What is a Motor?
What is a Motor?
交流电机(alternating-current motor)英文大多缩略表述成 AC motor ,因此,在日语中很多情况下也表述成AC
电机,本书就采用这种表述。
AC 电机大致可分成整流子型电机、同步电机及感应电机。
同步电机及感应电机均是由旋转磁场决定转速的AC 电机。
这里所谓旋转磁场,是指在定子线圈中接入三相交流及二相交流等多相交流电流时,产生的磁场以多相交流电流频率所决定的转速(=同步速度)旋转的现象。转子通过旋转磁场被吸引而旋转,AC
电机是依据其旋转方法的不同而分类的。
旋转磁场式 AC 电机(同步电机、感应电机的总称)大致分为使用2线家用AC100V为电源的电机和3线工业用AC200V为电源的电机。
前者称为单相交流电机(single-phase motor),后者称为三相交流电机(three-phase motor)。
最近,使用的电力转换电路中采用了半导体元件变频器(inverter),通过这种电路来驱动三相交流电机。这是为了通过变频器来控制电压和频率,以所需的转速和扭矩运行。
整流子型电机(commutator motor)是转子使用图1.12
所示的整流子型转子的电机总称。现在大量使用,是称为通用型电机(也称为交流系列、交流串激电机)的一类电机产品。
主要用途为电动吸尘器、电动工具及榨汁机。即,以单相交流为电源,需高速运行的领域。
通用(universal)这一说法含有可以使用交流也可以使用直流进行旋转(即交直两用)的意思。
构造在原理上与直流串激电机相同,但交流时,必须考虑以下情况。
斜槽(扭斜)型/直槽型
图1.12整流子型转子
有线圈,具备由多个铜片构成的整流子。
同步电机(synchronous motor)是转速与同步速度相同的电机,包括以下3种。
磁阻电机(reluctance motor)的定子使用分布式绕组定子(图1.13左),转子使用凸极笼式转子(图1.14右)。
由于刚开始时作为感应电机进行旋转,运行时与电源频率同步旋转,因此,在50Hz和60Hz频段转速不同。这是一种起动扭矩比较大的电机。此外,这种电机也称为反应式电机。
图1.13分布式绕组定子(左)和6线圈集中式绕组定子(右)
图1.14(左)鼠笼式转子(鼠笼式感应电机用)。
(右)凸极笼式转子(磁阻电机用)。
导体使用铜、黄铜、铝。
图 1.15半硬磁钢转子
不会磁化的较弱永久磁钢。
感应同步电机(inductor-type synchronous
motor)的动作原理是将转子动作与流向定子线圈(电磁铁)的电流频率同步,在进行吸引及反弹的同时,形成旋转运动。
即,转子的转速为电流频率单独决定的转速(同步速度)的整数分之一。根据转子构造,可分为
等2种。
根据电机的构造及齿轮头的组合方式,有多种速度的凸极式电机。
凸极式电机的用途包括游戏设备(弹子机)、复印机、防盗摄像头驱动、记录仪、自动风幕、阀开关等。混合式步进电机主要用于制造用机械产品。
一般称为感应电机及induction motor,有时也称非同步电机(asynchronous motor)。
是转速低于同步速度若干的电机总称。包括以下3种。其定子都使用的是分布式绕组定子(图1.13左)。
图 1.16以硝酸溶解铁后,只会剩下铝“笼”。
左边为鼠笼式感应电机,右为磁阻电机的转子
图 1.17软钢转子
主要材料是圆筒状的铁块。涡电流电机用
图 1.18线圈型转子
有3个由电刷进行通电的滑环。
上面的①~③,介绍了多相(三相)感应电机。
日常生活中身边常见的电源为单相交流电源,使用以单相交流作电源的电机会比较方便。单相感应电机(single-phase induction
motor)就是满足这种要求的电机,输出从数W到数百W的小型电机广泛用于家庭、小规模工业、农业。单相感应电机一般分为电容器电机和屏蔽线圈单相感应电机。
图 1.19电容器电机的相位关系
图 1.20用于工业用途的电容器电机
屏蔽线圈式单相感应电机(shaded-pole type single-phase induction
motor)是除主线圈外,在距主线圈只偏移小于90°电气角的位置还拥有短后的辅助线圈的感应电机。
辅助线圈在来自主线圈的变压器作用下对电压实施感应,产生短路电流,利用该磁动势和主线圈的磁动势产生旋转磁场。
由于屏蔽线圈会出现损耗,因此,效率并不好,但由于构造简单,多用于风扇电机这样的小容量电机。
同步和不同步
谈到旋转磁场型电机,经常会使用同步/不同步的说法。这与“是否与交流频率同步旋转”的技术因素有关。以下是比较重要的术语。
◎同步速度(synchronous speed)N0
同步速度对旋转磁场型交流电机来讲是有重要意义的参数。由频率(frequency)和极数(number of magnetic poles)决定。
将以同步速度旋转的电机总称为同步电机(synchronous motor)。
以低于同步速度的转速旋转的称为非同步电机(asynchronous motor)。