电动机与发电机的普遍应用

第一篇：电动机与发电机的普遍应用

电动机与发电机的普遍应用

电动机的应用在日常生活中应用十分普遍，在几乎各个方面都可以运用，而科学工作者，也在努力寻求电动机新的应用，可以说，电动机的应用还是有发展前景的。在这里，笔者列举了几个方面的应用：

一、工业生产部门

工业生产部门主要应用电动机作为动力。在机床、轧钢机、鼓风机、印刷机、水泵、抽油机、起重机、传送带、生产线等设备上，大量使用中、小功率的感应电动机。

二、建筑与其内部设施

在高层建筑中，电梯、滚梯是靠电动机牵引的，宾馆的自动门、旋转门也是电动机驱动的，而建筑的供暖、供水、通风也需要水泵、鼓风机等，这些设备也是电动机驱动的。

三、交通运输

除了电气化铁路外，现代内燃机车绝大多数也是由电动机驱动的，城市轨道交通系统则是无一例外的使用了电牵引。机车电传动实质上就是牵引电动机变速传动技术，用直流电动机或交流电动机均能实现。内燃机车虽然装有柴油机，但柴油机并不直接驱动车轮，而是通过电传动或液体传动带动车轮转动。此外，船舶、汽车、电动车和磁悬浮列车也是如此。

四、办公设备与家用电器

在办公室设备中，计算机中的ＤＶＤ驱动机、ＣＤ－ＲＯＭ、磁盘驱动器主轴都采用永磁无刷电动机。打印机、复印机、碎纸机、电动卷笔刀等都是用到各种电机。

在家用电器方面，只要有运动部件，几乎都离不开电动机，如电冰箱和空调器的压缩机、洗衣机转轮与甩干机、吸尘器、电风扇、抽油烟机、微波炉转盘、ＤＶＤ机、磁带录音机、录像机、摄像机、全自动照相机、吹风机、按摩器、电动剃须刀、电动牙刷、搅拌机、开罐机、电钟等等，不胜枚举。

五、医疗设备

在医疗设备中，电动机无处不在，如心电机、X光机、CT、牙科手术工具、渗析机、呼吸机、电动轮椅等等，都离不开电动机作为动力，而人工心脏等人造器官也常常用到微电动驱动。

六、航天、航空和国防

航空母舰用直线感应电动机飞机助推器取代了传统的蒸汽机式推进器，不仅仅体积减少，而且推力大大增加。目前，国外正在试验用直线电动机发射航空飞机，称为“太空天梯”，如果能成功，可以大量节约燃料，并有利于环保。

在航空器中，目前的一个发展趋势是用电磁执行器取代传统的液压、气动执行器。

除了上述领域外，在其他方面，电机的应用也是不胜枚举，譬如，演出设备(如电影放音机、旋转舞台等)、运动训练设备（如电动跑步机、电动液压篮球架、电动发球机等）、家具、游乐设备（如缆车、过山车等）以及电动玩具。

发电机在日常生活中也很常见，如风能发电机，太阳能发电机等，都直接或间接的应用了我们探究出的结果。

第二篇：《电动机和发电机》教学设计

《电动机和发电机》教学设计

【教材分析及设计思路】【学习目标】【教学重点】 电动机的原理和磁生电的条件。

【教学难点】 电动机的换向器是怎样自动改变电流的方向.探究磁生电的条件。

【学生起点分析】【教学过程设计】学技术创造美好生活，增强节能环保意识，初步树立创新意识.）[JP。

二、发现磁生电现。

提出问题：利用玩具电动机能否反过来实现机械能转化成电能。

演示：卸下玩具电动机的电池（没电了），将原来装电池的接片接入一个发光二极管，快速转动轮子看到发光二极管发光（有电了）。

拆卸玩具让学生观察结构：磁体和线圈。

（引导学生观察电动机外壳吸引大头针帮助判断是磁体。

（设计意图：制造认知冲突，激发探究热情.培养电生磁的逆向思维和电动机的电能转化为机械能的逆向思维.使学生从生活现象中发现问题回到物理课堂探究学习成为一种习惯，为下一步探究磁生电的条件做好铺垫.。

