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电机组成及工作原理

2023-12-06 15:11:30

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    电机

    马达 是一种依据电磁感应定律实现电能转换或传输的电磁装置。电动机可分为电动机和发电机。电动机在电路中用字母M表示,其主要作用是产生驱动转矩,作为电器或各种机械的动力源。在电路中,字母G表示发电机。 发电机 将机械能转化为电能。

     

    电机部件

     

    电动机的两个机械部件称为转子和定子。两个电气部件称为磁铁和电枢,一个连接到转子,一个连接到定子。这些磁铁(无论是永磁体还是电磁铁)都会通过电枢产生磁场。磁场磁铁可以位于定子上,而电枢位于转子上,但也可以反过来。

    轴承

     

    它安装在轴承上。轴承将轴向和径向负载力通过轴传递到电机外壳,因此转子在轴上转动。

     

    转子

     

    转子是提供机械动力的可移动部件。转子通常装有载有电流的导体。定子的磁场对导体施加力,使轴旋转。一些转子带有永磁体。永磁体在很宽的运行速度和功率范围内具有很高的效率。

     

    气隙

     

    定子和转子之间的气隙使转子能够旋转。气隙的宽度对电机的电气特性有很大影响。通常,气隙越窄,电机的性能越好。这是因为气隙过大会降低性能。另一方面,气隙太小除了噪音外还会产生摩擦。

     

    电机轴在电机外部承受负载。此外,由于负载力超出最远的轴承,因此称为悬浮负载。

     

    定子

    这款 

    定子位于转子周围,通常包括场磁铁,场磁铁可以是永磁体或电磁铁(绕在铁磁芯周围的线圈)。这些磁铁产生的磁场会穿透转子电枢并对转子绕组产生力。定子铁芯包含许多薄的绝缘金属片,称为叠片,由具有磁导率、磁滞和饱和度等特性的电工钢制成。如果是实心铁芯,就会产生涡流,但通过堆叠金属片可以最大限度地减少这种影响。对于由主电源供电的交流电机,绕组的导体在真空中浸渍了清漆,从而消除了电线振动,否则电线振动会使绝缘层短路并缩短电机寿命。树脂封装电机用于深井潜水泵、洗衣机和空调等应用,其定子绕组封装在塑料树脂中以防止腐蚀并降低传导噪声。

     

    衔铁

     

    电枢是一根绕在铁磁芯上的导线。当电流通过导线时,磁场会对导线施加一个力(洛伦兹力),从而使转子旋转。绕组是绕在层压软铁铁磁芯上的线圈,当磁极通电时,铁磁芯会转动。

     

    电机有两种配置,带磁极和不带磁极。在盐极电机中,转子和定子铁磁芯包含彼此面对的突起,称为极点。在极面下方,每个极点都有一个线圈。这些线圈中的电流将这些极点变成北极和南极。在非斜极电机(也称为分布式场或圆形转子电机)中,铁磁芯是一个光滑的圆柱体。其线圈均匀分布在圆周周围的槽中。线圈中的交流电在铁芯中产生连续旋转的磁极。罩极电机在某些极点周围有线圈,可延迟该极点处磁场的相位。

     

    换向器

     

    换向器是一种旋转电开关,可为转子提供电流。换向器在轴旋转时定期反转转子绕组中的电流。换向器呈圆柱形,其上安装有多个金属接触段,并布置在电枢上。两个或多个电触点(称为“电刷”)由软导电材料(例如碳)制成,压在换向器表面上。在旋转过程中,电刷与连续的换向器段产生滑动接触,从而为转子提供电流,绕组连接到换向器叶片。换向器每转半圈(180°)就会反转转子绕组中的电流方向。因此,施加到转子上的扭矩方向始终保持不变。如果没有这种反转,转子绕组上的扭矩方向每转半圈就会反转一次,从而停止转子。换向电机大多已被无刷电机、永磁电机和感应电机取代。

     

    电机电源与控制

    电机供应

     

    如上所述,直流电机通常通过开闭环换向器供电。交流电机可以使用滑环换向器或外部换向器换向。它可以是固定或可变速度控制类型,可以是同步或异步。通用电机可以采用交流或直流运行。

     

    电机控制

     

    直流电机通过调节施加到端子的电压或通过脉冲宽度调制 (PWM) 在一定速度范围内运行。

     

    以固定速度运行的交流电机通常直接由电网或通过电机软启动器驱动;以一定速度运行的交流电机由各种电源逆变器、变频驱动器或电子换向器技术驱动。

     

    术语“电子换向”通常与自换向无刷直流电机和开关磁阻电机应用相关。

     

    Principals

     

    电动机依靠磁场运行。磁场可以由磁铁或磁芯周围的绕组产生。该理论首先解释暴露在磁场中的载流导线上的磁力。磁铁在 N 极和 S 极之间产生磁场。磁场线从 N 极出来并进入 S 极。该磁场是恒定的,磁场没有波动,看起来像直流磁场。

     

    当载流导线进入磁场时,导线会受到磁力,从而移动。磁力的大小取决于本文将要讨论的几个参数。首先,磁力取决于通过导线的电流。也就是说,如果通过导线的电流为零,则不会对导线施加任何力,而力与电流直接相关,因此可以写出以下等式:

     

    (1). F∝I

     

    其中 F 是磁力,I 是导线中的电流。另一个参数是受到磁场的导线长度。磁力与裸露导线长度的关系也很简单,可以写成:

     

    (2)。 F∝l

     

    其中 l 是导线的长度。最后一个参数是磁场强度,它与磁力有直接关系:

     

    (3)。 F∝B

     

    这三个参数决定了磁场垂直于导线时磁力的最大值。因此,任何偏离垂直位置的情况都会降低导线上的力。这是因为如果偏离其中一个位置,磁力就不会达到最大值。原因是磁场和导体中的电流之间会产生一个角度。

     

    考虑所有参数,磁力可以通过以下方程计算:

     

    (4)。 F=B·I·l·sinθ

     

    现在,我们不再考虑在两极之间放置一根导体,而是考虑一个环路。环路可以是任何形状。但为了便于理解,假设它是矩形。然后,它的每一条边都会承载电流并受到磁力的作用。可以使用左手定则获得该力的方向。

    在这个规则中,拇指与磁力平行,食指表示磁场方向,中指表示电流方向。所有这些手指都相互垂直。如果电流与公式 4 中的磁场平行,则磁力为零。因此,BC 和 AD 上的磁力为零。

     

    这里只有 AB 和 CD 被磁化。将左手定则应用于路径 AB 和 CD 时,磁力的方向对于路径 AB 向上,对于路径 CD 向下。这两个方向相反的力使线圈旋转。但是,由于线圈中的电流方向保持不变,因此无法实现旋转。换句话说,当线圈垂直于磁场时,它是线圈最稳定的位置。此时向上和向下的拉力相互抵消,因此线圈不会运动。对于这个问题,每旋转半圈都需要反转线圈中的电流方向才能使线圈旋转。此外,惯性将帮助线圈继续旋转并经过稳定位置。

     

     

     

     

     

     

     

     

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