新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修課件 學(xué)習(xí)情境2：典型驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作原理

學(xué)習(xí)情境2新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修典型驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作原理目錄CONTENTS認(rèn)知交流異步電機(jī)任務(wù)1認(rèn)知永磁同步電機(jī)任務(wù)2認(rèn)知開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)任務(wù)3認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器任務(wù)4認(rèn)知交流異步電機(jī)學(xué)習(xí)任務(wù)12.1.1任務(wù)1：認(rèn)知交流異步電機(jī)三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)定子主要由定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座、底腳等部分組成。定子1.2.1.1任務(wù)1：認(rèn)知交流異步電機(jī)三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)(1)籠形繞組籠形繞組是一個(gè)自行閉合的短路繞組，由插入每個(gè)轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)條和兩端的端環(huán)構(gòu)成。由于去除鐵芯后，整個(gè)繞組形成一個(gè)圓籠形的閉合回路，故稱(chēng)為籠形繞組。轉(zhuǎn)子2.2.1.1任務(wù)1：認(rèn)知交流異步電機(jī)三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)（2）繞線型繞組繞線型轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌有用絕緣導(dǎo)線組成的三相繞組，繞組的三個(gè)出線端連接到裝在軸上的三個(gè)集電環(huán)上，再通過(guò)電刷引出。這種轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是可以在轉(zhuǎn)子繞組中串人外加電阻，以改善電機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速性能。與籠形轉(zhuǎn)子相比較，繞線型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，價(jià)格稍貴，通常用于要求起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，或需要調(diào)速的場(chǎng)合。轉(zhuǎn)子2.2.1.1任務(wù)1：認(rèn)知交流異步電機(jī)三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)異步電機(jī)的氣隙主磁場(chǎng)是由激磁電流產(chǎn)生的。由于激磁電流基本為無(wú)功電流，激磁電流越大，電機(jī)的無(wú)功分量也越多，功率因數(shù)也就越低。為減小激磁電流，提高電機(jī)的功率因數(shù)，異步電機(jī)的氣隙應(yīng)盡可能小，但一定要在電機(jī)裝配的工藝許可范圍內(nèi)。對(duì)于中小型電機(jī)，氣隙一般為0.2~2mm。氣隙3.2.1.2任務(wù)1：認(rèn)知交流異步電機(jī)三相異步電機(jī)的工作原理在三相異步電機(jī)的定子繞組中通入三相對(duì)稱(chēng)交流電流，將在電機(jī)的氣隙中產(chǎn)生以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中將切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向可由右手定則判定。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過(guò)端環(huán)閉合，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中會(huì)出現(xiàn)電流，轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用將產(chǎn)生電磁力，其方向可由左手定則判定。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所受的電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩將驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場(chǎng)一起旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，作為電機(jī)運(yùn)行。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體是靠電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電流使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的，異步電機(jī)又稱(chēng)為感應(yīng)電機(jī)。2.1.3任務(wù)1：認(rèn)知交流異步電機(jī)三相異步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)型號(hào)額定功率額定電壓額定電流額定功率功率因數(shù)連接方式絕緣等級(jí)額定溫升定額（工作制）2.1.4任務(wù)1：認(rèn)知交流異步電機(jī)三相異步電機(jī)的特點(diǎn)電動(dòng)汽車(chē)用交流異步電機(jī)所具有的優(yōu)點(diǎn)主要包括以下方面。1)小型輕量化;2)易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速大于10000r/min的高速旋轉(zhuǎn);3)高速低轉(zhuǎn)矩時(shí)運(yùn)行效率高;4)調(diào)速范圍寬，低速轉(zhuǎn)矩高;5)堅(jiān)固，可靠性高，成本低;6)控制裝置簡(jiǎn)單化、輕量化。