二相低速同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析
王新華(上海有線電廠)
【摘 要】 介紹五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作二相低速同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理、繞組匝數(shù)和運(yùn)
行時(shí)移相電容值的合理選擇．試驗(yàn)表明，用五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作二桕低速同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，其運(yùn)行性能優(yōu)良。
【敘 詞】 ／混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)低速電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 原理 分析
1引 言
低速同步電動(dòng)機(jī)作為許多自控系統(tǒng)和通訊設(shè)備等系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，應(yīng)用日益廣泛，尤其是在要求電動(dòng)機(jī)能夠直接輸出低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩應(yīng)用場(chǎng)合，如傳真通訊裝置、錄音和復(fù)制裝置以及計(jì)量測(cè)試裝置中使用的電動(dòng)機(jī)，有時(shí)要求轉(zhuǎn)速每分鐘數(shù)百、數(shù)十以至幾轉(zhuǎn)。
低速同步電動(dòng)機(jī)克服了直流電動(dòng)機(jī)以及一般異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)所存在的缺點(diǎn)，無(wú)需減速器直接輸出低轉(zhuǎn)速、大力矩。它是利用電機(jī)的定轉(zhuǎn)子開(kāi)口槽使氣隙磁導(dǎo)分布發(fā)生變化的原理工作的。典型的低速同步電動(dòng)機(jī)，與四相或二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片通用[1.2]。
五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由于它的性能優(yōu)異，其應(yīng)用日趨廣泛。如果有五相對(duì)稱交流電源供電，則它也是一臺(tái)低速同步電動(dòng)機(jī)[3]。本文介紹五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作二相低速同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理、繞組匝數(shù)和移相電容值的合理選擇。
2運(yùn)行原理
五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示.
定予共有10個(gè)大極，并繞有五相對(duì)稱的交流繞組，轉(zhuǎn)子中間是永磁體，永磁體兩端為轉(zhuǎn)子沖片迭成的兩段轉(zhuǎn)子，相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距。當(dāng)定子繞組通入五相對(duì)稱交流電時(shí)，定子合成磁勢(shì)為一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。由于工業(yè)電網(wǎng)上只能提腆三相或單相工頻交流電，因此，對(duì)五相電機(jī)來(lái)說(shuō)，還需研制一個(gè)相應(yīng)的逆變驅(qū)動(dòng)器，才能使電機(jī)正常運(yùn)行，這就增加了電源部分的復(fù)雜性和成本。為了適應(yīng)工業(yè)上的需要，能直接并到電網(wǎng)上運(yùn)行，而對(duì)電機(jī)繞組進(jìn)行了適當(dāng)二相低速同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析的改進(jìn)，其它結(jié)構(gòu)和參數(shù)不變。
當(dāng)把原五相電機(jī)的第1、2兩相繞組反相串聯(lián)成一相，稱為a相，而把3、4、5三相繞組反相串聯(lián)成另一相，稱為b相，接線如圖所示。當(dāng)a、b兩相繞組通入對(duì)稱的兩相交流電時(shí)，產(chǎn)生的磁勢(shì)在空間分布如圖3所示。
從圖3可看出，兩相磁勢(shì)在空間正好錯(cuò)開(kāi)π/2電角度。如合理選擇兩相繞組匝數(shù)和電流幅值，就有可能產(chǎn)生兩個(gè)相互垂直并幅值相等的磁勢(shì)分量，從而形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該電機(jī)滿足永磁式低速同步電動(dòng)機(jī)的定轉(zhuǎn)子齒差要求。
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為：
當(dāng)電源頻率一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只與轉(zhuǎn)子齒數(shù)zr有關(guān)。由于定子同一極兩端極性相同，而轉(zhuǎn)子兩端則極性柑反，但相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距，所以，當(dāng)轉(zhuǎn)子偏離穩(wěn)定平衡位置時(shí)，二端作用轉(zhuǎn)矩的方向一致，從而帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。
3穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析
對(duì)于二相電機(jī)，互感和自感的2次分量一般很少，可以忽略不計(jì)，即
第j相繞組輸入的平均功率為:
式中前一項(xiàng)代表j相繞組的銅損，而后一項(xiàng)直接轉(zhuǎn)換成電磁功率輸出，即
4 運(yùn)行時(shí)移相電容的選擇
為了使電機(jī)有良好的運(yùn)行性能，必須使二相定子繞組產(chǎn)生的磁必音成后為圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件為：
a．兩繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)幅值相等。
b．兩繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)在時(shí)間上相差90。電角度。
從圖3可看出，該兩相電機(jī)必須滿足下列方程式：
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