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非标机械设计必会:电机选型

文章出处:汉德保(HDB)电机 人气:301发表时间:2020-08-26
直流伺服力矩电机可以实现恒力矩调速,用的是速度环,在使用电机时, 直流伺服力矩电机可以实现恒力矩调速,用的是速度环,在使用电机时, 每个电机需要配一个电机驱动器。

电机的种类
1.按工作电源分类:可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还 分为单相电动机和三相电动机。
2.按结构及工作原理分类:可分为直流电动机,异步电动机和同步电动机。

关于转矩,功率怎么算出来的?
电动机的功率.应根据生产机械所需要的功率来选择,尽量使电动机在额定 负载下运行。选择时应注意以下两点:
(1)如果电动机功率选得过小.就会出现“小马拉大车”现象,造成电动机 长期过载.使其绝缘因发热而损坏.甚至电动机被烧毁。
(2)如果电动机功率选得过大.就会出现“大马拉小车”现象.其输出机械功 率不能得到充分利用,功率因数和效率都不高(见表),不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。

要正确选择电动机的功率,必须经过以下计算或比较:
(1) 对于恒定负载连续工作方式, 如果知道负载的功率(即生产机械轴上的功 率)Pl(kw).可按下式计算所需电动机的功率 P(kw):P=P1/n1n2 式中 n1 为生产机械的效率;n2 为电动机的效率。即传动效率。
所选电动机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。
例:某生产机械的功率为 3.95kw.机械效率为 70%、如果选用效率为 0.8 的电动机,试求该电动机的功率应为多少 kw?
解=P1/ n1n2=3.95/0.7*0.8=7.1kw 由于没有 7.1kw 这—规格.所以选用 7.5kw 的电动机。
(2)短时工作定额的电动机.与功率相同的连续工作定额的电动机相比.最 大转矩大,重量小,价格低。因此,应尽量选用短时工作定额的电动机。
(3)对于断续工作定额的电动机,其功率的选择要根据负载持续率的大小, 选用专门用于断续运行方式的电动机。负载持续串 Fs%的计算公式为 FS%=tg/(tg+to)×100% 式中 tg 为工作时间,t。为停止时间 min;tg 十 to 为工作周期时间 min。

此外.也可用类比法来选择电动机的功率。
所谓类比法所谓类比法,就是与类似生产机械所用电动机的功率进行对比。
验证的方法是: 用钳形电流表 钳形电流表测量电动机的工 验证的方法是 使电动机带动生产机械运转, 钳形电流表 作电流,将测得的电流与该电动机铭牌上标出的额定电流进行对比。

如果电动机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低 70%左右.则表明 70%左右. 电动机的功率选得过大。大马拉小车”应调换功率较小的电动机 功率较小的电动机。电动机的功率选得过大。即“大马拉小车”应调换功率较小的电动机。如果测得的电动机工作电流比铭牌上标出的额定电流大 40%以上.则表明 40%以上. 电动机的功率选得过小。小马拉大车" 应调换功率较大的电动机. 电动机的功率选得过小。即"小马拉大车",应调换功率较大的电动机.

负载情况 空载 1/4 负载 1/2 负载 3/4 负载 满载
功率因数 0.2 0.5 0.77 0.85 0.89
效率 0 0.78 0.85 0.88 0.895

功率因数是有功功率和视在功率的比值,即 cosΦ=P/S 有功功率、无功功率、视在功率三者的关系:
1、有功功率(平均功率) 正弦交流电在一个周期内的平均功率为:有功功率就是瞬时功率的平均值,也就是瞬时功率公式的第一部分,其中,cosφ 称为 RLC 电路的功率因数。
2、无功功率 有功功率反映的是电路消耗的功率, 而无功功率反映的是电路储能元件的能 量交换情况,它等于能量变换的最大功率,计算可得:
3、视在功率 交流电路中总电压与总电流有效值的乘积叫做视在功率,即:视在功率、 有功功率和无功功率构成一个直角三角形,大家称为功率三角形。