認(rèn)知永磁同步電機(jī)學(xué)習(xí)任務(wù)22.2.1任務(wù)2：認(rèn)知永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)概述20世紀(jì)50年代，隨著高磁能積永磁體的出現(xiàn)，以永磁體作為勵(lì)磁源的直流電機(jī)得到快速發(fā)展。用永磁體代替電勵(lì)磁磁極可以使直流電機(jī)的體積大大減小。同樣，在同步電機(jī)的應(yīng)用上，以永磁體轉(zhuǎn)子替換電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子可以取消電刷和滑環(huán)，使電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，具.有更好的維護(hù)性。與此同時(shí)，隨著功率變換器件和晶閘管整流器件的出現(xiàn)，機(jī)械式換流器也被電子換流器替代。這兩大進(jìn)步促進(jìn)了永磁電機(jī)的發(fā)展。2.2.2任務(wù)2：認(rèn)知永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)的分類(lèi)永磁同步電機(jī)的分類(lèi)方法比較多。按工作主磁場(chǎng)方向的不同，可分為徑向磁場(chǎng)式和軸向磁場(chǎng)式;按電樞繞組位置的不同，可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式(常規(guī)式)和外轉(zhuǎn)子式;按轉(zhuǎn)子上有無(wú)起動(dòng)繞組，可分為無(wú)起動(dòng)繞組的電機(jī)(用于變頻器供電的場(chǎng)合，利用頻率的逐步升高而起動(dòng)，并隨著頻率的改變而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，常稱(chēng)為調(diào)速式永磁同步電機(jī))和有起動(dòng)繞組的電機(jī)(既可用于調(diào)速運(yùn)行，又可在某-頻率和電壓下利用起動(dòng)繞組所產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，常稱(chēng)為異步起動(dòng)永磁同步電機(jī))，異步起動(dòng)永磁同步電機(jī)用于頻率可調(diào)的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，形成一臺(tái)具有阻尼(起動(dòng))繞組的調(diào)速式永磁同步電機(jī);按供電電流波形的不同，可分為矩形波永磁同步電機(jī)和正弦波永磁同步電機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)永磁同步電機(jī))。2.2.3任務(wù)2：認(rèn)知永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)主要包括端蓋、機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組、轉(zhuǎn)子鐵芯、軸、軸承套、軸承及軸套等部分，此外還有轉(zhuǎn)子支撐部件、通風(fēng)孔或者冷卻水道、外部接線盒等。2.2.4任務(wù)2：認(rèn)知永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)的基本工作原理永磁同步電機(jī)的工作原理與交流同步電機(jī)類(lèi)似，都是通過(guò)定子繞組中的電流與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而定子繞組的結(jié)構(gòu)和連接形式及繞組中通人的電流和產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)共同決定著電機(jī)的工作模式和動(dòng)力輸出方式。只不過(guò)永磁同步電機(jī)是把交流同步電機(jī)轉(zhuǎn)子上的電勵(lì)磁用永磁體來(lái)代替產(chǎn)生磁場(chǎng)。參考前面對(duì)三相異步電機(jī)定子繞組磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生機(jī)理的分析可知，當(dāng)在永磁同步電機(jī)空間上互差120°電角度的三相定子繞組中通人時(shí)間上互差120°的三相電流時(shí)，定子繞組將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)恒幅的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)與同極數(shù)的轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間形成磁拉力,從而牽引轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)。2.2.5任務(wù)2：認(rèn)知永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)型號(hào)額定功率額定電壓額定電流額定功率功率因數(shù)連接方式絕緣等級(jí)額定溫升定額（工作制）2.2.6任務(wù)2：認(rèn)知永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1)用永磁體取代繞線式同步電機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁繞組，從而省去了勵(lì)磁線圈、集電環(huán)和電刷，以電子換相實(shí)現(xiàn)無(wú)刷運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠。2)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率間始終保持準(zhǔn)確的同步關(guān)系，控制電源頻率就能控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。3)永磁同步電機(jī)具有較硬的機(jī)械特性，對(duì)于因負(fù)載變化而引起的電機(jī)轉(zhuǎn)矩的擾動(dòng)具有較強(qiáng)的承受能力，瞬間最大轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的3倍以上，適合在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化較大的工況下運(yùn)行。4)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，無(wú)須勵(lì)磁，因此電機(jī)可以在很低的轉(zhuǎn)速下保持同步運(yùn)行，調(diào)速范圍大。5)永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)相比，不需要無(wú)功勵(lì)磁電流，因而功率因數(shù)高，定子電流和定子銅耗小，效率高。