步进电动机_百度百科
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步进是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机，这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉冲电动机。外文名stepping motor应&&&&用主要用于中
步进电动机（stepping motor）步进电动机把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的。在自动控制装置中作为。每输入一个脉冲信号，步进前进一步，故又称脉冲电动机。步进电动机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。
步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，由此驱动电源向绕组提供脉冲电流。步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。
步进电机的优点是没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低，步进电动机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低，发热大，有时会“失步”。[1]分为机电式、磁电式及直线式三种基本类型。机电式步进电动机由铁心、线圈、齿轮机构等组成。螺线管线圈通电时步进电机工作原理将产生磁力，推动其铁心心子运动，通过齿轮机构使输出轴转动一角度，通过抗旋转齿轮使输出转轴保持在新的工作位置；线圈再通电，转轴又转动一角度，依次进行步进运动。磁电式步进电动机 其结构简单， 可靠性高， 价格低廉， 应用广泛。 主要有永磁式、 磁阻式和混合式。[2](1)永磁式步进电动机。
永磁式步进电动机的基本原理
其转子有永磁体的磁极，在气隙中产生极性交替磁场，定子由四相绕组组成(见图)。当A相绕组通电时，转子将转向该相绕组所确定的磁场方向。当A相断电、B相绕组被通电励磁时，就产生一个新的磁场方向，这时，转子就转动一角度而位于新的磁场方向上，被励磁相的顺序决定了转子转动方向。若定子励磁的变化太快，转子将不能和定子磁场方向的变化保持一致，转子即失步。起动频率和运行频率较低，是永磁式步进电动机的一个缺点。但永磁式步进电动机消耗功率较小，效率较高。20世纪80年代初，出现了转子是盘式的永磁盘式步进电动机，使步距角及工作频率达到磁阻式步进电动机的水平。
(2)磁阻式步进电动机。其定、转子铁芯的内外表面上设有按一定规律分布的相近齿槽，利用定、转子铁芯齿槽相对位置变化引起磁路磁阻的变化，从而产生转矩。其转子铁芯由硅钢片或软磁材料做成，当定子某相被励磁时，转子将转到使磁路磁阻最小的位置。当另一相被励磁，转子转到另一位置，使磁路磁阻为最小时，电动机就停止转动。这时，转子转过一个步距角θb，即式中N为转子转过一个齿距的运行拍数；ZR为转子齿数。
磁阻式步进电动机结构形式较多。定子铁芯有单段式、多段式；磁路有径向、轴向；绕组相数有三相、四相、五相。磁阻式步进电动机步距角可做到1°～15°，甚至更小，精度容易保证，起动与运行频率较高，但功耗较大，效率较低。
(3)混合式步进电动机。它的定、转子铁芯结构与磁阻式步进电动机相似。转子有永磁体在气隙中产生单极性磁场，此磁场还被转子上软磁材料的齿槽调制。
混合式步进电动机兼有永磁式步进电动机与磁阻式步进电动机两者的优点，电动机步距角小，精度高，工作频率高，且功耗小，效率高。
实用的步进电机驱动电路有反应式和式两类。索耶式直线步进电动机由静止部分（称为反应板）和移动部分(称动子)组成。反应板由软磁材料制成，在它上面均匀地开有齿和槽。电机的动子由和两个带线圈的磁极A和B组成。动子是由气垫支承,以消除在移动时的机械摩擦,使电机运行平稳并提高定位精度。这种电机的最高移动速度可达1.5米/秒，加速度可达2g,定位精度可达20多微米。由两台索耶式直线步进电动机相互垂直组装就构成平面电动机。给x方向和y方向两台电机(图3)以不同组合的控制电流，就可以使电机在平面内做任意几用单片机控制的四相步迸电动机的电路图何轨迹的运动。大型自动绘图机就是把计算机和平面电动机组合在一起的新型设备。平面电动机也可用于激光剪裁系统，其控制精度和分辨力可达几十微米。步进电动机是将脉冲信号转换为角位移或线位移。
一是过载性好。其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，步进电机使用时对速度和位置都有严格要求。
二是控制方便。步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显。
