電機的基本常識及分類

2021-03-04 00:09:28 字數 4660 閱讀 8308

電機電機泛指能使機械能轉化為電能、電能轉化為機械能的一切機器。特指發電機、電能機、電動機。是指依據電磁感應定律實現電能的轉換或傳遞的一種電磁裝置。

電動機也稱(俗稱馬達),在電路中用字母「m」(舊標準用「d」)表示。它的主要作用是產生驅動轉矩,作為用電器或各種機械的動力源。

基本介紹

電機是指依據電磁感應定律實現電能的轉換或傳遞的一種電磁裝置。電機也稱電機(俗稱馬達),在電路中用字母「m」(舊標準用「d」)表示。它的主要作用是產生驅動轉矩,作為用電器或各種機械的動力源。

主要分類

分類概述

1、按工作電源種類劃分:可分為直流電機和交流電機。

1)直流電動機按結構及工作原理可劃分:無刷直流電動機和有刷直流電動機。

有刷直流電動機可劃分:永磁直流電動機和電磁直流電動機。

電磁直流電動機劃分:串勵直流電動機、並勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。

永磁直流電動機劃分: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機。

2)其中交流電機還可劃分:單相電機和三相電機。

2、按結構和工作原理可劃分:可分為直流電動機、非同步電動機、同步電動機。

1)同步電機可劃分:永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。

2)非同步電機可劃分:感應電動機和交流換向器電動機。

感應電動機可劃分:三相非同步電動機、單相非同步電動機和罩極非同步電動機等。

交流換向器電動機可劃分:單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。

3、按起動與執行方式可劃分:電容起動式單相非同步電動機、電容運轉式單相非同步電動機、電容起動運轉式單相非同步電動機和分相式單相非同步電動機。

4、按用途可劃分:驅動用電動機和控制用電動機。

1)驅動用電動機可劃分:電動工具(包括鑽孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具)用電動機、家電(包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄影機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃鬚刀等)用電動機及其它通用小型機械裝置(包括各種小型工具機、小型機械、醫療器械、電子儀器等)用電動機。

2)控制用電動機又劃分:步進電動機和伺服電動機等。

5、按轉子的結構可劃分:籠型感應電動機(舊標準稱為鼠籠型非同步電動機)和繞線轉子感應電動機(舊標準稱為繞線型非同步電動機)。

6、按運轉速度可劃分:高速電動機、低速電動機、恆速電動機、調速電動機。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。

調速電動機除可分為有級恆速電動機、無級恆速電動機、有級變速電動機和無級變速電動機外,還可分為電磁調速電動機、直流調速電動機、pwm變頻調速電動機和開關磁阻調速電動機。

非同步電動機的轉子轉速總是略低於旋轉磁場的同步轉速。

同步電動機的轉子轉速與負載大小無關而始終保持為同步轉速。

直流電動機

直流發電機工作原理

直流發電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢,靠換向器配合電刷的換向作用,使之從電刷端引出時變為直流電動勢的原理。

感應電動勢的方向按右手定則確定(磁感線指向手心,大拇指指向導體運動方向,其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向)。

直流電機的原理結構

直流電動機是依靠直流工作電壓執行的電動機,廣泛應用於收錄機、錄影機、影碟機、電動剃鬚刀、電吹風、電子錶、玩具等。

一、電磁式直流電動機

電磁式直流電動機由定子磁極、轉子(電樞)、換向器(俗稱整流子)、電刷、機殼、軸承等構成,

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成。根據其勵磁(舊標準稱為激磁)方式的不同又可分為串勵直流電動機、並勵直流電動機、他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後產生)的規律也不同。

串勵直流電動機的勵磁繞組與轉子繞組之間通過電刷和換向器相串聯,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,轉矩近似與電樞電流的平方成正比,轉速隨轉矩或電流的增加而迅速下降。其起動轉矩可達額定轉矩的5倍以上,短時間過載轉矩可達額定轉矩的4倍以上,轉速變化率較大,空載轉速甚高(一般不允許其在空載下執行)。可通過用外用電阻器與串勵繞組串聯(或併聯)、或將串勵繞組併聯換接來實現調速。

直流電動機的勵磁方式

直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據勵磁方式的不同,直流電機可分為下列幾種型別。

1、他勵直流電機

勵磁繞組與電樞繞組無聯接關係,而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機,接線如圖1.23(a)所示。圖中m表示電動機,若為發電機,則用g表示。

永磁直流電機也可看作他勵直流電機。

2、並勵直流電機

並勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相併聯。作為並勵發電機來說,是電機本身發出來的端電壓為勵磁繞組供電;作為並勵電動機來說,勵磁繞組與電樞共用同一電源,從效能上講與他勵直流電動機相同。

3、串勵直流電機

串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯後,再接於直流電源。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。

