電動馬達的基本構造

直流馬達

直流馬達的基本工作原理是靠電流在放置在磁場內的線圈 (電樞)

中流動 , 根據 Fleming's Left Hand Rule , 此時線圈會產生動力 (即扭

矩) 從而使其轉動 , 當線圈轉至與磁力線平行時 , 換向器會把由炭

刷傳來的電流掉換方向 , 使線圈能夠繼續轉動。就這樣 , 線圈便能

不停地在軸心上旋轉了。

直流馬達基本構造圖

傳統的直流馬達可分為串激式 (parallel wound) 與並激式

(series wound) 兩類 , 串激式意即將電樞與製造電磁場的線圈 (即上

圖中的磁鐵) 以並聯的方式接連起來 ; 而並激式則把電樞與線圈以

串聯的方式接連起來 , 並激式的優點是由於它的電阻較小 , 因此會

產生較大的扭力* (torque) , 所以在早期的電動列車中 , 多數會採用

並激式馬達 , 但它雖然能夠產生較大的扭力 , 但它的扭力是固定不

能調校的 , 但列車在行駛時所需的扭力則是不斷地變化的 , 所以有

時候它會因所施的扭力過大而導致機件損壞。

* 扭力即是物體旋轉時所產生的動能。

隨著閘流體 (Thyristor) 的出現 , 使電樞和電磁場的線圈能夠分開控

制 , 這稱為 SEPEX (Separate Excitement) 優點是當扭力過大時 , 可以

立即透過改變電磁場的強度矯正過來 , 避免使車輪打滑 , 這亦令傳

統的並激式馬達日漸被淘汰。

交流馬達

單相交流馬達基本構造圖

單相交流馬達的基本工作原理與直流馬達差不多 , 只不過是因為

交流電是由正負電壓循環而成 , 以致交流馬達並不需要轉換器 , 只

需靠匯電環將電流送到電樞便可 , 而這種馬達亦被稱為同步馬達。

但在實際上所應用的交流馬達 , 則是下圖中的感應馬達 (Induction

Motor)。它的工作原理是利用三對固定的電磁鐵 (定子) 對稱地分

佈在圓周上 , 而中間則放置一個裝有銅棒的鐵質圓柱 (轉子)。當三

組電磁鐵都接通交流 (三相*) 電源時 , 轉子將被一個旋轉磁場所環

繞 , 這時由於電磁感應而在銅棒內產生的渦電流 (Eddy Current) 便

會使轉子轉動 (Fleming's Left Hand Rule)。

感應馬達(鼠籠式)結構簡圖

這種馬達由於是全靠電磁感應使轉子產生電流而轉動 , 而無需靠

炭刷去把電流傳到轉子上 , 所以能夠大幅減少保養工作 , 另外它的

簡單構造亦使生產變得容易 , 直接減低製造成本。在早年 , 因為難

以有方法去改變交流電的頻率去控制其轉速 , 但自從變壓變頻技術

能作實際應用後 , 使三相交流馬達成為驅動列車的主流。

* 三相交流電為利用四條導線(紅、綠、藍和回流線)輸電而相角差

距為120度之交流電 , 如下圖所示 :

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