电机(即马达)的定义:
电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电动机也 俗称马达) ,在电路中用字母“M”(旧标准用“D”)表示。它的主要作用是产 生驱动转矩,作为用电器或各种机械的动力源。发电机在电路中用字母“G”表 示。它的主要作用是利用机械能转化为电能 。
按工作电源种类划分:可分为直流电机 交流电机。
1.按工作电源种类划分:可分为直流电机和交流电机。直流电动机按工作原理可划分:无刷直流电动机和有刷直流电动机。
1.1 直流电动机按工作原理可划分:无刷直流电动机和有刷直流电动机。其中交流电机还可分:单相电机和三相电机
1.2 其中交流电机还可分:单相电机和三相电机。按结构和工作原理划分:可分为直流电动机、 交流)异步电动机、
2.按结构和工作原理划分:可分为直流电动机、 交流)异步电动机、 交 ( ( 同步电动机。流)同步电动机。
3.控制用电动机又划分:步进电动机和伺服电动机等。

步进电机是一种把电脉冲信号转变成直线位移或角位移的元件, 每输入一个 脉冲,步进电机就前进一步.因此,其直线位移或角位移与脉冲数成正比;线速 度或转速与脉冲频率成正比.它广泛用于数控机床,绘图机,轧钢机的自动控制 及自动记录仪表中. 步进电动机的种类很多.按运动方式可分为旋转运动,直线运动和平面运动 等几种;按工作原理可分反应式,永磁式和永磁感应式几种. 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。

2.无刷直流电动机
2.1 直流亚洲必赢手机登录的优越性 直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供 额定转矩的性能,但直流电机的优点也正是它的缺点,因为直流电机要产生额定 负载下恒定转矩的性能,则电枢磁场与转子磁场须恒维持 90°,这就要藉由碳 刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件 损坏之外,使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子,免维护、坚固、
应用广,但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。2.2 直流亚洲必赢手机登录的控制结构 直流亚洲必赢手机登录是同步电机的一种, 直流亚洲必赢手机登录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。也就是说直流亚洲必赢手机登录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。

电机用途

非标机械设计必会:电机选型

车用发动机
1:伺服电动机
伺服电动机广泛应用于各种控制系统中, 能将输入的电压信号转换为电机轴 上的机械输出量,拖动被控制元件,从而达到控制目的。伺服电动机有直流和交流之分,最早的伺服电动机是一般的直流电动机,在 控制精度不高的情况下,才采用一般的直流电机做伺服电动机。目前的直流伺服 电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场控 制,但通常采用电枢控制。
2:步进电动机
机主要应用在数控机床制造领域,由于步进电动机不需要 A/D 转 换,能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移,所以一直被认为是最理想的数控 机床实行元件。除了在数控机床上的应用,步进电机也可以用在其他的机械上,比如作为自 动送料机中的马达,作为通用的软盘驱动器的马达,也可以应用在打印机和绘图 仪中。
3:力矩电动机
力矩电动机具有低转速和大力矩的特点。一般在纺织工业中经常使用交流力 矩电动机,其工作原理和结构和单相异步电动机的相同。
4:开关磁阻电动机
开关磁阻电动机是一种新型调速电动机,结构极其简单且坚固,成本低,调 速性能优异,是传统控制电动机强有力竞争者,具有强大的市场潜力。
5:无刷直流电动机
无刷直流电动机的机械特性和调节特性的线性度好,调速范围广,寿命长, 维护方便噪声小,不存在因电刷而引起的一系列问题,所以这种电动机在控制系 统中有很大的应用。
6:直流电动机
直流电动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点,所以目前直 流电动机的应用仍然很广泛,尤其在可控硅直流电源出现以后。
7:异步电动机
异步电动机具有结构简单, 制造、 使用和维护方便, 运行可靠以及质量较小, 成本较低等优点。异步电动机主要广泛应用于驱动机床、 水泵、 鼓风机、 压缩机、
起重卷扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加工机械等大多数工农生产机械 以及家用电器和医疗器械等。在家用电器中应用比较多,例如电扇、电冰箱、空调、吸尘器等。
8:同步电动机
同步电动机主要用于大型机械,如鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机 以及小型、微型仪器设备或者充当控制元件。其中三相同步电动机是其主体。此 外,还可以当调相机使用,向电网输送电感性或者电容性无功功率

