電動機(jī)：“電氣化”的主角

認(rèn)真觀察一下，在我們周圍電動機(jī)正發(fā)揮著越來越大的作用，錄像機(jī)、洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、吹風(fēng)機(jī)……還有在工業(yè)、交通、航天和國防上，都離不開形形色色的電動機(jī)?？梢院敛豢鋸埖卣f：電動機(jī)，是“電氣化”當(dāng)之無愧的主角!

電動機(jī)又叫馬達(dá)，是把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的裝置，1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)不僅把電和磁兩種現(xiàn)象聯(lián)系起來，而且為把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能創(chuàng)造了條件。你看，一根導(dǎo)線中通過電流，附近的小磁針便偏轉(zhuǎn)起來，這不就是電動嗎?后來有人提出，在一根能轉(zhuǎn)動的磁棒上方，放置數(shù)根導(dǎo)線，給導(dǎo)線依次通入不同方向的電流，磁棒一定會不停地旋轉(zhuǎn)下去，著名物理學(xué)家安培和法拉第都曾設(shè)想過一些電動裝置。

1831年，美國科學(xué)家亨利設(shè)計了一種像蹺蹺板似的電動機(jī)，通電后能一頭上來一頭下去，被認(rèn)為是世界上第一臺電動機(jī)；后來，威廉里奇發(fā)明了一種換向器，能夠自動改變與它相連的線圈中電流的方向，把它們放入蹄形磁鐵的磁場中，通電線圈就能持續(xù)地旋轉(zhuǎn)起來。但是由于蹄形磁鐵的磁性太弱，里奇電動機(jī)的力量很小，還不能有效帶動別的機(jī)械轉(zhuǎn)動。

自19世紀(jì)30年代電動機(jī)在世界上誕生以來，僅僅100多年，電動機(jī)發(fā)展十分迅速，有多種規(guī)格和品種，但按照供電方式主要可分兩類：直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。傳統(tǒng)的交流電動機(jī)用途廣泛，但有一些明顯的缺點，比如轉(zhuǎn)速的控制就相當(dāng)麻煩，過去的電風(fēng)扇需要一擋一擋的變換，噪聲也比較大。還有電動機(jī)起動時電流很大，居然達(dá)到額定電流的5～7倍，嚴(yán)重影響同一電網(wǎng)上其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。因此傳統(tǒng)的電動機(jī)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會的發(fā)展了，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，科學(xué)家開發(fā)出的一種神奇的“智能電動機(jī)”，在人類社會的電氣化中引起驚人變化。

“智能電動機(jī)”的秘密

“智能電動機(jī)”又叫做“可編程序電動機(jī)”，它是將集成電路芯片和大功率電子器件裝入電動機(jī)內(nèi)并在原有電動機(jī)的基礎(chǔ)上植入控制門電路而構(gòu)成的。電動機(jī)的調(diào)速一般有滾動調(diào)速和變頻調(diào)速等方式。

滾動調(diào)速電動機(jī)由電動機(jī)、控制裝置和電子開關(guān)組成，使用較少的電子開關(guān)能將滾動操作的位移角細(xì)化到60°，以形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，來完成將各種電網(wǎng)的電源通過連續(xù)不斷地滾動切換操作，接通到電動機(jī)的定子繞組上，以達(dá)到連續(xù)調(diào)速的目的。由于在上述調(diào)速過程中電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特征以及外部電源并不改變，因此不必改變電動機(jī)機(jī)械特性的形狀和結(jié)構(gòu)，可以連續(xù)調(diào)速和實現(xiàn)軟啟動。滾動操作不但適用于交流調(diào)速，而且同樣可以適用于直流調(diào)速?？梢岳卯惒诫妱訖C(jī)構(gòu)成的智能電動機(jī)在直流電網(wǎng)中運(yùn)行，從而大大降低了成本。

“智能電動機(jī)”有許多優(yōu)點，它的轉(zhuǎn)速在每分鐘20～10000轉(zhuǎn)范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)自如，運(yùn)行時噪音小、效率高。更難得的是，還能通過先進(jìn)的傳感器得到各種信息，隨時修正電機(jī)運(yùn)行情況。比如在空調(diào)器系統(tǒng)中，可根據(jù)室內(nèi)空氣溫度變化來控制制冷器及吹風(fēng)扇，以輸送適當(dāng)?shù)睦錃饬浚@樣能夠大量節(jié)約電能。

電動機(jī)實現(xiàn)智能軟起動，這也是人們夢寐以求的啊!眾所周知，三相交流異步馬達(dá)以其低成本、高可靠性和易維護(hù)等優(yōu)點在各行業(yè)中廣泛應(yīng)用。但是，它直接起動時存在著很大的缺點，電動機(jī)功率越大，起動時沖擊電流對電網(wǎng)及其負(fù)載沖擊就越大。巨大的起動電流不僅影響同一電網(wǎng)上其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，而且對電動機(jī)和機(jī)械設(shè)備也會造成嚴(yán)重的電磁應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，縮短設(shè)備的使用壽命，所以大功率異步電動機(jī)需采用復(fù)雜的起動裝置啟動。因此電力系統(tǒng)迫切希望能夠軟起動，特別是高壓大容量電動機(jī)。

“智能電動機(jī)”的出現(xiàn)，使電動機(jī)“如虎添翼”，大大改善了傳統(tǒng)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能。

如虎添翼的“智能電動機(jī)”

