电机与拖动基础
电机和拖动基础共32页文档
—电机与拖动—
电机与拖动基础
（李发海 王岩 清华大学出版社）
顾春雷
Tel:0515-3103939 E_mail:guclycit
盐城工学院电气与信息工程学院 电气工程系
17.08.2021
电机与拖动
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第1章 绪 论
1.1 课程性质
一、电机及电力拖动技术的发展概况
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电能是现代大量应用的一种能量形式。 电能的优点：生产和变换比较经济；传输和分配比较 容易；使用和控制比较方便等等。 效率高
❖ 在中小型电机和控制电机方而，亦自行设计和生产了 不少新系列电机。
❖ 由于生产上的需要，电机的新原理、新结构、新工艺、 新材料、新的运行方式和调试方面亦进行许多摸索、 研究和试验工作，取得了不少成就。
❖ 电机在制造上也向着大型、巨型发展。
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电力拖动系统：
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基本磁化曲线
基本磁化曲线与起始磁化曲线的差别很小，磁路计算 时所用的磁化曲线都是基本磁化曲线
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❖ 与此同时由于电力电子学等学科的渗透，使电机这一 较为成熟的学科得到新的发展。
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我国电机工业的发展概况
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❖ 我国的电机制造工业在新中国成立后发生了巨大的变 化。
❖ 不仅建成了独立自主和完整的体系，而且有一些产品 已经达到或接近世界先进水平，就各种拖动系统中的 主要设备——电动机而言，近年来已生产了不少大型 的直流电动机、异步电动机和同步电动机；
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三、参考书
电机与拖动基础知识点
电机与拖动基础知识点1. 电机分类：电机可以根据其用途、结构和工作原理进行分类。
常见的电机类型包括直流电机、异步电机（感应电机）、同步电机和步进电机等。
2. 磁场和磁通：电机中的磁场是由电流通过线圈产生的。
磁通是指通过线圈的磁力线数量，它与电机的性能密切相关。
3. 绕组和电枢：电机中的绕组是由导线绕制而成的，用于产生磁场。
电枢是指电机中的旋转部分，它可以是转子或定子。
4. 电磁感应：当磁通通过导体时，会在导体中产生电动势，这种现象称为电磁感应。
异步电机和同步电机都是基于电磁感应原理工作的。
5. 直流电机：直流电机是将直流电转换为机械能的设备。
它包括定子和转子两部分，通过电刷和换向器实现电流的换向。
6. 异步电机：异步电机也称为感应电机，是一种广泛应用的交流电机。
它的转子转速略低于同步转速，通过转子感应的磁场与定子磁场的相互作用产生转矩。
7. 同步电机：同步电机的转子转速与定子磁场的转速相同，因此称为同步电机。
它通常用于发电机和大功率驱动装置。
8. 电机拖动：电力拖动是指利用电动机作为原动机来驱动生产机械。
它涉及电机的选择、控制和传动等方面。
9. 电机控制：电机的控制包括调速、反转、起动和制动等。
常见的电机控制方法包括变频调速、直流调速和步进电机控制等。
10. 电机性能：电机的性能指标包括转矩、功率、效率、转速、起动电流和转矩等。
了解这些指标对于选择和应用电机非常重要。
以上是《电机与拖动基础》课程中的一些重要知识点。
通过深入学习这些内容，您将能够理解电机的工作原理、特性和应用，为进一步学习和应用电机技术打下坚实的基础。
电机及拖动基础_(第四版)
第三节 直流电机的绕组
对绕组的要求：在能够通过规定的 电流和产生足够的电动势的前提下， 尽可能节省铜和绝缘材料，并且结构 简单、运行可靠。
一、简单的绕组
右图只是说明原理的示意图。它的缺 点是：随着电枢的转动，始终只有一个 线圈有电流。这样的话，材料没有充分 利用，产生的总转矩或电势均很小。 解决办法：用4个换向片将4个线圈都连接 起来，成为一个闭合绕组，两个不同的元 件边连接一个换向片。每个元件的两个元 件边连接2个不同的换向片。共用了4个换 向片，节省了材料，提高了输出转矩。
