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                  電動馬達 編輯

                  詞條創建者 匿名用戶

                  什么是電動馬達

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                  電動機是將電能轉換為機械能的電機。大多數電動機通過電動機的磁場和繞組中的電流之間的相互作用來運行,以產生施加在電動機軸上的扭矩形式的力。發電機機械上與電動機相同,但以反向的功率流動,將機械能轉化為電能。

                  電動機可以由直流(DC)電源供電,例如來自電池或整流器,或者由交流(AC)電源供電,例如電網、逆變器或發電機。

                  電動機可以根據電源類型、結構、應用和運動輸出類型等因素進行分類。它們可以由交流或直流供電,有刷或無刷,單相,兩相或三相,軸向或徑向通量,并且可以是風冷或液冷。

                  標準化電機為工業應用提供方便的機械動力。xxx的用于船舶推進、管道壓縮和抽水蓄能應用,輸出功率超過100兆瓦。

                  應用包括工業風扇、鼓風機和泵、機床、家用電器、電動工具、車輛和磁盤驅動器。小型電機可以在電子手表中找到。在某些應用中,例如在牽引電動機的再生制動中,電動機可以反向用作發電機,以回收可能以熱和摩擦形式損失的能量。

                  電動機產生線性或旋轉力(扭矩),旨在推動某些外部機構,例如風扇或電梯。電動機通常設計用于連續旋轉,或與其尺寸相比在相當長的距離上進行線性運動。電磁螺線管也是將電能轉換為機械運動的傳感器,但只能在有限的距離內產生運動。

                  電動機比工業和運輸中使用的其他原動機內燃機(ICE)效率更高;電動機的效率通常超過95%,而內燃機的效率遠低于50%。它們更輕、體積更小、機械更簡單、制造成本更低、更耐用、可以在任何速度下提供即時和一致的扭矩、可以使用可再生能源產生的電力運行,并且不會向大氣排放碳。由于這些原因,在大多數應用中,電動機正在取代內燃機。

                  電動馬達的歷史

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                  早期馬達

                  在現代電磁馬達之前,人們研究了通過靜電力工作的實驗馬達。xxx臺電動機是蘇格蘭僧侶安德魯·戈登和美國實驗者本杰明·富蘭克林在1740年代的實驗中描述的簡單靜電裝置。其背后的理論原理,庫侖定律,由亨利卡文迪許于1771年發現但未發表。該定律由查爾斯-奧古斯丁·德·庫侖于1785年獨立發現,并于1785年發表,因此以他的名字而聞名.由于難以產生所需的高壓,靜電電機從未用于實際用途。

                  1799年,亞歷山德羅·伏打發明了電化學電池,使產生持續電流成為可能。HansChristian?rsted在1820年發現電流會產生磁場,該磁場可以對磁鐵施加力。André-MarieAmpère只用了幾周時間就開發了電磁相互作用的xxx個公式并提出了安培力定律,該定律描述了電流和磁場相互作用產生的機械力。邁克爾·法拉第在1821年首次演示了旋轉運動的效果。一根自由懸掛的金屬絲浸入水銀池中,上面有一根放置永磁體(PM)。當電流通過導線時,導線圍繞磁鐵旋轉,表明電流在導線周圍產生了一個封閉的圓形磁場。這種電機經常在物理實驗中得到證明,用鹽水代替(有毒)汞。巴洛的輪是法拉第演示的早期改進,盡管這些和類似的單極電機直到本世紀后期仍然不適合實際應用。

                  1827年,匈牙利物理學家ányosJedlik開始試驗電磁線圈。杰德利克通過發明換向器解決了連續旋轉的技術問題后,將他早期的設備稱為電磁自轉子。盡管它們僅用于教學,但在1828年,Jedlik展示了xxx臺包含實用直流電機的三個主要部件:定子、轉子和換向器的設備。該設備不使用永磁體,因為靜止和旋轉部件的磁場僅由流經其繞組的電流產生。

                  直流電機

                  1832年,英國科學家威廉·斯特金發明了xxx臺能夠轉動機械的換向器直流電動機。繼斯特金的工作之后,美國發明家托馬斯·達文波特和他的妻子艾米麗·達文波特制造了一種換向器式直流電動機,他在1837年獲得了專利。電機以每分鐘600轉的速度運行,并為機床和印刷機提供動力。由于一次電池電源的高成本,這些電機在商業上并不成功,達文波特也破產了。幾位發明家跟隨鱘魚開發直流電機,但都遇到了同樣的電池成本問題。由于沒有配電系統當時可用,這些電機沒有出現實際的商業市場。

                  在使用相對較弱的旋轉和往復裝置進行許多其他或多或少的成功嘗試后,普魯士/俄羅斯的莫里茨·馮·雅可比于1834年5月創造了xxx臺真正的旋轉電動機。它產生了顯著的機械輸出功率。他的馬達創造了一項世界紀錄,四年后的1838年9月,雅可比改進了這項紀錄。他的第二臺馬達足夠強大,可以駕駛一艘載有14人的船穿過一條寬闊的河流。也是在1839/40年,其他開發人員設法制造了具有類似然后更高性能的電機。

                  1855年,Jedlik使用與他的電磁自動轉子中使用的原理相似的原理制造了一種能夠進行有用工作的設備。同年,他制造了一輛電動汽車模型。

                  一個重要的轉折點出現在1864年,當時安東尼奧·帕西諾蒂(AntonioPacinotti)首次描述了環形電樞(盡管最初是在直流發電機中構思的,即發電機)。其特點是對稱分組的線圈自身閉合并連接到換向器的條上,其電刷提供幾乎沒有波動的電流。在ZénobeGramme的開發之后,xxx臺商業上成功的直流電機在1871年重新發明了Pacinotti的設計并采用了WernerSiemens的一些解決方案。