“智能電動機(jī)”既然叫做“可編程序電動機(jī)”，因此可以與其他新科技結(jié)合，成為直接用電腦控制的智能電器。比如數(shù)字程序控制機(jī)床的出現(xiàn)，具有劃時代的意義。它一般簡稱為數(shù)控機(jī)床。它是由數(shù)控裝置或計算機(jī)進(jìn)行控制的一種高效能自動化機(jī)床，它綜合應(yīng)用了自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、精密測量技術(shù)、液壓氣動等技術(shù)，并在機(jī)床結(jié)構(gòu)等方面運(yùn)用了最新技術(shù)，但是“智能電動機(jī)”是它的心臟。

“智能電動機(jī)”與納米技術(shù)相結(jié)合，制成可以裝入眼球的超微型攝像機(jī)，使千百萬盲人復(fù)明有了新希望。人們叫它“電子眼”?！半娮友邸痹聿⒉惶珡?fù)雜，早就試制成功，但關(guān)鍵難題是眼球內(nèi)攝像機(jī)的體積縮小不下來，還有供電動機(jī)轉(zhuǎn)動的電源也不好解決。因此當(dāng)前世界上最先進(jìn)的電子眼，都是外置的，就是在盲人眼睛處戴一個高倍攝像機(jī)，想看外界景物時，微電動機(jī)開動，將景物變成電信號，刺激相應(yīng)的視神經(jīng)，就可以看到景物的外形，甚至可分辨出顏色來了，它使多年失明的盲人興奮不已。

納米技術(shù)的興起，使攝像機(jī)更加微小成為可能，一種眼球外殼由納米晶體制成的活性復(fù)合材料，里面放置超微型攝像機(jī)和電腦芯片，便可裝進(jìn)眼眶中。更妙的是，電源不在眼球內(nèi)部，而是通過一種微型無線接收系統(tǒng)實現(xiàn)。這種“納米眼球”是綜合了醫(yī)學(xué)生物學(xué)、電子學(xué)、納米技術(shù)等多個領(lǐng)域的成果，雖然成本很高，但仍然很有發(fā)展前景。

用途廣泛的“智能電動機(jī)”

“智能電動機(jī)”的迅速發(fā)展，在人類生產(chǎn)和生活中起到越來越大的作用。

上文提到的數(shù)控機(jī)床，對于現(xiàn)代社會的發(fā)展起到巨大的推動作用。原來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對機(jī)械零件的加工質(zhì)量要求也越來越高；單件、小批生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品所占比重越來越大，特別是在造船、航空、航天、深潛以及國防工業(yè)的各個部門，加工批量少、精度要求高、形狀復(fù)雜的零件很多。像這樣的產(chǎn)品，如果采用一般的自動機(jī)床或組合機(jī)床和自動線來加工，就顯得很不經(jīng)濟(jì)、不合理，一般機(jī)床又不能加工。數(shù)控機(jī)床就是在這樣的條件下產(chǎn)生和發(fā)展起來的，它能有效地適應(yīng)產(chǎn)品不斷變化、多品種、小批量的自動化生產(chǎn)。自從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺數(shù)控機(jī)床以來，數(shù)控機(jī)床被廣泛地應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)無論在硬件和軟件方面，都有飛速發(fā)展。

在現(xiàn)代家庭中可以實現(xiàn)“智能家居”，大大提高了我們生活的質(zhì)量。比如科學(xué)家設(shè)計出一種“聲控洗衣機(jī)”，你只要接通水源電源，將待洗的衣物放好，對洗衣機(jī)說：“輕輕地洗，洗10分鐘，然后漂洗兩次，最后甩干、烘干?！敝悄苈暱叵匆聶C(jī)聽到以后，就會自動完成這些指令。還有智能電動窗簾控制器，可接收無線控制指令，控制一臺單軌電動窗簾機(jī)自動拉上窗簾。電腦控制的多功能家用電動縫紉機(jī)，使縫紉機(jī)更加得心應(yīng)手，成為人們的好助手。

“智能電動機(jī)”的出現(xiàn)，還有好多潛在的用途呢!“讓一雙鞋自動調(diào)整軟硬結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不斷改變的狀態(tài)”，你可能以為還是一個幻想吧?但是阿迪達(dá)斯的工程師們經(jīng)過幾年的秘密研制，如今終于成功推出“Adidasl”世界上第一雙智能跑鞋，將幻想變成了現(xiàn)實。當(dāng)穿上這雙鞋的時候，鞋后跟里的一個微型傳感機(jī)制能告訴鞋子你每一腳落地時的力度，并將信號傳輸給鞋中內(nèi)置的微處理器，由它操作一個小小的“智能馬達(dá)”，使鞋跟適時調(diào)整軟硬強(qiáng)度。

現(xiàn)在，電動機(jī)的家族中，還制成了能沿直線前進(jìn)的智能電動機(jī)。直線智能電動機(jī)在電磁力的作用下可以沿直線運(yùn)動。磁懸浮列車就是用直線電動機(jī)驅(qū)動的。另外，它還可用于電氣錘、電磁攪拌和各種傳送系統(tǒng)中。目前，我國的直線智能電動機(jī)正得到逐步的推廣和廣泛的應(yīng)用。隨著生產(chǎn)和科技的發(fā)展，“人丁興旺本領(lǐng)非凡”的電動機(jī)家族，必將發(fā)揮更大的作用。

[責(zé)任編輯]龐云