機及電機學(xué)概念共13

1、機及電機學(xué)概念（ electric machine and electric machine theory concept）電機定義 ：是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝 置。電動機也稱電機（俗稱馬達），在電路中用字母“ M （舊標準用“ D）表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機械的動力源。以下介紹的電動機為家用電器或電子產(chǎn)品中使用的小功率電動機，即所 謂的微電機。 編輯本段 電動機的種類1按工作電源分類 根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和 交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。2按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直

2、流電動機， 異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同布電動 機。錯別字！是同步，不是同布 異步電動機可分為感應(yīng)電動機和交流換向器電動機。感應(yīng)電動機又分為 三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機等。交流換向器電動機 又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。直流電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動 機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復(fù)勵直流 電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動 機和鋁鎳鈷永磁直流電動

3、機。3按起動與運行方式分類 電動機按起動與運行方式可分為電容起動式 單相異步電動機、電容運轉(zhuǎn)式單相異步電動機、電容起動運轉(zhuǎn)式單相異步電 動機和分相式單相異步電動機。4按用途分類 電動機按用途可分為驅(qū)動用電動機和控制用電動機。驅(qū)動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、 擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄 音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風(fēng)、電動剃須刀等）用電動 機及其它通用小型機械設(shè)備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電 子儀器等）用電動機?？刂朴秒妱訖C又分為步進電動機和伺服電動機等。5按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類 電動機按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為

4、籠型感應(yīng)電動機（舊 標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機（舊標準稱為繞線型異 步電動機）。6按運轉(zhuǎn)速度分類 電動機按運轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機、 低速電動機、 恒速電動機、調(diào)速電動機。低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪 極同步電動機等。調(diào)速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動 機和無級變速電動機外，還可分為電磁調(diào)速電動機、直流調(diào)速電動機、 PWM 變頻調(diào)速電動機和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機。異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。同步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負載大小無關(guān)而始終保持為同步轉(zhuǎn)速。 編輯本 段 一. 直流電動機直流電動機是依靠直流

5、工作電壓運行的電動機，廣泛應(yīng)用于收錄機、錄 像機、影碟機、電動剃須刀、電吹風(fēng)、電子表、玩具等。1電磁式直流電動機 電磁式直流電動機由定子磁極、轉(zhuǎn)子（電樞） 、換 向器（俗稱整流子） 、電刷、機殼、軸承等構(gòu)成，電磁式直流電動機的定子磁極（主磁極）由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成。根據(jù) 其勵磁（舊標準稱為激磁）方式的不同又可分為串勵直流電動機、并勵直流 電動機、他勵直流電動機和復(fù)勵直流電動機。因勵磁方式不同，定子磁極磁 通（由定子磁極的勵磁線圈通電后產(chǎn)生）的規(guī)律也不同。串勵直流電動機的勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間通過電刷和換向器相串聯(lián)， 勵磁電流與電樞電流成正比，定子的磁通量隨著勵磁電流的增大而增大，轉(zhuǎn) 矩近似與電

6、樞電流的平方成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩或電流的增加而迅速下降。其 起動轉(zhuǎn)矩可達額定轉(zhuǎn)矩的 5倍以上，短時間過載轉(zhuǎn)矩可達額定轉(zhuǎn)矩的 4倍以上， 轉(zhuǎn)速變化率較大，空載轉(zhuǎn)速甚高（一般不允許其在空載下運行） 。可通過用外 用電阻器與串勵繞組串聯(lián)（或并聯(lián)） 、或?qū)⒋畡罾@組并聯(lián)換接來實現(xiàn)調(diào)速。并勵直流電動機的勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組相并聯(lián)，其勵磁電流較恒定，起 動轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比， 起動電流約為額定電流的 2.5 倍左右。 轉(zhuǎn)速則隨電 流及轉(zhuǎn)矩的增大而略有下降， 短時過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 1.5 倍。轉(zhuǎn)速變化率 較小，為 5%15%?？赏ㄟ^消弱磁場的恒功率來調(diào)速。他勵直流電動機的勵磁繞組接到獨立的勵磁電源供電，其勵

