纺机设备中各种电机的特性

交流同步伺服电动机—结构

磁阻式同步电动机
电动机的定子与异步 电动机无多大出入。不同 之处在于转子片的形状。 为了使电机能自起动，转 子片与异步电机转子片一 样具有鼠笼结构。但多了 反应槽部分。开反应槽的 目的是造成纵向磁阻和横 向磁阻的差别。磁阻差别 越大反应转矩就越大。
交流同步伺服电动机—结构

某些特殊要求时，应用了交流伺服电机 控制技术，如圆网印花系统的多网集体 传动或单网传动，平网印花系统的导带 传动等。
直流电动机

基本工作原理
特点：电枢磁场轴线与励磁磁场 轴线几乎始终是正交的，从而能 使转子获得最大的电磁转矩。 缺点：电刷、换向器有摩擦（定 期要更换电刷），有换向火花 （有些场合不适合）
或
三相异步电动机—人为机械特性

变频变压：U1/f1＝常数时， f1较高时近似为平行线， f1较低时， Tm减小。 改变电压： Tm随定子电压减小而减小，sm和n0不变。 改变转子串联电阻：串联电阻增加时，Tm不变，sm增 加， n0不变。
三相异步电动机－制动

回馈制动
在n>n0时实现。机械能返送到电源侧，在变频调速的 减速阶段，或下放位能型负载，常会出现这类制动。 频率下降过快 会引起过电流。
直流电动机—机械特性
直流电动机—人为机械特性


改变电枢电压时的机械特性：平行线。 改变励磁时的机械特性：励磁减小，则n0则大，启动 转矩减小。 改变电枢回路电阻时的机械特性：n0不变，启动转矩 减小。
改变电枢电压
改变励磁
改变电枢回路电阻
直流电动机－制动

回馈制动
感应电动势E>电枢电源，电流从E的正端流出，流入电 枢电源的正端。一般可通过改变电枢电源的大小来控 制制动电流。
我国纺机机电一体化技术中传 动设备的应用概述

无速度传感器的矢量变频器控制异步电 机变频调速。此方案电路结构也较简单， 工作可靠性好，适用于要求调速精度为 0.5%-1.0%、调速范围在20∶1以内的大 部分纺机设备。
我国纺机机电一体化技术中传 动设备的应用概述

带速度反馈的矢量变频控制异步电机闭 环变频调速。此方案电路结构较复杂、 造价较高，但调速性能好，可从零转速 起进行恒转矩速度控制，调速范围可达 100∶1以上，同时具有良好的动特性 （响应速度快、精度高），适用于整经、 浆纱、热定形和化纤机械等对调速性能 要求高的纺机设备。
热烈欢迎 中纺机集团公司的朋友
东华大学信息科学与技术技术学院 2005年6月21日
东华大学简介

学校现在有延安西路校区和松江校区，占地面 积近2000亩，校园环境优美宜人，系“上海市 花园单位”。创建于1951年，前身是华东纺织 工学院，1985年，更名为中国纺织大学，1999 年，更名为东华大学。1960年，被国家教育部 确定为全国重点大学，是中国首批具有博士、 硕士、学士三级学位授予权的大学之一。
不同负载的适用性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

恒转矩负载：变频变压时要在低频时采取低频电压补 偿，以维持Tm恒定，维护电机的过载能力不变。而降 压调速则可能使电机堵转。
风机泵类负载，由于低速时负载转矩减小，则在变频 调速中应适当降低定子电压，以减小励磁损耗；或采 用降压调速。

步进电动机—概述

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电 机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距 角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可 以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确 定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机 转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电 机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累 误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
n=60*f1/p (rpm)
式中： f1 为定子电源频率； P为定子绕组极对数；n为 转子转速
交流永磁同步伺服电动机－转矩
同步电动机的功角特性和矩角特性为正弦曲线。当 定子磁场轴线与转子磁场轴线的夹角为900时，电磁转矩 和输出功率达最大值。夹角大于900时，由于转矩下降而 出现失步。
无刷直流电动机—概述
无刷直流电动机—原理
无刷直流电动机—原理


永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120° 的U、V、W方波。 控制器根据位置传感器信号给相应的两相定子绕组通 入电流，通入初期，定子磁场轴线与转子磁场轴线夹 角600。使转子受到电磁转矩而旋转。 转子转过600时，控制器切换定子绕组的通电情况，又 使定子磁场轴线与转子磁场轴线夹角600，可见其平均 夹角为900 ，能够产生最大的电磁转矩，性能接近直流 电动机。
步进电动机—减小步距角的措施

