【電動機(jī)】電動機(jī)的工作原理 電動機(jī)是如何工作的

電動機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式機(jī)器，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，它主要包括一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子，其導(dǎo)線中有電流通過并受磁場的作用而使轉(zhuǎn)動，這些機(jī)器中有些類型可作電動機(jī)用，也可作發(fā)電機(jī)用。

電動機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，它是利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象制成，分布于各個用戶處，電動機(jī)按使用電源不同分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)（電機(jī)定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。電動機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成。通電導(dǎo)線在磁場中受力運(yùn)動的方向跟電流方向和磁感線（磁場方向）方向有關(guān)。電動機(jī)工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。

它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。通常電動機(jī)的作功部分作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，這種電動機(jī)稱為轉(zhuǎn)子電動機(jī)；也有作直線運(yùn)動的，稱為直線電動機(jī)。電動機(jī)能提供的功率范圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級。電動機(jī)的使用和控制非常方便，具有自起動 、加速、制動、反轉(zhuǎn)、掣住等能力，能滿足各種運(yùn)行要求；電動機(jī)的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用。

各種電動機(jī)中應(yīng)用最廣的是交流異步電動機(jī)（又稱感應(yīng)電動機(jī) ）。它使用方便 、運(yùn)行可靠 、價格低廉 、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動力機(jī)常用同步電動機(jī)（見同步電機(jī)）。同步電動機(jī)不但功率因數(shù)高，而且其轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)，只決定于電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍調(diào)速的場合多用直流電動機(jī)。但它有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，維護(hù)困難，不適于惡劣環(huán)境。20世紀(jì)70年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電動機(jī)的調(diào)速技術(shù)漸趨成熟，設(shè)備價格日益降低，已開始得到應(yīng)用 。電動機(jī)在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時運(yùn)行制、斷續(xù)周期運(yùn)行制）下所能承擔(dān)而不至引起電機(jī)過熱的最大輸出機(jī)械功率稱為它的額定功率，使用時需注意銘牌上的規(guī)定。電動機(jī)運(yùn)行時需注意使其負(fù)載的特性與電機(jī)的特性相匹配，避免出現(xiàn)飛車或停轉(zhuǎn)。電動機(jī)的調(diào)速方法很多，能適應(yīng)不同生產(chǎn)機(jī)械速度變化的要求。一般電動機(jī)調(diào)速時其輸出功率會隨轉(zhuǎn)速而變化。從能量消耗的角度看，調(diào)速大致可分兩種 ：① 保持輸入功率不變 。通過改變調(diào)速裝置的能量消耗，調(diào)節(jié)輸出功率以調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。②控制電動機(jī)輸入功率以調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

三相異步電機(jī)工作原理

異步電機(jī)的工作原理如下:當(dāng)導(dǎo)體在磁場內(nèi)切割磁力線時，在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，“感應(yīng)電機(jī)”的名稱由此而來。

感應(yīng)電流和磁場的聯(lián)合作用向電機(jī)轉(zhuǎn)子施加驅(qū)動力。 三組繞組問彼此相差120度，每一組繞組都由三相交流電源中的一相供電。

電動機(jī)使用了電流的磁效應(yīng)原理，發(fā)明這一原理的的是丹麥物理學(xué)家奧斯特。

電動機(jī)的發(fā)展

1831年，美國物理學(xué)家亨利設(shè)計出最初的電子式電動機(jī)。受到亨利的啟發(fā)，一位名叫威廉·里奇的人設(shè)計并造出了一臺可以轉(zhuǎn)動的電動機(jī)。里奇的這架電動機(jī)類似于我們今天在實(shí)驗(yàn)室里組裝的直流電動機(jī)模型。

