第二章 电机电器及其控制技术
电机与电气控制技术
《电机与电气控制技术》课程标准（一）课程概述1. 课程性质《电机与电气控制技术》课程是高等职业技术学校电气自动化技术专业的重要的专业基础课程，在整个专业课程体系中不仅起着承上启下的作用，更是专业理论具体应用于工业技术的实践性课程。
通过本课程的学习和实践，使学生基本熟悉电机、电器的结构原理，掌握电气基本控制原理、常用机床控制线路及其接线和故障分析排除的基本能力，养成理论联系实践的学习风气、知识用于技术的创新精神、安全规范的操作习惯，从而使自身基本具备在电气自动化控制岗位群上的职业素养。
2. 课程基本理念本课程以高职教育培养目标为依据，遵循“以应用为目的，以必需、够用为度”的原则，以“掌握概念、强化应用、培养技能”为重点，力图做到“精选内容、降低理论、加强基础、突出应用” 。
根据先进的职业教育思想，改变学科本位的观念，加强实践教学，着眼课程群，培养学生的综合运用相关现代化先进工具和知识，培养学生的创新精神和创新能力。
3. 课程设计思路电机与电气控制实践性强，设备种类多，因此改变以书本为主实验为辅的旧教学模式，构建本课程开放的理论实践教学和学生自学平台，把课程内容按系统分解成项目，每个项目有几个理论与实践有机结合的任务组成，并把实践落实到具体的操作任务中。
通过讲练结合、学做相辅、融汇贯通，让学生有效地掌握电机与电气控制技术的知识和技能。
既让学生在教师带领下经历知识探究过程，也使学生拥有自主学习的研究空间。
（二）课程培养目标本课程的培养目标是在学习电机及其控制技术的过程中培养学生独立思考、钻研探索的兴趣，在平时学习实践中不断获取成就感、满足感和兴奋感，并引发他们对后续课程中涉及的更先进的控制方法和系统的学习热情和渴望。
学习基本的电机基础理论和电气控制的基础知识，具有收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、综合运用所学知识分析和解决问题的能力，形成良好的思维习惯、工作方法和科学态度，在未来的岗位上有能力进一步学习新技术，解决新问题。
电气工程及其自动化专业导论PPT第2章
2.4 电器的分类和主要类型
高压电器 低压电器
控制电器 主令电器
保护电器 哈尔滨理工大学
执行电器
手动电器 自动电器
…… …… 配电电器
第2章 电机电器及其系统
2.4 电器的分类和主要类型
2.4.1 电器的主要分类
电器（electric apparatus）泛指所有用电的器具，但是在电气工程领域中，主要指用于对 电路进行接通、分断，对电路参数进行变换，以实现对电路或用电设备的控制、调节、切换、检 测和保护等作用的电工装置、设备和元件。
（四）特种电机 1.永磁无刷电动机 无刷电动机是一种典型的机电一体化产品，主要由电动
机本体、位置传感器、控制器及相关线路组成。转子采用永 磁材料的无刷电动机，称做永磁无刷电动机，其转子结构既 有传统的内转子结构，又有盘式结构、外转子结构和直线结 构等新型结构形式。
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无刷电机
第2章 电机电器及其系统
主要作用概括为以下三个方面： 1、用于电能的产生、传输、和分配。 2、用于驱动各种生产机械或装备。 3、用以作为各种控制系统或自动化、智能化装置的重要元件。
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第2章 电机电器及其系统
2.1.1 电机的主要作用
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第2章 电机电器及其系统
2.1 电机的作用和发展历程
2.1.2 电机的发展历程
高压开关设备的器件主要有断路器、隔离开关、重合器、分段器、接触器、熔断器负荷开 关和接地开关等，以及由上述产品与其他电器产品组合的系统。
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第2章 电机电器及其系统
主要分类： 1.按工作电压等级分类 （1）高压电器 （2）低压电器
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第2章 电机电器及其系统