三、探究：“产生感应电流的条件。

学生介绍法拉第资料，谈感受.（通过课前收集科学家资料了解科学家们是怎样克服一个又一个困难达到成功的彼岸.。

（PPT）展。

（一）探究：“产生感应电流的条件。

活动安排。

1.提问：要模拟玩具车电机产生感应电流，需要哪些实验器材。

2.怎样证明电路中有感应电流呢？（介绍灵敏电流计，学生连接电路，自己摸索，产生感应电流的条件，并汇报.。

我们可以制作一个磁体模型。

3.一端表示N极，一端表示S极，红色线表示磁感线，用小刀代替导体（线圈）演示切割磁感线运动和不切割磁感线运动.请同学们自己探究：“有磁场但不产生感应电流的条件。

（二）探究：感应电流的方向跟那些因素有。

1.提出问题：感应电流的方向跟那些因素有关？请同学们讨论一下。

2.请同学们根据：“探究产生感应电流的条件”的活动作出猜想。

3.同学们利用控制变量法设计实验并讨论方案。

4.实验探究并记录观察结果。

（1）当磁场方向相同时，改变导体切割磁感线的运动方向时，感应电流的方向（改变/不变）。

（2）当导体切割磁感线运动方向相同，改变磁感线方向，感应电流的方向（改变/不变）。

（3）当同时改变导体切割磁感线运动方向和磁感线方向时，感应电流的方向（改变/不变）。

5.在上述活动中，闭合电路的哪一部分相当于电源。

（意图：培养学生的实验设计能力;让学生自己摆弄，在无意中发现感应电流的产生，易调动主动探究的意识在逆向探究，符合科学探究发现的真实，学生体验感悟研究方法.。

（PPT）讲述科拉顿错失良机.（让学生帮助分析失败原因，增强团结合作意识.。

四、观察“手摇发电机发电。

（PPT）观察一台最简单的实验室演示用的模型手摇发电机.完成以下问题。

（1）观察手摇发电机模型的结构。

（2）摇动手柄时，小灯泡会，说明电路中有.灯的亮度（改变/不变），说明电流的发生变化。

（3）将小灯泡换成小量程电流表，缓慢摇动手柄，指针，说明电流的发生变化。

（4）连续转动线圈，观察每转一圈，电流方向改变的次数。

（5）总结：线圈在磁场中转动时产生的电流的大小、方向都随时间发生周期性变化，我们把这种电流叫交变电流。

（6）发电机在发电时，消耗了能，获得了能，即实现了能转化为能。

（7）发电机线圈转速越快，小灯泡亮度越。

（意图：通过引导观察发现突破难点，小灯泡亮度的改变、小量程电流表的指针的偏转情况，理解什么是交流电.线圈每转一圈电流方向改变两次，理解“周期性变化”.转速对小灯泡亮度的影响.。

师：请同学们利用制作的电动机改成发电机将小喇叭接入，听听小喇叭是否能发声？能否设计一个户外活动时便携的可发电的手电筒。

展示手按发电手电筒.（意图：利用所学解决简单问题，再次体验任何发明的基础是科学探究的结果，初步具有创造发明的意识.。

五、展示课前学生收集的发电类。

（PPT）介绍常规发电和新型发电实例。

反思 本节教学设计主要围绕两条线索展开：（1）尊重学生，学生从模仿教材自制电动机开始，在动手实践中发现问题，在小组交流，思维碰撞中生成解决问题的方法，在不断地改进完善设计方法中内化知识，渗透方法，提升能力，学会协作，在经历中科学历程，享受劳动创造快乐;（2）尊重科学，“模仿――改进――创新”遵循学生的认知规律.对知识的整合，让“电”与“磁”产生新的内容“电动机”与“发电机”，“电生磁”的逆向思维和电能与机械能转化的逆向思维，辩证唯物主义的思想的渗透.从“物理模型”――“发明机器”，从“理想”――“现实”，无不尊重科学.

