史上最全面的電動機(jī)類型解說 干貨
電動機(jī)，把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。舊時俗稱馬達(dá)，是Motor的音譯。在電路中用字母“M”(舊標(biāo)準(zhǔn)是“D”)表示。[1]
1821年，法拉第發(fā)明了第一臺電動機(jī)，是第一臺使用電流將物體運(yùn)動的裝置，比較簡陋。
1873年，比利時人格拉姆發(fā)明大功率電動機(jī)，電動機(jī)從此開始大規(guī)模用于工業(yè)生產(chǎn)。
19世紀(jì)30年代出現(xiàn)直流電機(jī)的雛形。由于直流電機(jī)自身固有的缺點(diǎn)（主要是換向問題，特別是高電壓的情況下），到了19世紀(jì)80年代以后，交流電機(jī)得到迅速發(fā)展。
我國的電動機(jī)生產(chǎn)開始于1917年。
電機(jī)的概念
電機(jī)：依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。包括機(jī)械能→電能；電能→機(jī)械能；電能→電能。
基本結(jié)構(gòu)：主要包括一個用以產(chǎn)生磁場的的定子繞組和一個旋轉(zhuǎn)電樞（轉(zhuǎn)子）再加上其它附件。在定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，電樞有電流通過并受磁場的作用而轉(zhuǎn)動。產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動力源。
2.電機(jī)分類：按運(yùn)動方式
靜止電機(jī)：變壓器
旋轉(zhuǎn)電機(jī)：直流電機(jī)、交流電機(jī)（異步電機(jī)、同步電機(jī)）
直線電機(jī)：直線同步（永磁）電動機(jī)、直線異步電動機(jī)
基本系列、派生系列、特種電機(jī)、專用電機(jī)等等。
功能分類： 發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、變壓器、變流機(jī)、變頻機(jī)、移相器
控制電機(jī)：用于自動控制系統(tǒng)中，作為控元件或進(jìn)行信號傳遞與轉(zhuǎn)換。
電動機(jī)的類型
按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，電動機(jī)有很多種不同類型。電動機(jī)做功，需要具備兩個最基本條件：一個是存在磁場，另外一個是磁場中有運(yùn)動的電流存在。
1.按照工作電源：分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。
根據(jù)電源的相數(shù)不同，交流電動機(jī)又分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī)。
2.依據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理：分為直流電動機(jī)、異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。
?。?）同步電動機(jī)還可分為永磁同步電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)和磁滯同步電動機(jī)。
?。?）異步電動機(jī)可分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)又分為三相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī)等。交流換向器電動機(jī)又分為單相串勵電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)和推斥電動機(jī)。
?。?）直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。有刷直流電動機(jī)可分為永磁直流電動機(jī)和電磁直流電動機(jī)。
電磁直流電動機(jī)又分為串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。
永磁直流電動機(jī)根據(jù)使用的磁性材料不同，又分為稀土永磁直流電動機(jī)、鐵氧體永磁直流電動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)等。
3.按照起動與運(yùn)行方式單相異步電動機(jī)可以分為
電容起動式單相異步電動機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)、電容起動運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)和分相式單相異步電動機(jī)。
4.按照使用場合或用途：分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。
控制用電動機(jī)又分為自整角機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)等。
5.異步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類 可分為籠型感應(yīng)電動機(jī)(舊稱鼠籠型異步電動機(jī))和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)(舊稱繞線型異步電動機(jī))。
6.按照運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類 高速電動機(jī)、低速電動機(jī)、恒速電動機(jī)、調(diào)速電動機(jī)。
低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī)、電磁減速電動機(jī)、力矩電動機(jī)和爪極同步電動機(jī)等。
調(diào)速電動機(jī)除可分為有級恒速電動機(jī)、無級恒速電動機(jī)、有級變速電動機(jī)和無極變速電動機(jī)外，還有電磁調(diào)速電動機(jī)、直流調(diào)速電動機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動機(jī)、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)等等。
根據(jù)電動機(jī)定子（銅線）繞組形狀的不同，電機(jī)分為圓線電機(jī)和扁線電機(jī)，電機(jī)扁線化是產(chǎn)業(yè)的重要趨勢。扁線電機(jī)定子繞組所用的導(dǎo)線截面形態(tài)是矩形，幾根也較粗。圓線電機(jī)定子繞組則用的是多根細(xì)的圓線。[2]
直流電動機(jī)
直流電動機(jī)是依靠直流電壓運(yùn)行的電動機(jī)。
1.電磁式直流電動機(jī) 電磁式直流電動機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子(俗稱電樞)、換向器(俗稱整流子)、電刷、機(jī)殼、軸承等構(gòu)成。電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，具備導(dǎo)電與耐磨兩種性能。
電磁式直流電動機(jī)的定子磁極(主磁極)由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成。
直流電機(jī)按勵磁方式分類：給勵磁繞組的供電方式，即勵磁方式，可分為串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。
