给电机技术做个普查

2019-04-22来源: 互联网

电机的种类划分非常多,往往让人难以具体区分。像伺服电机就有永磁同步伺服和感应伺服,有直流伺服有交流伺服……下面让我们来给电机家族做个人口普查吧!

 

何为电机?

 

电机是传动以及控制系统中的重要组成部分,它在包装,食品和饮料,制造业,医疗和机器人等众多行业的许多运动控制功能中发挥着关键作用。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过去简单的传动向复杂的控制转移;尤其是对电机的速度、位置、转矩的精确控制。但电机根据不同的应用会有不同的设计和驱动方式,这么一说好像选型非常复杂,因此为了人们根据旋转电机的用途,进行了基本的分类。

 

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本文从电机中最有代表性、最常用、最基本的三大典型——控制电机、功率电机以及信号电机说起,带您重新认识一下这一不可或缺的装置。

 

控制电机主要是应用在精确的转速、位置控制上,在控制系统中作为“执行机构”。

 

电机的基本常识

 

什么叫绕组?

 

电枢绕组是直流电机的核心部分,是铜质漆包线绕制的线圈。当电枢绕组在电机的磁场中旋转都会产生电动势。

 

什么叫磁场?

 

在永磁体或电流周围所发生的力场及凡是磁力所能达到的空间或磁力作用的范围。

 

工作原理

 

电机是将电池电能转换成机械能,驱动电动车车轮旋转的部件。这个东西俗称“马达”。电动机能提供的功率范围很大,从毫瓦级到千瓦级。机床、水泵,需要电动机带动;电力机车、电梯,需要电动机牵引。家庭生活中的电扇、冰箱、洗衣机,甚至各种电动机玩具都离不开电动机。电动机已经应用在现代社会生活中的各个方面。

 

电动机工作原理简单理解为就是:通电导线在磁场中受到力的作用。而电磁感应现象是指闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流的现象。比如:麦克风是运用电磁感应现象,而扬声器是运用电动机原理。

 

有的同学总是搞不清楚电机和发电机的区别,简单来讲:电机在电路中是用字母M(旧标准用D)表示,它的主要作用是产生驱动转矩,作为用电器或各种机械的动力源;而发电机在电路中用字母G表示,它的主要作用是利用机械能转化为电能。

 

电动机主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子和其它附件组成。在定子绕组旋转磁场的作用下,其在电枢鼠笼式铝框中有电流通过并受磁场的作用而使其转动。

 

构造

 

有刷电机

 

有刷电机是大家最早接触的一类电机,中学时物理课堂上介绍电动机也是以它为模型来展示的。有刷电机的主要结构就是定子+转子+电刷,通过旋转磁场获得转动力矩,从而输出动能。电刷与换向器不断接触摩擦,在转动中起到导电和换相作用。

 

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有刷电机采用机械换向,磁极不动,线圈旋转。电机工作时,线圈和换向器旋转,磁钢和碳刷不转,线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。

 

在有刷电机中,这个过程是将各组线圈的两个电源输入端,依次排成一个环,相互之间用绝缘材料分隔,组成一个像圆柱体的东西,与电机轴连成一体,电源通过两个碳元素做成的小柱子(碳刷),在弹簧压力的作用下,从两个特定的固定位置,压在上面线圈电源输入环状圆柱上的两点,给一组线圈通电。

 

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随着电机转动,不同时刻给不同线圈或同一个线圈的不同的两极通电,使得线圈产生磁场的N-S极与最靠近的永磁铁定子的N-S极有一个适合的角度差,磁场异性相吸、同性相斥,产生力量,推动电机转动。碳电极在线圈接线头上滑动,象刷子在物体表面刷,因此叫“碳刷”。

 

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通电后在洛仑磁力的作用下旋转,但是单个线圈会出现扭矩=0,会导致受力稳定性较差,通常会增加线圈提高受力稳定性。

 

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其中永磁铁做定子一般用在较小的电机上,更常用的结构是电磁铁定子。

 

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相互滑动,会摩擦碳刷,造成损耗,需要定期更换碳刷;碳刷与线圈接线头之间通断交替,会发生电火花,产生电磁破,干扰电子设备。

 

总结一下有刷电机特点:

 

1、结构简单

 

有刷电机机构简单,生产加工容易,维修方便,容易控制;直流电机还具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能。

 

2、运行平稳,起、制动效果好

 

