變速電動機

電動機（Motors）是把電能轉換成機械能的設備，它是利用通電線圈在磁場中受力轉動的現象製成，分佈於各個用戶處，電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，電力系統中的電動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者是非同步電機（電機定子磁場轉速與轉子旋轉轉速不保持同步速）。電動機主要由定子與轉子組成。通電導線在磁場中受力運動的方向跟電流方向和磁感線（磁場方向）方向有關。電動機工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機轉動。

它是將電能轉變為機械能的一種機器。通常電動機的作功部分作旋轉運動，這種電動機稱為轉子電動機；也有作直線運動的，稱為直線電動機。電動機能提供的功率範圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級。電動機的使用和控制非常方便，具有自起動、加速、制動、反轉、掣住等能力，能滿足各種運行要求；電動機的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環境，雜訊也較小。由於它的一系列優點，所以在工農業生產、交通運輸、國防、商業及家用電器、醫療電器設備等各方面廣泛應用。

各種電動機中應用最廣的是交流非同步電動機（又稱感應電動機）。它使用方便、運行可靠、價格低廉、結構牢固，但功率因數較低，調速也較困難。大容量低轉速的動力機常用同步電動機（見同步電機）。同步電動機不但功率因數高，而且其轉速與負載大小無關，只決定於電網頻率。工作較穩定。在要求寬範圍調速的場合多用直流電動機。但它有換向器，結構複雜，價格昂貴，維護困難，不適於惡劣環境。20世紀70年代以後，隨著電力電子技術的發展，交流電動機的調速技術漸趨成熟，設備價格日益降低，已開始得到應用。電動機在規定工作制式（連續式、短時運行制、斷續周期運行制）下所能承擔而不至引起電機過熱的最大輸出機械功率稱為它的額定功率，使用時需注意銘牌上的規定。電動機運行時需注意使其負載的特性與電機的特性相匹配，避免出現飛車或停轉。電動機的調速方法很多，能適應不同生產機械速度變化的要求。一般電動機調速時其輸出功率會隨轉速而變化。從能量消耗的角度看，調速大致可分兩種：①保持輸入功率不變。通過改變調速裝置的能量消耗，調節輸出功率以調節電動機的轉速。②控制電動機輸入功率以調節電動機的轉速。

電動機使用了電流的磁效應原理，發明這一原理的的是丹麥物理學家奧斯特1777年8月14日生於蘭格朗島魯德喬賓的一個藥劑師家庭。1794年考入哥本哈根大學，1799年獲博士學位。1801～1803年去德、法等國訪問，結識了許多物理學家及化學家。1806年起任哥本哈根大學物理學教授，1815年起任丹麥皇家學會常務秘書。1820年因電流磁效應這一傑出發現獲英國皇家學會科普利獎章。1829年起任哥本哈根工學院院長。1851年3月9日在哥本哈根逝世。

他曾對物理學、化學和哲學進行過多方面的研究。由於受康德哲學與謝林的自然哲學的影響，堅信自然力是可以相互轉化的，長期探索電與磁之間的聯繫。1820年4月終於發現了電流對磁針的作用，即電流的磁效應。同年7月21日以《關於磁針上電衝突作用的實驗》為題發表了他的發現。這篇短短的論文使歐洲物理學界產生了極大震動，導致了大批實驗成果的出現，由此開闢了物理學的新領域──電磁學。

1812年他最先提出了光與電磁之間聯繫的思想。1822年他對液體和氣體的壓縮性進行了實驗研究。1825年提煉出鋁，但純度不高。在聲學研究中，他試圖發現聲所引起的電現象。他的最後一次研究工作是抗磁性。

他是一位熱情洋溢重視科研和實驗的教師，他說：“我不喜歡那種沒有實驗的枯燥的講課，所有的科學研究都是從實驗開始的”。因此受到學生歡迎。他還是卓越的講演家和自然科學普及工作者，1824年倡議成立丹麥科學促進協會，創建了丹麥第一個物理實驗室。

1908年丹麥自然科學促進協會建立“奧斯特獎章”，以表彰做出重大貢獻的物理學家。1934年以“奧斯特”命名CGS單位制中的磁場強度單位。1937年美國物理教師協會設立“奧斯特獎章”，獎勵在物理教學上做出貢獻的物理教師。

1820年發現電流的磁效應

自從庫侖提出電和磁有本質上的區別以來，很少有人再會去考慮它們之間的聯繫。而安培和畢奧等物理學家認為電和磁不會有任何聯繫。可是奧斯特一直相信電、磁、光、熱等現象相互存在內在的聯繫，尤其是富蘭克林曾經發現萊頓瓶放電能使鋼針磁化，更堅定了他的觀點。當時，有些人做過實驗，尋求電和磁的聯繫，結果都失敗了。奧斯特分析這些實驗后認為：在電流方向上去找效應，看來是不可能的，那麼磁效應的作用會不會是橫向的？

在1820年4月，有一次晚上講座，奧斯特演示了電流磁效應的實驗。當伽伐尼電池與鉑絲相連時，靠近鉑絲的小磁針擺動了。這一不顯眼的現象沒有引起聽眾的注意，而奧斯特非常興奮，他接連三個月深入地研究，在1820年7月21日，他宣布了實驗情況。

