电机文献综述
（08级）
学生姓名金其超
学号 ******** 院系工学院机电系
专业自动化 082
填写日期2010-09-27
电机行业综述
前言
电机行业是一个传统的行业。经过200多年的发展，它已经成为现代生产、生活中不可或缺的核心、基础，是国民经济中重要的一环。作为劳动密集型产业，我国发展电机制造业有着得天独厚的优势。到目前为止，我国的电机制造业已经具有一定规模。据全国电工行业统计，2006年全国交流电机产量达到15000万kw，同比增16％；汽轮发电机9583万kw，同比增长21.64％，水轮发电机组1922万kw，同比增长49.57％。在经过了2006年下半年的低速发展之后，2007年到现在，我国电机制造行业保持高速发展态势。电机出口市场的需求还将在相当一个时期趋于稳定，交流电动机的国际市场需求也十分可观，并将持续处于高速增长阶段。随着电机产品国外市场的进一步拓宽，中小型电机在出口数量、品种、产品档次、创汇额上将会有重大突破。未来出口电机产量增长主要外部原因在于世界经济稳定增长，促进了行业贸易产量的增长。内因是国内出口退税率改革导致企业加快出口步伐，及国内外资企业规模的不断扩大和数量的快速增加，产品竞争提高，在国内形成巨大的效益，也刺激了出口上升。随着生产现代化程度的不断提高和人们对家用电器、汽车等消费的不断增加，市场对电机的需求也将越来越大。预计到2010年，全国发电装机容量将达到6.6亿千瓦左右，平均每年将投产发电装机容量3700万千瓦以上，年均增长7.8%左右。而电动机的需求与发电设备的需求呈1∶3.51的正比关系，据此分析，大型、中小型交流电动机产品在国内市场的有效需求会保持稳定增长。
正文
电机的起源和发展
电机工作基本原理是利用带电导体和磁场间的相互作用而把电能变为机械能。电动机结构主要包括两部分：转子和定子。转子为电动机的旋转部分，由转轴座组成，导体绕组的排列方式决定电动机的类型及其特性。
1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。最先制成电动机的人，据说是德国的雅可比。他于1834年前后成了一种简单的装置：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。后来，雅可比做了一具大型的装置。安在小艇上，用320个丹尼尔电池供电，1838年小艇在易北河上首次航行，时速只有2.2公里，与此同时，美国的达文波特也成功地制出了驱动印刷机的电动机，印刷过美国电学期刑《电磁和机械情报》。但这两种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太大、不实用。
直到第一台实用直流发动机问世，电动机才行了广泛应用。1870年比利时工程师格拉
姆发明了直流发电机，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制造出来。效率也不断提高。与此同时，德国的西门子接制造更好的发电机，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，只限于驱动电车。
1888年南斯拉夫出生的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，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电动机通常用三相交流供电。
1902年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想。
同步电动机工作原理同感应电动机一样，由定子产生旋转磁场，便转子绕组用直流供电，转速固定不变，不受负载影响。因此同步电动机特别适用于钟表，电唱机和磁带录音机。
直流电动机是直流激磁，工作特性接其激磁绕组的接线方式不同而有区别。串激电动机起动转矩大，适用于牵引和起重，并激电动机转速随负载大小而变动较小，且可以调节，可用为定速或调速之用，复激电动机兼有以上两种激磁方式发动机的特性。
交流换向器电动机，即转子具有换向器的交流电动机。因它既可用于交流又可用于直流，故称作交直流两用电动机或通用电动机，多用于家用电器。
定义：
电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。电动机也称（俗称马达），在电路中用字母“M”（旧标准用“D”）表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。
发电机在电路中用字母“G”表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电，随着
风力发电技术的日趋成熟，风电也慢慢走进我们的生活。
变压器，在有的书上称之为静止的电机。从电机的定义发现，这么说也有它的道理的。
电动机的种类
1．按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。
1.1直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。
1.1.1有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。
1.1.1.1电磁直流电动机划分：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。
1.1.1.2永磁直流电动机划分：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。
1.2其中交流电机还可分：单相电机和三相电机。
2．按结构和工作原理划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。
2.1同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。
2.2异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。
2.2.1感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。
2.2.2交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。
3．按起动与运行方式划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。
4．按用途划分：驱动用电动机和控制用电动机。
4.1驱动用电动机划分：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、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。
4.2控制用电动机又划分：步进电动机和伺服电动机等。
5．按转子的结构划分：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．按运转速度划分：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级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。
异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。
同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。
一.直流电动机
直流电机实图
直流电机的工作原理
一、直流发电机工作原理
直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。
感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向。）和电刷 A接触的导体永远位于 N极下，同样，和电刷 B接触的导体永远位于S 极下。因此，电刷 A始终有正极性，电刷 B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如果电枢上线圈数增多，并按照一定的规律把它们连接起来，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。
二、直流电动机的工作原理
导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。
当电枢转了180°后，导体 cd转到 N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷 A流入，经导体cd 、ab 后，从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。
因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。
直流电机的原理结构
直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机，广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、玩具等。
1．电磁式直流电动机电磁式直流电动机由定子磁极、转子（电枢）、换向器（俗称整流子）、电刷、机壳、轴承等构成，
电磁式直流电动机的定子磁极（主磁极）由铁心和励磁绕组构成。根据其励磁（旧标准称为激磁）方式的不同又可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。因励磁方式不同，定子磁极磁通（由定子磁极的励磁线圈通电后产生）的规律也不同。
串励直流电动机的励磁绕组与转子绕组之间通过电刷和换向器相串联，励磁电流与电枢电流成正比，定子的磁通量随着励磁电流的增大而增大，转矩近似与电枢电流的平方成正比，转速随转矩或电流的增加而迅速下降。其起动转矩可达额定转矩的5倍以上，短时间过载转矩可达额定转矩的4倍以上，转速变化率较大，空载转速甚高（一般不允许其在空载下运行）。可通过用外用电阻器与串励绕组串联（或并联）、或将串励绕组并联换接来实现调速。
并励直流电动机的励磁绕组与转子绕组相并联，其励磁电流较恒定，起动转矩与电枢电流成正比，起动电流约为额定电流的 2.5倍左右。转速则随电流及转矩的增大而略有下降，短时过载转矩为额定转矩的 1.5倍。转速变化率较小，为5%~15%。可通过消弱磁场的恒功率来调速。
他励直流电动机的励磁绕组接到独立的励磁电源供电，其励磁电流也较恒定，起动转矩与电枢电流成正比。转速变化也为5%~15%。可以通过消弱磁场恒功率来提高转速或通过降低转子绕组的电压来使转速降低。
复励直流电动机的定子磁极上除有并励绕组外，还装有与转子绕组串联的串励绕组（其匝数较少）。串联绕组产生磁通的方向与主绕组的磁通方向相同，起动转矩约为额定转矩的4倍左右，短时间过载转矩为额定转矩的3.5倍左右。转速变化率为25%~30%（与串联绕组有关）。转速可通过消弱磁场强度来调整。
换向器的换向片使用银铜、镉铜等合金材料，用高强度塑料模压成。电刷与换向器滑动接触，为转子绕组提供电枢电流。电磁式直流电动机的电刷一般采用金属石墨电刷或电化石墨电刷。转子的铁心采用硅钢片叠压而成，一般为12槽，内嵌12组电枢绕组，各绕组间串联接后，再分别与12片换向片连接。
1．永磁式直流电动机
永磁电机实图
