音圈电机原理及应用
音圈电机的原理及应用
音圈电机(Voice Coil Motor)就是一种特殊形式的直接驱动电机。具有结构简单、体积小、高速、高加速、响应快等特性。近年来,随着对高速、高精度定位系统性能要求的提高与音圈电机技术的迅速发展,音圈电机不仅被广泛用在磁盘、激光唱片定位等精密定位系统中,在许多不同形式的高加速、高频激励上也得到广泛应用。如:光学系统中透镜的定位、机械工具的多坐标定位平台、医学装置中精密电子管、真空管控制等。本文将系统讨论音圈电机的工作原理、结构及其应用场合。
1、音圈电机的工作原理
1、1 磁学原理
音圈电机的工作原理就是依据安培力原理,即通电导体放在磁场中,就会产生力F,力的大小取决于磁场强弱B、电流I、以及磁场与电流的方向(见图1)。如果共有长度为L的N根导线放在磁场中,则作用在导线上的力可表示为
kNBIL F (1)
式中k为常数。
由图1可知,力的方向就是电流方向与磁场向量的函数,就是二者的相互作用,如果磁场与导线长度为常量,则产生的力与输入电流成比例,在最简单的音圈电机结构形式中,直线音圈电机就就是位于径向电磁场内的一个管状线圈绕组(见图2),铁磁圆筒内部就是由永久磁铁产生的磁场,这样的布置可使贴在线圈上的磁体具有相同的极性,铁磁材料的内芯配置在线圈轴向中心线上,与永久磁体的一端相连,用来形成磁回路。当给线圈通电时,根据安培力原理,它受到磁场作用,在线圈与磁体之间产生沿轴线方向的力,通电线圈两端电压的极性决定力的方向。将圆形管状直线音圈电机展开,两端弯曲成圆弧,就成为旋转音圈电机。旋转音圈电机力的产生方式与直线音圈电机类似,只就是旋转音圈电机力就是沿着弧形圆周方向产生的,输出转矩见图3。
1、2电子学原理
音圈电机就是单相两极装置。给线圈施加电压则在线圈里产生电流,进而在线圈上产生与电流成比例的力,使线圈在气隙内沿轴向运动,通过线圈的电流方向决定其运动方向。当线圈在磁场内运动时,会在线圈内产生与线圈运动速度、磁场强度、与导线长度成比例的电压(即感应电动势)。驱动音圈电机的电源必须提供足够的电流满足输出力的需要,且要克服线圈在最大运动速度下产生的感应电动势,以及通过线圈的漏感压降。
1、 3 机械系统原理
音圈电机经常作为一个由磁体与线圈组成的零部件出售。线圈与磁体之间的最小气隙通常就是(0、 254～0、 381) mm,根据需要此气隙可以增大,只就是需要确定引导系统允许的运动范围,同时避免线圈与磁体间摩擦或碰撞。多数情况下,移动载荷与线圈相连,即动音圈结构。其优点就是固定的磁铁系统可以比较大,因而可以得到较强的磁场;缺点就是音圈输电线处于运动状态,容易出现断路的问题。同时由于可运动的支承,运动部件与环境的热接触很恶劣,动音圈产生的热量会使运动部件的温度升高,因而音圈中所允许的最大电流较小,当载荷对热特别敏感时,可以把载荷与磁体相连,即固定音圈结构。该结构线圈的散热不再就是大问题,线圈允许的最大电流较大,但为了减小运动部分的质量,采用了较小的磁铁,因此磁场较弱。
直线音圈电机可实现直接驱动,且从旋转转为直线运动无后冲、也没有能量损失。优选的引
导方式就是与硬化钢轴相结合的直线轴承或轴衬,可以将轴/轴衬集成为一个整体部分,重要的就是要保持引导系统的低摩擦,以不降低电机的平滑响应特性。
典型旋转音圈电机就是用轴/球轴承作为引导系统,这与传统电机就是相同的。旋转音圈电机提供的运动非常光滑,成为需要快速响应、有限角激励应用中的首选装置。比如万向节装配中。
2、音圈电机的结构形式
2、 1 传统结构形式
如图2所示,在音圈电机的传统结构中,有一个圆柱状线圈,圆柱中心杆与包围在中心杆周围的永久磁体形成的气隙,在磁体与中心杆外部罩有一个软铁壳。线圈在气隙内沿圆柱轴向运动。图4为此传统结构音圈电机的轴测图。
依据线圈行程,线圈的轴向长度可以超出磁铁轴向长度,即长音圈结构。而有时根据行程,磁体又可以比线圈长,即短音圈结构。长音圈结构中的音圈长度要大于工作气隙长度与最大行程长度之与,而短音圈结构中的工作气隙长度大于音圈长度与最大行程长度之与。长音圈结构充分利用了磁密,但由于音圈中只有一部分线圈处于工作气隙中,所以电功率利用不足;短音圈结构则正好相反,两
种结构相比,前者可以允许较小的磁铁系统,因此音圈电
机的体积也可以比较小;后者则体积较大,但功耗较小,可以允许较大音圈电流。与短线圈配置相比,长音圈配置可以提供更好的力-功率比,且散热好;而短音圈配置电时间延时较短,质量较小,且产生的电枢反动力小。
2、 2 集中通量结构形式
在运动控制中,有时需要的力比传统移动音圈电机所能提供的力要大,传统结构形式的音圈电机不能满足要求。为解决此问题,需要提高音圈电机工作效率,为此应合理设计其结构,尽量减少磁路漏磁。设计音圈电机时总就是希望磁钢的磁力线尽可能多地通过气隙,以提高气隙磁密, 从而产生尽可能大的磁力。
采用集中磁通技术,能够使制造的电机气隙磁密等于甚至大于磁体中的剩余量。基于该技术的电机内部就是一个一端封闭的空心圆柱磁铁(见图5)。圆柱内部形成N极,
圆柱的外部形成S极。紧贴磁体外部由一个也有一端封闭的软铁圆柱壳罩住,软铁壳的开口端伸出磁体开口端。由软铁制成的圆柱芯在磁体内部紧紧贴合,并从其开口端伸出。壳的内表面与圆柱芯的外表面之间的环形空间形成气隙,圆柱状线圈可在气隙中沿轴向运动。该电机结构形式允许磁体面大于气隙面。这样的设计不会引起泄漏,几乎从磁体表面发出的所有磁力线都通过气隙。
2、 3 磁力交叉存取结构形式
若要求在尽可能小的直径情况下,获得最高输出力,可采用专有的交叉存取磁电路技术。与传统结构以及集中磁通量结构相比,其性能特性不变,而轴向尺寸更长,但直径尺寸减小,其磁体质量较小,但线圈趋于更重。交叉存取磁电路音圈的突出优点就是线圈漏感较小,电时间延迟非常短。
2、 4 音圈电机的材料选用
选择音圈电机材料需要考虑系统性能、工作环境、加工与成本等因素。线圈一般就是用铜或
铝线缠在非铁磁的绕线筒上,外部涂上一层聚合体薄膜来绝缘。铝线的传导率就是铜线的一半,但重量就是铜线的三分之一。可根据具体散热与使用情况进行选择。大部分永久磁体材料就是硬磁铁,钕铁硼与钴化钐。用来容纳线圈的磁体气隙必须足够大,也就就是磁体必须在较低的载重线上工作,通常B/H=1、 0～2、 0。另外磁材料应当具有高抗磁力与相当好的退磁曲线,以提高磁路的工作效率。
