電機知識學結

1基本知識介紹

1.1直流、單相交流、三相交流

1.2交流下有“同步和異步”的區别

同步異步指的是轉子轉速與定子旋轉磁場轉速是同步（相同）還是異步（滞後），因而隻有交流能産生旋轉磁場，隻有交流電機有同步異步的概念。

同步電機——原理：靠“磁場總是沿着磁路最短的方向上走”實現轉子磁極與定子旋轉磁場磁極逐一對應，轉子磁極轉速與旋轉磁場轉速相同。 特點：同步電機無論作為電動機還是發電機使用，其轉速與交流電頻率之間将嚴格不變。同步電機轉速恒定，不受負載變化影響。

異步電機——原理：靠感應來實現運動，定子旋轉磁場切割鼠籠，使鼠籠産生感應電流，感應電流受力使轉子旋轉。轉子轉速與定子旋轉磁場轉速必須有轉速差才能形成磁場切割鼠籠，産生感應電流。

區别：（1）同步電機可以發出無功功率，也可以吸收；異步電機隻能吸收無功。（2）同步電機的轉速與交流工頻50Hz電源同步，即2極電機3000轉、4極1500、6極1000等。異步電機的轉速則稍微滞後，即2極2880、4極1440、6極960等。（3）同步電動機的電流在相位上是超前于電壓的，即同步電動機是一個容性負載。同步電動機可以用以改進供電系統的功率因素。

永磁和電磁大多數情況下可以互換，感磁需要有旋轉磁場的場合才能用，在三相同步電機中經常作為啟動與電磁/永磁共用于轉子。

1.4有刷無刷

電機有刷和無刷對電機結構影響很大，刷指的是轉子通電時的電刷換向器、或者滑環。

2電機分類

2.1直流

2.1.1直流有刷電機

（1）結構：

轉子——1繞組（沒有旋轉磁場不能用感磁，永磁不能換向也不能用）

定子——永磁/電磁（串勵、并勵、他勵、複勵）

（2）啟動：

通電就能動。（電樞繞組如果隻有1圈會有死點，十字交叉2圈以上就沒有了。）

（3）換向：

永磁改變定子電流方向；他勵改變定子或轉子電流方向；串勵、并勵、複勵改變轉子繞組接線方式。

（4）調速：

調節轉子電壓；他勵還可以調節定子電壓。

（5）特點：

定子上安裝有固定的主磁極和電刷，轉子上安裝有電樞繞組和換向器。由于電刷和換向器的存在，有刷電機的結構複雜，可靠性差，故障多，維護工作量大，壽命短，換向火花易産生電磁幹擾。

2.1.2直流無刷電機

（1）結構：

轉子——鼠籠/永磁/鼠籠嵌入永磁（由于無刷不能電磁）

定子——3繞組（形成旋轉磁場），傳感器（檢測轉子位置用于驅動器控制）

（2）原理：

驅動器——直流--驅動器--三相可變頻交變矩形電波（正弦形是伺服電機）--定子旋轉磁場。與三相鼠籠異步電動機類似。

（3）啟動：

驅動器EN接地打開。

（4）換向：

驅動器F/R接地打開。

（5）調速：

旋轉調速電位器。

（6）特點：

鐵氧體永磁無刷直流電動機以廉價見長，且性能良好，廣泛用于家用電器、汽車、玩具、電動工具等領域。用稀土永磁材料作磁極制的稀土永磁無刷直流電動機，體積小且性能更好，但價格昂貴，主要用于航天、計算機、井下儀器等。

2.2單相交流

2.2.1單相交流串勵電機（有刷）

（1）結構：

轉子——1繞組

定子——1繞組

轉子繞組與定子繞組通過電刷串勵。（感覺原理上并勵也通，但是沒有搜到相關資料）

（2）原理：由于定子和轉子串聯，在電源正半周期，定子磁場與轉子電流産生轉矩；電源負半周期，由于定子磁場和轉子電流同時改變方向，因此轉矩方向不變。當轉子旋轉半個周期以後，由于電刷改變轉子接入電路方向，使得轉矩依然不變。

（3）啟動：

通電就能動。

（4）換向：

改變定子或者轉子線圈的接法。

（5）調速：

調壓調速。

（6）特點：

單相串勵電動機屬于單相交流異步電動機俗稱串勵電機或通用電機（Universal Motor國外叫法，感覺是因為交直流通用而得名），因電樞繞組和勵磁繞組串聯在一起工作而得名。單相串勵電動機又叫做交直流兩用串勵電動機，它既可以使用交流電源工作，也可以使用直流電源工作。它的優點是由于它轉速高、起動力矩大、體積小、重量輕、不容易堵轉、适用電壓範圍很廣，可以用調壓的方法來調速，簡單且易于實現。因而在電動工具中得到廣泛的應用。單相串勵電機的結構同直流串勵電機十分相似，主要的區别在于單相串勵電機的定子鐵心必須由矽鋼片疊壓而成，而直流的磁極既可以由疊壓而成，又可以做成整體結構。

