电机学习

1.什么是同步电机？

转子的转速和电网频率之间有不变的关系n=ns=60f/p，ns成为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。同步电机分为同步发电机和同步电动机；而且有转场式和转枢式两种；从励磁方式上又有直流励磁和交流励磁两种。

另一种定义，同步电机是一种应用广泛的交流电机。其特点是产生励磁磁场的转子的旋转速度n与定子多相电枢电流所产生的旋转磁场的旋转速度n1是相同的。主要用作发电机，还可以用作电动机和调相机。

2.发电机的诞生

法拉第首先发现了通电导体可以在磁场中运动。他根据运动的导体在磁场中会产生感应电动势，发明了圆盘发电机。实际上是一台永磁发电机。后来，其他科学家用永磁体做转子，发明了电动机。

3.永磁直流电动机

转子用永磁体制作。大多数是微型电动机，在电动玩具，家用电器，汽车工业中得到广泛的应用，特别是在高档轿车上。在人工心脏等医疗器械上也有应用。还用在坦克，飞机，飞船，电车，导弹，机器人上。

4.永磁电机分类

分为永磁直流电动机、异步启动永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机和调速永磁同步电动机。

永磁无刷直流电动机，采用电子换向器。永磁无刷直流电机驱动系统由电机本体、转子位置传感器（类似于编码器，包括磁敏式、电磁式和光电式等）和功率电子开关（逆变器，其作用是换向，有三相半波和三相全波两种）三部分组成。其基本物理量有电磁转矩、电枢电流、反电动势和转速等。详见：《电机学》主编马宏忠副主编方瑞明王建辉

5.我们的泵电机属于内转子（转磁式）调速永磁同步无刷直流盘式电机。存在齿槽转矩，会存在振动噪声。

6.永磁直流电机电磁设计详见：《永磁电机》，作者王秀和

7.步进电机

将电脉冲信号转换成输出轴的角位移或线位移的电动机，因此又称为脉冲电动机。分为感应式、永磁式、混合式和特种式等。电机由定子绕组和极转子组成，绕组按照某种顺序通电，转子就开始转动，转速取决于绕组通断电的频率。经过N步，转子转过一个齿，设转子有Z个齿(N通常成为拍数)，则转子转一周需的步数为NZ，步距角为360/NZ,可见增加拍数和转子齿数可以减小步距角，从而提高控制精度；增加相数（定子绕组的对数或者叫独立绕组的个数）也可以较小步距角，但会使结构复杂，通常不会超过6相。转速的表达式为：

N=60f/(NZ)

不失步起动的最高频率成为起动频率，不失步运行的最高频率称为运行频率。步进电机的转角和转速不受电压、负载与环境变化的影响，有利于实现数字控制。

8.控制电机

比如自整角机，测速发电机，旋转变压器，作为测量元件使用。

比如步进、伺服、转矩电动机用作执行元件。

9.直流电机

励磁绕组由直流电源供电，形成电磁场。转子电枢如果在外力作用下旋转，其上绕组中就产生了感生电动势，经过换向器换向，可以输出直流电，此时称为直流发电机。如果在电刷中通电，电枢绕组中通过电流，同时绕组受到定子磁场作用，产生运动，此时称为直流电动机。

10.直线电机

磁悬浮列车的动力源就是直线电机。在很多直线运动的场合，都可以考虑采用直线电机。通常效率比较低。从原理上讲，每种旋转电动机都有与之对应的直线电动机。按原理可以分为直线感应电动机、直线直流电动机、直线同步电动机、直线异步电动机等。按照结构型式分为扁平型、圆筒形（或管型）、圆盘型和圆弧形四种。此外，还有一些特殊的结构。

