1顾绳谷电机及其拖动基础-第一章ppt讲义
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电机与电力拖动基础教程第1章
f = BlI
注：电磁力方向由左手定则决定
第1章 章
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1.1.3 磁路及磁路欧姆定律 1、电机中的典型磁路 单相变压器
i1
输入电能
N1 N2
输出电能
i2
电能 磁 场
第1章 章
电能
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旋转电机
电能
磁 场
机械能
磁路: 被约束在限定的铁芯范围内的磁通所走的路径。 磁路: 被约束在限定的铁芯范围内的磁通所走的路径。
电机原理与拖动基础
主讲人：包 蕾 主讲人：
宁波工程学院
下 页
第1章 磁路及动力学基础知识 章
1.1 1.2 1.3 磁路和磁路基本定律 铁磁材料及其特性 电力拖动系统的动力学基础
第1章 章
下 页
本章重点
磁路的基本定律 铁磁材料的特性 电力拖动系统的运动方程式 电力拖动系统稳定运行的条件
第1章 章
电流方向和磁场强度的方向 符合右手定则，电流取正 符合右手定则，电流取正； 右手定则 否则取 否则取负。
I2 I1
I3
H
L
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∫
L
Hdl = I1 − I 2 + I 3
第1章 章
在无分支的均匀磁路（ 在无分支的均匀磁路（磁 路的材料和截面积相同， 路的材料和截面积相同，各 处的磁场强度相等） 处的磁场强度相等）中，如 环形线圈， 环形线圈，安培环路定律可 写成： 写成：
B
磁路欧姆定律
相应的模拟电路图
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磁路欧姆定律：在无分支的磁路中， 磁路欧姆定律：在无分支的磁路中，磁通Φ与磁动势F大小
注意
电机与拖动第一章课件解析
第1章直流电机要点提示：1.直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一。
2.直流电机由两大部分组成：定子和转子。
3.掌握直流电机的工作原理。
4.掌握直流电动机的工作特性：转速特性、转矩特性、效率特性5.掌握直流电机定子绕组的励磁方式有：他励、并励、串励、复励。
6.理解电枢绕组中一个元件经过电刷从一个支路转换到另一个支路的过程称为换向。
7.直流电机的感应电动势：电枢绕组中的感应电动势，即正负电刷之间的感应电动势。
1.1 直流电机的基本工作原理与结构电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。
按工作电源种类可分为直流电机和交流电机。
直流电机按能量转换的方向可分为直流电动机和直流发电机。
在电机发展的历史上，直流电机的发明较早，它的电源是电池，后来才出现了交流电机。
直流电机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力，比较容易控制。
常用于调速要求较高的生产机械上，如轧钢机，矿井提升设备，大型起重机，电力机车，挖掘机械和纺织机械等；同时直流发电机可用来作为直流电机以及交流电机的励磁直流电源。
直流电机的换向问题，限制了直流电机的极限容量，又增加了维护的工作量。
随着近年来电力电子技术的发展，在很多领域内，直流电机有逐步被交流电机取代的趋势。
但在某些要求调速范围大、调速性高、精密度好、控制性能优异的场合，直流电机的应用目前仍占有较大的比重。
1.1.1 直流电机的结构任何电机都包括三大部分：定子、转子和气隙。
同一般类型电机一样，直流电动机和直流发电机在主要结构上基本相同，都由定子、转子和气隙三部分组成。
如图1.1.1所示。
直流电动机主要由定子、转子、电刷装置、换向极、端盖、轴承、通风冷却系统等部件组成。
1.定子定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置和端盖等组成，其剖面结构如图1.1.2所示其主要作用是产生主磁场和作为电机的机械支架。
1）主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。
主磁极由铁心和励磁绕组两部分组成，通过螺钉固定。
电机及拖动基础优秀PPT完整PPT
电机及拖动基础
iax I m
转子绕组作“两并一串”联接， 并且通入直流后所建立的磁动 势和磁场的基波分布图
iby
1 2
Im
icz
1 2
Im
绕线转子异步电动机的转子绕组通入直流电流 后，就成为一个电磁铁。
不论旋转磁极与电磁铁在起始时的相对位置如 何，结果总是旋转磁极的N极和S极分别与电磁铁 的S极和N极相吸。旋转磁极以同步转速旋转，则 必然拉着电磁铁也以同步转速旋转。这时异步电 动机就作同步运行。
