交流與直流電機(jī)調(diào)速方法分類原理優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用

1、交流與直流電機(jī) 調(diào)速方法 分類 原理 優(yōu)缺點(diǎn) 應(yīng)用三相交流電機(jī)調(diào)速有哪些方法1 變極調(diào)速.2變頻調(diào)速.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速.三相交流電機(jī)有很多種。1.普通三相鼠籠式。這種電機(jī)只能通過變頻器改變電源頻率和電壓調(diào)速（F/U)。2.三相繞線式電機(jī)，可以通過改變串接在轉(zhuǎn)子線圈上的電阻改變電機(jī)的機(jī)械特性達(dá)到調(diào)速的目的。這種方式常 用在吊車上。長(zhǎng)時(shí)間工作大功率的繞線式電機(jī)調(diào)速不用電阻串接，因?yàn)殡娮钑?huì)消耗大量的電能。通常是串可控硅，通過控制可控硅的導(dǎo)通角控制電流。相當(dāng)于改變回路中的電阻達(dá)到同上效果 。轉(zhuǎn)子的電能經(jīng)可控硅組整流后，再逆變送回電網(wǎng)。這種方式稱為串級(jí)調(diào)速。配上好的調(diào)速控制柜，據(jù)說可以和直流電機(jī)調(diào)速相比美

2、。3.多極電機(jī)。這種電機(jī)有一組或多組繞組。通過改變接在接線合中的繞組引線接法，改變電機(jī)極數(shù)調(diào)速。最常見的4/2極電機(jī)用（角/雙Y)接。4.三相整流子電機(jī)。這是一種很老式的調(diào)速電機(jī)，現(xiàn)在很用了。這種電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的轉(zhuǎn)子和直流電機(jī)轉(zhuǎn)子差不多，也有換向器，和電刷。通過機(jī)械機(jī)構(gòu)改變電刷相對(duì)位置，改變轉(zhuǎn)子組繞組的電動(dòng)勢(shì)改變電流而調(diào)速。這種電機(jī)用的是三相流電，但是，嚴(yán)格上來說，其實(shí)它是直流機(jī)。原理是有點(diǎn)象串礪直流機(jī)。5.滑差調(diào)速器。這種方式其實(shí)不是改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。而是改變和是電機(jī)軸相連的滑差離合器的離合度，改變離合器輸出軸的轉(zhuǎn)速來調(diào)速的。還有如，硅油離合器，磁粉離合器，等等，一此離合機(jī)械裝置和三相電機(jī)配套

3、，用來調(diào)速的方式。嚴(yán)格上來說不算是三相電機(jī)的調(diào)還方式。但是很多教材常常把它們算作調(diào)速方式和一種。 直流電機(jī)的調(diào)速方法一是調(diào)節(jié)電樞電壓，二是調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，而常見的微型直流電機(jī)，其磁場(chǎng)都是固定的，不可調(diào)的永磁體，所以只好調(diào)節(jié)電樞電壓，要說有那幾種調(diào)節(jié)電樞電壓方法，常用的一是可控硅調(diào)壓法，再就是脈寬調(diào)制法(PWM)。PWM的H型屬于調(diào)壓調(diào)速。PWM的H橋只能實(shí)現(xiàn)大功率調(diào)速。國(guó)內(nèi)的超大功率調(diào)速還要依靠可控硅實(shí)現(xiàn)可控整流來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速。還有弱磁調(diào)速，通過適當(dāng)減弱勵(lì)磁磁場(chǎng)的辦法也可以調(diào)速。直流電機(jī)與交流電機(jī)比較最大的優(yōu)點(diǎn)就是直流電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)“平滑而經(jīng)濟(jì)的調(diào)速”；直流電機(jī)的調(diào)速不需要其它

