变频电动机是什么？在哪些场合下使用合适？

如今，变频调速技术已经成为主要的调速方案，可广泛用于各个行业中的无级变速传动。随着变频器在工业控制领域中的应用越来越广泛，使得变频电机的使用也越来越广泛了。电机也被叫做电动机，是一种能将电能转变成动力能的电动装置。当电流在磁场中流动时，通过接收功率进行旋转运动运行的电机是比较常见的，但存在很多种电机的类型，如果电机根据使用的驱动电源类型大致可分交流和直流这两种，并且这些电机可以进一步的分为子类型。与普通电机相比，变频电机和普通电机在外型上是没有不同地方的，但是，在功能或者使用等方面上却有不同的地方。但很多客户在进行选购的时候，却不知道要选择哪一种电机，下面我们便以变频电机和普通电机为例，简单介绍一下它们的不同之处。变频电机和普通电机是什么变频电机也被叫做变频调速电机，通过我们经常所说的变频器，以对电机进行控制。事实上，除了本身便是变频电机外，如三相异步电机，通过增加变频器也可以实现变频电机的功能。其特点是可以根据负载来调节频率改变转速，如电压较低的地方，便可以使用变频电机来降低频率，使得电机得到可靠的启动；如负载较轻的地方，便可以使用变频电机来降低频率，以达到降低电流和转速的目的，从而节省电能。普通电机也被叫做马达，是一种用于将电能转变成动力能的电动装置，应用于各种电器或者机械，如工业机器人，电机是工业机器人的驱动装置，可为工业机器人的手臂提供运动。其特点是只要一通电，它就可以进行转动，只要一断电它就会停止转动，而且它的转动和停止并不会立即就可以反应过来，并且它不能进行调速，其速度只能通过减速机来进行缓减。变频电机和普通电机分别都有着各自的优点，如变频电机在启动的同时能达到变频效果，可以适用于较宽的工作频率范围，因此，其优势得到了大众的认可，也是市场占比例较高的产品，但增大了电磁负载，使得磁路不容易饱和；而普通电机的结构简单且便于维修，在价格上也比变频电机实惠，但使用时会因为过热而被烧毁。变频电机和普通电机有什么不同1、散热条件不同：普通电机和散热风扇使用的是同一条线路，而变频电机和散热风扇用的线路是分开的。因此，当普通电机的频率过低时，可能会因温度过高而烧毁。普通电机是按照市电的频率和相对应的功率而设计的，只有在额定条件下才可以运行，而变频电机需要克服低频时的高温和振动，所以变频电机在设计上要好于普通电机。2、绝缘级别不同：变频电机是需要承受高频电磁场，所以其绝缘级别要高于普通电机。在正常情况下，普通电机是不可以应用变频器的，但在实际的操作过程中，为了节约成本，在需要调速的情况下，会使用普通电机取代变频电机，但普通电机的调速精确度不太高，通常应用于风机和水泵的节能改造中。3、使用寿命不同：变频电机的使用寿命通常要比普通电机更加的长久。普通电机在运行的时候，其载频可以达到几千到十几千赫，定子绕组会经受较高的电压，就好比对它施加了陡度较大的冲击电压，这会使普通电机的匝间绝缘需要经受较为残酷的历练。而变频电机可以在整流滤波电路的电压下进行工作，其性能会更稳定，并且使用寿命更长。变频电机是一种用变频器来进行控制的电机，和普通电机在散热条件、绝缘级别以及使用寿命等方面上有些不太相同。在一些老设备改造时候，为了达到一定的效果，采用了变频器来驱动电动机。为了节约投资，三相异步电动机应尽量利用原有的。哪些场合下，建议一定要选用专用的变频电动机？①工作频率＞50HZ甚至高达200~400HZ，一般都普通三相异步电动机的机械强度和轴承无法胜任。②工作频率＜10HZ，负载较大并且要长期持续工作，普通三相异步电动机靠机内的风叶无法满足电机散热需要，电动机会严重过热，特别容易损坏电动机。③电动机与拖动的负载的调速比D≥10并且频繁变化工作条（D=Nmax/Nmin）。④调速比D较大，工作周期短转动惯量GD2也大，正反转交替运行且要求实现能量回馈制动的工作方式。⑤因传动的需要，用变频电动机更合适的情况下，选用变频电动机。变频电动机有如下的几个特点:①尾部电动机散热，它由一个独立的恒速微型电动机驱动，散热器的风量为恒定，与变频电动机的转速无关。②变频电动机的设计机械强度能确保电动机最 高转速使用，且为长期安全可靠。③磁路设计的动态频率范围很大，即能适应最 高使用频率的要求，也能适合最 低使用频率。④设计的绝缘结构比普通三相异步电动机高的多，更能承受高温和较高冲击电压。⑤高速运行时，产生的噪声、振动、损耗都不高于同规格型号的普通三相异步电动机。 

