电机及拖动 绪论
电机及拖动基础0-1绪论
（2）磁路的概念
磁通所通过的路 径称为磁路，一 个简单的磁路由 采用高导磁材料 的铁心和通电线 圈组成。
（3）磁路的基本定律
1）安培环路定律— —全电流定律
有电流流动的导体 的周围均会产生 磁场 。
∮Hdl=i=Ni=F
2）磁路的欧姆定律
B H NI
l
Hale Waihona Puke BdA系统：继电器→接触器控制系统 可控硅控制、PLC控制、 计算机控制等。
3.电力拖动系统与电机的关系
可实现遥控和自动控制
控制设备
电源
电动机
传动机构
工作机构
反馈装置
4.电机的主要类型
1）直流电机 直流发电机 直流电动机
2）交流电机 同步电动机 同步发电机 三相异步电动机 单相异步电动机
3）变压器 电力变压器 其他变压器
4）控制电机 直流、交流测速发电机 直流、交流伺服电动机 步进电动机 旋转变压器
5.本课程的性质
专业基础课 电器控制及PLC 自动控制原理 伺服系统 数控机床 等课程的基础
6.本课程的任务和学习方法
（1）任务：各类电机 基本原理 基本结构 运行特性
（2）重点：交流、直流电动机的机械特性、 起动、制动、调速原理及方法。
1.电机及拖动系统在国民经济中的作用
对国民经济的发展起着重要作用。 是电能转换和传输中的重要设备。 是最主要的驱动设备。
2.电机及电力拖动系统发展概况
电机：19世纪末，电动机逐渐代替蒸 汽机和水轮机； 解放后，我国有了电机生产 ： 30MW双水内冷发电机 36MVA大型电力变压器 无刷直流伺服电动机
5）电磁感应定律
①导体在交变磁场中
电机及拖动PPT课件
A、增大励磁电流
B、减小励磁电流
C、保持励磁电流不变 D、使励磁电流为零
答案： C
2.2.2 反接制动
*电压反接制动 电压反接制动时接线如图所示。
开关S投向“电动”侧时，电枢接正极
电压，电机处于电动状态。进行制动时，开
关投向“制动”侧，电枢回路串入制动电R阻B 后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内
定义：当 U 、U N I f时，I fN n f(I a )
由方程式可得
n
UN CeΦ
Ra CeΦ
Ia
Tn
Tem
n
T2
T0
0
Ia
)。 A、n=(U-IaRa)/Ceφ B、n=(U+IaRa)/Ceφ C、n=Ceφ/(U-IaRa) D、n=Ceφ/(U+IaRa) 答案： A
第二章直流电动机的电力拖动
电机及拖动
绪论 第一章 直流电机 第二章 直流电动机的电力拖动 第三章 三相异步电动机 第四章 三相异步电动机的电力拖动
为什么要学电机？
请同学们就电机的相关应用举例。
绪论
电机是利用电磁感应原理工作的机械。 电机常用的分类是按功能分，有发电机、电动机、变压器和 控制电机四大类；
归纳如下：
电机
变压器 直流电机
把电刷A、B接到直流电源 力形成逆时针方向的电磁转矩。
上，电刷A接正极，电刷B接负 当电磁转矩大于阻转矩时，电机
极。此时电枢线圈中将电流流过。转子逆时针方向旋转。
当电枢旋转到右图所示位置时
原N极性下导体ab转到S极下， 受力方向从左向右，原S 极下 导体cd转到N极下，受力方向 从右向左。该电磁力形成逆时 针方向的电磁转矩。线圈在该 电磁力形成的电磁转矩作用下 继续逆时针方向旋转。
电机与拖动基础 绪论 课件-优选PPT
1.1 直流电机的工作原理与结构
④ 电刷电刷装置的作用是通过电刷和旋转的换向器表 面的滑动接触，把转动的电枢绕组与外电路联结起来， 并与换向器配合，起到整流或逆变的作用。电刷装置 一般由电刷、刷握、刷杆座和压紧弹簧组成，其结构 如图1.7所示。 ⑤ 端盖电机中的端盖主要起支撑作用。端盖固定在机 座上，其上放置轴承支撑直流电机的转轴，使直流电 机能够旋转。
（2） 电力拖动比其他形式的拖动效率高，电动机与 被拖动机械的联接简便；
（3） 电动机的形式和种类很多，具有各种各样的特 性，可适应不同生产机械的需要，且电力拖动的起动、 制动与调速等控制简便迅速，调节性能好；
（4） 可实现远距离控制与自动调节，并进而实现生 产过程的自动化。
4
0.2 电机的类型及所用的材料
