位置檢測器決定晶體管的導(dǎo)通、關(guān)斷。V1V2V3V4V5V6ABCMS3~MS3~第19頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三△接法的控制方式第20頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三（三）轉(zhuǎn)子位置傳感器作用：檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置。

1.光電編碼器：光學(xué)編碼器或旋轉(zhuǎn)編碼器（1）增量式組成：固定在定子上的光電耦合開關(guān)

+固定在轉(zhuǎn)軸上的遮光盤原理：有光線通過，光電管導(dǎo)通，輸出低電平。無光線通過，光電管截止，輸出高電平。第21頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三發(fā)光二極管（固定）遮光盤（旋轉(zhuǎn)）光電二極管（固定）A相B相

R相（基準(zhǔn)）第22頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三

（２）絕對碼式：光電碼盤的碼按照二進(jìn)制讀數(shù)設(shè)計(jì)。

2.旋轉(zhuǎn)變壓器光電碼盤易受電氣“噪聲”的干擾。旋轉(zhuǎn)變壓器的定子、轉(zhuǎn)子均有二相交流繞組。

3.霍爾位置傳感器第23頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三二、三相永磁同步電動機(jī)

的工作原理

1.普通直流電機(jī)的工作原理NSnBaBf（一）反裝式直流電機(jī)的工作原理第24頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三2.反裝式直流電動機(jī)

的工作原理

根據(jù)左手定則，電樞繞組產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，要使電樞繞組順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，電磁轉(zhuǎn)矩的反作用力，迫使磁極逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)。

第25頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三nBaBfNSBaBfnNS電機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。Ba與Bf保持垂直→Tem=TmBf與Ba同方向→Tem=0若Bf與Ba之間保持一定的夾角，BaBfnNSn第26頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三（二）三相永磁同步電動機(jī)

的工作原理

轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置→控制電子開關(guān)中晶體管的通斷→磁場方向變→Tem→電機(jī)旋轉(zhuǎn)。UdnNSABC轉(zhuǎn)子位置傳感器晶體管控制電路V1bV6bV1V2V3V4V5V61b6b第27頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三

１.V2.V3導(dǎo)通，→Ba與Bf垂直→Tem=TmV2V1V3V4IAIBBaBaBfBfBBBASNn0V5ICBaIBBaBfBfBBBCSNn0V6V1IAICBaBaBfBfBCBASNn02.V4.V5導(dǎo)通，→Ba轉(zhuǎn)過1200→Tem=Tm3.V6.V1導(dǎo)通，→Ba再轉(zhuǎn)過1200→Tem=Tm第28頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三電樞三相繞組的電流波形第29頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三三、三相永磁同步電動機(jī)的調(diào)速方法及運(yùn)行特性第30頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三

（一）轉(zhuǎn)速公式及調(diào)速方法設(shè)：第31頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三ε0：晶閘管逆變器的換流超前角

r：重疊角，不同相晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的重疊時(shí)間忽略阻抗壓降：

則第32頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三改變α角，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。第33頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三（二）運(yùn)行特性1.轉(zhuǎn)矩特性實(shí)際：ε0≥30o(超前)，會出現(xiàn)Tem=0,∴ε0<30o第34頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三IdmaxIa0Tem第35頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三2.調(diào)速特性30o60o45o200n/（r.min-1)3000200010000100Ea/Vε0=00。第36頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三3.機(jī)械特性與直流伺服電動機(jī)相似，可得到一組平行線。第37頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三Ed=100Vn0TemEd=50V第38頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三2.調(diào)節(jié)特性

當(dāng)TL=cn=f（Ed）第39頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三T1<T2<T3<T4Ed02T2Ed03T3Ed04T4Ed01EdT1n0第40頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三四、三相永磁同步電動機(jī)

的特點(diǎn)1.調(diào)速范圍廣

2.快速性好

3.低速性能好

4.壽命長，維護(hù)簡單

5.適合易燃易爆的場合第41頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)磁阻電動機(jī)

