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、交通、航天和國防上，都離不開形形色色的電動機。可以毫不誇張地說：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現了電流的磁效應。這一發現不僅把電和磁兩種現象聯繫起來，而且為把電能轉化為機械能創造了條件。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?後來有人提出，在一根能轉動的磁棒上方，放置數根導線，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，通電後能一頭上來一頭下去，被認為是世界上第一臺電動機；後來，威廉裡奇發明了一種換向器，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，通電線圈就能持續地旋轉起來。但是由於蹄形磁鐵的磁性太弱，裡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，電動機發展十分迅速，有多種規格和品種，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，嚴重影響同一電網上其他電氣設備的正常運行。因此傳統的電動機已經遠遠不能滿足社會的發展了，隨著科學技術的飛速發展，科學家開發出的一種神奇的“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並在原有電動機的基礎上植入控制門電路而構成的。電動機的調速一般有滾動調速和變頻調速等方式。

滾動調速電動機由電動機、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，來完成將各種電網的電源通過連續不斷地滾動切換操作，接通到電動機的定子繞組上，以達到連續調速的目的。由於在上述調速過程中電動機的結構特徵以及外部電源並不改變，因此不必改變電動機機械特性的形狀和結構，可以連續調速和實現軟啟動。滾動操作不但適用於交流調速，而且同樣可以適用於直流調速。可以利用異步電動機構成的智能電動機在直流電網中運行，從而大大降低了成本。

“智能電動機”有許多優點，它的轉速在每分鐘20～10000轉範圍內連續可調，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。比如在空調器系統中，可根據室內空氣溫度變化來控制製冷器及吹風扇，以輸送適當的冷氣量，這樣能夠大量節約電能。

電動機實現智能軟起動，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點在各行業中廣泛應用。但是，它直接起動時存在著很大的缺點，電動機功率越大，起動時衝擊電流對電網及其負載衝擊就越大。巨大的起動電流不僅影響同一電網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採用複雜的起動裝置啟動。因此電力系統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，使電動機“如虎添翼”，大大改善了傳統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。比如數字程序控制機床的出現，具有劃時代的意義。它一般簡稱為數控機床。它是由數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，並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，製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”原理並不太複雜，早就試製成功，但關鍵難題是眼球內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，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複合材料，裡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，電源不在眼球內部，而是通過一種微型無線接收系統實現。這種“納米眼球”是綜合了醫學生物學、電子學、納米技術等多個領域的成果，雖然成本很高，但仍然很有發展前景。

用途廣泛的“智能電動機”

“智能電動機”的迅速發展，在人類生產和生活中起到越來越大的作用。

上文提到的數控機床，對於現代社會的發展起到巨大的推動作用。原來隨著科學技術的發展，機械產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、小批生產的機械產品所佔比重越來越大，特別是在造船、航空、航天、深潛以及國防工業的各個部門，加工批量少、精度要求高、形狀複雜的零件很多。像這樣的產品，如果採用一般的自動機床或組合機床和自動線來加工，就顯得很不經濟、不合理，一般機床又不能加工。數控機床就是在這樣的條件下產生和發展起來的，它能有效地適應產品不斷變化、多品種、小批量的自動化生產。自從1952年美國麻省理工學院研製出世界上第一臺數控機床以來，數控機床被廣泛地應用，數控技術無論在硬件和軟件方面，都有飛速發展。

在現代家庭中可以實現“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，然後漂洗兩次，最後甩幹、烘乾。”智能聲控洗衣機聽到以後，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，還有好多潛在的用途呢!“讓一雙鞋自動調整軟硬結構，以適應不斷改變的狀態”，你可能以為還是一個幻想吧?但是阿迪達斯的工程師們經過幾年的秘密研製，如今終於成功推出“Adidasl”世界上第一雙智能跑鞋，將幻想變成了現實。當穿上這雙鞋的時候，鞋後跟裡的一個微型傳感機制能告訴鞋子你每一腳落地時的力度，並將信號傳輸給鞋中內置的微處理器，由它操作一個小小的“智能馬達”，使鞋跟適時調整軟硬強度。

現在，電動機的家族中，還製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，它還可用於電氣錘、電磁攪拌和各種傳送系統中。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。隨著生產和科技的發展，“人丁興旺本領非凡”的電動機家族，必將發揮更大的作用。