电动机介绍目 录一、电机原理与结构11.1 电机的应用11.2 基本原理11.3 电机基本结构11.4 常用电机主要类型2二、直流电动机32.1 概念32.2 直流有刷电机32.3 工作原理32.4 控制原理42.5 组成结构6三 异步电动机83.1 异步电动机概念83.2 工作原理83.3工作方式83.3.1 异步电动机软起动83.3.2 直接起动93.3.3 降压起动93.4 特点93.5 交流异步电特点113.6 运行参数11四、同步电动机124.1 同步电动机概念124.2 同步电动机特点124.3 同步电动机结构124.4起动特点134.4.1 异步起动法134.4.2辅助电动机起动法134.5 同步电动机结构13五、单相三相交流电动机155.1 单相分相起动155.2 模型设计155.3 电机模型16六、国内外电机的发展前景186.1 厂家为汽车电机供应186.2 国家政策196.3 电驱动汽车196.4 电机行业市前景196.5 国外电机19七、总结20一、电机原理与结构1.1 电机的应用在日常生活中电动机（Electric motor）是占有不可或缺的零件。电动机又称为电动马达，是一种将电能转换成机械能，并可再使用机械能产生动能，用来驱动其他装置的电气设备。电动机的用途有用在电风扇、玩具车、洗衣机、录音机，等等。1.2 基本原理通电导线在磁场中会受到力的作用。力左电右：左手定则，摊开左手，使大拇指与其余四指垂直且在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则大拇指所指为导体受力方向；右手定则，摊开右手，使大拇指与其余四指垂直且在同一平面内，让大拇指指向导体运动方向，则其余四指所指为感应电流方向。1.3 电机基本结构电动机一般称为马达，能将电能转换为机械能，以驱动机械作旋转、振动或直线运动，被广泛运用于动控制与与机电整合领域。电动机的种类很多，对于基本结构来说，组成主要由于定子（Stator）和转子（Rotor）所组成。定子在空间中禁止不动，转子则可绕轴转动。定子与转子之间会有一定空气间隙，以确保转子能自由转动。定子与转子绕上线圈，同上电流产生磁场，就会为电磁组，定子和转子其中之一可为永久磁铁。直流马达的原理是定子不动，转子一相互作用所产生作用力的方向运动如图一，所示。交流马达则是定子转主线圈通上交流电，产生旋转运动（如图一 直流马达基本原理图）。图一 直流马达基本原理图1.4 常用电机主要类型按结构和工作原理可划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。具体电机分类(见表一电动机种类)。表一 电动机种类按工作电源分类直流电动机交流电动机：单相交流电动机、三相交流电动机按结构原理分类异步电动机同步电动机（转子转速与磁场转速是否同步）按用途分类驱动用电动机控制用电动机：步进电动机（开环控制）、伺服电动机（闭环控制，更精确）按转子结构分类鼠笼型电动机绕线型电动机二、直流电动机2.1 概念直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。2.2 直流有刷电机直流有刷电机XYD-18功能描述由实物图，和，功能图结构图构成（如图二 直流有刷电机XYD-18）。图二 直流有刷电机XYD-182.3 工作原理直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。所有尺寸单位为：mm表二 XYD-18功能电压范围额定功率额定转速额定效率尺寸A控制器DC 24V-485000W380RPM75%96XK-022EDC 24V-48750W390RPM75%106XK-022DDC 24V-481000W395RPM75%116XK-022D2.4 控制原理直流无刷电机的控制原理，要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序，inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管)；要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。基本上功率晶体管的开法可举例如下：AH、BL一组AH、CL一组BH、CL一组BH、AL一组CH、AL一组CH、BL一组，但绝不能开成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因为电子零件总有开关的响应时间，所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去，否则当上臂(或下臂)尚未完全关闭，下臂(或上臂)就已开启，结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。当电机转动起来，控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令(Command)与hall-sensor信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决定由下一组(AH、BL或AH、CL或BH、CL或)开关导通，以及导通时间长短。速度不够则开长，速度过头则减短，此部份工作就由PWM来完成。PWM是决定电机转速快或慢的方式，如何产生这样的PWM才是要达到较精准速度控制的核心。高转速的速度控制必须考虑到系统的CLOCK 分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间，另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、 实时性。至于低转速的速度控制尤其是低速起动则因为回传的hall-sensor信号变化变得更慢，怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要。或者速度回传改变以encoder变化为参考，使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。电机能够运转顺畅而且响应良好，P.I.D.控制的恰当与否也无法忽视。之前提到直流无刷电机是闭回路控制，因此回授信号就等于是告诉控制部电机转速距离目标速度还差多少，这就是误差(Error)。知道了误差自然就要补偿，方式有传统的工程控制如P.I.D.控制。但控制的状态及环境其实是复杂多变的，若要控制的坚固耐用则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能完全掌握，所以模糊控制、专家系统及神经网络也将被纳入成为智能型P.I.D.控制的重要理论。（如图三 直XYD-18 功能图）。图三 XYD-18 功能图图四 XYD-18 结构图2.5 组成结构直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。（1）主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。铁心一般用0.5mm1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上，（2）换向极换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。（3）机座电机定子的外壳称为机座。机座的作用有两个：一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。（4）电刷装置电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位置可以调整，调好以后加以固定。三 异步电动机3.1 异步电动机概念感应电动机又称“异步电动机（asynchronousmotor）”，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动。转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。定子是电动机中不转动的部分，主要任务是产生一个旋转磁场。旋转磁场并不是用机械方法来实现。而是以交流电通于数对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转的磁场。这种电动机并不像直流电动机有电刷或集电环，依据所用交流电的种类有单相电动机和三相电动机，单相电动机用在如洗衣机，电风扇等；三相电动机则作为工厂的动力设备。3.2 工作原理通过定子产生的旋转磁场（其转速为同步转速n1）与转子绕组的相对运动，转子绕组切割磁感线产生感应电动势，从而使转子绕组中产生感应电流。转子绕组中的感应电流与磁场作用，产生电磁转矩，使转子旋转。由于当转子转速逐渐接近同步转速时，感应电流逐渐减小，所产生的电磁转矩也相应减小，当异步电动机工作在电动机状态时，转子转速小于同步转速。为了描述转子转速n与同步转速n1之间的差别，引入转差率（slip）。3.3工作方式3.3.1 异步电动机软起动随着微型计算机控制技术的迅猛发展，在相关的控制工程领域中先后研制成功了一批电子式软起动控制器，广泛应用在电动机的起动过程，降压启动器随之被替代。当前电子式的软起动设施都使用的是晶闸管的调压电路，其电路构成如下所描述：晶闸管六只，两两反并联后串联至三相电源上，待系统发送起动信号后，微机控制起动器系统立即进行数据计算，令晶闸管输送触发信号，使晶闸管的导通角得到控制，根据给定的输出，调节输出电压，实现电动机的控制。该起动方式适合各种功率值的三相交流异步电动机包括六根和三根连接方式的起动控制。3.3.2 直接起动此种起动方式是电机起动方式中最基础最简单的，首先借助用刀开关使电动机与