（1）直流他勵電動機(jī)：勵磁繞組通過獨(dú)立的勵磁電源供電，勵磁繞組與電樞沒有電的聯(lián)系。因此勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。勵磁電流較恒定，起動轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比?？梢酝ㄟ^消弱磁場恒功率來提高轉(zhuǎn)速或通過降低轉(zhuǎn)子繞組的電壓來使轉(zhuǎn)速降低。
?。?）直流并勵電動機(jī)：勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組相并聯(lián)，勵磁電流比較恒定；勵磁繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵磁繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成，匝數(shù)也很多，因此具有較大的電阻，使得通過他的勵磁電流較小。起動轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，起動電流約為額定電流的2.5倍左右。轉(zhuǎn)速會隨著電流及轉(zhuǎn)矩的增大而略有下降，短時過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍。
（3）直流串勵電動機(jī)：勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組（電樞）之間通過電刷和換向器相串聯(lián)、分壓，勵磁電流與電樞電流成正比，定子的磁通量隨著勵磁電流的增大而增大，轉(zhuǎn)矩近似與電樞電流的平方成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩或電流的增加而迅速下降。其起動轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的5倍以上，短時間過載轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的4倍以上，轉(zhuǎn)速變化率較大，空載轉(zhuǎn)速非常高(一般不允許其在空載下運(yùn)行)。為了降低勵磁繞組的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，所以通常用較粗的導(dǎo)線繞成，匝數(shù)較少。
?。?）復(fù)勵直流電動機(jī)：定子磁極上除有并勵繞組外，還裝有與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)的串勵繞組(其匝數(shù)較少)。串聯(lián)繞組產(chǎn)生磁通的方向與主繞組的磁通方向相同，起動轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的4倍左右，短時間過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3.5倍左右。轉(zhuǎn)速可通過消弱磁場強(qiáng)度來調(diào)整。
換向器的換向片使用銀銅、鎘銅等合金材料，用高強(qiáng)度塑料模壓成。
電刷與換向器滑動接觸，為轉(zhuǎn)子繞組提供電樞電流。電磁式直流電動機(jī)的電刷一般采
用金屬石墨電刷或電化石墨電刷。
轉(zhuǎn)子的鐵心采用硅鋼片疊壓而成，一般為12槽，內(nèi)嵌12組電樞繞組，各繞組間串聯(lián)接后，再分別與12片換向片連接。
2.永磁式直流電動機(jī)
永磁式直流電動機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成。定子磁極采用永磁體，有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料制成。按照其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，比電磁式直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子的槽數(shù)要少。小功率的多數(shù)為3槽，較高檔的為5槽或7槽。漆包線繞在轉(zhuǎn)子鐵心的兩槽之間(三槽即有三個繞組)，其各接頭分別焊在換各器的金屬片上。永磁電動機(jī)的電刷一般使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷?！ ?
3.無刷直流電動機(jī)
無刷直流電動機(jī)是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)電子換向的，也就是用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。具有可靠性高、無換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。
無刷直流電動機(jī)由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流，即檢測轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。
無刷直流電動機(jī)所采用的位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。
?。?）采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機(jī)，其磁敏傳感器件裝在定子組件上，用來檢測永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場變化。磁敏傳感器件有霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐返榷喾N。
（2）采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機(jī)，在定子組件上按一定位置配置專用光電傳感器件；轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光LED或者小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生脈沖信號。
?。?）采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機(jī)，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號（其幅值隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化）。電磁傳感器部件如耦合變壓器、接近開關(guān)、LC諧振電路等。
交流異步電動機(jī)
交流異步電動機(jī)是依靠交流電壓運(yùn)行的電動機(jī)。
交流電異步電動機(jī)分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)又分為單相異步電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)和推斥電動機(jī)。
1.單相異步電動機(jī) 由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機(jī)殼、端蓋等構(gòu)成。
定子由機(jī)座和帶繞組的鐵心組成。鐵心由硅鋼片沖槽疊壓而成，槽內(nèi)嵌裝兩套空間互隔一定電角度的主繞組(也稱運(yùn)行繞組)和輔助繞組(也稱起動繞組)。主繞組直接接交流電源，輔助繞組一般串接離心開關(guān)或起動電容、運(yùn)行電容等之后，再接入電源。
轉(zhuǎn)子為籠型鑄鋁轉(zhuǎn)子，它是將鐵心疊壓后用鋁鑄入鐵心的槽中，并一起鑄出端環(huán)，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條短路成鼠籠型。