三是整机结构简单。传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，调整困难，使用步进电动机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。 测速电机是将转速转换成电压，并传递到输入端作为反馈信号。测速电机为一种辅助型电机，在普通直流电机的尾端安装测速电机，通过测速电机所产生的电压反馈给直流电源，来达到控制直流电机转速的目的。[3]主要用于中，精度高，运行可靠。如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。步进电动机已广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表等之中，另外在工业自动化生产线、印刷设备等中亦有应用。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的，在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
如今,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。鉴于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。
1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。 0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：
2、旋转： 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。 如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。 如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。
3、力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力 F与（dФ/dθ）成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度，D为转子直径 Br=N·I/R N·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径 力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。1、特点： 感应子式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 感应子式某种程度上可以看作是低速同步的电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C=,D=. 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。
感应子式电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。
3、步进电机的静态指标术语 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的） 静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。
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直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按方式分为永磁、他励和自励3类，其中自励又分为并励、串励和复励3种。外文名Dc motor本&&&&质直流电能转换为机械能分&&&&类永磁、他励和自励基本构造分为两部分原&&&&理电磁驱动
分为两部分：与转子。注意：不要把换向极与换向器弄混淆了。
定子包括：主，机座，换向极，装置等。
转子包括：电枢铁芯，电枢(shu)绕组，，和风扇等。部分由、、等组成，下面对构造中的各部件进行详细介绍。
1.部分：其作用是嵌放电枢绕组和颠末磁通，为了下降电机工作时电枢铁芯中发作的涡流损耗和磁滞损耗。
2.部分：作用是发作电磁转矩和感应电动势，而进行能量变换。电枢绕组有许多线圈或玻璃丝包扁钢铜线或强度漆包线。
3.又称整流子，在直流电动机中，它的作用是将电刷上的直流电源的电流变换成电枢绕组内的沟通电流，使，在直流发电机中，它将电枢绕组沟通电动势变换为电刷端上输出地直流电动势。
由许多片构成的圆柱体之间用云母绝缘，电枢绕组每一个线圈两端区分接在两个换向片上。直流发电机中换向器的作用是把电枢绕组中的交变电动热变换为电刷间的直流电动势，负载中就有电流通过，直流发电机向负载输出电功率，同时电枢线圈中也肯定有电流通过。它与磁场相互作用发作电磁转矩，其倾向与发电机相反，原想法只需抑制这一磁场转矩才华股动电枢改变。因此，发电机向负载输出电功率的还，从原想法输出机械功率，完结了直流发电机将机械能变换为电能的作用。的励磁方式是指对如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型：
