直流电机发展历史.doc
文献综述--无刷直流电机
文献综述
无刷直流电动机:
时间轴:
1955年—无刷电机诞生
1978年—无刷电机进入实用阶段
20世纪—无传感器无刷电机研制成功
无刷电动机的诞生标志是1955年美国D.Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段,是在1978年的MAC 经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后,国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究,先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机.20多年以来,随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展,无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机,而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机.
直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用,但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷,可靠性差,需要经常维护;换相时产生电磁干扰,噪声大,影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相带来的缺点,以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955年美国D.Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利,标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段,是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后,国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究,先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机.20多年以来,随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展,无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机,而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机.
电动机的发展及现状总结
电动机的发展及现状总结
电动机是一种将电能转换成机械能的装置。随着科技的不断发展,电动机的种类不断丰富,性能也不断提高。本文将对电动机的发展及现状进行总结。
一、电动机的发展历史
1. 电力时代的到来
19世纪中叶,世界上第一台电动机被发明出来。1856年,法国物理学家德鲁夫发明了直流电机,标志着电动机的发明时代的到来。
2. 交流电机的发明
1887年,美国物理学家尼古拉·特斯拉发明了交流电机,这种电机的优点是能够传输远距离的电能,这也为电力传输系统的建立奠定了基础。
3. 电动机的应用扩大
20世纪初,电动机的应用范围开始扩大。除了用于家庭和商业用途的小型电动机外,大型电动机逐渐应用于工业领域,例如制造业、矿业和交通领域等。
4. 电动机的发展现状
目前,电动机已成为现代社会的重要组成部分。随着新技术的不断出现,电动机的性能不断提高,应用领域也在不断扩展。
二、电动机的种类
1. 直流电机
直流电机是最早被发明的电动机之一,由于其结构简单、可靠性高以及调速性能好等优点,至今仍广泛应用于机械、冶金、造纸、纺织等行业。
2. 交流电机
