马达原理.docx

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马达原理

交流：

正负极性改变。

变压方便。

直流：

稳定。

1马力=7.46瓦

电线的容量：

线颈。

单芯线——〉直径

绞线——〉截面积

NFB：

1、过流AT2、断路KA3、接地（三项负载不平衡）MA4、开关（AF）框架容量

保险丝装于回路，利于回路的出问题时的查询，漏电保护只能检查对地的断路，检查不出项之间的短路，而且不利于事故的查询。

接触器+热继电器=电磁开关

感温棒。

BSR系列：

PT系列：

100；100.1代表的是欧姆值。

热电偶的其中一根有磁性：

一个磁场中的磁极的个数叫磁极。

N=120f/p=3000同步转速

直流伺服：

直流电加在转子上，通过换向片，碳刷来改变磁场。

无刷伺服：

电流加在定子，用HALL晶体检测磁极的方向，从而调整电流的方向。

交流伺服：

构造类似于变频器。

伺服马达刹车时如果会产生共振，是增益没有调整好，或者是encode没有锁紧，造成运转停止时encode超过马达的运转位置，控制器给出反向的信号。

线性马达：

1、调速

2、上浮的磁场

三种上浮的方式

3、前进的磁场

4、合力推进

5、驱动器系统

三、左手定则：

　　　　1、内容：

伸开左手，使大拇指跟其余四个指头垂直。

并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开拓四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向。

　　　　2、实质：

安培力的方向垂直于电流与磁感线所决定的平面。

　　　　3、特例：

当磁场的方向与电流方向垂直时，安培力、磁感线和电流方向三者互相垂直。

　　　　4、原理应用：

电动机。

　　　　5、注意：

已知电流判定力的方向。

VVVF是VairableVoltageVariableFrequency的字母缩写。

IGBT是变频器逆变部分的目前最常用功率器件，IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor...

      VVVF是VairableVoltageVariableFrequency的字母缩写。

IGBT是变频器逆变部分的目前最常用功率器件，IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor缩写，意为：

绝缘栅双极性晶体管。

V/F是指变频器运转时，变频器输出电压和输出频率之比，它是变频器最常用最简单的控制方式。

      我们来看两个有关电机学的简单公式：

      若不改变电压值U1，只改变频率f1来调速，行不行呢？

不行，因为从公式2中可以看出，随着f1的升高，电机气隙磁通将减少，的减小势必会导致电机的输出转矩M下降，使电机的利用率恶化，严重时会使电机堵转。

若在维持电压值U1不变条件下，而减小f1。

则根据公式2知，将增加，这会使磁路饱和，激礠电流上升，导致铁损急剧增加，这也是不允许的。

若在调频的同时改变电机定子电压U1，则可以维持磁通接近不变，即U1/f1=C1。

这就是所谓的V/f控制方式。

变频器基础原理知识

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　[04年03月10日]　浏览次数：

14986

1.变频器基础

*1:

VVVF改变电压、改变频率（VariableVoltageandVariableFrequency）的缩写。

*2:

CVCF恒电压、恒频率（ConstantVoltageandConstantFrequency）的缩写。

各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz），等等。

通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。

为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。

把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”（逆变器）。

由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：

变频器，变频器也可用于家电产品。

使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。

用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。

但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。

汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。

变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。

例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。

2.电机的旋转速度为什么能够自由地改变？

*1:

r/min电机旋转速度单位：

每分钟旋转次数，也可表示为rpm.例如：

4极电机60Hz1,800[r/min]，4极电机

50Hz1,500[r/min]，电机的旋转速度同频率成比例。

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。

感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。

由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。

由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。

另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。

因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。

n

=60f/p，n:

同步速度，f:

电源频率，p:

电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法。

如果仅改变频率，电机将被烧坏。

特别是当频率降低时，该问题就非常突出。

为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：

为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

例如：

为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

如果要正确的使用变频器,必须认真地考虑散热的问题。

变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。

使用寿命随温度升高而成指数的下降。

环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。

因此，我们要重视散热问题啊！

在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的,

变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响。

通常，变频器安装在控制柜中。

我们要了解一台变频器的发热量大概是多少.可以用以下公式估算:

发热量的近似值＝变频器容量（KW）×55

[W]在这里,如果变频器容量是以恒转矩负载为准的（过流能力150%*60s）如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器,并且也在柜子里面,

这时发热量会更大一些。

电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。

这时可以用估算:

变频器容量（KW）×60[W]因为各变频器厂家的硬件都差不多,

所以上式可以针对各品牌的产品.注意：

如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大，因此最好安装位置最好和变频器隔离开，如装在柜子上面或旁边等。

那么,

怎样采能降低控制柜内的发热量呢?

