电动机分类及原理.pptx

1、电磁直流电动机 永磁直流电动机 无刷直流电动机 电 动 机 直流电动机 交流电动机 有刷直流电动机 单相电动机 三相电动机 稀土永磁直流电 动机 铁氧体永磁直流 电动机 铝镍钴永磁直流 电动机 串励直流电动机 并励直流电动机 他励直流电动机 复励直流电动机 电动机种类 1、按工作电源种类划分、按工作电源种类划分 电动机 直流电动机 同步电动机 异步电动机 磁滞同步电动机 永磁同步电动机 磁阻同步电动机 感应电动机 交流换向器电动机 三相异步电动机 单相异步电动机 罩极异步电动机 2、按结构和工作原理划分、按结构和工作原理划分 推斥电动机 单相串励电动机 交直流两用电动机 电动机 电容起动式单相

2、异步电动机 电容运转式单相异步电动机 电容起动运转式单相异步电动机 分相式单相异步电动机 电动机 驱动用电动机 控制用电动机 电动工具用电动机 家电用电动机 通用小型机械设备用电动机 步进电动机 伺服电动机 3.起动与运行方式划分起动与运行方式划分 5.按用途划分按用途划分 4、按转子的结构划分、按转子的结构划分 电动机 鼠笼型异步电动机 绕线型异步电动机 电动机 低速电动机 高速电动机 恒速电动机 调速电动机 齿轮减速电动机 电磁减速电动机 力矩电动机 爪极同步电动机 有级恒速电动机 无级恒速电动机 有级变速电动机 无级变速电动机 电磁调速电动机 直流调速电动机 PWM变频调速电动机 开关磁

3、阻调速电动机 6、按运转速度划分、按运转速度划分 返回 无刷直流电动机(BLDC)结构和原理 无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向 的，如图的，如图1所示所示,即用电子开关器件代替传统的接触式换向器即用电子开关器件代替传统的接触式换向器 和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点， 广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设 备中。备中。 无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传无刷直流电动机由永磁体转

4、子、多极绕组定子、位置传 感器等组成，如图感器等组成，如图2所示。位置传感按转子位置的变化，沿所示。位置传感按转子位置的变化，沿 着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相 对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号， 经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑 关系进行绕组电流切换）。定子绕组的工作电压由位置传感关系进行绕组电流切换）。定子绕组的工作电压由位置传感 器输出控制的电子开关电路提供。器输出控制的电子

5、开关电路提供。 图1 dU 1 T 5 T 3 T 4 T 6 T 2 T 1 D 3 D 5 D 4 D 6 D 2 D o a i b i c i a e b e c e d C A B C 图2 无刷无刷DC电机具有永磁转子和绕线定子。并且，电机具有永磁转子和绕线定子。并且， 无刷无刷DC电机可以分为电机可以分为2类：一类具有外部旋转磁类：一类具有外部旋转磁 铁，另一类则具有内部旋转磁体。在无刷铁，另一类则具有内部旋转磁体。在无刷DC电机电机 中，感应线圈（相位）的位置（对于恒定磁场而中，感应线圈（相位）的位置（对于恒定磁场而 言），受通过电流所产生的感应磁场言），受通过电流所产生的感应

6、磁场, 而切换而切换 （转换）到适当的相位。霍尔效应传感器通常用（转换）到适当的相位。霍尔效应传感器通常用 于感应转子的位置。另外，也可以采用无传感器于感应转子的位置。另外，也可以采用无传感器 方法。方法。 返回 永磁直流电动机永磁直流电动机 永磁式直流电动机也由定子磁极、转子、电刷、外壳等组成，定子磁极采用永磁永磁式直流电动机也由定子磁极、转子、电刷、外壳等组成，定子磁极采用永磁 体（永久磁钢），有铁氧体、铝镍钴、钕铁硼等材料体（永久磁钢），有铁氧体、铝镍钴、钕铁硼等材料 F=BIL B磁通密度; L通电导体长度； I 导体中电流； F方向左手定则 如右图所示，电刷如右图所示，电刷A,B上加

