电动马达
电动机的简史。
阿姆斯壮流体技术

在过去的150年里,电动机的发展时断时续。最初,所有的电动机都使用直流电(DC)。但随着交流电(AC)的出现,以及在工业发展巨头乔治·威斯汀豪斯和托马斯·爱迪生之间的“电流之战”中,尼古拉·特斯拉推出了他的感应电机,这是一种将交流电的功率转化为旋转扭矩的新设计。

这改变了游戏规则。它不仅帮助西屋电气赢得了与电流的战斗,而且制作起来相对容易,效率高,最重要的是,它不需要滑环或电刷来将电流传输到轴上。这些部件是直流和滑环式交流电机的阿喀琉斯之踵,当它们磨损时需要定期维护更换。

取而代之的是,利用交流电产生的旋转磁场,在定子中嵌入分布式绕组的新布局,在连接到轴上的一堆钢层板中感应涡流及其相关磁场。定子的磁场与转子的感应磁场相互作用,以接近但不完全相同的速度转动转子。异步交流电机被创建。高启动扭矩和低维护的结合使它迅速被应用于以前的蒸汽、水、皮带/皮带轮和马力领域。在转子中嵌入磁铁的磁阻电机也发明于19世纪。当直接从交流电源驱动时,它的效率很低。这种情况在20世纪末发生了改变。

20世纪70年代和80年代

快进近一个世纪,感应电机在泵、风扇、鼓风机、机床、搅拌机和其他应用领域的普遍应用被认为是理所当然的。BETVICTOR体育官网制造商改进了生产方法以降低成本,有时不惜牺牲效率。它唯一的连续故障是,它的运行速度由绕组中的磁极数和交流电源的频率决定。这个速度是不能改变的,除非制造一个复杂的定子绕组,其中嵌入两个和四个或四个和六个磁极。

一些工厂用户克服了这一挑战,他们使用安装在电机和驱动机器之间的涡流和流体偶合器来调整输出速度,以适应当前的需求。然而,这些联轴器既昂贵又笨重。在泵方BETVICTOR体育官网面,它们增加了体积、复杂性和额外的维护。不同直径的皮带和皮带轮可用于永久提供不同的泵速-高于或低于电机转速-以适应连续应用。

变速驱动器

电子变速驱动器(VSDs)的发明和大规模制造始于20世纪60年代和70年代。工业先驱开发了几种方法,将恒定频率(50或60赫兹[Hz],取决于地理位置)的主电源转换为输出的可变频率,从而产生一个变速感应电机驱动泵或风扇。有了合适的控制系统,工厂的速度可以调整以适应可变负荷。

第一代vfd价格昂贵,体积大,而且不可靠。他们会经常自我保护。作为回应,操作人员经常要求在故障发生时设计VFD到电机的旁路系统。这使得它们更加昂贵、笨重和复杂。30年后,vfd体积更小、价格更低、性能更可靠。尺寸的减小使得它们可以分散安装在本地。

在20世纪90年BETVICTOR体育官网代,泵的原始设备制造商更进一步,将其集成到他们的产品中,并在此后的几年里增加了自调节智能速度控制器和网络连接。这简化了水循环系统的设计和安装,同时还提供了更可靠的结果。泵控制器的功能通常包括流量的精确测量和泵产生的扬程信息,可以帮助提供更高的过程效率。这些改进的一个好处是取消了旁路,就像电动自动启动器问世后汽车的启动手柄变得多余一样。

vfd的潜在副作用,如对供电网络的谐波干扰和感应电机内通过轴轴承产生的电流,在许多行业中仍然没有完全了解,导致一些过度设计和材料和金钱的浪费。

20世纪80年代以来的汽车

转向更高效的马达始于20世纪80年代。他们使用更活跃的材料和更严格的制造公差,他们更高效率的产品创造了一个新的市场,并促使监管机构制定了区分新旧产品的标准。今天的国家电气制造商协会(NEMA)和国际效率(IE)评级就是这一倡议的结果。但是IE3和NEMA高级版之外的改进需要的电机技术不需要在转子中感应电流来产生转子磁场。永磁电机的时代即将到来。问题是:它会朝哪个方向发展?

永磁电机-表面安装和内部安装

在装有永磁体的电机转子中,定子绕组不再需要在其内产生磁感应而消耗功率。但是磁体如何在转子内或转子上配置得最好呢?顾名思义,表面永磁(SPM)电机的转子表面有磁铁,而内部永磁(IPM)电机的转子内部有磁铁,形状适合驱动应用。

SPM电机提供良好的启动扭矩,但磁体的排列在定子产生反电动势在速度,降低效率。SPM电机由于磁铁附着在轴上的机械限制而速度受限。然而,与汽车应用所需的离心泵相比,这并不适用于低速离心泵。BETVICTOR体育官网

一个IPM电机,嵌入转子,允许磁铁的形状优化配置,使磁通量线减少高速反电动势。此外,没有机械速度限制,因为他们做SPM。

磁阻电机-同步磁阻

磁阻电机在转子上有特殊形状的空槽。如果定子磁场与槽位正确对齐,转子将以低磁阻状态旋转,产生磁阻转矩。该电机类型是低成本,坚固,产生高扭矩,是容忍供应故障和过载。缺点是它有很高的转矩脉动:当磁体与定子绕组在旋转过程中以一定角度反应时产生的转矩波动。

磁阻电机-开关磁阻

该电机类型成本低,高效,坚固,产生高扭矩,是容忍供应故障和过载。缺点是它也有高转矩脉动和产生更多的噪音和振动。

SYN RM IPM电机

将PM放在同步磁阻电机的槽中产生IPM Syn RM电机。它不会产生反电动势,在速度时,转子以一个角度对准定子磁场,在启动时,另一个角度产生高扭矩。另一个好处是电机轴运行凉爽,提高轴承寿命。SYN RM IPM电机同时使用磁阻扭矩和磁转矩,管理它们的互补特性,在启动时提供高扭矩,高效率和高速平稳运行。此外,还提高了功率因数。此外,这种类型比传统的IPM电机需要更少的磁性材料。

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