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關于電機
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電機術語

一、電機的分類術語

1.罩極電機
又叫罩極式電機,是單相交流電機中的一種,通常采用籠型斜槽鑄鋁轉子。根據定子外形結構的不同,又分為凸極式罩極電機和隱極式罩極電機。
2.串激電機
通過電磁鐵產生勵磁束的電磁鐵勵磁束型直流電機,勵磁繞組和電樞繞組串聯。
其特點是轉速會隨著負載變化而劇烈變化,啟動時或低速時會發生較大的扭矩,負載下降時,轉速增大。
這種特性一般稱為串激特性,以前主要將這種特性用于電車及升降電梯等特定用途,現在已被利用變頻器對感應電機及同步電機進行可變速控制的方法所取代。
這種電機也可使用交流,但作為直流電機進行設計的電機,如果使用交流,則鐵損等損耗會增加,因此,會異常發熱。
3.步進電機
3.1特點:
-切換線圈電流后,只按規定的角度動作
-不需要反饋信號
-定位誤差不累加
-與數字控制系統的融合性強,容易制作控制電路
步進電機可通過數字信號進行簡單控制,除工業用途、計算機周邊設備外,還用于傳真機、復印機等辦公設備。
3.2步進電機分類
A.HB混合型步進電機
是同時兼有VR型和PM型優點的步進電機。HB是混合的簡稱。
B.PM型步進電機
所謂PM(permanent magnet)型,是指使用永久磁鐵的步進電機。
4.伺服電機
伺服電機(servo motor )是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機,是一種補助電機間接變速裝置,分為直流和交流伺服電機兩大類。
伺服電機可使控制速度、位置精度非常準確,可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制,并能快速反應,在自動控制系統中,用作執行元件,且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性,可把所收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或角速度輸出。
5.AC伺服電機
使用交流電源工作的電機稱為AC電機,AC伺服電機分為感應電機和無刷直流電機。無刷直流電機稱為AC電機主要是因為在旋轉中的無刷直流電機的線圈中會施加有電壓變化的交變電壓。
6.PM電機
使用永久磁鐵的電機,分為帶刷直流電機及無刷直流電機。
7.無刷直流電機
無刷直流電機通過去除電刷的方式,克服了帶刷直流電機電刷磨損、產生電氣干擾等缺點。具有免維護、小型化、電機效率高、散熱性能好等特點,也稱為無整流子電機、無刷電機。

二、電機的特性術語

1.保持扭矩
步進電機在通電狀態下停止時,即使施加外力,由于轉子和定子之間存在吸引力,仍能保持停止位置。這種能夠抵抗外力的扭矩稱為保持扭矩。
2.止動扭矩
PM型及HB型的步進電機未通電時,在轉子磁鐵的吸引力作用下,也有一定程度的保持扭矩。這稱為止動扭矩。
3.脈沖頻率
步進電機的速度一般使用每秒脈沖數(步距數)[pps]表示。也稱為脈沖率或步進率。
4.浪涌
是指風扇風量呈周期性處于不穩定狀態的工作區間。噪音也會增加,因此,需選擇不會出現浪涌的風扇
5.極數
所謂極數或極是指將電機沿垂直于軸的方向進行切割后的面上出現的磁極數。
基本上,極數為偶數(2,4,6,8……),繞組方式分為分布式繞組和集中式繞組。集中式繞組適用于無刷電機,根據線圈的接線可以很容易地改變極數。6個線圈定子時,可以進行2極、4極或8極的接線。但已經制作完成的電機不能將極數改成4或8極。9槽轉子中,大多采用12極分布式繞組,適用于感應電機,必須確定極數再進行繞組。
每秒50或60轉高速運行的2極無刷電機出現之前,小型電機多為4極,其接線復雜,很難稱之為分布式繞組或集中式繞組,可通過更改接線來變更感應電機極數,這是一種更改同步速度實現雙速度運行的技術。
6.保護等級
根據電機外殼構造,保護方式分為以下幾種。
-開放型:未進行保護的構造
-保護型:外殼有開口,電機周圍的外部氣體能夠與內部進行流通的構造(IP2X)
-全封閉型:外殼封閉,防止電機周圍的外部氣體進入電機內部的構造(IP4X)
-防滴型:采取了防水保護的構造(IPX2)
-防滴保護型:同時滿足保護型、防滴型兩種條件的構造(IP22)
-全封閉外部風扇型:全封閉型帶風扇。外殼表面進行冷卻的構造
-全封閉自冷型:全封閉型無風扇。自然散熱方式
-全封閉外力通風型:全封閉型無風扇,外部氣體有固定的空氣流動,起到與外部風扇同等功能的冷卻方式
-防爆型:可以在有爆炸性氣體的場所中正常使用的構造。分為安全強化防爆型、耐壓防爆型等
-室內型:在屋內使用的類型
-室外型:安裝密封材料后,在室外也能使用的類型

三、電機的結構術語

1.線圈
電機中,一般將在磁極上纏繞電線后稱為“線圈(coil)”,將各線圈相互連接后形成的是“繞組(winding)”。
2.轉子
旋轉的部分,也稱轉子,轉子可分成10種:
①鼠籠式電機
②突(凸)型鼠籠式電機
③半硬磁鋼電機
④軟鋼電機
⑤凸極型硅鋼板電機
⑥微細齒條型軟鋼電機
⑦永久磁鐵型電機
⑧感應器型電機
⑨繞組型電機
⑩整流子型電機
3.鐵芯
所謂鐵芯,是磁通道,像字面意思那樣,材料為鐵,添加了硅,俗稱硅鋼。此外,通過磁通將2個磁鐵結合起來的鐵通常稱為軛鐵。
在電機中,鐵芯分為定子鐵芯和轉子鐵芯,通過兩者之間的空隙構成磁路。
構成電磁鐵勵磁型直流電機勵磁回路的定子鐵芯的磁極會通過直流進行勵磁,因此,鐵芯不需要采用層積構造,使用軟鋼即可。
另一方面,構成電樞電路的轉子鐵芯在旋轉時磁通會發生變化,因此,使用的是層積鐵芯,小型直流電機的磁極一般會使用永久磁鐵。
由于均通過交流進行勵磁,同步電機的定子、感應電機的定子和轉子的鐵芯最好使用層積鐵芯。
4.軸
指“輸出軸”。
5.軸承
軸承可用于減輕旋轉部分的磨耗。

四、電機的評價術語

1.電機效率
電機將電力轉換成動力時的效率,是指以百分率%表述的機械輸出與輸入電力之比
2.N-T特性
表示轉速與扭矩之間關系的電機特性圖,也稱“TN特性”、“NT特性”,與表示扭矩與電機電流之間關系的TI特性圖一起合稱為TI-TN特性圖。
3.TI特性
表示扭矩與電機的電流之間關系的電機特性圖,與表示扭矩與轉速之間關系的TN特性圖一起合稱為TI-TN特性圖。
4.TN特性
表示轉速與扭矩之間關系的電機特性圖,也稱“TN特性”、“NT特性”,與表示扭矩與電機電流之間關系的TI特性圖一起合稱為TI-TN特性圖。
5.P-Q曲線
風扇風量-靜壓特性圖(P-Q曲線)是使用曲線表示作用在進風口及出風口上的壓力的損耗引起的風量與靜壓之間的關系。將壓力導致的損耗(靜壓)為0時的情況稱為最大風量,壓力損耗(靜壓)最大時稱為最大靜壓。

2020-03-27 14:50:35

電機的分類-伺服電機及驅動器

一、伺服系統的定義:          
伺服系統定義:是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量,能夠跟隨輸入量(給定值)的任意變化而變化的自動控制系統,伺服的語源來源于拉丁語的Servus,意思是忠實地執行主人的命令。