永磁式直流电动机也由定子磁极、转子、电刷、外壳等组成，定子磁极采用永磁体（永久磁钢），有铁氧体、铝镍钴、钕铁硼等材料。按其结构形式可分为圆筒型和瓦块型等几种。录放机中使用的电多数为圆筒型磁体，而电动工具及汽车用电器中使用的电动机多数采用专块型磁体。
转子一般采用硅钢片叠压而成，较电磁式直流电动机转子的槽数少。录放机中使用的小功率电动机多数为3槽，较高档的为5槽或7槽。漆包线绕在转子铁心的两槽之间（三槽即有三个绕组），其各接头分别焊在换向器的金属片上。电刷是连接电源与转子绕组的导电部件，具备导电与耐磨两种性能。永磁电动机的电刷使用单性金属片或金属石墨电刷、电化石墨电刷。
录放机中使用的永磁式直流电动机，采用电子稳速电路或离心式稳速装置。
2．无刷直流电动机
无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。
无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换）。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。
位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。
采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机，其磁敏传感器件（例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等）装在定子组件上，用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。
采用光电式位置传感器的无刷直流电动机，在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件，转子上装有遮光板，光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。
采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机，是在定子组件上安装有电磁传感器部件（例如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等），当永磁体转子位置发生变化时，电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号（其幅值随转子位置而变化）。
2.1直流无刷电机的优越性
直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换
频率加快许多，提升驱动电机的性能。微处理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交坐标系统中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。
此外已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中，而且体积越来越小；像模拟/数字转换器(analog-to-digital converter，adc)、脉冲宽度调制(pulse wide modulator，pwm)…等。直流无刷电机即是以电子方式控制交流电机换相，得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。
2.2直流无刷电机的控制结构
直流无刷电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(p)影响：
n=120．f / p。在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
直流无刷驱动器包括电源部及控制部如图 (1) ：电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。
电源部可以直接以直流电输入(一般为24v)或以交流电输入(110v/220 v)，如果输入是交流电就得先经转换器(converter)转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器(inverter)转成3相电压来驱动电机。换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(q1～q6)分为上臂(q1、q3、q5)/下臂(q2、q4、q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供pwm(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall-sensor)，做为速度之闭回路控制，同时也做为相序控制的依据。但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。
2.3直流无刷电机的控制原理
要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序，如下（图二） inverter中之ah、bh、ch(这些称为上臂功率晶体管)及al、bl、cl(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor 感应出另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管)；要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。
基本上功率晶体管的开法可举例如下：
ah、bl一组→ah、cl一组→bh、cl一组→bh、al一组→ch、al一组→ch、bl一组
但绝不能开成ah、al或bh、bl或ch、cl。此外因为电子零件总有开
关的响应时间，所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去，否则当上臂(或下臂)尚未完全关闭，下臂(或上臂)就已开启，结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。
当电机转动起来，控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令(command)与hall-sensor信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决定由下一组(ah、bl或ah、cl或bh、cl或……)开关导通，以及导通时间长短。速度不够则开长，速度过头则减短，此部份工作就由pwm 来完成。pwm是决定电机转速快或慢的方式，如何产生这样的pwm才是要达到较精准速度控制的核心。高转速的速度控制必须考虑到系统的clock 分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间，另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、实时性。至于低转速的速度控制尤其是低速起动则因为回传的hall-sensor信号变化变得更慢，怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要。或者速度回传改变以encoder变化为参考，使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。电机能够运转顺畅而且响应良好，p.i.d.控制的恰当与否也无法忽视。之前提到直流无刷电机是闭回路控制，因此回授信号就等于是告诉控制部现在电机转速距离目标速度还差多少，这就是误差(error)。知道了误差自然就要补偿，方式有传统的工程控制如p.i.d.控制。但控制的状态及环境其实是复杂多变的，若要控制的坚固耐用则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能完全掌握，所以模糊控制、专家系统及神经网络也将被纳入成为智能型p.i.d.控制的重要理论。
二.交流异步电动机
交流异步电动机是领先交流电压运行的电动机，广泛应用于电风扇、电冰箱、洗衣机、空调器、电吹风、吸尘器、油烟机、洗碗机、电动缝纫机、食品加工机等家用电器及各种电动工具、小型机电设备中。
交流电异步电动机分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为单相异步电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。
电机的转速（转子转速）小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。它和感应电机基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s为转差率， ns为磁场转速，n为转子转速。
基本原理：(1)当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。
(2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。
（3）根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。
异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。还随着负载的大小发生变化。负载转矩越大，转子的转速越低。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广，在不致引起误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。
普通异步电机的定子绕组接交流电网，转子绕组不需与其他电源连接。因此，它具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，
成本较低等优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。异步电机运行时，必须从电网吸取无功励磁功率，使电网的功率因数变坏。因此，对驱动球磨机、压缩机等大功率、低转速的机械设备，常采用同步电机。由于异步电机的转速与其旋转磁场转速有一定的转差关系，其调速性能较差(交流换向器电动机除外)。对要求较宽广和平滑调速范围的交通运输机械、轧机、大型机床、印染及造纸机械等，采用直流电机较经济、方便。但随着大功率电子器件及交流调速系统的发展，目前适用于宽调速的异步电机的调速性能及经济性已可与直流电机的相媲美。
1．单相异步电动机
单相异步电动机由定子、转子、轴承、机壳、端盖等构成。
定子由机座和带绕组的铁心组成。铁心由硅钢片冲槽叠压而成，槽内嵌装两套空间互隔90°电角度的主绕组（也称运行绕组）和辅绕组（也称起动绕组成副绕组）。主绕组接交流电源，辅绕组串接离心开关S或起动电容、运行电容等之后，再接入电源。
转子为笼型铸铝转子，它是将铁心叠压后用铝铸入铁心的槽中，并一起铸出端环，使转子导条短路成鼠笼型。
单相异步电动机又分为单相电阻起动异步电动机，单相电容起动异步电动机、单相电容运转异步电动机和单相双值电容异步电动机。
2．三相异步电动机
