電動機(jī)保護(hù)器

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　　電動機(jī)保護(hù)器的作用是給電機(jī)全面的保護(hù)控制，在電機(jī)出現(xiàn)過流、欠流、斷相、堵轉(zhuǎn)、短路、過壓、欠壓、漏電、三相不平衡、過熱、接地、軸承磨損、定轉(zhuǎn)子偏心時、繞組老化予以報警或保護(hù)控制。

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　　主要種類

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　?。ㄒ唬崂^電器是五十年代初引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)開發(fā)的金屬片機(jī)械式電動機(jī)過載保護(hù)器。它在保護(hù)電動機(jī)過載方面具有反時限性能和結(jié)構(gòu)簡單的特點。但存在功能少，無斷相保護(hù)，對電機(jī)發(fā)生通風(fēng)不暢，掃膛、堵轉(zhuǎn)、長期過載；頻繁啟動等故障不起保護(hù)作用。這主要是因為熱繼電器動作曲線和電動機(jī)實際保護(hù)曲線不一致，失去了保護(hù)作用。且重復(fù)性能差，大電流過載或短路故障后不能再次使用，調(diào)整誤差大、易受環(huán)境溫度的影響誤動或拒動，功耗大、耗材多、性能指標(biāo)落后等缺陷。

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　?。ǘ囟壤^電器是采用雙金屬片制成的盤式或其他形式的繼電器，具有結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠，保護(hù)范圍廣泛等優(yōu)點，但動作緩慢，返回時間長，3KW以上的三角形接法電動機(jī)不宜使用。如今在電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)壓縮機(jī)等方面大量使用。

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　　溫度繼電器與熱繼電器不同。溫度繼電器是裝在電動機(jī)內(nèi)部，靠溫度變化時期動作的。而熱繼電器裝在動力線上，靠電流熱效應(yīng)動作的。

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　　（三）電子式電動機(jī)保護(hù)器已由晶體管發(fā)展到集成電路至今已發(fā)展到微處理芯片厚模電路，從功能上一般分為斷相保護(hù)、綜合保護(hù)（多功能保護(hù)）、溫度保護(hù)和智能保護(hù)。此類保護(hù)器具有節(jié)能、動作靈敏、精確度高、耐沖擊振動，重復(fù)性好、保護(hù)功能齊全、功耗小等優(yōu)點。

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　　1.電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）是以檢測線電流的變化（包括采取、正序、負(fù)序、零序和過流）為原則，可檢測斷相或過載信號。除具有斷相保護(hù)功能外，還具有過負(fù)荷、堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能。

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　　2.智能保護(hù)：集保護(hù)、遙測、通訊、遙控與一體的電動機(jī)保護(hù)裝置，對電動機(jī)發(fā)生斷相、過載、短路、欠壓、過壓和漏電等故障時實現(xiàn)保護(hù)，還具有電流電壓顯示，時間控制，軟件自診斷，來電自恢復(fù)，自啟動順序，故障記憶，自瑣和遠(yuǎn)傳報警，顯示故障時的電流、電壓故障前后用代號閃爍示警，配置RS485通訊接口，實現(xiàn)計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。同時可監(jiān)控、監(jiān)測256臺電動機(jī)工作等功能。

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　　（四）電動機(jī)保護(hù)器在國民經(jīng)濟(jì)和節(jié)能事業(yè)中的重要意義

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　　電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件。是跨行業(yè)、量大面廣、節(jié)能效果顯著的節(jié)能機(jī)電產(chǎn)品。幾乎滲透到所有用電領(lǐng)域；是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防建設(shè)及人民生活正常生產(chǎn)和安全工作的重要保證，在國民經(jīng)濟(jì)和節(jié)能事業(yè)中有著不可替代的重要地位和作用。

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　　《中華人民共和國節(jié)約能源法》規(guī)定：“節(jié)能是指加強用能管理，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施，減少從能源生產(chǎn)到消費各個環(huán)節(jié)中的損失和浪費，更加有效、合理地利用能源”；“節(jié)能發(fā)展經(jīng)濟(jì)的一項長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針”。節(jié)能是系統(tǒng)工程。 據(jù)不完全統(tǒng)計，全國運行的1KW-320KW低壓電動機(jī)數(shù)量為6000萬臺，占電網(wǎng)用電量的70%以上，是工農(nóng)業(yè)及商業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的動力設(shè)備。全國每年燒毀電動機(jī)數(shù)量約300萬臺，容量為10億千瓦，每年僅電動機(jī)在燒毀過程中就耗電為數(shù)億度，修理費高達(dá)數(shù)100億元左右，造成停工停產(chǎn)損失竟達(dá)數(shù)100億元。僅上述費用不算，還會造成電機(jī)修理后功率下降，耗電量大，性能變差直接影響企業(yè)正常生產(chǎn)。