伺服系統

伺服系統一般包含伺服電機及伺服驅動器。伺服驅動器為伺服電機提供運轉所需的電壓和電流,電機在使用時一般會連接所要驅動的負載裝置,為其提供驅動力。驅動器通過調節供給電機的電壓(電流)可以對電機的輸出轉矩、輸出轉速、停止位置進行控制。伺服電機按照結構不同,又有DC(有刷)伺服電機,AC伺服電機,直驅伺服電機,直線伺服電機等。

伺服系統
 

二、伺服系統特點:
1.高精度定位
伺服系統屬于閉環控制系統,伺服驅動器根據編碼器反饋位置調節控制電機的運轉,同時因為有了編碼器,伺服系統相當于有了眼睛一樣,不會出現步進電機的丟步現象,另還可以根據負載的狀態動態調整電機的輸出扭矩,電機的速度,電機的旋轉角度等,達到與指令相一致。通過選用高精度的編碼器可以達到非常高的控制及定位精度。例如現在行業內常用的光學編碼器單圈分辨率為23bit,經過換算單位定位精度為1/8388608,即將電機一圈360度分割成8388608份。
2. 控制方式靈活
大部分伺服系統支持位置控制、速度控制、轉矩控制、位置-速度控制切換、位置-轉矩控制切換、速度-轉矩控制切換共6種控制方式。可以根據設備的需求,靈活的選擇不同的控制方式,以實現不同的控制效果。
3.產品容量覆蓋范圍大
伺服系統容量覆蓋范圍非常廣,市面上常見的伺服系統從幾瓦至幾十千瓦都有相關的產品可供選擇,應用廣泛。
4.高效節能、長壽命
伺服系統由于其特殊的閉環控制方式,可以根據負載的大小動態控制電機的出力,電機發熱小,所以其效率也明顯高于普通電機,一般轉換效率可達90%以上。一直是企業設備節能改造的利器。同時由于伺服電機(AC)屬于無刷電機,電機驅動電流換相在驅動器內使用電子元器件進行,與傳統的有刷電機電刷容易磨損相比,伺服系統免維護,壽命一般可達十年以上,甚至有使用了幾十年尚可正常運轉的實例可尋。

三、應用領域 
伺服系統應用非常的廣泛,涵蓋機械、冶金、電力、石油化工、船舶制造、航空航天、建筑、交通、農業、科研試驗等領域。按照設備行業劃分也可以分為機床、印刷設備、醫療設備、半導生產制造體設備、3C產品制造設備、注塑設備、食品加工設備、安防設備、包裝設備、紡織設備、激光加工設備、機器人、自動化生產線等。

伺服系統

四、伺服電機基本結構
伺服電機的主要機構由四部分組成,如下圖。分別為轉子,定子,剎車(保持制動器),編碼器。

伺服系統

轉子為電機旋轉部分,一般由軸、永磁體(轉子鐵心)組成。定子為電機固定部分,一般由軸承、電機外殼、定子鐵心,繞組等部分組成。剎車(保持制動器)為選配件,一般安裝在電機后部,用于電機斷電時保持電機轉子位置,防止由于負載的重力作用,導致負載拖著電機旋轉造成不必要的損傷。編碼器起到反饋電機轉子位置的作用,作用相當于于伺服系統的眼睛。


五、工作原理 

伺服系統

1.系統工作原理
伺服系統由伺服電機及伺服驅動器組成,伺服驅動器接收上位控制器發來的控制指令信號,同時驅動器對編碼器反饋的電機狀態及控制器的指令進行比較,當二者有差異時,驅動器則調整共給電機的電流,控制電機轉矩輸出使電機加速或者減速,最終使電機的狀態與輸入指令趨于一致。
2.驅動器工作原理
驅動器一般有2部分電路組成,電源部分及控制部分。
電源部分:為了驅動伺服電機而制造電流,其職責是將電流傳送給電機,更進一步說明是如下圖所示對商用電源整流,分制造直流電源的換流部及根據電機回轉角度輸入UVW相制造電流的變頻部。

伺服系統

控制部:根據客戶所選擇的控制模式不同,驅動器會開啟和調用相關的控制功能模塊。如電流環控制模式下,驅動器只負責控制電機輸出的轉矩跟隨指令變化,對于電機的轉速及位置不進行控制。位置環控制模式下,驅動器則需要同時控制電機的轉矩輸出、電機轉速,從而達到控制電機位置的目的。

伺服系統


3.命名規則 
伺服電機命名規則

伺服系統

2020-03-29 14:39:52

電機的分類-罩極電機

1、概述
罩極電機是微型單相感應電動機中最簡單的一種.由于它具有結構簡單,制造方便,成本低廉,運行可靠,過載能力強,維修方便等優點而被廣泛地用于各種小功率驅動裝置中.其缺點是運行性能和起動性能較差,效率和功率因子較低,一般用于空載或輕載起動的小容量場合,如電風扇等。
2、工作原理
 一個沒有罩極環僅有主繞組的電機, 是沒有起動轉矩, 在實際中無法使用, 為了獲得起動轉矩, 采用附加副繞組的措施。這個繞組不是靠外接電源供電, 而是靠它與主繞組軸線間保待有θ<90的偏角, 見圖1。主繞組通電后, 其中一部分主磁通Φm’會穿過這一短路環, 感應電勢產生電流, 短路環則如變壓器的副繞組一樣, 產生去磁通Φk, 與Φm’合成后在罩極區間將是Φs, 最后決定了罩極環上的電勢Ek, 這樣在主極與罩極的不同區間使有時間相位不同的Φm與Φs在脈振, 構成了橢圓磁場, 產生了起動轉矩。在轉子是閉路的條件下, 轉子就會起動。由于Φm是超前Φs的, 磁場是從超前的磁通移向滯后的, 所以電機的旋轉方向是由主極移向罩極的順時針方向。

問問

a)工作原理            (b) 矢量圖
圖1罩極電機的原理及矢量圖
3.技術指針及術語
3.1    技術指針
額定功率
額定電壓
額定電流
額定轉速
3.2    術語
3.2.1效率:電機輸出功率與輸入功率之比。
3.2.2功率因子COSØ:電機輸入有效功率與視在功率之比。
3.2.3起動扭力Tst:電機在額定電壓, 額定頻率和轉子堵住時所產生的扭力。
3.2.4最大扭力Tmax:電機在額定電壓, 額定頻率和運行溫度下,轉速不發生突降時所產生的最大轉矩。
3.2.5噪音:電動機在空載穩態運行時A計權聲功率級dB(A).
3.2.6振動:電動機在空載穩態運行時振動加速度有效值(m/s2) 
4.基本結構
罩極電機是結構最簡單的一種單相電動機,其結構可分為兩類.一是隱極式,從外形來看,定轉子均勻開槽,轉子為鼠籠式.定子上有主繞組和自行閉路的副繞組或稱為罩極繞組.兩繞組可以作成等線圈式,也可分別作成正弦繞組.不過兩繞組要不成正交的安放,即繞組軸線間夾角小于90度. 它的定子上有主副相兩套繞組, 但其主繞組大多采用集中繞組形式, 副繞組則是一個置于局部磁極上的短路線圈, 即罩極線圈(也稱短路環).這類電機又可分為兩種,一種如圖1(b)所示的圓形結構,它的定子可明顯的看出凸極型式.主繞組套在磁極上,罩極環則嵌于磁極一角,且多為一個.另一種是方型結構,鐵芯如變器一樣,見圖1(a),主繞組被套于一根鐵心柱上,磁極與轉子則在鐵芯的另一根柱上,在磁極一角多放兩個罩環。在罩極電機中, 只要設法產生旋轉的氣隙磁場, 電機就有自起動能力, 并可正常運轉。在罩極電機中, 定子主副相繞組、軸線在空間非正交安置, 并為了改善罩極電機的性能, 采取了各種措施, 如階梯氣隙, 磁橋等, 出現了磁的不對稱, 又因副繞組中的電流是靠主繞組感應產生的, 造成了電的不對稱, 分別產生時間和空間相位都不相同的磁勢, 合成為一個類似旋轉磁勢的運動磁勢, 它在空間建立的運動磁場與轉子相互作用, 就可以使之起動和運轉。
其結構形式如圖2所示:

特性分析

圖2  罩極電機的三種典型結構

5.特性分析
5.1    罩極電機效率是偏低的,僅在=(5~30)%之間,因此多用在小功率驅動中.
5.2    罩極電機的主,副相電流變化均不大,故多以電機不動時的電流來計算它的損耗和溫升.所以罩極電機會在堵轉時運行也不致發生問題.運行可靠是它的最大優點。
5.3    罩極電機的起動和最大轉矩倍數規定為T*st=0.3, T*max=1.3, 均屬偏小 .因此,罩極電機主要用于對起動轉矩要求不高的地方。
5.4    罩極電機經特殊設計,可以在兩個方向上旋轉.這樣的罩極電機磁極在兩個極尖上都開有放罩極繞組的槽口.根據需要閉合一個罩極繞組,電機就在那個方向旋轉。
5.5    罩極電機可以像單相異步電機那樣采用降壓或抽頭調速.繞組抽頭調速的電機,就是在電機的繞組上附加多繞些調速線圈.把這些調速線圈串入回路連于電源上去時,如同電機回路中串入一個電抗一樣,達到了降速的目的。
6.結構因素對性能的影響
6.1    磁橋(磁分路)
磁橋的作用是改善氣隙的磁通分布,改善電機的機械特性.引入磁橋是故意增大極間漏磁,雖降低了激磁電抗,使激磁電流增大,最大轉矩減小,但由于磁橋磁通Φb不與轉子匝鏈,從而增加了主,副繞組的互磁通,使一個極下的氣隙磁通由矩形變為梯形,如圖3d所示,從而減小了諧波分量。

特性分析

特性分析
圖  3
磁橋對電機性能的影響可闡述如下:
6.1.1轉矩轉速特性(T-n)曲線
若取消磁橋,電機漏磁減小,使激磁電抗增大,電機的最大轉矩Tmax增大.但是,由于此時氣隙磁通由梯形變為矩形波,諧波增大,從而諧波轉矩分量(主要是3次)增大,使電機在中低速區的T減小并產生明顯的凹下.若磁橋太寬,造成漏磁太大,使激磁電抗降低過多,雖然諧波小了,T-n曲線趨于平滑,但根據磁通連續性定理,氣隙磁通必然減小,不但Tmax下降過多,而且也導致Tst減小,故亦不可取。
6.1.2起動轉矩Tst
當磁橋寬度從0增加時,Tst先是較快增大,過最大值(此時應為最佳寬度)后逐漸下降.合適的磁橋寬度可使Tst增大到無磁橋時的1.2~1.5倍。
由此可見,磁橋寬度是重要的.為了既能改善磁橋磁勢波形,又不致使轉矩下跌過多,磁橋設計時總使其處于磁密過飽和狀態.一般取磁橋磁密在2.2T以上,以限制它的過度漏磁.為此,在初始設計中可如下取值: 在圖2a中,為保持一定剛度,磁分路片不能太薄,故可減小其軸向長度,可取鐵芯迭長的1/2~1/3.在圖2b,c中,兩凸極由極尖相連而成一體,為保證機械強度,顯然極尖寬度不能太小,故用作磁橋是不行的.為此應在靠近交軸線處的外側沖制對稱的兩個半園凹口,以其剩下的寬度作為磁橋寬度.一般取原寬度之半,因為從幅值看可簡單認為每極磁通在整個極中分布均勻,即極內磁密處處相等,而凸極中磁密總在1.1~1.5T左右,今磁橋寬度若為極尖寬度的1/2,則磁橋中磁密總在2.2T以上。
圖5示出了某8W方形電機磁橋寬度對機械特性的影響。
6.2    階梯氣隙
在前極尖處局部增大氣隙,即成階梯氣隙.氣隙大了,磁阻就大,由于磁力線總是力圖縮短其路徑,故階梯氣隙中的磁通密度總是小于主氣隙的.從電磁比看,階梯氣隙磁阻與主氣隙的磁阻相并聯,磁阻(電阻)大者磁通(電流)小.因此,階梯氣隙的采用使一個極下的氣隙磁通由矩形波變為階梯波,如圖3e所示,從而減小了諧波分量.效果比階梯氣隙還要好的是漸變氣隙,由于從前極尖開始氣隙長度逐漸減小,從而使氣隙通波成為斜坡形,如圖3f所示。與階梯氣隙起同樣作用的還有前極尖處沖制閉合長孔(園形電機)或外側沖制長凹口(方形電機),用增大局部區間磁阻的辦法使該處氣隙磁通小于主氣隙。但由于漸變氣隙難于控制,沖長孔又模具復雜,故實際中已很少采用。
階梯氣隙的作用不光可改善運行性能,而且可增加起動轉矩.這也正是磁力線的特征造成的,在階梯氣隙與主氣隙交界處,部分磁通從主氣隙上的定子出發到達階梯氣隙上的轉子,也就是說磁力線向階梯氣隙處扭彎,使路徑變長,磁阻增大,而轉子則力求以磁路磁阻最小來取向,這樣就產生了一個由大氣隙向主氣隙方向的轉矩。由于階梯氣隙位于前極尖處,該轉矩與旋轉磁場方向是一致的。
階梯氣隙長度δc和寬度(以弧角表示)θc對T-n曲線的影響如下: δc不變θc加大,或θc不變δc加大,兩者效果大致相同.當δc(θc)加大時,Tst和Tmax都會增大,而且由于諧波轉矩減小的緣故,中速區的凹下減小。但過大的δc(θc)將使Tmax反而減小,并且特性變軟,工作點的轉差率增大,從而損耗增加,效率降低,不過Tst則比無階梯氣隙時始終要大一些。可見δc和θc的取值是很重要的.根據資料推薦,一般取值蕩圍在δc/δ=2.5~3.5,θc/θp=0.15~0.20。
6.3    罩極環
罩極環的作用是使定子產生一個旋轉磁場脈掁磁通Φ.沒有罩極環時,僅由主繞組構成單繞組電機,在氣隙中產生一個脈掁磁通Φ, 如圖3a, 故而電機非但沒有起動能力,而且運行時的正轉矩較小.有了罩極環,Φ的一部分Φm穿過主氣隙,另一部分Φ1穿過罩極區,從而在環內感生電流。由于罩極環是個感性組件,環內電流產生的磁通恒為阻止Φ1的變化,從而造成了罩極區的合成磁通Φs滯后于主磁通Φm.這樣,氣隙中就有了二個脈掁磁通Φm和Φs,如圖3b。由于Φm和Φs在時間上有一相位差,兩軸線在空間又錯開一個角度,從而合成一個旋轉磁場,產生起動轉矩,使電機起動和運轉。但是,由于兩者的軸線夾角θ小于90°(θ=90°時將感應不出Φs了),相角差?也小于90°(因環有電阻),再有Φs又小于Φm,故兩者的合成磁場永遠是個橢圓.并且由于Φs恒滯后于Φm,故合成磁場的旋轉方向總是從主極移向罩極,即電機是不能改變轉向的。
