内容简介
电动机作为现代社会高效运转的“隐形心脏”,广泛应用于智能手机、家用电器、电动汽车、工业设备、无人机等各个领域。
《秒懂电动机》共分为7章,内容涵盖电动机的基本概念与电磁感应原理,直流电动机、无刷电机、交流电动机、其他特色电机(如步进电机、磁阻电机、超声波电机)的结构、特性和应用,以及电动机选型的要点。《秒懂电动机》以简明易懂的方式,结合丰富的实例,重点讲解电动机如何将电能转化为机械能、电刷与换向器的作用、变频器调速、再生制动等知识,并穿插空调压缩机、电动汽车、智能手机等贴近生活的应用实例。
目录
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第1章 什么是电动机?
第1讲 电动机的作用是驱动负载旋转 002
第2讲 没有电动机,就没有现代生活 004
第3讲 磁铁的力量——磁力 006
第4讲 电流周围会产生磁场 008
第5讲 由电和磁产生的电磁力 010
第6讲 电动机为什么会旋转? 012
第7讲 电动机旋转时会发电 014
第8讲 旋转的力——转矩 016
第9讲 了解电动机的输出功率 018
第10讲 电动机驱动的对象——负载 020
专栏1 电风扇与电动机 023
第11讲 了解电动机的种类 024
专栏2 什么是磁化? 026
第2章 电动机的基础:直流电动机
第12讲 电动机的结构与分类 028
专栏3 智能手机中的微型直流电动机 031
第13讲 直流电动机为何会转? 032
专栏4 CD、电动机与角速度 035
第14讲 电刷与换向器的作用 036
第15讲 直流电动机转速与电压的关系 038
专栏5 电动机控制与家用电器①:空调 041
第16讲 直流电动机的性能
可以通过*线表示 042
第17讲 永磁电动机与励磁电动机 044
专栏6 电动机控制与家用电器②:冰箱 047
第18讲 直流电动机控制真的简单吗? 048
第19讲 什么是电枢反应? 050
第20讲 什么是斩波控制? 052
第21讲 直流电动机的弱点在电刷? 054
第3章 电子换向的无刷电机
第22讲 用电子技术替代电刷功能 058
第23讲 无刷电机是如何旋转的? 060
第24讲 无刷电机有转速上限吗? 062
第25讲 无刷电机的换流 064
专栏7 爱迪生发电机 067
第26讲 无刷电机的优势 068
第27讲 转子永磁体对性能有显著影响 071
第28讲 铁芯不仅仅是绕线芯 074
专栏8 将晶体管作为开关使用 077
专栏9 无人机与无刷电机 078
第4章 当前的主流—交流电动机
第29讲 什么是三相交流? 080
专栏10 吸尘器中的高转速电动机 083
第30讲 磁场的旋转 084
第31讲 交流电动机为何会旋转? 086
专栏11 基础设施与交流电动机 089
第32讲 交流电动机的转速与交流电的频率 090
专栏12 停电时为什么自来水不能使用? 093
第33讲 交流电动机的分类 094
专栏13 电动机分类小结 097
第34讲 单相交流电动机是如何运转的? 098
专栏14 电流战争 101
专栏15 照明用电与动力用电 102
第5章 进化后的交流电动机
第35讲 磁铁、电力电子和计算机的进化 104
第36讲 永磁同步电动机应运而生 106
专栏16 电动汽车的种类与电动机 109
第37讲 SPM 与IPM 的区别在于永磁体的位置 110
专栏17 混合动力汽车 113
第38讲 IPM 产生的磁阻转矩 114
第39讲 用变频器控制感应电动机 116
专栏18 燃油车中的电动机 119
第40讲 变频器如何控制电动机? 120
专栏19 电力机车的电动机与再生制动 123
第41讲 通过矢量控制实现精准控制 124
专栏20 电力电子 127
第6章 各具特色的电动机类型
第42讲 步进电机——靠脉冲驱动 130
专栏21 什么是脉冲? 133
第43讲 各种各样的步进电机 134
专栏22 电梯为什么不会晃动? 137
第44讲 磁阻电动机是未来发展方向吗? 138
第45讲 输出大转矩的开关磁阻电动机 140
专栏23 自动扶梯的速度控制 143
第46讲 交直流两用的通用电动机 144
专栏24 在楼宇和公寓中发挥作用的电动机 147
第47讲 仅靠直线电动机无法实现悬浮 148
第48讲 直接驱动负载的直驱电动机 150
第49讲 进行反馈控制的伺服电机 152
第50讲 小巧的主轴电机 154
第51讲 低速也能大转矩——减速电动机 156
第52讲 医疗设备中的超声波电机 158
第53讲 在微型机械中大显身手的静电电机 160
第54讲 曾经使用过的电动机 162
专栏25 位置、速度、加速度 164
第7章 电动机选型概要
第55讲 尝试将电动机直接连接到电源 166
第56讲 如何判断电动机性能? 169
第57讲 转矩与电流成正比,转速与电压成正比 172
第58讲 电动机如何节能? 174
第59讲 用斩波器调整直流电流和电压 176
第60讲 用变频器控制电动机转速 178
第61讲 为什么逆变器能产生交流电? 181
专栏26 工厂里到处都是电动机 184
第62讲 了解逆变柜的原理 185
第63讲 了解反馈控制的原理 187
第64讲 试试用电动机制动 190
第65讲 启动电动机的技术 193
专栏27 电动机的测量 196
试读
第1章什么是电动机?