4、設(shè)備的配合，可通過改變輸入的電壓/電流，或者勵(lì)磁電壓/電流來調(diào)速。交流永磁同步的調(diào)速是靠改變頻率來實(shí)現(xiàn)的，需要變頻器。直流電機(jī)雖不需要其它的設(shè)備來幫助調(diào)速，但自身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高；在大功率可控晶閘管大批量使用之前，直流電動(dòng)機(jī)用于大多的調(diào)速場(chǎng)合。在大功率可控晶閘管工業(yè)生產(chǎn)化后，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速變得更簡(jiǎn)單了，交流電動(dòng)機(jī)的制造成本低廉，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)就表現(xiàn)出來。直流電機(jī)的3種調(diào)速方法各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?不同的需要，采用不同的調(diào)速方式，應(yīng)該說各有什么特點(diǎn)。1.在全磁場(chǎng)狀態(tài)，調(diào)電樞電壓，適合應(yīng)用在0基速以下范圍內(nèi)調(diào)速。不能達(dá)到電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。 2.在電樞全電壓狀態(tài)，調(diào)激磁電壓，適合應(yīng)用在基

5、速以上，弱磁升速。 不能得到電機(jī)的較低轉(zhuǎn)速。3.在全磁場(chǎng)狀態(tài)，調(diào)電樞電壓，電樞全電壓之后，弱磁升速。適合應(yīng)用在調(diào)速范圍大的情況。這是直流電機(jī)最完善的調(diào)速方式，但設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高。直流電機(jī)調(diào)速一般采用脈沖寬度調(diào)制。即供電電壓是寬度可調(diào)的脈沖電壓。當(dāng)脈沖最寬時(shí)，相當(dāng)于直流電，功率最大，轉(zhuǎn)速最高。脈沖寬度減小時(shí)，相當(dāng)于直流電電壓降低，功率及轉(zhuǎn)速降低。無刷電機(jī)沒有電刷磨損，維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，較有刷可靠，但需加裝驅(qū)動(dòng)（換向）電路，一次性投資較大。脈寬調(diào)制（PWM）是調(diào)整脈沖的寬度而不是頻率?！懊}沖寬了”指的是高電平時(shí)間長(zhǎng)了，低電平時(shí)間短了，脈沖頻率并沒有變。脈寬調(diào)制并不是直接調(diào)整電機(jī)的速度，而是改變電機(jī)的功

6、率或扭矩。扭矩大了，換向加快，轉(zhuǎn)速就提高了。直流電機(jī)有定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子上有磁極（繞組式或永磁式），轉(zhuǎn)子有繞組，通電后，轉(zhuǎn)子上也形成磁場(chǎng)（磁極），定子和轉(zhuǎn)子的磁極之間有一個(gè)夾角，在定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)（N極和S極之間）的相互吸引下，是電機(jī)旋轉(zhuǎn)。改變電刷的位子，就可以改變定轉(zhuǎn)子磁極夾角（假設(shè)以定子的磁極為夾角起始邊，轉(zhuǎn)子的磁極為另一邊，由轉(zhuǎn)子的磁極指向定子的磁極的方向就是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向）的方向，從而改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向電動(dòng)機(jī)也稱電機(jī)(俗稱馬達(dá))，在電路中用字母“M”(舊標(biāo)準(zhǔn)用“D”)表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動(dòng)力源。   (一)電動(dòng)機(jī)的種類電動(dòng)機(jī)有

7、多種類型。1.按工作電源分類 根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。其中交流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。2.按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同布電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。電磁直流電動(dòng)機(jī)又分

8、為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)又分為稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。3.按起動(dòng)與運(yùn)行方式分類 電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)與運(yùn)行方式可分為電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異步電動(dòng)機(jī)。4.按用途分類 電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)又分為電動(dòng)工具(包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具)用電動(dòng)機(jī)、家電(包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動(dòng)剃須刀等)用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備(包括各種小

