1電動機基本知識

1、緒論 機電一體化系統(tǒng)中的機電一體化系統(tǒng)中的驅(qū)動模塊驅(qū)動模塊在系統(tǒng)中的作用，是改變在系統(tǒng)中的作用，是改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)和產(chǎn)生所希望的運動輸出。系統(tǒng)的運行狀態(tài)和產(chǎn)生所希望的運動輸出。 第一節(jié)第一節(jié) 電動機基本知識電動機基本知識 第二節(jié)第二節(jié) 直流電動機直流電動機 第三節(jié)第三節(jié) 永磁同步（直流無刷）電動機永磁同步（直流無刷）電動機 第四節(jié)第四節(jié) 交流感應(yīng)電動機交流感應(yīng)電動機 第五節(jié)第五節(jié) 超聲波電動機超聲波電動機 第六節(jié)第六節(jié) 電動機的選擇電動機的選擇緒論第一節(jié)第一節(jié) 電動機基本知識電動機基本知識一、直流電機的產(chǎn)生與形成一、直流電機的產(chǎn)生與形成1820年年奧斯特奧斯特發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)電流磁效應(yīng)

2、。隨后隨后安培安培通過總結(jié)電流在磁場中所受機械力的情通過總結(jié)電流在磁場中所受機械力的情況建立了況建立了安培定律安培定律。緒論1821 年年 9 月，英國物理學(xué)家月，英國物理學(xué)家法拉第法拉第發(fā)現(xiàn)通電的導(dǎo)線發(fā)現(xiàn)通電的導(dǎo)線能繞永久磁鐵旋轉(zhuǎn)以及磁體繞載流導(dǎo)體的運動，第一能繞永久磁鐵旋轉(zhuǎn)以及磁體繞載流導(dǎo)體的運動，第一次實現(xiàn)了電磁運動向機械運動的轉(zhuǎn)換，其原理如下圖。次實現(xiàn)了電磁運動向機械運動的轉(zhuǎn)換，其原理如下圖。 緒論1822年年,法國的法國的阿拉戈阿拉戈.蓋蓋.呂薩克呂薩克發(fā)明電磁鐵發(fā)明電磁鐵,即用電即用電流通過繞線的方法使其中鐵塊磁化。流通過繞線的方法使其中鐵塊磁化。1826年年,德國德國G.S.歐姆

3、歐姆提出電路實驗定律提出電路實驗定律-歐姆定律。歐姆定律。1831年年,法拉第法拉第利用電磁感應(yīng)發(fā)明了世界上第一臺真利用電磁感應(yīng)發(fā)明了世界上第一臺真正意義上的電機正意義上的電機-法拉第圓盤發(fā)電機法拉第圓盤發(fā)電機,如圖示。如圖示。 緒論同年夏天，同年夏天，亨利亨利對法拉第的電動機模型進行了改進，對法拉第的電動機模型進行了改進，制作了一個簡單的裝置制作了一個簡單的裝置(振蕩電動機振蕩電動機),如圖。如圖。 振蕩電機 其重要意義其重要意義:第一次展示了由磁極排斥和吸引產(chǎn)生的第一次展示了由磁極排斥和吸引產(chǎn)生的連續(xù)運動，是電磁鐵在電動機中的真正應(yīng)用。連續(xù)運動，是電磁鐵在電動機中的真正應(yīng)用。 緒論1832

4、年，年，斯特金斯特金發(fā)明了換發(fā)明了換向器向器,據(jù)此對亨利的振蕩電據(jù)此對亨利的振蕩電動機進行改進，并制成世界動機進行改進，并制成世界上第一臺能產(chǎn)生連續(xù)運動的上第一臺能產(chǎn)生連續(xù)運動的旋轉(zhuǎn)電動機，其原理如右圖旋轉(zhuǎn)電動機，其原理如右圖4。后來他還制作了一個并。后來他還制作了一個并勵直流電動機。勵直流電動機。 圖 4 斯特金的旋轉(zhuǎn)電動機原理示意圖 緒論1832年，法國年，法國A.H.皮克西皮克西在巴黎公開了一臺永久磁鐵在巴黎公開了一臺永久磁鐵型旋轉(zhuǎn)式交流發(fā)電機型旋轉(zhuǎn)式交流發(fā)電機,如圖如圖5。一年后，他在發(fā)電機上安裝一年后，他在發(fā)電機上安裝整流子，將交流電變?yōu)橹绷髡髯?，將交流電變?yōu)橹绷麟姟ｋ?。圖5 皮克

