电机传感器:内行人士更专业——凭借智能电机传感器深入其中

2021/10/30 03:45 · 传感器知识资讯 ·  · 电机传感器:内行人士更专业——凭借智能电机传感器深入其中已关闭评论
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电机传感器:内行人士更专业——凭借智能电机传感器深入其中sHub?——利用合力大步前进发展仍在继续。传感器中枢在SICK称为sHub?,说明智能电机传感器的扩展阶段。其将来自智能电机传感器和电机内安装的其他传感器的数据集合起来。以此实现真正的传感器融合。sHub?可“收集”智能电机传感

电机传感器:内行人士更专业——凭借智能电机传感器深入其中

sHub? ——利用合力大步前进

发展仍在继续。传感器中枢在 SICK 称为 sHub?,说明智能电机传感器的扩展阶段。其将来自智能电机传感器和电机内安装的其他传感器的数据集合起来。以此实现真正的传感器融合。sHub? 可“收集”智能电机传感器的数据(如安全位置和速度的相关数据)以及其他传感器的信息,如温度、冲击、振动和湿度。sHub? 将这样集中起来的数据量通过 HIPERFACE DSL? 的现有数据线同步传送至驱动器。在这种情况下,智能电机传感器和 sHub? 成为通往工业 4.0 智能工厂路上的重要模块。
电机传感器:内行人士更专业——凭借智能电机传感器深入其中  第1张