9、型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等)用電動(dòng)機(jī)。控制用電動(dòng)機(jī)又分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)等。5.按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類 電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動(dòng)機(jī))和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動(dòng)機(jī))。6.按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類 電動(dòng)機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)。低速電動(dòng)機(jī)又分為齒輪減速電動(dòng)機(jī)、電磁減速電動(dòng)機(jī)、力矩電動(dòng)機(jī)和爪極同步電動(dòng)機(jī)等。調(diào)速電動(dòng)機(jī)除可分為有級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、無級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、有級(jí)變速電動(dòng)機(jī)和無極變速電動(dòng)機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)、直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。(二)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)是依

10、靠直流工作電壓運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、電動(dòng)剃須刀、電吹風(fēng)、電子表動(dòng)玩具等。1.電磁式直流電動(dòng)機(jī) 電磁式直流電動(dòng)機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子(電樞)、換向器(俗稱整流子)、電刷、機(jī)殼、軸承等構(gòu)成，電磁式直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極(主磁極)由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成。根據(jù)其勵(lì)磁(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為激磁)方式的不同又可分為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。因勵(lì)磁方式不同，定子磁極磁通(由定子磁極的勵(lì)磁線圈通電后產(chǎn)生)的規(guī)律也不同。串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間通過電刷和換向器相串聯(lián)，勵(lì)磁電流與電樞電流成正比，定子的磁通量隨著勵(lì)磁電流的增大而增大，轉(zhuǎn)矩近似與電樞電流的平

11、方成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩或電流的增加而迅速下降。其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的5倍以上，短時(shí)間過載轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的4倍以上，轉(zhuǎn)速變化率較大，空載轉(zhuǎn)速甚高(一般不允許其在空載下運(yùn)行)。可通過用外用電阻器與串勵(lì)繞組串聯(lián)(或并聯(lián))、或?qū)⒋畡?lì)繞組并聯(lián)換接來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組相并聯(lián)，其勵(lì)磁電流較恒定，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，起動(dòng)電流約為額定電流的2.5倍左右。轉(zhuǎn)速則隨電流及轉(zhuǎn)矩的增大而略有下降，短時(shí)過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍。轉(zhuǎn)速變化率較小，為5%15%?？赏ㄟ^消弱磁場(chǎng)的恒功率來調(diào)速。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組接到獨(dú)立的勵(lì)磁電源供電，其勵(lì)磁電流也較恒定，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。轉(zhuǎn)速

12、變化也為5%15%?？梢酝ㄟ^消弱磁場(chǎng)恒功率來提高轉(zhuǎn)速或通過降低轉(zhuǎn)子繞組的電壓來使轉(zhuǎn)速降低。復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極上除有并勵(lì)繞組外，還裝有與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)的串勵(lì)繞組(其匝數(shù)較少)。串聯(lián)繞組產(chǎn)生磁通的方向與主繞組的磁通方向相同，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的4倍左右，短時(shí)間過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3.5倍左右。轉(zhuǎn)速變化率為25%30%(與串聯(lián)繞組有關(guān))。轉(zhuǎn)速可通過消弱磁場(chǎng)強(qiáng)度來調(diào)整。換向器的換向片使用銀銅、鎘銅等合金材料，用高強(qiáng)度塑料模壓成。電刷與換向器滑動(dòng)接觸，為轉(zhuǎn)子繞組提供電樞電流。電磁式直流電動(dòng)機(jī)的電刷一般采用金屬石墨電刷或電化石墨電刷。 轉(zhuǎn)子的鐵心采用硅鋼片疊壓而成，一般為12槽，內(nèi)嵌12組

