电动机的工作原理及启动方式

　　电动机我们大家应该都见过，它在生活中的应用很广泛。电动机是一种把电能转换成机械能的一种设备，是一种旋转式的电动机器，那么电动机的工作原理是什么呢？电动机启动方式和调速方法又是什么呢？我们一起来看一下。

　　电动机的工作原理

　　电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机。

　　（一）直流电机的工作原理

　　直流电机是磁场不动，导体在磁场中运动;交流电机是磁场旋转运动，而导体不动。

　　1、一般直流电机的工作原理

　　直流电动机分为定子绕组和转子绕组.定子绕组产生磁场.当通直流电时.定子绕组产生固定极性的磁场.转子通直流电在磁场中受力.于是转子在磁场中受力就旋转起来.直流电机构造复杂.造价高。

　　2、无刷直流电机的工作原理

　　当给内置霍耳传感器接通电源时，这些霍耳传感器将信号输入到控制器，(其实这些信号间接反映了转子所处的位置)控制器对这些信号经过判断之后，作出相应的输出，并给相应的线圈通电，通电产生了磁场。因为同性相斥，异性想吸的原理，定子和转子就相对移动。

　　普通无刷电机的定子是线圈(上面连有霍耳传感器)，于是转子(磁钢及轮子)受迫转动。转子一转动，内置霍耳传感器的输出信号便发生改变，控制器又输出不同方向的电流，而该输出产生的磁场又刚好再次和固定磁场(磁钢)同性相斥，异性相吸，结果再次迫使转子转动，接着霍耳传感器的输出信号又再次发生改变.......这样周而复使，轮子就不断转动(每次霍耳信号改变，控制器产生的电流方向要与电机所要求的一致才行，也就是相序要匹配，轮子才会朝一个方向运动)。

　　（二）交流电机的工作原理

　　交流电动机分定子绕组和转子导体.转子导体形状像鼠笼导体与导体之间用硅钢片，有的交流电动机转子也有绕组。

　　1、三相异步电动机的旋转原理

　　三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，三相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，定子绕组产生旋转磁场后，转子导体(鼠笼条)将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速低于旋转磁场的转速不同步。为此我们称三相电动机为异步电动机。

　　2、单相交流电动机的旋转原理

　　单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。

　　单相电不能产生旋转磁场.要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生(两相)旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动。单相电机有一个工作绕组还有一个启动绕组。如果只在那工作绕组通入电源，那么在电机气隙内只能产生一个空间位置固定，幅值随时间变化的脉动磁动势，而不能产生一个幅值不变，在空间旋转的磁动势。所以要使单相电动机能正常起动，解决的办法有二，一是在其定子铁芯内放置两有空间角度差的绕组(即工作绕组和启动绕组)，二是使这两个绕组中流过的电流不同相位，这样，就可以在电机气隙内产生一个旋转的磁场了，电动机就可以起动啦!

　　电动机的启动方式

　　电动机启动方式包括：全压直接启动、自耦减压起动、y-δ起动、软起动器、变频器。

　　1、全压直接起动

　　在电网容量和负载两方面都允许全压直接起动的情况下，可以考虑采用全压直接起动。优点是操纵控制方便，维护简单，而且比较经济。主要用于小功率电动机的起动，从节约电能的角度考虑，大于11kw的电动机不宜用此方法。

　　2、自耦减压起动

　　利用自耦变压器的多抽头减压，既能适应不同负载起动的需要，又能得到更大的起动转矩，是一种经常被用来起动较大容量电动机的减压起动方式。它的最大优点是起动转矩较大，当其绕组抽头在80%处时，起动转矩可达直接起动时的64%。并且可以通过抽头调节起动转矩。至今仍被广泛应用。

　　3、y-δ起动

　　对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说，如果在起动时将定子绕组接成星形，待起动完毕后再接成三角形，就可以降低起动电流，减轻它对电网的冲击。这样的起动方式称为星三角减压起动，或简称为星三角起动（y-δ起动）。采用星三角起动时，起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3。如果直接起动时的起动电流以6～7ie计，则在星三角起动时，起动电流才2～2.3倍。这就是说采用星三角起动时，起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3。适用于无载或者轻载起动的场合。并且同任何别的减压起动器相比较，其结构最简单，价格也最便宜。除此之外，星三角起动方式还有一个优点，即当负载较轻时，可以让电动机在星形接法下运行。此时，额定转矩与负载可以匹配，这样能使电动机的效率有所提高，并因之节约了电力消耗。

　　4、软起动器

　　这是利用了可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压起动，主要用于电动机的起动控制，起动效果好但成本较高。因使用了可控硅元件，可控硅工作时谐波干扰较大，对电网有一定的影响。另外电网的波动也会影响可控硅元件的导通，特别是同一电网中有多台可控硅设备时。因此可控硅元件的故障率较高，因为涉及到电力电子技术，因此对维护技术人员的要求也较高。

　　5、变频器

　　变频器是现代电动机控制领域技术含量最高，控制功能最全、控制效果最好的电机控制装置，它通过改变电网的频率来调节电动机的转速和转矩。因为涉及到电力电子技术，微机技术，因此成本高，对维护技术人员的要求也高，因此主要用在需要调速并且对速度控制要求高的领域。

　　电动机的调速方法

　　电动机的调速方法很多，能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看，调速大致可分两种：

　　①保持输入功率不变。通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。

　　②控制电动机输入功率以调节电动机的转速。电机、电动机、制动电机、变频电机、调速电机、三相异步电动机、高压电机、多速电机、双速电机和防爆电机。

　　电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到千瓦级。机床、水泵、皮带机、风机等需要电动机带动。电力机车、电梯，需要电动机牵引，家庭生活中的电扇、冰箱、洗衣机，甚至各种电动机玩具都离不开电动机。电动机已经应用在现代社会生活中的各个方面。

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