《電子技術(shù)應用》
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電機的分類和應用

2015-08-13

  摘要:電機的種類劃分非常多,,往往讓人難以具體區(qū)分,。像伺服電機就有永磁同步伺服和感應伺服,,有直流伺服有交流伺服……讓我們來給電機家族做個人口普查吧!
  眾所周知,,電機是傳動以及控制系統(tǒng)中的重要組成部分,隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展,,電機在實際應用中的重點已經(jīng)開始從過去簡單的傳動向復雜的控制轉(zhuǎn)移,;尤其是對電機的速度、位置,、轉(zhuǎn)矩的精確控制,。但電機根據(jù)不同的應用會有不同的設計和驅(qū)動方式,咋看下好像選型非常復雜,,因此為了人們根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機的用途,,進行了基本的分類。下面我們將逐步介紹電機中最有代表性,、最常用,、最基本的電機——控制電機和功率電機以及信號電機。

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  控制電機
  控制電機主要是應用在精確的轉(zhuǎn)速,、位置控制上,,在控制系統(tǒng)中作為“執(zhí)行機構(gòu)”??煞殖伤欧姍C,、步進電機、力矩電機,、開關(guān)磁阻電機,、直流無刷電機等幾類。
  1.伺服電機
  伺服電機廣泛應用于各種控制系統(tǒng)中,,能將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換為電機軸上的機械輸出量,,拖動被控制元件,從而達到控制目的。一般地,,伺服電機要求電機的轉(zhuǎn)速要受所加電壓信號的控制,;轉(zhuǎn)速能夠隨著所加電壓信號的變化而連續(xù)變化;轉(zhuǎn)矩能通過控制器輸出的電流進行控制,;電機的反映要快,、體積要小、控制功率要小,。伺服電機主要應用在各種運動控制系統(tǒng)中,,尤其是隨動系統(tǒng)。

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  伺服電機有直流和交流之分,,最早的伺服電機是一般的直流電機,,在控制精度不高的情況下,才采用一般的直流電機做伺服電機,。當前隨著永磁同步電機技術(shù)的飛速發(fā)展,,絕大部分的伺服電機是指交流永磁同步伺服電機或者直流無刷電機。
  2.步進電機
  所謂步進電機就是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu),;更通俗一點講:當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,,它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。我們可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制電機的角位移量,,從而達到精確定位的目的,;同時還可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達到調(diào)速的目的,。目前,,比較常用的步進電機包括反應式步進電機(VR)、永磁式步進電機(PM),、混合式步進電機(HB)和單相式步進電機等,。

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  步進電機和普通電機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式,正是這個特點,,步進電機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合,。但步進電機在控制精度、速度變化范圍,、低速性能方面都不如傳統(tǒng)閉環(huán)控制的直流伺服電機,;所以主要應用在精度要求不是特別高的場合。由于步進電機具有結(jié)構(gòu)簡單,、可靠性高和成本低的特點,,所以步進電機廣泛應用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域;尤其是在數(shù)控機床制造領(lǐng)域,,由于步進電機不需要A/D轉(zhuǎn)換,,能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移,,所以一直被認為是最理想的數(shù)控機床執(zhí)行元件。
  除了在數(shù)控機床上的應用,,步進電機也可以用在其他的機械上,,比如作為自動送料機中的馬達,作為通用的軟盤驅(qū)動器的馬達,,也可以應用在打印機和繪圖儀中,。
  此外,步進電機也存在許多缺陷,;由于步進電機存在空載啟動頻率,,所以步進電機可以低速正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度時就無法啟動,,并伴有尖銳的嘯叫聲,;不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大,細分數(shù)越大精度越難控制,;并且,,步進電機低速轉(zhuǎn)動時有較大的振動和噪聲。
  3.力矩電機
  所謂的力矩電機是一種扁平型多極永磁直流電機,。其電樞有較多的槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導體數(shù),,以降低轉(zhuǎn)矩脈動和轉(zhuǎn)速脈動,。力矩電機有直流力矩電機和交流力矩電機兩種。

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  其中,,直流力矩電機的自感電抗很小,,所以響應性很好;其輸出力矩與輸入電流成正比,,與轉(zhuǎn)子的速度和位置無關(guān),;它可以在接近堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下直接和負載連接低速運行而不用齒輪減速,所以在負載的軸上能產(chǎn)生很高的力矩對慣性比,,并能消除由于使用減速齒輪而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差,。
  交流力矩電機又可以分為同步和異步兩種,目前常用的是鼠籠型異步力矩電機,,它具有低轉(zhuǎn)速和大力矩的特點,。一般地,在紡織工業(yè)中經(jīng)常使用交流力矩電機,,其工作原理和結(jié)構(gòu)和單相異步電機的相同,,但是由于鼠籠型轉(zhuǎn)子的電阻較大,所以其機械特性較軟,。
  4.開關(guān)磁阻電機
  開關(guān)磁阻電機是一種新型調(diào)速電機,,結(jié)構(gòu)極其簡單且堅固,成本低,調(diào)速性能優(yōu)異,,是傳統(tǒng)控制電機強有力競爭者,,具有強大的市場潛力。 但目前也存在轉(zhuǎn)矩脈動,、運行噪聲和振動大等問題,,需要一定時間去優(yōu)化改良以適應實際的市場應用。

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  5.無刷直流電機
  無刷直流電機(BLDCM)是在有刷直流電機的基礎(chǔ)上發(fā)展來的,,但它的驅(qū)動電流是不折不扣的交流,;無刷直流電機又可以分為無刷速率電機和無刷力矩電機。一般地,,無刷電機的驅(qū)動電流有兩種,,一種是梯形波(一般是“方波”),另一種是正弦波,。有時候把前一種叫直流無刷電機,,后一種叫交流伺服電機,確切地講也是交流伺服電機的一種,。

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  無刷直流電機為了減少轉(zhuǎn)動慣量,,通常采用“細長”的結(jié)構(gòu)。無刷直流電機在重量和體積上要比有刷直流電機小的多,,相應的轉(zhuǎn)動慣量可以減少40%—50%左右,。由于永磁材料的加工問題,致使無刷直流電機一般的容量都在100kW以下,。
  這種電機的機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好,,調(diào)速范圍廣,壽命長,,維護方便噪聲小,,不存在因電刷而引起的一系列問題,所以這種電機在控制系統(tǒng)中有很大的應用潛力,。

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