1、电机与拖动基础讨论课课题：各种电机应用现状调研班 级：13 级工程机械 1 班组 员：李昊天 张晨阳 崔超钰陈杰 董亚飞 潘帅时 间：2016 年 4 月 5 日指导老师：马云飞各种电机应用现状调研2目录前言 .31、电机产业现状 .42、电机行业格局 .43、电机行业前景预测 .44、电机的分类及应用概述 .55、信号电机 .65.1、位置信号电机 .65.2、感应同步器 .65.3、自整角机 .75.4、速度信号电机 .86、功率电动机 .86.1、直流电动机 .86.2、交流电机 .86.3、同步电动机 .96.4、异步电动机 .107、控制电机 .117.1 伺服电机 .117.2、步
2、进电动机 .127.3、力矩电动机 .137.4、开关磁阻电机 .137.5、无刷直流电动机 .14参考文献 .16各种电机应用现状调研3前言从广义上讲，电机是电能的变换装置，包括旋转电机和静止电机。旋转电机是根据电磁感应原理实现电能与机械能之间相互转换的一种能量转换装置；静止电机是根据电磁感应定律和磁势平衡原理实现电压变化的一种电磁装置，也称其为变压器。本文我们主要讨论旋转电机，旋转电机的种类很多，在现代工业领域中应用极其广泛，可以说，有电能应用的场合都会有旋转电机的身影。与内燃机和蒸汽机相比，旋转电机的运行效率要高的多；并且电能比其它能源传输更方便、费用更廉价，此外电能还具有清洁无污、容易
3、控制等特点，所以在实际生活中和工程实践中，旋转电机的应用日益广泛。不同的电机有不同的应用场合，随着电机制造技术的不断发展和对电机工作原理研究的不断深入，目前还出现了许多新型的电机，例如，美国 EAD 公司研制的无槽无刷直流电动机，日本 SERVO 公司研制的小功率混合式步进电机，我国自行研制适用于工业机床和电动自行车上的大力矩低转速电机等。本文下面主要讨论部分电机种类及应用情况。各种电机应用现状调研41、电机产业现状目前我国电机装机总容量已达 4 亿多 kW，年耗电量达 12000 亿 kWh，占全国总用电量的 60%，占工业用电量的 80%，其中风机、水泵、压缩机的装 机总容量已超过 2 亿
4、 kW，年耗电量达 8000 亿 kWh，占全国总用电量的 40%左右，因此电机上的节能要求极大，也是节能效果最能体现的地方。采用新型电 机设计、新工艺及新材料，通过降低电磁能、热能、机械能的损耗来提高输出效率，高效节能电机比传统电机效率大约高 3%-5%，目前达到 2 级能效指标电机的 占比不足 10%，因此其发展空间广阔。随着电力电子技术、计算机技术、微电子技术及控制理论的发展和应用，中小型电机应用领域日益广泛。2、电机行业格局电机作为机电能量转换的重要装置，是电气传动的基础部件，应用领域广泛、产品品种众多、规格繁杂，其产品特性决定该产业集中度不高、生产企业及涉及的 细分行业较多，无明显的
5、周期性、区域性、季节性特征。目前，国内微分和中小型电机的生产及配套厂家在 2000 家以上，已成为国民经济和国防现代化建设中不 可缺少的一个基础产品。国内微分和中小型电机行业的生产厂商众多，市场竞争主要体现在产品的技术含量、价格和生产规模等方面，由于市场机制的不完善，行业 的价格竞争较为激烈，已对行业的良性发展带来不利的影响。随着电机能效标识的强制执行、市场优胜劣汰作用的显化以及行业进入壁垒的进一步强化，价格竞争影 响将逐步弱化。3、电机行业前景预测目前，中国电机占全球电机的市场份额约 21.5，这一数据随着国际经济大环境的回暖变化还会增加。而国内市场，在下一个五年规划中将较欧美市场和其 他国
6、家市场增长更快，特别是高效能电机的市场将有很大的增大空间。电机未来的趋势在 2015 年之后，电机需求将向 IE2 类标准电机转移，至于超高效各种电机应用现状调研5率 IE4 类型的电机的市场占有率并不高。据预测，2015 年，IE4 类型的超高效电机市场份额将占 5。2014 年的全球经济环境复苏已初见力度，2015 年将更加强劲。随着这股经济回暖之风，如海工建造、船舶建造等生产建造业和国家基础建设投资的加大、军工产业的投入，及各类电器生产企业的生产复苏，电机 需求将比 2013 年高出 7-10。而企业为赶上国家政策扶持的“高铁” ，在高效电机的使用推广上将加大投入，对比 2013 年，预
