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第七章 独特电机

文章作者:新闻动态 上传时间:2020-03-25

  第七章 额外电机._能源/化工_工程科技_专业原料。额外电机 第七章 额外电机 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 额外电机 1 步进电动机 ? 步进电动机是一

  额外电机 第七章 额外电机 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 额外电机 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□□□□□,特殊电机其编制框图如图所示。 图7-l 步进电动机编制框图 额外电机 1.1响应式步进电动机的布局和任务道理 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□□□□□,定转子齿距相称。 转子死心上没有绕组。 图7-2 响应式步进电动机布局示图谋 额外电机 当A相绕组通电时□□□, 电动机内创设以AA’为轴线的磁场。 因为定转子上有齿和槽□□□□□,当定转子齿 的相对位臵差异时□□□,磁道的磁导也差异□□□□□, 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。 转子的平静均衡位臵是使通电相 磁道的磁导最大的位臵□□□□□,是以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 额外电机 当A相绕组断电、B相绕组通电时□□□□□, 则创设以BB’为轴线的磁场□□□,磁场 正在空间上沿逆时针倾向转过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□□□□□,转子沿逆时针倾向转过1/3齿距。 齿距为 360? ?t ? Zr (b) B相通电 式中□□□□□,Zr为转子齿数。 额外电机 正在B相绕组断电的同时□□□,给C相 绕组通电□□□□□,则创设以CC’为轴线 的磁场□□□□□,转子又沿逆时针倾向转过 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□□□,特殊电机给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的按次按次给各相绕组通电时□□□□,磁 场的轴线沿ABC倾向运动。每变更一次通电状况□□□,磁场转过 120?□□□□□,转子转过1/3齿距。当定子各相轮番通电实现一个轮回 时□□□□□,磁场沿ABC倾向转过360?空间角□□□,转子沿ABC倾向转过一 个齿距□□□□,因而转子转速为磁场转速与转子齿数的比值。 额外电机 ? 若按A—C—B—A的按次按次给各绕组通电□□□□,则磁场沿顺时 针倾向转动□□□□□,转子也沿顺时针倾向转动□□□□,即变更通电的按次 就可能变更电动机的转向。 ? 上述通电式样称为三相单三拍运转式样□□□,三相响应式步进电 动机也可能按三相双三拍(AB—BC—CA—AB)式样运转□□□□□,其 任务道理与三相单三拍运转式样类似□□□□,每变更一次通电状况□□□□□, 磁场轴线齿距。但因为通电式样差异□□□□□, 运转职能有些不同。三相响应式步进电动机还可能采用三相 六拍的通电式样(A—AB—B—BC—C—CA—A)□□□□,每变更一 次通电状况□□□,电动机内磁场的轴线齿 距□□□□,为三拍时的一半。 额外电机 统一台电动机□□□,可能有差异的通电式样和差异的运转拍数□□□,若 用ml暗示运转拍数□□□,则每变更一次通电状况时转子转过的角度 ?b ? 称为步距角。 1.2永磁步进电动机的布局和任务道理 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似。 当A相绕组通以正电流时□□□,所 爆发的磁场与转子磁极互相 感化□□□,使转子磁极与定子A相 磁极轴线 Z r (a) a相通正电流 额外电机 当B相绕组通以正电流时□□□□,所爆发 磁场从图 (a)所示位臵顺时针转过 45?□□□,受其感化□□□□,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□□□□,所爆发 磁场从图7-4(b)所示位臵顺时针转过 45?□□□□□,所爆发的磁场与转子磁极互相 感化□□□,使转子磁极与定子A相磁极 轴线对齐 (c) a相通负电流 额外电机 当B相绕组通以负电流时□□□,所爆发 磁场从图 (c)所示顺时针转过45?□□□□, 所爆发的磁场与转子磁极互相感化□□□□, 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的按次按次通电时□□□□□, 每变更一次通电状况□□□□□,转子将按顺时针倾向转过45?