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[工學(xué)]第3章磁阻電機(jī)-文庫吧資料

2025-02-22 21:31本頁面
  

【正文】 角度斬波模式: 通常在電機(jī)中速運(yùn)行時采用。 定角度斬波模式: 通常在電機(jī)起動后低速運(yùn)行時采用。 起動斬波模式: 在 SR電機(jī)起動時采用。 斬波控制一般是在相電感變化區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的,由于電機(jī)的平均電磁轉(zhuǎn)矩 Tav與相電流 I的平方成正比,因此通過設(shè)定相電流允許限值 Imax和 Imin可使SR電機(jī)工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。 控制法 2: 固定 qon ,qoff,由速度設(shè)定值和實(shí)際值之差調(diào)制 Us,進(jìn)而改變轉(zhuǎn)矩 基速以上, 角度位置控制 (APC),輸出恒功率 95 微特電機(jī) ( Chopped Current control,CCC)控制 為了保證 SR電動機(jī)的可靠運(yùn)行,一般在低速 (基速以下 )時,采用 CCC控制 (又叫電流PWM控制 );在高速情況下,采用 APC控制 (也叫單脈沖控制 )。即SR電機(jī)得到最大轉(zhuǎn)矩的最高角速度,稱為 基速 。 92 微特電機(jī) 恒轉(zhuǎn)矩區(qū) 恒功率區(qū) 串勵特性區(qū) CCC 方式 A PC 方式 ?1 ? ?2 qc固定 o T SR電動機(jī)的基本機(jī)械特性 93 微特電機(jī) SR電機(jī)的基速 ? SR電機(jī)的固有機(jī)械特性類似與直流電機(jī)的串勵特性。 討論: 91 微特電機(jī) SR電機(jī)的控制原理 SR電機(jī)運(yùn)行特性: 式中, F為以電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù) (m, Nr, q2, Lmax, Lmin)和控制參數(shù) (qon ,qoff)為變量的函數(shù) /s a vU F T??整理得: 對一定電機(jī),結(jié)構(gòu)參數(shù)一定。 2) 在 qon一定時,增大 qoff,平均轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大。這個結(jié)論可以作為制定控制策略的依據(jù) 。 微特電機(jī) 86 考慮磁路飽和的計(jì)算十分復(fù)雜,為避免繁瑣計(jì)算,又近似考慮磁路的飽和效應(yīng),常借助準(zhǔn)線性模型:將實(shí)際非線性磁化曲線分段線性,且不考慮磁耦合 兩段線性處理: 一段為飽和段,視為與 q=0的位置的磁化曲線平行 ,斜率為 Lmin;一段為非飽和段,為 L(q,i)的 不飽和段。 微特電機(jī) 84 考慮飽和時的 SR電機(jī)分析 (準(zhǔn)線性模型分析) ? 在實(shí)際 SR電動機(jī)中,由于磁路飽和與邊緣效應(yīng)的影響,電感隨轉(zhuǎn)角的變化曲線與理想線性模型中的曲線有很大的差別,它不僅是轉(zhuǎn)角的函數(shù),還是電流的函數(shù),如下圖所示 微特電機(jī) 85 (圖中 L、 i都用標(biāo)么值表示,選理想線性模型中的 Lmax為電感基值,取額定電流為電流基值 )。因此,通過改變繞組的通電時刻來改變轉(zhuǎn)矩的方向,而改變電流的方向不會改變轉(zhuǎn)矩的方向; ? (4) 在電感的下降階段 (θθ4),繞組電流將產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩,因此,主開關(guān)的關(guān)斷不能太遲。因此,可以通過增大電流有效地 增大電磁轉(zhuǎn)矩。選擇轉(zhuǎn)子磁極少于定子,有利于電感對位置角的變化率,提高轉(zhuǎn)矩; ? (2)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與電流的平方成正比。因此有: 從而電磁轉(zhuǎn)矩為: 將電感分析式帶入上式,可得轉(zhuǎn)矩公式為: 微特電機(jī) 81 39。有效的限流方式就是采用電流斬波控制。 θon減小電流線性上升時間增加,電流峰值和波形寬度增大; ( 3)關(guān)斷角 θoff一般不影響電流峰值,但對電流波形寬度有影響, θoff增大電流波形寬度增大; ( 4)電流大小與供電電壓成正比,與電機(jī)轉(zhuǎn)速成反比。 