                  直流電機的一個好處是發現了電機的可逆性,這是西門子在1867年宣布并在1869年被帕西諾蒂觀察到的。格萊姆在1873年維也納世界博覽會上偶然展示了它,當時他將兩個這樣的直流設備連接起來,彼此相距最多2公里,其中一個用作發電機,另一個用作電動機。

                  1872年Siemens&Halske的FriedrichvonHefner-Alteneck引進了鼓形轉子來代替Pacinotti的環形電樞,從而提高了機器效率。次年,Siemens&Halske推出了疊片轉子,降低了鐵損并提高了感應電壓。1880年,JonasWenstr?m為轉子提供了用于容納繞組的槽,進一步提高了效率。

                  1886年,弗蘭克·朱利安·斯普拉格發明了xxx臺實用的直流電機,這是一種在可變負載下保持相對恒定速度的無火花裝置。這段時間的其他Sprague電氣發明極大地改善了電網配電(ThomasEdison之前所做的工作),允許電動機的電力返回電網,通過架空電線和電車桿為電車配電,并為電動操作提供控制系統。這使得Sprague在1887-88年間在弗吉尼亞州里士滿使用電動機發明了xxx個電動手推車系統,1892年的電動電梯和控制系統,以及獨立供電的中央控制車廂的電動地鐵。后者于1892年由南側高架鐵路首次安裝在芝加哥,在那里它被普遍稱為L。Sprague的電機和相關發明引起了人們對工業電機的興趣和使用的爆炸式增長。由于未能認識到轉子和定子之間氣隙的極端重要性,效率可接受的電動機的開發被推遲了幾十年。高效的設計具有相對較小的氣隙。圣路易斯電機,長期以來在課堂上用于說明電機原理,由于同樣的原因效率低下,而且看起來一點也不像現代電機。

                  電動機徹底改變了工業。工業過程不再受到使用傳動軸、皮帶、壓縮空氣液壓的動力傳輸的限制。相反,每臺機器都可以配備自己的電源,在使用點提供輕松控制,并提高電力傳輸效率。用于農業的電動機消除了人類和動物在處理谷物或抽水等任務中的肌肉力量。電動機的家庭用途(如洗衣機、洗碗機、風扇、空調冰箱(更換冰盒))減少了家庭中的繁重勞動,并提高了便利性、舒適性和安全性的標準。今天,電動機消耗了美國一半以上的電能。

                  交流電機

                  1824年,法國物理學家弗朗索瓦·阿拉戈(Fran?oisArago)提出了旋轉磁場的存在,稱為阿拉戈的旋轉,通過手動打開和關閉開關,沃爾特·貝利(WalterBaily)在1879年證明了它實際上是xxx臺原始感應電動機。在1880年代,許多發明家試圖開發可工作的交流電機,因為交流電在遠距離高壓傳輸方面的優勢被無法在交流電上運行電機所抵消。

                  1885年,伽利略·費拉里斯發明了xxx臺交流無換向器感應電動機。1886年,費拉里斯通過生產更先進的裝置改進了他的xxx個設計。1888年,都靈皇家科學院發表了費拉里斯的研究,詳細介紹了電機操作的基礎,而當時得出的結論是,基于該原理的設備不能作為電機具有任何商業重要性。

                  尼古拉特斯拉設想了可能的工業發展,他于1887年獨立發明了他的感應電機,并于1888年5月獲得了專利。同年,特斯拉向AIEE提交了他的論文ANewSystemofAlternateCurrentMotorsandTransformers描述了三個專利兩相四定極電機類型:一種是四極轉子組成非自啟動磁阻電機,另一種是繞線轉子組成自啟動感應電機,第三種是真同步電機。轉子繞組的勵磁直流電源。然而,特斯拉在1887年提交的其中一項專利也描述了一種短路繞組轉子感應電動機。喬治威斯汀豪斯已經從法拉利手中獲得權利(1000美元)的人,迅速買下了特斯拉的專利(6萬美元外加2.50美元/馬力,一直到1897年才付款),聘請特斯拉開發自己的電機,并指派CFScott幫助特斯拉;然而,特斯拉在1889年轉而從事其他工作。人們發現恒速交流感應電機不適用于有軌電車,但西屋工程師于1891年成功地將其改裝為科羅拉多州特柳賴德的采礦作業提供動力。西屋實現了它的xxx個實用感應電機1892年的電動機,并于1893年開發了一系列多相60赫茲感應電動機,但這些早期的西屋電動機是帶有繞線轉子的兩相電動機。BGLamme后來開發了一種旋轉條形繞組轉子。

                  堅定推動三相發展的米哈伊爾·多利沃-多布羅沃爾斯基于1889年發明了三相感應電動機,包括帶有起動變阻器的籠式轉子和繞線轉子,并于1890年發明了三臂變壓器。達成協議后在AEG和MaschinenfabrikOerlikon、Doliwo-Dobrowolski和CharlesEugeneLancelotBrown之間開發了更大的模型,即20馬力的鼠籠式和帶有啟動變阻器的100馬力的繞線轉子。這是xxx批適合實際操作的三相異步電動機。自1889年以來,Wenstr?m開始了類似的三相機械開發。在1891年法蘭克福國際電工展覽會上,xxx臺長距離三相系統成功亮相。它的額定電壓為15kV,從內卡河上的勞芬瀑布延伸超過175公里。勞芬發電站包括一個240kW86V40Hz交流發電機和一個升壓變壓器,而在展覽中,一個降壓變壓器為一個100馬力的三相感應電機供電,該電機為人工瀑布提供動力,代表了原能量源。MikhailDolivo-Dobrovolsky聲稱特斯拉的電機因為兩相脈動而不實用,這促使他堅持三相工作。

                  通用電氣公司于1891年開始開發三相感應電動機。到1896年,通用電氣和西屋公司簽署了關于棒繞組轉子設計的交叉許可協議,后來稱為鼠籠轉子。這些發明和創新帶來的感應電機改進使得100馬力的感應電機目前的安裝尺寸與1897年的7.5馬力電機相同。