1．他励直流电机
励磁绕组与无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，接线如图（a）所示。图中M表示电动机，若为，则用G表示。也可看作他励直流电机。
2．并励直流电机
并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，接线如图（b）所示。作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。
3．串励直流电机
串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，接线如图（c）所示。这种直流电机的就是电枢电流。
复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，接线如图（d）所示。若串励绕组产生的磁通势与产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为直流电动机差复励。
不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式，的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。
(一)调速性能好。所谓“调速性能”，是指在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的，而且调速范围较宽。
(二)起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、等，都用直流。
电动机拖动。1.无刷直流电动机：无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成直流电动机。在结构上，它与永磁同步电动机类似。
无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同．在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等)．绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进行合理换相。转子多采用钐钴或钕铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀土料，由于磁极中磁性材料所放位置的不同．可以分为表面式磁极、嵌入式磁极和环形磁极。由于电动机本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。
2.有刷直流电动机：有刷电动机的2个刷(铜刷或者碳刷)是通过绝缘座固定在电动机后盖上直接将电源的正负极引入到转子的换相器上，而换相器连通了转子上的线圈，3个线圈极性不断的交替变换与外壳上固定的2块磁铁形成作用力而转动起来。由于换相器与转子固定在一起，而刷与外壳(定子)固定在一起，电动机转动时刷与换相器不断的发生摩擦产生大量的阻力与热量。所以有刷电机的效率低下损耗非常大。但是它同样具有制造简单，成本低廉的优点。直流电动机的性能与它的励磁方式密切相关，通常直流电动机的励磁方式有4种：直流他励电动机、直流并励电动机、直流串励电动机和直流复励电动机。掌握4种方式各自的特点：
1．直流他励电动机： 励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。
2．直流并励电动机: 电路并联，分流，并励绕组两端电压就是电枢两端电压，但是励磁
绕组用细导线绕成，其匝数很多，因此具有较大的电阻，使得通过他的励磁电流较小。
3．直流串励电动机：电流串联，分压，励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。
4．直流复励电动机：电动机的由两个绕组内的励磁电流产生。由于电机电枢回路和都较小，而转动体具有一定的机械惯性，因此当接通电源后，起动的开始阶段电枢转速以及相应的反电动势很小，起动电流很大。最大可达额定电流的15～20倍。这一电流会使电网受到扰动、机组受到机械冲击、换向器发生火花。因此直接合闸起动只适用于功率不大于4千瓦的电动机（起动电流为额定电流的6～8倍）。
为了限制起动电流，常在电枢回路内串入专门设计的可变电阻,其原理接线见图1。在起动过程中随着转速的不断升高及时逐级将各分段电阻短接，使起动电流限制在某一允许值以内。这种直流电动机工作原理起动方法称为串电阻起动，非常简单，设备轻便，广泛应用于各种中小型直流电动机中。但由于起动过程中能量消耗大，不适于经常起动的电机和中、大型直流电动机。但对于某些特殊需要，例如城市电车虽经常起动，为了简化设备，减轻重量和操作维修方便，通常采用串电阻起动方法。
