第七章 非常电机

2020-03-23 19:59栏目:新闻动态

  第七章 卓殊电机._能源/化工_工程科技_专业材料。卓殊电机 第七章 卓殊电机 第一节 步进电动机 第二节 开合磁阻电机 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 卓殊电机 1 步进电动机 ? 步进电动机是一

  卓殊电机 第七章 卓殊电机 第一节 步进电动机 第二节 开合磁阻电机 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 卓殊电机 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□□□□□,并正在此 电压驱动下作步进运动的电动机。施加一个脉冲信号□□□□,步 进电动机就行进一个步距。它由电动机本体、驱动器和控 制器组成□□□,其体例框图如图所示。 图7-l 步进电动机体例框图 卓殊电机 1.1响应式步进电动机的机合和做事道理 以三相响应式步进电动机为例。 定子上有六个磁极和三相绕组□□□□, 每一相绕组绕正在相对的两个磁极 上□□□□□,绕组通电时□□□□,这两个磁极的 极性相反。转子死心及定子磁极 上有小齿□□□□,定转子齿距相当。 转子死心上没有绕组。 图7-2 响应式步进电动机机合示希图 卓殊电机 当A相绕组通电时□□□□, 电动机内确立以AA’为轴线的磁场。 因为定转子上有齿和槽□□□□,当定转子齿 的相对位臵差别时□□□□□,磁途的磁导也差别□□□, 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。 转子的安闲均衡位臵是使通电相 磁途的磁导最大的位臵□□□□□,于是A相 通电时转子处于A相极下定转子齿 相对的位臵。 (a)A相通电 卓殊电机 当A相绕组断电、B相绕组通电时□□□□□, 则确立以BB’为轴线的磁场□□□□,磁场 正在空间上沿逆时针偏向转过120?□□□□□, 转子齿的轴线将力争与B相磁极上 定子齿的轴线对齐□□□□□,以抵达均衡 状况□□□□□,转子沿逆时针偏向转过1/3齿距。 齿距为 360? ?t ? Zr (b) B相通电 式中□□□□,Zr为转子齿数。 卓殊电机 正在B相绕组断电的同时□□□□,给C相 绕组通电□□□,则确立以CC’为轴线 的磁场□□□□□,转子又沿逆时针偏向转过 1/3齿距以使C相极下定转子齿对齐。 正在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。 (c) C相通电 当接二连三地按A—B—C—A的序次顺序给各相绕组通电时□□□,磁 场的轴线沿ABC偏向运动。每革新一次通电状况□□□□,磁场转过 120?□□□□,转子转过1/3齿距。当定子各相轮番通电结束一个轮回 时□□□□□,磁场沿ABC偏向转过360?空间角□□□,转子沿ABC偏向转过一 个齿距□□□,所以转子转速为磁场转速与转子齿数的比值。 卓殊电机 ? 若按A—C—B—A的序次顺序给各绕组通电□□□,则磁场沿顺时 针偏向转动□□□□□,转子也沿顺时针偏向转动□□□□,即革新通电的序次 就可能革新电动机的转向。 ? 上述通电办法称为三相单三拍运转办法□□□□,三相响应式步进电 动机也可能按三相双三拍(AB—BC—CA—AB)办法运转□□□□□,其 做事道理与三相单三拍运转办法相通□□□□,每革新一次通电状况□□□, 磁场轴线齿距。但因为通电办法差别□□□□, 运转机能有些分别。三相响应式步进电动机还可能采用三相 六拍的通电办法(A—AB—B—BC—C—CA—A)□□□□□,每革新一 次通电状况□□□□□,电动机内磁场的轴线齿 距□□□□□,为三拍时的一半。 卓殊电机 统一台电动机□□□□□,可能有差别的通电办法和差别的运转拍数□□□□□,若 用ml显示运转拍数□□□,则每革新一次通电状况时转子转过的角度 ?b ? 