机电一体化技术在电动机工业中的应用.docx

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机电一体化技术在电动机工业中的应用

摘要--------------------------------------------------------------3

2.1.1数字化.....................................................................................................................................4

2.1.2智能化......................................................................................................................................4

2.1.3模块化.......................................................................................................................................4

2.1.4网络化.......................................................................................................................................4

2.1.5人性化.......................................................................................................................................5

2.1.6微型化.......................................................................................................................................5

2.1.7集成化.......................................................................................................................................5

2.1.8带源化.......................................................................................................................................5

2.1.9绿色化.......................................................................................................................................5

第二章 机电一体化技术在电动机工业中的应用------------------------------------------------9

2.1、电动机技术发展及现状…………………………………………………………9

2.2、电动机工作原理…………………………………………………………………10

2.3、电动机的维护……………………………………………………………………11

摘要

作为机电系的一名学生，将来工作学习都会以机电为主，所以必须掌握好各种机电的专业知识。

我会本着认真的态度对待专业课的学习，提高自己的专业素养.接下来我将介绍一下我对电动机发展史的认识。

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。

本文主要介绍了电动机技术发展及现状、工作原理、电动机的运行维护。

着重从电动机的技术发展及现状、工作原理、运行维护进行了初略的探讨和分析。

关键词：

机电一体化电动机机械技术微电子技术

第一章机电一体化技术发展

机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化

2.1 数字化 

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。

数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。

数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

 2.2 智能化

 即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。

例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。

随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。

2.3 模块化

 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。

如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。

这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。

2.4 网络化

 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。

而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。

2.5 人性化

 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。

2.6 微型化

 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。

微机电系统（Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS）是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。

自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。

2.7 集成化

 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。

为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。

首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。

2.8 带源化

 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。

由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。

带源化是机电一体化产品的发展方向之一。

2.9 绿色化

 科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。

所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。

绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。

在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。

第二章 机电一体化技术在电动机工业中的应用

1、电动机技术发展及现状

　　电机是利用电磁感应原理工作的机械。

随着生产的发展而发展的，反过来，电机的发展又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，虽然电机的基本结构变化不大，但是电机的类型增加了许多，在运行性能，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，在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种类的控制电机，控制电机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电机学科的一个独立分支。

　　它应用广泛，种类繁多。

性能各异，分类方法也很多。

电机常用的分类方法主要有两种：

一种是按功能用途分，可分为发电机，电动机，﹑压器和控制电机四大类。

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，也是最主要的用电设备，各种电动机消耗的电能占全国总发电量的60%~70%。

另一种分类方法是按照电机的结构或转速分类,可分为变压器和旋转电机.根据电源电流的不同旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类.交流电机又分为同步电机和异步电机.

　　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。

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。

未来电动机将会沿着单位功率体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。

一批"巨无霸"电机、一批"光怪陆奇"电机将同时展现在世人眼前。

2、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。

起来，形成一个笼型的闭合绕组。

定子三相绕组可接成星形，也可以接成三角形。

　　综上分析可知，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。

当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

当导体在磁场内切割磁力线时，在导体内产生感应电流，“感应电机”的名称由此而来。

感应电流和磁场的联合作用向电机转子施加驱动力。

我们让闭合线圈ABCD在磁场B内围绕轴xy旋转。

如果沿顺时针方向转动磁场，闭合线圈经受可变磁通量，产生感应电动势，该电动势会产生感应电流（法拉第定律）。

根据楞次定律，电流的方向为:

感应电流产生的效果总是要阻碍引起感应电流的原因。

因此，每个导体承受相对于感应磁场的运动方向相反的洛仑兹力F。

确定侮个导体力F方向的一个简单的方法是采用右手三手指定则（磁场对电流作用将拇指置于感应磁场的方向，食指为力的方向。

将中指置于感应电流的方向。

这样一来，闭合线圈承受一定的转矩，从而沿与感应子磁场相同方向旋转，该磁场称为旋转磁场。

闭合线圈旋转所产生的电动转矩平衡了负载转矩。

旋转磁场的产生:

三组绕组问彼此相差120度，每一组绕组都由三相交流电源中的一相供电.绕组与具有相同电相位移的交流电流相互交叉，每组产生一个交流正弦波磁场。

此磁场总是沿相同的轴，当绕组的电流位于峰值时，磁场也位于峰值。

每组绕组产生的磁场是两个磁场以相反方向旋转的结果，这两个磁场值都是恒定的，相当于峰值磁场的一半。

此磁场.在供电期内完成旋转。

其速度取决于电源频率（f）和磁极对数（P）。

这称作“同步转速”

转差率

只有当闭合线圈有感应电流时，才存在驱动转矩。

转矩由闭合线圈的电流确定，且只有当环内的磁通量发生变化时才存在。

因此，闭合线圈和旋转磁场之间必须有速度差。

因而，遵照上述原理工作的电机被称作“异步电机”。

同步转速（ns）和闭合线圈速度（n）之问的差值称作“转差”，用同步转

速的百分比表示。

s=[（ns-n）/ns]x100%（s为下标）

运行过程中，转子电流频率为电源频率乘以转差率。

当电动机起动时，转

子电流频率处于最大值，等于定子电流频率。

转子电流频率随着电机转速的增加而逐步降低。

处于恒稳态的转差率与电机负载有关系。

它受电源电压的影响，如果负载较低，则转差率较小，如果电机供电电压低于额定值，则转差率增大。

同步转速三相异步电动机的同步转速与电源频率成正比，与定子的对数成反比。

例如:

ns=60f/p

式中ns—同步转速，单位为r/lminf-频率，单位为Hz,P磁极对数

给出了在50Hz,60Hz以及100Hz工业频率下，对应于不同磁极数

的旋转磁场转速或同步转速。

实际上，即使电压.正确无误，如果供电频率高于异步电机的额定频率，一也未必能够提高电机转速。

必须首先确定其机械和电气容量。

由于存在转差率，带负载的异步电机的转速稍稍低于表格中给出的同步转速。

改变电动机的旋转方向,改变电源的相序即可实现,即交换通入到电机的三相电压接到电机端子中任意两相就行.