6)體積小和質(zhì)量小。近年來(lái)，隨著高性能永磁材料的不斷應(yīng)用，永磁同步電機(jī)的功率密度得到很大提高，和同容量的異步電機(jī)相比，體積和質(zhì)量都有較大的減少，從而適合應(yīng)用在許多特殊場(chǎng)合。7)結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣。2.2.7任務(wù)2：認(rèn)知永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)的缺點(diǎn)1)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁體，無(wú)法調(diào)節(jié)，必須通過(guò)加定子直軸去磁電流分量來(lái)削弱磁場(chǎng)，這會(huì)增大定子的電流，增加電機(jī)的銅耗。2)永磁同步電機(jī)的磁鋼價(jià)格較高。由此可見(jiàn)，永磁同步電機(jī)體積和質(zhì)量小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、功率密度高(可達(dá)1kW/kg),適合電動(dòng)汽車(chē)空間有限的特點(diǎn);另外，轉(zhuǎn)矩慣量比大、過(guò)載能力強(qiáng)，尤其低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩大，適合電動(dòng)汽車(chē)的起動(dòng)加速。因此，永磁同步電機(jī)得到國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)界的廣泛重視，并已在日本得到了普遍應(yīng)用，日本新研制的電動(dòng)汽車(chē)大多采用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。認(rèn)知開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)學(xué)習(xí)任務(wù)32.3.1任務(wù)3：認(rèn)知開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)概述開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是20世紀(jì)80年代初隨著電力電子、微電腦和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種新型調(diào)速電機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，調(diào)速范圍大，調(diào)速性能優(yōu)異，且在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高效率，系統(tǒng)可靠性高。目前，開(kāi)關(guān)磁組電機(jī)已廣泛應(yīng)用在儀器儀表、家電、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。2.3.2任務(wù)3：認(rèn)知開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，采用雙凸極結(jié)構(gòu)，其定、轉(zhuǎn)子均由硅鋼片沖壓而成，定子上繞有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)構(gòu)成一相;而轉(zhuǎn)子上既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，這樣既減輕了質(zhì)量，降低了制造成本，又能使電機(jī)更好地適應(yīng)超高速的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。2.3.3任務(wù)3：認(rèn)知開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的基本原理開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理與直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)等傳統(tǒng)電機(jī)有很大的不同。傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩由通電導(dǎo)體在N、S極磁場(chǎng)中受力而產(chǎn)生，其本質(zhì)為洛倫茲力，由電流和磁場(chǎng)的相量積得到。而開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子在不同位置處儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能的變化產(chǎn)生的，其本質(zhì)是磁阻力，遵循的是磁阻最小原理，即磁鏈總是沿著使磁阻達(dá)到最小的路徑閉合。2.3.3任務(wù)3：認(rèn)知開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的基本原理要使電機(jī)正常工作，首先要有變頻電源產(chǎn)生一系列的脈沖電流，依次供給定子各相繞組;其次，各相繞組的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間必須與轉(zhuǎn)子位置同步。為此，電機(jī)的軸上應(yīng)裝有位置傳感器，并通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行定子各相繞組的準(zhǔn)確換相，以確保形成單向和平穩(wěn)的電磁轉(zhuǎn)矩。因此，確切地講，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是由磁阻電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置傳感器、變頻電源和控制系統(tǒng)四部分組成的一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。2.3.4任務(wù)3：認(rèn)知開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子.上沒(méi)有任何形式的繞組;定子上只有簡(jiǎn)單的集中繞組，端部較短，沒(méi)有相間跨接線。因此，具有制造工序少、成本低、工作可靠、維修量小等優(yōu)點(diǎn)。