“电机与拖动基础”既是一门技术基础课，又具有专业 课的性质，不仅有理பைடு நூலகம்的分析推导、磁场的抽象叙述， 还要用基本理论去分析比较复杂又带有机、电、磁综 合性的工程实际问题，这是学习本课程的难点。学习 时应注意以下几点：
（1） 牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性。
（2） 可运用类比或比较的学习方法，找出各种电机 的共性和个性，以加深对各种电机及拖动系统性能的 理解。
（1） 熟悉直流电机、变压器、三相异步电动机的基 本结构，掌握它们的工作原理。
（2） 掌握直流电动机、三相异步电动机的机械特性 及各种运转状态的基本理论。
（3） 掌握直流电动机、三相异步电动机起动、制动、 调速的电力拖动基本原理和计算方法。
（4） 掌握电机及电力拖动实验的基本方法和技能。
8
0.3 本课程的主要内容、任务和学习方法
25
1.1 直流电机的工作原理与结构
电机及拖动绪论
带分支的铁心回路
磁路的基尔霍夫第二定律：沿任何闭合磁路的 总磁动势恒等于各段磁位降的代数和。对应基 尔霍夫电压定律。实质是安培环路定律的另一 种表达形式。
带气隙的磁路
磁路与电路的比较
电路中有电流，就有功 率损耗
铁磁物质的磁化：把铁钴镍等材料放入磁场中， 铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，这时候 铁磁材料就被磁化了。
为什么只有铁磁材料放入磁场会被磁化：在铁 磁材料的内部存在很多很小的被称为磁畴的天 热磁化区域
在没有外磁场时，磁畴排列混乱，相互抵消； 在有外磁场时，磁畴顺外磁场方向排列整齐， 显出了磁性，和外磁场叠加在一起，使合成的 磁场大为加强。由于铁磁材料磁畴的作用，使 得在同一磁场强度下比非铁磁材料所激励的磁 场强的多，故铁磁材料的磁导率要大很多。
磁路的概念
电流流过的路径叫电路。磁通走过的路径叫磁 路。与电流只通导体不同，所有介质都可以是 其通路，分为铁磁介质和非铁磁介质。
变压器和直流电机磁路 用以激励磁路中的磁通的载流线圈叫做励磁线
圈，励磁线圈中的电流叫做励磁电流。励磁电 流是直流磁路中磁通是恒定的，是直流磁路。 励磁电流是交流的磁路，磁通随时间变化，叫 交流磁路
基本磁化曲线和起始磁化曲线几乎完全重合
在磁路计算时所用的磁化曲线都是基本磁化曲 线。
电机中常用铁磁材料的基本磁化曲线
铁磁材料根据磁滞回线的形状不同，铁磁材料 分为硬磁材料和软磁材料
软磁材料：剩磁和矫顽力都很小的材料称为软 磁材料。常用的软磁材料有电工硅钢、铸铁、 铸钢。软磁材料磁导率高，可以制造变压器、 电机铁心，计算磁路时可以不考虑磁滞损耗。
电机与拖动基础——绪论
0.3 课程的性质与任务
课程组成
《电机学》+《电力拖动基础》
课程性质 专业基础课
课程任务
❖ 各种类型的电机基本运行原理、结构、内部电磁 关系及其数学描述、机械性及外特性的分析与 计算
❖ 1829年亨利（Henry）制造了第1台实用的直流电 机；
❖ 1837年，直流电机真正成为商业化产品； ❖ 1887年特斯拉（Tesla）发明了三相异步电动机
❖电大机型发化展趋势
❖ 微型化 ❖ 新原理、新工艺、新材料的电机不断涌现
电力拖动系统的发展概况
• 成组拖动（即单台电机拖动一组机械） • 单电机拖动（即单台电机拖动单台机械） • 多电机拖动 (即单台设备中采用多台电机）
电机与拖动
刘锦波 山东大学 控制科学与工程学院
2006.11
--------绪论--------
图0.1 典型电力拖动系统的组成框图
电机的分类
电力拖动系统的分类
0.1 电机与电力拖动技术的发展概况
电机发展史
❖ 1820年，法拉第(Faraday) 提出电磁感应定律，并 组装了第1台直流电机样机；
❖ 各类电机拖动不同负载的起、制动与调速性能等
0.4 本课程的学习方法
❖ 以物理概念为主、工程计算为辅 ❖ 重点应掌握各类电动机的机械特性以及其与
生产机械配合时的起、制动方法与调速方案. ❖ 实验和仿真并重 ❖ 理论联系实际
0.4 本课程的学习内容
❖ 电机与拖动II（48学时）：
❖ 学习教材的第3、7、8、13章
电机与拖动-绪论
西安电子科技大学机电工程学院
《电机与拖动》多媒体交互式教学课件
15
应用举例－混合动力车