三相异步电动机的结构与单相异步电动机相似，其定子铁心槽中嵌装三相绕组（有单层链式、单层同心式和单层交叉式三种结构）。定子绕组成接入三相交流电源后，绕组电流产生的旋转磁场，在转子导体中产生感应电流，转子在感应电流和气隙旋转磁场的相互作用下，又产生电磁转柜（即异步转柜），使电动机旋转。
3．罩极式电动机
罩极式电动机是单向交流电动机中最简单的一种，通常采用笼型斜槽铸铝转子。它根据定子外形结构的不同，又分为凸极式罩极电动机隐极式罩极电动机。
凸极式罩极电动机的定子铁心外形为方形、矩形或圆形的磁场框架，磁极凸出，每个磁极上均有1个或多个起辅助作用的短路铜环，即罩极绕组。凸极磁极上的集中绕组作为主绕组。
隐极式罩极电动机的定子铁心与普通单相电动机的铁心相同，其定子绕组采用分布绕组，主绕组分布于定子槽内，罩极绕组不用短路铜环，而是用较粗的漆包线绕成分布绕组（串联后自行短路）嵌装在定子槽中（约为总槽数的2/3），起辅助组的作用。主绕组与罩极绕组在空间相距一定的角度。
当罩极电动机的主绕组通电后，罩极绕组也会产生感应电流，使定子磁极被罩极绕组罩住部分的磁通与未罩部分向被罩部分的方向旋转。
4．单相串励电动机
单相串励电动机的定子由凸极铁心和励磁绕组组成，转子由隐极铁心、电枢绕组、换向器及转轴等组成。励磁绕组与电枢绕组之间通过电刷和换向器形成串联回路。图18-16是单向串励电动机的结构。
单相串励电动机属于交、直流两用电动机，它既可以使用交流电源工作，也可以使用直流电源工作。
三.交流同步电动机
交流同步电动机是一种恒速驱动电动机，其转子转速与电源频率保持恒定的比例关系，被广泛应用于电子仪器仪表、现代办公设备、纺织机械等。
1．永磁同步电动机
永磁同步电动机属于异步启动永磁同步电动机，其磁场系统由一个或多个永磁体组成，通常是在用铸铝或铜条焊接而成的笼型转子的内部，按所需的极数装镶有永磁体的磁极。定子结构与异步电动机类似。
当定子绕组接通电源后，电动机以异步电动机原理起动动转，加速运转至同步转速时，由转子永磁磁场和定子磁场产生的同步电磁转矩（由转子永磁磁场产生的电磁转矩与定子磁场产生的磁阻转矩合成）将转子牵入同步，电动机进入同步运行。
磁阻同步电动机磁阻同步电动机也称反应式同步电动机，是利用转子交轴和直轴磁阻不等而产生磁阻转矩的同步电动机，其定子与异步电动机的定子结构类似，只是转子结构不同。
2．磁阻同步电动机
同笼型异步电动机演变来的，为了使电动机能产生异步起动转矩，转子还设有笼型铸铝绕阻。转子上开设有与定子极数相对应的反应槽（仅有凸极部分的作用，无励磁绕组和永久磁铁），用来产生磁阻同步转矩。根据转子上反应槽的结构的不同，可分为内反应式转子、外反应式转子和内外反应式转子，其中，外反应式转子反应槽开地转子外圆，使其直轴与交轴方向气隙不等。内反应式转子的内部开有沟槽，使交轴方向磁通受阻，磁阻加大。内外反应式转子结合以上两种转子的结构特点，直轴与交轴差别较大，使电动机的力能较大。磁阻同步电动机也分为单相电容运转式、单相电容起动式、单相双值电容式等多种类型。
3．磁滞同步电动机
磁滞同步电动机是利用磁滞材料产生磁滞转矩而工作的同步电动机。它分为内转子式磁滞同步电动机、外转子式磁滞同步电动机和单相罩极式磁滞同步电动机。
内转子式磁滞同步电动机的转子结构为隐极式，外观为光滑的圆柱体，转子上无绕组，但铁心外圆上有用磁滞材料制成的环状有效层。
定子绕组接通电源后，产生的旋转磁场使磁滞转子产生异步转矩而起动旋转，随后自行牵入同步运转状态。在电动机异步运行时，定子旋转磁场以转差频率反复地磁化转子；在同步运行时，转子上的磁滞材料被磁化而出现了永磁磁极，从而产生同步转矩。
软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又
使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
电动机起动前的检查方法
（1）新的或长期停用的电机，使用前应检查绕组间和绕组对地绝缘电阻。通常对500V以下的电机用500V绝缘电阻表；对500-1000V的电机用1000V绝缘电阻表；对1000V以上的电机用2500V绝缘电阻表。绝缘电阻每千伏工作电压不得小于1MΩ，并应在电机冷却状态下测量。
（2）检查电机的外表有无裂纹，各紧固螺钉及零件是否齐全，电机的固定情况是否良好。（3）检查电机传动机构的工作是否可靠。（4）根据铭牌所示数据，如电压、功率、频率、联结、转速等与电源、负载比较是否相符。（5）检查电机的通风情况及轴承润滑情况是否正常。（6）扳动电机转轴，检查转子能否自由转动，转动时有无杂声。（7）检查电机的电刷装配情况及举刷机构是否灵活，举刷手柄的位置是否正确。（8）检查电机接地装置是否可靠。
电机行业标准
GB/T 1993-1993 旋转电机冷却方法
GB 20237-2006 起重冶金和屏蔽电机安全要求
GB/T 2900.25-2008 电工术语旋转电机
GB/T 2900.26-2008 电工术语控制电机
GB 4831-1984 电机产品型号编制方法
GB 4826-1984 电机功率等级
JB/T 1093-1983 牵引电机基本试验方法
电机的用途
1：伺服电动机
伺服电动机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。
伺服电动机有直流和交流之分，最早的伺服电动机是一般的直流电动机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电动机。目前的直流伺服电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场控制,但通常采用电枢控制。
2：步进电动机
步进电动机主要应用在数控机床制造领域，由于步进电动机不需要A/D 转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。
除了在数控机床上的应用，步进电机也可以用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。
3：力矩电动机
力矩电动机具有低转速和大力矩的特点。一般在纺织工业中经常使用交流力矩电动机，其工作原理和结构和单相异步电动机的相同。
4：开关磁阻电动机
开关磁阻电动机是一种新型调速电动机，结构极其简单且坚固，成本低，调速性能优异，是传统控制电动机强有力竞争者，具有强大的市场潜
力。
5：无刷直流电动机
无刷直流电动机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，维护方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题，所以这种电动机在控制系统中有很大的应用。
6：直流电动机
直流电动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广泛，尤其在可控硅直流电源出现以后。
7：异步电动机
异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。异步电动机主要广泛应用于驱动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加工机械等大多数工农生产机械以及家用电器和医疗器械等。在家用电器中应用比较多，例如电扇、电冰箱、空调、吸尘器等。
8：同步电动机
同步电动机主要用于大型机械，如鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机以及小型、微型仪器设备或者充当控制元件。其中三相同步电动机是其主体。此外，还可以当调相机使用，向电网输送电感性或者电容性无功功率。
减速电机
减速电机是指减速机和电机(马达)的集成体。这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。通常由专业的减速机生产厂进行集成组装好后成套供货。减速电机广泛应用于钢铁行业、机械行业等。使用减速电机的优点是简化设计、节省空间。
减速电机概述
1、减速电机结合国际技术要求制造,具有很高的科技含量。
2、节省空间,可靠耐用,承受过载能力高,功率可达95KW以上。
3、能耗低,性能优越,减速机效率高达95%以上。
4、振动小,噪音低,节能高,选用优质段钢材料,钢性铸铁箱体,齿轮表面经过高频热处理。
5、经过精密加工,确保定位精度,这一切构成了齿轮传动总成的齿轮减速电机配置了各类电机,形成了机电一体化,完全保证了产品使用质量特征。
6、产品才用了系列化、模块化的设计思想,有广泛的适应性,本系列产品有极其多的电机组合、安装位置和结构方案,可按实际需要选择任意转速和各种结构形式。
减速电机分类
1、大功率齿轮减速电机
2、同轴式斜齿轮减速电机
3、平行轴斜齿轮减速电机
4、螺旋锥齿轮减速电机
5、YCJ系列齿轮减速电机
减速电机广泛应用于冶金、矿山、起重、运输、水泥、建筑、化工、纺织、印染、制药等各种通用机械设备的减速传动机构。
电机保养
专业电机保养维修中心电机保养流程：清洗定转子--更换碳刷或其他零部件--真空F级压力浸漆--烘干--校动平衡。
1、使用环境应经常保持干燥，电动机表面应保持清洁，进风口不应受尘土、纤维等阻碍。
2、当电动机的热保护连续发生动作时，应查明故障来自电动机还是超负荷或保护装置整定值太低，消除故障后，方可投入运行。
3、应保证电动机在运行过程中良好的润滑。一般的电动机运行5000小时左右，即应补充或更换润滑脂，运行中发现轴承过热或润滑变质时，液压及时换润滑脂。更换润滑脂时，应清除旧的润滑油，并有汽油洗净轴承及轴承盖的油槽，然后将ZL-3锂基脂填充轴承内外圈之间的空腔的1/2（对2极）及2/3（对
4、6、8极）。
4、当轴承的寿命终了时，电动机运行的振动及噪声将明显增大，检查轴承的径向游隙达到下列值时，即应更换轴承。
5、拆卸电动机时，从轴伸端或非伸端取出转子都可以。如果没有必要卸下风扇，还是从非轴伸端取出转子较为便利，从定子中抽出转子时，应防止损坏定子绕组或绝缘。
6、更换绕组时必须记下原绕组的形式，尺寸及匝数，线规等，当失落了这些数据时，应向制造厂索取，随意更改原设计绕组，常常使电动机某项或几项性能恶化，甚至于无法使用。
电机保护器
电机保护器的作用是给电机全面的保护，在电机出现过载、缺相、堵转、短路、过压、欠压、漏电、三相不平衡、过热、轴承磨损、定转子偏心时，予以报警或保护的装置。
电机保护常识
1．为什么现在的电机比过去更容易烧毁？由于绝缘技术的不断发展，在电机的设计上既要求增加出力，又要求减小体积，使新型电机的热容量越来越小，过负荷能力越来越弱；再由于生产自动化程度的提高，要求电机经常运行在频繁的起动、制动、正反转以及变负荷等多种方式，对电机保护装置提出了更高的要求。另外，电机的应用面更广，常工作于环境极为恶劣的场合，如潮湿、高温、多尘、腐蚀等场合。所有这些，造成了现在的电机比过去更容易损坏，尤其是过载、短路、缺相、扫膛等故障出现频率最高。
2．为什么传统的保护装置保护效果不甚理想？传统的电机保护装置以热继电器为主，但热继电器灵敏度低、误差大、稳定性差，保护不可靠。事实也是这样，尽管许多设备安装了热继电器，但电机损坏而影响正常生产的现象仍普遍存在。
3、电机保护的发展现状？目前电机保护器已由过去的机械式发展为电子式和智能型，可直接显示电机的电流、电压、温度等参数，灵敏度高，可靠性高，功能多，调试方便，保护动作后故障种类一目了然，既减少了电机的损坏，又极大方便了故障的判断，有利于生产现场的故障处理和缩短恢复生产时间。另外，利用电机气隙磁场进行电机偏心检测技术，使电机磨损状态在线监测成为可能，通过曲线显示电机偏心程度的变化趋势，可早期发现轴承磨损和走内圆、走外圆等故障，做到早发现，早处理，避