4、復勵直流電機

復勵直流電機有並勵和串勵兩個勵磁繞組。若串勵繞組產生的磁通勢與並勵繞組產生的磁通勢方向相同稱為積復勵。若兩個磁通勢方向相反,則稱為差復勵。

不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。一般情況直流電動機的主要勵磁方式是並勵式、串勵式和復勵式,直流發電機的主要勵磁方式是他勵式、並勵式和和復勵式。

二、永磁式直流電動機

永磁式直流電動機也由定子磁極、轉子、電刷、外殼等組成,定子磁極採用永磁體(永久磁鋼),有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。按其結構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採用專塊型磁體。

轉子一般採用矽鋼片疊壓而成,較電磁式直流電動機轉子的槽數少。錄放機中使用的小功率電動機多數為3槽,較高檔的為5槽或7槽。漆包線繞在轉子鐵心的兩槽之間(三槽即有三個繞組),其各接頭分別焊在換向器的金屬片上。

電刷是連線電源與轉子繞組的導電部件,具備導電與耐磨兩種效能。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,採用電子穩速電路或離心式穩速裝置。

三、無刷直流電動機

無刷直流電動機是採用半導體開關器件來實現電子換向的,即用電子開關器件代替傳統的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機械雜訊低等優點,廣泛應用於高檔錄音座、錄影機、電子儀器及自動化辦公裝置中。

無刷直流電動機由永磁體轉子、多極繞組定子、位置感測器等組成。位置感測按轉子位置的變化,沿著一定次序對定子繞組的電流進行換流(即檢測轉子磁極相對定子繞組的位置,並在確定的位置處產生位置感測訊號,經訊號轉換電路處理後去控制功率開關電路,按一定的邏輯關係進行繞組電流切換)。定子繞組的工作電壓由位置感測器輸出控制的電子開關電路提供。

位置感測器有磁敏式、光電式和電磁式三種型別。採用磁敏式位置感測器的無刷直流電動機,其磁敏感測器件(例如霍爾元件、磁敏二極體、磁敏詁極管、磁敏電阻器或專用積體電路等)裝在定子元件上,用來檢測永磁體、轉子旋轉時產生的磁場變化。

1、直流無刷電機的優越性

直流電機具有響應快速、較大的起動轉矩、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的效能,但直流電機的優點也正是它的缺點,因為直流電機要產生額定負載下恆定轉矩的效能,則電樞磁場與轉子磁場須恆維持90°,這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機轉動時會產生火花、碳粉因此除了會造成元件損壞之外,使用場合也受到限制。交流電機沒有碳刷及整流子,免維護、堅固、應用廣,但特性上若要達到相當於直流電機的效能須用複雜控制技術才能達到。

現今半導體發展迅速功率元件切換頻率加快許多,提公升驅動電機的效能。微處理機速度亦越來越快,可實現將交流電機控制置於一旋轉的兩軸直交座標系統中,適當控制交流電機在兩軸電流分量,達到類似直流電機控制並有與直流電機相當的效能。

2、直流無刷電機的控制結構

直流無刷電機是同步電機的一種,也就是說電機轉子的轉速受電機定子旋轉磁場的速度及轉子極數(p)影響:

n=120.f / p。在轉子極數固定情況下,改變定子旋轉磁場的頻率就可以改變轉子的轉速。直流無刷電機即是將同步電機加上電子式控制(驅動器),控制定子旋轉磁場的頻率並將電機轉子的轉速回授至控制中心反覆校正,以期達到接近直流電機特性的方式。

也就是說直流無刷電機能夠在額定負載範圍內當負載變化時仍可以控制電機轉子維持一定的轉速。

直流無刷驅動器包括電源部及控制部、電源部提供三相電源給電機,控制部則依需求轉換輸入電源頻率。

3、直流無刷電機的控制原理

要讓電機轉動起來,首先控制部就必須根據hall-sensor感應到的電機轉子目前所在位置,然後依照定子繞線決定開啟(或關閉)換流器(inverter)中功率電晶體的順序,使電流依序流經電機線圈產生順向(或逆向)旋轉磁場,並與轉子的磁鐵相互作用,如此就能使電機順時/逆時轉動。當電機轉子轉動到hall-sensor感應出另一組訊號的位置時,控制部又再開啟下一組功率電晶體,如此迴圈電機就可以依同一方向繼續轉動直到控制部決定要電機轉子停止則關閉功率電晶體(或只開下臂功率電晶體);要電機轉子反向則功率電晶體開啟順序相反。

非同步電動機

一、交流非同步電動機

交流非同步電動機是領先交流電壓執行的電動機,廣泛應用於電風扇、電冰箱、洗衣機、空調器、電吹風、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、小型機電裝置中。

交流電非同步電動機分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為單相非同步電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。

電機的轉速**子轉速)小於旋轉磁場的轉速,從而叫為非同步電機。它和感應電機基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s為轉差率,

ns為磁場轉速,n為轉子轉速。

基本原理:

1、當三相非同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)並產生旋轉磁場。

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