交流电机分为异步电动机和同步电动机。异步电动机应用最为广泛,适用于各种工业和民用领域。同步电动机主要用于较大的功率范围,例如水泵、风力发电机等。
3. 无刷直流电机
无刷直流电机因其结构简单、效率高、噪音低等优点,逐渐成为电动工具、家电、电动车等领域的主流电机。
4. 步进电机
步进电机是一种精度高、控制方便的电动机,适用于工业自动化领域,例如自动售货机、3D打印机等。
三、电动机的应用领域
电机的发展历程
电机的发展历程
电机的发展历程可以追溯到古代希腊和罗马时期的静电现象的观察。然而,真正的电机的发展始于18世纪,当时科学家们对电学进行了更深入的研究。以下是电机的发展历程:
1. 电荷发现:在1733年,物理学家Charles Dufay首次观察到物体可以带有正电荷或负电荷。这是电机研究的基础。
2. 静电机的发明:德国科学家Otto von Guericke于1660年发明了静电机,通过擦拭橡胶球或玻璃球来产生静电荷,并用于展示静电现象。
3. 电流发现:在18世纪初,著名的英国科学家查尔斯·卡文迪什(Charles Cavendish)发现了电流的存在。他证明了将静电荷通过导体连接形成闭合电路时,电流会形成。
4. 电化学:在19世纪初,伦敦化学家安德烈-玛丽·安培(André-Marie Ampère)研究了电流与磁场之间的相互作用。他的实验奠定了现代电动机的基础。
5. 电磁感应:作为电机发展的重要里程碑,迈克尔·法拉第(Michael Faraday)于1831年发现了电磁感应现象。他证明,当通过导线的磁场发生变化时,会在导线中产生电流。
6. 直流电动机的发明:英国物理学家威廉·斯图尔特(Wiliam Sturgeon)于1832年发明了直流电机。他的设计使用通电线圈和磁铁,使得线圈可以在磁场中旋转。
7. 交流电动机的发展:创始于19世纪末的交流电机的发展推动了电机工业的进一步发展。1879年,尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)发明了交流电机,将交流电的运输和应用推向了前所未有的高度。
电机简史及发展趋势解读
IT专题课程报告
题目:电机简史及发展趋势
姓名:
学号:
同组学生:
xx大学XX学院
二零一三年四月
电机简史与发展趋势
摘要
本文通过电机的发展史和现状分析,结合电机发展的特点,对电机的未来发展趋势作了预测和构想,并具体阐述了部分新兴电机的发展趋势。关键词:电机;简史;发展
1电机发展史
1.1直流电机的产生与形成
1.1.1世界上第一台电机
1820年奥斯特发现了电流磁效应,随后安培通过总结电流在磁场中所受机械力的情况建立了安培定律:
θ
F sin
IBL
1821年9月法拉第发现通电的导线能绕永久磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动,第一次实现了电磁运动向机械运动的转换,从而建立了电动机的实验室模型,被认为是世界上第一台电机。
1.1.2第一台真正意义上的电机
1831年,法拉第利用电磁感应发明了世界上第一台真正意义上的电机──法拉第圆盘发电机。这台发电机制构造跟现代的发电机不同,在磁场所中转动的不是线圈,而是一个紫铜做的圆盘。圆心处固定一个摇柄,圆盘的边缘和圆心处各与一个电刷紧贴,用导线把电刷与电流表连接起来;铜圆盘放置在蹄形永磁体的磁场中,当转动摇柄使铜圆盘旋转起来时,电流表的指针偏向一边,电路中产生了持续的电流。
1.1.3振荡电动机
1831年夏,亨利对法拉第的电动机模型进行了改进
该装置的运动部件是在垂直方向上运动的电磁铁,当它们端部的导线与两个电池交替连接时,电磁铁的极性自动改变,电磁铁与永磁体相互吸引或排斥,使电磁铁以每分钟75个周期的速度上下运动。
亨利的电动机的重要意义在于这是第一次展示了由磁极排斥和吸引产生的连续运动,是电磁铁在电动机中的真正应用。
电动机的发展历史
电动机的发展历史
电动机作为现代工业中不可或缺的重要部件,经过了漫长的发展历程,从最初简单的电动机到如今高效、智能的电动机,其演变过程充满了技术的革新和突破。本文将为您介绍电动机的发展历史,探讨其演变过程和技术创新。