减小步距角的措施之一：增加拍数
三线三拍
三相六拍
步进电动机—减小步距角的措施

减小步距角的措施之二：增加定子和转子的齿数
步进电动机—减小步距角的措施

减小步距角的措施之三：电流细分技术
i A相
2 B相
2 C相
2
三相电流细分波形
步进电动机－转矩与转速的关系
当脉冲频率较高时，电机转子未停止而下一个脉冲已 经到来，步进电动机已经不是一步一步地转动，而是 呈连续运转状态。 由于定子绕组电感有延缓电流变化的作用，控制绕组 的电流来不及上升到稳态值。频率越高，电流上升到 达的数值也就越小，因而电机的电磁转矩也越小。另 外，随着频率的提高，步进电动机铁芯中的涡流增加 很快，也使电机的输出转矩下降。
步进电动机—空载启动频率
空载启动频率指步进电机在空载情况下能 够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该 值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。 在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要 使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过 程，即启动频较低，然后按一定加速度升到所 希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
三相异步电动机－制动

能耗制动
通过在定子绕组中加入直流电流来实现。制动力矩水转速 下降而下降，速度为零时，制动力矩也为零。变频器一般 也有此功能，在 变频器中可设置 制动的开始频率 和制动力度。
三相异步电动机－制动

反接制动
通过改变两相电源相序来实现。必须在转子中串接电阻，
以限制制动电流。
三相异步电动机—各种调节特性对
东华大学简介

现设有纺织、服装•艺术设计、材料科学与工程、 旭日工商管理、机械工程、信息科学与技术、 计算机科学与技术、环境科学与工程、化学与 化工、外语、人文、理学等12个专业学院及旅 游系，另有体育部、国际文化交流学院、国际 合作办学的东华大学-拉萨尔国际设计等学院。 拥有3个博士后流动站、24个博士学位授权点、 48个硕士学位授权点、39个本科专业，学科涉 及工学、理学等九大学科门类。在校学生2万 余名，教职工3300余名。
步进电动机—产品
交流同步伺服电动机—概述




永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和 稀土永磁体三大类。从而简化了结构，消除了转子的 滑环、电刷，实现了无刷结构，省去了激磁直流电源， 消除了激磁损耗和发热。 电力电子技术的发展大大促进了永磁同步电动机的开 发应用 数字信号处理器（DSP）等大规模集成电路的发展， 使控制器的运算速度和精度不断改善。 矢量控制等控制理论的发展，使得可以将交流电机定 子绕组的三相电流通过坐标变换分解成励磁电流分量 和转矩电流分量，从而将交流电动机模拟成直流电动 机来控制，获得优异的控制性能。
步进电动机—分类



反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、 成本低、步距角小，可达0.75°甚至更小、但动态性能差、 效率较低、发热大大。 永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极 数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大， 失电时转子有一定的自锁能力。但这种电机精度差，步矩角 大（一般为7.5°或15°）。 混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其 定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均 有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性 能好，步矩角小，但结构复杂、成本相对较高。

电动机的定子绕组多做成三相 对称星形接法，同三相异步电 动机十分相似。电动机转子由 永磁材料构成。在定转子形成 的气隙中产生N-S极相间的方波 磁场。为了使电动机绕组准确 换向，在电动机内装有位置传 感器，作为转子极性的位置信 号。
无刷直流电动机—概述


高效率：其效率比同容量异步电动机提高5%-12%。 启动转矩大：无刷直流电动机的机械特性和调节特 性与他激直流电动机枢控时相应特性类似，所以它 的启动转矩大，但没有因电刷换向器引起的缺点， 电子换向取代了机械换向。 电动机出力高：该电动机在体积和最高工作转速相 同时，较异步电动机输出功率提高30%。
直流电动机－制动

能耗制动
制动过程中，电动 机靠系统的动能发 电，转化成发电机 工作状态，把动能 变成电能，消耗在 电枢回路的电阻上， 因此称为能耗制动。
直流电动机－制动

反接制动
由于电枢电源与感应电动势顺向连接，所以必须降低电枢电 压（低速时），或电枢回路串接电阻，以限制电流。
直流电动机—各种调节特性对不同负

永磁同步电动机在起动过程中，起动电流是比较大的， 永磁磁能级越高，转子用的永磁材料体积越大，电流 也更大。因此对稀土永磁同步电动机在起动过程中必 须要有足够大的电流（一般比同容量异步电动机大2-3 倍）。
交流永磁同步伺服电动机－调速

交流同步电动机，它的特点是电动机的转速与电源频 率完全成正比，即
步进电动机—静止转矩

静止转矩指电机定子通电（不切换）而 转子静止时的电磁转矩。最大静止转矩 表示了步进电机承受负载的能力，是选 择电机的重要依据之一。