3、音圈电机的应用
音圈电机的电与机械时间延时短、响应快、并具有线性力-行程特性与较高的电-机能量转化率。这些属性使音圈电机具有平滑可控性,成为应用在各种型式伺服模式中的理想装置,而且作为精密快速机电控制系统的重要执行部件,音圈电机更适用于要求快速高精度定位的控制系统。
如在光盘与硬盘驱动中,音圈电机得到广泛应用。对于光盘驱动电机,重要的就是高的灵敏性与宽的伺服带宽,音圈电机无疑就是理想的选择。光盘表面的反馈元件从光盘表面读取信息并动态地修正音圈电机的位置,以达到精确定位的目的。在硬盘驱动中也大多应用音圈电机为磁盘头提供运动,并在磁盘表面对磁盘头进行定位。
即为磁盘表面的读/写记录头提供转矩,并对其进行定位(见图8)。用音圈电机可以满足硬盘驱动系统对高共振频率的需要。
近年来,随着半导体元件集成化程度的提高,对用于半导体加工的XY 坐标型精密定位工作台的操作精度要求达到了亚微米级。为抑制工作台振动,使其定位更精确,常应用音圈电机进行驱动。音圈电机也可用在半导体焊接设备的焊头上。另外,在光学与测量系统、光学装配以及航空航天方面音圈电机都有广泛的应用。
4、总结
基于安培力原理制造的音圈电机,就是简单的、无方向转换的电磁装置。且可靠性高、能量转换效率高,越来越多地用在各种直线与旋转运动系统中。加上音圈电机的快速、平滑、无嵌齿、无滞后响应等特性,使音圈电机可以很好地应用在需要高速、高加速度、直线力或转矩响应的伺服控制中。
深圳市英诺伺服技术有限公司的刘工对音圈电机的回答:
1、用在测试设备,提供压力,或者测寿命
2、还有用在零件的夹取
3、快速震动
4、还有焊线机
5、比如测试键盘
(三)特种电机知识
（三）特种电机知识 1．测速发电机是一种反映转速信号的电器元件，它的作用是将输入的机械转速变换成电压信号输出。（√） 2．测速发电机分为交流和直流两大类。（√） 3．直流测速发电机的结构与直流伺服电动机基本相同，原理与直流发电机相似。（√） 4．直流测速发电机由于存在电刷和换向器的接触结构，所以寿命较短，对无线电有干扰。（√）5．永磁式测速发电机的转子是用永久磁铁制成的。（×） 6．他励式直流测速发电机的结构简单，应用较为广泛。（√） 7．直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机有区别。（×） 8．直流测速发电机的输出电压与转速成正比，转向改变将引起输出电压极性的改变。（√）9．测速发电机在自动控制系统和计算装置中，常作为电源来使用。（×） 10．电磁式直流测速发电机虽然复杂，但因励磁电源是外加的，不受环境等因素的影响，其输出电动势斜率高，特性线性好。（×） 11．永磁式测速发电机的输出电动势具有斜率高、特性呈线性、无信号区小或剩余电压小、正转和反转时输出电压不对称度小、对温度敏感低等特点。（√） 12．测速发电机主要应用于速度伺服、位置伺服和计算解答等三类控制系统。（×） 13．交流测速发电机的主要特点是其输。出电压与转速成正比。（√） 14．交流测速发电机可分为永磁式和电磁式两种。（×） 15．交流测速发电机的励磁绕组必须接在频率和大小都不变的交流励磁电压上。（√） 16．交流测速发电机有异步式和同步式两类，应用较为广泛的是交流异步测速发电机。（√）17．交流测速发电机的杯形转子由铁磁材料制成。当转子不转时，励磁后由杯形转子电流产生的磁场与输出绕组轴线垂直，输出绕组不产生感应电动势。（×） 18．交流测速发电机不能判别旋转方向。（×） 19．在计算解答系统中，为了满足误差小、剩余电压低的要求，交流同步测速发电机往往带有温度补偿及剩余电压补偿电路。（×） 20．测速发电机作计算元件使用时，应着重考虑其线性误差要小，电压稳定性要好，线性误差一般要求δx≤0.05%～0.1%。（√） 21．直流伺服电动机不论是他励式还是永磁式，其转速都是由信号电压控制的。（√） 22．交流伺服电动机为克服自转现象，广泛采用空心杯形转子。（√）
直线电机运用
直线电机主要应用于三个方面： 一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多； 二是作为长期连续运行的驱动电机； 三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。 在实际工业应用中的稳定增长,证明直线电机可以放心的使用。 本期讨论直线电机的运用 Linear motor: 直线伺服电机应用 昆山佳德锐自动化系统销售中心 交流论坛： www.hilife.me 工业之美
什么是直线电机特点 1.什么是直线电机 直线电动机（或称线性马达）（Linear motor）是电动机的一种，其原理与传统的电动机不同，直线电机是直接把输入电力转化为线性动能，与传统的扭力及旋转动能不同。直线电机又分为低加速及高加速两大类，当中低加速直线电机适用于磁悬浮列车及 其他地面交通工具，而高加速直线电机能把物件在短时间内加至极高速度，适用于粒子 加速器、制造武器等。2.直线电机是如何工作的 下面简单介绍直线电机类型 和他们与旋转电机的不同，最 常用的直线电机类型是平板式， U型槽式和管式。线圈的典型组 成是三相，有霍尔元件实现无刷 换相，直线电机用HALL换相的 相序和相电流。 直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。动子（forcer,rotor) 是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的，而且磁轨是把磁铁（通常是高能量的稀土磁铁）固 定在钢上.电机的动子包括线圈绕组，霍尔元件电路板，电热调节器（温度传感器监控温度） 和电子接口。在旋转电机中，动子和定子需要旋转轴承支撑动子以保证相对运动部分的气隙 （airgap）。同样的，直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。