对容量较大的直流电动机，通常采用降电压起动。即由单独的可调压对电机电枢供电，控制电源电压既可使电机平滑起动，又能实现调速。此种方法电源设备比较复杂。的转速n随转矩T而变化的特性【n=f(T)】称为机械特性。它是选用电动机的一个重要依据。各类电动机都因有自己的机械特性而适用于不同的场合。几种直流电动机的机械特性见图2。
调速 　从直流电动机的电枢回路看,电源电压U与电动机的反电动势Ed和电枢电流Id在电枢回路电阻Rd上的电压降必须平衡。即U=Ed+IdRd
反电动势又与电动机的转速n和磁通φ有关，电枢电流又与机械转矩M和磁通φ有关。即 z4系列直流电动机
M=CφId式中C
为常数。由此可得式中n0为空载转速，k 为Rа/C2。以上是未考虑铁心饱和等因素时的理想关系，但对实际直流电动机的分析也有指导意义。由上可见直流电动机有3种调速方法：调节励磁电流、调节电枢端电压和调节串入电枢回路的电阻。调节电枢回路串联电阻的办法比较简便，但能耗较大；
z4系列直流电动机且在轻负载时，由于负载电流小，串联电阻上电压降小，故转速调节很不灵敏。调节电枢端电压并适当调节励磁电流，可以使直流电动机在宽范围内平滑地调速。端电压加大使转速升高，励磁电流加大使转速降低，二者配合得当，可使电机在不同转速下运行。调速中应注意高速运行时，换向条件恶化，低速运行时冷却条件变坏，从而限制了的。串励直流电动机由于它的机械特性(图2)接近恒功率特性,低速时转矩大，故广泛用于电动车辆牵引，在电车中常用两台或两台以上既有串励又有并励的复励直流电动机共同驱动。利用串、并联改接的方法使电机端电压成倍地变化（串联时电动机端电压只有并联时的一半），从而可经济地获得更大范围的调速和减少起动时的电能消耗。直流无刷电机的控制结构，是的一种，也就是说的转速受电机定子的速度及转子极数(P)影响，N=120．f / P。在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上控制(驱动器)，
控制定子旋转磁场的并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
直流无刷驱动器包括电源部及控制部：电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以输入(110V/220 V)，如果输入是交流电就得先经(converter)转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机前须先将由换流器(inverter)转成3相电压来驱动电机。换流器(inverter)一般由6个功率(Q1～Q6)分为上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供PWM()决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应的霍尔(hall-sensor)，作为速度之闭回路控制，同时也做为相序控制的依据。但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。直流无刷电机的控制原理，要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序，inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下
直流无刷电机臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管)；要电机转子反向则功率开启顺序相反。
基本上功率晶体管的开法可举例如下：AH、BL一组→AH、CL一组→BH、CL一组→BH、AL一组→CH、AL一组→CH、BL一组，但绝不能开成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因为电子零件总有开关的响应时间，所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去，否则当上臂(或下臂)尚未完全关闭，下臂(或上臂)就已开启，结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。
当电机转动起来，控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令(Command)与hall-sensor信号变化的速度加以比对(或由运算)再来决定由下一组(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)开关导通，以及导通时间长短。速度不够则开长，速度过头则减短，此部份工作就由PWM来完成。PWM是决定电机转速快或慢的方式，如何产生这样的PWM才是要达到较精准速度控制的核心。