7、上上加上 直流电源，便形成直流电动机直流电源，便形成直流电动机 的物理模型这个实现线圈的物理模型这个实现线圈abcd 中便有电流通过。其方向为从中便有电流通过。其方向为从 a到到d，线圈中电流，线圈中电流I与磁场作用，产生与磁场作用，产生 电磁力电磁力 f=BIL，电枢再次电磁力的作用下旋转起来，进而带动生产机械的运转。力的方向，电枢再次电磁力的作用下旋转起来，进而带动生产机械的运转。力的方向 由左手定则判定，图示时刻，电流从由左手定则判定，图示时刻，电流从a到到d，则，则ab段所受电磁力的方向为从右向左，电枢段所受电磁力的方向为从右向左，电枢 逆时针方向旋转。当电枢转过逆时针方向旋转。当电枢

8、转过180度时，外部电路的电流度时，外部电路的电流I不变，线圈中的电流方向为从不变，线圈中的电流方向为从d 到到a，此时电磁力方向不变，电机沿恒定方向旋转。，此时电磁力方向不变，电机沿恒定方向旋转。 定子包含定子包含2个或多个永磁极片。转子个或多个永磁极片。转子 包含通过电刷与电压源相连的绕组和机包含通过电刷与电压源相连的绕组和机 械换向器。吸引通电绕组的相反极性和械换向器。吸引通电绕组的相反极性和 定子磁铁，转子就会旋转，直到与定子定子磁铁，转子就会旋转，直到与定子 对齐为止。转子一与定子对齐，电刷就对齐为止。转子一与定子对齐，电刷就 会跨过换向器接点，并且给下一个绕组会跨过换向器接点，并且

9、给下一个绕组 通电，从而产生连续转动。电机的速度通电，从而产生连续转动。电机的速度 与施加在其上的电压成正比。颠倒电机与施加在其上的电压成正比。颠倒电机 连接方向，转向也会改变。连接方向，转向也会改变。 返回 电磁直流电动机按励磁方式分类电磁直流电动机按励磁方式分类 电磁式直流电动机的定子磁极（主磁极）由铁心和励磁绕组构成。根据电磁式直流电动机的定子磁极（主磁极）由铁心和励磁绕组构成。根据 其励磁（旧标准称为激磁）方式的不同又可分为他励直流电动机、并励直其励磁（旧标准称为激磁）方式的不同又可分为他励直流电动机、并励直 流电动机、串励直流电动机和复励直流电动机。因励磁方式不同，定子磁流电动机、串

10、励直流电动机和复励直流电动机。因励磁方式不同，定子磁 极磁通（由定子磁极的励磁线圈通电后产生）的规律也不同。极磁通（由定子磁极的励磁线圈通电后产生）的规律也不同。 返回 旋转磁场旋转磁场 （1）产生）产生 图图3表示最简单的三相定子绕组表示最简单的三相定子绕组AX、BY、CZ，它们在空间按互，它们在空间按互 差差120的规律对称排列。并接成星形与三相电源的规律对称排列。并接成星形与三相电源U、V、W相联。则三相相联。则三相 定子绕组便通过三相对称电流：随着电流在定子绕组中通过，在三相定子定子绕组便通过三相对称电流：随着电流在定子绕组中通过，在三相定子 绕组中就会产生旋转磁场绕组中就会产生旋转磁

11、场(图图4)。 （2）旋转磁场的方向）旋转磁场的方向 旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方 向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对 调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变。 t iiAiBiC O120 240 360 (a) t = 0 (b) t = 120 (c) t = 240 AAA XXX B B B YYY C CC ZZZ 图 4 旋转磁场的形成 图图 3 三相

12、异步电动机定子接线三相异步电动机定子接线 当当 t=0时，时，AX绕组中无电流；为负，绕组中无电流；为负，BY绕组中的绕组中的 电流从电流从Y流入流入B1流出；为正，流出；为正，CZ绕组中的电流从绕组中的电流从C流流 入入Z流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图4 （a）所示。）所示。 当当 t=120时，时，BY绕组中无电流；为正，绕组中无电流；为正，AX绕组中绕组中 的电流从的电流从A流入流入X流出；为负，流出；为负，CZ绕组中的电流从绕组中的电流从Z流流 入入C流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如

13、图4 （b）所示。）所示。 当当 t=240时，时，CZ绕组中无电流；为负，绕组中无电流；为负，AX绕组中绕组中 的电流从的电流从X流入流入A流出；为正，流出；为正，BY绕组中的电流从绕组中的电流从B流流 入入Y流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图4 （c）所示。）所示。 可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场 也按电流的相序方向在空间旋转一周。随着定子绕组也按电流的相序方向在空间旋转一周。随着定子绕组 中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成磁场中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合

