拥抱通用、开放型应用趋势

在今年的华南国际自动化展览会上,埃莫(Elmo)运动控制技术有限公司展出的一款SCARA机器人吸引了现场众多参观者驻足观看。采用埃莫最新开发的高端伺服驱动器及白金版Maestro运动控制器,技术人员将一款古董级磁带轮SCARA机器人改造为高精度、高速、现代化的机器人,实现了各种插补运动,运行平滑无抖动,高动态响应,且系统可扩展。

埃莫是一家开发、制造各种先进伺服驱动器和网络式运动控制器的专业厂商,长期专注于伺服驱动/控制产品的高性能、高效率、可靠性、安全性、简便性和标准化开发。本刊近期采访到埃莫(Elmo)运动控制技术有限公司中国区总经理石中林,请他来谈谈埃莫目前在产品技术开发上的重点以及中国区业务开拓的最新进展。

拥抱通用、开放型应用趋势

就当前国内整体运动控制市场的发展,石中林先生认为,中低端市场的竞争日益激烈,而在高端市场上,随着国内制造产业的整体转型与升级,对于自动化程度更高的设备需求呈现出明显的增长趋势,智能化、网络化产品和系统越来越受到用户的欢迎,在这一方面,凭借多年来长期专注的技术开发及实用经验,令到一些欧美品牌更具有优势。

作为一家拥有28年开发经验的专业厂商,埃莫的目标是为客户带来更有性价比优势、通用性、开放性俱佳的产品和系统。“‘中国制造2025’重在实现智能化生产,建立先进制造、网络协同的新型生产模式,因此,未来的运动控制产品一定是融合在一个开放式的环境中,基于行业共同认可的标准,并且能够支持各种电机、反馈装置、上层系统等等,最终构建出一个互联互通、开放型的生产制造体系。”石中林先生说。

正是基于这一理念,埃莫在伺服驱动/控制产品的开发上强调的是一套系统可满足多种应用要求。从复杂的多轴运动控制,到要求极其苛刻的伺服系统,埃莫提供的是一套系统可支持多种运动(单轴、多轴、各种角度范围、精密度、集中式控制)、多种伺服系统(各种尺寸大小、运动方式、功率)、多种电流、电压规格、多种反馈方式(绝对式、增量式、模拟量等)、多种伺服电机(直线电机、音圈电机、力矩电机等)。除了各类通用型行业设备市场之外,埃莫还专门针对特殊应用环境开发出了一系列成熟方案,如可适用于超低温、高海拔、高湿度条件下的伺服驱动/控制产品等。

在网络性能的开发上,埃莫是目前少数几家通过EtherCAT一致性测试的厂商之一。在埃莫新推出的白金版Maestro运动控制器中,同样支持EtherCAT通讯标准协议,在开放的网络架构之下,系统可实现与任何其他产品快速而简单的集成,满足网络环境中对各种功率、速度、总线负载操作的可靠性要求,从而使得系统具有高速、高效的网络传输性能及最优化的多轴同步功能。

无刷直流电机绝对是电机驱动器中最酷的一款产品

有充分的理由说无刷直流电机绝对是电机驱动器中最酷的一款产品。您可以获得更高的效率、功率和扭矩,更低的噪音、电磁干扰(EMI及振动,更长的电池及电机寿命,更快的速度,更好的产品,更多的惊喜、乐趣和朋友,更好看的外观以及无数追随者的崇敬。这份清单使我可能已经渐渐陷于自己的希望和梦想(见图1因此我只能说“结果可能会各不相同”

图1无刷DC希望和梦想的支持者

无刷直流电机驱动的乐趣在于算法。您可以实现有传感器或无传感器监控、梯形或正弦控制、磁场定向控制(FOC或换向。可选方案和烹饪鸡蛋的方法一样多—但事实上,只有十种真正称得上是独特的其他方法只是做了一个小小的变化)但是现在不打算谈论这些。将要讨论“方法零”为电机驱动系统设计硬件。这一步,您随时可离开。图2所示为我对此现象的印象。

图2舒适度随着电压水平和模拟内容线性下降

对于其余六个读卡器,许多无刷直流电机系统旨在追求高功率和高效率,这意味着最好的实现方式是用分立式MOSFET控制栅极驱动器的微控制器(MCU您测试出最佳的速度环路算法来控制您的电机之前,您只需将MCU智能与MOSFET原始电流驱动能力连接即可。栅极驱动器充当MCU逻辑域与MOSFET和电动机的功率域之间的转换器。有两种可以实现这种转换器的架构:分立式栅极驱动器和集成式栅极驱动器。有很多原因说服你任选其一。分立式驱动器提供最高的电源电压支持和最优的性能,但需要更多的组件并且缺乏维护功能。集成式驱动器为电机驱动器提供更具针对性的解决方案,但不会为您提供电压支持或分立式栅极驱动器的超高性能。除在一个芯片上使用三个分立式栅极驱动器外,像DRV8320这样的集成式驱动器还可以提供附加功能,如栅极驱动电源、感应放大器、功率器件或集成式栅极驱动无源器件。刚刚略读上述段落的读者可以看下表1

表 1:分立式栅极驱动器与集成式栅极驱动器;表中的细节比段落细节更多!