2.2.2單相交流異步電機（電容分相）（無刷）

（單相交流沒有搜到有同步電機但感覺原理上存在）

（1）結構：

轉子——鼠籠

定子——1繞組（運行繞組） 1（帶電容）繞組（啟動繞組）

（2）原理：

單相交流電機定子繞組接成單極或者多極都不能形成旋轉磁場，幾個磁極大小和方向同時變化，合成一起以後，就是一維變化的磁場，因而需要啟動繞組串接電容，使得相位滞後90度，這樣便能形成旋轉磁場。當電機啟動以後，轉子旋轉周期與定子磁場一維交變周期相同，相當于直流電機的換向，因而能夠持續轉動。

（3）啟動（電容分相）：

第一種，起動繞組參與運行工作，運轉速率大緻保持定值。主要應用于電風扇,空調風扇電動機，洗衣機等電機。

第二種，起動繞組不參與運行工作，起動後離心開關斷開起動繞組，而電動機以運行繞組線圈繼續動作。

第三種，起動繞組串連大容量電容起動，起動後串聯小容量電容運行。電機靜止時離心開關是接通的，給電後起動電容參與起動工作，當轉子轉速達到額定值的70%至80%時離心開關便會自動跳開，起動電容完成任務，并被斷開。而運行電容串接到起動繞組參與運行工作。這種接法一般用在空氣壓縮機，切割機，木工機床等負載大而不穩定的地方。

（4）換向：

隻有單相可逆電機能換向。1、單相電動機有兩組線圈，有一個公共端，一個運行端，一個啟動端，電容接在運行端和啟動端之間。電源接在公共端和運行端時，電機正轉；電源接在公共端和啟動端時，電機反轉；隻有運行線圈和啟動線圈截面積一樣的單相可逆電機，才能正反轉，否則反轉不能帶負荷。2、交流單相220V雙電容電機。3、你最好測一下看看主副繞組的電阻看看是否一樣。如果一樣可以實現正反轉如果不一樣就不行了。參照洗衣機電機接線。（洗衣機電機的兩個繞組參數是1樣的）。

（5）調速：

單相電機調速方法： 1、串電抗器調速 ： 将電抗器與電動機定子繞組串聯，利用電抗器上産生的壓降使加到電機定子繞組上的電壓低于電源電壓，從而達到降低電動機轉速的目的。此種調速方法，隻能是由電機的額定轉速往低調。多用在吊扇及台扇上。 2、電動機繞組内部抽頭調速 ： 通過調速開關改變中間繞組與啟動繞組及工作繞組的接線方法，從而達到改變電動機内部氣隙磁場的大小，達到調節電動機轉速的目的。有L型和T型兩種接法。 3、交流晶閘管調速： 利用改變晶閘管的導通角，來實現調節加在單相電動機上的交流電壓的大小，從而達到調速的目的。此方法可以實現無級調速，缺點是有一些電磁幹擾。常用于電風扇的調速上。 4，變頻器調速。 5，變極調速。（比如二極變四極，六極八極）

（6）特點：

一般運行繞組直流電阻為幾歐姆，而起動繞組的直流電阻為十幾歐姆到幾十歐姆。

2.2.3單相交流罩極電機（猜測：此方法為加電感分相啟動）（無刷）

（1）結構：

轉子——鼠籠（籠型斜槽鑄鋁）

定子——1繞組（運行繞組） 1組短路環（位于鐵芯上，電感分相）

（2）原理：

在解放以前，電風扇用這種電動機很普遍。它定子有兩個線圈磁極，中間是轉子，線圈中間的矽鋼片，有1/4的矽鋼片被短路環短路，由于短路環對磁場有阻礙作用，所以在同一個磁極上産生了兩種不同的磁場，産生了交變磁場，電動機就可以轉起來了。這種電動機工藝簡單，運轉穩定，但由于短路環發熱原因要額外消耗電能，所以已經基本淘汰。

（3）啟動（電感分相）：

通電就轉。

（4）換向：

無法換向。

（5）調速：

調壓調速？

（6）特點：

它根據定子外形結構的不同，又分為凸極式罩極電動機隐極式罩極電動機。

2.2.4電阻分相式電機（此方法為同為加電感分相啟動）（無刷）

（1）結構：

轉子——鼠籠

定子——1大繞組 1小繞組

（2）原理：

電阻分相式電動機簡稱分相式電動機。為了使這種電動機主繞組的啟動電流和副繞組中的啟動電流在時間上有相位差，一般主繞組由較粗截面的導線繞制，且主繞組匝數較多，嵌在定子槽的外層；副繞組由較細截面的導線繞制，匝數較少，嵌在定子槽的内層。因此，主繞組的電阻值小，感抗值大；而副繞組的電阻值大，感抗值小。當合閘啟動電機時，主副繞組同時通電，産生啟動電磁轉矩，電機啟動。啟動完以後。由繼電器開關斷開副繞組回路，電機便由主繞組工作。這類電機的副繞組與主繞組在空間成90°電角度正交放置。（3）啟動（電感分相）：