第三篇：备考2014年中高考——电动机和发电机复习题纲

第十五章《电动机和发电机》复习题纲

一、磁场对电流的作用:（注意书上的探究装置P5，要和电磁感应的装置区别开）

1、通电导体在磁场里，通电导体在磁场里受力的方向，跟和有关。

2、应用——直流电动机

① 构造：定子（由电磁铁和机壳组成）、转子（线圈嵌在铁芯上）、换向器、电刷。② 工作原理：③ 工作过程：

A、平衡位置：特点：。

受力特点：二力力平衡。线圈开始处于该位置时通电后不动。

B、换向器作用：。电动机优点：。④能的转化：能转化为能。

其它应用：见九下册P8。

二、电磁感应:（注意书上的探究装置P11）

1、学史：该现象

2、定义：种现象叫做电磁感应现象

3、感应电流：

① 定义：

② 产生的条件：、部分导体、。

③导体中感应电流的方向，跟和有关

4、应用——交流发电机

① 构造：实际发电机比模型发电机要复杂得多，基本部件仍是。它的磁体是，线圈欠在。

② 工作原理：。工作过程中，能转化为能。

③ 工作过程：交流发电机和直流发电机在内电路线圈中产生的都是交流电。交流发电机通

过向外电路输出交流电。直流发电机通过向外输出直流电。

④ 交流发电机主要由和两部分组成。不动旋转的发电机

叫做旋转磁极式发电机。

第四篇：电动机节电器在技术改造中的应用

电动机节电器在技术改造中的应用

文章标题：电动机节电器在技术改造中的应用 摘要：近年来我国电力供应紧张，电能利用效率较低是不可忽视的原因之一。本文阐述低压电动机节电节 能控制原理，以及在阳煤二矿洗煤厂的节能应用，以推动电动机节电控制技术的广泛深入应用。英文摘要：Electricity has been in short supply in China in the past few years, whereas electric power was not utilized efficinetly.In the paper, the principle of Moter-electric-saver and the applicatian in the 2nd Mine of Yangquan Coal Industry(Group)CO.,LTD.are presented in order to promote the application of the hi-tech product.关键词：电力供应 电动机节电器, 节能 英文关键词：Electricity power supply Moter-electric-saver , Save energy

The Application of Moter-electric-saver in Our Technology Reform 北京中矿节能技术有限公司 1 引言 我国电力工业目前发电装机容量达到 3.16 亿 kW，年发电量达到了 13500 亿 kWh。我国的电力消耗仅次于美国位居世界第二位，但我国人均用电只有 1038kWh，还不到发达国家用电水平的 10%。去年夏天，我国持续高温酷热，导致部分城市由于电力供应紧张拉闸限电。用电紧张从往年的季节性 转变为全年性，出现电力、电量双缺口，机组长期高负荷运转，故障增多。我国正处于向大规模工业化和 城市化过渡的快速发展阶段，能源消费增长巨大。目前我国电力能源利用效率较低、消耗高、浪费大。在 过去的 20 年里，我国已在能源利用上取得“GDP 翻两番而能源消费仅翻一番”的令人瞩目的成绩，但我国 能源消耗，尤其工业用电设备浪费电能严重。据有关专家介绍:2002 年我国能源消费强度为 1.18 吨标准煤 /千美元 GDP，远远高于发达国家;创造每万美元 GDP 所消耗的能源数量，我国是美国的 3 倍、德国的 5 倍、日本的近6 倍;能源系统效率为 33.4%，低于国际先进水平10 个百分点左右。面对用电效率不高，电力供 应形势不容乐观的现实，如何科学节约用电的话题今天又引起各行各业的高度关注。为了提高电动机的运行效率，保护电机的安全运行，经过市场的多方考查，阳煤集团决定在二矿选煤厂的 主要设备----煤泥离心机采用北京中矿节能技术有限公司研发生产的电动机专用节电器，检测实际效果，为大规模的技术改造提供技术依据，为进一步提高设备的自动化程度，保证设备安全运行，降低企业的运 行成本，增加企业市场竞争力，为阳煤集团的可持续发展打下坚实的基础。2 电机节电器节电原理 副总经理 谢家琪

电动机是工矿企业生产中使用量及耗电量最多的一种电气设备。在电机拖动系统中，往往以最高负载量加 上裕量来设计参

数及选型，而在实际的运行中，大部分的电动机不是满载运行，而是工作于满电压、满速 度而负载荷较小的状态；对于负载波动频繁的电机，在满载运行的同时，也会有很大比例的空载运行时间。负载的变化会随着实际需求变化，因此，大多数情况存在大功率电机拖动小负载的情况（即常说的“大马 拉小车”）。由电机设计和运行特性可以知道，电动机在满载运行时效率最高,功率因数 COSΦ 最佳；轻载 运行效率降低、COSΦ 也降低，空载时 COSΦ 甚至降到 0.3 以下，所以在轻载运行时电机的电能浪费较大。这是因为当电机从满载变化到轻载、空载时，定子电流有功分量减小，而励磁的无功电流基本不变（所以