14、成磁场 也不断地旋转，因此称为旋转磁场。也不断地旋转，因此称为旋转磁场。 AiA iB iC X B Y C Z 图3 三相异步电动机定子接线 (1)当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产 生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。 (2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理根据电磁感应原理,转子导体产生转子导体产生 感应电动势并产生感应电流。感应电动势并产生感应电流。 （3）根据电磁力定律，载流的转子

15、导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁）根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁 转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。 异步电机的工作原理异步电机的工作原理 三相异步电机利用将电能转化成机械能的感应原三相异步电机利用将电能转化成机械能的感应原 理。导线被置于电磁场内，受力的影响会让它穿过磁理。导线被置于电磁场内，受力的影响会让它穿过磁 场。在场。在AC感应电机中，磁场被置于固定部分（定子）感应电机中，磁场被置于固定部分（定子） 内。受电磁力影响的导体位于转子内。内。受电磁力影响的导体

16、位于转子内。 定子通常由定子通常由3个成个成120电角度的相位绕组组成。通电角度的相位绕组组成。通 入三相交流电时，它们会在转子的导线内产生电流。入三相交流电时，它们会在转子的导线内产生电流。 定子产生的磁场的相互作用和转子内的载流导线使得定子产生的磁场的相互作用和转子内的载流导线使得 转子被定子磁场“拖”转。转子被定子磁场“拖”转。 返回 异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关 系。还随着负载的大小发生变化。负载转矩越大，转子的转速越低。异步电机包系。还随着负载的大小发生变化。负载转矩越大，转子

17、的转速越低。异步电机包 括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广，在不致引起括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广，在不致引起 误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。 1单相异步电动机单相异步电动机 定子由机座和带绕组的铁心组成。铁心由硅钢片冲槽叠压而成，槽内嵌装两定子由机座和带绕组的铁心组成。铁心由硅钢片冲槽叠压而成，槽内嵌装两 套空间互隔套空间互隔90电角度的主绕组（也称运行绕组）和辅绕组（也称起动绕组成副电角度的主绕组（也称运行绕组）和辅绕组（也称起动绕组成副 绕组）。主绕组接交流电源，辅绕组

18、串接离心开关绕组）。主绕组接交流电源，辅绕组串接离心开关S或起动电容、运行电容等之或起动电容、运行电容等之 后，再接入电源。后，再接入电源。 转子为笼型铸铝转子，它是将铁心叠压后用铝铸入铁心的槽中，并一起铸出转子为笼型铸铝转子，它是将铁心叠压后用铝铸入铁心的槽中，并一起铸出 端环，使转子导条短路成鼠笼型。端环，使转子导条短路成鼠笼型。 分 相 电 动 机 定 子 绕 组 示 意 图 单 相 凸 极 式 罩 极 异 步 电 动 机 结 构 示 意 图 假设转子的逆时针方向为正方向，看下图，那么假设转子的逆时针方向为正方向，看下图，那么 转子对正向磁场的转差率为转子对正向磁场的转差率为S+=（n1

19、-n）/n1 转子对反向磁场的转差率为转子对反向磁场的转差率为S-=（n1-（-n）/n1=2-S+ 0S+|T-|; 0S-T+;S+=1时，时，T+=T-合成转矩合成转矩 为为0。 单相异步电动机又分为单单相异步电动机又分为单 相电阻起动异步电动机，单相电阻起动异步电动机，单 相电容起动异步电动机、单相电容起动异步电动机、单 相电容运转异步电动机和单相电容运转异步电动机和单 相双值电容异步电动机相双值电容异步电动机 单相异步电动机的T-s曲线 返回 三相异步电动机三相异步电动机 三相异步电动机的结构与单相异步电动机相似，其定子铁心槽中嵌装三相异步电动机的结构与单相异步电动机相似，其定子铁心

