电机与拖动教案第五章1
电机及拖动授课教案
《电机与拖动》教案08级电子信息科学与技术皖西学院机电学院二〇一二年八月绪论§１电机及电力拖动简介1.什么是电机在现代，电能是一种广泛应用的能源。
电能与其他能源相比，有突出的优点。
首先电能的生产与转换比较经济；其次电能传输与分配比较容易；再者电能的使用与控制比较方便，且易于实现自动化。
因此，在现代社会中，电能的应用已遍及各行各业中。
在电能的生产、转换、传输、分配、使用与控制等方面，都必须通过能够进行能量(或信号)传递与变换的电磁机械装置，这些电磁机械装置被广义地称为电机。
通常所说的电机，是指那些利用电磁感应原理设计制造而成的、用于实现能量(或信号)传递与变换的电磁机械的统称。
按电机的功能来分类，电机可分为：(1) 发电机——把机械能转变成电能；(2) 电动机——把电能转变成机械能；(3) 变压器、变频机、变流机、移相器等，是分别用于改变电压、频率、电流及相位的，即把一种类型的电能转变成另一种类型的电能；(4) 控制电机——应用于各类自动控制系统中的控制元件。
值得指出的是，从基本工作原理来看，发电机与电动机只是电机的两种不同的运行方式，从能量转换的观点来看，二者是可逆的。
上述的各种电机中，有些是静止的，如变压器；有些是旋转的，如各种类型的发电机与电动机。
按电流的类型及工作原理的某些差异，旋转电机又可分为直流电机、交流异步电机、交流同步电机及各种具有专门用途的控制电机等。
2.电机以及电力拖动的发展概况始于19 世纪60～70 年代的第二次工业技术革命，是以电力的广泛应用为显著特点的。
从此人类社会由蒸汽机时代步入了电气化时代。
在法拉第电磁感应定律基础上，一系列电气发明相继出现。
1866 年，德国工程师西门子制成发电机；1870 年比利时人格拉姆发明了电动机，电力开始成为取代蒸汽来拖动机器的新能源。
随后，各种用电设备相继出现。
1882年法国学者德普勒发明了远距离送电的方法。
同年，美国著名发明家爱迪生创建了美国第一个火力发电站，把输电线结成网络。
电机及电力拖动课程《教案》
教师教案课程名称：电机与电力拖动授课学时：56授课专业：机电一体化任课教师：杨程教师所在学院：汽车与航空学院第一章直流电机原理授课时数：9一、教学目的1 .掌握直流电机的基本工作原理、电枢电势与电磁转矩、他励直流电动机的机械特性2 .了解直流电机的结构、磁路与磁化特性、电枢绕组3 .了解串励和复励直流电动机二、教学内容1. 直流电机的结构2. 直流电机的用途及基本工作原理3. 直流电机的磁路与磁化特性4．直流电机的电枢绕组6．直流发电机7．直流电动机运行原理8. 他励直流电动机的机械特性9. 串励和复励直流电动机三、教学重点和难点重点：直流电机的基本工作原理电枢电势与电磁转矩他励直流电动机的机械特性难点：直流电机的结构、磁路与电枢绕组四、教学方法板书和多媒体、视频录像相结合的教学方法。
形象地讲解直流电机的的结构、基本工作原理、电枢电势与电磁转矩、他励直流电动机的机械特性。
讲解磁路与磁化特性、电枢绕组的特点、应用和发展。
介绍串励和复励直流电动机。
第一讲(2学时)第一节直流电机的结构1.观看直流电机制造过程录像片(50分钟)2.简单介绍直流电机的结构问题:A.定子主要包括那些部分?B. 转子主要包括那些部分?第二节直流电机的用途及基本工作原理1.简单介绍直流电机的用途2.讲解直流电机的物理模型.对照直流电机的物理模型重点讲解判断感应电势的右手定则及感应电势e = B l v.对照直流电机的物理模型重点讲解电刷和换向器的作用.讲解直流发电机机械能变成直流电能的原理和过程问题: A. 判断在磁场中运动的导体中感应电势方向应使用什么定则?B. 直流发电机中电刷和换向器的作用是什么?C. 