电机及拖动第四版绪论第4版(终稿)课件.ppt

1、绪论绪论第第1 1章章 直流电机直流电机第第2 2章章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动第第3 3章章 变压器变压器第第4 4章章 三相异步电动机三相异步电动机第第5 5章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动第第6 6章章 同步电机同步电机及同步电动机的电力拖动及同步电动机的电力拖动第第7 7章微控电机章微控电机第第8 8章章 电力拖动系统中电动机的选择电力拖动系统中电动机的选择电机与拖动电子教案绪 论教学内容：教学内容：0.1 0.1 电机及电力拖动系统概述电机及电力拖动系统概述0.2 0.2 电机与拖动课程的性质与任务电机与拖动课程的性质与任务0.3 0.3 本课程

2、（教材）的内容与一般分析方法本课程（教材）的内容与一般分析方法0.4 0.4 本课程的学习方法本课程的学习方法0.5 0.5 电机理论中常用的物理概念与基本电磁定律电机理论中常用的物理概念与基本电磁定律绪 论教学目的与要求：教学目的与要求：1 1 掌握电机及电力拖动系统的基本概念掌握电机及电力拖动系统的基本概念2 2 了解电机及电力拖动系统的发展现状及未来发展趋势了解电机及电力拖动系统的发展现状及未来发展趋势3 3 了解本课程的内容及其分析方法了解本课程的内容及其分析方法4 4 了解本课程的性质、任务、特点及学习方法了解本课程的性质、任务、特点及学习方法5 5 掌握电机理论中常用的物理概念与基

3、本电磁定律掌握电机理论中常用的物理概念与基本电磁定律绪 论0.1 0.1 电机及电力拖动系统概述电机及电力拖动系统概述0.1 电机是生产、传输、分配及应用电能的主要设备。在现代化生电机是生产、传输、分配及应用电能的主要设备。在现代化生产中，电力拖动系统是实现各种生产工艺过程所必不可少的传动产中，电力拖动系统是实现各种生产工艺过程所必不可少的传动系统，是生产过程电气化、自动化的重要前提。系统，是生产过程电气化、自动化的重要前提。人类社会的生存与发展离不开人类社会的生存与发展离不开能源能源。能源有多种形式：如能源有多种形式：如热能、光能、化学能、机械能、电能和原子能热能、光能、化学能、机械能、电能

4、和原子能。电能是最重要的能源之一，和其他能源形式相比具有明显优点：电能是最重要的能源之一，和其他能源形式相比具有明显优点：1）适宜大量生产和集中管理、转换经济、传输和分配容易、便于）适宜大量生产和集中管理、转换经济、传输和分配容易、便于自动控制；自动控制；2）是一种洁净能源，对环境的污染小。）是一种洁净能源，对环境的污染小。因此，电能在国民经济各行各业得到广泛应用：如因此，电能在国民经济各行各业得到广泛应用：如工农业生产、交工农业生产、交通运输、科学技术、信息传输、国防建设以及日常生活通运输、科学技术、信息传输、国防建设以及日常生活等各个领域。等各个领域。绪 论 2.电机常用的分类方式电机常用

5、的分类方式 0.1一、电机概述一、电机概述 1.电机定义电机定义 是利用电磁感应原理和电磁力定律实现能量转换和传递的一种机械。是利用电磁感应原理和电磁力定律实现能量转换和传递的一种机械。有两种：有两种：一是按功能分：有变压器、发电机、电动机和控制电机四大类；一是按功能分：有变压器、发电机、电动机和控制电机四大类；变压器变压器：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。电能。发电机：发电机：功能是将机械能转换为电能。功能是将机械能转换为电能。电动机：电动机：功能是将电能转换为机械能。功能是将电能转换为机械能。控制电机：控制电机：主要用于

