理论教育 电动机技术性能及应用范围详解

电动机技术性能及应用范围详解

更新时间:2025-09-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前常用的电动机按其性能和使用范围有功率电动机、控制电动机、速度信号电动机三种。所以说,直流电动机在控制系统中有很大的应用潜力。不同转子的同步电动机其特性使用场合不一样。两种类型的伺服电动机各具有不同的特点。通过控制脉冲的个数来控制电动机的角位移量,从而达到精确定位的目的。

目前常用的电动机按其性能和使用范围有功率电动机、控制电动机、速度信号电动机三种。不同种类电动机的基本性能和使用范围如下:

1.功率电动机

(1)直流电动机

直流电动机可分为有换向器和无换向器两大类,由于具有较好的控制特性,调速性能好,起动容易,能够载重起动等优点,目前仍然应用广泛。特别是晶闸管直流电源出现以后,为直流电动机的使用提供了条件。所以说,直流电动机在控制系统中有很大的应用潜力。

(2)异步电动机

异步电动机是一种交流电动机,它是基于气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩而实现能量转换的。

异步电动机具有结构简单,制造成本低,使用、维护方便,运行可靠等特点,并且异步电动机还具有较高的运行效率和较好的工作特性,从空载到满载都可以接近恒速运行,能满足大多数生产机械的传动要求。

目前异步电动机品种、规格繁多,且一般都为系列产品。其常见的产品有单相异步电动机和三相异步电动机两种,它们广泛用于驱动水泵、机床、鼓风机、压缩机、起重机、矿山提升机械、轻工机械、工业制造、农副产品加工、家用电器在和医疗机械等。其中一些微型和小容量电动机,如家用电器中的电扇、电冰箱、空调、吸尘器以及农副产品加工中的搅拌机、微型设备等所配套的均为单相异步电动机。

(3)同步电动机

同步电动机使用交流电源,又以三相为主体。同步电动机的定子与异步电动机完全一样,但转子有凸极式和隐极式两种,同步电动机通过交流电后,转子与定子的旋转磁场同步运行。

不同转子的同步电动机其特性使用场合不一样。凸极式转子同步电动机,结构简单,制造成本低,但机械强度较低,适应于低速运转的场合;隐极式转子同步电动机,制造工艺复杂,但机械强度高,适用于高速运转的场合。

同步电动机主要用于大型机械的动力配套,如轧钢机、压缩机、鼓风机、球磨机、水泵、微型仪器设备或者充当控制元件。在供电系统中,可以当调相机(能够专门发出或吸收电网无功功率的同步电动机)使用,向电网输送电感性或电容性无功功率。

2.控制电动机

(1)伺服电动机

伺服电动机常用于各种控制系统中,能将输入的电压信号转换为电动机轴上的机械输出量,拖动被控制元件,从而达到控制目的。

伺服电动机有直流和交流之分。两种类型的伺服电动机各具有不同的特点。

直流伺服电动机就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场控制,其机械特性能够满足控制系统的要求。但由于换向器的存在,在工作中换向器与电刷之间容易产生火花,不能应用于有可燃气体的场合。

交流伺服电动机本质上是一种两相异步电动机,其控制方式有幅值控制、相位控制和幅相控制三种。

不论是直流伺服电动机还是交流伺服电动机都必须达到以下要求:

1)电动机的转速应受所加电压信号的控制;

2)转速能够随着所加电压信号的变化而连续变化;

978-7-111-30265-0-Chapter01-4.jpg(https://www.daowen.com)

图1-4 步进电动机

3)电动机体积要小、反应快。

(2)步进电动机

步进电动机(见图1-4)在结构上除配置一个步进驱动器外,与普通电动机没有多大区别,只是其脉冲驱动的形式不同而已。从原理上,我们可以将步进电动机看做一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它将驱动步进电动机按设定的方向转动一个固定的角度。通过控制脉冲的个数来控制电动机的角位移量,从而达到精确定位的目的。同时还可以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度,实现调速控制。

步进电动机具有结构简单、可靠性能高、制造成本低等优点,但也存在一些缺点,如低速转动时有较大的振动和噪声。

步进电动机有多种形式,目前常用的步进电动机有反应步进电动机(VR)、永磁步进电动机(PM)、混合步进电动机(HB)以及单相步进电动机等。这些步进电动机一般应用在控制精度要求不是特别高的场合,如数控机床、自动输料系统、通用软盘驱动器、打印机和绘图仪等。

(3)力矩电动机

力矩电动机(见图1-5)是利用在电枢增加槽数、换向片数和串联导体数,来降低转矩脉动和转速脉动,而实现减速的。根据使用的电源不同,力矩电动机有直流力矩电动机和交流力矩电动机之分。

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图1-5 力矩电动机

直流力矩电动机实际上是一种永磁直流电动机,它具有以下优点:

1)自感电抗很小,响应性能好;

2)输出力矩与输入力矩成正比,与转子的速度和位置无关;

3)可以在接近堵转状态下直接和负载连接;

4)由于不使用齿轮减速,所以无误差,可以实现精确控制。

交流力矩电动机又可分为同步力矩电动机和异步力矩电动机两种,目前常用的是笼型异步力矩电动机,它具有低转速和大力矩的特点。但由于笼型转子的电阻较大,机械特性较软,所以使用范围较小,在纺织工业中一般都使用交流力矩电动机。

(4)开关磁阻电动机

开关磁阻电动机(见图1-6)是一种新型的调速电动机,它是利用磁阻原理来实现调速的,其结构简单、制造成本低、调速性能可靠,在控制电动机的应用上具有很广阔的市场前景。

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图1-6 开关磁阻电动机

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