美國葆德Baldor各種電機的工作原理及應用

一、伺服電動(dòng)機

伺服電動(dòng)機廣泛應用于各種控制系統中，能將輸入的電壓信號轉換為電機軸上的機械輸出量，拖動(dòng)被控制元件，從而達到控制目的。

伺服電動(dòng)機有直流和交流之分：

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

目前的直流伺服電動(dòng)機從結構上講，就是小功率的直流電動(dòng)機，其勵磁多采用電樞控制和磁場(chǎng)控制，但通常采用電樞控制。

直流伺服電動(dòng)機在機械特性上能夠很好的滿(mǎn)足控制系統的要求，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，干擾驅動(dòng)器工作，不能應用在有可燃氣體的場(chǎng)合電刷和換向器存在摩擦，會(huì )產(chǎn)生較大的死區結構復雜，維護比較困難

交流伺服電動(dòng)機本質(zhì)上是一種兩相異步電動(dòng)機，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)機要求電動(dòng)機的轉速要受所加電壓信號的控制；轉速能夠隨著(zhù)所加電壓信號的變化而連續變化；電動(dòng)機的反映要快、體積要小、控制功率要小。

二、步進(jìn)電動(dòng)機

所謂步進(jìn)電動(dòng)機就是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。更通俗一點(diǎn)講：

當步進(jìn)驅動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅動(dòng)步進(jìn)電機按設定的方向轉動(dòng)一個(gè)固定的角度。

我們可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數來(lái)控制電機的角位移量，從而達到定位的目的；同時(shí)還可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電動(dòng)機轉動(dòng)的速度和加速度，從而達到調速的目的。

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

步進(jìn)電動(dòng)機和普通電動(dòng)機的區別主要就在于其脈沖驅動(dòng)的形式，正是這個(gè)特點(diǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機可以和現代的數字控制技術(shù)相結合。

但步進(jìn)電動(dòng)機在控制精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統閉環(huán)控制的直流伺服電動(dòng)機；所以主要應用在精度要求不是特別高的場(chǎng)合。

由于步進(jìn)電動(dòng)機具有結構簡(jiǎn)單、可靠性高和成本低的特點(diǎn)，所以步進(jìn)電動(dòng)機廣泛應用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域；尤其是在數控機床制造領(lǐng)域，由于步進(jìn)電動(dòng)機不需要A/D轉換，能夠直接將數字脈沖信號轉化成為角位移，所以一直被認為是理想的數控機床執行元件。

除了在數控機床上的應用，步進(jìn)電機也可以用在其他的機械上，比如作為自動(dòng)送料機中的馬達，作為通用的軟盤(pán)驅動(dòng)器的馬達，也可以應用在打印機和繪圖儀中。

此外，步進(jìn)電動(dòng)機也存在許多缺陷：

由于步進(jìn)電機存在空載啟動(dòng)頻率，所以步進(jìn)電機可以低速正常運轉，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(chǎng)家的細分驅動(dòng)器精度可能差別很大，細分數越大精度越難控制；并且，步進(jìn)電機低速轉動(dòng)時(shí)有較大的振動(dòng)和噪聲。

三、力矩電動(dòng)機

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

力矩電動(dòng)機有直流力矩電動(dòng)機和交流力矩電動(dòng)機兩種。

其中，直流力矩電動(dòng)機的自感電抗很小，所以響應性很好；其輸出力矩與輸入電流成正比，與轉子的速度和位置無(wú)關(guān)；它可以在接近堵轉狀態(tài)下直接和負載連接低速運行而不用齒輪減速，所以在負載的軸上能產(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)生的系統誤差。

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

四、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機

開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機是一種新型調速電動(dòng)機，結構極其簡(jiǎn)單且堅固，成本低，調速性能優(yōu)異。

五、無(wú)刷直流電動(dòng)機

無(wú)刷直流電機（BLDCM）是在有刷直流電動(dòng)機的基礎上發(fā)展來(lái)的，但它的驅動(dòng)電流是不折不扣的交流；無(wú)刷直流電機又可以分為無(wú)刷速率電機和無(wú)刷力矩電機。一般地，無(wú)刷電機的驅動(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(wú)刷電機，后一種叫交流伺服電機，確切地講是交流伺服電動(dòng)機的一種。無(wú)刷直流電機為了減少轉動(dòng)慣量，通常采用“細長(cháng)”的結構。

無(wú)刷直流電機在重量和體積上要比有刷直流電機小的多，相應的轉動(dòng)慣量可以減少40%—50%左右。由于永磁材料的加工問(wèn)題，致使無(wú)刷直流電機一般的容量都在100kW以下。

這種電動(dòng)機的機械特性和調節特性的線(xiàn)性度好，調速范圍廣，壽命長(cháng)，維護方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問(wèn)題，所以這種電動(dòng)機在控制系統中有很大的應用潛力。

六、變頻電機

1、變頻電機的構造原理

電動(dòng)機的調速與控制，是工農業(yè)各類(lèi)機械及辦公、民生電器設備的基礎技術(shù)之一。隨著(zhù)電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的驚人發(fā)展，采用“變頻感應電動(dòng)機+變頻器”的交流調速方式，正在以其的性能和經(jīng)濟性，在調速領(lǐng)域，引導了一場(chǎng)取代傳統調速方式的更新?lián)Q代的變革。

它給各行各業(yè)帶來(lái)的福音在于：

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

由于變頻電源的特殊性，以及系統對高速或低速運轉、轉速動(dòng)態(tài)響應等需求，對作為動(dòng)力主體的電動(dòng)機，提出了苛刻的要求，給電動(dòng)機帶來(lái)了在電磁、結構、絕緣各方面新的課題。

2、變頻電機的應用

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

特別是隨著(zhù)變頻器在工業(yè)控制領(lǐng)域內日益廣泛的應用，變頻電機的使用也日益廣泛起來(lái)，可以說(shuō)：

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

七、直線(xiàn)電機

直線(xiàn)電機被用在各種運動(dòng)控制系統中，尤其是隨動(dòng)系統 。由于交流同步電機（簡(jiǎn)稱(chēng)同步電機）在可靠性與維護量、功率因數、電機尺寸與轉動(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，世界各國已基本趨向于使用同步電機。

比如工業(yè)應用上大功率空氣壓縮機、水泵、煤炭與有色金屬行業(yè)中的大功率提升機和鋼廠(chǎng)大容量軋鋼機等均采用同步電機驅動(dòng)。

近幾年來(lái)，直線(xiàn)電機在機床進(jìn)給伺服系統中的應用，已在世界機床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達地區掀起"直線(xiàn)電機熱"。

在機床進(jìn)給系統中，采用直線(xiàn)電動(dòng)機直接驅動(dòng)與原旋轉電機傳動(dòng)的大區別是取消了從電機到工作臺(拖板)之間的機械傳動(dòng)環(huán)節，把機床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長(cháng)度縮短為零，因而這種傳動(dòng)方式又被稱(chēng)為"零傳動(dòng)"。

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