电动机工作原理

一种旋转式机器,它将电能转变为机械能,它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子,其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动,这些机器中有些类型可作电动机用,也可作发电机用。

　　【1】（Motors）是把电能转换成机械能的设备，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成，分布于各个用户处，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。

　　它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动 、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。

　　各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机 ）。它使用方便 、运行可靠 、价格低廉 、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机（见同步电机）。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用 。电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率，使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。电动机的调速方法很多，能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看，调速大致可分两种 ：① 保持输入功率不变 。通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。②控制电动机输入功率以调节电动机的转速。

　　三相异步电机工作原理

　　异步电机的工作原理如下:当导体在磁场内切割磁力线时，在导体内产生感应电流，“感应电机”的名称由此而来。

　　感应电流和磁场的联合作用向电机转子施加驱动力。 三组绕组问彼此相差120度，每一组绕组都由三相交流电源中的一相供电。

　　电动机使用了电流的磁效应原理，发明这一原理的的是丹麦物理学家奥斯特

　　电动机的发展1831年，美国物理学家亨利设计出最初的电子式电动机。受到亨利的启发，一位名叫威廉·里奇的人设计并造出了一台可以转动的电动机。里奇的这架电动机类似于我们今天在实验室里组装的直流电动机模型。

　　到了19世纪40年代，俄国科学家雅科比使电动机变得更为实用了。他用电磁铁替代永久磁铁进行工作。这种新型电动机当时被装在一艘游艇上，载着几名乘客驶过了涅瓦河。此事引起了极大的轰动。此后，出生于克罗地亚的美国人特斯拉于1888年，制造出了第一台感应电动机，他在各种电动机中，算是被应用最广的一种。感应电动机会将交流电快速输入一组称为“定子”的外线圈，继而产生一个旋转磁场。转轴内的一组线圈则称为“转子”，它会被定子的旋转磁场感应出电流，然后转子会因电流变化而转变成电磁铁。

　　美国物理学家亨利于法拉第同时作出电磁感应的伟大发现，1830年8月，亨利在实验中已经观察到了电磁感应现象，这比法拉第发现电磁感应现象早一年。但是当时亨利正在集中精力制作更大的电磁铁，没有及时发表这一实验成果，也没有及时的去申请专利，失去了发明权。可是亨利从不计较个人名利，他认为知识应该为全世界人类所共享，从未与法拉第争过发现权，仍然专心致志地献身于科学事业。亨利的高尚品德受到世人的称赞。所以最后，人们还是将电磁感应现象的发现归于法拉第。特别值得一提的是，亨利实验装置比法拉弟感应线圈更接近于现代通用的变压器。

　　单相交流电动机的旋转原理单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。

　　单相电不能产生旋转磁场.要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动.
　　
　　电机拆卸前应做哪些详细检查和试验？（1）在拆卸前，要用压缩空气吹净电机表面灰尘，并将表面污垢擦拭干净。
　　（2）选择电机解体的工作地点，清理现场环境。
　　（3）熟悉电机结构特点和检修技术要求。
　　（4）准备好解体所需工具（包括专用工具）和设备。
　　（5）为了进一步了解电机运行中的缺陷，有条件时可在拆卸前做一次检查试验。为此，将电机带上负载试转，详细检查电机各部分温度、声音、振动等情况，并测试电压、电流、转速等，然后再断开负载，单独做一次空载检查试验，测出空载电流和空载损耗，做好记录。
　　（6）切断电源，拆除电机外部接线，做好记录。
　　（7）选用合适电压的兆欧表测试电机绝缘电阻。为了跟上次检修时所测的绝缘电阻值相比较以判断电机绝缘变化趋势和绝缘状态，应将不同温度下测出的绝缘电阻值换算到同一温度，一般换算至75℃。
　　（8）测试吸收比K。当吸收比大于1.33时，表明电机绝缘不曾受潮或受潮程度不严重。为了跟以前数据进行比较，同样要将任意温度下测得的吸收比换算到同一温度。

　　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。
　　同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。
　　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、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。

　　4．按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。
　　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。
　　控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。

　　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（旧标准称为绕线型异步电动机）。

　　6．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。
　　　　a．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。
　　　　b．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。