2)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式對(duì)轉(zhuǎn)速的限制小，可用于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合，而且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在電流每次換相時(shí)可以隨時(shí)改變相匝轉(zhuǎn)矩的大小和方向，因而系統(tǒng)有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。3)損耗主要產(chǎn)生在定子上，電機(jī)易于冷卻;轉(zhuǎn)子無(wú)永磁體，可允許有較高的溫升。4)轉(zhuǎn)矩與電流極性無(wú)關(guān)，只需要單向的電流激勵(lì)，在理想條件下功率變換電路中每相可以只用一個(gè)開(kāi)關(guān)元件，且與電機(jī)繞組串聯(lián)，不會(huì)像PWM逆變器電源那樣存在兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件直通的危險(xiǎn)。因此，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的線路簡(jiǎn)單，可靠性高，成本也低于PWM交流調(diào)速系統(tǒng)。2.3.4任務(wù)3：認(rèn)知開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)5)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)電流的導(dǎo)通、斷開(kāi)和對(duì)幅值的控制得到滿(mǎn)足不同負(fù)載要求的機(jī)械特性，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟起動(dòng)和四象限運(yùn)行等功能，控制靈活。另外，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)屬于自同步系統(tǒng)運(yùn)行，不會(huì)像變頻供電的感應(yīng)電機(jī)那樣在低頻時(shí)出現(xiàn)不穩(wěn)定和振蕩問(wèn)題。6)由于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)采用了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法及相應(yīng)的控制技巧，其單位出力可以與感應(yīng)電機(jī)相媲美，甚至還略占優(yōu)勢(shì)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率和功率密度在較大的速度和負(fù)載范圍內(nèi)都可以維持在較高水平。7)適用于頻繁起動(dòng)、停止和正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。2.3.5任務(wù)3：認(rèn)知開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的缺點(diǎn)1)運(yùn)行時(shí)有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。由開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行原理可知，其磁場(chǎng)是跳躍性旋轉(zhuǎn)的，故其電磁轉(zhuǎn)矩是由一系列脈沖轉(zhuǎn)矩疊加而成的，由于雙凸極結(jié)構(gòu)和磁路飽和非線性的影響，其合成轉(zhuǎn)矩不是一個(gè)恒定轉(zhuǎn)矩，而有一定的諧波分量，因而影響了其低速運(yùn)行性能。2)傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲與震動(dòng)比一般電機(jī)大。3)引出線較多。由于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)上裝有位置傳感器和電流傳感器，其引線要比一般的電機(jī)復(fù)雜一些。4)脈沖電流對(duì)供電電源有影響。2.3.6任務(wù)3：認(rèn)知開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的功率變換器理想的功率變換器主電路結(jié)構(gòu)應(yīng)同時(shí)具備以下條件1)少而有效的主開(kāi)關(guān)器件。2)可以將全部電源電壓加給電機(jī)繞組。3)可以通過(guò)主開(kāi)關(guān)器件調(diào)制有效控制每相電流。4)可以迅速增加相繞組電流。5)在負(fù)半軸繞組磁鏈減少的同時(shí)，能將能量回饋給電源。認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器學(xué)習(xí)任務(wù)42.4.1任務(wù)4：認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器1.旋轉(zhuǎn)變壓器概述旋轉(zhuǎn)變壓器是一種電磁式傳感器，又稱(chēng)同步分解器。它是一一種測(cè)量角度用的小型交流電機(jī)，用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組作為變壓器的原邊，接受勵(lì)磁電壓，勵(lì)磁頻率通常用400Hz、3000Hz及5000Hz等。轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的副邊，通過(guò)電磁耦合得到感應(yīng)電壓。2.4.1任務(wù)4：認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器2.旋轉(zhuǎn)變壓器的分類(lèi)1)按旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)，一般有兩極繞組和四極繞組兩種結(jié)構(gòu)形式。兩極繞組旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對(duì)磁極，四極繞組則各有兩對(duì)磁極，主要用于高精度的檢測(cè)系統(tǒng)。除此之外，還有多極式旋轉(zhuǎn)變壓器，用于高精度絕對(duì)式檢測(cè)系統(tǒng)。2)按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系，主要分三大類(lèi)旋轉(zhuǎn)變壓器:①正-余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系呈正弦或余弦函數(shù)關(guān)系;②線性旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈線性函數(shù)關(guān)系(線性旋轉(zhuǎn)變壓器按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分成隱極式和凸極式兩種);③比例式旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸出電壓與轉(zhuǎn)角呈比例關(guān)系。