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电机与拖动基础知识
电机与拖动基础知识一、引言电机是现代生活中不可或缺的重要设备，广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、家用电器等。
而拖动作为电机的一项重要功能，使得电机能够实现对其他设备或物体的运动控制。
本文将介绍电机的基本概念、工作原理以及与拖动相关的知识。
二、电机的基本概念电机是一种将电能转化为机械能的设备，其工作原理基于电磁感应和电磁力。
根据不同的工作原理和结构形式，电机可以分为直流电机和交流电机两大类。
直流电机是利用直流电源产生的磁场与电流之间的相互作用来产生转矩，从而实现机械运动。
而交流电机则是利用交流电源的频率和相位差来产生旋转磁场，进而驱动电机转动。
三、电机的工作原理1. 直流电机的工作原理直流电机主要由电枢、磁场和换向器构成。
电枢是电机中的转子，由导电材料绕制而成，可在磁场中旋转。
磁场则是电机中的定子，由磁铁或电磁铁制成，产生恒定的磁场。
换向器则用于改变电枢电流的方向，使得电流的方向与磁场的方向交替，从而产生连续的转矩。
2. 交流电机的工作原理交流电机主要由定子和转子构成。
定子是电机的固定部分，由绕组和铁心组成。
绕组接通交流电源后，产生旋转磁场。
转子则是电机的旋转部分，通过与旋转磁场的相互作用，实现转动。
交流电机的转子可以是感应式转子、异步转子或同步转子，具体取决于电机的设计和应用需求。
四、拖动的基本概念拖动是指利用电机的旋转运动，驱动其他设备或物体进行运动。
通过连接电机和被拖动设备的轴，将电机的转动动力传递给被拖动设备，实现对其运动的控制。
拖动通常需要使用传动装置，如齿轮、皮带、链条等，将电机的高速旋转转换为被拖动设备所需的合适转速和转矩。
五、拖动的应用领域拖动广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、家用电器等。
在工业生产中，电机的拖动功能常用于驱动机械设备，如输送带、风机、泵等，实现物料的输送、通风、供水等功能。
在交通运输领域，电机的拖动被广泛应用于汽车、火车、电动自行车等交通工具中，实现车辆的驱动和控制。
电机与拖动基础
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。
电机及拖动基础资料
复习一、名词解释1、绕组元件：是两端分别与两个换向片相连接的单匝或多匝线圈。
2、直流电机的电磁转矩：是指电机在正常运行时，电枢绕组流过电流，这些载流导体在磁场中受力所形成的总转矩。
3、电力拖动系统的过渡过程：就是指拖动系统从一个稳定状态到另一个稳定状态中间的过程。
4、整流变压器：是作为整流装置的电源变压器，用来把电网电压转换成整流装置所需的电压。
5、能耗制动：能耗制动是指利用转子惯性转动切割磁力线而产生制动转矩，就是说把转子的能量消耗在转子回路的电阻上。
6、第一节距：一个元件两个有效边之间的距离，以所跨槽数表示。
7、直流电机的电枢电动势：是指直流电机正常工作时绕组切割气隙磁通产生的刷间电动势。
8、电力拖动系统：是由电动机、机械传动机构、生产机械的工作机构、电动机的控制设备以及电源等五部分组成的综合机电装置。
9、变压器的额定容量：是变压器的额定视在功率，三相变压器指的是三相总容量。
10、反接制动：反接制动是利用改变电动机定子绕组的电源相序、产生反向的制动转矩，而迫使电动机迅速停止转动的方法。
二、填空题1、直流电动机改变线圈中电流方向是和完成的。
2、直流发电机把转换成。
3、他励直流电动机的调速方法有、、。
4、三相变压器的原、副绕组都可以接成。
5、国际上规定标志三相变压器高、低压绕组线电势的相位关系用。
6、交流异步电动机的转子绕组有和两种。
7、定子三相绕组中通过三相对称交流电时在空间会产生。
8、同步电机可分为、和三类。
9、对于同步发电机，按拖动它的原动机来分有和发电机等。
10、通常采用、、和等方法来校验电动机的发热。
11、主磁极的作用是产生。
它由和组成。
12、、和常数是决定机械过渡过程的三要素。
13、三相变压器组是由按一定的方式联接起来组成的。
14、空间电角度是空间几何角度的倍，p是。
15、电压互感器在运行时副绕组绝对不允许。
而电流互感器在运行时副边绝对不允许。
16、定子三相绕组中通过三相对称交流电时在空间会产生。
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
—电机与拖动—
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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电机与拖动
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电力拖动系统：
—电机与拖动—
—电机与拖动—