13、電樞繞組，各繞組間串聯(lián)接后，再分別與12片換向片連接。2.永磁式直流電動(dòng)機(jī)永磁式直流電動(dòng)機(jī)也由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成，定子磁極采用永磁體(永久磁鋼)，有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。按其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。錄放機(jī)中使用的電多數(shù)為圓筒型磁體，而電動(dòng)工具及汽車用電器中使用的電動(dòng)機(jī)多數(shù)采用專塊型磁體。圖18-12是兩種永磁體的磁路示意圖。轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，較電磁式直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的槽數(shù)少。錄放機(jī)中使用的小功率電動(dòng)機(jī)多數(shù)為3槽，較高檔的為5槽或7槽。漆包線繞在轉(zhuǎn)子鐵心的兩槽之間(三槽即有三個(gè)繞組)，其各接頭分別焊在換各器的金屬片上。電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，

14、具備導(dǎo)電與耐磨兩種性能。永磁電動(dòng)機(jī)的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。錄放機(jī)中使用的永磁式直流電動(dòng)機(jī)，采用電子穩(wěn)速電路或離心式穩(wěn)速裝置。3.無刷直流電動(dòng)機(jī) 無刷直流電動(dòng)機(jī)是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機(jī)、電子儀器及自動(dòng)化辦公設(shè)備中。無刷直流電動(dòng)機(jī)由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成，如圖18-13所示。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流(即檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路處

15、理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換)。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)，其磁敏傳感器件(例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐返?裝在定子組件上，用來檢測(cè)永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化。采用光電式位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會(huì)按一定頻率間歇間生脈沖信號(hào)。采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)，是在定子組件上安裝

16、有電磁傳感器部件(例如耦合變壓器、接近開關(guān)、LC諧振電路等)，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時(shí)，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(hào)(其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化)。各種交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理目前較常用的交流電動(dòng)機(jī)有兩種：1、三相異步電動(dòng)機(jī)。2、單相交流電動(dòng)機(jī)。第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。一、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理 三相異步電動(dòng)機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來的先決條件是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組就是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。我們知道，但相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，三相異步電動(dòng)機(jī)定子中的三個(gè)繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時(shí)，定子繞組

17、就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其產(chǎn)生的過程如圖1所示。圖中分四個(gè)時(shí)刻來描述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生過程。電流每變化一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一周，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為：n=60f/P 式中f為電源頻率、P是磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)、n的單位是：每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。根據(jù)此式我們知道，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有關(guān)，為此，控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有兩種方法：1、改變磁極法；2、變頻法。以往多用第一種方法，現(xiàn)在則利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)變速控制。 觀察圖1還可發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序有關(guān)。相序A、B、C順時(shí)針排列，磁場(chǎng)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，若把三根電源線中的

18、任意兩根對(duì)調(diào)，例如將B相電流通入C相繞組中，C相電流通入B相繞組中，則相序變?yōu)椋篊、B、A，則磁場(chǎng)必然逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。利用這一特性我們可很方便地改變?nèi)嚯妱?dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。 定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條（鼠籠條）將切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流又與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向以n1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來。一般情況下，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n1低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n。因?yàn)榧僭O(shè)n=n1，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就不會(huì)切割磁力線，也就不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1必然小于n。為此我們稱三相電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)。 二、單相交流

19、電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理 單相交流電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。當(dāng)單相正弦電流通過定子繞組時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向隨時(shí)間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，所以又稱這個(gè)磁場(chǎng)是交變脈動(dòng)磁場(chǎng)。這個(gè)交變脈動(dòng)磁場(chǎng)可分解為兩個(gè)以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個(gè)大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，使得合成轉(zhuǎn)矩為零，所以電動(dòng)機(jī)無法旋轉(zhuǎn)。當(dāng)我們用外力使電動(dòng)機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)（如順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)），這時(shí)轉(zhuǎn)子與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變??；轉(zhuǎn)子與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變大。這樣平衡就打破了，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)