　　伺服电动机　伺服电动机servomotor

　　用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。

　　伺服电动机分交、直流两类。交流伺服电动机的工作原理与交流感应电动机相同。在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf接一恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电动机运行的目的。交流伺服电动机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格（要求分别小于10％～15％和小于15％～25％）等特点。直流伺服电动机的工作原理与一般直流电动机相同。

　　电动机转速n为n＝E／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j式中E为电枢反电动势；K为常数；j为每极磁通；Ua，Ia为电枢电压和电枢电流；Ra为电枢电阻。改变Ua或改变φ，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法。在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通φ恒定。

　　直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。

　　伺服电动机

　　伺服：一词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名。

　　伺服电动机一般分为直流伺服和交流伺服，对于直流伺服马达

　　优点:精确的速度控制,转矩速度特性很硬,原理简单、使用方便,价格优势
　　缺点:电刷换向,速度限制,附加阻力,产生磨损微粒(对于无尘室)

　　对于交流伺服马达
　　优点:良好的速度控制特性，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡;高效率，90%以上，不发热;高速控制;高精确位置控制（取决于何种编码器）;额定运行区域内，实现恒力矩;低噪音;没有电刷的磨损，免维护;不产生磨损颗粒、没有火花，适用于无尘间、易暴环境惯量低;
　　缺点:控制较复杂,驱动器参数需要现场调整PID参数整定,需要更多的连线

　　直流伺服电动机的应用
　　直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制等。

　　交流伺服电动机的应用
　　交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W，电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在各种自动控制、自动记录等系统中。

三相交流异步电动机工作原理：(1)当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。(2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。（3）根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。电机的转速（转子转速）小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。它和感应电机基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s为转差率，ns为磁场转速，n为转子转速。
三相异步电动机的转速永远低于旋转磁场的同步转速，使转子和旋转磁场间有相对运动，从而保证转子的闭合导体切割磁力线，感生电流，产生转矩。转速的差异是异步电机运转的必要条件。在额定情况下，转子转速一般比同步转速低2-5%。

电动机输入电源----电流在定子与转子之间产生电磁感应-----电磁同极排斥-----推动转子（定子是固定的）------转动做功-----传动带动其它设备.
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电动机输入电源----通电导体在定子与转子之间产生电磁感应现象-----电磁同极排斥-----推动转子（定子是固定的）其中改变导体中电流的方向的是靠转换器，每当转子到达平衡位置会不动，靠转换器改变电流的方向，这样电动机就能不停得转动下去-----------转动带动其它设备.

三相交流异步电动机
工作原理:三相对称
绕组
，通入三相对称
交流电
，将
在空间
产生
旋转磁场
，此磁场切割
转子
导体
，将在转子中产生
感应电动势
及
感应电流
，并且
转速
低于同步速并与同步速
方向
相同旋转。
用途
:各种
机床
，
水泵
，
通风机
等。
优点:
结构
简单，制造容易，运行可靠，维护方便，成本较低，
效率
较高。
同步电动机
工作原理:
定子
通入
三相交流电
，将在空间产生旋转磁场，转子通入直流电，将会产生
恒定磁场
，这是
电动机
没有
转矩
，转子不会旋转，靠
原动机
将转速升高到一定时，转子将追随定子旋转磁场的异性
磁极
同步旋转。
用途:如大型
鼓风机
及
排风机
，泵
压缩机
球磨机
等。
优点:可以调节
电网
的
功率因数
。
直流电动机
工作原理:主磁极产生主磁场，在
电刷
两端
接
直流电源
，通过
换向器
与电刷的作用把直流电动机电刷间的直流电变成
线圈
中的交流电，根据带电的导体在磁场中产生恒定方向的转矩确保电动机旋转。
用途:扎钢机，
电车
，
电气
铁道牵引等。
优点:1调速性能好，调速方便、平滑，
调速范围
广。
2启动、制动和过载转矩大。
3易与控制，能实现频繁快速启、制动以及正反转。
三角形
-双星形△-YY变极调速方法近似为
恒功率调速
方式
适用于各种机床的粗加工(
低速
)三角形和精加工(双星形)
Y-YY变极调速方法近似为恒转矩调速方式适用于起重电葫芦、电梯、运输传送带等。