電動(dòng)機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備。它利用通電線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，作用于轉(zhuǎn)子，形成磁電旋轉(zhuǎn)力矩。根據(jù)工作電源類型的不同，電機(jī)分為DC電機(jī)和交流電機(jī)。電力系統(tǒng)中的電機(jī)多為交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)，也可以是異步電機(jī)。交流電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的方向與電流的方向和磁感應(yīng)線(磁場(chǎng))的方向有關(guān)。它的基本工作原理遵循電磁感應(yīng)定律，磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，如電車、電力機(jī)車、風(fēng)機(jī)、水泵、機(jī)床等。

定子：定子是電機(jī)的靜止部分，其作用是為繞組旋轉(zhuǎn)的區(qū)域提供穩(wěn)定的磁場(chǎng)，作為電機(jī)的機(jī)械支撐。DC電機(jī)的定子由主極、機(jī)座、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置組成。交流電機(jī)的定子由外殼、定子鐵芯和定子繞組組成。

主磁極：主磁極用于產(chǎn)生恒定的主磁場(chǎng)，主磁場(chǎng)由主磁極鐵芯和套在鐵芯上的勵(lì)磁繞組組成。鐵芯的上部稱為極身，下部稱為極靴。極靴的作用是降低氣隙磁阻，使氣隙磁通沿氣隙均勻分布。鐵芯通常由低碳鋼片沖壓和層壓而成，旨在減少勵(lì)磁渦流損耗。

框架(外殼)和端蓋：框架由鑄鋼或厚鋼板制成，用于為電機(jī)提供機(jī)械支撐和承受磁場(chǎng)繞組產(chǎn)生的磁通，同時(shí)也作為磁極間的磁路。DC電機(jī)的機(jī)座(磁軛)是磁路的一部分，主磁極和換向磁極安裝在機(jī)座內(nèi)。鐵芯固定在交流電機(jī)外殼的內(nèi)圓，軸承固定在外殼兩端的端蓋內(nèi)支撐轉(zhuǎn)子。機(jī)架兩端有端蓋，保護(hù)電機(jī)，防止觸電。端蓋固定在機(jī)座上，主要起支撐作用。軸承放在端蓋上，支撐DC電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使DC電機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng)，一般是鋼制的。

換向極：換向極又稱附加極或極間極，用于產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，改善DC電機(jī)的換向，減少電刷與換向器之間的火花。它安裝在兩個(gè)相鄰的主磁極之間，由換向磁極鐵芯和換向磁極繞組組成。換向極芯比主極簡(jiǎn)單，一般用整塊鋼或鋼板制成。換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)連接。

刷子裝置：電刷裝置主要由電刷、刷握、刷桿和刷桿座組成，它有兩個(gè)作用:一是連接轉(zhuǎn)子繞組和電機(jī)的外電路；二是配合換向器完成DC電機(jī)外部DC和內(nèi)部交流電的交換。

定子鐵芯和定子繞組：定子鐵芯由厚度為0.35~0.5毫米的圓形硅鋼片制成，以提供磁通量的通道。鐵芯內(nèi)圓有均勻分布的槽，槽內(nèi)放置定子繞組。定子繞組是電機(jī)的電流通道，一般由高強(qiáng)度聚酯漆包銅線制成。三相異步電動(dòng)機(jī)有三個(gè)定子繞組，每個(gè)繞組由幾個(gè)線圈組成。線圈和鐵芯之間墊有綠紙和聚酯薄膜，用于絕緣。

旋轉(zhuǎn)體：轉(zhuǎn)子是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。DC電機(jī)的轉(zhuǎn)子也叫電樞，用來(lái)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，包括轉(zhuǎn)子(電樞)鐵芯、轉(zhuǎn)子(電樞)繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇。交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可分為鼠籠式(舊稱鼠籠式)和繞組式。籠型轉(zhuǎn)子比較常見，主要由轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組組成。

轉(zhuǎn)子芯：電樞鐵芯是電機(jī)主磁路的一部分，電樞鐵芯的圓周上有均勻分布的槽，可以嵌入電樞繞組。為了減少電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)鐵芯內(nèi)磁通方向變化引起的渦流損耗和磁滯損耗，電樞鐵芯通常由0.35 ~ 0.5毫米厚的硅鋼片沖壓疊壓而成，涂有絕緣層，固定在轉(zhuǎn)子支架或轉(zhuǎn)軸上。交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯通常在鑄造轉(zhuǎn)子籠條的硅鋼片外圓上沖制若干槽。