伺服电机市场规模和格局分析

伺服电机作为现代工业装备中的核心部件，其市场地位日益凸显。本文重点介绍了伺服电机的概况、市场规模和格局及伺服电机未来发展趋势。一、伺服电机概况伺服电机servo motor“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思。伺服英文为 servo，指系统跟随外部 指令进行人们所期望的运动，实现对位置、速度、加速度和力矩的精准控制。“伺服电机”可以理解为绝 对服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子静止不动;当控制信号发出时，转子立即转动;当控制信号消失时，转子能即时停转。伺服电机是工业自动化行业中应用最广的电机。伺服电机具有响应速度快、精度高、加减速度快、速度不受负载影响等优点，且转速范围宽、高速性能好、低速运行平稳，同时抗过载能力强，能承受3倍于额定转矩的负载，适用于对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合。伺服电机是一种能够将电能转化为机械能的装置，它可以精确地控制速度和位置，具有反应快速等特点，通常被应用在自动控制系统中执行元件，是伺服系统中的重要组成部分。伺服电机的内部结构伺服电机的内部结构：伺服电机主要由定子和转子构成。定子上有两个绕组，励磁绕组和控制绕组。其内部的转子是永磁铁或感应线圈，导磁材料，转子在由励磁绕组产生的旋转磁场的作用下转动。同时伺服电机自带编码器，驱动器实时的接受到编码器的反馈信号，再根据反馈值与目标值进行比较来调整转子转动的角度。由此可见，伺服电机的控制精确度很大程度决定于编码器的精度。伺服电机的工作原理伺服电机主要由伺服驱动器、电动机和其他相关部件组成。伺服马达用来提供动力，而伺服控制器则负责调整输出速度和位置，并将其转化为电信号发送给执行机构。伺服电动机通常由两部分组成：一组感应电动机，另一组是被称为转子的飞轮。当转子旋转时，产生电磁场，带动另一个被称为马达的小型机械零件工作。转子上有两个不同的线圈，它们与吸盘连接在一起。吸盘会把转子上面的线缠绕起来，使整个马达看起来像一把剑。齿轮装置使得转子旋转顺畅，同时也限制了噪音。伺服电机的分类伺服电机分为直流和交流伺服电动机。1) 直流伺服电机分为有刷和无刷电机：①有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便(换碳刷)，产生电磁干扰，对使用环境有要求(无尘、易爆环境不宜)，通常用于对成本敏 感的普通工业和民用场合;②无刷电机体积小重量轻，出力大响应快，速度高惯量小，力矩稳定转动平滑，控制复杂，智能化，电子换相方式灵活，可以实现方波或正弦波换相，电机免维护，高效节能，电磁辐射小，温升低寿命长，适用于各种环境。2)交流伺服电动机又分为异步伺服电动机和同步伺服电动机。交流伺服电机优点在于速度控制特性良好， 在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡，90%以上的高效率，发热少，高速控制，高精确度位置控制，额定运行区域内可实现恒力矩，惯量低，低噪音，无电刷磨损，免维护。缺点在于控制较复杂，驱动器参数需要现场调整PID参数确定，需要更多的连线。高性能的伺服系统大多采用永磁同步交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统二、伺服电机市场规模与格局伺服电机作为工业自动化的核心零部件，市场规模随产业自动化升级稳步增长。替代需求：在机床、纺织机械、印刷机械和包装机械等领域，伺服电机相比步进电机具有精 度、扭矩、过载等性能方面的优势，渗透率不断提升;新增需求：工业机器人、电子智造装备等行业对精度性能要求较高，其迅速增长为伺服电机市场贡献较大增量。根据 Grand View Research 与 MIR 数据统计，2020年全球伺服电机市场规模367亿元，预计2026年有望达到539亿元。我国伺服电机起步较晚，尚处于成长阶段，2020年我国伺服电机市场规模149亿元，预计2026年有望达到225亿元。伺服电机行业65%份额为外资品牌，高端市场基本被外资垄断。根据MIR数据，我国伺服电机竞争格局中外资品牌占65%，国产品牌占35%。根据前瞻产业研究院报告，目前主流品牌可分为欧系、日系和国产品牌等类别，其中欧系日系占据中高端市场，国产主要集中在中低端市场。①欧系品牌占比20%：如西门子、伦茨、博世力士乐等，过载能力高、 动态响应好、驱动器开放性强，但价格昂贵、体积重量大;②日系品牌占比45%：如安川、 三菱、松 下等，品牌性能和价格相对低、体积小、重量轻、可靠性和稳定性强，但动态响 应能力较弱、开放性较差低，总体上性价比更高，最适合中端需求;③国产伺服占比35%：如台湾台达、汇川技术、华中数控等，产品基本成熟，精度和可靠性较差，中小功率居多， 中低端伺服系统已实现大规模量产，但高端伺服系统尚未形成商品化和批量生产能力。汇川技术在国内市场份额第一，市占率15.9%，其次为日本安川(11.9%)、台湾台达(8.9%)、日本松 下(8.8%)、日本三菱(8.3%)，CR5为53.8%，集中度较高。当前我国中低端伺服系统已经能够实现大规模量产，但高端伺服系统尚未形成商品化和批量生产能力，国内对精密伺服电机控制系统的需求主要依赖进口。机器人产业发展风生水起，随着扶持政策对机器人产业的推进，以及国产伺服技术的不断提升，我国伺服系统进口替代的步伐将加快。如下为大家盘点一下国内伺服电机行业知名厂家。二、伺服电机产业链作为生产磁性材料的主要原料——稀土，该原料和储量及产量均居世界第一，未来将保持长期宽松供给的状态。上游整体供给相对较为宽松。作为伺服系统必不可少的器件，编码器、传感器受国家政策支持，关键技术取得不断突破。但随着原材料价格的上涨，伺服企业生产制造成本随着上升。（1）上游为稀土磁材、电子零部件等材料。（2）中游为伺服系统制造，包括伺服电机、伺服驱动器、数控系统。（3）下游广泛应用于医疗器械、机器人、汽车制造、工业等领域。三、中国伺服电机行业展望随着时代的不断发展，伺服电机作为重要的动力元件，在机械和电子行业中得到了广泛的应用。根据市场需求和技术发展，伺服电机的发展趋势也会紧跟时代的潮流，未来的发展趋势是：采用高效功率驱动电路 高效功率驱动电路具有低功耗、高可靠性和稳定性，能够满足各种应用领域的高性能要求，是伺服电机未来发展的重要方向。发展低噪声伺服电机 由于伺服电机无法完全避免噪音，所以发展低噪声伺服电机无疑是企业技术发展中的热点。企业将努力改善结构设计，研发一系列低噪声伺服电机，以满足不同应用场合的需求，提高伺服电机的适应性。发展高性能伺服电机 主流的伺服电机功率不断提高，加上智能控制系统，伺服电机的精度、响应速度和稳定性也得到了显著的改善。未来进一步研究市场需求和技术发展，企业将发展更高性能的伺服电机，从而满足市场的需求。研发更加节能的伺服电机 伺服电机直接耗费的大部分能量是电能，一般情况下，电动机只能转换50%的电能为机械能，其余50%损失为热能。伺服系统一般由驱动器、电机、编码器构成。伺服系统属于工业自动化控制产品，技术难点主要在于是否具备自调整功能、伺服驱动器响应速度、电磁设计技术等方面，由于集成度高、产品设计和工艺复杂，需要长时间的经验积累才能生产出可靠性和稳定性高的产品。①伺服驱动器(指令装置)属于驱动层，又称“伺服控制器”、“伺服放大器”，一般通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机 进行控制，实现高精度的传动系统定位;改变控制电压可以变更伺服电机的转速及转向。②伺服电机属于执行层，伺服电机在自动控制系统中作为执行元件，把输入的电压信号变 换成转轴的角位移或角速度输出。③编码器(反馈装置)通常内置在伺服电机末端，用来 测量电机的转角、转速和位置，对控制精度具有关键作用。驱动器根据反馈值与目标值进 行比较，调整转子转动的角度，达到伺服控制的目的。 