电机传感器:感应电机

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感应电机
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感应电机
[1]
是指一种定转子之间靠电磁感应作用,在转子内感应电流以实现机电能量转换的电机。感应电机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是主磁路的一部分,一般由厚0.5mm的硅钢片叠成,铁心固定在转轴或转子支架上。整个转子的外表呈圆柱形。转子绕组分为笼型和绕线型两类。正常情况下,感应电机的转子转速总是略低或略高于旋转磁场的转速(同步转速),因此感应电机又称为“异步电机”。感应电机的负载发生变化时,转子的转速和转差率将随之而变化,使转子 导体中的电动势、电流和电磁转矩发生相应的变化,以适应负载的需要。按照转 差率的正负和大小,感应电机有电动机、发电机和电磁制动三种运行状态。
中文名
感应电机
外文名
Induction Motor
别 名
异步电机
用 途
电动机
领 域
能源
学 科
电机学
目录
1
感应电机结构
?
笼型转子
?
绕线型转子
2
运行状态
3
额定值
4
类型
5
感应电机特征
6
优点
7
转速控制方法
8
矢量控制
感应电机感应电机结构
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感应电机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子铁心是主磁路的一部分。为了减少激磁电流和旋转磁场在铁心中产生的涡流和磁滞损耗,铁心由厚0.5mm、的硅钢片叠成。容量较大的电动机,硅钢片两面涂以绝缘漆作为片间绝缘。小型定子铁心用硅钢片叠装、压紧成为一个整体后固定在机座内;中型和大型定子铁心由扇形冲片拼成.在定子铁心内圆,均匀地冲有许多形状相同的槽,用以嵌放定子绕组。小型感应电机通常采用半闭口槽和由高强度漆包线绕成的单层(散下式)绕组,线圈与铁心之间垫有槽绝缘。半闭口槽可以减少主磁路的磁阻,使激磁电流减少,但嵌线较不方便。中型感应电机通常采用半开口槽。大型高压感应电机都用开口槽.以便于嵌线。为了得到较好的电磁性能,中、大型感应电机都采用双层短距绕组
[2]
。转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是主磁路的一部分,一般由厚0.5mm的硅钢片叠成,铁心固定在转轴或转子支架上。整个转子的外表呈圆柱形。转子绕组分为笼型和绕线型两类
感应电机笼型转子
笼型绕组是一个自行闭合的绕组,它由插人每个转子槽中的导条和两端的环形端环构成,如果去掉铁心,整个绕组形如一个“圆笼”,因此称为笼型绕组。为节约用铜和提高生产率,小型笼型电机一般都用铸铝转子;对中、大型电机.由于铸铝质量不易保证,故采用铜条插入转子槽内、再在两端焊上端环的结构。笼型感应电机结构简单、制造方便,是一种经济、耐用的电机。所以应用极广。
感应电机绕线型转子
绕线型转子的槽内嵌有用绝缘导线组成的三相绕组,绕组的三个出线端接到设置在转轴上的三个集电环上,再通过电刷引出.这种转子的特点是,可以在转子绕组中接人外加电阻,以改善电动机的起动和调速性能。与笼型转子相比较,绕线型转子结构稍复杂,价格稍贵,因此只在要求起动电流小、起动转矩大,或需要调遣的场合下使用
感应电机运行状态
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感应电机是利用电磁感应原理,通过定子的三相电流产生旋转磁场,并与转子绕组中的感应电流相互作用产生电磁转矩,以进行能量转换。正常情况下,感应电机的转子转速总是略低或略高于旋转磁场的转速(同步转速),因此感应电机又称为“异步电机
[1]
”。感应电机的负载发生变化时,转子的转速和转差率将随之而变化,使转子导体中的电动势、电流和电磁转矩发生相应的变化,以适应负载的需要。按照转差率的正负和大小,感应电机有电动机、发电机和电磁制动三种运行状态。当转子转速低于旋转磁场的转速时(ns>n>0),转差率0ns),则转差率s<0。此时转子导体中的感应电动势以及电流的有功分量将与电动机状态时相反,因此电磁转矩的方向将与旋转磁场和转子转向两者相反,即电磁转矩为制动性质的转矩。为使转子持续地以高于旋转磁场的转速旋转.原动机的驱动转矩必须克服制动的电磁转矩;此时转子从原动机输入机械功率,通过电磁感应由定于输出电功率,电机处于发电机状态。若由机械或其他外因使转子逆着旋转磁场方向旋转(n<0),则转差率s>1。此时转子导体“切割”气隙磁场的相对速度方向与电动机状态时相同,故转子导体中的感应电动势和电流的有功分量与电动机状态时同方向,电磁转矩方向亦相同。但由于转子转向改变,故对转子而言,此电磁转矩表现为制动转矩。此时电机处于电磁制动状态,它一方面从外界输入机械功率,同时又从电网吸取电功率,两者都变成电机内部的损耗。
感应电机额定值
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感应电动机的额定值有:(1)额定功率PN:指电动机在额定状态下运行时,轴端愉出的机械功率.单位为千瓦(kw)
[1]
。(2)定子额定电压UN:指电机在额定状态下运行时,定子绕组应加的线电压。单位为伏(v)。(3)定子额定电流IN/”指电机在额定电压下运行,输出功率达到额定功率时,流入定子绕组的线电流,单位为安(A)。(4)额定频率fN指加于定子边的电源频率,我国工频规定为50赫(Hz)。(5)额定转速nN电机在额定状态下运行时转子的转速,单位为转/分(r/min)。除上述数据外,铭牌上有时还标明额定运行时电机的功率因数、效率、温升、定额等。对绕线型电机,还常标出转子电压和转子额定电流等数据。
感应电机类型
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功率强大的AC感应电机慢慢发展为标准的电机设计类型,其特点是效率高,且价格具诱惑力。美国国家电气制造协会(National Electrical Manufacturers Association, NEMA)已经开发了针对于此的规范,名为NEMA A、B、C和D电机类型,将典型电机特性标准化,如起动电流、转差、转矩点,以适应各种不同的负载应用。以下是NEMA电机类型的纲要:类型A:常规起动转矩(通常为额定的150-170%),相应起动电流高。极限转矩是所有NEMA类型中最高的。能在短时间内处理重负荷。转差小于或等于5%。一个典型的应用是注塑机械的电机。类型B:是AC感应电机中类型最多的电机。它的起动转矩与类型A的相似,但有时还要低,提供较低的起动电流。但是,它在工业应用中锁定转子转矩,仍然允许起动负载。转差小于或等于5%。电机效率和满载功率因素比较高。典型的应用包括泵、风扇、和机床。类型C:提供高起动转矩(高于类型A和B,通常超过额定的200%)。它常用于驱动重起步负载。这些电机几乎可运行在全速时,而不出现过载。起动电流低。转差小于或等于5%。类型D:在所有NEMA电机类型中,是能提供最高的起动转矩的电机。起动电流和满载速度低。高转差值(5-13%),电机适用于在电机运行速度中,没有负载变换或没有剧烈变换时,例如调速轮能量存储的机械。不少类型的子分类还包括更宽的转差范围。这种电机类型一般是特殊定制的。这些电机的速度-转矩特性各不相同。定转子转矩(起动转矩)指最小转矩,由转子停止时产生,此时为额定电压和频率。极限转矩是最大转矩,在突然的电机速度降低前产生,出现额定速度(额定电压和频率)。拉升转矩是最小转矩,在电机的速度从停止一直到速度点时产生,此时极限转矩出现。欧洲及全球的电机市场 有不同的电机类型和规范,并由IEC定义。其中一个IEC感应电机类型,名为N类型,运行特性与NEMA的A和B类型有可比之处。
感应电机感应电机特征
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1、感应运转型感应电机不只在启动时,在运转时也使用辅助线圈和电容器。虽然启动转矩不是很大,但其结构简单,信赖度高,效率也高。2、可以连续运转。3、随负荷的大小,电机的额定转速也会改变。4、使用于不需要速度制动的应用场合。5、用E种绝缘等级,而UL型电机则用A种。6、有感应运转型单相感应电机和三相感应电机两种。7、单相电机为感应运转型感应电机,效率高,噪声低。8、单相感应电机运转时,产生与旋转方向相反的转矩,因此不可能在短时间内改变方向。应在电机完全停止以后,再转换其旋转方向。9、单相电机的电源有A(110V 60Hz)、B(220V 60Hz)、C(100V 50/60Hz)、D(200V 50/60Hz)、E(115V 60Hz)、X(200-240V50Hz)等。10、三相电机的电源有U(200V 50/60Hz)、T(220V 50/60Hz)、S(380-440V 50/60Hz)等。感应电机中的的转子没有具体的电连接。
感应电机优点
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1)小型轻量化;2)易实现转速超过r/min的高速旋转;3)高速低转矩时运转效率高;4)低速时有高转矩,以及有宽泛的速度控制范围;5)高可靠性(坚固);6)制造成本低;7)控制装置的简单化;缺点:功率因数滞后,轻载功率因数低,调速性能稍差。感应电机是异步电机的一种,由于异步电机主要是感应电机,所以也有人直接在定义时候将异步电机定义为感应电机。但异步电机不仅包括感应电机还包括双馈异步电机和交流换向器电机。
[3]
感应电机转速控制方法
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可以通过以下两种方法来改变感应电机的转速:①改变定子的端电压。②改变定子的频率。新能源汽车电机的输出转矩可随定子的端电压变化而变化。注意,电压的变化不会改变电机最大转矩所对应的转速差。
[4]
感应电机矢量控制
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在感应电机的稳态学习中我们知道,感应电机调速方法很多,变压、变频、变极及绕线转子感应电动机转子回路串电阻或串入附加电动势(串级调速或双馈调速)都可以调节电机的转速。但多年以来的研究和实践表明,变频调速是感应电动机最理想的调速方法。基于感应电机稳态模型的恒压频比控制或电压-频率协调控制,虽然在一定转速范围内实现高效率的平滑调速,从而满足一般生产机械对调速系统的要求,但是由于电机内部存在的耦合效应,系统动态响应缓慢,对于需要高动态性能的应用场合,就不能满足要求。要实现高动态性能的调速系统或伺服系统,必须依据感应电动机的动态数学模型来设计控制系统。在各种基于动态数学模型的交流调速方法中,目前最为广泛应用的就是矢量控制
[5]