6.3.1罩極度
罩極度Ks定義為罩區磁極寬度占整個磁極寬度的百分比,它的大小對電機性能 影響很大.假如兩個脈掁磁場的強度相同,則Ks越小,兩軸線夾角θ就越接近90°,旋轉磁場的橢圓度越小。但是,由于Φs是主繞組感應產生的,Ks越小, Φs越弱,旋轉磁場的橢圓度越大.由此可知,勢必存在一個最佳的Ks值,它權衡了二個磁場的夾角和幅值,使合成磁場的橢圓度最小。分析與實驗表明,單罩環電機的最佳罩極度為33%(即1/3)左右,此時的Tmax和Tst均較大,而且T-n曲線也比較平坦.由實驗知道,Ks大時,T-n曲線的中速區凹下很小,但Tst較低。極限Ks=100%時,主副繞組軸線重合,相當于一臺短路變壓器,副繞組中感生電流最大,這時只能產生脈掁磁場,Tst=0.減小Ks時,Tmax變化很小,Tst先增大,但中速區凹下逐漸變大;小于33%以后,Tst又趨減小,極限Ks=0時,Tst=0。在方形鐵芯中,由于結構上的允許,一般采用二個罩環,構成三繞組電機。在三相對稱電機中,一個極(180°電角度)中每相各占60°,即60°相帶.而雙環電機雖不可能實現這種對稱分布,但道理是一樣的,從而大小環取長補短,電機特性明顯比單環好得多:Tmax和Tst均增大,且中速區下凹不嚴重.實驗表明,在雙環電機中,當主極取110°左右,大環70°左右,小環則在大環的70°中占40°左右時,電機特性較好.換句話說,一般取大環Ks1=40%,小環Ks2=22%左右。
前面講過.為了獲得大的輸出轉矩,合成磁場應盡可能接近圓形.為此要求Φm與Φs具備三個條件:強度相等,軸線在空間相差90°電角度以及相位角相差90°.但這是相互矛盾的:由于Φs是主繞組磁通Φ感生的,故主副繞組軸線夾角越近90°,兩者的互感應越小,即Φs越弱.在極限位置90°時,主繞組產生的磁通不能穿過副繞組,這時副繞組中就不能感生電流,從而Φs為0,不能產生轉矩.為了在較小的罩極度時能產生較大的副相磁通Φs,采用磁橋是完全必要的.由于磁橋的存在,使一小部分磁通不經由氣隙-轉子-氣隙從一個極到達另一個極,而是通過磁橋,也就是說這一小部分磁通是不與轉子匝鏈的是屬于漏磁通。這樣一來,由于罩極環中的部分磁通不通過氣隙,故罩極環部分的磁路磁阻減小,從而環中的磁通Φs增大.也可理解為磁橋增加了主副繞組之間的互感,從而互感通增大。
6.3.2罩環阻抗
罩環的位置確定以后,其本身的參數對電機性能也有很大影響.罩環電阻rs對起動  轉矩有一最佳值,rs過大或過小,均會使Tst下降.在通常所見的電機中,一般來說,凡是僅有一匝的粗銅線或扁銅線,rs偏小,而用漆包線繞制的多匝型副繞組則rs偏大.rs偏大時,在空間位置許可的情況下,可盡量換用粗一檔線。對rs偏小的電機,若換用黃銅之類的等直徑線,電密不變,rs又提高了,是電機性能將改善.罩環漏抗xs的增大將使Tst下降,為此罩環端盡可能緊貼迭片,且其槽應盡量靠近定子內徑,以力求減小其漏磁通。
6.3.3罩環的損耗
盡管罩環的匝數少,環內的感應電勢很小,但由于其阻抗極小,故環內電流通常是很大的,使損耗很大,溫度很高,尤其是在堵轉時,可達150°C以上(半導體點溫度計).由于罩環是參與運行的,從而使電機的效率很低,也使電機具有在超載甚至堵轉時整機電流變化不大,不易發生故障的優點。若電機設計不合理或罩環接頭焊接不良,罩環發熱將相當嚴重,甚至可燒斷焊點,使電機不能正常工作,因此罩環的焊接質量是絕對不能輕視的。
6.4    主繞組阻抗(電阻r1及漏抗x1)
是主繞組阻抗增大, 其上的壓降增大, 由于這是屬于無用的消耗, 導致繞組中感應電勢降低, 由于感應電勢為E1= , 當電源頻率f和匝數W1不變時, E1降低, 意味眷每極磁通Φ減小, 從而電機出力減小.增大主繞組電阻r1時, 損耗增加, 輸出減小, 溫升增加, 但是, 當r1增加時, 并不是輸出的減小等于損耗的增加, 而是損耗增量中的一部分由電源輸入來補償, 一部分由輸出減小來補償. 因此, 增小r1( 例如線徑減細一檔)而不減變匝數時, 對固定負載而言, 電機的輸入增大, 輸出略有減小, 轉速有所降低, 功率因子則略有上升, 溫升明顯上升. 對風葉類活動負載而言, 由于其功耗基本上與轉速的三次方成正比, 轉速稍減時, 所需轉距下跌很多, 故電機表現為輸入減小, 輸出略有減小, 溫升稍有上升. 因此, 對風扇電機來說, 當采用阻抗保護時, 若堵轉溫度超過標準, 可考慮改用細一檔的線, 往往能解決問題, 而對轉速風量的影響是很小的.定子漏抗包括槽漏抗xs, 端部漏抗xe, 諧波漏抗xδ及磁橋漏抗xb,它們的增大將引起最大轉矩的減小, 而罩極電機為了充分利用其工作可靠的特點往往將額定工作點安排在最大轉矩附近(尤其是風扇用電機), 其中以xb增大, 會使高速段轉矩明顯下降, 比其余漏抗更為不利. 因此一定要控制磁橋的厚度, 決不可太厚, 導致漏磁過大。
6.5    轉子電阻r2
氣隙磁場為圓形與橢圓時, r2的大小對轉矩的影響是不一樣的, 在對稱電機中, 氣隙為圓形旋轉磁場, r2增大時, Tmax的轉差率增大, 而Tmax值不變, 中速區凹下減小, Tst增大. 在罩極電機中, 各繞組的磁勢不能滿足圓型磁場的三個條件, 因此總存在負序分量.     當r2變化時, 正序轉矩和負序轉矩分別按對稱電機T-n曲線變化規律, 從而其合成轉矩, 當r2增大時不但Tmax的轉差率增大, 凹下減小, 而且Tmax值減小, 而Tst卻變很小, 這種情況可由圖5說明。