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　　注意事項

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　　1．電機(jī)比過去更容易燒毀繞組，是由于絕緣技術(shù)的不斷發(fā)展，在電機(jī)的設(shè)計上既要求增加出力，又要求減小體積，使新型電動機(jī)的熱容量越來越小，過負(fù)荷能力越來越弱；再由于生產(chǎn)自動化程度的提高，要求電動機(jī)經(jīng)常運行在頻繁的起動、制動、正反轉(zhuǎn)以及變負(fù)荷等多種方式，對電動機(jī)保護(hù)裝置提出了更高的要求。另外，電動機(jī)的應(yīng)用面更廣。常工作于環(huán)境極為惡劣的場合，如潮濕、高溫、多塵、腐蝕等場合。再加上電動機(jī)制造上的不規(guī)范，設(shè)備管理上的疏漏。所有這些，造成了如今的電動機(jī)比過去更容易損壞，尤其是過載、短路、缺相、掃膛等故障出現(xiàn)頻率最高

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　　2．傳統(tǒng)的保護(hù)裝置保護(hù)效果不甚理想，是傳統(tǒng)的電機(jī)保護(hù)裝置以熔斷器、熱繼電器為主。熔斷器主要用于短路保護(hù)，熔斷器電流的選擇需考慮電動機(jī)的起動電流，所以單獨使用熔斷器保護(hù)電動機(jī)是不可取的。熱繼電器是應(yīng)用最廣的電機(jī)過載保護(hù)裝置，但熱繼電器靈敏度低、誤差大、穩(wěn)定性差，保護(hù)不可靠。事實也正是這樣，盡管許多設(shè)備安裝了熱繼電器，但電機(jī)損壞而影響正常生產(chǎn)的現(xiàn)象仍普遍存在。傳統(tǒng)的保護(hù)裝置還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)電動機(jī)的機(jī)械磨損監(jiān)測、定轉(zhuǎn)子偏心監(jiān)測的產(chǎn)品。

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　　3、電機(jī)保護(hù)器如今已由過去的機(jī)械式發(fā)展為電子式和智能型，靈敏度高，可靠性高，功能多，調(diào)試方便。可直接顯示電動機(jī)的電流、電壓、溫度等參數(shù)，保護(hù)動作后故障種類一目了然，極大方便了故障的判斷，有利于生產(chǎn)現(xiàn)場的故障處理和縮短恢復(fù)生產(chǎn)時間。另外，根據(jù)電動機(jī)氣隙磁場進(jìn)行電動機(jī)偏心檢測技術(shù)使電動機(jī)磨損狀態(tài)在線監(jiān)測成為可能，通過曲線顯示反映電動機(jī)偏心程度的值的變化趨勢，記錄兩年時間該值的變化情況，可早期發(fā)現(xiàn)軸承故障，做到早發(fā)現(xiàn)，早處理，避免掃膛事故發(fā)生。

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　　3．選用電動機(jī)保護(hù)裝置的目的，既能使電動機(jī)充分發(fā)揮過載能力，又能免于損壞，而且還能提高電力拖動系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。在能滿足保護(hù)要求的情況下首先考慮最簡單保護(hù)裝置，當(dāng)簡單的保護(hù)裝置不能滿足要求時，或?qū)ΡＷo(hù)功能和特性提出更高要求時，才考慮應(yīng)用復(fù)雜的保護(hù)裝置，做到經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)一。具體的功能選擇應(yīng)根據(jù)綜合考慮電動機(jī)的本身的價值、負(fù)載情況、環(huán)境好壞、電動機(jī)的重要程度、退出運行是否對生產(chǎn)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響等因素，力爭做到經(jīng)濟(jì)合理。