6、信号的变换与传递，在各种自动化控制系统中作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。为多种控制元件使用。绪 论 二是按电机结构、转速或运动方式分类，有变压器、旋转二是按电机结构、转速或运动方式分类，有变压器、旋转电机和直线电机电机和直线电机。两种方法归纳如下两种方法归纳如下：电机电机静止电机静止电机变压器变压器直流电机直流电机直流发电机直流发电机直流电动机直流电动机交流电机交流电机控制电机控制电机同步电机同步电机同步发电机同步发电机同步电动机同步电动机异步电机异步电机异步发电机异步发电机异步电动机异步电动机0.1旋转电机旋转电机直线电机直线电机 变压器变压器是一种

7、静止电机；是一种静止电机；旋转电机旋转电机根据电源电流种类的不同分为直流电机和交流电机，交流根据电源电流种类的不同分为直流电机和交流电机，交流电机又分为同步电机和异步电机。电机又分为同步电机和异步电机。直线电机直线电机就是把电能转换成直线运动的机械能的电机就是把电能转换成直线运动的机械能的电机。绪 论 电力拖动系统电力拖动系统是用是用电动机电动机来拖动生产机械运行的系统。包括：来拖动生产机械运行的系统。包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。它们之间的关系如下它们之间的关系如下 电动机电动机传动机构传动机构生产机械生产机械控

8、制设备控制设备电源电源0.1二、电力拖动系统概述二、电力拖动系统概述拖动各种生产机械运转，可以采用气动、液压传动和电力传动。拖动各种生产机械运转，可以采用气动、液压传动和电力传动。电力传动的优点：控制简单、调节性能好、损耗小、经济、能实电力传动的优点：控制简单、调节性能好、损耗小、经济、能实现远距离控制盒自动控制，因此大多数生产机械均采用电力拖动。现远距离控制盒自动控制，因此大多数生产机械均采用电力拖动。1.1.电力拖动系统的定义、优点及构成电力拖动系统的定义、优点及构成 电力拖动系统电力拖动系统是用是用电动机电动机来拖动生产机械运行的系统。包括：来拖动生产机械运行的系统。包括：电动机、传动机

9、构、生产机械、控制设备和电源五个部分。电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。绪 论0.1 电动机：电动机：电能电能机械能，通过传动机构把机械能传机械能，通过传动机构把机械能传递递 给负载（生产机械）。给负载（生产机械）。按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系直流电力拖动系统统和和交流电力拖动系统交流电力拖动系统两大类。两大类。传动机构：传动机构：有的系统有，有的系统没有。有的系统有，有的系统没有。生产机械：生产机械：是执行某一生产任务的机械设备，是电力拖动的对是执行某一生产任务的机械设备，是电力拖动的对象。象。电源：电源：向电动

10、机及电气控制设备供电。向电动机及电气控制设备供电。控制设备：控制设备：由各种控制电机、电器、电子元件及控制计算机等由各种控制电机、电器、电子元件及控制计算机等组成。组成。2.2.电力拖动系统的分类电力拖动系统的分类3.3.电力拖动系统的发展过程电力拖动系统的发展过程l 在交流电出现以前，只有直流电力拖动系统。在交流电出现以前，只有直流电力拖动系统。绪 论0.1l 十九世纪末期，交流电动机研制出来，出现了交流电力十九世纪末期，交流电动机研制出来，出现了交流电力拖动系统。拖动系统。l 随着生产技术的发展，对电力拖动在起动、制动、正反转以及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

11、方面提出了更新更高的要求，交流电力拖动系统在技术上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，难以实现这些要求，所以，20世纪以来，在可逆、可调速与高精世纪以来，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。电力拖动系统则主要用于恒转速系统。l 20世纪世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体变流技年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体变流技术的交流调速系统得以实现。特别是术的交流调速系统得以实现。特别是20世纪世纪70年代以来，

