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电动机 编辑词条词条保护

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电动机(英文:Electric motor),又称为马达、摩打或电动马达,是一种将电能转化成机械能,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。大部分的电动马达通过磁场和绕组电流,为电动机提供能量。

电动机
各种大小电动机及当作尺寸比较用之9伏特电池

电动机与发电机原理基本一样,其分别在于能量转化的方向不同:发电机是借由负载(如水力、风力)将机械能、动能转为电能;若没有负载,发电机不会有电流流出。电动机和电力电子、微控器配合已形成一新学门,称为电动机控制。

历史

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电动机
1827年的电动机

1740年,**个电动马达是由苏格兰僧侣安德鲁·戈登(Andrew Gordon)创建的简单的静电设备。1827年,匈牙利物理学家安幼思·杰德利克(ÁnyosJedlik)开始尝试用电磁线圈进行实验。杰德利克解决一些技术问题后,称他的设备为“电磁自转机”。虽然只用于教学目的,但**款杰德利克的设备已包含今日直流电动机的三个主要组成部分:定子,转子和换向器。

1835年,美国一位铁匠汤马斯·达文波特(Thomas Davenport)制作出世界上**台能驱动小电车的应用电动机,并在1837年申请了专利。由于主要动力电池成本极高,在商业上不成功,达文波特破产。一些发明家继续发展应用电动机,但都遇到了同样电池发电成本的问题。

1845年,英国物理学家惠斯顿(Wheatstone)申请线性电动机的专利,但原理于1960年代才被重视,而设计了实用性的线性电动机每次目前已被广泛在工业上应用。

1870年代初期,世界上**早可商品化的电动机由比利时电机工程师Zenobe Theophile Gamme所发明。1888年,美国著名发明家尼古拉·特斯拉应用法拉第的电磁感应原理,发明交流电动机,即为感应电动机。

1902年,瑞典工程师丹尼尔森利用特斯拉感应电动机的旋转磁场观念,发明了同步电动机。1923年,苏格兰人James Weir French发明三相可变磁阻型(Variable reluctance)步进电动机。

1962年,藉霍尔元件之助,实用之DC无刷电动机终于问世。1980年代,实用之电动机开始问世。

原理

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电动机
此图中旋转磁场是由三个不同相位线圈产生的磁场矢量形成

电动机的旋转原理的依据为佛来明左手定则或是右手开掌定则,当一导线置放于磁场内,若导线通上电流,则导线会切割磁场线使导线产生移动。电流进入线圈产生磁场,利用电流的磁效应,使电磁铁在固定的磁铁内连续转动的装置,可以将电能转换成动能。与**磁铁或由另一组线圈所产生的磁场互相作用产生动力。

电动机的种类很多,以基本结构来说,其组成主要由定子和转子所构成。定子在空间中静止不动,转子则可绕轴转动,由轴承支撑。定子与转子之间会有一定空气间隙(气隙),以确保转子能自由转动。机壳(场轭)需要用高导磁系数材料制成,要当作磁路用。

直流电动机的原理是定子不动,转子依相互作用所产生作用力的方向运动。交流电动机则是定子绕组线圈通上交流电,产生旋转磁场,旋转磁场吸引转子一起作旋转运动

种类

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依磁场方向分类 轴向磁场电动机 径向磁场电动机 依使用电源分类 直流电动机:使用**磁铁或电磁铁、电刷、整流子等元件,电刷和整流子将外部所供应的直流电源,持续地供应给转子的线圈,并适时地改变电流的方向,使转子能依同一方向持续旋转。 交流电动机:将交流电通过电动机的定子线圈,设计让周围磁场在不同时间、不同的位置推动转子,使其持续运转 脉冲电动机:电源经过数位IC芯片处理,变成脉冲电流以控制电动机,步进电动机就是脉冲电动机的一种。 依构造分类 同步电动机:特点是恒速不变与不需要调速,起动转矩小,且当电动机达到运转速度时,转速稳定,效率高。 感应电动机:特点是构造简单耐用,且可使用电阻或电容调整转速与正反转,典型应用是风扇压缩机、冷气机。 可逆电动机:基本上与感应电动机构造与特性相同,特点电动机尾部内藏简易的刹车机构(摩擦刹车),其目的为了借由加入摩擦负载,以达到瞬间可逆的特性,并可减少感应电动机因作用力产生的过转量。 步进电动机:特点是脉冲电动机的一种,以一定角度逐步转动的电动机,因采用开回路(Open Loop)控制方式处理,因此不需要位置检出和速度检出的回授装置,就能达成精确的位置和速度控制,且稳定性佳。 伺服电动机:特点是具有转速控制精确稳定、加速和减速反应快、动作迅速(快速反转、迅速加速)、小型质轻、输出功率大(即功率密度高)、效率高等特点,广泛应用于位置和速度控制上。 线性电动机:具有长行程的驱动并能表现高精密定势能力。 其他:旋转换流机(Rotary Converter)、旋转放大机(Rotating Amplifier)等。

用途

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电动机
大型电动机

电动机用途众多,大至重型工业,小至小型玩具都有其踪迹。在不同的环境下都会选择不同类型的电动机,以下是一些例子:

制风设备,例如电风扇 电动玩具车、船等 升降机(电梯) 以电力推动的交通工具,例如地下铁路、电车、电动汽车 汽车、喷射机及直升机的起动电动机(starter motor) 工厂与大卖场的运输带 公车上的电动自动门 电动卷闸

民生用品

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光驱 打印机 洗衣机 水泵 磁盘机 电动刮胡刀 录音机 录影机 CD唱盘

工业与商业用途

高速升降机 工作母机(如:机床) 纺织机 搅拌机 使用安全

在使用电动机前需先了解其使用的电源是直流电还是交流电,如果是交流电,还需知道它是三相还是单相的交流电,接错电源会导致不必要的损失和危险。电动机转动后若没有接负载或负载很轻使得电动机转速快,则感应电动势较强,此时电动机两端电压为电源提供电压减去感应电压,因此电流减弱。

若电动机的负载很重,转速慢则相对感应电动势较小,也因此电源需提供较大电流(功率)以对应所需的较大功率来输出/作功。

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词条目录
  1. 电动机介绍
  2. 历史
  3. 原理
  4. 种类
  5. 用途
  6. 民生用品
  7. 工业与商业用途

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