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1、- 1 -一 电动机技术现状及前景 电动机是利用电磁感应原理工作的机械。随着生产的发展而发展的，反过来，电机的发展又促进了社会生产力的不断提高。从 19 世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电机的基本结构变化不大，但是电机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种类的控制电机，控制电机具有高可靠性好精确度快速响应的特点，已成为电机学科的一个独立分支。 它应用广泛，种类繁多。性能各异，分类方法也很多。电机常用的分类方法主要有两种：一种是按功能用途
2、分，可分为发电机电动机，压器和控制电机四大类。电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械，也是最主要的用电设备，各种电动机消耗的电能占全国总发电量的 60%70%。另一种分类方法是按照电机的结构或转速分类,可分为变压器和旋转电机.根据电源电流的不同旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类.交流电机又分为同步电机和异步电机. 在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单调节性能好耗损小经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，
3、因此大多数生产机械都采用电力拖动。 按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。 纵观电力拖动的发展过程，交，直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19 世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以 20 世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技
4、术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速- 2 -系统。 虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器（又称整流子） ，使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用） ，其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。所以，在 20 世纪 60 年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。尤其是 70 年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速
5、等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，因此它今后将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。 经历了 100 多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力。 未来电动机将会沿着单位功率体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。一批“巨无霸
6、“电机、一批“光怪陆奇“电机将同时展现在世人眼前。 二 电动机工作原理 目前较常用的主要是交流电动机，它可分为两种：1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。下面以三相异步电动机为例介绍其基本工作原理。下图所示为一 台三相笼型异步电动机的示意图。在定子铁心里嵌放着对称的三相绕组 U1-U2、V1-V2、W1-W2。转子槽内放有导条，导条两端用短路环短接起来，形成一个笼型的闭合绕组。定子三相绕组可接成星形，也可以接成三角形。 由旋转磁场理论分析可知，如果定子对称三相绕组被施以对称的三相电压，- 3 -就有对称的三相电流流过，并且会在电机的气隙中形成一个
7、旋转的磁场，这个磁图 2-1 三相笼型异步电动机的示意图场的转速 n1 称为同步转速，它与电网的频率 f1 及电机的磁极对数 p 的关系为：n1=60n1=60 f1/pf1/p 转向与三相绕组的排列以及三相电流的相序有关，图中 U、V、W 相以顺时针方向排列，当定子绕组中通人 U、V、W 相序的三相电流时，定子旋转磁场为顺时针转向。由于转子是静止的，转子与旋转磁场之间有相对运动，转子导体因切割定子磁场而产生感应电动势，因转子绕组自身闭合，转子绕组内便有电流流通。转子有功电流与转子感应电动势同相位，其方向可由“右手发电机定则“确定。载有有功分量电流的转子绕组在定子旋转磁场作用下，将产生电磁力F
8、，其方向由“左手电动机定则“确定。电磁力对转轴形成一个电磁转距，其作用方向与旋转磁场方向一致，拖着转子顺着旋转磁场的旋转方向旋转，将输入的电能变成旋转的机械能。如果电动机轴上带有机械负载，则机械负载随着电动机的旋转而旋转，电动机对机械负载做了功。 三项异步电动机的工作原理简单说应该是：当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时，就产生了一个以同步转速 n1 沿定子和转子内圆空间作顺时- 4 -针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以 n1 转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定） 。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的
9、作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定） 。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子 沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三项定子绕组（各相差 120 度电角度） ，通入三项交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路） ，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。 三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场。 转子导体切割旋转
10、磁场感应电动势和电流； 转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。三 电动机的分类1. 按工作电源分类 根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 2 按结构及工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流
11、电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 - 5 -3按起动与运行方式分类 电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容盍式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。 4按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。 驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、
12、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 5按转子的结构分类 电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机） 。 6按运转速度分类 电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无极变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机
13、、PWM 变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。四 电动机的运行维护 4.1 电动机启动前的准备 为了保证电动机正常安全地启动，一般启动前应作好下述准备： 4.1.1 检查电源是否有电，电压是否正常，若电源电压过高或过低，都不宜启动。 4.1.2启动器是否正常，如零部件有无损坏，使用是否灵活，触头接触是否良好，接线是否正确、牢固等。 4.1.3 熔丝规格大小是否合适，安装是否牢固，有无熔断或损伤。 4.1.4电动机接线板上接头有无松动或氧化。 4.1.5检查传动装置，如皮带轻紧是否合适，连接是否牢固，联轴器的螺丝、销子是否紧固等。 - 6 -4.1.6传动电动机转子和负载机械的转轴，看其转动是否
14、灵活。 4.1.7检查电动机及启动电器外壳是否接地，接地线有无断路，接地螺丝是否松动、脱落等。 4.1.8 搬开电动机周围的杂物并清除机座表面灰尘、油垢等。 4.1.9检查负载机械是否妥善地作好了启动准备。 4.1.10 对正常运行中的绕线式电动机，应经常观察电动机滑环有无偏心摆动现象；观察滑环的火花是否发生异常现象。滑环上碳刷是否要更换。（此文 来源公文有约） 4.2 启动时应注意的问题 4.2.1 接通电源后，如果电动机不转，应立即切断电源，绝不能迟疑等待， 更不能带电检查电动机发故障，否则将会烧毁电动机和发生危险。 4.2.2 启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况，以及线
15、路上的电流表和电压表的指示，若有异常现象，应立即断电检查，待故障排除后，载行启动。 4.2.3 利用手动补偿器或手动星三角启动器启动电动机时，特别要注意操作顺序。一定要先将手柄推到启动位置，待电动机转速稳定后再拉到运转位置，防止误操作造成设备和人身事故。4.2.4 同一线路上的电动机不应同时启动，一般应由大到小逐台启动以免多太电动机同时启动，线路上电流太大。电压降低过多，造成电动机启动困难引起线路故障或使开关设备跳闸。 4.2.5 启动时，若电动机的旋转方向反了，应立即切断电源，将三相电源线中的任意两相互换一下位置，即可改变电动机转向。 4.3 三相异步电动机的启动方法- 7 -4.3.1直接
16、启动采用开关直接启动：采用开关直接启动的电路仅适用于不频繁启动的小容量电动机，它不能实现远距离控制和自动控制，也不能实现零压、欠压和过载保护。采用接触器点动控制：采用接触器点控制电路，可控制容量稍大或者启动频繁的电动机，并且实现“一点就动，松开不动”的功能。采用接触器长动控制：采用接触器长动控制的电动机，在按下启动按钮后，电动机开始运转，因为具有自锁触点，所以如果想让电机停转，必须按下停止按钮。长动与点动混合控制：如果电动机既要点动控制，又要连续运转控制，那么可以结合一下，采用三个按钮和自锁触点，实现点动与长动运转控制。4.3.2降压启动定子绕组串电阻（电抗器）降压启动：电动机启动时，在三相定子电路中串入电阻，使电动机定子绕组电压降低，限制了启动电流，待电动机转速上升到一定值后，将电阻切除，使电动机在额定电压下稳定运行。星形三角形降压启动：星形三角形降压启动是指电动机启动时，把定子绕组接成星形，以降低启动电压，限制启动电流；待电动机启动后，再把定子绕组改接成三角形，使电动机从现在起运行。凡是在正常运行时定子绕组做成三角形连接的异
