电机与拖动教案第六章
电机及拖动第四版第6章同步电机及同步电动机的电力拖动
教学目的与要求：
1 2 3 掌握同步发电机的基本工作原理和分类 了解同步电机的主要结构 掌握同步电机的额定值,了解励磁方式
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
６.1.1 同步电机的基本工作原理与分类
Operating principle and classify of synchronous generator
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
６.1同步电机的基本工作原理与结构 Basic operating principle and structure of synchronous generator
教学内容：
6.1.1 同步电机的基本工作原理和分类 6.1.2 同步电机的基本结构 6.1.3 同步电机的额定值及励磁方式
6.1 同步电机的基本工作原理与结构 6.2 同步发电机的空载运行 6.3 同步发电机的电枢反应与机电能量转换 6.4 同步发电机的负载运行 6.5 同步发电机的并联运行 6.6 同步电动机和同步调相机 6.7 同步电动机的电力拖动 思考题与习题
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
基本要求： 1.掌握同步电机的基本工作原理，了解凸极机和隐极机的基本 结构特点并熟悉同步电机的额定值； 2.掌握对称负载运行时的电枢反应和机—电能量转换关系； 3.了解同步电机中各种电抗的物理意义及大小关系； 4.了解同步电机的电动势方程式、相量图和等效电路； 5. 掌握三相同步发电机的功率、转矩和运行特性； 6. 掌握三相同步发电机的并联运行的条件与方法，有功功角特 性及有功功率的调节，无功功率的调节及V形曲线； 7. 掌握三相同步电动机的功角特性、矩角特性与V形曲线； 8. 对同步调相机作一般了解； 9. 了解同步电动机的起动、调速。
6-B三相异步电动机运行 电机及其拖动基础课件
（3）阻抗折算 根据折算前后转子铜耗不变的条件，可 得
（6—55）
根据折算前后无功功率不变的条件，可得 2
m1 I 2 X 2 mI 2 X 2
电机与拖 动基础
（6—60）
综上所述，经 过频率折算和 绕组折算以后 异步电动机负 载运行的基本 方程式为
（6—61）
电机与拖 动基础
从上述异步电动机的五个方程中解出 Ù1/İ1 来，即
电机与拖 动基础
电机与拖 动基础
电机与拖 动基础
6.5.2
三相异步电动机的转矩
电机与拖 动基础
转矩方程式
（6—67） 即： （6—68）
电机与拖 动基础
还可以推导出电磁转矩
（6—69）
[例6—5]某三相绕线式异步电动机，额定数据 为：PN＝30kW，UN＝380V，fN＝50Hz nN＝578r/min ,Y接法。定、转子绕组数据为： W1＝80匝，kw1＝0.93；W2＝300匝，kw2＝ 0.95。已知该电机的电路参数为： R1＝0.123，X1＝0.127，R2＝0.0176， X2＝0.187，Rm ＝1. ， Xm＝9.8。试求： (1)转子漏阻抗的折算值R2′及X2′ ； (2)用简化等效电路计算额定电流IN； (3)额定运行时功率因数cos2及效率η 。
0 m 0 1
（6—36） 此电压方程对应的等效电路如图 6— 25（a）所示，此等效电路对应的相 量图如图6—25（b）所示。
I 0 Zm I 0 Z1
电机与拖 动基础
电机与拖 动基础
3．异步电动机转子绕组短路堵转时的电 磁关系 将转子绕组短接，用短路棒将电动机转 轴卡住，使电动机运行在短路堵转状 态。见图6－24（b）图。比较（a）及 （b）两图。
电机拖动与控制-教案
电机拖动与控制-教案章节一：电机的基本概念教学目标：1. 了解电机的基本概念和分类。
2. 掌握电机的运行原理和特性。
教学内容：1. 电机的定义和作用。
2. 电机的分类：直流电机、交流电机、同步电机、异步电机。
3. 电机的运行原理：电磁感应原理、电流产生磁场的原理。
4. 电机的特性：电磁特性、机械特性、运行特性。
教学方法：1. 讲授法：讲解电机的基本概念、分类和运行原理。
2. 案例分析法：分析不同类型电机的运行原理和特性。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对电机基本概念的理解。
2. 小组讨论：让学生分析不同类型电机的特性差异。
章节二：直流电机教学目标：1. 了解直流电机的基本结构和特点。