电机电器与控制技术的专业概况介绍
电机电器与控制技术的专业概况介绍电机电器与控制技术是电气工程领域中的一个重要分支，涉及到电机、电器和控制系统的设计、制造、安装和维护等方面。
本文将对电机电器与控制技术的专业概况进行介绍，从多个方面展开分析，以帮助读者更全面、深刻地理解这一领域。
一、电机电器的基本概念和工作原理1. 电机的基本概念与分类电机作为电气设备的核心，可以根据其工作原理和结构特征进行分类，比如直流电机、交流电机、步进电机等。
本节将通过简单的实例讲解不同类型电机的工作原理和应用领域。
2. 电器的基本概念与功能电器指的是用来执行、控制电能或信号的装置，包括开关、插座、照明设备等。
这一部分将介绍电器的基本概念和常见类型，并探讨它们在电气系统中的作用和功能。
3. 控制系统的基本概念与组成控制系统是将感知、决策和执行按照一定规律进行组合，实现对电气设备的精确控制。
本节将讲解控制系统的基本概念和组成要素，介绍开放环路和闭环控制系统，并对控制系统的性能指标进行解析。
二、电机电器与控制技术的应用领域1. 工业自动化领域电机电器与控制技术在工业自动化领域有着广泛的应用，如机器人技术、装配线控制、自动化生产等。
本节将重点介绍电机电器与控制技术在工业自动化领域中的应用案例，并分析其优势和挑战。
2. 新能源领域随着新能源的不断发展，电机电器与控制技术在可再生能源领域也扮演着重要角色。
比如风力发电机组、光伏发电系统等。
本节将探讨电机电器与控制技术在新能源领域的应用现状和未来趋势。
3. 交通运输领域电机电器与控制技术在交通运输领域也发挥着重要作用，比如电动汽车、高铁系统等。
本节将介绍电机电器与控制技术在交通运输领域的应用，并对其对环境保护和能源效率的贡献进行分析。
三、电机电器与控制技术的发展方向和挑战1. 近期发展方向电机电器与控制技术在不断丰富和创新中前进，包括高效节能电机的研发、智能控制系统的应用等。
本节将介绍电机电器与控制技术的近期发展方向，并对相关研究和应用进行评估。
GB50055-1993《通用用电设备配电设计规范》
第
条 交流电动机的过载保护装设应符合下列规定
一 运行中容易过载的电动机 起动或自起动条件困难而要
求限制起动时间的电动机 应装设过载保护 额定功率大于 的连续运行电动机宜装设过载保护 但断电导致损失比过载更大
时 不宜装设过载保护 或使过载保护动作于信号 二 短时工作或断续周期工作的电动机 可不装设过载保护
机 尚应校验其牵入转矩 二 短时工作的机械应采用短时定额的电动机 其额定功率
应按机械的轴功率选择 当无合适规格的短时定额电动机时 可 按允许过载转矩选用周期工作定额的电动机
三 断续周期工作的机械应采用相应的周期工作定额的电动
机 其额定功率宜根据制造厂提供的不同负载持续率和不同起动 次数下的允许输出功率选择 亦可按典型周期的等值负载换算为
规定
机械能承受电动机全压起动时的冲击转矩
制造厂对电动机的起动方式无特殊规定
二 当不符合全压起动的条件时 电动机宜降压起动 或选
用其他适当的起动方式
三 当有调速要求时 电动机的起动方式应与调速方式相配
合
第
条 绕线转子电动机宜采用在转子回路中接入频敏
变阻器或电阻器起动 并应符合下列要求
工程建设标准全文信息系统
高压配电装置设计规范 的规
定
第二节 电动机的选择
第
条 电动机的工作制 额定功率 堵转转矩 最小
转矩 最大转矩 转速及其调节范围等电气和机械参数 应满足
电动机所拖动的机械 以下简称机械 在各种运行方式下的要
求
第
条 电动机类型的选择 应符合下列规定
一 机械对起动 调速及制动无特殊要求时 应采用笼型电
动机 但功率较大且连续工作的机械 当在技术经济上合理时 宜
途电动机 其中 第二节和第三节适用于额定电压不超过
电机与电器控制技术课后习题答案
第1章直流电机及电力拖动习题答案1.简述直流电动机的工作原理、主要结构及各部分的作用。
答：1）直流电动机的工作原理：直流电动机的工作原理是基于电磁力定律的。
若磁场B x与导体互相垂直，且导体中通以电流i，则作用于载流导体上电磁力f。
此电磁力与转子半径之积即为电磁转矩。
该电磁转矩使电动机旋转。
通过换向器和电刷的作用，流经线圈的电流方向改变，这样导体所受的电磁力方向不变，从而保持电动机沿着一个固定的方向旋转。
2）直流电机主要由定子和转子部分组成。