减速电机
减速电机是指减速机和电机(马达)的集成体。 这种集成体通常也可称为齿轮减速马达或齿轮电机。

减速电机
1、减速电机结合国际技术要求制造,具有很高的科技含量。
2、节省空间,可靠耐用,承受过载能力高,功率可达 95KW 以上。
3、能耗低,性能优越,减速机效率高达 95%以上。

减速电机分类
1、大功率齿轮减速电机
2、同轴式斜齿轮减速电机
3、平行轴斜齿轮减速电机
4、螺旋锥齿轮减速电机
5、YCJ 系列齿轮减速电机

电机保护器
电机保护器的作用是给电机全面的保护,在电机出现过载、缺相、堵转、短 路、过压、欠压、漏电、三相不平衡、过热、轴承磨损、定转子偏心时,予以报 警或保护的装置。

二、选型的基本方法
(一)与选型有关的条件
1、电机参数:要先了解电机的规格型号、功能特性、防护型式、额定电压、 额定电流、额定功率、电源频率、绝缘等级等。这些内容基本能给用户正确选择 保护器提供了参考依据。
2、环境条件:主要指常温、高温、高寒、腐蚀度、震动度、风沙、海拔、 电磁污染等。
3、电机用途:主要指拖动机械设备要求特点,如风机、水泵、空压机、车 床、油田抽油机等不同负载机械特性。
4、控制方式:控制模式有手动、自动、就地控制、远程控制、单机独立运 行、生产线集中控制等情况。启动方式有直接、降压、星角、频敏变阻器、变频 器、软起动等。
5、其他方面:用户对现场生产监护管理情况,非正常性的停机对生产影响 的严重程度等。

伺服:一词源于希腊语“奴隶”的意思。
同步电机和异步电机的区别
异步电机是一种交流电机, 其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。

直流电机和交流电机有什么区别
电机调速大致分为直流电机调速和交流异步电机调速两大类。

1.直流电机调速有:
1、电枢回路串电阻调速;
2、调电枢电压调速;
3、调励 磁电压调速。其中调电枢电压调速使用最为广泛,双闭环调速系统就是属于这一 类。

2.直流电机和交流异步电机的区别:
1、直流电机是有直流电源来供电的,而交流异步电机是有交流电源来供 电的。它们在结构上有很大区别。
2、直流电机是双励磁形式,而交流异步电机是单励磁的设备。
3.直流电机和交流电机的使用区别 :
直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供 额定转矩的性能,但直流电机的优点也正是它的缺点,因为直流电机要产生额定 负载下恒定转矩的性能,则电枢磁场与转子磁场须恒维持 90°,这就要藉由碳 刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件 损坏之外,使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子,免维护、坚固、应用广,但特性上若要达到相当于 直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。交流电动机分为异步电动机和同步 电动机两类。
4.直流电机和交流电机区别
1,直流电机用直流电,交流电机用交流电;
2,直流电机需要换向装置,分为有刷和无刷。有刷直流电机通过换向器换向,亚洲必赢手机登录通过电路逻辑来换向;
3,交流电机分三相交流电机(又分为:同步和异步) 、单相交流电机。
4, 交流异步电机和同步电机的区别 在于 异步电机的转子为非磁性材料 (一般为铜、铝) ,同步电机的转子是永磁的(或相当于永磁)。
5,单相交流电机和直流电机的区别:
a,单相直流电机转子或定子是永磁体(或相当于永磁体,即:极性固定不变化) ,而单相交流电机转子是非磁体,也不需要通电(一般为鼠笼式) 。
b,若把单相交流电通到无刷直流电机上,不需要电源换向逻辑电路 电机 便能动作。
c,单相交流电机一般电路(如:家用洗衣机)

直流电机和交流电机区别 交流电机是分异步电机和同步电机的。而直流电机不分,从某种意义上说,直流电机都是同步的。
直流电机是磁场不动,导体在磁场中运动;交流电机是磁场旋转运动,而导 体不动.

