美國葆德Baldor各種電機(jī)的工作原理和應(yīng)用

一、伺服電動(dòng)機(jī)

伺服電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)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(jī)軸上的機(jī)械輸出量，拖動(dòng)被控制元件，從而達(dá)到控制目的。

伺服電動(dòng)機(jī)有直流和交流之分：

早的伺服電動(dòng)機(jī)是一般的直流電動(dòng)機(jī)，在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機(jī)做伺服電動(dòng)機(jī)。

目前的直流伺服電動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上講，就是小功率的直流電動(dòng)機(jī)，其勵(lì)磁多采用電樞控制和磁場控制，但通常采用電樞控制。

直流伺服電動(dòng)機(jī)在機(jī)械特性上能夠很好的滿足控制系統(tǒng)的要求，但是由于換向器的存在，存在以下不足：

換向器與電刷之間易產(chǎn)生火花，干擾驅(qū)動(dòng)器工作，不能應(yīng)用在有可燃?xì)怏w的場合電刷和換向器存在摩擦，會(huì)產(chǎn)生較大的死區(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)比較困難

交流伺服電動(dòng)機(jī)本質(zhì)上是一種兩相異步電動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)要求電動(dòng)機(jī)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；電動(dòng)機(jī)的反映要快、體積要小、控制功率要小。

二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

所謂步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。更通俗一點(diǎn)講：

當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。

我們可以通過控制脈沖的個(gè)數(shù)來控制電機(jī)的角位移量，從而達(dá)到定位的目的；同時(shí)還可以通過控制脈沖頻率來控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

目前，比較常用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動(dòng)的形式，正是這個(gè)特點(diǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。

但步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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)控制的直流伺服電動(dòng)機(jī)；所以主要應(yīng)用在精度要求不是特別高的場合。

由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本低的特點(diǎn)，所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域；尤其是在數(shù)控機(jī)床制造領(lǐng)域，由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(rèn)為是理想的數(shù)控機(jī)床執(zhí)行元件。

除了在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)也可以用在其他的機(jī)械上，比如作為自動(dòng)送料機(jī)中的馬達(dá)，作為通用的軟盤驅(qū)動(dòng)器的馬達(dá)，也可以應(yīng)用在打印機(jī)和繪圖儀中。

此外，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也存在許多缺陷：

由于步進(jìn)電機(jī)存在空載啟動(dòng)頻率，所以步進(jìn)電機(jī)可以低速正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度時(shí)就無法啟動(dòng)，并伴有尖銳的嘯叫聲；不同廠家的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器精度可能差別很大，細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制；并且，步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有較大的振動(dòng)和噪聲。

三、力矩電動(dòng)機(jī)

所謂的力矩電動(dòng)機(jī)是一種扁平型多極永磁直流電動(dòng)機(jī)。其電樞有較多的槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)，以降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)。

力矩電動(dòng)機(jī)有直流力矩電動(dòng)機(jī)和交流力矩電動(dòng)機(jī)兩種。

其中，直流力矩電動(dòng)機(jī)的自感電抗很小，所以響應(yīng)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(fù)載連接低速運(yùn)行而不用齒輪減速，所以在負(fù)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。

交流力矩電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，它具有低轉(zhuǎn)速和大力矩的特點(diǎn)。一般地，在紡織工業(yè)中經(jīng)常使用交流力矩電動(dòng)機(jī)，其工作原理和結(jié)構(gòu)和單相異步電動(dòng)機(jī)的相同，但是由于鼠籠型轉(zhuǎn)子的電阻較大，所以其機(jī)械特性較軟。

四、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是一種新型調(diào)速電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)極其簡單且堅(jiān)固，成本低，調(diào)速性能優(yōu)異。

五、無刷直流電動(dòng)機(jī)

無刷直流電機(jī)（BLDCM）是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，但它的驅(qū)動(dòng)電流是不折不扣的交流；無刷直流電機(jī)又可以分為無刷速率電機(jī)和無刷力矩電機(jī)。一般地，無刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(shí)候把前一種叫直流無刷電機(jī)，后一種叫交流伺服電機(jī)，確切地講是交流伺服電動(dòng)機(jī)的一種。無刷直流電機(jī)為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通常采用“細(xì)長”的結(jié)構(gòu)。

無刷直流電機(jī)在重量和體積上要比有刷直流電機(jī)小的多，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)一般的容量都在100kW以下。

這種電動(dòng)機(jī)的機(jī)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(hù)方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問題，所以這種電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。

六、變頻電機(jī)

1、變頻電機(jī)的構(gòu)造原理

電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與控制，是工農(nóng)業(yè)各類機(jī)械及辦公、民生電器設(shè)備的基礎(chǔ)技術(shù)之一。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的驚人發(fā)展，采用“變頻感應(yīng)電動(dòng)機(jī)+變頻器”的交流調(diào)速方式，正在以其的性能和經(jīng)濟(jì)性，在調(diào)速領(lǐng)域，引導(dǎo)了一場取代傳統(tǒng)調(diào)速方式的更新?lián)Q代的變革。

它給各行各業(yè)帶來的福音在于：

使機(jī)械自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率大為提高、節(jié)約能源、提高產(chǎn)品合格率及產(chǎn)品質(zhì)量、電源系統(tǒng)容量相應(yīng)提高、設(shè)備小型化、增加舒適性，目前正以很快的速度取代傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速和直流調(diào)速方案。

由于變頻電源的特殊性，以及系統(tǒng)對高速或低速運(yùn)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)等需求，對作為動(dòng)力主體的電動(dòng)機(jī)，提出了苛刻的要求，給電動(dòng)機(jī)帶來了在電磁、結(jié)構(gòu)、絕緣各方面新的課題。

2、變頻電機(jī)的應(yīng)用

變頻調(diào)速目前已經(jīng)成為主流的調(diào)速方案，可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)無級變速傳動(dòng)。

特別是隨著變頻器在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)日益廣泛的應(yīng)用，變頻電機(jī)的使用也日益廣泛起來，可以說：

由于變頻電機(jī)在變頻控制方面較普通電機(jī)的*性，凡是用到變頻器的地方我們都不難看到變頻電機(jī)的身影。

七、直線電機(jī)

直線電機(jī)被用在各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，尤其是隨動(dòng)系統(tǒng) 。由于交流同步電機(jī)（簡稱同步電機(jī)）在可靠性與維護(hù)量、功率因數(shù)、電機(jī)尺寸與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、控制精度、弱磁比等方面有其自身的優(yōu)勢，對于大容量電機(jī)，世界各國已基本趨向于使用同步電機(jī)。

比如工業(yè)應(yīng)用上大功率空氣壓縮機(jī)、水泵、煤炭與有色金屬行業(yè)中的大功率提升機(jī)和鋼廠大容量軋鋼機(jī)等均采用同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

近幾年來，直線電機(jī)在機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，已在世界機(jī)床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)掀起"直線電機(jī)熱"。

在機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與原旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)的大區(qū)別是取消了從電機(jī)到工作臺(tái)(拖板)之間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，把機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，因而這種傳動(dòng)方式又被稱為"零傳動(dòng)"。

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