恒功率、变励磁、不 计凸极效应时同步电 动机的电动势相量图
（二）转速特性及起动步骤
无平均电磁 转矩的情况
(s)t0
Te(t)
m UE0
Xds
sins
t
0
m U2
2s
1 Xq
1 Xd
sin2s
t
0
T
平均电磁转矩 Teav 0 Te(t)dt 0
第二节 无换向器电动机——自控式同步电动机 一、分类
串并联式
涡轮式
永磁同步电动机的转子结构图
2、磁路与参数问题 永磁体为横向结构的永磁同步电动机磁路示意图
3、起动问题
永磁同步电动机起动特性
1——异步转矩 2——发电机制动转矩 3——磁阻转矩 4——合成转矩
三、步进电动机
三相反应式步进电动机示意图
位置一
位置二
位置三
三相反应式步进电动 机的典型结构示意图
有最大电 磁转矩
无电磁转矩
有最大电 磁转矩
三、特点
1、维护简便 2、调速范围宽 3、控制方便 4、电动机能够使用于条件较恶劣的场合 5、快速性好
第三节 其他同步电动机
一、磁阻同步电动机
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转子绕组作“两并一串”联接， 并且通入直流后所建立的磁动 势和磁场的基波分布图
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1 2
Im
icz
1 2
Im
绕线转子异步电动机的转子绕组通入直流电流 后，就成为一个电磁铁。
不论旋转磁极与电磁铁在起始时的相对位置如 何，结果总是旋转磁极的N极和S极分别与电磁铁 的S极和N极相吸。旋转磁极以同步转速旋转，则 必然拉着电磁铁也以同步转速旋转。这时异步电 动机就作同步运行。
恒功率、变励磁、不 计凸极效应时同步电 动机的电动势相量图
（二）转速特性及起动步骤
无平均电磁 转矩的情况
(s)t0
Te(t)
m UE0
Xds
sins
t
0
m U2
2s
1 Xq
1 Xd
sin2s
t
0
T
平均电磁转矩 Teav 0 Te(t)dt 0
第二节 无换向器电动机——自控式同步电动机 一、分类
串并联式
涡轮式
永磁同步电动机的转子结构图
2、磁路与参数问题 永磁体为横向结构的永磁同步电动机磁路示意图
3、起动问题
永磁同步电动机起动特性
1——异步转矩 2——发电机制动转矩 3——磁阻转矩 4——合成转矩
三、步进电动机
三相反应式步进电动机示意图
位置一
位置二
位置三
三相反应式步进电动 机的典型结构示意图
有最大电 磁转矩
无电磁转矩
有最大电 磁转矩
三、特点
1、维护简便 2、调速范围宽 3、控制方便 4、电动机能够使用于条件较恶劣的场合 5、快速性好
第三节 其他同步电动机
一、磁阻同步电动机
顾绳谷电机及拖动基础第四版课件完整
对交流电机的各个组成部分进行了详细的描述，如定子、转子等 。
交流电机的控制
讨论了交流电机的启动、调速和制动的方法和控制策略。
同步电机
同步电机的基本原理
解释了同步电机的工作原理，包括磁场、电流和电压的同步关系 。
同步电机的结构
对同步电机的各个组成部分进行了详细的描述，如定子、转子、励 磁系统等。
同步电机的应用
介绍了同步电机在电力系统、工业驱动和风力发电等领域的应用。
异步电机
异步电机的基本原理
解释了异步电机的工作原理，包括磁场、电流和转矩的变 化。
异步电机的结构
对异步电机的各个组成部分进行了详细的描述，如定子、 转子、绕组等。
异步电机的控制
讨论了异步电机的启动、调速和制动的方法和控制策略。
03
电力拖动基础
测速发电机广泛应用于各种工业自动化 设备、发动机控制系统等领域，是实现 高精度转速测量和控制的关键设备之一
。
自整角机
自整角机是一种将输入的电信号转换为机械旋转角度的装置，常用于角度位置的测量和控制 。
自整角机通常采用三相交流电机作为驱动元件，通过控制电机的相位和电压来调节电机的旋 转角度，并将旋转角度转换为电信号输出。
交流电动机的启动
通过使用启动设备和控制技术来实现流电动机 的启动。
交流电动机的调速
通过改变电源频率、改变转差率或改变磁极对数 来实现交流电动机的调速。
交流电动机的制动
通过使用制动设备和控制技术来实现交流电动机 的制动。
电力拖动系统的稳定性
01
电力拖动系统的稳定性概念
指系统在受到扰动后，能够恢复到原来的平衡状态或达到新的平衡状态
控制电机在工业自动化、机器人、数 控机床等领域应用广泛，是实现高精 度、高效率、高可靠性运动控制的关 键设备之一。
交流电机的控制
讨论了交流电机的启动、调速和制动的方法和控制策略。
同步电机
同步电机的基本原理
解释了同步电机的工作原理，包括磁场、电流和电压的同步关系 。
同步电机的结构
对同步电机的各个组成部分进行了详细的描述，如定子、转子、励 磁系统等。
同步电机的应用
介绍了同步电机在电力系统、工业驱动和风力发电等领域的应用。
异步电机
异步电机的基本原理