和旋 转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要反馈直线位置的反馈装置--直 线编码器，它可以直接测量负载的位置从而提高负载的位置精度。 3.直线电机分类 管状直线电机 圆柱形动磁体直线电机的磁路与动磁执行器相似。区别在于线圈可以复制以 增加行程。典型的线圈绕组是三相组成的，使用霍尔装置实现无刷换相。推力 线圈是圆柱形的，沿磁棒上下运动。 U型直线电机 U型槽式直线电机有两个介于金属板之间且都对着线圈动子的平行磁轨。动子由导轨系统 支撑在两磁轨中间。动子是非钢的，意味着无吸力且在磁轨和推力线圈之间无干扰力产生。 非钢线圈装配具有惯量小，允许非常高的加速度。线圈一般是三相的，无刷换相。可以用空 气冷却法冷却电机来获得性能的增强。也有采用水冷方式的。这种设计可以较好地减少磁通 泄露因为磁体面对面安装在U形导槽里。这种设计也最小化了强大的磁力吸引带来的伤害 平板直线电机 有三种类型的平板式直线电机（均为无刷）：无槽无铁芯，无槽有铁芯和有槽有铁芯。选 择时需要根据对应用要求的理解。无槽无铁芯平板电机是一系列coils安装在一个铝板上。由 于FOCER没有铁芯，电机没有吸力和接头效应（与U形槽电机同）。该设计在一定某些应用中有 助于延长轴承寿命。动子可以从上面或侧面安装以适合大多数应用。这种电机对要求控制速度 平稳的应用是理想的。如扫描应用，但是平板磁轨设计产生的推力输出最低。通常，平板磁轨 具有高的磁通泄露。 无槽有铁芯：无槽有铁芯平板电机结构上和无槽无铁芯电机相似。除了铁芯安装在钢叠片 结构然后再安装到铝背板上，铁叠片结构用在指引磁场和增加推力。磁轨和动子之间产生的吸 力和电机产生的推力成正比，迭片结构导致接头力产生。 无槽有铁芯：这种类型的直线电机，铁心线圈被放进一个钢结构里以产生铁芯线圈单元。 铁芯有效增强电机的推力输出通过聚焦线圈产生的磁场。铁芯电枢和磁轨之间强大的吸引力可 以被预先用作气浮轴承系统的预加载荷。这些力会增加轴承的磨损，磁铁的相位差可减少接头力。 加工产品对比
直线音圈电机结构设计与数学建模分析
直线音圈电机结构设计与数学建模分析 音圈直线电机是一种将电能直接转化为直线运动而不需要任何中间转换机构的特种电机，由于具有体积小、质量轻、高响应等一系列优点，因而在一些精密领域及快速响应场合得到了广泛的应用。文章重点介绍了一种自主设计的音圈电机的结构，并且在分析动态特征的基础上通过数学推导建立了比较精确的数学模型。 标签：音圈直线电机；结构；工作原理；数学模型 引言 音圈电机（V oice Coil Motor）是一种特殊形式的直接驱动电机，因其工作原理与扬声器类似而得名。其工作原理就是安培力原理，通电线圈（导体）放在磁场内就会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成比例。音圈电机将电能直接转换成机械能，省去了中间转换机构，在一些精密定位系统、高加速领域中得到了广泛的应用，如磁盘定位、光学透镜定位等[1，2]。 根据运动部件的不同，音圈电机可以分为动铁式与动圈式；根据运动方式的不同，音圈电机可分为直线型与旋转型；根据音圈电机内线圈的长短可分为长音圈型与短音圈型；根据磁通源的不同，音圈电机可分为永磁式与电磁式[3，4]。文章所研究的音圈电机为动圈型永磁式直线音圈电机，将电能直接转换为直线运动的机械能。 1 直线音圈电机的结构 文章所设计的音圈电动机为直线电机的一种，动线圈型永磁式直线直流电动机，这种直流直线电机由以下几部分组成，主要包括外壳、环形磁铁、铁芯、底座、电枢骨架和电枢线圈。图1所示就是音圈电机的结构示意图。 图1 音圈电机结构示意图 本设计在结构上非常简单。动子部分包括电枢骨架及缠绕在上面的金属线圈，定子部分主要由四部分组成，外壳是圆柱形的，使用的是钢性材料；铁芯中间部分采用空心结构，这样可以使电机的重量大大减轻；磁场是由永磁铁产生的，永磁铁紧贴着外壳内壁，与铁芯之间构成气隙；铁芯是与外壳的底部连接在一起的，在外壳和铁芯的气隙之间形成固定的磁场，线圈通直流电后，线圈上就会产生电磁力，推动线圈沿轴线方向直线移动。 当动子线圈沿轴线来回做直线运动的时候，它所受到的电磁力必须要大于运动时所产生的惯性力与摩擦力。 2 音圈电机的数学模型
特种电机复习
1.无刷直流电动机系统的组成、工作原理、特点。P6、11、14 2.无刷直流电动机系统是一种自控式逆变器，它的输出频率不是独立调节的， 而是受控于转子位置信号。 3.位置检测器的作用是什么？常用的有位置检测器有哪几种形式？P10 4.在无刷直流电动机系统中，控制器主要完成哪些功能？P11 5.三相无刷直流电动机的主电路形式有哪几种？P16 6.简述无位置传感器位置检测方法中反电动势过零检测的原理、电路结构及各 部分作用。P48~49、P70 7.什么是无刷直流电动机的转矩脉动，如何抑制换相转矩脉动？P29、P33 8.无刷直流电动机系统的PWM方式有几种？各有何特点？P42 9.简述用单片机作为控制器的优点及单片机的选择原则。P58 10.设计基于单片机的BLDCM控制系统时要解决哪些问题。P50 11.SRD调速系统由哪些部分组成？电机结构怎样？P80 12.开关磁阻电机的运行原理是什么？ 13.如何计算SRD的极距角和步距角？P82 14.为什么说SRD的调速性能好？其不足是什么？P86 15.试列出基于理想线性模型的SR电机绕组电感随定转子相对位置变化的曲线。 16.什么是SRD的APC控制？P99 17.为什么开关磁阻电动机常采用两相启动方式？P102 18.电容分压型主电路的工作过程，特点。 19.SR系统中开关器件的选型原则是什么？P107 20.如何设计SRD光电式转子位置信号检测器？ 21.什么是SRD的角度细分控制？硬件细分和软件细分的工作原理？P112 22.简述脉冲测速的三种方法，测量原理及适用范围。 23.霍尔电位传感器检测电路图2-66各参数是如何确定的？ 24.简述反应式步进电动机的工作原理及特点。 25.如何计算步进电动机的齿距角和步距角？ 26.什么是步进电机的自锁能力？ 27.什么是步进电机极限启动转矩？如何提高Tst？ 28.为什么步进电机的转矩特性成下降趋势？ 29.步进电动机功率驱动电路形式，特点。P162~164 30.什么是步进电机的角度细分控制？细分控制有何作用？ 31.试分析步进电机斩波恒流驱动电路的工作原理。 32.试比较SR电机角度细分控制与步进电动机角度细分控制的差异。 33.步进电动机的运行速度与哪些参数有关？如何进行速度控制和位置控制？ 34.步进电动机的驱动控制器组成，单片机作为脉冲分配器的三种应用形式。
