美國葆德Baldor各種電機的工作原理和應用

一、伺服電動機

伺服電動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，拖動被控制元件，從而達到控制目的。

伺服電動機有直流和交流之分：

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構上講，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。

直流伺服電動機在機械特性上能夠很好的滿足控制系統的要求，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生火花，干擾驅動器工作，不能應用在有可燃氣體的場合電刷和換向器存在摩擦，會產生較大的死區結構復雜，維護比較困難

交流伺服電動機本質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速要受所加電壓信號的控制；轉速能夠隨著所加電壓信號的變化而連續變化；電動機的反映要快、體積要小、控制功率要小。

二、步進電動機

所謂步進電動機就是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。更通俗一點講：

當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度。

我們可以通過控制脈沖的個數來控制電機的角位移量，從而達到定位的目的；同時還可以通過控制脈沖頻率來控制電動機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

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

步進電動機和普通電動機的區別主要就在于其脈沖驅動的形式，正是這個特點，步進電動機可以和現代的數字控制技術相結合。

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

由于步進電動機具有結構簡單、可靠性高和成本低的特點，所以步進電動機廣泛應用在生產實踐的各個領域；尤其是在數控機床制造領域，由于步進電動機不需要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，作為通用的軟盤驅動器的馬達，也可以應用在打印機和繪圖儀中。

此外，步進電動機也存在許多缺陷：

由于步進電機存在空載啟動頻率，所以步進電機可以低速正常運轉，但若高于一定速度時就無法啟動，并伴有尖銳的嘯叫聲；不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大，細分數越大精度越難控制；并且，步進電機低速轉動時有較大的振動和噪聲。

三、力矩電動機

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

力矩電動機有直流力矩電動機和交流力矩電動機兩種。

其中，直流力矩電動機的自感電抗很小，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關；它可以在接近堵轉狀態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生很高的力矩對慣性比，并能消除由于使用減速齒輪而產生的系統誤差。

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

四、開關磁阻電動機

開關磁阻電動機是一種新型調速電動機，結構極其簡單且堅固，成本低，調速性能優異。

五、無刷直流電動機

無刷直流電機（BLDCM）是在有刷直流電動機的基礎上發展來的，但它的驅動電流是不折不扣的交流；無刷直流電機又可以分為無刷速率電機和無刷力矩電機。一般地，無刷電機的驅動電流有兩種，一種是梯形波（一般是“方波”），另一種是正弦波。

有時候把前一種叫直流無刷電機，后一種叫交流伺服電機，確切地講是交流伺服電動機的一種。無刷直流電機為了減少轉動慣量，通常采用“細長”的結構。

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

這種電動機的機械特性和調節特性的線性度好，調速范圍廣，壽命長，維護方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問題，所以這種電動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

電動機的調速與控制，是工農業各類機械及辦公、民生電器設備的基礎技術之一。隨著電力電子技術、微電子技術的驚人發展，采用“變頻感應電動機+變頻器”的交流調速方式，正在以其的性能和經濟性，在調速領域，引導了一場取代傳統調速方式的更新換代的變革。

它給各行各業帶來的福音在于：

使機械自動化程度和生產效率大為提高、節約能源、提高產品合格率及產品質量、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、轉速動態響應等需求，對作為動力主體的電動機，提出了苛刻的要求，給電動機帶來了在電磁、結構、絕緣各方面新的課題。

2、變頻電機的應用

變頻調速目前已經成為主流的調速方案，可廣泛應用于各行各業無級變速傳動。

特別是隨著變頻器在工業控制領域內日益廣泛的應用，變頻電機的使用也日益廣泛起來，可以說：

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、直線電機

直線電機被用在各種運動控制系統中，尤其是隨動系統 。由于交流同步電機（簡稱同步電機）在可靠性與維護量、功率因數、電機尺寸與轉動慣量、控制精度、弱磁比等方面有其自身的優勢，對于大容量電機，世界各國已基本趨向于使用同步電機。

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

近幾年來，直線電機在機床進給伺服系統中的應用，已在世界機床行業得到重視，并在西歐工業發達地區掀起"直線電機熱"。

在機床進給系統中，采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的大區別是取消了從電機到工作臺(拖板)之間的機械傳動環節，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為"零傳動"。

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