所谓混合动力车是“为了推动车辆的革新，至少拥有两个能量变换 器和两个能量储存系统(车载状态)的车辆。 • TOYOTA 油电混合动力系统中的能量转换器为汽油发动机和 电动机，能量储存系统为汽油箱和HV蓄电池。
Toyota Prius: 油耗为20km/L
《电机与拖动》多媒体交互式教学课件
《电机与拖动》
多媒体交互式教学课件
ELECTRICAL MACHINERY & TOWAGE
Multimedia Interactive Teaching Courseware
王卫东
西安电子科技大学机电工程学院
Wang Weidong
School of Electro-Mechanical Engineering Xidian University
西安电子科技大学机电工程学院
《电机与拖动》多媒体交互式教学课件
9
应用举例－变压器
连接发电机 的封闭母线
连接发电机与电网的升压变压器
西安电子科技大学机电工程学院
与电网相 连的高压 出线端
《电机与拖动》多媒体交互式教学课件
10
应用举例－配电
西安电子科技大学机电工程学院
《电机与拖动》多媒体交互式教学课件
日本超导磁悬浮列车MAGLEV
•
超导磁悬浮列车导轨
西安电子科技大学机电工程学院
《电机与拖动》多媒体交互式教学课件
17
电机的主要作用：
• 电机是自动控制系统中的重要元件
军事装备
• 雷达跟踪，自动武器，飞行器控制
航空航天科技
第1章电机拖动绪论
F Rm
磁动势： FNi
磁阻： Rml/(S)
2019/9/20
—电机与拖动—
作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量Φ乘以磁阻 Rm，此关系与电路中的欧姆定律在形式上十分相似，因 此亦称为磁路的欧姆定律。
2、磁路的基尔霍夫定律 磁路的基尔霍夫第一定律：
2019/9/20
1 2 30 0
2019/9/20
本课程的特点及学习方法 —电机与拖动—
电机与拖动是一门理论性很强的专业基础课，同时又具有 专业课的性质，涉及的基础理论和实际知识面广，是电磁学、 动力学等学科知识的综合。用理论分析电机及拖动的实际问题 时，必须结合电机的具体结构，采用工程观点和分析方法。掌 握基本理论的同时，还要注意培养实验操作技能和计算方法。
2019/9/20
直流磁路的计算
—电机与拖动—
磁路计算分为两种类型：
1）给定磁通，计算所需的励磁磁动势（正问题）
2）给定励磁磁动势，计算磁路内的磁通量（逆问题）
正问题的计算步骤：
1）将磁路按材料性质和不同的截面尺寸分段。 2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk。 3）计算各段磁路的平均磁通密度Bk；Bk =Φ k/Ak 。 4）根据Bk求出对应的磁场强度Hk 。 5）计算各段磁路的磁位降Hklk，最后求得产生给定磁通 量时所需的励磁磁动势F，F=ΣHklk。
n
Hklk I IN
1
2019/9/20
—电机与拖动—
•由安培环路定律可以看出，同样一个通电 螺线管，其中有无铁磁物质与磁感应强度 有很大关系，但是与磁场强度无关。
2019/9/20
—电机与拖动—
1.2.5 铁磁材料的磁化特性
铁磁材料：铁、镍、钴及其合金
电机及拖动第四版绪论第4版终稿课件
3.电力拖动系统的发展过程
在交流电出现以前，只有直流电力拖动系统。
绪论
0.1
十九世纪末期，交流电动机研制出来，出现了交流电力 拖动系统。
随着生产技术的发展，对电力拖动在起动、制动、正反转以及 调速等方面提出了更新更高的要求，交流电力拖动系统在技术上 难以实现这些要求，所以，20世纪以来，在可逆、可调速与高精 度的拖动领域中，相当时期内几乎都采用直流电力拖动，而交流 电力拖动系统则主要用于恒转速系统。
ph f Bm2
绪论
0.5
4.存在涡流损耗：在交变磁通作用下，铁心产生感应 电动势并产生涡流，涡流在铁心电阻上引起的损耗。
pe f 2 Bm2 d 2 / Re
5.铁心损耗：包括磁滞和涡流损耗。
其中：
pFe f Bm2
1.2 —1.6
绪论
0.5
0.5.3 电机理论中常用的基本电磁定律 一、电路定律
变压器：作用是将一种电压等级的电能转换为另一种电压等级的 电能。
