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          電機的種類及各類電機的應用

          編輯:厚東(上海)機電設備有限公司時間:2016-03-24

                  從廣義上講,電機是電能的變換裝置,包括旋轉電機和靜止電機。旋轉電機是根據電磁感應原理實現電能與機械能之間相互轉換的一種能量轉換裝置;靜止電機是根據電磁感應定律和磁勢平衡原理實現電壓變化的一種電磁裝置,也稱其為變壓器。這里我們主要討論旋轉電機,旋轉電機的種類很多,在現代工業領域中應用極其廣泛,可以說,有電能應用的場合都會有旋轉電機的身影。與內燃機和蒸汽機相比,旋轉電機的運行效率要高的多;并且電能比其它能源傳輸更方便、費用更廉價,此外電能還具有清潔無污、容易控制等特點,所以在實際生活中和工程實踐中,旋轉電機的應用日益廣泛。不同的電機有不同的應用場合,隨著電機制造技術的不斷發展和對電機工作原理研究的不斷深入,目前還出現了許多新型的電機,例如,美國EAD公司研制的無槽無刷直流電動機,日本SERVO公司研制的小功率混合式步進電機,我國自行研制適用于工業機床和電動自行車上的大力矩低轉速電機等。

                  1、旋轉電機分類在旋轉電機中,由于發電機是電能的生產機器,所以和電動機相比,它的種類要少的多;而電動機是工業中的應用機器,所以和發電機相比,人們對電動機的研究要多的多,對其分類也要詳細的多。實際上,我們通常所說的旋轉電機都是狹義的,也就是電動機——俗稱“馬達”。眾所周知,電動機是傳動以及控制系統中的重要組成部分,隨著現代科學技術的發展,電動機在實際應用中的重點已經開始從過去簡單的傳動向復雜的控制轉移;尤其是對電動機的速度、位置、轉矩的精確控制。由此可見,對于一個電氣工程技術人員來說,熟悉各種電機的類型及其性能是很重要的一件事情。通常人們根據旋轉電機的用途進行基本分類。下面我們就從控制電動機開始,逐步介紹電機中最有代表性、最常用、最基本的電動機——控制電動機和功率電動機以及信號電機。

                  2 、控制電動機

                  2.1 伺服電動機伺服電動機廣泛應用于各種控制系統中,能將輸入的電壓信號轉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。伺服電動機有直流和交流之分;最早的伺服電動機是一般的直流電動機,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動機。目前的直流伺服電動機從結構上講,就是小功率的直流電動機,其勵磁多采用電樞控制和磁場控制,但通常采用電樞控制。旋轉電機的分類,直流伺服電動機在機械特性上能夠很好的滿足控制系統的要求,但是由于換向器的存在,存在許多的不足:換向器與電刷之間易產生火花,干擾驅動器工作,不能應用在有可燃氣體的場合;電刷和換向器存在摩擦,會產生較大的死區;結構復雜,維護比較困難。交流伺服電動機本質上是一種兩相異步電動機,其控制方法主要有三種:幅值控制、相位控制和幅相控制。一般地,伺服電動機要求電動機的轉速要受所加電壓信號的控制;轉速能夠隨著所加電壓信號的變化而連續變化;電動機的反映要快、體積要小、控制功率要小。伺服電動機主要應用在各種運動控制系統中,尤其是隨動系統。

                  2.2 步進電動機所謂步進電動機就是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構;更通俗一點講:當步進驅動器接收到一個脈沖信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度。我們可以通過控制脈沖的個數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動機轉動的速度和加速度,從而達到調速的目的。目前,比較常用的步進電動機包括反應式步進電動機(VR)、永磁式步進電動機(PM)、混合式步進電動機(HB)和單相式步進電動機等。步進電動機和普通電動機的區別主要就在于其脈沖驅動的形式,正是這個特點,步進電動機可以和現代的數字控制技術相結合。但步進電動機在控制精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統閉環控制的直流伺服電動機;所以主要應用在精度要求不是特別高的場合。由于步進電動機具有結構簡單、可靠性高和成本低的特點,所以步進電動機廣泛應用在生產實踐的各個領域;尤其是在數控機床制造領域,由于步進電動機不需要A/D轉換,能夠直接將數字脈沖信號轉化成為角位移,所以一直被認為是最理想的數控機床執行元件。除了在數控機床上的應用,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,作為通用的軟盤驅動器的馬達,也可以應用在打印機和繪圖儀中。此外,步進電動機也存在許多缺陷;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,但若高于一定速度時就無法啟動,并伴有尖銳的嘯叫聲;不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大,細分數越大精度越難控制;并且,步進電機低速轉動時有較大的振動和噪聲。

                  2.3 力矩電動機所謂的力矩電動機是一種扁平型多極永磁直流電動機。其電樞有較多的槽數、換向片數和串聯導體數,以降低轉矩脈動和轉速脈動。力矩電動機有直流力矩電動機和交流力矩電動機兩種。其中,直流力矩電動機的自感電抗很小,所以響應性很好;其輸出力矩與輸入電流成正比,與轉子的速度和位置無關;它可以在接近堵轉狀態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生很高的力矩對慣性比,并能消除由于使用減速齒輪而產生的系統誤差。交流力矩電動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動機,它具有低轉速和大力矩的特點。一般地,在紡織工業中經常使用交流力矩電動機,其工作原理和結構和單相異步電動機的相同,但是由于鼠籠型轉子的電阻較大,所以其機械特性較軟。

                  2.4 開關磁阻電動機 開關磁阻電動機是一種新型調速電動機,結構極其簡單且堅固,成本低,調速性能優異,是傳統控制電動機強有力競爭者,具有強大的市場潛力。


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