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　　4、 理想的電動機(jī)保護(hù)器不是功能最多，也不是所謂最先進(jìn)的，而是應(yīng)該最實用的。那么何為實用呢？實用應(yīng)滿足可靠、經(jīng)濟(jì)、方便等要素，具有較高的性能價格比。那么何為可靠呢？可靠首先應(yīng)滿足功能的可靠，如過電流、斷相功能必須對各種場合、各種過程、各種方式發(fā)生的過電流、斷相均能可靠的動作。其次自身的可靠（既然保護(hù)器是保護(hù)別人的，尤其應(yīng)具有很高的可靠性）必須具有對各種惡劣環(huán)境的適應(yīng)性穩(wěn)定性、耐久性。經(jīng)濟(jì)性：采用先進(jìn)的設(shè)計、合理的結(jié)構(gòu)，專業(yè)化、規(guī)模化的生產(chǎn)，降低產(chǎn)品成本，給用戶帶來極高的經(jīng)濟(jì)效益。方便性：必須在安裝、使用、調(diào)整、接線等方面，盡可能的簡易方便。

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　　選型方法

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　　一、 選型基本原則

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　　如今，市場上電動機(jī)保護(hù)產(chǎn)品沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，型號規(guī)格五花八門。制造廠商為了滿足用戶不同的使用需求派生出很多的系列產(chǎn)品，種類繁多給廣大用戶選型帶來諸多不便，用戶在選型時應(yīng)充分考慮電動機(jī)保護(hù)實際需求，合理選擇保護(hù)功能和保護(hù)方式，才能達(dá)到良好的保護(hù)效果，達(dá)到提高設(shè)備運行可靠性，減少非計劃停車，減少事故損失的目的。

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　　二、選型的基本方法

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　?。ㄒ唬┡c選型有關(guān)的條件：

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　　電機(jī)保護(hù)的選型存在著電動機(jī)與保護(hù)器二者怎樣合理配用關(guān)系，以下提供幾個與保護(hù)有關(guān)的條件、因素，為用戶選型時提供參考。

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　　1、電機(jī)方面：要先了解的型號規(guī)格、電動機(jī)功能特性、防護(hù)型式、額定電壓、額定電流、額定功率、電源頻率、絕緣等級等。這些內(nèi)容基本能給用戶如何正確使用和維護(hù)及選型保護(hù)器提供了參考依據(jù)。

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　　2、環(huán)境條件：主要指常溫、高溫、高寒、腐蝕度、震動度、風(fēng)沙、海拔、電磁污染等。

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　　3、電動機(jī)用途：主要指拖動機(jī)械設(shè)備要求特點，如風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)、車床、油田抽油機(jī)等不同負(fù)載機(jī)械特性。

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　　4、控制系統(tǒng)方面：控制模式有手動、自動、就地控制、遠(yuǎn)程控制、單機(jī)獨立運行、生產(chǎn)線集中控制等情況。啟動方式有直接、降壓、星三角、頻敏變阻器、變頻器、軟起動等啟動方式。

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　　5、其他方面：用戶對現(xiàn)場生產(chǎn)監(jiān)護(hù)管理是比較隨意還是嚴(yán)謹(jǐn)，非正常性的停機(jī)對生產(chǎn)影響的嚴(yán)重程度等。

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　　與保護(hù)器的選用有一定相關(guān)因素的還有很多，如安裝位置、電源情況、與配電系統(tǒng)的配合等；還要考慮是對新購電動機(jī)保護(hù)配置，還是對電動機(jī)保護(hù)升級，還是對事故電動機(jī)保護(hù)的完善等；還要考慮電動機(jī)保護(hù)方式改變的難度和對生產(chǎn)影響程度；需根據(jù)現(xiàn)場實際工作條件綜合考慮保護(hù)器的選型和調(diào)整。

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　?。ǘ╇妱訖C(jī)保護(hù)器的常見類型

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　　1、熱繼電器：普通小容量交流電機(jī)，良好工作條件，不存在頻繁啟動等惡劣工況，由于精度差，可靠性不能保證，不推薦使用。

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　　2、電子型：檢測三相電流值，整定電流值采用電位器旋鈕或拔碼開關(guān)操作，電路一般采用模擬式，采用反時限或定時限工作特性。保護(hù)功能包括過載、缺相、堵轉(zhuǎn)等故障保護(hù)，故障類型采用指示燈顯示，運行電量采用數(shù)碼管顯示。