三相永磁電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是由永磁體組成。

（開關(guān)）磁阻電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是非磁鐵的。一、工作原理：轉(zhuǎn)子本身沒有磁性，轉(zhuǎn)子d軸和q軸正交方向磁路不對稱。定子磁場以n1速度旋轉(zhuǎn)，定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子d軸差角→磁力線扭歪→在磁力線的拉力作用下→轉(zhuǎn)子跟隨磁場旋轉(zhuǎn)。第42頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三

磁阻電動機(jī)不能自行起動→轉(zhuǎn)子上另設(shè)起動繞組。n1n1TTNSqqddθ第43頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三二、磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子由非磁性的材料，鋼片、鋁、銅等組成。鋁、銅可以起到籠型繞組的作用→作起動繞組。第44頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三鋼軸鋁第45頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三三、開關(guān)磁阻電動機(jī)

組成：電機(jī)本體，轉(zhuǎn)子位置傳感器，電子開關(guān)電路。電子開關(guān)電路控制信號電源輸出RMBQ第46頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三有6個(gè)定子磁極，四個(gè)轉(zhuǎn)子磁極定子1通電，轉(zhuǎn)子的d軸與定子1的軸線重合。改變通電相→轉(zhuǎn)子位置移動。改變相電流脈沖頻率→n變化。abcd1233’2’1’第47頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)步進(jìn)電動機(jī)重點(diǎn)：步進(jìn)電動機(jī)的工作原理矩頻特性矩角特性負(fù)載能力第48頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三一、概述

步進(jìn)電動機(jī)：數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，將脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線位移。每輸入一個(gè)脈沖，電機(jī)前進(jìn)一步。第49頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三1.步進(jìn)電動機(jī)的特點(diǎn)（1）可用數(shù)字信號直接進(jìn)行開環(huán)控制，整體系統(tǒng)簡單、廉價(jià)。（2）位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累，可以組成較簡單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在要求更高時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。（3）電機(jī)本身部件少，可靠性高。（4）易于起動、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性好。（5）停止時(shí)，可有自鎖能力。第50頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三2.步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于于計(jì)算機(jī)的磁盤驅(qū)動器，繪圖儀，自動記錄儀，數(shù)控機(jī)床。3.一般工作機(jī)械對步進(jìn)電動機(jī)的要求（1）調(diào)速范圍寬，盡量提高最高轉(zhuǎn)速以提高勞動生產(chǎn)率。（2）動態(tài)性能好，能迅速起動、正反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)。（3）加工精度較高。即要求一個(gè)脈沖對應(yīng)的位移量小、并要求精確、均勻。這就要求步進(jìn)電動機(jī)步距角小、步距精度高、不丟步或失步。（4）輸出轉(zhuǎn)矩大，可直接帶動負(fù)載。第51頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三微電腦及電源指令步進(jìn)電動機(jī)控制電脈沖傳動齒輪機(jī)床工作臺絲杠第52頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三二、步進(jìn)電動機(jī)的工作原理

以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例組成：定子有六個(gè)磁極，每兩對應(yīng)的磁極繞有一相繞組。轉(zhuǎn)子有四個(gè)均勻分布的齒，齒寬與定子磁極極靴寬度相等。A’C’B’B’CA1234第53頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三1.三相單三拍運(yùn)行方式

單：每次只有一相繞組通電。三拍：三次切換為脈沖的一次循環(huán)。

A相通電：磁力線總是力圖走磁阻最小的路徑→在磁拉力作用下→轉(zhuǎn)子齒軸線與A相磁極軸線重合。A’C’BB’CA1234第54頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三A→B

轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過30

則電機(jī)反轉(zhuǎn)θs=30oA’C’BB’CA1234轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過30oB’C3A’C’BA124A→B→C→A轉(zhuǎn)子一步步按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。若改變通電相序A→C→B→A，B→C第55頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三2.三相雙三拍運(yùn)行方式通電方式AB→BC→CA→AB雙拍運(yùn)行方式的穩(wěn)定性較好4321CAB’BC’A’CAB’BC’A’4321θs=30o第56頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三3.三相六拍運(yùn)行方式通電方式：A→AB→B→BC→C→CA→A

