电机的技术手册

直流电机

1、直流电机的分类及基本结构

2、直流电机的基本工作原理

3、他励直流电机的启动和反转

4、他励直流电机的调速

交流电机

1、交流电机的分类

2、三相异步电机的工作原理

3、三相异步电机的启动 

4、三相异步电机的调速

5、三相异步电机的制动

6、同步电机的基本类型和结构

7、同步电机的励磁方式

8、同步电机的启动

控制电机

1、伺服电机

（1）直流伺服电机

（2）交流伺服电机

2、步进电机

（1）三相反应式步进电机的结构

（2）三相反应式步进电机的工作原理

直流电机的分类

 直流电动机按结构及工作原理可划分：（1）无刷直流电动机和（2）有刷直流电动机。 

无刷直流电动机：无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同．在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等)．绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进行合理换相。转子多采用钐钴或钕铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀土料，由于磁极中磁性材料所放位置的不同．可以分为表面式磁极、嵌入式磁极和环形磁极。由于电动机本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。     

有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。 

  永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 

  电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。 

直流电机的基本结构  

直流电机由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。其构造的主要特点是具有一个带换向器的电枢。直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。直流电机的转子则由电枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中。换向器是一种机械整流部件。由换向片叠成圆筒形后，以金属夹件或塑料成型为一个整体。各换向片间互相绝缘。换向器质量对运行可靠性有很大影响。

直流电机的工作原理

       将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。 电机内部有磁场存在。 载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力 f 的作用 f=Blia （左手定则）。 所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n(转/分)旋转，以便拖动机械负载。

他励直流电机

他励直流电机的启动

他励直流电机常用的启动方式：降低电源电压启动、电枢回路串电阻启动

他励直流电机的反转

他励直流电机反转的方式：改变励磁电流的方向、改变电枢绕组两端电源电压的极性。

他励直流电机的调速

电枢电路串电阻调速：串电阻越大，机械特性越软、转速越不稳定，低速时串电阻大，损耗能量也越多，效率变低。调速范围受负载大小影响，负载大调速范围广，轻载调速范围小。

降低电枢电压调速：降低电枢电压调速，电枢回路必须有可调压的直流电源，电枢回路及励磁回路电阻尽可能小，电压降低转速下降。

弱磁调速：一般直流电动机，为避免磁路过饱和只能弱磁不能强磁。电枢电压保持额定值，电枢回路串接电阻减至最小，增加励磁回路电阻 Rf ，励磁电流和磁通减小，电动机转速随即升高

交流电机

交流电机的分类:

1、异步电动机：三相异步电机、单相异步电机。

2、交流伺服电机：鼠笼转子伺服电机、非磁性空心杯转子伺服电机

3、交流力矩电机

4、同步电机：永磁式同步电机、磁滞式同步电机、磁阻式同步电机、电磁减速式同步电机。

交流直线电机：同步式直线电机、异步式直线电机。

三相异步电机的工作原理

三相交流异步电机的定子铁芯槽内，嵌有相差120°电角度的三相绕组。三相交流电每相也相差120°电角度。当绕组接通三相电源时，就在绕组中产生一个旋转磁场，以n1的转速旋转，并以全速切割转子，在转子鼠笼中产生感应电动势，因为鼠笼是闭合的，此电势形成电流，产生磁场，与定子的磁场作用开始旋转、加速。 三相异步电动机的转速永远低于旋转磁场的同步转速，使转子和旋转磁场间有相对运动，从而保证转子的闭合导体切割磁力线，感生电流，产生转矩。转速的差异是异步电机运转的必要条件。在额定情况下，转子转速一般比同步转速低2-5%。

三相异步电机的启动

   三相笼型异步电机的启动：

1、直接启动

2、降压启动 ：

1、定子串电阻或电抗器的降压启动

2、星三角启动

3、自耦变压器启动

4、延边三角形降压启动

                                Y-△启动接线图

            延边三角形减压启动

三相异步电机的调速

1、变极调速

2、变频调速

3、变转差率调速

4、调压调速

三相异步电机的制动

1、能耗制动

2、反接制动

3、回馈制动

同步电机的基本类型

按运行方式和功率转化方式分为：发电机、电动机和调相机

按结构形式分：旋转电枢式和旋转磁极式

同步电机的结构

同步电机的励磁方式

1、直接励磁机励磁

2、静止的交流整流励磁系统

3、旋转的交流整流励磁系统

4、三次谐波励磁

同步电机的启动

1、把同步电机的励磁绕组通过一个电阻短接。启动时励磁绕组开路是很危险的，因为励磁绕组的匝数很多，定子旋转磁场将在改绕组中感应很高的电压可能击穿励磁绕组的绝缘。

2、将同步电动机的定子绕组接通三相交流电源。这时定子旋转磁场将在阻尼绕组中感应一电流，此电流与定子旋转磁场相互作用而产生异步电磁转矩，同步电动机便作为异步电动机而启动。

3、当同步电动机的转速达到同步转速的95%左右时，将励磁绕组与直流电源接通给与直流励磁。这时转子上增加了一个频率很低的交流转矩，转子磁场与定子磁场之间的相互吸引力便能把转子拉住，使它跟着定子旋转磁场以同步转速旋转，即所谓牵入同步。

控制电机

直流伺服电机

直流伺服电机的控制电源为直流电压。根据其功能可分为普通型直流伺服电机、盘型电枢直流伺服电机、空心杯电枢直流伺服电机和无槽直流伺服电机

交流伺服电机

                          交流伺服电机原理图

当交流伺服电机的励磁绕组接到励磁电流上，若控制绕组加上的控制电压

为0V时，所产生的是脉振磁通势，所建立的是脉振磁场，电机无启动转矩；当控制绕组加上德尔控制电压><0V，且产生的 控制电流与励磁电流的相位不同时，建立起椭圆形旋转磁场，于是产生启动力矩，电机转子转动起来。如果电机参数与一般的单相异步电动机一样，那么当控制信号消失时，电机转速虽会下降些，但仍会继续不断地转动。

交流伺服电机的控制方式

交流伺服电机不仅需要控制启动和停止，而且需要控制转速和转向

1、幅值控制

2、相位控制

3、幅相控制

步进电机

三相反应式步进电机

结构

三相反应式步进电机的结构示意

三相反应式步进电机工作原理

A 相通电，A 方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。

同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30

最后，C相通电，转子1、3齿和C相轴线对齐，相对B相通电比较，转子再次转动30度