7、磁電流也較 恒定，起動轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。轉(zhuǎn)速變化也為5%15%?？梢酝ㄟ^消弱磁場恒功率來提高轉(zhuǎn)速或通過降低轉(zhuǎn)子繞組的電壓來使轉(zhuǎn)速降低。復(fù)勵直流電動機的定子磁極上除有并勵繞組外，還裝有與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián) 的串勵繞組 （其匝數(shù)較少） 。串聯(lián)繞組產(chǎn)生磁通的方向與主繞組的磁通方向相 同，起動轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的 4倍左右，短時間過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 3.5 倍 左右。轉(zhuǎn)速變化率為 25%30%（與串聯(lián)繞組有關(guān)） 。轉(zhuǎn)速可通過消弱磁場強度 來調(diào)整。換向器的換向片使用銀銅、鎘銅等合金材料，用高強度塑料模壓成。 電 刷與換向器滑動接觸，為轉(zhuǎn)子繞組提供電樞電流。電磁式直流電動機的電刷 一般采用金屬石墨電刷或電化

8、石墨電刷。 轉(zhuǎn)子的鐵心采用硅鋼片疊壓而成， 一般為 12槽，內(nèi)嵌 12組電樞繞組，各繞組間串聯(lián)接后，再分別與12片換向片連接。 編輯本段 1永磁式直流電動機永磁式直流電動機也由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成，定子磁極 采用永磁體（永久磁鋼） ，有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。按其結(jié)構(gòu)形式 可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。錄放機中使用的電多數(shù)為圓筒型磁體，而電動工具及汽車用電器中使用的電動機多數(shù)采用專塊型磁體。轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，較電磁式直流電動機轉(zhuǎn)子的槽數(shù)少。錄 放機中使用的小功率電動機多數(shù)為 3槽，較高檔的為 5槽或 7槽。漆包線繞在轉(zhuǎn) 子鐵心的兩槽之間 （三槽即有三個繞組） ，其各接

9、頭分別焊在換各器的金屬片 上。電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，具備導(dǎo)電與耐磨兩種性能。永 磁電動機的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。錄放機中使用的永磁式直流電動機，采用電子穩(wěn)速電路或離心式穩(wěn)速裝置。 編輯本段 2無刷直流電動機無刷直流電動機是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來實現(xiàn)電子換向的，即用電子開 關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機 械噪聲低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機、電子儀器及自動化辦公 設(shè)備中。無刷直流電動機由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成，如 圖18-13 所示。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化， 沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流 進行

10、換流（即檢測轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位 置傳感信號，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān) 系進行繞組電流切換） 。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開 關(guān)電路提供。位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。 采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機，其磁敏傳感器件（例如霍爾 元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐返龋┭b在定子 組件上，用來檢測永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場變化。采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機，在定子組件上按一定位置配 置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)時，由于遮光板的作用

11、，定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生 脈沖信號。采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件（例如耦合變壓器、接近幵關(guān)、L皆振電路等），當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號（其幅值隨轉(zhuǎn)子 位置而變化） 。 編輯本段 二. 交流異步電動機交流異步電動機是領(lǐng)先交流電壓運行的電動機，廣泛應(yīng)用于電風(fēng)扇、電 冰箱、洗衣機、空調(diào)器、電吹風(fēng)、吸塵器、油煙機、洗碗機、電動縫紉機、 食品加工機等家用電器及各種電動工具、小型機電設(shè)備中。交流電異步電動機分為感應(yīng)電動機和交流換向器電動機。感應(yīng)電動機又 分為單相異步電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。電