最早的电动机可以追溯到18世纪末,当时由英国科学家法拉第发现了电磁感应现象,这为电动机的发展奠定了基础。1830年代,美国发明家法莱迪率先制造了直流电动机,这是电动机技术的重要突破,为后来的电动机应用打下了基础。
随着工业化的发展,电动机逐渐被广泛应用于各个行业。19世纪末,交流电动机开始崭露头角,由于其结构简单、维护方便的特点,逐渐取代了直流电动机的地位,成为主流。同时,随着电子技术的进步,电动机的效率和性能得到了显著提升,使得其在工业生产中发挥着越来越重要的作用。
20世纪是电动机发展的黄金时期,随着数字化技术的兴起,智能电动机开始逐渐兴起。各种传感器和控制系统的应用使得电动机的运行更加稳定、高效,同时也提升了其安全性和可靠性。电动机不仅在传统工业领域得到广泛应用,还逐渐进入家庭和商业领域,如家用电器、电动汽车等。
近年来,随着新能源技术的发展,电动机也得到了进一步的提升和
创新。电动汽车的兴起使得电动机在交通运输领域大放异彩,成为替代传统内燃机的重要选择。同时,太阳能、风能等新能源的发展也为电动机提供了更广阔的应用空间,推动了电动机技术的不断创新和改进。
总的来说,电动机经历了从简单到复杂,从低效到高效的演变过程。随着科技的不断进步,电动机的发展前景无限,将继续在工业生产、交通运输、家庭生活等各个领域发挥着重要作用。我们期待着未来电动机的进一步创新和发展,为人类社会的可持续发展贡献更多力量。
直流电机的发展史
爱迪生
直流电机理论的发展
1、在电路理论方面,1845年,德国科学家基尔霍夫(G.R.Kh'chhofO 提出了著名的基尔霍夫电路定律。
2、在直流电机基础理论探索方面,1838年,楞次阐明了电机的可逆 性原理,使发电机的研究和电动机的研究殊途同归 3、1 866年~ 1 867年初,瓦里(C.F.Varley)、惠斯通和W 西门子先 后发现直流电机自励原理,为直流电机的大型化和实用化奠定了基础; 4、在直流电机换向理论方面,l9世纪末,E.阿诺尔德(E.Arnold)和 拉姆(B.G.I amine)等建立了古典换向理论 总之,经过人们近半个世纪的不懈努力,到1890年代,直流电机理论 已比较成熟,直流电机设计计算已从经验设计阶段过渡到可以进行理 论分析计算的阶段。
1866年,W.西门予(W.Siemens)发明梭形(H形) 电枢(图8.8), 1867年,西门子一哈尔斯克公司即制成带梭形电 枢的直流发电机(图8.9)。
环形电枢最早是由巴辛诺特在l860 年提出的(图8.10),
1880年代开始将成型线圈放入电枢铁心 槽中(图8.17)或孔中,这种电枢一直 沿用至今。
2、电工钢片的进展
除绝缘材料外,这一时期铁心用电工钢 片取得了重大进展。20世纪初,直流电 机铁心几乎都采用热轧低碳软钢片或电 磁铁片。早期热轧硅钢片含硅量低,一 般为l%~2%。1930年前后开始生产含 硅量较高(4%~4.5%)的硅钢片。1940 年代,美国开始生产冷轧无取向硅钢片。 由于冷轧硅钢片具有损耗低、厚度均匀、 表面平整等优点
简述电机的发展历程总结
简述电机的发展历程总结
电机的发展可以总结为以下几个阶段:
1. 早期的机械式电机(18世纪初):早期的电机是基于静电原理构建的,如电击机和静电电机。这些电机主要是通过点火和触发带电物体之间的电荷相互作用来产生运动。
2. 直流电机的发展(19世纪初):在1800年代初期,发明家奥斯丁(Oersted)和法拉第(Faraday)发现了电流和磁场之间的相互作用关系。这一发现促使了直流电机的发展。一种
早期的直流电机是科赫尔电机,它是由约瑟夫·亚历山大·科赫尔(Joseph Alexandrovich Cogel)于1824年发明的。
3. 交流电机的发展(19世纪末):与直流电机不同,交流电机利用交流电产生转子的旋转运动。最早的交流电机是由尼古拉·特斯拉于1882年发明的。交流电机具有结构简单、效率高等
优点,因此得到了广泛应用。
4. 无刷电机的发展(20世纪中期):无刷电机是一种无需刷子和电刷的电机。与传统电机相比,无刷电机拥有更高的效率、更长的寿命和更低的噪音。无刷电机的发展主要是受到电子技
