電動機的工作原理和裝置

任何電動機都設計為通過消耗施加在其上的電力來執行機械功，通常將其轉換為旋轉運動。儘管在技術上有一些模型可以立即創建工作身體的平移運動。這些被稱為直線電機。

在工業裝置中，電動機驅動技術生產過程中涉及的各種金屬切削機器和機械設備。

在家用電器內部，電動機驅動洗衣機、吸塵器、計算機、吹風機、兒童玩具、鐘錶和許多其他設備。

基本物理過程及作用原理

向內移動時 磁場 稱為電流的電荷總是具有機械力，該力傾向於在垂直於磁力線方向的平面中偏轉它們的方向。當電流通過金屬線或由其製成的線圈時，該力往往會移動/旋轉每根載流線和整個線圈。

下圖顯示了電流流過的金屬框架。施加在其上的磁場會為框架的每個分支產生力 F，從而產生旋轉運動。

這種電能和磁能相互作用的特性，基於在閉合導電迴路中產生電動勢，在每台電動機上都得到了應用。它的設計包括：

• 電流流過的線圈。它被放置在一個特殊的錨芯上並固定在旋轉軸承中以減少摩擦力的阻力。這種設計稱為轉子；

• 定子，它產生一個磁場，該磁場以其磁力線穿透沿轉子繞組匝數流動的電荷；

• 用於放置定子的外殼。在機身內部，製造了特殊的座，轉子軸承的外保持架安裝在座內。

最簡單的電動機的簡化設計可以用以下形式的圖片表示。

當轉子旋轉時，會產生扭矩，其功率取決於設備的總體設計、施加的電能及其在轉換過程中的損耗。

電動機的最大可能扭矩功率的大小總是小於施加到它的電能。它的特點是效率值。

電動機的類型

根據流過線圈的電流類型，它們分為直流或交流電機。這兩組中的每一個都使用不同的技術過程進行了大量修改。

直流電機

他們有一個固定的固定產生的定子磁場 永久磁鐵 或帶有勵磁線圈的特殊電磁鐵。電樞線圈牢固地安裝在軸上，軸固定在軸承中，可以繞其自身的軸線自由旋轉。

這種發動機的基本結構如圖所示。

在由鐵磁材料製成的電樞鐵芯上，有一個由兩個串聯部分組成的線圈，一端與導電集電板相連，另一端相互連接。兩個石墨刷位於電樞的直徑相對端，並壓在集電板的接觸墊上。

正 DC 電源電位施加到下部圖案刷，負電位施加到上部圖案刷。流過線圈的電流方向用紅色虛線箭頭表示。

電流導致磁場在電樞的左下角有一個北極，在電樞的右上角有一個南極（萬向節規則）。這導致轉子磁極與靜止的同名磁極排斥，並吸引到定子的相反磁極。由於施加的力，發生旋轉運動，其方向由棕色箭頭指示。

隨著電樞因慣性而進一步旋轉，磁極被轉移到其他集電板上。它們中的電流方向是相反的。轉子繼續進一步旋轉。

這種收集器裝置的簡單設計導致大量電能損失。這種電機在設計簡單的設備或兒童玩具中工作。

生產過程中涉及的直流電機設計較為複雜：

• 線圈不是分成兩部分，而是分成幾個部分；

• 線圈的每個部分都安裝在自己的磁極上；

• 集電裝置根據繞組數製成一定數量的接觸墊。

結果，每個極通過其接觸板與電刷和電流源平滑連接，並減少了能量損失。

照片中顯示了這種錨的裝置。

在直流電機中，轉子的旋轉方向可以反轉。為此，通過改變源極的極性來將線圈中電流的運動改變為相反方向就足夠了。

交流電機

它們不同於以前的設計，因為在它們的線圈中流動的電流被描述為 正弦調和律定期改變方向（標誌）。為了給它們供電，電壓由具有交替符號的發電機提供。

這種電機的定子由磁路執行。它由帶有凹槽的鐵磁板製成，其中線圈的匝數以框架（線圈）配置放置。

同步電動機

下圖顯示了轉子和定子的電磁場同步旋轉的單相交流電機的工作原理。

在定子磁路的凹槽中，在直徑相對的兩端放置繞組線，示意性地以框架的形式示出，交流電流過該框架。

讓我們考慮對應於其半波的正部分通過的時刻的情況。

在軸承單元中，一個內置永磁體的轉子自由旋轉，其中磁極的北«N口»和南«S口»明確界定。當電流的正半波流過定子繞組時，其中會產生一個具有極點 «S st» 和 «N st» 的磁場。