12、大规模年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有力条件。如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调创造了有力条件。如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速、无换向器电动机调速等，使得交流调速完全可以和直流电力速、无换向器电动机调速等，使得交流调速完全可以和直流电力拖动相媲美。拖动相媲美。绪 论0.1l电机的发展趋势电机的发展趋势：1）大型化，单机容量越来越大，电压等级越来越高；）大型化，单机容量越来越大，电压等级越来越高；2）微型化，为适应设备小型化的要求，电机的体积越来越小，）微型化，为适应设备小型

13、化的要求，电机的体积越来越小，重量越来越轻；重量越来越轻；3）新原理、新工艺、新材料电机不断涌现，如直线电机、开关）新原理、新工艺、新材料电机不断涌现，如直线电机、开关磁阻电机、无刷电机、超声波电机等。磁阻电机、无刷电机、超声波电机等。三、电机及电力拖动系统的发展趋势三、电机及电力拖动系统的发展趋势l电力拖动系统发展趋势电力拖动系统发展趋势：随着电力电子技术、控制理论和微处理器技术的发展，电力随着电力电子技术、控制理论和微处理器技术的发展，电力拖动系统的性能指标也有较大的提高。现代电力拖动系统正朝着拖动系统的性能指标也有较大的提高。现代电力拖动系统正朝着网络化、信息化方向发展，包括现场总线、智

14、能控制策略以及因网络化、信息化方向发展，包括现场总线、智能控制策略以及因特网技术在内的各种新技术、新方法均在电力拖动系统中得到了特网技术在内的各种新技术、新方法均在电力拖动系统中得到了应用。应用。绪 论本课程的性质：本课程的性质：本课程是高等职业院校的电气自动化技术、生产过程自本课程是高等职业院校的电气自动化技术、生产过程自动化技术、供用电技术、机电一体化技术和电气化铁道技术动化技术、供用电技术、机电一体化技术和电气化铁道技术等专业的一门重要的专业基础课。等专业的一门重要的专业基础课。0.2 0.2 电机与拖动课程的性质与任务电机与拖动课程的性质与任务本课程的任务本课程的任务:是让学生掌握电机

15、的基本结构和工作原理，以及拖动系统是让学生掌握电机的基本结构和工作原理，以及拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法，培养在电机及的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法，培养在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力，为今后学习和工作打下电力拖动方面分析和解决问题的能力，为今后学习和工作打下坚实的基础。坚实的基础。0.2绪 论0.3 0.3 本课程（教材）的内容与一般分析方法本课程（教材）的内容与一般分析方法本课程的内容包括：本课程的内容包括：电机学电机学：主要涉及一般电机（直流电机、变压器、异步电机与：主要涉及一般电机（直流电机、变压器、异步电机与同步电机）的基本结构、运行原理、电磁

16、物理过程和基本特性同步电机）的基本结构、运行原理、电磁物理过程和基本特性的分析与计算以及实验方法。的分析与计算以及实验方法。电力拖动部分电力拖动部分：主要讨论电动机的机械特性及应用和各类电机：主要讨论电动机的机械特性及应用和各类电机组成的拖动系统的起动、制动及调速的方法、分析与计算内容。组成的拖动系统的起动、制动及调速的方法、分析与计算内容。驱动和控制微电机部分驱动和控制微电机部分：包括驱动和控制微电机的工作原理、：包括驱动和控制微电机的工作原理、运行特性、控制方式、误差分析以及应用情况。运行特性、控制方式、误差分析以及应用情况。0.3绪 论一般分析方法：一般分析方法：首先讨论各种电机的基本运

17、行原理与结构。首先讨论各种电机的基本运行原理与结构。重点分析各种电机空载和负载时的电磁物理过程。重点分析各种电机空载和负载时的电磁物理过程。利用相关电磁定律及电机内部的电磁物理过程，找出电磁过程的利用相关电磁定律及电机内部的电磁物理过程，找出电磁过程的数学描述即基本方程式、等效电路和相量图。数学描述即基本方程式、等效电路和相量图。利用数学模型及等效电路和相量图对各种电机的运行特性和性能利用数学模型及等效电路和相量图对各种电机的运行特性和性能指标进行分析计算。指标进行分析计算。根据电动机的机械特性和负载的转矩特性讨论各种拖动系统的稳根据电动机的机械特性和负载的转矩特性讨论各种拖动系统的稳定性及电

