电动机的分类和应用(电动机百科)

电机，也称电动机（俗称马达），是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。其主要作用是产生驱动扭矩，作为电器或各种机器的动力源。电动机广泛应用的动力来自DC汽车的出现。1870年，比利时工程师格拉姆发明了这种实用的机器并大量制造，随后不断提高电动机的效率。另一个电机研究单位德国西门子公司也在努力研究。几乎在格拉姆成功的同时，西门子推出了电力机车，在柏林工业展上赢得了不少掌声。

交流电机的发明是由美国发明家特斯拉完成的。最早的交流电机是根据电磁感应原理设计的。它的结构比DC汽车简单，也比只能在有轨电车上使用的DC汽车应用更广泛。它的发明使电机真正进入家用电器领域。交流电动机问世之后，同步电动机、串激电动机、交流换向器电动机等也逐步被人们发明出来，并投入实际生产，为人们的生活提供更多的便利。电动机的发明和应用对人类意义重大，可以说给人类生活带来了翻天覆地的变化。

一、电动机的分类

1.1 电动机的分类

电动机按工作电源类型划分：可分为DC电动机和交流电动机。

根据结构和工作原理，DC电机可分为无刷DC电机和有刷DC电机。

有刷DC电机可分为永磁DC电机和电磁DC电机。

电磁电机分为串励DC电机、并励DC电机、他励DC电机和复合励磁DC电机。

永磁DC电机分为稀土永磁DC电机、铁氧体永磁DC电机和铝镍钴永磁DC电机。其中，交流电机又可分为同步电机和异步电机。

同步电机可分为永磁同步电机、磁阻同步电机和磁滞同步电机。

异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电机可分为：

三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。

换向器电机可分为单相串励电机、交流/DC两用电机和推斥电机。

二、分类电机的特点及应用场合

2.1直流电动机

DC电机是一种依靠DC工作电压运行的电机。广泛应用于录音机、录像机、DVD播放机、电动剃须刀、吹风机、电子表、玩具等。

2.1.1无刷直流电动机

无刷DC电机采用半导体开关器件实现电子换向，即电子开关器件取代了传统的接触换向器和电刷。具有可靠性高、无倒车火花、机械噪音低的优点，广泛应用于高档录音座椅、录像机、电子仪器、自动化办公设备中。

无刷DC电机由永磁转子、多极绕组定子和位置传感器组成。位置传感器根据转子位置的变化，按照一定的顺序对定子绕组的电流进行换向(即检测转子磁极相对于定子绕组的位置，在确定的位置产生位置传感器信号，经信号转换电路处理后控制功率开关电路，按照一定的逻辑关系切换绕组电流)。定子的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。

有三种类型的传感器：磁传感器、光电传感器和电磁传感器。

带磁位置传感器的无刷DC电机，其磁传感器器件(如霍尔元件、磁二极管、磁二极管、磁电阻或ASIC等。)安装在定子组件上，用于检测永磁体和转子旋转时产生的磁场变化。

带光电位置传感器的无刷DC电机在定子总成的一定位置装有光电传感器，转子装有遮光板，光源为LED或小灯泡。当转子转动时，由于遮光板的作用，定子上的光敏元件会间歇地产生一定频率的脉冲信号。

带电磁位置传感器的无刷DC电机装有电磁传感器元件(如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等。)在定子组件上。当永磁转子的位置改变时，电磁效应将导致电磁传感器产生高频调制信号(其幅度变化w

永磁DC电机也是由定子磁极、转子、电刷、外壳等组成。定子磁极采用铁氧体、铝镍钴、钕铁硼等材料制成的永磁体(永磁钢)。按其结构可分为圆柱型和瓦型。录像机用的电大部分是圆柱形磁铁，而电动工具和汽车电器用的电机大部分用的是特殊的块状磁铁。

一般来说，转子由层压硅钢片制成，槽比电磁DC电机的转子少。录像机用的小功率电机大多是3槽，高档一点的是5槽或者7槽。漆包线缠绕在转子铁芯的两个槽之间(三个槽有三个绕组)，漆包线的每个接头焊接在换向器的金属片上。电刷是连接电源和转子绕组的导电部件，兼具导电性和耐磨性。永磁电机的电刷采用单金属片或金属石墨电刷和电化学石墨电刷。

录像机中使用的永磁DC电机采用电子稳速电路或离心稳速装置。

2.1.2永磁式直流电动机

电磁DC电机电磁DC电机由定子磁极、转子(电枢)、换向器(俗称换向器)、电刷、机壳、轴承等组成。

电磁DC电机的定子极(主极)由铁芯和励磁绕组组成。根据励磁方式的不同(旧标准称为励磁)，可分为串励DC电机、并励DC电机、他励DC电机和复合励磁DC电机。由于励磁方式不同，定子磁极的磁通(由定子磁极的励磁线圈产生)的规律也不同。

DC系列电机的励磁绕组通过电刷和换向器与转子绕组串联。励磁电流与电枢电流成正比，定子磁通随励磁电流的增大而增大，转矩近似与电枢电流的平方成正比，转速随转矩或电流的增大而迅速下降。其起动转矩可达额定转矩的5倍以上，短时过载转矩可达额定转矩的4倍以上，变速率大，空载转速很高(一般不允许空载运行)。调速可以通过外接电阻与串联绕组串联(或并联)实现，也可以通过串联绕组并联实现。