三种不同磁通路径电机介绍

  根据磁通路径的不同，电机可以分为径向磁通电机、轴向磁通电机和横向磁通电机，如图所示。(a) 横向磁通电机转子，(b)横向磁通电机定子，(c)轴向磁通电机，(d)径向磁通电机横向磁通电机最早由德国Herbert Weh教授提出，这种新型电机的磁通路径与传统径向磁通电机区别较大，其磁通路径的走向为由转子左侧的永磁体经由气隙、左侧定子齿、定子轭部、右侧定子齿，再经由气隙到转子右侧的永磁体再至转子轭部到左侧的永磁体形成闭合回路。横向磁通电机的绕组也与传统的径向磁通电机和轴向磁通电机的不同，其为集中式环形绕组。正是由于这些独特之处，横向磁通电机比较适合高转矩低转速驱动场合，如舰船驱动等。而横向磁通电机的主要缺点在于由于需要三维磁通路径使得电机的制造工艺较为复杂，另外由于其漏磁现象较为严重使得电机的总电感较高。随着新型软磁复合材料的出现和特性的逐步提高，制造横向磁通电机的工艺能够得到大大的简化。经过二十多年的发展，国内外的科研工作者们已经设计并制造出各种各样的横向磁通电机。轴向磁通电机的优势在于其特别适合直径轴长比较大的场合。轴向磁通电机的结构形式非常多变，就拓扑结构而言有双定子单转子、双转子单定子、单定子单转子、多定子多转子等，就定子和绕组或者转子的结构而言，其有无铁芯结构，无槽铁芯，有槽铁芯，跨绕在定子齿部的绕组，跨绕在定子轭部的绕组，分布式绕组，集中式绕组，表面贴转子，聚磁式转子等。轴向磁通电机的制造主要有硅钢片卷制而成。而随着新型材料的发展，其也可以使用非晶合金材料、取向性硅钢片或者软磁复合材料进行制造。相比于横向磁通电机和轴向磁通电机，径向磁通电机的研究最为成熟。