编者荐语：

　　最近正研究电机及其驱动芯片，凑巧看到清华大学卓晴教授的这篇文章，忍不住想要分享。

　　以下文章来源于TsinghuaJoking ，作者卓晴

　　TsinghuaJoking

　　.这是一个公众号，它不端、不装，与你同游在课下、课上。 卓晴博士，清华大学中央主楼 626A。010-62773349, 13501115467，zhuoqing@tsinghua.edu.cn

　　拍明芯城

　　ICZOOM拍明芯城是快速撮合的元器件交易平台，是一站式元器件供采和综合供应链服务平台，专注于为中小微客户提供电子产业互联网服务，包括撮合服务、配单服务、寄售代购、报关报检、软件定制、智能仓储、智慧物流、供应链金融等深度垂直服务。

　　1、直线感应电动机原理

　　一、碰撞试验

　　  这个被强行拉上摩托车的倒霉蛋是一个测试假人，主要参与高速摩托车行驶过程中防护性能测试。 能够在极短轨道上将待测的车辆与假人加速到每小时30英里，依靠的是一台线性感应电动机。 这是倒数10个数字之后， 整个加速后的车与人和终点障碍相撞的情形， 让我们再看一下。

　　二、直线感应电机

　　  直线感应电机的工作原理，是依靠运动的磁场在金属表面感应电流， 进而电流再和磁场发生安培力从而在金属物体与磁体之间产生相互作用力。 这里是一个演示装置，一个旋转盘上安装有永磁铁，旋转之后可以带动与其平行的金属盘转动。

　　  那么问题来了，如何能够产生快速运动的电磁场呢。 你会看到这里并排摆放着很多线圈，在它们上面就会有高速 运动的磁场。 这些运动的磁场就像一条河流一样，可以承载着金属物体，并且对其产生推动。 让我们再换一个角度看一下，这条高速运动的磁场河流如何能够托住这个金属铝板，并且能够带动它往一个方向运动。

　　三、运动的磁场

　　  这就会仍然产生疑问，固定的线圈怎么会产生运动的磁场呢? 这是理解感应电动机的关键。 Eric Laithwaite 教授使用这个机械装置能够很好的说明这个问题。 首先可以看到上面这些杆子形成的波形是朝着一个方向运动， 大家可以看到这些杆子实际上只是上下移动。 将杆子每隔两个抽调一个， 可以看到杆子顶端运动方向还是可以看得出来的。 等再抽调一半的杆子之后，你们会发现的确剩下的杆子只是上下震荡了。 通过这个机械演示可以知道，将三组上下震动的杆子按照一定顺序排列之后，它们便可以形成单向运动的机械波。

　　  产生运动的磁场的原理也相同。 把排列在一起的线圈分成相互交错排列的三组， 通有相位相差120度的交流电之后， 在它们上面也会形成单向运动的磁场。 利用一个平板金属铝材，在固定线圈上面便可以检测到流动的磁场。

　　四、流动磁场的威力

　　  普通感应电机的流动磁场是这种圆柱形。 如果改成这种形式，便可以发送金属干杆。 这里给出发射金属棒的测试结果。

　　五、感应电机结构

　　  将两组线圈并排摆放，它们产生左右对称的移动磁场。 如果将一个铝片放在中间， 铝片便会被发射出去。 如果将这个设备放在倾斜的铝片轨道上， 作用力便可以托举他上下移动。

　　2️⃣总结   

　　上文介绍了直线感应电动机的原理。 通过英国伦敦帝国学院实验室中的设备进行演示。 Eric Laithwaite 教授清晰流畅的讲解和令人目不暇接的实验令人难忘。

　　3️⃣45个电机常识

　　1、单相变压器空载时的电流与主磁通不同相位，存在一个相位角度差aFe，因为存在铁耗电流。空载电流是尖顶波形，因为其中有较大的三次谐波。

　　2、直流电机电枢绕组中流动的也是交流电流。但其励磁绕组中流的是直流电流。直流电动机的励磁方式有他励、并励、串励、复励等。

　　3、直流电机的反电势表达式为E =CE F n;而电磁转矩表达式则为Tem =CTFI。

　　4、 直流电机的并联支路数总是成对的。而交流绕组的并联支路数则不一定。

　　5、在直流电机中，单叠绕组的元件是以一个叠在另外一个之上的方式串联而成的。无论是单波绕组、还是单叠绕组，换向片将所有元件串联在一起构成了一个单一的闭合回路。

　　6、异步电机又称感应电机，因为异步电机的转子电流是通过电磁感应而产生的。

　　7、异步电动机降压起动时，起动转矩减小，起动转矩和绕组的起动电流的平方成正比地减小。

　　8、一次侧电压的幅值、频率不变时，变压器的铁心的饱和程度是基本不变的，励磁电抗也基本不变。

　　9、同步发电机的短路特性是一条直线，三相对称短路时磁路是不饱和的;三相对称稳态短路时，短路电路为纯去磁的直轴分量。

　　10、同步电机励磁绕组中的电流是直流电流，励磁方式主要有励磁发电机励磁、静止整流器励磁、旋转整流器励磁等。

　　11、三相合成磁动势中没有偶次谐波;对称三相绕组通对称三相电流，其合成磁动势中没有3的倍数磁谐波。

　　12、三相变压器一般都希望有某一侧是三角形连接或者有某一侧中点接地。因为三相变压器的绕组联结都希望有三次谐波电流的通路。

　　13、对称三相绕组通对称三相电流时，其合成磁动势中的5次谐波是反转的;7次谐波是正转的。

　　14、串励直流电动机的机械特性比较软。他励直流电动机的机械特性比较硬。

　　15、变压器短路试验可以测量变压器绕组的漏阻抗;而空载试验则可以测量绕组的励磁阻抗参数。

　　16、变压器的变比等于一次侧绕组与二次侧绕组的匝数比。而单相变压器的变比则还可以表示成一、二次侧的额定电压之比。

　　17、正常励磁时，同步发电机的功率因数等于1;保持输出有功不变，使励磁电流小于正常励磁(欠励)时，则直轴电枢反应的性质是助磁的;保持输出有功不变，使励磁电流大于正常励磁(过励)时，则直轴电枢反应的性质是去磁的。