2. 掌握直流电机的运行原理和特性。
教学内容：1. 直流电机的基本结构：定子、转子、换向器、电刷。
3. 直流电机的运行原理：励磁原理、电流产生的磁场与转子之间的相互作用。
4. 直流电机的特性：电磁特性、机械特性、运行特性。
教学方法：1. 讲授法：讲解直流电机的基本结构、特点和运行原理。
2. 实验演示法：展示直流电机的运行原理和特性。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对直流电机基本结构和特点的理解。
2. 实验报告：评估学生对直流电机运行原理和特性的掌握。
章节三：交流电机教学目标：1. 了解交流电机的基本结构和特点。
2. 掌握交流电机的运行原理和特性。
教学内容：1. 交流电机的基本结构：定子、转子、感应器、电刷。
2. 交流电机的特点：运行稳定、高效节能、易于维护。
3. 交流电机的运行原理：电磁感应原理、电流产生的磁场与转子之间的相互作用。
4. 交流电机的特性：电磁特性、机械特性、运行特性。
教学方法：1. 讲授法：讲解交流电机的基本结构、特点和运行原理。
2. 实验演示法：展示交流电机的运行原理和特性。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对交流电机基本结构和特点的理解。
2. 实验报告：评估学生对交流电机运行原理和特性的掌握。
电力拖动与控制——第六章
（2）灭弧罩灭弧
灭弧罩常用陶土、 石棉水泥或耐弧塑料 制成。
电弧进入灭弧罩后，电弧与灭弧罩接触， 能使电弧迅速冷却而熄灭。同时，灭弧罩还 可以分隔各路电弧，以防止发生短路。这种 灭弧装置可用于交流和直流灭弧 。
（3）磁吹灭弧 触点电路中串入一吹弧线圈。
铁心 吹弧线圈
图6-12 磁吹灭弧装置工作原理 zhil
直流接触器主要用于远距离接通和分断直 流电路以及频繁地使直流电动机起动、停止、 反转和反接制动。
其分类及用途见表6-2所示。 直流接触器的结构和工作原理与交流接触 器的基本相同。但是因为它主要用于控制直 流用电设备，因此具体结构和交流接触器有 一些差别。图6-19所示为直流接触器结构原 理图。
图6-19 直流接触器结构原理图 1—线圈 2—铁心 3—衔铁 4、7—接线柱 5—静触点 6—动触点 8—辅助触点 9—反作用弹簧 10—底板
动触点2
静触点1
图6-9 桥式触点灭弧原理
第三节 接触器
用于通断交直流主电路及大容量控制电路 及大容量控制电路的电器 。其主要控制对象 是电动机，也可用于其它电力负载。
接触器具有强大的执行机构、大容量的主 触点及迅速熄灭电弧的能力。当系统发生故 障时，能根据故障检测元件所发出的动作信 号，迅速、可靠地切断电源，并有低压释放 功能。与保护电器组合可构成各种电磁起动 器，用于电动机的控制及保护。
减小接触电阻措施：选用导电性好、耐磨性 好的金属材料；触点上装设接触弹簧。
三、电弧的产生和常用的灭弧方法
1.电弧的产生
电弧对电器的影响： 1）由于电弧的存在，使要断开的 电路没有断开； 2）电弧的温度很高，严重时使触 点熔化； 3）电弧向四周喷射，造成相间短 路，甚至火灾。
电机及拖动基础第六章B
电机与拖 动基础
21世纪高等学校规划教材 张方 谢胜利 世纪高等学校规划教材
电机与拖 动基础
利用变压器设定电磁量正方向的方法 对每相定子电路含有的各个量（ 对每相定子电路含有的各个量（ Ù1、 Đ01Rl、 öσ1、ö1 ）的正方向予以设定 后，根据回路电压定律可列出定子电 路的相电压方程为 & & & & （6—32） ） U1 = − E1 − E1 + I1R1 式中－ 、－ö 是两个物理量， 式中－ö1 、－ σ1是两个物理量，工 程计算不方便，故要用等效法将其变 程计算不方便， 换成电路模型元件上的压降。 换成电路模型元件上的压降。
额定负载时的转差率
n1 − n 600 − 570 s= = = 0 .05 n1 600
三相异步电动机的空载运行指定子加 额定电压，转轴上不接负载时的运行， 额定电压，转轴上不接负载时的运行， 即电机在空转。 即电机在空转。
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电机与拖 动基础
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2．异步电动机转子静止时的电磁关系 ．
电机与拖 动基础
异步电动机三相对称的定子绕组接 三相对称电源后构成三相对称电路， 三相对称电源后构成三相对称电路， 在电动机的定子绕组中流过对称的 三相电流， 三相电流，并在电动机的气隙中建 立旋转磁场。 立旋转磁场。 三相之间互差1200电角度，因此对 电角度， 三相之间互差 其中一相电路（可以设为U1U2相） 其中一相电路（可以设为 相 进行研究就可以了。 进行研究就可以了。