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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电机与拖动
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我国电机工业的发展概况
—电机与拖动—
❖ 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；
电机与拖动
10
—电机与拖动—
三、参考书
电机与拖动基础
GD 1 δ GD
2 F
2 a
δ 0.2 ~ 0.3
n 电动机
GDa2 nb
GDb2
nf GDf2 工作负载
例题：2-1
1 0.91,2 0.93,
n 2450 r / min,
解： j1 2450 3.024691, 810 j2
T j1η1
j2η2
2 2 已知：GD a 14.5 N m2 , GD 2 18.8 N m2 , GD f 120 N m2 b
2
2
T
TF 负载
GD2 称飞轮矩 T-TF 为动转矩 T-TF=0，系统稳定运行 T-TF>0，系统加速过渡过程 T-TF<0，系统减速过渡过程
GD dn T TF 375 dt
2
能量平衡方程式
d T -TF = J = dt
电动机产生(T >0) 或吸收的机械功率 （ T <0) 生产机械吸收 (TF >0) 或释放的机械功率 (TF <0)
例1：将 u1、u2 用相量表示。
u1 2U 1 sin t 1 u 2 2U 2 sin t 2
幅度：相量大小 设： 相位： 2
U2
2
1
U 2 U1
领先 U U2 1
落后
1
U1
U1
落后于
U2
？
例2：同频率正弦波相加 -- 平行四边形法则
1 f T
2π 1 2π 2πf T T
中国 50 Hz 美国 、日本 60 Hz
正弦波的相量表示法 概念 ：一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的
电机与拖动资料总结
电机与拖动资料总结电机与拖动资料总结电机作为一个基础的机电设备，是现代工业生产中不可缺少的一部分。
它在生产过程中具有重要的作用，可以实现机械制动、传动、控制和自动化等功能。
本文将总结与电机和拖动相关的一些资料。
1. 电机的分类根据不同的分析角度，电机可以分为市场上常见的交流电机、直流电机、步进电机、电磁铁、同步电机、异步电机、伺服电机等多种类型。
- 交流电机：AC电机的电能主要是从交流电源转换而来，根据不同的转子类型可以分为异步电机、同步电机和复合电机。
市场上的同步电机应用更广，在家用电器、工业机械、交通运输工具等方面，得到广泛的应用。
- 无刷直流电机：无刷电机是一种磁场旋转同步技术，使用永磁体产生旋转磁场，无刷电机具有高效、低干扰、速度高等优点，在无刷电动车、航模、机器人上有较为广泛的应用。
- 步进电机：步进电机按照控制方式分为全步进和半步进，它们都反应的是电机转动方式，全步进就是电机一个周期转动，半步进就是电机每个周期分为两拍，能够分别控制电机转动的角度和转速，应用于3D打印机、智能家居设备等领域。
- 伺服电机：伺服电机是利用电子技术，通过给电机供电，来控制电机的位置、速度、加速度、扭矩等性能的一种电机。
伺服电机具有定位精度高、动态响应速度快、转矩平稳等优点，在工业机器人、CNC加工设备等自动化设备中广泛应用。
2. 拖动元器件分类拖动元器件指的是一些电子元件在一定电路环境下，起到拖动、限制、隔离等作用的器件总称。
常用的拖动元器件有减速器、离合器、刹车器、限位开关、编码器等。
- 减速器：减速器主要通过机械方式实现减速和扭力增加的作用，常见的减速器有齿轮减速器、行星减速器、蜗杆减速器、摆线减速器等。
减速器常应用于运动过程中转速太快、转矩比较大、需要精确控制运动精度等情况下。
- 离合器：离合器是在机械传动系统中变速、换向、断开和联结的装置，用于衔接传动模块和运动控制器，常见的离合器有电磁离合器、液压离合器、机械离合器等。
电机与电力拖动基础(全)
电路
由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路称为电路。 电路导通叫做通路，只有通路才有电流通过。 电路在某一处位置断开，叫做断路或开路。
电源之间没有负载而是直接接通叫做短路。短路是绝对不允 许的，这样会导致用电器及电源的损坏。
自锁电路
目录
❖第一章 直流电机原理 ❖第二章 电力拖动系统的动力学基础 ❖第三章 直流电动机的电力拖动 ❖第四章 变压器 ❖第五章 三相异步电动机原理 ❖第六章 三相异步电动机的电力拖动 ❖第七章 同步电动机 ❖第八章 控制电机 ❖第九章 电力拖动系统中电动机的选择
何中性线处的导体上. 2.绕组只画一层,都在电枢表面上. 3.电流方向以电刷为分界线. 4.电枢磁场以电刷为极轴线,电刷 处磁势最强,主磁极的极轴线处
⊕⊙⊕⊙⊕⊙S⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕N⊙⊕⊕⊙⊙
电枢磁势为零.电枢磁势与主磁极
磁势正交,称交轴电枢磁势 .
