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磁阻式步进电动机(磁阻式步进电动机的结构特点

来源:www.xrdq.ne   时间:2022-12-29 11:22   点击:106  编辑:admin   手机版

1. 磁阻式步进电动机的结构特点和基本工作原理

开关磁阻电动机和步进电机的唯一区别是:SRM的开通和关断角是可以控制的; 而步进电机是固定的。

1、开关磁阻电动机有较大的电动机利用系数,可以是感应电动机利用系数的1.2~1.4倍。

2、电动机的结构简单,转子上没有任何形式的绕组;定子上只有简单的集中绕组,端部较短,没有相间跨接线。因此,具有制造工序少、成本低、工作可靠、维修量小等特点。

3、开关磁阻电动机的转矩与电流极性无关,只需要单向的电流激励,理想上公率变换电路中每相可以只用一个开关元件,且与电动机绕组串联,不会像PWM逆变器电源那样,存在两个开关元件直通的危险。所以,开关磁阻电动机驱动系统SED线路简单,可靠性高,成本低于PWM交流调速系统。

4、开关磁阻电动机转子的结构形式对转速限制小,可制成高转速电动机,而且转子的转动惯量小,在电流每次换相时又可以随时改变相匝转矩的大小和方向,因而系统有良好的动态响应。

5、SRD系统可以通过对电流的导通、断开和对幅值的控制,得到满足不同负载要求的机械特性,易于实现系统的软启动和四象限运行等功能,控制灵活。又由于SRD系统是自同步系统运行,不会像变频供电的感应电动机那样在低频时出现不稳定和振荡问题。

6、由于SR开关磁阻电动机采用了独特的结构和设计方法以及相应的控制技巧,其单位处理可以与感应电动机相媲美,甚至还略占优势。SRD系统的效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内都可以维持在教导水平。

2. 简述步进电机工作原理

步进电机是通过脉冲信号来进行控制,每输入一个脉冲信号,步进电机前进一步。步进电机旋转的步距角,是在电机结构的基础上等比例控制产生的,如果控制电路的细分控制不变,那么步进旋转的步距角在理论上是一个固定的角度。在实际工作中,电机旋转的步距角会有微小的差别,主要是由于电机结构上的固定有误差产生的,而且这种误差不会积累。

3. 磁阻式步进电动机的结构特点和基本工作原理是什么

步进电机也叫步进器,它利用电磁学原理,将电能转换为机械能,人们早在20世纪20年代就开始使用这种电机。随着嵌入式系统(例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等)的日益流行,步进电机的使用也开始暴增。不论在工业、军事、医疗、汽车还是娱乐业中,只要需要把某件物体从一个位置移动到另一个位置,步进电机就一定能派上用场。步进电机有许多种形状和尺寸,但不论形状和尺寸如何,它们都可以归为两类:可变磁阻步进电机和永磁步进电机。步进电机是由一组缠绕在电机固定部件--定子齿槽上的线圈驱动的。通常情况下,一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管,而在电机中,绕在齿上的金属丝则叫做绕组、线圈、或相。

4. 简述开关磁阻电动机与步进电动机的区别

磁阻电机,一种连续运行的电气传动装置,其结构及工作原理与传统的交、直流电动机有很大的区别。它不依靠定、转子绕组电流所产生磁场的相互作用而产生转矩,而是依靠“磁阻最小原理”产生转矩。

所谓“磁阻最小原理”,即:“磁通总是沿着磁导最小的路径闭合,从而产生磁拉力,进而形成磁阻性质的电磁转矩”和“磁力线具有力图缩短磁通路径以减小磁阻和增大磁导的本性”。

此类电机是利用磁阻(magnetic reluctance),也被称为磁电阻(magnetic resistance)让电机产生旋转运动,就像电路那样,磁路中的磁通总是要沿着磁阻最小的路径闭合。

