电气工程概论 第二章 电机电器及其控制技术(一)

1、电气工程概论1电气工程概论2控制电机控制电机阀门控制阀门控制火炮控制火炮控制计算机计算机驱动各种机驱动各种机械和装备械和装备电动机电动机机床机床水泵水泵电能的生产、电能的生产、传输和分配传输和分配发电机发电机变压器变压器电机的作用电机的作用电气工程概论318311831年年法拉第创造了第一部感应发电机的模型法拉第创造了第一部感应发电机的模型18341834年年雅可比发明了功率为雅可比发明了功率为15W15W的棒状铁芯电动机的棒状铁芯电动机18361836年年达文波特首先尝试用电动机驱动机械达文波特首先尝试用电动机驱动机械18451845年年惠斯通用电磁铁替代永久磁铁制成第一台电磁铁发惠斯通用电

2、磁铁替代永久磁铁制成第一台电磁铁发电机电机18661866年年西门子制成第一台使用电磁铁的自激式发电机西门子制成第一台使用电磁铁的自激式发电机18701870年年格拉姆制成了环形电枢自激发电机格拉姆制成了环形电枢自激发电机18781878年年出现了铁芯开槽法。有槽铁芯和鼓形绕组的结构一出现了铁芯开槽法。有槽铁芯和鼓形绕组的结构一直沿用至今直沿用至今18801880年年爱迪生制造了名为爱迪生制造了名为“巨象巨象”的大型直流发电机的大型直流发电机18851885年年费拉里斯提出旋转磁场原理，研制出两相异步电动费拉里斯提出旋转磁场原理，研制出两相异步电动机机18881888年年俄国人制成一台三相交流

3、单鼠笼异步电动机俄国人制成一台三相交流单鼠笼异步电动机电气工程概论41882年英国人费朗蒂改进了交流发电机，提出了交流高压输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电的概念1882年英国人高登制造了大型两相交流发电机英国人高登制造了大型两相交流发电机1882年法国人高兰德和英国人约翰法国人高兰德和英国人约翰吉布斯成功研制了第一台吉布斯成功研制了第一台实用变压器实用变压器1884年英国人霍普金生又发明了具有封闭磁路的变压器英国人霍普金生又发明了具有封闭磁路的变压器1891年布洛在瑞士制造出高压油浸变压器，使得远距离高压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输电成

4、为现实电气工程概论5按在应用中的功能分类：按在应用中的功能分类：发电机，电动机，发电机，电动机，变压器变压器变流机，变频机，移相机，控制电机变流机，变频机，移相机，控制电机按应用的电流种类：按应用的电流种类：直流电机，交流电机直流电机，交流电机按运行速度分类：按运行速度分类：变压器，直流电机，异步电机，同变压器，直流电机，异步电机，同步电机，交流换向器电机步电机，交流换向器电机按功率分类：按功率分类：大型电机，中小型电机，微型电机大型电机，中小型电机，微型电机特种电机：特种电机：步进电机，无刷电机，开关灭磁电机，超步进电机，无刷电机，开关灭磁电机，超声波电机，声波电机，电电机机的的分分类类电气

5、工程概论6按电流分类按电流分类直流电机直流电机交流电机交流电机按功能分类按功能分类(1) 将机械功率转换为电功率将机械功率转换为电功率发电机发电机(2) 将电功率转换为机械功率将电功率转换为机械功率电动机电动机(3) 将电功率转换为另一种形式的电功率，又可分为：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在机电系统中起调节、放大和控制作用的电机控制电机控制电机按运行速度按运行速度分类分类(1) 静止设备静止设备变

6、压器变压器(2) 没有固定的同步速度没有固定的同步速度直流电机直流电机(3) 转子速度永远与同步速度有差异转子速度永远与同步速度有差异异步电机异步电机(4) 速度等于同步速度速度等于同步速度同步电机同步电机(5) 速度可以在宽广范围内随意调节速度可以在宽广范围内随意调节交流换向器电交流换向器电机机按功率大小按功率大小分类分类大型电机大型电机中小型电机中小型电机微型电机微型电机电电机机的的分分类类电气工程概论7发电机发电机将机械能将机械能转变为电转变为电能的机械能的机械定子转子 （a）隐极同步发电机,汽轮发电机转子定子(b)凸极同步发电机,水轮发电机电气工程概论8电动机电动机将电能转将电能转变为

7、机械变为机械能的机械能的机械转子定子铁心机座定子绕组电气工程概论9电电动动机机(c)平面电动机(a)旋转电动机(b)直线电动机(d)球形电动机电气工程概论10变压器变压器将一种电将一种电压的电能压的电能变换为另变换为另一种电压一种电压的电能的的电能的装置装置电气工程概论11特种电机特种电机1）永磁无刷）永磁无刷电动机电动机电气工程概论12永磁无刷电动机原理框图永磁无刷电动机原理框图永磁无刷电动机分为方波驱动的无刷直流电动机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和正弦波驱动的永磁同步电动机PMSM。与传统有刷电动。与传统有刷电动机相比，机相比，BLDCM

8、 用电子换向取代直流电动机的机械换向，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并将原有刷电动机的定转子颠倒，省去机械换向和电刷.而而PMSM是用永磁体取代原绕线式同步电动机转子中的励磁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、滑环和电刷绕组，定子不做改变，省去了励磁线圈、滑环和电刷电气工程概论13永磁无刷电动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，为了动机十分相似。电动机的转子上粘有已充

9、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。信号，用来控制和调

10、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永磁无刷直流电动机因其卓越的性能 (宽调速、小体积、高效宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等特点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受到人们的关注。将获得更广泛的应用电气工程概论14特种电机特种电机2）直线电机）直线电机电气工程概论15直线电动机直线电动机l直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能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

11、电动机可以省去转换机构，使设备简化，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运行的优点正代表着“绿色动力源绿色动力源”的方向。随着直的方向。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。域将得到越来越广泛的应用。 电气工程概论16直线异步电动机典型应用直线异步电动机典型应用 在种类繁多的直线电动机中，直线异步电动在种类繁多的直线电动机中，直线异步电动机的应用最广机的应用最广 ,典型应用如下典型应用如下l直线异步电动机在交通领域的应用直线异步电动机在交通领域的应用l直线异步电动机用于浮法