称为步距角。 1.2永磁步进电动机的机合和做事道理 定子上有二相或众相绕组□□□□□, 转子为星形永磁磁极□□□□□,极数 与定子每相绕组的极数相仿。 当A相绕组通以正电流时□□□□□,所 发生的磁场与转子磁极彼此 效用□□□□□,使转子磁极与定子A相 磁极轴线 Z r (a) a相通正电流 卓殊电机 当B相绕组通以正电流时□□□□□,所发生 磁场从图 (a)所示位臵顺时针转过 45?□□□□□,受其效用□□□,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 (b) b相通正电流 当A相绕组通以负电流时□□□,所发生 磁场从图7-4(b)所示位臵顺时针转过 45?□□□,所发生的磁场与转子磁极彼此 效用□□□□□,使转子磁极与定子A相磁极 轴线对齐 (c) a相通负电流 卓殊电机 当B相绕组通以负电流时□□□□,所发生 磁场从图 (c)所示顺时针转过45?□□□□□, 所发生的磁场与转子磁极彼此效用□□□□, 使转子磁极与定子A相磁极轴线对齐 (d) b相通负电流 可能看出□□□□,当定子绕组按A-B- A — B —A的序次顺序通电时□□□□, 每革新一次通电状况□□□,转子将按顺时针偏向转过45?空间角□□□□□,即 步距角为45?。步距角可显示为 360? ?b ? m1 p 卓殊电机 上述转子磁极采用星形机合□□□□,永磁体加工工艺较量庞杂。为简 化工艺□□□□,广泛采用图7-5所示的爪形磁极机合□□□,将永磁体做成环 形□□□,轴向充磁□□□□,两个爪形磁极对插正在一块□□□□□,彼此错开半个爪 距□□□□,沿圆周偏向极爪是N、S极交织漫衍的□□□□,极对数应与定子绕 组的极对数相仿。其运转道理与星形永磁体机合的永磁步进电 动机相仿。 图7-5 爪形磁极永磁步进电动机 卓殊电机 1.3混杂式步进电动机的机合和做事道理 ? 混杂式步进电动机的定转子上都有许众齿□□□□,与响应式步进电 动机相通; ? 采用永磁体□□□,与永磁式步进电动机相同。 ? 从机能上看□□□,它可能做成响应式步进电动机那样的小步距□□□□, 也具有永磁式步进电动机限制功率小的长处。 ? 其余□□□□,这种电动机还经常被用作低速永磁同步电动机。 ? 混杂式步进电动机广泛有二相式和五相式两种。五相混杂式 步进电动机具有辨别率高、起动频率高、运转频域宽、运转 稳固性好等上风□□□□□,但其功率驱动电途本钱较高。正在二相混杂 式步进电动机中采用细分限制时间可能降低辨别率和运转性 能□□□□□,能正在辨别率相仿的情状下代替五相混杂式步进电动机。 卓殊电机 以二相混杂式步进电动机为例先容混杂式步进电动机做事道理 图7-6 二相混杂式步进电动机 图7-7 定子冲片 图7-8转子机合图 图 7-9 永磁体发生的磁途 卓殊电机 (a)、(b)分离为左死心段和右死心段。 正在转子轮廓□□□□,永磁体发生的磁场分离 为N、S极。 正在图示位臵□□□□,当定子A相绕组通正 电流时□□□□,励磁电畅通过定子磁极 1、3、5、7的线为N极。 正在图 (a)中□□□,磁极1、5下的定 转子磁场彼此吸引□□□□,发生顺时 针偏向的转矩□□□□□,磁极3、7下的 定转子磁场彼此排斥□□□□□,也发生 顺时针偏向的转矩。 (a)左死心段 卓殊电机 正在图 (b)中□□□□,磁极1、5下的定转子 磁场彼此排斥□□□,发生顺时针偏向的 转矩□□□□,磁极3、7下的定转子磁场相 互吸引□□□,也发生顺时针偏向的转矩。 电机发生顺时针偏向的转矩□□□,转子 将顺时针偏向转过1/4齿距达到均衡 位臵。若是此时堵截A相电流□□□,将B 相线圈通入正电流□□□□□,转子将再顺时针 转动1/4齿距□□□□,达到均衡位臵。 (b) 右死心段 卓殊电机 按A-B- A - B -A……的序次顺序给各绕组通电□□□□□,则电机 沿顺时针偏向盘旋。