并励DC电机的励磁绕组与转子绕组并联，励磁电流恒定。起动转矩与电枢电流成正比，起动电流约为额定电流的2.5倍。转速随电流和转矩的增加而略有下降，短时过载转矩为额定转矩的1.5倍。速度变化率较小，在5%到15%之间。可以通过削弱磁场的恒定功率来调整速度。

他励DC电机的励磁绕组由独立的励磁电源供电，励磁电流恒定，起动转矩与电枢电流成正比。速度变化也是5%~15%。可以通过削弱磁场的恒定功率来提高转速，或者通过降低转子绕组的电压来降低转速。

复合DC电机的定子极除并联绕组外，还装有与转子绕组串联的串联绕组(匝数较少)。串联绕组产生的磁通量的方向与主绕组的方向相同。起动转矩约为额定转矩的4倍，短时过载转矩约为额定转矩的3.5倍。速度变化率为25%~30%(与串绕有关)。可以通过减弱磁场强度来调节转速。

2.1.3电磁式直流电动机

2.2交流电动机

同步电机是一种恒速驱动电机，其转子转速与工频保持恒定的比例关系，广泛应用于电子仪器、现代办公设备、纺织机械等。

2.2.1 交流同步电动机

永磁同步电机属于异步起动永磁同步电机，其磁场系统由一块或多块永磁体组成，通常在铸铝或铜条焊接而成的笼型转子中，按所需极数嵌有永磁磁极。定子的结构类似于异步电动机。

当定子绕组通电时，电机开始根据

磁阻同步电机磁阻同步电机又称反应式同步电机，是利用交轴和直轴转子的不相等磁阻产生磁阻转矩的同步电机。其定子结构与异步电机相似，但转子结构不同。

2.2.1.1永磁同步电动机

同一个笼型异步电机进化而来。为了使电机产生异步起动转矩，转子还装有笼型铸铝绕组。转子上设有与定子极数(只有凸极，没有励磁绕组和永磁体)相对应的反作用槽，产生磁阻同步转矩。根据转子上反应槽的结构不同，可分为内反应式转子、外反应式转子和内外反应式转子，其中外反应式转子的反应槽开在转子的外圆上，使其直轴和交轴方向的气隙不同。内反作用转子上有凹槽，阻挡了跨轴磁通，增加了磁阻。内外反作用转子综合了上述两种转子的结构特点，直轴和交轴的差别较大，使得电机的力和能量更大。磁阻电机又分为单相电容运行型、单相电容起动型、单相双值电容型等。

2.2.1.2磁阻同步电动机

磁滞电机是利用磁滞材料产生磁滞转矩的同步电机。分为内转子式磁滞同步电机、外转子式磁滞同步电机和单相包极式磁滞同步电机。

内转子磁滞同步电机的转子结构是一个隐藏的磁极，具有光滑的圆柱形外观。转子上没有绕组，但在铁芯的外圆有一个由磁滞材料制成的环形有效层。

定子通电后，产生的旋转磁场使磁滞转子产生异步转矩开始旋转，然后将自己拉入同步运行。电机异步运行时，定子的旋转磁场以转差频率反复磁化转子；同步运行时，转子上的磁滞材料被磁化，出现永久磁极，从而产生同步转矩。

2.2.1.3磁滞同步电动机

交流异步电动机是运行在领先交流电压下的电动机，广泛应用于电风扇、冰箱、洗衣机、空调、吹风机、吸尘器、抽油烟机、洗碗机、电动缝纫机、食品加工机等家用电器，以及各种电动工具和小型机电设备。

电机的速度(转子速度)小于旋转磁场的速度，所以称为异步电机。它基本上和感应电机一样。s=(ns-n)/ns .s是转差率，ns是磁场速度，n是转子速度。

2.2.2 交流异步电动机

(1)三相异步电动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)，产生旋转磁场。

(2)旋转磁场与转子导体有相对切割运动。根据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势和感应电流。

(3)根据电磁力定律，载流转子导体在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转。当电机轴承受机械负载时，会向外输出机械能。

基本原理：

单相异步电动机由定子、转子、轴承、机壳、端盖等组成。

它由定子框架和带绕组的铁芯组成。铁芯由硅钢片冲压叠压成槽而成，槽内嵌有两组相隔90电角度的主绕组(也叫运行绕组)和辅助绕组(也叫起动绕组形成辅助绕组)。主绕组接交流电源，辅助绕组串联离心开关S或起动电容和运行电容，再接电源。

所述转子为笼式铸铝转子，其特征在于，铁芯叠压后用铝浇铸在铁芯的槽内，端环一起浇铸，这样转子

2.2.2.1 单相异步电动机

磁极电机是单向交流电机中最简单的一种，通常采用笼型斜槽铸铝转子。根据定子形状和结构的不同，可分为凸极罩极电机和隐极罩极电机。

凸极罩极电机的定子铁芯是一个带有凸出磁极的方形、矩形或圆形磁场框架，每个磁极有一个或多个短路铜环，即罩极绕组。凸极上的集中绕组用作主绕组。

隐极包覆电机的定子铁芯与普通单相电机相同。其定子绕组采用分布绕组，主绕组分布在定子槽内。包覆极绕组不是短路铜环，而是绕成分布绕组(串联后自行短路)，嵌在定子槽内(约占总槽数的2/3)，起辅助组的作用。主绕组和屏蔽绕组在空间上成一定角度。

当罩极电机的主绕组通电时，罩极绕组也会产生感应电流，使定子磁极有盖部分和无盖部分的磁通向有盖部分方向旋转。