直線電機原理與應用

直線電機知識小科普：沿徑向剖開并拉直的旋轉電機大多數(shù)應用中，通常是永磁體保持靜止，線圈繞組運動；但有時這種布置反過來會更有利并完全可以接受。在這兩種情況中，基本電磁工作原理是相同的，并且與旋轉電機完全一樣。直線電機的優(yōu)點直線電機系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)伺服電機+聯(lián)軸器滾珠絲杠傳動，直線電機系統(tǒng)直接與負載連接，通過伺服驅(qū)動器直接驅(qū)動電機與負載。直線電機直接驅(qū)動技術是當前高速精密制造領域的技術之一，優(yōu)點如下：1、高精度直接驅(qū)動結構沒有反向間隙，結構剛性高，系統(tǒng)的精度主要取決于位置檢測元件，有合適的反饋裝置可達亞微米級；2、加速度和速度大高工智能傳動電機在應用中已經(jīng)實現(xiàn)20g的比較大加速度和4.5m/s的比較大速度；3、無機械接觸磨損直線電機定子與動子無機械接觸磨損，系統(tǒng)運動接觸由直線導軌承擔，傳動部件少，運行平穩(wěn)，噪音低，結構簡單，維護簡單甚至免維護，可靠性高，壽命長；4、模塊化結構直線電機定子采用模塊化結構，運行行程理論上不受限制；5、運行速度范圍廣大族電機直線電機的速度范圍從每秒幾微米到數(shù)米。直線電機作為長期連續(xù)運行的驅(qū)動電機。直線電機原理與應用

直線電機由定子演變而來的一側稱為初級，由轉子演變而來的一側稱為次級。在實際應用時，將初級和次級制造成不同的長度，以保證在所需行程范圍內(nèi)初級與次級之間的耦合保持不變。直線電機需要反饋直線位置的反饋裝置--直線編碼器，它可以直接測量負載的位置從而提高負載的位置精度?？梢允嵌坛跫夐L次級，也可以是長初級短次級。直線電機的驅(qū)動控制技術一個直線電機應用系統(tǒng)不僅要有性能良好的直線電機，還必須具有能在安全可靠的條件下實現(xiàn)技術與經(jīng)濟要求的控制系統(tǒng)。隨著自動控制技術與微計算機技術的發(fā)展，直線電機的控制方法越來越多。對直線電機控制技術的研究基本上可以分為三個方面：一是傳統(tǒng)控制技術二是現(xiàn)代控制技術三是智能控制技術傳統(tǒng)的控制技術如PID反饋控制、解耦控制等在交流伺服系統(tǒng)中得到了***的應用。其中PID控制蘊涵動態(tài)控制過程中的信息，具有較強的魯棒性，是交流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)中**基本的控制方式。為了提高控制效果，往往采用解耦控制和矢量控制技術。在對象模型確定、不變化且是線性的以及操作條件、運行環(huán)境是確定不變的條件下，采用傳統(tǒng)控制技術是簡單有效的。但是在高精度微進給的高性能場合，就必須考慮對象結構與參數(shù)的變化。各種非線性的影響。直線傳動模組然而，直線電機比機械系統(tǒng)比有很多獨特的優(yōu)勢。

初級繞組利用率高。在管型直線感應電機中，初級繞組是餅式的，沒有端部繞組，因而繞組利用率高。（4）無橫向邊緣效應。橫向效應是指由于橫向開斷造成的邊界處磁場的削弱，而圓筒型直線電機橫向無開斷，所以磁場沿周向均勻分布。（5）容易克服單邊磁拉力問題。徑向拉力互相抵消，基本不存在單邊磁拉力的問題。（6）易于調(diào)節(jié)和控制。通過調(diào)節(jié)電壓或頻率，或更換次級材料，可以得到不同的速度、電磁推力，適用于低速往復運行場合。（7）適應性強。直線電機的初級鐵芯可以用環(huán)氧樹脂封成整體，具有較好的防腐、防潮性能，便于在潮濕、粉塵和有害氣體的環(huán)境中使用；而且可以設計成多種結構，滿足不同情況的需要。（8）高加速度。這是直線電機驅(qū)動，相比其他絲杠、同步帶和齒輪齒條驅(qū)動的一個優(yōu)勢