当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。

根据机柜内产生热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。

因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。

如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有70％的发热量释放到控制机柜的外面。

由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。

还可以用隔离板把本体和散热器隔开,

使散热器的散热不影响到变频器本体。

这样效果也很好。

变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的!

关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器，

都带有冷却风扇。

同时，也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。

进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。

注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁。

其他关于散热的问题

（1）.在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。

理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。

但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大，

所以也要看具体应用。

比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。

（2）.开关频率：

变频器的发热主要来自于IGBT，IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。

因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。

有的厂家宣称降低开关频率可以扩容，

就是这个道理。

3.矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？

*1:

转矩提升:

此功能增加变频器的输出电压，以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加，从而改善电机的输出转矩。

改善电机低速输出转矩不足的技术,使用"矢量控制"，可以使电机在低速,如（无速度传感器时）1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。

对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。

为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。

变频器的这个功能叫做"转矩提升"（*1）。

转矩提升功能是提高变频器的输出电压。

然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。

因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。

"矢量控制"把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。

"矢量控制"可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。

此功能对改善电机低速时温升也有效。

变频器制动的情况:

*1:

制动的概念:

指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧）,这时电机的转速高于同步转速.负载的能量分为动能和势能.动能（由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。

当动能减为零时，该事物就处在停止状态。

机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。

对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。

这时会产生制动过程.

由制动产生的功率将返回到变频器侧。

这些功率可以用电阻发热消耗。

在用于提升类负载,在下降时,能量（势能）也要返回到变频器（或电源）侧,进行制动.这种操作方法被称作"再生制动"，而该方法可应用于变频器制动。

在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做"功率返回再生方法"。

在实际中，这种应用需要"能量回馈单元"选件。

怎样提高制动能力？

为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。

为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。

请选用"制动电阻"、"制动单元"或"功率再生变换器"等选件来改善变频器的制动容量

3.当电机的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？

*1:

工频电源由电网提供的动力电源（商用电源）

*2:

起动电流当电机开始运转时，变频器的输出电流变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动。

我们经常听到下面的说法：

"电机在工频电源供电时（*1）时，电机的起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些"。

如果用大的电压和频率起动电机，例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击（大的起动电流

（*2））。

而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。

所以变频器驱动的电机起动电流要小些。

通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减些减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。

通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。

当变频器调速到大于60Hz频率时，电机的输出转矩将降低。

通常的电机是按50Hz（60Hz）电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。

因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速.

（T=Te,P<=Pe）变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。

当电机以大于60Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。

举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。

因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.（P=Ue*Ie）

何谓线性马达（LIMO）：

我们常说的磁悬浮，往往和线性马达驱动有着很大联系

磁浮运输系统通常采用“线性马达”作为推进系统，有关线性马达之特性先予以说明。

一般马达的构造是中间一根带有“转子”（Rotor）可以转动的轴，四周则是“定子”（Stator），装了线圈通电后即可产生磁场。

所谓线性马达就是将马达沿轴线方向切开后予以展开，使马达的回转运动变为直线运动，故称之为线性马达（详如图3所示）。

线性马达因定子与转子装设位置之不同而有线性感应马达（LIM）与线性同步马达（LSM）之分：

线性感应马达是在导轨上安装反应板（以铝板当转子），而在列车上装

图3线性感应马达之构成原理[1]