COSΦ 降低）；由于励磁无功电流基本不变，则空载损耗中占主要成份的定子铁损耗，一点没有减少，所 以效率很低。下图表示典型的电机损耗与负荷的关系。

典型的电机损耗与负荷的关系 如果适当降低定子电压，见电机定子感应电势公式： U1≈E1=4.44F1N1KN1Φm 其中: N1—定子每相绕组串联匝数；F.K.N1 是常数。由于轻载、空载时定子电流很小，可以忽略定子绕组的漏阻抗压降，所以 U1≈E1，当其它条件不变时，降 低定子电压 U1，Φm 比例下降,也即励磁无功电流 IM 也成比例下降，则 这样定子电流中的无功分量减少了，COSΦ 就提高了，适当控制可以接近最佳值。另外，其它条件不变，定子铁耗：PFel= PFeIN ×(U1/ UIN)2 其中：PFel—定子铁耗；PFeIN —定子额定铁耗；UIN —定子额定端电压。可以看出，随着 U1 下降，PFel 以平方比例迅速下降，这样轻载、空载时占主要损耗的铁耗大量减少，使 电机的运行效率大大提高，这就是电机节电器轻载降压节电的道理。3 电机节电器的性能特点

中矿电机节电器通过内置的工业计算机实时检测电动机的负荷情况，分析负载大小和变化趋势，计算出供 给电动机最佳电压、电流，通过快速控制可控硅的导通角的大小，控制电机的供电电压，使电机的输出功 率与负荷转矩精确匹配。使电机可在空载和大多数负荷情况下保持较高恒定的电机效率。其控制原理图如下：

同时，电机节电器还具备完善的软启动和软停车功能，可保证电机连续平滑地启动，消除了常规启动方式 伴随电机启动所产生的机械冲击和大启动电流，有效降低轴承和皮带的磨损及链条、齿轮的机械应力，从 而延长电机的使用寿命，降低维护成本，尽可能地降低用电费用。电机节电器通过电流和电压监测实现对电动机的全面保护，包括过载，限流，短路，缺相，欠压/过压，等 多项保护，还能实现故障时自动旁路运行，保证设备正常运行

行。电机节电器安装方便，直接串接在原电机主回路中，不改变原来和操作方法，而且方便实现就地控制，远 程控制，集中控制等多种方式。电机节电器的适用于异步感应电机的节电控制，可广泛应用于各种动力设备和加工机械上负荷频繁变化或 转速恒定，但不满负荷运行电机，尤其是低负荷率，低功率因数节电效果更为显着。4 选煤厂煤泥离心机电机节能方案及效果

阳煤集团二矿选煤厂有两台煤泥离心机（设备编号：417，418），设备功率相同，负载相同，同时开停，在其中一台安装电机节电器，另一台不用电机节电器，这样就可以作出科学的对比结果，选择在 417 上安 装了电机节电器，418 按原来控制方法运行，两台设备同时都加装了电度表进行测试。同时在电机节电器 投入运行前后，对 417 煤泥离心机的运行数据进行测量对比，了解节电器的运行效果。

经对比测试，综合节电率为 32.7%，节电效果显著，供电电流由 35A 下降到 15.5A，下降幅度达到 56%电机 的功率因数由 0.39 提高到 0.81，节电器保护齐全，运行稳定，安全可靠。为了更科学的测试节电效果，对两台设备都加装了电能表，经过一个月的计量测试，417 煤泥离心机用电 8 022 度，418 煤泥离心机用电 16778 度，在两设备同时开停，运行时间相同，设备功率相同的情况下，417 比 418 节电 52.2% 阳煤二矿主要设备电机有 16 台，共 1112KW，按电价 0.27，运行时间 20 小时/天计算，年总用电费 219 万 元，按节电率 30%计算，年节电 65.7 万元，设备投资 67 万元，一年就收回设备投资，经济效益十分显著。按节电器十年的使用寿命计算，共节电 657 万元，收益率为 980%，5 结束语 据统计，2002 年我国消耗电力 16200 亿 kWh，其中有 60%～70 %的电能(约 1 万亿 kWh)被各种类型电动 机所消耗。到 2002 年底，我国的各类电动机的总容量是 5 亿 kW，一亿台左右，85%是异步电机，其中只有