直流发电机是将什么能转换成什么能的电磁装置?第二讲(4学时)第二节直流电机的用途及基本工作原理1.简单复习直流发电机的工作原理2.讲解直流电动机的工作原理.对照直流电机的物理模型重点讲解判断磁场中载流导体受力方向的右手定则及所受电磁力大小f = Bli a.对照直流电机的物理模型重点讲解电刷和换向器的作用.讲解直流电动机直流电能变成机械能的原理和过程问题: A. 判断磁场中载流导体受力方向应使用什么定则?B. 直流电动机中电刷和换向器的作用是什么?C. 直流电动机是将什么能转换成什么能的电磁装置?3.讲解电机的可逆运行原理4.直流电机的工作原理小结弄清下列问题：.最简单的直流发电机、直流电动机的物理模型.判断导体(电流)受力方向的左手定则.直流发电机:导体中电势方向与电流方向相同,端电压方向与电流方向相反,转子转动方向与所受电磁力方向相反,导体中为交变电势,电刷端为直流电势,机械能变为电能。
合肥工业大学顾绳谷《电机及其拖动基础》第五章ppt讲义
f2为转差频率，转子电流形成的转子磁 为转差频率，转子电流形成的转子磁 动势F 的旋转方向与F 的旋转方向相同， 动势 2的旋转方向与 1的旋转方向相同， 它相对于转子的转速为∆n， 它相对于转子的转速为 ，而相对于定 子的转速为∆n+n=ns 子的转速为
机电系 3
（二）磁动势平衡 转子磁动势F 与定子磁动势F 相对静止，得到合成磁动势F 转子磁动势 2与定子磁动势 1相对静止，得到合成磁动势 1+F2
& 负载时 F1 + F2 = Fm → Bm (Φ m )
& 空载时 F10 = Fm 0 → Bm 0 (Φ m 0 )
电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小， 电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不 多和电源电压相平衡。所以， 多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为
X2 X s = arctg 2 R2 / s R2
R2 上产生的功耗，实质上表征了异步电动机的 在附加电阻 上产生的功耗， s 机械功率
（二）绕组归算 由转子磁动势不变
0.9 m1 N1kW 1 & m N k & ′ I 2 = 0.9 2 2 W 2 I 2 2 p 2 p
′ I2 =
1 I2 ki
励磁支路的电动势方程式
& & E1 = − I m Z m
机电系 13
几种异步电动机的典型运行情况 1、空载运行 、
s≈0
1− s ′ R2 → ∞ s
2、额度负载下运行 s N ≈ 0.05 、 转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。 转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。 3、起动时的情况 、
电机与拖动基础第5章
弱磁调速的特点是； 1）由于励磁电流《因而控制方便，能量损耗小； 2）可连续调节电阻值，以实现无级调速； 3）在基速以上调速，由于受电击机械强度和换 向火花的限制，转速不能太高，一般约为 （1.2~1.5） ,特殊设计的弱磁调速电动机，最高 Nn 转速为（3~4 ）n，因而调速范围窄。 弱磁调速的调速范围小，所以很少单独使用，一 般都与调压调速配合，以获得很宽范围的，高效， 平滑而又经济的调速。
5.1电机调速的基本情况
5.1.1 电机调速技术的应用于发展情况
