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关于电机
关于电机

电机术语

一、电机的分类术语

1.罩极电机
又叫罩极式电机,是单相交流电机中的一种,通常采用笼型斜槽铸铝转子。根据定子外形结构的不同,又分为凸极式罩极电机和隐极式罩极电机。
2.串激电机
通过电磁铁产生励磁束的电磁铁励磁束型直流电机,励磁绕组和电枢绕组串联。
其特点是转速会随着负载变化而剧烈变化,启动时或低速时会发生较大的扭矩,负载下降时,转速增大。
这种特性一般称为串激特性,以前主要将这种特性用于电车及升降电梯等特定用途,现在已被利用变频器对感应电机及同步电机进行可变速控制的方法所取代。
这种电机也可使用交流,但作为直流电机进行设计的电机,如果使用交流,则铁损等损耗会增加,因此,会异常发热。
3.步进电机
3.1特点:
-切换线圈电流后,只按规定的角度动作
-不需要反馈信号
-定位误差不累加
-与数字控制系统的融合性强,容易制作控制电路
步进电机可通过数字信号进行简单控制,除工业用途、计算机周边设备外,还用于传真机、复印机等办公设备。
3.2步进电机分类
A.HB混合型步进电机
是同时兼有VR型和PM型优点的步进电机。HB是混合的简称。
B.PM型步进电机
所谓PM(permanent magnet)型,是指使用永久磁铁的步进电机。
4.伺服电机
伺服电机(servo motor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助电机间接变速装置,分为直流和交流伺服电机两大类。
伺服电机可使控制速度、位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。
5.AC伺服电机
使用交流电源工作的电机称为AC电机,AC伺服电机分为感应电机和无刷直流电机。无刷直流电机称为AC电机主要是因为在旋转中的无刷直流电机的线圈中会施加有电压变化的交变电压。
6.PM电机
使用永久磁铁的电机,分为带刷直流电机及无刷直流电机。
7.无刷直流电机
无刷直流电机通过去除电刷的方式,克服了带刷直流电机电刷磨损、产生电气干扰等缺点。具有免维护、小型化、电机效率高、散热性能好等特点,也称为无整流子电机、无刷电机。

二、电机的特性术语

1.保持扭矩
步进电机在通电状态下停止时,即使施加外力,由于转子和定子之间存在吸引力,仍能保持停止位置。这种能够抵抗外力的扭矩称为保持扭矩。
2.止动扭矩
PM型及HB型的步进电机未通电时,在转子磁铁的吸引力作用下,也有一定程度的保持扭矩。这称为止动扭矩。
3.脉冲频率
步进电机的速度一般使用每秒脉冲数(步距数)[pps]表示。也称为脉冲率或步进率。
4.浪涌
是指风扇风量呈周期性处于不稳定状态的工作区间。噪音也会增加,因此,需选择不会出现浪涌的风扇
5.极数
所谓极数或极是指将电机沿垂直于轴的方向进行切割后的面上出现的磁极数。
基本上,极数为偶数(2,4,6,8……),绕组方式分为分布式绕组和集中式绕组。集中式绕组适用于无刷电机,根据线圈的接线可以很容易地改变极数。6个线圈定子时,可以进行2极、4极或8极的接线。但已经制作完成的电机不能将极数改成4或8极。9槽转子中,大多采用12极分布式绕组,适用于感应电机,必须确定极数再进行绕组。
每秒50或60转高速运行的2极无刷电机出现之前,小型电机多为4极,其接线复杂,很难称之为分布式绕组或集中式绕组,可通过更改接线来变更感应电机极数,这是一种更改同步速度实现双速度运行的技术。
6.保护等级
根据电机外壳构造,保护方式分为以下几种。
-开放型:未进行保护的构造
-保护型:外壳有开口,电机周围的外部气体能够与内部进行流通的构造(IP2X)
-全封闭型:外壳封闭,防止电机周围的外部气体进入电机内部的构造(IP4X)
-防滴型:采取了防水保护的构造(IPX2)
-防滴保护型:同时满足保护型、防滴型两种条件的构造(IP22)
-全封闭外部风扇型:全封闭型带风扇。外壳表面进行冷却的构造
-全封闭自冷型:全封闭型无风扇。自然散热方式
-全封闭外力通风型:全封闭型无风扇,外部气体有固定的空气流动,起到与外部风扇同等功能的冷却方式
-防爆型:可以在有爆炸性气体的场所中正常使用的构造。分为安全强化防爆型、耐压防爆型等
-室内型:在屋内使用的类型
-室外型:安装密封材料后,在室外也能使用的类型

三、电机的结构术语

1.线圈
电机中,一般将在磁极上缠绕电线后称为“线圈(coil)”,将各线圈相互连接后形成的是“绕组(winding)”。
2.转子
旋转的部分,也称转子,转子可分成10种:
①鼠笼式电机
②突(凸)型鼠笼式电机
③半硬磁钢电机
④软钢电机
⑤凸极型硅钢板电机
⑥微细齿条型软钢电机
⑦永久磁铁型电机
⑧感应器型电机
⑨绕组型电机
⑩整流子型电机
3.铁芯
所谓铁芯,是磁通道,像字面意思那样,材料为铁,添加了硅,俗称硅钢。此外,通过磁通将2个磁铁结合起来的铁通常称为轭铁。
在电机中,铁芯分为定子铁芯和转子铁芯,通过两者之间的空隙构成磁路。
构成电磁铁励磁型直流电机励磁回路的定子铁芯的磁极会通过直流进行励磁,因此,铁芯不需要采用层积构造,使用软钢即可。
另一方面,构成电枢电路的转子铁芯在旋转时磁通会发生变化,因此,使用的是层积铁芯,小型直流电机的磁极一般会使用永久磁铁。
由于均通过交流进行励磁,同步电机的定子、感应电机的定子和转子的铁芯最好使用层积铁芯。
4.轴
指“输出轴”。
5.轴承
轴承可用于减轻旋转部分的磨耗。

四、电机的评价术语

1.电机效率
电机将电力转换成动力时的效率,是指以百分率%表述的机械输出与输入电力之比
2.N-T特性
表示转速与扭矩之间关系的电机特性图,也称“TN特性”、“NT特性”,与表示扭矩与电机电流之间关系的TI特性图一起合称为TI-TN特性图。
3.TI特性
表示扭矩与电机的电流之间关系的电机特性图,与表示扭矩与转速之间关系的TN特性图一起合称为TI-TN特性图。
4.TN特性
表示转速与扭矩之间关系的电机特性图,也称“TN特性”、“NT特性”,与表示扭矩与电机电流之间关系的TI特性图一起合称为TI-TN特性图。
5.P-Q曲线
风扇风量-静压特性图(P-Q曲线)是使用曲线表示作用在进风口及出风口上的压力的损耗引起的风量与静压之间的关系。将压力导致的损耗(静压)为0时的情况称为最大风量,压力损耗(静压)最大时称为最大静压。

2020-03-27 14:50:35

电机的分类-伺服电机及驱动器

一、伺服系统的定义:          
伺服系统定义:是使物体的位置、方位、状态等输出被控量,能够跟随输入量(给定值)的任意变化而变化的自动控制系统,伺服的语源来源于拉丁语的Servus,意思是忠实地执行主人的命令。