电枢反应后磁动势波形
1、有负载时气隙磁场发生了畸变 2、电枢反应呈现去磁作用
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第五节 感应电动势和电磁转矩的计算
一、感应电动势的计算
直流电机无论作电动机运行，还是发 电机运行，电枢内部都感应产生电动势。
t 60 2 pn 2 pn 60
式中，n—电枢的转速；p—极对数。 根据电磁感应定律，一个匝数为 N y 的元件 中感应电动势的平均值为：
励磁方式
指直流电机的励磁线圈与电枢线 圈的连接方式 此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、 出厂编号等。 电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行于额定状 态。电机的运行电流小于额定电流——欠载运行；运行电流大于额 定电流——过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载 运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态 附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。
6—槽底绝缘
电枢槽内的绝缘
1—换向片
2—连接片
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第二节 直、额定功率PN(kW)
2、额定电压UN(V) 3、额定电流IN(A) 4、额定转速nN(r/min) 5、额定励磁电压UfN(V)
电机与拖动基础课程设计
电机与拖动基础课程设计课程概述该课程是针对电机及拖动基础的学生所设计的。
本课程将介绍电机的基本原理、类型及其工作原理，并介绍与电机相关的拖动技术及相关软件和工具。
本课程的目的是培养学生对电机的理解及掌握拖动技术，以应用到实际生产中。
课程教学目标1.掌握电机的基本原理及种类。
2.了解电机的工作原理及其在实际应用中的作用。
3.掌握各种拖动技术及其应用。
4.了解相关软件和工具。
课程内容第一章：电机基础1.1 电机介绍1.2 电机的基本原理1.3 电机的种类1.4 电机的工作原理第二章：电机的应用2.1 电机在实际应用中的作用2.2 电机控制系统2.3 电机相关的软件和工具第三章：拖动技术3.1 拖动系统的基本原理3.2 拖动技术的种类3.3 软件和工具的应用第四章：课程设计4.1 实验要求及目的4.2 实验内容及步骤4.3 实验结果分析课程教学方法该课程采取理论教学与实验相结合的方式。
理论教学主要通过教师讲解、课件演示、教材阅读等方式进行；实验教学主要通过实际操作、实验报告等方式进行。
教师将在课程结束前定期进行课程复习与知识点测试。
实验器材和材料1.电机控制器2.电机及驱动器3.拖动器材评分标准1.实验报告 40%2.期末考试 40%3.平时表现 20%总结该课程旨在使学生掌握电机及拖动技术的基本概念，以应用于实际的生产过程中。
在本课程中，我们将介绍电机的基本原理、种类及其应用。
拖动技术将在第三章中进行介绍，并在第四章中设置实验来进行实践操作。
我们期望学生在本课程中获得丰富的知识，掌握实践技巧，为未来的学习和工作奠定坚实的基础。
电机与拖动基础知识重点
电机与拖动基础总复习试题类型一、填空题（每题1分，共20分）二、判断题（每题1分，共10分）三、单项选择题（每题2分，共20分）四、简答题（两题，共15分）五、计算题（三题，共35分）：电力拖动系统动力学基础1．电力拖动系统一般由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源组成，通常又把传动机构和工作机构称为电动机的机械负载。
由电动机的电磁转矩T e与生产机械的负载转矩T L的关系：1）当T e = T L时，d n/d t = 0，表示电动机以恒定转速旋转或静止不动，电力拖动系统的这种运动状态被称为静态或稳态；2）若T e＞T L时，d n/d t＞0，系统处于加速状态；3）若T e＜T L时，d n/d t＜0，系统处于减速状态。
;也就是一旦d n/d t≠0 ，则转速将发生变化，我们把这种运动状态称为动态或过渡状态。
