1电动机基本知识

☆ 电机系统节能技术
绪论
新能源技术----核能发电
浙江嘉兴的秦山核电站
广东深圳的大亚湾核电站
江苏连云港的田湾核电站 广东大亚湾的岭澳核电站
在建和规划中的： 广东阳江核电站, 浙江南部的三门核电站 辽宁红沿河核电站
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新能源技术----太阳能发电
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新能源技术----风力发电
江苏如东风力发电场 湖北九宫山风电场
磁铁与 U 型磁铁之间产生相
互吸引和排斥作用 ,带动轮轴
转动,如图6。
图6 雅可比的电动机
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1845 年 , 英国惠斯通用电磁铁代替永久磁铁 , 并取 得专利权。这是增强发电机输出功率的一个重要措 施。 1857年,惠斯通发明自激电磁铁型发电机。
1866 年 , 西门子的创始人维尔纳 . 冯 . 西门子制成直
电能是现代最主要的能源，电机是与电能的产 生、传输和使用紧密相关的能量转换机械。
电动机具有以下优点： （1）电机的效率高，运行经济；
（2）电能的传输和分配比较方便；
（3）电能容易控制。
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二、电机的用途 电机的用途很多，可用于动力、发电、检测等。 ☆ 能源系统的关键设备 电能——电机 发电——输电——用电
电车。
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1873年,英国的詹· 麦克斯韦完成了经典电磁理论基础 《电和磁》，提出了著名的麦克斯韦方程。 1875年,比利时Z.T.格拉姆将改造后的发电机安装在 法国巴黎北火车站发电厂，是世界第一座火电厂。 1880年，爱迪生观察到用叠片铁芯可以减少温升和 能耗。 1880年，霍普金森确立了磁路的欧姆定律。
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连接发电机与电网的升压变压器 连接发电机的封 闭母线 与电网相连的高 压出线端
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电力变压器
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我国目前实际应用情况
☆ 汽发：消化引进，设计600MW
☆ 700MW水发, 三峡电站
500kV输电线路以及相应的变压器
500kV直流输电，西电东送运行中 400MW燃气轮机联合循环机组
☆ 引进建设 600MW核电机组 各种电动汽车
鼠笼式交流异步电动机。 1889年,西屋公司在俄勒冈州建设了发电厂，1892年 成功地将15000伏电压送到了皮茨菲尔德。 1890 年 , 德国人米夏埃尔 · 冯· 多里沃一多勃鲁沃尔斯
基制成一架三相电流变压器。
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1891 年 , 慕尼黑人奥斯卡 · 冯· 米勒在法兰克福世界电 气博览会上宣布:他与多里沃合作架设的从劳芬到法兰
种各样的电机迅速发展起来。
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1896 年，特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂 开始劳动营运， 3750KW ， 5000V 的交流电一直送到 40公里外的布法罗市。
1902 年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构
想。 近代交流电机、直流电机迅速发展，种类繁多。
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0.2 一、电机的作用
电机在国民经济中的作用
能潜力的产业，是国家节能减排的重要对象。
2008年IEC发布的IEC60034-30《单速三相笼型感应电动机
的能效分级》标准指出：提高电机系统的效率是节能工程
关注的重点，通过系统优化其节能潜力可达30～60％
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电机系统节能技术

截止2008年底，我国电动机总装机容量为12亿千瓦以上，
占总用电量的60％以上，约用电2.06万亿千瓦时，折合标
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第四章 电动机及其驱动电路
机电一体化系统中的驱动模块在系统中的作用，是改变 系统的运行状态和产生所希望的运动输出。 第一节 电动机基本知识 第二节 直流电动机 第三节 永磁同步（直流无刷）电动机 第四节 交流感应电动机 第五节 超声波电动机 第六节 电动机的选择
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第一节 电动机基本知识
一、直流电机的产生与形成 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。
☆ 特低速电机
中科院国家天文台研制的大型天文望远镜驱动电机75天才转一周
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五、当前研究、开发与创新热点 ☆ 精确模型研究 ☆ 新能源技术（核电，太阳能发电、风力发电，波浪 发电，高速 “电、热、冷”三联供机组） ☆ 机电一体化(电机、电力电子与微电子结合) ☆ 特殊新用途（电磁发射，纳米电机）
☆ 永磁无刷电动机