到了19世紀(jì)40年代，俄國科學(xué)家雅科比使電動機(jī)變得更為實(shí)用了。他用電磁鐵替代永久磁鐵進(jìn)行工作。這種新型電動機(jī)當(dāng)時被裝在一艘游艇上，載著幾名乘客駛過了涅瓦河。此事引起了極大的轟動。此后，出生于克羅地亞的美國人特斯拉于1888年，制造出了第一臺感應(yīng)電動機(jī)，他在各種電動機(jī)中，算是被應(yīng)用最廣的一種。感應(yīng)電動機(jī)會將交流電快速輸入一組稱為“定子”的外線圈，繼而產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)軸內(nèi)的一組線圈則稱為“轉(zhuǎn)子”，它會被定子的旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)出電流，然后轉(zhuǎn)子會因電流變化而轉(zhuǎn)變成電磁鐵。

美國物理學(xué)家亨利于法拉第同時作出電磁感應(yīng)的偉大發(fā)現(xiàn)，1830年8月，亨利在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)觀察到了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，這比法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象早一年。但是當(dāng)時亨利正在集中精力制作更大的電磁鐵，沒有及時發(fā)表這一實(shí)驗(yàn)成果，也沒有及時的去申請專利，失去了發(fā)明權(quán)?？墒呛嗬麖牟挥嬢^個人名利，他認(rèn)為知識應(yīng)該為全世界人類所共享，從未與法拉第爭過發(fā)現(xiàn)權(quán)，仍然專心致志地獻(xiàn)身于科學(xué)事業(yè)。亨利的高尚品德受到世人的稱贊。所以最后，人們還是將電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)歸于法拉第。特別值得一提的是，亨利實(shí)驗(yàn)裝置比法拉弟感應(yīng)線圈更接近于現(xiàn)代通用的變壓器。

單相交流電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理單相交流電動機(jī)只有一個繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。

單相電不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場.要使單相電動機(jī)能自動旋轉(zhuǎn)起來，我們可在定子中加上一個起動繞組，起動繞組與主繞組在空間上相差90度，起動繞組要串接一個合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相原理。這樣兩個在時間上相差90度的電流通入兩個在空間上相差90度的繞組，將會在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉(zhuǎn)磁場，在這個旋轉(zhuǎn)磁場作用下，轉(zhuǎn)子就能自動起動。

電機(jī)拆卸前應(yīng)做哪些詳細(xì)檢查和試驗(yàn)？

（1）在拆卸前，要用壓縮空氣吹凈電機(jī)表面灰塵，并將表面污垢擦拭干凈。

（2）選擇電機(jī)解體的工作地點(diǎn)，清理現(xiàn)場環(huán)境。

（3）熟悉電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和檢修技術(shù)要求。

（4）準(zhǔn)備好解體所需工具（包括專用工具）和設(shè)備。

（5）為了進(jìn)一步了解電機(jī)運(yùn)行中的缺陷，有條件時可在拆卸前做一次檢查試驗(yàn)。為此，將電機(jī)帶上負(fù)載試轉(zhuǎn)，詳細(xì)檢查電機(jī)各部分溫度、聲音、振動等情況，并測試電壓、電流、轉(zhuǎn)速等，然后再斷開負(fù)載，單獨(dú)做一次空載檢查試驗(yàn)，測出空載電流和空載損耗，做好記錄。

（6）切斷電源，拆除電機(jī)外部接線，做好記錄。

（7）選用合適電壓的兆歐表測試電機(jī)絕緣電阻。為了跟上次檢修時所測的絕緣電阻值相比較以判斷電機(jī)絕緣變化趨勢和絕緣狀態(tài)，應(yīng)將不同溫度下測出的絕緣電阻值換算到同一溫度，一般換算至75℃。

（8）測試吸收比K。當(dāng)吸收比大于1.33時，表明電機(jī)絕緣不曾受潮或受潮程度不嚴(yán)重。為了跟以前數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，同樣要將任意溫度下測得的吸收比換算到同一溫度。

電動機(jī)的種類

1.按工作電源分類：根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。其中交流電動機(jī)還分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī)。

