机电设备概论教案6动力源

课堂教学教案
教学过程
而正确地使用、维护和维修机电设备。

3.1 动力源 3.1.1 动力源的类型
任何机电设备的工作都离不开动力。

电能、风能、热能、化学能等都可以作为机电设备的动力。

机电设备中最常见的动力源是电动机。

在现代机电设备中，电动机已经不单纯是能量的提供者，它在自动控制系统中还具有检测、反馈、执行等方面的作用。

电动机广泛用于各种机械加工设备、农业机械、家用电器等各种机电设备中。

电动机的输出功率有百万分之几瓦到一千兆瓦以上，转速有数天一转到每分钟几十万转，品种和规格越来越多，可适用于高山、平
原、高温、低温、陆地、水下或其他液体中等的各种各样的工作环境。

下面就在机电设备中应用最广泛的动力源——电动机的分类、特点、性能及适用范围加以介绍。

3.1.2电动机的分类、性能、特点及适用范围 1、电动机的分类
电动机是根据电磁感应原理和电磁力原理工作的，它将输入的电能转换为机械能并输出，驱动机械部分运转。

使用、维护、维修机电设备都必须了解电动机的类型和性能。

电动机的品种很多，可按不同的方法分类：
（1）按电动机输入电流类型：可分为直流电动机和交流电动机。

交流电动机又可分为同步电动机和异步电动机，如图3-1所示。

交流电动机
直流电动机
图3-1电动机
（2）按电动机相数：可分为单相电动机和多相（常用三相）电动机。

接在单相电源上的电动机称为单相电动机，接在三相电源上的电动机称为三相电动机，如图3-2所示。

单相电动机
多相电动机
图3-2 单相、多相电动机
（3）按电动机的容量或尺寸大小：可分为大、中、小、微型电动机。

2、电动机的性能及适用范围
（1）直流电动机
直流电动机有以下的特性：
1）直流电动机调速范围大，速度变化较平滑，可以做到精确调速，
而且调速方法比较简单，具有优良的调速性能。

例如，他励直流电动机，只需改变电枢电压，便可方便地实现恒转矩调速。

2）直流电动机过载能力大，可承受频繁的冲击负载，能实现频繁的无级快速起动、制动和反转，以满足生产过程中各种不同的特殊运动要求。

3）直流电动机的主要缺点是结构复杂、维护工作量大、价格高。

直流电动机按励磁方式可分为：永励、并励、串励、复励、稳定并励、他励六种类型。

此外，它还可按转速、电流、电压、用途、工作定额以及防护等级、安装结构型式和通风冷却方式等进行分类。

直流电动机适合于调速范围宽且需要精确调速的场合，以及对运行有特殊要求的自动控制系统。

但因直流电动机有机械换向器，需要经常维护，在不允许中断工作或维修环境恶劣的地方不宜使用。

又由于电刷和换向器之间会产生火花，在易燃易爆或高粉尘、高腐蚀的环境中，直流电动机的使用受到限制。

（2）同步电动机
同步电动机（如图3-3所示）是一种交流电动机，其转速与旋转场的转速同步，即转子转速n与电网频率f之间有恒定的比例关系（n=60f/p,p为电动机的极对数）。

同步电动机性能特点有如下几个方面：
图3-3 同步电动机
1）转速恒定。

电网频率一定时，同步电动机的转速不随负载的大小变化而改变。

2）功率因数可调。

调节其励磁电流，在超前的功率因数下运行，可改善电动机的功率因数。

3）效率高。

异步电动机功率因数相对较低，工作效率也低，而相应的同步电动机效率较高。

低速时，同步电动机这一优点更为明显。

4）运行稳定性高，当电网电压降低或电动机过负荷时，调节励磁可以保证电动机的运行稳定性。

（3）异步电动机
异步电动机（如图3-4所示）也是一种交流电动机，其转子转速与旋转磁场的转速不同步，存在着转差，即这种电动机负载时的转速与所接电网频率之比不是恒定关系。

异步电动机的使用最为广泛。

在电网总负荷中，异步电动机占60%左右。

在各种动力系统中，90%左右采用异步电动机作为动力源。

图3-4异步电动机
异步电动机的特性如下：
1）普通异步电动机的定子绕组接交流电网，转子绕组不需与其它电源连接，因此具有结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠及质量较小、成本较低等优点。

2）异步电动机有较高的运行效率和较好的工作特性，在空载到满载整个负载变化范围内都接近恒速运行，能满足大多数生产机械的要求。

3）便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。

4）它的缺点是运行时从电网吸收无功励磁功率，使电网的功率因数降低。

交流电动机的规格、品种、系列繁多，分类较为复杂。

表3-2为常用小型交流电动机的技术数据及用途。

（4）小功率电动机
小功率电动机是指电动机转速折算在1500r/min时，最大连续功率不超过1.1kW的电动机。

它应用于机械加工设备、医疗器械、音响影视设备、日用电器、电动工具、办公自动化设备等各种机电设备之中。

小功率电动机同样也有异步电动机、同步电动机、直流电动机和交流换向器电动机之分。

它的主要特点如下：
1）主要用于专用用途或特殊用途的机电设备上。

2）采用单相电源或低压直流电源供电。

3）电动机适宜自动化和大批量生产。

4）结构简单、体积小、质量小、价格低、振动和噪声小、安全性好。

（5）微特电机
微特电机指工作原理、结构、性能、作用、使用条件和运动方式与
总结练习作业常规电机不同，以及体积、输出功率很大或很小的电动机。

例如，在雷达扫描跟踪、工业机器人控制、数控机床控制中都使用微特电机，如图3-5所示。

图3-5 微特电机
微特电机按其功能大体分为：
1）测位用微特电机它能将机械角度或直线位移进行直接指示，并变换成电压信号。

2）测速用微特电机它能将机械转速变换成电压信号或脉冲数字信号。

3）执行用微特电机它能快速而正确执行步繁变化的位置和速度指令，带动负载完成所要求的动作。

4）放大用微特电机它能对输入量或反馈量进行变换、校正和放大，以控制执行用微特电机的运动。

3.1.3电动机的选择原则
交流电动机虽然起动、制动及调速性能不如直流电动机，但结构简单，价格便宜，维护工作量小。

所以，在选择电动机种类时，应考虑以下几方面问题：
（1）不需调速的机械，无论是长时工作、短时工作或重复短时工作的机械，都应首选交流电动机。

只有电动机的操作特别频繁，会引起电动机发热，起动特性不能满足机械需求时，才考虑用直流电动机。

（2）对于需要调速的机械，要综合分析机械的转速、功率、力矩、使用场合、调速成本、对电网的影响、电动机的损耗与通风等多项因素，合理选用电动机。

今天我们主要学习了动力源的类型、特点及选择原则。

P36 课后练习
P36 课后练习。