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电动机的工作原理及分类

2020-02-21 01:27

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  展开全部电动机的工作原理:电机的形式很多,但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此,其构造的一般原则是:用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换的目的。三相异步电机是感应电机,定子通入电流以后,部分磁通穿过短路环,并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化,致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差,从而形成旋转磁场。通电启动后,转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流,即旋转磁场与转子存在相对转速,并与磁场相互作用产生电磁转矩,使转子转起来,实现能量变换。

  根据电动机工作电源的不同,可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

  根据电动机按结构及工作原理的不同,可分为直流电动机,异步电动机和同步电动机。

  4.异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

  4.直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

  5.按起动与运行方式分类根据电动机按起动与运行方式不同,可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

  驱动用电动机又分为电动工具(包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具)用电动机、家电(包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等)用电动机及其它通用小型机械设备(包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等)用电动机。

  7.按转子的结构分类根据电动机按转子的结构不同,可分为鼠笼型感应电动机(旧标准称为鼠笼型异步电动机)和绕线转子感应电动机(旧标准称为绕线.按运转速度分类根据电动机按运转速度不同,可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

  低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。

  调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外,还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。

  推荐于2018-02-12展开全部电动机也称电机(俗称马达),在电路中用字母“M”(旧标准用“D”)表示。它的主要作用是产生驱动转矩,作为用电器或各种机械的动力源。(一)电动机的种类

  1.按工作电源分类 根据电动机工作电源的不同,可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

  2.按结构及工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为直流电动机,异步电动机和同步电动机。

  异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

  直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、双行程电机并励直流电动机、他励直流电动机和复

  励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

  3.按起动与运行方式分类 电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

  驱动用电动机又分为电动工具(包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具)用电动机、家电(包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等)用电动机及其它通用小型机械设备(包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等)用电动机。

  5.按转子的结构分类 电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机(旧标准称为鼠笼型异步电动机)和绕线转子感应电动机(旧标准称为绕线.按运转速度分类 电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

  低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。

  调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无极变速电动机外,还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。

  直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机,广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表动玩具等。

  1.电磁式直流电动机 电磁式直流电动机由定子磁极、转子(电枢)、换向器(俗称整流子)、电刷、机壳、轴承等构成,

  电磁式直流电动机的定子磁极(主磁极)由铁心和励磁绕组构成。根据其励磁(旧标准称为激磁)方式的不同又可分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。因励磁方式不同,定子磁极磁通(由定子磁极的励磁线圈通电后产生)的规律也不同。

  串励直流电动机的励磁绕组与转子绕组之间通过电刷和换向器相串联,励磁电流与电枢电流成正比,定子的磁通量随着励磁电流的增大而增大,转矩近似与电枢电流的平方成正比,转速随转矩或电流的增加而迅速下降。其起动转矩可达额定转矩的5倍以上,短时间过载转矩可达额定转矩的4倍以上,转速变化率较大,空载转速甚高(一般不允许其在空载下运行)。可通过用外用电阻器与串励绕组串联(或并联)、或将串励绕组并联换接来实现调速。

  并励直流电动机的励磁绕组与转子绕组相并联,其励磁电流较恒定,起动转矩与电枢电流成正比,起动电流约为额定电流的2.5倍左右。转速则随电流及转矩的增大而略有下降,短时过载转矩为额定转矩的1.5倍。转速变化率较小,为5%~15%。可通过消弱磁场的恒功率来调速。

  他励直流电动机的励磁绕组接到独立的励磁电源供电,其励磁电流也较恒定,起动转矩与电枢电流成正比。转速变化也为5%~15%。可以通过消弱磁场恒功率来提高转速或通过降低转子绕组的电压来使转速降低。

  复励直流电动机的定子磁极上除有并励绕组外,还装有与转子绕组串联的串励绕组(其匝数较少)。串联绕组产生磁通的方向与主绕组的磁通方向相同,起动转矩约为额定转矩的4倍左右,短时间过载转矩为额定转矩的3.5倍左右。转速变化率为25%~30%(与串联绕组有关)。转速可通过消弱磁场强度来调整。

  电刷与换向器滑动接触,为转子绕组提供电枢电流。电磁式直流电动机的电刷一般采

  转子的铁心采用硅钢片叠压而成,一般为12槽,内嵌12组电枢绕组,各绕组间串联接后,再分别与12片换向片连接。

  定子磁极采用永磁体(永久磁钢),有铁氧体、铝镍钴、钕铁硼等材料。按其结构形式可分为圆筒型和瓦块型等几种。录放机中使用的电多数为圆筒型磁体,而电动工具及汽车用电器中使用的电动机多数采用专块型磁体。图18-12是两种永磁体的磁路示意图。

  转子一般采用硅钢片叠压而成,较电磁式直流电动机转子的槽数少。录放机中使用的小功率电动机多数为3槽,较高档的为5槽或7槽。漆包线绕在转子铁心的两槽之间(三槽即有三个绕组),其各接头分别焊在换各器的金属片上。电刷是连接电源与转子绕组的导电部件,具备导电与耐磨两种性能。永磁电动机的电刷使用单性金属片或金属石墨电刷、电化石墨电刷。

