漫談“電動(dòng)電器”中的應(yīng)用技術(shù)

摘 要:本文主要闡述了家用電動(dòng)電器發(fā)展簡(jiǎn)史，論述了電機(jī)技術(shù)和家用電動(dòng)電器的中的應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:電機(jī)控制應(yīng)用技術(shù)電器

中圖分類號(hào):TM92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)03(b)-0000-00

1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特首先發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，1821年英國(guó)科學(xué)家法拉第試制出人類歷史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)，1834年德國(guó)人雅可比發(fā)明直流電動(dòng)機(jī)，1888年美國(guó)發(fā)明家特斯拉發(fā)明交流電動(dòng)機(jī)。由此，電動(dòng)（包括電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)）技術(shù)不斷成熟，人類社會(huì)從蒸汽時(shí)代邁入了電氣時(shí)代，適應(yīng)于不同用途的電動(dòng)機(jī)隨后也不斷被發(fā)明出來(lái)，成為工業(yè)生產(chǎn)、家庭生活中的主要?jiǎng)恿ε鋫洹０垂ぷ麟娫捶诸悾妱?dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。其中，交流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)種類很多，但工作原理相同，都是通過電磁感應(yīng)原理制成的，所以又可稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

1 常用家用電動(dòng)機(jī)及其特點(diǎn)

家用電動(dòng)電器中的電動(dòng)機(jī)較工業(yè)用電動(dòng)機(jī)功率要小，90%以上是單相電機(jī)，根據(jù)用途不同會(huì)采用不同特點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)。常見有：電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)等采用電容式電動(dòng)機(jī)或罩極式電動(dòng)機(jī)；吸塵器、料理機(jī)、豆?jié){機(jī)等采用串激式電動(dòng)機(jī)；電動(dòng)按摩器、電動(dòng)剃須刀等采用直流電機(jī)。

1.1 電容式電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)

電容式電動(dòng)機(jī)是在定子繞組上設(shè)有主繞組和副繞組〔啟動(dòng)繞組〕，其特點(diǎn)是在啟動(dòng)繞組中串聯(lián)大容量啟動(dòng)電容器，通電后使主、副繞組的電相角成90度，從而能產(chǎn)生較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、啟動(dòng)快速、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的特點(diǎn)。電容式電動(dòng)機(jī)由于分正、反相繞組，所以只要切換運(yùn)行繞組和啟動(dòng)繞組的串接方向，即可方便實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2 罩極式交流電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)

罩極式交流電動(dòng)機(jī)只有主繞組，沒有副繞組（啟動(dòng)繞組），其特點(diǎn)是在電機(jī)定子的兩極處各設(shè)有一副短路環(huán)，也稱為電極罩極圈。當(dāng)電動(dòng)機(jī)通電后，主磁極部分脈動(dòng)磁場(chǎng)會(huì)在罩極圈感應(yīng)產(chǎn)生二次電流，二次電流的磁場(chǎng)比主磁場(chǎng)要滯后些，從而構(gòu)成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)工作。罩極式單相電動(dòng)機(jī)還有一個(gè)特點(diǎn)，即可以很方便地轉(zhuǎn)換成二極或四極轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速電器配套使用。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其電氣性能略差于其他單相電機(jī)，但由于制作成本低，運(yùn)行噪聲較小，對(duì)電器設(shè)備干擾小，所以使用較廣。

1.3 串激式電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)

串激式電動(dòng)機(jī)屬于交、直流兩用電動(dòng)機(jī)，即它既可以使用交流電源工作，也可以使用直流電源工作。其特點(diǎn)是通過電刷、換向器將電流輸入電機(jī)電樞繞組進(jìn)行工作。兩用電機(jī)的轉(zhuǎn)向切換很方便，只要通過開關(guān)切換將磁場(chǎng)線圈反接，即能實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的逆轉(zhuǎn)或順轉(zhuǎn)。一般常用單相交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在50Hz交流電源中時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高也只能達(dá)每分鐘3000轉(zhuǎn)。而交直流兩用電動(dòng)機(jī)在交流或直流供電下，其電機(jī)轉(zhuǎn)速可高達(dá)每分鐘20000轉(zhuǎn)。串激式電動(dòng)機(jī)盡管體積小，但由于轉(zhuǎn)速高輸出功率大，輸出啟動(dòng)力矩大，在許多家用電器中得以應(yīng)用。

1.4 玩具直流電機(jī)的特點(diǎn)

直流電動(dòng)機(jī)中還有一種結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、用在玩具上的電機(jī)。這種電機(jī)的特點(diǎn)是用永久磁鐵作固定磁場(chǎng)的電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，廣泛應(yīng)用于電子玩具、微型按摩器等小型電器中。

2 家用電動(dòng)電器的技術(shù)應(yīng)用

家用電動(dòng)電器中的核心部件是電動(dòng)機(jī)，不同的電動(dòng)機(jī)除了有不同特點(diǎn)用途外，在應(yīng)用時(shí)還有一些技術(shù)歸納如下：