通電就轉。

（4）換向：

改變定子主或輔繞組接入方向換向？

（5）調速：

無法調速。

（6）特點：

無。

2.3三相交流電機

2.3.1三相異步電動機（鼠籠）（無刷）

（1）結構：

轉子：鼠籠

定子：3繞組

（2）原理：

三相異步電機（Triple-phase asynchronous

motor）是感應電動機的一種，同時接入380V三相交流電流（相位差120度）形成旋轉磁場，鼠籠産生感應電流，進而運動。靠感應來實現運動，定子旋轉磁場切割鼠籠，使鼠籠産生感應電流，感應電流受力使轉子旋轉。轉子轉速與定子旋轉磁場轉速必須有轉速差才能形成磁場切割鼠籠，産生感應電流。

（3）啟動：

星三角啟動、降壓啟動。

（4）換向：

交換定子三相中任意兩個接頭的接線。

（5）調速：

調速困難。

（6）特點：

由于三相異步電動機的轉子與定子旋轉磁場以相同的方向、不同的轉速旋轉，存在轉差率，所以叫三相異步電動機。三相異步電動機轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速，轉子繞組因與磁場間存在着相對運動而産生電動勢和電流，并與磁場相互作用産生電磁轉矩，實現能量變換。

與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節省各種材料。按轉子結構的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉子的異步電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調速困難。

2.3.2繞線式三相異步電動機（有滑環）

（1）結構：

轉子：3繞組 3個滑環

定子：3繞組

（2）原理：

與三相異步電機相同。

（3）啟動：

1）轉子串電阻調速啟動；2）轉子串頻敏變阻器調速啟動；3）轉子串極調速啟動；4）轉子串水電阻調速啟動；5）轉子串變頻調速啟動；

（4）換向：

交換定子三相中任意兩個接頭的接線。

（5）調速：

同啟動。

（6）特點：

繞線式三相異步電動機的轉子和定子一樣也設置了三相繞組并通過滑環、電刷與外部變阻器連接。調節變阻器電阻可以改善電動機的起動性能（啟動電流小）和調節電動機的轉速，适合啟動時間較長、頻繁啟動的場所。繞線式異步電動機的使用，一般是在一些需要較大啟動轉矩的場合，比如吊車（起重機）磨球機、破碎機等。

控制：在實際應用中，籠形異步電機通常可以通過降壓來進行啟動，例如自耦變壓器降壓、星-三角降壓、延邊三角形和串電阻。繞線式異步電機的能效略低于籠形異步電機，還有三相異步電機可以采用改變磁極對數的方式來改變電機的轉速。

2.3.3三相同步電動機

（1）結構：

轉子：1）永磁 鼠籠（無滑環）；2）1直流勵磁繞組 鼠籠（有滑環）

定子：3繞組

（2）原理：

靠“磁場總是沿着磁路最短的方向上走”實現轉子磁極與定子旋轉磁場磁極逐一對應，轉子磁極轉速與旋轉磁場轉速相同。

（3）啟動：

同步電機無法直接啟動，需要有鼠籠部分才能啟動，且啟動後鼠籠内無感應電流：剛通電一瞬間，通入直流電的轉子勵磁繞組是靜止的，轉子磁極靜止；定子磁場立即具有高速。假設此瞬間正好定子磁極與轉子磁極一一對應吸引，在定子磁極在極短的時間内旋轉半周的時間之内，會對轉子産生吸引力，半周之後将會産生排斥力。由于轉子有轉動慣量，轉子不會轉動起來，而是在接近于0的速度下左右震動。因此同步電機需要鼠籠繞組啟動。轉速差使其産生感應電流，而感應電流具有減小轉速差的特性（四根金屬棒搭成井形，内部磁場變密會減小面積，變疏會增加面積，阻止其變化趨勢），因而會使轉子轉動起來，直到感應電流與轉速差平衡（沒有電流就不會有力，因而不會消除轉速差，猜測與旋轉阻力有關）。

（4）換向：

交換定子三相中任意兩個接頭的接線。

（5）調速：

與電源頻率同步，無法調速。

（6）特點：

同步電機無論作為電動機還是發電機使用，其轉速與交流電頻率之間将嚴格不變。同步電機轉速恒定，不受負載變化影響。

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