                  二十一世紀

                  到2022年,電動機銷量估計為8億臺,每年增長10%。電動機消耗了全球約50%的電力。

                  電動馬達組件

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                  電動機的兩個機械部件是運動的轉子和不運動的定子。它還包括兩個電氣部件,一組磁鐵和一個電樞,其中一個連接到轉子,另一個連接到定子,共同形成磁路:

                  軸承

                  轉子由軸承支撐,允許轉子繞其軸線轉動。軸承又由電機外殼支撐。

                  轉子

                  轉子是傳遞機械動力的運動部件。轉子通常固定載有電流的導體,定子的磁場對其施加力以轉動軸?;蛘?,一些轉子帶有永磁體,而定子則保持導體。永磁體在更大的運行速度和功率范圍內提供高效率。

                  定子和轉子之間的氣隙允許它轉動。間隙的寬度對電機的電氣特性有顯著影響。它通常盡可能小,因為較大的差距會削弱性能。它是電動機運行時的低功率因數的主要來源。磁化電流隨著氣隙的增加而增加,功率因數降低,因此氣隙越窄越好。相反,間隙太小除了噪音和損失外,還可能造成機械問題。

                  電機軸通過軸承延伸到電機外部,在那里施加負載。因為負載的力施加在最外面的軸承之外,所以負載被稱為懸垂的。

                  定子

                  定子圍繞著轉子,通常裝有磁場磁鐵,這些磁鐵要么是由繞在鐵磁鐵芯周圍的導線繞組組成的電磁鐵,要么是xxx磁鐵。這些會產生穿過轉子電樞的磁場,對繞組施加力。定子鐵芯由許多相互絕緣的薄金屬片組成,稱為疊片。疊片用于減少使用實心芯時可能導致的能量損失。用于洗衣機和空調的樹脂封裝電機利用樹脂(塑料)的阻尼特性來降低噪音和振動。這些電機將定子封裝在塑料中。

                  電樞

                  電樞由鐵磁芯上的繞線組成。通過導線的電流會導致來自磁場磁鐵的磁場對其施加力(洛倫茲力),從而轉動轉子,從而提供機械輸出。繞組是鋪設在線圈中的導線,通常纏繞在層壓板上,軟,鐵,鐵磁芯,以便在通電時形成磁極。

                  電機有凸極和非凸極配置。在凸極電機中,轉子和定子上的鐵磁芯具有相互面對的稱為磁極的突起,在磁極面下方的每個磁極周圍都有導線纏繞,當電流流過導線時,它們成為磁場的北極或南極.在非凸極(或分布式磁場或圓轉子)電機中,鐵磁芯是一個光滑的圓柱體,繞組均勻分布在圓周上的槽中。在繞組中提供交流電會在磁芯中產生連續旋轉的磁極。罩極電機在磁極的一部分周圍有一個繞組,可以延遲該磁極的磁場相位。

                  換向器

                  換向器是向轉子提供電流的旋轉電氣開關。當軸旋轉時,它周期性地反轉轉子繞組中的電流流動。它由一個由多個金屬接觸段組成的電樞上的圓柱體組成。兩個或多個稱為電刷的電觸點,由碳等軟導電材料制成,壓在換向器上。電刷在旋轉時與連續的換向器片滑動接觸,為轉子提供電流。轉子上的繞組連接到換向器片。換向器周期性地反轉電流每半圈(180°)在轉子繞組中的方向,因此施加到轉子上的扭矩始終是相同的方向。如果沒有這種電流反轉,每個轉子繞組上的扭矩方向每半圈就會反轉,因此轉子會停止。換向器效率低下,換向電機大多已被無刷直流電機、永磁電機和感應電機所取代。

                  電機供應和控制

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                  馬達供應

                  直流電機通常通過如上所述的開口環換向器供電。

                  交流電機的換向可以使用滑環換向器或外部換向器來實現。它可以是定速或變速控制類型,并且可以是同步或異步的。通用電機可以在交流或直流上運行。

                  電機控制

                  直流電機可以通過調整施加在端子上的電壓或使用脈寬調制(PWM)以可變速度運行。

                  以固定速度運行的交流電機通常直接由電網供電或通過電機軟啟動器供電。

                  以可變速度運行的交流電機由各種功率逆變器、變頻驅動器或電子換向器技術供電。

                  術語電子換向器通常與自換向無刷直流電機和開關磁阻電機應用相關聯。

                  類型

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                  電動機以三種物理原理之一運行:磁學、靜電學和壓電性。

                  在磁電機中,磁場在轉子和定子中都形成。這兩個場之間的乘積會產生一個力,從而在電機軸上產生一個扭矩。這些場中的一個或兩個必須隨著轉子的旋轉而改變。這是通過在正確的時間打開和關閉桿或改變燈桿的強度來完成的。

                  主要類型是直流電機和交流電機,后者取代了前者。

                  交流電動機是異步的或同步的。

                  一旦啟動,同步電機需要在所有正常轉矩條件下與移動磁場的速度同步。

                  在同步電機中,必須通過感應以外的方式提供磁場,例如來自他勵繞組或永磁體。

                  小馬力電機的額定功率低于約1馬力(0.746kW),或者采用小于標準1HP電機的標準框架尺寸制造。許多家用和工業電機都屬于小馬力級別。

                  自換向電機

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                  有刷直流電機

                  大多數直流電機是小型永磁體(PM)類型。它們包含有刷內部機械換向,以與旋轉同步地反轉電機繞組電流。

                  電勵磁直流電機

                  換向直流電動機具有一組繞在安裝在旋轉軸上的電樞上的旋轉繞組。軸還承載換向器。因此,每個有刷直流電機都有交流電流流過其繞組。電流流過接觸換向器的一對或多對電刷;電刷將外部電源連接到旋轉電樞。