77 微特電機(jī) 不同關(guān)斷角下電流波形 78 微特電機(jī) 注意 線性模型忽略了許多因素,計(jì)算結(jié)果誤差很大,只能定性地說明影響電流、轉(zhuǎn)矩的因素。 q3qzq4 (θ z=2θ offθ on) 在電感下降之前,續(xù)流結(jié)束。 將上式積分,帶入初始條件,得通電階段磁鏈表達(dá)式為: 微特電機(jī) 66 ()onSS onUUdqq q q q? ? ? ????Sd d d dUd t d d t dqqq? ? ?? ? ? ? ?SUdd q? ? ??/d d tq??0 0 , ,o n o n? q q q??相繞組磁鏈(續(xù)) 當(dāng) 關(guān)斷電源時,磁鏈達(dá)到最大值為: 式中, 為繞組斷開電源瞬間定、轉(zhuǎn)子磁極相對位置角,稱為關(guān)斷角; 為定子一相繞組的導(dǎo)通角, 。 微特電機(jī) 65 SdU iRdt?? ? ?相繞組磁鏈(續(xù)) ? 根據(jù)忽略所有損耗的假設(shè),上式簡化為: 或 式中, 為轉(zhuǎn)子的角速度。 Lmin為定子磁極軸線對轉(zhuǎn)子凹槽中心時的電感 , Lmax定子磁極軸線對轉(zhuǎn)子磁極軸線的電感 。 微特電機(jī) 52 ( , )k k k k kL i i?q??()k k kk k kkk k kk k k k kkdi du R ii dt dtL di L dR i L i ii dt dt?? qqqq??? ? ?????? ? ? ???磁鏈方程 所以: 電阻壓降 變壓器電動勢 運(yùn)動電動勢 (轉(zhuǎn)子位置改變 ) dtdLidtdiiLiLiRdtddtdiiiRUkkkkkkkkkkkkkkkkqqqq?????????????????????????53 微特電機(jī) 3 .機(jī)械運(yùn)動方程: Le TdtdDdtdJT ??? qq22式中 , Te——電磁轉(zhuǎn)矩; J——系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量; K?——摩擦系數(shù); TL——負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 51 微特電機(jī) kk k kdu R idt???kkkkuiR? 各相繞組的磁鏈為該相電流與自感、其余各相電流與互感以及轉(zhuǎn)子位置的函數(shù),但由于 SR電機(jī)各相之間的互感與自感相比很小,所以一般分析時忽略互感。 8) 可通過機(jī)和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)滿足各種特殊使用要求 。 6)可控參數(shù)多,調(diào)速性能好 控制開關(guān)磁阻電動機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)和常用方法至少有四種 :相開通角 ,相關(guān)斷角 , 相電流幅值 ,相繞組電壓。 42 微特電機(jī) SRD特點(diǎn): 4) 高起動轉(zhuǎn)矩 低起動電流 控制器從電源側(cè)吸收較少的電流,在電機(jī)側(cè)得到較大的起動轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。 41 微特電機(jī) SRD特點(diǎn): 3) 各相獨(dú)立工作 可構(gòu)成極高可靠性系統(tǒng) 從電動機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)上看,各相繞組和磁路相互獨(dú)立,各自在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 結(jié) 論: 40 微特電機(jī) SRD特點(diǎn) 1)電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用于高速 , 開關(guān)磁阻電動機(jī)的結(jié)構(gòu)比通常認(rèn)為最簡單的鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)還要簡單。 需要根據(jù)定、轉(zhuǎn)子相對位置投勵。 微特電機(jī) 17 對于 m相 SR電動機(jī) 當(dāng)定子齒極數(shù)為 Ns,轉(zhuǎn)子齒極數(shù)為 Nr,則轉(zhuǎn)子極距角為 ; 定子每通電、斷電一次轉(zhuǎn)子對應(yīng)的轉(zhuǎn)角 稱為步距角為 微特電機(jī) 18 2rrN?? ?r?2rprm m N? ?? ??