討論旋轉(zhuǎn)電機(jī)
發(fā)布者：gygs2011 發(fā)布時(shí)間：2013-10-19 09:55:48
當(dāng)前我們主要討論旋轉(zhuǎn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的種類很多，在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用極其廣泛，可以說(shuō)，有電能應(yīng)用的場(chǎng)合都會(huì)有旋轉(zhuǎn)電機(jī)的身影。與內(nèi)燃機(jī)和蒸汽機(jī)相比，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的運(yùn)行效率要高的多；并且電能比其它能源傳輸更方便、費(fèi)用更廉價(jià)，此外電能還具有清潔無(wú)污、容易控制等特點(diǎn)，所以在實(shí)際生活中和工程實(shí)踐中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的應(yīng)用日益廣泛。
不同的電機(jī)有不同的應(yīng)用場(chǎng)合，隨著電機(jī)制造技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)電機(jī)工作原理研究的不斷深入，目前還出現(xiàn)了許多新型的電機(jī)，例如，美國(guó)EAD公司研制的無(wú)槽無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，日本SERVO公司研制的小功率混合式步進(jìn)電機(jī)，我國(guó)自行研制適用于工業(yè)機(jī)床和電動(dòng)自行車上的大力矩低轉(zhuǎn)速電機(jī)等。
1 旋轉(zhuǎn)電機(jī)分類
在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，由于發(fā)電機(jī)是電能的生產(chǎn)機(jī)器，所以和電動(dòng)機(jī)相比，它的種類要少的多；而電動(dòng)機(jī)是工業(yè)中的應(yīng)用機(jī)器，所以和發(fā)電機(jī)相比，人們對(duì)電動(dòng)機(jī)的研究要多的多，對(duì)其分類也要詳細(xì)的多。實(shí)際上，我們通常所說(shuō)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)都是狹義的，也就是電動(dòng)機(jī)——俗稱“馬達(dá)”。眾所周知，電動(dòng)機(jī)是傳動(dòng)以及控制系統(tǒng)中的重要組成部分，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的重點(diǎn)已經(jīng)開始從過(guò)去簡(jiǎn)單的傳動(dòng)向復(fù)雜的控制轉(zhuǎn)移；尤其是對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度、位置、轉(zhuǎn)矩的精確控制。
由此可見，對(duì)于一個(gè)電氣工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，熟悉各種電機(jī)的類型及其性能是很重要的一件事情。通常人們根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的用途進(jìn)行基本分類。下面我們就從控制電動(dòng)機(jī)開始，逐步介紹電機(jī)中最有代表性、最常用、最基本的電動(dòng)機(jī)——控制電動(dòng)機(jī)和功率電動(dòng)機(jī)以及信號(hào)電機(jī)。
2 控制電動(dòng)機(jī)
2.1 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(hào)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；最早的伺服電動(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(chǎng)控制,但通常采用電樞控制。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)的分類，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，存在許多的不足：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(chǎng)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(hào)的控制；轉(zhuǎn)速能夠隨著所加電壓信號(hào)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。伺服電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用在各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，尤其是隨動(dòng)系統(tǒng)。
2.2 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(hào)，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(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制電機(jī)的角位移量，從而達(dá)到精確定位的目的；同時(shí)還可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)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(chǎng)合。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移，所以一直被認(rèn)為是最理想的數(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(wú)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。
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