電機種類性能及特點比較

1、各種電機列表比較電機分類構造工作原理起動反轉調(diào)速機械特性及應用勵磁方式三相異步電動機1、定子：定子鐵芯、定子繞組、機座。1、 2、轉子：轉子鐵芯、轉子繞組、轉軸。分為鼠籠式轉子和繞線式轉子。（繞線式轉子繞組接成Y型；可將附加電阻入轉子電路，改善起動性能和調(diào)節(jié)轉速。）通入三相異步電動機定子繞組的三相電流共同產(chǎn)生合成磁場，該磁場隨著電流的交變在空間不斷地旋轉，故稱為旋轉磁場。旋轉磁場切割轉子導體，產(chǎn)生感應電 動勢，進而在閉合導體中產(chǎn)生電流，轉子導體電流與旋轉磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉矩而使轉子旋轉。1、直接起動：在供電變壓器容量較大，電動機容量較?。~定功率在7.5kW以下）時，三相異步電動機可以直接

2、起動。常使用的電器有:組合開關(刀開關)、熔斷器、交流接觸器、熱繼電器和按鈕等。組合開關多用于電源的引入。2、鼠籠式三相異步電動機降壓起動：當鼠籠式三相異步電動機容量較大，而電源容量不夠大時，為了限制起動電流，避免電網(wǎng)電壓顯著下降，需采用降壓起動，降壓起動只適用于空載與輕載起動。如采用星形一三角形起動或自耦變壓器降壓起動。（如果電動機在工作時其定子繞組為三角形聯(lián)接方式，那么在起動時把它聯(lián)成星形，等到轉速接近額定值時再改接成三角形，就是Y-起動。）；自耦變壓器起動適用于、正常運行定子連成星形；、容量較大；、較大起動轉矩； 3、 繞線式三相異步電動機常采用轉子回路串接變電阻起動或轉子回路串接頻敏變

3、阻器起動。只要將接到電源的任意二根線對調(diào)即可。有兩種控制電路：1、觸頭 聯(lián)鎖電路；2、復式按鈕和觸頭聯(lián)鎖電路；n=60fP（1-S）三種調(diào)速方案：改變電源頻率f、改變繞組磁極對數(shù)P以及改變轉差率S。其中改變電源頻率調(diào)速其調(diào)速范圍寬，技術成熟，具體方法有：變頻機組、交一直一交變頻和交一交變頻。改變轉差率S的調(diào)速方法只能在繞線式轉子電動機中使用。在轉子回路中串接附加電阻。當負載在空載與額定值之間變化時，電動機的轉速變化不大，稱為硬機械特性。非常適用于一般金屬切削機床。（一）、額定轉矩；電動機在額定負載時的轉矩，它可從電動機銘牌上的額定功率（輸出機械功率）和額定轉速求得，即TN=9550×

4、PN/nN（Nm）； （二）最大轉矩Tmax從機械特性曲線上看，轉矩有一個最大值，稱為最大轉矩或臨界轉矩Tmax。當負載轉矩超過最大轉矩時，電動機將發(fā)生所謂“悶車”現(xiàn)象。因此，最大轉矩也表示電動機短時允許過載能力。電動機的額定轉矩TN要比Tmax小，兩者之比稱為過載系數(shù)，即一般三相異步電動機的過載系數(shù)為1.62.5。在選用電動機時，必須考慮可能出現(xiàn)的最大負載轉矩。然后根據(jù)所選電動機的過載系數(shù)算出電動機的最大轉矩，其值必須大于最大負載轉矩。否則就要重選電動機。（三）起動轉矩TQ電動機剛起動（n = 0 ,S = 1）時的轉矩稱起動轉矩。在剛起動時，轉子電流比較大，但起動轉矩實際上并不大，它與額定