解释了异步电机的工作原理，包括磁场、电流和转矩的变 化。
异步电机的结构
对异步电机的各个组成部分进行了详细的描述，如定子、 转子、绕组等。
异步电机的控制
讨论了异步电机的启动、调速和制动的方法和控制策略。
03
电力拖动基础
测速发电机广泛应用于各种工业自动化 设备、发动机控制系统等领域，是实现 高精度转速测量和控制的关键设备之一
。
自整角机
自整角机是一种将输入的电信号转换为机械旋转角度的装置，常用于角度位置的测量和控制 。
自整角机通常采用三相交流电机作为驱动元件，通过控制电机的相位和电压来调节电机的旋 转角度，并将旋转角度转换为电信号输出。
交流电动机的启动
通过使用启动设备和控制技术来实现流电动机 的启动。
交流电动机的调速
通过改变电源频率、改变转差率或改变磁极对数 来实现交流电动机的调速。
交流电动机的制动
通过使用制动设备和控制技术来实现交流电动机 的制动。
电力拖动系统的稳定性
01
电力拖动系统的稳定性概念
指系统在受到扰动后，能够恢复到原来的平衡状态或达到新的平衡状态
控制电机在工业自动化、机器人、数 控机床等领域应用广泛，是实现高精 度、高效率、高可靠性运动控制的关 键设备之一。
电机及拖动基础-顾绳谷(第四版)课件
05 电机拖动系统的稳定性与 控制性能
电机拖动系统的稳定性分析
稳定性定义
电机拖动系统在受到扰动 后能够恢复到原始平衡状 态的能力。
稳定性判据
根据系统动态方程的极点 位置判断稳定性，极点位 于复平面的左半部分则系 统稳定。
稳定性分析方法
时域分析法、频域分析法、 根轨迹法等。
电机拖动系统的控制性能
04 交流电机及拖动系统
交流电机的原理与结构
交流电机的原理
交流电机是利用电磁感应原理，将交流电能转换为机械能的电机。根据工作原 理的不同，交流电机可分为异步电机和同步电机两大类。
交流电机的结构
交流电机的结构主要包括定子和转子两部分。定子主要由铁芯和绕组组成，用 于产生磁场；转子主要由铁芯和转子绕组组成，用于产生感应电动势和电流。
电机及拖动系统的故障诊断技术
观察法Leabharlann 01通过观察电机的外观、听电机的声音、摸电机的温度等方式，
初步判断电机是否存在故障。
仪表检测法
02
使用各种检测仪器和工具，如万用表、示波器等，对电机的电
气参数进行检测，以确定故障的具体原因。
故障树分析法
03
通过建立故障树模型，对可能引起故障的各种因素进行分析和
排查，定位故障原因。
交流电机的运行特性
交流电机的运行特性主要包括电磁转矩、转速、功率等。这些特性与电机的工作 电压、电流、频率等因素有关，可以通过实验和计算得到。
交流电机的电磁转矩是电机旋转的驱动力，其大小与电流、磁通量等因素有关。 转速与电机的工作电压、电流、磁通量等因素有关，可以通过调节这些参数来改 变转速。
交流电机的控制与调速
06 电机及拖动系统的维护与 故障诊断
电机及拖动基础 第一章 磁路PPT课件
• 包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备 和电源五个部分，如下图示。
电源
控制设备
电动机
传动机构
生产机械
• ③电力拖动系统的发展（自学） • A.成组拖动 • 最初，电动机通过天轴实现拖动生产机械； • B.单电动机拖动系统 • 在20世纪30年代，采用一个生产机械用单
独的电动机拖动；
• C.多电动机拖动系统
①磁路的基尔霍夫电流定律
1230 或
0
②磁路的基尔霍夫电压定律
3
Ni Hklk k1 H1l1 H2l2 H 1Rm1 2Rm2 Rm
磁路和电路的类比
磁路
磁动势 F=ΦRm 物 磁通量Φ 理 磁阻Rm=l/(μ A) 量 磁导Λ =1/ Rm
磁导率μ 欧姆定律Φ=F/Rm 基本 基尔霍夫第一定律ΣΦ=0 定律 基尔霍夫第二定律
• 三、磁路的基本定律（自学）
• 1、安培环路定律
①定义：沿任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积 分等于该闭合回线所包围的电流的代数和
②公式表达：LHdl i
注：如果在均匀磁场中，沿 着回线 L 磁场强度H 处处相 等，则 HL=Ni
磁动势
• 2、磁路的欧姆定律
• ①定义：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
• 1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段；
• 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Ak ，Bk=Φk/Ak； • 4）根据Bk求出对应的Hk； • 5）计算各段磁位降Hklk，最后求出 F=∑Hklk。 • 2、磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路
• 采用一个工作机构用一台电动机拖动，一 个生产机械具有多个工作机构，故成为多 电动机拖动一个生产机械。