定子主要由主磁极、机座、换向磁极、电刷装置和端盖组成。
主磁极的作用是产生恒定、有一定空间分布形状的气隙磁通密度。
整体机座是用导磁效果较好的铸钢材料制成，该种机座能同时起到导磁和机械支撑作用。
换向极用来改善直流电机的换向。
电刷装置把电机电枢中的电流与外部静止电路相连或把外部电源与电机电枢相连。
电刷装置与换向片一起完成机械整流，把电枢中的交变电流变成电刷上的直流或把外部电路中的直流变换为电枢中的交流。
2.直流电机的电枢绕组的连接方式中单叠绕组和单波绕组各有何特点？答：单叠绕组的特点是相邻元件相互叠压，合成节距与换向节距均为1，即y=y k=1。
单叠绕组有以下特点：1）同一主磁极下的元件串联在一起组成一个支路，这样有几个主磁极就有几条支路，主磁极对数等于之路对数，p =a。
2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电动势最大。
3）电刷间电动势等于并联支路电动势，即等于每条并联支路中每根导体电动势之和。
4）电枢电流等于各并联支路电流之和。
单波绕组：线圈连接呈波浪形，所以称作波绕组。
单波绕组直接相连的两个线圈的对应边不是在同一个主磁极下面，而是分别处于相邻两对主磁极中的同极性的磁极下面，合成节距约等于两个极距。
单波绕组只有一对并联支路，支路对数与磁极对数p无关，即a=1。
3.直流电机的励磁方式有几种？画图说明。
答：励磁方式分为他励、并励、串励和复励。
a)b)c)d)a）他励b）并励c）串励d）复励4.什么是电枢反应，对电机有何影响？答：电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应。
电机与电气控制技术
电机与电气控制技术电机就是我们平时俗称的“马达”，电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。
电机的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。
1、低压电器是指在交流额定电压1200V，直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。
2、主令电器自动控制系统中用于发送控制指令的电器。
3、熔断器是一种简单的短路或严重过载保护电器，其主体是低熔点金属丝或金属薄片制成的熔体。
4、时间继电器一种触头延时接通或断开的控制电器。
5、电气原理图电气原理图是用来表示电路各电气元器件中导电部件的连接关系和工作原理的电路图。
6、联锁“联锁”电路实质上是两个禁止电路的组合。
K1动作就禁止了K2的得电，K2动作就禁止了K1的得电。
7、自锁电路自锁电路是利用输出信号本身联锁来保持输出的动作。
8、零压保护为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行起动的保护叫做零压保护。
9、欠压保护在电源电压降到允许值以下时，为了防止控制电路和电动机工作不正常，需要采取措施切断电源，这就是欠压保护。
10、星形接法三个绕组，每一端接三相电压的一相，另一端接在一起。
11、三角形接法三个绕组首尾相连，在三个联接端分别接三相电压。
12、减压起动在电动机容量较大时，将电源电压降低接入电动机的定子绕组，起动电动机的方法。
13、主电路主电路是从电源到电动机或线路末端的电路，是强电流通过的电路。
14、辅助电路辅助电路是小电流通过电路。
15、速度继电器以转速为输入量的非电信号检测电器，它能在被测转速升或降至某一预定设定的值时输出开关信号。
16、继电器继电器是一种控制元件，利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力(有触头式)或使输出状态发生阶跃变化(无触头式)。
17、热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器。
18、交流继电器吸引线圈电流为交流的继电器。
19、全压起动在电动机容量较小时，将电动机的定子绕组直接接入电源，在额定电压下起动。
电机与电器控制技术复习资料
电机与电气1、 变压器的三大作用：变电压、变电流、变阻抗，还可以起到电器隔离的作用。
2、 自耦变压器的特点：副边绕组是原边绕组的一部分，原边绕组不但有磁的耦合，还有点的联系。