术的推动,可以实现精确的控制和调节。
总结来说,电机的发展经历了由早期的机械式电机到直流电机再到交流电机的阶段,并且在
20世纪中期出现了无刷电机。这一过程中,电机的效率、功率和控制能力都不断提高,为各
个领域的应用提供了更好的工具。
电动机的发展历史
电动机的发展历史
电动机是一种将电能转化为机械能的装置。其发展历史可以追溯到18世纪,随着科学技术的不断进步,电动机也在不断地发展和完善。
最早的电动机是由英国物理学家迈克尔·法拉第于1821年发明的。这种电动机是利用电流和磁力的相互作用来产生旋转力矩,从而带动机械运转。但是当时的电动机技术还十分落后,只能用于实验室研究,无法应用于工业生产。
到了19世纪末,电动机的技术得到了重大突破。1888年,美国发明家尼古拉·特斯拉发明了交流电动机,这种电动机不仅效率高,而且结构简单,使用范围也十分广泛。同时,德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹发明了电动机的理论,为电动机的研究和应用提供了重要的理论基础。
20世纪初,电动机的技术进一步发展。1902年,美国发明家威廉·爱迪生发明了直流电动机,这种电动机结构简单,使用方便,成为了当时工业生产中最常用的电动机。同时,电动机的功率也在不断提高,从最初的几千瓦到现在的数百万瓦,电动机的应用范围也越来越广。
随着电子技术的发展,电动机的控制技术也得到了重大突破。20世纪50年代,电子管技术的应用使得电动机的控制变得更加精确和
灵活。60年代,晶体管技术的出现进一步提高了电动机的控制精度和可靠性。70年代,集成电路技术的应用使得电动机控制器的体积和功耗大大缩小,使用更加方便。
现在,随着计算机技术的不断发展,电动机的控制技术也进入了一个新的发展阶段。数字控制技术的应用使得电动机的控制更加智能化和自动化,同时也提高了电动机的效率和可靠性。此外,随着新型材料和新型技术的不断涌现,电动机的结构也在不断地改进和优化,使得电动机的性能和使用寿命都得到了提高。
简述电机的发展历程总结
简述电机的发展历程总结
电机是现代工业和生活中不可或缺的重要设备,它的发展历程可以追溯到19世纪初。在这篇文章中,我将简述电机的发展历程,并回顾其对人类社会的重要影响。
1. 静电机的诞生
电机起源于静电现象的研究,最早的静电机可以追溯到17世纪末的荷兰科学家冯·格拉夫(von Guericke)的气动机。这种通过摩擦产生电荷差异的装置为后来电机的研究打下了基础。
2. 电磁现象和初期电动机
19世纪初,奥斯特和法拉第等科学家的电磁理论为电机的发展提供了新的思路。法拉第的电磁感应定律和奥斯特的电磁旋转定律为电机的发明和应用提供了理论基础。此后不久,电机的初期模型和实验装置被创建出来。
3. 电机的商业化应用
到了19世纪中叶,电机开始得到商业化应用。英国工程师简·韦特(James Watt)的蒸汽机配备了电动机,用于带动机械设备,使其工作更加高效。电机在纺织、采矿和交通等领域的应用也逐渐普及,推动了工业革命的进程。
4. 直流电机和交流电机的竞争
20世纪初,直流电机和交流电机开始竞相发展。直流电机由托马斯·爱迪生等人改进和推广,而交流电机则是尼古拉·特斯拉等科学家的成果。交流电机以其高效、稳定且适应性强的特点逐渐取代了直流电机,并
成为现代电机的主导技术。
5. 电机的现代应用
随着科技的飞速发展,电机在现代社会中的应用范围越来越广泛。从
家庭电器到交通工具,从工业生产到科学研究,电机几乎无处不在。
电机的发展为人类的生活带来了便利和改善,它是现代科技与工业发
展的重要基石。
总结和展望:
在过去的几个世纪里,电机经历了从静电机到电磁机,再到交流电机
直流电机的发展史
a
10
直流电机结构的改进
1821年~ 1895年间是直流电机结构不断改进、逐渐统 一定型的时期。初期,直流电机结构五花八门,与现 今直流电机结构大相径庭,而且直流电动机和直流发 电机各自独立发展,结构也不尽相同。
a
11
1、电枢
早期直流电机电枢多采用螺线管式线圈,输出 功率小,电压波形不好,电机效率也较低。后来出 现了各种各样的盘形电枢(图8.5~图8.7)。
