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电机(按工作电源分类)介绍

文章目录

  • 一、什么是电机?
  • 二、按工作电源分类
    • 直流电机
      • 1.直流有刷电机
        • 结构
        • 工作原理:
        • 直流减速电机
      • 2.直流无刷电机
        • 结构
        • 工作原理:
      • 3.总结
        • 结构和工作原理:
        • 效率和功率损耗:
        • 调速性能:
        • 寿命和可靠性:
        • 应用方面的区别:
    • 交流电机
      • 1.同步电机
        • 工作原理:
        • 特点:
      • 2.异步电机
        • 工作原理:
        • 特点:
      • 3.总结
        • 工作原理:
        • 结构:
        • 性能:
        • 应用:
  • 三、总结


一、什么是电机?

电机(俗称“马达”)是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。分为电动机(符号为M)和发电机(符号为G)。-----百度百科的解释。

下面举一个日常生活的物品来说明电机:
电风扇的电机是一种常见的交流电动机。当你给电风扇插上电源并按下开关时,交流电流会通过定子线圈,从而在电机内部产生一个旋转的磁场。这个旋转的磁场会感应到转子上的铝质或铜质导体,从而驱动风扇叶片开始旋转。这一过程将电能转化为机械能,使得风扇可以产生强风。电风扇的转子通常由电动机轴和连接叶片的扇叶组成,通过电机轴的旋转将机械能传递给扇叶,产生风力效果。

接下来按工作电源分类来进行电机的介绍。

二、按工作电源分类

直流电机

直流电机是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机,将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机,将机械能转换为电能。这里主要介绍直流电动机。

1.直流有刷电机

结构

直流有刷电机的主要结构就是定子、转子、电刷和集电环等部分构成,如下图所示。

机壳:电机的外壳,起到保护内部零件的作用。
定子:位于电机的外部,由铁芯和绕在其上的定子线圈组成。定子线圈是通电的,产生磁场。
磁极:位于转子上的永磁体,通过产生磁场与定子线圈的磁场相互作用,引起转子旋转。
转子绕组:转子上的线圈,通常称为电枢线圈。它与换向器相连,通过换向器改变电流方向。
换向器:由电刷和集电环组成,安装在转子上。它的作用是在转子旋转时,通过接触电枢线圈的不同段来改变电流方向,以保持转子的连续旋转。
电刷:通过弹簧连接到换向器上,与集电环接触,传递电流到电枢线圈。
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工作原理:

基于电磁感应和电荷流动的原理。它由定子和转子两部分组成。定子是固定不动的部分,通常由一组绕在铁芯上的线圈组成,称为电枢线圈或定子线圈。这些线圈通常会被连接到外部电源上,使其形成一个闭合电路。转子是可以旋转的部分,它通常由一个或多个永磁体组成,被称为永磁转子。当定子上的电流通过电枢线圈时,会产生一个磁场。

根据左手定则,电流通过电枢线圈产生的磁场与永磁转子上的磁场相互作用,导致转子受到力矩的作用而开始旋转。转子旋转时,通过换向器(通常由电刷和集电环组成)可以改变电枢线圈的电流方向,使转子保持旋转。换向器的作用是在转子旋转到一定角度时,通过改变电枢线圈上的电流方向来改变磁场的方向,以保持转子的连续旋转。电刷与集电环之间的接触点通过滑动电触头来实现电流传输。

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直流减速电机

这里可能会有人问,那直流减速电机是什么?

直流减速电机一般是指普通直流有刷电机加上一个减速齿轮组,我们知道普通的直流电机当空载时,电机的转速由电压决定; 而直流减速电机的转速由齿轮组和电压决定;齿轮组也就是减速器,使用减速器的目的是为了降低转速,增加转矩。减速后的直流电机力矩增大、可控性更强。按照传动级数不同可分为单级和多级减速器;按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。
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2.直流无刷电机

结构

无刷电机通过电子控制器实现对转子线圈电流的控制,使用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷,如下图所示。

定子集中绕组:产生电磁场,驱动转子旋转。
转子永磁体:与定子磁场相互作用,产生转矩,驱动电机旋转。
转子位置传感器:检测转子位置和速度,反馈给控制器,确保稳定运行。
电子开关电路:控制电流方向和大小,驱动电机旋转。
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工作原理:

基于电磁感应和永磁体相互作用的原理。当电流通入定子集中绕组时,这些线圈会产生一个磁场。与此同时,转子永磁体在旋转时也会产生一个磁场。这两个磁场之间相互作用,从而产生一个力矩,使转子开始旋转。为了保证电机能够稳定运行,需要通过传感器检测转子的位置和速度,并将这些信息反馈给电子开关电路。电子开关电路会根据传感器信号控制电流的方向和大小,使得电机始终在最佳状态下运行。

由于无刷电机没有换向器和电刷,所以电机的寿命更长,噪音更小,效率更高。因此,它被广泛应用于许多领域,如工业、汽车、航空航天等。

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3.总结

直流有刷电机和直流无刷电机在结构、工作原理以及应用方面存在一些区别。下面是它们的比较以及各自的优缺点:

结构和工作原理:

直流有刷电机:有刷电机通过电刷与转子上的集电环接触,实现电流传输和换向。转子上的集电环需要定期更换,电刷也会磨损,导致需要维护和更换零部件。
直流无刷电机:无刷电机通过电子控制器实现对转子线圈电流的控制,不需要电刷和集电环。转子和定子之间没有直接的物理接触,因此具有更长的寿命和更低的维护成本。

效率和功率损耗:

直流有刷电机:由于电刷和集电环的摩擦,有刷电机存在一定的功率损耗,效率相对较低。
直流无刷电机:无刷电机通过电子控制器精确地控制转子线圈的电流,减少了功率损耗,因此具有更高的效率。

调速性能:

直流有刷电机:由于有刷电机的结构特点,它通常能够提供更高的起动转矩和较宽的转速范围。同时,由于有刷电机使用电刷进行换向,换向间隙会导致一定的调速不稳定性。
直流无刷电机:无刷电机通过电子控制器精确地控制转子线圈的电流,可以实现更精确的转速控制和调速性能。

寿命和可靠性:

直流有刷电机:由于有刷电机中电刷和集电环的磨损问题,其寿命相对较短,需要定期维护和更换零部件。
直流无刷电机:无刷电机没有电刷和集电环,因此具有更长的寿命和较高的可靠性。

应用方面的区别:

直流有刷电机:由于其结构简单、成本低、转矩大等特点,适用于一些对转矩要求较高、速度调节范围相对较宽的场合,如家用电器、汽车行业等。
直流无刷电机:由于其高效、寿命长以及精确的转速控制能力,适用于需要精密控制和高效率的应用,如机器人、无人机、工业自动化等。

综上所述,直流有刷电机和直流无刷电机在结构、工作原理、效率、调速性能、寿命以及应用方面存在区别。直流有刷电机具有成本较低、转矩大等优点,适用于对转矩要求较高的场合;而直流无刷电机具有高效、寿命长以及精确的转速控制能力,适用于需要精密控制和高效率的应用。

交流电机

“交流电机”是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。交流电机与直流电机相比,由于没有换向器(见直流电机的换向),因此结构简单,制造方便,比较牢固,容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。

1.同步电机

工作原理:

同步电机的转子的速度与旋转磁场的速度完全同步,这个速度称为同步转速。当外部施加的电源频率与同步电机的极对数及其倍数相匹配时,同步电机能够以稳定的同步速度运行。同步电机的转子上通常带有永磁体或励磁线圈,用于产生磁场。根据公式n=ns=60f/p,其中n表示转子的转速,f表示电网频率,p表示电机的极对数,ns表示同步转速。

特点:

同步电机具有高精度控制、转速稳定、功率因数可以调节的优点。它适用于需要精确控制转速和位置的应用,如电动钟、电动梯、自动化生产线等。然而,在负载变化较大的情况下,同步电机可能出现失步现象,导致转速不匹配。
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2.异步电机

工作原理:

异步电机通过感应电磁场的旋转来产生转矩。当电机接通电源后,定子中的电流会生成旋转磁场,并感应到转子上的电流。由于异步电机的转子转速总是低于或高于旋转磁场的速度,因此称为异步电机。转差率s可以用公式s=(ns-n)/n表示,其中s表示转差率,ns表示磁场转速,n表示转子转速。

特点:

异步电机具有结构简单、可靠性高、成本低的优点。它广泛应用于家用电器和工业设备中,如风扇、泵、压缩机等。相对于同步电机,异步电机的转速会有一定的滑差,即转子转速低于旋转磁场的速度,因此也被称为“异步”。

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3.总结

同步电机和异步电机都是交流电机的两种主要类型,它们在结构、工作原理、性能等方面存在一些差异。

工作原理:

同步电机:定子绕组与旋转的转子之间的磁场是同步的,旋转速度与电源频率成正比。
异步电机:定子绕组产生的磁场与转子自身的磁场之间存在差异,导致转子相对于定子的速度略低于同步速度。

结构:

同步电机:通常采用永磁体或电磁体作为转矩源,旋转稳定,精度高。
异步电机:通常采用铜线圈绕制的定子和铝制转子,结构简单,成本较低。

性能:

同步电机:起动转矩较小,但运行稳定,效率高,适用于精准控制场合。
异步电机:起动转矩较大,但效率和控制精度较低,适用于负载波动较大的场合。

应用:

同步电机:适用于需要精确速度控制和高精度定位的场合,如机床、印刷机、医疗设备等。
异步电机:适用于大多数工业设备和家电,如风扇、水泵、空调等。

总之,同步电机和异步电机各有优缺点,应用场合也不同。选择哪种电机类型取决于具体的应用需求和经济效益。


三、总结

今天主要按工作电源分类对电机进行了介绍,电机还可以按照结构和工作原理/用途等进行分类,下一篇博客我将从用途入手来介绍电机,感谢你的观看,谢谢!

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