5、西發(fā)明的永久磁鐵型旋轉(zhuǎn)式交流發(fā)電機緒論1832年，俄籍德國人年，俄籍德國人H.F.E.楞次楞次提出提出“電動機發(fā)電機電動機發(fā)電機”原理原理-楞次定律楞次定律證明發(fā)電機和電動機是可證明發(fā)電機和電動機是可逆的逆的但但1870年以前，直流發(fā)電年以前，直流發(fā)電機與電動機一直獨立發(fā)展著機與電動機一直獨立發(fā)展著緒論1834年年,德國的德國的雅可比雅可比制成制成一種簡單的裝置一種簡單的裝置:在兩個在兩個U型型電磁鐵中間電磁鐵中間,裝一六臂輪裝一六臂輪,每臂每臂帶兩根棒型磁鐵帶兩根棒型磁鐵,通電后通電后,棒型棒型磁鐵與磁鐵與U型磁鐵之間產(chǎn)生相型磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引和排斥作用互吸引和排斥作用,帶動輪軸帶動輪軸轉(zhuǎn)

6、動轉(zhuǎn)動,如圖如圖6。圖6 雅可比的電動機緒論1845年年,英國英國惠斯通惠斯通用電磁鐵代替永久磁鐵用電磁鐵代替永久磁鐵,并取并取得專利權(quán)。這是增強發(fā)電機輸出功率的一個重要措得專利權(quán)。這是增強發(fā)電機輸出功率的一個重要措施。施。1857年年,惠斯通惠斯通發(fā)明自激電磁鐵型發(fā)電機。發(fā)明自激電磁鐵型發(fā)電機。 1866年年,西門子的創(chuàng)始人西門子的創(chuàng)始人維爾納維爾納.馮馮.西門子西門子制成直制成直流自激、并激式直流發(fā)電機。流自激、并激式直流發(fā)電機。1867年在巴黎世界博年在巴黎世界博覽會上展出第一批樣機。西門子首次完成把機械能覽會上展出第一批樣機。西門子首次完成把機械能轉(zhuǎn)換成為電能的發(fā)明，轉(zhuǎn)換成為電能的發(fā)明

7、，從而開始了從而開始了19世紀(jì)晚期世紀(jì)晚期“ 強電強電 ”技術(shù)時代。技術(shù)時代。 緒論1870年年格拉姆格拉姆(18261901)將將T形電樞繞組改為環(huán)形電樞繞組改為環(huán)形電樞繞組形電樞繞組,發(fā)明了直流發(fā)電機發(fā)明了直流發(fā)電機,在設(shè)計上在設(shè)計上,直流發(fā)電直流發(fā)電機和電動機很相似。機和電動機很相似。后來后來,格拉姆證明向直流發(fā)動機輸入電流格拉姆證明向直流發(fā)動機輸入電流,其轉(zhuǎn)子會其轉(zhuǎn)子會象電動機一樣旋轉(zhuǎn)。于是象電動機一樣旋轉(zhuǎn)。于是,這種格拉姆型電動機大量這種格拉姆型電動機大量制造出來。效率也不斷提高。制造出來。效率也不斷提高。 緒論與此同時與此同時,西門子西門子接著制造更好的發(fā)電機接著制造更好的發(fā)電機,

8、并著手研并著手研究由電動機驅(qū)動的車輛究由電動機驅(qū)動的車輛,于是西門子公司制成了于是西門子公司制成了世界世界電車電車。1879年年,在柏林工業(yè)展覽會上在柏林工業(yè)展覽會上,西門子公司不冒煙的西門子公司不冒煙的電車贏得觀眾的一片喝彩。西門子電機車當(dāng)時只有電車贏得觀眾的一片喝彩。西門子電機車當(dāng)時只有3馬力。馬力。后來美國發(fā)明大王后來美國發(fā)明大王愛迪生愛迪生試驗的電機車已達試驗的電機車已達12-15馬力。但當(dāng)時的電動機全是直流電機，只限于驅(qū)動馬力。但當(dāng)時的電動機全是直流電機，只限于驅(qū)動電車。電車。 緒論1873年年,英國的英國的詹詹麥克斯韋麥克斯韋完成了經(jīng)典電磁理論基礎(chǔ)完成了經(jīng)典電磁理論基礎(chǔ)電和磁電和磁