本系列的第2局部中,将创立并展示分立驱动器和集成驱动器之间的原理图和布局差异,以检测我落实原理图和布局的能力。

集成式智能功率模块解决电机控制难题

电机是多数电器设备的核心组件,也是最消耗电能的装置,如果能够有效率地控制电机的运作,将对能源的利用有极大的协助,符合世界节能减排的趋势。通过智能功率模块的协助,将能够有效提升电机的运作效率,让我来进一步了解智能功率模块的特性。

提高电机控制应用的效率和可靠性

由于对高能效、环境责任和满足政府法规的需求不时增加,对高效电子系统的需求也越来越严苛。由于电机消耗的电能占比最大(占全球总能耗的40%~50%同时具备高效和可靠性能的电机控制解决方案将非常重要。

当前电机控制架构的主要设计考虑和难点很多,其中包括必需考虑电机的运作效率、可靠性,并降低噪声与热性能,还要考虑如何缩减电路板空间及易于设计整个系统。

飞兆半导体于2016年并入安森美半导体,使得安森美半导体的智能功率模块产品线更为完整。功率半导体技术方面有多年专业经验的飞兆半导体,推出了MotionSPM?智能功率模块,综合了其在功率半导体技术方面的多年专长、先进的封装技术和应用知识,开发出适用于电机控制和工业变频器应用的解决方案。通过将电机驱动和维护电路集成到单个封装中,SPM模块简化并加快了系统设计,有助于优化效率。SPM模块提供全功能、高性能三相逆变输出级和优化的栅极驱动技术,最大水平地减少了电磁干扰(EMI和损耗,并提供模块内保护功能。

MotionSPM?智能功率模块内置的高压集成电路(HVIC可将得到逻辑电平栅极输入,转换为驱动模块的内部MOSFET或绝缘栅双极晶体管(IGBT所需的高电压、高电流驱动信号。三个独立的源极/发射极开路引脚可用于各相位,以支持最广泛的控制算法。

MotionSPM?产品组合电压范围包括40V至1200V功率支持20W至7.5kW提供设计可缩放性,能够进一步缩短上市时间,各种各样的封装选项可以协助设计人员缩小外形尺寸。集成式SPM模块覆盖各种电机驱动应用,从小型风扇电机、泵、电动工具和家用电器到高功率空调设备和工业驱动。SPM模块还支持设计工具、参考设计和评估板,能够简化和缩短设计周期。

MotionSPM?产品组合中的SPM3功率模块系列,支持600V和1200V适用于功率高达3kW广泛功率应用,独立的发射极开路引脚适用于各相位,可支持最广泛的控制算法。SPM3模块支持具有非常低热阻的封装,包括Al2O3DBC陶瓷基板和FULLPA K可供客户选用。

SPM3功率模块已经通过UL第E209204UL1557认证,具有低功耗的NPTTrenchIGBT耐压1200V器件 和FS3IGBT局部耐压600V新产品)通过内置自举二极管和热检测装置(TSU实现更强、更完整的维护功能,拥有更高的抗噪声和浪涌能力,可提供更佳的可靠性,采用DBC基板1.1℃/W最大值)来实现更佳的热性能,最大额定电流值扩大至50A

SPM3功率模块系列中的FNB33060T一款先进的SPM?3模块,支持600V-30A三相IGBT逆变器,带积分栅极驱动器和保护功能,采用低功耗、额定短路IGBT使用Al2O3陶瓷基质实现极低热阻,内置自举二极管和专用Vs引脚简化PCB布局,具备低侧IGBT独立发射极开路引脚可用于三相电流检测,采用单相接地电源,支持LVIC内置温度感测功能,可用于监控温度,并已针对5kHz开关频率进行优化,绝缘等级可达2500Vrms/分。

还有其他几款型号功能近似,主要是电压与安培数不同,像是FNB34060T可支持600V-40AFNB35060T则是支持600V-50AFSBB10CH120DF可支持1200V-10AFSBB15CH120DF则是1200V-15AFSBB20CH120DF则可支持1200V-20A多样化的选择,可以满足用户不同的需求。

SPM3功率模块系列的所有器件都是引脚兼容的包括有从3A ~50A /600V和10~20A /1200V广泛产品涵盖范围,拥有卓越的散热性能和低损耗,相当适合大功率空调(3HP?7HP紧凑型工业级变频器、工业泵、工业风扇电机、伺服驱动器、交流感应、无刷直流(BLDC和永磁同步(PMSM电机类型等典型的应用。

安森美半导体继续地扩展MotionSPM?产品组合,并不时改进制造工艺、创新的拓扑,以及系统专业知识,以协助电路设计工程师开发出适用于任何电机控制应用的解决方案,并提供最广泛的封装种类,具备热性能优化封装,高功率密度和可稳健地装配等优势,拥有更佳的耐用性、优化的导通和开关损耗,有助于增加可靠性和减少设计时间,高电压电机控制应用的理想选择。

无刷栅极驱动器设计

可以整天谈论功能和优点,但工程师想看的一些真正的电路。这篇博文中,将直接比拟分立式和集成式栅极驱动架构,展示两者的电路板级差异。

原理图和布局比较的两个关键指标是组件数量和解决方案尺寸。第一个度量标准是元件数量。这在原理图完成后可以相对容易地找到然而,解决方案尺寸的估算更加复杂。经常看到集成电路元件尺寸上简单标注的解决方案尺寸。但是发现这其实非常不准确,因为它并未考虑外部元件、元件与电路板上的布线之间需要的间隙。