旋转电机展成直线电机后，定子称为一次侧，动子称为二次侧。通常采用短一次侧。

根据动子又分为动圈式直线电机和动铁式直线电机和动磁式直线电机。如果设计得好，在今后有广阔的应用前景。

11.伺服电机

是将电压信号转为电机转轴的角速度或角位移输出。分为直流伺服电机和交流伺服电机，其中交流伺服电机又分为异步伺服电机和同步伺服电机。

12.对于低转速大转矩的场合，可以考虑采用力矩电机，这也属于一种伺服电机，通常交流力矩电机使用较少，通常使用交流力矩电机。力矩电机通常采用扁平式结构，这是因为转矩与直径成正比，电枢长度与直径之比一般为0.2左右，且采用永磁式结构，并选取较多的极对数，为了减少转矩和转速的波动，选用较多的槽数、换向片数和串联导体数，低速电机作为最简单的驱动结构，可以考虑在较多的低速场合下使用，但是要注意控制成本，如果同时制作直线电机就更好了，各个行业用到的运动都离不开驱动，在驱动这块做文章，还是大有前景的。

13.超声波电动机

利用压电材料的逆压电效应为激励，使定子弹性体在超声频段产生微观机械振动（频率大于20KH），并通过定子和转子（或动子）之间的摩擦作用，将定子的微观振动转换成转子（或动子）的宏观的单方向转动（或直线运动）。应用：照相机自动调焦机构，纸带传送机构，窗帘机，平面绘图仪，机器人，核磁共振，汽车汽车刮水器。超声波电机具有结构灵活多变，形状自由度大的特点，可以与装置设计在一起。其优点是结构简单，紧凑，低速大转矩，噪声小，响应快；缺点摩擦损耗大，效率低，寿命短，不适合长期连续运行。14．双凸极电机：主要包括开关磁阻电机和双凸极永磁电机。

其中，开关磁阻电机的控制有电流斩波控制和角位置控制，前者适用于低、恒转矩运行，后者适用于高速恒功率运行。开关磁阻电机的控制变量多，控制灵活，调速范围宽。其其缺点是转矩脉动较大，导致噪声和振动也较大，与永磁电机相比，功率密度低。

双凸极电机，结合了开关磁阻电机和永磁电机的优点，功率密度、效率、材料利用率等都比开关磁阻电机高，与传统永磁电机相比，双凸极电机的永磁体位于定子，采用集中式绕组，绕组端部短，省铜，而转子上既无永磁体，又无绕组，因此双凸极电机冷却容易，转子机械强度高，适合高速运行，铜耗小，效率高。双凸极电机需要根据转子位置来决定绕组的开通与关断，。转子位置可以通过转子位置检测到，也可以通过检测绕组反电动势或绕组电感的方法来判断转子位置，即所谓的无位置传感器运行。

用途，用于飞轮储能装置和洗衣机。

15.单相交流串励电动机,起动转矩大，转速高，体积小，大量用于电动工具、医疗器械和家用电器。功率因数高，在0.9以上，可以通过改变电源电压，串联电抗器、改变励磁磁通和回路中串联电阻调速。主要应用于各类电动工具，家用电器，医疗器械和小型机床，如手电钻、冲击电钻、电磨、电刨、电锯、电剪刀、电扳手、羊毛剪、电链锯、电动螺丝刀、吸尘器、搅拌器、电吹风、地板打蜡机和电动缝纫机等。也可以做成通用电机型式，做驱动和伺服电机使用。

与单相感应电动机相比，单相永磁同步电机具有明显的效率优势，同时体积也较小。

16.旋转变压器：是一种精密控制微电机，在自动控制系统中主要用来测量或传输转角信号，也可以作为解算元件用于坐标变换和三角函数运算等。在结构上，与绕组式异步电动机相似，定转子均为隐极结构，并分别放置两相正交绕组。当用一对旋转变压器测量差角时，其工作原理与自整角机相同，但精度更高。17.自整角机：是一种对角位移或角速度的偏差能自动整步的电磁元件。必须成对或成组使用。在自动控制系统中应用广泛，主要是实现角度的传输、变换和指示，如角位置的远距离指示、远距离定位和远距离的控制等。比如应用于武器的瞄准，水库液面指示等。

18.测速发电机；是一种微型直流发电机，在自动控制系统中可以作为测速元件、校正元件、解算元件和角加速度信号元件。

19.高速电机：通常转速超过10000r/min的电机。可以用来直接驱动执行件，鼠笼式感应电动机、永磁同步电动机、无刷直流电机、开关磁阻电机等均适用于高速运转。

20.单相写极电动机：写极电动机是一种新型的交流永磁电动机。采用特殊的结构和工作原理，起动电流小，