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　　3、智能型：檢測三相電流值，保護(hù)器使用單片機(jī)，實現(xiàn)電動機(jī)智能化綜合保護(hù)，集保護(hù)、測量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設(shè)定，通過操作面板按鈕來操作，用戶可以根據(jù)自己實際使用要求和保護(hù)情況在現(xiàn)場自行對各種參數(shù)修正設(shè)定，采用數(shù)碼管作為顯示窗口，或采用大屏幕液晶顯示，能支持多種通訊協(xié)議，如ModBUS、ProfiBUS等，價格相對高些，用于較重要場合，如今高壓電動機(jī)保護(hù)均采用智能型。

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　　4、熱保護(hù)型：在電動機(jī)中埋入熱元件，根據(jù)電動機(jī)的溫度進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)效果好，但電動機(jī)容量較大時，需與電流監(jiān)測型配合使用，避免電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時溫度急劇上升，由于測溫元件的滯后性，導(dǎo)致電動機(jī)繞組受損。

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　　5、磁場溫度檢測型：在電動機(jī)中埋入磁場檢測線圈和溫度探頭，根據(jù)電動機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場的變化和溫度的變化進(jìn)行保護(hù)，主要功能包括過載、堵轉(zhuǎn)、缺相、過熱保護(hù)和磨損監(jiān)測，保護(hù)功能完善，缺點是需在電動機(jī)內(nèi)部安裝磁場檢測線圈和溫度傳感器。

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　?。ㄈ?保護(hù)器類型在電動機(jī)工作條件下的選擇

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　　1、對于工作條件要求不高、操作控制簡單，監(jiān)護(hù)、管理比較隨意，停機(jī)對生產(chǎn)影響不大的單機(jī)獨立運行電動機(jī)，可選用普通型保護(hù)器，因普通型保護(hù)器結(jié)構(gòu)簡單，在現(xiàn)場安裝接線、替換、操作簡單、方便，具有性價比高等特點。

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　　2、對于工作條件要求很高，安全性和連續(xù)性又很關(guān)鍵的，而自動化程度高，且需要專人控制、監(jiān)護(hù)、管理，需組網(wǎng)監(jiān)控的MCC系統(tǒng)中，應(yīng)選用中高檔、功能較全的保護(hù)器。

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　　3、對于防爆電機(jī)，由于軸承磨損造成偏心，可能導(dǎo)致防爆間隙處摩擦出現(xiàn)高溫，產(chǎn)生爆炸危險，應(yīng)選擇磨損狀態(tài)監(jiān)測功能。對于大容量高壓潛水泵，由于檢查維護(hù)困難，也應(yīng)選擇磨損狀態(tài)監(jiān)測功能，避免發(fā)生掃膛事故造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

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　　4、應(yīng)用于有防爆要求場所的保護(hù)器，要根據(jù)應(yīng)用現(xiàn)場的具體要求，選用相應(yīng)的防爆型保護(hù)器，避免安全事故發(fā)生。

　　變頻電機(jī)

　　變頻技術(shù)實際是利用電機(jī)控制學(xué)原理，通過所謂的變頻器，對電機(jī)進(jìn)行控制。用于此類控制的電機(jī)叫做變頻電機(jī)。

　　常見的變頻電機(jī)包括：三相異步電機(jī)、直流無刷電機(jī)、交流無刷電機(jī)及開關(guān)磁阻電機(jī)等。

　　變頻電機(jī)的控制原理

　　通常變頻電機(jī)的控制策略為：基速下恒轉(zhuǎn)矩控制、基速以上恒功率控制、超高速范圍弱磁控制。

　　基速：由于電機(jī)運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生反電動勢，而反電動勢的大小通常與轉(zhuǎn)速成正比。因此當(dāng)電機(jī)運轉(zhuǎn)到一定速度時，由于反電動勢大小與外加電壓大小相同，此時的速度稱為基速。

　　恒轉(zhuǎn)矩控制：電機(jī)在基速下，進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩控制。此時電機(jī)的反電動勢E與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。又電機(jī)的輸出功率與電機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速乘積成正比，因此此時電機(jī)功率與轉(zhuǎn)速成正比。

　　恒功率控制：當(dāng)電機(jī)超過基速后，通過調(diào)節(jié)電機(jī)勵磁電流來使電機(jī)的反電動勢基本保持恒定，以此提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速。此時，電機(jī)的輸出功率基本保持恒定，但電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比例下降。

