电动机的分类选择.docx

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电动机的分类选择

电动机的分类选择

电动机应用广泛，种类繁多。

我们一般的是根据电机的分类来区别电动机的应用于交易。

电动机详细分类如下：

　　1．按工作电源种类划分：

可分为直流电动机和交流电动机。

　　直流电动机按结构及工作原理可划分：

无刷直流电动机和有刷直流电动机。

　　有刷直流电动机可划分：

永磁直流电动机和电磁直流电动机。

　　电磁直流电动机划分：

串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。

　　永磁直流电动机划分：

稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

　　其中交流电机还可分：

单相电机和三相电机。

　　2．按结构和工作原理划分：

可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。

　　同步电动机可划分：

永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

　　异步电动机可划分：

感应电动机和交流换向器电动机。

　　感应电动机可划分：

三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。

　　交流换向器电动机可划分：

单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

　　3．按起动与运行方式划分：

电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

 　　4．按用途划分：

驱动用电动机和控制用电动机。

　　驱动用电动机划分：

电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。

　　控制用电动机又划分：

步进电动机和伺服电动机等。

 　　5．按转子的结构划分：

笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。

 　　6．按运转速度划分：

高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。

　　调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。

　　异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。

　　同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。

直流电动机就是将直流电能转换成机械能的电机。

直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。

根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型：

1．他励直流电机

励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，接线如图（a）所示。

图中M表示电动机，若为发电机，则用G表示。

永磁直流电机也可看作他励直流电机。

2．并励直流电机

并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，接线如图（b）所示。

作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。

3．串励直流电机

串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，接线如图（c）所示。

这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。

4．复励直流电机

复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，接线如图（d）所示。

若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。

若两个磁通势方向相反，则称为差复励。

不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。

一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式，直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。

分类：

1.无刷直流电动机：

无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。

其转子为永久磁铁产生气隙磁通：

定子为电枢，由多相绕组组成。

在结构上，它与永磁同步电动机类似。

励磁方式：

直流电动机的性能与它的励磁方式密切相关，通常直流电动机的励磁方式有4种：

直流他励电动机、直流并励电动机、直流串励电动机和直流复励电动机。

掌握4种方式各自的特点：

1．直流他励电动机：

励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。

因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。

2．直流并励电动机:

电路并联，分压，并励绕组两端电压就是电枢两端电压，但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多，因此具有较大的电阻，使得通过他的励磁电流较小。

3．直流串励电动机：

电流串联，分流，励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。

为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。

4．直流复励电动机：

电动机的磁通由两个绕组内的励磁电流产生。

直流电动机按结构及工作原理可划分：

1.无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同．在铁芯中嵌入多相绕组（三相、四相、五相不等）．绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进行合理换相。

转子多采用钐钴或钕铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀土料，由于磁极中磁性材料所放位置的不同．可以分为表面式磁极、嵌入式磁极和环形磁极。

由于电动机本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。

2.有刷直流电动机：

有刷电动机的2个刷（铜刷或者碳刷）是通过绝缘座固定在电动机后盖上直接将电源的正负极引入到转子的换相器上，而换相器连通了转子上的线圈，3个线圈极性不断的交替变换与外壳上固定的2块磁铁形成作用力而转动起来。

由于换相器与转子固定在一起，而刷与外壳（定子）固定在一起，电动机转动时刷与换相器不断的发生摩擦产生大量的阻力与热量。

所以有刷电机的效率低下损耗非常大。

但是，他同样具有，制造简单，成本及其低廉的优点！

控制结构：

直流无刷电机的控制结构，直流无刷电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数（P）影响，N=120．f/P。

在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。

直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制（驱动器），

控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。

也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。

直流无刷驱动器包括电源部及控制部：

电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。

电源部可以直接以直流电输入（一般为24V）或以交流电输入（110V/220V），如果输入是交流电就得先经转换器（converter）转成直流。

不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器（inverter）转成3相电压来驱动电机。

换流器（inverter）一般由6个功率晶体管（Q1～Q6）分为上臂（Q1、Q3、Q5）/下臂（Q2、Q4、Q6）连接电机作为控制流经电机线圈的开关。

控制部则提供PWM（脉冲宽度调制）决定功率晶体管开关频度及换流器（inverter）换相的时机。

直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器（hall-sensor），作为速度之闭回路控制，同时也做为相序控制的依据。