同步电机与异步电机的概念、区别及应用前景
异步电机与同步电机的控制原理，应用领域 和研究热点 班级： 学号： 姓名：
同步电机，和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系n=ns=60f/p，ns称为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流机以同步电机为主。 工作原理 励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场 运行方式 同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。
永磁同步电机的调速主要通过改变供电电源的频率来实现。目前常用的变频调速方式有转速闭环恒压频比控制（v/f）、转差频率控制、基于磁场定向的矢量控制（Vector Control）以及直接转矩控制（Direct Torque Control）。 1.转速闭环恒压频比控制 转速闭环恒压频比控制是一种最常用的变频调速控制方法。该方法是通过控制V/f恒定，使磁通保持不变，并以控制转差频率来控制电机的转矩和转速。这种控制方法低速带载能力不强，须对定子压降实行补偿，因该控制方法只控制了电机的气隙磁通，不能调节转矩，故性能不高。但该方法由于实现简单、稳定可靠，调速方便，所以在一些对动态性能要求不太高的场合，如对通风机、水泵等的控制，仍是首选的方法。 2.转差频率控制 转差频率控制的突出优点就在于频率控制环节的输入是转差信号，而频率信号是由转差信号与实际转速信号相加后得到的，这样，在转速变化过程中，实际频率随着实际转速同步地上升或者下降。尽管转差频率控制能够在一定程度上控制电机转矩 3.矢量控制 矢量控制框图如图2 所示。 1971 年，西门子工程师Balschke 首次提出矢量控制理论，使交流电机控制理论获得了一次质的飞跃。其基本思想为：以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为相互正交的两个分量，一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量，分别对它们进行控制，获得像直流电动机一样良好的动态特性。因其控制结构简单，控制软件实现较容易，已被广泛应用到调速系统中。但矢量控制方法在实现时要进行复杂的坐标变换，并需准确观测转子磁链，而且对电机的参数依赖性很大，难以保证完全解耦，使控制效果大打折扣。
音圈电机技术原理
音圈电机技术原理 音圈电机技术原理 2011年05月25日 音圈电机(Vo ice Co il A ctuato r) 是一种特殊形式的直接驱动电机. 具有结构简单、体积小、高速、 高加速、响应快等特性. 其工作原理是, 通电线圈(导体) 放在磁场内就会产生力, 力的大小与施加在线 圈上的电流成比例. 基于此原理制造的音圈电机运动形式可以为直线或者圆弧. 近年来, 随着对高速、高精度定位系统性能要求的提高和音圈电机技术的迅速发展, 音圈电机不仅 被广泛用在磁盘、激光唱片定位等精密定位系统中[ 1 ] , 在许多不同形式的高加速、高频激励上也得到广 泛应用.如, 光学系统中透镜的定位; 机械工具的多坐标定位平台; 医学装置中精密电子管、真空管控 制; 在柔性机器人中, 为使末端执行器快速、精确定位, 还可以用音圈电机来有效地抑制振动[ 2 ]. 但有关音圈电机详细技术原理的文献还不多见, 为此, 本文将系统讨论音圈电机的基本原理, 并阐 述其选型方法和应用场合. 1 音圈电机的基本原理 1. 1 磁学原理 音圈电机的工作原理是依据安培力原理, 即通电导体放在磁场中, 就会产生力F , 力的大小取决于 磁场强弱B , 电流I , 以及磁场和电流的方向(见图1). 如果共有 长度为L 的N 根导线放在磁场中, 则作用在导线上的力可表示为 F = kB L IN , (1)
式中 k 为常数. 由图1 可知, 力的方向是电流方向和磁场向量的函数, 是二者 的相互作用. 如果磁场和导线长度为常量, 则产生的力与输入电流 成比例. 在最简单的音圈电机结构形式中, 直线音圈电机就是位于 径向电磁场内的一个管状线圈绕组(见图2). 铁磁圆筒内部是由永 久磁铁产生的磁场, 这样的布置可使贴在线圈上的磁体具有相同的 极性. 铁磁材料的内芯配置在线圈轴向中心线上, 与永久磁体的一端相连, 用来形成磁回路. 当给线圈 通电时, 根据安培力原理, 它受到磁场作用, 在线圈和磁体之间产生沿轴线方向的力. 通电线圈两端电 压的极性决定力的方向. 将圆形管状直线音圈电机展开, 两端弯曲成圆弧, 就成为旋转音圈电机. 旋转音圈电机力的产生方 式与直线音圈电机类似. 只是旋转音圈电机力是沿着弧形圆周方向产生的, 输出转矩见图3. 1. 2 电子学原理 音圈电机是单相两极装置. 给线圈施加电压则在线圈里产生电流, 进而在线圈上产生与电流成比例 的力, 使线圈在气隙内沿轴向运动. 通过线圈的电流方向决定其运动方向. 当线圈在磁场内运动时,会 在线圈内产生与线圈运动速度、磁场强度、和导线长度成比例的电压(即感应电动势). 驱动音圈电机的 电源必须提供足够的电流满足输出力的需要, 且要克服线圈在最大运动速度下产生的感应电动势, 以及 通过线圈的漏感压降. 1. 3 机械系统原理 音圈电机经常作为一个由磁体和线圈组成的零部件出售. 线圈与磁体之间的最小气隙通常是
同步电机的基本工作原理和结构