                  旋轉電樞由一個或多個繞在層壓軟磁鐵磁芯上的線圈組成。來自電刷的電流流過換向器和電樞的一個繞組,使其成為臨時磁鐵(電磁鐵)。產生的磁場與作為電機框架一部分的PM或另一個繞組(勵磁線圈)產生的固定磁場相互作用。兩個磁場之間的力使軸旋轉。換向器在轉子轉動時將電源切換到線圈,使磁極永遠不會與定子磁場的磁極完全對齊,因此只要通電,轉子就會保持轉動。

                  經典換向器直流電機的許多限制是由于需要電刷來保持與換向器的接觸,從而產生摩擦。電刷在穿過換向器部分之間的絕緣間隙時會產生火花。根據換向器的設計,電刷可能會在相鄰部分之間產生短路,從而導致線圈端部短路。此外,轉子線圈的電感會在其電路打開時導致每個線圈兩端的電壓升高,從而增加火花。這種火花限制了機器的xxx速度,因為過快的火花會使換向器過熱、腐蝕甚至熔化。電刷每單位面積的電流密度,連同它們的電阻率,限制電機的輸出。穿過縫隙也會產生電噪聲;火花產生RFI。電刷最終會磨損并需要更換,而換向器本身也會受到磨損和維護或更換。大型電機上的換向器組件是一個昂貴的元件,需要對許多零件進行精密組裝。在小型電機上,換向器通常xxx集成在轉子中,因此更換它通常需要更換轉子。

                  雖然大多數換向器是圓柱形的,但有些是安裝在絕緣體上的扁平分段圓盤。

                  大刷子產生較大的接觸面積,從而xxx限度地提高電機輸出,而小刷子的質量較小,可以xxx限度地提高電機運行速度,而不會產生過多的火花。(較小的電刷因其成本較低而受到青睞。)盡管摩擦損失更大(效率較低)以及電刷和換向器磨損加速,但更硬的電刷彈簧可用于使給定質量的電刷以更高的速度工作。因此,直流電機電刷設計需要在輸出功率、速度和效率/磨損之間進行權衡。

                  有刷直流電機的五種類型是:

                  • 永磁體(未顯示)
                  • 單獨興奮(未顯示)。

                  永磁體

                  永磁(PM)電機在定子框架上沒有勵磁繞組,而是依靠PM來提供磁場。與電樞串聯的補償繞組可用于大型電機,以改善負載下的換向。該字段是固定的,不能針對速度控制進行調整。PM磁場(定子)在微型電機中很方便,可以消除磁場繞組的功耗。大多數較大的直流電機屬于發電機型,具有定子繞組。從歷史上看,如果PM被拆卸,它們就無法保持高通量。勵磁繞組更實用以獲得所需的通量。然而,大型PM成本高、危險且難以組裝;這有利于大型機器的繞線場。

                  為了最小化整體重量和尺寸,微型永磁電機可以使用釹制成的高能磁鐵;大多數是釹鐵硼合金。憑借較高的磁通密度,具有高能PM的電機至少可以與所有經過優化設計的單饋同步和感應電機相媲美。微型電機與圖中的結構相似,不同之處在于它們至少有三個轉子磁極(以確保啟動,無論轉子位置如何),并且它們的外殼是一個鋼管,它以磁性方式連接彎曲磁場磁鐵的外部。

                  電子換向器(EC)

                  無刷直流

                  BLDC設計消除了有刷直流電機的一些問題。在這種電機中,機械旋轉開關或換向器由與轉子位置同步的外部電子開關代替。BLDC電機的效率通常為85%以上,最高可達96.5%,而有刷直流電機的效率通常為75–80%。

                  BLDC電機特有的梯形反電動勢(CEMF)波形部分源自均勻分布的定子繞組,部分源自轉子永磁體的放置。梯形BLDC電機的定子繞組也稱為電子換向直流或內向外直流電機,可以是單相、兩相或三相,并使用安裝在其繞組上的霍爾效應傳感器進行轉子位置感應和低成本閉合環換向器控制。

                  BLDC電機通常用于需要精確速度控制的地方,例如計算機磁盤驅動器或錄像機。CD、CD-ROM(等)驅動器中的主軸,以及辦公產品(如風扇、激光打印機復印機)中的機構。與傳統電機相比,它們具有以下幾個優點:

                  現代BLDC電機的功率范圍從幾瓦到幾千瓦不等。額定功率高達約100kW的大型BLDC電機用于電動汽車。它們還用于電動模型飛機。

                  開關磁阻電機

                  開關磁阻電機(SRM)沒有電刷或永磁體,轉子沒有電流。扭矩來自轉子上的磁極與定子上的磁極的輕微錯位。轉子與定子的磁場對齊,而定子磁場繞組依次通電以旋轉定子磁場。

                  由勵磁繞組產生的磁通量遵循最小磁通量的路徑,通過最靠近定子勵磁磁極的轉子磁極發送磁通量,從而磁化轉子的這些磁極并產生轉矩。當轉子轉動時,不同的繞組通電,保持轉子轉動。

                  SRM用于某些電器和車輛。

                  通用AC/DC電機

                  換向、電勵磁、串聯或并聯繞組電機被稱為通用電機,因為它可以設計為在交流或直流電源上運行。通用電機可以在交流電上良好運行,因為磁場和電樞線圈(以及由此產生的磁場)中的電流同步反轉極性,因此產生的機械力以恒定的旋轉方向發生。

                  在正常電源線頻率下運行,通用電機通常用于亞千瓦級應用。通用電機是電氣化鐵路中傳統鐵路牽引電機的基礎。在此應用中,在設計為以直流方式運行的電機上使用交流電源會由于其磁性組件的渦流加熱而導致效率損失,特別是對于直流電機而言,將使用實心(非層壓)的電機磁場極片鐵。它們現在很少使用。