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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。
电机与拖动基础教案
学期授课计划说明皖西学院教案2010 ～2011 学年度第一学期编号 001 .机械与电子工程系电气教研室任课教师汪良益.课程名称电机与拖动基础授课章节绪论第一章直流电机§1.1 直流电机的结构与工作原理课题:绪论§1.1 直流电机的结构与工作原理课型:理论课学时数:2学时教学目的及要求1.了解电机及电力拖动技术的发展；2.明确课程的性质、课程所涵盖的内容、学完本课程后所达到的要求。
3.掌握直流电机的基本工作原理。
4.掌握直流电机的结构，掌握各部分的作用。
5.了解直流电机的铭牌。
教学重点直流电机的基本工作原理及结构教学难点直流电机的基本工作原理教学方法讲授法教学辅助手段、教具授课班级电气0801，0802电气0803，电信07授课日期 9月 8 日 9月 10日月日月日教学过程主要环节设计作业 1.1，1.2绪论0．1 电机及电力拖动系统概述一、电机《电机与拖动基础》是把电机学和电力拖动基础两门课程有机结合而成的一门课程。
电机是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递或机电能量转换的机械装置。
电能易于转换、传输、分配和控制，是现代能源的主要形式。
发电机把机械能转化为电能。
而电能的生产集中在火力、水力、核能和风力发电厂进行。
为了减少输电中的能量损失，远距离输电均采用高电压形式：电厂发出的电能经变压器升压，然后经高压输电线路送达目的地后，再经变压器降压供给用户。
电能转换为机械能主要由电动机完成。
电动机拖动生产机械运转的方式称为电力拖动。
由于电动机的效率高、种类和规格多、具有各种良好的特性，电力拖动易于操作和控制，可以实现自动控制和远距离控制，因此，电力拖动广泛应用于国民经济各领域。
例如各种机床、轧制生产线、电力机车、风机、水泵、电动工具乃至家用电器等，数不胜数。
为了能建立一个感性认识，对电机进行简单的分类如下：在电力拖动自动控制系统中，大量应用控制电机。
控制电机是一种在自动控制、自动调节、随动系统、远距离测量及计算装置中作为执行元件、检测元件的小型电机。
电机拖动控制(机电传动控制)6--继电器—接触器控制系统
第六章 继电器接触器控制第六章 继电器接触器控制 主要内容： 6.1常用低压电器 6.2电气原理图 6.3三相异步电动机基本控制线路 6.4其他常用基本控制线路 6.5自动循环工作控制线路第六章 继电器接触器控制学习要求： ¾ 熟悉各种电器的工作原理、作用、特点、应 用场所和表示符号；¾ 掌握继电器接触器控制电路中基本控制 环节和常用的几种自动控制方式；¾ 学会设计一些简单的继电器接触器控制电路。
电力拖动控制是指对电动机的起动、调速、 停止、反转、制动等过程所实施的控制。
可按 作用方式分为手动控制与自动控制。
手动控制：用闸刀、转换开关等手控电器来实 现电动机传动控制。
自动控制：用自动电器来实现电力拖动控制， 控制系统也向无触点连续控制、微机控制发展， 但由于继电器—接触器所用的控制电器结构简 单价格便宜，对小型机床、老机床的改进中也 还是很重要，本章，主要介绍最常用的控制电 器与执行电器，在此基础上，分析继电器—接 触器的基本路线。
6.1 常用控制电器与执行电器1.概念 ☆控制电器（用于生产机械中）多属低压电器，U <500V☆用来接通或断开电路，以及用来控制、 调节和保护用电设备的电气器具。
2.分类ぬ电器按动作性质可分为以下两类。
✡ （1）非自动电器：这类电器没有动力 机构，依靠人力或其他外力来接通或切断电路， 如：刀开关、转换开关、行程开关等。
✡ （2）自动电器：这类电器有电磁铁等 动力机构，按照指令、信号或参数变化而自动 动作，是工作电路接通和切断，如：接触器、 继电器、自动开关等。
ぬ电器按其用途又可分为以下三类。
✡ （1）控制电器：用来控制电动机的起动、反 转、调速、制动等动作，如：磁力起动器、接触器、 继电器等。
✡ （2）保护电器：用来保护电动机，使其安全 运行，以及保护生产机械使其不受损坏，如：熔断器、 电流继电器、热继电器等。
电机控制与拖动-第6章-控制电机及其控制系统 - 6.4 步进电动机
