电机基础学习总结

伺服系统中，伺服电动机是一个执行元件，它的作用是把电信号（控制电压或相位）变换成机械位移，也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移以驱动控制对象；而电信号是不能直接转换成机械能的，所以我们首先将电信号转为磁从而实现电信号到机械能的转换。

伺服电动机有直流和交流之分，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高，交流电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。

交流伺服电动机的类型主要有两大类:感应式异步（IM型）电动机和永磁同步（SM型）电动机。目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

下面简单介绍一下这两种交流电机：电动机的基本原理1一.交流感应式异步（IM型）电动机交流感应式异步电机：是一种由定子侧励磁，产生旋转磁场，由转子侧感应的电动势产生电流，并与气隙磁场作用产生电磁转矩，从而实现将电能转化为机械能的电力拖动装置。它主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。定子是静止不动的部分，转子是旋转部分。对定子绕组通三相交流电源后，产生旋转磁场，转子由感应线圈和材料构成，定子旋转磁场旋转切割转子绕组，转子绕组产生感应电动势，其方向由“右手螺旋定则”确定。由于转子绕组自身闭合，便有电流流过，并假定电流方向与电动势方向相同，转子绕组感应电流在定子旋转磁场作用下，产生电磁力，其方向由“左手螺旋定则”判断。该力对转轴形成转矩(称电磁转矩)，它的方向与定子旋转磁场(即电流相序)一致，于是，电动机在电磁转矩的驱动下，顺着旋转磁场的方向旋转，且一定有转速差。有转速差是异步电动机旋转的必要条件，异步的名称也由此而来。优点：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。缺点：功率因数较差，异步电机运行时，必须从电网里吸收滞后性的无功功率，它的功率因数总是小于1。2定子由铁心、绕组与机座三部分组成；转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成，鼠笼型转子其转子绕组是一个自己短路的绕组，鼠笼式转子是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成；电机定转子之间的空气间隙简称为气隙，异步电机的励磁电流是由丁字电源供给的。气隙较大时，磁路的磁阻较大。若要使气隙中的磁通达到一定的要求则相应的励磁电流也就大了，从而影响电动机的功率因数。为了提高功率因数，尽量让气隙小些。但也不能太小，否则，定、转子有可能发生摩擦与碰撞且影响散热。如果从减少附加损耗以及减少高层次谐波赐动势所产生磁通的角度来看，又希望气隙大一点，所以设计电机是应全盘考虑。异步电机主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。：3二.交流永磁同步（SM型）电动机交流永磁同步电动机：就是转子是由永磁材料构成，所以转动后，随着电机的定子旋转磁场的变化，转子也做响应频率的速度变化，而且转子速度=定子速度，所以称“同步”。电机内部的转子是永磁铁，定子装有三相对称的绕组，驱动器控制的U/V/W三相电，当定子的绕组中通过三相电源后，定子与转子之间必然产生一个旋转磁场，转子在此磁场的作用下转动，这个旋转磁场的转速称为同步转速。电机的转速也就是磁场的转速，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）；由于转子有磁极，所以在极低频率下也能旋转运行。所以它比异步电机的调速范围更宽。主要优点有：（1）电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单；（2）定子绕组散热快；(3)惯量小，易提高系统的快速性；（4）适应于高速大力矩工作状态；（5）相同功率下，体积和重量较小，满足了传动领域的发展需求。4永磁同步电机的磁场来自电动机的转子上的永久磁铁，永久磁铁的特性在很大程度上决定了电机的特性，目前采用的永磁材料主要有铁淦氧，铝镍钴，钕铁硼以及SmCO5Sm2CO17.在转子上安装永磁铁的方式有两种。一种是将成形永久磁铁装在转子表面，即所谓外装式；另一种是将形成永久磁铁埋入转子里面，即所谓内装式。永久磁铁的形状可分为扇形和矩形两种。根据确定的转子结构所对应的每相励磁磁动势的分布不同，三相永磁同步电动机可分为两种类型：正弦波型和方波型永磁同步电机，前者每相励磁磁动势分布是正弦波状，后者每相励磁磁动势分布呈方波状，根据子路结构和永磁体形状的不同而不同。对于径向励磁结构，永磁体直接面向均匀气隙，如果采用系统永磁材料，由于稀土永磁的取向性好，可以方便的获得具有较好方波形状的气隙磁场。对于采用非均匀气隙或非均匀磁化方向长度的永磁体的径向励磁结构，气隙磁场波形可以实现正弦分布。交流永磁同步电机的转子是永久磁铁：51.永磁电机不需要励磁电流，但电机的功率因数达不到1，无功电流消耗在电磁转换（电流形成的磁场也会泄漏）、线圈发热（线圈也有电阻）、轴承摩擦损耗（摩擦阻力）、空气阻力（摩擦阻力）；转子的结构形式笼型转子和空心杯型转子两种。笼型转子的结构与一般笼型异步电动机的转子相同，但转子做的细长，转子导体用高电阻率的材料作成。其目的是为了减小转子的转动惯量，增加启动转矩对输入信号的快速反应和克服自转现象。空心杯形转子交流伺服电动机的定子分为外定子和内定子两部分。外定子的结构与笼型交流伺服电动机的定子相同，铁心槽内放有两相绕组。空心杯形转子由导电的非磁性材料（如铝）做成薄壁筒形，放在内、外定子之间。杯子底部固定于转轴上，杯臂薄而轻，厚度一般在0.2—0.8mm，因而转动惯量小，动作快且灵敏--------以上描述的是永磁电机的转子，但是不是说永磁电机的转子是永磁材料的吗？怎么又成了高电阻率材料了？一点总结：61.抽油机专用软启动和柔性节电工作模式，可实现真正柔性启动，大幅降低启动过程中的电气和机械冲击，并可大幅降低整体系统能耗，延长机械装置寿命；高效永磁同步电机，具有极高的能量转换效率，节能并减少发热；

3.矢量控制策略与合理的电机电磁设计避免了电机退磁现象，多重保护功能保证了系统在恶劣环境和复杂井况下运行的可靠性；4.可实时精确观测电机运行数据，连续采集对油田管理有用的运行数据；5.可以连接远程通信设备，上报采集数据，并可实现远程控制，