空间角□□□,即 步距角为45?。步距角可暗示为 360? ?b ? m1 p 额外电机 上述转子磁极采用星形布局□□□,永磁体加工工艺对比繁杂。为简 化工艺□□□,日常采用图7-5所示的爪形磁极布局□□□,将永磁体做成环 形□□□□□,轴向充磁□□□□□,两个爪形磁极对插正在一道□□□□□,互相错开半个爪 距□□□□□,沿圆周倾向极爪是N、S极交织分散的□□□,极对数应与定子绕 组的极对数相似。其运转道理与星形永磁体布局的永磁步进电 动机相似。 图7-5 爪形磁极永磁步进电动机 额外电机 1.3羼杂式步进电动机的布局和任务道理 ? 羼杂式步进电动机的定转子上都有良众齿□□□,与响应式步进电 动机类似; ? 采用永磁体□□□,与永磁式步进电动机近似。 ? 从职能上看□□□□□,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支配功率小的好处。 ? 另外□□□□□,这种电动机还每每被用作低速永磁同步电动机。 ? 羼杂式步进电动机日常有二相式和五相式两种。五相羼杂式 步进电动机具有差别率高、起动频率高、运转频域宽、运转 稳固性好等上风□□□□,但其功率驱动电道本钱较高。正在二相羼杂 式步进电动机中采用细分支配技能可能进步差别率和运转性 能□□□,能正在差别率相似的环境下庖代五相羼杂式步进电动机。 额外电机 以二相羼杂式步进电动机为例先容羼杂式步进电动机任务道理 图7-6 二相羼杂式步进电动机 图7-7 定子冲片 图7-8转子布局图 图 7-9 永磁体爆发的磁道 额外电机 (a)、(b)差异为左死心段和右死心段。 正在转子外外□□□□□,永磁体爆发的磁场差异 为N、S极。 正在图示位臵□□□,当定子A相绕组通正 电流时□□□,励磁电贯通过定子磁极 1、3、5、7的线为N极。 正在图 (a)中□□□□,磁极1、5下的定 转子磁场互相吸引□□□□,爆发顺时 针倾向的转矩□□□□□,磁极3、7下的 定转子磁场互相排斥□□□□□,也爆发 顺时针倾向的转矩。 (a)左死心段 额外电机 正在图 (b)中□□□□,磁极1、5下的定转子 磁场互相排斥□□□□,爆发顺时针倾向的 转矩□□□□,磁极3、7下的定转子磁场相 互吸引□□□□□,也爆发顺时针倾向的转矩。 电机爆发顺时针倾向的转矩□□□,转子 将顺时针倾向转过1/4齿距达到均衡 位臵。要是此时堵截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 额外电机 按A-B- A - B -A……的按次按次给各绕组通电□□□,则电机 沿顺时针倾向挽救。若按A- B - A -B-A……的按次按次 给各绕组通电□□□□,电机将沿逆时针倾向挽救。 二相羼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 零位臵也称为初始平静均衡位臵□□□□,是指稳固更绕组通电状况 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。 额外电机 (3)矩角特征 矩角特征是指稳固更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相干□□□□□,即Te=f(?) (4)最大静转矩 矩角特征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暗示措施□□□, 一种用步距角差错最大值来暗示□□□□, 另一种用步距角累计差错最大值来暗示。 最大步距角差错是指电动机挽救一周 图7-11矩角特征 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暗示。最大累计差错是指任 意位臵开头进程肆意步之间□□□,角位移差错的最大值。 额外电机 (6)相应频率 正在某一频率鸿沟内□□□,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相应频率。日常用起动频率行为权衡指 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持续上升时□□□□□,步进电性能不 失步的最高频率。 额外电机 2 开合磁阻电机 2.1开合磁阻电机的布局 开合磁阻电机是榜样的机电一体修饰臵□□□□,由开合磁阻电机本体、 位臵传感器、支配器和功率电道四个人构成。 位臵传感器检测转子位臵和速率信号□□□□,支配器依照这些信号决 定绕组的导通和合断岁月□□□,功率电道依照导通和合断信号为电 机绕组供电。特殊电机 图7-12 开合磁阻电机编制的构成 额外电机 开合磁阻电机本体由定子和转子两个人构成□□□□□,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 有集结绕组□□□,相对极上的绕组串联□□□□□,组成一相绕组。 开合磁阻电机可能计划为单相、两相、三相、四相及众相称不 同相数。 