20、生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零，轉(zhuǎn)子將順著推動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)起來。 要使單相電動(dòng)機(jī)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來，我們可在定子中加上一個(gè)起動(dòng)繞組，起動(dòng)繞組與主繞組在空間上相差90度，起動(dòng)繞組要串接一個(gè)合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相原理。這樣兩個(gè)在時(shí)間上相差90度的電流通入兩個(gè)在空間上相差90度的繞組，將會(huì)在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖2所示。在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，轉(zhuǎn)子就能自動(dòng)起動(dòng)，起動(dòng)后，待轉(zhuǎn)速升到一定時(shí)，借助于一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)子上的離心開關(guān)或其他自動(dòng)控制裝置將起動(dòng)繞組斷開，正常工作時(shí)只有主繞組工作。因此，起動(dòng)繞組可以做成短時(shí)工作方式。但有很多時(shí)候，起動(dòng)繞組并不斷開，我們稱

21、這種電動(dòng)機(jī)為電容式單相電動(dòng)機(jī)，要改變這種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，可由改變電容器串接的位置來實(shí)現(xiàn)。 在單相電動(dòng)機(jī)中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的另一種方法稱為罩極法，又稱單相罩極式電動(dòng)機(jī)。此種電動(dòng)機(jī)定子做成凸極式的，有兩極和四極兩種。每個(gè)磁極在1/3-1/4全極面處開有小槽，如圖3所示，把磁極分成兩個(gè)部分，在小的部分上套裝上一個(gè)短路銅環(huán)，好象把這部分磁極罩起來一樣，所以叫罩極式電動(dòng)機(jī)。單相繞組套裝在整個(gè)磁極上，每個(gè)極的線圈是串聯(lián)的，連接時(shí)必須使其產(chǎn)生的極性依次按N、S、N、S排列。當(dāng)定子繞組通電后，在磁極中產(chǎn)生主磁通，根據(jù)楞次定律，其中穿過短路銅環(huán)的主磁通在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)在相位上滯后90度的感應(yīng)電流，此電流產(chǎn)

22、生的磁通在相位上也滯后于主磁通，它的作用與電容式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)繞組相當(dāng)，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。直流電機(jī)的基本工作原理直流勵(lì)磁的磁路在電工設(shè)備中的應(yīng)用，除了直流電磁鐵（直流繼電器、直流接觸器等）外，最重要的就是應(yīng)用在直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)中。在發(fā)電廠里，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)、蓄電池的充電機(jī)等，都是直流發(fā)電機(jī)；鍋爐給粉機(jī)的原動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)。此外，在許多工業(yè)部門，例如大型軋鋼設(shè)備、大型精密機(jī)床、礦井卷揚(yáng)機(jī)、市內(nèi)電車、電纜設(shè)備要求嚴(yán)格線速度一致的地方等，通常都采用直流電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)工作機(jī)械的。直流發(fā)電機(jī)通常是作為直流電源，向負(fù)載輸出電能；直流電動(dòng)機(jī)則是作為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械工作，向負(fù)載輸出

23、機(jī)械能。在控制系統(tǒng)中，直流電機(jī)還有其它的用途，例如測(cè)速電機(jī)、伺服電機(jī)等。雖然直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的用途各不同，但是它們的結(jié)構(gòu)基本上一樣，都是利用電和磁的相互作用來實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換。直流電機(jī)的最大弱點(diǎn)就是有電流的換向問題，消耗有色金屬較多，成本高，運(yùn)行中的維護(hù)檢修也比較麻煩。因此，電機(jī)制造業(yè)中正在努力改善交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，并且大量代替直流電動(dòng)機(jī)。不過，近年來在利用可控硅整流裝置代替直流發(fā)電機(jī)方面，已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。包括直流電機(jī)在內(nèi)的一切旋轉(zhuǎn)電機(jī)，實(shí)際上都是依據(jù)我們所知道的兩條基本原則制造的。一條是：導(dǎo)線切割磁通產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；另一條是：載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用。因此，從