不到 2000 万 kW 的电动机是带节能控制的，节能潜力广阔。我国的电机节能市场目前正处于一个高速增长 的时期。过去几年保持着 12%～15%的增长率，而且至少在未来的 5 年内保持着 10%以上的增长率。参考文献 [1] 电机工程手册[M].北京:机械工业出版社,1982.[2] ZKP 电机专用节电器使用手册[Z].北京中矿节能技术有限公司，2004.[3] 赵希正.中国电力负荷特性分析与预测[M].北京:中国电力出版社,2002.

第五篇：电动机效率与损耗分析

第一章 电动机效率与损耗分析

异步电动机输入电功率，输出机械功率，在运行过程中产生恒定损耗和负载损耗。恒定损耗包含风摩耗和铁心损耗，是不随负载大小变化的损耗。负载损耗包含定子绕组损耗、转子绕组损耗和负载附加损耗(或称负载杂散损耗)，对绕线转子电机还包含电刷及转子外接电路的电损耗。

恒定损耗是电动机运行时的固有损耗，它与电动机材料、制造工艺、结构设计、转速等参数有关，而与负载大小无关。

1、铁心损耗（含空载杂散损耗），亦简称铁耗，是恒定损耗的一种，由主磁场在电动机铁心中交变所引起的涡流损耗和磁滞损耗组成。铁心损耗大小取决于铁心材料、频率及磁通密度，近似的表示为： 磁通密度B与输入电压U成正比，对某一台电动机而言，其铁耗近似于与电压的平方成正比。铁耗一般占电动机总损耗的20%~25%。

2、风摩耗也称机械损耗（何不称为“机械损耗”？），是另一种恒定损耗，通常包括轴承摩擦损耗及通风系统损耗，对绕线式转子还存在电刷摩擦损耗。机械损耗一般占总损耗的10%~50%，电动机容量越大，由于通风损耗变大，在总损耗中所占比重也增大。

3、负载损耗主要是指电动机运行时，定子、转子绕组通过电流而引起的损耗，亦称铜耗。它包括定子铜耗和转子铜耗，其大小取决于负载电流及绕组电阻值。铜耗约占总损耗的20%~70%。

4、杂散损耗（附加损耗）P主要由定子漏磁通和定子、转子的各种高次谐波在导线、铁心及其他金属部件内所引起的损耗。这些损耗约占总损耗的10%~15%。§1-2电动机的效率

电动机的效率与损耗相对值(P)的关系如下式所示 = 1一Σ P 式中 Σ P—— 电机总损耗

Σ P =（++++ P）／Pl P1—— 电机输入功率

当一台电机效率为0.87时，由上式可见其损耗相对值为0.13，如损耗下降20％，则由上式可求得效率为0.896，即效率提高了2.6个百分点。并由此可见，如一通用系列的效率平均值为0.87，作为高效率电机系列，其损耗如平均下降20％以上，则系列的平均值也应提高2.6个百分点以上。§1-3 端电压变动时电机的损耗

电机铭牌上电压值是电机设计时的依据，实际运行时电网上电压是波动的，我国规定低压系统中电压允许变化±10%，在一个工厂中电压变动往往超过这一范围，电压变动对电机各部分损耗有什么影响，电压调节在什么范围内变动能够节电，这是值得分析的问题。

国内外许多资料表明，电压低于额定值不超过10%，对一个系统，一个工厂往往是节电的。例如在保证供电电压合格范围内，降低配电压2—3%，无论对住宅、商业、工业负荷都起到节电的效果。工厂降压运行（-5%左右）同样能够节电，而升压（+5%左右）则增加电能消耗。当然降压范围不能太大，否则引起电动机过负荷能力降低及某些重载负荷过电流等问题。但-5%范围内，一般不会出现这些问题。