20、槽中嵌装 三相绕组（有单层链式、单层同心式和单层交叉式三种结构）。定子绕组三相绕组（有单层链式、单层同心式和单层交叉式三种结构）。定子绕组 成接入三相交流电源后，绕组电流产生的旋转磁场，在转子导体中产生感成接入三相交流电源后，绕组电流产生的旋转磁场，在转子导体中产生感 应电流，转子在感应电流和气隙旋转磁场的相互作用下，又产生电磁转柜应电流，转子在感应电流和气隙旋转磁场的相互作用下，又产生电磁转柜 （即异步转柜），使电动机旋转。（即异步转柜），使电动机旋转。 鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机 绕线型异步电动机绕线型异步电动机 异步电动机的外部接线异步电动机的外部接线 三相笼式异步电动机的部件图三

21、相笼式异步电动机的部件图 N S （1）电磁转矩的产生）电磁转矩的产生 电磁力电磁力电磁转矩电磁转矩 T, ,T 与与 n0 同方向。同方向。 工作原理示意图工作原理示意图 二、三相异步电动机的基本工作原理二、三相异步电动机的基本工作原理 （2）电动机转速）电动机转速n和旋转磁和旋转磁 场同步转速场同步转速n0的关系的关系? 电机转子转动方向与磁电机转子转动方向与磁 场旋转的方向一致，场旋转的方向一致， 但但 nLd 气隙较小，有较好的气隙较小，有较好的 弱磁能力弱磁能力 返回 磁阻式同步电动机磁阻式同步电动机 磁阻同步电动机又称为反应式同步电动机，这种电机的转子本磁阻同步电动机又称为反应式同

22、步电动机，这种电机的转子本 身没有磁性，只是利用磁场中可移动部件企图使磁路磁阻最小的原身没有磁性，只是利用磁场中可移动部件企图使磁路磁阻最小的原 理，依靠转子两个正交方向磁阻的不同而产生转矩，这种转矩称为理，依靠转子两个正交方向磁阻的不同而产生转矩，这种转矩称为 磁阻转矩或反应转矩。磁阻转矩或反应转矩。 磁阻同步电动机由于结构简单，成本低廉，获得了较为广泛的磁阻同步电动机由于结构简单，成本低廉，获得了较为广泛的 应用。磁阻同步电动机有单相的和三相的，功率从几瓦到几百瓦。应用。磁阻同步电动机有单相的和三相的，功率从几瓦到几百瓦。 一、基本结构一、基本结构 图图5-7 磁阻磁阻同步同步电动机电动机

23、的的转子结构转子结构 (a) 2极转子极转子 (b) 4 4极转子极转子 (a)(b) 笼型绕组笼型绕组 二二、工作原理工作原理 N S N S N S 900 90 0 图图5-8 磁阻同步电动机的原理图磁阻同步电动机的原理图 (a)(b)(c) (a)(b)(c) 1 n e T 1 n 1 n 磁阻式同步电机结构图磁阻式同步电机结构图 返回 磁滞同步电动机磁滞同步电动机 磁滞同步电动机的转子是用硬磁材料做成的，这种硬磁材料具磁滞同步电动机的转子是用硬磁材料做成的，这种硬磁材料具 有比较宽的磁滞回环，其剩磁密度有比较宽的磁滞回环，其剩磁密度Br和矫顽力和矫顽力Hc要比软磁材料大，要比软磁材

24、料大， 如图如图5-12所示。所示。 磁滞电动机的主要优点是结构简单，运转可靠，起动转矩大，磁滞电动机的主要优点是结构简单，运转可靠，起动转矩大， 不需要装任何起动装置就能平稳地牵入同步。目前，磁滞同步电动不需要装任何起动装置就能平稳地牵入同步。目前，磁滞同步电动 机主要应用于无线电通讯、自动记录、传真及遥控装置等，机主要应用于无线电通讯、自动记录、传真及遥控装置等， 其中其中 50W以下小功率的应用最为广泛。以下小功率的应用最为广泛。 一、基本结构一、基本结构 r B c H H B 软磁材料软磁材料 硬磁材料硬磁材料 图图5 5- -1212 铁磁材料的磁滞回环铁磁材料的磁滞回环 O 磁滞环磁滞环 套筒套筒 图图5 5- -1 13 3 磁滞磁滞同步同步电动机电动机的的转子结构转子结构 二、工作原理二、工作原理 N S N S N S F F N S N S N S F F N S N S N S n F n F t F t F F F (a) (b) (c) 图图5 5- -14 14 磁滞磁滞同步同步电动机电动机的工作的工作原理原理 1 n 1 n END