特性分析

圖5  轉子電阻對機械特性的影響 (電阻隨序號增大)
事實上, Tst與r2之間有一個最佳值, r2在某一值時Tst將獲得最大值. 因此, 罩極電機還是盡量減小r2為好, 以求大的輸出. 不過當電機采用抽調速的話, 降速時整條T-n曲線要下降, 就有可能使電機陷入低速爬行, 到不了應有的穩定轉速。
在幾瓦的小電機中, 應盡量采用少槽淺槽轉子, 這對穩定鑄鋁質是大有好處的, 因為沖片本來很小, 槽一多, 每槽面積就小, 再若槽深一點, 則尤其槽底部易出現打不足現象, 甚至斷排, 造成電機質量波動。
6.6    氣隙長度δ
對異步電機而言, 從正弦波時的理論分析可知, δ應盡可能小, 因為δ小, 激磁電抗增大, 從而激磁電流減小, 降低了空載電流, 使功率因子上升、 效率提高。但是δ小了, 精加工精度要求高, 易造成偏心值(相對值)增加, 使制造和運行都增加困難。 另外, 氣隙中并不是正弦波, δ小了, 諧波磁場及諧波漏抗增大, 導致Tst、Ist和Tmax減小, 并且諧波轉矩和附加損耗增大, 造成較高溫升和較大噪音。在罩極電機和其它單相電機中,δ取的比三相電機大一些是有好處的:
(a)    δ大一些, 定轉子諧波漏抗和轉子斜槽漏抗減小, 其結果是Tst和Ist均增加, 由于Tst增和率大于Ist, 故δ適當大一些可改善電機的起動性能。而且由于Tmax與電機漏抗成正比, 故氣隙增大, Tmax可提高。
(b)    δ大一些, 減小了定、轉子諧波磁通幅值, 由于雜散耗與諧波磁通幅值的平方成正比, 故大的δ可減小電機的雜散耗, 使效率稍有增加。當然, δ大了, 不僅空載電流增加、功率因子下降, 也使負載轉差率有所下降(即轉速有所上升), 負載電流也有所上升, 實際效率的增減要看哪一個因素為主導。
(c)    δ大一些, 可使轉子表面損耗下降, 從而轉子表面發熱大為減小, 向定子輻射熱量減小, 故溫升應下降. 但若δ加大過多, 將使氣隙所需磁勢增加, 這勢必由增大輸入電流來補充, 從而使電機飽和程度增加, 銅耗增加, 溫升反而上升。
(d)    δ大一些, 即使氣隙的實際偏心值不變, 其相對值(氣隙不均勻度)小了, 這在單相電機中尤為重要. 因為氣隙不均勻度將導致單相電機在不同轉子位置有不同的起動轉矩, 而減小氣隙不均勻度將減小Tst的波動. 而且由于δ加大削弱了高次諧波, 使附加轉矩減小, 從而電機的Tmin增加, 即T-n曲線中速區的凹下減小。
(e)    由于任意兩個諧波磁場相至作用產生的徑向力約與δ2成正比, 故δ大一些可降低噪音及減小振動. 理論分析可知, 當氣隙由δ1改變為δ2時, 相應的電磁噪聲級彎化近似為L1-L2=10 lg(δ2/δ1)4dB, 當然, 由于空載電流增大等原因, 實際中小于上式計算值。
基于上述原因, 在單相電機中, 氣隙值一般要比三相電機大0.05~0.1mm, 一般情況下, 使用滾珠軸承時, 取0.25~0.35mm, 而使用滑動軸承時, 由于更易產生偏心的緣故, δ增加10%~20%, 對于罩極電機, 由于氣隙中的諧波成分更嚴重, 故δ更應大一些, 尤其是方形電機, 多采用支架形式, 更易造成偏心, 故其δ常取到0.35~0.45    mm。
7.罩極電機主要尺寸及性能確定:
7.1    效率及功率因子初值:0.05~0.12 ( 0.2~10瓦 ),0.10~0.26 ( 10~100瓦 )                   
其中: η’─效率
COSψ’─功率因子
7.2    電機常數:        
其中:  CA──電機常數
Dil─定子內徑(cm)
l─鐵芯長度(cm)
n─轉速(轉/分)
7.3    長度直徑比: 特性分析  
7.4計算長度: 特性分析 (厘米)
7.5定子內徑:特性分析(厘米)
7.6氣隙長度δ=0.025~0.05(厘米)             
7.7極距: 特性分析 (厘米)    其中 P──極數
7.8極弧長度:   特性分析(厘米)              其中: 特性分析
7.9轉子外徑: 特性分析 (厘米)
7.10轉子內徑(軸孔):dB=(0.18~0.24)D2(厘米)
7.11轉子槽數Z2按表1選取:
極數    轉子槽數Z2
2    11,12,15,18
4    11,17,22,57
6    26,33
7.12轉子斜槽角度計算:
斜槽角度= 特性分析
7.13定子槽滿率 特性分析
其中: η──槽滿率
      dM──漆包線最大直徑(mm)
      WN──每極下繞組每槽匝數
      S──電機定子槽率面積(mm2)
8.電機型號由產品代號、尺寸規格和額定電壓代號三部分組成,具體如下:

特性分析

2020-03-29 14:13:37

電機的分類-混合式步進電機

一、步進電機的定義:

步進電機是將電脈沖信號轉換為相應的角位移或直線位移的一種特殊電機,它與其相配套的驅動器共同構成一套步進電機系統,給電機每輸入一個電脈沖信號,電機就轉動一個角度,它的運動形式是步進式的,所以稱為步進電機。

二、步進電機特點:

1.高分辨率、高精度定位
受脈沖信號控制,角位移輸出與輸入的脈沖數相對應成正比關系,實現以固有步距角為單位的精密運轉,步距誤差不會積累,受外界條件(如電壓波動、溫度變化等)影響小。以1.8°步距角電機為例,其每轉分辨率可以達到1/200(即1.8°/360°)、1/400,每步誤差精度控制在±5%。如采用微步細分驅動,可以達到更高的分辨率及精度。
2.系統構成簡單
步進電機在驅動器的作用下,無需電機速度或位置檢測器,能直接將數字脈沖信號轉換成角位移或線位移,并能正確地按脈沖指令運轉。
3.控制性能好 
電機轉速與控制脈沖的頻率同步,因而改變控制脈沖的頻率,就可以在很寬的范圍內調節電機的轉速。通過對脈沖的控制,不需要通過齒輪減速裝置過渡,可直接得到極低轉速、較高的轉矩,從而避免了功率的損耗和運動精度的影響,并且能夠快速啟動、制動和正反轉。
4.具有自鎖力 
在停止供電狀態下還有定位轉矩,在停機后仍保持給繞組通電狀態,具有自鎖能力,無需剎車系統即能保持停止位置。
5.更長的使用壽命 
采用電子換相,無須碳刷和換向器進行機械摩擦,從而減少了摩擦,增加了電機使用壽命。

三、應用領域 

基于以上特點,步進電機被廣泛應用于各種數字化管理運動控制應用領域,比如打印機、舞臺燈光、ATM機、安防監控、工業設備、醫療、紡織機械、汽車工業等產品及領域。

四、步進電機基本結構

電機的分類-伺服電機及驅動器

安裝說明:
1.請勿拆卸電機;
2.該種電機定子與轉子氣隙很小,請勿用重物敲打電機表面,或使電機掉落地面。
3.請選擇合適的安裝方式(螺釘與貫穿),如下圖;

電機的分類-伺服電機及驅動器

4.選用合適的安裝板厚度,確保安裝強度,參考下表:

項目 規格
轉速精度 ±5%
電阻精度 ±10%
電感精度 ±20%
溫升 ≤80℃(額定電流)
環境溫度 -20℃~+50℃
絕緣電阻 100MΩ Min. 500VDC
耐壓 500VAC·1min

 

五、工作原理 

步進電機驅動器根據外來的脈沖,通過起內部的邏輯電路,控制步進電機的繞組以一定的時序,正向或反向通電,從而使電機運轉,以兩相1.8°步進電機為例:1.按照繞線方式,一般有4線(雙極性)電機、6線(單極性)電機兩種。

電機的分類-伺服電機及驅動器

4線(雙極性)電機,其繞組的通電方向順序按照:AB-BC-CD-DA四個狀態周而復始的進行通斷變化,每變化一次,電機運轉一步,即轉動1.8°。

電機的分類-伺服電機及驅動器

4線(雙極性)

6線(單極性)電機,其繞組的通電方向順序按照:OA-OB-OC-OD四個狀態周而復始的進行通斷變化,每變化一次,電機運轉一步,即轉動1.8°。

電機的分類-伺服電機及驅動器

6線(單極性)

2.相序圖及接線圖 
2.1 4線電機(雙極性)

電機的分類-伺服電機及驅動器

2.2 6線電機(單極性)

電機的分類-伺服電機及驅動器

3.通用特性 

項目 規格
轉速精度 ±5%
電阻精度 ±10%
電感精度 ±20%
溫升 ≤80℃(額定電流)
環境溫度 -20℃~+50℃
絕緣電阻 100MΩ Min. 500VDC
耐壓 500VAC·1min

4.命名規則

BJ  Y  Z  42  D  15 - 01  V  01
① ② ③  ④ ⑤  ⑥   ⑦  ⑧ ⑨
① 步進電機類型:
混合式:BJ
永磁式:PM
② 電機外形
Y:外形為圓形
若沒有標識,則表示外形為方形;
只針對BJ電機,PM電機沒有標識
③ Z:帶齒輪箱
若沒有標識,則表示不帶齒輪箱
④ 機座號:電機外形尺寸(mm),圓形表示電機外徑直徑(mm)
⑤ 步距角:
C:0.9°;D:1.8°;E:0.6°;F:1.2°
G:3.6°;H:3.75°;K:5.625°
L:11.25°;P:15°;Q:0.72°;R:7.5°
⑥ 定子鐵芯厚度:mm
⑦ 性能參數代號:01~99
表示電機的電流、力矩等性能參數
⑧ 極性號:
N:單極性單出軸
M:單極性雙出軸
V:雙極性單出軸
W:雙極性雙出軸
⑨ 機械尺寸代號:01~99
表示電機的軸伸、引線、螺釘等機械參數