2.4.1任務(wù)4：認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器3.旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理如圖所示，旋轉(zhuǎn)變壓器包含三個(gè)繞組，即-一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組和兩個(gè)定子繞組。轉(zhuǎn)子繞組隨馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，定子繞組位置固定且兩個(gè)定子互為90°角。這樣，繞組形成了一個(gè)具有角度依賴(lài)系數(shù)的變壓器。2.4.1任務(wù)4：認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器3.旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理將施加在轉(zhuǎn)子繞組.上的正弦載波耦合至定子繞組，對(duì)定子繞組輸出進(jìn)行與轉(zhuǎn)子繞組角度相關(guān)的幅度調(diào)制。由于安裝位置的原因，兩個(gè)定子繞組調(diào)制輸出信號(hào)的相位差為90°。通過(guò)解調(diào)兩個(gè)信號(hào)可以獲得馬達(dá)的角度位置信息，具體方法為:首先要接收純正弦波及余弦波,然后將其相除得到該角度的正切值，最終通過(guò)反正切函數(shù)求出角度值。由于旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上保證了其定子和轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)一周)之間空氣間隙內(nèi)磁通分布符合正弦規(guī)律，當(dāng)激磁電壓加到定子繞組時(shí)，通過(guò)電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組便產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。2.4.1任務(wù)4：認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器3.旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到使用的方便性和檢測(cè)精度等因素，常采用四極繞組式旋轉(zhuǎn)變壓器。這種結(jié)構(gòu)形式的旋轉(zhuǎn)變壓器可分為鑒相式和鑒幅式兩種工作方式。鑒相式工作方式是一種根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)的相位來(lái)確定被測(cè)位移大小的檢測(cè)方式。如圖所示，定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組均由兩個(gè)匝數(shù)相等且互相垂直的繞組組成。2.4.1任務(wù)4：認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器4.旋轉(zhuǎn)變壓器與光電編碼器比較的優(yōu)缺點(diǎn)旋轉(zhuǎn)變壓器和光電編碼器是目前伺服領(lǐng)域應(yīng)用最廣的測(cè)量元件，其用途類(lèi)似光電編碼器，其原理和特性上的區(qū)別決定了其應(yīng)用場(chǎng)合和使用方法的不同。光電編碼器直接輸出數(shù)字信號(hào)，處理電路簡(jiǎn)單，噪聲容限大，容易提高分辨率，缺點(diǎn)是不耐沖擊，不耐高溫，易受輻射干擾，因此不宜用在軍事和太空領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)變壓器具有耐沖擊、耐高溫、耐油污、可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是輸出為調(diào)制的模擬信號(hào)，輸出信號(hào)解算較復(fù)雜。由于振動(dòng)沖擊等的影響，電動(dòng)汽車(chē)上驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量永磁電機(jī)磁場(chǎng)位置和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。2.4.2任務(wù)4：認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器霍爾轉(zhuǎn)速傳感器1.霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一一種，這--現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢(shì)差也被稱(chēng)為霍爾電勢(shì)差，如圖所示?；魻栃?yīng)應(yīng)使用左手定則判斷。2.4.2任務(wù)4：認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器霍爾轉(zhuǎn)速傳感器2.齒輪式霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)齒輪式霍爾轉(zhuǎn)速傳感器也由傳感頭和齒圈組成。傳感頭由永磁體、霍爾元件和電子電路等組成，永磁體的磁力線穿過(guò)霍爾元件通向齒輪。2.4.2任務(wù)4：認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器霍爾轉(zhuǎn)速傳感器3.齒輪式霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理當(dāng)齒輪位于圖(a)中所示位置時(shí)，穿過(guò)霍爾元件的磁力線分散，磁場(chǎng)相對(duì)較弱;而當(dāng)齒輪位于圖(b)中所示位置時(shí)，穿過(guò)霍爾元件的磁力線集中，磁場(chǎng)相對(duì)較強(qiáng)。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，從而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一一個(gè)毫伏(mV)級(jí)的準(zhǔn)正弦波電壓。此信號(hào)還需由電子電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的脈