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同年夏天，亨利对法拉第的电动机模型进行了改进， 制作了一个简单的装置(振荡电动机),如图。
振荡电机
其重要意义: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。
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1832 年，斯特金发明了换 向器 , 据此对亨利的振荡电 动机进行改进，并制成世界 上第一台能产生连续运动的
电机
直线感应电机 直线同步电机
超声波电机 静电电机 仿生电机
特种电机
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感应电机
同步电机
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四、电机发展趋势
☆ 超大型电机
单台电动机功率1600千瓦； 向家坝水电站单台发电机80万千瓦
☆ 超微型电机
直径比头发还细，仅有70微米，主要用于医疗
☆ 超高速电机
超高速离心机一般都采用先进的无刷电机，转速高达3万转每分钟
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1882年，德国将米斯巴哈水电站发出的2千瓦直流电
通过57千米 1500～2000伏电线输送到慕尼黑，证明直
流远距离输电的可能性。
这一方面成为直流电机发展中的大事，促进它们的 广泛利用，另一方面暴露出直流电在传输中的缺点： 电压越高，电能的传输损失越小，但高压直流发电机 困难较大，而且单机容量越大，换向也越困难，换向 器上的火花使电机工作不稳定。
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电机在汽车上的应用实例 刮水器用电动机
调压式刮水器臂用电机
起动电动机
电动速度表用电动机
座椅自动调节用电动机 前照灯矫正装置用电动机 转向联动雾灯用电动机 怠速控制用步进电机
空气悬架系统用步进电机
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发电
哈尔滨电机厂生产的交直流发电机
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发电
汽轮发电机
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发电
国产300MW汽轮发电机
绪论百度文库
流自激、并激式直流发电机。1867年在巴黎世界博 览会上展出第一批样机。西门子首次完成把机械能 转 换 成 为 电 能 的 发 明 ， 从 而 开 始 了 19 世 纪 晚 期 “ 强电 ”技术时代。
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1870 年格拉姆 (1826 ～ 1901) 将 T 形电枢绕组改为环 形电枢绕组 , 发明了直流发电机 , 在设计上 , 直流发电 机和电动机很相似。 后来 ,格拉姆证明向直流发动机输入电流 ,其转子会 象电动机一样旋转。于是,这种格拉姆型电动机大量
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1832年，俄籍德国人 H.F.E. 楞次提出“电动机－发电机” 原理--楞次定律 证明 发电机 和电动机是 可 逆的 但 1870 年 以 前 ， 直 流 发 电
机与电动机一直独立发展着
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1834 年 , 德国的雅可比制成 一种简单的装置 : 在两个 U 型 电磁铁中间,装一六臂轮,每臂 带两根棒型磁铁,通电后,棒型
煤8．31亿吨以上。
但我国电机系统运行效率比国外先进水平低25～30％，如
果能改造现有电机系统的一半，使之平均提高运行效率25 ％，与2008年统计比，则可年节约用电2575亿千瓦时以上， 折合标煤1．04亿吨以上，还将节约建电站的投资和相应配 套设施的投资，大大减少温室气体排放。
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HPU永磁直线电机驱动的水平运输系统
制造出来。效率也不断提高。
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与此同时,西门子接着制造更好的发电机,并着手研 究由电动机驱动的车辆 ,于是西门子公司制成了世界
电车。
1879年,在柏林工业展览会上 ,西门子公司不冒烟的 电车赢得观众的一片喝彩。西门子电机车当时只有3 马力。 后来美国发明大王爱迪生试验的电机车已达 12-15
马力。但当时的电动机全是直流电机，只限于驱动
洗衣机：>1100万台，噪音降低10分贝，
节省电能50%，节水20%
＊氢能燃料电池汽车是未来汽车的发展方向，其核心
驱动装置依然是永磁无刷电机
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特种电机技术
精密直线电机
上海磁悬浮（直线电机驱动）
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电机系统节能技术
体现在两个方面：电机本身节能，与之匹配的系统节能。
电机应用普遍，量大面广，是用电耗能大户，也是最具节
旋转电动机，其原理如右图
4 。后来他还制作了一个并
励直流电动机。
图 4 斯特金的旋转 电动机原理示意图
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1832 年，法国 A.H. 皮克西 在巴黎公开了一台永久磁铁 型旋转式交流发电机 ,如图 5。 一年后，他在发电机上安装
整流子，将交流电变为直流
电。
图5 皮克西发明的永久磁 铁型旋转式交流发电机
