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常用电动机类型及特点

来源:用户分享 时间:2025/5/28 12:08:08 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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七、 伺服电机

1、直流伺服电机与直流无刷电机

直流无刷电机和直流伺服电机是2类,概念上不存在交集。简言之:直流伺服电机特指直流有刷电机。无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。

2、交流伺服电机与直流伺服电机

直流伺服电机:就是把直流电机加上编码器形成闭环控制,电机通过改变电的大小来改变电机的扭矩、速度等参数。直流伺服电机的结构和普通直流电机差不多,只是直流电机为满足低惯量采用细长电枢,盘形或空心杯的,或者改成了永磁电机,是最理想的调速系统,这就导致直流伺服电机比较容易实现调速,控制精度较高。缺点是直流伺服电机有碳刷,容易造成电机的磨损,而且维护成本高操作麻烦。

交流伺服电机:是交流电机的一种,通过伺服驱动器的矢量控制理论控制电机的扭矩,速度、位置等等,交流伺服电机的转子电阻一般很大,这样可以防止自转,当控制电压消失后,由于有励磁电压,此时的交流伺服电机中会有脉振磁动势,交流伺服就是是一种带编码器的同步电机,效果比直流伺服稍微差一点,但维护方便。缺点是价格高、精度没直流的好!推荐使用交流伺服电机,直流伺服电机太热,控制精度不好,使用寿命短。

永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较,主要优点有: ⑴无电刷和换向器,因此工作可靠,对

维护和保养要求低。 ⑵定子绕组散热比较方便。 ⑶惯量小,易于提高系统的快速性波纹管联轴器。 ⑷适应于高速大力矩工作状态。 ⑸同功率下有较小的体积和重量。

八、 步进电机

磁电式步进电动机结构简单、可靠性高、价格低廉、应用广泛,主要有永磁式、磁阻式和混合式。 (1)永磁式步进电动机。转子有永磁体的磁极,在气隙中产生极性交替磁场,定子由四相绕组组成。当A相绕组通电时,转子将转向该相绕组所确定的磁场方向。当A相断电、B相绕组被通电励磁时,就产生一个新的磁场方向,这时,转子就转动一角度而位于新的磁场方向上,被励磁相的顺序决定了转子转动方向。若定子励磁的变化太快,转子将不能和定子磁场方向的变化保持一致,转子即失步。起动频率和运行频率较低,是永磁式步进电动机的一个缺点。但永磁式步进电动机消耗功率较小,效率较高。

(2)磁阻式步进电动机。定、转子铁芯的内外表面上设有按一定规律分布的相近齿槽,利用定、转子铁芯齿槽相对位置变化引起磁路磁阻的变化,从而产生转矩。其转子铁芯由硅钢片或软磁材料做成,当定子某相被励磁时,转子将转到使磁路磁阻最小的位置。当另一相被励磁,转子转到另一位置,使磁路磁阻为最小时,电动机就停止转动。这时,转子转过一个步距角。磁阻式步进电动机结构形式较多。磁阻式步进电动机步距角可做到1°~15°,甚至更小,精度容易保证,起动与运行频率较高,但功耗较大,效率较低。

(3)混合式步进电动机。它的定、转子铁芯结构与磁阻式步进电动机相似。转子有永磁体在气隙中产生单极性磁场,此磁场还被转子上软磁材料的齿槽调制。混合式步进电动机兼有永磁式步进电动机与磁阻式步进电动机两者的优点,电动机步距角小,精度高,工作频率高,且功耗小,效率高。 主要特点

1、一般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积。

2、步进电机外表允许的最高温度。电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点,步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

3、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。

4、步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数:空载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下,启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程,即启动频率较低,然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。

九、 电动车用电动机:

1、电动汽车用电机:

从现已成熟的电机技术来看,开关磁阻电机在各个技术特性方面似乎更符合电动车的使用需要,但尚未得到普及。永磁同步电机应用较广泛,如起亚K5混动、荣威E50、腾势、北汽EU260等。特斯拉Model X、Model S均采用异步电机。此外,如果按电流类型划分还可分为直流电机和交流电机两种。

直流电动机:这类电机技术较为成熟,具备控制方式容易,调速优良的特点,曾经在调速电动机领域内有着最为广泛的应用。但是由于直流电动机机械结构复杂,导致它的瞬时过载能力和电机转速的进一步提高受到限制,而且在长时间工作的情况下,电机的机械结构会产生损耗,增加维护成本。此外,电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热,会造成高频电磁干扰,影响整车其他电器性能。由于直流电动机有着以上缺点,目前的电动汽车已经基本将直流电机淘汰。

异步电动机:相比于永磁同步电机,异步电机的优点是成本低,工艺简单、运行可靠耐用、维修方便,而且能忍受大幅度的工作温度变化。反之,温度大幅变化会损坏永磁同步电动机。尽管在重量和体积方面,异步电动机并不占优势,但其转速范围广泛以及高达20000rpm左右的峰值转速,即使不匹配二级差速器也能够满足该级别车型高速巡航的转速需求,至于重量对续航里程的影响,高能量密度的18650电池能够“掩盖”电机重量的劣势。此外,异步电机稳定性优秀也是被特斯拉选用的重要原因。