9、，提出了著名的麥克斯韋方程。，提出了著名的麥克斯韋方程。 1875年年,比利時比利時Z.T.格拉姆格拉姆將改造后的發(fā)電機安裝在將改造后的發(fā)電機安裝在法國巴黎北火車站發(fā)電廠，是世界第一座火電廠。法國巴黎北火車站發(fā)電廠，是世界第一座火電廠。 1880年，年，愛迪生愛迪生觀察到用疊片鐵芯可以減少溫升和觀察到用疊片鐵芯可以減少溫升和能耗。能耗。1880年，年，霍普金森霍普金森確立了磁路的歐姆定律。確立了磁路的歐姆定律。緒論1882年，德國將年，德國將米斯巴哈水電站米斯巴哈水電站發(fā)出的發(fā)出的2千瓦直流電千瓦直流電通過通過57千米千米 15002000伏電線輸送到慕尼黑，證明直伏電線輸送到慕尼黑，證明直流

10、遠距離輸電的可能性。流遠距離輸電的可能性。這一方面成為直流電機發(fā)展中的大事，促進它們的這一方面成為直流電機發(fā)展中的大事，促進它們的廣泛利用，另一方面暴露出直流電在傳輸中的缺點：廣泛利用，另一方面暴露出直流電在傳輸中的缺點：電壓越高，電能的傳輸損失越小，但高壓直流發(fā)電機電壓越高，電能的傳輸損失越小，但高壓直流發(fā)電機困難較大，而且單機容量越大，換向也越困難，換向困難較大，而且單機容量越大，換向也越困難，換向器上的火花使電機工作不穩(wěn)定。器上的火花使電機工作不穩(wěn)定。由于那時由于那時直流換流技術(shù)還未出現(xiàn)直流換流技術(shù)還未出現(xiàn)，人們把目光投向，人們把目光投向交流電機交流電機。緒論二、交流電機的產(chǎn)生與形成二、

11、交流電機的產(chǎn)生與形成1824年年,法國人法國人阿拉果阿拉果在轉(zhuǎn)動懸掛著的磁針時發(fā)現(xiàn)其在轉(zhuǎn)動懸掛著的磁針時發(fā)現(xiàn)其外圍環(huán)上受到機械力。次年，他重復(fù)這一實驗時，發(fā)外圍環(huán)上受到機械力。次年，他重復(fù)這一實驗時，發(fā)現(xiàn)外圍環(huán)的轉(zhuǎn)動又使磁針偏轉(zhuǎn)。這些實驗導(dǎo)致后來感現(xiàn)外圍環(huán)的轉(zhuǎn)動又使磁針偏轉(zhuǎn)。這些實驗導(dǎo)致后來感應(yīng)電機的出現(xiàn)。應(yīng)電機的出現(xiàn)。1888年年,美國發(fā)明家美國發(fā)明家特斯拉特斯拉發(fā)明了發(fā)明了交流電動機交流電動機。它是。它是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成,又稱感應(yīng)電動機又稱感應(yīng)電動機,其結(jié)構(gòu)簡單其結(jié)構(gòu)簡單,使用交流電使用交流電,無需整流。無火花無需整流。無火花,因此被廣泛應(yīng)用于工因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)

12、和家庭電器中。業(yè)和家庭電器中。緒論1876年年,雅布洛奇科夫雅布洛奇科夫用交流發(fā)電機為其用交流發(fā)電機為其 “ 電燭電燭 ” 供電，是交流電用于照明的開始。不久出現(xiàn)了原始型供電，是交流電用于照明的開始。不久出現(xiàn)了原始型式的同步發(fā)電機和變壓器。式的同步發(fā)電機和變壓器。1879年年,英國人英國人拜依萊拜依萊用依次變動四個磁極上的勵磁用依次變動四個磁極上的勵磁電流得到電流得到旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場。1882-1885年年,匈牙利工程師匈牙利工程師代里代里等等3人首創(chuàng)變壓器。人首創(chuàng)變壓器。1885年年,費拉里斯費拉里斯提出兩相交流感應(yīng)電動機的模型。提出兩相交流感應(yīng)電動機的模型。緒論1886年，美國的年，美國的