若按A- B - A -B-A……的序次顺序 给各绕组通电□□□□□,电机将沿逆时针偏向盘旋。 二相混杂式步进电动机的步距角?b为 360? ?b ? m1 Z r 1.4步进电动机的常用术语 (1)零位臵 零位臵也称为初始安闲均衡位臵□□□,是指不革新绕组通电状况 时转子正在理念空载状况下的均衡位臵。 (2)失调角 失调角是指转子偏离零位臵的角度。 卓殊电机 (3)矩角性格 矩角性格是指不革新各相绕组的通电状况□□□□□,即一相或几相绕组 通以直流电流时□□□□,电磁转矩与失调角的合联□□□□,即Te=f(?) (4)最大静转矩 矩角性格上的转矩最大值称为最大静转矩。 (5)精度 步进电动机的精度有二种显示法子□□□□□, 一种用步距角偏差最大值来显示□□□, 另一种用步距角累计偏差最大值来显示。 最大步距角偏差是指电动机盘旋一周 图7-11矩角性格 内相邻两步之间最大步距角和理念步 距角的差值□□□,用理念步距角的百分数显示。最大累计偏差是指任 意位臵动手始末大肆步之间□□□□□,特殊电机角位移偏差的最大值。 卓殊电机 (6)呼应频率 正在某一频率畛域内□□□□,步进电动机可能运转而不会丢步□□□,则该范 围内的最大频率称为呼应频率。广泛用起动频率行动权衡指 标□□□□□,它是指正在肯定负载下直接起动而不失步的极限频率□□□,称为 极限起动频率。 (7)运转频率 运转频率是指拖动肯定负载使频率连绵上升时□□□,步进电性能不 失步的最高频率。 卓殊电机 2 开合磁阻电机 2.1开合磁阻电机的机合 开合磁阻电机是类型的机电一体扮装臵□□□,由开合磁阻电机本体、 位臵传感器、限制器和功率电途四片面构成。 位臵传感器检测转子位臵和速率信号□□□,限制器遵循这些信号决 定绕组的导通和合断岁月□□□□□,功率电途遵循导通和合断信号为电 机绕组供电。 图7-12 开合磁阻电机体例的构成 卓殊电机 开合磁阻电机本体由定子和转子两片面构成□□□□,定、转子死心均 由硅钢片叠压而成□□□□□,转子上既无绕组也无永磁体.定子齿上绕 有聚集绕组□□□□,相对极上的绕组串联□□□□□,组成一相绕组。 开合磁阻电机可能策画为单相、两相、三相、四相及众相当不 同相数。 低于三相的开合磁阻电机日常没有自起动才具。 相数众□□□,有利于减小转矩震动□□□,但机合庞杂、主开合器件众、 本钱扩充。 目前使用较众的是三相6/4极机合和四相8/6极机合。 卓殊电机 外7-1 常睹的定、转子极数组合 相数m 定子极数Ns 转子极数Nr 图7-13 开合磁阻电机的类型机合 3 6 4 4 8 6 5 10 8 6 12 10 卓殊电机 2.2开合磁阻电机的做事道理 开合磁阻电机的运转效力磁阻最小道理□□□,即磁通老是要沿磁阻 最小的途径闭合□□□□□,磁场扭曲发生切向力□□□,从而发生电磁转矩。 A相通电□□□□,转到(a) 位臵□□□□,给B相通电 然后顺序给各相 通电 卓殊电机 若依序次A—B—C—D-A顺序给各相绕组通电□□□□,则转子沿逆时 针偏向连绵盘旋;反之□□□,若依序次A-D—C—B—A顺序给各相 绕组通电□□□,则转子沿顺针偏向连绵盘旋。特殊电机 正在众相电机中□□□□□,也常展示两相或两相以上绕组同时导通的情状。 m相定子绕组轮番通电一次□□□,转子转过一个转子极距□□□□,设每相 绕组开合频率为fph□□□□,转子极数为Nr□□□,则开合磁阻电机的转速可 显示为 n? 60 f ph Nr 卓殊电机 2.3开合磁阻电机的特性 (1)机合简略牢靠□□□□□,创修工艺简略□□□□□,转子仅由硅钢片叠压而成□□□, 可做事于高速场所;定子线圈为聚集绕组□□□□,嵌放容易□□□□□,端部 短而巩固□□□,做事牢靠□□□□,能合用于各式阴恶、高温以至强振动 境遇。损耗要紧由定子发生□□□□□,易于冷却□□□,转子无永磁体□□□□□,可 准许较高温升。 (2) 转矩偏向与相电流偏向无合□□□,可裁减功率变换器的开合器件 数目□□□□,低落体例本钱;功率变换器不会展示直通阻碍□□□,牢靠 性高。 (3)起动转矩大□□□,低速机能好□□□,无感觉电动机正在起动时所展示的 抨击电流外象。 (4)调速畛域宽□□□,限制灵便□□□□□,易于告竣各式卓殊央求的转矩-转 速性格□□□□,能四象限运转□□□,具有较强的再生制动才具。 (5)正在宽绰的转速和功率畛域内都具有较高效劳。 (6)因为采用双凸极机合□□□□□,不行避免地存正在转矩震动□□□,噪声是其 最要紧的欠缺。 卓殊电机 3 力矩电机 ? 力矩电动机是为满意低转速、大转矩负载央求而策画创修的 一种卓殊电动机。与日常电机差别的是□□□,它只诈骗转子静止 或亲近静止时的转矩□□□□,不夸大死板功率。 ? 力矩电机正在转子盘旋流程中位臵爆发变动时□□□,转矩变动很小□□□□□, 且其做事转角变动畛域较大□□□□□,可连绵做事正在堵转状况。 ? 力矩电机广泛有直流力矩电机和调换力矩电机两种□□□,目前前 者使用较众。 3.1直流力矩电机的机合与做事道理 直流力矩电机的做事道理与通俗直流电动机相仿□□□□□,差别之处正在 于其机合。为了正在肯定体积和电枢电压下发生大的转矩和低的 转速□□□□,直流力矩电机日常做成扁平式机合□□□,电枢长度与直径之 比日常为0.2阁下□□□,极对数较众。为了减小转矩和转速的震动□□□□□, 选用较众的槽数和换向片数。广泛采用永磁体发生磁场。 卓殊电机 定子是由软磁质料制成的带槽的圆环□□□□,正在槽中嵌入永磁体。转 子死心广泛用硅钢片叠成□□□□□,槽中嵌入电枢绕组□□□,电枢绕组为单 波绕组。槽楔由铜板制成□□□□□,兼作换向片□□□,槽楔两头伸出槽外□□□□, 一端行动电枢绕组接线用□□□□□,另一端摆列成环形换向器。转子的 一切部件用高温 环氧树脂浇铸成 全体。 卓殊电机 正在直流电机中□□□,若两台电机的电枢体积相仿□□□□□,它们的电枢直径 分离为D1和D2□□□□,电枢长度分离为L1和L2□□□□□,假设它们的极对数p、 极弧系数?p、槽数、并联岔途数a、电枢电流Ia和气隙磁密B? 均相仿□□□,槽面积与电枢直径的平方成正比□□□□,特殊电机每槽导体数也与电 枢直径的平方成正比□□□,则它们发生的电磁转矩之比为 Tem2 Tem1 N2 p 2 2 ?2Ia ? p B? ? 2 L2 ? ? ? ? N ? D ? D 2 2 2 ? ? ? ? 2?a ? 2 2 ?? ? N1 p N1? 1 ? D1 ? ?1 ? D1 ? ? ? ? ? ? p B? ? 1 L1 ?1 I a 2?a ? ? 2 L2 ? D2 ? D2 ? D1 ? D2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? L ?D ? D ?D ? D1 ? 1 1 ? 1? 1? 2? 2 2 2 ? D2 ?? ?D ? 1 正在上述条件下□□□,电磁转矩与电枢直径成正比□□□□□,这即是直流力矩 电机转矩大的源由 卓殊电机 3.2调换力矩电机的机合与做事道理 ? 调换力矩电机分为单相和三相两种□□□□,分离是从单相感觉电动 机和三相感觉电动机的根本系列派生的□□□,机合和安设尺寸与 根本系列一律。 ? 差别之处正在于□□□,其转子导条广泛采用较高电阻率的质料□□□□□,如 黄铜、紫铜、铝锰合金等□□□□□,转子电阻较通俗感觉电动机大得 众□□□□□,于是其死板性格与通俗感觉电动机彰着差别。 图7-16 调换力矩电机的死板性格 卓殊电机 因为感觉电动机的电磁转矩正比于电源电压的平方□□□□□,通过革新 电压可能获得力矩电动机的一组性格弧线□□□,正在负载转矩(或转 速)稳定时□□□□,可能通过治疗电压来革新电动机的转速(或转 矩)。 