免扫膛事故发生。
4．保护器选择的原则？合理选用电机保护装置，实现既能充分发挥电机的过载能力，又能免于损坏，从而提高电力拖动系统的可靠性和生产的连续性。具体的功能选择应综合考虑电机的本身的价值、负载类型、使用环境、电机主体设备的重要程度、电机退出运行是否对生产系统造成严重影响等因素，力争做到经济合理。
5、理想的电机保护器？理想的电机保护器不是功能最多，也不是所谓最先进的，而是应该满足现场实际需求，做到经济性和可靠性的统一，具有较高的性能价格比。根据现场的实际情况合理地选择保护器的种类、功能，同时考虑保护器安装、调整、使用简单方便，更重要的是要选择高质量的保护器。
电机保护器的选型
一、选型基本原则
目前，市场上电机保护产品未有统一标准，型号规格五花八门。制造厂商为了满足用户不同的使用需求派生出很多的系列产品，种类繁多，给广大用户选型带来诸多不便；用户在选型时应充分考虑电机保护实际需求，合理选择保护功能和保护方式，才能达到良好的保护效果，达到提高设备运行可靠性，减少非计划停车，减少事故损失的目的。
二、选型的基本方法
(一）与选型有关的条件
1、电机参数：要先了解电机的规格型号、功能特性、防护型式、额定电压、额定电流、额定功率、电源频率、绝缘等级等。这些内容基本能给用户正确选择保护器提供了参考依据。
2、环境条件：主要指常温、高温、高寒、腐蚀度、震动度、风沙、海拔、电磁污染等。
3、电机用途：主要指拖动机械设备要求特点，如风机、水泵、空压机、车床、油田抽油机等不同负载机械特性。
4、控制方式：控制模式有手动、自动、就地控制、远程控制、单机独立运行、生产线集中控制等情况。启动方式有直接、降压、星角、频敏变阻器、变频器、软起动等。
5、其他方面：用户对现场生产监护管理情况，非正常性的停机对生产影响的严重程度等。
与保护器的选用相关的因素还有很多，如安装位置、电源情况、配电系统情况等；还要考虑是对新购电机配置保护，还是对电机保护升级，还是对事故电机保护的完善等；还要考虑电机保护方式改变的难度和对生产影响程度；需根据现场实际工作条件综合考虑保护器的选型和调整。
（二）电机保护器的常见类型
1、热继电器：普通小容量交流电机，工作条件良好，不存在频繁启动等恶劣工况的场合；由于精度较差，可靠性不能保证，不推荐使用。
2、电子型：检测三相电流值，整定电流值采用电位器或拔码开关，电路一般采用模拟式，采用反时限或定时限工作特性。保护功能包括过载、缺相、堵转等，故障类型采用指示灯显示，运行电量采用数码管显示。
3、智能型：检测三相电流值，保护器使用单片机，实现电机智能化综合保护，集保护、测量、通讯、显示为一体。整定电流采用数字设定，通
过操作面板按钮来操作，用户可以根据电机具体情况在现场对各种参数修正设定；采用数码管作为显示窗口，或采用大屏幕液晶显示，能支持多种通讯协议，如ModBUS、ProfiBUS等，价格相对较高，用于较重要场合；目前高压电机保护均采用智能型保护装置。
4、热保护型：在电机中埋入热元件，根据电动机绕组的温度进行保护，保护效果好；但电机容量较大时，需与电流监测型配合使用，避免电机堵转时温度急剧上升时，由于测温元件的滞后性，导致电机绕组受损。
5、磁场温度检测型：在电机中埋入磁场检测线圈和测温元件，根据电机内部旋转磁场的变化和温度的变化进行保护，主要功能包括过载、堵转、缺相、过热保护和磨损监测，保护功能完善，缺点是需在电机内部安装磁场检测线圈和温度传感器。
（三）保护器类型的选择
1、对于工作条件要求不高、操作控制简单，停机对生产影响不大的单机独立运行电机，可选用普通型保护器，因普通型保护器结构简单，在现场安装接线、替换方便，操作简单，具有性价比高等特点。
2、对于工作条件恶劣，对可靠性要求高，特别是涉及自动化生产线的电动机，应选用中高档、功能较全的智能型保护器。
3、对于防爆电机，由于轴承磨损造成偏心，可能导致防爆间隙处摩擦出现高温，产生爆炸危险，应选择磨损状态监测功能。对于大容量高压潜水泵等特殊设备，由于检查维护困难，也应选择磨损状态监测功能，同时监测轴承的温度，避免发生扫膛事故造成重大经济损失。
4、应用于有防爆要求场所的保护器，要根据应用现场的具体要求，选用相应的防爆型保护器，避免安全事故发生。
变频电机介绍
变频电机的构造原理
电动机的调速与控制，是工农业各类机械及办公、民生电器设备的基础技术之一。随着电力电子技术、微电子技术的惊人发展，采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式，正在以其卓越的性能和经济性，在调速领域，引导了一场取代传统调速方式的更新换代的变革。它给各行各业带来的福音在于：使机械自动化程度和生产效率大为提高、节约能源、提高产品合格率及产品质量、电源系统容量相应提高、设备小型化、增加舒适性，目前正以很快的速度取代传统的机械调速和直流调速方案。
由于变频电源的特殊性，以及系统对高速或低速运转、转速动态响应等需求，对作为动力主体的电动机，提出了苛刻的要求，给电动机带来了在电磁、结构、绝缘各方面新的课题。
变频电机的应用
变频调速目前已经成为主流的调速方案，可广泛应用于各行各业无级变速传动。
特别是随着变频器在工业控制领域内日益广泛的应用，变频电机的使用也日益广泛起来，可以这样说由于变频电机在变频控制方面较普通电机的优越性，凡是用到变频器的地方我们都不难看到变频电机的身影。
直线电机介绍
机床上传统的“旋转电机 + 滚珠丝杠”进给传动方式,由于受自身结构的限制 ,在进给速度、加速度、快速定位精度等方面很难有突破性的提
高, 已无法满足超高速切削、超精密加工对机床进给系统伺服性能提出的更高要求。直线电机将电能直接转换成直线运动机械能,不需要任何中间转换机构的传动装置。具有起动推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高、行程长度不受限制等优点。在机床进给系统中,采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台(拖板)之间的机械传动环节,把机床进给传动链的长度缩短为零,因而这种传动方式又被称为“零传动”。正是由于这种“零传动”方式, 带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。
(1)高速响应
由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件(如丝杠等),使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高,反应异常灵敏快捷。(2)精度
直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差,减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制,即可大大提高机床的定位精度。
(3)动刚度高由于“直接驱动”,避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象, 同时也提高了其传动刚度。
(4)速度快、加减速过程短
由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车(时速可达500km/h),所以用在机床进给驱动中,要满足其超高速切削的最大进给速度(要求达60～100M/min 或更高)当然是没有问题的。也由于上述“零传动”的高速响应性,使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速, 高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度,一般可达2～10g(g=9.8m/s2),而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g。
(5) 行程长度不受限制在导轨上通过串联直线电机, 就可以无限延长其行程长度。
(6)运动动安静、噪音低。由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦,且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨(无机械接触),其运动时噪音将大大降低。
(7)效率高。由于无中间传动环节,消除了机械摩擦时的能量损耗,传动效率大大提高。
家电电机的常见故障检修
在家用电器设备中，如电扇、电冰箱、洗衣机、抽油烟机、吸尘器等，其工作动力均采用单相交流电动机。这种电动机结构较简单，因此有些常见故障可在业余条件下进行修复。
１．电动机通电后不启动
该故障除了电源回路、电机绕组不良外，大多是电机的启动电路异常。电扇、排风扇、洗衣机等电机一般采用电容器启动运转；而电冰箱、冷柜等的电机多采用电阻分相启动运转，一旦启动电路中的电容器或分相电阻损坏，电机就不能正常运转，检修时应先排除启动电路故障后再查电机故障。
若启动电路正常，则可能是电动机内部绕组局部短路或断路，可用万用表Ｒ×１挡测各绕组电阻值来判断。
如电冰箱压缩机电机，正常情况下启动绕组电阻值约为２３Ω，运行绕组电阻值为１０Ω左右，起动和运行串接绕组正常阻值应为两者之和。２．电动机转速慢而无力
电动机在通电后转速慢而无力时，对于电容启动式电机大多为电容器容量不足、漏电严重或电源电压过低；此外鼠笼转子铝条部分如果有严重的缺损及断条情况，特别是洗衣机电机经常启动和正反交替运转，转子铝条较大的感应电流易使转子铝条断裂，也导致运转慢而无力。
当发现铝条有裂缝时，可用手电钻在裂缝间钻一个小孔，用相应的铝丝条嵌入孔内，然后将其敲平铆死，最后用钢锉和砂纸打磨平整光滑即可。若铝条断裂面较大时，有条件的可采用铝丝气焊的方法加以修补。３．电动机外壳带电
一般要求电机泄漏电流不应大于０．８ｍＡ，以保证人身安全。
电动机外壳漏电的主要原因有电机内某引出线绝缘破损并碰触壳体；电机绕组局部烧毁引起定子与外壳间漏电。较多见的是长期处于高湿环境，导致电机受潮绝缘降低而使机壳带电。此时，可用摇表测量电机各绕组与机壳间的绝缘电阻值，若在２ＭΩ以下，则说明电机已受潮严重，应将电机定子绕组进行烘烤去潮处理。
４．电动机运转时温升加剧
各类家用单相电动机在正常工作状态下，其电机壳体表面温度一般比环境温度高２０℃左右，最高温升不应高于７０℃。如果电机工作几分钟后出现壳体表面温度剧升，且机内散发焦油味甚至冒烟，则为电机过热故障。
电机过热温升的原因，主要有电机自身质量问题；电机长期处于超负荷运行状态（传动机构故障引起电机负荷大）；电机散热条件差；电机绕组局部短路等。其中较常见的是绕组匝间短路，可拆开机壳检查绕组。如果线包无烧毁现象，可将定子重新进行浸漆绝缘处理，然后烘干。若线包有局部烧毁，那只有更换绕组线包。
５．电动机运行噪声大
电机工作噪声大，一般有两种原因，一是机械噪声，主要是电机轴承磨损和缺油，产生硬摩擦噪声。对此可清洗后加入润滑脂减少噪声。当转子轴与轴承松动或端盖松动时，也会使电机在旋转时产生轴向窜动发出噪声。也有一些装配质量差的电机，轴承室不同心，电机径向间隙不均匀等均会产生异常噪声。对此，只要拆下外盖和后内盖，取出转子和定子座，重新敲铆内盖的中心轴即可应急修复。
另外，一些罩极式电机的短路环松动或铁心松动而产生电磁噪声，应采取夹紧措施。
电机节能调速
电机在启动时，电机的电流会比额定高5-6倍的，不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量.系统