随着时代的进步和科技的发展，拖动控制的电力调速系 统在工业农业生产，交通和运输，国防军事设施以及日常 生活中越来越得到广泛的应用。根据转速是否变化，可以 将各类生产机械分为恒速拖动与变速拖动机械两大类，而 现代的各行各业中，绝大多数的机械都有着调速的要求， 使得对变速拖动系统的研究具有重要的现实意义。
N
x1
S
a2
N
a1 x1
S
a2
N
x2
a1
S x 2
N
A
X
a) N
x1
N
a1 x1
S
a2 x2 a1
N
x1
a2
S
x2
a2
a1 x2
S
A
X
A
b)
X
（a) 4极磁场 （b) 2极磁场 图5-7 对一相绕组改变定子绕组极对数的改接方法
2 改变转差率调速
什么叫转差率调速(具体意义): 不是变极/变频 其它改变转速方法
n n0 (1 s)
60 f1 (1 s) P
三种标量调速方法
改变下列三个参数入手：改变异步电动机 定子绕组的磁极数一变极调速；改变异步 电动机的转差率一即改变转差率调速；改 变供电电源的频率一即变频调速
电机及拖动基础第五章课件
能耗制动机械特性的斜率决定于能耗制动电阻Rbk大小。Rbk越大， 特性越斜；Rbk越小，机械特性越平，制动转矩越大，制动就越快。但 Rbk又不宜太小，否则，在制动瞬间会产生过大的冲击电流。允许的最 大制动电流Ibk≤(2~2.5)IN，据此选择制动电阻Rbk。
能耗制动的控制电路比较简单，制动过程中电枢不需要吸收电功 率，比较经济、安全。常用于反抗性负载制动停车，有时也用于下放 重物。 二、反接制动 反接制动有电枢反接制动和倒拉反接制动两种方式。 1.电枢反接制动
频繁正、反转的电力拖动系统常常采用电枢反接制动，系统先反 接制动停车，接着自动反向起动，达到迅速制动并反转的目的。 2.倒拉反接制动 这种制动方法一般发生在提升重物转为下放重物的情况下。控制电路 如图5-11a所示。
电动机提升重物时，接触器KM常开触点是闭合的，电动机运行在固 有机械特性的a点(电动状态)，如图5-11b所示。下放重物时，将KM触 点打开，电枢电路内串接较大电阻Rbk，这时电动机转速不能突变， 工作点从a点跳至对应的人为机械特性b点上，由于T＜TL，电机减速 沿曲线下降至c点。在c点，n=0，此时仍有T＜TL，在负载重物的作用 下，电动机被倒拉而反转过来，重物下放。由于n反向(负值)，Ea也 反向(负值)，电枢电流
第二节 他励直流电动机的起动和反转
电动机要工作时，转子总是从静止状态开始转动，转速逐渐上升， 最后达到稳定运行状态的，由静止状态到稳定运行状态的过程称为起 动过程或简称起动。电动机在起动过程中，电枢电流Ia、电磁转矩T、 转速n都随时间变化，是一个过渡过程。开始起动的一瞬间，转速等 于零，这时的电枢电流称为起动电流，用Ist表示；对应的电磁转矩 称为起动转矩，用Tst表示。生产机械对直流电动机的起动有下列要 求： 1) 起动转矩足够大(Tst＞TL，电动机才能顺利起动)。 2) 起动电流不可太大。 3) 起动设备操作方便，起动时间短，运行可靠，成本低廉。
电机及电力拖动课程《教案》
电机及电力拖动课程《教案》第一章：电机的基本概念与分类1.1 电机的定义与作用解释电机的概念阐述电机在电力系统中的重要性1.2 电机的分类交流电机和直流电机的区别同步电机、异步电机、变压器等的主要特点1.3 电机的基本原理电磁感应原理电机的能量转换过程1.4 电机的主要性能参数功率、电压、电流、转速等参数的定义及计算效率、转矩、功率因数等性能指标的含义第二章：直流电机2.1 直流电机的基本结构与工作原理分析直流电机的主要组成部分解释直流电机的工作原理2.2 直流电机的类型及特点直流发电机、直流电动机的区别与联系串励直流电机、并励直流电机、复励直流电机的特点2.3 直流电机的换向与实现方法换向的概念及换向过程换向装置的类型及作用2.4 