討論旋轉(zhuǎn)電機
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gygs2011 發(fā)布時間：2013-10-19 09:55:48
當(dāng)前我們主要討論旋轉(zhuǎn)電機，旋轉(zhuǎn)電機的種類很多，在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用極其廣泛，可以說，有電能應(yīng)用的場合都會有旋轉(zhuǎn)電機的身影。與內(nèi)燃機和蒸汽機相比，旋轉(zhuǎn)電機的運行效率要高的多；并且電能比其它能源傳輸更方便、費用更廉價，此外電能還具有清潔無污、容易控制等特點，所以在實際生活中和工程實踐中，旋轉(zhuǎn)電機的應(yīng)用日益廣泛。
不同的電機有不同的應(yīng)用場合，隨著電機制造技術(shù)的不斷發(fā)展和對電機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，例如，美國EAD公司研制的無槽無刷直流電動機，日本SERVO公司研制的小功率混合式步進(jìn)電機，我國自行研制適用于工業(yè)機床和電動自行車上的大力矩低轉(zhuǎn)速電機等。
1 旋轉(zhuǎn)電機分類
在旋轉(zhuǎn)電機中，由于發(fā)電機是電能的生產(chǎn)機器，所以和電動機相比，它的種類要少的多；而電動機是工業(yè)中的應(yīng)用機器，所以和發(fā)電機相比，人們對電動機的研究要多的多，對其分類也要詳細(xì)的多。實際上，我們通常所說的旋轉(zhuǎn)電機都是狹義的，也就是電動機——俗稱“馬達(dá)”。眾所周知，電動機是傳動以及控制系統(tǒng)中的重要組成部分，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電動機在實際應(yīng)用中的重點已經(jīng)開始從過去簡單的傳動向復(fù)雜的控制轉(zhuǎn)移；尤其是對電動機的速度、位置、轉(zhuǎn)矩的精確控制。
由此可見，對于一個電氣工程技術(shù)人員來說，熟悉各種電機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)電機的用途進(jìn)行基本分類。下面我們就從控制電動機開始，逐步介紹電機中最有代表性、最常用、最基本的電動機——控制電動機和功率電動機以及信號電機。
2 控制電動機
2.1 伺服電動機
伺服電動機廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，能將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換為電機軸上的機械輸出量，拖動被控制元件，從而達(dá)到控制目的。
伺服電動機有直流和交流之分；最早的伺服電動機是一般的直流電動機，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機。目前的直流伺服電動機從結(jié)構(gòu)上講,就是小功率的直流電動機,其勵磁多采用電樞控制和磁場控制,但通常采用電樞控制。
旋轉(zhuǎn)電機的分類，直流伺服電動機在機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)動器工作，不能應(yīng)用在有可燃?xì)怏w的場合；電刷和換向器存在摩擦，會產(chǎn)生較大的死區(qū)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護比較困難。
交流伺服電動機本質(zhì)上是一種兩相異步電動機，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，伺服電動機要求電動機的轉(zhuǎn)速要受所加電壓信號的控制；轉(zhuǎn)速能夠隨著所加電壓信號的變化而連續(xù)變化；電動機的反映要快、體積要小、控制功率要小。伺服電動機主要應(yīng)用在各種運動控制系統(tǒng)中，尤其是隨動系統(tǒng)。
2.2 步進(jìn)電動機
所謂步進(jìn)電動機就是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)；更通俗一點講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。我們可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制電機的角位移量，從而達(dá)到精確定位的目的；同時還可以通過控制脈沖頻率來控制電動機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。目前，比較常用的步進(jìn)電動機包括反應(yīng)式步進(jìn)電動機（VR）、永磁式步進(jìn)電動機（PM）、混合式步進(jìn)電動機（HB）和單相式步進(jìn)電動機等。
步進(jìn)電動機和普通電動機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正是這個特點，步進(jìn)電動機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。但步進(jìn)電動機在控制精度、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機；所以主要應(yīng)用在精度要求不是特別高的場合。由于步進(jìn)電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本低的特點，所以步進(jìn)電動機廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域；尤其是在數(shù)控機床制造領(lǐng)域，由于步進(jìn)電動機不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以一直被認(rèn)為是最理想的數(shù)控機床執(zhí)行元件。
除了在數(shù)控機床上的應(yīng)用，步進(jìn)電機也可以用在其他的機械上，比如作為自動送料機中的馬達(dá)，作為通用的軟盤驅(qū)動器的馬達(dá)，也可以應(yīng)用在打印機和繪圖儀中。
此外，步進(jìn)電動機也存在許多缺陷；由于步進(jìn)電機存在空載啟動頻率，所以步進(jìn)電機可以低速正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度時就無法啟動，并伴有尖銳的嘯叫聲；不同廠家的細(xì)分驅(qū)動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)電機低速轉(zhuǎn)動時有較大的振動和噪聲。
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