2.1 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

一般電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)是：定子在外，轉(zhuǎn)子在內(nèi)。定子中，嵌入漆包線圈，通電后產(chǎn)生（旋轉(zhuǎn)）磁場(chǎng)，通過電磁感應(yīng)讓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電流，從而產(chǎn)生電磁力矩。原理相同，但我們常?？吹降牡跎鹊慕Y(jié)構(gòu)卻與眾不同：定子在內(nèi)，轉(zhuǎn)子在外。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是考慮了吊扇運(yùn)行特點(diǎn)、安裝特點(diǎn)等因素而特別設(shè)計(jì)的。

2.2 電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)

電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)功用是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，代替人力來(lái)做功，但應(yīng)用時(shí)也可以有多種設(shè)計(jì)方法。如風(fēng)扇的發(fā)明較為簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)攜帶三、四個(gè)風(fēng)葉攪動(dòng)周邊的空氣流動(dòng)便產(chǎn)生了風(fēng)。常見的電扇、抽油煙機(jī)、吸塵器都與此相仿。最近我們從市場(chǎng)上還看到一款叫做無(wú)葉電扇的產(chǎn)品，著實(shí)讓人驚奇：一個(gè)豎立著的圓桶中吹出比普通電扇更為平衡的風(fēng)，但看不到扇葉！但我們解剖一下該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)就不難發(fā)現(xiàn)，它的座機(jī)底部還是存在電動(dòng)機(jī)和渦輪狀葉片，只不過它被底座外殼遮蓋起來(lái)了，它不象普通葉片通過攪動(dòng)、斬?cái)嗫諝鈦?lái)送風(fēng)，而是象水泵抽水一樣抽取空氣來(lái)送風(fēng)。

電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)不但可以送風(fēng)，也可以用來(lái)攪動(dòng)水流，攪動(dòng)的水流通過沖刷、翻動(dòng)衣服就能達(dá)到洗衣效果，這就是洗衣機(jī)原理。電動(dòng)機(jī)也可以帶動(dòng)衣服高速旋轉(zhuǎn)把衣服甩干，這是利用了離心力原理。雙桶洗衣機(jī)的洗衣桶和脫水桶是獨(dú)立設(shè)計(jì)的兩個(gè)桶，而全自動(dòng)洗衣機(jī)則將洗衣桶和脫水桶套裝在一起，達(dá)到洗衣、脫水的更高效率。滾筒式洗衣機(jī)則一改洗衣桶和脫水桶豎立安裝的方法，而是將兩桶套裝一起水平安裝、滾動(dòng)工作。以上事例可見電動(dòng)應(yīng)用技術(shù)的靈活性。

3 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的控制技術(shù)

通過電源的通斷可以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和停止。但在家用電動(dòng)電器我們還必須有運(yùn)轉(zhuǎn)速度和正、反轉(zhuǎn)的控制技術(shù)。為此，綜述如下：

3.1 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)

3.1.1 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)

直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可以比較簡(jiǎn)單，通過電阻降壓的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。但這種方法存在缺點(diǎn)，電源一部分能量在電阻上被消耗掉了，能量轉(zhuǎn)換效率非常低。為此，技術(shù)人員設(shè)計(jì)出脈寬調(diào)制方式（簡(jiǎn)稱為PWM），它是通過改變輸出方波的占空比使負(fù)載上的平均電流功率從0～100％變化來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整電機(jī)速度。這種技術(shù)除了可用在直流電機(jī)調(diào)速外，也可用在燈光等其它負(fù)載的工作狀態(tài)調(diào)整上，它的優(yōu)點(diǎn)是電能能得到充分利用，電路的效率高。

3.1.2 交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)

交流電動(dòng)機(jī)的速度公式為n=60f(1-s)/p。因此調(diào)速有三種方式：（A）調(diào)極對(duì)數(shù)P，多用于雙速或多速電動(dòng)機(jī)；（B）調(diào)轉(zhuǎn)差率s，常通過定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子調(diào)電阻實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在已經(jīng)很少采用；（C）調(diào)電源頻率f，簡(jiǎn)稱為變頻調(diào)速技術(shù)，電機(jī)轉(zhuǎn)速可以很平滑地進(jìn)行，為現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)控制首選的技術(shù)。

3.2 電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制技術(shù)

3.2.1 直流電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制技術(shù)

直流電動(dòng)機(jī)要實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，只需要交換正、負(fù)電源線，也可以通過換向開關(guān)操作。在一些自動(dòng)化電器上，電機(jī)正、反轉(zhuǎn)更換頻繁，這就需要用全橋驅(qū)動(dòng)電路（又稱H橋驅(qū)動(dòng)電路，）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 交流電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制技術(shù)

交流電動(dòng)機(jī)中的三相電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制最為簡(jiǎn)單，只要改變電動(dòng)機(jī)中線圈相序就可。但家用的電動(dòng)機(jī)大多是單相電動(dòng)機(jī)，要實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)就要注意電機(jī)的結(jié)構(gòu)。如罩極式交流電動(dòng)機(jī)就不具備正、反轉(zhuǎn)控制，而對(duì)需要正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的電容式電動(dòng)機(jī)的主副線圈這時(shí)也需要做到一樣的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以利于將啟動(dòng)電容在正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行分別串聯(lián)于對(duì)應(yīng)的線圈中。

家用電動(dòng)電器除了上述電器外，還有空調(diào)、冰箱等制冷類器具也應(yīng)歸屬于電動(dòng)電器，空氣壓縮機(jī)是其心臟部件。

參考文獻(xiàn)

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