凸极率是转子叠片设计的直接结果,叠片的冲制用来切割出电机的等效气隙形状以控制磁通路径,冲制工艺还对d轴和q轴电感随着磁化电流变化而变化产生影响。由于冲制工艺增加了等效气隙,需要更大的励磁电流,导致功率因数cosφ. 变得更差。

磁阻电机的工作原理

磁阻电动机是利用磁阻最小原理,也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合,利用齿极间的吸引力拉动转子旋转。为方便分析磁路,我们把相对的相分别标为a、b、c相,各相线圈由开关控制电流通断,约定转子启动前的转角为0度。

为了使转子继续转动,在转子转到30度前已切断A相电源在30度时接通B相电源,磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯,于是转子继续转动,磁力一直牵引转子转到60度为止。

在转子转到60度前切断B相电源在60度时接通C相电源,磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯,转子继续转动,磁力一直牵引转子转到90度为止。

当转子转到90度前切断C相电源,转子在90度的状态与前面0度开始时一样,重复前面过程,接通A相电源,转子继续转动,这样不停的重复下去,转子就会不停的旋转。

磁阻电机的结构

磁阻电机在转子旋转时,磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以,该电动机的定、转子均采用双凸极结构,并用硅钢片叠制而成。在每个定子磁极上都装有简单的集中绕组,并把径向相对的两个定子磁极上的绕组以串联或并联的方式构成一相。

在转子上无任何绕组,也无永磁体。按照电动机的相数,可分为奇数相和偶数相。按照电动机的磁路结构,可分为两极型长磁路结构和四极型短磁路结构。按照电动机的通电励磁模式,有单相励磁和多相励磁之分。

电机转子无永磁体,允许较高的温升。由于绕组均在定子上,电机容易冷却。效率高,损耗小。转矩方向与电流方向无关,只需单方相绕组电流,每相一个功率开关,功率电路简单可靠。转子上没有电刷,结构坚固,适用于高速驱动。

磁阻电机的应用

近年来磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步,已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域,功率范围从10W~5MW,最大速度高达100000 r/min。

1.磁阻电机电动车应用

磁阻电机最初的应用领域就是电动车。目前电动汽车和电动自行车的驱动电机主要有永磁无刷及永磁有刷两种,然而采用开关磁阻电机驱动有其独特的优势。当高能量密度和系统效率为关键指标时,开关磁阻电机变为首选对象。

2.磁阻电机纺织工业应用

近十年来我国纺织机械行业的机电一体化水平有了较明显的提高,在新型纺织机械上普遍采用了机电一体化技术。这项技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术,即以计算机为核心,有PLC、工控机、单片机等组成的控制系统;先进的驱动技术,有变频调速,交流伺服,步进电机等;检测传感技术和执行机构;精密机械技术等。

3.磁阻电机焦炭工业应用

磁阻电机因其启动力矩大、启动电流小,可以频繁重载启动,无需其他的电源变压器,节能,维护简单,特别适用于矿井输送机、电牵引采煤机及中小型绞车等。

我国研制成功110kW的开关磁阻电机用于矸石山绞车、132kW的开关磁阻电机用于带式输送机拖动,良好的启动和调速性能受到工人们的欢迎。我国还将开关磁阻电机用于电牵引采煤机牵引,运行试验表明新型采煤机性能良好。此外还成功地将开关磁阻电机用于电机车,提高了电机车运行的可靠性和效率。

4.磁阻电机在家电行业的应用

磁阻电机的发展状况

众所周知,磁阻电机驱动系统是一种高效的电机系统,其综合性能超越以往各种传统电机,效率、性能、数字智能化控制等方面,都具有不可比拟的优势,而且在某些特定领域如15万转以上的超高速领域具有无可替代性。但是,另一方面,为什么这一优秀的动力产品在我国没有真正普及呢?本文将系统的回答这一问题。

