1、浅谈现代科技对电机的利与弊电机学课程综合大作业报告题目：浅谈现代科技对电机学利与弊 学 院： 电气工程学院 专业班级： 电气工程及其自动化 120*班学生姓名： 学 号： 提交时间： 2015年 5月 29日1.课题背景及意义1.1课题研究背景1800 年伏特发明电池，是电气出现的开端，电动机的诞生和发展在这之后可以分成几个阶段。从1820 年一直到整个19 世纪末叶，发现了电磁现象以及相关的各种法则，诞生了交流电机的原型，并确立了电机的工业运用。从20 世纪开始一直到1970 年代，是电动机的成长和成熟期，有刷直流电机、感应电动机、同步电动机和步进电动机等各种电机相继诞生，半导体驱动技术和电
2、子控制概念引入，带来变频驱动的实用化。从70年代到20 世纪末期，计算技术的飞跃发展为发展高性能驱动带来了机会，随着设计、评价、测量、控制、功率半导体、轴承、磁性材料、绝缘材料、制造加工技术的不断进步，电动机本体经历了轻量化、小型化、高效化、高力矩输出、低噪音振动、高可靠、低成本等一系列变革，相应的驱动和控制装置也更加智能化和程序化。进入21 世纪，在以多媒体和互联网为特征的信息时代，电动机和驱动装置继续发挥支撑作用，向节约资源、环境友好、高效节能运行的方向发展。经过200多年的发展，它已经成为现代生产、生活中不可或缺的核心、基础，是国民经济中重要的一环。作为劳动密集型产业，我国发展电机制造业
3、有着得天独厚的优势。到目前为止，我国的电机制造业已经具有一定规模。虽然我国经受了全球经济危机的影响，部分产业产值呈下降趋势。但是电机企业产量突飞猛进。其主要原因是，企业积极实施国家节能政策，开发特种电机、利用节能资源，风电生产项目的效果显著。目前，原材料价格略有起伏，但仍在高位运行，国际原油价格居高不下，国内煤电油运仍将处于紧张状态，资源约束仍然比较突出。中小电机企业现在最大的困难仍是面临企业成本上升带来的窘境。1.2课题研究目的及意义科学技术革命不单单只是对我们的生活带来了巨大的变化，现代科技的快速发展也给工业的发展带来了巨大变化，电机产业作为工业中举足轻重的产业之一也发生的非常大的改进和十
4、足的发展。但电机的发展对经济、环境、法律、自然、社会等方面都产生了比较大的影响，下面我就我个人对电机行业的了解分别从科技、经济、环境、法律、自然、社会等方面分析一下现代科技发展对电机行业发展的利与弊。2.现代科技对电机发展的利与弊2.1从经济角度分析在国民经济和人们的日常生活中，电能是最重要的能源之一。与其他能源相比，电能除了具有转换经济、传输和分配容易、使用和控制方便等优点外，尤为可贵之处是使用电能不会产生有毒有害的物质，不会污染环境。在人们环保意识愈来愈强烈的今天，作为一种干净清洁的能源，电能在工农业生产、交通运输等各行各业和人们生活中得到越来越广泛的应用就不足为奇了。 电机行业给我过得经
5、济带来了大幅的增长，从下图可看出2012年单1-3月的产值就达5694亿元，占我国总资产很大的比例。2007-2012年1-3月中国电机行业资产规模增长趋势2012年1-5月中国电动机和发电机出口数量和金额在进出口方面，电机出口也是占有很大的分份额。2.2从环境角度分析当今社会经济的飞速发展，工业生产居民生活等对电的需求十分大。在电机普及，并给我们带来好处的同时，我们也发现了它所具有的污染性。尤其是在电机的生产过程中，各种排放物对环境的影响超过一定限度而造成环境质量的劣化。这些排放物包括电机加工过程中排出的尘粒、灰渣、烟气；电厂各类设备运行中排出的废水、废液，以及电厂运行时发出的噪声。电机的主
6、要组成部分为转轴、定子组件、转子组件、机壳和其它附件。在生产过程中需要经过铸件金加工、转子金加工、转子动平衡、线圈绕制、定子嵌线、白胚检测和浸漆烘干等多步工艺。在电机的生产过程中存在着资源浪费、原料利用率不高的生产问题。同时也存在加工过程中的噪声污染、水污染、大气污染等污染问题。电机制造过程中的直接污染问题有很多。电机制造过程中对铸件金和转子金的加工会对材料进行切割打磨，由于生产技术的限制，加工过程中会产生的噪音污染。电机生产的过程中对于水的需求特别大，生产中的废弃物可能会造成水体的污染。电机使用过程中也有可能由于操作问题，造成噪声污染。在原材料的处理过程中，对金属部件的切割打磨，容易产生细小