设靠三相交流电力励磁的移动用电磁石（作为定子），分左右两排夹装在铝板两旁（但不接触），磁力线与铝板垂直相交，铝板即感应而生电流，因而产生驱动力。

由于线性感应马达的定子装在列车上，较导轨短，因此线性感应马达又称为“短定子线性马达”（Short-statorMotor）；线性同步马达的原理则是将超导电磁石装于列车上（当作转子），轨道上则装有三相电枢线圈（作为定子），当轨道上的线圈供应以可变周波数的三相交流电时，即能驱动车辆。

由于车辆移动的速度系依与三相交流电周波数成比例的同步速度移动，故称为线性同步马达，而又由于线性同步马达的定子装于轨道上，与轨道同长，故线性同步马达又称为“长定子线性马达”（Long-statorMotor）。

以下为磁悬浮和线性马达的一些知识

传统轨道运输系统由于使用专用轨道，并以钢轮作为支撑与导引，因此随着速度的增加，行驶阻力会递增，而牵引力则递减，列车行驶阻力大于牵引力时即无法再加速，故一直无法突破地面运输系统理论上最高速度每小时375公里的瓶颈[1]。

虽然法国TGV曾创下传统轨道运输系统时速515.3公里的世界纪录，但因轮轨材料会有过热疲乏的问题，故现今德、法、西、日等国之高铁商业营运时速均不超过300公里。

因此，如要进一步提升车辆速度，必须放弃传统以车轮行驶之方式，而采用“磁力悬浮”（MagneticLevitation，简称“磁浮”Maglev）的方式，使列车浮离车道行驶，以减少摩擦力、大幅提高车辆的速度。

此一浮离车道的作法，除不会造成噪音或空气污染外，并可增进能源使用之效率。

另外采用“线性马达”（LinearMotor）亦可加快该磁浮运输系统的速度，因此使用线性马达的磁浮运输系统应运而生。

所谓磁浮运输系统就是利用磁力相吸或相斥的原理，使列车浮离车道，此磁力的来源可分为“常电导磁石”（PermanentMagnets）或“超导磁石”（SuperConductingMagnets,SCM）。

所谓的常电导磁石就是一般的电磁铁，即只有通电时才具有磁性，电流一切断则磁性消失，由于列车在极高速时集电困难，故常电导磁石仅能适用于采用磁力相斥原理、速度相对较慢（约300kph）的磁浮列车；至于速度高达500kph以上的磁浮列车（利用磁力相吸原理），就非使用通一次电就永久具有磁性（因此列车可以不用集电）之超导磁石不可。

因磁浮运输系统是利用磁力相吸或相斥的原理，故导致其分为“电动悬浮”（ElectrodynamicSuspension,EDS）与“电磁悬浮”（ElectromagneticSuspension,EMS）两种型态。

电动悬浮（EDS）是利用同性相斥的原理，当列车经由外力而移动，装置于列车上的常电导磁石产生移动磁场，而在轨道上的线圈产生感应电流，此电流再生磁场，由于此二磁场方向相同，故列车与轨道间产生互斥力，列车随即由此互斥力举升而悬浮。

因列车的悬浮是靠两磁场作用力相互平衡而达成，故其悬浮高度可固定不变（约10~15mm），列车即因此具有相当之稳定性。

此外，列车必须先以其他方式启动，其所带之磁场才能产生感应电流与磁场，车辆才会悬浮；因此，列车必须装置车轮以便“起飞”与“降落”之用，当速度达40kph以上时，列车开始悬浮（即“起飞”），车轮自动收起；同理当速度渐减不再悬浮时，车轮自动放下以便滑行（即“降落”）。

通常采用电动悬浮（EDS）的系统，只能以“线性同步马达”（LinearSynchronousMotor,LSM）作为推进系统，且其速度相对较慢（约300kph），图1即显示电动悬浮系统（EDS）与线性同步马达（LSM）之组合。

图1电动悬浮系统（EDS）与线性同步马达（LSM）之组合[1]

电磁悬浮（EMS）则是利用异性相吸的原理，列车两侧向导轨环抱（类似跨座式单轨系统），列车环抱的下部装有电磁石，导轨的底部装有钢板代替线圈，此时导轨之钢板在上，而列车之电磁石在下，当通电励磁时，电磁石产生之磁场吸引力吸引列车向上，列车因重力而下沉，两力平衡时使列车与导轨间产生间隙（Gap），列车即因此悬浮，其悬浮高度（约10~15mm）因磁力强弱而产生变化，故磁场之励磁电流须采封闭回路以保持磁力稳定。