繞組通電頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 SRM電動機(jī)每一轉(zhuǎn)繞組通斷次數(shù) Np(即每轉(zhuǎn)步數(shù))為: 當(dāng) SRM電動機(jī)以轉(zhuǎn)速 n( r/min)轉(zhuǎn)動時,SRM電動機(jī)總的切換頻率為: 每相繞組的通電頻率為 微特電機(jī) 19 360PrpN m N???? 60ernf m N? / 60ernf f m N? ???以不同的顏色表示磁場強(qiáng)弱,藍(lán)色磁場最弱,綠色強(qiáng) ?當(dāng)某一相通電時,磁極極尖處磁場強(qiáng) 20 微特電機(jī) 21 微特電機(jī) 22 微特電機(jī) 23 微特電機(jī) 24 微特電機(jī) 25 微特電機(jī) 26 微特電機(jī) 27 微特電機(jī) 28 微特電機(jī) 29 微特電機(jī) 30 微特電機(jī) 31 微特電機(jī) 32 微特電機(jī) 33 微特電機(jī) 34 微特電機(jī) 35 微特電機(jī) 36 微特電機(jī) 37 微特電機(jī) 38 微特電機(jī) 39 微特電機(jī) 依次給 ABCA繞組通電,轉(zhuǎn)子逆勵磁順序方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。在多相電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中,也常出現(xiàn)兩相或兩相以上繞組同時導(dǎo)通的情況。 8 微特電機(jī) SR電動機(jī)常用的相數(shù)與極數(shù)組合 9 微特電機(jī) 相數(shù) 3 4 5 6 7 8 9 定子極數(shù) 6 8 10 12 14 16 18 轉(zhuǎn)子極數(shù) 4 6 8 10 12 14 16 步進(jìn)角 (度 ) 30 15 9 6 SR電機(jī)常用方案 相數(shù)與轉(zhuǎn)矩、性能關(guān)系: 相數(shù)越大,轉(zhuǎn)矩脈動越小,但成本越高,故常用三相、四相,還有人在研究兩相、單相 SRM 低于三相的 SRM 沒有自起動能力 10 微特電機(jī) 外轉(zhuǎn)子單相 SR電動機(jī) 11 微特電機(jī) 利用永磁體輔助起動的單相 SR電動機(jī) PM PM 12 微特電機(jī) ( 1) 2phase 4 stator pole/2 rotor pole ( 2) 4phase 8 stator pole/6 rotor pole ( 3) 3phase 6 stator pole/4 rotor pole ( 4) 5 se 10 stator pole/8 rotor pole 13 微特電機(jī) 運(yùn)行原理: 磁阻最小原理 電機(jī)原理演示 磁通總要沿著磁阻最小路徑閉合,一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位臵時,必定使自己的軸線與主磁場的軸線重合 AA? 通電 ? 11? 與 AA?重合 BB? 通電 ? 22? 與 BB?重合 CC? 通電 ? 33? 與 CC?重合 DD? 通電 ? 11? 與 DD?重合 依次給 ABCD繞組通電,轉(zhuǎn)子逆勵磁順序方向連續(xù)旋轉(zhuǎn) 14 微特電機(jī) 12/8 極三相開關(guān)磁阻電動機(jī) 15 微特電機(jī) 工作原理 以左圖為例說明工作原理,當(dāng) A相繞組電流控制開關(guān) KK2閉合時, A相通電勵磁,所產(chǎn)生的磁場力圖使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子極軸線 與定子極軸線 的重合位臵,從而產(chǎn)生磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。 定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)不相等,但應(yīng)盡量接近。 當(dāng)磁盤隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,光電傳感器檢測到轉(zhuǎn)子齒的位臵信號。微特電機(jī) 第三章 開關(guān)磁阻電機(jī) 1 微特電機(jī) 第 3章開關(guān)磁阻電機(jī) (SRD) SRM 傳動系統(tǒng) SRM 基本方程與性能分析 SRD的 控制原理 SRD
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