直流电机的调速方法串电阻调速、电枢电流调速、脉冲宽度调速等方法的原理及特点第三章：交流电机3.1 交流电机的基本结构与工作原理分析交流电机的主要组成部分解释交流电机的工作原理3.2 交流电机的类型及特点异步电机、同步电机、变压器等的主要特点及应用领域3.3 交流电机的运行特性启动、制动、调速等运行特性的定义及分类交流电机在不同运行状态下的性能表现3.4 交流电机的控制方法磁场控制、电压控制、频率控制等方法的原理及应用第四章：电力拖动系统4.1 电力拖动系统的组成及分类电动机、传动装置、控制器等组成部分的作用电动机拖动系统、液压拖动系统、气压拖动系统的特点4.2 电动机的基本控制电路启动、制动、调速等基本控制电路的原理及应用4.3 电力拖动系统的设计与选择电动机选型、传动装置选型、控制器选型的依据及方法4.4 电力拖动系统的运行与维护系统运行中的监测与故障诊断系统维护与保养的重要性及方法第五章：电机及电力拖动的保护与节能5.1 电机保护的原理与措施过载保护、短路保护、过电压保护等保护方式的原理及应用5.2 电机故障诊断与维修故障诊断的方法及步骤维修技术及注意事项5.3 电力拖动系统的节能措施优化控制策略、改进传动装置、提高电动机效率等节能方法5.4 电机及电力拖动技术的最新发展趋势高效节能电机、智能电机、电动汽车等领域的研发动态第六章：电机及电力拖动的应用案例分析6.1 电机在工业生产中的应用案例电机在机械制造、冶金、化工等行业中的应用实例6.2 电机在交通运输领域的应用案例电机在汽车、电车、船舶等交通工具中的应用实例6.3 电机在生活中的应用案例电机在家用电器、医疗器械等日常用品中的应用实例6.4 电机在新能源领域的应用案例电机在风力发电、太阳能发电、电动汽车等新能源领域的应用实例第七章：电机及电力拖动的试验与检测7.1 电机试验的目的与方法阐述电机试验的重要性介绍电机试验的常用方法及设备7.2 电机性能检测功率、效率、转速等性能指标的检测方法及设备7.3 电机故障检测与诊断介绍电机故障检测与诊断的方法及设备7.4 电力拖动系统的试验与检测电力拖动系统的性能试验、适应性试验等方法及设备第八章：电机及电力拖动的仿真与优化8.1 电机及电力拖动仿真的意义与方法解释电机及电力拖动仿真的作用介绍电机及电力拖动仿真的常用方法及软件8.2 电机参数的优化与设计优化电机参数的方法及目的8.3 电力拖动系统的优化与控制优化电力拖动系统控制策略的方法及目的8.4 电机及电力拖动系统的计算机辅助设计介绍计算机辅助设计在电机及电力拖动领域的应用第九章：电机及电力拖动的实训操作9.1 电机的基本操作与维护电机的安装、调试、运行、停机等基本操作电机维护与保养的方法及注意事项9.2 电力拖动系统的实训操作电力拖动系统的接线、调试、运行等实训操作9.3 电机及电力拖动的故障排除与维修分析电机及电力拖动系统的常见故障介绍故障排除与维修的方法及技巧9.4 电机及电力拖动的实训项目案例分析电机及电力拖动实训项目案例，提高实际操作能力第十章：电机及电力拖动的评价与展望10.1 电机及电力拖动的评价指标阐述评价电机及电力拖动性能的指标及方法10.2 电机及电力拖动技术的展望分析电机及电力拖动技术的发展趋势10.3 电机及电力拖动技术的市场前景分析电机及电力拖动技术在各个领域的市场需求10.4 电机及电力拖动教育的改革与发展探讨电机及电力拖动教育在人才培养、课程设置等方面的改革与发展方向重点和难点解析一、电机的基本概念与分类：理解电机的工作原理和电机分类是学习电机及电力拖动的基础。
电机与拖动教案
电机概述电机的定义电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，是电动机和发电机的统称。
将电能转换为机械能的电机称为电动机。