3．生产机械的负载转矩特性：直流电机原理1．直流电动机主要由定子、转子、电刷装置、端盖、轴承、通风冷却系统等部件组成。
定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成。
转子（又称电枢）由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。
2．直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。
，3 极距、绕组的节距（第一节距、第二节距、合成节距）的概念和关系。
4 单叠绕组把每个主磁极下的元件串联成一条支路，因此其主要特点是绕组的并联支路对数a 等于极对数n p 。
5 电枢反应：直流电机在主极建立了主磁场，当电枢绕组中通过电流时，产生电枢磁动势，也在气隙中建立起电枢磁场。
这时电机的气隙中形成由主极磁场和电枢磁场共同作用的合成磁场。
这种由电枢磁场引起主磁场畸变的现象称为电枢反应。
6 直流电机的励磁方式：dndT dn dT Le7直流电机的电枢电压方程和电动势：）直流电机电磁转矩e af f a T G I I =8 直流电动机功率方程ΦnC E e a =aT e ΦI C T =a a a I R E U a +=9直流电机工作特性a ae e R Un I C C =+ΦΦ，10 直流电动机励磁回路连接可靠，绝不能断开一旦励磁电流为0，则电机主磁通将迅速下降至剩磁磁通，若此时电动机负载较轻，电动机的转速将迅速上升，造成“飞车”；若电动机的负载为重载，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电机转速减小，但电枢电流将飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，引起电枢绕组因大电流过热而烧毁。
电机与拖动基础考点总结
考点总结第四章e T L T —生产机械的阻转矩 n —转速(r/min)】第五章一、直流电机的励磁方式：III f I I f1图5-15直流电机的励磁方式a) 他励式 b) 并励式 b) 串励式 b) 复励式a)b)c)d)按励磁绕组的供电方式不同，直流电机分4种：○1他励直流电机 ○2并励直流电机 ○3串励直流电机 ○4复励直流电机 二、基础公式 1. 额定功率N PN P （N T 为额定输出转矩，N n 为额定转速） 直流发电机中，N P 是指输出的电功率的额定值：N N N I U P ⋅=2. 电枢电动势a E直流电机的电动势：n C E e a ⋅Φ⋅=（单位 V ） e C 为电动势常数aZn C P e 60⋅=（P n —磁极对数，Z —电枢总有效边数，a —支路对数）3. 电磁转矩e T直流电机的电磁转矩：a T e I C T ⋅Φ⋅= （单位m N ⋅） T C 为转矩常数aZn C P T ⋅⋅=π2 （P n —磁极对数，Z —电枢总有效边数，a —支路对数）4. 常数关系式由于55.9260≈=πe T C C 故 e T C C ⋅=55.9三、直流电机(一) 分类：直流电动机和直流发电机。
直流电动机：直流电能→→机械能 直流发电机：机械能→→直流电能(二) 直流电动机(考点：他励直流电动机【如下图】)I 图5-18直流电动机物理量的正方向与等效电路a) 物理量的参考正方向 b) 等效电路a)b)1. 电压方程：励磁回路：f f f I R U =电枢回路：a a a a I R E U += (特点：a a E U >) (a R ——包括电枢绕组和电刷压降的等效电阻 a E ——直流电机感应电动势)其中 ΦnC E e a =2. 转矩方程：0L e T T T +=3. 功率方程：○1输入电功率→电磁功率 输入电功率1P =励磁回路输入电功率f P +电枢回路输入电功率a P(注意：一般题目没有给出励磁信息，那么输入电功率=电枢回路输入电功率)电枢回路输入电功率a P =电磁功率em P +铜耗功率Cua p ∆ 励磁回路输入的电功率：2f f f f f I R I U P ==电枢回路输入的电功率：()Cua em 2a a a a a a a a a a a p P I R I E I I R E I U P ∆+=+=+== (2a a Cua I R p =∆——电枢回路的铜耗 a a em I E P =——电机的电磁功率)且有ωωωe a p a p