发电机：功能是将机械能转换为电能。 电动机：功能是将电能转换为机械能。 控制电机：主要用于信号的变换与传递，在各种自动化控制系统中作 为多种控制元件使用。
绪论
0.1
二是按电机结构、转速或运动方式分类，有变压器、旋转 电机和直线电机。
变压器是一种静止电机；
三、磁场强度H:为建立电流与由其产生的磁场之间的数量关 系而引入的物理量，单位为：安培/米（A/m),其与B的关系： B=μH。其中磁导率μ：表示导磁能力的物理量，单位(H/m); 真空磁导率μ0=4π×10-7H/m。根据μ大小可将材料分为： 非铁磁材料和铁磁材料。
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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。
从此电力作为一种新能源而广泛应用。
那时，电机刚刚在工业上初步应用，各种电机初步定型，电机设计理论和电机设计计算初步建立。
随着社会生产的发展和科技的进步，对电机也提出了更高的要求，如：性能良好、运行可靠、单位容量的重量轻体积小等，而且随着自动控制系统的发展要求，在旋转电机的理论基础上，又派生出多种精度高、响应快的控制电机，成为电机学科的一个独立分支。
电机制造也向着大型、巨型发展。
中小型电机正向多用途、多品种方向发展，向高效节能方向发展。
各种响应快速、起停快速的特种电机在各种复杂的计算机控制系统和无人工厂中实现了比人的手脚更复杂而精巧的运动。
古老的电机学已经和电力电子学、计算机、控制论结合起来，发展成了一门新的学科。
在我国，电机制造业也发生了巨大的变化。
我国的电机生产从1917 年至今已有80 多年的历史，经过改革开放20 多年的发展，特别是近10 年的发展，有了长足的进步，令世人瞩目。
目前已经形成比较完整的产业体系，电机产品的品种、规格、性能和产量满足了我国国民经济发展的需要。
而且一些产品已经达到或接近世界先进水平。
近来世界上电机行业专家纷纷预测，中国将会成为世界电动机的生产制造基地。
近年来我国已生产了不少大型直流电动机、异步电动机和同步电动机；在中小型电机和控制电机方面，亦自行设计和生产了不少新系列电机；对电机的新理论、新结构、新工艺、新材料、新运行方式和调试方法，进行了许多研究和试验工作，取得不少成果。
与电机发展过程一样，电力拖动技术也有个不断发展的过程。
电动机拖动生产机械的运转称为电力拖动(或称为电气传动)。
电力拖动系统一般由控制设备、电动机、传动机构、生产机械和电源五部分组成。
它们之间的关系如图0.1 所示。
图0.1 电力拖动系统的构成
电力拖动代替蒸汽或水力拖动之初，电力拖动的方式是成组拖动，就是由一台电动机
拖动一组生产机械，从电动机到各个生产机械的能量传递以及各个生产机械之间的能量分配完全用机械的方法，靠“天轴”以及机械传动系统来实现，车间里有大量的“天轴”、长皮带和皮带轮等。
这种传动方式效率低下，生产率低下，灰尘大，劳动条件和卫生条件差，且容易出事故。
另外，电动机发生提问
讲授
思考并
回答
听讲并
思考、
记录
铁磁材料的磁化曲线 （1）磁路的欧姆定律
将全电流定律用于右图所示的无分支磁路，可得
∑∑==Ni I Hl
Ni A l
Hl ==
μφ
m m F R F A l Ni Λ===
μφ
磁路中的磁通φ与作用在该磁路的上的磁动势成正比，与磁路的磁阻成反比，称为磁路的欧姆定律。
磁阻
A l
R m μ=
磁导
m m R 1=
Λ
（2）磁路的基尔霍夫第一定律
对任一封闭面而言，穿入的磁通必于穿出
的磁通，这是磁通连续原理。
对有分支的磁路在磁通汇合处的封闭面上磁通的代数和等于零，即
∑=0φ。
图中，0321
=-+φφφ
（３）磁路的基尔霍夫第二定律
将全电流定律应用到任一闭合磁路上，有
∑∑∑∑⎰====-
m
R
F Ni Hl l d H φ－
磁压降的代数和等于磁动势的代数和。
图例中 22112211221121m m R R l H l H i N i N F F φφ-=-=-=- 磁路和电路的差别：
（１）电路可以有电势无电流，磁路中有磁动势必然有磁通；
（２）电路中有电流就有损耗（R I 2
），恒定磁通下，磁路中无损耗；
讲授
听讲并思考、记录。