电机的特性及在各领域的应用
摘要：电机是家电产品上的重要部件。电机驱动技术复杂，电机驱动技术已成为电气控制领域的核心技术。本文针对家电领域各类电机应用展开详细探讨，详细说明各类电机应用方向以及发展趋势，并简单阐述电机工作原理，将电机的应用加以分析。 关键词：电机，电机驱动技术，发展趋势，应用
1引言
我们知道，电机的基本工作原理是利用带电导体和磁场间的相互作用进行机械能和电能
之间的相互转换。其中，发电机实现机械能到电能之间转换，电动机完成电能到机械能之间的转换。电机控制是指，对电机的启动、加速、运转、减速及停止进行的控制。根据不同电机的类型及电机的使用场合有不同的要求及目的。对于电动机，通过电机控制，达到电机快速启动、快速响应、高效率、高转矩输出及高过载能力的目的。电机控制技术涉及到机械学、电动力学、电机学、自动控制、微处理器技术、电力电子学、传感器技术、计算机仿真学、计算机接口技术，软件工程学等等群体技术。家电领域涉及电机种类多，控制复杂，已成为家电领域核心技术。家电用电机主要是小功率电机，凡家庭中有转动件的，都是由电机来驱动的，如空调用的室内机风扇电机、室外机的风扇电机、压缩机、室内机转叶电机等。家用电器性能与所匹配的小功率电机有着直接的关系，电机的效率、功率因数、调速范围及噪声直接与家用电器的节能环保有着密切的关系。家电用电机，品种多，用途广，而专用性强，通用性差，家用电器用小电机，虽然使用广泛，但由于使用场合不一致，各种家用电器对各类小电机的要求也不尽相同。为了达到各种不同的使用要求，许多电机结构和性能指标需要进行不同的设计和生产，导致各种小电机专用性强、通用性差。家用电机规模化生产、利润薄，随着家用电器的普及，对小电机用量也随之增多，这就需要进行规模化生产，才能满足家用电器用电机的需求。世界小电机产业经过美国向其他发达国家转移，再向发展中国家的转移，设计技术、生产技术相对较为成熟，再加上家用电器本身相互间竞争、相互压价，导致小电机的价格不断下降，从而对生产厂商来说，利润渐薄。一方面，规模化的生产可追求高成品率，不断寻找廉价代用材料，不断降低小电机产品成本，增加竞争力，获取可能多的利润；另一方面，利润薄要求通过规模化的生产来保证生产厂商的利润。下面具体阐述各种电机的原理，应用，和发展前景。
2无刷直流永磁电机
无刷直流电机(Brushless DC Motor，以下简称BLDC)是随着电力电子技术及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机。以其体积小、重量轻、效率高、惯量小和控制精度高等优点,同时还保留了普通直流电动机优良的机械特性,广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等领域。从广义的电机概念看，永磁无刷直流电机由三大部分组成：电机本体、位置检测器、直---交无源逆变器。若与原有直流电动机一一对应，则永磁体构成的转子与原直流电机的定子相对应，其作用是产生一个恒定的气隙磁场。由位置检测器与逆变器一起构成一个电子换向器，取代原直流电动机的机械接触式换向装置。控制系统是调速系统的组成部分。永磁直流电机广泛应用于各种便携式的电子设备或器具中，如录音机、VCD机、电唱机、电动按摩器及各种玩具，也用于洗衣机、空调、洗碗机等。无刷直流电机，效率高，永磁无刷直流电机属于同步电机永磁无刷直流电机属于同步电机，，其转子的永磁特性决定了该电机不需要像异步电机一样进行转子励磁定了该电机不需要像异步电机一样进行转子励磁，，所以转子上没有铜耗和铁耗上没有铜耗和铁耗，，在额定负载下其效率比同容量异步电动机提高5%--12%。且无刷直流电机高效率区范围宽在额定负载下在额定负载下，永磁无刷直
流电机系统效率大于80%的区的区间占整个电机的转速范围的70%以上。无刷直流电机功率因数高。永磁无刷直流电机转子无需励磁永磁无刷直流电机转子无需励磁，功率因数接近1。 永磁无刷直流电机启动转矩大、启动电流小、过载转矩大。永磁无刷直流电机的机械特性和调节特性与直流电动机特性类似动机特性类似，因此它的启动转矩大，启动电流小，调节范围宽，，也无需像同步电机那样需要启动绕组。另外，永磁无刷直流电机的最大过载转矩可达到其额定转矩的4倍。因此，永磁无刷直流电机得到广泛应用。
3单相感应电机
