电动机种类及其应用教材

哈尔滨工业大学寒假社会调查报告

题目：电机种类及其使用情况调查

指导教师：江善林

院系：电气学院电气工程系

班级：11306108

姓名：况麒麒

学号：1130610823

日期：2013年03月01日

电机类型及其使用情况调查

1 调查背景

从1820年丹麦物理教学家奥斯特发现了电流的磁效应以来，各种发现不断地涌现出来。1821年，英国科学家法拉第总结了载流导体在磁场中受力并发生机械运动的现象他的模型可以认为是现代直流电动机的雏形。1824年，阿拉果发现了旋转磁场，为交流感应电动机的发明奠定了基础。1831年，法拉第发现了电磁感应定律，并发明了单极直流电动机。1834年俄国物理学家雅可比设计并制成了第一台实用的直流电动机。1864年，英国物理学家麦克斯韦创立了完整的经典电磁学理论体系为电机电磁场分析奠定了基础。1888年，特斯拉发明了感应电动机。随着时代的进步，各种各样功能不同的电机被不断地发明出来。

电机的发展历史大致可分为四个阶段，1. 直流电机阶段，2. 交流电机阶段，3. 控制电机阶段，4. 特种电机阶段。

本次调查主要是想通过调查能让我们加深对电机的了解，为以后的学习工作打下一定的基础。

2 调查内容

2.1 时间安排：本次调查主要安排在寒假假期。

2.2 调查对象：本次调查主要调查电机的类型和电机的使用情况。

2.3 调查内容：电机类型有很多，分类方法也各种各样。下面主要介绍按工作电源和按结构和工作原理两种分类方法中的电机。

1. 按工作电源分，包括直流电动机和交流电动机，其中交流电动机又分为单相电动机和三相电动机；直流电动机分为无刷直流电动机和有刷直流电动机，有刷直流电动机又分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。永磁直流电动机包括稀土永磁直流电机，铁氧体永磁直流电机，铝镍钴永磁直流电机三类; 电磁直流电机包括串励直流电机，并励直流电机，和复励直流电机三类。

直流电动机

无刷直流

电动机

永磁直流电动机

稀土永磁直流电动机

铁氧体永磁直流电动机

电动机

交流电动机

有刷直流

电动机

电磁直流电动机

铝镍钴永磁直流电动机

串励直流电动机

并励直流电动机

他励直流电动机

复励直流电动机

单相电动机

三相电动机

(1) 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、玩具等。

直流电机具有响应快速、有较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，调速特性好，能承受频繁冲击负载，过载能力强。能实现频繁快速、制动以及逆向旋转。但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。

交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。微处理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交坐标系统中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。

（一）无刷直流电机工作原理（如图1所示）：无刷直流电机是以电子方式控制交流电机换相，得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。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。

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。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。位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。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。

图1 无刷直流电机工作原理图

①永磁无刷直流电机（如图3所示）是由一块或多块永磁体建立磁场的直流电机，其性能与恒定励磁电流的他励直流电动机相似，可以由改变电枢电压来方便地调速。与他励式直流电动机相比，具有体积小、效率高、结构简单、用铜量

少等优点，是小功率直流电动机的主要类型。

永磁无刷直流电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。

永磁无刷直流电机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，与他励直流电动机的电流-转矩特性一样。

图3 永磁无刷直流电机原理图

永磁无刷直流电动机主要应用有汽车车轮驱动，汽车空调，变频式空调，精密电子设备和器械等。

②电磁式直流电机主要由定子磁极、转子（电枢）、换向器（俗称整流子）、电刷、机壳、轴承等构成，其中定子磁极（主磁极）由铁心和励磁绕组构成，按其励磁方式不同，电磁式直流电机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。

应用领域：电磁式直流电机主要应用在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等领域。

（二）有刷直流电机工作原理：有刷直流电机的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。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。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，噪音大，换向火花易产生电磁干扰。

有刷直流电机的工作原理图（如图2所示）。在有刷直流电机的固定部分有磁铁，这里称作主磁极;固定部分还有电刷。转动部分有环形铁芯和绕在环形铁