單相異步電動機(jī)又分為單相電阻起動異步電動機(jī)，單相電容起動異步電動機(jī)、單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)和單相雙值電容異步電動機(jī)。
2.三相異步電動機(jī)
三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與單相異步電動機(jī)相似，其定子鐵心槽中嵌裝三相繞組，三相繞組有單層鏈?zhǔn)健螌油氖胶蛦螌咏徊媸饺N結(jié)構(gòu)。定子繞組接入三相交流電源后，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子在感應(yīng)電流和氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用下，又產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)柜(即異步轉(zhuǎn)柜)，使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。因?yàn)槭钱惒睫D(zhuǎn)柜，所以稱為異步電動機(jī)。
3.罩極式電動機(jī)
罩極式電動機(jī)是單相交流電動機(jī)中最簡單的一種，通常采用籠型斜槽鑄鋁轉(zhuǎn)子。根據(jù)定子外形結(jié)構(gòu)的不同，又分為凸極式和隱極式。
?。?）凸極式：定子鐵心外形為方形、矩形或圓形的磁場框架，磁極凸出，每個磁極上均有1個或多個起輔助作用的短路銅環(huán)，即罩極繞組。凸極磁極上的集中繞組作為主繞組。
?。?）隱極式：定子鐵心與普通單相電動機(jī)的鐵心相同，其定子繞組采用分布繞組，主繞組分布于定子槽內(nèi)，罩極繞組不用短路銅環(huán)，而是用較粗的漆包線繞成分布繞組(串聯(lián)后自行短路)嵌裝在定子槽中(約為總槽數(shù)的1/3)，起輔助組的作用。主繞組與罩極繞組在空間相距一定的角度。
當(dāng)罩極電動機(jī)的主繞組通電后，罩極繞組也會產(chǎn)生感應(yīng)電流，使定子磁極被罩極繞組罩住部分的磁通與未罩部分向被罩部分的方向旋轉(zhuǎn)。
4.單相串勵電動機(jī)
單相串勵電動機(jī)的定子由凸極鐵心和勵磁繞組組成，轉(zhuǎn)子由隱極鐵心、電樞繞組、換向器及轉(zhuǎn)軸等組成。勵磁繞組與電樞繞組之間通過電刷和換向器形成串聯(lián)回路。單相串勵電動機(jī)屬于交、直流兩用電動機(jī)，它既可以使用交流電源工作，也可以使用直流電源工作。
交流同步電動機(jī)
交流同步電動機(jī)是一種恒速驅(qū)動電動機(jī)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電源頻率保持恒定的比例關(guān)系。
1.永磁同步電動機(jī)
屬于異步啟動-永磁同步電動機(jī)。其磁場系統(tǒng)由一個或多個永磁體組成，通常是在用鑄鋁或銅條焊接而成的籠型轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，按所需的極數(shù)裝鑲有永磁體的磁極。定子結(jié)構(gòu)與異步電動機(jī)類似。當(dāng)定子繞組接通電源后，電動機(jī)以異步電動機(jī)原理起動動轉(zhuǎn)，加速運(yùn)轉(zhuǎn)至同步轉(zhuǎn)速時，由轉(zhuǎn)子永磁磁場和定子磁場產(chǎn)生的同步電磁轉(zhuǎn)矩(由轉(zhuǎn)子永磁磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁場產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩合成)將轉(zhuǎn)子牽入同步，電動機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行。
2.磁阻同步電動機(jī)
也稱反應(yīng)式同步電動機(jī)，是利用轉(zhuǎn)子交軸和直軸磁阻不等而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的同步電動機(jī)，其定子與異步電動機(jī)的定子結(jié)構(gòu)類似，只是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同。
磁阻同步電動機(jī)是由籠型異步電動機(jī)演變來的。為了使電動機(jī)能產(chǎn)生異步起動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子還設(shè)有籠型鑄鋁繞阻。轉(zhuǎn)子上開設(shè)有與定子極數(shù)相對應(yīng)的反應(yīng)槽(僅有凸極部分的作用，無勵磁繞組和永久磁鐵)，用來產(chǎn)生磁阻同步轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)轉(zhuǎn)子上反應(yīng)槽的結(jié)構(gòu)不同，可分為內(nèi)反應(yīng)式轉(zhuǎn)子、外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子和內(nèi)外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子。其中，外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子反應(yīng)槽開地轉(zhuǎn)子外圓，使其直軸與交軸方向氣隙不等。內(nèi)反應(yīng)式轉(zhuǎn)子的內(nèi)部開有溝槽，使交軸方向磁通受阻，磁阻加大。內(nèi)外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子結(jié)合以上兩種轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，直軸與交軸差別較大，使電動機(jī)的力能較大。磁阻同步電動機(jī)也分為單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式、單相電容起動式、單相雙值電容式等多種類型。
3.磁滯同步電動機(jī)
磁滯同步電動機(jī)是利用磁滯材料產(chǎn)生磁滯轉(zhuǎn)矩而工作的同步電動機(jī)。它分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式磁滯同步電動機(jī)、外轉(zhuǎn)子式磁滯同步電動機(jī)和單相罩極式磁滯同步電動機(jī)。
內(nèi)轉(zhuǎn)子式磁滯同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為隱極式，外觀為光滑的圓柱體，轉(zhuǎn)子上無繞組，但鐵心外圓上有用磁滯材料制成的環(huán)狀有效層。定子繞組接通電源后，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場使磁滯轉(zhuǎn)子產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩而起動旋轉(zhuǎn)，隨后自行牽入同步運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在電動機(jī)異步運(yùn)行時，定子旋轉(zhuǎn)磁場以轉(zhuǎn)差頻率反復(fù)地磁化轉(zhuǎn)子;在同步運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子上的磁滯材料被磁化而出現(xiàn)了永磁磁極，從而產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩。
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