电机变频器
在设计时在电机选型上会留有一定的余量，电机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必要的。变频器可实现电机软启动、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能。进口变频器ABB西门子比较好，价格较贵，国内变频器做得较好的有三晶、汇川和英威腾等。变频器的选择可以根据具体电机通途来决定。
参考文献
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对“电机与电器”的文献综述 前言 电机是与电能有关的能量转换机械，它是工业，农业，交通运输，国防工程，医疗设备以及日常生活中常用的设备。电机与电器这一学科电机与电器学科主要涉及电机、电器及其它电磁与机电装置的理论、设计、制造、运行及控制规律。近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。特别是在乡镇企业及家用电器中，更需要有大量的中、小功率电动机。由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。本文主要介绍了电机技术起源发展及现状以及未来的发展趋势。 主体部分 01 电机与电器的起源发展 电机工作基本原理是利用带电导体和磁场间的相互作用而把电能变为机械能。电动机结主要包括两部分：转子和定子。转子为电动机的旋部分，由转轴座组成导体绕组的排列方式决定电动机的类型及其特性。1820年,奥斯特发现了电生磁现象，1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。美国的达文波特也成功地制出了驱动印刷机的电动机，印刷过美国电学期刑《电磁和机械情报》。但这两种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太大、不实用。相继在1833年出现了直流电机，1885年出
现了异步电动机，1889年的三相系统。1902年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想，对以后电动机的研究及发展有重要影响。 02 电机与电器的当前发展状况 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，虽然电动机的基本结构变化不大，但电动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，在一般旋转电动机的理论基础上又发展许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。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，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
电机与拖动 文献综述 学生姓名 学号 院系 专业 完成日期
前言 (2) 电动机发展史 (3) 常用电机的种类及特性 (5) 电机的应用 (7) 我国电机发展趋势及展望 (13) 总结 (16) 参考文献 (18)
电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，是变压器、电动机和发电机的统称。不同类的电机有不同的特性，随着科学技术的不断更新发展，电机技术的改进也在日新月异。同时，电机是一门很实用的课程，配合电机实验，能让学生透彻的了解电机的特性，同时培养学生掌握对电机的实验方法和操作技能。 在现代工业企业中，利用电动机把电能转换成机械能，去拖动各种类型的生产机械按人们所给定的规律运动（即电力拖动），比其他拖动方式有无可比拟的优点。 电力拖动具有良好的调速性能，起动、制动、反转和调速的控制简单方便、快速性好且效率高。电动机的类型很多，具有各种不同的运行特性，可以满足各种类型生产机械的要求。电力拖动系各参数的检测、信号的变换与传送方便，易于实现自动控制。 因此，电力拖动成为现代工业电气自动化的基础。
电动机发展史 1820年7月21日，丹麦哥本哈根大学教授、物理学家奥斯特发现了“电流的磁效应”，建立了电磁的相互联系，诞生了电磁学。1821年英国著名的物理学家法拉第制成了第一个实验电动机的模型，经过40多年时间的研究与发展，终于使电动机得以在工业生产和日常生活中得以广泛应用。在这里我先谈一谈英国物理学家法拉第的一些研究工作。 1831年法拉第经过十余年时间的实验研究终于在8月29日实现了“磁生电”的梦想，发现了电磁感应定律。此外法拉第还发现了电解定律，还对气体放电现象进行了大量的卓有成效的研究，为后来伦琴射线、天然放射性、同位素等的发现准备了条件，为现代物理学的发展奠定了基础。他制造了第一台实验性电动机，发电机、第一台变压器。 电动机简称电机，其在生产和生活中应用最广，小到电动玩具，大到火车，从工厂到农村、从事业单位到企业单位等等。在实际生产生活的应用中的电动机有直流电动机和交流电动机，我分别来谈一谈直流电动机和交流电动机研究发展情况。 一、直流电动机。在电动机的发展中首先发展的是直流电动机，因为我们最先得到和推广的是直流电。直流电动机的发展大致可以分为四个阶段。1、是以永磁体作为磁场的阶段，这是最初直流电动机的共同特点。但是，由于天然磁极比较小，而且其磁性比较弱，电机只能获得很小的功率，获得的动力也是比较小，不过这段时间持续并不长，很快直流电机的发展就进入了第二个阶段。2、以电磁铁作为磁极的阶段。1825年英国的电工家斯特金制成了第一块电磁铁（用16个线圈导线绕制成的），1829年美国物理学家亨利所制成的电磁铁可以举起1吨的货物。1834年雅克比首先在电机中采用电磁铁代替永久磁铁，使其输出功率显著提高，并且首次采用换向装置，大大改变了直流电机的性能。3、第三阶段是改变励磁方式的阶段。励磁技术是直流发电机的一个关键性技术，因为电动机的使用必须要由直流发电机提供电流方可，解决了发电机的技术问题，就可以使电机的应用进入到一个新的阶段。1851年金斯捷首先运用电磁铁代替永久磁体励磁，最初供应电磁铁的电流都是来自他激式的伽伐尼电池，因为不管怎样发电机要发出电流必须先有励磁，而且必须先有电流才能产生磁场励磁。1854年
文献综述 牵引电机在电力机车上的应用是一个传统行业，经过200多年的发展，已经成为现代生产、生活中不可或缺的核心、基础，是国民经济中重要的一环。虽然近年来，在制造厂家与各科研部门的共同努力下，牵引电动机基础质量得以不断提高。在牵引电机技术的发展中形成了比较完备的理论依据，这其中有张龙编写的《电力机车电机》、王光惠编《电机与拖动》、许实章编《电机学》等文章。然而，环火却是危害机车安全运行的主要故障之一，它不仅严重影响列车安全正常运行，而且每年给铁路运输造成巨大经济损失。对于牵引电机环火产生的原因以及如何有效率的防止牵引电机环火危害的发生，笔者在调查研究整理大量有关资料、文献和著作的基础上写成了本文，并提出了防止牵引电机环火发生的一些措施。 牵引电机环火是指沿电机换向器表面正、负电刷间形成的一股强烈的环行短路电弧，同时伴有强烈的电弧闪光和巨响。牵引电机环火不仅会灼伤换向器表面和电刷，对电机具有很大的破坏性，环火产生的巨大危害已经引起国内外很多研究学者重视，在这些研究中，很多学者对某类型牵引电机器产生环火的某个现象进行了具体的研究，这些著作有：周火云编《ZQ800-1型牵引电动机环火原因及防止措施》、王辰水编《ZD115型牵引电机环火故障原因分析与对策》、杜啸编《ZD111型牵引电动机环火及其改进建议》、王德凯编《ZQDR-410型牵引电机环火故障分析》等分别阐述了不同型号牵引电机产生环火的因素以及防护措施。产生环火的因素主要有原始火花或化学火花的产生、流过电弧的电流过大、电位特性曲线过陡或换向片片间电压过高几个方面。然而，由于牵引电机固有的结构比较复杂，以及环火产生的不确定性，虽然国内外很多专家学者对环火产生的原因做了大量的试验，目前还没有对防止环火有非常明确的防护措施。对不同型号的牵引机车的综合的研究中，其中，沈永秋撰写的《内燃机车牵引电动机环火浅析》、彭文生编写《关于直流牵引电动机环火故障的对策》等论文均从不同角度获得了很多成果。从大量试验数据中可以看出，换向片间导电桥的燃烧问题最有可能是引起牵引电机环火的主要原因。
文献综述 数字式直流电机控速系统设计 学生： 学号： 专业：电子信息工程 班级： 指导教师： 二O一三年三月
1 前言 当今社会，电子信息技术无疑已经成为了人类当前文明的不可或缺的支柱。无处不能见到其活跃的身影。大到航空航天，小到一个人的日常生活。而在现实实践中，电机又是一种不可或缺的元件，对电机进行控速在很多场合又是必要的，例如在发动机、电动机、机床等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要测量和控制其转速。控制转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用控速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式往往采用一些光电感应元件为检测元件，得到的信号是脉冲信号。在当前，随着微机的广泛应用，单片机技术的得到了前所未有的发展，特别是一些高性能单片机的出现，采用基于单片机的数字式检测方法是比较普遍的一种方法，使得许多控制功能及算法可以采用软件来完成，使系统能达到更高的性能。 在对发动机动力性能做定量分析时，需要测量和控制发动机转速；在判断旋转动力的异常情况时，也通常采用测量和控制转速的方法。电机转速的测量和控制方案可分成两类：用测速发电机检测或用脉冲发生器检测。测速发电机的工作原理是将转速转变为电压信号，它运行可靠，但体积大、精度低，且由于测量值是模拟量，必须经过A／D转换后读入计算机[2]。随着超大规模集成电路技术提高，尤其是单片机应用技术以其功能强大，价格低廉的显著特点，使全数字化测量转速系统得以广泛应用。由于单片机在测量转速方面具有体积小、性能强、成本低的特点，越来越受到企业用户的青睐。 2 研究历史与现状 随着计算机辅助设计技术、微机电系统技术、光纤技术、信息理论以及数据分析算法不断迈上新的台阶，传感器系统正朝着微型化、智能化和多功能化的方向发展。转速控制是机械产品的研究开发、测试分析、质量检验、安全或优化控制等工作中所必不可少的内容。转速是旋转机械动力输出的重要指标，是检验产品是否合格的标志之一，是计算机械功率和效率的必需参数。转速传感器从最初的光学机械变形类发展到电磁感应类、相位差类，到现在应用最广泛的应变测量类【4】。随着低功耗微电子技术的发展，各类转速传感器被赋予了新的生命，
毕业设计（论文）文献综述（要求3000字以上， 参考文献有具体的引用标记） 课题名称: 电机变频驱动系统远程 通信网络的设计（DSP部分） 学院: 机电工程学院 专业: 电子信息工程 年级: 指导教师: 学生姓名: 学号: 起迄日期:
一、前言 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频调速通过改变电机定子的供电频率，以改变电机的同步转速达到调速的目的，其调速性能优越，调速范围宽，能实现无级调速。采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显，调节方便维护简单，网络化等优点，而被越来越多的应用，但它的非线性，冲击性用电的工作方式，带来的干扰问题亦倍受关注。本设计采用单片机编程等知识应用PWM控制技术实现变频调速即实现对电动机的启动、停止、加速、减速、正反转等功能 二、主题 变频器不仪可以用于笼型异步电动机调速，而且也可以用于其他交流电动机调速，从工厂设备到家用空调都可以采用，在节能、减少维修、提高产量、保证质量等方面都取得了明显的经济效益，如果按行业分类，到口前为比，变频器已经在钢铁、有色冶金、石化、矿115,纺织印染、医药、造纸、卷烟、高层建筑供水、建材及机械行业得到广泛应用，而且应用领域正在不断扩大[1-3]。异步电动机用变频器调速运转时的结构通常由变频器上电路给异步电动机提供调压调频电源。此电源输出的电压或电流及频率，由控制回路的控制指令进行控制。而控制手指令则根据外部的运转指令进行运算获得。对于需要更精密速度或快速响应的场合，运算还应包含山变频器主电路和传动系统检测出来的信号和保护电路信号，即防止因变频器主电路的过电压、过电流引起的损坏外，还应保护异步电动机及传动系统等[4-5]。给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。其主电路由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在整流和逆变时产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路，称为控制电路。控制电路由以下电路组成，频率、电压的“运算电路”，电路的“电压与电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”[4-9]。 变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，而作为变频调速系统的核心—变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素，除了变频器本身制造工艺的“先天”条件外，对变频器采用什么样的控制方式也是非常重要的[4]。变频器中常用的控制方式可分为非智能控制方式和智能控制方式两种。在交流变频器中使用的非智能控制方式有哪协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。随着电力电子技术、
文献综述 电子信息工程 直流电机控制系统的设计 随着人们对控制系统的要求越来越高,电机调速成了人们研究的课题,现在对于普通直流电机的调速已经有了一些比较成熟的方法。直流电动机转速的控制方法可分为两类励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制,而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差,所以使用较少。电枢电压控制法总体上可以分为两种,一种是调节电压,一种是调节电流.传统的调速系统是用模拟电子电路来实现的,这种电路虽然响应快,但是灵活性较差,维修复杂。单片机作为一种可编程控制器技术上已经比较成熟。通过单片机对普通直流电机进行调速的系统已经存在。单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点[1]。 一、研究背景及动态 起先的电机电枢电压调节法采用串联电阻调速法,这种方法耗能大、且调速不太平稳,逐渐被其他调速装置代替[2]。以后又出现了晶闸管、MOSFET,IGBT等为主控元件的调速装置。电子技术的高速发展,促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别是单片机技术的应用,使直流电机调速技术进入一个新的阶段。传统的晶闸管直流调速系统控制回路的硬件设备极其复杂,安装调试困难,相对故障率较高,维修比较困难。而采用单片机控制的电机调速系统,其控制方案是依靠软件实现的,控制器由可编程功能模块组成,配置和参数调整简单方便,工作稳定[3]。 直流电动机转速的控制方法可分为两类：励磁控制法和电枢电压控制法。常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法，调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的，但这种传统的调压调速方法效率低。随着电力电子技术的发展，创新了许多新的电枢电压控制方法。其中PWM（脉宽调制）是常用的一种调速方法。 脉宽调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法,它不仅容易由软件来实现,而且从处理器到被控制信号都是数字形式无需数模转化,加上PWM对噪声的抵抗能力强。使得PWM成为目前电机调速的主要方法[4]。 PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法[5]。 二、方案分析 1.基于FPGA直流电机PWM控制系统
学校代码：11517 学号：201250712207 HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 文献综述 题目三相交流电动机变频调速系统的设计及仿真学生姓名 专业班级 学号 系（部） 指导教师(职称) 完成时间 2014年3月25 日
三相交流电动机变频调速系统的设计与仿真 摘要电动机系统在工业生产活动中应用十分广泛。2013年我国电动机年产量约为45000万千瓦，平均效率比发到国家低2-3个百分点，其拖动系统效率比发达国家低10-30个百分点。我国采用电动机变频调速系统普遍较低，中小电动机基本是通用常规类型，还没有形成变频调速电动机系列，变频器电动机集成、智能电动机、机电一体化技术还不太成熟，与发达国家相比还有一定的差距。随着电力电子器件的发展，以及控制理论的进步，变频调速以其调速精度高、调速控制范围广、回路保护功能完善、响应速度快、节能显著等优点，已经广泛应用于电力、制造等经济领域，交流变频调速技术以其优越的性能得到迅速发展。 1.掌握51系列单片机在三相电机控制中的特点、实现方式。 2.电机控制系统核心是选用89C51单片机（专用芯片）。 3.预期目标要具备单片机主控电路、测量电路、IPM接口电路、人机对 话、显示电路等。 4．确定本设计的具体方案及步骤，完成硬件系统原理图及方框图、软件流程图、软件编程。 5．系统软件的设计，通过实验仿真，使整个系统能够基本实现电机的平滑调速。 关键词：单片机/Matlab／Simulink /SPWM /变频调速 1 绪论 交流变频调速技术自发展以来，以其优越的性能得到迅速发展，进入21世纪伴随着电力电子器件的发展，以及控制理论进步，变频调速以其调速精度高、调速控制范围广、回路保护功能完善，响应速度快、节能显著等优点，已经广泛的用于电力、制造、运输等国民经济领域。 电力电子器件的发展是交流变频调速技术发展的物质基础，现在，电力电子器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化发展，目前已广泛用于交流调速的功率模块采用IGBT。作为功率开关，使得交-直-交变频技术进一步发展，控制的性能得到较好的改善，以大规模专用集成电路SLE4520为核心构成的控制电
步进电机概述 中英文资料对照外文翻译文献综述 外文文献： Knowledge of the stepper motor What is a stepper motor： Stepper motor is a kind of electrical pulses into angular displacement of the implementing agency. Popular little lesson: When the driver receives a step pulse signal, it will drive a stepper motor to set the direction of rotation at a fixed angle (and the step angle). You can control the number of pulses to control the angular displacement, so as to achieve accurate positioning purposes; the same time you can control the pulse frequency to control the motor rotation speed and acceleration, to achieve speed control purposes. What kinds of stepper motor sub-： In three stepper motors: permanent magnet (PM), reactive (VR) and hybrid (HB) permanent magnet stepper usually two-phase, torque, and smaller, step angle of 7.5 degrees or the general 15 degrees; reaction step is generally three-phase, can achieve high torque output, step angle of 1.5 degrees is generally, but the noise and vibration are large. 80 countries in Europe and America have been eliminated; hybrid stepper is a mix of permanent magnet and reactive advantages. It consists of two phases and the five-phase: two-phase step angle of 1.8 degrees while the general five-phase step angle of 0.72 degrees generally. The most widely used Stepper Motor. What is to keep the torque (HOLDING TORQUE) How much precision stepper motor? Whether the cumulative： The general accuracy of the stepper motor step angle of 3-5%, and not cumulative. Stepper motor to allow the minimum amount of surface temperature Stepper motor to allow the minimum amount of surface temperature： Stepper motor causes the motor temperature is too high the first magnetic demagnetization, resulting in loss of torque down even further, so the motor surface temperature should be the