                  一個優點是,如果使用高運行速度,交流電源可以用于特別具有高啟動扭矩和緊湊設計的電機。相比之下,維護成本更高,使用壽命縮短。此類電機用于不大量使用且對啟動轉矩要求較高的設備中。勵磁線圈上的多個抽頭提供(不精確的)步進速度控制。宣傳多種速度的家用攪拌機通常將勵磁線圈與多個抽頭和一個可與電機串聯插入的二極管組合在一起(使電機在半波整流交流電上運行)。通用電機也適用于電子速度控制因此,它是家用洗衣機等設備的選擇。電機可以通過相對于電樞切換勵磁繞組來攪動滾筒(正向和反向)。

                  SCIM的軸轉動速度不能超過電力線頻率所允許的速度,而通用電機可以以更高的速度運行。這使得它們可用于需要高速和輕質的設備,如攪拌機、真空吸塵器吹風機。它們也常用于便攜式電動工具,如電鉆、砂光機、圓鋸和曲線鋸,在這些工具中電機的特性可以很好地發揮作用。許多真空吸塵器和除草機電機超過10,000rpm,而微型研磨機可能超過30,000rpm。

                  外換向交流電機

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                  交流感應電機和同步電機針對單相或多相正弦或準正弦波形電源進行了優化,例如由交流電網提供給定速應用或來自變頻驅動(VFD)控制器的變速應用.

                  感應馬達

                  感應電動機是一種異步交流電動機,其中功率通過電磁感應傳遞到轉子,很像變壓器的作用。感應電動機類似于旋轉變壓器,因為定子(靜止部分)本質上是變壓器的初級側,轉子(旋轉部分)是次級側。多相感應電動機廣泛用于工業。

                  籠式和繞線轉子

                  感應電動機可分為鼠籠式感應電動機(SCIM)和繞線轉子感應電動機(WRIM)。SCIM有一個由實心棒(通常是鋁或銅)組成的重型繞組,通過轉子末端的環進行電氣連接。桿和環作為一個整體很像動物的旋轉運動籠。

                  感應到這個繞組的電流提供了轉子磁場。轉子條的形狀決定了速度-轉矩特性。在低速時,鼠籠中感應的電流幾乎處于線路頻率,并傾向于停留在鼠籠的外部。隨著電機加速,轉差頻率變低,更多電流到達內部。通過對棒進行整形以改變保持架內部和外部的繞組部分的電阻,可變電阻有效地插入轉子電路中。然而,大多數這樣的馬達采用均勻的桿。

                  在WRIM中,轉子繞組由多匝絕緣線組成,并連接到電機軸上的滑環。轉子電路中可以連接一個外部電阻器或其他控制裝置。電阻器允許控制電機速度,但會消耗大量功率。轉換器可以從轉子電路饋電,并將否則會通過逆變器或單獨的電動發電機浪費到電力系統中的轉差頻率功率返回。

                  WRIM主要用于啟動高慣性負載或在全速范圍內需要高啟動扭矩的負載。通過正確選擇次級電阻或滑環啟動器中使用的電阻器,電機能夠以相對較低的電源電流從零速到全速產生xxx扭矩。

                  電機速度可以改變,因為電機的扭矩曲線通過連接到轉子電路的電阻量有效地修改。增加阻力會降低xxx扭矩的速度。如果阻力增加超過在零速時出現xxx扭矩的點,則扭矩會進一步降低。

                  當與具有隨速度增加的轉矩曲線的負載一起使用時,電機以電機產生的轉矩等于負載轉矩的速度運行。減少負載會導致電機加速,而增加負載會導致電機減速,直到負載和電機扭矩再次相等。以這種方式操作,滑差損耗在次級電阻器中消散并且可能很大。調速和凈效率差。

                  力矩電機

                  扭矩電機可以在停轉時無限期地運行,也就是說,轉子被阻止轉動,而不會造成損壞。在這種操作模式下,電機向負載施加穩定的扭矩。

                  一個常見的應用是磁帶驅動器中的供應和收卷電機。在此應用中,由低電壓驅動,無論絞盤是否將磁帶送入磁帶頭,這些電機的特性都會對磁帶施加穩定的輕微張力。由更高的電壓驅動(提供更高的扭矩),扭矩電機可以實現快進和倒帶操作,而無需額外的機械裝置,例如齒輪或離合器。在計算機游戲世界中,扭矩馬達用于力反饋方向盤。

                  另一個常見的應用是用電子調速器控制內燃機的節氣門。電機逆著復位彈簧工作,以根據調速器輸出移動節氣門。后者通過計算來自點火系統或磁性傳感器的電脈沖來監控發動機速度,并根據速度對電流量進行小幅調整。如果發動機相對于所需速度減速,則電流增加,產生更多扭矩,拉動復位彈簧并打開節氣門。如果發動機運轉過快,調速器會降低電流,使回位彈簧拉回并減小油門。

                  同步電機

                  同步電動機是交流電動機。它包括一個轉子旋轉,線圈以與交流電相同的頻率通過磁鐵,并產生磁場來驅動它。它在典型操作條件下具有零滑差。相比之下,感應電動機必須打滑才能產生扭矩。一種類型的同步電機類似于感應電機,只是轉子由直流磁場激勵?;h和電刷將電流傳導至轉子。轉子磁極相互連接并以相同的速度運動。另一種類型,用于低負載扭矩,在傳統的鼠籠式轉子上進行平面磨削,以形成離散的磁極。還有一個,是哈蒙德為二戰前的時鐘和舊的哈蒙德風琴制造的,沒有轉子繞組和離散磁極。它不是自啟動的。時鐘需要通過背面的小旋鈕手動啟動,而較舊的哈蒙德風琴有一個輔助啟動馬達,由彈簧加載的手動開關連接。

                  磁滯同步電機通常(基本上)是兩相電機,其中一相具有移相電容器。它們像感應電動機一樣啟動,但是當滑差率充分降低時,轉子(一個光滑的圓柱體)會暫時被磁化。它的分布式磁極使其像永磁同步電機一樣工作。轉子材料,就像普通的釘子一樣,保持磁化,但可以很容易地退磁。一旦運行,轉子磁極保持在原位;他們不會漂移。