伺服系统

伺服系统一般包含伺服电机及伺服驱动器。伺服驱动器为伺服电机提供运转所需的电压和电流,电机在使用时一般会连接所要驱动的负载装置,为其提供驱动力。驱动器通过调节供给电机的电压(电流)可以对电机的输出转矩、输出转速、停止位置进行控制。伺服电机按照结构不同,又有DC(有刷)伺服电机,AC伺服电机,直驱伺服电机,直线伺服电机等。

伺服系统
 

二、伺服系统特点:
1.高精度定位
伺服系统属于闭环控制系统,伺服驱动器根据编码器反馈位置调节控制电机的运转,同时因为有了编码器,伺服系统相当于有了眼睛一样,不会出现步进电机的丢步现象,另还可以根据负载的状态动态调整电机的输出扭矩,电机的速度,电机的旋转角度等,达到与指令相一致。通过选用高精度的编码器可以达到非常高的控制及定位精度。例如现在行业内常用的光学编码器单圈分辨率为23bit,经过换算单位定位精度为1/8388608,即将电机一圈360度分割成8388608份。
2. 控制方式灵活
大部分伺服系统支持位置控制、速度控制、转矩控制、位置-速度控制切换、位置-转矩控制切换、速度-转矩控制切换共6种控制方式。可以根据设备的需求,灵活的选择不同的控制方式,以实现不同的控制效果。
3.产品容量覆盖范围大
伺服系统容量覆盖范围非常广,市面上常见的伺服系统从几瓦至几十千瓦都有相关的产品可供选择,应用广泛。
4.高效节能、长寿命
伺服系统由于其特殊的闭环控制方式,可以根据负载的大小动态控制电机的出力,电机发热小,所以其效率也明显高于普通电机,一般转换效率可达90%以上。一直是企业设备节能改造的利器。同时由于伺服电机(AC)属于无刷电机,电机驱动电流换相在驱动器内使用电子元器件进行,与传统的有刷电机电刷容易磨损相比,伺服系统免维护,寿命一般可达十年以上,甚至有使用了几十年尚可正常运转的实例可寻。

三、应用领域 
伺服系统应用非常的广泛,涵盖机械、冶金、电力、石油化工、船舶制造、航空航天、建筑、交通、农业、科研试验等领域。按照设备行业划分也可以分为机床、印刷设备、医疗设备、半导生产制造体设备、3C产品制造设备、注塑设备、食品加工设备、安防设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等。

伺服系统

四、伺服电机基本结构
伺服电机的主要机构由四部分组成,如下图。分别为转子,定子,刹车(保持制动器),编码器。

伺服系统

转子为电机旋转部分,一般由轴、永磁体(转子铁心)组成。定子为电机固定部分,一般由轴承、电机外壳、定子铁心,绕组等部分组成。刹车(保持制动器)为选配件,一般安装在电机后部,用于电机断电时保持电机转子位置,防止由于负载的重力作用,导致负载拖着电机旋转造成不必要的损伤。编码器起到反馈电机转子位置的作用,作用相当于于伺服系统的眼睛。


五、工作原理 

伺服系统

1.系统工作原理
伺服系统由伺服电机及伺服驱动器组成,伺服驱动器接收上位控制器发来的控制指令信号,同时驱动器对编码器反馈的电机状态及控制器的指令进行比较,当二者有差异时,驱动器则调整共给电机的电流,控制电机转矩输出使电机加速或者减速,最终使电机的状态与输入指令趋于一致。
2.驱动器工作原理
驱动器一般有2部分电路组成,电源部分及控制部分。
电源部分:为了驱动伺服电机而制造电流,其职责是将电流传送给电机,更进一步说明是如下图所示对商用电源整流,分制造直流电源的换流部及根据电机回转角度输入UVW相制造电流的变频部。

伺服系统

控制部:根据客户所选择的控制模式不同,驱动器会开启和调用相关的控制功能模块。如电流环控制模式下,驱动器只负责控制电机输出的转矩跟随指令变化,对于电机的转速及位置不进行控制。位置环控制模式下,驱动器则需要同时控制电机的转矩输出、电机转速,从而达到控制电机位置的目的。

伺服系统


3.命名规则 
伺服电机命名规则

伺服系统

2020-03-29 14:39:52

电机的分类-罩极电机

1、概述
罩极电机是微型单相感应电动机中最简单的一种.由于它具有结构简单,制造方便,成本低廉,运行可靠,过载能力强,维修方便等优点而被广泛地用于各种小功率驱动装置中.其缺点是运行性能和起动性能较差,效率和功率因子较低,一般用于空载或轻载起动的小容量场合,如电风扇等。
2、工作原理
 一个没有罩极环仅有主绕组的电机, 是没有起动转矩, 在实际中无法使用, 为了获得起动转矩, 采用附加副绕组的措施。这个绕组不是靠外接电源供电, 而是靠它与主绕组轴线间保待有θ<90的偏角, 见图1。主绕组通电后, 其中一部分主磁通Φm’会穿过这一短路环, 感应电势产生电流, 短路环则如变压器的副绕组一样, 产生去磁通Φk, 与Φm’合成后在罩极区间将是Φs, 最后决定了罩极环上的电势Ek, 这样在主极与罩极的不同区间使有时间相位不同的Φm与Φs在脉振, 构成了椭圆磁场, 产生了起动转矩。在转子是闭路的条件下, 转子就会起动。由于Φm是超前Φs的, 磁场是从超前的磁通移向滞后的, 所以电机的旋转方向是由主极移向罩极的顺时针方向。

问问

a)工作原理            (b) 矢量图
图1罩极电机的原理及矢量图
3.技术指针及术语
3.1    技术指针
额定功率
额定电压
额定电流
额定转速
3.2    术语
3.2.1效率:电机输出功率与输入功率之比。
3.2.2功率因子COSØ:电机输入有效功率与视在功率之比。
3.2.3起动扭力Tst:电机在额定电压, 额定频率和转子堵住时所产生的扭力。
3.2.4最大扭力Tmax:电机在额定电压, 额定频率和运行温度下,转速不发生突降时所产生的最大转矩。
3.2.5噪音:电动机在空载稳态运行时A计权声功率级dB(A).
3.2.6振动:电动机在空载稳态运行时振动加速度有效值(m/s2) 
4.基本结构
罩极电机是结构最简单的一种单相电动机,其结构可分为两类.一是隐极式,从外形来看,定转子均匀开槽,转子为鼠笼式.定子上有主绕组和自行闭路的副绕组或称为罩极绕组.两绕组可以作成等线圈式,也可分别作成正弦绕组.不过两绕组要不成正交的安放,即绕组轴线间夹角小于90度. 它的定子上有主副相两套绕组, 但其主绕组大多采用集中绕组形式, 副绕组则是一个置于局部磁极上的短路线圈, 即罩极线圈(也称短路环).这类电机又可分为两种,一种如图1(b)所示的圆形结构,它的定子可明显的看出凸极型式.主绕组套在磁极上,罩极环则嵌于磁极一角,且多为一个.另一种是方型结构,铁芯如变器一样,见图1(a),主绕组被套于一根铁心柱上,磁极与转子则在铁芯的另一根柱上,在磁极一角多放两个罩环。在罩极电机中, 只要设法产生旋转的气隙磁场, 电机就有自起动能力, 并可正常运转。在罩极电机中, 定子主副相绕组、轴线在空间非正交安置, 并为了改善罩极电机的性能, 采取了各种措施, 如阶梯气隙, 磁桥等, 出现了磁的不对称, 又因副绕组中的电流是靠主绕组感应产生的, 造成了电的不对称, 分别产生时间和空间相位都不相同的磁势, 合成为一个类似旋转磁势的运动磁势, 它在空间建立的运动磁场与转子相互作用, 就可以使之起动和运转。
其结构形式如图2所示:

特性分析

图2  罩极电机的三种典型结构

5.特性分析
5.1    罩极电机效率是偏低的,仅在=(5~30)%之间,因此多用在小功率驱动中.
5.2    罩极电机的主,副相电流变化均不大,故多以电机不动时的电流来计算它的损耗和温升.所以罩极电机会在堵转时运行也不致发生问题.运行可靠是它的最大优点。
5.3    罩极电机的起动和最大转矩倍数规定为T*st=0.3, T*max=1.3, 均属偏小 .因此,罩极电机主要用于对起动转矩要求不高的地方。
5.4    罩极电机经特殊设计,可以在两个方向上旋转.这样的罩极电机磁极在两个极尖上都开有放罩极绕组的槽口.根据需要闭合一个罩极绕组,电机就在那个方向旋转。
5.5    罩极电机可以像单相异步电机那样采用降压或抽头调速.绕组抽头调速的电机,就是在电机的绕组上附加多绕些调速线圈.把这些调速线圈串入回路连于电源上去时,如同电机回路中串入一个电抗一样,达到了降速的目的。
6.结构因素对性能的影响
6.1    磁桥(磁分路)
磁桥的作用是改善气隙的磁通分布,改善电机的机械特性.引入磁桥是故意增大极间漏磁,虽降低了激磁电抗,使激磁电流增大,最大转矩减小,但由于磁桥磁通Φb不与转子匝链,从而增加了主,副绕组的互磁通,使一个极下的气隙磁通由矩形变为梯形,如图3d所示,从而减小了谐波分量。

