電機基礎知識

電機基礎知識一、電機定義電機〔英文：Electricmachinery，俗稱“馬達〞〕是指依據電磁感應定律實現(xiàn)電能轉換或傳遞的一種電磁裝置。在電路中用字母M〔舊標準用D〕表示。電機的五大性能指標：啟動轉矩、啟動電流、效率、功率因數(shù)和繞組溫升。效率：是指電動機輸出機械功率與輸入電功率之比，通常用百分比表示。啟動轉矩：是指電機剛通電還沒有轉起來的時候電機軸輸出的扭矩。額定轉矩：是指電機正常工作時候的扭矩。功率因數(shù)：電動機輸入有效功率與實際功率之比。電磁直流電動機永磁直流電動機無刷直流電動機

電動機直流電動機交流電動機有刷直流電動機單相電動機三相電動機稀土永磁直流電動機鐵氧體永磁直流電動機鋁鎳鈷永磁直流電動機串勵直流電動機并勵直流電動機他勵直流電動機復勵直流電動機二、電動機種類1、按工作電源種類劃分

1電動機直流電動機同步電動機異步電動機

磁滯同步電動機永磁同步電動機磁阻同步電動機感應電動機交流換向器電動機三相異步電動機單相異步電動機罩極異步電動機2、按構造和工作原理劃分推斥電動機單相串勵電動機交直流兩用電動機2電動機電容起動式單相異步電動機電容運轉式單相異步電動機電容起動運轉式單相異步電動機分相式單相異步電動機電動機驅動用電動機控制用電動機電開工具用電動機家電用電動機通用小型機械設備用電動機

步進電動機伺服電動機3.起動與運行方式劃分5.按用途劃分4、按轉子的構造劃分電動機鼠籠型異步電動機繞線型異步電動機3電動機低速電動機高速電動機恒速電動機調速電動機齒輪減速電動機電磁減速電動機力矩電動機爪極同步電動機有級恒速電動機無級恒速電動機有級變速電動機無級變速電動機電磁調速電動機直流調速電動機PWM變頻調速電動機開關磁阻調速電動機6、按運轉速度劃分返回三、常見電動機講解1、無刷直流電動機〔BLDC〕構造和原理2、永磁直流電動機3、電磁直流電動機按勵磁方式分類4、異步電機的工作原理5、同步電動機無刷直流電動機是采用半導體開關器件來實現(xiàn)電子換向的，如圖1所示,即用電子開關器件代替?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，廣泛應用于高檔錄音座、錄像機、電子儀器及自動化辦公設備中。無刷直流電動機由永磁體轉子、多極繞組定子、位置傳感器等組成，如圖2所示。位置傳感按轉子位置的變化，沿著一定次序對定子繞組的電流進展換流〔即檢測轉子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產生位置傳感信號，經信號轉換電路處理后去控制功率開關電路，按一定的邏輯關系進展繞組電流切換〕。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關電路提供。1.無刷直流電動機〔BLDC〕構造和原理圖1圖2無刷DC電機具有永磁轉子和繞線定子。并且，無刷DC電機可以分為2類：一類具有外部旋轉磁鐵，另一類那么具有內部旋轉磁體。在無刷DC電機中，感應線圈〔相位〕的位置〔對于恒定磁場而言〕，受通過電流所產生的感應磁場,而切換〔轉換〕到適當?shù)南辔??；魻栃獋鞲衅魍ǔＳ糜诟袘D子的位置。另外，也可以采用無傳感器方法。返回2、永磁直流電動機F=BILB—磁通密度;L—通電導體長度；I—導體中電流；F方向—左手定那么如下圖，電刷A,B上加上直流電源，便形成直流電動機的物理模型這個實現(xiàn)線圈abcd中便有電流通過。其方向為從a到d，線圈中電流I與磁場作用，產生電磁力f=BIL，電樞再次電磁力的作用下旋轉起來，進而帶動生產機械的運轉。力的方向由左手定那么判定，圖示時刻，電流從a到d，那么ab段所受電磁力的方向為從右向左，電樞逆時針方向旋轉。當電樞轉過180度時，外部電路的電流I不變，線圈中的電流方向為從d到a，此時電磁力方向不變，電機沿恒定方向旋轉。永磁式直流電動機也由定子磁極、轉子、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

定子包含2個或多個永磁極片。轉子包含通過電刷與電壓源相連的繞組和機械換向器。吸引通電繞組的相反極性和定子磁鐵，轉子就會旋轉，直到與定子對齊為止。轉子一與定子對齊，電刷就會跨過換向器接點，并且給下一個繞組通電，從而產生連續(xù)轉動。電機的速度與施加在其上的電壓成正比。顛倒電機連接方向，轉向也會改變。返回3、電磁直流電動機按勵磁方式分類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成。根據其勵磁〔舊標準稱為激磁〕方式的不同又可分為他勵直流電動機、并勵直流電動機、串勵直流電動機和復勵直流電動機。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生〕的規(guī)律也不同。返回旋轉磁場〔1〕．產生 圖3表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差120°的規(guī)律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。那么三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產生旋轉磁場(圖4)?！?〕．旋轉磁場的方向旋轉磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，假設想改變旋轉磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調即可。這時，轉子的旋轉方向也跟著改變。