低于三相的开合磁阻电机通常没有自起动才具。 相数众□□□□□,有利于减小转矩颠簸□□□□□,但布局繁杂、特殊电机主开合器件众、 本钱扩充。 目前运用较众的是三相6/4极布局和四相8/6极布局。 额外电机 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 开合磁阻电机的榜样布局 3 6 4 4 8 6 5 10 8 6 12 10 额外电机 2.2开合磁阻电机的任务道理 开合磁阻电机的运转根据磁阻最小道理□□□□,即磁通老是要沿磁阻 最小的旅途闭合□□□□,磁场扭曲爆发切向力□□□□□,从而爆发电磁转矩。 A相通电□□□□□,转到(a) 位臵□□□□□,给B相通电 然后按次给各相 通电 额外电机 若按按次A—B—C—D-A按次给各相绕组通电□□□□,则转子沿逆时 针倾向持续挽救;反之□□□□□,若按按次A-D—C—B—A按次给各相 绕组通电□□□□,则转子沿顺针倾向持续挽救。 正在众相电机中□□□,也常显露两相或两相以上绕组同时导通的环境。 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 暗示为 n? 60 f ph Nr 额外电机 2.3开合磁阻电机的特征 (1)布局纯洁牢靠□□□,缔制工艺纯洁□□□□,转子仅由硅钢片叠压而成□□□□□, 可任务于高速场所;定子线圈为集结绕组□□□,嵌放容易□□□,端部 短而坚硬□□□□□,任务牢靠□□□□□,能合用于各类阴恶、高温以至强振动 境遇。损耗合键由定子爆发□□□□,易于冷却□□□,转子无永磁体□□□□□,可 许诺较高温升。 (2) 转矩倾向与相电流倾向无合□□□,可削减功率变换器的开合器件 数目□□□□□,低落编制本钱;功率变换器不会显露直通阻碍□□□□,牢靠 性高。 (3)起动转矩大□□□□□,低速职能好□□□□,无感觉电动机正在起动时所显露的 膺惩电流征象。 (4)调速鸿沟宽□□□□,支配天真□□□□□,易于杀青各类额外哀求的转矩-转 速特征□□□,能四象限运转□□□□,具有较强的再生制动才具。 (5)正在广漠的转速和功率鸿沟内都具有较高服从。 (6)因为采用双凸极布局□□□,不成避免地存正在转矩颠簸□□□,噪声是其 最合键的缺欠。 额外电机 3 力矩电机 ? 力矩电动机是为知足低转速、大转矩负载哀求而计划缔制的 一种额外电动机。与通常电机差异的是□□□,它只愚弄转子静止 或迫近静止时的转矩□□□□□,不夸大死板功率。 ? 力矩电机正在转子挽救流程中位臵产生变动时□□□□,转矩变动很小□□□□, 且其任务转角变动鸿沟较大□□□□□,可持续任务正在堵转状况。 ? 力矩电机日常有直流力矩电机和换取力矩电机两种□□□,目前前 者运用较众。 3.1直流力矩电机的布局与任务道理 直流力矩电机的任务道理与普遍直流电动机相似□□□,差异之处正在 于其布局。为了正在肯定体积和电枢电压下爆发大的转矩和低的 转速□□□,直流力矩电机通常做成扁平式布局□□□□□,电枢长度与直径之 比通常为0.2旁边□□□□□,极对数较众。为了减小转矩和转速的颠簸□□□, 选用较众的槽数和换向片数。日常采用永磁体爆发磁场。 额外电机 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 子死心日常用硅钢片叠成□□□□,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□□□□□, 一端行为电枢绕组接线用□□□□□,另一端陈设成环形换向器。转子的 通盘部件用高温 环氧树脂浇铸成 具体。 额外电机 正在直流电机中□□□□,若两台电机的电枢体积相似□□□□□,它们的电枢直径 差异为D1和D2□□□□,电枢长度差异为L1和L2□□□□□,假设它们的极对数p、 极弧系数?p、槽数、并联歧道数a、电枢电流Ia和气隙磁密B? 均相似□□□,槽面积与电枢直径的平方成正比□□□,每槽导体数也与电 枢直径的平方成正比□□□□□,则它们爆发的电磁转矩之比为 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 电机转矩大的原故 额外电机 3.2换取力矩电机的布局与任务道理 ? 换取力矩电机分为单相和三相两种□□□,差异是从单相感觉电动 机和三相感觉电动机的根本系列派生的□□□□,布局和安置尺寸与 根本系列相同。 ? 差异之处正在于□□□,其转子导条日常采用较高电阻率的质料□□□,如 黄铜、紫铜、铝锰合金等□□□□□,转子电阻较普遍感觉电动机大得 众□□□□,因此其死板特征与普遍感觉电动机显然差异。 图7-16 换取力矩电机的死板特征 额外电机 因为感觉电动机的电磁转矩正比于电源电压的平方□□□□□,通过变更 电压可能取得力矩电动机的一组特征弧线□□□□□,正在负载转矩(或转 速)稳固时□□□□□,可能通过调度电压来变更电动机的转速(或转 矩)。 图7-17 换取力矩电机的调速特征 额外电机 ? 死板特征非线性度是力矩电机的一个主要目标 ? 