12、機的轉(zhuǎn)速（定子轉(zhuǎn)速）小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，從而叫為異步電機。它和感應(yīng)電機基本上是相同的。s=（ns-n）ns 。s為轉(zhuǎn)差率，ns為磁場轉(zhuǎn)速，n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?；驹恚?（1）當(dāng)三相異步電機接入三相交流電源時， 三相定子繞組流過 三相對稱電流產(chǎn)生的三相磁動勢（定子旋轉(zhuǎn)磁動勢）并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。（2） 該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對切割運動 , 根據(jù)電磁感應(yīng)原理 , 轉(zhuǎn)子導(dǎo) 體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生感應(yīng)電流。（3）根據(jù)電磁力定律，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用，形成 電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電動機軸上帶機械負載時，便向外輸出機械能。 編輯本段 1單相異步電動機單相異步電動機由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機殼、端

13、蓋等構(gòu)成。定子由機座和帶繞組的鐵心組成。鐵心由硅鋼片沖槽疊壓而成，槽內(nèi)嵌 裝兩套空間互隔 900電角度的主繞組（也稱運行繞組）和輔繞組（也稱起動繞 組成副繞組）。主繞組接交流電源，輔繞組串接離心幵關(guān) S或起動電容、運行 電容等之后，再接入電源。轉(zhuǎn)子為籠型鑄鋁轉(zhuǎn)子，它是將鐵心疊壓后用鋁鑄入鐵心的槽中，并一起 鑄出端環(huán)，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條短路成鼠籠型。單相異步電動機又分為單相電阻起動異步電動機，單相電容起動異步電 動機、單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機和單相雙值電容異步電動機。編輯本段 2三相異步電動機三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與單相異步電動機相似，其定子鐵心槽中嵌裝三 相繞組（有單層鏈式、單層同心式和單層交叉式三種結(jié)構(gòu)

14、） 。定子繞組成接入 三相交流電源后，繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流， 轉(zhuǎn)子在感應(yīng)電流和氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用下，又產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)柜（即異步轉(zhuǎn) 柜），使電動機旋轉(zhuǎn)。編輯本段 3罩極式電動機罩極式電動機是單向交流電動機中最簡單的一種，通常采用籠型斜槽鑄 鋁轉(zhuǎn)子。它根據(jù)定子外形結(jié)構(gòu)的不同，又分為凸極式罩極電動機隱極式罩極 電動機。凸極式罩極電動機的定子鐵心外形為方形、矩形或圓形的磁場框架，磁 極凸出，每個磁極上均有 1個或多個起輔助作用的短路銅環(huán)，即罩極繞組。凸 極磁極上的集中繞組作為主繞組。隱極式罩極電動機的定子鐵心與普通單相電動機的鐵心相同，其定子繞 組采用分布繞組，主繞組分布于

15、定子槽內(nèi)，罩極繞組不用短路銅環(huán)，而是用 較粗的漆包線繞成分布繞組（串聯(lián)后自行短路）嵌裝在定子槽中（約為總槽 數(shù)的1/3 ），起輔助組的作用。主繞組與罩極繞組在空間相距一定的角度。當(dāng)罩極電動機的主繞組通電后，罩極繞組也會產(chǎn)生感應(yīng)電流，使定子磁 極被罩極繞組罩住部分的磁通與未罩部分向被罩部分的方向旋轉(zhuǎn)。 編輯本段 4單相串勵電動機單相串勵電動機的定子由凸極鐵心和勵磁繞組組成，轉(zhuǎn)子由隱極鐵心、 電樞繞組、換向器及轉(zhuǎn)軸等組成。勵磁繞組與電樞繞組之間通過電刷和換向 器形成串聯(lián)回路。圖 18-16 是單向串勵電動機的結(jié)構(gòu)。單相串勵電動機屬于交、 直流兩用電動機， 它既可以使用交流電源工作， 也可以使用直流