基于单片机的直流电机控制系统设计的文献综述 随着科技的不断发展，单片机技术在电机控制系统中的应用越来越普遍。本文综述了基于单片机的直流电机控制系统的设计与实现，包括硬件设计、软件设计、电机控制策略等方面。结果表明，基于单片机的直流电机控制系统具有控制精度高、响应速度快、可靠性强等优点，是一种高效、实用的电机控制方法。 关键词：单片机；直流电机；控制系统；硬件设计；软件设计；控制策略 一、引言 直流电机广泛应用于工业生产、家电、交通运输等领域，其控制系统的设计和实现对于提高电机的性能和效率具有重要意义。随着单片机技术的不断发展，基于单片机的电机控制系统成为了研究热点。本文综述了基于单片机的直流电机控制系统的研究进展和应用现状，以期为相关研究提供参考和借鉴。 二、硬件设计 基于单片机的直流电机控制系统的硬件设计包括电机驱动模块、传感器模块、单片机模块和电源模块等部分。其中，电机驱动模块是整个系统的核心部分，其设计直接影响了系统的性能和稳定性。 电机驱动模块的设计需要考虑电机的电压、电流、转速等参数，以及驱动电路的稳定性和可靠性。常用的电机驱动器包括PWM调速器、H桥驱动器、单向驱动器等。另外，传感器模块用于检测电机的位置、速度、转向等信息，常用的传感器包括霍尔传感器、编码器、光电传
感器等。 三、软件设计 基于单片机的直流电机控制系统的软件设计包括控制算法、驱动程序和用户界面等部分。其中，控制算法是整个系统的核心部分，其设计直接影响了系统的控制精度和响应速度。 常用的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等。驱动程序用于实现电机控制算法，包括PWM输出、速度控制、位置控制等功能。用户界面用于显示电机的运行状态和控制参数，包括LCD显示屏、LED指示灯等。 四、电机控制策略 基于单片机的直流电机控制系统的电机控制策略包括速度控制、位置控制、转向控制等方面。其中，速度控制是电机控制的基本功能，其目的是保持电机在指定的转速范围内运转。 常用的速度控制方法包括开环控制和闭环控制。开环控制是指根据电机的负载特性和转速曲线，通过调整电机的电压和电流来控制电机的转速。闭环控制是指根据电机的实际转速和目标转速之间的误差，通过调整PWM输出来控制电机的转速。 位置控制是指控制电机在指定位置上停止或转动，其目的是实现精确的定位控制。常用的位置控制方法包括PID控制算法、模糊控制算法等。 转向控制是指控制电机正转或反转，其目的是实现电机的正反转控制。常用的转向控制方法包括H桥驱动器、单向驱动器等。
文献综述 电气工程及其自动化 异步电动机无速度传感器矢量控制系统的设计与分析前言： 电机分为两种，分别是直流电机与交流电机。异步电机和同步电机则构成了交流电机。这几种电机分别有优缺点:直流电机容易控制，调速也简单，所以它主要在变速传递动力领域得到了运用，但它的缺点是结构不简单，成本高，电刷经常被磨坏，维护不是很便利，对外部因素的要求比较高; 异步电机的结构不复杂，成本低，但是因为它的不简易的数学模型，比较难于实现对它的控制，所以长久以来它只在变速传动领域得到较多应用;同步电机的优点则是电源频率稳定的时候，其转速则保持恒定，但以前都存在着不容易起动、重载时振荡经常产生甚至是失去步骤的可能，故实际生产中应用很少。但是在最近一段时间里，这种格局己经渐渐发生了变化，伴随着电力电子、微电子和控制技术的不断进步，提出了许多新的控制异步电机的技术，交流电机调速的发展解决了瓶颈，电气传递动力交流化的时代接踵而至。交流变频调速系统对于调速的优越和起动、制动的性能还有高效省电的现象，变频调速方面的电机得到大量使用，它的容量、速度和电压等级都可以很高;调速系统体积小、重量轻、惯性小，运行可依靠性高，维护工作量少，适宜比较恶劣的工作环境，成本低廉。由于变频调整速度技术尤其是矢量控制技术的突出特点，所以从一般工业技术到航空、航天军事工业，以至家电空调、精密伺服机器人控制等等，变频调速技术都有所涉及，渐渐的取代了直流调速。过去因为直流调速系统调速方法不复杂、转矩的控制也不难，比较易于得到优良的动态特殊性质，所以高性能的传递动力系统都在对直流电机进行使用，直流调整速度系统在变速传递动力领域中有着不一般的位置。但是直流电机的机械改变方向的器件结构不简单、需要经常的监测和修理、运行过程中经常冒出火星、制造需要的资金不低，致使直流传递动力系统的维持资金需求很大，特别是因为改变方向问题的存在，直流电机达到做成高速大容量的机组的目的。 主题： 本文较为简略的研究了异步电机无速度传感器矢量控制技术。建立了异步电动机电压解耦矢量控制系统与基于模型参考自适应法的无速度传感器异步电动机矢量控制系统等，其中的
文献综述 毕业设计题目：基于freescaleDSC 的电机控制设计
基于freescaleDSC的电机控制设计 滕昭跃 (08电子信息科学与技术(1)班E08640119) 一、前言 电机行业是一个传统的行业。经过多年的发展，它已经成为现代生产、生活中不可或缺的核心、基础，是国民经济中重要的一环。电动机主要分同步电动机、异步电动机与直流电动机三种，分别应用于不同的场合，而其中又以三相异步电动机的使用最为广泛。到目前为止，我国的电机制造业已经具有一定规模。在现代电动机控制中，长期以来存在着交流调速和直流调速方案之争，早在19世纪末，电力系统中就有过交流供电和直流供电之争，结果经过半个世纪的争论，由于三相交流电的发明，使电力系统的交流化取得了胜利[1]。由于电力电子器件的不断发展，这对交流电机的控制和调速奠定了物质基础。电力电子器件是实现弱电控制强电的关键所在。以普通晶闸管构成的方波形逆变器被全控型高频率开关器件组成的脉宽调制(PWM)逆变器取代，正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器及其专用芯片得到了普遍应用。在现代电机控制理论中，交流变压变频技术是一种转差功率不变高效型调速技术，它是现代交流调速的主要控制方法，自20世纪60年代获得突破性进展以来，一直受到人们的高度重视。交流变压变频技术按其控制方式可简单分为：V/F恒定正弦脉宽调制(SPWM)、电压空间矢量(SVPWM)、矢量控制和直接转矩控制三代控制方式[2]。在20世纪80年代初期出现了数字信号处理器，DSP(Digital Signal Processors)以运算速度快为显著特征而单片机则以数字控制功能强为特点。电动机的数字控制既要求控制器有强大的 I/O 控制功能，又要求控制器有高速的信号处理能力以实现实时控制。因此世界上各大DSP生产商将DSP的高速运算速度与单片机的高控制能力相结合，开发出电机控制的专用DSC。其中由飞思卡尔公司生产的56f8300系列DSC就是为电机控制所研发。这种 DSC是目前用于电机控制中功能最强大的控制器。它足以满足以上几种控制方式的需求[3] [4]。 二、电机的交流调速 从世界上第一台电动机诞生以来，交流电机变频调速技术的发展一直没有得到大
文献综述 电气工程及自动化 步进电机控制 摘要：步进电机用于将电脉冲信号转换为角位移或线位移进行操作，已广泛应用于各个领域。在简要介绍步进电机发展现状的基础上，详述步进电机的分类构造及其工作原理，进一步探讨采用单片机和可编程逻辑器件进行步进电机的控制。 关键词：分类；构造；发展；单片机；PLC 1、步进电机的发展现状 步进电机是国外发明的。国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。 国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制[9]。 国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器内部。 总的来说，步进电机是一种简易的开环控制，对运用者的要求低，不适合在大功率的场合使用。 在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形力矩电机，在高品质的控制场合，有时还不能使用步进电机。步进电机的细分控制，在改革开放初期，国内就已经基本掌握，这与交流电动机的矢量控制相比，难度要低得多。 2、步进电机的分类构造 2.1 步进电机的分类 目前，通常使用的步进电机主要包括永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）、反应式步进电机（VR）和单相式步进电机。 永磁式步进电机，采用磁性转子铁芯，同时钉子产生脉冲电磁场，二者相互作用产生转
本科毕业论文(设计)文献综述 题目:直流电机调速的研究现状及发展趋势 姓名:杨林 学院（部）:信息与工程学院 专业:生物医学工程 班级:生物医学工程 1 班 学号: 0903030027 指导教师:张鑫职称: 2012年10月25日
直流电机调速的研究现状及发展趋势 摘要：本文阐述了直流电机调速控制系统的发展情况，首先包括各种直流电机的调速方式介绍，再到从单一的调速加入单片机的控制、转速的采集和显示器显示转速等方式来实现实时调控，以及国内外各个高校及专业人员就自己擅长的方面进行探索并取得一定的研究成果。其次具体讲述了各种调速调速系统中的一些关键模块，如：单片机控制、PWM脉冲如何产生、如何改变PWM脉冲占空比调速、如何改变电阻调速、如何采集转速和显示等等，最后浅谈一下各模块中的优异和可以采取的改进方法，以及当下比较适宜的处理办法。 关键词：单片机；调速；直流电机 Dc motor speed regulating research situation and development trend Abstract: this paper describes the situation of the DC motor speed regulation control system development , Firstly , it includes all kinds of the DC motor speed control mode is introduced,and then from a single speed to join MCU control, the speed of the acquisition .The display shows speed, and other ways to realize real-time control, and domestic and foreign various colleges and universities and professional personnel is good at aspects of exploration and obtained a certain research results. Secondly, the paper specificly say about all kinds of speed governing system of some key modules, such as: MCU control, how to PWM pulse produce, and how to change the PWM pulse duty ratio control, how to change the resistance of motor speed, how to gather the speed and display, and so on,.Finally talk about how each module of the excellent and can take improvement methods, as well as the suitable processing method.