 

2020-03-27 14:45:55

電機的分類-直流無刷電機

一、無刷電機的定義:

無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成,是一種典型的機電一體化產品。 無刷電機是指無電刷和換向器(或集電環)的電機,又稱無換向器電機。無刷電機采用晶體管電子換向電路代替電刷與換向器機械換相裝置來改變電流方向,克服了傳統有刷電機碳刷壽命短的缺陷。無刷直流電動機的永磁體,現在多采用高磁能級的稀土釹鐵硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁無刷電動機的體積比同容量異步電動機縮小了一個機座號。

二、無刷電機特點:

1、可替代有刷電機調速、變頻器+變頻電機調速、異步電機+減速機調速;
2、具有傳統直流電機的優點,同時又取消了碳刷、滑環結構;
3、可以低速大功率運行,可以省去減速機直接驅動大的負載;
4、體積小、重量輕、出力大;
5、轉矩特性優異,中、低速轉矩性能好,啟動轉矩大,啟動電流小;
6、無級調速,調速范圍廣,過載能力強;
7、軟啟軟停、制動特性好,可省去原有的機械制動或電磁制動裝置;
8、效率高,電機本身沒有勵磁損耗和碳刷損耗,消除了多級減速耗,綜合節電率可達20%~60%。
9、可靠性高,穩定性好,適應性強,維修與保養簡單;
10、耐顛簸震動,噪音低,震動小,運轉平滑,壽命長;
11、不產生火花,特別適合爆炸性場所,有防爆型;
12、根據需要可選梯形波磁場電機和正弦波磁場電機。

三、應用領域 

基于以上特點,無刷電機被廣泛應用于各種智能化與自動化應用領域,比如軟硬盤驅動器、電單車、風機、水泵、航模、家用電器、辦公自動化、醫療器械、汽車等領域。

四、無刷電機基本結構

直流無刷電動機的結構主要由電動機本體、位置傳感器和電子開關線路三部分組成。電動機本體在結構上與永磁同步電動機相似,但沒有籠型繞組和其他起動裝置。其定子繞組一般制成多相(三相、四相、無相不等),轉子由永久磁鋼按一定極對數(2p=2,4,…)組成。

電機的分類-伺服電機及驅動器

無刷直流電動機本體由永磁體轉子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。位置傳感按轉子位置的變化,沿著一定次序對定子繞組的電流進行換流(即檢測轉子磁極相對定子繞組的位置,并在確定的位置處產生位置傳感信號,經信號轉換電路處理后去控制功率開關電路,按一定的邏輯關系進行繞組電流切換)。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關電路提供。
位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。
采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機,其磁敏傳感器件(例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或專用集成電路等)裝在定子組件上,用來檢測永磁體、轉子旋轉時產生的磁場變化。
采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機,在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件,轉子上裝有遮光板,光源為發光二極管或小燈泡。轉子旋轉時,由于遮光板的作用,定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生脈沖信號。
采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機,是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件(例如耦合變壓器、接近開關、LC諧振電路等),當永磁體轉子位置發生變化時,電磁效應將使電磁傳感器產生高頻調制信號(其幅值隨轉子位置而變化)

電機的分類-伺服電機及驅動器

五、工作原理 

眾所周知,一般的永磁式直流電動機的定子由永久磁鋼組成,其主要的作用是在電動機氣隙中產生磁場。其電樞繞組通電后產生反應磁場。其電樞繞組通電后產生反應磁場。由于電刷的換向作用,使得這兩個磁場的方向在直流電動機運行的過程中始終保持相互垂直,從而產生最大轉矩而驅動電動機不停地運轉。直流無刷電動機為了實現無電刷換相,首先要求把一般直流電動機的電樞繞組放在定子上,把永磁磁鋼放在轉子上,這與傳統直流永磁電動機的結構剛好相反。但僅這樣做還是不行的,因為用一般直流電源給定子上各繞組供電,只能產生固定磁場,它不能與運動中轉子磁鋼所產生的永磁磁場相互作用,以產生單一方向的轉矩來驅動轉子轉動。所以,直流無刷電動機除了由定子和轉子組成電動機本體以外,還要由位置傳感器、控制電路以及功率邏輯開關共同構成的換相裝置,使得直流無刷電動機在運行過程中定子繞組所產生的的磁場和轉動中的轉子磁鋼產生的永磁磁場,在空間始終保持在(π/2)rad左右的電角度。

六、通用特性 

項目 規格
轉速精度 ±5%
電阻精度 ±10%
電感精度 ±20%
溫升 ≤80℃(額定電流)
環境溫度 -30℃~+60℃
絕緣電阻 100MΩ Min. 500VDC
耐壓 500VAC·1min

 

七、命名規則

電機的分類-伺服電機及驅動器

2020-03-27 14:29:55

電機的分類-串激電機

一、串激電機的定義:

定子勵磁繞組和電樞(轉子)繞組為串聯,既可通直流又可通交流電,具有換向器換向的電動機。

二、串激電機特點:

1.對于外接電源有廣泛的適應性
不論是交流電還是直流電;不論是60Hz還是50 Hz;不論12V、24VDC還是110V、220V、240V ;總之它可設計成適應任一外接電源的電機。
2.轉速高,調速范圍廣
轉速范圍為3000~40000RPM,在同一電機上采用多個抽頭可得到較寬的調速范圍.家用電器正需要這種高轉速、寬調速范圍的電機. 因感應電機達不到高轉速(不大于3000 RPM).例如吸塵器,它需要高轉速在容器內外形成負壓,以產生吸力。
3.啟動力矩大,體積小:
當負載力矩增大時, 串勵電動機能調整自身的轉速和電流,以增大自身的力矩。

三、應用領域

串激電機因轉速可調范圍廣,啟動扭矩大的特點被廣泛的應用于電動工具、廚房用品、美容美發、地板護理等產品領域。

四、串激電機基本結構

串激電機主要是由定子,轉子,前、后支架及散熱風葉組成。定子由定子鐵芯和套在極靴上的繞組組成,其作用是產生勵磁磁通,導磁及支撐前后支架;轉子由轉子鐵芯、軸、電樞繞組及換向器組成,其作用是保證并產生連續的電磁力矩,通過轉軸帶動負載做功,將電能轉化為機械能; 前后支架起支撐電樞,將定、轉子連結固定成一體的作用。其中轉軸,前、后支架要有足夠的強度,以防電樞與支架發生共振現象,引起振動和危險,一般前、后支架內有滾動或含油軸承。

電機的分類-伺服電機及驅動器


五、基本工作原理

如下圖一,它是串激電機的基本工作原理圖.電流流經上部定子線圈,產生一定方向的磁場;然后經碳刷進入換向器(銅頭),再在轉子繞組中分成上、下并聯支路流過,導流的轉子線圈在外部磁場作用下產生力,從而使轉子轉動,銅頭使轉子中的電流始終保持上下對稱、連續;電流最后從另一個碳刷出來進入下部定子.因上部與下部定子線圈繞線方向一致,致使上、下定子產生的磁場同向,這是必須保持一致的。

電機的分類-伺服電機及驅動器

 

六、接線電氣原理圖:

電機的分類-伺服電機及驅動器


七、特性說明:

單相串激馬達在工作中,其負載并不固定在額定點上而是變化的,存在著起動、負載、過載、堵轉、停機等過程與變化。電機性能曲線能完整地描述在額定電壓條件下,以輸出轉矩為自變量,轉速、效率、功率因數、輸出功率、輸入電流、輸入功率等參數的變化規律,并用曲線形式展現,表征著電機運行特性。
圖 3 是電機運行過程中,采集的輸入電流、輸入功率、輸出功率、效率等數據,擬合形成的測試曲線。