将机械能转换为电能的电机称为发电机；将机械能转换为电能的电机称为发电机。
工作原理电磁感应定律、电磁力定律及电流的磁效应。
构造的一般原则用适当的导磁和导电材料构成能互相进行电磁感应的电路和磁路，以产生电磁功率和电磁转矩，达到能量转换的目的。
电机分类旋转电机：动力电机：交流电机感应电机：感应发电机感应电动机同步电机：同步电动机同步发电机同步补偿机直流电机直流发电机直流电动机微特电机：伺服电动机、步进电动机、测速发电机变压器：电力变压器升压变压器、降压变压器特种变压器自耦、三绕组、互感器第一章直流电机直流电机优缺点：优点：启动性能和调速性能好，过载能力大。
缺点：存在电流换向问题，结构工艺复杂，使用有色金属多，价格昂贵，运行可靠性差直流电机发展形势随着近年来电力电子学和微电子学的迅速发展，将逐步被交流调速电动机取代，直流发电机则正在被电力电子器件整流装置取代。
但在今后一个相当长的时期内，直流电机仍将在许多场合继续发挥作用一、直流电机的工作原理直流发电机的工作原理：简单分析一台电机原则上既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，只是外界的条件不同而已。
如用原动机拖动直流电机的电枢，而电刷上不加直流电压，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输送电能，电动机将机械能变换成电能而成为发电机；如在直流电机的两电刷端上，加上直流电压，将电能输入，电机即可拖动生产机械，将电能变换成机械能而成为电动机。
一台电机，即可作为发电机运行，又可作为电动机运行，这是直流电机的可逆原理二、直流电机的结构由两个主要部分组成：静止部分（称为定子），主要用来产生磁场转动部分（称为转子）是机电能量转换的枢纽在定转子之间，有一定的气隙称为气隙三、直流电机的铭牌：额定值四、直流电机的磁场1、直流电机的空载磁场2、直流电机负载时的磁场及电枢反应3、直流电机的换向五、直流电机的感应电势和电磁转矩1、感应电势Ea=CeΦn电机的电枢电动势Ea与每级磁通Φ成正比，与电枢转速n成正比2、电磁转矩T=CTΦIa电磁转矩与每级磁通和电枢电流的乘积成正比六、直流电机的工作特性1、电压平衡方程式2、转矩平衡方程式3、功率平衡方程式第二章、直流电动机的电力拖动一、电力拖动系统的运动方程T-TL=GD2/375 dn/dt可确定系统的状态方程式中各量正负号确定的规则二、生产机械的负载转矩特性恒转矩负载特性：TL的大小不变恒功率负载特性：TL与转速n成反比风机泵类负载特性：TL与转速的平方成正比三、他励直流电动机的机械特性1、机械特性的一般表达式2、固有机械特性条件：当U=UN，Φ=ΦN, R=0时的机械特性特点：硬特性3、人为机械特性电枢串电阻的人为特性特点：1）n0不变2）β变大，稳定性能变差降低电压的人为特性特点：1）n0与电源电压成正比2）β不变弱磁的人为特性特点：1）n0变大2）β变大四、他励直流电动机的启动电动机的启动要求：启动转矩足够大启动电流不可太大他励直流电动机的启动主要是设法减小启动电流电动机的启动方式分为直接启动、降压启动、电枢回路串电阻启动直流电动机一般不能直接启动他励直流电动机的启动方法有电枢串电阻启动和降低电压启动五、他励直流电动机的调速1、调速的基本概念2、调速指标3、他励直流电动机的调速方法1）电枢串电阻调速特点：向下调速，有级调速，稳定性能变差，损耗大2）降低电枢电压调速特点：向下调速、无级调速，稳定性能不变，效率高3）弱磁调速特点：向上调速，有级调速，稳定性能变差，损耗大，受换向限制六、他励直流电动机的制动制动的特征是电磁转矩T与转速n的方向相反制动的作用：1、减速2、匀速下放重物他励直流电动机的制动方法有：能耗制动、反接制动、回馈制动第三章变压器一、变压器的构造变压器是一种利用电磁感应工作的静止的装置，其主要功能是将交变电压变为同一频率的另一种或几种交流电压。