特性分析

特性分析
图  3
磁桥对电机性能的影响可阐述如下:
6.1.1转矩转速特性(T-n)曲线
若取消磁桥,电机漏磁减小,使激磁电抗增大,电机的最大转矩Tmax增大.但是,由于此时气隙磁通由梯形变为矩形波,谐波增大,从而谐波转矩分量(主要是3次)增大,使电机在中低速区的T减小并产生明显的凹下.若磁桥太宽,造成漏磁太大,使激磁电抗降低过多,虽然谐波小了,T-n曲线趋于平滑,但根据磁通连续性定理,气隙磁通必然减小,不但Tmax下降过多,而且也导致Tst减小,故亦不可取。
6.1.2起动转矩Tst
当磁桥宽度从0增加时,Tst先是较快增大,过最大值(此时应为最佳宽度)后逐渐下降.合适的磁桥宽度可使Tst增大到无磁桥时的1.2~1.5倍。
由此可见,磁桥宽度是重要的.为了既能改善磁桥磁势波形,又不致使转矩下跌过多,磁桥设计时总使其处于磁密过饱和状态.一般取磁桥磁密在2.2T以上,以限制它的过度漏磁.为此,在初始设计中可如下取值: 在图2a中,为保持一定刚度,磁分路片不能太薄,故可减小其轴向长度,可取铁芯迭长的1/2~1/3.在图2b,c中,两凸极由极尖相连而成一体,为保证机械强度,显然极尖宽度不能太小,故用作磁桥是不行的.为此应在靠近交轴线处的外侧冲制对称的两个半园凹口,以其剩下的宽度作为磁桥宽度.一般取原宽度之半,因为从幅值看可简单认为每极磁通在整个极中分布均匀,即极内磁密处处相等,而凸极中磁密总在1.1~1.5T左右,今磁桥宽度若为极尖宽度的1/2,则磁桥中磁密总在2.2T以上。
图5示出了某8W方形电机磁桥宽度对机械特性的影响。
6.2    阶梯气隙
在前极尖处局部增大气隙,即成阶梯气隙.气隙大了,磁阻就大,由于磁力线总是力图缩短其路径,故阶梯气隙中的磁通密度总是小于主气隙的.从电磁比看,阶梯气隙磁阻与主气隙的磁阻相并联,磁阻(电阻)大者磁通(电流)小.因此,阶梯气隙的采用使一个极下的气隙磁通由矩形波变为阶梯波,如图3e所示,从而减小了谐波分量.效果比阶梯气隙还要好的是渐变气隙,由于从前极尖开始气隙长度逐渐减小,从而使气隙通波成为斜坡形,如图3f所示。与阶梯气隙起同样作用的还有前极尖处冲制闭合长孔(园形电机)或外侧冲制长凹口(方形电机),用增大局部区间磁阻的办法使该处气隙磁通小于主气隙。但由于渐变气隙难于控制,冲长孔又模具复杂,故实际中已很少采用。
阶梯气隙的作用不光可改善运行性能,而且可增加起动转矩.这也正是磁力线的特征造成的,在阶梯气隙与主气隙交界处,部分磁通从主气隙上的定子出发到达阶梯气隙上的转子,也就是说磁力线向阶梯气隙处扭弯,使路径变长,磁阻增大,而转子则力求以磁路磁阻最小来取向,这样就产生了一个由大气隙向主气隙方向的转矩。由于阶梯气隙位于前极尖处,该转矩与旋转磁场方向是一致的。
阶梯气隙长度δc和宽度(以弧角表示)θc对T-n曲线的影响如下: δc不变θc加大,或θc不变δc加大,两者效果大致相同.当δc(θc)加大时,Tst和Tmax都会增大,而且由于谐波转矩减小的缘故,中速区的凹下减小。但过大的δc(θc)将使Tmax反而减小,并且特性变软,工作点的转差率增大,从而损耗增加,效率降低,不过Tst则比无阶梯气隙时始终要大一些。可见δc和θc的取值是很重要的.根据资料推荐,一般取值荡围在δc/δ=2.5~3.5,θc/θp=0.15~0.20。
6.3    罩极环
罩极环的作用是使定子产生一个旋转磁场脉掁磁通Φ.没有罩极环时,仅由主绕组构成单绕组电机,在气隙中产生一个脉掁磁通Φ, 如图3a, 故而电机非但没有起动能力,而且运行时的正转矩较小.有了罩极环,Φ的一部分Φm穿过主气隙,另一部分Φ1穿过罩极区,从而在环内感生电流。由于罩极环是个感性组件,环内电流产生的磁通恒为阻止Φ1的变化,从而造成了罩极区的合成磁通Φs滞后于主磁通Φm.这样,气隙中就有了二个脉掁磁通Φm和Φs,如图3b。由于Φm和Φs在时间上有一相位差,两轴线在空间又错开一个角度,从而合成一个旋转磁场,产生起动转矩,使电机起动和运转。但是,由于两者的轴线夹角θ小于90°(θ=90°时将感应不出Φs了),相角差也小于90°(因环有电阻),再有Φs又小于Φm,故两者的合成磁场永远是个椭圆.并且由于Φs恒滞后于Φm,故合成磁场的旋转方向总是从主极移向罩极,即电机是不能改变转向的。
6.3.1罩极度
罩极度Ks定义为罩区磁极宽度占整个磁极宽度的百分比,它的大小对电机性能 影响很大.假如两个脉掁磁场的强度相同,则Ks越小,两轴线夹角θ就越接近90°,旋转磁场的椭圆度越小。但是,由于Φs是主绕组感应产生的,Ks越小, Φs越弱,旋转磁场的椭圆度越大.由此可知,势必存在一个最佳的Ks值,它权衡了二个磁场的夹角和幅值,使合成磁场的椭圆度最小。分析与实验表明,单罩环电机的最佳罩极度为33%(即1/3)左右,此时的Tmax和Tst均较大,而且T-n曲线也比较平坦.由实验知道,Ks大时,T-n曲线的中速区凹下很小,但Tst较低。极限Ks=100%时,主副绕组轴线重合,相当于一台短路变压器,副绕组中感生电流最大,这时只能产生脉掁磁场,Tst=0.减小Ks时,Tmax变化很小,Tst先增大,但中速区凹下逐渐变大;小于33%以后,Tst又趋减小,极限Ks=0时,Tst=0。在方形铁芯中,由于结构上的允许,一般采用二个罩环,构成三绕组电机。在三相对称电机中,一个极(180°电角度)中每相各占60°,即60°相带.而双环电机虽不可能实现这种对称分布,但道理是一样的,从而大小环取长补短,电机特性明显比单环好得多:Tmax和Tst均增大,且中速区下凹不严重.实验表明,在双环电机中,当主极取110°左右,大环70°左右,小环则在大环的70°中占40°左右时,电机特性较好.换句话说,一般取大环Ks1=40%,小环Ks2=22%左右。
前面讲过.为了获得大的输出转矩,合成磁场应尽可能接近圆形.为此要求Φm与Φs具备三个条件:强度相等,轴线在空间相差90°电角度以及相位角相差90°.但这是相互矛盾的:由于Φs是主绕组磁通Φ感生的,故主副绕组轴线夹角越近90°,两者的互感应越小,即Φs越弱.在极限位置90°时,主绕组产生的磁通不能穿过副绕组,这时副绕组中就不能感生电流,从而Φs为0,不能产生转矩.为了在较小的罩极度时能产生较大的副相磁通Φs,采用磁桥是完全必要的.由于磁桥的存在,使一小部分磁通不经由气隙-转子-气隙从一个极到达另一个极,而是通过磁桥,也就是说这一小部分磁通是不与转子匝链的是属于漏磁通。这样一来,由于罩极环中的部分磁通不通过气隙,故罩极环部分的磁路磁阻减小,从而环中的磁通Φs增大.也可理解为磁桥增加了主副绕组之间的互感,从而互感通增大。
6.3.2罩环阻抗
罩环的位置确定以后,其本身的参数对电机性能也有很大影响.罩环电阻rs对起动  转矩有一最佳值,rs过大或过小,均会使Tst下降.在通常所见的电机中,一般来说,凡是仅有一匝的粗铜线或扁铜线,rs偏小,而用漆包线绕制的多匝型副绕组则rs偏大.rs偏大时,在空间位置许可的情况下,可尽量换用粗一档线。对rs偏小的电机,若换用黄铜之类的等直径线,电密不变,rs又提高了,是电机性能将改善.罩环漏抗xs的增大将使Tst下降,为此罩环端尽可能紧贴迭片,且其槽应尽量靠近定子内径,以力求减小其漏磁通。
6.3.3罩环的损耗
尽管罩环的匝数少,环内的感应电势很小,但由于其阻抗极小,故环内电流通常是很大的,使损耗很大,温度很高,尤其是在堵转时,可达150°C以上(半导体点温度计).由于罩环是参与运行的,从而使电机的效率很低,也使电机具有在超载甚至堵转时整机电流变化不大,不易发生故障的优点。若电机设计不合理或罩环接头焊接不良,罩环发热将相当严重,甚至可烧断焊点,使电机不能正常工作,因此罩环的焊接质量是绝对不能轻视的。
6.4    主绕组阻抗(电阻r1及漏抗x1)
是主绕组阻抗增大, 其上的压降增大, 由于这是属于无用的消耗, 导致绕组中感应电势降低, 由于感应电势为E1= , 当电源频率f和匝数W1不变时, E1降低, 意味眷每极磁通Φ减小, 从而电机出力减小.增大主绕组电阻r1时, 损耗增加, 输出减小, 温升增加, 但是, 当r1增加时, 并不是输出的减小等于损耗的增加, 而是损耗增量中的一部分由电源输入来补偿, 一部分由输出减小来补偿. 因此, 增小r1( 例如线径减细一档)而不减变匝数时, 对固定负载而言, 电机的输入增大, 输出略有减小, 转速有所降低, 功率因子则略有上升, 温升明显上升. 对风叶类活动负载而言, 由于其功耗基本上与转速的三次方成正比, 转速稍减时, 所需转距下跌很多, 故电机表现为输入减小, 输出略有减小, 温升稍有上升. 因此, 对风扇电机来说, 当采用阻抗保护时, 若堵转温度超过标准, 可考虑改用细一档的线, 往往能解决问题, 而对转速风量的影响是很小的.定子漏抗包括槽漏抗xs, 端部漏抗xe, 谐波漏抗xδ及磁桥漏抗xb,它们的增大将引起最大转矩的减小, 而罩极电机为了充分利用其工作可靠的特点往往将额定工作点安排在最大转矩附近(尤其是风扇用电机), 其中以xb增大, 会使高速段转矩明显下降, 比其余漏抗更为不利. 因此一定要控制磁桥的厚度, 决不可太厚, 导致漏磁过大。
6.5    转子电阻r2
气隙磁场为圆形与椭圆时, r2的大小对转矩的影响是不一样的, 在对称电机中, 气隙为圆形旋转磁场, r2增大时, Tmax的转差率增大, 而Tmax值不变, 中速区凹下减小, Tst增大. 在罩极电机中, 各绕组的磁势不能满足圆型磁场的三个条件, 因此总存在负序分量.     当r2变化时, 正序转矩和负序转矩分别按对称电机T-n曲线变化规律, 从而其合成转矩, 当r2增大时不但Tmax的转差率增大, 凹下减小, 而且Tmax值减小, 而Tst却变很小, 这种情况可由图5说明。

