电动机的工作原理和装置

任何电动机都设计为通过消耗施加在其上的电力来执行机械功，这通常会转换为旋转运动。尽管在技术上有一些模型可以立即创建工作身体的平移运动。这些被称为直线电机。

在工业装置中，电动机驱动技术生产过程中涉及的各种金属切削机器和机械设备。

在家用电器内部，电动机驱动洗衣机、吸尘器、计算机、吹风机、儿童玩具、钟表和许多其他设备。

基本物理过程及作用原理

向内移动时 磁场 称为电流的电荷总是具有机械力，该力倾向于在垂直于磁力线方向的平面中偏转它们的方向。当电流通过金属线或由其制成的线圈时，该力往往会移动/旋转每根载流线和整个线圈。

下图显示了电流流过的金属框架。施加在其上的磁场会为框架的每个分支产生力 F，从而产生旋转运动。

这种电能和磁能相互作用的特性，基于在闭合导电回路中产生电动势，在每台电动机上都得到了应用。它的设计包括：

• 电流流过的线圈。它被放置在一个特殊的锚芯上并固定在旋转轴承中以减少摩擦力的阻力。这种设计称为转子；

• 定子，它产生一个磁场，该磁场以其磁力线穿透沿转子绕组匝数流动的电荷；

• 用于放置定子的外壳。在机身内部，制造了特殊的座，转子轴承的外保持架安装在座内。

最简单的电动机的简化设计可以用以下形式的图片表示。

当转子旋转时，会产生扭矩，其功率取决于设备的总体设计、施加的电能及其在转换过程中的损耗。

电动机的最大可能扭矩功率的大小总是小于施加到它的电能。它的特点是效率值。

电动机的类型

根据流过线圈的电流类型，它们分为直流或交流电机。这两组中的每一个都使用不同的技术过程进行了大量修改。

直流电机

他们有一个固定的固定产生的定子磁场 永久磁铁 或带有励磁线圈的特殊电磁铁。电枢线圈牢固地安装在轴上，轴固定在轴承中，可以绕其自身的轴线自由旋转。

这种发动机的基本结构如图所示。

在由铁磁材料制成的电枢铁芯上，有一个由两个串联部分组成的线圈，一端与导电集电板相连，另一端相互连接。两个石墨刷位于电枢的直径相对端，并压在集电板的接触垫上。

正 DC 电源电位施加到下部图案刷，负电位施加到上部图案刷。流过线圈的电流方向用红色虚线箭头表示。

电流导致磁场在电枢的左下角有一个北极，在电枢的右上角有一个南极（万向节规则）。这导致转子磁极与静止的同名磁极排斥，并吸引到定子的相反磁极。由于施加的力，发生旋转运动，其方向由棕色箭头指示。

随着电枢因惯性进一步旋转，磁极被转移到其他集电板上。它们中的电流方向是相反的。转子继续进一步旋转。

这种收集器装置的简单设计导致大量电能损失。这种电机在设计简单的设备或儿童玩具中工作。

生产过程中涉及的直流电机设计较为复杂：

• 线圈不是分成两部分，而是分成几个部分；

• 线圈的每个部分都安装在自己的磁极上；

• 集电装置根据绕组数制成一定数量的接触垫。

结果，每个极通过其接触板与电刷和电流源平滑连接，并减少了能量损失。

照片中显示了这种锚的装置。

在直流电机中，转子的旋转方向可以反转。为此，通过改变源极的极性来将线圈中电流的运动改变为相反方向就足够了。

交流电机

它们不同于以前的设计，因为在它们的线圈中流动的电流被描述为 正弦调和律定期改变方向（标志）。为了给它们供电，电压由具有交替符号的发电机提供。

这种电机的定子由磁路执行。它由带有凹槽的铁磁板制成，其中线圈的匝数以框架（线圈）配置放置。

同步电机

下图显示了转子和定子的电磁场同步旋转的单相交流电机的工作原理。

在定子磁路的凹槽中，在直径相对的两端放置绕组线，示意性地以框架的形式示出，交流电流过该框架。

让我们考虑对应于其半波的正部分通过的时刻的情况。

在轴承单元中，一个内置永磁体的转子自由旋转，其中磁极的北«N口»和南«S口»明确界定。当电流的正半波流过定子绕组时，其中会产生一个具有极点 «S st» 和 «N st» 的磁场。