　　18、 在直流电机中，铁耗主要存在于转子铁心(电枢铁心)中，因为定子铁心磁场基本不变。

　　19、在直流电机中，第一节距y1等于元件第1边与第2边之间相差的槽数。合成节距y等于相串联的两元件的上元件边之间相差的槽数。

　　20、在直流电机中，当不考虑饱和时，交轴电枢反应的特点是使磁场为零的位置偏移，但每极磁通不变。当电刷位于几何中性线上时，电枢反应是交磁性质的。

　　21、在直流电动机中，将外部的直流电变换成内部的交流电的部件是换向器。换向器的作用是将直流转换成交流(或相反)。

　　22、在同步电机中，当定子绕组交链的励磁磁通F0为最大值时，反电势E0达到最小值，当F0达到零时，E0达到最大值。F0超前E0 90o。且E0和F0之间的关系表达式为：E0 = 4.44 f N kN1F0。

　　23、在电机中，漏磁通是指仅交链绕组自身的磁通，其产生的反电动势往往可以用一个漏电抗压降(或负电抗压降)来等效。

　　24、异步电机的转子有：鼠笼式、绕线式等两种。

　　25、异步电机的转差率s定义为：同步转速与转子转速之差与同步转速的比值。异步电机工作于电动机状态时，其转差率s的范围是1>s>0。

　　26、异步电动机的电磁转矩Tem与转差率s的关系Tem-s曲线有三个关键点，分别是起动点(s = 1)、最大电磁转矩点(s=sm)、同步点(s=0)。当异步电机的转子电阻改变时，其最大电磁转矩Tem的大小、转差率sm的特点是：大小不变，s位置变化。

　　27、异步电动机必须从电网吸收滞后性质的无功，用于激磁。

　　28、一个线圈组通上交流电，其磁动势随着时间的变化具有脉振性质。单个线圈通交流电，其磁动势随着时间的变化也具有脉振性质。

　　29、同步发电机并网时，要求其三相端电压同电网三相电压具有相同的：频率、幅值、波形、相序(和相位)等。

　　30、同步电机的转子有隐极式和凸极式两种。

　　31、鼠笼转子的等效相数等于其槽数，而每相的等效匝数则为1/2。

　　32、三相对称交流绕组，通对称三相交流电流，其基波合成磁动势是一个圆形旋转的磁动势，其旋转的方向是从超前相绕组轴线转向滞后相轴线，再到下一个滞后相的轴线。

　　33、三相变压器的三相绕组之间有星形和三角形等两种连接方法;磁路则有组式和心式等两种结构。

　　34、三相变压器的6个奇数联结组号为1、3、5、7、9、11;而6个偶数联结组号则为0、2、4、6、8、10。

　　35、交流绕组中，每极每相槽数q =q = Z/2p/m(假定槽数为Z,极对数为p，相数为m)。在交流绕组中，既有采用120o相带的，也有采用60o相带的。其中60o相带的基波绕组系数、反电动势较高。

　　36、对称分量法可用于分析变压器、同步电机的不对称运行，其应用的前提是系统为线性的，因而可以应用叠加原理，将不对称的三相电量系统，分解为正序、负序、零序等三组对称的三相系统。

　　37、短距系数的计算公式是ky1 = sin(p/2×y1/t)，其物理意义是短距导致反电势(或磁动势)与整距相比所打的折扣(或减小的系数)。而分布系数的计算公式则是kq1 = sin(qa1 /2 ) / q / sin(a1 / 2)，其物理意义是q个线圈依次相差a1电角度时，反电势(或磁动势)相对集中的情况所减小的系数(或打的折扣)。

　　38、电流互感器是用来测量电流，其二次侧不能开路。而电压互感器则是用来测量电压，其二次侧不能短路。

　　39、电机是将机械能转换为电能(或相反)，或者将一种交流电压等级改变为另外一种交流电压等级的装置。从能量转换角度看，电机可以分为变压器、电动机、发电机等三类。

　　40、槽距电角度a1的计算公式为a1 = p×360o/Z。可见槽距电角度a1等于槽距机械角度am的p倍。

　　41、变压器绕组归算的原则是：在归算前后，保证绕组的磁动势不变，以及保证绕组的有功和无功不变。

　　42、变压器的效率特性曲线的特点是存在一个最大值，即当可变损耗等于不变损耗时达到最大值。

　　43、变压器的空载试验通常在低压侧加电压和进行测量。变压器的短路试验通常在高压侧加电压和进行测量。

　　44、变压器并联运行时，空载无环流的条件是：变比相同以及联结组号相同。

　　45、变压器并联运行时，负载分配原则是：变压器负载电流的标幺值与短路阻抗的标幺值成反比。并联运行时变压器的容量能够得到充分利用的条件是：短路阻抗的标幺值要相等，且它们的阻抗角也要相等。

　　参考资料

　　[1] The Forces of Induction - 1969: https://www.youtube.com/watch?v=PAAfFgyWvB4