圖4旋轉磁場的形成圖3三相異步電動機定子接線 當=0°時，AX繞組中無電流；為負，BY繞組中的電流從Y流入B1流出；為正，CZ繞組中的電流從C流入Z流出；由右手螺旋定那么可得合成磁場的方向如圖4〔a〕所示。當=120°時，，BY繞組中無電流；為正，AX繞組中的電流從A流入X流出；為負，CZ繞組中的電流從Z流入C流出；由右手螺旋定那么可得合成磁場的方向如圖4〔b〕所示。 當=240°時，CZ繞組中無電流；為負，AX繞組中的電流從X流入A流出；為正，BY繞組中的電流從B流入Y流出；由右手螺旋定那么可得合成磁場的方向如圖4〔c〕所示。 可見，當定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產生的合成磁場也不斷地旋轉，因此稱為旋轉磁場。

圖3三相異步電動機定子接線(1)當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生的三相磁動勢〔定子旋轉磁動勢〕并產生旋轉磁場。(2)該旋轉磁場與轉子導體有相對切割運動,根據電磁感應原理,轉子導體產生感應電動勢并產生感應電流?！?〕根據電磁力定律，載流的轉子導體在磁場中受到電磁力作用，形成電磁轉矩，驅動轉子旋轉，當電動機軸上帶機械負載時，便向外輸出機械能。4、異步電機的工作原理三相異步電機利用將電能轉化成機械能的感應原理。導線被置于電磁場內，受力的影響會讓它穿過磁場。在AC感應電機中，磁場被置于固定局部〔定子〕內。受電磁力影響的導體位于轉子內。定子通常由3個成120電角度的相位繞組組成。通入三相交流電時，它們會在轉子的導線內產生電流。定子產生的磁場的相互作用和轉子內的載流導線使得轉子被定子磁場“拖〞轉。返回

異步電機是一種交流電機，其負載時的轉速與所接電網的頻率之比不是恒定關系。還隨著負載的大小發(fā)生變化。負載轉矩越大，轉子的轉速越低。異步電機包括感應電機、雙饋異步電機和交流換向器電機。感應電機應用最廣，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應電機為異步電機。1．單相異步電動機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，槽內嵌裝兩套空間互隔90°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，輔繞組串接離心開關S或起動電容、運行電容等之后，再接入電源。轉子為籠型鑄鋁轉子，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)，使轉子導條短路成鼠籠型。分相電動機定子繞組示意圖單相凸極式罩極異步電動機構造示意圖假設轉子的逆時針方向為正方向，看以下圖，那么轉子對正向磁場的轉差率為S+=〔n1-n〕/n1轉子對反向磁場的轉差率為S-=〔n1-〔-n〕〕/n1=2-S+0<S+<1時，T+為驅動電磁轉矩,T-為制動轉矩且T+>|T-|;0<S-<1時，T-為驅動電磁轉矩,T+為制動轉矩且|T-|>T+;S+=1時，T+=T-合成轉矩為0。

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、單相電容運轉異步電動機和單相雙值電容異步電動機單相異步電動機的T-s曲線返回三相異步電動機三相異步電動機的構造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、單層同心式和單層穿插式三種構造〕。定子繞組成接入三相交流電源后，繞組電流產生的旋轉磁場，在轉子導體中產生感應電流，轉子在感應電流和氣隙旋轉磁場的相互作用下，又產生電磁轉柜〔即異步轉柜〕，使電動機旋轉。鼠籠型異步電動機繞線型異步電動機1、永磁同步〔PMSM〕模擬構造圖rrggbbNS⊙⊙⊙⊕⊕ACBZYX⊕五、同步電動機實物構造圖

霍爾傳感器定子繞組轉子磁鐵定子定子繞組一般制成多相〔三、四、五相不等〕，通常為三相繞組。三相繞組沿定子鐵心對稱分布，在空間互差120度電角度，通入三相交流電時，產生旋轉磁場。轉子轉子采用永磁體，目前主要以釹鐵硼作為永磁材料。采用永磁體簡化了電機的構造，提高了可靠性，又沒有轉子銅耗，提高電機的效率。PMSM按轉子永磁體的構造可分為兩種〔1〕外表貼裝式〔SM-PMSM〕直交軸電感Ld和Lq一樣氣隙較大，弱磁能力小，擴速能力受到限制〔2〕內埋式〔IPMSM〕交直軸電感:Lq>Ld氣隙較小，有較好的弱磁能力返回2、磁阻式同步電動機

磁阻同步電動機又稱為反響式同步電動機，這種電機的轉子本身沒有磁性，只是利用磁場中可移動部件企圖使磁路磁阻最小的原理，依靠轉子兩個正交方向磁阻的不同而產生轉矩，這種轉矩稱為磁阻轉矩或反響轉矩。磁阻同步電動機由于構造簡單，本錢低廉，獲得了較為廣泛的應用。磁阻同步電動機有單相的和三相的，功率從幾瓦到幾百瓦。一、根本構造二、工作原理磁阻式同步電機構造圖返回3、磁滯同步電動機磁滯同步電動機的轉子是用硬磁材料做成的，這種硬磁材料具有比較寬的磁滯回環(huán)，其剩磁密度Br和矯頑力Hc要比軟磁材料大，如圖5-12所示。磁滯電動機的主要優(yōu)點是構造簡單，運轉可靠，起動轉矩大，不需要裝任何起動裝置就能平穩(wěn)地牽入同步。目前，磁滯同步電動機主要應用于無線電通訊、自動記錄、及遙控裝置等，其中50W以下小功率的應用最為廣泛。一、根本構造二、工作原理總結回憶1、無刷直流電動機〔BLDC〕構造和原理2、永磁直流電動機3、電磁直流電動機按勵磁方式分類4、異步電機的工作