  3.无刷直流电动机 无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的,即用电子开关器件代替传统的接触式换向

  器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点,广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。

  无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成,如图18-13所示。位置传感按转子位置的变化,沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流(即检测转子磁极相对定子绕组的位置,并在确定的位置处产生位置传感信号,经信号转换电路处理后去控制功率开关电路,按一定的逻辑关系进行绕组电流切换)。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。

  采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机,其磁敏传感器件(例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等)装在定子组件上,用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。

  采用光电式位置传感器的无刷直流电动机,在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件,转子上装有遮光板,光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时,由于遮光板的作用,定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。

  采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机,是在定子组件上安装有电磁传感器部件(例如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等),当永磁体转子位置发生变化时,电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号(其幅值随转子位置而变化)。

  展开全部电动机是一种把电能转变为机械能的机械。它的基本原理是利用带电导体和磁场间的相互作用而把电能变为机械能。电动机结构主要包括两部分:转子和定子。转子为电动机的旋转部分,由转轴座组成,导体绕组的排列方式决定电动机的类型及其特性。电动机是把电能转换成机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中,电动机被广泛地应用着。随着工业自动化程度不断提高,需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的元件,人造卫星的自动控制系统中,电机也是不可缺少的。此外在国防、文教、医疗及日常生活中(现代化的家电工业中)电动机也愈来愈广泛地应用起来。

