交直流电动机的原理、历史、现状及发展趋势.doc

电力拖动自动控制系统 课程综合训练 ——交、直流电动机调速技术历史、现状及发展趋势 姓名：王家琪 班级：孙越崎学院11-3班 交直流电机调速技术历史、现状及发展趋势 王家琪 （中国矿业大学 信息与电气工程学院，江苏 徐州） 摘要：本文摘录了国内外相关文献对电机调速技术发展的资料，并结合作者本人的本科学习经验整理收录，对于交直流电机调速技术的发展作了扼要的介绍，对于本科阶段理解与掌握电机拖动调速技术有着一定的帮助。 关键词：直流电机、交流电机、原理、调速技术、历史、现状、发展趋势 引言：人类社会发展的历史进程中，能源永远是人类赖以生存的物质基础，科学技术的进步更是和能源的获取变换利用紧密联系在一起。由于电能的生产和利用更涉及机械能与电能两种形态能量之间的转换，电机作为机电能量转换的设备所处位置关键，使得电机技术的发展直接关系到能源的有效变换和利用能源的开发和节。现代工业生产中有两种情况需要实现电机的速度控制： （1）满足运动及生产工艺要求。如对于电动车辆则要求低速恒转矩，高速恒功率；对于电梯机床纺织造纸等传动，特别是轧钢设备则要求正转反转电动制动四象限运行。这是高性能调速技术的应用场合。 （2）实现调速节能。主要针对拖动风机水泵的电机，过去 电机恒速运行，依靠挡板或阀门调节风量或流量，致使大量能量耗费在挡板阀门上。采用调节速度方式调节流量时，电机输入功率大大减少，产生高达20%-30% 的节能效果。这是一般性能调速技术的重要应用场合。 简介 按照电机类型的不同，电机的速度控制可区分为直流调速和交流调速。直流调速即对直流电动机的速度控制。由于直流电动机中产生转矩的两个要素-电枢电流和励磁磁通相互间没有耦合，并可通过相应电流分别控制，因此直流电动机调速时易获得良好的控制性能及快速的动态响应，在变速传动领域中过去一直占据主导地位。然而由于直流电机需要设置机械换向器和电刷，直流调速存在固有的结构性缺陷：机械换向器结构复杂，成本增加，同时机械强度低，电刷容易磨损，需要经常维护，影响运行可靠性。由于运行中电刷易产生火花，限制了使用场合，不能用于化工矿山炼油厂等有粉尘腐蚀易燃易爆物质或气体的恶劣环境。由于存在换向问题，难于制造大容量高转速及高电压直流电机，其极限容量与转速乘积被限制在1000000kw.r/min，使得目前3000r/min左右的高速直流电动机。最大容量只能达（400-500）kw；低速直流电动机也只能到几千千瓦，远远不能适应现代工业生产向高速大容量化发展的需要。 直流电动机，了必须给电枢绕组外接直流电源外，还要给励磁绕组通以直流电流用以建立磁场。电枢绕组和励磁绕组可以用两个电源单独供电，也可以由一个公共电源供电。按励磁方式的不同，直流电动机可以分为他励﹑并励、串励﹑和复励等形式。由于励磁方式不同，它们的特性也不同。 他励电动机 他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电，如图1所示。他励电动机由于采用单独的励磁电源，设备较复杂。但这种电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中。 并励电动机 并励电动机的励磁绕组是和电枢绕组并联后由同一个直流电源供电，如图2所示，这时电源提供的电流I等于电枢电流Ia和励磁电流If之和，即I=Ia+If。 并励电动机励磁绕组的特点是导线细、匝数多、电阻大、电流小。这是因为励磁绕组的电压就是电枢绕组的端电压，这个电压通常较高。励磁绕电阻大，可使If减小，从而减小损耗。由于If较小，为了产生足够的主磁通，就应增加绕组的匝数。由于If较小，可近似为I=Ia。 并励直流电动机的机械特性较好，在负载变时，转速变化很小，并且转速调节方便，调节范围大，启动转矩较大。因此应用广泛。 串励电动机 串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联之后接直流电源，如图3所示。串励电动机励磁绕组的特点是其励磁电流If就是电枢电流Ia，这个电流一般比较大，所以励磁绕组导线粗、匝数少，它的电阻也较小。串励电动机多于负载在较大范围内变化的和要求有较大起动转矩的设备中。 复励电动机 这种直流电动机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，另一个与电枢绕组并联，如图4所示，所以复励电动机的特性兼有串励电动机和并励电动机的特点，所以也被广泛应用。 这种直流电动机沒有励磁绕组﹐直接以永久磁铁建立磁场來使转子转动。这种电动机在许多小型电子产品上得到了广泛应用。 在以上种类型的直流电动机中，以并励直流电动机和他励直流电动机应用最为广泛。 直流电动机的等效电路如图5所示。 图5 直流电动机等效图 电路的电压平衡方程和力矩平衡方程为: (1- 2) (1 - 3) 式中 Ua 电源电压; Ia-电枢电流 ; Ra-电枢电阻(包括电刷、