特性分析

图5  转子电阻对机械特性的影响 (电阻随序号增大)
事实上, Tst与r2之间有一个最佳值, r2在某一值时Tst将获得最大值. 因此, 罩极电机还是尽量减小r2为好, 以求大的输出. 不过当电机采用抽调速的话, 降速时整条T-n曲线要下降, 就有可能使电机陷入低速爬行, 到不了应有的稳定转速。
在几瓦的小电机中, 应尽量采用少槽浅槽转子, 这对稳定铸铝质是大有好处的, 因为冲片本来很小, 槽一多, 每槽面积就小, 再若槽深一点, 则尤其槽底部易出现打不足现象, 甚至断排, 造成电机质量波动。
6.6    气隙长度δ
对异步电机而言, 从正弦波时的理论分析可知, δ应尽可能小, 因为δ小, 激磁电抗增大, 从而激磁电流减小, 降低了空载电流, 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(相对值)增加, 使制造和运行都增加困难。 另外, 气隙中并不是正弦波, δ小了, 谐波磁场及谐波漏抗增大, 导致Tst、Ist和Tmax减小, 并且谐波转矩和附加损耗增大, 造成较高温升和较大噪音。在罩极电机和其它单相电机中,δ取的比三相电机大一些是有好处的:
(a)    δ大一些, 定转子谐波漏抗和转子斜槽漏抗减小, 其结果是Tst和Ist均增加, 由于Tst增和率大于Ist, 故δ适当大一些可改善电机的起动性能。而且由于Tmax与电机漏抗成正比, 故气隙增大, Tmax可提高。
(b)    δ大一些, 减小了定、转子谐波磁通幅值, 由于杂散耗与谐波磁通幅值的平方成正比, 故大的δ可减小电机的杂散耗, 使效率稍有增加。当然, δ大了, 不仅空载电流增加、功率因子下降, 也使负载转差率有所下降(即转速有所上升), 负载电流也有所上升, 实际效率的增减要看哪一个因素为主导。
(c)    δ大一些, 可使转子表面损耗下降, 从而转子表面发热大为减小, 向定子辐射热量减小, 故温升应下降. 但若δ加大过多, 将使气隙所需磁势增加, 这势必由增大输入电流来补充, 从而使电机饱和程度增加, 铜耗增加, 温升反而上升。
(d)    δ大一些, 即使气隙的实际偏心值不变, 其相对值(气隙不均匀度)小了, 这在单相电机中尤为重要. 因为气隙不均匀度将导致单相电机在不同转子位置有不同的起动转矩, 而减小气隙不均匀度将减小Tst的波动. 而且由于δ加大削弱了高次谐波, 使附加转矩减小, 从而电机的Tmin增加, 即T-n曲线中速区的凹下减小。
(e)    由于任意两个谐波磁场相至作用产生的径向力约与δ2成正比, 故δ大一些可降低噪音及减小振动. 理论分析可知, 当气隙由δ1改变为δ2时, 相应的电磁噪声级弯化近似为L1-L2=10 lg(δ2/δ1)4dB, 当然, 由于空载电流增大等原因, 实际中小于上式计算值。
基于上述原因, 在单相电机中, 气隙值一般要比三相电机大0.05~0.1mm, 一般情况下, 使用滚珠轴承时, 取0.25~0.35mm, 而使用滑动轴承时, 由于更易产生偏心的缘故, δ增加10%~20%, 对于罩极电机, 由于气隙中的谐波成分更严重, 故δ更应大一些, 尤其是方形电机, 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.罩极电机主要尺寸及性能确定:
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    电机常数:        
其中:  CA──电机常数
Dil─定子内径(cm)
l─铁芯长度(cm)
n─转速(转/分)
7.3    长度直径比: 特性分析  
7.4计算长度: 特性分析 (厘米)
7.5定子内径:特性分析(厘米)
7.6气隙长度δ=0.025~0.05(厘米)             
7.7极距: 特性分析 (厘米)    其中 P──极数
7.8极弧长度:   特性分析(厘米)              其中: 特性分析
7.9转子外径: 特性分析 (厘米)
7.10转子内径(轴孔):dB=(0.18~0.24)D2(厘米)
7.11转子槽数Z2按表1选取:
极数    转子槽数Z2
2    11,12,15,18
4    11,17,22,57
6    26,33
7.12转子斜槽角度计算:
斜槽角度= 特性分析
7.13定子槽满率 特性分析
其中: η──槽满率
      dM──漆包线最大直径(mm)
      WN──每极下绕组每槽匝数
      S──电机定子槽率面积(mm2)
8.电机型号由产品代号、尺寸规格和额定电压代号三部分组成,具体如下:

特性分析

2020-03-29 14:13:37

电机的分类-混合式步进电机

一、步进电机的定义:

步进电机是将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的一种特殊电机,它与其相配套的驱动器共同构成一套步进电机系统,给电机每输入一个电脉冲信号,电机就转动一个角度,它的运动形式是步进式的,所以称为步进电机。

二、步进电机特点:

1.高分辨率、高精度定位
受脉冲信号控制,角位移输出与输入的脉冲数相对应成正比关系,实现以固有步距角为单位的精密运转,步距误差不会积累,受外界条件(如电压波动、温度变化等)影响小。以1.8°步距角电机为例,其每转分辨率可以达到1/200(即1.8°/360°)、1/400,每步误差精度控制在±5%。如采用微步细分驱动,可以达到更高的分辨率及精度。
2.系统构成简单
步进电机在驱动器的作用下,无需电机速度或位置检测器,能直接将数字脉冲信号转换成角位移或线位移,并能正确地按脉冲指令运转。
3.控制性能好 
电机转速与控制脉冲的频率同步,因而改变控制脉冲的频率,就可以在很宽的范围内调节电机的转速。通过对脉冲的控制,不需要通过齿轮减速装置过渡,可直接得到极低转速、较高的转矩,从而避免了功率的损耗和运动精度的影响,并且能够快速启动、制动和正反转。
4.具有自锁力 
在停止供电状态下还有定位转矩,在停机后仍保持给绕组通电状态,具有自锁能力,无需刹车系统即能保持停止位置。
5.更长的使用寿命 
采用电子换相,无须碳刷和换向器进行机械摩擦,从而减少了摩擦,增加了电机使用寿命。

三、应用领域 

基于以上特点,步进电机被广泛应用于各种数字化管理运动控制应用领域,比如打印机、舞台灯光、ATM机、安防监控、工业设备、医疗、纺织机械、汽车工业等产品及领域。

四、步进电机基本结构

电机的分类-伺服电机及驱动器

安装说明:
1.请勿拆卸电机;
2.该种电机定子与转子气隙很小,请勿用重物敲打电机表面,或使电机掉落地面。
3.请选择合适的安装方式(螺钉与贯穿),如下图;

电机的分类-伺服电机及驱动器

4.选用合适的安装板厚度,确保安装强度,参考下表:

项目 规格
转速精度 ±5%
电阻精度 ±10%
电感精度 ±20%
温升 ≤80℃(额定电流)
环境温度 -20℃~+50℃
绝缘电阻 100MΩ Min. 500VDC
耐压 500VAC·1min

 

五、工作原理 

步进电机驱动器根据外来的脉冲,通过起内部的逻辑电路,控制步进电机的绕组以一定的时序,正向或反向通电,从而使电机运转,以两相1.8°步进电机为例:1.按照绕线方式,一般有4线(双极性)电机、6线(单极性)电机两种。

电机的分类-伺服电机及驱动器

4线(双极性)电机,其绕组的通电方向顺序按照:AB-BC-CD-DA四个状态周而复始的进行通断变化,每变化一次,电机运转一步,即转动1.8°。

电机的分类-伺服电机及驱动器

4线(双极性)

6线(单极性)电机,其绕组的通电方向顺序按照:OA-OB-OC-OD四个状态周而复始的进行通断变化,每变化一次,电机运转一步,即转动1.8°。

电机的分类-伺服电机及驱动器

6线(单极性)

2.相序图及接线图 
2.1 4线电机(双极性)

电机的分类-伺服电机及驱动器

2.2 6线电机(单极性)

电机的分类-伺服电机及驱动器

3.通用特性 

项目 规格
转速精度 ±5%
电阻精度 ±10%
电感精度 ±20%
温升 ≤80℃(额定电流)
环境温度 -20℃~+50℃
绝缘电阻 100MΩ Min. 500VDC
耐压 500VAC·1min

4.命名规则

BJ  Y  Z  42  D  15 - 01  V  01
① ② ③  ④ ⑤  ⑥   ⑦  ⑧ ⑨
① 步进电机类型:
混合式:BJ
永磁式:PM
② 电机外形
Y:外形为圆形
若没有标识,则表示外形为方形;
只针对BJ电机,PM电机没有标识
③ Z:带齿轮箱
若没有标识,则表示不带齿轮箱
④ 机座号:电机外形尺寸(mm),圆形表示电机外径直径(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 定子铁芯厚度:mm
⑦ 性能参数代号:01~99
表示电机的电流、力矩等性能参数
⑧ 极性号:
N:单极性单出轴
M:单极性双出轴
V:双极性单出轴
W:双极性双出轴
⑨ 机械尺寸代号:01~99
表示电机的轴伸、引线、螺钉等机械参数