電機的分類-伺服電機及驅動器

隨著負載 T 的增大,電機的工作電流 I 不斷增大,電機的電源輸入功率 P1 不斷增大。隨著電機工作電流增大,鐵心被磁化且定子勵磁效果不斷增強,此時電機的輸出功率 P2 增大。如只考慮鐵心對電機的影響,電機效率隨磁化曲線從開始磁化段至線性段逐漸增大,當磁化曲線趨近飽和時,電機效率最大。當磁化曲線進入飽和段時,磁能達到飽和,電機輸出功率P2 最大,同時電機發熱劇增、效率下降。

八、命名規則:
XX   XX   XX   X   XXX
○1   ○2   ○3   ○4   ○5
○1以“HC”表示串激
○2以電機芯片最大外徑數值表示,如有小數位則四舍五入
○3以電機芯片疊厚數值表示,如有小數位則四舍五入
○4以“M”表示使用的是交流電
○5以阿拉伯數表示使用電壓,例230表示額定電壓230V
例如:
HC8835M230表示電機外徑為88mm,芯片疊厚35mm,使用額度電壓為交流230V

2020-03-27 14:21:10

電機的基本知識

1.電機的定義

電機是指將電力轉換成動力或者將電能轉換成機械能的裝置。
有時會將電氣輸入簡化為輸入,將機械輸出(動力)省略為輸出。在能量轉換的流程中,輸入的一部分不會變成動力,而是變成了熱,這稱之為損耗。為了保護地球環境,設計出損耗少的電機和對應的使用方法是非常重要的課題。
A.輸入電力、輸出(也稱動力)及損耗之間的關系如下:
輸入電力 = 機械輸出+損耗    表述這些量的單位為瓦特(W)
B.輸入電力與機械輸出的定義公式表述:
輸入電力(W)=電壓(V)x電流(A)
機械輸出(W)=轉速(rad/s)x扭矩(Nm)
C.電機的效率是指以百分率(%)表述的機械輸出相對于輸入電力之比。
電機效率=輸出/輸入×100%
損耗中有些是像摩擦類因機械原因導致的,但比例更大的是銅線內的損耗和鐵心內的損耗。前者稱為銅損,后者稱為鐵損。

2.電機的構成要素

2.1電機的構成要素主要包括如圖①~⑤五個部分

電機的分類-伺服電機及驅動器

①轉子或轉動體:旋轉的部分
②軸承:支持轉子轉軸(軸)的部分
③定子:產生使轉子旋轉的力的部分
④托架或端板:支持軸承,與定子成為一體的部分
⑤導線:連接到給電機供電的驅動電路或電源上的電線定子
2.2在以上構成要素中,與電機基本分類法關系較大的有定子和轉子,定子的典型結構可列出以下4種。
A.分布式繞組定子
B.集中繞組定子
C.感應器型定子
D.永磁定子
2.3轉子可分成10種。
A.鼠籠式轉子
B.凸極籠式轉子
C.半硬磁鋼轉子
D.軟鋼轉子
E.凸極式硅鋼轉子
F.微細齒條式軟鋼轉子
G.永磁轉子
H.感應器型轉子
I.線圈型轉子
J.整流子型轉子
2.4構成電機的主要元件材料
A.漆包線
材料一般使用銅,但也有很少的情況會使用鋁。
電線分為從電源向電機供電的導線和纏繞在電機內部形成的線圈。從產生磁場的電線這一意思來看,線圈對應的部分也稱漆包線。
B.鐵芯
所謂鐵芯,是磁通道,像字面意思那樣,材料為鐵。此外,用于通過磁通將2個磁鐵結合起來的鐵通常稱為軛鐵。
機構結構用的鐵和鐵芯用的鐵在副成分的種類上不一樣。機構結構用的鐵中含有碳(C),而鐵芯用的鐵中添加了硅(Si),它還被稱為硅鋼。在電機中,鐵芯分為定子鐵芯和轉子鐵芯,通過兩者之間的空隙構成磁路。構成電磁鐵勵磁型直流電機勵磁回路的定子鐵芯的磁極會通過直流進行勵磁,因此,鐵芯不需要采用層積構造,使用軟鋼。
另一方面,構成電樞電路的轉子鐵芯在旋轉時磁通會發生變化,因此,使用的是層積鐵芯。另外,小型直流電機的磁極一般會使用永久磁鐵。由于均通過交流進行勵磁,同步電機的定子、感應電機的定子和轉子的鐵芯最好使用層積鐵芯。
C.絕緣體(材料)
對電流進行遮斷的絕緣體,防止電流流到規定場所以外,材料為絕緣材料。一般會使用橡膠及稱為琺瑯的高分子化合物/樹脂、紙、云母、玻璃纖維等。
D.永久磁鐵
電機構成材料中比較重要的是作為磁場發生源的永久磁鐵。也可以稱為以鐵為主要成分的合金或氧化物。

3.電機的分類

3.1.罩極電機
3.2.串激電機
3.3.直流無刷電機
3.4.混合式步進電機
3.5.伺服電機
3.6.泵類電機
電機的基本原理與特性
1.罩極電機
2.串激電機
3.直流無刷電機
3.1定義
3.2原理與構造
3.3接線
3.4特性
4.步進電機(案例)
4.1定義
4.2原理與構造
4.3接線
4.4特性
5.伺服電機
6.泵類電機

2020-03-27 14:20:01

電機的發展史

電機的發展大體上可以分為四個階段:直流電機、交流電機、控制電機、特種電機。


電機發展歷史年鑒

1820年,丹麥物理學家奧斯特(Oersted)發現了電流在磁場中受機械力的作用,即電流的磁效應

1821年,英國科學家法拉第(Faraday)總結了載流導體在磁場內受力并發生機械運動的現象,法拉第的試驗模型可以認為是現代直流電動機的雛形

1824年,阿拉果(Arago)發現了旋轉磁場,為交流感應電動機的發明奠定了基礎。當時阿拉果(Arago)轉動一個懸掛著的磁針,在磁針外圍環繞一個金屬圓環,以研究磁針旋轉時圓環所起的阻尼作用,這就是首次利用機械力所產生的旋轉磁場

1825年,發現了阿拉果旋轉現象,根據作用力和反作用力的原理,利用外繞金屬圓環的旋轉,阿拉果使懸掛的磁針得到一定的偏轉,這個現象實質上就是以后多相感應電動機的工作基礎

1831年,法拉第發現了電磁感應定律,并發明了單極直流電機

1832年,人們知道了單相交流發電機。由于生產上沒什么需要,加上當時科學水平的限制,人們對交流電還不很了解,所以交流電機實質上沒什么發展

1833年,法國發明家皮克西(Pixii)制成了第一臺旋轉磁極式直流發電機,主要利用了磁鐵和線圈之間的相對運動和一個換向裝置,這就是現代直流發電機的雛形。楞次已經證明了電機的可逆原理

1833~1836年,美國人奧蒂斯設計和制造了第一臺ARBOR步進電機生產率為35米3/時

1834年,俄國物理學家雅可比(Якоби)設計并制成了第一臺實用的直流電動機,該電動機有15瓦,由一組靜止的磁極和一組可以轉動的磁極組成;依靠兩組磁極之間的電磁力和換向器的換向作用,得到了連續的旋轉運動

1838年,雅可比把改進的直流電動機裝在一條小船上

1850年,美國發明家佩奇(Page)制造了一臺10馬力的直流電動機,用來驅動有軌電車

1851年,辛斯坦得首先提出(1863年再次由華爾德提出)電流代替永磁來勵磁,使磁場得以初步加強。由希奧爾特首先提出(1866~1867年再次由華爾德和西門子提出)用蓄電池他勵發展到自勵,最終地解決了加強勵磁的問題