电压变化在负载不同时对电机效率影响是不同的。在重载时提高电压在一定范围(从342伏提到380伏)可以提高效率,再提(412伏)则效率反而下降。但轻载时，电压从342伏上升则效率越来越低，如何调整线路电压及个别调整电机端电压力可以达到节能的效果。

§1-4 三相电压不平衡时异步电动机运行损耗分析

由于三相负载不对称，常常引起供电电压不平衡。这不平衡电压在异步电机中产生三相不平衡电流。用对称分量法可以分成正序、负序及零序电流。当定子绕组Y接时，则零序电流为零。其中正序电流产生转矩，使电机转运，负序电流产生一反转矩，使输出转矩有所减少，当电压不平衡值小于10%时，负转矩不大，一般可以不计。但对于负序磁场在转子中产生损耗以及定子电流由于不平衡而使损耗增加必须给予关注。一般电压不平衡时，其三相相位差不能保持120度，而相位变动后，产生的负序损耗及定子铜耗增加随电压不平衡度的增大而达到不允许的结果。因而保持供电电压平衡，可以节约电能。§1-5电源频率变化对电机损耗的影响

目前各国对于电源频率允许偏差范围的规定是不同的。在实际正常运行中，日、美控制在±0.01周/秒，而我国许多缺电系统有时频率偏差超过±0.2周/秒。在电力系统网络化的今天，公共电源频率的稳定是有保证的。这里只需要考虑专用电源（比如变频电源）频率变化对电机损耗的影响。

对于风机泵类负载，由于轴转矩与转速的平方成正比变化，频率降低后，转速下降，转矩也下降，使定子及转子电流下降，因而电机效率有所提高,再加上轴功率有大幅度下降，电机输入功率同样大幅度下降,所以风机泵类负载采用变频调速，在低速时可获得好的节能效果。[风量减小，是否允许？] §1-6 非正弦波形电源下的异步电动机损耗

大多数静止变频器的输出电压波形是非正弦的，通过傅里叶级数分析其中除基本分量外尚有大量谐波分量。这在异步电动机中产生谐波电流及谐波磁动势。与分析三相电动机磁动势空间谐波一样，可以对此分析，例如相电流中有5次时间谐波分量，则A，B及C相5次（时间）谐波磁动势分别为：

这说明5次时间谐波产生的旋转磁动势，其转速为5倍基波同步速，方向与基波旋转方向相反。同样可以证明7次谐波磁动势转速为7倍基波同步速，方向与基波旋转方向相同。§1-7电动机起停损耗

有些负载要求断续运行，停止部分时间比运行时间长得多，采用起-运-停循环运行方式（ON-OFF）有可能比负载运行-空转-负载运行节约大量能耗（即电机空载损耗乘停运时间）。但起-运-停方式，需多次起动电机，使定子绕组频繁受到冲击力，鼠笼转子也会因发热不均匀，产生热应力，多次疲劳会使转子导条断裂。起动时电机发热增多而散热条件较稳态运行差，多次起动也会使电机过热。因此对起动次数都有规定。采用高转子电阻电机，可以减少定转子起动电流，所以可减少能耗及电流冲击影响。当然高转子电阻运行时滑差和损耗增加，应综合比较。对于大中型电动机而言，起停损耗需要考虑的因素还要多，比如电动机直接起动方式时，考虑到起动困难、对相邻设备可能造成影响等因素，管理人员往往会让电动机长时间的空转而减少电动机的起动次数，从而造成大量的能源浪费。另一方面，感应电动机的全压直接起动对电力系统短路容量的要求较高，为此电力系统必须提供更高的供电能力，用户也因此必须支付更多的费用。第三方面是电力系统长时间的运行在相对较低的符合率，系统供电效率较低。因此对于大中型电动机来说，起停损耗问题要从系统角度来周全考虑，通过改变起动方式来节约电力是一种选择。

§1-8电动机的节能潜力

1、根据统计数据可知，37kW 以上电动机数量虽少，但要承担一半以上总的电动机用电量。因为这些功率较大的电机大部份工作在高负荷，长期连续运行的状态，因此这部份电机的效率历来受到一定的重视，电机的效率水平也相应地处于较高的水平，电机功率为90kW 时效率已达0．94左右。但是应该看到小功率电机，max.book118.com，由于其数量庞大，所以37kW 以下的电机也传递了近一半的电能，因此通过降低损耗提高电动机的效率对