                  低功率同步計時電機(例如用于傳統電鐘的電機)可能具有多極永磁外杯轉子,并使用遮蔽線圈提供啟動扭矩。Telechron時鐘電機具有用于啟動扭矩的陰影??極,以及一個雙輻環形轉子,其性能類似于離散的兩極轉子。

                  雙饋電機

                  雙饋電動機具有兩個獨立的多相繞組組,它們為能量轉換過程貢獻有功(即工作)功率,其中至少一個繞組組被電子控制用于變速操作。兩個獨立的多相繞組組(即雙電樞)是在單個封裝中提供的xxx數量,無需拓撲復制。雙饋電動機具有有效的恒轉矩速度范圍,對于給定的勵磁頻率,該范圍是同步速度的兩倍。這是單饋電機恒轉矩速度范圍的兩倍,單饋電機只有一個有源繞組組。

                  雙饋電機允許使用更小的電子轉換器,但轉子繞組和滑環的成本可能會抵消電力電子元件的節省。困難影響控制速度接近同步限速應用。

                  特殊磁電機

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                  旋轉

                  無鐵芯或無芯轉子電機

                  無鐵芯或無鐵芯直流電機是一種專用的永磁直流電機。轉子針對快速加速進行了優化,沒有鐵芯。轉子可以采用填充有繞組的圓柱體的形式,或者采用僅包括導線和接合材料的自支撐結構。轉子可以安裝在定子磁鐵內;轉子內部的軟磁靜止圓柱體為定子磁通量提供返回路徑。第二種布置具有圍繞定子磁體的轉子繞組筐。在該設計中,轉子安裝在可用作電機外殼的軟磁圓柱體內,并為磁通提供返回路徑。

                  由于轉子的質量比傳統轉子低得多,它可以更快地加速,通??梢詫崿F低于1毫秒的機械時間常數。如果繞組使用鋁而不是(較重的)銅,則尤其如此。轉子沒有用作散熱器的金屬塊;即使是小型電機也必須冷卻。過熱可能是這些設計的一個問題。

                  蜂窩電話的振動警報可以由圓柱形永磁電機產生,也可以由具有薄多極盤磁場磁鐵的盤形電機和帶有兩個粘合空心線圈的故意不平衡模塑轉子結構產生。金屬刷和扁平換向器將電源切換到轉子線圈。

                  相關的限程執行器沒有鐵芯,并且在高通量薄永磁體的磁極之間放置了一個粘合線圈。這些是用于剛性磁盤(硬盤)驅動器的快速磁頭定位器。盡管現代設計與揚聲器的設計有很大不同,但它仍然被松散地(并且不正確地)稱為音圈結構,因為一些早期的硬盤驅動磁頭沿直線移動,并且驅動結構很像一個揚聲器。

                  煎餅或軸向轉子電機

                  印刷的電樞或薄餅電機的繞組形狀為在高通量磁鐵陣列之間運行的圓盤。磁體布置成面向轉子的圓形,間隔開以形成軸向氣隙。這種設計通常被稱為煎餅電機,因為它的外形扁平。

                  電樞(最初在印刷電路板上形成)由沖壓銅片制成,這些銅片使用先進的復合材料層壓在一起,形成一個薄而堅硬的??圓盤。電樞沒有單獨的環形換向器。刷子直接在電樞表面移動,使整個設計緊湊。

                  另一種設計是使用平放的纏繞銅線與中央傳統換向器,呈花朵和花瓣形狀。繞組通常用電氣環氧樹脂灌封系統穩定。這些是填充的環氧樹脂,具有中等的混合粘度和較長的凝膠時間。它們的突出特點是低收縮和低放熱,通常被UL1446認可為具有180°C(356°F)H級絕緣的灌封化合物。

                  無鐵芯直流電機的獨特優勢是沒有齒槽效應(由鐵和磁鐵之間的吸引力變化引起的扭矩變化)。寄生渦流不會在轉子中形成,因為它是完全無鐵的,盡管鐵轉子是層壓的。這可以xxx提高效率,但變速控制器必須使用更高的開關速率(>40kHz)或直流,因為電磁感應降低。

                  發明這些電機是為了驅動磁帶驅動器的絞盤,其中達到運行速度的最短時間和最短的停止距離是至關重要的。煎餅電機廣泛應用于高性能伺服控制系統、機器人系統、工業自動化醫療設備。由于現在可用的各種結構,該技術用于從高溫軍用到低成本泵和基本伺服系統的應用。

                  另一種方法(Magnax)是使用一個夾在兩個轉子之間的定子。其中一種設計產生的峰值功率為15kW/kg,持續功率約為7.5kW/kg。這種無軛軸向磁通電機提供更短的磁通路徑,使磁鐵遠離軸。該設計允許零繞組懸垂;100%的繞組處于活動狀態。這通過使用矩形橫截面的銅線得到增強。電機可以堆疊并行工作。通過確保兩個轉子盤對定子盤施加相等且相反的力,可將不穩定性降至最低。轉子通過軸環直接相互連接,抵消了磁力。

                  Magnax電機的尺寸范圍為直徑0.15–5.4米(5.9英寸–17英尺8.6英寸)。

                  伺服馬達

                  伺服電機是在位置控制或速度控制反饋系統中使用的電機。伺服電機用于機床、筆式繪圖儀和其他過程系統等應用。用于伺服機構的電機必須具有可預測的速度、扭矩和功率特性。速度/扭矩曲線很重要,對于伺服電機來說是高比率。繞組電感和轉子慣量等動態響應特性很重要;這些因素限制了性能。大型、強大但響應緩慢的伺服回路可以使用傳統的交流或直流電機以及具有位置或速度反饋的驅動系統。隨著動態響應要求的增加,使用了更專業的電機設計,例如無芯電機。交流電機\'優越的功率密度和加速特性往往有利于永磁同步,