外地设计软件上花费了一些时间,为无刷直流电机驱动器创立分立式和集成式栅极驱动器架构的并行原理图和布局。选择了TI一款分立式栅极驱动器和DRV8320作为我集成式栅极驱动器。另外,使用了NexFET?功率MOSFET规范QFN封装。虽然这种设计恰好使用规范分立式FET但TI最近推出了两款可用于此应用的垂直集成的半桥式电源块,节省了更多的设计空间。这个运用使我因自己贫乏的电路图和布局技巧倍感压力,但是希望这些图片对那些想要比拟这两种无刷直流架构的人有所帮助。

无刷直流电机一般采用方波驱动

无刷直流电机因无励磁绕组,无换向器、无电刷、无滑环,使其结构比一般传统的交、直流电动机来得简单,运行较为可靠,维护较为简单。与鼠笼型感应电动机相比较,其结构的简单水平和运行的可靠性大体相当。由于没有励磁铁耗和铜耗,功率在300W以下时,其效率比同规格的用电流励磁的电机高10%~20%;和感应电动机相比,效率更高。

无刷直流电机一般采用方波驱动,采用霍尔传感器获得转子位置,通过此信号强制换相.这种方案控制方法简单,本钱低,目前电动车方案中应用广泛.但由于方波驱动换相时会呈现电流突变,导致转矩脉动较大,因此噪声指标差,难以在家电应用领域推广.而正弦驱动可以防止换相时的电流突变,虽然最大转矩会降低,但在噪声指标上有明显的优势.

通常永磁同步电机的控制都采用DSP,并且电机需要提供光电编码盘来精确检测转子位置,可以实现高精度控制,甚至可用在伺服系统中,但本钱会很高,家电应用对价格非常敏感,而且有些应用对性能要求不高,比方电风扇,保守的DSP矢量控制正弦驱动高本钱方案也比拟难推广.因此本文提出的采用8位单片机集成PWM发生器的正弦驱动方案有较高的市场价值.

一般正弦驱动直流无刷电机的气隙磁场是正弦波(也称为永磁同步电机)或是正弦波注入高次谐波后的磁场波形,定子多采用分布绕组,因此反电动势也是正弦波。三路霍尔传感器装置在转子上,每隔60°电角度输出变化一次,以此作为正弦波的同步信号,保证没有累积误差.

二、硬件结构

本方案的核心是一颗集成PWM发生器的8位单片机SH79F168,采用优化的单机器周期8051内核,内置16kFlash存储器,兼容保守8051所有硬件资源,采用JTA G仿真方式,内置16.6MHz振荡器,同时扩展了如下功能:

?双DPP指针.16位 x8乘法器和16位/8除法器.

?3通道12位带死区控制PWM,6路输出,输出极性可设,中心和边沿对齐模式

?集成故障检测功能,可瞬时关闭PWM输出.

?内置放大器和比较器,可用作电流放大采样和过流保护.

?提供硬件抗干扰措施.

?提供Flash自编程功能,可以模拟用做EEROM,方便存储参数.

主系统架构采用三相全控桥,自举升压驱动IC,控制地和功率地共享,采用IC内置放大器和ADC实现电流电压采样,节省电压/电流互感器,同时利用IC内部集成的比拟器和PWM故障检测功能实现过流保护.

三、霍尔相序自动测定

不管使用何种控制方式,都必需先知道Hall信号与转子位置的对应关系。Hall信号每60°电角度变化一次,共有6个值,以二极三相集中绕组为示意,如图1图2所示。

图1中可以看到三个Hall传感器在空间中依次相差120°电角度,转子磁极宽度为180°,设Ha装置在图2A绕组处,HbB绕组处,HcC绕组处。HallS极下输出1高阻输出,外部上拉)N极下输出0则转子顺时针旋转时,Hall信号的变化顺序是101001011010110100MSB=HcLSB=Ha每个Hall状态坚持60°电角度的时间。以转子磁势的位置来划分Hall区域,如图3所示。

图3Hall信号区域的划分

可以看出Hall信号区域的划分完全是由Hall传感器的装置位置决定的二二方式通电时,如AB相通电,则定子磁势Fa位置如图3所示,正好在110和010区域的分界处,此时若转子磁势Ff图标位置,则转子将顺时针转过60°电角度,然后Hall信号的输出变为010这时必需立刻使AC相通电,使Fa指向图4所示的位置,这样就可以带动转子转动。保守的方波控制就是采用这种方式.