奧斯特將導線的一端和伽伐尼電池正極連接，導線沿南北方向平行地放在小磁針的上方，當導線另一端連到負極時，磁針立即指向東西方向。把玻璃板、木片、石塊等非磁性物體插在導線和磁針之間，甚至把小磁針浸在盛水的銅盒子里，磁針照樣偏轉。

奧斯特認為在通電導線的周圍，發生一種“電流衝擊”。這種衝擊只能作用在磁性粒子上，對非磁性物體是可以穿過的。磁性物質或磁性粒子受到這些衝擊時，阻礙它穿過，於是就被帶動，發生了偏轉。

導線放在磁針的下面，小磁針就向相反方向偏轉；如果導線水平地沿東西方向放置，這時不論將導線放在磁針的上面還是下面，磁針始終保持靜止。

他認為電流衝擊是沿著以導線為軸線的螺旋線方向傳播，螺紋方向與軸線保持垂直。這就是形象的橫向效應的描述。

奧斯特對磁效應的解釋，雖然不完全正確，但並不影響這一實驗的重大意義，它證明了電和磁能相互轉化，這為電磁學的發展打下基礎。

其它方面的成就

奧斯特曾經對化學親合力等作了研究。1822年他精密地測定了水的壓縮係數值，論證了水的可壓縮性。1823年他還對溫差電作出了成功的研究。他對庫侖扭秤也作了一些重要的改進。

奧斯特在1825年最早提煉出鋁，但純度不高，以致這項成就在冶金史上歸屬於德國化學家F.維勒(1827)。他最後一項研究是40年代末期對抗磁體的研究，試圖用反極性的反感應效應來解釋物質的抗磁性。同一時期M.法拉第在這方面的成就超過了奧斯特及其法國的同輩。法拉第證明不存在所謂的反磁極。並用磁導率和磁力線的概念統一解釋了磁性和抗磁性。不過，奧斯特研究抗磁體的方法仍具有很深的影響。

出版了《奧斯特科學論文》集

他的重要論文在1920年整理出版，書名是《奧斯特科學論文》。

單相交流電動機的旋轉原理

單相交流電動機只有一個繞組，轉子是鼠籠式的。

單相電不能產生旋轉磁場。要使單相電動機能自動旋轉起來，我們可在定子中加上一個起動繞組，起動繞組與主繞組在空間上相差90度，起動繞組要串接一個合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相原理。這樣兩個在時間上相差90度的電流通入兩個在空間上相差90度的繞組，將會在空間上產生（兩相）旋轉磁場，在這個旋轉磁場作用下，轉子就能自動起動.

電機拆卸前應做哪些詳細檢查和試驗？

（1）在拆卸前，要用壓縮空氣吹凈電機表面灰塵，並將表面污垢擦拭乾凈。

（2）選擇電機解體的工作地點，清理現場環境。

（3）熟悉電機結構特點和檢修技術要求。

（4）準備好解體所需工具（包括專用工具）和設備。

（5）為了進一步了解電機運行中的缺陷，有條件時可在拆卸前做一次檢查試驗。為此，將電機帶上負載試轉，詳細檢查電機各部分溫度、聲音、振動等情況，並測試電壓、電流、轉速等，然後再斷開負載，單獨做一次空載檢查試驗，測出空載電流和空載損耗，做好記錄。

（6）切斷電源，拆除電機外部接線，做好記錄。

（7）選用合適電壓的兆歐表測試電機絕緣電阻。為了跟上次檢修時所測的絕緣電阻值相比較以判斷電機絕緣變化趨勢和絕緣狀態，應將不同溫度下測出的絕緣電阻值換算到同一溫度，一般換算至75℃。

（8）測試吸收比K。當吸收比大於1.33時，表明電機絕緣不曾受潮或受潮程度不嚴重。為了跟以前數據進行比較，同樣要將任意溫度下測得的吸收比換算到同一溫度。

電動機的種類

1．按工作電源分類根據電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。

2．按結構及工作原理分類電動機按結構及工作原理可分為直流電動機，非同步電動機和同步電動機。

同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同布電動機。

非同步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相非同步電動機、單相非同步電動機和罩極非同步電動機等。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。

直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、並勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。

3．按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為電容起動式單相非同步電動機、電容運轉式單相非同步電動機、電容起動運轉式單相非同步電動機和分相式單相非同步電動機。

4．按用途分類電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機。

驅動用電動機又分為電動工具（包括鑽孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃鬚刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫療器械、電子儀器等）用電動機。

控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。

5．按轉子的結構分類電動機按轉子的結構可分為籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型非同步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型非同步電動機）。

6．按運轉速度分類電動機按運轉速度可分為高速電動機、低速電動機、恆速電動機、調速電動機。

低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。

調速電動機除可分為有級恆速電動機、無級恆速電動機、有級變速電動機和無極變速電動機外，還可分為電磁調速電動機、直流調速電動機、PWM變頻調速電動機和開關磁阻調速電動機。