电动机Word文件下载.docx
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电动机Word文件下载.docx
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因此,如果有两根磁铁,并且每根的两端分别标有“北”和“南”,则一根磁铁的北极将会吸住另一根磁铁的南极。
反之,一根磁铁的北极将会排斥另一根磁铁的北极(对于南极,情况与此相同)。
在电动机的内部,就是这些吸引力和排斥力产生了旋转运动。
在上图中,您可以看到电动机中有两块磁铁:
电枢(或转子)是电磁铁,场磁铁是永久磁铁(场磁铁也可以充当电磁铁,但在大多数小型电动机中,人们为了省电而不将其用作电磁铁)。
此处分解的电动机是在玩具中常见的简易型电动机:
您可以看到这是一个小型电动机,与一毛钱的美元硬币差不多大小。
从外部看,可以看到构成电动机机体的钢结构、一根轴、一个尼龙端盖和两条电池导线。
如果将电动机的电池导线接到手电筒的电池上,轴就会转动。
如果将导线反接,则轴会朝反方向转动。
下面是同一电动机的其他两个视图。
(请注意第二个视图中钢壳一侧的两个槽,稍后您就会明白它们是用来干什么的了)
尼龙端盖由构成钢壳的两个簧片固定到位。
如果您将簧片往后扳,就可以释放端盖并将其卸下。
在端盖的内部可以看到电动机的电刷。
当电动机旋转时,这些电刷可以将电池中的电能传输到整流子:
轴可以固定电枢和整流子。
在这个例子中,电枢是一组电磁铁。
此电动机中的电枢是一组叠在一起的薄金属片,其三个极中的每个极都绕有细铜线。
每根电线(每个极为一根电线)的两端均焊接在接线端上,同时三个接线端分别连接在整流子的一个极板上。
通过下图您可以方便地查看电枢、接线端和整流子:
所有直流电动机的最后一个零件都是场磁铁。
此电动机中的场磁铁由外壳本身以及两片弧形永久磁铁组成:
每块磁铁的一端卡在外壳上切入的槽中,另一端通过固定夹压在两块磁铁的其他两端。
要了解电动机的工作原理,关键是要了解电磁铁的工作原理。
(有关完整的详细信息,请参见电磁体工作原理。
)
电磁铁是电动机的基础。
想象一下这个场景,您即可明白电动机的内部组件是如何工作的。
比如您按此方法制作了一个简易的电磁铁:
在钉子上卷绕100圈金属线,然后将这颗钉子连接到电池。
连接电池后,钉子将变成一块磁铁,并且有南极和北极。
现在,拿起这个钉子做成的电磁铁,在它的中间插进一根轴,然后悬挂在马蹄形磁铁的中央,如下图所示。
如果将电池连接到电磁铁,使钉子北极的方向与图中所示一致,那么磁学基本法则将会告诉您会发生什么:
电磁铁的北极将与马蹄形磁铁的北极排斥,并与马蹄形磁铁的南极相吸。
电磁铁的南极也以类似的方式发生排斥。
钉子将运动半周,然后在所示的位置停住。
马蹄形磁铁中的电磁铁
您可以发现这半周的运动不过是由于磁铁自然地相互吸引和排斥产生的。
制造电动机的关键是要更进一步,使半周运动在完成的那一瞬间,电磁铁的磁场发生翻转。
这种翻转可以使电磁铁完成另一个半周运动。
更改电子在电线中的流动方向(让电池掉头就可以实现此目的)便可以翻转磁场。
如果能够在完成每个半周运动时的适当时间精确地翻转电磁铁的磁场,则电动机就可以自由旋转。
电枢
现在我们用电枢来替代电动机中的钉子。
电枢是一种电磁铁,其制作方式是在金属芯的两个或更多极上卷绕细线。
电枢带有一个轴,该轴与整流子相连接。
在右图中,您可以看到同一电枢的三种不同视图:
前视图、侧视图和后视图。
后视图中没有包括绕组,目的是为了更清楚地展示整流子。
您可以发现整流子不过是与轴连接的一对极板。
这些极板分别连接到电磁铁线圈的两个连接端。
电刷和整流子
在电动机中,用于“翻转电场”的部件是由两个部分组成的:
整流子和电刷。
右图显示了整流子和电刷如何作为一个整体使电流流向电磁铁,以及如何在适当的时间翻转电子的流动方向。
整流子的触点与电磁铁的轴相连,使轴可以随磁铁一起旋转。
电刷不过是两片与整流子接触的弹性金属或碳。
将所有这些部件装在一起,您就可以得到一个完整的电动机:
电枢
本图省略了电枢绕组,以便您方便地查看整流子的运转。
要观察的关键之处在于,当电枢横向移动时,电磁铁的两极会发生翻转。
由于这种翻转,电磁铁的北极会始终位于轴的上方,从而排斥场磁铁的北极,并吸引场磁铁的南极。
如果您有机会拆开一个小型电动机的话,就会发现其中包含了上面所述的相同零件:
两块小型永久磁铁、一个整流子、两个电刷以及一个电磁铁(通过在一块金属上绕线制成)。
但是,转子几乎总是带有三个极,而不是本文所示的两极。
电动机使用三个极可以带来两个优势:
使电动机具有更好的动力。
在双极电动机中,如果电动机启动时,电磁铁位于平衡点上,也就是在场磁铁两极之间的完全水平位置,则您可以想象得到,电枢将“卡”在这个位置。
在三极电动机中永远不会发生这种情况。
在双极电动机中,每当整流子到达它翻转磁场的位置时,就会使电池短路(将正极和负极直接相连)片刻。
这种短路浪费了能量,并且使电池不必要地放电。
而三极电动机则同样可以解决这个问题。
根据电动机的大小及其具体用途,您可以使用任意数目的电极。
环顾一下您的房间,您就会发现到处都有电动机的身影。
您可以尝试展开下面这个有趣的调查:
在房间里走一遍,统计一下找到的所有电动机。