5、轉矩之比約為1.0 2.0。一般機床的主電動機都是空載起動，對起動轉矩沒有什么要求。但對于諸如起重用的電動機，因為是在帶負載的情況下起動，因此應采用起動轉矩較大一點的。同步電動機定子：電樞；轉子：磁級，其鐵芯上繞有勵磁繞組，采用直流勵磁。當同步電動機的電樞繞組與三相交流電源接通時，由于轉子和轉軸上的生產(chǎn)機械是有慣性的，而旋轉磁場轉得又快，結果是同步電動機自己不能起動。必須采用一定的方法來起動同步電動機。通常采用所謂異步起動法。就是在磁極的極掌上裝有和鼠籠式繞組相似的起動繞組，讓同步電動機象異步電動機那樣先起動起來。當電動機的轉速接近同步轉速時，將開關合在勵磁機上，使轉子勵磁。這時，旋轉磁場就能

6、緊緊地牽引著轉子一起轉動。此后，兩者轉速保持相等（同步）即同步電動機的異步起動電路轉子繞組中通的是直流電。當電源頻率f一定時，同步電動機的轉速n是恒定的，不隨負載而變化。所以，它的機械特性曲線n = f（T）是一條與橫軸平行的直線。應用：主要用于恒速的、容量較大的驅動中。直流電動機1、定子：主磁極、換向極、電刷裝置、機座；2、轉子：轉子鐵芯、轉子繞組、換向器、轉軸和風扇。直流電動機由定子和轉子組成。定子的作用是在勵磁繞組中通入直流電流勵磁而產(chǎn)生磁場；轉子的作用是通電后產(chǎn)生電磁轉矩。直流電源通電導線在磁場中會受到電磁力作用，其方向由左手定則確定。直接起動直流電動機是絕對不允許的。為了限制起動電流

7、，通常在轉子繞組電路中串聯(lián)接入一個起動變阻器RQ，要改變電動機的旋轉方向，關鍵在于改變電磁轉矩的方向。根據(jù)左手定則，改變轉子繞組電流的方向或者改變勵磁電流的方向（即改變磁場的方向），都可以達到改變電磁轉矩方向的目。將轉子繞組兩端的接頭對調(diào)或者將勵磁繞組兩端的接頭對調(diào)，都能夠使電動機的電磁轉矩轉向，從而使其反轉。三種調(diào)速方法：1、改變磁通的調(diào)速：為恒功率調(diào)速通常只是減小磁通將轉速往上調(diào)。適用于轉矩、轉速約成反比而輸出功率基本上不變的場合，例如用于切削機床中。2、改變外加電壓的調(diào)速：恒轉矩調(diào)速，通常是通過降低電壓將轉速往下調(diào)。這種調(diào)速方法為，起重設備多采用這種調(diào)速方法。3、改變轉子繞組回路電阻的調(diào)

8、速方法需在轉子繞組電路中串聯(lián)一個調(diào)速用的變阻器。有較大的功率損失，應用范圍不廣。電動機的轉速將隨著負載的增加稍有降低，但降低的幅度不大，可以看成是近于恒速的電動機。亦即并勵直流電動機的機械特性比較硬。應用：它的優(yōu)點是具有良好的調(diào)速性能和較大的起動轉矩，因而廣泛地應用于要求調(diào)速性能較高和較大起動轉矩的生產(chǎn)機械。但直流電動機的制造工藝復雜，生產(chǎn)成本較高，維護較困難，可靠性較差。（一）直流他勵電動機勵磁電流是由另外的直流電源（如蓄電池組）供給的。（二）直流并勵電動機勵磁繞組與轉子繞組并聯(lián)，但勵磁繞組用細導線繞成，其匝數(shù)繞得很多，因此具有較大的電阻，使通過它的勵磁電流較小。（三）直流串勵電動機勵磁繞組

9、與轉子繞阻串聯(lián)，為使勵磁繞組不引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，所以串勵繞組通常用較粗的導線繞成，其匝數(shù)也較少。（四）直流復勵電動機有兩個勵磁繞組，一個與轉子繞組并聯(lián)，另一個與轉子繞組串聯(lián)，電動機中的磁通由這兩個繞組內(nèi)的勵磁電流共同產(chǎn)生。步進電動機（反應式步進電動機）1.反應式步進電動機。電動機定子有A、B、C三對磁極。在相對的磁極上繞有A、B、C三相控制繞組。 轉子上相鄰兩齒所對應的空間角度為齒距角。齒距角為：（5-1）式中-轉子齒數(shù)。當A、B、C三對磁極的繞組依次輪流通電時，則A、B、C三對磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場吸引轉子轉動。首先，當A相繞組通電，B、C兩相斷電時，轉子的齒1、