高转速的速度控制必须考虑到系统的CLOCK 分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间，另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、直流无刷电机实时性。至于低转速的速度控制尤其是低速起动则因为回传的hall-sensor信号变化变得更慢，怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要。或者速度回传改变以encoder变化为参考，使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。电机能够运转顺畅而且响应良好，P.I.D.控制的恰当与否也无法忽视。之前提到直流无刷电机是闭回路控制，因此回授信号就等于是告诉控制部电机转速距离目标速度还差多少，这就是误差(Error)。知道了误差自然就要补偿，方式有传统的工程控制如P.I.D.控制。但控制的状态及环境其实是复杂多变的，若要控制的坚固耐用则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能完全掌握，所以模糊控制、专家及神经也将被纳入成为智能型P.I.D.控制的重要理论。
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高压电动机是指额定电压在1000V以上的。常使用的是6000V和10000V电压，由于国外的电网不同，也有3300V和6600V的。高压电动机产生是由于电机功率与电压和电流的乘积成正比，因此低压电机功率增大到一定程度(如300KW/380V)电流受到导线的允许承受能力的限制就难以做大，或成本过高。需要通过提高电压实现大功率输出。 优点是大，承受冲击能力强；缺点是惯性大，启动和制动都困难。额定电压1000V以上优&&&&点功率大，承受冲击能力强
热管式冷却技术的发明可以溯源于1942年申请并于1944年公布的美国专利，而实际上最早的成功应用是在1964年美国的宇航技术上，随后在各国科学界的努力下，技术在理论设计、制造工艺以及应用领域上都取得了极大发展。目前，作为一种成熟的冷却技术，热管作用高效元件已在许多工业领域得到推广应用。我国从上世纪50年代由中科院力学所等单位开始开展此项技术的研究工作，并陆续研制成功各种热管；80年代以后我国更多单位参与热管技术的应用研究，而且在电子工业、空间技术、能源工程等领域获得了成功应用。
对于热管在电机的冷却技术中的应用早已有人提出，并取得了一定的成果，还研制出一些容量比较小的样机，但大多数工作仍处于试验研究阶段，离实际生产应用有一段距离。研究者或者仅是提出了高压电动机热管式的可行性研究论文[1&，或者仅综述性地展望了热管技术在电机冷却方面的良好前景[2&，但正如文献[2&作者十几年前在文章结语中所说，“热管在电机冷却中的应用还处于试验探索阶段，试验电机的容量都比较小。要实现热管在电机冷却（特别是大中型电机）中的工业应用，还要做大量的理论研究和试验分析工作。”我们在进行此项“高压电动机热管式冷却器研制”课题的研究、开发过程中，没有可以模仿的先例，靠我们自己掌握的电机设计和制造基础以及其它行业成功的热管技术应用经验，依靠良乡电力修造厂雄厚的电机生产能力，完全靠自己走出了一条大中型电机冷却技术的新路。
为此，我们在大中型高压电动机上应用热管冷却技术方面进行了探索性试验和应用。
2 在大中型高压电动机上应用热管技术的可行性
2.1 传统存在的问题
大中型高压电动机目前广泛采用列管式水—空型或空—空型结构。运行时水—空型冷却器是冷却管内通冷却水，电机内部热空气在风压的作用下流过冷却管的外表面，与管内冷却水进行，达到冷却电机的目的；空—空型冷却器与水—空型冷却器换热原理一样，只是冷却管内的冷却水改成冷却空气而已。
若采用空—空换热，即用外界冷空气冷却电机内的热空气，热空气走管外，冷空气走管内，存在的问题主要是管内换热面积小，流动阻力大，冷却器重量较重。
如果采用水—空换热，则电机内的热空气走管外，冷却水走管内，它存在原主要问题是：
◆对使用的铜管材要求高，否则将造成铜管的脱锌腐蚀，由此导致泄漏，漏入电机的水会造成严重损坏事故；
◆对冷却水的要求高，如果水不干净或夹带泥沙容易堵塞管子，冷却器维护量大，要定期对冷却器管子进行冲洗和捅刷，一旦磨损致使水漏入电机，将造成电动机严重损坏事故；
◆由于水温低，很容易出现局部管壁温度低于电机内空气的，夹带在空气中，将损坏电机的绝缘。
2.2 使用热管式的优点
热管式冷却器与上述两种传统冷却器的换热原理截然不同，利用的是时的热效应原理，即冷却介质由液态变为气态时需要吸收热量，由气态变成液态时需要释放热量。这是一种全新的冷却方式，为电机的冷却开辟了新的途径。
热管式代替常规的，将具有以下优点。
a)对于空—空型换热：
●利用的高传热性能，将的管内换热转换为管外换热，这样就很容易扩展