6.直流电机和交流电机区别
直流电机的硬特性较好;调速性能较好;维护、保养工作量较大;制造、控 制成本较高。
交流电机的硬特性较差;调速性能较差;维护、保养工作量较小;制造、控制成本较低!

7.直流电机和交流电机区别
直流电机可以与伺服的控制精度相媲美. 体积直流大交流小 还有一个是起动转矩 直流大一点的电机都需要外接大的冷却风扇。直流电机和交流电机差得太大了,电源,调速原理,构造等等都不一样,一 句话,没什么可比性。
交流电机没有电刷故障率低,直流电机调速性能好,力矩大,机械特性好。以前变频不普及时,要求调速性能好的地方(机床,起重机,纺织等)都用直流电机。不过随着变频的发展,矢量变频+变频电机的性能已经接近直流电机了。直流电机的维护成本高,必须隔段时间更换碳刷。交流电机的维护成本低。大转矩还得用直流电机(微信公众号:SolidWorks非标机械设计)。

8.交流电机跟直流电机有什么区别?
区别就是驱动电源的种类不同,交流电机是交流,直流电机是直流。交流电机是定子所形成的旋转磁场在转子上感应出电势后产生的旋转动力。转速一般是固定的转速。小到家用冰箱洗衣机吸尘器,大到机床,等等,都 使用交流电机。直流电机的定子是一个固定磁场,直流电通过转子的电刷在其周围形成变 化的磁场,从而在定子内转动。在工业企业中,由于直流电源相对比较可靠,直流电机一般用于要求能够可靠运行的备用机械或保安机械;而由于直流电机随着 输入电压的变动转速也能变动,所以需要经常调速的地方采用直流电机也不少, 如,铣床,刨床,电动车、地铁列车等等。由于交流比较容易获得,比较容易输送,所以目前大家所使用的电动机械大 部分都是交流电机驱动的,交流电机应用更广泛一些。

9.交流电机与直流电机的主要区别。
交流电机 的主要区别
1、无刷直流电机,定子是旋转磁场,拖着转子磁场转动;
2、交流同步电机,也是定子旋转磁场拖着转子磁场转动;
3、那么从原理看,无刷直流电机、交流同步电机有什么不同
4、它们的不同是,旋转磁场旋转的原因不同:
(1)交流同步电机,定子磁场转动的原因是彼此落后 120 度的三相对称交 流电,定子磁场的转动是交流电的变化快慢; 
2)直流电机,是直流电源不变的恒定电压,与线圈连接实际位置的改变形成的,而且与线圈连接实际位置的改变是转子转动的快慢;
5、这样它们的调速方法就不同:(微信公众号:SolidWorks非标机械设计)
(1)交流同步电机,定子磁场转动的原因是彼此落后 120 度的三相对称交 流电,定子磁场的转动是交流电的变化快慢;只要改变交流电变化的快慢,就 能改变电机的转速,即变频调速;
(2)直流电机,是直流电源不变的恒定电压,与线圈连接实际位置的改变 形成的,而且与线圈连接实际位置的改变只与转子转动的快慢相关;只要改变转子的转速就可以调速,而转子的转速与电压成正比,改变电压就可改变转速,即 调压调速;
6、所以直流电机、异步电机调速的方法不同,是结构的问题,是转动原理的问题;7、直流电机与异步电机的根本区别在于:直流电源与线圈的位置关系靠转子转动改变, 只有用与转子转动相关的信号改变直流电源与线圈的位置关系,是实现调速的核心问题;交流调速是调速,直 流调速也是调速,谁调速都一样?不一样,直流调速不改变电机的负载性质,而交流调速改变了负载的性质;就是说,频率不同时,交流电机的感抗大小不同;电压不同时,直流电机的 电阻大小不变;有人说,那有什么关系?关系很大,交流调速,变频,负载性质随之改变,是一个极不稳定的系统;直流调速,负载性质不变,是一个非常稳定的系统;交流调速,由于不稳定, 很难实现精细调速;直流调速,由于稳定,很容易实现精细调速,几个毫伏的电 压速度都可以分辨。

步进电机和交流伺服电机性能比较
步进电机是一种离散运动的装置,它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数 字控制的发展趋势, 运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机 作为实行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用 性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。