轉(zhuǎn)子線圈：DC電機(jī)中電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。它是由許多形狀相同的線圈按照一定的排列規(guī)律連接而成。每個(gè)線圈的兩邊分別嵌入電樞鐵芯的槽中，槽中的兩邊稱為有效邊。

交流電機(jī)中的轉(zhuǎn)子繞組是按照一定規(guī)律纏繞連接的線圈組。轉(zhuǎn)子繞組可分為籠型和繞組型。籠型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組有銅排和鋁鑄件兩種形式。在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽內(nèi)鑄造鋁籠條，然后在鐵芯兩端鑄造兩個(gè)圓環(huán)，與每個(gè)籠條連為一體，成為一個(gè)鑄鋁轉(zhuǎn)子。

整流器：換向器又稱換向器，是DC電機(jī)的關(guān)鍵部件，由換向片組成。它與電刷配合，將電樞繞組中的交流電動(dòng)勢(shì)或交流電流轉(zhuǎn)化為DC電機(jī)中電刷兩端的DC電動(dòng)勢(shì)或DC電流。

旋轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇：轉(zhuǎn)軸一般采用中碳鋼，兩端由軸承支撐。轉(zhuǎn)子鐵芯和繞組固定在轉(zhuǎn)軸上，端蓋的軸上裝有風(fēng)扇，幫助外殼散熱。

DC電機(jī)的工作原理：DC發(fā)動(dòng)機(jī)有能力將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。其基本原理是，在一定的環(huán)境下，受電磁力驅(qū)動(dòng)的帶電導(dǎo)體會(huì)在磁場(chǎng)環(huán)境中按照電磁感應(yīng)定律運(yùn)動(dòng)。n和S是一對(duì)固定的磁極，也就是定子，將外接DC電源的正極附著在電刷A上，負(fù)極附著在電刷B上，這樣線圈就會(huì)產(chǎn)生電流。從左手螺旋定律可以看出，由于電磁力的作用，導(dǎo)線ab和cd產(chǎn)生的力矩是相同的。這個(gè)力矩是逆時(shí)針方向的，所以電樞會(huì)朝這個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。

DC電機(jī)通過換向器和電刷使電樞繞組中的電流交替方向流動(dòng)，但電樞引起的電磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)不會(huì)改變，保證了電機(jī)以一定的角度連續(xù)旋轉(zhuǎn)。DC電機(jī)的工作機(jī)理是通過外加電壓使其在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流，在磁場(chǎng)中，負(fù)載導(dǎo)體會(huì)受到電磁力的作用。但由于換向器的介入，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩保持恒定，從而實(shí)現(xiàn)了DC電機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，將DC功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出。

交流電機(jī)的工作原理：交流電機(jī)也具有能量轉(zhuǎn)換的能力，其基本原理也是基于電磁感應(yīng)定律，通過產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相互作用過程，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。以同步交流電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)為例，介紹了其工作原理。

感應(yīng)電機(jī)原理：三相異步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速，所以就成了異步電動(dòng)機(jī)，又因?yàn)楫a(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的電流是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，所以就叫感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。其定子繞組為空間位置對(duì)稱的三相繞組。交流電機(jī)定子繞組通電后，會(huì)在定子內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)恒速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，這是異步電機(jī)工作的基本條件。產(chǎn)生在空間旋轉(zhuǎn)的合成磁場(chǎng)，其方向與電流相序一致，磁場(chǎng)速度(同步速度)與電流頻率有關(guān)。靜止的轉(zhuǎn)子繞組與定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成閉合回路，轉(zhuǎn)子電流受到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中的磁力，在旋轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)的方向相同，轉(zhuǎn)子朝那個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。

同步電機(jī)原理：同步電機(jī)的工作原理是通過定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相等來(lái)實(shí)現(xiàn)恒速運(yùn)行。氣隙的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁磁場(chǎng)之間存在空間角度，相互吸引，拉動(dòng)轉(zhuǎn)子同向同速旋轉(zhuǎn)。只要轉(zhuǎn)子軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于定子和轉(zhuǎn)子極間吸力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，電機(jī)就能穩(wěn)定恒速運(yùn)行。因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子的恒定磁場(chǎng)在空間上是相對(duì)靜止的，兩極氣隙之間形成的磁場(chǎng)實(shí)際上是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子的恒定磁場(chǎng)組成的合成磁場(chǎng)。