7、颗粒，由于处理细小颗粒的难度较大，所以容易造成粉尘污染。由于电机生产材料所需的高精度。所以电机产业潜在的间接污染危害更大。例如，所需材料生产过程造成的水污染、大气污染。对稀土材料的加工利用，可能造成环境的污染和资源的浪费。制造铜线的过程中也可能引起大气污染、噪声污染。而在使用的过程中，由于电机电磁力波引起的电磁噪声、空气动力引起的通风噪声、机械运动引起的机械噪声，更会产生严重的噪声污染。使用过程中由于废旧电机的随意丢弃不仅会造成资源浪费更有可能造成更大的污染。为了适应现在保护环境、建设生态文明社会的环境发展趋势，国内现阶段主要推行的节能环保型锅炉为天然气、生物质、电锅炉，以及高效煤粉锅炉等。其
8、中，燃气锅炉和电锅炉成为大部分城市首选。部分城市在高效煤粉锅炉方面，也表现出良好的节能减排效果。2.3从自然资源角度分析近年来随着环境污染的日益加重，电机行业的发展方向也发生了巨大的变化，逐渐向节约资源、环境友好、高效节能运行的方向发展。国务院在中国制造2025这一报告中也提出加大先进节能环保技术、工艺和装备的研发力度，加快制造业绿色改造升级；积极推行低碳化、循环化和集约化，提高制造业资源利用效率；强化产品全生命周期绿色管理，努力构建高效、清洁、低碳、循环的绿色制造体系。加强绿色产品研发应用，推广轻量化、低功耗、易回收等技术工艺，持续提升电机、锅炉、内燃机及电器等终端用能产品能效水平，加快淘汰
9、落后机电产品和技术。推进资源高效循环利用。支持企业强化技术创新和管理，增强绿色精益制造能力，大幅降低能耗、物耗和水耗水平。风能是一种洁净的、储量极为丰富的可再生能源。受化石能源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都重视风能的开发利用。特别是自20世纪90年代初以来，随着风能最主要的利用形式风力发电的发展十分迅速，世界风电装机容量的年平均增长率超过了30。风能将是21世纪最有发展前景的绿色能源，是人类社会可持续发展的主要新动力源。甘肃风能资源丰富，近年来，风电机组并网容量迅猛增长。甘肃省政府在酒泉地区规划建设一个拥有“陆上三峡”之
10、称的“河西风电走廊”。“陆上三峡”之称的“河西风电走廊”酒泉段发挥太阳能光伏发电适宜分散供电的优势，在偏远地区推广使用户用光伏发电系统或建设小型光伏电站，解决无电人口的供电问题。在城市的建筑物和公共设施配套安装太阳能光伏发电装置，扩大城市可荐生能源的利用量，并为太阳能光伏发电提供必要的市场规模。为促进我国太阳能发电技术的发展，做好太阳能技术的战略储备，建设若干个太阳能光伏发电示范电站和太阳能热发电示范电站。核能发电是利用核反应堆中的核裂变所释放出的热能进行发电。核电站的投资费用高于燃煤电厂，但是核燃料的成本却远远低于燃煤成本，而且核燃料反应所释放的能量也远远高于化石能源燃烧所释放的能量。经过二
11、十多年的发展，我国的核能利用已取得了长足进步。下表是我国在2020年计划达到的各新能源全国装机总容量，这就给电机的指明了设计方向。类型风能太阳能水能总装机容量3000万千瓦180万千瓦3亿千瓦2.4从法律角度分析国务院2012年6月28日印发的节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）提出：“以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化，推广普及非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车，提升我国汽车产业整体技术水平”、“加强新能源汽车关键零部件研发，重点支持驱动电机系统及核心材料，电动空调、电动转向、电动制动器等电动化附件的研发