一、 控制精度不同
两相混合式步进电机步距角一般为 3.6°、 1.8°, 五相混合式步进电机步距角 一般为 0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通企业生产 的 一 种 用 于慢 走 丝 机 床 的 步 进 电 机 , 其 步 距 角 为 0.09° ;德 国 百 格 拉 公 司 (BERGER LAHR) 生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为 1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混 合式步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例,对于带标准 2500 线编码器的电机而言,由于驱动器内部采 用了四倍频技术,其脉冲当量为 360°/10000=0.036°。对于带 17 位编码器的电机而 言 , 驱 动 器 每 接 收 217=131072 个 脉 冲 电 机 转 一 圈 , 即其 脉 冲 当 量 为 360°/131072=9.89 秒。是步距角为 1.8°的步进电机的脉冲当量的 1/655。

二.低频特性不同
步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能 有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原 理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动 器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机 能(FFT) ,可检测出机械的共振点,便于系统调整。

三、矩频特性不同
步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以 其最高工作转速一般在 300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额 定转速(一般为 2000RPM 或 3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速 以上为恒功率输出。

四、过载能力不同
步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的 三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载 能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。

五、运行性能不同
步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现 象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号 进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现 象,控制性能更为可靠。

六、速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要 200~400 毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以松下 MSMA 400W 交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速 3000RPM 仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。
异步电动机与同步电动机的概念分别是什么?它们有什么区别?
同步电机就是靠励磁电流运行的,如果没有励磁,电机就是异步的。 同步电机就是靠励磁电流运行的,如果没有励磁,电机就是异步的。励磁是加在转子上的直流系统,它的旋转速度和极性与定子是一致的,如果励磁出现 问题,电动机就会失步,调整不过来,触发保护“励磁故障”电动机跳闸 说的 白一点,励磁电流就是同步电机转子中流过的电流(有了这个电流,使转子相当于一个电磁铁,有 N 极和 S 极) ,在正常运行时,这个电流是由外部加在转子上的直流电压产生的。以前这个直流电压是由直流电动机供给,现在大多是由可控 硅整流后供给。大家通常把可控硅整流系统称为励磁装置。异步机就是电机的转 子转动的速度与定子所产生的旋转磁场的旋转速度不一致,有一个差值(不同步) 。大家叫转差。这个转差与定子所产生的旋转磁场的转速的比率叫转差率。 同步机与异步机的区别在于: 异步机只是在定子侧加上电压 同步机与异步机的区别在于 从供电方面说,(也有转子上加电压的) ,而同步机要在定子和转子上都加上电压。也就是说异 步机是单边励磁,同步机是双边励磁。从转速方面说,异步机的转速只与负荷 大小有关(当然有一定的范围),而同步机的转速只与电网的频率有关。从结构 上说,同步电机与异步机转子的构造也不一样。异步机的转子是有夕钢片和铝条 (或夕钢片和线圈组成) ,而同步机一般由数块磁钢和线圈组成(也有隐极式的不太一样) 当然还有许多差别,如工艺要求、设计问题等等。。

同步和异步都是指电机的转速与电源频率的关系。
同步是指电机的转速与电源交流电的频率同步,与电机的负荷无关。异步是指电机的转速与电源交流电的频率不同步,与电机的负荷有关。从应用上分,同步电机用于对转速要求严格的场合,价格也很贵。而异步 电机普遍使用在一般场合,价格低廉。
关于电机的极数对数是级数的 2 倍
60 乘以 50 除以转速=极对数
50 是频率大家都知道,60 是 60 秒 转速就是铭牌上的额定转速。
其实容易发现 频率=周期/秒乘以 60 秒后等于 1 分钟多少个周期, 除以 额定转速,很明显就是把一转等分为几块分的越多就极数越多。其实就是大家 变频器上提到的技术极对数的公式:
电机的同步转速 n0=50*60/2p.式中 2p 为极对数.电机极对数一般为 1.23.4.5. 一对极电机同歩转速为 3000rpm.
8 级:750r/min 左右
6 级:1000/min 左右
4 级:1500/min 左右

通力所有减速器要求输入一般不超过 1500r/min


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