3、电动机的运行维护

（一）电动机启动前的准备

　　为了保证电动机正常安全地启动，一般启动前应作好下述准备：

（1）检查电源是否有电，电压是否正常，若电源电压过高或过低，都不宜启动。

（2）启动器是否正常，如零部件有无损坏，使用是否灵活，触头接触是否良好，接线是否正确、牢固等。

　　（3）熔丝规格大小是否合适，安装是否牢固，有无熔断或损伤。

　　（4）电动机接线板上接头有无松动或氧化。

　　（5）检查传动装置，如皮带轻紧是否合适，连接是否牢固，联轴器的螺丝、销子是否紧固等。

　　（6）传动电动机转子和负载机械的转轴，看其转动是否灵活。

　　（7）检查电动机及启动电器外壳是否接地，接地线有无断路，接地螺丝是否松动、脱落等。

　　（8）搬开电动机周围的杂物并清除机座表面灰尘、油垢等。

　　（9）检查负载机械是否妥善地作好了启动准备。

　　（10）对正常运行中的绕线式电动机，应经常观察电动机滑环有无偏心摆动现象；观察滑环的火花是否发生异常现象。

滑环上碳刷是否要更换。

（二）启动时应注意的问题

（1）接通电源后，如果电动机不转，应立即切断电源，绝不能迟疑等待，更不能带电检查电动机发故障，否则将会烧毁电动机和发生危险。

（2）启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况，以及线路上的电流表和电压表的指示，若有异常现象，应立即断电检查，待故障排除后，载行启动。

　　（3）利用手动补偿器或手动星三角启动器启动电动机时，特别要注意操作顺序。

一定要先将手柄推到启动位置，待电动机转速稳定后再拉到运转位置，防止误操作造成设备和人身事故。

　　（4）同一线路上的电动机不应同时启动，一般应由大到小逐台启动以免多太电动机同时启动，线路上电流太大。

电压降低过多，造成电动机启动困难引起线路故障或使开关设备跳闸。

　　（5）启动时，若电动机的旋转方向反了，应立即切断电源，将三相电源线中的任意两相互换一下位置，即可改变电动机转向。

　（三）电动机运行中的监视

　　电动机在运行时，值班工作人员可以通过仪表和感觉器官监视其运行情况，以便及早发现问题，减少或避免故障的发生。

　　1．监视电动机的温度

　　电动机正常运行时会发热，使电动机温度升高，但不应超出允许的限度。

如果电动机负载过大，使用环境温度过高，通风不畅或运行中发生故障，就会使其温度超出允许限度，导致绕组过热烧毁，因此电动机温度的高低是反映电动机运行的主要标志，在运行中经常检查。

判断电动机是否过热，可以用以下方法：

（1）凭手的感觉：

如果以手接触外壳，没有烫手的感觉，说明电动机温度正常；如果手放上去烫得马上缩回来，说明电动机已经过热。

（2）在电动机外壳上滴2~3滴水，如果只冒热气没有声音，则说明电动机没有过热，如果水滴急剧汽化同时伴有"咝咝"声，说明电动机已经过热。

　　（3）判别电动机是否过热的准确方法还是用温度计测量。

　　发现电动机过热应该立即停车检查，等查明原因，排除故障后再行使用。

　　2．监视电动机的电流

　　一般容量较大的电动机应装设电流表，随时对其电流进行监视。

若电流大小或三相电流不平衡超过了允许值。

应立即停车检查。

容量较小的电动机一般不装电流表，但也经常用钳形表测量。

　　3．监视电动机的电压

电动机的电源上最好装设一只电压表和转换开关，以便对其三相电源、压进行监视。

电动机的电源电压过高、过低或三相电压不平衡，特别是三相电源缺相，都会带来不良后果。

如发现这种情况应立即停车，待查明原因，排除故障后再使用。

　　4．注意电动机的振动、响声和气味

　　电动机正常运行时，应平稳、轻快、无异常气味和响声。

若发生剧烈振动，噪音和焦臭气味，应停车进行检查修理。

　　5．注意传动装置的检查

　　电动机运行时要随时注意查看皮带轮或联轴器有无松动，传动皮带是否有过紧、过松的现象等，如果有，应停车上紧或进行调整。

　　6．注意轴承的工作情况

　　电动机运行中应注意轴承声响和发热情况。

若轴承声音不正常或过热，应检查润滑情况是否良好和有无磨损。

　　7．注意交流电动机的滑环或直流电动机的换向器火花

　　电动机运行中，电刷与换向器或滑环之间难免出现火花。

如果所发生的火花大于某一规定限度，尤其是出现放电性的红色电弧火花时，将产生破坏作用，必须及时加以纠正。

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