同步电机的基本工作原理和结构 第一节精编资料 本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理,同步电机的电动势和磁动势,异步电动...二,同步电机的工作原理1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场... 原理,结构 同步电机的基本工作原理和结构 本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理、同步电机的电动势和磁动势、异步电动机的电势平衡，磁势平衡、等值电路及相量图、功率转矩、同步发电机运行原理等内容。本章共有10节课，内容和时间分配如下: 1.掌握同步电机的结构特点及工作原理。(2节) 2.掌握同步电机绕组有关的结构、额定参数(1节) 3.掌握同步电机机绕组的磁动势、等效电路，一般掌握相量图。(3节) 4.掌握同步电机功率、转矩和同步电机启动特性。(2节) 5.了解同步发电机的运行原理。(2节) 一、简介 交流电机，根据用途，可以分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三类。 (交流电能几乎全部是由同步发电机提供的。目前电力系统中运行的发电机都 是三相同步发电机。 同步电动机可以通过调节其励磁电流来改善电网的功率因数，因而在不需要调速的低速大功率机械中也得到较广泛的应用。随着变频技术的不断发展，同步电动机的起动和调速问题都得到了解决，从而进一步扩大了其应用范围。
同步补偿机实质上是接在交流电网上空载运行的同步电动机，其作用是从电网汲取超前无功功率来补偿其它电力用户从电网汲取的滞后无功功率，以改善电网的供功率因数。) 二、同步电机的工作原理 1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场和转子旋转磁场。定子旋转磁场—又常称为电枢磁势，而相应的磁场称为电枢磁场60f1n,速度:同步速度，即 1p 方向:从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相。 形成原因:以电气方式形成。 (当对称三相电流流过定子对称三相绕组时,将在空气隙中产生旋转磁通势。它的旋转速度 60f1n,1p为同步速度，即;它的旋转方向是从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相;当某相电流达到最大值的瞬间，旋转磁势的振幅恰好转到该相绕组轴线处。这个旋转磁通势是以电气方式形成的。同步电机不论作为发电机运行还是作为电动机运行，只要其定子三相绕 组中流通对称三相电流，都将在空气隙中产生上述旋转磁通势，建立旋转磁场。同步电机的定子绕组被称为电枢绕组，因此，上述磁势又常称为电枢磁势，而相应的磁场称为电枢磁场。转子旋转磁场—直流励磁的旋转磁场。 60f1n, 速度:同步速度，即1p 方向:与定子相同。 形成原因:机械方式形成。 (在同步电机的转子上装有由直流励磁产生的磁极，磁极与转子无相对运动。当转子旋转时, 以机械方式形成旋转磁通势，并在气隙中形成另一种旋转磁场。由于磁场随转子一同旋转，被称为直流励磁的旋转磁场。) 2 电动势—两个旋转磁场切割绕组产生。
直线电机的概述
直线电机的基本结构与工作原理 一直线电机的基本结构 图1-1所示的a和b分别表示了一台旋转电机和一台直线电机。 图1-1 旋转电机和直线电机示意图 a)旋转电机 b）直线电机直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种演变，它可看作是将一台旋转电机沿径向剖开，然后将电机的圆周展成直线，如图1-2所示。这样就得到了由旋转电机演变而来的最原始的直线电机。由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧成为次级。 图1-2 由旋转电机演变为直线电机的过程 a）沿径向剖开 b)把圆周展成直线图1-2中演变而来的直线电机，其初级和次级长度是相等的，由于在运行时初级和次级之间要做相对运动，如果在运动开始时，初级与次级正巧对齐，那么在运动中，初级与次级之间互相耦合的部分越来越少，而不能正常运动。为了保
证在所需的行程范围内，初级和次级之间的耦合能保持不变，因此世界应用时，是将初级与次级制造成不同的长度。由于段初级在制造成本上，运行的费用上均比短次级低得多，因此一般采用短初级长次级。如图1-3所示。 图1-3 单边型直线电机 a）短初级 b）短次级 在图1-3中所示的直线电机中仅在一边安放初级，对于这样的结构型式称为单边型直线电机。特点是在初级与次级之间存在着很大的法向吸力，一般这个法向吸力在钢次级时约为推力的10倍左右，大多数场合这种吸力是不希望存在的。 图1-4 双边型直线电机 a)短初级 b)短次级 在图1-4中所示的直线电机在次级的两边都装上了初级。这样这个法向吸力就可以相互抵消，这种结构型式称为双边型。 上述介绍的直线电机称为扁平型直线电机，是目前应用最为广泛的，除此之外直线电机还可以做成圆筒型（也称管型）结构，它也可以看作是由旋转电机演
电动机的工作原理及其在生活中的应用
电动机是第二次科技革命中的最重要的发明之一，它至今仍在我们的社会生产、生活中起着极为重要的作用，机床、水泵，需要电动机带动；电力机车、电梯，需要电动机牵引。家庭生活中的电扇、冰箱、洗衣机，甚至各种电动玩具都离不开电动机。电动机已经应用在现代社会生活的各个方面。 对于电动机的工作原理，我引用了中学课本中的以下内容。我们知道，磁体在磁场中会受到力的作用。通电螺线管有磁性，像一个磁体，也会受到磁场的作用力。电动机就是利用这一原理制成的。 实际的直流电动机都有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上。有的直流电动机还用电磁铁来产生强磁场。 电动机构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小，广泛地应用在社会生活中。以下我简单地说明一下电梯、手机震动以及冰箱压缩机的工作原理。 电梯在工作时，曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。 手机震动利用的是偏心电动机，也就是普通电动机头上装了一个凸轮，而凸轮的重心并不在电动机的转轴上，在转动时，由于离心力的作用，拿在手机里的手机就感觉是振动了。 