電工基礎:各種電機的動态原理圖
電機(俗稱“馬達”)是指依據電磁感應定律實現電能轉換或傳遞的一種電磁裝置。在電路中用字母M表示。它的主要作用是産生驅動轉矩,作為用電器或各種機械的動力源。發電機在電路中用字母G表示。它的主要作用是利用電能轉化為機械能。
電動機主要包括一個用以産生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉電樞或轉子和其它附件組成。在定子繞組旋轉磁場的作用下,其在電樞鼠籠式鋁框中有電流通過并受磁場的作用而使其轉動。
定子(靜止部分)定子鐵心:電機磁路的一部分,并在其上放置定子繞組;定子繞組:是電動機的電路部分,通入三相交流電,産生旋轉磁場;機座:固定定子鐵心與前後端蓋以支撐轉子,并起防護、散熱等作用。
轉子(旋轉部分)
轉子鐵心:作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽内放置轉子繞組;
轉子繞組:切割定子旋轉磁場産生感應電動勢及電流,并形成電磁轉矩而使電動機旋轉。
一、直流電機
直流電機是将直流電能轉換成機械能(直流電動機)或将機械能轉換成直流電能(直流發電機)的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機,将電能轉換為機械能;作發電機運行時是直流發電機,将機械能轉換為電能。
▲直流電機的物理模型圖 上圖的直流電機的物理模型圖,固定部分有磁鐵,這裡稱作主磁極;固定部分還有電刷。轉動部分有環形鐵心和繞在環形鐵心上的繞組。(其中2個小圓圈是為了方便表示該位置上的導體電勢或電流的方向而設置的)二、交流電機 交流電機用于實現機械能和交流電能相互轉換的機械。交流電機沒有換向器,比直流電機結構簡單,制造方便,比較牢固,容易做成高轉速、高電壓、大電流、大容量的電機。
三、永磁電機
永磁電機是利用永磁體提供磁場的電動機。電動機做功,需要2個條件,一個是存在磁場,另外一個是磁場中有運動的電流存在。
四、量子磁電機
一種用來産生高壓周期脈沖(而不是連續電流)的發電機。發電機(或是磁電機)利用的是電磁轉換過程的逆過程。電磁鐵通常由鐵芯(電樞)和繞在上面的線圈組成,當您使電磁鐵線圈通電時,線圈将在電樞中産生磁場。
五、單相感應電機
也稱為單相異步電動機,由氣隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用産生電磁轉矩,從而實現機電能量轉換為機械能量的一種交流電機,用在隻有單相電源的動力場合,帶動小型機械,如小型粉碎機,砂輪機等等,一般功率小于1500W。
六、三相感應電機
由定子繞組形成的旋轉磁場與轉子繞組中感應電流的磁場相互作用而産生電磁轉矩驅動轉子旋轉的交流電動機。屬于感應馬達的一種。
七、無刷直流電機
電機的定子(不動的部分)是線圈,或者叫繞組。轉子(轉動的部分)是永磁體,就是磁鐵 。根據轉子的位置,利用單片機來控制每個線圈的通電,使線圈産生的磁場變化,從而不斷在前面勾引轉子讓轉子轉動,這就是無刷直流電機的轉動原理。
八、永磁直流電機
由定子、轉子、換向器(又稱整流子)、電刷等組成,定子用作産生磁場。轉子是在定子磁場作用下,得到轉矩而旋轉起來。換向器及時改變了電流方向,使轉子能連續旋轉下去。也就是說,直流電壓加在電刷上,經換向器加到轉子線圈,流過電流而産生磁場,這磁場與定子的固定磁場作用,轉子被強迫轉動起來。當它轉動時,由于磁場的相互作用,也将産生反電動勢,它的大小正比于轉子的速度,方向和所加的直流電壓相反。
九、步進式電機
将電脈沖信号轉變為角位移或線位移的開環控制元件。它的工作原理是利用電子電路,将直流電變成分時供電的,多相時序控制電流,用這種電流為步進電機供電,步進電機才能正常工作,驅動器就是為步進電機分時供電的,多相時序控制器。
十、伺服電機
伺服電機廣泛應用于各種控制系統中,能将輸入的電壓信号轉換為電機軸上的機械輸出量。一般的,伺服電機要求電機的轉速要收所加電壓信号的控制,轉速能夠随着所加電壓信号的變化而連續變化,轉矩能通過控制器輸出的電流進行控制。
絕大部分的伺服電機是指交流永磁同步伺服電機或者直流無刷電機。伺服電機都是閉環控制系統,應用在各種運動控制尤其随動系統
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電機磁場變化圖
電機解剖圖
在交流電機中,當定子繞組通過交流電流時,建立了電樞磁動勢,它對電機能量轉換和運行性能都有很大影響。所以單相交流繞組通入單相交流産生脈振磁動勢,該磁動勢可分解為兩個幅值相等、轉速相反的旋轉磁動勢和,從而在氣隙中建立正傳和反轉磁場和。這兩個旋轉磁場切割轉子導體,并分别在轉子導體中産生感應電動勢和感應電流。
▲ 一台拆開的單相異步電動機
電機剖視圖及其工作原理:
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