按規(guī)定的測量程序運動直線電機進行測量。數(shù)據(jù)處理及結果輸出——在試驗中，由于直線電機采用的位置傳感器為光柵尺，其分辨率為1μm，較高采樣速度為1m/s。為了讀數(shù)精確與穩(wěn)定，激光干涉儀的精度設置為（高可達1nm），測試現(xiàn)場如圖3所示。測試現(xiàn)場環(huán)境條件如下：大氣壓力：室溫：?C；相對濕度?；直線電機溫度：?C。為了客觀反映直線電機進給的定位精度，在不同速率、加（減）速度、位置條件下，進行相應的定位精度測試與分析。在200mm行程范圍內(nèi)、不同速度及加速度的工況下，對進給單元的定位精度進行檢測，進給步長為10mm，檢測結果如圖2所示。3直線電機定位誤差模型建立和軟件補償從圖2中可以發(fā)現(xiàn)：（1）定位精度隨位移的增加而增加，在不同的位置段，積累誤差的增長速率不同；（2）在不同的情況下，定位精度具有很好的一致性，說明速度、加速度的變化對定位精度的影響不大。針對定位精度的分布情況（圖2），為了研究各種擬合方法的效果，利用小二乘法對圖1定位精度的平均值采用線性、分段線性及三次樣條擬合的方法來減小定位精度誤差。相對于線性及分段線性擬合，三次樣條擬合既保留了分段低次插值的各種優(yōu)點，又提高了插值函數(shù)的光滑性。為了準確選擇直線電機的推力，需要知道負載重量。

伴隨著高性能永磁材料、微電子技術、自動控制技術和電力電子技術的進步，永磁無刷直流電機得到了迅速發(fā)展。由于克服了機械換向裝置的固有缺點，無刷直流電機具有壽命長、調(diào)速性能優(yōu)越，體積小、重量輕、效率高、轉動慣量小、電磁兼容性好等諸多優(yōu)點。無刷直流電機的應用和研究受到了***的重視，憑其技術優(yōu)勢在許多場合取代了其它種類的電動機。特別是在微特電機領域，在小功率、高轉速的調(diào)速領域，無刷直流電機占據(jù)著主要位置。接下來和松文機電了解一下直流電機的三種調(diào)速方法：調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機額定轉速向下變速，屬恒轉矩調(diào)速方法。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法比較好。電樞電流變化遇到的時間常數(shù)較小，能快速響應，但是需要大容量可調(diào)直流電源。改變電動機主磁通φ。改變磁通可以以實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能減弱磁通，從電動機額定轉速向上調(diào)速、屬恒功率調(diào)速方法。電樞電流變化時遇到的時間常數(shù)要大很多，響應速度較慢.但所需電源容量小。改變電樞回路電阻R。在電動機電樞回路外串電阻進行調(diào)速的方法，設備簡單，操作方便。但是只能有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機械特性較軟。直線電機驅(qū)動的電梯世界上臺使用直線電機驅(qū)動。直線傳動模組

相同的電磁力在旋轉電機上產(chǎn)生力矩在直線電機產(chǎn)生直線推力作用。直線電機原理與應用

初級繞組利用率高。在管型直線感應電機中，初級繞組是餅式的，不存在端部繞組，因此繞組利用率高。無橫向邊緣效應。橫向效應就是指因為橫向分斷引起的邊界處磁場的消弱，而圓筒型直線電機橫向無分斷，故此磁場沿周向均勻分布。非常容易克服單邊磁拉力難題。徑向拉力互相抵消，基本上不會有單邊磁拉力的難題。有利于調(diào)節(jié)和控制。根據(jù)調(diào)節(jié)電壓或頻率，或更換次級材料，能夠得到不一樣的速度、電磁推力，比較適用于慢速往復運行場合。適應能力強。直線電機的初級鐵芯能夠用環(huán)氧樹脂封成整體，具備不錯的防腐、防潮特性，有利于在潮濕、粉塵和有害氣體的環(huán)境中采用；并且能夠設計成各種構造，滿足不一樣情況的需要。高加速度。也是直線電機驅(qū)動，對比別的絲杠、同步帶和齒輪齒條驅(qū)動的一個明顯優(yōu)點。直線電機原理與應用

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