电动机是一种将电能转换为机械能,以产生旋转运动,从而驱动物体旋转的装置。在本章中,我们将*先学习电动机的动力来源——电与磁的基本知识,以深入理解电动机的旋转原理。
**讲电动机的作用是驱动负载旋转
了解电动机的作用负载电动机的作用
电动机是用于驱动机械设备旋转的装置。
电动机通过电能来驱动负载旋转,实现机械运动。通常情况下,电动机不会空转,而是带动一个被称为负载的机械对象旋转。电动机的作用是根据负载的性质和状态,提供旋转动力使其运转。
例如,在电动汽车中,电动机驱动车轮旋转,从而使车辆前进。此时,电动机的主要功能是使车轮旋转,车辆的前进则依赖于车轮与地面的机械传动。再如,水泵的电动机驱动泵体旋转,使水泵完成抽水动作。可见,电动机的基本作用是驱动负载旋转,而负载的机械结构则将旋转运动转化为有田的机械功。
此外,电动机不仅能驱动负载,还可通过控制实现制动效果(参见第64讲)。例如,在下坡行驶时,将电动汽车置于低速挡,可起到制动的作用。
电动机的旋转过程实际上是由能转化为机械能的过程。在电动机内部,电能先转化为磁能,再通过电与磁相互作用产生转矩,实现旋转。
理解电动机的旋转原理,需要掌握电与磁的相关知识,尤其是电磁感应。本章的目标是加深对由磁感应的理解,解释“电动机为何能够旋转”。让我们从日常生活中常见的电动机开始,逐步学习其工作原理。
第二讲 没有电动机,就没有现代生活
提到“由电动机驱动的设备”,你*先会想到什么?汽车、电梯或许是*直观的例子,但实际上,电动机的应用远不止这些。电动机无处不在,支撑着我们的日常生活。
下面,让我们通过一天的生活场景,来感受电动机的广泛应用。
早晨,智能手机的闹铃和振动功能将你唤醒。手机的振动是通过微型电动机实现的。
起床后洗脸,水龙头流水依赖由电动机驱动的水泵提供水压。早餐时,你从冰链中取出冷藏的牛奶。冰箱的制冷系统内含电动机,驱动压缩机和循环风扇。
出门上班,地铁站的白动扶梯由电动机驱动,地铁列车同样靠电动机提供动力。
到单位打开计算机,按下电源键时,机箱内的散热风扇由电动机驱动,“嗡嗡”声提醒你设备开始运行。
回家时选择乘坐出租车,不论是电动汽车还是燃油汽车,车内都配备了多个电动机,用于驱动车窗、电动座椅、风扇等辅助系统。
回到家打开电视,画面中出现无人机航拍镜头。无人机飞行依赖高效电动机提供动力。
由此可见,电动机广泛应用于各类设备,默默支撑着现代生活的各个方面。
第三讲磁铁的力量——磁力
电磁感应的基本原理 磁力 磁场 永磁体 磁力线
电动机是基于磁力实现旋转的装置。磁力是磁铁所具有的一种作用力,能够吸引或排斥周围的磁性物质,如其他磁铁或铁。电动机正是利用磁力产生旋转力矩(转矩)的。这一原理看似复杂,让我们先从磁铁的基本特性开始了解。
磁铁能够吸引铁,是因为铁在磁铁靠近时会暂时被磁化,产生自身的磁极,并与磁铁的磁极相互吸引。这种现象被称为磁感