　　弱磁控制：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過一定數(shù)值后，勵磁電流已經(jīng)相當(dāng)小，基本不能再調(diào)節(jié)，此時進(jìn)入弱磁控制階段。

　　電動機(jī)的調(diào)速與控制，是工農(nóng)業(yè)各類機(jī)械及辦公、民生電器設(shè)備的基礎(chǔ)技術(shù)之一。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的驚人發(fā)展，采用“專用變頻感應(yīng)電動機(jī)+變頻器”的交流調(diào)速方式，正在以其卓越的性能和經(jīng)濟(jì)性，在調(diào)速領(lǐng)域，引導(dǎo)了一場取代傳統(tǒng)調(diào)速方式的更新?lián)Q代的變革。它給各行各業(yè)帶來的福音在于：使機(jī)械自動化程度和生產(chǎn)效率大為提高、節(jié)約能源、提高產(chǎn)品合格率及產(chǎn)品質(zhì)量、電源系統(tǒng)容量相應(yīng)提高、設(shè)備小型化、增加舒適性，目前正以很快的速度取代傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速和直流調(diào)速方案。

　　由于變頻電源的特殊性，以及系統(tǒng)對高速或低速運轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)等需求，對作為動力主體的電動機(jī)，提出了苛刻的要求，給電動機(jī)帶來了在電磁、結(jié)構(gòu)、絕緣各方面新的課題。

　　變頻電機(jī)的應(yīng)用

　　變頻調(diào)速目前已經(jīng)成為主流的調(diào)速方案，可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)無級變速傳動。

　　特別是隨著變頻器在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)日益廣泛的應(yīng)用，變頻電機(jī)的使用也日益廣泛起來，可以這樣說由于變頻電機(jī)在變頻控制方面較普通電機(jī)的優(yōu)越性，凡是用到變頻器的地方我們都不難看到變頻電機(jī)的身影。

　　直線電機(jī)

　　機(jī)床上傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī) + 滾珠絲杠”進(jìn)給傳動方式，由于受自身結(jié)構(gòu)的限制 ，在進(jìn)給速度、加速度、快速定位精度等方面很難有突破性的提高， 已無法滿足超高速切削、超精密加工對機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)伺服性能提出的更高要求。直線電機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機(jī)械能，不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動裝置。具有起動推力大、傳動剛度高、動態(tài)響應(yīng)快、定位精度高、行程長度不受限制等優(yōu)點。在機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，采用直線電動機(jī)直接驅(qū)動與原旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動的最大區(qū)別是取消了從電機(jī)到工作臺（拖板）之間的機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，把機(jī)床進(jìn)給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為“零傳動”。正是由于這種“零傳動”方式， 帶來了原旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動方式無法達(dá)到的性能指標(biāo)和優(yōu)點。

　?。?）高速響應(yīng)

　　由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時間常數(shù)較大的機(jī)械傳動件（如絲杠等），使整個閉環(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能大大提高，反應(yīng)異常靈敏快捷。 （2）精度

　　直線驅(qū)動系統(tǒng)取消了由于絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的傳動間隙和誤差，減少了插補運動時因傳動系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機(jī)床的定位精度。

　?。?）動剛度高由于“直接驅(qū)動”，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現(xiàn)象， 同時也提高了其傳動剛度。

　　（4）速度快、加減速過程短

　　由于直線電動機(jī)最早主要用于磁懸浮列車（時速可達(dá)500km/h），所以用在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動中，要滿足其超高速切削的最大進(jìn)給速度（要求達(dá)60～100M/min 或更高）當(dāng)然是沒有問題的。也由于上述“零傳動”的高速響應(yīng)性，使其加減速過程大大縮短。以實現(xiàn)起動時瞬間達(dá)到高速， 高速運行時又能瞬間準(zhǔn)停?？色@得較高的加速度，一般可達(dá)2～10g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

　?。?） 行程長度不受限制在導(dǎo)軌上通過串聯(lián)直線電機(jī)， 就可以無限延長其行程長度。

　?。?）運動動安靜、噪音低。由于取消了傳動絲杠等部件的機(jī)械摩擦，且導(dǎo)軌又可采用滾動導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌（無機(jī)械接觸），其運動時噪音將大大降低。

　　（7）效率高。由于無中間傳動環(huán)節(jié)，消除了機(jī)械摩擦?xí)r的能量損耗，傳動效率大大提高。