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”的區別
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(滯后),因而只有交流能產生旋轉磁場,只有交流電機有同步異步的概念。
同步電機——原理:靠“磁場總是沿著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將嚴格不變。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,使鼠籠產生感應電流,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,產生感應電流。
區別:(1)同步電機可以發出無功功率,也可以吸收;異步電機只能吸收無功。(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滯后,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。
同步電機無法直接啟動: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內旋轉半周的時間之內,會對轉子產生吸引力,半周之后將會產生排斥力。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。轉速差使其產生感應電流,而感應電流具有減小轉速差的特性(四根金屬棒搭成井形,內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)。
1.3永磁、電磁、感磁(構成定子、轉子)
永磁——永磁鐵
電磁——通電線圈
感磁——無電閉合繞組、鼠籠
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。
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、復勵)
(2)啟動:
通電就能動。(電樞繞組如果只有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、復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,有刷電機的結構復雜,可靠性差,故障多,維護工作量大,壽命短,換向火花易產生電磁干擾。
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產生轉矩;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后,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、適用電壓范圍很廣,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,主要的區別在于單相串勵電機的定子鐵心必須由硅鋼片疊壓而成,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,合成一起以后,就是一維變化的磁場,因而需要啟動繞組串接電容,使得相位滯后90度,這樣便能形成旋轉磁場。當電機啟動以后,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,運轉速率大致保持定值。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,起動后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,起動后串聯小容量電容運行。電機靜止時離心開關是接通的,給電后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。