图7-17 调换力矩电机的调速性格 卓殊电机 ? 死板性格非线性度是力矩电机的一个主要目标 ? 其界说为□□□:实质死板性格弧线与理念死板性格弧线之间的转 速差最大值与空载转速之比。 ? 非线性度要紧与转子电阻相合□□□□,转子电阻越大□□□□,非线性度越 小□□□□,日常限制正在30%之内 卓殊电机 4 磁滞电动机 4.1磁滞电动机的机合 ? 铁磁质料中遍及存正在磁滞外象□□□,即磁通密度的变动滞后于磁 场强度的变动。滋滞电动机即是一种诈骗磁滞机能优越的材 料发生转矩的电动机。 ? 磁滞电动机的定子机合和感觉电动机相通□□□,定子死心由硅钢 片叠压而成□□□,上面冲有平均漫衍的槽□□□□□,用以放臵绕组;绕组 可能是三相□□□□□,也可能是单相。单相磁滞电动机常采用电容器 分相起动□□□□,正在容量更加小时也有采用罩极机合告竣起动的。 ? 磁滞电动机的转子为滑腻圆柱体□□□□□,分外里两层□□□□,无任何绕组。 内层为磁性或非磁性套筒□□□,外层由磁滞质料制成□□□□□,不预先充 磁。 1-轴 2-磁滞质料 3-衬套 图7-19 磁滞电动机的转子机合 卓殊电机 4.2磁滞电动机的做事道理 磁滞电动机的转矩与转子质料的磁滞性格相合。定子绕组通电 时□□□□□,发生一盘旋磁场□□□□,对应的磁动势效用正在转子上□□□□□,对转子磁 滞质料举行磁化□□□□,因为存正在磁滞效用□□□□□,转子磁滞质料发生的磁 场要滞后于定子磁场一个角度□□□□,它们彼此效用发生电磁转矩。 图 (a)所示位臵□□□,正在定子磁场的 效用下□□□□□,转子被磁化□□□,并且定 子磁场的轴线与转子磁畴的轴 线重合□□□□,不发生切向力□□□□□,于是 不发生转矩。 卓殊电机 当定子磁场转动一角度时□□□□□,因为磁滞效用 转子的磁畴根本上仍坚持其自身的原磁化 偏向□□□□,这时定子磁场和已磁化转子的磁场 轴线之间展示了空间位移——失调角 转子和定子磁场之间的彼此效用□□□□,就发生 了切向力□□□□,也即是发生了转矩。 卓殊电机 4.3磁滞电动机的性格 (1)起动性格 正在磁滞电动机起动流程中□□□□,存正在两种转矩□□□□,即磁滞转矩和涡流 转矩。无论是做事正在同步状况仍然异步状况□□□,最大磁滞转矩 Thmax都相仿□□□,与电机的转速无合 Th max ? 0.159pP hVh 1-三相电动机合成转矩 2-三相电动机磁滞转矩 3涡流转矩 图7-21 磁滞电动机的转矩-转速性格 卓殊电机 ? 定子磁场盘旋时□□□,正在转子中感觉出涡流□□□□,涡流与定子盘旋磁 场彼此效用发生转矩□□□,称为涡流转矩。 ? 当电机静止时□□□□□,涡流转矩最大□□□□,当牵入同步后□□□,涡流损耗为 零。因为磁滞质料的电阻率很大□□□□□,此中的涡流很小□□□□,可能忽 略不计□□□□,涡流要紧存正在于转子死心中。若采用整块死心□□□□,特殊电机可 使磁滞电动机的起动转矩降低50~120%;当运用叠片死心时□□□□□, 涡流转矩很小□□□□,可能无视不计。 ? 磁滞转矩和涡流转矩协同效用□□□□,使起动转矩较大。因为磁滞 转矩正在总共起动流程中稳定□□□□□,磁滞电动机可能将转动惯量较 大的负载腻滑地牵入同步。 卓殊电机 (2)做事性格 ? 做事性格弧线为□□□:当外加电压和频率肯定时□□□,电机的转速n、 电流I1、输入功率P1、效劳?、功率因数cos?、输出功率P2随 输出转矩T2的变动弧线。 ? 正在同步运转时□□□□,因为磁滞质料的磁导率很低□□□□,必要的磁化电 流较大□□□,使其效劳和功率因数较低□□□,广泛效劳?=30~70%□□□, 功率因数cos?=0.2~0.6。负载变动时□□□□,电动机的电流变动不 大。 图7-22 磁滞电动机的做事性格弧线磁滞电动机的要紧特性和使用 ? 