（自耦变压器和普通变压器工作原理一样，所以变比相同） 3、 电流互感器的注意事项：电流互感器的原绕组匝数很少，而副绕组匝数较多，这将在副绕组中产生很高的感应电动势，因此电流互感器的副边绕组决不允许开路。
4、 为什么电流互感器在运行时严禁它的副边开路？答：二次端开路时，电流互感器处于空载运行状态，此时一次绕组中流过的被测电流全部为励磁电流，使铁芯中的磁通急剧增大，造成铁芯过热，烧坏绕组。
5、 交流异步电动机的调速方法三相异步单项异步6、 电动机制动的方法：7、 旋转磁场的转向与什么有关？并且转速与什么有关？答：1、旋转磁场的转向与磁极有关（只要将三相电源中任意两相与绕组端的连接顺序对调，就可以改变旋转磁场的旋转方向）2、转速与电流的频率和磁极对数有关 60fn =p8、电动机的转速小于旋转磁场的转速9、Y ---三角形降压启动时的启动电流和启动转矩分别将为原来的 1/3 倍 10、如何计算旋转磁场的速度？60f n =p11、10KW 以下的电动机可以直接启动 12、13、降压启动的方法：Y —三角降压启动（只适用于定子绕组为三角形连接）、自耦变压器降压启动、延边三角形降压启动。
14、直流电动机根据励磁方式分类为：15、直流电动机中换相极的作用：用来改善直流电动机的换相性能。
16、电动机的额定功率等于输出功率17、单相异步电动机只有一套绕组时启动转矩为0 根据结构不同分为：罩极式、分相式（电容分相、电阻分相、电感分相）18、直流电动机主磁极的作用：产生恒定的、有一定空间分布形状的气隙磁通，也是磁路的一部分；主磁极由极身和极靴组成。
19、改变直流电动机的转向：1）、改变励磁电流方向：保持电枢两端电压极性不变，把励磁绕组反接，使励磁电流方向改变，电动机反转2）、改变电枢电流方向：保持励磁绕组电力方向不变，将电枢绕组反接，使电枢电流改变方向，电动机反转。
《电机与电气控制技术》课程标准
《电机与电气控制技术》课程标准一、教学对象适用于机电系电气自动化技术专业、电机与电器专业三年制高职学生。
二、课程性质本课程为电气类专业学生的专业核心课程,本课程旨在培养学生具有一定的变压器的识别、检测能力，电动机使用、拆装、维护能力，电气控制线路的分析、安装、调试能力，常用机床电气控制线路的分析能力，通过本课程内容的学习，为电气类专业后续专业课程内容的学习奠定基础。
三、教学目标及设计思路1.变压器的识别、检测能力通过对变压器结构、用途的学习，使学生能够进行变压器的识别和测试。
2.电动机使用、拆装、维护能力通过对电动机结构、性能、用途等内容的学习和训练，使学生达到正确使用、拆装、维护电动机的能力。
3.电气控制线路的分析、安装、调试能力通过对低压电器、典型控制线路的学习，对电气线路安装调试技能的训练，使学生能够分析、安装、调试电气控制线路。
4.常用机床电气控制线路的分析能力通过对机床线路的学习和训练，使学生能够分析常用机床电气控制线路。
四、能力要求1．变压器的识别、检测能力通过对单相变压器、三相变压器、其他用途变压器的外形、铭牌、结构及功能的学习，使学生具备变压器的识别、检测能力。
达到10分钟内对24V单相变压器拆装完成，并对原、副边电压进行测试。
2．电动机使用、拆装、维护能力通过对直流电动机、交流电动机、特殊电动机的结构特点、用途、分类和铭牌的学习，会根据类型和参数正确的使用电动机，并能进行电动机拆装和维护。
3．电气控制线路的分析、安装、调试能力能识读电动机控制线路图、安装和连接电动机基本控制线路。
达到1学时内完成点动控制线路的安装和调试。
4.常用机床电气控制线路的分析能力能识读CA6140车床电气控制线路和X62W万能铣床电气控制线路的原理图，分析电路组成和功能。
五、教学内容参考学时：80+1W（一）理论必讲模块（共60学时）1.变压器的识别、检测能力（参考学时：10学时）变压器的分类、铭牌、基本结构、测试等。
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第二章 电机电器及其控制技术
一．电机的作用与发展简史 二．电机的分类与结构 三．电机的应用领域 四．电动机的选用与运行控制 五．电机学的研究内容 六．电器的发展历史 七．电器的分类 八．高压电器 九．低压电器
电气工程专业导论 1