12、”。 国务院2011年8月31日印发的“十二五”节能减排综合性工作方案提出：“实施锅炉窑炉改造、电机系统节能、能量系统优化、余热余压利用、节约替代石油、建筑节能、绿色照明等节能改造工程”。国务院 2012 年 8 月 6 日印发的节能减排“十二五”规划将“电机系统节能”作为节能减排重点工程，提出：“对电机系统实施变频调速、永磁调速、无功补偿等节能改造，优化系统运行和控制，提高系统整体运行效率。提出要“淘汰落后的高能耗机电产品，发展变频电机、稀土永磁电机等高效节能机电产品，促进风机、水泵等通用机电产品提高用能效率，提高节能型机电产品设计制造水平和加工能力”。从这些法律的明文规定可以看出，新能源的
13、电机，电机向节约型、环保型发展是必须的趋势。3.现代电机的发展趋势电机作为机械装备上不可或缺的组件之一，目前，我国电机产业经过40多年的发展,特别是改革开放20多年以来的快速发展,取得了长足进步。据前瞻产业研究院发布的2014-2018年中国电机制造行业市场需求与投资规划分析报告显示：新能源的快速发展带动了电机产业的迅速增长，我国电机行业发展前景广阔。目前，我国的电机产品种类繁多，应用领域广泛，根据型号、规格、功率、轴伸、绝缘、编码器、转速开关、热敏元件、加热带等参数的不同可划分出各种各样电机。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、电梯以及医疗设备中的心电机、X光
14、机、CT、牙科手术工具、渗析机、呼吸机、电动轮椅等，都大量使用电动机。中国新能源汽车产业市场预期良好，带动驱动电机市场规模迅速增长。另外，混合动力客车是国内主要电动客车产品，而纯电动客车使用的驱动电机系统对功率有着较高的要求，相关生产企业也比少。在全球降低能耗的背景下，高效节能电机成为全球电机产业发展的共识。在电机系统节能方面，中国相继出台了一些指导政策，特别是2008年以后，加快了淘汰低效电机及拖动设备的速度，加强了高效节能电机推广力度;2009年，财政部和国家发改委将高效、超高效电机应用列入惠民工程;2009年和2012年工业和信息化部也先后发布了两批“高耗能落后机电设备(产品)淘汰目录”
15、。2011年新能源汽车保有量增速为59.58%，在节能与新能源汽车产业发展规划(20122020年)等政策刺激下，中国新能源汽车产业市场预期良好，带动驱动电机市场规模迅速增长。电机在当今世界中的应用非常广泛，甚至可以说有运动的地方就可能有电机的存在。作为高性能电机系统的灵魂，控制芯片和驱动技术将扮演越来越重要的作用。从整个中国机械制造市场和终端用户市场开始分析中国电机和电机控制行业的发展趋势与数据分析，包括伺服驱动，伺服电机，变频器，感应电机，运动控制器，数控等应用市场。4.电机产业发展机遇为了缓解涨价对生产造成的影响，除了适当调整电机产品价格之外，我国电机制造企业还应提升电机的技术性能和制造
16、工艺，使其向小型化、精细化发展，减少材料使用量。同时，还应提升专业化水平和专业化布局，提高企业的资金利用率，提高零部件的专业化设计和制造水平，集中资源开发新产品和灵活经营。做到这一点需两大重要因素的配合：管理现代化和技术标准化。企业必须具备较强的管控能力，要具有很高的零部件通用化程度。4.1新机遇：产品向多元化发展随着科技的不断发展，很多领域都为电机制造业提供了新的发展机遇，如航空、航海对电机的需求不断增大。近年来迅猛发展的风力发电，也给电机企业带来了新的经济增长点。目前，国内外一些著名的电机厂商都在大力开发相关产品。在余热发电方面，水泥窑、钢铁厂的高炉风机容量越来越大，但这一市场基本被“ab
17、b”、“西门子”等知名企业所垄断。垃圾焚烧发电也将给电机制造业带来不小的机遇。目前，国内的垃圾发电项目正处于起步阶段，该领域具有广阔的发展前景。以上海电机厂为例，原来企业50%以上的产品用于火电领域，现在要调整产品结构，向船舶、航运等非电力系统发展。预计未来几年，上海电机厂应用于火电领域的产品比例将会下降至30%左右。4.2好前景：拓展海外电机市场目前，国产电机主要应用于中国市场，而印度、巴西等新兴国家在工业化进程中又亟需大量电机产品，市场潜力不可小觑。以上海电机厂为例，其产品主要出口到东南亚市场，2007年的出口额突破了1亿元人民币，今年将会超过2亿元人民币。此外，该厂今年还有大批产品出口到