图4转子位置变化后相应定子磁势位置

为了实现自动判别Hall输出信号与转子磁动势的位置关系,常采用的方法是将转子固定在图46个不同区域中,记录下对应的Hall信号值。图4中,若持续给AC相通电(电流从A流入,C流出)则Fa会停在图标的位置,而Ff最终也将停在Fa位置,而这个位置正好在两个不同的Hall信号区域之间,这样就无法准确的测出Hall输出信号与转子磁动势位置的对应关系。

本方案采用的方法是三相通电,先给ABAC相通电,如图5所示,定子磁动势指向一个Hall区域的正中间,这样转子也将停在此位置,此时记录下Hall输出。然后给ACBC相通电,如图6所示。

以此类推,接下来给BA BC通电;BA CA 通电;CBCA 通电;A BCB通电,分别记下相应的Hall值。有一点需要注意,最初给ABAC通电时,若此时转子磁动势Ff位置正好如图7所示,则转子将没有力矩,无法转到Fa位置,呈现死角,为了防止这种现象,采用正交驱动强制定位,给ABAC相通电之前先给BC两相通电,就可以避免。

四、正弦波控制方式

得知Hall输出信号与转子磁动势位置的关系之后,图7中,Ff位于图标的位置,方波驱动方式下,此时若给BC相通电,则Ff将逆时针旋转,为了能够让Ff旋转一周,尔后的通电顺序是BC-A C-A B-CB-CA -BA -BC反之,为了让Ff顺时针旋转,通电的顺序应该是CB-CA -BA -BC-A C-A B-CB

由电机基础理论可知:

T=K*Fa*Ff*sinθ

式中K为常数,Ff为定子磁动势,Fa为转子磁动势,θ为定子磁动势和转子磁动势的夹角,明显θ=90度时转矩最大.方波控制以六步运行,θ在60°到120度之间变化,因此不是恒定转矩,正弦波控制的目的就是控制定子磁链方向,尽量坚持定子磁链方向和转子磁链方向垂直.这也就是DSP矢量控制追求的目标—定子磁链定向控制).这样转矩最大且恒定.

要想获得上述效果,必需精确知道转子位置,一般的做法是采用光电编码盘,但成本较高,鉴于家电应用对动态性能要求不高,电机转速不会突变,60度电角度内可以认为电机匀速运行,因此本方案采用目前无刷电机标配的霍尔传感器.

图8中,一个360°电角度周期内电流按照t0t6顺序变化。因此可以在顺序中作出一个360度正弦波的表,每隔60度分段,通过读取3路霍尔的当前值,软件取不同的段,取出的数据和外部输入的速度给定系数(0~1之间)相乘,然后送入PWM发生器的占空比寄存器,就可以复现一个完整的360度正弦波,按上述描述,不考虑电机的瞬态响应,两次读表的间隔时间根据以下方法确定:定时器纪录电机转子每转过60度电角度所花费的时间,根据上两次60度电角度转子所花时间来预测下一个60度电角度需要多长时间.将此时间片除以60度表的数据量,就可以得知每次取表的间隔时间.

图8三相电流示意图

五、超前换相角处理

上述方案实现的理想状态下的电压驱动波形,只是保证电压矢量是和转子磁势方向基本垂直,实际上由于电机是感性负载,电机定子电流矢量滞后于定子电压矢量,因此定子磁势也滞后于定子电压矢量,也就是说,如果依照上述SPWM波形驱动电机,定子磁势和转子磁势夹角将小于90度,导致电机转矩不是最大,定子电流存在直轴分量,发生去磁效应,导致控制器的功率因素不高,因此需要加入超前换相处理.以便定子磁势和转子磁势夹角尽量接近90度.

实现起来其实很简单,只要在做正弦表时,将初始角度超前就可以了,不需要更改软件结构.更灵活一点的处置方法是给取表执针加一个偏移量,这样可以根据负载状况灵活设置超前换相角.

六、如何调速

从上文可以看出,SPWM调制波频率不是随意给出的而是根据Hall信号的变化随时调整的属于自控式变频,如果要调节电机速度,不能更改调制正弦波频率,而是修改调制波幅度,因此软件中取出的正弦表值会和外部的速度给定系数相乘后再写入PWM发生器的占空比寄存器中,调制幅度修改后,电机上的等效电压变化,然后速度发生变化,而正弦调制波的频率则依据转子霍尔信号主动调整.

七、总结

采用上述方案做成的控制器,实际运行效果比用方波控制噪声小,转动平滑,可实现无级调速,尤其适用于家用电风扇无刷电机控制或空调风扇控制。

全球产业转移 三大巨头出售电机业务

企业普亏,又一家国际巨头要变卖电机业务了!

近年来,电机市场瞬息万变,前有GEATB出卖电机业务,后有郑煤机收购BOSCH国际电机市场要变天,三大巨头甩手电机业务,中国企业接盘欲争三甲,中国财政支持推动企业跨国并购,实则有两重考虑。

一.全球产业转移 三大巨头出卖电机业务

1.GE1.42亿美金出卖电机业务

GEGenerElectricCompany-通用电气公司)美国大型跨国企业,成立于1892年,电机专业技术方面拥有130多年历史,具有一流的电机制造技术和健全的北美销售网络。但在2017年12月25日,被中国卧龙电气集团股份有限公司以1.42亿美金收购100%股份。

美国通用电气公司CEOJohnFlanneri表示,GE现在只关注三大业务:能源、航空和医疗设备,将收缩通用电气的全球结构。未来的GE将是一家焦点更为集中的工业企业。

