【正文】 電動機被廣泛應用的推動力來自直流電動機的問世，在 1870年時比利時的工程師格拉姆發(fā)明了這種實用機械，并把它大量制造出來，而后還不斷的對電動機的效率進行提高。交流電動機的發(fā)明是由美國發(fā)明家特斯拉完成的，最早的交流電動機根據電磁感應 原理設計，結構比起直流電動機更為簡單，同時也比起只能使用在電車上的直流電動機用途更廣泛，它的發(fā)明讓電動機真正進入了家庭電器領域。電動機的發(fā)明和使用對人類來說具有極大的意 義，可以說它為人類生活帶來了翻天覆地的變化。自從 Wheatsone提出和試制了直線電機以后，最早明確地提到直線電機文章的是 1890年美國匹茲堡市的市長，在他所寫的一篇文章中，首先明確地提到了直線電機以及它的專利。 至 1905年，曾有兩人分別建議將直線電動機作為火車的推進機構，一種建議是將初級放在軌道上，另一種建議是將初級放在車輛底部。 1917年 出現了第一臺圓筒形直線電動機，事實上那是一種具有換接初級線圈的直流磁阻電動機，人們試圖把它作為導彈發(fā)射裝置，但其發(fā)展并沒有超出模型階段。 從 1940～ 1955年期間世界一些發(fā)達國家科研人員，在實驗的基礎上，又進行了一些實驗應用工作。 1954年，英國皇家飛機制造公司利用雙邊扁平型直流直線電機制成了發(fā)射導彈的裝置，其速度可達 1600km/h。 在 1840～ 1955 年期間，是直線電機探索實驗和 部分實驗應用時期，在直線電機與旋轉電機的相互競爭中，由于直線電機的成本和效率方面沒有能夠戰(zhàn)勝旋轉電機，或者說，直線電機還沒能找到唯獨它能解決問題的領域，以及直線電機在設計方面也沒有突破性的成功，所以直線電機在這一時期始終未能得到真正的西京學院學士學位論文 第二章 電動機的發(fā)展概況 5 應用。在這段時期，申請直線機的專利件數也開始急速增加，該時期直線電機專利的增長率超過了所有其他技術領域的平均增長率。（如圖③） 1971年至今為實用商品時期： 從 1971年開始到目前的這個階段，直線電機終于進入了獨立的應用時代，在這個時代，各類直線電機的應用得到了迅速的推廣，制成了許多具有實用價值的裝置和產品，例如直線電機驅動的鋼管輸送機、運煤機、起重機、空壓機、沖壓機、拉伸機、各種電動門 、電動窗、電動紡織機等等。 從廣義上講，電機是電能的變換裝置，包括旋轉電機和靜止電機。 這里我們主要討論旋轉電機，旋轉電機的種類很多，在現代工業(yè)領域中應用極其廣泛，可以說，有電能應用的場合都會有旋轉電機的身影。 不同的電機有不同的應用場合，隨著電機制造技術的不斷發(fā)展和對電機工作西京學院學士學位論文 第二章 電動機的發(fā)展概況 6 原理研究的不斷深入，目前還出現了許多新型的電機。實際上，我們通常所 說的旋轉電機都是狹義的，也就是電動機 —— 俗稱“馬達”。 由此可見，對于一個電氣工程技術人員來說，熟悉各種電機的類型及其性能是很重要的一件事情。下面我們就從控制電動機開始，逐步介紹電機中最有代表性、最常用、最基本的電動機 ——控制電動機和功率電動機以及信號電機。 伺服電動機有直流和交流之分；最早的伺服電動機是一般的直流電動機，在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機做伺服電動機。 旋轉電機的分類，直流伺服電動機在機械特性上能夠很好的滿足控制系統(tǒng)的要求，但是由于換向器的存在，存在許多的不足：換向器與電刷之間易產生火花，干擾驅動器工作，不能 應用在有可燃氣體的場合；電刷和換向器存在摩擦，會產生較大的死區(qū)；結構復雜，維護比較困難。 一般地，伺服電動機要求電動機的轉速要受所加電壓信號的控制；轉速能夠隨著所加電壓信號的變化而連續(xù)變化；電動機的反映要快、體積要小、控制功率要小。 ② 步進電動機 所謂步進電動機就是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構；更通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步 進電機按設定的方向轉動一個固定的角度。目前，比較常用的步進電動機包括反應式步進電動機西京學院學士學位論文 第二章 電動機的發(fā)展概況 7 （ VR）、永磁式步進電動機（ PM）、混合式步進電動機（ HB）和單相式步進電動機等。但步進電動機在控制精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)閉環(huán)控制的直流伺服電動 機；所以主要應用在精度要求不是特別高的場合。 