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参考资料
1.

汪国良. 电机学[M]. 中国电力出版社, 2005.
2.

辜承林. 电机学[M]. 中国电力出版社, 2006.
3.

感应电动机的优缺点分析
.电动汽车网[引用日期2015-06-24]
4.

感应电机的转速控制方法
.电动汽车网[引用日期2015-06-24]
5.

金苏江. 基于DSP的三相感应电机矢量控制系统设计[D]. 苏州大学, 2008.
电机传感器:内行人士更专业——凭借智能电机传感器深入其中  第2张

电机传感器:电机位置传感器

电动汽车导致对 BLDC(无刷直流)电机应用(例如转向、制动、EV 和 HEV 牵引驱动)的需求迅速增长。
所有适用于上述应用的 BLDC 电机都需要一台设备来检测转子角位置,从而实现精确换向控制。
HELLA 的 MPS(电机位置传感器)基于著名的 CIPOS?(非接触式电感位置传感器)技术,可提供精确测量。HELLA MPS 是一种先进的位置传感器解决方案,用于解决电动汽车应用中现有解决方案(如解算器和磁性传感器)无法适当避免电干扰的主要挑战,从而在电动汽车中提供精确信号。
HELLA MPS 由配有发射器和接收器线圈的 PCB(定子)、用于电子控制和评估的 IC(集成电路)以及连接到电机轴的金属转子组成。通过评估传输、接收器线圈和转子的高频交变电场 (AC) 的相互作用,MPS 会提供解调、过滤和受限的模拟 SIN/COS 或数字 SPI 信号,具体取决于正在使用的 ASIC。
HELLA MPS 的优势:

通过精确的电机位置直接启动时的有效传感器功率

在强电流磁通密度和杂散磁场中稳定

不使用磁体或磁性物质

灵活集成,适用于所有采用轴端、轴上(分段变体)和通孔装配方式的机械设计

适用于 BLDC、PMSM(永磁同步电机)等 EC 电机,可轻松适应不同极对数

与解算器解决方案相比,该系统的重量和尺寸更小

技术参数

电机传感器:电机智能传感器

ABB Ability? Smart Sensor将传统的电机变成智能无线连接设备,只需将Smart Sensor安装到低压感应电机的框架上,无需布线或机械加工。ABB Ability? Smart Sensor利用算法,基于ABB积累的数十年电机专业知识,通过蓝牙网关或智能手机将电机运行和健康状况相关信息传给安全的服务器。
The ABB Ability? Smart Sensor获取有关振动、温度及其他参数的数据,它们可用于获取有关电机状况和性能的有意义的信息,使用户能够确定系统内的低效情形,并降低与运行和维护相关的风险。因此,维护工作可以根据实际需要而不是基于通用时间表来进行。这可以延长设备使用寿命,降低维护成本,并减少或防止因故障导致的意外停机。 ABB Ability? Smart Sensor电机智能传感器能帮助用户
确定系统内的低效情形
发现节能潜力
降低运营和维护风险
防止意外停机
延长设备使用寿命

产品亮点
易于安装和使用
无需布线或机械加工
通过内置无线Bluetooth? Low Energy(低功耗蓝牙)传输数据
数据通信使用行业标准加密协议
所有数据均安全存储于云端

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