冰箱和空调都是利用制冷压缩机达到制冷目的的。制冷系统内制冷剂的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器。同时轴流风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过过滤器、节流机构后喷入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围的热量。同时贯流风扇使空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后变冷的空气送向室内。如此室内空气不断循环流动，达到降低温度的目的。而压缩机的核心部件就是电动机。 电动机从发明之日起，一个多世纪以来，对人类社会的发展产生了极大的推动作用，大大提高了社会生产力水平，至今仍在整个社会机器大生产时代发挥着极为重要的作用。 科技的发展总是带动社会的变革，从而推动整个人类社会的发展。今天，我们仍然要大力发展科学技术，使有益于社会向更好的方向发展的科技成果更快、更好地应用于社会生产中，更大程度地促进社会的发展。 艾驰商城是国内最专业的MRO 工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上
电机分类 结构和原理
电机知识学习总结 1基本知识介绍 1.1直流、单相交流、三相交流 1.2交流下有“同步和异步”的区别 同步异步指的是转子转速与定子旋转磁场转速是同步（相同）还是异步（滞后），因而只有交流能产生旋转磁场，只有交流电机有同步异步的概念。 同步电机——原理：靠“磁场总是沿着磁路最短的方向上走”实现转子磁极与定子旋转磁场磁极逐一对应，转子磁极转速与旋转磁场转速相同。特点：同步电机无论作为电动机还是发电机使用，其转速与交流电频率之间将严格不变。同步电机转速恒定，不受负载变化影响。 异步电机——原理：靠感应来实现运动，定子旋转磁场切割鼠笼，使鼠笼产生感应电流，感应电流受力使转子旋转。转子转速与定子旋转磁场转速必须有转速差才能形成磁场切割鼠笼，产生感应电流。 区别：（1）同步电机可以发出无功功率，也可以吸收；异步电机只能吸收无功。（2）同步电机的转速与交流工频50Hz电源同步，即2极电机3000转、4极1500、6极1000等。异步电机的转速则稍微滞后，即2极2880、4极1440、6极960等。（3）同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。同步电动机可以用以改进供电系统的功率因素。 同步电机无法直接启动：刚通电一瞬间，通入直流电的转子励磁绕组是静止的，转子磁极静止；定子磁场立即具有高速。假设此瞬间正好定子磁极与转子磁极一一对应吸引，在定子磁极在极短的时间内旋转半周的时间之内，会对转子产生吸引力，半周之后将会产生排斥力。由于转子有转动惯量，转子不会转动起来，而是在接近于0的速度下左右震动。因此同步电机需要鼠笼绕组启动。转速差使其产生感应电流，而感应电流具有减小转速差的特性（四根金属棒搭成井形，内部磁场变密会减小面积，变疏会增加面积，阻止其变化趋势），因而会使转子转动起来，直到感应电流与转速差平衡（没有电流就不会有力，因而不会消除转速差，猜测与旋转阻力有关）。 1.3永磁、电磁、感磁（构成定子、转子） 永磁——永磁铁 电磁——通电线圈 感磁——无电闭合绕组、鼠笼 永磁和电磁大多数情况下可以互换，感磁需要有旋转磁场的场合才能用，在三相同步电机中经常作为启动与电磁/永磁共用于转子。 1.4有刷无刷 电机有刷和无刷对电机结构影响很大，刷指的是转子通电时的电刷换向器、或者滑环。
音圈电机原理及应用
音圈电机的原理及应用 音圈电机(Voice Coil Motor)是一种特殊形式的直接驱动电机。具有结构简单、体积小、高速、高加速、响应快等特性。近年来，随着对高速、高精度定位系统性能要求的提高和音圈电机技术的迅速发展，音圈电机不仅被广泛用在磁盘、激光唱片定位等精密定位系统中，在许多不同形式的高加速、高频激励上也得到广泛应用。如：光学系统中透镜的定位、机械工具的多坐标定位平台、医学装置中精密电子管、真空管控制等。本文将系统讨论音圈电机的工作原理、结构及其应用场合。 1. 音圈电机的工作原理 1.1 磁学原理 音圈电机的工作原理是依据安培力原理，即通电导体放在磁场中，就会产生力F，力的大小取决于磁场强弱B、电流I、以及磁场和电流的方向(见图1)。如果共有长度为L的N根导线放在磁场中，则作用在导线上的力可表示为 kNBIL F (1) 式中k为常数。 由图1可知，力的方向是电流方向和磁场向量的函数，是二者的相互作用，如果磁场和导线长度为常量，则产生的力与输入电流成比例，在最简单的音圈电机结构形式中，直线音圈电机就是位于径向电磁场内的一个管状线圈绕组(见图2)，铁磁圆筒内部是由永久磁铁产生的磁场，这样的布置可使贴在线圈上的磁体具有相同的极性，铁磁材料的内芯配置在线圈轴向中心线上，与永久磁体的一端相连，用来形成磁回路。当给线圈通电时，根据安培力原理，它受到磁场作用，在线圈和磁体之间产生沿轴线方向的力，通电线圈两端电压的极性决定力的方向。 将圆形管状直线音圈电机展开，两端弯曲成圆弧，就成为旋转音圈电机。旋转音圈电机力的产生方式与直线音圈电机类似，只是旋转音圈电机力是沿着弧形圆周方向产生的，输出转矩见图3。 1.2电子学原理 音圈电机是单相两极装置。给线圈施加电压则在线圈里产生电流，进而在线圈上产生与电流成比例的力，使线圈在气隙内沿轴向运动，通过线圈的电流方向决定其运动方向。当线圈在磁场内运动时，会在线圈内产生与线圈运动速度、磁场强度、和导线长度成比例的电压(即感应电动势)。驱动音圈电机的电源必须提供足够的电流满足输出力的需要，且要克服线圈在最大运动速度下产生的感应电动势，以及通过线圈的漏感压降。 1. 3 机械系统原理 音圈电机经常作为一个由磁体和线圈组成的零部件出售。线圈与磁体之间的最小气隙通常是(0. 254～0. 381) mm，根据需要此气隙可以增大，只是需要确定引导系统允许的运动范围，同时避免线圈与磁体间摩擦或碰撞。多数情况下，移动载荷与线圈相连，即动音圈结构。其优点是固定的磁铁系统可以比较大，因而可以得到较强的磁场；缺点是音圈输电线处于运动状态，容易出现断路的问题。同时由于可运动的支承，运动部件和环境的热接触很恶劣，动音圈产生的热量会使运动部件的温度升高，因而音圈中所允许的最大电流较小，当载荷对热特别敏感时，可以把载荷与磁体相连，即固定音圈结构。该结构线圈的散热不再是大问题，
