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AC交流电机的发展和类型

来源: 浏览次数:470 发布时间:2020-06-04

   电机发明的早期都是被应用在工业方面的领域。最早以直流(DC)电机应用的范围最广,其中以60年代至80年代中期使用最为旺盛,但其因碳刷的关系所产生的种种问题至今一直存在,所以在1980年代中期以后,传统直流电机即渐渐被淘汰,取而代之的是AC电机。
从传统AC电机的模拟控制进化到现今数字控制电机的出现,各种电机的技术不断演化、改进,至目前为止,AC电机在现阶段,仍为工业动力上使用最为普遍的电机类型。

AC电机的种类

AC电机的种类非常多,如依其用途来做区分,大致可分为以下3种类型:
1.动力用电机
2.定位控制用(具剎车机能)电机
3.速度控制用电机
以下,我们将针对第一项、也是目前市面上使用最普遍的AC动力用电机作介绍。

所谓的动力用电机,也就是以动力的方式,来取代传统人工的搬运,进而达到物体运送的目的,特别是在只须单纯搬运、不需其它特殊动作要求的场合下,选用动力电机最为恰当。依据使用、应用场合的不同,AC动力用电机又可分为以下几种:

■感应电机

为AC小型电机最具代表性的机种。
特性:
 单一方向运转用(不可做瞬间逆转的切换,须待电机完全停止后才能作逆转切换的动作。)
 连续定格
 过转量约30-40回转

目前市面上常见的有电容运转型单相110V/220V电机和三相220V电机3种,主要适合单一方向连续运转的场合,如:一般单纯的搬运动作。

■可逆电机

特性:
 频繁正逆转及瞬间起动、停止用
 30分钟定格
 过转量约5-6回转

为电容运转型,外观和感应电机几乎相同,但于内部结构设计上则稍有不同,因而造成特性上不同的差异。另可逆电机因内部尾端有加装剎车来令片的装置,因而能够简单地做到瞬时逆转及起动、停止的动作,最适合在频繁作正逆转及瞬间的起动停止场合下使用。

■转矩电机

特性:
 张力控制用
 5分钟定格
 具垂下特性(转速愈高,转矩反而往下降。)

转矩电机是属于较特殊的电机,适合较特殊的场合使用。像是在收送料的场合下须维持一定的张力来避免料带下垂或被扯断的卷曲动作时;又或是在锁紧螺丝或瓶盖动作的场合下需瞬间提供较大的扭力来作迫紧、也就是拘束运转的动作时,选用转矩电机则较为合适。

AC电机特性曲线说明
image.png

(1)起动转矩速度为零时对应到Y坐标轴的点即为起动转矩。
也就是电机从静止到动的瞬间所必须克服静摩擦的力量,以使电机及工作物可以被带动上来的力量谓之。

(2)最大(停动)转矩:电机于运转时所能带动的最大负荷。
(3)同步(同期)转速:与电源周波数(Hz)同步回转的速度。
 公式:N(转速)=〔120 × f(频率,Hz)〕 ÷  P(极数)
同步转速基本上它会随着电源周波数及电机极数的不同而有所不同,譬如:
当f为60Hz、P为4极时,电机的同步转速N为1800RPM;
但当f为50Hz、P为4极时,电机的同步转速N则为1500RPM。
(4)无负荷转速:无负载时电机的转速。
电机于制造的过程中不免会有一些像是铜损、铁损、磁滞损等耗损问题存在,故即使在无负载的状态下,电机的转速往往仍无法达到同步转速的理想值,它只能达到接近同步转速值,而此值即称为无负载转速。
(5)定格转矩 与 (6)格转速

在此转矩、转速规范值内使用时,是最稳定、最有效率的工作领域。

   AC电机于运转时,在转矩与转速上都是一个不断变动的参数,因此一般来说制造商会将各种不同规格的电机各自规范出一个定格点(如上图P点),由定格点对应到Y坐标轴的部份我们称之为定格转矩;对应到X坐标轴的部份我们则称之为定格转速。也就是说在定格点所对应过来的定格转矩与定格转速间的范围内(上图深蓝色区块), 即为AC电机最安定、最有效率的一个工作领域。

AC电机温升

AC电机于运转时会有一定程度的热散溢,故产生一定的温升是一种正常的现象,但事实上,温升的产生对于电机的使用寿命上而言却是有极大的影响。
温升对电机寿命的影响
轴承卡死:电机的使用寿命,大部分都是取决于其内部滚珠轴承内含油的寿命,电机的温度愈高,滚珠轴承的寿命就愈短,其主要是因电机长时间于高温下使用时,容易造成滚珠轴承内润滑油的液化、蒸发而溶解,最后仅剩滚珠与滚珠间的相互摩擦进而造成轴承卡死的问题。
线圈烧毁、欠相:电机于高温下使用时,亦容易造成定子线圈绝缘材料的劣化,进而造成线圈烧毁或欠相问题产生。

以上原因通常就是造成电机坏掉的两个主因,所以温升对电机寿命所造成的影响相当的大!该如何降低温升进而延长电机的使用寿命,对我们来说是相当重要而不可忽视的。 

影响电机温升的原因 与降低温升的方法
image.png

除针对上述所列影响电机温升的原因作控制及改善外,另亦可于电机、机构端连结处以加装连轴器的方式来阻隔机构上的温度传导到电机端,间接达到降低温升的目的。所以, 了解可能造成电机温升问题的原因后,下回在使用电机时就必须要特别注意这些造成电机温升的原因并加以控制,如此才能对延长电机使用寿命有所帮助。

AC电机控制疑难杂症

AC
感应/可逆电机异常发热、转矩下降或不转时,该如何处理?

可依下列步骤进行检查及确认:
1.接线是否正确?
(配线错误将有可能导致电机发热、转矩降低。)
2.电容器是否异常(单相电机时)?
(电容器异常时,将会造成电机发热、转矩降低的情况。要判断电容器是否为良品时,可于电源输入时测量电容器端子间的电压是否为电源电压的1.5~2倍,若是,则代表电容器并无异常;否则,请更换电容器。)
3.负载是否超过电机标准负荷?
(过负载会造成电机异常发热,请避免过载使用。)
4.若皆非上述原因造成电机不转时,则有可能为电机本身的异常所造成发热及转矩降低,此时,您可以去量测电机的线圈阻值,进一步判断电机到底是否损坏。否则,建议可向您的电机购买商做进一步的确认或检查。 




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