13、特斯拉特斯拉(N.Tesla,18561943)也制也制成兩相繞線式交流異步電動機模型成兩相繞線式交流異步電動機模型,1888年他又在年他又在意大利科學(xué)院提出意大利科學(xué)院提出利用交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場利用交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的的論文。他在愛迪生公司工作，但由于愛迪生堅持只論文。他在愛迪生公司工作，但由于愛迪生堅持只搞直流方式，因此他就把兩相交流發(fā)電機和電動機搞直流方式，因此他就把兩相交流發(fā)電機和電動機的專利權(quán)賣給了的專利權(quán)賣給了西屋公司西屋公司。緒論1889年年,多利沃多利沃-多布羅沃利斯基多布羅沃利斯基提出了提出了三相制三相制并制成并制成鼠籠式交流異步電動機。鼠籠式交流異步電動機。 1889年年,

14、西屋公司西屋公司在俄勒岡州建設(shè)了發(fā)電廠，在俄勒岡州建設(shè)了發(fā)電廠，1892年年成功地將成功地將15000伏電壓送到了皮茨菲爾德。伏電壓送到了皮茨菲爾德。 1890年年,德國人德國人米夏埃爾米夏埃爾馮馮多里沃一多勃魯沃爾斯多里沃一多勃魯沃爾斯基基制成一架三相電流變壓器。制成一架三相電流變壓器。緒論1891年年,慕尼黑人慕尼黑人奧斯卡奧斯卡馮馮米勒米勒在法蘭克福世界電在法蘭克福世界電氣博覽會上宣布氣博覽會上宣布:他與多里沃合作架設(shè)的從勞芬到法蘭他與多里沃合作架設(shè)的從勞芬到法蘭克福的三相交流輸電電路，可把克福的三相交流輸電電路，可把300*735.5W 55伏伏三三相交流發(fā)電機的電流經(jīng)三相變壓器提高到

15、萬伏相交流發(fā)電機的電流經(jīng)三相變壓器提高到萬伏,順利通順利通電輸運電輸運175千米千米,從此三相交流電機很快代替了工業(yè)上從此三相交流電機很快代替了工業(yè)上的直流電機。的直流電機。三相制優(yōu)點十分明顯三相制優(yōu)點十分明顯:材料可靠材料可靠,結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單,性能好性能好,效效率高率高,用銅省用銅省,在電力驅(qū)動方面又有重大效益。從此在電力驅(qū)動方面又有重大效益。從此,各各種各樣的電機迅速發(fā)展起來。種各樣的電機迅速發(fā)展起來。 緒論1896年，年，特斯拉特斯拉的兩相交流發(fā)電機在尼亞拉發(fā)電廠的兩相交流發(fā)電機在尼亞拉發(fā)電廠開始勞動營運，開始勞動營運，3750KW，5000V的交流電一直送到的交流電一直送到40公里外

16、的布法羅市。公里外的布法羅市。 1902年瑞典工程師年瑞典工程師丹尼爾森丹尼爾森首先提出同步電動機構(gòu)首先提出同步電動機構(gòu)想。想。近代交流電機、直流電機迅速發(fā)展，種類繁多。近代交流電機、直流電機迅速發(fā)展，種類繁多。 緒論0.2 0.2 電機在國民經(jīng)濟中的作用電機在國民經(jīng)濟中的作用一、電機的作用一、電機的作用 電能是現(xiàn)代最主要的能源，電機是與電能的產(chǎn)電能是現(xiàn)代最主要的能源，電機是與電能的產(chǎn)生、傳輸和使用緊密相關(guān)的能量轉(zhuǎn)換機械。生、傳輸和使用緊密相關(guān)的能量轉(zhuǎn)換機械。 電動機具有以下優(yōu)點：電動機具有以下優(yōu)點：（1）電機的效率高，運行經(jīng)濟；）電機的效率高，運行經(jīng)濟；（2）電能的傳輸和分配比較方便；）電能

17、的傳輸和分配比較方便；（3）電能容易控制。）電能容易控制。緒論二、電機的用途二、電機的用途 能源系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備能源系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備 電能電能電機電機 發(fā)電發(fā)電輸電輸電用電用電 各領(lǐng)域中有特殊要求的動力裝置各領(lǐng)域中有特殊要求的動力裝置電機的用途很多，可用于動力、發(fā)電、檢測等。電機的用途很多，可用于動力、發(fā)電、檢測等。 伺服驅(qū)動裝置伺服驅(qū)動裝置 傳感檢測裝置傳感檢測裝置緒論用于榨汁機、攪拌機、切肉機及其它小家電等用于榨汁機、攪拌機、切肉機及其它小家電等防爆型三相異步電動機防爆型三相異步電動機緒論緒論用于手機、尋呼機、高級玩具、醫(yī)療設(shè)備等用于手機、尋呼機、高級玩具、醫(yī)療設(shè)備等緒論用于CD、立體聲耳機、