除罩极电动机具有凸出的磁极外，单相感应电动机的铁心均与普通三相感应电动机相类似；转子都是普通的笼型转子；定子上装有单项绕组，称为工作绕组。小型单相感应电动机的定子内径较小，嵌线比较困难，故大多采用单层绕组。为了削弱定子磁动势中幅值的三次谐波，也有采用双层绕组和正弦绕组的，以改善启动性能。单相感应电动机用单相电源供电，使用方便，广泛地应用于家用电器（如电冰箱、电风扇、洗衣机等）和医疗器械；，在工业、医疗及日常生活中有着广泛的应用，常用于拖动搅拌器、砂轮、风扇以及自动控制等。单相感应电动机的体积要比同容量的三相感应电动机大、运行性能稍差，因此不能太大，一般在几百瓦一下。感应运转型感应电机不只在启动时，在运转时也使用辅助线圈和电容器。虽然启动转矩不是很大，但其结构简单，信赖度高，效率也高，还可以连续运转。单相电机为感应运转型感应电机，效率高，噪声低。运转时，产生与旋转方向相反的转矩，因此不可能在短时间内改变方向。应在电机完全停止以后，再转换其旋转方向。单向感应电机优点显著，在家电方面得到广泛应用。
4开关磁阻电机
开关磁阻电动机（Switched Reluctance Drive ：SRD）是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。开关磁阻电机结构简单、成本低、可用于高速运转。SRD的结构比鼠笼式感应电动机还要简单。其突出的优点是转子上没有任何形式的绕组，因此不会有鼠笼感应电机制造过程中铸造不良和使用过程中的断条等问题。其转子机械强度极高，可以用于超高速运转（如每分钟上万转）。在定子方面，它只有几个集中绕组，因此制造简便、绝缘结构简单。开关磁阻电动机功率电路简单可靠。因为电动机转矩方向与绕组电流方向无关，即只需单方相绕组电流，故功率电路可以做到每相一个功率开关。开关磁阻电机系统可靠性高。从电动机的电磁结构上看，各项绕组和磁路相互独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转矩。而不像在一般电动机中必须在各相绕组和磁路共同作用下产生一个旋转磁场，电动机才能正常运转。从控制结构上看，各相电路各自给一相绕组供电，一般也是相互独立工作。由此可知，当电动机一相绕组或控制器一相电路发生故障时，只需停止该相工作，电动机除总输出功率能力有所减小外，并无其他妨碍。近20年来，开关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步，已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域，功率范围从10W到5MW，最大速度高达100000 r/min。开关磁阻电机最初的应用领域就是电动车。现在，一些洗衣机上也使用开关磁阻电机。长期以来，洗衣机基本上都采用了一种变极双速单相感应电动机而勉强达到使用要求，但缺点是很明显的： 调速性能差， 单相变极双速感应电动机的效率很低，而其起动电流竟是额定电流的7～8倍以上，这会对电网造成冲击。如果用开关磁阻调速电动机来取代单相变极双速感应电动机则可以取得十分满意的效果。 开关磁阻电机还在空调上有应用。 空调、电冰箱的核心部件是压缩机，可是目前进入千家万户的普通空调、电冰箱的压缩机大都是由单相异步电动机来驱动的。它的缺点表现为：一、由于他
们采用简单的通断式来进行控温，这样将带来许多毛病，如系统效率低、功率因素低、温度起伏大、因起动电流大而对电网产生冲击等。二、近年来出现了“变频空调”新产品，它采用异步电动机变频调速系统来取代单相异步电动机。而开关磁阻调速电动机系统除了具有变频调速系统的一系列优点外，它具有比变频调速系统更高的电能 — 机械能转换效率，特别是在中、低转速运行时，这一优势就更加明显。开关磁阻电机的一系列优点决定了它的广阔市场。
5总结
永磁直流电机适应性强，性能稳定，优点众多，随技术的成熟，价格已经不断下降，现在，永磁直流电机的售价已与异步电动机和普通变频器售价之和相差无几。特别是出现永磁无刷电机后，永磁直流电机的生产数量在不断地上升。随着时代的发展，永磁直流电机的应用会更多，更广。感应电机结构简单，制造方便，价格便宜，运行方便，但功率因素滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差，在某些领域不能很好满足需要。新型开关磁阻电机优点众多，技术尚在开发，完善的阶段，相信不久的将来，技术成熟，可推广普及可产生很好的经济效益和社会效益。