其界说为□□□□□:实质死板特征弧线与理念死板特征弧线之间的转 速差最大值与空载转速之比。 ? 非线性度合键与转子电阻相合□□□□□,转子电阻越大□□□□□,非线性度越 小□□□,通常支配正在30%之内 额外电机 4 磁滞电动机 4.1磁滞电动机的布局 ? 铁磁质料中普通存正在磁滞征象□□□□,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愚弄磁滞职能精良的材 料爆发转矩的电动机。 ? 磁滞电动机的定子布局和感觉电动机类似□□□,定子死心由硅钢 片叠压而成□□□□,上面冲有平均分散的槽□□□,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□□□□□,正在容量分外小时也有采用罩极布局杀青起动的。 ? 磁滞电动机的转子为平滑圆柱体□□□□,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 磁滞电动机的转子布局 额外电机 4.2磁滞电动机的任务道理 磁滞电动机的转矩与转子质料的磁滞特征相合。定子绕组通电 时□□□□,爆发一挽救磁场□□□□□,对应的磁动势感化正在转子上□□□□,对转子磁 滞质料举办磁化□□□□□,因为存正在磁滞感化□□□□,转子磁滞质料爆发的磁 场要滞后于定子磁场一个角度□□□,它们互相感化爆发电磁转矩。 图 (a)所示位臵□□□,正在定子磁场的 感化下□□□□,转子被磁化□□□□,况且定 子磁场的轴线与转子磁畴的轴 线重合□□□□□,不爆发切向力□□□,因此 不爆发转矩。 额外电机 当定子磁场转动一角度时□□□,因为磁滞感化 转子的磁畴根本上仍仍旧其自身的原磁化 倾向□□□□□,这时定子磁场和已磁化转子的磁场 轴线之间显露了空间位移——失调角 转子和定子磁场之间的互相感化□□□□□,就爆发 了切向力□□□,也即是爆发了转矩。 额外电机 4.3磁滞电动机的特征 (1)起动特征 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。无论是任务正在同步状况仍是异步状况□□□,最大磁滞转矩 Thmax都相似□□□□,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-转速特征 额外电机 ? 定子磁场挽救时□□□□,正在转子中感觉出涡流□□□□□,涡流与定子挽救磁 场互相感化爆发转矩□□□□,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□□□,涡流合键存正在于转子死心中。若采用整块死心□□□□□,可 使磁滞电动机的起动转矩进步50~120%;当运用叠片死心时□□□, 涡流转矩很小□□□□□,可能漠视不计。 ? 磁滞转矩和涡流转矩配合感化□□□□,使起动转矩较大。因为磁滞 转矩正在全面起动流程中稳固□□□,磁滞电动机可能将转动惯量较 大的负载滑润地牵入同步。 额外电机 (2)任务特征 ? 任务特征弧线为□□□: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、服从?、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□□□,使其服从和功率因数较低□□□,日常服从?=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 磁滞电动机的任务特征弧线磁滞电动机的合键特征和运用 ? 磁滞电动机具有较大的起动转矩□□□□,能自行牵入同步并平静运 行正在同步状况□□□,布局纯洁□□□,任务牢靠□□□□□,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□□□□,价钱 较贵□□□□□,服从和功率因数较低。磁滞电动机通常只用于120W以 下哀求转速恒定的场所□□□,分外适宜于驱动转动惯量较大、转 速恒定、起动经常、恒转矩的负载。 额外电机 5 超导电机 ? 超导电机是愚弄超导体行为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不同□□□, 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□□□□□,既治理了电枢绕组发烧、温升问 题□□□□,又使电机服从大为进步。 ? 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进步 数倍甚至数十倍□□□,大大进步了电机的功率密度□□□,低落了电机 的重量、体积和质料用量。 ? 1986年此后□□□□□,高临界温度(液氮温区)超导质料的发掘□□□,为 超导电机的适用化奠定了根源。现有的超导电坎阱键是汽轮 发电机和单极直流电机。 额外电机 5.1超导特征 ? 质料正在绝对温度零度以上就显露电阻变为零的征象称为超导 征象 ? 