话虽如此,但据记者了解,从2001年“9.11恐怖袭击以及2008年的全球金融危机后,GE电机电力等核心业务继续低迷,2017年10月公司大幅下调业绩预期并发出重组计划,要剥离超过200亿美元资产并大幅裁员。剥离业务、大幅裁员、资产重组…GE公司一直坚挺着不放弃,但终究是有心无力。

2.BOSCH5.45亿欧元出卖电机业务

Bosch德国博世集团)成立于1886年,全球第一大汽车技术供应商,电机业务占据全球市场17%份额,拥有汽车行业的顶级客户,其产品和系统解决方案闻名于世,BOSCH启停电机技术,欧洲目前50%以上的新车都安装了该套系统。

然而这样一家实力雄厚的国际顶尖企业,综合实力在德国工业中排前五,却在2018年1月4日被中国郑煤机(全称:郑州煤矿机械集团股份有限公司)正式宣布以5.45亿欧元胜利收购SGHold100%股份,此次收购是2018年中国电机行业首起大举动,郑煤机为此还向境外银行贷款3亿欧元。

关于Bosch为何要出卖电机业务,行业人士透露,全球产业转移的大背景下,电机行业的技术壁垒大大降低,国内自主零部件企业在这一领域实力不时提升,使得博世在电机领域的技术优势和市场份额都大不如以往,竞争压力不时增大。这种情况下,博世此举确实是审时度势,明智之举。

3.ATB以1.015欧元出卖电机业务

德国ATB电机集团是欧洲居领先地位的电动马达和驱动系统的制造商,具有超越80年驱动技术领域的经验,曾在2004年一举拿下英国、法国和塞尔维亚三个电机制造厂。ATB变卖电机业务已是旧闻,但作为全球极具影响力的企业,该段历史还是值得一提的

2010年6月,奥利地一家法院宣告A-TEC集团破产,资产重整打包出卖,2011年10月19日,中国卧龙控股集团有限公司作价1.015亿欧元完成了对奥地利ATB集团97.94%股份的收购兼并,成为ATB集团的实际控制人。

二.电机欲争全球三甲 财政支持推动跨国并购

从上面收购案例和以往的经验可见,中国企业十分热衷于跨国并购,近年来的海外并购数额以70%速度增长,成为亚太最具并购活力的地区。

此外,中国的海外并购也是相当热血,一旦发现可心的资产,便不惜本钱据为己有。上述电机行业的三大收购案,郑煤机为了胜利并购博世,不惜以公司与公司下属企业做担保,向境外银团申请贷款三亿欧元。明星企业卧龙电气豪举拿下两家,而据记者了解,同卧龙谈判达成之前,GE曾有意将出售的局部业务转让于ABB不过因为价格没谈拢,被ABB拒绝了而后中国企业通过协商与GE达成协议,以5.45亿欧元高价收购旗下部分电机业务。

中国业界曾将这种行为戏称为 18岁现象”供认这种并购行为在经济上不成熟,但却丝毫不减缓海外并购速度。有人曾计算,从中国近年来完成并购的联想、以及海尔和原打算购买优尼科的中海油、GEATBBOA SH这几项并购所涉资金来看,这需要中国卖一亿部计算机、一亿个冰箱和空调,再贴上一亿件衣服和一亿双鞋子,才干赚到这些利润。对于这些企业来说,这显然非企业的财力所及,那么,底是谁在推动中国的并购?

卧龙董事长陈建成说:跨国并购是为能早日实现‘全球电机NO.1目标,通过全球大规模并购实现全球经营基本格局后,卧龙将继续推进产业全球布局与经营体系整合工作,积极参与全球竞争,实现全球经营一体化。

近几年,卧龙继续聚焦电机制造核心业务,实施内生外延双轮驱动发展模式,海外市场收购了ATBOLISIRGE公司,同时先后在国内市场收购美的清江电机、章丘海尔电机、南阳防爆电机、鞍山荣信等多家电机制造企业。此次收购GE旗下的SIM电机业务,还签署了商标许可协议,欲借助SIM窗口,将公司产品以GE品牌销售至美洲市场,从而形成1+1>2产业协同模式。

除了企业全球化发展需要外,微电机世界网认为,推动中国并购的面前必定是中国政府之手。而中国政府推动外国企业海外并购,也有两重考虑。

一是中国经济生长隐忧渐显。由于市场竞争白热化,中国企业面临巨大挑战,大多数企业都面临利润下降的困境。这些企业希望通过扩大规模来降低成本,以赢得更多 利润空间。二是由于中国的外汇储藏总量过大,当前外汇供需不平衡的状态,于中国政府来说,通过对外投资、跨国并购等方式将美元花进来减少压力是合理选择。

此情况下,中国政府采取许多措施鼓励外国企业“走出去”并且政府部门将从政策和财政上为企业提供更多的支持,所以归根到底,推动中国企业并购热潮的推手还是政府“财政支持”

三相异步电动机“极数”

概念

三相异步电动机转速是分级的由电机的极数”决定的

三相异步电动机“极数”指定子磁场磁极的个数。定子绕组的连接方式不同,可形成定子磁场的不同极数。选择电动机的极数是由负荷需要的转速来确定的电动机的极数直接影响电动机的转速,电动机的电流只跟电动机的电压、功率有关系。

电动机转速=60x电动机频率/电动机极对数

分类

1.极数反映出电动机的同步转速

2极同步转速是3000r/min4极同步转速是1500r/min6极同步转速是1000r/min,8极同步转速是750r/min

绕组的一来一去才干组成回路,也就是磁极对数,成对出现的极就是磁极的意思,这些绕组当通过电流时会产生磁场,相应的就会有磁极。

三相交流电机每组线圈都会发生NS磁极,每个电机每相含有的磁极个数就是极数。由于磁极是成对出现的所以电机有2468极之分。

2.若三相交流电的频率为50Hz,则合成磁场的同步转速为50r/s,即3000r/min.