（2）多段式：又称为轴向分相式。按其磁路特点又可分为轴 向磁路多段式和径向磁路多段式两种。 ①轴向磁路多段式：定转子均沿 电机轴向按相数分段，每一组 定子铁芯中放置一相环形的控 制绕组。定转子圆周上冲有齿 形相近和齿数相同的均布小齿。 定子（或转子）铁芯每两相邻 段错开1/m齿距。优点是使定 子空间利用率好，环形控制绕 组绕制方便，转子的惯量较低， 步距角可以做得较小，起动和 运行频率较高。但是铁芯分段 和错位工艺较复杂，精度不易 保证。
（1）单脉冲运行 ① 定义 步进电动机的单脉冲运行是指电动机仅仅 改变一次通电状态时的运行方式。
27
② 动稳定区 步进电动机从一种通电状态切换到另一种通 电状态时，不致引起失步的区域。无负载时 为图中的ab区域。切换时失调角为：
( se ) ( se )
r
28
③ 裕量角：动稳定区边界a点到初始位置平衡 点O0的区域称为裕量角。
反转则为：AC-CB-BA-AC
9
3. 步距角：步进电动机每一拍转子所转过的角度。它的大小 是由转子的齿数、控制绕组的相数和通电方式所决定的。
360 其中：m为相数，Zr为齿数，C为通电方式系数。 s mZ r C
若为单拍或双拍方式，则为1，若为单、双方式，则为2。 4. 电机转速
60 f 其中：f 为脉冲频率。 mZ r C 5. 定子的相数：若需要更小的步距角，则可以用增大相数的 方法来实现，但是太多的相数会使电机转速减慢，同时也 使得电源更为复杂，造价也越高。一般步进电机的相数最 多到六相，只有极个别的特殊电机才作成更多相的。 n
驱动电源的基本部分包括变频信号源、脉冲分配 器和脉冲功率放大器三个部分。
37
分类：
（1）按步进电动机容量大小：功率步进电动机驱动 电源和伺服步进电动机驱动电源。
第6章三相异步电动机的电力拖动
若回路串电阻，则有
简化等效电路图
若回路串电抗，则有
线图
(2) Y-D降压启动 正常运行时D接，启动时接成Y形 启动时电网供给电动机的启动电流为
若改为D形接法：
Y-D启动接线图
(3) 自耦变压器降压启动 由自耦变压器原理可知：
，自耦变压器启动时，
，
的电流：
启动接线图
启动一相电路图
的三相交流电产生的旋转磁动势等效。若定子绕组采用D形接法，
。
磁动势等效变换前后的相对转速
定子绕组通入直流电时的磁动势
3) 能耗制动----机械特性
能耗制动转差率:
由等效电路可知:
机械特性表达式:
能耗制动机械特性 能耗制动等效电路
4) 能耗制动——制动过程 反抗性负载——实现快速、准确停车。 能耗制动切换瞬间，转速不会突变，工作点AB O，电动机转速降为零。 位能性负载——实现稳速下放。 原点O工作点C，位能性负载稳速下放。电动机轴上输入的机械功率靠重物 下降减少的位能提供，转换为电功率后消耗在转子回路中。
反接制动接线图
电动机既从电网吸收电功率， 又从轴上输入机械功率(由拖动系统转动 部分减少的动能提供）。都转变为转差 功率，消耗在转子回路电阻中。
反接制动机械特性
2）反接制动——定子两相反接制动(制动过程)
反接制动机械特性
3）反接制动——转速反向的反接制动（参照P186） 绕线型异步电动机转子回路串入大电阻，电动机被位能性负 载拖动反转，工作点进入第Ⅳ象限，如图所示工作点G。
6.三相异步电动机的电力拖动
本章主要教学内容 1. 三相异步电动机的机械特性 2. 三相异步电动机的启动 3. 三相异步电动机的制动 4. 三相异步电动机的调速
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B、导体的感应电势
C、整距线圈的感应电势
D、短距线圈的感应电势
E、线圈组的感应电势
F、相绕组的感应电势
G、三相绕组的联结与线电势
6.5三相交流电机的定子磁势与磁场
A、单个线圈所产生的磁势
B、单个线圈组所产生的磁势
C、单相绕组所产生的磁势
作业：思考题6.4 6.5
教学过程与内容
教学后记
泰山学院信息科学技术学院教案
自动化教研室
课程名称
电机与拖动
授课对象
2008级自动化
授课题目
第6章（2）
课时数
4
教学
目的
1.了解三相交流电机的定子磁势与磁场
2.掌握三相交流电机定子绕组感应电点：三相交流电机定子绕组感应电势的计算
难点：三相交流电机的定子磁势与磁场
教
学
提
纲
6.4三相交流电机定子绕组感应电势的计算
6.4三相交流电机定子绕组感应电势的计算
A、交流电机的磁场
B、导体的感应电势
C、整距线圈的感应电势
D、短距线圈的感应电势
E、线圈组的感应电势
F、相绕组的感应电势
G、三相绕组的联结与线电势
6.5三相交流电机的定子磁势与磁场
A、单个线圈所产生的磁势
B、单个线圈组所产生的磁势
C、单相绕组所产生的磁势