1832年斯特金制成首台带换向器的直流电动机 1833年里奇发明旋转电磁针。同年他制成台旋转直流电动机。里奇电动机已具有 现代旋转电动机的结构雏形。
1834年达文波特制成一台直流电动机,并尝试用直流电动机作为原动机,驱动轮 子前进,开电动机应用之先河。
l837年达文波特的直流电动机发明获得美国专利(No.132)。这是人类历史上第一 个电机专利。
4、在直流电机换向理论方面,l9世纪末,E.阿诺尔德(E.Arnold)和 拉姆(B.G.I amine)等建立了古典换向理论
总之,经过人们近半个世纪的不懈努力,到1890年代,直流电机理论 已比较成熟,直流电机设计计算已从经验设计阶段过渡到可以进行理 论分析计算的阶段。
a
9
在电磁方面提出的著名的亥 姆霍茨定律对直流电机的发 展中做出了巨大的贡献。
a
7
爱迪生
a
8
交直流电动机的原理、历史、现状及发展趋势要点
电力拖动自动控制系统
课程综合训练
——交、直流电动机调速技术历史、现状及发展趋势
姓名:*** 16115746
班级:孙越崎学院11-3班
交直流电机调速技术历史、现状及发展趋势
王家琪
(中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州)
摘要:本文摘录了国内外相关文献对电机调速技术发展的资料,并结合作者本人的本科学习经验整理收录,对于交直流电机调速技术的发展作了扼要的介绍,对于本科阶段理解与掌握电机拖动调速技术有着一定的帮助。
关键词:直流电机、交流电机、原理、调速技术、历史、现状、发展趋势
引言:人类社会发展的历史进程中,能源永远是人类赖以生存的物质基础,科学技术的进步更是和能源的获取变换利用紧密联系在一起。由于电能的生产和利用更涉及机械能与电能两种形态能量之间的转换,电机作为机电能量转换的设备所处位置关键,使得电机技术的发展直接关系到能源的有效变换和利用以及能源的开发和节约。而电机调速技术正是实现电机在工农业生产各领域中大展拳脚的前提保证。现代工业生产中有两种情况需要实现电机的速度控制:
(1)满足运动及生产工艺要求。如对于电动车辆则要求低速恒转矩,高速恒功率;对于电梯机床纺织造纸等传动,特别是轧钢设备则要求正转反转电动制动四象限运行。这是高性能调速技术的应用场合。
(2)实现调速节能。主要针对拖动风机水泵的电机,过去电机恒速运行,依靠挡板或阀门调节风量或流量,致使大量能量耗费在挡板阀门上。采用调节速度方式调节流量时,电机输入功率大大减少,产生高达20%-30% 的节能效果。这是一般性能调速技术的重要应用场合。
电机发展史
电机学发展史
世界科技和生产力
奥斯特发现电生磁(1820)—法拉第电磁回转实验(发明电动机模型)-法拉第发现电磁感应(发明发电机模型)—法拉第兼任企业顾问研制永磁电机—西门子发明激磁电机—格拉姆发明直流发电机和电动机-特斯拉发明交流电机和电动机—19世纪末美国电动机床出现—伏
特汽车公司装配流水线
一、直流电机的产生与形成
皮克西:第一台永磁式直流发电机.
西门子:自激式直流发电机。
格拉姆:环形电枢直流发电机
1820年丹麦物理学家奥斯特(Hans Christian Oersted,1777—1851)发现了电流磁效应:将导线的一端和伽伐尼电池正极连接,导线沿南北方向平行地放在小磁针上方,当导线另一端连接到负极时,磁针立即指向东西方向。把玻璃板、木片、石块等非磁性物体插在导线和磁极之间,甚至把小磁针浸在盛水的铜盒子里,磁针照样偏转。
随后安培通过总结电流在磁场中所受机械力的情况建立了安培定律;
1821 年9 月法拉第发现通电的导线能绕永久磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动,第一次实现了电磁运动向机械运动的转换,从而建立了电动机的实验室模型,被认为是世界上第一台电机,其原理如图1 所示,在一个盘子内注入水银,盘子中央固定一个永磁体,盘子上方悬挂一根导线,导线的一端可在水银中移动,另一端跟电池的一端连接在一起,电池的另一端跟盘子连在一起,构称导电回路,载流导线在磁场中受力运动.