磁滞电动机具有较大的起动转矩□□□□,能自行牵入同步并安闲运 行正在同步状况□□□,机合简略□□□□,做事牢靠□□□□□,死板强度高□□□□,适合于 高速运转□□□□□,而且起动电流小□□□□,电磁噪声低。 ? 但与其它类型的同步电动机比拟□□□□,其重量和体积较大□□□,代价 较贵□□□□□,效劳和功率因数较低。磁滞电动机日常只用于120W以 下央求转速恒定的场所□□□□,更加适宜于驱动转动惯量较大、转 速恒定、起动屡次、恒转矩的负载。 卓殊电机 5 超导电机 ? 超导电机是诈骗超导体行动绕组质料的新型电机。从道理上 来说□□□□□, 超导电机和惯例电机没有分别□□□□, 只是将惯例的绕组换 成了超导体绕组。 ? 超导电机的绕组损耗为零□□□□□,既管理了电枢绕组发烧、温升问 题□□□,又使电机效劳大为降低。 ? 更主要的是超导线的临界磁场强度和临界电流密度都很高□□□□, 使超导电机的气隙磁密和绕组的电流密度可比惯例电机降低 数倍甚至数十倍□□□□,大大降低了电机的功率密度□□□,低落了电机 的重量、体积和质料用量。 ? 1986年今后□□□□□,高临界温度(液氮温区)超导质料的发觉□□□,为 超导电机的适用化奠定了基本。现有的超导电机要紧是汽轮 发电机和单极直流电机。 卓殊电机 5.1超导性格 ? 质料正在绝对温度零度以上就展示电阻变为零的外象称为超导 外象 ? 具有超导电本质的物体称为超导体□□□,超导性动手展示时的温 度称为临界温度或转动温度。 ? 1911年荷兰利顿大学的昂纳斯开始正在试验中发觉□□□□,当温度降 到4.2K时汞的电阻率很速变为零。 超导体处于临界温度以下时的性格如下□□□□□: ? 零电阻□□□:是指电贯通通时导体无电阻的外象。但超导体内的 电流有一上限值□□□,称为临界电流。 ? 反磁性□□□:将超导体放入磁场中□□□□,其內部磁通量坚持为零。 卓殊电机 5.2超导发电机的根本机合和特性 ? 正在交变磁场中□□□□,超导体认发生调换损耗□□□□□, 给保卫超导安闲带 来危险。所以□□□□□, 超导时间的正在调换电机中的使用比正在直流电 机中的使用困苦。 ? 正在同步发电机中□□□□, 励磁绕组电流是直流□□□□□,电枢绕组电流是交 流。然而□□□□□,正在安闲运转时□□□□□,因为电枢绕组的调换磁场与转子 同步盘旋□□□□□,转子绕组所始末的磁场是直流磁场。所以□□□□□,只正在 励磁绕组中采用超导时间的半超导发电机比全超导发电机实 现起来要容易少许。到目前为止□□□,大片面超导发电机均是半 超导发电机。下面以此类超导发电机为例先容超导发电机的 根本机合和特性。 卓殊电机 (1)根本机合 超导发电机的根本机合由定子和转子两片面构成。 1)定子 超导发电机中□□□□,因为磁通密度高□□□□, 采用非磁性高强度质料支柱绕组。 为了组成电枢绕组的磁回途和防卫 磁场泄露□□□□□,正在定子外层必要采用铁 磁质料障蔽。 卓殊电机 2)转子 用超导体系成的励磁绕组要运转正在低温境遇□□□,超导发电机的转 子日常采用众重圆筒机合□□□,转子内筒为冷却介质槽□□□□□,然后是超 导绕组及其支柱筒、辐射热障蔽筒以及阻尼筒。 ? 冷却介质储槽及输送、接收体例 支柱超导绕组的内筒兼做冷却介质储槽。低温超导发电机中 的冷却介质为液氦□□□□□,高温超导发电机则可用液氮或温度正在 30K阁下的低温氦气行动冷却介质。冷却介质储槽外为真空 层□□□,以抑止热量的侵入。 ? 转子励磁绕组 适用低温超导质料的准许电流密度比铜线个数目级以 上□□□□□,临界磁场大于10 T。于是□□□□□,运用超导时间不光可能省去 死心□□□□,并且可能运转正在远高于死心磁饱和的磁通密度。 卓殊电机 ? 热辐射障蔽层 绕组筒外为真空空间□□□,此中设有热障蔽筒□□□,其效用是低落从 常温向低温的热传导□□□□,降低冷却效劳。真空层抑止通过氛围 的热传导□□□□□,障蔽筒抑止从常温外筒来的热辐射。 ? 