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旋转电机包括什么?

  旋转电机由定子和转子组成,定子侧绕有线圈,用于产生旋转磁场,转子侧的配置情况因电机类型不同而不同,下面分别说明。

  电励磁同步电机:定子绕组通交流电流产生一个旋转磁场,转子侧通直流电流相对于转子

  产生恒定磁场,由于转子在旋转,所以转子侧产生的磁场也是旋转的。这类电机的缺点在于,为了往转动的转子通电流,需要使用集电环接触供电(可以参考直流电机的电刷,或者高铁的电弓)。近来,威斯康熙大学进行了为该类电机的转子线圈无线供电的研究,可以分为电感型和电容型两种无线供电方式。

  永磁同步电机:定子线圈通交流电流产生一个旋转磁场,转子侧的永磁体相对于转子

  产生一个恒定磁场,由于转子在旋转,所以转子侧产生的磁场也是旋转的。

  感应电机(又称异步电机):定子线圈通交流电流产生一个旋转磁场,如果转子的转速低于气隙中旋转磁场的转速,就会磁生电,在转子侧的导体中产生交流电流,其频率为磁场同步频率(比如 50 Hz)减去转子转动频率(比如 49 Hz,对应于一对极电机 2940 转每分钟),称为滑差频率(比如 1 Hz),该转子交流电流产生的磁场相对于转子

  以滑差频率在气隙中旋转,由于转子在旋转,该转子磁场在气隙中的转速等于同步速,所以所谓的异步指的是转子的转速必须不是 3000 转每分钟才能产生转矩,而定、转子磁场的转速永远是同步的。

  同步磁阻电机:这类电机的原理没法直观解释,这里提供一种理解其运行原理的思路。凸极永磁电机(或内嵌式永磁电机)有两个途径产生转矩,其一是与其他电机类似的电磁转矩,其二是凸极转矩——也就是说,电机的直轴和交轴具有不同的磁阻时,电机也能产生转矩。换句话说,拿一台凸极永磁电机,把永磁体抠掉,利用凸极转矩也能转起来。

  开关磁阻电机:定子线圈通交流电流产生一个旋转磁场,转子侧没有电流也没有永磁体,就是一块铁,其运行原理基本上就是拿一块磁铁去吸引转子侧的齿,让转子转起来。

  单极电机(Homopolar Machine):磁单极和永动机一样,是不存在的。但是,所谓的单极电机是从电机的任一横截面来看,竟然只有南极或者北极,因此而得名。这里放一张图,可以看到,单极电机有两段电机组成,北极磁场从电机第一段出发,通过导磁的定子轭部,到达电机第二段成为南极磁场,最后磁场从电机的导磁的转轴回归到电机第一段。

  Consequent Pole Machine:Consequent pole 的意思就是说,永磁体只产生北极磁场,南极磁场 is consequently generated。一般的永磁电机是有专门的永磁体产生北极磁场的,也有专门的永磁体产生南极磁场的。Consequent pole 的结构具有聚磁效果。聚磁效果就是说,可以用便宜的铁氧体,产生和钕铁硼一样强劲的磁场。

  轮辐类型游标电机(Spoke Type Vernier Machine):我们知道感应电机有齿槽转矩,产生齿槽转矩的磁场实际上是气隙磁场和齿槽导致的高阶气隙磁导导致的。什么意思?意思就是说,定子产生一对极的磁场,气隙中却存在着十对极的磁场,如果我们把转子配置成十对极,而不是常规的一对极,那么就仿佛有减速齿轮箱的效果,定子磁场的转速是 3000 转每分钟而转子的转速却只有 300 转每分钟,这就是磁齿轮的一种实现。轮辐的意思就是说,永磁体的放置方式就和自行车的轮辐一样。

  外转子电机:就是把定子放到里面,转子放到外面(参考电瓶车的后轮)。

  薄片电机(Slice Motor):如果有轴承的话,这家伙其实就是普通的电机但是轴向长度很小。拿掉轴承的话,由于薄片,转子有三个自由度是被动稳定的,这东西可以应用在人工心脏上。

  轴向磁通电机:和单极电机(气隙中的磁场是沿径向走的)不同,这家伙在气隙中的磁场是沿轴向走的哦!

  爪极电机:好酷的名字,我感觉这个也是轴向磁通电机的一种吧?但是大家管这个叫横向磁通电机,磁通在那个爪子里横着流什么的,不懂不懂。

  直流电机:定子上产生恒定磁场(不转动),转子虽然在转动,但是由于电刷的加持,转子也能产生(相对于定子的)恒定磁场。从原理上讲是完美的电机。从制造上来看,电刷是硬伤。直流电机有最大功率上限,也就是说,当单台直流电机的功率不能超过某一数值。

  评注:应注意,为了说明简单,有不严谨的地方,比如所谓的转子磁场实际上并不是转子励磁产生的磁场,而是气隙磁场和转子漏磁场的总和,但是如果定子侧没有任何激励时,我这么说又是严谨的。

  怎么控制的?

  现在电力电子技术使得我们可以在定子绕组中产生(低通滤波后为)任意形状的电流波形,这么强大,控制产生对称多相电流岂不是轻而易举。值得一提的是,虽然简单来说就是需要用电力电子装置产生对称多相电流,但是该电流的相位一般来说不能任意给定的,而是往往与转子的位置有关(实际上是与转子磁场的位置有关,可以理解为气隙中转子磁场的峰值所在的位置)。

  想到这么多,欢迎大家补充。

  

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