1822年,法国的阿拉戈.盖.吕萨克发明电磁铁,即用电流通过绕线的方法使其中铁块磁化。
1825年,斯特金(W.sturgeon)用16圈导线制成了第一块电磁铁。
直流电机发展历史
1 发展历史
直流马达(directcurrent,DCmotor)可以说是最早发明能将电力转换为机械功率的电动机,它可追溯到Michael Faraday所发明的碟型马达。法拉第(Faraday)的原始设计其后经由迅速的改良,到了1880年代已成为主要的电力机械能转换装置,但之后由于交流电的发展,而发明了感应马达与同步马达,直流马达的重要性亦随之降低。直到约1960年,由于SCR (单向可控硅)的发明、磁铁材料、碳刷、绝缘材料的改良,以及变速控制的需求日益增加,再加上工业自动化的发展,直流马达驱动系统再次得到了发展的契机,到了1980年直流伺服驱动系统成为自动化工业与精密加工的关键技术。
扭矩与功率
将力施于一可旋转之连杆,则此连杆将会旋转,扭矩即为造成此一旋转运动之力,定义为:
(2.1)
(2.2)
(2.3)
如果扭矩固定不变,则
图2.1扭矩(torque)、功(work)与功率(power)牛顿定律(Newton's Law)
磁场之产生
在变压器、马达与发电机的运作过程中,能量常由一种型式转换为另一种型式,这种转换过程的基本机制即在于电磁场(electro-mechanical field)。
电场的变化在适当的情况下将造成感应的磁场,反之亦然,因而在电磁的交互作用中达到能量转换的目的。一个变化的磁场在其切割的线圈上将产生感应电压,这是变压器的基本工作原理。一根载有电流的导线如置于磁场中,则将感应一力施于其上,这是马达运转的基本原理。一根在磁场中移动的导线则将在导线上产生感应电压,这是发电机运转的基本原理。
电动机的发展史
电动机的发展史
电动机,是一种能够将电能转化为机械能的机械装置,广泛应用于家庭和工业中。下面是电动机发展史的简要介绍。
19世纪初期,人们开始尝试利用电磁学和磁感应原理来制造电机。1821年英国科学家法拉第成功地实现了电动机的最早实验,而后奥斯特也提出了可以逆向运行的电动机设想。1837年美国发明家缪尔斯(Thomas Davenport)设计的直流电动机已经开始商业生产。1860年代莫尔斯发明了列车制动电机,意味着新时代的到来。
1879年,爱迪生发明了第一台长时间运转的电力发电机,这使得电动机得到广泛应用。同时,瑞典物理学家拉沃尔(S.A. Laval)首创了涡轮式水力发电机,它使得电力在发电厂之间的传输变得更容易。这些技术进步推动了电动机在工业领域的应用。
20世纪初期,交流电动机的问世引起了工业和家庭设备的革命性变化。此时,西门子、艾弗森和塔斯拉等电机制造商开始生产更为高效和耐用的交流电动机,以满足日益增长的市场需求。1950年代,随着工业自动化和计算机的发展,电动机的种类和品质进一步得到改进,并广泛应用于汽车、飞机和轨道交通等领域。
到了21世纪,新型电动机技术的出现带来了更多的变革。例如,无刷直流电动机拥有更高的效率和可靠性,已经成为电动汽车主要的动力系统之一。同时,发展中的可再生能源技术也迫使电机制造商朝着更高效、低成本、环保的方向进行持续创新。
总的来说,电动机的发展历史可以追溯到19世纪初期的电磁学和磁感应实验,经历了多个阶段的革新和变革,被广泛应用于工业生产和家庭设备中。在不断前进的道路上,电动机行业仍将不断寻求创新和改进。
无刷直流电机的发展历程
无刷直流电机的发展历程
无刷直流电机最早出现于20世纪60年代,但由于当时技术水平的限制,其应用范围和性能都比较有限。到了80年代,随着集成电
路和磁性材料的不断发展,无刷直流电机得以大规模应用于家用电器、计算机等领域。90年代,随着电动汽车和无人机的兴起,对无刷直