如果电动机的旋转磁场不止是一对磁极,进一步分析还可以得到同步转速n与磁场磁极对数p关系:n=60f/p.f为频率,单位为Hz.n单位为r/min

n与所接交流电的频率 f电机的磁极对数(P之间有严格的关系 ns=f/P

中国,电源频率为50赫,所以二极电机的同步转速为3000转/分,四极电机的同步转速为1500转/分,以此类推。异步电机转子的转速总是低于或高于其旋转磁场的转速,异步之名由此而来。异步电机转子转速与旋转磁场转速之差(称为转差)通常在10%以内。

由此可知,交流电机(不论是同步还是异步)转速都受电源频率的制约。因此,交流电机的调速比较困难,最好的方法是改变电源的频率,而以往要改变电源频率是比拟复杂的

所以70年代以前,要求调速的场所,多用直流电机。随着电力电子技术的发展,交流电动机的变频调速技术已开始得到实用。

3.交流三相异步电动机极数为总线圈组数除以三。

4.同步电动机的转速=60*频率/极对数(国工频为50Hz

异步电动机转速=60*频率/极对数)1-

转差率,用来表示转子转速n与磁场转速n0相差的水平的物理量。

另外,同等功率的电动机,转速越大,输出扭矩越小。

5.同步电机的极数

大容量的同步电机均为转极式,即转子为磁极,由励磁绕组通以直流电发生或由转子上的永磁体产生,而同步机的极对数就是转子磁极的对数。八极电机就是转子有8个磁极,2p=8,即此电机有4对磁极(公众号:泵管家)

一般汽轮发电机多为隐极式电机,极对数很少,一般为12对,而n=60f/p,所以他转速很高,最高可达3000转(工频)而水轮发电机的极数相当多,转子结构为凸极式,工艺比拟复杂,由于他极数很多,所以它转速很低,可能只有每秒几转!

识别方法:

1看转速比如1430r/min实际同步转速就是1500转,由转速公式:转速=时间(60秒)频率(50HZ除以磁极对数 一个磁极对为2个极,由此就可以算出 3000÷1500=2个磁极对 也就是4极电动机。

2看型号就更直接了例如 电动机型号是Y132M-4

Y三相异步电动机,其中三相异步电动机的产品名称代号还有:

YR为绕线式异步电动机;

YB为防爆型异步电动机;

YQ为高起动转距异步电动机;

YX3为高效异步电动机;

YE3为超高效异步电动机(现在买皖南电机的YE3系列还有国家的高效节能补贴哦!132机座中心高(mm一般功率和级数确定了中心高和机座长度也就确定了

M机座长度代号

4磁极数

3异步电机是以Y开头,鼠笼型为YR增安型为YA 然后是中心高和极数,例如YR400-45606KV异步鼠笼型电机中心高为400mm极数为4极,额定功率560KW额定电压6KV

选择方法

电机的功率大约等于水泵功率除水泵效率除电机效率。电机效率一般是0.85对应的电机功率分别告诉你5.5KW15KW转速是2900那么电机分别是5.5KW-2P和15KW-2P电机的转速=频率×60S÷(电机的极数÷2

向高端化发起冲击 致新精密成功鸣锣挂牌

2018年1月11日下午,江苏股权交易中心企业集中挂牌仪式隆重举行。据了解,本次挂牌的共有38家企业,其中常州市致新精密电子有限公司(以下简称“致新精密”胜利挂牌生长板。挂牌仪式的胜利举行,也意味着致新精密向资本市场迈出了重要的一步。

此次挂牌活动现场,致新精密企业领导就公司的主营业务、产品特色以及公司优势等进行了介绍,全方位展示了公司未来发展的战略布局。随后,致新精密代表人接受中心颁授的挂牌证书,并在台上敲响开市锣。

对于此次胜利挂牌。致新精密总经理陆文兴对《磁性元件与电源》记者表示:公司从成立至今已经有五六年了对于一家企业来说,想要发展壮大,往高端走是必定的并且我公司是一家高新技术企业,也一直在向高端发展,同时我拥有很多专利以及知识产权等,而这些都是冲击高端所作出的努力。而挂牌对我来说,也是一种学习。

谈到对未来的发展计划时,陆文兴还说道:目前来说,公司还专注于测试丈量领域,做好这一块的前提下,可能会计划进入能源检测行业,以响应国家的蓝天计划’和适应新能源的发展。