但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。

控制原理：

直流无刷电机的控制原理，要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启（或关闭）换流器（inverter）中功率晶体管的顺序，inverter中之AH、BH、CH（这些称为上臂功率晶体管）及AL、BL、CL（这些称为下臂功率晶体管），使电流依序流经电机线圈产生顺向（或逆向）旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。

当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管（或只开下臂功率晶体管）；要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。

基本上功率晶体管的开法可举例如下：

AH、BL一组→AH、CL一组→BH、CL一组→BH、AL一组→CH、AL一组→CH、BL一组，但绝不能开成AH、AL或BH、BL或CH、CL。

此外因为电子零件总有开关的响应时间，所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去，否则当上臂（或下臂）尚未完全关闭，下臂（或上臂）就已开启，结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。

当电机转动起来，控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令（Command）与hall-sensor信号变化的速度加以比对（或由软件运算）再来决定由下一组（AH、BL或AH、CL或BH、CL或……）开关导通，以及导通时间长短。

速度不够则开长，速度过头则减短，此部份工作就由PWM来完成。

PWM是决定电机转速快或慢的方式，如何产生这样的PWM才是要达到较精准速度控制的核心。

高转速的速度控制必须考虑到系统的CLOCK分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间，另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、

实时性。

至于低转速的速度控制尤其是低速起动则因为回传的hall-sensor信号变化变得更慢，怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要。

或者速度回传改变以encoder变化为参考，使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。

电机能够运转顺畅而且响应良好，P.I.D.控制的恰当与否也无法忽视。

之前提到直流无刷电机是闭回路控制，因此回授信号就等于是告诉控制部现在电机转速距离目标速度还差多少，这就是误差（Error）。

知道了误差自然就要补偿，方式有传统的工程控制如P.I.D.控制。

但控制的状态及环境其实是复杂多变的，若要控制的坚固耐用则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能完全掌握，所以模糊控制、专家系统及神经网络也将被纳入成为智能型P.I.D.控制的重要理论

交流电动机

交流电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。

电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。

交流电动机由定子和转子组成，并且定子和转子是采用同一电源，所以定子和转子中电流的方向变化总是同步的，即线圈中的电流方向变了，同时电磁铁中的电流方向也变，根据左手定则，线圈所受磁力方向不变，线圈能继续转下去。

交流电动机就是利用这个原理而工作的。

交流电动机的原理：

通电线圈在磁场里转动。

直流电动机是利用换向器来自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈受力方向一致而连续旋转的。

　因此只要保证线圈受力方向一致，电动机就会连续旋转。

交流电动机就是应用这点的。

　交流电动机由定子和转子组成，你所说的模型中，定子就是电磁铁，转子就是线圈。

而定子和转子是采用同一电源的，所以，定子和转子中电流的方向变化总是同步的，即线圈中的电流方向变了，同时电磁铁中的电流方向也变，根据左手定则，线圈所受磁力方向不变，线圈能继续转下去。

　关于二个铜环的作用：

二个铜环配上相应的二个电刷，电流就能源源不断的被送入线圈。

这个设计的好处是：

避免了二根电源线的緾绕问题，因为线圈是不停的转的，用二条导线向线圈供电的话，二根电源线便会緾绕　关于线圈中的电流由于是交流电，是有电流等于零的时刻，不过这个时刻同有电流的时间比起来实在是太短了，更何况线圈有质量，具有惯性，由于惯性线圈就不会停下来。

交流电动机是根据交流电的特性，在定子绕组中产生旋转磁场，然后使转子线圈做切割磁感线的运动，使转子线圈产生感应电流，感应电流产生的感应磁场和定子的磁场方向相反，才使转子有了，旋转力矩。

单相电机

单相电机一般是指用单相交流电源（AC220V）供