 

2020-03-27 14:45:55

电机的分类-直流无刷电机

一、无刷电机的定义:

无刷直流电机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。 无刷电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机,又称无换向器电机。无刷电机采用晶体管电子换向电路代替电刷与换向器机械换相装置来改变电流方向,克服了传统有刷电机碳刷寿命短的缺陷。无刷直流电动机的永磁体,现在多采用高磁能级的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁无刷电动机的体积比同容量异步电动机缩小了一个机座号。

二、无刷电机特点:

1、可替代有刷电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速;
2、具有传统直流电机的优点,同时又取消了碳刷、滑环结构;
3、可以低速大功率运行,可以省去减速机直接驱动大的负载;
4、体积小、重量轻、出力大;
5、转矩特性优异,中、低速转矩性能好,启动转矩大,启动电流小;
6、无级调速,调速范围广,过载能力强;
7、软启软停、制动特性好,可省去原有的机械制动或电磁制动装置;
8、效率高,电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗,消除了多级减速耗,综合节电率可达20%~60%。
9、可靠性高,稳定性好,适应性强,维修与保养简单;
10、耐颠簸震动,噪音低,震动小,运转平滑,寿命长;
11、不产生火花,特别适合爆炸性场所,有防爆型;
12、根据需要可选梯形波磁场电机和正弦波磁场电机。

三、应用领域 

基于以上特点,无刷电机被广泛应用于各种智能化与自动化应用领域,比如软硬盘驱动器、电单车、风机、水泵、航模、家用电器、办公自动化、医疗器械、汽车等领域。

四、无刷电机基本结构

直流无刷电动机的结构主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似,但没有笼型绕组和其他起动装置。其定子绕组一般制成多相(三相、四相、无相不等),转子由永久磁钢按一定极对数(2p=2,4,…)组成。

电机的分类-伺服电机及驱动器

无刷直流电动机本体由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化,沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流(即检测转子磁极相对定子绕组的位置,并在确定的位置处产生位置传感信号,经信号转换电路处理后去控制功率开关电路,按一定的逻辑关系进行绕组电流切换)。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。
位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。
采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机,其磁敏传感器件(例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等)装在定子组件上,用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。
采用光电式位置传感器的无刷直流电动机,在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件,转子上装有遮光板,光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时,由于遮光板的作用,定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。
采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机,是在定子组件上安装有电磁传感器部件(例如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等),当永磁体转子位置发生变化时,电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号(其幅值随转子位置而变化)

电机的分类-伺服电机及驱动器

五、工作原理 

众所周知,一般的永磁式直流电动机的定子由永久磁钢组成,其主要的作用是在电动机气隙中产生磁场。其电枢绕组通电后产生反应磁场。其电枢绕组通电后产生反应磁场。由于电刷的换向作用,使得这两个磁场的方向在直流电动机运行的过程中始终保持相互垂直,从而产生最大转矩而驱动电动机不停地运转。直流无刷电动机为了实现无电刷换相,首先要求把一般直流电动机的电枢绕组放在定子上,把永磁磁钢放在转子上,这与传统直流永磁电动机的结构刚好相反。但仅这样做还是不行的,因为用一般直流电源给定子上各绕组供电,只能产生固定磁场,它不能与运动中转子磁钢所产生的永磁磁场相互作用,以产生单一方向的转矩来驱动转子转动。所以,直流无刷电动机除了由定子和转子组成电动机本体以外,还要由位置传感器、控制电路以及功率逻辑开关共同构成的换相装置,使得直流无刷电动机在运行过程中定子绕组所产生的的磁场和转动中的转子磁钢产生的永磁磁场,在空间始终保持在(π/2)rad左右的电角度。

六、通用特性 

项目 规格
转速精度 ±5%
电阻精度 ±10%
电感精度 ±20%
温升 ≤80℃(额定电流)
环境温度 -30℃~+60℃
绝缘电阻 100MΩ Min. 500VDC
耐压 500VAC·1min

 

七、命名规则

电机的分类-伺服电机及驱动器

2020-03-27 14:29:55

电机的分类-串激电机

一、串激电机的定义:

定子励磁绕组和电枢(转子)绕组为串联,既可通直流又可通交流电,具有换向器换向的电动机。

二、串激电机特点:

1.对于外接电源有广泛的适应性
不论是交流电还是直流电;不论是60Hz还是50 Hz;不论12V、24VDC还是110V、220V、240V ;总之它可设计成适应任一外接电源的电机。
2.转速高,调速范围广
转速范围为3000~40000RPM,在同一电机上采用多个抽头可得到较宽的调速范围.家用电器正需要这种高转速、宽调速范围的电机. 因感应电机达不到高转速(不大于3000 RPM).例如吸尘器,它需要高转速在容器内外形成负压,以产生吸力。
3.启动力矩大,体积小:
当负载力矩增大时, 串励电动机能调整自身的转速和电流,以增大自身的力矩。

三、应用领域

串激电机因转速可调范围广,启动扭矩大的特点被广泛的应用于电动工具、厨房用品、美容美发、地板护理等意甲联赛下注。

四、串激电机基本结构

串激电机主要是由定子,转子,前、后支架及散热风叶组成。定子由定子铁芯和套在极靴上的绕组组成,其作用是产生励磁磁通,导磁及支撑前后支架;转子由转子铁芯、轴、电枢绕组及换向器组成,其作用是保证并产生连续的电磁力矩,通过转轴带动负载做功,将电能转化为机械能; 前后支架起支撑电枢,将定、转子连结固定成一体的作用。其中转轴,前、后支架要有足够的强度,以防电枢与支架发生共振现象,引起振动和危险,一般前、后支架内有滚动或含油轴承。

电机的分类-伺服电机及驱动器


五、基本工作原理

如下图一,它是串激电机的基本工作原理图.电流流经上部定子线圈,产生一定方向的磁场;然后经碳刷进入换向器(铜头),再在转子绕组中分成上、下并联支路流过,导流的转子线圈在外部磁场作用下产生力,从而使转子转动,铜头使转子中的电流始终保持上下对称、连续;电流最后从另一个碳刷出来进入下部定子.因上部与下部定子线圈绕线方向一致,致使上、下定子产生的磁场同向,这是必须保持一致的。

电机的分类-伺服电机及驱动器

 

六、接线电气原理图:

电机的分类-伺服电机及驱动器


七、特性说明:

单相串激马达在工作中,其负载并不固定在额定点上而是变化的,存在着起动、负载、过载、堵转、停机等过程与变化。电机性能曲线能完整地描述在额定电压条件下,以输出转矩为自变量,转速、效率、功率因数、输出功率、输入电流、输入功率等参数的变化规律,并用曲线形式展现,表征着电机运行特性。
图 3 是电机运行过程中,采集的输入电流、输入功率、输出功率、效率等数据,拟合形成的测试曲线。