24、結(jié)構(gòu)上來看，任何電機(jī)都包括磁場(chǎng)部分和電路部分。從上述原理可見，任何電機(jī)都體現(xiàn)著電和磁的相互作用，是電、磁這兩個(gè)矛盾著的對(duì)立面的統(tǒng)一。我們?cè)谶@一章里討論直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，就是討論直流電機(jī)中的“磁”和“電”如何相互作用，相互制約，以及體現(xiàn)兩者之間相互關(guān)系的物理量和現(xiàn)象（電樞電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率、電樞反應(yīng)等）。一、 直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理 直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)具有相同的結(jié)構(gòu)，只是直流發(fā)電機(jī)是由原動(dòng)機(jī)（一般是交流電動(dòng)機(jī)）拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)而發(fā)電?？梢姡前褭C(jī)械能變?yōu)殡娔艿脑O(shè)備。直流電動(dòng)機(jī)則接在直流電源上，拖動(dòng)各種工作機(jī)械（機(jī)床、泵、電車、電纜設(shè)備等）工作，它是把電能變?yōu)闄C(jī)械能的設(shè)備

25、。但是，當(dāng)前已經(jīng)有可控硅整流裝置替代了直流發(fā)電機(jī)，為了能使大家更好的理解直流電動(dòng)機(jī)，有必要同時(shí)講述一下直流發(fā)電機(jī)的原理。我們首先來觀察直流發(fā)電機(jī)是怎樣工作的。 如圖1所示，電刷A、B分別與兩個(gè)半園環(huán)接觸，這時(shí)A、B兩電刷之間輸出的是直流電。我們?cè)賮砜纯催@時(shí)線圈在磁極之間運(yùn)動(dòng)的情況。從圖1（a）可以看出，當(dāng)線圈的ab邊在N極范圍內(nèi)按逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)用發(fā)電機(jī)右手定則，這時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)是從b指向a。這時(shí)線圈的cd邊則是在S極范圍內(nèi)按逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，依據(jù)發(fā)電機(jī)右手定則可以判斷，cd邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向是從d指向c。從整個(gè)線圈來看，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是d-c-b-a。因此，和線圈a端連接的

26、銅片1和電刷A是處于正電位；而和線圈的d端連接的銅片2和電刷B是處于負(fù)電位。如果接通外電路，那么電流就從電刷A經(jīng)負(fù)載流入電刷B，與線圈一起構(gòu)成閉合的電流通路。當(dāng)線圈的ab邊轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)時(shí)，cd邊就轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)（圖1，b），用右手定則判斷可以知道，這時(shí)線圈cd邊中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向是從c到d，而ab邊轉(zhuǎn)到了S極范圍內(nèi)，其中電動(dòng)勢(shì)的方向則是有a到b。由于電刷在空間是不動(dòng)的，因此和線圈d端連接的銅片2和電刷A接觸，它的電位仍然是正。而與線圈a端連接的銅片1則和電刷B接觸，它的電位仍然是負(fù)。接通外電路時(shí)，電流仍然是從電刷A經(jīng)負(fù)載流入電刷B，與線圈一起構(gòu)成閉合的電流通路。不過，要注意到這時(shí)線圈內(nèi)的電流

27、已經(jīng)反向了。由此可知，當(dāng)線圈不停地旋轉(zhuǎn)時(shí)，雖然與兩個(gè)電刷接觸的線圈邊不停的變化，但是，電刷A始終是正電位，電刷B始終是負(fù)電位。因此，有兩電刷引出的是具有恒定方向的電動(dòng)勢(shì)，負(fù)載上得到的是恒定方向的電壓和電流。也就是說，盡管線圈abcd中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向不斷交變，但是電刷A總是和處在N極范圍內(nèi)的線圈邊接觸，電刷B總是和處在S極范圍內(nèi)的線圈邊相接觸，它們的極性始終不變。于是，線圈中的交流電經(jīng)過銅片和電刷整流后，便成為外電路中的直流電了。這兩個(gè)半圓形的銅片就叫做換向片，它們合在一起叫做換向器。二、 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理 上面已經(jīng)討論了直流發(fā)電機(jī)的工作原理，現(xiàn)在再來討論直流電動(dòng)機(jī)是怎樣工作

