电机分类,结构和原理

电机知识学习总结

1基本知识介绍

1.1直流、单相交流、三相交流

1.2交流下有“同步和异步”的区别

同步异步指的是转子转速与定子旋转磁场转速是同步（相同）还是异步（滞后），因而只有交流能产生旋转磁场，只有交流电机有同步异步的概念。

同步电机——原理：靠“磁场总是沿着磁路最短的方向上走”实现转子磁极与定子旋转磁场磁极逐一对应，转子磁极转速与旋转磁场转速相同。特点：同步电机无论作为电动机还是发电机使用，其转速与交流电频率之间将严格不变。同步电机转速恒定，不受负载变化影响。

异步电机——原理：靠感应来实现运动，定子旋转磁场切割鼠笼，使鼠笼产生感应电流，感应电流受力使转子旋转。转子转速与定子旋转磁场转速必须有转速差才能形成磁场切割鼠笼，产生感应电流。

区别：（1）同步电机可以发出无功功率，也可以吸收；异步电机只能吸收无功。（2）同步电机的转速与交流工频50Hz电源同步，即2极电机3000转、4极1500、6极1000等。异步电机的转速则稍微滞后，即2极2880、4极1440、6极960等。（3）同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。同步电动机可以用以改进供电系统的功率因素。

同步电机无法直接启动：刚通电一瞬间，通入直流电的转子励磁绕组是静止的，转子磁极静止；定子磁场立即具有高速。假设此瞬间正好定子磁极与转子磁极一一对应吸引，在定子磁极在极短的时间内旋转半周的时间之内，会对转子产生吸引力，半周之后将会产生排斥力。由于转子有转动惯量，转子不会转动起来，而是在接近于0的速度下左右震动。因此同步电机需要鼠笼绕组启动。转速差使其产生感应电流，而感应电流具有减小转速差的特性（四根金属棒搭成井形，内部磁场变密会减小面积，变疏会增加面积，阻止其变化趋势），因而会使转子转动起来，直到感应电流与转速差平衡（没有电流就不会有力，因而不会消除转速差，猜测与旋转阻力有关）。

1.3永磁、电磁、感磁（构成定子、转子）

永磁——永磁铁

电磁——通电线圈

感磁——无电闭合绕组、鼠笼

永磁和电磁大多数情况下可以互换，感磁需要有旋转磁场的场合才能用，在三相同步

电机中经常作为启动与电磁/永磁共用于转子。

1.4有刷无刷

电机有刷和无刷对电机结构影响很大，刷指的是转子通电时的电刷换向器、或者滑环。2电机分类

2.1直流

2.1.1直流有刷电机

（1）结构：

转子——1绕组（没有旋转磁场不能用感磁，永磁不能换向也不能用）

定子——永磁/电磁（串励、并励、他励、复励）

（2）启动：

通电就能动。（电枢绕组如果只有1圈会有死点，十字交叉2圈以上就没有了。）（3）换向：

永磁改变定子电流方向；他励改变定子或转子电流方向；串励、并励、复励改变转子绕组接线方式。

（4）调速：

调节转子电压；他励还可以调节定子电压。

（5）特点：

定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。由于电刷和换向器的存在，有刷电机的结构复杂，可靠性差，故障多，维护工作量大，寿命短，换向火花易产生电磁干扰。

2.1.2直流无刷电机

（1）结构：

转子——鼠笼/永磁/鼠笼嵌入永磁（由于无刷不能电磁）

定子——3绕组（形成旋转磁场），传感器（检测转子位置用于驱动器控制）

（2）原理：

驱动器——直流--驱动器--三相可变频交变矩形电波（正弦形是伺服电机）--定子旋转磁场。与三相鼠笼异步电动机类似。

（3）启动：

驱动器EN接地打开。

（4）换向：

驱动器F/R接地打开。

（5）调速：

旋转调速电位器。

（6）特点：

铁氧体永磁无刷直流电动机以廉价见长，且性能良好，广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域。用稀土永磁材料作磁极制的稀土永磁无刷直流电动机，体积小且性能更好，但价格昂贵，主要用于航天、计算机、井下仪器等。

2.2单相交流

2.2.1单相交流串励电机（有刷）

（1）结构：

转子——1绕组

定子——1绕组

转子绕组与定子绕组通过电刷串励。（感觉原理上并励也通，但是没有搜到相关资料）（2）原理：由于定子和转子串联，在电源正半周期，定子磁场与转子电流产生转矩；电源负半周期，由于定子磁场和转子电流同时改变方向，因此转矩方向不变。当转子旋转半个周期以后，由于电刷改变转子接入电路方向，使得转矩依然不变。

（3）启动：

通电就能动。

（4）换向：

改变定子或者转子线圈的接法。

（5）调速：

调压调速。

（6）特点：

单相串励电动机属于单相交流异步电动机俗称串励电机或通用电机（Universal Motor国外叫法，感觉是因为交直流通用而得名），因电枢绕组和励磁绕组串联在一起工作而得名。单相串励电动机又叫做交直流两用串励电动机，它既可以使用交流电源工作，也可以使用直流电源工作。它的优点是由于它转速高、起动力矩大、体积小、重量轻、不容易堵转、适用电压范围很广，可以用调压的方法来调速，简单且易于实现。因而在电动工具中得到广泛的应用。单相串励电机的结构同直流串励电机十分相似，主要的区别在于单相串励电机的定子铁心必须由硅钢片叠压而成，而直流的磁极既可以由叠压而成，又可以做成整体结构。

2.2.2单相交流异步电机（电容分相）（无刷）

（单相交流没有搜到有同步电机但感觉原理上存在）

（1）结构：

转子——鼠笼

定子——1绕组（运行绕组）+1（带电容）绕组（启动绕组）

（2）原理：

单相交流电机定子绕组接成单极或者多极都不能形成旋转磁场，几个磁极大小和方向同时变化，合成一起以后，就是一维变化的磁场，因而需要启动绕组串接电容，使得相位滞后90度，这样便能形成旋转磁场。当电机启动以后，转子旋转周期与定子磁场一维交变周期相同，相当于直流电机的换向，因而能够持续转动。

（3）启动（电容分相）：

第一种，起动绕组参与运行工作，运转速率大致保持定值。主要应用于电风扇,空调风扇电动机，洗衣机等电机。

第二种，起动绕组不参与运行工作，起动后离心开关断开起动绕组，而电动机以运行绕组线圈继续动作。

第三种，起动绕组串连大容量电容起动，起动后串联小容量电容运行。电机静止时离心开关是接通的，给电后起动电容参与起动工作，当转子转速达到额定值的70%至80%时离心开关便会自动跳开，起动电容完成任务，并被断开。而运行电容串接到起动绕组参与运行工作。这种接法一般用在空气压缩机，切割机，木工机床等负载大而不稳定的地方。