2018年稀土科技成果推介會暨學術交流會上,中國工程院院士李衛指出工業類電機已取代磁選和揚聲器,成為稀土永磁材料最大應用領域。找磁材將針對電機及磁性材料在電機中的應用進行系列介紹,帶您熟悉和了解電機知識和電機行業。
電機 根據外部電源類型的不同 可分為直流電機和交流電機兩大類。直流電機使用直流電做為電源;而交流電機則是使用交流電做為電源。
直流電就是大小和方向不會隨著時間變化的電流,比如乾電池還有光伏電池板發出來的電都是直流電。交流電就是強度與方向都隨時間做周期性變化的交變電流,簡稱交流電,我們的家用電源就是交流電。結構與原理
直流電機是磁場不動,導體在磁場中運動;交流電機是磁場旋轉運動,而導體不動。
直流電機
直流電動機分為定子繞組和轉子繞組,當通直流電時定子繞組產生固定極性的磁場,轉子通直流電在磁場中受力旋轉。直流電機通的是直流電,不會直接產生旋轉磁場,它依靠隨轉子轉動的換向器來改變進入轉子的電流方向,使轉子定子間的磁場的極性一直相反,這樣轉子才能轉動。直流電機原理簡單但構造複雜。
直流電機根據定子使用的材料可分為電磁直流電機和永磁直流電機。
電磁直流電機——定子磁極由鐵芯和勵磁繞組組成,根據其勵磁方式的不同又可分為他勵直流電機、並勵直流電機、串勵直流電機和復勵直流電機。鐵芯材料一般選用矽鋼片疊成。勵磁方式是指使電磁鐵在線圈中通電而產生磁場的方式,串勵和並勵的通電電源都和電樞電源一樣,只不過採用串聯或並聯兩種不同接線方式;而他勵的通電電源是獨立於電樞電源的。永磁直流電機——定子磁極採用永磁體,如鐵氧體、鋁鎳鈷及釹鐵硼永磁等,定子自帶磁場,無需勵磁。
直流電機根據是否載有電刷還可分為直流有刷電機和直流無刷電機。(後續會有文章做詳細介紹)
交流電機
交流電動機在工作時,不通過換向,而是通過改變定子磁場方向的方式保證轉子持續轉動。對於交流電機來說定子磁場不是固定不變的,而是按照一定的規律在旋轉,所以能夠保證轉子繞組受到的電磁力方向不變。在交流電機的定子上通上三相對稱交流電,定子不動,通過電流的變化就能產生旋轉的合成磁場,這個磁場像一個繞著定子旋轉的磁鐵。轉子閉合線圈通電後產生磁場,定子的磁場轉動會帶著裡面的轉子磁場轉動,於是交流電機的轉子就轉起來了。
根據定子繞組的排布方式不同,交流電機又可分為單相交流電機和三相交流電機。
根據定子磁場與轉子旋轉的速度關係,交流電機又可分為同步交流電機和異步交流電機。其中異步電機根據轉子的形態可分為鼠籠式和繞線式兩種。
小結:直流、交流電動機的工作原理都是電磁感應定律,但是兩者也有不同之處,可以通過兩者啟動方式的不同來理解。直流電動機轉子轉動(電樞繞組運動或者受力)是因為通電的電樞繞組在磁場裡受到電磁力,所以前提是電樞中有電流,所以直流電動機要想啟動需要有電樞電流,即給轉子通電;而交流電動機啟動時只要對定子通入交流電,就會產生一個旋轉磁場,這個磁場由於是運動的,所以轉子繞組會感應出電動勢,只要轉子繞組能夠形成閉合迴路,就會產生電流,就會感應出電磁力拖動轉子進行轉動,所以交流電動機轉子運動的前提是磁場在旋轉。
性能的優缺點
直流電機
優點:在控速方面比較簡單,只須控制電壓大小即可控制轉速,在調速性能要求較高的大型設備,比如軋鋼機上都採用直流電動機拖動。直流電機的速度穩定,轉速控制精準,所以在對轉速要求嚴格的條件下優選直流電機。
缺點:存在著直流換向問題,結構複雜,維護檢修不方便。有刷電機以碳刷作為電流換向器,需要定期清理炭刷磨擦所產生的汙物,維護成本較高。無刷電機少了碳刷與軸的摩擦因此較省電也比較安靜,但製作難度較高、價格也較高。此外直流電機不宜在高溫、易燃等環境下操作。
在價格上面,功率相同的直流電機價格高於交流電機
交流電機
優點:可以在高溫、易燃等環境下操作,沒有碳刷及整流子,免維護、堅固、應用廣,但特性上若要達到相當於直流電機的性能須用複雜控制技術才能達到。
缺點:控速上比較困難,因為控制交流電機轉速必須要控制交流電的頻率(或使用感應馬達,用增加內部阻力的方式,在相同交流電的頻率下降低電機轉速)。
以上就是電機根據電源不同的分類,下周將為大家介紹電機的其他分類,敬請期待~