电动机简介

《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院电动机简介《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院2.发展简史3.直流电动机1.概述4.交流电动机5.小结《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院电动机广泛地应用在社会生活中。农村的电灌站、工厂的各种机床，都有电动机。电车、电力机车都是以电动机为动力的交通工具。由于电网供给的是交变电流，电风扇、洗衣机等家用电器中的电动机，多数是交流电动机。交流电动机也是靠着通电导体在磁场中所受的力来运转的。电动玩具、录音机等小型电器则多数使用直流电动机。随着技术的发展和社会的进步，电动机和人类的关系将越来越密切。电动机优点：构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小、无污染使用电动机驱动生产机械可：（1）简化生产机械的结构；（2）提高生产效率和产品质量；（3）能实现自动控制；（4）实现远距离操纵《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院电风扇及其电机《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院洗衣机及其电机《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院电动玩具、录音机的电动机《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院机床及电动机电机《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院铁路的机车功率较大（几千kW），地铁的功率较小（几百kW），而DC1500/750V无法承受如此大的功率，而为了满足功率，继续升电压又比较困难。地铁车辆为了减自重，一般采用直流-交流传动，如果也使用交流供电，那么还要再加变压器之类的设备，又要增加自重地铁直流供电相对自身的优势：省钱提问：高铁、地铁供电形式《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院需要注意的是，并不是一个动车上只有一个电机。一个动车上有两个转向架，一个转向架上常常安装有一台或两台电机。以CRH3动车组为例，全车4个动车，每个动车有两个转向架，每个转向架上有两台电机，全车共有16台电机，总功率达到8800千瓦。坐在高铁上，这是不同的火车，从前的火车动力在车头上；现在，那个带来高速的动力就在你的脚下。CRH380AL是16节长编组列车，全列装有56台牵引电机，牵引功率达到2万千瓦以上。在如此强大的动力之下，列车加速到300公里/小时只需4分钟，加速距离为12公里。加速到350公里/小时只需6分钟，加速距离为22公里《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院2.发展简史3.直流电动机1.概述4.交流电动机5.小结《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院1820年，丹麦，奥斯特，电流磁效应，诞生了电磁学；1821年，英国，法拉第，第一个实验电动机模型（后来的电动机/发动机/变压器）。1831年，法拉第实现“磁生电”梦想，发现了电磁感应定律；创造了专业词汇（抗磁性、顺磁性、电介质、磁力线、场）；试图确立电磁力与牛顿的万有引力之间的联系；（麦克斯韦评价：科学家中最有成效最高尚的典型）《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院麦克斯韦方程组（TheMaxwell'sEquations）《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院直流电动机的发展（四阶段）1.以永磁体作为磁场的阶段因天然磁极小，磁性弱，电机功率很小，动力也小。2.以电磁铁作为磁极的阶段1825年，英国，斯特金，制成了第一块电磁铁（用16个线圈导线绕制成的）；1829年，美国，亨利，制成可以举起1吨货物的电磁铁；1834年，雅克比，采用电磁铁代替永久磁铁，并首次采用换向装置，大大改变了直流电机的性能。3.改变励磁方式的阶段励磁技术是直流发电机的一个关键性技术。电动机必须由直流发电机供电，解决发电机的技术问题，可使电机应用进入新阶段，也就是说电动机的发展随着发电机的发展而进步。1851年，金斯捷，运用电磁铁代替永久磁体励磁，最初供应电磁铁的电流都是来自他激式的伽伐尼电池，因为不管怎样发电机要发出电流必须先有励磁，而且必须先有电流才能产生磁场励磁。1854年，丹麦，赫尔特.维尔纳兄弟申请了自激式发电机的专利。此后又科学家们又发明了串激式自激发电机和自并励发电机，大大改变了直流发电机的性能，从而开创了直流电机发展的新阶段。《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院主要体现在电枢转子的改进上。1865年发明了齿状电枢；1870年发明了环状电枢；1872年发明了一种鼓型转子，降低了电机生产技术的成本，电机得到实际应用的时代终于来到了。4.实用化完善阶段随着技术发展，直流发电机发出的最大电压达到57.6千伏，输出最大功率4650千瓦，输送的距离可以达到180公里。但很快就达到了技术极限：（1）线圈的绝缘性能不够；（2）换向器无法工作；（3）发电机在制作、运行上存在困难，尤其是换向火花；（4）高压直接输给用户危险，用户一般需要低电压。（5）直流电的输送很困难。直流电机存在的主要问题《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院1856年，德国，西门子公司生产出第一台转枢式交流电动机，用的是单相交流电，与直流电机相比优势并不明显。1885年，意大利，加利莱奥.费拉里斯、1886年，美国，尼古拉.特斯拉各自独立的发明了旋转磁场。他们将几个线圈以辐射状排成一圈，接入交流电，使各个线圈中的交流电频率相同，但是其电压、电流有相移，这样在线圈之间的空间形成了一个旋转磁场，而这个磁场会带动通电线圈转动，这样他们研制成功二相交流电动机。1889年，俄国，工程师杜列夫-杜波洛沃尔斯基发明了鼠笼式三相电动机，这是第一台能够实用的三相交流电动机，至此电动机发展到了可以进入工业应用的阶段。交流电动机的发展《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院三相交流发电机与鼠笼式三相交流电动机的发明给各个工厂、企业和公司提供了操控方便、快捷、安全、经济、源源不断、动力蓬勃的新动力，从而导致了第二次动力革命。