詳解電機(jī)基本原理，及其相關(guān)基本結(jié)構(gòu)

電機(jī)(英文：Electric machinery，俗稱“馬達(dá)”)是指依據(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。電機(jī)在電路中是用字母M(舊標(biāo)準(zhǔn)用D)表示，它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動(dòng)力源，發(fā)電機(jī)在電路中用字母G表示，它的主要作用是利用機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

1.按工作電源種類劃分：可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。

1)直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。

有刷直流電動(dòng)機(jī)可劃分：永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。

電磁直流電動(dòng)機(jī)劃分：串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。

永磁直流電動(dòng)機(jī)劃分：稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。

2)其中交流電機(jī)還可劃分：單相電機(jī)和三相電機(jī)。

2.按結(jié)構(gòu)和工作原理可劃分：可分為直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。

1)同步電機(jī)可劃分：永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同步電動(dòng)機(jī)。

2)異步電機(jī)可劃分：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可劃分：三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。

交流換向器電動(dòng)機(jī)可劃分：單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。

3.按起動(dòng)與運(yùn)行方式可劃分：電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異步電動(dòng)機(jī)。

4.按用途可劃分：驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。

1)驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)可劃分：電動(dòng)工具(包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具)用電動(dòng)機(jī)、家電(包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動(dòng)剃須刀等)用電動(dòng)機(jī)及其他通用小型機(jī)械設(shè)備(包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等)用電動(dòng)機(jī)。

2)控制用電動(dòng)機(jī)又劃分：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)等。

5.按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可劃分：籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動(dòng)機(jī))和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動(dòng)機(jī))。

6.按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可劃分：高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)。低速電動(dòng)機(jī)又分為齒輪減速電動(dòng)機(jī)、電磁減速電動(dòng)機(jī)、力矩電動(dòng)機(jī)和爪極同步電動(dòng)機(jī)等。

調(diào)速電動(dòng)機(jī)除可分為有級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、無級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、有級(jí)變速電動(dòng)機(jī)和無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)、直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。

同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)而始終保持為同步轉(zhuǎn)速。

2018年稀土科技成果推介會(huì)暨學(xué)術(shù)交流會(huì)上，中國工程院院士李衛(wèi)指出工業(yè)類電機(jī)已取代磁選和揚(yáng)聲器，成為稀土永磁材料最大應(yīng)用領(lǐng)域。找磁材將針對(duì)電機(jī)及磁性材料在電機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行系列介紹，帶您熟悉和了解電機(jī)知識(shí)和電機(jī)行業(yè)。

實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機(jī)，包含電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩類：電動(dòng)機(jī)又稱馬達(dá)，是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，在電路中用字母M表示;而發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，在電路中用字母G表示。

基本原理

電生磁：通電導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生磁場

奧斯特在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，將導(dǎo)線通電后其周圍的小磁針會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，且電流越強(qiáng)，對(duì)小磁針的影響越強(qiáng)，玻璃、木材、水、樹脂和石頭等也不能阻擋這個(gè)磁場吸引小磁針。這就是著名的“電流的磁效應(yīng)”，簡稱“電生磁”，人們把它稱為電磁學(xué)第一定律。

電磁感應(yīng)

又稱磁電感應(yīng)現(xiàn)象，是指閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中作切割磁感線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。

基本結(jié)構(gòu)

我們從小學(xué)就知道，磁鐵分N極和S極，磁力線從N極出發(fā)，最后回到S極;磁鐵同極相斥，異極相吸。利用磁極之間的相互作用力，理論上我們可以移動(dòng)一個(gè)磁極，讓另外一個(gè)磁極跟著運(yùn)動(dòng)，如果第一個(gè)磁極旋轉(zhuǎn)的話，另一個(gè)磁極也會(huì)跟著旋轉(zhuǎn)。但是這樣無法稱之為電機(jī)，因?yàn)樾D(zhuǎn)一個(gè)磁極需要的是機(jī)械能，這樣本質(zhì)上是機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換，不是電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。那怎么辦呢?安培定律告訴我們，磁場本質(zhì)是由電流產(chǎn)生的，我們想要的是磁場之間的相互作用，因此只要有電流即可，一個(gè)很自然的想法就是：將兩個(gè)磁場中的一個(gè)用線圈來產(chǎn)生磁場。

1821年，法拉第制作了一個(gè)裝置，這個(gè)裝置能將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，被認(rèn)為是世界上第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。

法拉第的裝置的組成非常簡單：將水銀注入一個(gè)圓形容器里面，中間放置一塊永磁體，一根長的導(dǎo)線一端懸掛，另一端浸入容器里的水銀里面，最后再外接一個(gè)直流電源。原理也很簡單，永磁體產(chǎn)生的磁場與導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場相互作用，產(chǎn)生一個(gè)使導(dǎo)線繞軸旋轉(zhuǎn)的力。法拉第的天才之處在于想到了用水銀(常溫液體，有良好的導(dǎo)電性)解決了電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的所需要的換向問題。

法拉第的電機(jī)驗(yàn)證了機(jī)電能量轉(zhuǎn)換可以連續(xù)進(jìn)行的，為電機(jī)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然現(xiàn)代電機(jī)和法拉第的電機(jī)模型有了較大的區(qū)別，但原理都是完全一致的：都是兩個(gè)磁場相互作用，所以電機(jī)具備靜止的和旋轉(zhuǎn)的兩大部分：

靜止的部分稱為定子，作用是產(chǎn)生磁場和作為電機(jī)的機(jī)械支撐。旋轉(zhuǎn)的部分稱為轉(zhuǎn)子，作用是感應(yīng)電勢(shì)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。

靜止和旋轉(zhuǎn)部分之間有一定大小的間隙，稱為氣隙。氣隙的大小決定磁通量的大小，如果氣隙較大的話，漏磁就多，那么電機(jī)的效率就會(huì)降低，如果氣隙太小，就容易掃定子膛。因此，需要將氣隙控制到一個(gè)合理的數(shù)值，才能達(dá)到最佳效果。