18、美国和西班牙。欧美发达国家的电机市场同样极具发展前景。我国电机产品在质量上与外商区别不大，而价格却不到他们的一半，有较强的竞争优势。但欧美市场技术壁垒较多，大都需要产品认证，国内企业在这方面做得还比较少。我国电机企业应进一步努力向高端发展，建立自主品牌，拓展海外市场，保障产品质量和售后服务，向航空、航海、军工、核电以及特种电机等新领域发展。此外，还应与国内外重大客户建立合作伙伴关系，利用其渠道推广自己的产品。同时还要学习他们的管理经验，提高生产、研发和销售水平。目前经济危机影响还将继续，国外企业面对本地劳动力成本、生产成本不断提高，不得不想办法另寻出路，生产基地正进一步往中国大陆等地转移。针对
19、海外市场，上海企光公司抓住机遇，成立了出口贸易专项小组，跟阿里巴巴合作成为中国供应商，抓紧开发海外市场巨大潜力，目前正与美国康明斯等国外知名企业协商洽谈中。5.目前比较先进的电机举例近年来，国际电机市场的竞争日趋激烈，价格已达到几近临界的地步，除了特殊电机、专用电机、大型电机之外，一般通用中小电机制造企业在发达国家难以继续立足。中国在劳动力成本低这方面具有较大优势，世界不少发达国家的电动机制造者正在向中国转移。5.1步进电机步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电
20、机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。5.2交流伺服电动机交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异
21、步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置
22、固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。有三个显著特点： A、起动转矩大。由于转子电阻大，其转矩特性曲线与普通异步电动机的转矩特性曲线相比，有明显的区别。它可使临界转差率S01，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。 B、运行范围较广 C、无自转现象。正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺
23、服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。5.3防爆电机防爆电机是一种可以在易燃易爆场所使用的一种电机，运行时不产生电火花。防爆电机主要用于煤矿、石油天然气、石油化工和化学工业。此外，在纺织、冶金、城市燃气、交通、粮油加工、造纸、医药等部门也被广泛应用。防爆电机作为主要的动力设备，通常用于驱动泵、风机、压缩机和其他传动机械等。它采用隔爆外壳把可能产生
24、火花、电弧和危险温度的电气部分与周围的爆炸性气体混合物隔开。但是，这种外壳并非是密封的，周围的爆炸性气体混合物可以通过外壳的各部分接合面间隙进入电机内部。当与外壳内的火花、电弧、危险高温等引燃源接触时就可能发生爆炸，这时电机的隔爆外壳不仅不会损坏或变形，而且爆炸火焰或炽热气体通过接合面间隙传出时，也不能引燃周围的爆炸性气体混合物。参考文献1 陈跃.电气工程专业毕业设计指南M. 北京: 中国水利水电出版社20032 谢小荣，姜齐荣.浅谈电机行业发展.北京：清华大学出版社20063 刘文华，宋强，张东江，等特种电机基本原理中国电机工程学报2012 4 Hanson D J，Woodhouse M L，Horwill C，et alSTATCOM：a new era of reactive compensationPower Engineering Journal，2002 5 T Tayjasanant，W Wang，C Li and W XuInterharmonic-flicker curvesJIEEE Transactions on Power Delivery，2005
