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电机的相关知识 电机是一种机电能量转换的电磁装置，可以将电能转换为机械能，也可以将机械能转换为电能，将电能转换为机械能的称为电动机；将机械能转换为电能的称为发电机。本篇重点分析电动机。电动机一般可分为直流电动机和交流电动机。直流电动机使用直流电源，将直流电能转换为机械能；交流电动机使用交流电源，将交流电能转换为机械能。交流电动机又分为同步电动机和异步电动机。转子旋转速度与定子磁场的旋转速度相同的交流电动机称为同步电动机，否则，就称为异步电动机。异步电动机根据其转于结构的不同再分为鼠笼式异步电动机和线绕式异步电动机。鼠笼式异步电动机结构简单，维护方便，运行安全可靠，因而获得了广泛的应用。 还有一类小功率电机，主要不是用于能量转换输出机械功率，而是用于信号的检测、变换和传递，作执行元件或信号元件，这类小功率电机统称为控制电机，如交、直流测速发电机，自整角机和步进电动机等。 直流电机 直流电动机的主要优点是起动性能和调速性能好，过载能力大，易于控制。因此，应用丫对起动和调运性能要求较高的生产机械，例如电力机车、轧钢机、大型机床、矿井卷扬机、船舶机械、造纸和纺织机械等都广泛采用直流电动机作为原动机。 直流发电机主要用作直流电源，供给直流电动机、电解、电镀等所需的直流电能。 直流电机的主要缺点是结构复杂，使用有色金属多，生产工艺复杂，价格昂贵，有换向问题，因而限制了它的极限容量，运行可靠性差。随着近年电力电子技术的迅速发展，在很多领域内，直流电动机有逐步被交流调速电动机取代的趋势，但直流电机仍将在许多场合继续发挥作用。 图1—l是一台最简单的直流电动机的模型，N和s是一对固定的磁极(一般是电磁铁，也可以是永久磁铁)。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面团定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片、它们的组合体称为换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触印电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。电枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体称为电枢。 此模型作为直流电动机运行时，将直流电源加于电刷A和B，例如将电源正极加于电刷A，电源负极加于电刷B，则线圈abcd中流过电流，在导体ab中，电流由a流向b，在导体cd中，电流由c流向d。载流导体ab和cd均处于N、s极之间的磁场当中，受到电磁力的作用，建磁力的方向用左手定则确定，可知这一对电磁力形成一个转矩，称为电磁转矩，转矩的方向又逆时针方向，使整个电抠逆时针方向旋转。当电枢旋转180，导体cd转到N极下，ab转到N极下，如图1—1(b)所示，由于电流仍从电刷4流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从电刷B流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方向。 由此可见，加于直流电动机的直流电源．借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机电极线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。 实际的直流电动机，电枢圆周上均匀地嵌放许多线团，相应地换向器由许多换向片组成使电抠线圈所产生总的电磁转矩足够大并且比较均匀，电动机的转速也就比较均匀。 交流电机 交流电机是将交流电能与机械能进行转换的电气设备。按转换的方向，可分为交流电动机和交流发电机两种。其中电动机按工作原理又可分为异步电动机和同步电动机，本章只讨论电动机，并着重研究异步电动机。 异步电动机因具有结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便等优点而得到广泛应用。在原理方面它与变压器有许多相似之处，变压器的一些规律和分析方法，在研究异步电动机时也同样适用。但变压器是静止的、而异步电动机的转子是旋转运动的，这是异步电动机区别于变压器的本质所在。 异步电动机的工作原理 当电动机定于绕组通以三相交流电时，便在定于空间产生旋转磁场。设某瞬间的定子电流及合成磁场如图3—7所示。磁场以同步转速山顺时针方向旋转，切割转子绕组，在转子绕组中产生成应电动势，感应电动势的方向用右手定则判定。应该注意的是；磁场以顺时针方向切割转子绕组，相当于磁场不动，转子以逆时针方向切割磁场(一般使用右手定则时，是磁场不动，导体运动)。这样得到转子上半部分导体的感应电动势的方向垂直于纸面向外，下半部分的导体的感应电动势的方向垂直于纸面向内。由于转子电路是闭合回路，故在感应电动势的作用下将产生电流。如果赂去转于的感抗，则转于电流与感应电动势同相，图中所标电动势的方向也就是电流的方向。 我们知道，载流异体在磁场中要受到电磁力的作用，所以具有感应电流的转子绕组在磁场中也将受到电磁力的作用。电磁力地方向用左手定则判定，如图3—7所示。于是，对于转轴来说，特产生与旋转磁场同方向的力矩