流电机性能的要求越来越高,因此出现了多种新型无刷直流电机,如磁悬浮无刷直流电机,强磁场无刷直流电机等。21世纪以后,随着
新材料、新技术的不断涌现,无刷直流电机的性能和应用领域得到了极大提升。未来,无刷直流电机将继续发展,成为各行各业的重要驱动器件。
- 1 -
电动机发展史简述
电动机发展史简述
电动机是一种将电能转换成机械能的设备,它是现代工业的中心
部件之一。从19世纪开始,人类不断尝试着将电能转化为机械能,以
便推动工业化进程,电动机的发展历程也就开始了。
早期的电机使用直接电流,因为交流发明较晚,应用也较少。当
20世纪初发现可以使用交流电时,从而可以更有效地传输电能到离发
电机更远的地方。这促进了交流电动机的发展,它们容易制造和维修,并且可以在大范围内应用。
电动机的发展始于鲁塞尔在1835年发明的直流电机。19世纪后期,西门子和赫兹发明了交流电机,为商业应用奠定了基础。20世纪初,Herman Pohl发明了带有微型磁力损失的交流电机。1923年,路德维格·梅兹发明了异步电机,它已经成为现代交流电机的代表。
20世纪60年代,出现了带磁共振的压电式超声波电动机和用于金属加工的有码电机。20世纪70年代,出现了微型电动机、直线电动机、交直流电动机,以及LED和磁记录等领域的应用。并且电机的电子化
越来越明显,将数字化和通讯技术应用到电动机中,实现了高精度、
高速、高效率的驱动要求。至今,电动机逐渐发展成为一种集成了现
代电子技术和电动机传动技术的高新科技产品。
总结来看,电动机的发展史经历了从DC到AC、从大到小、从低效到高效的变化过程。同时,伴随着科技的不断进步,电动机得到了更
多领域的应用,将人们的生活变得更加便捷和美好。今后,电动机还
将迎来更多的挑战和机遇,进一步发挥作用,推动技术创新和社会发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
1 发展历史
直流马达(directcurrent,DCmotor)可以说是最早发明能将电力转换为机械功率的电动机,它可追溯到Michael Faraday所发明的碟型马达。法拉第(Faraday)的原始设计其后经由迅速的改良,到了1880年代已成为主要的电力机械能转换装置,但之后由于交流电的发展,而发明了感应马达与同步马达,直流马达的重要性亦随之降低。直到约1960年,由于SCR (单向可控硅)的发明、磁铁材料、碳刷、绝缘材料的改良,以及变速控制的需求日益增加,再加上工业自动化的发展,直流马达驱动系统再次得到了发展的契机,到了1980年直流伺服驱动系统成为自动化工业与精密加工的关键技术。
扭矩与功率
将力施于一可旋转之连杆,则此连杆将会旋转,扭矩即为造成此一旋转运动之力,定义为:
(2.1)
(2.2)
(2.3)
如果扭矩固定不变,则
图2.1扭矩(torque)、功(work)与功率(power)牛顿定律(Newton's Law)
磁场之产生
在变压器、马达与发电机的运作过程中,能量常由一种型式转换为另一种型式,这种转换过程的基本机制即在于电磁场(electro-mechanical field)。
电场的变化在适当的情况下将造成感应的磁场,反之亦然,因而在电磁的交互作用中达到能量转换的目的。一个变化的磁场在其切割的线圈上将产生感应电压,这是变压器的基本工作原理。一根载有电流的导线如置于磁场中,则将感应一力施于其上,这是马达运转的基本原理。一根在磁场中移动的导线则将在导线上产生感应电压,这是发电机运转的基本原理。
安培定律
(2.4)