16、電源工作。 編輯本段 三 . 交流同步電動機交流同步電動機是一種恒速驅(qū)動電動機，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電源頻率保持恒 定的比例關(guān)系， 被廣泛應(yīng)用于電子儀器儀表、 現(xiàn)代辦公設(shè)備、 紡織機械等。 編輯本段 1永磁同步電動機永磁同步電動機屬于異步啟動永磁同步電動機，其磁場系統(tǒng)由一個或多 個永磁體組成，通常是在用鑄鋁或銅條焊接而成的籠型轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，按所需 的極數(shù)裝鑲有永磁體的磁極。定子結(jié)構(gòu)與異步電動機類似。當(dāng)定子繞組接通電源后，電動機以異步電動機原理起動動轉(zhuǎn)，加速運轉(zhuǎn) 至同步轉(zhuǎn)速時，由轉(zhuǎn)子永磁磁場和定子磁場產(chǎn)生的同步電磁轉(zhuǎn)矩（由轉(zhuǎn)子永 磁磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁場產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩合成）將轉(zhuǎn)子牽入同步， 電動機進

17、入同步運行。磁阻同步電動機 磁阻同步電動機也稱反應(yīng)式同步電動機， 是利用轉(zhuǎn)子交 軸和直軸磁阻不等而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的同步電動機，其定子與異步電動機的定 子結(jié)構(gòu)類似，只是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同。 編輯本段 2磁阻同步電動機同籠型異步電動機演變來的，為了使電動機能產(chǎn)生異步起動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子 還設(shè)有籠型鑄鋁繞阻。轉(zhuǎn)子上開設(shè)有與定子極數(shù)相對應(yīng)的反應(yīng)槽（僅有凸極 部分的作用，無勵磁繞組和永久磁鐵） ，用來產(chǎn)生磁阻同步轉(zhuǎn)矩。根據(jù)轉(zhuǎn)子上 反應(yīng)槽的結(jié)構(gòu)的不同，可分為內(nèi)反應(yīng)式轉(zhuǎn)子、外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子和內(nèi)外反應(yīng)式轉(zhuǎn) 子，其中，外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子反應(yīng)槽開地轉(zhuǎn)子外圓，使其直軸與交軸方向氣隙不 等。內(nèi)反應(yīng)式轉(zhuǎn)子的內(nèi)部開有溝槽，使交軸方向磁通受阻，磁

18、阻加大。內(nèi)外 反應(yīng)式轉(zhuǎn)子結(jié)合以上兩種轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點，直軸與交軸差別較大，使電動機 的力能較大。磁阻同步電動機也分為單相電容運轉(zhuǎn)式、單相電容起動式、單 相雙值電容式等多種類型。 編輯本段 3磁滯同步電動機磁滯同步電動機是利用磁滯材料產(chǎn)生磁滯轉(zhuǎn)矩而工作的同步電動機。它分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式磁滯同步電動機、外轉(zhuǎn)子式磁滯同步電動機和單相罩極式磁滯 同步電動機。內(nèi)轉(zhuǎn)子式磁滯同步電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為隱極式，外觀為光滑的圓柱體， 轉(zhuǎn)子上無繞組，但鐵心外圓上有用磁滯材料制成的環(huán)狀有效層。定子繞組接通電源后，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場使磁滯轉(zhuǎn)子產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩而起動 旋轉(zhuǎn)，隨后自行牽入同步運轉(zhuǎn)狀態(tài)。在電動機異步運行時，定子旋轉(zhuǎn)磁場以 轉(zhuǎn)差

19、頻率反復(fù)地磁化轉(zhuǎn)子；在同步運行時，轉(zhuǎn)子上的磁滯材料被磁化而出現(xiàn) 了永磁磁極，從而產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩。軟啟動器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動機定 子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機時， 晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動機 工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過 流跳閘。待電機達到額定轉(zhuǎn)數(shù)時，啟動過程結(jié)束，軟啟動器自動用旁路接觸 器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動機正常運轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘 管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了 諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電 壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。直流電機的工作原理一. 直流電機的物理模型圖解釋第 10 頁縊組線圈4S第 13 頁這是分析直流電機的物理模型圖。其中，固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。（其中2個小圓圈是為了方便表示該位置上的導(dǎo)體電勢或電流的 方向而設(shè)置的）上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止