10、3分別被定子磁極吸引而對齊。然后，A相斷電，B相通電，于是轉子的2、4兩齒被定子磁極吸引，這時轉子逆時針轉了。接下去B相斷電，C相通電，轉子1、3齒與定子磁極軸線對齊，轉子又逆時針轉過了。這種按ABCABCA順序輪流通電的方式稱為三相單三拍。"三相"是指定子有三相繞組A、B、C，"單"是指每次只有一相繞組單獨通電，"三拍"是指經(jīng)過三次經(jīng)過切換控制繞組的通電狀態(tài)為一個循環(huán)。每一拍，即輸入一個脈沖信號，都使轉子轉過一個角度，稱之為步距角。其計算公式如下：（52）式中：N-運行拍數(shù)，；m-步進電動機的相數(shù)；-步進電動機轉子的齒數(shù)K-與通電方

11、式有關的系數(shù)，是拍數(shù)與相數(shù)比例系數(shù)，如單拍或雙拍時k=1，單、雙拍時K=2。上述三相單三拍反應式步進電動機的步距角時為：步進電動機是一種同步電動機：由于輸入一個脈沖，轉子轉過轉，脈沖電源頻率為f,則步進電動機的轉速為：（5-3）式中：f-控制脈沖頻率，即步進電動機每秒接收的脈沖數(shù)；1、步進電動機具有獨特的優(yōu)點：（1）步進電動機的轉速主要取決于脈沖的頻率，移動的總位移取決于總的脈沖數(shù)。其步距值不受各種干擾因素的影響。 （2）步距誤差不長期積累。步進電動機每走一步所轉過的角度（實際步距值）與理論步距值之間總有一定的誤差。從某一步到任何一步，也總會有一定的累積誤差，但每轉一圈的累積誤差為零。（3）控

12、制性能好。起動、停止、反轉及其他任何運動方式的改變，都在少數(shù)脈沖內(nèi)完成。在一定的頻率范圍內(nèi)運行時，任何運動方式都不會丟步。2、分類：步進電動機的種類很多，有多種分類方法。若按工作原理分類，則可將步進電動機分為：反應式（磁阻式）步進電動機電磁式步進電動機永磁式步進電動機 永磁感應子式步進電動機。其中反應式和永磁感應子式步進電動機比較常用。3.步進電動機的主要性能指標。步進電動機的主要性能指標有：（1）步距精度?？蛰d時，以單脈沖輸入，步進電動機的實際步距角與理論步距角之差稱為靜態(tài)步距角誤差，以偏差的角度或相對百分數(shù)來衡量。我國生產(chǎn)的步進電動機的步距精度一般在±10±30分的范圍

13、，有些可達±2±5分。（2）最大靜轉距。轉子處于靜止狀態(tài)時，能與最大負載轉矩相平衡的電磁轉矩稱為步進電動機的最大轉矩。它是衡量步進電動機帶負載能力的主要指標。 （3）起動頻率。使步進電動機能夠由靜止定位狀態(tài)不失步地起動，并進入正常運行的控制脈沖最高頻率，稱為起動頻率。在電動機空載情況下，稱為空載起動頻率。在有負載情況下，不失步起動所允許的最高頻率將大大降低。（4）連續(xù)運行頻率。步進電動機起動后，其轉速將跟隨控制脈沖頻率連續(xù)上升而不失步的控制脈沖的最高頻率，稱為連續(xù)運行頻率的最高工作頻率。步進電動機的連續(xù)運行頻率隨負載的增大而下降，但步進電動機連續(xù)運行頻率遠高于其起動頻率。（

14、二）步進電動機驅動電源，必須使其定子勵磁繞組順序通電，并具有一定功率的電脈沖信號，步進電動機的運行性能是步進電動機和驅動電源的綜合體現(xiàn)。驅動電源應該滿足以下基本要求：1.電源的相數(shù)、通電方式、電壓、電流應與步進電動機的基本參數(shù)相適應；2.能滿足步進電動機起動頻率和運行頻率的要求；3.工作可靠，抗干擾能力強；4.成本低，效率高，安裝和維護方便。驅動電源通常由環(huán)形分配器和功率驅動器組成。環(huán)形分配器的功能將CNC裝置的插補脈沖，按步進電動機所要求的規(guī)律分配給功率驅動器的各相輸入端，以控制步進電動機勵磁繞組的導通或關斷。由于電動機有正反轉要求，所以環(huán)形分配器的輸出是周期性的，又是可逆的。功率驅動器或稱