把电枢圆周从电刷处切开展成 直线并以主磁极轴线与电枢表面 的交点为空间坐标的起点,这点的 电枢磁动势为零. 电枢磁动势沿空间的分布: 电枢线负荷--- 电枢圆周表面单位
3、学习方法：要注意它既有基础理论的学习，又有结 合工程实际综合应用的性质。要逐渐地培养学员的工程观
点，掌握工程问题的处理方法。
第一章 直流电机原理
1.1 直流电机的用途、结构及工作原理
一、直流电机的用途
1.直流电动机的用途:在工业生产中,利用电动机的 轴上转矩拖动生产机械,对产品进行加工.
2.直流发电机的用途:作为电源设备 二、直流电机的结构
（2）极距：它是相邻两主磁极极轴线之间的距离，在相邻 主磁极之间，与上述距离大小相等的距离，也叫极距。
N 极轴线 N
电机与拖动基础
电机与拖动基础1. 电机的基本原理及分类1.1 电机的基本原理电机是将电能转换为机械能的装置。
它基于电磁感应现象，利用电流与磁场之间的相互作用产生转动力矩。
电机的基本原理可以归纳为洛伦兹力和转子的转动。
1.2 电机的分类根据电机的工作原理和结构特点，电机可以分为直流电机和交流电机两大类。
在直流电机中，按照励磁方式的不同，又可以分为永磁直流电机和电磁直流电机。
交流电机则根据转子结构的不同，可分为异步电机和同步电机。
2. 电机的拖动技术2.1 电机拖动的概念电机拖动是指电机作为动力源，通过各种传动机构将能量传输到负载上。
电机拖动技术广泛应用于机械设备、工业自动化、交通运输等领域。
2.2 电机拖动系统的组成电机拖动系统由电机、传动装置和负载组成。
传动装置包括传动轴、齿轮传动、皮带传动等。
负载可以是各种机械设备，如泵、风机、压缩机等。
2.3 电机拖动系统的性能要求电机拖动系统的性能要求包括转速、转矩、运动精度、稳定性等。
不同的应用场景对电机拖动系统的性能要求有所不同，需要根据实际情况选用合适的电机和传动装置。
2.4 电机拖动系统的控制方法电机拖动系统的控制方法包括开环控制和闭环控制两种。
开环控制简单，但对系统的负载变化和外界干扰不敏感；闭环控制通过传感器反馈信号实现对系统的闭环控制，能够更好地适应外界环境变化。
3. 电机拖动系统的应用3.1 工业自动化领域在工业自动化领域，电机拖动技术广泛应用于生产线的输送设备、机器人的关节驱动、数控机床等。
电机拖动系统可实现精确的位置控制和速度控制，提高生产效率和产品质量。
3.2 交通运输领域电机拖动技术在交通运输领域起着重要作用。
电动汽车、电动自行车等交通工具采用电机拖动系统，更加环保高效。
此外，电机拖动系统还应用于轨道交通、电动船舶等领域。
3.3 家用电器领域家用电器领域的许多产品都采用了电机拖动技术，如洗衣机、空调、电风扇等。
电机拖动系统的高效运转和可靠性，保证了家用电器的正常工作和长寿命。
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《电机与拖动基础》课程标准
课程名称：电机与拖动基础
适用专业：电气自动化技术
教学模式：教学做一体化
总学时：56
实践学时：12
第一部分前言
一、课程性质
本课程是由基础课过渡到专业课的技术基础课,其任务是学习几种主要电机的工作原理、基本结构、运行特性,研究用电动机带动生产机械时电动机的起动、调速、制动,以及电动机容量的选择。
通过学习使学生获得电机的基本理论知识,了解电力拖动的基础知识和基本原理,掌握一般的实验方法和操作技能,从而能合理的选择和使用电机,满足后续专业课程对该方面知识的需要。
本课程是电气专业的一门专业基础课。
先修课：《电路基础》
后续课程：《单片机原理及应用》、《PLC应用技术》。
二、课程设计理念
以就业为导向,以能力培养为主线,依托岗位需求,培养学生的职业能力与职业素质。
教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的诺干意见》（教高[2006]号）精神,要求提高教学质量为核心,注重学生能力的培养和素质的提升,全面改革课程教学的内涵。
依据本课程在课程群中的性质、特点和作用,综合我们长期以来的教学经验,对课程进行了设计。
遵循以就业为导向；以社会需求为关注点；以能力培养为主线,以“工学结合”的人才培养模式应用到课程教学中。
达到知识够用、技能及应用具备的职业能力、专业技能和综合技术应用能力。
因此,重新整合教学内容,形成以直流电机、变压器、交流电机三个知识模块。
使课程贴近岗位、贴近社会,适应社会需求,真正实现零距离上岗。
三、课程设计思路
以电机拖动及控制系统的生产制造岗位及其在生产设备中维护维修岗位所需的技能及知识为教学内容,序化知识与能力,结合典型“案例”、“项目”组织教学,在实训室,生产现场,以工作过程为导向,采取“教学做”一体化教学模式开展课程教学活动。
将学生职业素养与职业道德的培养落实在每一个教学环节中。
为了提高课程学习质量、职业素养和职业能力,安排了工学结合的教学环节,让学生在真是岗位上工作,理解相应的职业规范与标准。
第二部分课程目标
一、课程目标
1．认识电机的基本原理,拖动方法.