换热面积，从而减少冷却器的体积和重量；
●管外流动阻力小。
b)对于水—空型换热：
●水不在每根管子的管内流，而在热管—端管外流，只要隔板密封的好，就可以避免水漏到电机内；
●每根热管都是独立的传热元件，即使由于水冲磨损损坏，水也不会漏到空气一侧，这就能保证电机的安全运行，而且，少数的失效不会对整个设备的性能有什么影响。不像一旦泄漏，必须停机处理；
●设计上便于调节热管的表面温度，以保持在循环空气的以上，避免冷凝水滴出现在空气中，保证对电机的绝缘要求。
2.3 热管技术用于电机上需要解决的问题
由于大型电机设备要求必须保证安全、稳定的运行，热管的设计和制作必须要满足方面的苛刻要求。
热管式在高压电动机上的应用，主要技术难点是热管型式、材料、工艺、尺寸等设计参数的计算和选择，以及在实际施工改装方面，要求在原有电机列管式冷却器的空间上进行改装，冷却效果原则上应优于原冷却器，同时还要考虑控制生产成本等因素，尽量节约资金。
从目前热管技术的发展来看，无论是对空—空型换热还是水—空型换热，设计应该说比较成熟，工程设计参数也比较齐全。从我们对热管技术的掌握情况来看，可供选择的热管类型包括管材和工质，是能够满足我们的设计要求的。
为保证电动机长期可靠的工作，热管材料和工质的选择以及制作工艺质量的检测等方面，需要严格把关，不能留下质量隐患。
冷却器容量的设计上，在考虑冷却效果不低于原冷却器的前提下，还要留有进一步扩展容量的空间，需要时可以靠增加元件，方便地达到增大冷却效果的目的。因此对热管容量和结构尺寸的设计，应当对具体型号电动机有相对准确和具体的计算方案。
随着热管技术的发展，目前可供选择的材料、工艺以及设计参数都比较完备。具体的设计和计算，详见本课题研制报告，不在此重复。
采用铝轧，其结构为分离式热管结构，这样比较容易布置换热面。
采用分离式热管结构便于布置电机循环气流（热气流）和冷却空气（冷气流）的流道，也减少了穿过隔板的管子根数，对密封有利。
此外，热管冷却器设计为冷、热气流完全逆流换热，可以减少使用热管的数量。
在热管质量保证方面，热管工质的选用要保证长寿命和安全性，选用氨作为经过长期考验的工质，氨和铝可以长期相容，工作的温度范围也适合作空气冷却器使用，而且它的热性能也非常好。
4 试验的选择和安装试验
根据良乡电力修造厂正常的生产进度，选择了三台不同型号的高压电动机进行了热管式的设计和计算，分别是YMKQ600-6型650kW6kV高压电动机、YMK600-6-10型630kW10kV高压电动机和YMKQ500-6型450kW6kV高压电动机，分别属于三家不同的用户，被拖动设备全部是。
我们在经过详细论证和计算以后，在三台电动机上分别安装了热管式冷却器取代原设计的。
三台中第一台电机因某些客观原因没有进行型式试验，但随访用户反映电动机运行情况良好，未见异常。后两台电动机专门取同样型号，仅冷却器是传统的列管式冷却器，分别在进行包括性能考核在内的型式试验。4台电动机的对比性试验结果显示电动机有所降低，但不是十分明显，这是因为热管设计时为控制试验成本，取用的热管容量与原容量比较接近，在实际安装空间上留有一定的扩展裕度，如果需要，完全可以再增大热管容量，使温度降得更多一些。
实际运行和性能考核试验结果表明，我们在高压电动机上安装热管式冷却器技术改造项目是成功的。
5 在电动机冷却技术上的应用前景
热管式冷却器与传统的列管式空—空型或水—空型冷却器相比较，因换热原理不同，其优点是显而易见的。首先是换热效率高，其次是相应的冷却器重量轻，造价低，同时还不存在管道堵塞问题，使维护工作量减少，由于不用水，也就不存在漏水引起的故障问题，对节约水资源也大为有益。热管式首次在高压电动机上的成功应用显示应用前景十分可观。
1）在大中型高压电动机上更换传统的列管式空—空型冷却器，可以改善冷却效果，延长电动机的使用寿命，并减少了故障，从而提高了电动机的运行可靠性。
2）在大中型上更换传统的水—空型冷却器，可以节约大量的水资源，在我国北方缺水地区具有重要的经济价值和社会效益。
3）若在大型发电机上更换传统的水—空型气体（或空气）冷却器，既达到降低发电机温升、提高出力能力的重要目的，还可以节约大量的水资源。
4）我们这次只开发了空—空型热管式，今后若开发水—空型热管式冷却器，只需将热管的冷端通水冷却即可，这种热管式冷却器热端置于电机顶部，与电机内部热空气进行换热，而把热管冷端或置于电机顶上最上部，或置于电机侧面，防止漏水引起电机故障，进一步的研究有待于将来继续进行。
5）发电机的冷却器，无论是（如大多数和抽水蓄能发电—、全空冷的）还是氢气冷却器（如采用氢气冷却的大多数大型汽轮发电机），其基本工作原理都与电动机的冷却器一样，尽管冷却器的内部结构有许多型式，但总体上说仍属于传统的进行范畴，我们在电动机上的成功经验，为下一步进行发电机冷却器的改造打下了很好的基础。发电机的改造预期应能取得类似电动机的效果，如降低电机内部温升、减少冷却器故障几率、减少检修工作量、提高设备可靠性等等，其经济效益将极为可观。
6 应用及效益分析