  一般电动机主要由两部分组成:固定部分称为定子,旋转部分称为转子。另外还有端盖、风扇、罩壳、机座、接线盒等。

  电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电路欧姆定律、和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转,磁极的磁力线切割转子导条,导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的,假如磁极不动,转子导条沿逆时针方向旋转,则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下,闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用,而使转子导条受到电磁力(安培力),电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩,转子就转动起来。伺服电动机伺服电动机广泛应用于各种控制系统中,能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量,拖动被控制元件,从而达到控制目的。伺服电动机有直流和交流之分;最早的伺服电动机是一般的直流电动机,在控制精度不高的情况下,才采用一般的直流电机做伺服电动机。目前的直流伺服电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场控制,但通常采用电枢控制。旋转电机的分类,直流伺服电动机在机械特性上能够很好的满足控制系统的要求,但是由于换向器的存在,存在许多的不足:换向器与电刷之间易产生火花,干扰驱动器工作,不能应用在有可燃气体的场合;电刷和换向器存在摩擦,会产生较大的死区;结构复杂,维护比较困难。交流伺服电动机本质上是一种两相异步电动机,其控制方法主要有三种:幅值控制、相位控制和幅相控制。一般地,伺服电动机要求电动机的转速要受所加电压信号的控制;转速能够随着所加电压信号的变化而连续变化;电动机的反映要快、体积要小、控制功率要小。伺服电动机主要应用在各种运动控制系统中,尤其是随动系统。2.2 步进电动机所谓步进电动机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构;更通俗一点讲:当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量,从而达到精确定位的目的;同时还可以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。目前,比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机(VR)、永磁式步进电动机(PM)、混合式步进电动机(HB)和单相式步进电动机等。步进电动机和普通电动机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式,正是这个特点,步进电动机可以和现代的数字控制技术相结合。但步进电动机在控制精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统闭环控制的直流伺服电动机;所以主要应用在精度要求不是特别高的场合。由于步进电动机具有结构简单、可靠性高和成本低的特点,所以步进电动机广泛应用在生产实践的各个领域;尤其是在数控机床制造领域,由于步进电动机不需要A/D转换,能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移,所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。除了在数控机床上的应用,步进电机也可以用在其他的机械上,比如作为自动送料机中的马达,作为通用的软盘驱动器的马达,也可以应用在打印机和绘图仪中。此外,步进电动机也存在许多缺陷;由于步进电机存在空载启动频率,所以步进电机可以低速正常运转,但若高于一定速度时就无法启动,并伴有尖锐的啸叫声;不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大,细分数越大精度越难控制;并且,步进电机低速转动时有较大的振动和噪声。2.3 力矩电动机所谓的力矩电动机是一种扁平型多极永磁直流电动机。其电枢有较多的槽数、换向片数和串联导体数,以降低转矩脉动和转速脉动。力矩电动机有直流力矩电动机和交流力矩电动机两种。其中,直流力矩电动机的自感电抗很小,所以响应性很好;其输出力矩与输入电流成正比,与转子的速度和位置无关;它可以在接近堵转状态下直接和负载连接低速运行而不用齿轮减速,所以在负载的轴上能产生很高的力矩对惯性比,并能消除由于使用减速齿轮而产生的系统误差。交流力矩电动机又可以分为同步和异步两种,目前常用的是鼠笼型异步力矩电动机,它具有低转速和大力矩的特点。一般地,在纺织工业中经常使用交流力矩电动机,其工作原理和结构和单相异步电动机的相同,但是由于鼠笼型转子的电阻较大,所以其机械特性较软。2.4 开关磁阻电动机开关磁阻电动机是一种新型调速电动机,结构极其简单且坚固,成本低,调速性能优异,是传统控制电动机强有力竞争者,具有强大的市场潜力。2.5 无刷直流电动机无刷直流电机(BLDCM)是在有刷直流电动机的基础上发展来的,但它的驱动电流是不折不扣的交流;无刷直流电机又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。一般地,无刷电机的驱动电流有两种,一种是梯形波(一般是“方波”),另一种是正弦波。有时候把前一种叫直流无刷电机,后一种叫交流伺服电机,确切地讲是交流伺服电动机的一种。无刷直流电机为了减少转动惯量,通常采用“细长”的结构。无刷直流电机在重量和体积上要比有刷直流电机小的多,相应的转动惯量可以减少40%—50%左右。由于永磁材料的加工问题,致使无刷直流电机一般的容量都在100kW以下。这种电动机的机械特性和调节特性的线性度好,调速范围广,寿命长,维护方便噪声小,不存在因电刷而引起的一系列问题,所以这种电动机在控制系统中有很大的应用潜力。3 功率电动机3.1 直流电动机直流电动机是出现最早的电动机,大约在19世纪末,其大致可分为有换向器和无换向器两大类。直流电动机有较好的控制特性直流电动机在结构、价格、维护方面都不如交流电动机,但是由于交流电动机的调速控制问题一直未得到很好的解决方案,而直流电动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点,所以目前直流电动机的应用仍然很广泛,尤其在可控硅直流电源出现以后。3.2 异步电动机异步电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩而实现能量转换的一种交流电机。异步电动机一般为系列产品,品种规格繁多,其在所有的电动机中应用最为广泛,需量最大;目前,在电力传动中大约有90%的机械使用交流异步电动机,所以,其用电量约占总电力负荷的一半以上。异步电动机具有结构简单,制造、使用和维护方便,运行可靠以及质量较小,成本较低等优点。并且,异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性,从空载到满载范围内接近恒速运行,能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电动机主要广泛应用于驱动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加工机械等大多数工农生产机械以及家用电器和医疗器械等。在异步电动机中较为常见的是单相异步电动机和三相异步电动机,其中三相异步电动机是异步电动机的主体。而单相异步电动机一般用于三相电源不方便的地方,大部分是微型和小容量的电机,在家用电器中应用比较多,例如电扇、电冰箱、空调、吸尘器等。3.3 同步电动机所谓同步电动机就是在交流电的驱动下,转子与定子的旋转磁场同步运行的电动机。同步电动机的定子和异步电动机的完全一样;但其转子有“凸极式”和“隐极式”两种。凸极式转子的同步电动机结构简单、制造方便,但是机械强度较低,适用于低速运行场合;隐极式同步电动机制造工艺复杂,但机械强度高,适用于高速运行场合。同步电动机的工作特性与所有的电动机一样,同步电动机也具有“可逆行”,即它能按发电机方式运行,也可以按电动机方式运行。同步电动机主要用于大型机械,如鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机以及小型、微型仪器设备或者充当控制元件;其中三相同步电动机是其主体。此外,还可以当调相机使用,向电网输送电感性或者电容性无功功率。4 信号电机4.1 位置信号电机目前,最有代表性的位置信号电机:旋转变压器、感应同步器和自整角机。旋转变压器本质上是可以随意改变一次绕组和二次绕组耦合程度的变压器。其结构和绕线式异步电动机相同,定子和转子各有两组相互垂直的分布绕组,转子绕组利用滑环和电刷与外电路联接。当一次绕组励磁以后,二次绕组的输出电压和转子的转角成正弦、余弦、线性或者其他函数关系,可以用于计算装置中的坐标变换和三角运算,还可以在控制系统中作为角度数据传输和移相器使用。感应同步器是一种高精度的位置或角度检测元件,有圆盘式和直线式两种。圆盘式感应同步器用来测量转角位置;而直线式感应同步器用来测量线位移。自整角机是一种感应式机电元件,被广泛地应用于随动系统中,作为角度传输、变换和指示的装置。在控制系统中经常两台或者多台联合使用,使机械上互不相连的两根或多根轴能够自动地保持相同的转角变化,或者同步旋转。4.2 速度信号电机最有代表性的速度信号电机是测速发电机,其实质上是一种将转速变换为电信号的机电磁元件,其输出电压与转速成正比。从工作原理上讲,它属于“发电机”的范畴。测速发电机在控制系统中主要作为阻尼元件、微分元件、积分元件和测速元件来使用。测速发电机有直流和交流之分;而直流测速发电机又有他励和永磁之分,其结构和工作原理与小功率直流发电机相同,通常输出功率较小,作为计算元件时要求其输出电压的线性误差和温度误差低于一个上限。而交流测速发电机又有同步和异步之分;同步测速发电机包括:永磁式、感应式和脉冲式;异步测速发电机应用最广泛的是杯型转子异步测速发电机。为了提高测速发电机的精确度和可靠性,目前,直流测速发电机出现了无刷结构的霍尔效应直流测速发电机。因为这种霍尔效应无刷直流测速发电机是一种无齿槽、无绕组的电机,所以它不会产生由于齿槽而存在的“齿槽谐波电势”,这种电机结构简单,便于小型化。

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关键词: 双行程电机