18、机的各种运行状态，分析讨论各类电机拖动系统的起动、制定性及电机的各种运行状态，分析讨论各类电机拖动系统的起动、制动和调速性能。动和调速性能。采用标么值来表示电机参数。采用标么值来表示电机参数。通过实验，学会电机参数的测定方法以及加深对各种电机运行性通过实验，学会电机参数的测定方法以及加深对各种电机运行性能、起制动特性和调速特性的理解。能、起制动特性和调速特性的理解。0.3绪 论0.4 0.4 本课程的学习方法本课程的学习方法 为了学好本门课程，学习时应注意以下几点：为了学好本门课程，学习时应注意以下几点：抓主要矛盾，有条件地略去一些次要因素，找出问题的抓主要矛盾，有条件地略去一些次要因素，找出

19、问题的本质。本质。抓住重点，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性。抓住重点，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性。要有良好的学习方法，运用对比或比较的方法，分析电机的要有良好的学习方法，运用对比或比较的方法，分析电机的共性和特点，加深对原理和性能的理解。共性和特点，加深对原理和性能的理解。理论联系实际，重视科学实验和工程实践理论联系实际，重视科学实验和工程实践。充分预习和复习。充分预习和复习。0.4绪 论0.5 0.5 电机理论中常用的物理概念与基本电磁定律电机理论中常用的物理概念与基本电磁定律0.5.1 0.5.1 有关磁场的几个物理量有关磁场的几个物理量一、磁感应强度一、磁感应强度B:B:

20、又称磁通密度又称磁通密度,它是描述磁场强弱及方向的它是描述磁场强弱及方向的 物理量，单位为特斯拉（物理量，单位为特斯拉（T T）。）。二、磁通量二、磁通量:简称磁通简称磁通,它是指穿过某一截面它是指穿过某一截面A A的磁感应强度的磁感应强度B B的通量，单位为韦伯（的通量，单位为韦伯（WbWb）。在均匀磁场：）。在均匀磁场：=BA三、磁场强度三、磁场强度H:H:为建立电流与由其产生的磁场之间的数量关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：安培系而引入的物理量，单位为：安培/米（米（A/m),A/m),其与其与B B的关系：的关系：B=H。其中磁导率其中磁导率：表示导磁能

21、力的物理量，单位：表示导磁能力的物理量，单位(H/m);(H/m);真空磁导率真空磁导率0 0=4=41010-7-7H/mH/m。根据。根据大小可将材料分为：非大小可将材料分为：非铁磁材料和铁磁材料。铁磁材料和铁磁材料。0.5绪 论0.5.2 0.5.2 电机中所用材料和铁磁材料的特性电机中所用材料和铁磁材料的特性一、电机中所用材料一、电机中所用材料1.1.导电材料导电材料:紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。2.2.导磁材料导磁材料:0.350.35或或0.5mm0.5mm厚的硅钢片叠成厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。构成电机磁路。3.3.绝缘材料：绝缘材料：把导

22、电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。绝缘等级绝缘等级Y Y A A E E B B F FH H C C允许温度允许温度 C C 9090105105 120 120 130 130 155 155 180 180180180以上以上4.4.机械支撑材料：制造电机所需要的其它金属材料。机械支撑材料：制造电机所需要的其它金属材料。0.5绪 论二、铁磁材料的磁特性二、铁磁材料的磁特性1.1.具有高的导磁性能具有高的导磁性能70410/Hm空气：空气：2.2.磁化曲线呈非线性（饱和特性）磁化曲线呈非线性（饱和特性）常数Fe是非线性磁化曲线是非线性磁化曲线