2.按結(jié)構(gòu)及工作原理分類：電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動機(jī)，異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。

同步電動機(jī)還可分為永磁同步電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)和磁滯同步電動機(jī)。

異步電動機(jī)可分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)又分為三相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī)等。交流換向器電動機(jī)又分為單相串勵電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)和推斥電動機(jī)。

直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。有刷直流電動機(jī)可分為永磁直流電動機(jī)和電磁直流電動機(jī)。電磁直流電動機(jī)又分為串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。永磁直流電動機(jī)又分為稀土永磁直流電動機(jī)、鐵氧體永磁直流電動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)。

3.按起動與運(yùn)行方式分類：電動機(jī)按起動與運(yùn)行方式可分為電容起動式單相異步電動機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)、電容起動運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)和分相式單相異步電動機(jī)。

4.按用途分類：電動機(jī)按用途可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。

驅(qū)動用電動機(jī)又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動剃須刀等）用電動機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機(jī)。 控制用電動機(jī)又分為步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)等。

5.按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類：電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機(jī)）。

6.按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類：電動機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機(jī)、低速電動機(jī)、恒速電動機(jī)、調(diào)速電動機(jī)。

ａ.低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī)、電磁減速電動機(jī)、力矩電動機(jī)和爪極同步電動機(jī)等。

ｂ.調(diào)速電動機(jī)除可分為有級恒速電動機(jī)、無級恒速電動機(jī)、有級變速電動機(jī)和無極變速電動機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動機(jī)、直流調(diào)速電動機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)。

伺服電動機(jī)

用作自動控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機(jī)。又稱執(zhí)行電動機(jī)。其功能是將電信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。

伺服電動機(jī)分交、直流兩類。交流伺服電動機(jī)的工作原理與交流感應(yīng)電動機(jī)相同。在定子上有兩個相空間位移90°電角度的勵磁繞組Wf和控制繞組WcoWf接一恒定交流電壓，利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化，達(dá)到控制電動機(jī)運(yùn)行的目的。交流伺服電動機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格（要求分別小于10％～15％和小于15％～25％）等特點(diǎn)。直流伺服電動機(jī)的工作原理與一般直流電動機(jī)相同。

電動機(jī)轉(zhuǎn)速n為n＝E／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j式中E為電樞反電動勢；K為常數(shù)；j為每極磁通；Ua，Ia為電樞電壓和電樞電流；Ra為電樞電阻。改變Ua或改變φ，均可控制直流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，但一般采用控制電樞電壓的方法。在永磁式直流伺服電動機(jī)中，勵磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通φ恒定。

直流伺服電動機(jī)具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時間響應(yīng)。

伺服電動機(jī)一般分為直流伺服和交流伺服，對于直流伺服馬達(dá)優(yōu)點(diǎn)是：

優(yōu)點(diǎn)：精確的速度控制，轉(zhuǎn)矩速度特性很硬，原理簡單、使用方便，價格優(yōu)勢；

缺點(diǎn)：電刷換向，速度限制，附加阻力，產(chǎn)生磨損微粒（對于無塵室）。

對于交流伺服馬達(dá)

優(yōu)點(diǎn)：良好的速度控制特性，在整個速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩；高效率，90%以上，不發(fā)熱；高速控制；高精確位置控制（取決于何種編碼器）；額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒力矩；低噪音；沒有電刷的磨損，免維護(hù)；不產(chǎn)生磨損顆粒、沒有火花，適用于無塵間、易暴環(huán)境慣量低；

缺點(diǎn)：控制較復(fù)雜，驅(qū)動器參數(shù)需要現(xiàn)場調(diào)整PID參數(shù)整定，需要更多的連線

直流伺服電動機(jī)的應(yīng)用

直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。通常應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。

交流伺服電動機(jī)的應(yīng)用

交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100W，電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用在各種自動控制、自動記錄等系統(tǒng)中。