电机的分类-伺服电机及驱动器

随着负载 T 的增大,电机的工作电流 I 不断增大,电机的电源输入功率 P1 不断增大。随着电机工作电流增大,铁心被磁化且定子励磁效果不断增强,此时电机的输出功率 P2 增大。如只考虑铁心对电机的影响,电机效率随磁化曲线从开始磁化段至线性段逐渐增大,当磁化曲线趋近饱和时,电机效率最大。当磁化曲线进入饱和段时,磁能达到饱和,电机输出功率P2 最大,同时电机发热剧增、效率下降。

八、命名规则:
XX   XX   XX   X   XXX
○1   ○2   ○3   ○4   ○5
○1以“HC”表示串激
○2以电机芯片最大外径数值表示,如有小数位则四舍五入
○3以电机芯片叠厚数值表示,如有小数位则四舍五入
○4以“M”表示使用的是交流电
○5以阿拉伯数表示使用电压,例230表示额定电压230V
例如:
HC8835M230表示电机外径为88mm,芯片叠厚35mm,使用额度电压为交流230V

2020-03-27 14:21:10

电机的基本知识

1.电机的定义

电机是指将电力转换成动力或者将电能转换成机械能的装置。
有时会将电气输入简化为输入,将机械输出(动力)省略为输出。在能量转换的流程中,输入的一部分不会变成动力,而是变成了热,这称之为损耗。为了保护地球环境,设计出损耗少的电机和对应的使用方法是非常重要的课题。
A.输入电力、输出(也称动力)及损耗之间的关系如下:
输入电力 = 机械输出+损耗    表述这些量的单位为瓦特(W)
B.输入电力与机械输出的定义公式表述:
输入电力(W)=电压(V)x电流(A)
机械输出(W)=转速(rad/s)x扭矩(Nm)
C.电机的效率是指以百分率(%)表述的机械输出相对于输入电力之比。
电机效率=输出/输入×100%
损耗中有些是像摩擦类因机械原因导致的,但比例更大的是铜线内的损耗和铁心内的损耗。前者称为铜损,后者称为铁损。

2.电机的构成要素

2.1电机的构成要素主要包括如图①~⑤五个部分

电机的分类-伺服电机及驱动器

①转子或转动体:旋转的部分
②轴承:支持转子转轴(轴)的部分
③定子:产生使转子旋转的力的部分
④托架或端板:支持轴承,与定子成为一体的部分
⑤导线:连接到给电机供电的驱动电路或电源上的电线定子
2.2在以上构成要素中,与电机基本分类法关系较大的有定子和转子,定子的典型结构可列出以下4种。
A.分布式绕组定子
B.集中绕组定子
C.感应器型定子
D.永磁定子
2.3转子可分成10种。
A.鼠笼式转子
B.凸极笼式转子
C.半硬磁钢转子
D.软钢转子
E.凸极式硅钢转子
F.微细齿条式软钢转子
G.永磁转子
H.感应器型转子
I.线圈型转子
J.整流子型转子
2.4构成电机的主要元件材料
A.漆包线
材料一般使用铜,但也有很少的情况会使用铝。
电线分为从电源向电机供电的导线和缠绕在电机内部形成的线圈。从产生磁场的电线这一意思来看,线圈对应的部分也称漆包线。
B.铁芯
所谓铁芯,是磁通道,像字面意思那样,材料为铁。此外,用于通过磁通将2个磁铁结合起来的铁通常称为轭铁。
机构结构用的铁和铁芯用的铁在副成分的种类上不一样。机构结构用的铁中含有碳(C),而铁芯用的铁中添加了硅(Si),它还被称为硅钢。在电机中,铁芯分为定子铁芯和转子铁芯,通过两者之间的空隙构成磁路。构成电磁铁励磁型直流电机励磁回路的定子铁芯的磁极会通过直流进行励磁,因此,铁芯不需要采用层积构造,使用软钢。
另一方面,构成电枢电路的转子铁芯在旋转时磁通会发生变化,因此,使用的是层积铁芯。另外,小型直流电机的磁极一般会使用永久磁铁。由于均通过交流进行励磁,同步电机的定子、感应电机的定子和转子的铁芯最好使用层积铁芯。
C.绝缘体(材料)
对电流进行遮断的绝缘体,防止电流流到规定场所以外,材料为绝缘材料。一般会使用橡胶及称为珐琅的高分子化合物/树脂、纸、云母、玻璃纤维等。
D.永久磁铁
电机构成材料中比较重要的是作为磁场发生源的永久磁铁。也可以称为以铁为主要成分的合金或氧化物。

3.电机的分类

3.1.罩极电机
3.2.串激电机
3.3.直流无刷电机
3.4.混合式步进电机
3.5.伺服电机
3.6.泵类电机
电机的基本原理与特性
1.罩极电机
2.串激电机
3.直流无刷电机
3.1定义
3.2原理与构造
3.3接线
3.4特性
4.步进电机(案例)
4.1定义
4.2原理与构造
4.3接线
4.4特性
5.伺服电机
6.泵类电机

2020-03-27 14:20:01

电机的发展史

电机的发展大体上可以分为四个阶段:直流电机、交流电机、控制电机、特种电机。


电机发展历史年鉴

1820年,丹麦物理学家奥斯特(Oersted)发现了电流在磁场中受机械力的作用,即电流的磁效应

1821年,英国科学家法拉第(Faraday)总结了载流导体在磁场内受力并发生机械运动的现象,法拉第的试验模型可以认为是现代直流电动机的雏形

1824年,阿拉果(Arago)发现了旋转磁场,为交流感应电动机的发明奠定了基础。当时阿拉果(Arago)转动一个悬挂着的磁针,在磁针外围环绕一个金属圆环,以研究磁针旋转时圆环所起的阻尼作用,这就是首次利用机械力所产生的旋转磁场

1825年,发现了阿拉果旋转现象,根据作用力和反作用力的原理,利用外绕金属圆环的旋转,阿拉果使悬挂的磁针得到一定的偏转,这个现象实质上就是以后多相感应电动机的工作基础

1831年,法拉第发现了电磁感应定律,并发明了单极直流电机

1832年,人们知道了单相交流发电机。由于生产上没什么需要,加上当时科学水平的限制,人们对交流电还不很了解,所以交流电机实质上没什么发展

1833年,法国发明家皮克西(Pixii)制成了第一台旋转磁极式直流发电机,主要利用了磁铁和线圈之间的相对运动和一个换向装置,这就是现代直流发电机的雏形。楞次已经证明了电机的可逆原理

1833~1836年,美国人奥蒂斯设计和制造了第一台ARBOR步进电机生产率为35米3/时

1834年,俄国物理学家雅可比(Якоби)设计并制成了第一台实用的直流电动机,该电动机有15瓦,由一组静止的磁极和一组可以转动的磁极组成;依靠两组磁极之间的电磁力和换向器的换向作用,得到了连续的旋转运动

1838年,雅可比把改进的直流电动机装在一条小船上

1850年,美国发明家佩奇(Page)制造了一台10马力的直流电动机,用来驱动有轨电车

1851年,辛斯坦得首先提出(1863年再次由华尔德提出)电流代替永磁来励磁,使磁场得以初步加强。由希奥尔特首先提出(1866~1867年再次由华尔德和西门子提出)用蓄电池他励发展到自励,最终地解决了加强励磁的问题