从厨房开始,以下位置会使用电动机:
炉子上方和微波炉中的风扇
洗涤槽下面的排污器
搅拌机
开罐器
冰箱——事实上它有两到三个电动机:
一个供压缩机用,一个供冰箱内部风扇用,还有一个供制冰机用
混合器
应答机中的磁带播放机
甚至烘箱上的时钟也有可能使用了电动机
杂物间中的以下位置使用了电动机:
洗衣机
干燥机
电动螺丝刀
真空吸尘器和微型真空除尘器
电锯
电钻
火炉鼓风机
甚至在浴室也可以找到电动机:
风扇
电动牙刷
吹风机
电动刮胡刀
汽车中也装有一些电动机:
自动开闭式车窗(每个车窗配有一个电动机)
自动调节座位(每个座位配有多达七个电动机)
加热器和散热器的风扇
挡风玻璃雨刷
启动马达
无线装置电动天线
此外,其他场所也存在各种各样的电动机:
VCR中有若干个电动机
CD播放器或大型录音机中有若干个电动机
计算机中有许多电动机(磁盘驱动器使用两至三个,加上一至两个风扇使用的电动机)
大多数运动玩具至少包含一个电动机(例如Tickle-me-Elmo在振动时使用的电动机)
电子时钟
车库开门装置
鱼缸水泵
在房间里转了一遭后,我统计到各种设备中隐藏有50多个电动机。
每个运动设备都是使用电动机来实现其运动的。
直流无刷电动机与一般直流电动机具有相同的工作原理和应用特性,而其组成是不一样的。
除了电机本身外,前者还多一个换向电路,电机本身和换向电路紧密结合在一起。
许多小功率电动机的电机本身是与换向电路合成一体,从外观上看直流无刷电动机与直流电动机完全一样。
目前,在微小功率范畴直流无刷电动机是发展较快的新型电机。
由于各个应用领域需要各自独特的直流无刷电动机,所以直流无刷电动机的类型较多。
大体上有计算机外存储器以及VCD、DVD、CD主轴驱动用扁平式无铁心电机结构,小型通风机用外转子电机结构,家电用多极磁场结构及内装式结构,电动自行车用多极、外转子结构等等。
上述直流无刷电动机的电机本身和电路均成一体,使用十分方便,它的产量也非常大。
为了满足大批量、低成本的市场需要,直流无刷电动机的生产必须要形成规模经济。
因此,直流无刷电动机是一种高投入、高产出的行业。
同时,我们应该考虑到市场也在不断地发展,如家用空调用电机正由3A转向3D,需要大量的中小功率的直流无刷直流电动机,研究和开发中小功率的直流无刷电动机也成当务之急。
无刷电机有什么特点?
优点:
a)电子换向来代替传统的机械换向,性能可靠、永无磨损、故障率低,寿命比有刷电机提高了约6倍,代表了电动车的发展方向;
b)属静态电机,空载电流小;
c)效率高;
d)体积小。
缺点:
a)低速起动时有轻微振动,如速度加大换相频率增大,就感觉不到振动现象了;
b)价格高,控制器要求高;
c)易形成共振,因为任何一件东西都有一个固有振动频率,如果无刷电机的振动频率与车架或塑料件的振动频率相同或接近时就容易形成共振现象,但可以通过调整将共振现象减小到最小程度。
所以采用无刷电机驱动的电动车有时会发出一种嗡嗡的声音是一种正常的现象。
d)脚踏骑行时较费力,最好是电力驱动与脚踏助力相结合。
有刷电机有什么优缺点?
a)变速平稳,几乎感觉不到振动;
b)温升低,可靠性好;
c)价格低,所以被较多厂家选用。
a)碳刷易磨损,更换较为麻烦,寿命短;
b)运行电流大,电机磁钢易退磁,降低了电机与电池的作用寿命。
直流无刷电机的优越性
直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能,但直流电机的优点也正是它的缺点,因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能,则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°
,这就要藉由碳刷及整流子。
碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外,使用场合也受到限制。
交流电机没有碳刷及整流子,免维护、坚固、应用广,但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。
现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多,提升驱动电机的性能。
微处理机速度亦越来越快,可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交坐标系统中,适当控制交流电机在两轴电流分量,达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。
此外已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中,而且体积越来越小;
像模拟/数字转换器(analog-to-digitalconverter,adc)、脉冲宽度调制(pulsewidemodulator,pwm)…等。
直流无刷电机即是以电子方式控制交流电机换相,得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。
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