1857年,英國電學家惠斯通(Wheatstone)發明了用伏打電池勵磁的發電機

1860年,潘啟諾梯(Pacinotti)在電動機的模型中提出環形電樞繞組的結構,由于銅線的利用變差沒有受到人們的重視

1864年,英國特理學家麥克斯韋(Maxwell)提出了麥克斯韋方程組,創立了完整的經典電磁學理論體系,為電機電磁場分析奠定基礎

1867年,馬克斯威爾對自勵現象作出了數學分析,是電機理論中的第一篇經典論文。德國工程師西門子(Siemens)制造了第一臺自饋式發電機,甩掉了伏打電池

1870年,格拉姆(Gramme)提出了發電機環形閉合電樞繞組的結構,由于環形繞組為分布繞組,電壓脈動較小,換向和散熱情況均較良好,所以很快取代了T 型繞組。由于對這二種結構進行對比的結果,終于使電動機的可逆原理為公眾所接受,從此發電機和電動機的發展合二為一

1871年,凡.麥爾準發明了交流發電機

1873年,由海夫納-阿爾泰涅克提出鼓型電樞繞組,既具有T型和環形電樞繞組的優點,又免除了它們的缺點;因為鼓型電樞繞組實質上就是T型電樞繞組的分布化。麥克斯韋出版《電磁通論》

1876年,亞勃羅契訶夫首次采用交流發電機和開磁路式串聯變壓器,來供電給他所發明的“電燭”,是交流電用于照明系統的開始

1878年,為了加強繞組的機械固定和減少銅線內部的渦流耗損,繞組的有效部分放到鐵心的槽中

1879年,拜依萊(Bailey)首次用電的辦法獲得了旋轉磁場,采用依次變動四個磁極上的勵磁電流的方法,如果在四個磁場的中間放一個銅盤,由于感應渦流的作用,銅盤將隨著磁場的變動而旋轉,這就是最初的感應電動機

1880年,愛迪生(Edison)提出采用迭片鐵心;這樣就大大減少了鐵心損耗,同時降低了電樞繞組的溫升。同年,馬克西提出將鐵心分成幾迭,每迭之間留出一定寬度的通風槽以加強散熱。使得直流電機的電磁負荷、單機容量和效率都提高到前所未有的水平;這樣,換向器上的火花問題就成為當時的突出問題

1882年,臺勃萊茲(Deprez)把米斯巴哈水電站發出的2千瓦直流電能,通過一條57公里長的輸電線送到慕尼黑,從而證明了遠距離輸電的可能性。臺勃萊茲的試驗,為電能和電機的應用打開了廣闊的前景。是直流電機發展史上的一個重要轉折點

1883年,臺勃萊茲在巴黎科學院提出,把二個在時間和空間上各自相差1/4周期的交變磁場合成,就可以得到一個旋轉磁場

1884年,曼奇斯(Menges)發明了補償繞組和換向極,促進了電、磁負荷和單機容量的進一步提高,而容量繼續提高的主要困難和限制,仍然是換向器上的火花問題。霍普金生兄弟發明了具有閉合磁路的變壓器

1885年,齊波諾斯基(Zipernowski)、得利(Deri)和勃拉第(Blathy)三人提出了心式和殼式結構,使得單相變壓器在照明系統中得到了一定的應用。弗拉利斯(Ferraris)發現二相電流可以構成旋轉磁場。在不知前人研究成果的情況下,弗拉利斯得出了與拜依萊和臺勃萊茲同樣的結論;并且進一步把利用交流電來產生旋轉磁場,和利用銅盤來產生感應渦流這兩個思想結合起來,制成了第一臺二相感應電動機。福勃斯(Forbs)提出用炭粉來做電刷。使得火花問題暫告緩和

1886年,霍普金生兄弟(John and Edward hopkinson)確立了磁路的歐姆定律,使得人們能夠自覺地來設計電機的磁路

1888年,弗拉利斯在意大利科學院提出了“利用交流電來產生電動旋轉”的經典論文。同一時期(1886~1888年),特斯拉亦獨立地從事于旋轉磁場的研究和試驗,而且和弗拉利斯互不相涉和幾乎同時地發明了感應電動機

1889年,多利沃-多勃羅夫斯基提出采用三相制的建議,證明三相交流電也可以產生旋轉磁場,同時設計和制出了第一臺三相變壓器和三相感應電動機

1891年,阿諾爾德(Arnold)建立了直流電樞繞組的理論,使直流電機的設計和計算建立在更加科學的基礎上。三相制就迅速的被推廣使用

1893年左右,開耐萊(Kenelly)和司坦麥茨(Steinmetz)開始利用復數和向量來分析交流電路

1894年,海蘭(Heyland)提出“多相感應電機和變壓器性能的圖解確定法”的論文,是感應電機理論中的第一篇經典性論文。同年,弗拉利斯已經采用把脈振磁場分解為二個大小相等、轉向相反的旋轉磁場的辦法來分析單相感應電動機;雖然弗拉利斯所得的結果仍不免于錯誤,但是他所用的方法,卻對旋轉電機的理論分析有著不可磨滅的貢獻,這種方法以后被稱為雙旋轉磁場理論

1895年,波梯(Potier)和喬治(Goege)建立了交軸磁場理論

1899年,在研究凸極同步電動機的電樞反應時,勃朗臺爾(Blondel)提出雙反應理論;這個理論后來被道黑提(Doherty)、尼古爾(Nickle)和派克(Park)等人所發展,成為現代同步電機理論的基礎

1913年,福提斯古(Fortescue)開始分析感應電動機的不對稱情況

1918年,福提斯古提出了求解三相不對稱問題的對稱分量法

1920年,英國人所開發步進電機

1920~1940年許多學者(Drefus, Punga, Fritz, Moller, Heller)對雙籠和深槽電機的理論和計算方法,諧波磁場 所產生的寄生轉矩,異步電機的噪音等問題進行了一系列研究

1926~1930年,道黑提和尼古爾二人先后提出了五篇經典性論文,發展了勃朗臺爾的雙反應理論,求出了穩 態和暫態時同步電機的功角特性,和三相、單相突然短路電流

1929年,派克利用坐標變換和算子法,導出了暫態時同步電機的電勢方程和算子阻抗。同一時期,許多學 者又深入地研究了同步電機內部的磁場分布,得出了各種電抗的計算公式和測定方法。所有這些工作,使 得同步電機內部的理論達到了比較完善的地步

1935~1938年,克朗(Kron)系統地提出了利用張量分析來研究旋轉電機的方法

1940年前后,出現了一系列新的控制電機,例如電機放大機,交流測速發電機,回轉變壓器等。為了滿足 控制系統的要求,自整角機的精度和伺服電動機的性能亦有很大的提高。同一時期,小型分馬力電機的理 論已有較大的發展。

1950年代后期晶體管的發明也逐漸應用在步進電機上

1950~1960年,許多學者進一步研究了同步電機和感應電機的電磁—機械暫態。由于利用了物理模型和模擬 計算機,使得許多復雜的電機動態運行問題得到了解決

1958年,英國Bristol大學的G.H.Rawcliffe等提出極幅調制繞組(稱為P.A.M 繞組)

1959年起,逐步建立起機電能量轉換的新體系

1970年,英國Leeds大學步進電機研究小組首創一個開關磁阻電機(Switched Reluctance Motor, SRM)雛 形,這是關于開關磁阻電機最早的研究

1972年,進一步對帶半導體開關的小功率開關磁阻電動機(10w~1kw)進行了研究

1975年,開關磁阻電機有了實質性的進展,并一直發展到可以為50kw的電瓶汽車提供裝置

1980年在英國成立了開關磁阻電機驅動裝置有限公司(SRD Ltd.),專門進行SRD系統的研究、開發和設計

1983年,英國(SRD Ltd.)首先推出了開關磁阻電機SRD系列產品,該產品命名為OULTON

1984年,TASC驅動系統公司也推出了他們的產品。另外SRD Ltd. 研制了一種適用于有軌電車的驅動系統,到1986年已運行500km

1992年,美國著名電機專家T.A.Lipo等人首先提出雙凸極永磁電機

2020-03-25 17:13:37
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