电机在生活工业农业中的应用

2011--2012学年第一学期电机及拖动基础期末考试论文 电 机 在 生 活 农 业 工 业 中 的 应 用

摘 要 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。特别是乡镇企业及家用电器的迅速，更需要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。、在生活、工业、农业中的应用也非常受人们的关注。 关键词 技术现状 工作原理 生活 工业 农业 应用 运行维护

电动机分类、发展现状及未来 电动机分类 电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。 1.根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动 机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 2.电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。 同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞 同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动 机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩 极异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交 直流两用电动机和推斥电动机。 3.电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容运 转式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。 按用途分类。电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动 机。驱动用电动机又分为电动工具用电动机、家电用电动机及 其它通用小型机械设备用电动机。控制用电动机又分为步进电 动机和伺服电动机等。 4.电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机和绕线转子感应 电动机。 5.电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电 动机、调速电动机。 电动机技术发展现状 电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。它是随着生产 力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产 力的不断提高。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，但是电动机的类型增加了许多，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 又发展出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。 电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。 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世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当 时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用 于恒转速系统。 虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它 具有电刷与换向器（又称整流子），使得他的故障率较高，电 动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多 的场合使用），其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受 到了限制。所以，在20 世纪60 年代以后，随着电力电子技术 的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。 尤其是70 年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。诸如交流电 动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速 等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高， 动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调 速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。除此之外，由于交流 电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，将广泛应用 于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成 为电力拖动的主流。

电动机工作原理

目前较常用的主要是交流电动机，它可分为两种：1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。下面以三相异步电动机为例介绍其基本工作原理。 三相异步电动机转动的基本工作原理是： （1） 三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场。 （2） 转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流； （3） 转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。

三相异步电动机的结构是 三相异步电动机的结构主要由两个部分组成，一是固定不动的 部分（简称定子），二是可以自由旋转的部分（简称转子）。 定子与转子之间有一个很小的气隙。此外，还有机座、端盖轴 承、接线盒、风扇等其他部分。 异步电动机根据转子的绕组的结构不同，可分为鼠笼式和绕线 式两种。鼠笼式异步电动机的转子绕组本身自成闭合回路，整 个转子形成一个坚实的整体，其结构简单牢固、运行可靠、价 格便宜，应用最为广泛，小型异步电动机绝大部分属于这类。 绕线式异步电动机的结构比鼠笼式复杂，但启动性能较好，需 要时还可以调节电动机的转速。三相鼠笼式异步电动机的结构。 1.定子 10 定子是用来产生旋转磁场的，主要由定子铁心、定子绕组和机 座等部分组成。鼠笼式和绕线式异步电动机的定子结构是完全 一样的。 2.转子 转子是异步电动机的转动部分，它在定子绕组旋转磁场的作用 下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械 设备做功。转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。 3.机座 机座是电动机的外壳和支架，它的作用是固定和保护定子铁心、 定子绕组并支撑端盖，所以要求机座具有足够的机械强度和刚 度，能承受运输和运行过程中的各种作用力。 中、小型异步电动机通常采用铸铁机座，定子铁心紧贴在机座 的内壁，电动机运行时铁心和绕组产生的热量主要通过机座表 面散发到空气中去，因此，为了增加散热面积，在机座表面装 有散热片。 对大型异步电动机，一般采用钢板焊接机座，此时为了满足通 风散热的要求，机座内表面与铁心隔开适当距离，以形成空腔， 作为冷却空气的通道。 11 对称三相交流电流通入对称三相绕组时，便产生一个旋转磁场。 下面选取各相电流出现最大值的几个瞬间进行分析。 当 =0°时，U 相电流达到正最大值，电流从首端U1 流入，用 表 示，从末端U2 流出，用⊙表示；V 相和W 相电流均为负，因此 电流均从绕组的末端流入，首端流出，故末端V2 和W2 应填上 ， 首端V1 和W1 应填上⊙，合成磁场的轴线正好位于U 相绕组的轴 线上。 当 =120°时，V 相电流为正的最大值，因此V 相电流从首端V1流入，用 表示，从末端V2 流出，用⊙表示。U 相和W 相电流均 为负,则U1 和W1 端为流出电流，用⊙表示，而U2 和W2 为流入电 流，用表示，此时合成磁场的轴线正好位于V 相绕组的轴线上， 磁场方向已从 =0°时的位置沿逆时针方向旋转了120°。 当 =240°和 =360°时，合成磁场的位置。当 =360°时，合成 磁场的轴线正好位于U 相绕组的轴线上，磁场方向从起始位置 逆时针方向旋转了360°，即电流变化一个周期，合成磁场旋 转一周。 由此可见，对称三相交流电流通入对称三相绕组所形成的磁场 是一个旋转磁场。旋转的方向从U→V→W，正好和电流出现正 的最大值顺序相同，即由电流超前相转向电流滞后相。 12 如果三相绕组通入负序电流，则电流出现正的最大值的顺序是U→W→V。通过图解法分析可知，旋转磁场的旋转方向也为U→ W→V。 综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原则是： (1)三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场，其转 速为异步转速（ 1）且 1= 式中： 为电源频率，单位为Hz； 为电机极对数。 (2)转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流。 (3)转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电 磁转矩，驱使电动机转子转动，其转速（ ）小于同步转速（ 1）。 异步电动机的转速不可能达到定子旋转磁场的转速，即同步转 速，因为如果到达同步转速，则转子导体与旋转磁场之间没有 相对运动，随之在转子导体中不能感应出电势和电流，也就不 能产生推动转子的电磁力。因此，异步电动机的转速总是低于 同步转速，即两种转速之间总是存正在差异，异步电动机因此而 得名。又因为异步电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的， 所以又称为感应电动机。 13 （4）异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致， 而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，因此， 三相异步电动机的转向与电流的相序一致。要改变转向，只要 改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。

电机在生活中的应用