轉子和定子的磁場之間產生相互作用力（磁極排斥而不是磁極吸引），當相反的磁極彼此盡可能靠近時，相互作用力往往會使電機電樞從任何位置轉向極端其他。

如果我們考慮相同的情況，但在相反的時刻 - 電流的負半波通過框架線，則電樞的旋轉將發生在相反的方向。

為確保轉子在定子中連續運動，沒有製造一個繞組架，而是製造一定數量的繞組架，因為每個繞組架都由單獨的電流源供電。

同步旋轉的三相交流電動機的工作原理，轉子和定子的電磁場如下圖所示。

在此設計中，三個線圈 A、B 和 C 安裝在定子磁路內，彼此錯開 120 度角。線圈 A 標記為黃色，B 為綠色，C 為紅色。每個線圈都使用與前一種情況相同的框架製成。

在圖中，無論如何，電流正向或反向僅流過一個線圈，用符號 «+» 和 «-« 表示。

當正半波正向通過A相時，轉子磁場的軸線處於水平位置，因為定子的磁極形成在這個平面上並吸引動銜鐵。轉子的相反磁極趨向於接近定子的磁極。

當正半波進入C相時，電樞將順時針旋轉60度。一旦將電流施加到 B 相，就會發生類似的電樞旋轉。下一個繞組的下一相中的每個後續電流都會轉動轉子。

如果將偏移 120 度角的三相電源電壓施加到每個繞組，則交流電將在其中循環，這將使電樞旋轉並使其與所施加的電磁場同步旋轉。

相同的機械設計已成功用於三相步進電機……僅在每個繞組中通過控制 專用控制器（步進電機驅動器） 根據上述算法施加和移除恆定脈衝。

它們的啟動開始了旋轉運動，它們在某個時間點的終止提供了軸的測量旋轉和以編程角度停止以執行某些技術操作。

在所描述的兩個三相繫統中，可以改變電樞的旋轉方向。為此，您只需將階段順序 «A» — «B» — «C» 更改為另一個，例如 «A» — «C» — «B»。

轉子的速度由周期 T 的長度調節。它的減少導致旋轉加速。相中電流幅值的大小取決於繞組的內阻和施加在繞組上的電壓值。它決定了電動機的扭矩和功率的大小。

異步電機

這些電機設計具有與前面討論的單相和三相模型相同的帶繞組的定子磁路。它們的名字來源於電樞和定子電磁場的異步旋轉。這是通過改進轉子的配置來實現的。

其鐵芯由帶溝槽的電工鋼板製成。它們配備有鋁製或銅製電流導體，這些導體在電樞的末端用導電環封閉。

當電壓施加到定子繞組時，電動勢在轉子繞組中感應出電流並產生電樞磁場。當這些電磁場相互作用時，電機軸開始旋轉。

通過這種設計，轉子只有在定子中出現旋轉電磁場後才有可能運動，並繼續以異步模式運行。

異步電動機設計更簡單，因此價格更便宜，廣泛用於工業裝置和家用電器。

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直線電機

工業機械的許多工作體在一個平面內進行往復或平移運動，這對於金屬加工機械、車輛、打樁時的錘擊等操作是必不可少的……

通過齒輪箱、滾珠絲槓、皮帶傳動和旋轉電動機的類似機械裝置移動這樣的工作體使設計複雜化。這個問題的現代技術解決方案是線性電動機的操作。

它的定子和轉子以條的形式拉長，而不是像旋轉電動機那樣纏繞成環。

工作原理是由於從具有一定長度的開磁路的靜止定子傳遞電磁能，使轉輪轉子進行往復直線運動。通過順序接通電流，在其內部創建工作磁場。

它通過集電器作用於電樞繞組。在這種電機中產生的力僅沿引導元件在線性方向上移動轉子。

直線電機設計為使用直流電或交流電運行，並且可以在同步或異步模式下運行。

直線電機的缺點是：

• 技術的複雜性；

• 高價;

• 能源效率低。