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电机的分类和应用_0

发布时间:2021年04月16日 09:25

众所周知,电机是传动和控制系统的重要组成部分。随着现代科学技术的发展,电机在实际应用中的重点已经开始从简单的传动转向复杂的控制。尤其是电机的速度、位置和扭矩。但是,电机根据不同的应用有不同的设计和驱动模式。乍一看,似乎选择很复杂。因此,人们根据旋转电机的用途进行了基本分类。接下来,我们将逐步介绍最具代表性、最常用和最基本的电机——控制电机、功率电机和信号电机。

控制电动机

控制电机主要用于精确的速度和位置控制,并在控制系统中用作“执行机构”。它可分为伺服电机、步进电机、力矩电机、开关磁阻电机和无刷DC电机。

1.伺服电机

伺服电机广泛应用于各种控制系统中,可以将输入电压信号转换成电机轴上的机械输出,拖动被控部件,从而达到控制目的。通常,伺服电机要求电机的速度应由施加的电压信号控制。转速可以随着外加电压信号的变化而连续变化。扭矩可以通过控制器输出的电流来控制。电机的响应要快,体积要小,控制功率要小。伺服电机主要用于各种运动控制系统,尤其是伺服系统。

伺服电机可分为DC和交流。最早的伺服电机是通用DC电机,只有在控制精度不高的情况下才作为伺服电机使用。目前,随着永磁同步电机技术的快速发展,大多数伺服电机都是指交流永磁同步伺服电机或DC无刷电机。

2.步进电机

所谓的步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行器。更一般地说,当步进驱动器接收到脉冲信号时,它驱动步进电机在设定的方向上旋转一个固定的角度。我们可以通过控制脉冲数来控制电机的角位移,从而达到精确定位的目的;同时,可以通过控制脉冲频率来控制电机的速度和加速度,从而达到调速的目的。目前常用的步进电机有反应式步进电机(VR)、永磁步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相步进电机。

步进电机与普通电机的主要区别在于它的脉冲驱动形式。步进电机能与现代数字控制技术相结合就是这个特点。然而,步进电机在控制精度、速度变化范围和低速性能上不如传统的闭环控制DC伺服电机。所以主要用在精度要求不是特别高的场合。步进电机因其结构简单、可靠性高、成本低而被广泛应用于生产实践的各个领域。特别是在数控机床制造领域,由于步进电机无需A/D转换就可以直接将数字脉冲信号转换成角位移,所以一直被认为是数控机床最理想的执行机构。

除了在数控机床中的应用,步进电机也可以用于其他机器,如自动送料器中的电机、通用软盘驱动器中的电机以及打印机和绘图仪。

另外,步进电机也有很多缺陷。由于步进电机有空载启动频率,所以步进电机低速时可以正常运行,但高于一定速度就不能启动,伴随着尖锐的啸声;不同厂家的细分驱动器精度可能相差很大,细分数越大,精度控制越困难;此外,步进电机低速旋转时振动大,噪音大。

3.力矩马达

所谓的力矩电机是一种扁平多极永磁DC电机。它的电枢有更多的槽,换向片和串联导体,以减少转矩脉动和速度脉动。扭矩电机包括DC扭矩电机和交流扭矩电机。

其中,DC力矩电机的自感电抗很小,所以响应很好;它的输出转矩与输入电流成正比,与转子的速度和位置无关。它可以直接与负载连接,在接近锁定转子的情况下低速运行,不需要齿轮减速,因此可以在负载的轴上产生很高的扭矩-惯性比,消除使用减速齿轮引起的系统误差。

交流力矩电机可分为同步和异步。目前普遍采用鼠笼式异步力矩电机,它具有转速低、转矩大的特点。通俗地

,在纺织工业中经常使用交流力矩电机,其工作原理和结构和单相异步电机的相同,但是由于鼠笼型转子的电阻较大,所以其机械特性较软。

  4. 开关磁阻电机

  开关磁阻电机是一种新型调速电机,结构极其简单且坚固,成本低,调速性能优异,是传统控制电机强有力竞争者,具有强大的市场潜力。 但目前也存在转矩脉动、运行噪声和振动大等问题,需要一定时间去优化改良以适应实际的市场应用。

  5. 无刷直流电机

  无刷直流电机(BLDCM)是在有刷直流电机的基础上发展来的,但它的驱动电流是不折不扣的交流;无刷直流电机又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。一般地,无刷电机的驱动电流有两种,一种是梯形波(一般是“方波”),另一种是正弦波。有时候把前一种叫直流无刷电机,后一种叫交流伺服电机,确切地讲也是交流伺服电机的一种。

  无刷直流电机为了减少转动惯量,通常采用“细长”的结构。无刷直流电机在重量和体积上要比有刷直流电机小的多,相应的转动惯量可以减少40%—50%左右。由于永磁材料的加工问题,致使无刷直流电机一般的容量都在100kW以下。

  这种电机的机械特性和调节特性的线性度好,调速范围广,寿命长,维护方便噪声小,不存在因电刷而引起的一系列问题,所以这种电机在控制系统中有很大的应用潜力。

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