高压电动机热管式冷却器的应用单位主要是各发电厂以及其它工业生产企业电动机检修部门和电动机制造厂。由于此类数量很多，并且在各种工业生产部门都属于重点动力设备，所以项目的应用对象非常广泛，应用前景广阔，具有很大的经济效益和社会效益。
由于热管式冷却器比传统的换热效率高，并且冷却器重量较轻，造价较低，同时还不存在管道堵塞问题，使维护工作量减少，由于不用水，也就不存在漏水引起的电动机故障问题，对节约水资源也大为有益，因此热管式在高压电动机上应用的经济效益十分可观。
1）在电厂大中型高压电动机上更换传统的列管式冷却器，可以改善运行条件和提高设备的可靠性，为电厂持续安全发电带来良好的经济效益，通常减少一次发电设备非正常停运事故，避免的以数百万元计算，间接经济损失更加巨大。
2）在大中型上更换传统的水—空型冷却器，可以节约大量的水资源，在我国北方缺水地区具有重要的经济价值和社会效益。资料显示，单台电动机可达38万吨/年[1&。
3）若在大型发电机上应用热管式冷却器，既可以达到降低发电机温升、提高发电机可靠性的重要目的，还可以节约大量的水资源，其经济效益将极为可观。
全国仅各发电厂（暂不考虑其它工业部门）在运的带旧式的高压电动机数量为数千台，做旧改造的应用前景就非常广阔，同时每年电力部门新投产的高压电动机有数百台，采用此技术按保守计算，每年改装或新生产合计不少于500台，每台冷却器产值按1.5万元至2万元计算，利润按20%计算，则每年总的产值达到1千万元，利润超过200万元。
由于高压电动机数量巨大，并且在各种生产部门都属于重点动力设备，其冷却器改造项目可以带来改善设备运行条件、增长设备使用寿命和提高设备运行可靠性指标，以及节约工业用水等好处，虽然每台的改造经济效益相对还是有限的，但从整个部门、整个地区，甚至全国范围来看，其创造的经济效益和社会效益就极其可观了。另外，若进一步开发成功发电机上的应用技术，那么在单台发电机上产生的经济效益就将更为可观。
热管式冷却器取代传统的，在高压电动机上应用，可以给电动机运行性能和检修维护带来明显的好处。
首先设计适当的热管式冷却器可以降低电动机的温升，改善运行状态，提高运行性能，其次是减少了冷却器的维护工作量，并且基本上避免了向电动机内漏水的可能性，从而明显地提高了电动机的运行可靠性，这对保证发电厂发电设备安全稳定运行，无疑具有重要的实际意义和广阔的工业应用前景，具有明显的社会效益和经济效益。
热管式在高压电动机上的应用，主要技术难点是热管型式、材料、工艺、尺寸等设计参数的计算和选择，以及在实际施工改装方面，要求在原有电机列管式冷却器的空间上进行改装，冷却效果原则上应优于原冷却器，同时还要考虑控制生产成本等因素，在初步探索性研究的热管容量设计方面，已经留有一定的裕度。
针对三台不同容量的高压电动机的空—空型热管式冷却器的设计和安装是成功的。如果还需要再提高冷却器冷却效果，只需再增加几只热管就可以解决。
根据空—空型热管式冷却器的研制开发成功经验，我们确信完全可以进一步开发电动机水—空型热管式和 用的水—空型热管式气体（或空气）冷却器，扩大热管式冷却器在电厂电机设备的应用范围。各种中应用最广的是交流（又称 ）。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用 （见）。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用。但它有，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。20世纪70年代以后，随着的发展，的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用 。电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的，使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。 电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。一般时其输出功率会随转速而变化。[1]主要用在大型高压电动机发电厂，化工厂等地方。如果发生严重故障导致电机烧毁，将严重影响生产的正常进行，造成巨大的经济损失，因此必须对其提供完善的保护。现有主要针对中小型电动机，为其提供电流速断，热过载过流，两段式定时限负序，，转子停滞，启动时间过长，频繁启动等保护功能。而对于2000KW以上特大容量电动机，则无法满足其内部故障时对保护灵敏度与速动性的要求，因而研制此装置并配合综合保护装置，为高压电动机提供更可靠更灵敏的保护措施。本装置设计成三相式纵差，因为2000KW以上特大容量的电动机所在的3KV﹑6KV﹑10KV电网可能是经高电阻接地的电网，三相式纵差保护不但能作为及引出线的，而且可作为的主保护，作用于瞬时跳闸。
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