阻尼筒 超导发电机中的阻尼筒既具有惯例发电机中阻尼绕组的功 能——正在电磁动态流程中抑止转子的非同期振荡□□□□,又具有缓 解动态流程中定子的调换磁场对超导绕组的影响□□□□,降低超导 安闲性。 ? 力矩传导筒 正在发电机中□□□□,电枢绕组切割磁力线发生感觉电动势□□□,向负载 输出电能□□□□,原动机向转子供给驱动转矩。正在超导发电机中□□□, 必需尽量抑止进入超导低温境遇的热量□□□,于是不行用传热量 大的实心轴传达转矩□□□□□,而要采用可抑止热量传导、壁厚较薄 的力矩传导筒。 卓殊电机 (2)特性 ? 体积小、重量轻。超导发电机的体积和重量唯有惯例发电机 的30%~50%。 ? 同步电抗小。超导发电机的同步电抗仅为惯例发电机的1/5~ 1/2□□□□,过载才具强。 ? 效劳高。超导体电阻为零□□□□,不存正在损耗□□□,制冷体例所需功率 只占发电机输出功率很小的一片面;小的体积和重量减小了 死板损耗;电枢绕组虽为惯例导体□□□□,但因为匝数的裁减□□□□,其 电阻损耗也低落。 ? 无功功率输出才具弘大于惯例发电机。正在超导发电机中□□□,由 于不存正在饱和题目□□□□,只消励磁绕组导电才具足够□□□,可能过励 运转正在功率因数为0的状况。 ? 绝缘策画央求低落。因为没有死心□□□□,绕组绝缘更简略。可能 采用更高的输出电压□□□□□,以至取缔发电机输出端的升压变压器□□□, 直接向高压输电线途输出电能。 卓殊电机 6 超声波电机 超声波电机由定子和转子两片面构成。 定子用压电质料制成□□□□□,正在定子上施加 妥当频率的交变电压□□□,定子将产活力 械振动(20kHz以上)□□□□□,通过定子和转 子之间的摩擦效用将定子的 微观振动转换成转子的宏观 的单偏向转动。 图7-24 超声波电机的机合道理图 卓殊电机 6.1超声波电机的外面基本 (1)压电效应 ? 正在死板力的效用下□□□□□,某些电介质晶体因其内部带电粒子相对 转移而爆发极化□□□□,介质两头面上展示极性相反的电荷□□□,电荷 密度与外力成正比。这种因为死板力的效用而使介质爆发极 化的外象□□□□□,称之为正压电效应。 ? 反之□□□□□,将一电介质晶体臵于电场中□□□□□,晶体内部正负电荷受外 电场影响而转移□□□□□,导致晶体爆发形变□□□□,这一效应称为逆压电 效应。正压电效应和逆压电效应统称为压电效应。 ? 超声波电机即是诈骗逆压电效应做事的。 卓殊电机 右图为一压电质料□□□,其极化偏向如箭头所示□□□□,正在压电质料的上 下轮廓之间加正向电压□□□,则酿成上正下负的电场□□□□□,压电质料正在 长度偏向延长。 反之□□□,若正在上下轮廓之间加下正上负的电场□□□,则正在长度偏向上 缩小。 若正在上下轮廓之间加交变电场□□□,则正在长度偏向上发活力械振动。 当外加电压的频率与压电质料的 固有振荡频率一律时□□□,进入谐振 状况。频率高于20kHz的振动称 为超声振动□□□□,是超声波电机做事 的根本条目。 图7-25 压电质料的形变 卓殊电机 (2)椭圆振动的发生 要使超声波电机做事□□□□,超声振动必需满意肯定条目。图中的压 电体正在交变电压效用下发生振动□□□□,其上的接触点A做周期性运 动□□□,轨迹为一椭圆。 当A点运转正在椭圆上半周时□□□□□,与转子接触和摩擦□□□□,使转子盘旋; 当A点运转正在椭圆的下半周时□□□,定子与转子离开接触并反向回程。 若这种椭圆运动不绝举行下去□□□□,则转子可能连绵盘旋。 可能看出□□□,要使超声波 电机做事□□□,压电质料 必需发生椭圆运动。 卓殊电机 设有两个空间上彼此笔直的由简谐振动发生的振动位移 ? u x ? a sin ?t ? ?u y ? b sin ??t ? ? ? ?为振动角频率□□□□□,a、b分离为它们的振幅□□□□,?为相位差。摒挡上 式得 u xu y ? ux ? ? uy ? 2 ? ? 2 cos ? ? sin ? ? ? ?? ? ? ab ? a ? ? b ? 