18、DVD唱機用于盒式磁帶錄音機用于石油鉆井用于玩具、相機、石英鐘打點器、旅行電吹風(fēng)緒論電機在汽車上的應(yīng)用實例刮水器用電動機刮水器用電動機調(diào)壓式刮水器臂用電機調(diào)壓式刮水器臂用電機起動電動機起動電動機電動速度表用電動機電動速度表用電動機座椅自動調(diào)節(jié)用電動機座椅自動調(diào)節(jié)用電動機前照燈矯正裝置用電動機前照燈矯正裝置用電動機轉(zhuǎn)向聯(lián)動霧燈用電動機轉(zhuǎn)向聯(lián)動霧燈用電動機怠速控制用步進電機怠速控制用步進電機空氣懸架系統(tǒng)用步進電機空氣懸架系統(tǒng)用步進電機緒論哈爾濱電機廠生產(chǎn)的交直流發(fā)電機緒論汽輪發(fā)電機緒論 國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機緒論國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機定子緒論水輪發(fā)電機緒論現(xiàn)場運行的水輪發(fā)電機緒論汽車發(fā)電機柴油

19、發(fā)電機組緒論20kV/500kV(220kV) 500kV(220kV)/110kV 110kV/35kV 35kV/10kV 10kV/380V輸配電環(huán)節(jié)。為把發(fā)電廠的電力輸送到四面八方用戶，需將發(fā)電機輸出的 20 kV 左右的電壓升高。在我國，一般升高到220kV或500kV。為了輸送一定大小的功率，采用高電壓，甚至特高壓。緒論連接發(fā)電機與電網(wǎng)的升壓變壓器連接發(fā)電機的封閉母線與電網(wǎng)相連的高壓出線端緒論電力變壓器緒論我國目前實際應(yīng)用情況我國目前實際應(yīng)用情況 汽發(fā)：消化引進，設(shè)計600MW 700MW水發(fā), 三峽電站 500kV輸電線路以及相應(yīng)的變壓器 500kV直流輸電，西電東送運行中 40

20、0MW燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組 引進建設(shè) 600MW核電機組 各種電動汽車緒論若按功能進行分類，可分為：發(fā)電機，電動機，變壓器，控制電機。（1）發(fā)電機：將機械能轉(zhuǎn)化為電能；（2）電動機：將電能轉(zhuǎn)化為機械能；（3）變壓器：將電能變換為不同電壓等級的電能；（4）控制電機：作為控制系統(tǒng)中的元件。如測速發(fā)電機、自整角機等。三、電機的分類三、電機的分類 緒論電機靜止電機-變壓器直線電機旋轉(zhuǎn)電機直流電機交流電機控制電機感應(yīng)電機同步電機直線感應(yīng)電機直線同步電機特種電機超聲波電機靜電電機仿生電機三、電機的分類三、電機的分類 按結(jié)構(gòu)及勵磁分類：緒論感應(yīng)電機同步電機緒論四、電機發(fā)展趨勢 超大型電機 超微型電機 超高速

21、電機 特低速電機單臺電動機功率1600千瓦； 向家壩水電站單臺發(fā)電機80萬千瓦直徑比頭發(fā)還細，僅有70微米，主要用于醫(yī)療超高速離心機一般都采用先進的無刷電機，轉(zhuǎn)速高達3萬轉(zhuǎn)每分鐘中科院國家天文臺研制的大型天文望遠鏡驅(qū)動電機75天才轉(zhuǎn)一周緒論五、當(dāng)前研究、開發(fā)與創(chuàng)新熱點 精確模型研究 新能源技術(shù)（核電，太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電，波浪發(fā)電，高速 “電、熱、冷”三聯(lián)供機組） 機電一體化(電機、電力電子與微電子結(jié)合) 特殊新用途（電磁發(fā)射，納米電機） 永磁無刷電動機 電機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)緒論 新能源技術(shù)-核能發(fā)電在建和規(guī)劃中的：u廣東陽江核電站,u浙江南部的三門核電站u 遼寧紅沿河核電站u浙江嘉興的秦山核電站u廣東深圳的大亞灣核電站u江蘇連云港的田灣核電站u廣東大亞灣的嶺澳核電站緒論 新能源技術(shù)-太陽能發(fā)電緒論 新能源技術(shù)-風(fēng)力發(fā)電江蘇如東風(fēng)力發(fā)電場 湖北九宮山