永磁同步电动机:永磁同步电机是新能源汽车领域使用最广泛的电机。所谓永磁,是指在制造电机转子时加入永磁体。而所谓同步,则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致,通过控制电机的定子绕组输入电流频率,电动汽车的车速将最终被控制。与其他类型的电机相比较,永磁同步电机能够为新能源汽车提供最大的动力输出与加速度。这也是永磁同步电机是广大汽车制造商首选的主要原因。但是,永磁同步电机也有自身的缺点。转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下,会产生磁性衰退的现象,所以在相对复杂的工作条件下,电机容易发生损坏。而且永磁材料价格较高,因此整个电机及其控制系统成本较高。

开关磁阻电动机:开关磁阻电机作为一种新型电机,相比其他类型的驱动电机而言,它具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点。而且它具有直流调速系统可控性好的优良特性,同时适用于恶劣环境,非常适合作为电动汽车的驱动电机使用,曾被专家预测为电动车领域的一匹黑马。但控制系统的设计相对复杂,特别是在研发阶段,现有技术很难为其建立准确的数学模型。在实际运转过程中,电动机本身发出的噪音以及振动是电动车无法“容忍”的,尤其是负载运行的工况下,这两点尤为明显。综上所述,这类电动机或许在未来能够通过技术优化克服致命硬伤的前提下,广泛应用于电动车领域,能够帮助电动车的续航里程有所提升。

轮毂电机:到现在仍旧停留在概念阶段,轮毂电机给簧下质量带来过重的负担是阻碍它发展的原因之一。

2、电动车用电机:

永磁电机又分为有刷电机和无刷电机两大类。

有刷电机:由碳刷与换向器进行机械换向,一般有刷电机的电刷大约磨损2000小时就应该换新。普通轮毂电机和柱式电机(也有叫中置电机的)需要专业维修人员才能更换,而串激电机普通用户自己就可以更换。电刷的磨损还与电流大小以及电刷含银量有关。货运三轮使用的串激电机电流很大,寿命到不了2000小时,几个月就得更换,碳刷含银量的多少价格相差很大.有刷电机对外只有两条连线,永磁有刷电机交换连线就可以改变转动方向;串激电机没有永久磁铁,转子和定子都是绕组,其中定子磁场也叫激磁磁场,个绕组是独立的, 当串联使用时,叫串激电机。串激电机对外虽然也是两条连线,交换转子绕组(一对线)或定子绕组(一对线)之中的一对即可实现换向。有刷电机的优点虽然制造麻烦,但是技术成熟,配件易购,配套的有刷速度控制器(以后简称刷控制器)便宜;缺点是电刷严重磨损后,需要打开电机盖更换。

无刷电机:靠霍耳元件感应信号由控制器完成电子换向。无刷电机内部没有电刷,绕组电流转换是靠外部的无刷速度控制器(以后简称无刷控制器)进行的。但是,无刷电机必须为无刷控制器提供转子位置。常用无刷电机有8条引线,其中三条为粗黄、粗绿、粗蓝,是绕组引线,其余5条细线是转子位置传感器引线。细红一般为正5伏,细黑是5伏负极兼信号公共端,细黄、细绿、细蓝是3个转子位置信号引线。无刷控制器就是靠它们提供的信号,来改变绕组电流方向的。电动车用无刷电机有60度和120度两类,从外表看不出来。无刷控制器也有60度和120度之分,电机和控制器必须配套。60度的只有两种是正确的接线,一种正转,一种反转;120度的有6种是正确接线,3种正转,3种反转。度数不相配或接线不正确的结果是:不转、转动无力、振动,轻载电流大等。严重的可能损坏控制器或者电机内部的霍尔转子位置传感器。无刷电机没有开盖更换电刷的问题,理论上比有刷电机省电,主观感觉有力;缺点是配套的无刷控制器价格比有刷贵很多,故障率也高。无刷控制器的价格大幅度下降,质量提高,采用无刷电机的电动自行车和电动摩托车越来越多,大有取代有刷电机主导地位的气势。但是,维修问题困扰了大多 数维修工。无刷直流电动机与传统的有刷直流电动机相比具有以下:寿命长、免维护、可靠性高、效率高、节能。

通常说的有刷无齿、无刷无齿和有刷有齿、无刷有齿指轮毂电机内部有齿轮无齿轮。相同功率的电机,有齿的比无齿的在启动和爬坡时有力,适合有坡的路况,而且高速电机电机效率高。但是,这类电机寿命较低,而且配件难买,维修费用高。

目前电动自行车使用的电机主要有三种:

有刷低速电机。该电机有电刷,无减速器,结构简练。成本较低,但效率较低,上坡、过载能力较差。无减速器齿轮装置,结构简单,成本低,起步上坡过载能力较差,耗电量大。

有刷高速电机。该电机有电刷,电刷寿命长,易更换保养,有减速器,效率高,过载爬坡能力强,起动力矩大,但稍有噪声。电机效率高,过载爬坡能力强,启动力矩大,通过变速齿轮装置进行减速后输出动力,有噪音。因为有刷高速电机转速高(高速电机3000转、低速电机500转),需要通过减速齿轮装置进行减速后输出大扭矩动力,所以其噪音比低速电机噪音相对要大。高速比低速电机生产工艺复杂,成本高,价格贵200元左右。

无刷低速电机。该电机无电刷,无减速器。具有免维护、无噪声的优点,但控制器较复杂,电机控制线多,起动电流大,过载上坡能力较差。

这三种电机各有优点,目前应用较多的是高速电机。

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