具有超导电本质的物体称为超导体□□□,超导性开头显露时的温 度称为临界温度或变动温度。 ? 1911年荷兰利顿大学的昂纳斯起首正在实践中发掘□□□□□,当温度降 到4.2K时汞的电阻率很疾变为零。 超导体处于临界温度以下时的特征如下□□□: ? 零电阻□□□□:是指电流贯通时导体无电阻的征象。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□□□□,其內部磁通量仍旧为零。 额外电机 5.2超导发电机的根本布局和特征 ? 正在交变磁场中□□□□,超导了解爆发换取损耗□□□□□, 给撑持超导平静带 来危急。因而□□□□, 超导技能的正在换取电机中的运用比正在直流电 机中的运用清贫。 ? 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□□□□,正在平静运转时□□□□□,因为电枢绕组的换取磁场与转子 同步挽救□□□□□,转子绕组所资历的磁场是直流磁场。因而□□□□□,只正在 励磁绕组中采用超导技能的半超导发电机比全超导发电机实 现起来要容易少少。到目前为止□□□□,大个人超导发电机均是半 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 根本布局和特征。 额外电机 (1)根本布局 超导发电机的根本布局由定子和转子两个人构成。 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维持绕组。 为了组成电枢绕组的磁回道和防范 磁场透露□□□□,正在定子外层必要采用铁 磁质料障蔽。 额外电机 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 子通常采用众重圆筒布局□□□□,转子内筒为冷却介质槽□□□□,然后是超 导绕组及其维持筒、辐射热障蔽筒以及阻尼筒。 ? 冷却介质储槽及输送、接管编制 维持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旁边的低温氦气行为冷却介质。冷却介质储槽外为真空 层□□□,以制止热量的侵入。 ? 转子励磁绕组 适用低温超导质料的许诺电流密度比铜线个数目级以 上□□□□,临界磁场大于10 T。是以□□□,运用超导技能不单可能省去 死心□□□□□,况且可能运转正在远高于死心磁饱和的磁通密度。 额外电机 ? 热辐射障蔽层 绕组筒外为真空空间□□□□□,此中设有热障蔽筒□□□□□,其感化是低落从 常温向低温的热传导□□□□,进步冷却服从。真空层制止通过气氛 的热传导□□□,障蔽筒制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制止转子的非同期振荡□□□□,又具有缓 解动态流程中定子的换取磁场对超导绕组的影响□□□,进步超导 平静性。 ? 力矩传导筒 正在发电机中□□□,电枢绕组切割磁力线爆发感觉电动势□□□,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□□□, 务必尽量制止进入超导低温境遇的热量□□□□□,是以不行用传热量 大的实心轴转达转矩□□□,而要采用可制止热量传导、壁厚较薄 的力矩传导筒。 额外电机 (2)特征 ? 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。 ? 服从高。超导体电阻为零□□□,不存正在损耗□□□□,制冷编制所需功率 只占发电机输出功率很小的一个人;小的体积和重量减小了 死板损耗;电枢绕组虽为惯例导体□□□□,但因为匝数的削减□□□□□,其 电阻损耗也低落。 ? 无功功率输出才具庞大于惯例发电机。正在超导发电机中□□□,由 于不存正在饱和题目□□□□,只须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。 ? 绝缘计划哀求低落。因为没有死心□□□,绕组绝缘更纯洁。可能 采用更高的输出电压□□□□,以至勾销发电机输出端的升压变压器□□□□, 直接向高压输电线道输出电能。 额外电机 6 超声波电机 超声波电机由定子和转子两个人构成。 定子用压电质料制成□□□□,正在定子上施加 妥善频率的交变电压□□□□□,定子将产朝气 械振动(20kHz以上)□□□□,通过定子和转 子之间的摩擦感化将定子的 微观振动转换成转子的宏观 的单倾向转动。 图7-24 超声波电机的布局道理图 额外电机 6.1超声波电机的外面根源 (1)压电效应 ? 正在死板力的感化下□□□□□,某些电介质晶体因其内部带电粒子相对 转移而产生极化□□□,介质两头面上显露极性相反的电荷□□□□,电荷 密度与外力成正比。这种因为死板力的感化而使介质产生极 化的征象□□□□,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□□□□□,导致晶体产生形变□□□□,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。 ? 超声波电机即是愚弄逆压电效应任务的。 额外电机 右图为一压电质料□□□,其极化倾向如箭头所示□□□□□,正在压电质料的上 下外外之间加正向电压□□□,则酿成上正下负的电场□□□□,压电质料正在 长度倾向延长。 反之□□□□□,若正在上下外外之间加下正上负的电场□□□□□,则正在长度倾向上 萎缩。 若正在上下外外之间加交变电场□□□,则正在长度倾向上发朝气械振动。 当外加电压的频率与压电质料的 固有振荡频率相同时□□□□□,进入谐振 状况。频率高于20kHz的振动称 为超声振动□□□□,是超声波电机任务 的根本条目。 图7-25 压电质料的形变 额外电机 (2)椭圆振动的爆发 要使超声波电机任务□□□,超声振动务必知足肯定条目。图中的压 电体正在交变电压感化下爆发振动□□□□,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□□□□,使转子挽救; 当A点运转正在椭圆的下半周时□□□,定子与转子分离接触并反向回程。 若这种椭圆运动连续举办下去□□□□,则转子可能持续挽救。 可能看出□□□□□,要使超声波 电机任务□□□□,压电质料 务必爆发椭圆运动。 额外电机 设有两个空间上互相笔直的由简谐振动爆发的振动位移 ? u x ? a sin ?t ? ?u y ? b sin ??t ? ? ? ?为振动角频率□□□,a、b差异为它们的振幅□□□□□,?为相位差。拾掇上 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 额外电机 相位差?直接决心 了椭圆运动的转向。 当?0时□□□,椭圆运动 为顺时针倾向。 反之□□□□□,当?0时□□□, 椭圆运动为逆时 针倾向。 椭圆运动的方 向决心了定子 拨动转子的倾向□□□□, 也就决心了转子 的转动倾向。 图7-26 差异相位差?对应的椭圆样子 额外电机 6.3超声波电机的布局与任务道理 以实质运用最众的环形超声波电机为例阐扬其布局和任务道理。 (a)为环形超声波电机的榜样布局□□□□□, (b)为其定子和转子。 图7-27 环形超声波电机的布局 额外电机 ? 定子由弹性体和压电陶瓷构成□□□,弹性体上开有槽□□□,宗旨是放 大定、转子接触摩擦部位的振动速率□□□,进步转换服从。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 转子紧紧压正在一道。 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个人 行为传感反应区□□□□□,其输出信号可用 于支配驱动电源的信号输出。 图7-28 压电陶瓷环的电极分散 额外电机 当正在A区的“+”、“-”电极之间施加U0cos?t的换取电压 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-?)的换取电压 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外外质点的横向振动位移为 w( x, t ) ? wA ( x, t ) ? wB ( x, t ) ? c cos(kx ? ?t ) 额外电机 定子环外外质点的纵向振动位移为 由以上两式可得定子外外质点的运动方程为 ?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□□□□□,爆发行波振动□□□□, 定子外外质点的运动轨迹为 椭圆。 因为定子与转子紧压正在一道□□□□□, 且它们之间有摩擦质料□□□□,行 波爆发的振动通过摩擦力使 转子转动。 2 2 额外电机 取得定子外外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 因而椭圆最高点的纵向速率 vmax ? ?khc? 负号暗示最高点的运动倾向与行波行进倾向相反。转子速率等 于椭圆最高点的运动速率□□□□,其倾向与行波行进倾向相反。只须 变更行波行进倾向□□□□,就可能变更转子的转向 额外电机 6.4超声波电机的特征 ? 转矩大□□□□,布局纯洁、紧凑。超声波电机的转矩密度通常为电 磁式电机的几倍到十几倍。 ? 低速大转矩□□□,无需齿轮减速机构□□□□,可杀青直接驱动。转子转 动惯量小□□□□□,定转子之间摩擦阻力大□□□□,手脚相应疾□□□,支配职能 好。 ? 断电自锁。 ? 不爆发磁场□□□□□,也不受外界磁场扰乱。 ? 超声振动爆发的是人耳听不到的噪声□□□,运转噪声小。 ? 摩擦损耗大□□□,服从低□□□□,唯有10~40%。 ? 输出功率小□□□□,目前实质运用的唯有10W旁边。 ? 寿命短□□□□□,唯有1000~5000小时□□□□,不适合持续任务。

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