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1886年，美国的特斯拉 (N.Tesla,1856～ 1943)也制 成两相绕线式交流异步电动机模型 ,1888 年他又在 意大利科学院提出《利用交流电产生旋转磁场》的 论文。他在爱迪生公司工作，但由于爱迪生坚持只
搞直流方式，因此他就把两相交流发电机和电动机
的专利权卖给了西屋公司。
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1889年,多利沃-多布罗沃利斯基提出了三相制并制成
发电
国产200MW汽轮发 电机定子
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发电
水轮发电机
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发电
现场运行的水轮发电机
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发电
汽车发电机
柴油发电机组
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变压器 输配电环节。为把发电厂的电力输送到四面八方用户，
需将发电机输出的 20 kV 左右的电压升高。在我国，一般
升高到 220kV 或 500kV 。为了输送一定大小的功率，采用 高电压，甚至特高压。 20kV/500kV(220kV) 500kV(220kV)/110kV 110kV/35kV 35kV/10kV 10kV/380V
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1821 年 9 月，英国物理学家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，其原理如下图。
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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。 1826年,德国G.S.欧姆提出电路实验定律--欧姆定律。 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,如图示。
由于那时直流换流技术还未出现，人们把目光投向 交流电机。
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二、交流电机的产生与形成 1824年,法国人阿拉果在转动悬挂着的磁针时发现其 外围环上受到机械力。次年，他重复这一实验时，发 现外围环的转动又使磁针偏转。这些实验导致后来感 应电机的出现。 1888年,美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是 根据电磁感应原理制成,又称感应电动机,其结构简单, 使用交流电,无需整流。无火花,因此被广泛应用于工 业和家庭电器中。
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新能源技术----波浪发电
波浪能电站外景
波浪能电站内景
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新能源技术----高速“电、热、冷”三联供机 组
进气 燃料室 发电机 燃气轮机 排气 排气利用型冷温水机 热 水 负 荷 采 暖 负 荷 制 冷 负 荷 电力负荷
压气机
进 气
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永磁无刷电机技术
如果用正在发展的新型永磁无刷电动
机代替普通电动机,效果如下： 电冰箱：>1000万台/年，电量少15%
☆ 各领域中有特殊要求的动力装置
☆ 伺服驱动装置 ☆ 传感检测装置
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动力
用于榨汁机、搅拌机、切肉机及其它小家电等
防爆型三相异步电动机
绪论
动力
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动力
用于手机、寻呼机、高级玩具、医疗设备等
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动力
用于CD、立体声耳 机、DVD唱机
用于盒式磁带 录音机
用于石油钻井
用于玩具、相机、石英钟 打点器、旅行电吹风
克福的三相交流输电电路，可把 300*735.5W 55 伏三
相交流发电机的电流经三相变压器提高到万伏 ,顺利通 电输运 175 千米 ,从此三相交流电机很快代替了工业上 的直流电机。 三相制优点十分明显 :材料可靠 ,结构简单 ,性能好 ,效
率高 ,用铜省 ,在电力驱动方面又有重大效益。从此 ,各
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三、电机的分类
若按功能进行分类，可分为：发电机，电动机，变压器， 控制电机。
（1）发电机：将机械能转化为电能；
（2）电动机：将电能转化为机械能； （3）变压器：将电能变换为不同电压等级的电能； （4）控制电机：作为控制系统中的元件。如测速发电 机、自整角机等。
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三、电机的分类
按结构及 励磁分类： 静止电机--变压器 直流电机 感应电机 旋转电机 交流电机 同步电机 控制电机 直线电机
绪论
1876年,雅布洛奇科夫用交流发电机为其 “ 电烛 ” 供电，是交流电用于照明的开始。不久出现了原始型 式的同步发电机和变压器。 1879年,英国人拜依莱用依次变动四个磁极上的励磁 电流得到旋转磁场。 1882-1885年,匈牙利工程师代里等3人首创变压器。 1885年,费拉里斯提出两相交流感应电动机的模型。