特种电机原理及应用课后答案
1 简述特种电机的特点及发展趋势。 特点：工作原理、励磁方式、技术性能以及结构上有较大特点，且种类繁多、功能多样化，种类繁多，功能多样化，而且不断产生功能特性，性能优越的新颖电机。 发展趋势：机电一体化、智能化、大功率化、小型化、微型化、励磁材料永磁化、高功能化。 2 电机中常用的永磁材料有哪几类，各有何特点？ ①铝镍钴永磁材料：温度系数小，剩余磁场强度较高，但矫顽力很低；退磁曲线呈非线性；使用前要进行稳磁处理。 ②铁氧体永磁材料：价格低廉，制造工艺简单，质量较轻；温度系数较大，剩磁密度不高，矫顽力较大；退磁曲线大部分接近直线；不能进行电加工。 ③稀土永磁材料：高剩磁密度，高矫顽力，高磁能积；稀土钴永磁价格昂贵，温度系数小，退磁曲线基本上是一条直线；钕铁硼永磁价格较便宜，温度系数较大，容易腐蚀，在高温下使用时退磁曲线的下半部分要产生弯曲。 1.永磁直流电动机与电励磁直流电动机结构上有什么相似和不同之处？ 两者相比，永磁直流电动机有什么优点？ 相似之处：在电枢结构上基本相同。 不同之处：在定子侧永磁直流电动机为永磁体，而电励磁直流电动机为电励磁磁极。优点：永磁电动机没有励磁绕组铜耗，因此相对而言效率更高；永磁电动机体积小质量轻、机械特性硬、电压调整率小。 2.永磁材料的性能对永磁直流电动机磁极结构和永磁体尺寸有什么影响？ 永磁材料的性能对磁极的结构形式和尺寸有决定性影响。由于永磁材料的性能差异很大，为达到某一要求，所选用不同材料的磁极的结构形式和尺寸不相同。 铁氧体在性能上具有Br小、Hc相对高的特点，所以常做成扁而粗的瓦片形或圆筒形的磁极结构； 铝镍钴永磁具有Br高、Hc低的特点，一般做成细而长的弧形或端面式的磁极结构；稀土永磁的Br、Hc及（BH）max都很高，适宜做成磁极面积和磁化长度都很小的结构。 3.永磁直流电动机有极靴的磁极结构有什么优点和缺点？原因何在？ 有极靴磁极结构既可起聚磁作用，提高气隙磁通密度，还可调节极靴形状以改善空载气隙磁场波形；负载时交轴电枢反应磁通路径经极靴闭合，对永磁磁极的影响较小。缺点是漏磁系数大，负载时的气隙磁场的畸变较大。 原因：极靴的存在使得永磁体不能直接面向气隙，主磁通就变小，漏磁系数变大；主磁通需经极靴闭合，使得负载时气隙磁场产生较大的畸变。 4.永磁直流电动机中的电磁转矩和感应电动势各由什么物理量决定？为什么电磁转矩和感应电动势是实现机电能量转换不可分割的两个方面？ 电磁转矩至决定于fai和ia，与转速n无关，运动电动势仅决定于气隙磁通fai和电机的转速n。
H桥电机驱动原理与应用
H 桥电机驱动原理与应用 我们首先来看马达是如何转动的呢？举个例子： 你手里拿着一节电池，用导 线将马达和电池两端对接，马达就转动了；然后如果你把电池极性反过来会怎么 样呢？没有错，马达也反着转了。 OK 这个是最基本的了。现在假设你想用一块指甲盖大小的微控制芯片 （MCU ＞你又如何控制马达的呢？首先，你手上有一个固态的状态开关——一个 晶体管一一来控制马达的开关。 提示：如果你用继电器连接这些电路的时候， 要在继电器线圈两端并一个二 极管。这是为了保护电路不被电感的反向电动势损坏。二极管的正极（箭头）要 接地，负极要接在MCI 连接继电器线圈的输出端上。 电路连接好后，你可以用一个逻辑输出的信号来控制马达了。 高电平（逻辑 1）让继电器导通，马达转动；低电平（逻辑 0）让继电器断开，马达停止。 在电路相同的情况下，把马达的“极性”反过来接，我们可以控制马达的翻 转和停止。 问题来了：如果我们要同时需要马达能够正转好反转， 怎么办？难道每次都 要把马达的连线反过来接？ 我们先来看另一个概念：马达速度。当我们在其中一种状态下，频繁的切换 开关状态的时候，马达的转速就不再是匀速，而是变化的了，相应的扭矩也会改 变。 通常反应出来的是马达速度的变化。 +JS
我们想要同时控制正反向的话，就需要更多的电路——没错，就是H桥电路。H桥电路的“ H'的意思是它实际电路在电路图上是一个字幕H的样式。下图就是一个用继电器连接成的H桥电路。 处于“高”位置的继电器是控制电源流入的方向，称之为“源”电路；处于“低”位置的继电器是控制电源流入地的方向，称之为“漏”电路。 现在，你将左上电路（A）和右下电路（D）接通，马达就正转了（如下图）此时各个端口的逻辑值为A-1、B-0、C-0、D-1. 1| i c) ARID ran-st ia-n
音圈电机的基本结构与工作原理001
音圈电机的电磁场计算与分析 音圈电机是一种将电信号转换成直线位移的直流伺服电机。以音圈电机为动力的直线定位系统具有整体结构简单、驱动速度快、定位精度高等优点，已广泛应用于计算机磁盘驱动器、激光微调机、六自由度机器人手臂等高新技术设备中。 评价音圈电机的指标包括出力大小和“力一位移”曲线的平滑度。在音固电机设计中，需要合理确定各个尺寸和电磁参数，以得到理想的出力和“力一位移”曲线。尽管音圈电机的结构比较简单，但是设计方法有其特殊性，目前关于该电机设计计算的参考文献仍较少，仅有国外的产品介绍可供参考。音圈电机的出力和“力一位移”曲线的计算应以电磁场计算为基础。 音圈电机的结构主要由定子和动子组成。其中定子包括外磁轭、环形磁钢、隔磁环和内磁轭，动子由音圈绕组和绕组支架组成。 音圈电机的工作原理与电动式扬声器类似，即在磁场中放入一环形绕组，绕组通电后产生电磁力，带动负载作直线运动；改变电流的强弱和极性，即可改变电磁力的大小和方向。 音圈电机的设计应遵循以下几个基本原则： (1)在电机体积给定的情况下，应尽可能增加气隙磁密与线圈总长度的乘积，以提高单位电流产生的磁推力。 (2)减小漏磁，降低磁路的饱和程度，从而减小电机的体积。 (3)合理设计电机定子和动子的轴向长度，以得到平滑的“力-位移”曲线。 电磁场计算 音圈电机的设计与分析应以电磁场计算为基础。