28、的。如果直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子不用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，而把它的電刷A、B接在電壓為U的直流電源上（如圖2所示），那么會(huì)發(fā)生什么樣的情況呢？從圖上可以看出，電刷A是正電位，B是負(fù)電位，在N極范圍內(nèi)的導(dǎo)體ab中的電流是從a流向b，在S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體cd中的電流是從c流向d。前面已經(jīng)說過，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力的作用，因此，ab和cd兩導(dǎo)體都要受到電磁力Fde的作用。根據(jù)磁場(chǎng)方向和導(dǎo)體中的電流方向，利用電動(dòng)機(jī)左手定則判斷，ab邊受力的方向是向左，而cd邊則是向右。由于磁場(chǎng)是均勻的，導(dǎo)體中流過的又是相同的電流，所以，ab邊和cd邊所受電磁力的大小相等。這樣，線圈上就受到了電磁力的作用而按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)了。當(dāng)線圈

29、轉(zhuǎn)到磁極的中性面上時(shí)，線圈中的電流等于零，電磁力等于零，但是由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈轉(zhuǎn)過半州之后，雖然ab與cd的位置調(diào)換了，ab邊轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)，cd邊轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)，但是，由于換向片和電刷的作用，轉(zhuǎn)到N極下的cd邊中電流方向也變了，是從d流向c，在S極下的ab邊中的電流則是從b流向a。因此，電磁力Fdc的方向仍然不變，線圈仍然受力按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。可見，分別處在N、S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體中的電流方向總是不變的，因此，線圈兩個(gè)邊的受力方向也不變，這樣，線圈就可以按照受力方向不停的旋轉(zhuǎn)了，通過齒輪或皮帶等機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)，便可以帶動(dòng)其它工作機(jī)械。從以上的分析可以看到，要使線圈按照一定的方向旋轉(zhuǎn)，

30、關(guān)鍵問題是當(dāng)導(dǎo)體從一個(gè)磁極范圍內(nèi)轉(zhuǎn)到另一個(gè)異性磁極范圍內(nèi)時(shí)（也就是導(dǎo)體經(jīng)過中性面后），導(dǎo)體中電流的方向也要同時(shí)改變。換向器和電刷就是完成這個(gè)任務(wù)的裝置。在直流發(fā)電機(jī)中，換向器和電刷的任務(wù)是把線圈中的交流電變?yōu)橹绷麟娤蛲廨敵觯欢谥绷麟妱?dòng)機(jī)中，則用換向器和電刷把輸入的直流電變?yōu)榫€圈中的交流電?？梢?，換向器和電刷是直流電機(jī)中不可缺少的關(guān)鍵性部件。當(dāng)然，在實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)中，也不只有一個(gè)線圈，而是有許多個(gè)線圈牢固地嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，當(dāng)導(dǎo)體中通過電流、在磁場(chǎng)中因受力而轉(zhuǎn)動(dòng)，就帶動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。 比較直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可以看出，它們的輸入和輸出的能

31、量形式不同的。正如前面已經(jīng)說過，直流發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，輸入的是機(jī)械能，輸出的是電能；直流電動(dòng)機(jī)則是由直流電源供電，輸入的是電能，輸出的是機(jī)械能。步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 一般用在精確定位方面!同步電機(jī)轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生固定方向的磁場(chǎng)(用 直流電機(jī) 產(chǎn)生)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)“拖著”轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定等于同步速，也因此叫做同步電機(jī) 。同步電機(jī)與異步電機(jī)相對(duì)應(yīng)。輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為直流電機(jī)。直流電機(jī)與交流電機(jī)相對(duì)應(yīng)。電機(jī)按運(yùn)動(dòng)和靜止分：變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)