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電動機：“電氣化”的主角

認真觀察一下，在我們周圍電動機正發(fā)揮著越來越大的作用，錄像機、洗衣機、電風扇、吹風機……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。可以毫不夸張地說：電動機，是“電氣化”當之無愧的主角!

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

1831年，美國科學家亨利設計了一種像蹺蹺板似的電動機，通電后能一頭上來一頭下去，被認為是世界上第一臺電動機；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)地旋轉起來。但是由于蹄形磁鐵的磁性太弱，里奇電動機的力量很小，還不能有效帶動別的機械轉動。

自19世紀30年代電動機在世界上誕生以來，僅僅100多年，電動機發(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：直流電動機和交流電動機。傳統(tǒng)的交流電動機用途廣泛，但有一些明顯的缺點，比如轉速的控制就相當麻煩，過去的電風扇需要一擋一擋的變換，噪聲也比較大。還有電動機起動時電流很大，居然達到額定電流的5～7倍，嚴重影響同一電網(wǎng)上其他電氣設備的正常運行。因此傳統(tǒng)的電動機已經(jīng)遠遠不能滿足社會的發(fā)展了，隨著科學技術的飛速發(fā)展，科學家開發(fā)出的一種神奇的“智能電動機”，在人類社會的電氣化中引起驚人變化。

“智能電動機”的秘密

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

滾動調(diào)速電動機由電動機、控制裝置和電子開關組成，使用較少的電子開關能將滾動操作的位移角細化到60°，以形成圓形旋轉磁場，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，接通到電動機的定子繞組上，以達到連續(xù)調(diào)速的目的。由于在上述調(diào)速過程中電動機的結構特征以及外部電源并不改變，因此不必改變電動機機械特性的形狀和結構，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。可以利用異步電動機構成的智能電動機在直流電網(wǎng)中運行，從而大大降低了成本。

“智能電動機”有許多優(yōu)點，它的轉速在每分鐘20～10000轉范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，正轉反轉自如，運行時噪音小、效率高。更難得的是，還能通過先進的傳感器得到各種信息，隨時修正電機運行情況。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扇，以輸送適當?shù)睦錃饬浚@樣能夠大量節(jié)約電能。

電動機實現(xiàn)智能軟起動，這也是人們夢寐以求的啊!眾所周知，三相交流異步馬達以其低成本、高可靠性和易維護等優(yōu)點在各行業(yè)中廣泛應用。但是，它直接起動時存在著很大的缺點，電動機功率越大，起動時沖擊電流對電網(wǎng)及其負載沖擊就越大。巨大的起動電流不僅影響同一電網(wǎng)上其他電氣設備的正常運行，而且對電動機和機械設備也會造成嚴重的電磁應力和機械應力，縮短設備的使用壽命，所以大功率異步電動機需采用復雜的起動裝置啟動。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。

“智能電動機”的出現(xiàn)，使電動機“如虎添翼”，大大改善了傳統(tǒng)電動機的結構和性能。

如虎添翼的“智能電動機”

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

“智能電動機”與納米技術相結合，制成可以裝入眼球的超微型攝像機，使千百萬盲人復明有了新希望。人們叫它“電子眼”。“電子眼”原理并不太復雜，早就試制成功，但關鍵難題是眼球內(nèi)攝像機的體積縮小不下來，還有供電動機轉動的電源也不好解決。因此當前世界上最先進的電子眼，都是外置的，就是在盲人眼睛處戴一個高倍攝像機，想看外界景物時，微電動機開動，將景物變成電信號，刺激相應的視神經(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。

納米技術的興起，使攝像機更加微小成為可能，一種眼球外殼由納米晶體制成的活性復合材料，里面放置超微型攝像機和電腦芯片，便可裝進眼眶中。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)學生物學、電子學、納米技術等多個領域的成果，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”

“智能電動機”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。原來隨著科學技術的發(fā)展，機械產(chǎn)品的形狀和結構不斷改進，對機械零件的加工質量要求也越來越高；單件、小批生產(chǎn)的機械產(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、形狀復雜的零件很多。像這樣的產(chǎn)品，如果采用一般的自動機床或組合機床和自動線來加工，就顯得很不經(jīng)濟、不合理，一般機床又不能加工。數(shù)控機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年美國麻省理工學院研制出世界上第一臺數(shù)控機床以來，數(shù)控機床被廣泛地應用，數(shù)控技術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量。比如科學家設計出一種“聲控洗衣機”，你只要接通水源電源，將待洗的衣物放好，對洗衣機說：“輕輕地洗，洗10分鐘，然后漂洗兩次，最后甩干、烘干。”智能聲控洗衣機聽到以后，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自動拉上窗簾。電腦控制的多功能家用電動縫紉機，使縫紉機更加得心應手，成為人們的好助手。

“智能電動機”的出現(xiàn)，還有好多潛在的用途呢!“讓一雙鞋自動調(diào)整軟硬結構，以適應不斷改變的狀態(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。當穿上這雙鞋的時候，鞋后跟里的一個微型傳感機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”，使鞋跟適時調(diào)整軟硬強度。

現(xiàn)在，電動機的家族中，還制成了能沿直線前進的智能電動機。直線智能電動機在電磁力的作用下可以沿直線運動。磁懸浮列車就是用直線電動機驅動的。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正得到逐步的推廣和廣泛的應用。隨著生產(chǎn)和科技的發(fā)展，“人丁興旺本領非凡”的電動機家族，必將發(fā)揮更大的作用。