由于音圈电机内的磁场是一个轴对称场，所以可采用二维有限元法进行计算。 影响音圈电机性能的结构参数主要包括磁钢厚度、音圈厚度、外磁轭厚度、极间距离和定动子长度。 磁钢厚度越大，则气隙磁场越强，电机的出力也越大，但在电机外径一定的条件下，音圈的直径要减小。因此须适当选择磁钢厚度，才能使电机出力最大。 音圈厚度不但影响电机绕组的安匝数，同时影响气隙磁密，两者相互矛盾。而电机的出力与这两项乘积成正比，因此存在最优厚度使电机出力最大。可以看出，音圈厚度对电机出力的影响较为明显，音圈厚度过大过或小都会使电机的出力降低。 外磁轭厚度主要影响磁路的饱和程度。厚度过小，饱和程度增加，电机的漏磁将增大；反之，厚度太大，音圈直径将减小。所以必须合理地设计外磁轭厚度。 音圈电机的两个环形磁极之间存在着较大的漏磁。漏磁场将使外磁轭的磁通增加，饱和程度增加；为了减小极问漏磁，在极间设计一个隔磁环，从而降低外磁轭部分的饱和程度，减小磁轭的厚度。但是极间距离必须合理设计，否则会影响电机的总磁通，反而降低电机的出力。可以看出，极间距离对电机的出力也有较明显的影响。 定子和动子长度的选取主要影响电机“力-位移”曲线的平滑度。定子长度一定时，适当改变动子长度，可以使“力-位移”曲线更平滑，但是应以满足电机的行程要求为主，否则会造成电机体积的增加和成本的浪费。 通过本文的分析，可得出以下结论： (1)数值计算是进行音圈电机设计的有效方法，可以准确地计算出电机的出力和特性。 (2)影响音固电机的结构参数包括磁钢厚度、音圈厚度、外磁轭厚度、极间距离以及定子和动子长度，其中影响较大的是磁钢厚度和音圈厚度。 (3)为了减小漏磁并降低磁路的饱和程度，在磁极之间设计隔磁环是非常必要的。影响音圈电机的结构参数包括磁钢厚度、音圈厚度、外磁轭厚度、极间距离以及定子和动子长度，其中影响较大的是磁钢厚度和音圈厚度。 (4)底部磁极对应的气隙磁场略大于外部磁极对应的磁场，这是由于电机内磁路的不对称而
控制电机与特种电机课后答案第4章
控制电机与特种电机课后答案第4章思考题与习题 1. 旋转变压器由_________两大部分组成。( ) A.定子和换向器 B.集电环和转子 C.定子和电刷 D.定子和转子 2. 与旋转变压器输出电压呈一定的函数关系的是转子( )。 A.电流 B. 转角 C.转矩 D. 转速 3(旋转变压器的原、副边绕组分别装在________上。( ) A(定子、转子 B.集电环、转子 C.定子、电刷 D. 定子、换向器 4(线性旋转变压器正常工作时，其输出电压与转子转角在一定转角范围内成________。 5、试述旋转变压器变比的含义, 它与转角的关系怎样? 6、旋转变应器有哪几种?其输出电压与转子转角的关系如何, 7、旋转变压器在结构上有什么特点?有什么用途。 8、一台正弦旋转变压器，为什么在转子上安装一套余弦绕组?定子上的补偿绕组起什么作用? 9、说明二次侧完全补偿的正余弦旋转变压器条件，转子绕组产生的合成磁动势和转子转角α有何关系。 10、用来测量差角的旋转变压器是什么类型的旋转变压器? 11、试述旋转变压器的三角运算和矢量运算方法. 12、简要说明在旋转变压器中产生误差的原因和改进方法。 答案 1. D 2. B 3. A 4. 正比
5. 旋转变压器的工作原理和一般变压器基本相似，从物理本质来看，旋转变压器可以看成是一种能转动的变压器。区别在于对于变压器来说，其原、副边绕组耦合位置固定，所以输出电压和输入电压之比是常数，而旋转变压器的原、副边绕组分别放置在定、转子上，由于原边、副边绕组间的相对位置可以改变，随着转子的转动，定、转子绕组间的电磁耦合程度将发生变化，电磁精确程度与转子的转角有关，因此，旋转变压器能将转角转换成与转角成某种函量关系的信号电压。输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。 6. 按着输出电压和转子转角间的函数关系，旋转变压器主要可以分:正、余弦旋转变压器(代号为XZ)和线性旋转变压器(代号为XX)、比例式旋转变压器(代号为XL)，矢量旋转变压器(代号为XS)及特殊函数旋转变压器等。其中，正余弦旋转变压器当定子绕组外加单相交流电流激磁时其输出电压与转子转角成正余弦函数关系;线性旋转变压器的输出电压在一定转角范围内与转角成正比，线性旋转变压器按转子结构又分成隐极式和凸极式两种;比例式旋转变压器则在结构上增加了一个固定转子位置的装置，其输出电压也与 转子转角成比例关系。 按旋转变压器在系统中用途可分为解算用旋转变压器和数据传输用旋转变压器。根据数据传输用旋转变压器在系统中的具体用途，又可分为旋变发送机(代号为XF)，旋变差动发送机(代号为XC)，旋变变压器(又名旋变接收器)(代号为XB)。 若按电机极对数的多少来分, 可将旋转变压器分为单极对和多极对两种。采用多极对是为了提高系统的精度。
永磁同步电机的原理及结构
完美格式整理版 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁 同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
步进电机工作原理特点及应用
步进电机工作原理,特点及应用 - 步进电机工作原理,特点及应用 一、前言 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。 二、感应子式步进电机工作原理 （一）反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。 0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B
与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图： 2、旋转： 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。 3、力矩： 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力F与（dФ/dθ）成正比 S