电机分类——从结构原理上简述各电机特点。

我是一个学机械的,最近对电机感兴趣,网上搜了好多,没有比较系统讲解从电机构造和原理上分类的,于是自己费了好多功夫查询整理出来一份,自己学懂了,也顺便分享给大家。其中可能有很多不对的地方,希望各位专家指正。(当然,我觉的这种东西应该某本教材里讲的很透彻,但是网上目前没有答案,所以斗胆上传一个,供和我一样的初学者参考)

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。







(4)换向:

只有单相可逆电机能换向。1、单相电动机有两组线圈,有一个公共端,一个运行端,一个启动端,电容接在运行端和启动端之间。电源接在公共端和运行端时,电机正转;电源接在公共端和启动端时,电机反转;只有运行线圈和启动线圈截面积一样的单相可逆电机,才能正反转,否则反转不能带负荷。2、交流单相220V双电容电机。3、你最好测一下看看主副绕组的电阻看看是否一样。如果一样可以实现正反转如果不一样就不行了。参照洗衣机电机接线。(洗衣机电机的两个绕组参数是1样的)。

(5)调速:

单相电机调速方法: 1、串电抗器调速 : 将电抗器与电动机定子绕组串联,利用电抗器上产生的压降使加到电机定子绕组上的电压低于电源电压,从而达到降低电动机转速的目的。此种调速方法,只能是由电机的额定转速往低调。多用在吊扇及台扇上。 2、电动机绕组内部抽头调速 : 通过调速开关改变中间绕组与启动绕组及工作绕组的接线方法,从而达到改变电动机内部气隙磁场的大小,达到调节电动机转速的目的。有L型和T型两种接法。 3、交流晶闸管调速: 利用改变晶闸管的导通角,来实现调节加在单相电动机上的交流电压的大小,从而达到调速的目的。此方法可以实现无级调速,缺点是有一些电磁干扰。常用于电风扇的调速上。 4,变频器调速。 5,变极调速。(比如二极变四极,六极八极)

(6)特点:

一般运行绕组直流电阻为几欧姆,而起动绕组的直流电阻为十几欧姆到几十欧姆。

2.2.3单相交流罩极电机(猜测:此方法为加电感分相启动)(无刷)

(1)结构:

转子——鼠笼(笼型斜槽铸铝)

定子——1绕组(运行绕组)+1组短路环(位于铁芯上,电感分相)

(2)原理:

在解放以前,电风扇用这种电动机很普遍。它定子有两个线圈磁极,中间是转子,线圈中间的硅钢片,有1/4的硅钢片被短路环短路,由于短路环对磁场有阻碍作用,所以在同一个磁极上产生了两种不同的磁场,产生了交变磁场,电动机就可以转起来了。这种电动机工艺简单,运转稳定,但由于短路环发热原因要额外消耗电能,所以已经基本淘汰。







(3)启动(电感分相):

通电就转。

(4)换向:

无法换向。

(5)调速:

调压调速?

(6)特点:

它根据定子外形结构的不同,又分为凸极式罩极电动机隐极式罩极电动机。

2.2.4电阻分相式电机(此方法为同为加电感分相启动)(无刷)

(1)结构:

转子——鼠笼

定子——1大绕组+1小绕组

(2)原理:

电阻分相式电动机简称分相式电动机。为了使这种电动机主绕组的启动电流和副绕组中的启动电流在时间上有相位差,一般主绕组由较粗截面的导线绕制,且主绕组匝数较多,嵌在定子槽的外层;副绕组由较细截面的导线绕制,匝数较少,嵌在定子槽的内层。因此,主绕组的电阻值小,感抗值大;而副绕组的电阻值大,感抗值小。当合闸启动电机时,主副绕组同时通电,产生启动电磁转矩,电机启动。启动完以后。由继电器开关断开副绕组回路,电机便由主绕组工作。这类电机的副绕组与主绕组在空间成90°电角度正交放置。(3)启动(电感分相):

通电就转。

(4)换向:

改变定子主或辅绕组接入方向换向?

(5)调速:

无法调速。

(6)特点:

无。

2.3三相交流电机

2.3.1三相异步电动机(鼠笼)(无刷)

(1)结构:

转子:鼠笼

定子:3绕组

(2)原理:

三相异步电机(Triple-phase asynchronous
motor)是感应电动机的一种,同时接入380V三相交流电流(相位差120度)形成旋转磁场,鼠笼产生感应电流,进而运动。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。

(3)启动:

星三角启动、降压启动。

(4)换向:

交换定子三相中任意两个接头的接线。


(5)调速:

调速困难。

(6)特点:

由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速旋转,存在转差率,所以叫三相异步电动机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速,转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流,并与磁场相互作用产生电磁转矩,实现能量变换。

单相异步电动机相比,三相异步电动机运行性能好,并可节省各种材料。按转子结构的不同,三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜,得到了广泛的应用,其主要缺点是调速困难。



2.3.2绕线式三相异步电动机(有滑环)


(1)结构:

转子:3绕组+3个滑环

定子:3绕组

(2)原理:

与三相异步电机相同。

(3)启动:

1)转子串电阻调速启动;2)转子串频敏变阻器调速启动;3)转子串极调速启动;4)转子串水电阻调速启动;5)转子串变频调速启动;

(4)换向:

交换定子三相中任意两个接头的接线。

(5)调速:

同启动。

(6)特点:

绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能(启动电流小)和调节电动机的转速,适合启动时间较长、频繁启动的场所。绕线式异步电动机的使用,一般是在一些需要较大启动转矩的场合,比如吊车(起重机)磨球机、破碎机等。

控制:在实际应用中,笼形异步电机通常可以通过降压来进行启动,例如自耦变压器降压、星-三角降压、延边三角形和串电阻。绕线式异步电机的能效略低于笼形异步电机,还有三相异步电机可以采用改变磁极对数的方式来改变电机的转速。

2.3.3三相同步电动机

(1)结构:

转子:1)永磁+鼠笼(无滑环);2)1直流励磁绕组+鼠笼(有滑环)

定子:3绕组

(2)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。

(3)启动:

同步电机无法直接启动,需要有鼠笼部分才能启动,且启动后鼠笼内无感应电流: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)。

(4)换向:

交换定子三相中任意两个接头的接线。

(5)调速:

与电源频率同步,无法调速。

(6)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。

编辑于 2018-03-19