2．熟悉直流电机,变压器和交流电机的工作原理和特性,熟悉交,直流电机的起动,调速,制动的方法及应用.
3．熟悉控制电机的基本工作原理及其应用.
二、职业能力目标
（一）知识目标
本课程主要讲授变压器、交直流电机的基本工作原理,以及电力拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法。
（二）能力目标
（1）掌握常用直流电机、交流异步电机及变压器的基本结构、工作原理及工作特性；
（2）掌握电机的基本电磁定律和基本理论,包括电动势、磁通势和转矩的分析计算,稳态运行的电压平衡和磁通势平衡、转矩平衡和能量平衡的规律,电机的基本特性曲线,基本运动方程式,起动和调速方法,电机的各种运行状态,四象限运行,以及各种控制电机的基本特点；
（3）掌握电机的基本分析方法,包括方程式、相量图、等效电路、折合算法以及动态过程的分析；
（4）掌握电机的基本试验方法和操作技能,正确使用各种测量仪表。
会测定交、直流电机的运行参数,掌握电机的各种起动、制动和调速方法。
（三）素质目标
1.培养学生诚实、守信、善于沟通和合作的品质；
2.培养具有较强的质量意识和客户意识；
3.培养学生具有良好的心理素质和克服困难的能力；
4.提高学生的逻辑思维能力和分析问题解决问题的能力,以及能够自主学习新技术、新知识的能力。
第三部分课程内容设计
一、课程项目设计
二、项目内容及实施
包括项目及子项目名称、学时、学习目标、学习内容、教学方法和建议、工具与媒体、学生已有基础、教师所需执教能力要求。
（一）项目一：直流电机及直流电动机的电力拖动
1.教学目标
（1）知识目标
①了解电机的分类；
②熟悉直流电机的组成及工作原理。
（2）技能目标
①掌握电枢反应、换向；
②掌握根据发电机惯例和电动机惯例的稳态运行基本方程式；
③掌握直流电机的机械特性；
④掌握直流电机的起动方法；
⑤掌握直流电机的制动方法；
⑥掌握直流电机的的调速方法。
2.教学重点
（1）直流电机的电枢反应换向；
（2）发电机惯例和电动机惯例的稳态运行基本方程式
（3）直流电机的机械特性、起动、制动及调速。
子项目1.1：直流电机的构成及工作原理
子项目1.2 直流电动机的电枢反应
子项目1.3直流电动机的换向
子项目1.4直流电动机的机械特性
子项目1.7 直流电动机的调速
（二）项目二：变压器
1.教学目标
（1）知识目标
①掌握变压器的基本工作原理与结构；
②掌握变压器参数的测定；
③掌握三相变压器磁路系统和连接组别。
（2）技能目标
①能够描述变压器工作原理；
②能够通过实验的方法测定变压器参数；
③掌握三相变压器的连接组别。
2.教学重点
（1）变压器参数测定；
（2）三相变压器连接组别。
子项目2.1：变压器的基本工作原理与结构
子项目2.2 变压器参数测定
子项目2.3 三相变压器
（三）项目三：三相异步电动机及其电力拖动
1.教学目标
（1）知识目标
①掌握三相异步电动机的工作原理及结构；
②掌握三相异步电动机的功率平衡和转矩平衡公式；
③掌握三相异步电动机的机械特性、起动、制动和调速。
（2）技能目标
①描述三相异步电动机的工作原理；
②熟练掌握三相异步电动机的机械特性表达式；
③三相异步电动机的起动、制动及调速的方法。
2.教学重点
（1）三相异步电动机的功率平衡和转矩平衡公式；
（2）三相异步电动机的起动、制动及调速的方法。
子项目3.1：三相异步电动机的工作原理及结构。