1857年,英国电学家惠斯通(Wheatstone)发明了用伏打电池励磁的发电机

1860年,潘启诺梯(Pacinotti)在电动机的模型中提出环形电枢绕组的结构,由于铜线的利用变差没有受到人们的重视

1864年,英国特理学家麦克斯韦(Maxwell)提出了麦克斯韦方程组,创立了完整的经典电磁学理论体系,为电机电磁场分析奠定基础

1867年,马克斯威尔对自励现象作出了数学分析,是电机理论中的第一篇经典论文。德国工程师西门子(Siemens)制造了第一台自馈式发电机,甩掉了伏打电池

1870年,格拉姆(Gramme)提出了发电机环形闭合电枢绕组的结构,由于环形绕组为分布绕组,电压脉动较小,换向和散热情况均较良好,所以很快取代了T 型绕组。由于对这二种结构进行对比的结果,终于使电动机的可逆原理为公众所接受,从此发电机和电动机的发展合二为一

1871年,凡.麦尔准发明了交流发电机

1873年,由海夫纳-阿尔泰涅克提出鼓型电枢绕组,既具有T型和环形电枢绕组的优点,又免除了它们的缺点;因为鼓型电枢绕组实质上就是T型电枢绕组的分布化。麦克斯韦出版《电磁通论》

1876年,亚勃罗契诃夫首次采用交流发电机和开磁路式串联变压器,来供电给他所发明的“电烛”,是交流电用于照明系统的开始

1878年,为了加强绕组的机械固定和减少铜线内部的涡流耗损,绕组的有效部分放到铁心的槽中

1879年,拜依莱(Bailey)首次用电的办法获得了旋转磁场,采用依次变动四个磁极上的励磁电流的方法,如果在四个磁场的中间放一个铜盘,由于感应涡流的作用,铜盘将随着磁场的变动而旋转,这就是最初的感应电动机

1880年,爱迪生(Edison)提出采用迭片铁心;这样就大大减少了铁心损耗,同时降低了电枢绕组的温升。同年,马克西提出将铁心分成几迭,每迭之间留出一定宽度的通风槽以加强散热。使得直流电机的电磁负荷、单机容量和效率都提高到前所未有的水平;这样,换向器上的火花问题就成为当时的突出问题

1882年,台勃莱兹(Deprez)把米斯巴哈水电站发出的2千瓦直流电能,通过一条57公里长的输电线送到慕尼黑,从而证明了远距离输电的可能性。台勃莱兹的试验,为电能和电机的应用打开了广阔的前景。是直流电机发展史上的一个重要转折点

1883年,台勃莱兹在巴黎科学院提出,把二个在时间和空间上各自相差1/4周期的交变磁场合成,就可以得到一个旋转磁场

1884年,曼奇斯(Menges)发明了补偿绕组和换向极,促进了电、磁负荷和单机容量的进一步提高,而容量继续提高的主要困难和限制,仍然是换向器上的火花问题。霍普金生兄弟发明了具有闭合磁路的变压器

1885年,齐波诺斯基(Zipernowski)、得利(Deri)和勃拉第(Blathy)三人提出了心式和壳式结构,使得单相变压器在照明系统中得到了一定的应用。弗拉利斯(Ferraris)发现二相电流可以构成旋转磁场。在不知前人研究成果的情况下,弗拉利斯得出了与拜依莱和台勃莱兹同样的结论;并且进一步把利用交流电来产生旋转磁场,和利用铜盘来产生感应涡流这两个思想结合起来,制成了第一台二相感应电动机。福勃斯(Forbs)提出用炭粉来做电刷。使得火花问题暂告缓和

1886年,霍普金生兄弟(John and Edward hopkinson)确立了磁路的欧姆定律,使得人们能够自觉地来设计电机的磁路

1888年,弗拉利斯在意大利科学院提出了“利用交流电来产生电动旋转”的经典论文。同一时期(1886~1888年),特斯拉亦独立地从事于旋转磁场的研究和试验,而且和弗拉利斯互不相涉和几乎同时地发明了感应电动机

1889年,多利沃-多勃罗夫斯基提出采用三相制的建议,证明三相交流电也可以产生旋转磁场,同时设计和制出了第一台三相变压器和三相感应电动机

1891年,阿诺尔德(Arnold)建立了直流电枢绕组的理论,使直流电机的设计和计算建立在更加科学的基础上。三相制就迅速的被推广使用

1893年左右,开耐莱(Kenelly)和司坦麦茨(Steinmetz)开始利用复数和向量来分析交流电路

1894年,海兰(Heyland)提出“多相感应电机和变压器性能的图解确定法”的论文,是感应电机理论中的第一篇经典性论文。同年,弗拉利斯已经采用把脉振磁场分解为二个大小相等、转向相反的旋转磁场的办法来分析单相感应电动机;虽然弗拉利斯所得的结果仍不免于错误,但是他所用的方法,却对旋转电机的理论分析有着不可磨灭的贡献,这种方法以后被称为双旋转磁场理论

1895年,波梯(Potier)和乔治(Goege)建立了交轴磁场理论

1899年,在研究凸极同步电动机的电枢反应时,勃朗台尔(Blondel)提出双反应理论;这个理论后来被道黑提(Doherty)、尼古尔(Nickle)和派克(Park)等人所发展,成为现代同步电机理论的基础

1913年,福提斯古(Fortescue)开始分析感应电动机的不对称情况

1918年,福提斯古提出了求解三相不对称问题的对称分量法

1920年,英国人所开发步进电机

1920~1940年许多学者(Drefus, Punga, Fritz, Moller, Heller)对双笼和深槽电机的理论和计算方法,谐波磁场 所产生的寄生转矩,异步电机的噪音等问题进行了一系列研究

1926~1930年,道黑提和尼古尔二人先后提出了五篇经典性论文,发展了勃朗台尔的双反应理论,求出了稳 态和暂态时同步电机的功角特性,和三相、单相突然短路电流

1929年,派克利用坐标变换和算子法,导出了暂态时同步电机的电势方程和算子阻抗。同一时期,许多学 者又深入地研究了同步电机内部的磁场分布,得出了各种电抗的计算公式和测定方法。所有这些工作,使 得同步电机内部的理论达到了比较完善的地步

1935~1938年,克朗(Kron)系统地提出了利用张量分析来研究旋转电机的方法

1940年前后,出现了一系列新的控制电机,例如电机放大机,交流测速发电机,回转变压器等。为了满足 控制系统的要求,自整角机的精度和伺服电动机的性能亦有很大的提高。同一时期,小型分马力电机的理 论已有较大的发展。

1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上

1950~1960年,许多学者进一步研究了同步电机和感应电机的电磁—机械暂态。由于利用了物理模型和模拟 计算机,使得许多复杂的电机动态运行问题得到了解决

1958年,英国Bristol大学的G.H.Rawcliffe等提出极幅调制绕组(称为P.A.M 绕组)

1959年起,逐步建立起机电能量转换的新体系

1970年,英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor, SRM)雏 形,这是关于开关磁阻电机最早的研究

1972年,进一步对带半导体开关的小功率开关磁阻电动机(10w~1kw)进行了研究

1975年,开关磁阻电机有了实质性的进展,并一直发展到可以为50kw的电瓶汽车提供装置

1980年在英国成立了开关磁阻电机驱动装置有限公司(SRD Ltd.),专门进行SRD系统的研究、开发和设计

1983年,英国(SRD Ltd.)首先推出了开关磁阻电机SRD系列产品,该产品命名为OULTON

1984年,TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。另外SRD Ltd. 研制了一种适用于有轨电车的驱动系统,到1986年已运行500km

1992年,美国著名电机专家T.A.Lipo等人首先提出双凸极永磁电机

2020-03-25 17:13:37
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