除了在數控機床上的應用，步進電機也可以用在其他的機械上，比如作為自動送料機中的馬達，作為通用的軟盤驅動器的馬達，也可以應用在打印機和繪圖儀中。 ③力矩電動機 所謂的力矩電動機是一種扁平型多極永磁直流電動機。力矩電動機有直流力矩電動機和交流力矩電動機兩種。 交流力矩電動機又可以分為同步和異步兩種，目前常用的是鼠籠型異步力矩電動機，它具有低轉速和大力矩的特點。 ④ 開關磁阻電動機 開關磁阻電動機是一種新型調速電動機，結構極其簡單且堅固，成本低，調速性能優(yōu)異，是傳統(tǒng)控制電動機強有力競爭者，具有強大的市場潛力。一般地，無刷電機的驅動電流有兩種，一種是梯形波（一般是“方波”），另一種是正弦波。 無刷直流電機為了減少轉動慣量，通常采用“細長”的結構。由于永磁材料的加工問題，致使無刷直流電機一般的容量都在 100kW 以下。 ? 功率電動機 ① 直流電動機 直流電動機是出現最早的電動機，大約在 19 世紀末，其大致可分為有換向器和無換向器兩大類。 ② 異步電動機 異步電動機是基于氣隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用產生電磁轉矩而實現能量轉換的一種交流電機。 異步電動機具有結構簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠以及質量較小，成本較低等優(yōu)點。 異步電動機主要廣泛應用于驅動機床、水泵、鼓風機、壓縮機、起重卷揚設備、礦山機械、輕工機械、農副產品加工機械等大多數工農生產機械以及家用電器和醫(yī)療器械等。而單相異步電動機一般用于三相電源不方便的地方，大部分是微型和小容量的電機，在家用電器中應用比較多，例如電扇、電冰箱、空調、吸塵器等。同步電動機的定子和異步電動機的完全一樣；但其轉子有“凸極式”和“隱極式”兩種。 同步電動機的工作特性與所有的電動機一樣， 同步電動機也具有“可逆行”，即它能按發(fā)電機方式運行，也可以按電動機方式運行。此外，還可以當調相機使用，向電網輸送電感性或者電容性無功功率。 旋轉變壓器本質上是可以隨意改變一次繞組和二次繞組耦合程度的變壓器。當一次繞組勵磁以后，二次繞組的輸出電壓和轉子的轉角成正弦、余弦、線性或者其他函數關系，可以用于計算裝置中的坐標變換和三角運算，還可以在控制系統(tǒng)中作為角度數據傳輸和移相器使用。在控制系統(tǒng)中經常兩臺或者多臺聯(lián)合使用，使機械上互不相連的 兩根或多根軸能夠自動地保持相同的轉角變化，或者同步旋轉。從工作原理上講，它屬于“發(fā)電機”的范疇。 測速發(fā)電機有直流和交流之分；而直流測速發(fā)電機又有他勵和永磁之分，其結構和工作原理與小功率直流發(fā)電機相同，通常輸出功率較小，作為計算元件時要求其輸出電壓的線性誤差和溫度誤差低于一個上限。 為了提高測速發(fā)電機的精確度和可靠性，目前，直流測速發(fā)電機出現了無刷結構的霍爾效應直流測速發(fā)電機。 西京學院學士學位論文 第三章 電動機的選擇 10 3 電動機的選擇 ?．根據電動機安裝地點的周圍環(huán)境來選擇電動機的形式農村用電動機的常見形式有防護式和封閉式兩種。如果灰塵較多，水滴飛濺的地方，應采用封閉式電動機。 ? .根據使用負荷情況，選擇電動機的功率電動機的功率一般應為生產機械功率的 ～ 倍。如果功率選擇過小，電動機長期承受過大負荷，會使溫度上升過高而損壞絕緣，縮短電動機使用壽命。 西京學院學士學位論文 第四章 電動機常見故障分析 11 4 電動機常見故障分析 起動故障 當電器接通電源后，電動機不工作，并且電動機無任何聲響。 另一種情 況是電動機內部繞組短路，局部繞組燒毀，導致電動機停止工作。 首先將電動機的三根引出線 ABC 用萬用表區(qū)分判斷，這里以雙桶洗衣機電動機為例，當測量 AB 線之間的電阻值在 95 歐姆， BC 間阻值在 130 歐姆， AB 間阻值在 12 歐姆時，那么很容易確定 C 為中線性， AC 為運行繞組， BC 為起動繞組。又如電冰箱電動機一般起動繞組無短路，電阻值約在23 歐姆，運行繞組 無短路，電阻值在 10 歐姆間，起動和運行串接繞組正常阻值在 35 歐姆。 ①機械故障 機械方面有掃膛、振動、軸承過熱、損壞等故障。一般由于端蓋軸室內孔磨損或端蓋止口與機座止口磨損變形，使機座、端蓋、轉子三者不同軸引起掃膛。屬于電動機本身引起的振動，多數是由于轉子動平衡不好，以及軸承不良，轉軸彎曲，或端蓋、機座、轉子不同軸，或者電動機安裝地基不平，安裝不到位，緊固件松動造成的。 電動機在通電后發(fā)現轉速無力很慢時，分