有刷电机是通过调压调速,所以起动和制动平稳,恒速运行时也平稳。无刷电机通常是数字变频控制,先将交流变成直流,直流再变成交流,通过频率变化控制转速,所以无刷电机在起动和制动时运行不平稳,振动大,只有在速度恒定时才会平稳。

 

3、控制精度高

 

有刷电机通常和减速箱、译码器一起使用,使的电机的输出功率更大,控制精度更高,控制精度可以达到0.01毫米,几乎可以让运动部件停在任何想要的地方。所有精密机床都是采用直流电机控制精度。

 

缺点

 

a、电刷和换向器之间有摩擦,造成效率降低、噪音增加、容易发热,有刷电机的寿命要比无刷短几倍。

 

b、维护麻烦,需要不停的换电刷。

 

c、因为电阻大,效率低、输出功率少。

 

d、电刷和换向器摩擦会引起火花,干扰大。

 

无刷电机

 

为了使电机的工作更可靠,效率更高,以及更低的噪音,目前的大趋势基本上是无刷直流电机为主了。相比同功率的有刷直流电机,无刷直流电机有着更低的重量。传统直流电机的电刷会随着使用而磨损,还有可能产生电火花,因此对于现在对寿命和耐用性有着更高要求的现代工业来讲,有刷直流电机即将隐退。

 

无刷直流电机(BLDC)由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体,为了检测电动机转子的极性,在电动机内装有位置传感器。

 

无刷电机中,换相的工作交由控制器中的控制电路(一般为霍尔传感器+控制器,更先进的技术是磁编码器)来完成。

 

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当给线圈冲直流电时,线圈充能形成一个电磁体,BLDC的工作是以永磁体和电磁体之间的相互作用力为基本条件,定子和转子的上极性相反的磁极就会相互吸引,当磁极依次接近线圈A时,线圈B开始通电,接近B时,C通电,整个过程一直重复,转子就会持续转动。

 

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这就好似驴子吃萝卜,要想让驴子一直行走,在他的脑袋钱挂个萝卜就行。

 

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无刷直流电机有以下的特点:

 

无刷直流电机的外特性好,能够在低速下输出大转矩,使得它可以提供大的起动转矩;

 

无刷直流电机的速度范围宽,任何速度下都可以全功率运行;

 

无刷直流电机的效率高、过载能力强,使得它在拖动系统中有出色的表现;

 

无刷直流电机的再生制动效果好,由于它的转子是永磁材料,制动时电机可以进入发电机状态;

 

无刷直流电机的体积小,功率密度高;

 

无刷直流电机无机械换向器,采用全封闭式结构,可以防止尘土进入电机内部,可靠性高;

 

无刷直流电机比异步电机的驱动控制简单。

 

总结一下有刷电机vs无刷电机的区别:

 

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实际上两种电机的控制都是调压,只是由于无刷直流采用了电子换向,所以要有数字控制才可以实现了,而有刷直流是通过碳刷换向的,利用可控硅等传统模拟电路都可以控制,比较简单。

 

1.有刷马达调速过程是调整马达供电电源电压的高低。调整后的电压电流通过整流子及电刷地转换,改变电极产生的磁场强弱,达到改变转速的目的。这一过程被称之为变压调速。

 

2.无刷马达调速过程是马达的供电电源的电压不变,改变电调的控制信号,通过微处理器再改变大功率MOS管的开关速率,来实现转速的改变。这一过程被称之为变频调速。

 

分类和用途


我们生活中大多数用的是单相异步电动机,它是利用单相交流电源供电的一种小容量交流电机。由于它具有结构简单、成本低廉运行可靠、维护方便等优点以及可以再单相220伏交流电源上使用的特点,被广泛采用与办公场所、家用电器等方面,在工农业生产及其他领域也使用着不少单相异步电动机。如台扇、吊扇、洗衣机、电冰箱、吸尘器、小型鼓风机、小型车床、医疗器械等等。

 

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单相异步电动机的不足之处是它与同容量的三相异步电动机相比较,体积较大、运行性能较差、效率较低。因此一般只制成小型的微型系列,容量在几瓦到几百瓦之间。

 

电机产品种类繁多,根据型号、规格、功率、轴伸、绝缘、编码器、转速开关、热敏元件、加热带等参数的不同可划分出各种各样电机。如果细分起来是有很多种:

 

1.按工作电源种类划分:可分为直流电机和交流电机

2.按结构和工作原理划分:可分为直

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编辑:冀凯 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/gykz/ic459302.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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