23、)(HfFe0.50Fe铁芯：铁芯：且且0Fe60002000(）绪 论3.3.存在磁滞现象和磁滞损耗存在磁滞现象和磁滞损耗磁滞现象：磁滞现象：B B的变化滞后于的变化滞后于H H的变化。的变化。磁滞回线：磁滞回线：磁滞损耗：磁滞损耗：磁畴之间的摩擦。磁畴之间的摩擦。2mhBfp0.5绪 论4.4.存在涡流损耗：存在涡流损耗：在交变磁通作用下，铁心产生感应在交变磁通作用下，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。电动势并产生涡流，涡流在铁心电阻上引起的损耗。emeRdBfp/2225.5.铁心损耗：包括磁滞和涡流损耗。铁心损耗：包括磁滞和涡流损耗。2FempfB其中：其中：0

24、.51.62.1绪 论0.5.3 0.5.3 电机理论中常用的基本电磁定律电机理论中常用的基本电磁定律一、电路定律一、电路定律二、磁路定律二、磁路定律1.1.磁路基尔霍夫第一定律：磁路基尔霍夫第一定律：0 2.2.全电流定律：又称安培环路定律或磁路基尔霍夫第二定律全电流定律：又称安培环路定律或磁路基尔霍夫第二定律3.3.磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：mmFINRR 0.51.1.电路基尔霍夫第一定律：电路基尔霍夫第一定律：0i3.3.欧姆定律：欧姆定律：REUI)(NIHl2.2.电路基尔霍夫第二定律：电路基尔霍夫第二定律：EU绪 论电量与磁量、电路定律与磁路定律对比电量与磁量、电路定律与磁路定

25、律对比电电 路路磁磁 路路电动势电动势 E E产生电流的源。如产生电流的源。如发电机、电池等。发电机、电池等。磁动势磁动势产生磁通的源：载流线产生磁通的源：载流线圈。圈。I I为电流，为电流，N N为匝。为匝。电电 流流 I I由电动势产生，在由电动势产生，在导体中流通。导体中流通。磁通磁通由磁动势产生，在磁路由磁动势产生，在磁路中流通。中流通。电流密度电流密度J=I/AJ=I/A单位导体截面积中单位导体截面积中流过的电流流过的电流磁通密度磁通密度B B=/A=/A 单位磁路截面积中单位磁路截面积中流过的磁通流过的磁通电场强度电场强度 E E表示电场的强弱。表示电场的强弱。磁场强度磁场强度 H

26、 H表示磁场的强弱表示磁场的强弱 电阻率电阻率反映导体对电流阻反映导体对电流阻力大小的系数。力大小的系数。磁阻率磁阻率m m反映磁体对磁通阻力大反映磁体对磁通阻力大小的系数小的系数电导率电导率 磁导率磁导率/1m/1NIF 0.5绪 论电量与磁量、电路定律与磁路定律对比（续表）电量与磁量、电路定律与磁路定律对比（续表）电电 路路磁磁 路路电电 阻阻磁磁 阻阻电电 导导 磁磁 导导 电压降电压降 U U磁压降磁压降 F=HlF=Hl 电路基尔霍夫电路基尔霍夫第一定律第一定律磁路基尔霍夫磁路基尔霍夫第一定律第一定律电路基尔霍夫电路基尔霍夫第二定律第二定律磁路基尔霍夫磁路基尔霍夫第二定律第二定律 电磁感应定律电磁感应定律 电磁力定律电磁力定律AlAlRRG/10IUEBlve dtdNeBlif HlNI0mRFmmR/1AlAlRmm0.5IRU 绪 论教学重点：教学重点：1 1 电机及电力拖动系统的基本概念电机及电力拖动系统的基本概念2 2 铁磁材料的特性铁磁材料的特性教学难点：教学难点：铁磁材料饱和特性与磁滞回线铁磁材料饱和特性与磁滞回线作业：作业：复习电机理论中常用的基本电磁定律复习电机理论中常用的基本电磁定律小结小结