致新精密简介

常州市致新精密电子有限公司,业界一家领先的从事电子丈量仪器研发、生产和销售的高新技术企业。该公司于2011年成立,其主要业务有:LCR数字电桥、变压器综合测试仪、滤波器测试仪、安规测试仪、层间短路测试仪、非晶合金测试仪、超声水声阻抗分析仪、丈量测试系统解决方案定制等。其中,该公司2013年出产ZX278X系列变压器综合测试仪获得江苏省科学技术厅颁发的高新技术产品证书”并于2015年被江苏省科学技术厅认定为“高新技术企业”2016年通过ISO90012008质量管理体系认证。

致新精密临时致力于研发投入,曾获得“一种丈量仪器中的USBHID虚拟键盘通讯接口”等多项专利,致力于成为测试丈量领域的全球领先品牌。该公司为了更好地满足客户需求,坚持开放合作,并以客户需求驱动研发流程,围绕提升客户价值进行技术、产品、解决方案及业务管理的继续创新。研发领域广泛采用国际化的集成产品开发流程(IPD充沛理解客户需求的情况下,大大缩短产品的上市时间,协助市场和客户成功。

电动机功率和电动机电流

知道了电动机功率,也就知道了电动机电流,就有了空开(断路器)接触器和导线的选型依据。

一般把微型塑壳断路器叫做空开,有两个系列,一个是动力维护型—D型,一个是照明维护型—C型;用空开在选型时,注意事项:C型选取系数是1.5-2倍,D型选取系数是1.25-1.5倍。用总制型塑壳断路器选取系数是1.15倍即可。

空开选择:电机的额定电流乘以2.5倍,整定电流是电机的1.5倍就可以了,大陆普遍用红色表示L英文简写LLIVE线。这样保证频繁启动,也保证短路动作灵敏;接触器:交流接触器选择是电机流的2.5倍;电线选择:根据电流大小来选择的

例如,一台三相异步电机,7.5KW4极,其额定电路约为15A

1空开的选择:一般选用其额定电流1.5-2.5倍,电机的额定电流乘以2.5倍,整定电流是电机的1.5倍就可以了,这样保证频繁启动,也保证短路动作灵敏。

2接触器的选择:根据电机功率选择合适大小就行,1.5-2.5倍,还要注意辅助触点的匹配,不要到时候买回来辅助触点不够用。交流接触器选择是电机流的2.5倍。这样可以保证临时频繁工作。

3电线的选择:根据电机的额定电流15A 选择合适载流量的电线,如果电机频繁启动,选相对粗一点的线,反之可以相对细一点,载流量有相关计算口决,这里我选择4平方。

接触器选型,要分清它直接启动还是降压启动,还要看它重负载启动还是轻负载启动;对于直接启动或者重负载启动,考虑到启动过程的冲击电流以及产品的质量的可靠性一般选择是电动机额定电流的2-2.5足可,对于降压启动,如星三角启动器,主接触器选择电动机额定电流即可,接星形的接触器相对可以小一级配置。

导线我可以根据导线的平安载流量,查表求的也可以根据经验进行估算选型,同时也要考虑铜线的最小装置线径及机械强度问题。一般我根据电动机额定电流这样算导线的一个KW一个平方导线,这个导线是铝芯线,折合铜芯线要降一级选择。

电线平安载流量表

举个实例,15KW电动机选型。15KW电动机它估算电流是15*2=30A 左右。

空开选型是D型电流是30*1.25-1.5选择电流50A 为宜,C型选择63A

接触器直接启动选择65A 星三角降压启动,主接触器选择32A 星点接触器选择25A 即可。

直接启动用导线10平方,星三角降压启动用导线4平方即可,以上导线选择是铜芯线。

2电气中的零线、火线、地线

交流电源线分为零线(标志字母为”N”Neutralwire和火线(标志字母为”L”LiveWire和用电器相连还有地线—和大地相连的导线;火线、零线、地线都是连接在三孔插座的导线,火线与零线之间坚持呈正弦振荡式的压差。由于大地和零线电位相同,故火线与地线也坚持呈正弦振荡式的压差。当人体接触火线时,火线的电流通过人体流入大地或者零线,会发生触电事故,而接触零线则不会被电击的把外壳能导电的用电器的外壳与地线连接,漏电的情况下,电流会直接通过地线流入大地而不通过身体,从而防止发生触电事故。

零线(N主要应用于工作回路,从变压器中性点接地后引出主干线。

地线(PE不必于工作回路,只作为维护线。利用大地的绝对“0电压,当设备外壳发生漏电,电流会迅速流入大地,即使发生PE线有开路的情况,也会从附近的接地体流入大地。从变压器中性点接地后引出主干线并每间隔20-30米重复接地)

火线,就是电路中输送电的电源线。

也就是火线;蓝色代表NNEUPA L线,也就是零线;黄绿相间(俗称花线)表示地线(E线)

图解直流电机的工作原理

一.直流电机的物理模型图解释。这是分析直流电机的物理模型图。其中,固定部分有磁铁,这里称作主磁极;固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的)