因?yàn)檗D(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)在空間上是相對(duì)靜止的，所以兩個(gè)磁場(chǎng)之間形成的磁場(chǎng)實(shí)際上是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)兩個(gè)磁通組成的合成磁場(chǎng)。電機(jī)中定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁動(dòng)勢(shì)稱為電樞磁動(dòng)勢(shì)，DC勵(lì)磁電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)稱為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)以同步速度旋轉(zhuǎn)，在空間上相對(duì)靜止，但也有一個(gè)空間角度，如上所述。當(dāng)轉(zhuǎn)子軸上的負(fù)載或勵(lì)磁發(fā)生變化時(shí)，空間角度可以發(fā)生變化，但電機(jī)的轉(zhuǎn)速始終與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速同步，這也是同步電機(jī)名稱的由來(lái)。

磁感應(yīng)強(qiáng)度：電機(jī)的工作原理公式是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。反映磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度，用矢量B表示，定義為:B=Fm/qv。磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于單位正電荷以單位速度通過該點(diǎn)時(shí)的最大磁力，其方向由最大磁力F和正電荷Q在該點(diǎn)的速度方向根據(jù)右手螺旋法則決定。

洛倫茲力：這樣就在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上定義了描述磁場(chǎng)的物理量，即磁感應(yīng)強(qiáng)度。根據(jù)這個(gè)定義，有一個(gè)關(guān)系式Fm=qv × B，就是運(yùn)動(dòng)電荷的洛倫茲力公式。在國(guó)際單位制中，根據(jù)上述定義，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是N/A·m，用特斯拉(t)表示。

安培定律：安培定律是電機(jī)的基本原理。磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力是磁力，通常稱為安培力。它的基本定律是安培從大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中總結(jié)出來(lái)的，所以叫安培定律。內(nèi)容如下:載有電流I的一小段導(dǎo)線dL，即電流元IdL，置于磁場(chǎng)B中時(shí)，力dF將與電流I、電流元長(zhǎng)度dL、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和IdL與B夾角的正弦成正比，dF的方向垂直于IdL與B形成的平面，方向由右手螺旋法則決定， 即dF的方向?yàn)镮DL× B .其中θ為電流元IDL與磁場(chǎng)B的夾角，國(guó)際單位制中k=1，上式寫成矢量dF = LDL× B .計(jì)算磁場(chǎng)中給定載流導(dǎo)線的安培力時(shí)，必須求出各電流元的力dF的矢量和，即F=BLI。

扭矩計(jì)算：邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1和L2的剛性矩形線圈置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、電流為I的均勻磁場(chǎng)中，當(dāng)線圈磁矩的方向en與磁場(chǎng)B的方向成φ角(線圈平面與磁場(chǎng)方向成θ角，φ+θ=π/2)時(shí)，由安培定律可知，導(dǎo)線BC和DA上安培力的大小分別為F1=BIL1sin(π-θ)和F2=BIL1sinθ。這兩個(gè)力在同一直線上，大小相等，方向相反，合力為零。另一方面，導(dǎo)線AB和CD垂直于磁場(chǎng)，其安培力分別為F3和F4，其大小為F3 = F4 =比爾2。F3和F4大小相等，方向相反，但不在一條直線上，形成力偶，會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。因此，作用在載流線圈上的磁力矩M為:M=BISsinφ，其中S=L1L2，表示線圈所包圍的面積。

功率(W或kW):功率是指電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸端輸出的機(jī)械功率。

功率密度(W/Kg或kW/Kg):功率密度是指單位體積或單位重量的電機(jī)所能輸出的最大功率。

電壓(V):電壓是指施加在線路末端的電源線路電壓。

電流(A):電流是指電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電樞繞組(或定子繞組)的線電流。

頻率(Hz):頻率是指電機(jī)運(yùn)行時(shí)電樞(或定子側(cè))的頻率。

轉(zhuǎn)速(r/min):轉(zhuǎn)速是指電機(jī)運(yùn)行時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。

效率(%):電機(jī)的效率是電機(jī)的有功輸出功率與有功輸入功率之比，通常用百分?jǐn)?shù)表示。

功率因數(shù)(cosφφ):交流電動(dòng)機(jī)有功功率與視在功率的比值稱為功率因數(shù)。

溫升(K):電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，加熱穩(wěn)定后，定子(轉(zhuǎn)子)線圈的強(qiáng)度高于環(huán)境溫度。

扭矩(n·m):電機(jī)工作時(shí)作用在軸上的扭矩稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。在一定轉(zhuǎn)速下，扭矩越大，輸出功率越大。