一、磁阻电机的技术状态

和大部分圈外人士所认识的不同,不同于变频电机,磁阻电机驱动系统的技术极其复杂而体系。其中电机本体的电磁计算和结构工艺技术,可以说是所有电机里面最复杂的,至今在我国没有合理的动态数学模型用来揭示其复杂的内部微观特性,也就是说开关磁阻电机典型的非线性特征,难于具体把握。

总体而言,我们可以简单的根据技术状态,把开关磁阻电机一分为二,一是普通基础技术产品,一是高精度技术产品。所谓普通基础技术产品,就是依据其根本原理,而研究、产生的最基础的产品,就像第一代计算机,粗大笨重、精度差、计算速度慢。

高精度技术产品则不然,其从电机设计、工艺、控制技术等各个环节,都采用科学开发模式和先进技术,并使用高精度加工设备和工艺,针对各个应用设备的细节特性而具体设计

5. 简述步进电机的结构特点和工作原理

三相混合式步进电机的工作原理十分类似于交流永磁同步伺服电机。其转子上所用永磁磁铁同样是具有高磁密特性的稀土永磁材料,所以在转子上产生的感应电流对转子磁场的影响可忽略不计。

在结构上,它相当于一种多极对数的交流永磁同步电机。由于输入是三相正弦电流,因此产生的空间磁场呈圆形分布,而且可以用永磁式同步电机的结构模型分析三相混合式步进电机的转矩特性。

6. 简述步进电机结构原理

一般电动机都是连续旋转,而步进电动却是一步一步转动的,故叫步进电动机。每输入一个脉冲冲信号,该电动机就转过一定的角度(有的步进电动机可以直接输出线位移,称为直线电动机)。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移(或直线位移)的执行元件。

步进电动机的转子为多极分布,定子上嵌有多相星形连接的控制绕组,由专门电源输入电脉冲信号,每输入一个脉冲信号,步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号,输出的角位移是断续的,所以又称为脉冲电动机。

随着数字控制系统的发展,步进电动机的应用将逐渐扩大。

7. 简述步进电动机的结构特点和工作原理

优点

1. 电机旋转的角度正比于脉冲数;  2. 电机停转的时候具有最大的转矩(当绕组激磁时);  3. 由于每步的精度在百分之三到百分之五,而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性;  4. 优秀的起停和反转响应;  5. 由于没有电刷,可靠性较高,因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命;  6. 电机的响应仅由数字输入脉冲确定,因而可以采用开环控制,这使得电机的结构可以比较简单而且控  制成本  7. 仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。  8. 由于速度正比于脉冲频率,因而有比较宽的转速范围。

缺点

1. 如果控制不当容易产生共振;  2. 难以运转到较高的转速。 步进电机驱动器的特点  (1)构成步进电机驱动器系统的专用集成电路:  A、脉冲分配器集成电路:如三洋公司的PMM8713、PMM8723、PMM8714等。  B、包含脉冲分配器和电流斩波的控制器集成电路:如SGS公司的L297、L6506等。  C、只含功率驱动(或包含电流控制、保护电路)的驱动器集成电路:如日本新电元工业公司的MTD1110(四相斩波驱动)和MTD2001(两相、H桥、斩波驱动)。  D、将脉冲分配器、功率驱动、电流控制和保护电路都包括在内的驱动控制器集成电路,如东芝公司的TB6560AHQ、MOTOROLA公司的SAA1042(四相)和ALLEGRO公司的UCN5804(四相)等。  (2)“细分驱动”概述:  将“电机固有步距角”细分成若干小步的驱动方法,称为细分驱动,细分是通过驱动器精确控制步进电机的相电流实现的,与电机本身无关。其原理是,让定子通电相电流并不一次升到位,而断电相电流并不一次降为0(绕组电流波形不再是近似方波,而是N级近似阶梯波),则定子绕组电流所产生的磁场合力,会使转子有N个新的平衡位置(形成N个步距角)

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