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电气工程专业导论 3
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一、电机的作用与发展简史（续） 电机的作用与发展简史（
1882年 1882年 1882年 1884年 1891年 英国人费朗蒂改进了交流发电机， 英国人费朗蒂改进了交流发电机，提出了交流高压输电的概念 英国人高登制造了大型两相交流发电机 法国人高兰德和英国人约翰·吉布斯成功研制了第一台实用变压器 法国人高兰德和英国人约翰 吉布斯成功研制了第一台实用变压器 英国人霍普金生又发明了具有封闭磁路的变压器 布洛在瑞士制造出高压油浸变压器，使得远距离高压输电成为现实 布洛在瑞士制造出高压油浸变压器，
3、交通运输业 、
5）电动车
纯电动车； 纯电动车； 混合动力车； 混合动力车； 无轨电车； 无轨电车； 有轨电车； 有轨电车； 电瓶车； 电瓶车； 电动自行车； 电动自行车； …
电气工程专业导论
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三、电机的应用领域（续） 电机的应用领域（
电气工程专业导论 14
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三、电机的应用领域
1、电力工业 、
1）汽轮发电机 ）
应用： 应用： 火力发电厂； 火力发电厂； 核电厂； 核电厂；
汽轮发电机正在安装转子
电气工程专业导论 15
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二、电机的分类与结构 1、电机的分类 、
按在应用中 的功能分类
发电机 电动机 变压器 变流机 变频机 移相机 控制电机
按功率分类
大型电机 中小型电机 微型电机
按应用的 电流种类
直流电机 交流电机
按运行速度分 类
变压器 直流电机 异步电机 同步电机 交流换向器电机
特种电机
步进电机 无刷电机 开关灭磁电机 超声波电机 …
永 磁 外 转 子 大 型 风 力 发 电 机
3）风力发电机 ）
应用 风力发电
电
工
业
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三、电机的应用领域（续） 电机的应用领域（
2、工业生产部门与建筑业 、
电
应用： 应用： 机床； 机床； 轧钢机； 轧钢机； 机； 机； ； 机； 机； ； 生产 ； …
三、电机的应用领域（续） 电机的应用领域（
6、其它 、
演出设备 运动训练设备 游乐设备 电动玩具 …
电气工程专业导论
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四、电动机的选用与运行控制
1、电动机的选用 种类： 种类： 交流电机：三相电机、 交流电机：三相电机、单相电机 直流电机 功率： 功率：
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三、电机的应用领域（续） 电机的应用领域（
5、航空、航天、 、航空、航天、 国防
转子 控制 台 控 制 装 置
定 子
直线电机 发射器 电能变换 装置
飞轮储能 系统
电气工程专业导论
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经过100多年的发展 电机的理论已经相当成熟。但是， 经过100多年的发展，电机的理论已经相当成熟。但是， 多年的发展， 随着电工科学、材料科学、 随着电工科学、材料科学、计算机科学与控制技术的发 电机的发展又进入了新的阶段。 展，电机的发展又进入了新的阶段。
电气工程专业导论 4
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3、交通运输业 、
6）磁悬浮列 车驱动
图2-25
电气工程专业导论
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三、电机的应用领域（续） 电机的应用领域（
3、交通运输业 、
7）直线电动 机轮轨车辆
电气工程专业导论
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电气工程专业导论