a p a a π2π2606060T ΦI aZn ΦI a Z n ΦnI Z n I E ==⋅== 即ωe a a T I E =（原本基础公式为a e ΦI C T T =）而由上式可得电动机电磁转矩的另一种计算公式：n Pn P P T em em eme 55.960π2===ω 故n PT em e 55.9=（em P 的取值单位为w 才适用）nP T eme 9550=（em P 的取值单位为kW 才适用） ○2电磁功率→输出机械功率 电磁功率=机械功率=机械空载功率(损耗)+机械负载功率(输出功率)由于0L e T T T +=和ωe T P em = 故 ωωωL 0e T T T += L 0em P p P +∆=L P ——电机的机械负载功率0p ∆——电机的空载损耗，包括机械摩擦损耗m p ∆和铁心损耗Fe p ∆○3输入电功率1P →输出机械功率2P 电功率电磁功率机械功率P 1P em P 2p Cua p Fe p mec p CufCufp ∆Cuap ∆Fep ∆mp ∆图5-19直流电动机的功率图p P P p p p p P p p P P P ∑∆+=+∆+∆+∆+∆=+∆+∆=+=22add m Fe Cu em Cua Cuf a f 1式中2P ——电动机的输出功率，有P2=PL ；add p ∆——电动机的附加损耗，是未被包括在铜耗、铁耗和机械损耗之内的其他损耗； p ∑∆——电动机的总损耗，并有add 02a a 2f f add m Fe Cua Cuf p p I R I R p p p p p p ∆+∆++=∆+∆+∆+∆+∆=∑∆故电动机的效率为：p P pP P ∑∆+∑∆-==2121η4. 工作特性：5. 如何避免造成“飞车”？ 答：直流电动机在使用时一定要保证励磁回路连接可靠，绝不能断开。
电机与电力拖动基础 (全)课件
智能家居领域
在智能家居领域，电机控制技 术主要用于智能家电、智能照 明、智能安防等系统中，提高 家居生活的便利性和舒适性。
电动汽车领域
在电动汽车领域，电机控制技 术是实现车辆稳定运行和高效 驱动的关键技术之一，对于提 高电动汽车的性能和降低能耗 具有重要意义。
04
电机与电力拖动系统的维护与检修
维护与检修概述
电机与电力拖动基础 (全)课件
目
CONTENCT
录
• 电机学基础 • 电力拖动基础 • 电机控制技术 • 电机与电力拖动系统的维护与检修 • 电机与电力拖动系统的设计
01
电机学基础
电机概述
电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能转换的 装置。
电机广泛应用于工业、农业、交通运输、国防等领 域。
电机主要由定子和转子组成，通过磁场相互作用产 生旋转运动。
工作机
被拖动的机械设备，如机床、 泵等。
电力拖动系统的特性
80%
调速性能
通过改变电动机的输入电压或电 流，可以方便地调节电动机的转 速，从而实现对工作机的速度控 制。
100%
启动和制动性能
通过控制装置可以实现对电动机 的启动和制动控制，以满足工作 机在各种工况下的运动需求。
80%
负载特性
工作机的负载特性对电力拖动系 统的性能有很大影响，不同的负 载特性需要选择不同类型的电动 机和控制装置。
THANK YOU
感谢聆听
状态监测
通过各种传感器和检测 设备实时监测设备的运 行状态，及时发现异常
。
故障诊断
根据设备运行数据和故 障现象，分析故障原因
，确定维修方案。
修复性维修
对已经发生的故障进行 修复，恢复设备性能。
电机与拖动基础(091301)
一、单选题1.直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（）A、为了使起动过程平稳B、为了减小起动电流C、为了减小起动转矩答案： B2.变压器中，不考虑漏阻抗压降和饱和的影响，若原边电压不变，铁心不变，而将匝数增加，则励磁电流：（）A、增加B、减少C、不变D、基本不变答案： B3.如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U0升高（）。
A、20%B、大于20%C、小于20%答案： B4.电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（）A、旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见B、系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量C、系统储能的大小，但它不是一个整体物理量答案： B5.异步电动机气隙较大，则电动机的（）。