此外，列车一开始（速度为零时）即可产生悬浮，因此列车不须装置车轮。

通常采用电磁悬浮（EMS）的系统，可采用“线性感应马达”（LinearInductionMotor,LIM）或线性同步马达（LSM）作为推进系统，其速度可高达500kph以上，图2即显示电磁悬浮系统（EMS）与线性感应马达（LIM）之组合。

图2电磁悬浮系统（EMS）与线性感应马达（LIM）之组合[1]

如前所述，

参考：

http:

//www.ciche.org.tw/semimonth/vol7/7-15.asp

ThelinearmotorusedintheLinearMetrosystemhasathinrectangularbodyandrequiresnoreductiongear,whichisnecessaryforrotarymotorrailcars.Thislowersthefloorheightabovetherailascomparedwithconventionalrotarymotorrailcars.Whentheheightofrailcarisreducedbyapproximately50cm,thecross-sectionalareaoftunnelscanbereducedtoalargeextent.Inaddition,thankstothenon-adhesiondrivesystem,theLinearMetrocarcantravelongradesassteepasaround8%;around3.5%isthelimitforconventionalrotarymotorrailcars.Thecapabilityofrunningonsteepgradesexpandsthedegreeoffreedominrouteplanningandsometimesreducestunnellength,contributingtoareductionofconstructioncosts

-Trainsaccelerateanddeceleraterapidly

能在短时间内加速减速

-Trainscannegotiatesteepgradients

能克服大坡度

-Adverseweatherconditions（heavysnow,rain）donotaffecttrainoperations

不受天气影响

-Maintenancelaborcostsreduced

减少维护成本

Theattractionandrepulsionoflinearmotormagnetsdrivethecar.

Thefrictionbetweenthewheelsandrailsdrivesthecar.

Sincethewheelsarerotatedbyelectricmotors

excessiverotatingforcecausesthewheelstoslip.

-Simplifiescaremaintenancesavinglabor

简化维护

-Usesmaintenance-freemotorbearings,reductiongear,andcouplings

使用无需维护的马达轴承，变速器，联轴节

-Usessmall-diameterwheels,ashortwheelbase,andsteeringmechanism

使用小直径轮，短轴距，与导向机构

-Usefullyelectricbrakesforstopping

使用完全的电刹车

-Reducesmaintenanceonbrakeblockssignificantly

显著减少对刹车的维护

-Reducestunnelcrosssectionsbyloweringcarfloor

由于路面降低，减少管道的截面积

所謂線性或線型馬達是指將迴轉型馬達之一次側線圈（定子）及二次側（轉子）展開成平板直線狀，理論上可視為擁有無限大半徑的迴轉型馬達，以直線運動取代迴轉運動來進行推進。

　　由於使用線性馬達於軌道車輛之驅動系統上，可避免傳統迴轉馬達驅動系統因輪軌間黏著不良而產生打滑空轉之現象，加上其可運行於小隧道斷面、高陡坡及大彎道上之特性，現今輪軌大眾運輸系統亦多所應用，其中較著名的是加拿大溫哥華之捷運系統（SkyTrain），以及日本大阪7號地下鐵和東京12號地下鐵。

　　線性馬達捷運系統之一次側線圈係安裝於車輛轉向架上，於流通交流電流後產生移動磁場，依楞次定律，此移動磁場使安裝於鋼軌間軌枕上之二次側導體（感應鈑）感應一渦電流，根據佛萊明左手法則，進而產生使車輛向前推動之牽引力。

1.

為何要使用線性馬達，與滾珠螺桿比起來有何差異？

　　線性馬達採用直接驅動的方式，可以減少定位系統的零件數目，降低機構複雜度，提高可靠度。

　　線性馬達的速度比滾珠螺桿快，而且當行程越長的時候，線性馬達越有利，因為線性馬達的定子採用