六次切換為脈沖的一次循環(huán)。A相通電：轉(zhuǎn)子齒軸線與A相的定子軸線重合4321CAB’BC’A’第57頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三A→AB：AB相磁極同時(shí)作用于轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)15oAB→B：轉(zhuǎn)子齒軸線與V相定子軸線重合。4321CAB’BC’A’432C1AB’BC’A’第58頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三4.實(shí)際步進(jìn)電動機(jī)的工作原理

設(shè)轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr=40相數(shù)m=3每一齒所占的空間角每一極距的空間角每一極距所占的齒數(shù)線錯(cuò)開1/m齒距。當(dāng)某一相定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線重合時(shí)，相鄰相的定子齒軸線須與轉(zhuǎn)子齒軸第59頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三AA’BB’CC’第60頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三以三相單三拍為例：

A相通電：轉(zhuǎn)子齒軸線與A相定子齒軸線重合。A→B：轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過30轉(zhuǎn)子1/3（30）61/3(570)2/3t7(630)7(630)第61頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三步距角單、雙拍混合方式C=2C：運(yùn)行狀態(tài)系數(shù)：單拍或雙拍方式C=1第62頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速

第63頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三三、步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行特性

（一）靜態(tài)運(yùn)行狀態(tài)靜態(tài)運(yùn)行狀態(tài)：不改變通電方式的工作狀態(tài)。

1.步距角與靜態(tài)步距角誤差步距角：切換一次脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，

步距角實(shí)際步距角與理論步距角之間的偏差。s=0.375~90o步距角誤差：第64頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三2.穩(wěn)定平衡位置TL=0，轉(zhuǎn)子齒軸線與通電相定子齒軸線的夾角，θ=0出現(xiàn)擾動，轉(zhuǎn)子偏離此位置，攏動消失，轉(zhuǎn)子返回。若電源切除，轉(zhuǎn)子的位置不變→自鎖。

3.失調(diào)角θ

轉(zhuǎn)子偏離穩(wěn)定平衡位置的電角度。一個(gè)轉(zhuǎn)子齒對應(yīng)的電角度為2л。

θ（電角度）=Zr×機(jī)械角度第65頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三4.矩角特性

步進(jìn)電動機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩T與失調(diào)角θ之間的函數(shù)關(guān)系：（1）θ=0轉(zhuǎn)子上無切向磁拉力T=0

（2）θ=/2，切向磁拉力最大T=Tsm，作用反對定轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開，T為負(fù)值。</2時(shí)，θ越大→T越大>/2時(shí)，θ增大→T減小。（3）θ=π時(shí)，切向磁拉力互相抵消,T=0

（4）θ=3/2π時(shí)，T=Tsm第66頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三=0沒有轉(zhuǎn)矩θ<π/2轉(zhuǎn)矩增加θfθ=π/2轉(zhuǎn)矩最大θf第67頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三=轉(zhuǎn)矩又等于零＞轉(zhuǎn)矩反向f第68頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三靜穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定平衡點(diǎn)0TsmT1800-1800第69頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三三相步進(jìn)電動機(jī)兩相同時(shí)通電0TsmT1800-1800TATB三相步進(jìn)電動機(jī)多相同時(shí)通電，不能提高TAB·TBTATAB··TAB=TA+TB···最大轉(zhuǎn)矩，但可以增加電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性TAB=TA=TB第70頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三

四相步進(jìn)電動機(jī)兩相同時(shí)通電T0Tsm1800-1800TATBTAB······第71頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三（二）步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)

脈沖頻率很低，1/f>t步進(jìn)電機(jī)過渡過程時(shí)間，轉(zhuǎn)子到達(dá)穩(wěn)定平衡點(diǎn)時(shí)，下一個(gè)脈沖未到，轉(zhuǎn)子在穩(wěn)定平衡點(diǎn)附近振蕩。實(shí)際：步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上裝有阻尼器t0t1s第72頁，共81頁，2023年，2月20日，星期三（三）連續(xù)脈沖運(yùn)行狀態(tài)

1.矩頻特性Tdm=f(f)f在一定范圍內(nèi)T=cf↑一定值后，f↑→T↓