7、计完成能效计划的高效 电机推广率在 95以上，电机节能系统的改造有一定的突破。非工业领域的电机应用消费一直是电机产业的驱动力。汽车行业是非工业电机的主要买家，轻型车辆 平均每辆汽车有 30 多个电动机。家电和住宅（采暖，通风和空调）产品中使用电动机的需求，例如，每年超过 4.5 亿冰箱和洗衣机中使用电机；每台电脑上磁盘 驱动器和通风扇会使用到 3-6 个小电机。相比家电的增长，住宅HVAC 系统有望带动电机更快的增长。经济回暖是大环境，政策是促进力，市场是原动力。 2015 年，把握产业方向，结合政策指标，对于电机行业市场来说又是一个新的局面。4、电机的分类及应用概述众所周知，电机是传动以及控
8、制系统中的重要组成部分，随着现代科学技术的发展，电机在实际应用中的重点已经开始从过去简单的传动向复杂的控制转移;尤其是对电机的速度、位置、转矩的精确控制。但电机根据不同的应用会有不同的设计和驱动方式，咋看下好像选型非常复杂，因此为了人们根据旋转电机的用途，进行了基本的分类。下面我们将逐步介绍电机中最有代表性、最常用、最基本的电机控制电机和功率电机以及信号电机。各种电机应用现状调研65、信号电机5.1、位置信号电机目前，最有代表性的位置信号电机：旋转变压器、感应同步器和自整角机。简介：旋转变压器（resolver/transformer）是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的小
9、型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组成。其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，励磁频率通常用 400、3000 及 5000HZ 等。转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。应用现状：旋转变压器是一种精密角度、位置、速度检测装置，适用于所有使用旋转编码器的旋转变压器旋转变压器场合，特别是高温、严寒、潮湿、高速、高震动等旋转编码器无法正常工作的场合。由于旋转变压器以上特点，可完全替代光电编码器，被广泛应用在伺服控制系统、机器人系统、机械工具、汽车、电力、冶金、纺织、印刷、航空航天、船舶、兵器、电子、冶金、矿山、油田、水利、化工、轻工、建筑等领域的角
10、度、位置检测系统中。也可用于坐标变换、三角运算和角度数据传输、作为两相移相器用在角度-数字转换装置中。5.2、感应同步器简介：将角度或直线位移信号变换为交流电压的位移传感器，又称平面式旋转变压器。它有圆盘式和直线式两种。在高精度数字显示系统或数控闭环系统中圆盘式感应同步器用以检测角位移信号，直线式用以检测线位移。感应同步器广泛应用于高精度伺服转台、雷达天线、火炮和无线电望远镜的定位跟踪、精密数控机床以及高精度位置检测系统中。应用现状：感应同步器已被广泛应用于大位移静态与动态测量中，例如用于三坐标测量机、程控数控机床及高精度重型机床及加工中心测量装置等。感应同步器利用电磁耦合原理实现位移检测具有
11、明显的优势：可靠性高，抗干扰能力强，对工作环境要求低，在没有恒温控制和环境不好的条件下能正各种电机应用现状调研7常工作，适应于工业现场的恶劣环境；光栅传感器是依靠光电学机理实现位移量检测，其分辨率高，测量精确，安装使用方便。封闭式的光栅传感器对工作环境适应性强、光栅传感器性能价格比的提高和技术复杂性的降低使其在测长方面有比感应同步器更普遍的应用。5.3、自整角机简介：自整角机是利用自整步特性将转角变为交流电压或由交流电压变为转角的感应式微型电机，在伺服系统中被用作测量角度的位移传感器。自整角机还可用以实现角度信号的远距离传输、变换、接收和指示。两台或多台电机通过电路的联系，使机械上互不相连的两
12、根或多根转轴自动地保持相同的转角变化，或同步旋转。电机的这种性能称为自整步特性。在伺服系统中，产生信号一方所用的自整角机称为发送机，接收信号一方所用自整角机称为接收机。自整角机广泛应用于冶金、航海等位置和方位同步指示系统和火炮、雷达等伺服系统中。应用现状：自整角机还可用以实现角度信号的远距离传输、变换、接收和指示。两台或多台电机通过电路的联系，使机械上互不相连的两根或多根转轴自动地保持相同的转角变化，或同步旋转。电机的这种性能称为自整步特性。在伺服系统中，产生信号一方所用的自整角机称为发送机，接收信号一方所用自整角机称为接收机。自整角机广泛应用于冶金、航海等位置和方位同步指示系统和火炮、雷达等
