伺服電機(jī),步進(jìn)電機(jī),同步電動機(jī)和異步電動機(jī)的原理分析和它們之間的不同
資料介紹
同步電動機(jī)與異步電動機(jī)
原理:
同步電機(jī)就是靠勵磁電流運(yùn)行的,如果沒有勵磁,電機(jī)就是異步的。勵磁是加在轉(zhuǎn)子上的直流系統(tǒng),它的旋轉(zhuǎn)速度和極性與定子是一致的,如果勵磁出現(xiàn)問題,電動機(jī)就會失步,調(diào)整不過來,觸發(fā)保護(hù)“勵磁故障”電動機(jī)跳閘 說的白一點,勵磁電流就是同步電機(jī)轉(zhuǎn)子中流過的電流(有了這個電流,使轉(zhuǎn)子相當(dāng)于一個電磁鐵,有N極和S極),在正常運(yùn)行時,這個電流是由外部加在轉(zhuǎn)子上的直流電壓產(chǎn)生的。以前這個直流電壓是由直流電動機(jī)供給,現(xiàn)在大多是由可控硅整流后供給。我們通常把可控硅整流系統(tǒng)稱為勵磁裝置。
直線異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)主要包括定子、動子和直線運(yùn)動的支撐輪三部分。為了保證在行程范圍內(nèi)定子和動子之間具有良好的電磁場耦合,定子和動子的鐵心長度不等。定子可制成短定子和長定子兩種形式。由于長定子結(jié)構(gòu)成本高、運(yùn)行費(fèi)用高,所以很少采用。直線電動機(jī)與旋轉(zhuǎn)磁場一樣,定子鐵心也是由硅鋼片疊成,表面開有齒槽;槽中嵌有三相、兩相或單相繞組;單相直線異步電動機(jī)可制成罩極式,也可通過電容移相。直線異步電動機(jī)的動子有三種形式:
(1)磁性動子 動子是由導(dǎo)磁材料制成(鋼板),既起磁路作用,又作為籠型動子起導(dǎo)電作用。
(2)非磁性動子 ,動子是由非磁性材料(銅)制成,主要起導(dǎo)電作用,這種形式電動機(jī)的氣隙較大,勵磁電流及損耗大。
(3)動子導(dǎo)磁材料表面覆蓋一層導(dǎo)電材料,導(dǎo)磁材料只作為磁路導(dǎo)磁作用;覆蓋導(dǎo)電材料作籠型繞組。
因磁性動子的直線異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,動子不僅作為導(dǎo)磁、導(dǎo)電體,甚至可以作為結(jié)構(gòu)部件,其應(yīng)用前景廣闊。
異步機(jī)就是電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的速度與定子所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度不一致,有一個差值(不同步)。我們叫轉(zhuǎn)差。這個轉(zhuǎn)差與定子所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速的比率叫轉(zhuǎn)差率。
同步機(jī)與異步機(jī)的區(qū)別在于:
從供電方面說,異步機(jī)只是在定子側(cè)加上電壓(也有轉(zhuǎn)子上加電壓的),而同步機(jī)要在定子和轉(zhuǎn)子上都加上電壓。也就是說異步機(jī)是單邊勵磁,同步機(jī)是雙邊勵磁。 從轉(zhuǎn)速方面說,異步機(jī)的轉(zhuǎn)速只與負(fù)荷大小有關(guān)(當(dāng)然有一定的范圍),而同步機(jī)的轉(zhuǎn)速只與電網(wǎng)的頻率有關(guān)。 從結(jié)構(gòu)上說,同步電機(jī)與異步機(jī)轉(zhuǎn)子的構(gòu)造也不一樣。異步機(jī)的轉(zhuǎn)子是有夕鋼片和鋁條(或夕鋼片和線圈組成),而同步機(jī)一般由數(shù)塊磁鋼和線圈組成(也有隱極式的不太一樣)。 當(dāng)然還有許多差別,如工藝要求、設(shè)計問題等等,我也說不全,請共同探討。
在電機(jī)設(shè)計上, 交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子一般為鼠籠型的,還有繞線型的,定子上繞組也有不同的繞制方法。而同步電機(jī)設(shè)計上定子轉(zhuǎn)子可能都是繞線的。
電機(jī)的工作上, 同步電機(jī)工作時,電機(jī)的轉(zhuǎn)子通入直流電,產(chǎn)生類似永磁體產(chǎn)生的磁場,而定子上通入三相交流電,此時定子隨磁場變化同步旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速n=60f/p,這里f是電源頻率,p是電機(jī)的極對數(shù)。 異步電機(jī)工作時候,只有定子通電(三相交流電),轉(zhuǎn)子由于受到感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場(原理同變壓器),由于是感應(yīng)電流,所以,產(chǎn)生磁場旋轉(zhuǎn)時候要滯后定子磁場一個角度,在定子側(cè)看,是定子磁場拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速要低于同步轉(zhuǎn)速,所以就稱之為異步電機(jī)。
直線異步電動機(jī)的工作原理和旋轉(zhuǎn)式異步電動機(jī)一樣,定子繞組與交流電源相連接,通以多相交流電流后,則在氣隙中產(chǎn)生一個平穩(wěn)的行波磁場(當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場半徑很大時,就成了直線運(yùn)動的行波磁場)。該磁場沿氣隙作直線運(yùn)動,同時,在動子導(dǎo)體中感應(yīng)出電動勢,并產(chǎn)生電流,這個電流與行波磁場相互作用產(chǎn)生異步推動力,使動子沿行波方向作直線運(yùn)動。若把直線異步電動機(jī)定子繞組中電源相序改變一下,則行波磁場移動方向也會反過來,根據(jù)這一原理,可使直線異步電動機(jī)作往復(fù)直線運(yùn)動。
直線異步電動機(jī)主要用于功率較大場合的直線運(yùn)動機(jī)構(gòu),如門自動開閉裝置,起吊、傳遞和升降的機(jī)械設(shè)備,驅(qū)動車輛,尤其是用于高速和超速運(yùn)輸?shù)取S捎跔恳蛲苿恿芍苯赢a(chǎn)生,不需要中間連動部分,沒有摩擦,無噪聲,無轉(zhuǎn)子發(fā)熱,不受離心力影響等問題。因此,其應(yīng)用將越來越廣。直線同步電動機(jī)由于性能優(yōu)越,應(yīng)用場合與直線異步電動機(jī)相同,有取代趨勢。直線步進(jìn)電動機(jī)應(yīng)用于數(shù)控繪圖儀、記錄儀、數(shù)控制圖機(jī)、數(shù)控裁剪機(jī)、磁盤存儲器、精密定位機(jī)構(gòu)等設(shè)備中。
同步式(次級為永久磁鋼)由于效率高、推力密度大、可控性好等優(yōu)點,盡管其對隔磁防塵要求較高和裝配較困難,現(xiàn)在也已成為機(jī)床用直線電機(jī)的主流。
步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較
步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動的裝置,它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中,步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn),交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢,運(yùn)動控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號),但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。
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