电机及拖动教案
电机及拖动教案绪论学次1：介绍本门课程的学习的目的、方法、和要求。
以及分析一些基本的电机拖动的基础知识和相关理论本章总学时：2第一章直流电机原理摘要：本章分析直流电动机的工作原理、结构、电路、磁路及换向等问题，为电力拖动自动控制系统提供元件的基本知识。
学次2：1.1直流电机的基本工作原理；1.2直流电机的主要结构及用途；教学主要内容：介绍直流发电机的工作原理和直流电动机的工作原理；介绍直流电机的主要结构；直流电机的铭牌数据；直流电机的用途和分类学时：2学次3：1.3直流电机的电枢绕组；1.4直流电机的磁场；教学主要内容：介绍单叠绕组；单波绕组介绍；介绍直流电机的空载磁场；直流电机负载时候的磁场和电枢反应；直流电机的励磁方式；学时：2学次4：1.5直流电机换向。
介绍直流电机的换向问题和换向极绕组；学时：2本章总学时：6第二章直流电机的运行和拖动摘要：本章主要介绍了直流电机的三个基本公式和电力拖动系统的转动方程式，介绍了几种典型的负载机械特性和他励直流电动机的机械特性。
在此基础上，分析了他励直流电动机的各种运行状态及其起动、制动、调速的方法和特性。
学次5：2.1直流电机的运行原理和特性。
教学主要内容：介绍电枢电动势和电磁转矩；直流电机稳态运行时的电压平衡方程式；直流电机的运行特性；电力拖动系统的转动方程式；负载机械特性。
学时：2学次6：2.2他励直流电机的机械特性；2.3他励直流电机的起动。
介绍机械特性的一般表达式；固有机械特性；机械特性的绘制；电力拖动系统稳定运行条件。
介绍降电压起动；电枢回路串电阻起动。
学时：2学次7：2.4他励直流电机的调速。
教学主要内容：介绍调速的性能指标；电枢回路串电阻调速；降低电源电压调速；弱磁调速。
学时：2学次8：2.5他励直流电机的电动与制动运行。
教学主要内容：介绍电动运行与制动运行；能耗制动运行；反接制动运行；回馈制动运行。
学时：2本章总学时：8第三章变压器摘要：本章分析了变压器基本工作原理和基本结构；分析单相变压器的运行情况，讨论副边电压的大小、相位随负载变动的情况，分析变压器中能量传递的规律及变压器的耗损和效率等；介绍三相变压器的联结组，研究变压器原、副边相位移的情况。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
泰山学院信息科学技术学院教案自动化教研室
第5章变压器的建模与特性分析
变压器的基本工作原理与结构
A、变压器的基本工作原理
（
B、变压器的基本结构
C、主要种类
(1) 按用途分类
电力变压器、电炉变压器、整流变压器、仪用变压器等。
(2) 按相数分类
单相变压器、多相变压器。
(3) 按每相绕组的个数分类
双绕组变压器、三绕组变压器、
'
多绕组变压器、自耦变压器等。
(4) 按冷却方式分类
干式、油浸式。
(5) 按结构形式分类：
心式变压器和壳式变压器
D、额定值
(1) 额定电压U1N / U2N
指空载电压的额定值。
即当U1 = U1N 时, U20 = U2N
2
1
1
2
2
1
N
N
I
I
U
U
=
=
如铭牌上标注: 电压10 000 / 230 V
|
※三相变压器是指线电压。
(2) 额定电流I1N / I2N
指满载电流值，即长期工作所允许的最大电流。
※三相变压器是指线电流。
变压器的空载运行分析
A、变压器空载运行时的电磁关系
图单相变压器空载运行的示意图
图单相变压器空载运行时的电磁过程B、磁路的电参数等效
图变压器空载电流的波形
C、变压器的空载电压平衡方程式、相量图及等值电路图。