13、伺服系统中。5.4、速度信号电机最有代表性的速度信号电机是测速发电机，其实质上是一种将转速变换为电信号的机电磁元件，其输出电压与转速成正比。从工作原理上讲，它属于各种电机应用现状调研8“发电机”的范畴。测速发电机在控制系统中主要作为阻尼元件、微分元件、积分元件和测速元件来使用。所以这里不做过多阐述。6、功率电动机6.1、直流电动机简介：直流电动机是出现最早的电动机，大约在 19 世纪末，其大致可分为有换向器和无换向器两大类。直流电动机有较好的控制特性直流电动机在结构、价格、维护方面都不如交流电动机，但是由于交流电动机的调速控制问题一直未得到很好的解决方案，而直流电动机具有调速性能好、起动容易、
14、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。应用现状：在生活方面，电动产品的应用数不胜数。风扇，刮胡刀等。宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘都用到直流电机，直流电机广泛应用于飞机、坦克、雷达等武器装备中。直流电机还广泛应用于机车牵引，如铁路机车直流牵引电机、地铁机车直流牵引电机、机车直流辅助电机、矿用机车直流牵引电机、船用直流电机等。上图为 Z4 系列直流电动机。6.2、交流电机简介：异步电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩而实现能量转换的一种交流电机。异步电动机一般为系列产品，品种规格繁多，其在所有的电动机中应用最为广泛，需
15、量最大；目前，在电力传动中大约有 90%的机械使用交流异步电动机，所以，其用电量约占总电力负荷的一半以上。异步电动机具有结构简单，制造、各种电机应用现状调研9使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。并且，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。应用现状：在异步电动机中较为常见的是单相异步电动机和三相异步电动机，其中三相异步电动机是异步电动机的主体，三相异步电动
16、机可用于驱动各种通用机械如压缩机、水泵、破碎机、切削机床、运输机械及其他机械设备，在矿山。机械。冶金、石油、化工、电站等各种工矿企业中作原动机用。用于传动鼓风机、磨煤机、轧钢机、卷扬机的电动机应在订货时提供有关技术资料，并要签订技术协议，作为电机特殊设计的依据，以确保电动机的可靠运行。 。而单相异步电动机一般用于三相电源不方便的地方，大部分是微型和小容量的电机，在家用电器中应用比较多，例如电扇、电冰箱、空调、吸尘器等。6.3、同步电动机简介：所谓同步电动机就是在交流电的驱动下，转子与定子的旋转磁场同步运行的电动机。同步电动机的定子和异步电动机的完全一样；但其转子有“凸极式”和“隐极式”两种。凸
17、极式转子的同步电动机结构简单、制造方便，但是机械强度较低，适用于低速运行场合；隐极式同步电动机制造工艺复杂，但机械强度高，适用于高速运行场合。 同步电动机的工作特性与所有的电动机一样， 同步电动机也具有“可逆行” ，即它能按发电机方式运行，也可以按电动机方式运行。应用现状：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；其中三相同步电动各种电机应用现状调研10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。6.4、异步电动机简介：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。并且，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应用：在异步电动机中较为常见的是单相异步电动机和三相异步电动机，其中三相异步电动机是异步电动机的主体。而单相异步电动机一般用于三相电源不方便的地方，大部分是微型和小容量的电机，在家用电器中应用比较多，例如电扇、电冰箱、空调、吸尘器等。