三速电动机变级调速控制设备文献综述 专业：机械设计制造及其自动化班级：08机械设计制造及其自动化（班）作者：毛海翔指导老师：帅贵生 1前言 电动机调速的研究始于20世纪60年代，已经取得了许多可喜的成果。近年来，电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，为交流调速技术的发展创造了有利条件,使交流电动机调速和控制提高到了一个新的水平。国内外都十分重视开发研究交流电动机的调速技术，目前在发达国家中，很多直流调速已经被交流调速所取代，从而避免了直流电动机换向困难、维修不便等缺点。世界上有60％左右的发电量是通过电动机消耗的。据统计，我国各类电动机的装机容量已超过4亿kW，在目前4亿kW的电动机负载中，约有50％的负载是变动的，其中的30％可以使用电动机调速。因此，就目前的市场容量考虑，约有6000万kW的调速电机市场。电动机只有在额定负载下运行效率才高，由于安全等方面的考虑，电动机常常处于低效运行状态。因此，电机调速节能一直被广泛关注。风机和泵类采用电动机调速装置来代替阀门和挡板调节流量,有明显节电效果。这是因为由交流电动机驱动的风机和泵类都是平方转矩负载。它们的流量与转速成正比、压力与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。即电机转速降低 1/2时，所需功率降至原来的1/8，由此可见调速节能的重要意义。 变极调速电动机是改变电动机定子绕组的接线方式来改变电动机的磁极对数，从而可以有级地改变同步转速，实现电动机转速有级调速。这种调速电动机目前有定型系列产品可供选用，比如单绕组多速电动机．它既有优点也有缺点，优点：无附加差基损耗，效率高；控制电路简单，易维修，价格低；与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较高的平滑调速。缺点：有级调速，不能实现无级平滑的调速。且由于受到电机结构和制造工艺的限制，通常只能实现2～3种极对数的有级调速，调速范围相当有限变极调速技术是通过采用变极多速电动机实现调速的。这种多速电动机大都为笼型转子电动机，其结构与基本系列异步电动机相似，现国内生产的有双、三、四速等3类。采用该项技术需要增加的初始投资平均为50元/kW，年运行费用基本不变，节电率按30%计算，用户投资回收期为三四个月。 在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、
无刷电机控制技术的研究进展综述 １前言 随着科学技术和工业化的快速发展,工业自动化程度的日益加深，电机的应用领域不断的扩大。电力电子技术、微机控制技术和控制理论的发展更加促进了电机调速技术的发展．随着新的电力电子器件,高性能的数字集成电路以及先进的控制理论的应用，控制部件功能日益完善,所需的控制器件数目愈来愈少，控制器件的体积愈来愈小,控制器的可靠性提高而成本日益降低,从而使得电机的应用不再局限于传统的工业领域,而逐渐向商业,家用电器、声像设备、电动自行车、汽车、机器人、数控机床、雷达和各种军用武器随动系统等领域拓展。［1,15］ ２国内外发展概况 电机的种类很多,其中,无刷直流电机以其优越的性能成为国内外科研机构的重点研究对象。 早期国内外对直流无刷电机的研究主要致力于将更加先进的电力电子器件和材料应用于直流无刷电动机以提高它的性能．在八十年代以后,随着磁性材料(尤其是高性能的稀土永磁材料）、电力电子器件和专用控制器的迅速发展，明显改善了直流无刷电动机特性的同时，人们又把对直流无刷电动机研究的目光转移到电子换相、稀土永磁材料以及智能控制三个方面,试图来抑制直流无刷电动机的转矩波动.除此之外，随着电机及驱动系统的发展,控制系统趋于智能化和数字化,使得许多较复杂的控制技术得以实现。这些控制技术的实现又进一步推动了直流无刷电机在各个工业领域更好地应用,为直流无刷电机的发展打开了广阔的前景.[2］ ３无刷电机控制 ３。１无刷直流电机 无刷直流电机与传统直流电机相比，其结构上有较大不同，无刷直流电机将传统直流电机定子上的永磁体转移到转子上，而将电枢绕组置于定子上,并采用电子换向装置取代传统直流电机的机械式电刷换向器,使无刷直流电机在运行时无换向火花和无线电干扰，长时使用无需更换电刷,电机使用寿命长。无刷直流电机紧凑的机械结构,使其能够更容易地实现小型化。 无刷直流电机相对于交流异步电机,具有高能量密度、高效率的特点,同时具有较好的调速性能。由于定子无励磁电流分量,具有较高的效率。无刷直流电机由传统直流电机衍生而来,其自身具有传统直流电机调速方便、性能优异的特点，通过调压调
文献综述 无刷直流电动机： 时间轴: 19５5年—无刷电机诞生 ﻩ 1978年—无刷电机进入实用阶段 ﻩ ﻩ2０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. 无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，且结构简单、运行可靠、易于控制。其应用从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展. 在结构上,与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的定子绕组作为电枢，励磁绕组由永磁材料所取代。按照流入电枢绕组的电流波形的不同,直流无刷电动机可分为方波直流电动机（ＢLDCM）和正弦波直流电动机(PMＳM),BLDCM用电子换相取代了原直流电动机的机械换相，由永磁材料做转子，省去了电刷;而PMSM则是用永磁材料取代同步电动机转子中的励磁绕组,省去了励磁绕组、滑环和电刷。在相同的条件下,驱动电路要获得方波比较容易,且控制简单，因而BＬDCM的应用较PＭＳM要广泛的多。 无刷直流电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成.工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管,进行有序换流，以驱动直流电动机. 由于位置传感器的使用有如下缺点: （1）增大电机尺寸； (2)传感器信号传输线太多,容易引起干扰；
直流电动机调速系统文献综述 现代化的工业生产过程中，几乎无处不在使用电力传动装置。调速系统必不可免的成为了当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一种系统。随着生产工艺、产品质量要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。对于自动调速的系统有哪些？每种自动调速的优缺点是什么？国内外对调速系统的发展展望是什么？这是有这么一些问题，本文带着对直流电动机的调速系统研究进行综述。 1 直流电动机调速系统的研究背景在自然界各种能源中，电能具有大规模集中生产、远距离经济传输、智能化自动控制等突出特点，它不但成为人类生产和活动的主要能源，而且对近代人类文明的产生和发展起到了重要的推动作用。与此相呼应，作为电能生产、传输、使用和电能特性变化的核心装备，电机在现代社会所有行业和部门中也占据着越来越重要的地位。 在当今社会，工业发展的脚步也一直没有提留下来，然而现代话的工业生产中无不利用到直流电机。在工农业中，直流电动机作为它们的动力系统和自动控制系统，从而控制直流电动机进行调速也是现代工业不可缺少的一部分。众所周知，在二十世纪的大部分年代中，由于直流电动机具有优越的调速性能，大部分高性能的调速控制都是由直流电动机担任着这个巨大的任务。到了现今的社会，直流电动机的地位依然不可动摇，研究直流电动机调速系统对当今社会的发展起着重要的作用。 2 直流电动机调速系统国内外现状直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能够实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着速度控制和位置控制的统治地位。 从解放以来，我国直流电动机制造工业有了很大的发展。在五十年代我国就有了全国统一的小型电动机系列，并且不断改进，