这次革命促进了资本主义社会生产力的极大的发展，使资本主义大生产开始向自动化、电气化方向发展，出现了比以蒸汽机技术为代表的第一次动力革命更为深刻的一次工业技术革命，而且这次革命现在还在并且将来还将对于人类做出更大的贡献。感想从电动机的发展简史中我们可以看到：科学要转化为技术，转化为生产力，并不是那么轻而易举、一蹴而就的，需要付出时间、人力、物力和财力。有人感慨的说：“现在世界上不缺科学人才，不缺科学思想和科学理论，最缺的就是将科学思想和科学理论转化为技术与生产力的人。”我们缺乏创新型的技术人才。《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院2.发展简史3.直流电动机1.概述4.交流电动机5.小结《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院直流电机的优点：（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3）易于控制。应用：（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院一、工作原理U+–NS电刷换向片直流电源电刷换向器线圈II《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。FFU+–NS电刷换向片II《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院FFU+–NS电刷换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院直流发电机用右手定则判感应电动势Ea的方向U+–NSEEIa电枢绕组电阻RanKEE感应电动势aaRIEU输出电压《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院二、直流电机的构成直流电机由定子、转子和机座等部分构成。机座磁极励磁绕组转子励磁式直流电动机结构《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院1.转子（又称电枢）由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。2.定子定子的分类：永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，形成电磁铁。励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。M他励UfIfIaUM并励UIfM串励UM复励U《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院2.发展简史3.直流电动机1.概述4.交流电动机5.小结《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院三相异步电动机的构造鼠笼式绕线式转子定子（固定部分）转子（旋转部分）分为两个基本部分：《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院构成：由机座、铁心和定子绕组组成机座是用铸铁或铸刚制成，铁心由互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表面冲有槽，用以放置对称三相绕组；对称三相绕组有的联接成星形、有的联接成三角形作用：产生旋转磁场《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院机座定子绕组铭牌数据出线端子《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院定转子中间是空气隙。此外，还有端盖、轴承、机座、风扇、风罩等部件。《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院鼠笼型异步电动机主要部件拆分图《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院（2）定子绕组作用：产生旋转磁场材料：高强度漆包线（小型）绝缘处理的铜条（大中型）接法：星形或三角形（六个出线端）《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便构成：由铁心和绕组两部分构成铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。作用：电动机磁路一部分。在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院鼠笼式异步电动机的转子绕组不是由绝缘导线绕制而成，而是铝条或铜条与短路环焊接而成或铸造而成。鼠笼式异步电动机的转子绕组因其形状象鼠笼而得名，它的结构是嵌入线槽中铜条为导体，铜条的两端用短路环焊接起来。中小型鼠笼式异步电动机采用较便宜的铝替代铜，将转子导体、短路环和风扇等铸成一体，成为铸铝鼠笼式转子。《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院鼠笼式转子转轴轴承转子《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院材料：0.5mm相互绝缘硅钢片《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院绕线式转子的绕组和定子绕组相似，三相绕组连接成星形，三根端线连接到装在转轴上的三个铜滑环上，通过一组电刷与外电路相连接。绕线式电动机因为其启动,运行的力矩较大,一般用在重载负荷中。《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院铁心绕组转轴绕线式式转子《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院（2）转子绕组作用：产生感应电流和电动势，在旋转磁场作用下产生电磁转矩分类：a、笼型转子结构：单笼型、双笼型、深槽式，其中单笼型又分铸铝和铜条转子。《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院b、绕线转子结构：与定子绕组具有相同极数的三相对称绕组接法：星形，首端接到转轴上的滑环，再通过定子端盖上的电刷与外电路相连。《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学院《机械电气控制及自动化》重庆大学机械工程学