电气工程概论第二章电机电器及其控制技术一

法拉第创造了第一部感应发电机的模型
雅可比发明了功率为15W的棒状铁芯电动机
达文波特首先尝试用电动机驱动机械
惠斯通用电磁铁替代永久磁铁制成第一台电磁铁发 电机 西门子制成第一台使用电磁铁的自激式发电机
格拉姆制成了环形电枢自激发电机
出现了铁芯开槽法。有槽铁芯和鼓形绕组的结构一 直沿用至今 爱迪生制造了名为“巨象”的大型直流发电机
转子
蒸汽轮机
燃气轮机
柴油机
…
定子
转子 （a）隐极同步发电机,汽轮发电机
(b)凸极同步发电机,水轮发电机
电动机
将电能转 变为机械 能的机械
同步电动机 异步电动机 直流电动机 伺服电动机
…
定子铁心
机座
三相异步电动机
定子绕组 转子
电
动 机
(a)旋转电动机
(c)平面电动机
(b)直线电动机 (d)球形电动机
机
按在应用中的功能分类：发电机，电动机，变压器
的
变流机，变频机，移相机，控制电机
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分
按运行速度分类：变压器，直流电机，异步电机，同
类
步电机，交流换向器电机
特种电机：步进电机，无刷电机，开关灭磁电机，超 声波电机，…
电 机 的 分 类
按电流分类直流电机
交流电机
按功能分类(1) 将机械功率转换为电功率——发电机
按运行速度(1) 静止设备——变压器
分类
(2) 没有固定的同步速度——直流电机
(3) 转子速度永远与同步速度有差异——异步电机
(4) 速度等于同步速度——同步电机
(5) 速度可以在宽广范围内随意调节——交流换向器电
机
按功率大小大型电机
分类
中小型电机
微型电机
定子
发电机
将机械能
转变为电
能的机械
水轮机
风力机
永磁无刷电动机
电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电 动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了 检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动 器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动 机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和 制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥 各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈 信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。 永磁无刷直流电动机因其卓越的性能 (宽调速、小体积、高效 率和稳态转速误差小等特点)和不可替代的技术优势，越来越 受到人们的关注。将获得更广泛的应用
(2) 将电功率转换为机械功率——电动机
(3) 将电功率转换为另一种形式的电功率，又可分为：
输出和输入有不同的电压——变压器 输出与输入有不同的波形，如将交流变为直流——变流机 输出与输入有不同的频率——变频机 输出与输入有不同的相位——移相机
(4)在机电系统中起调节、放大和控制作用的电机——
控制电机
变压器
将一种电 压的电能 变换为另 一种电压 的电能的
装置
单相变压器 三相变压器
…
1）永磁无刷 电动机
应用： 航空、航天
家用电器 机器人
电动汽车 电动车组 电动舰船
…
特种电机
永磁无刷电动机原理框图
直流电源
开关电路
电动机
位置传感器
永磁无刷电动机分为方波驱动的无刷直流电动机BLDCM 和正弦波驱动的永磁同步电动机PMSM。与传统有刷电动 机相比，BLDCM 用电子换向取代直流电动机的机械换向， 并将原有刷电动机的定转子颠倒，省去机械换向和电刷.而 PMSM是用永磁体取代原绕线式同步电动机转子中的励磁 绕组，定子不做改变，省去了励磁线圈、滑环和电刷
特种电机
2）直线电机
应用： 工业机械； 轨道交通；
电梯；
航空母舰飞机发 射；
导弹发射架； 电磁推进潜艇；
…
海浪直接驱动直线发电机
直线电动机
直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能 的动力源。在许多传统的由旋转运动变成直线运动的 场合使用直线电动机可以省去转换机构，使设备简化， 提高运行可靠性和运行效率，它的速度不受限制也是 许多高速运行装置所向往的。此外，直线电动机所具 有的无摩擦、低噪声、能在高湿、高温或低温环境下 运行的优点正代表着“绿色动力源”的方向。随着直 线电动机理论和设计技术的不断成熟以及直线电动机 品种的不断增加，它在工业、交通、国防及民用等领 域将得到越来越广泛的应用。
费拉里斯提出旋转磁场原理，研制出两相异步电动 机 俄国人制成一台三相交流单鼠笼异步电动机
1882年 1882年
英国人费朗蒂改进了交流发电机，提出了交流高压输 电的概念
英国人高登制造了大型两相交流发电机
1882年 1884年
法国人高兰德和英国人约翰·吉布斯成功研制了第一台 实用变压器
英国人霍普金生又发明了具有封闭磁路的变压器
特种电机
4）超导电机
应用：
超大型发电机 或电动机
全电军舰吊舱式推进系统 超导直流电动机剖面图
特种电机
5）超声波压 电电动机
应用： 生物生命科学；
光学仪器； 高精密机械；
…
微型超声波压电电动机
直线异步电动机典型应用
在种类繁多的直线电动机中，直线异步电动 机的应用最广 ,典型应用如下 直线异步电动机在交通领域的应用 直线异步电动机用于浮法锡槽中的玻璃成型 直线异步电动机其它方面应用,如物料传送、 保安门、电梯、导弹发射等
特种电机
3）步进电动 机
应用： 自动控制装置 中的执行元件
各种步进电动机
1891年 布洛在瑞士制造出高压油浸变压器，使得远距离高压 输电成为现实
经过100多年的发展，电机的理论已经相当成熟。但是， 随着电工科学、材料科学、计算机科学与控制技术的发 展，电机的发展又进入了新的阶段。
2.2 电机的分类与结构
按应用的电流种类：直流电机，交流电机
电
按功率分类：大型电机，中小型电机，微型电机
2 电机电器及其控制技术
2.1 电机的作用与发展简史 电机的作用
电能的生产、 传输和分配
发电机 变压器
……
驱动各种机 械和装备
电动机 机床 水泵
……
控制电机
阀门控制 火炮控制
计算机
……
1831年 1834年 1836年 1845年
1866年 1870年 1878年
1880年 1885年
1888年