15、功率放大電路其主要作用是將環(huán)形分配器輸出的脈沖信號放大，以使用足夠的功率來驅動步進電動機。永磁感應子式步進電動機永磁感應子式步進電動機由定子和轉子兩大部分組成。它的定子分為若干極，極上有齒和控制線圈。轉子由環(huán)行磁鋼及兩段鐵芯組成，環(huán)形磁鋼在轉子的中部，軸向充磁。由于它的磁路內(nèi)含有永久磁鋼，故當定子繞組斷電后仍具有一定的定位轉矩。而從定子或轉子導磁體來看，又像反應式步進電動機，故稱為永磁感應子式步進電動機，又稱為混合式步進電動機。永磁感應子式步進電動機是步進電動機的最新發(fā)展，從發(fā)展趨勢來看，它將取代反應式步進電動機。直流主軸電動機數(shù)控機床直流主軸驅動系統(tǒng)中所用的直流主軸電動機與普通直流電動機基本

16、相同。其定子也有主磁極和換向磁極，采用矽鋼片疊成。1、在主磁極上除了繞有主磁極繞組外，還繞有補償繞組，其作用是為了抵消轉子反應磁動勢對氣隙主磁通的影響，改善電動機的調(diào)速性能。換向磁極的作用是為了改善電動機的換向性能。2、直流主軸電動機都采用軸向強迫通風冷卻或熱管冷卻，以改善冷卻效果，避免電動機熱量傳到主軸。3、電動機尾部還同軸安裝有測速發(fā)電機作為速度反饋元件。直流主軸電動機的速度控制關系無論在靜態(tài)還是在動態(tài)都成立，這就保證了電動機的良好的靜、動態(tài)轉矩控制特性、從而得到優(yōu)良的調(diào)速性能。為雙域調(diào)速系統(tǒng)，由轉子繞組控制回路和磁場控制回路兩部分組成。在轉子繞組控制回路中，通過改變轉子繞組電壓（即外加電

17、壓）調(diào)速，適于基本速度以下的恒轉矩范圍。在磁場控制回路中，通過改變勵磁電流（即改變磁通）調(diào)速，為恒功率調(diào)速，適于基本速度以上的恒功率范圍。直流主軸電動機的轉矩一速特性曲線圖中，曲線1為pn曲線、曲線2為Tn曲線。由圖可見，在基本速度以下為恒轉矩范圍，在基本速度以上為恒功率范圍。通常恒轉矩速度范圍與恒功率速度范圍之比為1:2。直流主軸電動機一般都能承受150%的過載載荷。進給直流伺服電動機在數(shù)控機床的直流進給伺服驅動系統(tǒng)中，多采用永磁直流伺服電動機作為驅動元件。永磁直流伺服電動機由電動機本體和檢測部件組成。電動機本體主要由機殼、定子磁極和轉子三部分組成。反饋用的檢測部件有高精度的測速發(fā)電機、旋轉

18、變壓器以及脈沖編碼器等，它們同軸安裝在電動機的尾部（非軸伸出端）。永磁直流伺服電動機的定子磁極是一個永磁體。永磁直流伺服電動機的轉子分為普通型和小慣量型兩類。普通型的與一般直流電動機相比，轉子鐵芯長度對直徑的比大些，氣隙小些。小慣量型轉子又可分無槽轉子、空心杯形轉子和印刷繞組轉子。（其中無槽的可有永磁和電磁勵磁兩種方式）三種小慣量型轉子直流伺服電動機的共同特點是轉子慣量小，適合于快速響應的伺服系統(tǒng)。但其過載能力低，當用于數(shù)控機床等進給伺服系統(tǒng)中時，由于轉子慣量與機械傳動系統(tǒng)匹配較差，電動機軸與械傳動系統(tǒng)不能直接相連，必采取一些措施。普通型轉子永磁直流伺服電動機與小慣量型轉子直流伺服電動機相比，