载有电流的导线会在其周围形成磁场,其关系即为(2.4)所示的安培定律,其中H为由净电流I net所造成的磁场强度(magneticfieldintensity),单位为ampere-turns/meter。
(2.5)
其中H为磁场强度向量H的大小,由此可计算出H为
(2.6)
。
(2.7)
称之为导磁性材料的导磁率(permeability)。
真空的导磁率定义为 o其值为
(2.8)
其它的物质相对于真空的导磁率称之为相对导磁率(relative permeability)定义为
(2.9)
相对导磁率可用来评估一种导磁材料其磁化容易的成度,例如钢(steel)常用于马达的制造,其相对导磁率约介于2000~6000之间,这表示同样的电流,如果采用硅钢片作为铁心则较空心的线圈能产2000~6000倍的磁通量,空气的导磁率与真空几乎是相同的。
由于铁心的导磁率相当高,因此在图2.2中的磁力线绝大部份均在铁心之内,祗有极小部份的漏磁通(leakage flux)流失于周围的空气中。
如图2.2所示之铁心,其内部之磁通密度B为
(2.10)
在一指定面积内的磁量则可计算为
(2.11)
(2.12) 磁电路(Magnetic Circuit)
(2.13)
(2.14)
(2.15)
由(2.12)与(2.15)可知:
(2.16)
谢谢欣赏
谢谢欣赏
谢谢欣赏
马达通常藉由传动系统而带动所连接之负载,因此马达本身虽多以旋转的方式运动,但其负载则有可能旋转或平移或以其它方式运动,有时负载不祗一个,其运动速度也不一定相同。为了说明马达与负载的扭矩方程式,首先定义下列符号:
(4.1)
马达是否加速或减速则决定于是否T大于或小于T L。同样的,在需要快速反应的应用场合,因为需要高加速度,马达提供的加速扭矩不但要大,负载的旋转惯量也必须小,才能产生高的加速度。当马达的转速增加时,其动能1/2J m2亦随之增加,因此马达不仅须提供负载所需之能量,亦须提供增加速度所需之动能。
图
在某些应用中,在一段短的时间内,负载扭矩会超过马达所能提供的最大扭矩,则马达会减速,此时动态扭矩会协助马达扭矩保持原有之运动。在某些应用中如冲床,在很短的时间内负载需要很大的扭矩,但大部份的时间则几乎是无载,则可利用动态扭矩的特性选择一个较小额定值的马达。
1.
2.
3.
(4.2)
图4.2(b)中的T C与转速无关,称之为库仑磨擦(coulomb friction)。
图
(4.3)
由上述之分析可知,负载扭矩可表示为
(4.4)
(4.5)
图
图5.1所示为马达与驱动器在多象限操作的习惯表示法。由图5.1可看出马达与驱动器均有四个工作象限:
正向转动(forwardmotoring)
表
稳态平衡工作点
马达-负载驱动系统要能够稳定的保持在一个平衡的工作点,就是指在小的负载扰动下仍能回复到原有的工作点。平衡工作点的稳定性,可由稳态稳定度分析(steady-state stabilityanalysis)方法来分析马达─负载驱动系统的稳态转速-扭矩曲线。以下从小信号扰动理论(small signalperturbationtheory)的观点来探讨工作点的稳定性。
(5.1)
由扭矩方程式(5.1)可知
(5.2)
将(5.1)之平衡状况代入可得
(5.3)
假设此扰动很小,则在此平衡点附近的马达与负载的扭矩─转速曲线均可以直线近似,因此
(5.4)
其中dT/dωm与dT L/dωm分别是马达与负载的扭矩─转速曲线在平衡点(T Le,ωme)的斜率。
将(5.4)代入(5.3)则可得
(5.5)
(5.6)
(5.7)
根据上述之数学分析与物理诠释,可观察图5.2中各工作点的稳定性,其中实线为马达的扭矩─转速曲线,虚线则分别为负载扭矩T L1与T L2的扭矩-转速曲线。在B点,当速度增加时,
图