当??n?(n为整数)时□□□,上式的轨迹为椭圆。 2 2 卓殊电机 相位差?直接决议 了椭圆运动的转向。 当?0时□□□□,椭圆运动 为顺时针偏向。 反之□□□□,当?0时□□□□, 椭圆运动为逆时 针偏向。 椭圆运动的方 向决议了定子 拨动转子的偏向□□□, 也就决议了转子 的转动偏向。 图7-26 差别相位差?对应的椭圆样子 卓殊电机 6.3超声波电机的机合与做事道理 以实质使用最众的环形超声波电机为例论说其机合和做事道理。 (a)为环形超声波电机的类型机合□□□, (b)为其定子和转子。 图7-27 环形超声波电机的机合 卓殊电机 ? 定子由弹性体和压电陶瓷构成□□□□,弹性体上开有槽□□□□□,目标是放 大定、转子接触摩擦部位的振动速率□□□□□,降低转换效劳。压电 陶瓷环贴正在弹性体不开槽的一侧。 ? 转子为一圆环□□□□,与定子的接触面上有一层摩擦质料□□□,定子和 转子紧紧压正在一块。 压电陶瓷环的周长为行波波长?的n倍□□□, 此中A、B区别别对应电机的两相电极□□□, 它们正在空间上相差90?□□□□□,即四分之一 波长。四分之三波长中的玄色片面 行动传感反应区□□□□,其输出信号可用 于限制驱动电源的信号输出。 图7-28 压电陶瓷环的电极漫衍 卓殊电机 当正在A区的“+”、“-”电极之间施加U0cos?t的调换电压 时□□□,正在定子陶瓷环中勉励出驻波振动 wA ( x, t ) ? a coskx cos?t 正在B区的“+”、“-”电极之间施加U0cos(?t-?)的调换电压 时□□□□□,也能正在定子陶瓷环中勉励出驻波振动 wB ( x, t ) ? b cosk ( x ? ? ) cos(?t ? ? ) 两相投成可得定子环轮廓质点的横向振动位移为 w( x, t ) ? wA ( x, t ) ? wB ( x, t ) ? c cos(kx ? ?t ) 卓殊电机 定子环轮廓质点的纵向振动位移为 由以上两式可得定子轮廓质点的运动方程为 ?w( x, t ) u ( x, t ) ? ? h ? khc sin( kx ? ?t ) ?x ? w( x, t ) ? ? u( x, t ) ? ? ? ?? ? ?1 ? c ? ? khc ? 正在定子两相电极上施加两相 对称电压时□□□,发生行波振动□□□□, 定子轮廓质点的运动轨迹为 椭圆。 因为定子与转子紧压正在一块□□□, 且它们之间有摩擦质料□□□,行 波发生的振动通过摩擦力使 转子转动。 2 2 卓殊电机 获得定子轮廓质点运动的纵向速率为 v ( x, t ) ? ?u ( x, t ) ? ?khc ? cos( kx ? ?t ) ?t 因椭圆最高点的纵向位移为零□□□□□,有 sin(kx ? ?t ) ? 0 所以椭圆最高点的纵向速率 vmax ? ?khc? 负号显示最高点的运动偏向与行波行进偏向相反。转子速率等 于椭圆最高点的运动速率□□□□,其偏向与行波行进偏向相反。只消 革新行波行进偏向□□□,就可能革新转子的转向 卓殊电机 6.4超声波电机的特性 ? 转矩大□□□□,机合简略、紧凑。超声波电机的转矩密过活常为电 磁式电机的几倍到十几倍。 ? 低速大转矩□□□□,无需齿轮减速机构□□□,可告竣直接驱动。转子转 动惯量小□□□□□,定转子之间摩擦阻力大□□□□□,举动呼应速□□□□,限制机能 好。 ? 断电自锁。 ? 不发生磁场□□□,也不受外界磁场作梗。 ? 超声振动发生的是人耳听不到的噪声□□□,运转噪声小。 ? 摩擦损耗大□□□□,效劳低□□□□□,唯有10~40%。 ? 输出功率小□□□□,目前实质使用的唯有10W阁下。 ? 寿命短□□□□,唯有1000~5000小时□□□□□,不适合连绵做事。

版权声明:本文由宁津县刘营伍乡鑫万邦木工机械厂发布于新闻动态,转载请注明出处:第七章 非常电机