19、具有以下一些特點：（1）低速時輸出的轉矩大，慣量比較大，能與機械傳動系統(tǒng)直接相連，省去齒輪等傳動機構，從而有利于減小機械振動和噪聲，以及齒隙誤差。（2）轉子的熱容量大，電動機的過載性能好，一般能加倍過載幾十分鐘。（3）調(diào)速范圍寬，當與高性能速度控制單元組成速度控制系統(tǒng)時，調(diào)速范圍可達1:1000以上。（4）轉子慣量比較大，為了滿足快速響應的要求，需要加大電動機的加速轉矩，為此需要加大電源容量。（5）轉子溫升高（電動機允許升可達1501800 C）可通過轉軸傳到機械上去，這會影響精密機械的精度。永磁直流伺服電動機的速度控制。用于數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)中的永磁直流伺服電動機多采用改變外加電壓的調(diào)速方

20、法。這是因為這種調(diào)速方法具有恒轉矩調(diào)速特性、機械特性好、經(jīng)濟性能好等特點。常采用的調(diào)速系統(tǒng)有兩種，即晶閘管調(diào)速系統(tǒng)和晶體管脈寬調(diào)制（PWMPulse Width Modulation）調(diào)速系統(tǒng)。現(xiàn)代數(shù)控機床的直接進給伺服系統(tǒng)中多采用晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。所謂脈寬調(diào)制調(diào)速，就是將直流電壓轉換成某一頻率的矩形波電壓，加到直流電動機轉子繞組兩端，通過對矩形波脈沖寬度的控制，改變轉子繞組兩端的平均電壓，從而達到調(diào)節(jié)電動機轉速的目的。永磁直流伺服電動機的轉矩一速度特性曲線，又叫工作曲線。伺服電動機的工作區(qū)域被溫度極限線、轉速極限線、換向極限線、轉矩極限線以及瞬時換向極限線劃分成三個區(qū)域：區(qū)為連續(xù)工作區(qū)

21、，在該區(qū)域內(nèi)轉矩和轉速的任意組合都可以長時間連續(xù)工作。區(qū)為斷續(xù)工作區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電動機只能按允許的工作時間和斷電時間歇工作。區(qū)為加速和減速區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電動機只能作加速或減速，工作極短的時間。交流主軸電動機直流伺服電動機具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但它的電刷和換向器容易磨損，需要經(jīng)常維護；由于換向器換向時會產(chǎn)生火花而使最高轉速受到限制，也使應用環(huán)境受到限制；直流電動機結構復雜，制造困難，成本高。因此，20世紀80年代中期以來，交流伺服電動機得到飛速發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)正在逐步取代直流伺服系統(tǒng)。（一）交流伺服電動機交流伺服電動機分為同步型和異步型兩大類。異步型交流伺服電動機也稱交流感應伺服電動機。數(shù)控機床

22、的主軸驅動系統(tǒng)中所采用的交流主軸電動機為經(jīng)過專門設計的鼠籠式感應電動機。同步型交流伺服電動機有永磁式和勵磁式兩種。數(shù)控機床的進給伺服驅動系統(tǒng)中多采用永磁交流伺服電動機，這是因為這種電動機盡管體積稍大一些，但其結構簡單，運行可靠，效率較高；若采用變頻電源供電，則可方便地獲得與頻率成正比的可變轉速，并可得到非常硬的機械特性及寬的調(diào)速范圍。1.交流主軸電動機。交流主軸電動機是經(jīng)過專門設計的鼠籠式三相異步電動機。它的特點是：沒有外殼，定子鐵芯直接暴露在空氣中，而且有軸向通風孔，以利于電動機冷卻、縮小電動機體積。2.轉子做成細長型，以便減小轉子的轉動慣量。3.尾部都同軸安裝有脈沖發(fā)生器（或脈沖編碼器）。4.外形呈多邊形，而不是圓形。交流主軸電動機的速度控制。交流主軸電動機廣泛采用矢量控制調(diào)速方法。要改善交流主軸電動機的控制性能，應該設法將被控制量從矢量轉換為標量。通過這種轉換，將交流