A、励磁电流较小，功率因数较底B、励磁电流较大，功率因数较高C、励磁电流较大，功率因数较低D、励磁电流较小，功率因数较高答案： C6.一台变压器原边接在额定电压的电源上，当副边带纯电组负载时，则从原边输入的功率：（）A、只包含有功功率B、只包含无功功率C、既有有功功率，又有无功功率D、为零答案： C7.当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（）A、能耗制动状态B、反接制动状态C、回馈制动状态答案： B8.起重机类机械平移时产生的负载转矩是（）A、反抗性恒转矩负载机械特性B、位能性恒转矩负载机械特性C、恒功率负载机械特性D、通风机负载机械特性答案： A9.频率为40Hz的二十极交流电机，旋转磁势的同步转速为（）r/min。
A、2400B、2000C、120D、240答案： D10.直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）A、去磁B、助磁C、不去磁也不助磁答案： C11.金属切削机床产生的负载转矩是（）A、反抗性恒转矩负载机械特性B、位能性恒转矩负载机械特性C、恒功率负载机械特性D、通风机负载机械特性答案： C12.异步电动机要实现回馈制动，则应满足如下条件（）A、转子转速应小于旋转磁场转速，且同向B、转子转速应等于旋转磁场转速，且同向C、转子转速应小于旋转磁场转速，且反向D、转子转速应大于旋转磁场转速，且同向答案： D13.三相异步电动机转子电阻增大时，电动机临界转差率Sm和临界转矩Tm应为（）A、Sm减小，Tm增大B、Sm增大，Tm 不变C、Sm增大，Tm减小D、Sm减小，Tm减小答案： B14.一台变压器在（）时效率最高。
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电机与拖动基础
一、电机的基本概念
电机是一种将电能转化为机械能的装置，它是现代工业中不可或缺的重要设备。
根据其工作原理和结构特点，电机可分为直流电机、交流异步电机、交流同步电机等多种类型。
二、电机的分类及特点
1. 直流电机：直流电动机是最早发明的一种电动机，具有转矩大、转速范围广、调速方便等优点。
但由于其结构复杂，制造成本较高，在实际应用中逐渐被交流异步电动机所替代。
2. 交流异步电动机：交流异步电动机由于其结构简单、制造成本低廉等优点，在现代工业中得到广泛应用。
它主要分为单相异步电动机和三相异步电动机两种类型。
3. 交流同步电动机：与异步电动机不同，交流同步电动机在运行过程中转速始终与供给它的交流频率成正比。
它具有功率因数高、效率高等优点，但需要外部控制器进行调速。
三、拖动系统基础知识
拖动系统是指利用各种驱动装置将某物体或工件进行运动的装置。
在现代工业中，拖动系统广泛应用于各种生产线和机械设备中。
拖动系统通常由电机、传动装置、行走部件等组成。
四、传动装置
1. 皮带传动：皮带传动是一种常见的机械传动方式，其主要优点是结
构简单、制造成本低廉等。
但由于其存在滑移现象，效率较低。
2. 齿轮传动：齿轮传动是一种高效的机械传动方式，它具有转矩大、
精度高等优点。
但由于齿轮制造精度要求较高，成本较高。
3. 蜗杆传动：蜗杆传动是一种常用的减速装置，在工业生产中得到广
泛应用。
它具有结构简单、减速比大等优点。
五、行走部件
1. 轮式行走部件：轮式行走部件通常由车轮和驱动装置组成，适用于
平整路面上的运输任务。
2. 履带式行走部件：履带式行走部件通常由履带和驱动装置组成，适
用于复杂地形和恶劣环境下的运输任务。
3. 悬挂式行走部件：悬挂式行走部件通常由悬挂装置和驱动装置组成，适用于高速公路等平整路面上的运输任务。
六、拖动系统的应用领域
1. 工业生产线：拖动系统在工业生产线中得到广泛应用，如汽车生产线、食品加工生产线等。
2. 交通运输：拖动系统在交通运输领域中也有重要作用，如汽车、火车、飞机等。
3. 农业机械：农业机械中也广泛采用拖动系统，如收割机、播种机等。
七、总结
电机与拖动基础是现代工业中不可或缺的重要设备和技术。
了解电机分类及特点、传动装置和行走部件知识以及拖动系统在各个领域的应用可以帮助我们更好地理解和应用这一技术。