在转子和定子的磁场之间产生相互作用力（磁极排斥而不是磁极吸引），当相反的磁极彼此尽可能靠近时，相互作用力往往会使电机电枢从任何位置转向极端其他。

如果我们考虑相同的情况，但在相反的时刻 - 电流的负半波通过框架线，则电枢的旋转将发生在相反的方向。

为了确保转子在定子中连续运动，没有制造一个绕组架，而是制造了一定数量的绕组架，因为每个绕组架都由单独的电流源供电。

同步旋转的三相交流电动机的工作原理，转子和定子的电磁场如下图所示。

在此设计中，三个线圈 A、B 和 C 安装在定子磁路内，彼此错开 120 度角。线圈 A 标记为黄色，B 为绿色，C 为红色。每个线圈都使用与前一种情况相同的框架制成。

在图中，无论如何，电流正向或反向仅流过一个线圈，用符号 «+» 和 «-« 表示。

当正半波正向通过A相时，转子磁场的轴线处于水平位置，因为定子的磁极形成在这个平面上并吸引动衔铁。转子的相反磁极趋向于接近定子的磁极。

当正半波进入C相时，电枢将顺时针旋转60度。一旦将电流施加到 B 相，就会发生类似的电枢旋转。下一个绕组的下一相中的每个后续电流都会转动转子。

如果将偏移 120 度角的三相电源电压施加到每个绕组，则交流电将在其中循环，这将使电枢旋转并使其与所施加的电磁场同步旋转。

相同的机械设计已成功用于三相步进电机……仅在每个绕组中通过控制 专用控制器（步进电机驱动器） 根据上述算法施加和移除恒定脉冲。

它们的启动开始旋转运动，并且它们在特定时间点的终止提供轴的测量旋转并在编程角度停止以执行某些技术操作。

在所描述的两个三相系统中，可以改变电枢的旋转方向。为此，您只需将阶段顺序 «A» — «B» — «C» 更改为另一个，例如 «A» — «C» — «B»。

转子的速度由周期 T 的长度调节。它的减少导致旋转加速。相中电流幅值的大小取决于绕组的内阻和施加在绕组上的电压值。它决定了电动机的扭矩和功率的大小。

异步电机

这些电机设计具有与前面讨论的单相和三相模型相同的带绕组的定子磁路。它们的名字来源于电枢和定子电磁场的异步旋转。这是通过改进转子的配置来实现的。

其铁芯由带沟槽的电工钢板制成。它们配备有铝制或铜制电流导体，这些导体在电枢的末端用导电环封闭。

当电压施加到定子绕组时，电动势在转子绕组中感应出电流并产生电枢磁场。当这些电磁场相互作用时，电机轴开始旋转。

通过这种设计，转子只有在定子中出现旋转电磁场后才有可能运动，并继续以异步模式运行。

异步电动机设计更简单，因此价格更便宜，广泛用于工业装置和家用电器。

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直线电机

工业机械的许多工作体在一个平面内进行往复或平移运动，这对于金属加工机械、车辆、打桩时的锤击等操作是必不可少的……

通过齿轮箱、滚珠丝杠、皮带传动和旋转电动机的类似机械装置移动这样的工作体使设计复杂化。这个问题的现代技术解决方案是线性电动机的操作。

它的定子和转子以条的形式拉长，而不是像旋转电动机那样缠绕成环。

工作原理是由于从具有一定长度的开磁路的静止定子传递电磁能，使转轮转子进行往复直线运动。通过顺序接通电流，在其内部产生工作磁场。

它通过集电器作用于电枢绕组。在这种电机中产生的力仅沿导向元件在线性方向上移动转子。

直线电机设计为使用直流电或交流电运行，并且可以在同步或异步模式下运行。

直线电机的缺点是：

• 技术的复杂性；

• 高价;

• 能源效率低。