                  伺服系統與某些步進電機應用的不同之處在于,在電機運行時位置反饋是連續的。步進系統本質上是開環運行的——依靠電機不會錯過步驟以實現短期精度——帶有任何反饋,例如電機系統外部的歸位開關或位置編碼器。

                  步進電機

                  步進電機通常用于提供精確的旋轉。包含永磁體的內部轉子或具有凸極的軟磁轉子由一組電子開關的外部磁體控制。步進電機也可以被認為是直流電機和旋轉螺線管之間的交叉。當每個線圈依次通電時,轉子將自身與通電的勵磁繞組產生的磁場對齊。與同步電機不同,步進電機可能不會連續旋轉;取而代之的是,隨著勵磁繞組按順序通電和斷電,它分步移動——啟動然后停止——從一個位置前進到下一個位置。根據順序,轉子可以向前或向后轉動,并且可以隨時改變方向、停止、加速或減速。

                  簡單的步進電機驅動器使勵磁繞組完全通電或完全斷電,從而將轉子引導至有限數量的位置。微步進驅動器可以按比例控制勵磁繞組的功率,使轉子能夠定位在齒輪點之間并平穩旋轉。計算機控制的步進電機是最通用的定位系統之一,特別是作為數字伺服控制系統的一部分。

                  步進電機可以輕松地以離散步長旋轉到特定角度,因此步進電機用于早期磁盤驅動器中的讀/寫磁頭定位,它們提供的精度和速度可以正確定位讀/寫磁頭。隨著驅動器密度的增加,精度和速度限制使它們在硬盤驅動器中過時——精度限制使它們無法使用,速度限制使它們失去競爭力——因此,較新的硬盤驅動器使用基于音圈的磁頭執行器系統。(音圈一詞在這方面具有歷史意義;它指的是錐形揚聲器中的結構。)

                  步進電機通常用于計算機打印機、光學掃描儀和數碼復印機,以移動有源元件、打印頭托架(噴墨打印機)和壓板或進紙輥。

                  所謂的石英模擬手表包含最小的普通步進電機;它們有一個線圈,消耗很少的功率,并且有一個永磁轉子。同一種電機驅動電池供電的石英鐘。其中一些手表,例如計時碼表,包含不止一個步進電機。

                  在設計上與三相交流同步電機密切相關,步進電機和SRM被歸類為可變磁阻電機類型。

                  直線電機

                  直線電機本質上是任何已展開的電動機,因此它不會產生扭矩(旋轉),而是沿其長度產生直線力。

                  直線電機最常見的是感應電機或步進電機。直線電機常見于過山車中,其中無電機軌道車的快速運動由軌道控制。它們也用于磁懸浮列車,列車飛越地面。在較小的規模上,1978年的HP7225A筆式繪圖儀使用兩個線性步進電機沿X軸和Y軸移動筆。

                  主要類別比較

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                  電磁

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                  力和扭矩

                  世界上電動機的根本目的是通過電磁感應在定子和轉子之間的氣隙中產生相對運動以產生力。

                  計算電機力的最通用方法使用張量。

                  反電動勢

                  直流或通用電機的電樞繞組在磁場中的運動,會在其中感應出電壓。該電壓傾向于與電機電源電壓相反,因此稱為反電動勢(emf)。電壓與電機的運行速度成正比。電機的反電動勢加上繞組內阻和電刷上的電壓降必須等于電刷上的電壓。這提供了直流電機中速度調節的基本機制。如果機械負載增加,電機就會減速;產生較低的反電動勢,并從電源中汲取更多電流。這種增加的電流提供了額外的扭矩來平衡負載。

                  在交流機器中,有時考慮機器內的反電動勢源是有用的;這對于VFD上感應電機的密切速度調節尤為重要。

                  損失

                  電機損耗主要是由于繞組中的電阻損耗、鐵芯損耗和軸承中的機械損耗,以及空氣動力損耗,特別是在存在冷卻風扇的情況下,也會發生。

                  換向也有損耗,機械換向器會產生火花;電子換向器,也散熱。

                  效率

                  各個國家監管機構已頒布立法,以鼓勵制造和使用更高效的電機。電動機的效率從罩極電動機的至少15%到永磁電動機的98%不等,效率還取決于負載。峰值效率通常為額定負載的75%。因此(例如)10HP電機在驅動需要7.5HP的負載時效率最高。效率還取決于電機尺寸;較大的電機往往效率更高。某些電機不能連續運行超過指定的時間段(例如,每次運行超過一小時)

                  性能參數

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                  扭矩

                  電磁馬達從相互作用場的矢量積中獲得扭矩。計算扭矩需要了解氣隙中的場。一旦這些已經建立,扭矩是所有力矢量乘以矢量半徑的積分。繞組中流動的電流產生磁場。對于使用磁性材料的電機,磁場與電流不成比例。

                  將電流與扭矩相關聯的數字可以告知電機選擇。電機的xxx扭矩取決于xxx電流,不考慮熱因素。

                  當在給定的鐵芯飽和約束和給定的有功電流(即轉矩電流)、電壓、極對數、勵磁頻率(即同步速度)和氣隙磁通密度內進行優化設計時,所有類別的電動機/發電機在給定的氣隙區域內具有幾乎相同的xxx連續軸扭矩(即操作扭矩),具有繞組槽和護鐵深度,這決定了電磁鐵芯的物理尺寸。一些應用需要超過xxx值的扭矩爆發,例如將電動汽車從靜止狀態加速的爆發。始終受磁芯飽和或安全工作溫度的限制升和電壓,超過xxx值的扭矩爆發能力在電動機/發電機類型之間存在顯著差異。

                  扭矩突發能力不應與弱磁能力相混淆。弱磁允許電機在設計的勵磁頻率之外運行。當通過增加施加的電壓無法達到xxx速度時,會進行弱磁。這適用于具有電流控制磁場的電機,因此無法通過永磁電機實現。