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二、电机的分类与结构（续） 电机的分类与结构（ 2、发电机 、
将机械能 转变为电 能的机械
水轮机 风力机 蒸汽轮机 燃气轮机 柴油机 …
定子
转子
（a）
定子 转子
(b)
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4）门 锁电机 燃油 泵 自动窗 电机(4) 电机(4) 后视镜 电 机 (2)
减震直线 前 灯 雨 电机(4) 电机(4) 刷(2)
电气工程专业导论
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三、电机的应用领域（续） 电机的应用领域（
2）直线电机 ）
应用： 应用： 工业机械； 工业机械； 轨道交通； 轨道交通； 电梯； 电梯； 航空母舰飞机发 射； 导弹发射架； 导弹发射架； 电磁推进潜艇； 电磁推进潜艇； …
海浪直接驱动直线发电机
电气工程专业导论 11
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二、电机的分类与结构（续） 电机的分类与结构（ 5、特种电机 、
电气工程专业导论 13
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二、电机的分类与结构（续） 电机的分类与结构（ 5、特种电机 、
5）超声波压 ） 电电动机
应用： 应用： 生物生命科学； 生物生命科学； 光学仪器； 光学仪器； 高精密机械； 高精密机械； …
微型超声波压电电动机
梯 用 永 磁 曳 引 电 动 机
电
工
业
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三、电机的应用领域（续） 电机的应用领域（
3、交通运输业 、
电 力
1）电力机车 与城市轨道 交通
电 轨电车 …
机 车 直 流 牵 引 电 动 机
电
业
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电动机的功率是由生产机械所需的功率确定的。 电动机的功率是由生产机械所需的功率确定的。
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四、电动机的选用与运行控制（续） 电动机的选用与运行控制（
2、电动机的运行控制
电动机的启动
鼠笼异步电动机：直接启动、降压启动、软启动。 鼠笼异步电动机：直接启动、降压启动、软启动。 直流电机：直接启动、串联电阻启动、软启动。 直流电机：直接启动、串联电阻启动、软启动。 同步电动机：同步电动机本身没有启动转矩， 同步电动机：同步电动机本身没有启动转矩，启动时采用 异步启动法，当启动到接近同步转速时再投入励磁，牵入 异步启动法，当启动到接近同步转速时再投入励磁， 同步运行。 同步运行。
3电 电 动 机
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二、电机的分类与结构（续） 电机的分类与结构（ 4、变压器 、
将一种电 压的电能 变换为另 一种电压 的电能的 装置
单相变压器 三相变压器 …
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3） 3）步进电动 机
应用： 应用： 自动控制装置 中的执行元件
各种步进电动机
电气工程专业导论 12
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二、电机的分类与结构（续） 电机的分类与结构（ 5、特种电机 、
4）超导电机 ）
应用： 应用： 超大型发电机 或电动机
全电军舰吊舱式推进系统 超导直流电动机剖面图
一、电机的作用与发展简史 电机的作用
电能的生产、 电能的生产、 传输和分配
发电机 变压器
……
驱动各种机 械和装备
电动机 机床 水泵 ……
控制电机
阀门控制 火炮控制 计算机 ……
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