電機(jī)在額定運(yùn)行下輸出額定功率時(shí)，稱為滿負(fù)荷運(yùn)行。此時(shí)，電機(jī)的運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性和可靠性都處于良好狀態(tài)。當(dāng)輸出功率超過額定功率時(shí)，稱為過載運(yùn)行。此時(shí)電機(jī)的負(fù)載電流大于額定電流，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過熱，從而縮短電機(jī)的使用壽命，甚至燒毀電機(jī)。當(dāng)電機(jī)輸出功率小于額定功率時(shí)，稱為輕載運(yùn)行。電機(jī)在輕載運(yùn)行時(shí)，效率、相功率因數(shù)等性能較差，電機(jī)應(yīng)盡量避免輕載運(yùn)行。

電機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并輸出機(jī)械扭矩的動(dòng)力設(shè)備。通用汽車可分為兩類:DC汽車和交流汽車。DC電機(jī)具有起動(dòng)調(diào)速性能好、過載能力大的特點(diǎn)，適用于需要大范圍平穩(wěn)調(diào)速的場(chǎng)所，如有軌電車、電力機(jī)車、軋機(jī)、起重設(shè)備和有特殊運(yùn)行要求的自動(dòng)控制系統(tǒng)等。

電動(dòng)機(jī)

同步電機(jī)和異步電機(jī)有不同的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景。同步電機(jī)適用于大功率負(fù)載場(chǎng)合(如活塞式和離心式水泵、離心式風(fēng)機(jī)等。)需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和恒速，但其制造工藝復(fù)雜，無(wú)法自行啟動(dòng)。一般用于驅(qū)動(dòng)不需要調(diào)速的大型機(jī)械設(shè)備，如大型空壓機(jī)、球磨機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵等。低功率同步電機(jī)也常用于控制領(lǐng)域。同步電機(jī)由變頻電源供電，也可以變速運(yùn)行。

在異步電動(dòng)機(jī)中，單相電動(dòng)機(jī)適用于小功率設(shè)備，如日常生活中的電源、醫(yī)療儀器和一些工業(yè)設(shè)備。三相異步電動(dòng)機(jī)，特別是鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)久耐用、維護(hù)方便、起動(dòng)容易、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用作工業(yè)系統(tǒng)中電氣傳動(dòng)設(shè)備的動(dòng)力源，如各種機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、起重設(shè)備、加工設(shè)備等。它也有一些缺點(diǎn)，如速度不易調(diào)節(jié)，起動(dòng)性能差，所以在對(duì)起動(dòng)和調(diào)速要求高的場(chǎng)合，異步電機(jī)不如DC電機(jī)。此外，異步電動(dòng)機(jī)必須由電網(wǎng)提供勵(lì)磁電流，這增加了電力系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷，并導(dǎo)致系統(tǒng)的功率因數(shù)降低。為了提高功率因數(shù)，經(jīng)常使用同步電動(dòng)機(jī)。雖然調(diào)速特性和功率因數(shù)略低于DC電機(jī)和同步電機(jī)。因此，它仍然是一般應(yīng)用中使用最廣泛的電機(jī)。

大型電機(jī):大型交流電機(jī)的容量等級(jí)不斷提高，技術(shù)含量、產(chǎn)品性能、質(zhì)量和可靠性不斷提高。普通基本系列的大型電機(jī)將逐步替代大型DC軋鋼電機(jī)，大力發(fā)展技術(shù)含量高、防護(hù)等級(jí)不同、冷卻方式不同的特種大型電機(jī)替代進(jìn)口產(chǎn)品。

中小型電機(jī):產(chǎn)品向多用途、多品種、多適應(yīng)性方向發(fā)展。高效節(jié)能電機(jī)和機(jī)電一體化電機(jī)發(fā)展迅速，高可靠性、長(zhǎng)壽命、低噪聲、重量輕、外形美觀的電機(jī)受到重視。

分馬力電機(jī):產(chǎn)品向?qū)Ｓ谩⒏咝阅堋C(jī)電一體化和永磁DC方向發(fā)展。開發(fā)滿足負(fù)載需要的專用分馬力電機(jī)，向機(jī)電一體化、智能化、組合化方向發(fā)展，向自動(dòng)化方向發(fā)展制造技術(shù)。

微電機(jī):產(chǎn)品向高性能、輕薄短小、永磁、無(wú)芯、無(wú)刷、機(jī)電一體化、智能化、組合化方向發(fā)展。生產(chǎn)技術(shù)向集成化、柔性化、自動(dòng)化、專業(yè)化和生產(chǎn)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，測(cè)試技術(shù)向高效化和自動(dòng)化發(fā)展。