                  沒有變壓器電路拓撲的電機(例如WRSM或PMSM)無法在不使磁芯飽和的情況下提供扭矩突發。此時,額外的電流無法增加扭矩。此外,PMSM的永磁體組件可能會受到不可修復的損壞。

                  具有變壓器電路拓撲結構的電機,例如感應電機、感應雙饋電機以及感應或同步繞線轉子雙饋(WRDF)電機,由于電動勢感應的有功電流在電機的任一側,因此允許轉矩突發。變壓器相互對立,因此對變壓器耦合磁芯磁通密度沒有任何貢獻,避免了磁芯飽和。

                  依靠感應或異步原理的電機將變壓器電路的一個端口短路,因此,變壓器電路的無功阻抗隨著滑差的增加而變得占主導地位,這限制了有功(即實際)電流的幅度??蓪崿F比xxx設計扭矩高2至3倍的扭矩突增。

                  無刷繞線轉子同步雙饋(BWRSDF)電機是xxx具有真正雙端口變壓器電路拓撲結構的電機(即兩個端口獨立激勵,沒有短路端口)。眾所周知,雙端口變壓器電路拓撲結構不穩定,需要多相滑環電刷組件才能將有限的功率傳播到轉子繞組組。如果有一種精密裝置可用于瞬時控制轉矩角和滑差以在運行期間同步運行,同時為轉子繞組組提供無刷電源,BWRSDF電機的有功電流將與變壓器電路的無功阻抗無關,并且可以實現顯著高于xxx工作轉矩且遠遠超出任何其他類型電機的實際能力的轉矩突發。已經計算出大于操作扭矩八倍的扭矩突發。

                  連續扭矩密度

                  傳統電機的連續轉矩密度由氣隙面積和護鐵深度的大小決定,這由電樞繞組組的額定功率、電機速度和可實現的氣隙決定。磁芯飽和前的間隙磁通密度。盡管釹或釤鈷永磁體具有高矯頑力,但在具有優化設計的電樞繞組組的電機中,連續轉矩密度幾乎相同。連續轉矩密度與繞組過熱或永磁體損壞之前的冷卻方法和允許的運行時間有關。

                  其他消息來源指出,各種電機拓撲具有不同的扭矩密度。一個來源顯示以下內容:

                  其中——表面永磁體(SPM)的比扭矩密度歸一化為1.0——無刷交流電,180°電流傳導。

                  與風冷電機相比,液冷電機的扭矩密度大約高出四倍。

                  比較直流電、感應電機(IM)、PMSM和SRM的來源顯示:

                  另一個消息來源指出,高達1MW的PMSM具有比感應電機高得多的扭矩密度。

                  電動馬達

                  連續功率密度

                  連續功率密度由連續轉矩密度和恒轉矩轉速范圍的乘積決定。電動機可實現高達20KW/KG的密度,這意味著每公斤的輸出功率為20千瓦。

                  聲學噪音和振動

                  編輯

                  聲學噪聲和振動通常分為三個來源:

                  后一種來源,可造成電動機的嗚嗚聲,稱為電磁感應聲學噪聲。

                  標準

                  編輯

                  以下是涵蓋電動機的主要設計、制造和測試標準:

                  非磁性馬達

                  編輯

                  靜電馬達是基于電荷的吸引和排斥。通常,靜電電機是傳統基于線圈的電機的雙重功能。它們通常需要高壓電源,盡管小型電機使用較低的電壓。傳統的電動機改為采用磁吸引和排斥,并且需要低電壓下的高電流。在1750年代,本杰明富蘭克林和安德魯戈登開發了xxx臺靜電馬達。靜電馬達經常用于微機電系統(MEMS),其驅動電壓低于100伏特,并且移動的帶電板比線圈和鐵芯更容易制造。運行活細胞的分子機器通?;诰€性和旋轉靜電馬達。

                  壓電馬達或壓電馬達是一種基于施加電場時壓電材料形狀變化的電動馬達。壓電馬達利用逆壓電效應,由此材料產生聲學或超聲波振動以產生線性或旋轉運動。在一種機制中,單個平面中的伸長用于進行一系列拉伸和位置保持,類似于毛毛蟲的移動方式。

                  電動航天器推進系統使用電動機技術在外太空推進航天器。大多數系統是基于將推進劑電加速到高速,而一些系統是基于電動系繩向磁層推進的原理。


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                  詞條目錄
                  1. 什么是電動馬達
                  2. 電動馬達的歷史
                  3. 早期馬達
                  4. 直流電機
                  5. 交流電機
                  6. 二十一世紀
                  7. 電動馬達組件
                  8. 軸承
                  9. 轉子
                  10. 定子
                  11. 換向器
                  12. 電機供應和控制
                  13. 馬達供應
                  14. 電機控制
                  15. 類型
                  16. 自換向電機
                  17. 有刷直流電機
                  18. 電勵磁直流電機
                  19. 永磁體
                  20. 電子換向器(EC)
                  21. 無刷直流
                  22. 開關磁阻電機
                  23. 通用AC/DC電機
                  24. 外換向交流電機
                  25. 感應馬達
                  26. 力矩電機
                  27. 同步電機
                  28. 雙饋電機
                  29. 特殊磁電機
                  30. 旋轉
                  31. 無鐵芯或無芯轉子電機
                  32. 煎餅或軸向轉子電機
                  33. 伺服馬達
                  34. 步進電機
                  35. 直線電機
                  36. 主要類別比較
                  37. 電磁
                  38. 力和扭矩
                  39. 反電動勢
                  40. 損失
                  41. 效率
                  42. 性能參數
                  43. 扭矩
                  44. 連續扭矩密度
                  45. 連續功率密度
                  46. 聲學噪音和振動
                  47. 標準
                  48. 非磁性馬達

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