磁阻电机

一种连续运行的电气传动装置

磁阻电机是一种连续运行的电气传动装置，其结构及工作原理与传统的交、直流电动机有很大的区别。它不依靠定、转子绕组电流所产生磁场的相互作用而产生转矩，而是依靠“磁阻最小原理”产生转矩。

简介

主要是横轴与纵轴磁导不同，依靠这种磁导的变化产生同步转矩 (亦称磁阻力矩) 维持电机以某一特定的同步转速运行。磁阻力矩的产生可用图1中磁力线被扭斜的形象加以描述。

当磁阻式同步电动机转子的d轴与定子的磁极中心线重合时，磁力线和d轴平行通过气隙，转子。但当转子处于图1 (b) 所示的位置时，磁力线被扭斜，而磁力线的闭合回路磁阻应最小，所以产生一个切向力F，在切向力F的作用下，转子沿逆时针方向转动，力求回到图1 (a) 的状态。当定子为三相或二相或单相电容分相运行时，在空间产生一个旋转磁场，旋转磁场的旋转相当图4.3-1中定子磁极N、S在空间旋转，转子不动则定子磁极和转子之间必然出现图1 (b) 所示的状态，切向力 F必然产生，所以在F作用下转子沿旋转磁场方向旋转。

磁阻式同步电动机定子结构和普通的同步电机或异步电机相同，主要采用两相绕组或单相电容分相启动或运行的单相绕组。

所谓“磁阻最小原理”，即：“磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，从而产生磁拉力，进而形成磁阻性质的电磁转矩”和“磁力线具有力图缩短磁通路径以减小磁阻和增大磁导的本性”。

结构原则

在转子旋转时，磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以，该电动机的定、转子均采用双凸极结构，并用硅钢片叠制而成。在每个定子磁极上都装有简单的集中绕组，并把径向相对的两个定子磁极上的绕组以串联或并联的方式构成一相。在转子上无任何绕组，也无永磁体。按照电动机的相数，可分为奇数相和偶数相。按照电动机的磁路结构，可分为两极型长磁路结构和四极型短磁路结构。按照电动机的通电励磁模式，有单相励磁和多相励磁之分。

磁阻效应

磁阻效应是指电阻在磁场中增加的现象。磁阻效应在半导体中尤为显著。效应的大小通常用电阻的改变量和电阻本身的比值来量度：

ρ0和ρB分别为无磁场和有磁场时的电阻。一般来说，磁阻的大小与电流所沿的晶向及电流和磁场的相对取向有关。电流和磁场互相垂直时的磁阻称为横向磁阻；而电流与磁场平行时则称为纵向磁阻。

在磁场中，由于Lorentz力的作用，一般来说载流子的运动将发生偏转，这是产生磁阻效应的原因。但在等能面为球形的简单能带的情形下，纵向磁阻为零。因为在此情形下，漂移速度与磁场平行. 磁场的存在并不改变载流子的漂移运动，但横向磁阻一般不为零。在横向磁场下，作漂移运动的载流子同时受到Lorentz力和由Hall电场产生的静电力的作用。这两种力的作用在总体上相互抵消，使横向电流为零。但在动量弛豫时间依赖于能量的情形下，不同能量的载流子有不同的平均(漂移)速度，所受Lorentz力的大小并不相同。只是某一特定能量(平均速度)的载流子所受Lorentz力与静电力完全抵消。高于和低于此能量(平均速度)者，所受合力分别指向相反的方向，使载流子的漂移运动向两边偏转。这将导至电流减小，即导至横向磁阻效应。但应指出在简单能带情形下，当弛豫时间与能量无关时，横向磁阻为零。

永磁电机

是磁阻电机的另一种形式。它与普通磁阻电机的区别在于，在每个电机齿上安装有永磁体。电机运行时当定子绕组产生的磁场与永磁体磁场方向相同时，磁场可以从齿部流通。而当定子绕组产生的磁场与永磁体磁场相反时，齿的内部形成了回路，磁场无法通过齿部。这样就好像是磁路的开关，因此得名。开关磁阻电机的优点在于，电机的最大转矩将由于存在永磁体而增大。但每一个周期，永磁体的功率都为0。即永磁体并不提供能量，而且这种电机的转矩脉动将有所增加。

直流电机

直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器。它主要作为直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁电源等所需的直流电机。虽然在需要直流电的地方，也用电力整流元件，把交流电转换成直流电，但从某些工作性能方面来看，交流整流电源还不能完全取代直流发电机。

直流电动机是将直流电能转换为机械能的转动装置。电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。根据是否是否配置有常用的电刷-换向器可以将直流电动机分为两类，包括有刷直流电动机和无刷直流电动机。

无刷直流电机是近几年来随着微处理器技术的发展和高开关频率、低功耗新型电力电子器件的应用，以及控制方法的优化和低成本、高磁能级的永磁材料的出现而发展起来的一种新型直流电动机。

无刷直流电机既保持了传统直流电机良好的调速性能又具有无滑动接触和换向火花、可靠性高、使用寿命长及噪声低等优点，因而在航空航天、数控机床、机器人、电动汽车、计算机外围设备和家用电器等方面都获得了广泛应用。

按照供电方式的不同，无刷直流电机又可以分为两类：方波无刷直流电动机，其反电势波形和供电电流波形都是矩形波，又称为矩形波永磁同步电动机；正弦波无刷直流电动机，其反电势波形和供电电流波形均为正弦波。

交流电机

“交流电机”是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比，由于没有换向器（见直流电机的换向），因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大，从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。20世纪80年代初，最大的汽轮发电机已达150万千瓦。交流电机是由美籍塞尔维亚裔科学家尼古拉·特斯拉发明的。

用单相电容式电机说明：单相电机有两个绕组，即起动绕组和运行绕组。两个绕组在空间上相差90度。在起动绕组上串联了一个容量较大的电容器，当运行绕组和起动绕组通过单相交流电时，由于电容器作用使起动绕组中的电流在时间上比运行绕组的电流超前90度角，先到达最大值。在时间和空间上形成两个相同的脉冲磁场，使定子与转子之间的气隙中产生了一个旋转磁场，在旋转磁场的作用下，电机转子中产生感应电流，电流与旋转磁场互相作用产生电磁场转矩，使电机旋转起来。

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