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上图表示一台最简单的两极直流电机模型,它的固定部分(定子)上,装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S,在旋转部分(转子)上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈,线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上,此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘,由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上,换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2,当电枢旋转时,电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
二.直流发电机的工作原理
直流发电机的原理图
直流发电机是机械能转换为直流电能的电气设备。
如何转换?分以下步骤说明:
设原动机拖动转子以每分转n转转动;
电机内部的固定部分要有磁场。这个磁场可以是如图示的磁铁也可以是磁极铁心上绕套线圈,再通过直流电产生磁场。其中 If 称之为励磁电流。这种线圈每个磁极上有一个,也就是,电机有几个磁极就有几个励磁线圈,这几个线圈串联(或并联)起来就构成了励磁绕组。这里要注意各线圈通过电流的方向不可出错。在以上条件下环外导体将感应电势,其大小与磁通密度 B 、导体的有效长度 l 和导体切割磁场速度 v 三者的乘积成正比,其方向用右手定则判断。
但是要注意某一根转子导体的电势性质是交流电。而经电刷输出的电动势确是直流电了。这便是直流发电机的工作原理。如下动画演示:
三.直流电动机的工作原理

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直流电动机的原理图
对上一页所示的直流电机,如果去掉原动机,并给两个电刷加上直流电源,如上图(a)所示,则有直流电流从电刷 A 流入,经过线圈abcd,从电刷 B 流出,根据电磁力定律,载流导体ab和cd收到电磁力的作用,其方向可由左手定则判定,两段导体受到的力形成了一个转矩,使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图(b)所示的位置,电刷 A 和换向片2接触,电刷 B 和换向片1接触,直流电流从电刷 A 流入,在线圈中的流动方向是dcba,从电刷 B 流出。
此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定,它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的,但由于电刷和换向片的作用,在线圈中流过的电流是交流的,其产生的转矩的方向却是不变的。
实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成,同样是由多个线圈连接而成,以减少电动机电磁转矩的波动,绕组形式同发电机。如下动画演示:
将直流电动机的工作原理归结如下:
将直流电源通过电刷接通电枢绕组,使电枢导体有电流流过。
电机内部有磁场存在。
载流的转子(即电枢)导体将受到电磁力 f 的作用 f=Blia (左手定则)
所有导体产生的电磁力作用于转子,使转子以n(转/分)旋转,以便拖动机械负载。
§1.2直流电机的结构

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这是一台国产直流电机的结构装配图和结构剖面图。旋转电机都是由定子和转子两大部分组成,每一部分也都由电磁部分和机械部分组成,以便满足电磁作用的条件。换向极用来改善换向。
旋转电机 包括 定子(电磁部分,机械部分)和转子(机械部分,电磁部分 )
定子:
◇ 主磁极(励磁绕组 主极铁心)
◇ 换向极(绕组和铁心)
◇ 机座
◇ 端盖
◇ 电刷装置
转子:
◇ 电枢绕组
◇ 电枢铁心
◇ 换向器
◇ 转轴、风扇
●定子的主要部件包括:直流电机的定子由主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件组成。

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主磁极 主磁极的作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴,它的作用是使气隙磁阻减小,改善主磁极磁场分布,并使励磁绕组容易固定。为了减少转子转动时由于齿槽移动引起的铁耗,主磁极铁心采用1~1.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。主磁极上装有励磁绕组,整个主磁极用螺杆固定在机座上。主磁极的个数一定是偶数,励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按 N,S 极交替出现。
机座 ——机座有两个作用,一是作为主磁极的一部分,二是作为电机的结构框架。 机座中作为磁通通路叠部分称为磁轭。机座一般用厚钢板弯成筒形以后焊成,或者用铸钢件(小型机座用铸铁件)制成。机座的两端装有端盖。

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换向极 ——换向极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极,它的作用是改善直流电机的换向情况,使电机运行时不产生有害的火花。换向极结构和主磁极类似,是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成,并用螺杆固定在机座上。换向极的个数一般与主磁极的极数相等,在功率很小的直流电机中,也有不装换向极的。换向极绕组在使用中是和电枢绕组相串联的,要流过较大的电流,因此和主磁极的串励绕组一样,导线有较大的截面。
端盖 —— 端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子,将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还起防护作用。

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电刷装置——电刷装置是电枢电路的引出(或引入)装置,它由电刷,刷握,刷杆和连线等部分组成,右图所示,电刷是石墨或金属石墨组成的导电块,放在刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面,旋转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组,同极性的各刷杆用连线连在一起,再引到出线盒。刷杆装在可移动的刷杆座上,以便调整电刷的位置。
●转子的主要部件包括:
直流电机的转动部分称为转子,又称电枢。转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。

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电枢铁心 —— 电枢铁心既是主磁路的组成部分,又是电枢绕组支撑部分;电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗,铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的型号为DR530或DR510的硅钢片叠压夹紧而成,如左图所示。小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴上,大型电机的电枢铁心冲片先压装在转子支架上,然后再将支架固定在轴上。为改善通风,冲片可沿轴向分成几段,以构成径向通风道。

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电枢绕组——电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成,他是直流电机的电路部分,也是感生电动势,产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成,分上下两层嵌放在电枢铁心槽内,上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘(右图),并用槽楔压紧。大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。

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换向器——前面已经指出,在直流发电机中,换向器起整流作用,在直流电动机中,换向器起逆变作用,因此换向器是直流电机的关键部件之一。换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒,其间用云母片绝缘,两端再用两个V形环夹紧而构成,如图3-10所示。每个电枢线圈首端和尾端的引线,分别焊入相应换向片的升高片内。小型电机常用塑料换向器,这种换向器用换向片排成圆筒,再用塑料通过热压制成。