电机和驱动器

在选择工业电机时，需要考虑许多方面，如应用、操作、机械和环境问题。一般来说，选择是一种交流电动机,一个直流电机，或伺服/步进电机．要知道使用哪一种取决于工业应用，以及是否需要任何特殊需求。

工业电机需要恒定或可变的扭矩和马力，这取决于电机所驱动的负载类型。负载的大小、所需的速度和加速/减速——特别是如果它是快速和/或频繁的——将定义所需的扭矩和马力。控制电机速度和位置的要求也需要考虑。

工业电机负载类型

工业自动化电机负载有四种类型:

• 可变马力和恒定扭矩
• 可变扭矩和恒定马力
• 可变马力和可变扭矩
• 位置控制或转矩控制。

可变马力和恒扭矩应用包括输送机，起重机和齿轮式泵。在这些应用中，扭矩是恒定的，因为负载没有变化。所需的马力可能会根据应用而有所不同，这使得恒速交流和直流电机是一个很好的选择。

可变扭矩和恒马力应用的一个例子是机器复卷纸。物质的速度保持不变，这意味着马力不会改变。然而，随着轧辊直径的增加，负载确实发生了变化。在小型系统中，这是直流电机或伺服电机的一个很好的应用。再生动力也是一个问题，当工业电机的大小或选择能量控制方法时应该考虑。带有编码器、闭环控制和全象限驱动器的交流电机可能对较大的系统有益。

风扇、离心泵和搅拌器需要可变马力和扭矩。随着工业电机转速的增加，负载输出也随着所需的马力和扭矩而增加。这些类型的负载是电机效率讨论的开始逆变负载交流电动机使用变速驱动器(VSDs)。

应用程序包括线性致动器，需要精确移动到多个位置，需要严密的位置或扭矩控制，并且经常需要反馈来验证正确的电机位置。伺服或步进电机是这些应用的最佳选择，但带反馈的直流电机或带编码器的逆变器负载交流电机通常用于钢或造纸线以及类似应用的紧转矩控制。

不同的工业电机类型

虽然有两种主要的电机分类-交流和直流-有三十多种类型的电机用于工业应用。

虽然有许多电机类型，但在工业应用中有大量重叠，市场已经推动简化电机的选择。这在大多数应用中缩小了电机的实际选择。适合绝大多数应用的六种最常见的电机类型是无刷和有刷直流电动机，交流鼠笼和绕线转子电机，伺服和步进电机。这些电机类型适合绝大多数应用，而其他类型仅用于特殊应用。

三种主要工业电机应用类型

工业电机的三个主要应用是恒速、变速和位置(或转矩)控制。不同的工业自动化情况需要不同的应用和问题，以及他们自己的一套问题。

例如，如果最高速度小于电机的基本速度，则可能需要一个变速箱。这也可以让一个较小的电机以更有效的速度运行。虽然网上有大量关于如何确定电机尺寸的信息，但用户必须考虑很多因素，因为有很多细节需要考虑。计算负载惯性、扭矩和速度需要用户了解诸如负载的总质量和大小(半径)以及摩擦、齿轮箱损失和机器周期等参数。还必须考虑负载、加减速速度和应用的占空比的变化，否则工业电机可能会过热。

在选择电机类型和尺寸后，用户还需要考虑环境因素和电机外壳类型，如开放式框架和不锈钢外壳用于冲洗应用。

工业电机选择:3个问题

即使在做出所有这些决定之后，用户还需要在做出最终决定之前解决这三个问题。

1.是恒速应用吗?

在恒速应用中，电机通常以近似速度运行，很少或根本不考虑加速和减速斜坡。这种类型的应用程序通常使用跨行开/关控制运行。控制电路通常由与接触器熔合的分支电路、过载工业电机起动器和手动电机控制器或软起动器组成。

交流和直流电机都适用于恒速应用。直流电动机在零速度时提供全扭矩，并具有较大的安装基础。交流电机也是一个很好的选择，因为它们有高功率因数，需要很少的维护。相比之下，伺服或步进电机的高性能特性对于简单的应用来说会被认为是过度的。

2.是变速应用吗?

变速应用通常需要紧密的速度和速度变化以及定义的加速和减速坡道。在应用中降低工业电机的转速，如风扇和离心泵，通常通过将消耗的功率与负载匹配来提高效率，而不是全速运行并节流或抑制输出。这些是输送应用中非常重要的考虑因素，例如装瓶线。

交流和直流电机与适当的驱动器工作良好的变速应用。在很长一段时间内，直流电机和驱动配置是唯一的变速电机选项，并且该组件得到了开发和验证。即使是现在，直流电动机在变速、分数马力应用中很受欢迎，并且在低速应用中很有用，因为它们可以在低速下提供全扭矩，在广泛的工业电机速度范围内提供恒定扭矩。

然而，维护可能是直流电动机的一个问题，因为许多直流电动机需要换向刷，并且它们在与运动部件接触时磨损。无刷直流电动机消除了这个问题，但它们的前期成本更昂贵，可用的工业电机的范围更小。

电刷磨损不是交流感应电机的问题，变频驱动器(VFD)为超过1马力的应用提供了有用的选择，如风扇和泵送应用，从而提高了效率。选择运行工业电机的驱动器类型可以增加一些位置意识。如果应用程序需要，可以将编码器添加到电机，并且可以指定驱动器来使用编码器反馈。因此，这种设置可以提供类似伺服的速度。

3.应用程序是否需要位置控制?

紧密的位置控制是通过连续验证电机的位置，因为它的移动。诸如定位线性驱动器等应用程序可以使用带或不带反馈的步进电机或带有固有反馈的伺服电机。

步进器的设计目的是以中速准确移动到某个位置，然后保持该位置。开环步进系统提供强大的位置控制，如果适当的大小。虽然没有反馈，但步进器将移动确切的步数，除非它遇到超出其容量的负载中断。随着应用的速度和动态增加，开环步进控制可能无法满足系统要求，这就需要升级到带反馈的步进或伺服电机系统。

闭环系统提供了精确、高速的运动轮廓和精确的位置控制。伺服系统将提供更高的扭矩在高速比步进，他们也更好地工作在高动态负载或复杂的运动应用。

对于具有低位超调的高性能运动，负载反射惯量应与伺服电机惯量尽可能匹配。在某些应用程序中，高达10:1的不匹配可以充分发挥作用，但1:1的匹配是最优的。齿轮减速是解决惯性不匹配问题的一个很好的方法，因为反映的负载惯性下降的平方传动比，但变速箱惯性必须包括在计算中。

应用，工业电机知识

制造商为工业应用提供了广泛的电机选择。步进电机、伺服电机、交流电机和直流电机可以满足大多数工业自动化要求，但理想的电机取决于应用。无论是恒速、变速还是位置控制应用，用户都应与电机密切合作，并驱动供应商为应用选择正确的电机。

布莱恩·西斯勒， AutomationDirect的产品经理。由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

更多的建议

关键概念

工业电机选择这取决于许多方面，包括应用、操作、机械和环境问题。

用户应确定应用是恒速还是变速，或者是否需要位置控制。

考虑一下这个

还有什么其他在选择电机时应考虑哪些因素?