电源
控制设备
电动机
传动机构
生产机械
• ③电力拖动系统的发展（自学） • A.成组拖动 • 最初，电动机通过天轴实现拖动生产机械； • B.单电动机拖动系统 • 在20世纪30年代，采用一个生产机械用单
独的电动机拖动；
• C.多电动机拖动系统
①磁路的基尔霍夫电流定律
1230 或
0
②磁路的基尔霍夫电压定律
3
Ni Hklk k1 H1l1 H2l2 H 1Rm1 2Rm2 Rm
磁路和电路的类比
磁路
磁动势 F=ΦRm 物 磁通量Φ 理 磁阻Rm=l/(μ A) 量 磁导Λ =1/ Rm
磁导率μ 欧姆定律Φ=F/Rm 基本 基尔霍夫第一定律ΣΦ=0 定律 基尔霍夫第二定律
• 三、磁路的基本定律（自学）
• 1、安培环路定律
①定义：沿任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积 分等于该闭合回线所包围的电流的代数和
②公式表达：LHdl i
注：如果在均匀磁场中，沿 着回线 L 磁场强度H 处处相 等，则 HL=Ni
磁动势
• 2、磁路的欧姆定律
• ①定义：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
• 1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段；
• 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Ak ，Bk=Φk/Ak； • 4）根据Bk求出对应的Hk； • 5）计算各段磁位降Hklk，最后求出 F=∑Hklk。 • 2、磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路
• 采用一个工作机构用一台电动机拖动，一 个生产机械具有多个工作机构，故成为多 电动机拖动一个生产机械。
电机拖动基础课件
电流元受电磁力的大小及方向由安培定律来描述，为 df = idl × B
式中dl为线元；i 为电流元，方向同电流的方向；B 为电流元所在处的磁感
应强度；df为磁i 场对电流元的作用力。
在均匀磁场中，若载流直导线与方向垂直、长度为、流过的电流
为，载流导线所受的力为，则
f = Bli
（1.6）
B的方向由左手定则来判定，即把左手伸开，大拇指与其他四指垂直，
同步电机中得到一定的应用。 旋转磁极式——主磁极装设在转子上，电枢装设在定子上。对于高压、大容量
的同步电机，通常采用旋转磁极式结构。由于励磁部分的容量和电压常较 电枢小得多，电刷和集电环的负载就大为减轻，工作条件得以改善。目 前，旋转磁极式结构已成为中、大型同步电机的基本结构型式。
3
第十章 同步电动机
66
第一章 绪论
1.３ 电机理论常用基本电磁量和所遵循 的基本电磁定律
由于电机是利用电磁感应和电磁力原理来进行能量传递和转 换，因此有必要先复习在先修课中讲过的几个常用基本电磁量 和电磁定律。
77
第一章 绪论
1.3.1 磁感应强度B
描述磁场强弱及方向的物理量是磁感应强度B，往往采用磁力 线来形象地描绘磁场，磁力线可以看成是无头无尾的闭合曲 线。磁感应强度与产生它的电流之间的关系用毕奥-萨伐尔定律 描述，磁力线方向与产生该磁场的电流的方向满足右手螺旋关 系。
铁磁材料在交变磁场作用下的反复磁化过程中，磁畴会不停转动， 相互之间会不断摩擦，因而就要消耗一定的能量，产生功率损耗。这种 损耗称为磁滞损耗。磁滞损耗与磁滞回线的面积、电流频率和铁心体积 成正比。
铁磁材料在交变磁场将有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产 生，简称涡流。涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗称为涡流 损耗。涡流损耗与磁场交变频率、厚度和最大磁感应强度的平方成正 比，与材料的电阻率成反比。由此可见，要减少涡流损耗，首先应减小 厚度，其次是增加涡流回路中的电阻。电工钢片中加入适量的硅，制成 硅钢片，显著提高电阻率。
电机与电力拖动基础 (全)PPT教学课件
1
If —— 激磁绕组中的激磁电流； Rm —— 该段的磁组； Ф—— 磁通量
Φ
说明:当I较小时磁路的磁阻为气隙
2
磁阻且为常数,故If与Φ是线性的 If较大时铁心饱和,磁阻加大Φ增
加变慢If与Φ为非线性关系. 电机的饱和程度对电机的性能有很
0
大的影响.
If
二、主磁极磁势产生的气隙磁密在空间的分布
气隙磁密的概念：
本课程的性质、任务及学习方法
1、性质：在工业电气自动化专业中，《电机原 理及拖动》是一门十分重要的专业基础课或称 技术基础课。
2、任务：我们所从事的专业决定了我们是从使 用的角度来研究电机的。因此，我们着重分析 各种电机的工作原理和运行特性，而对电机设 计和制造工艺涉及得不多。但对电机的结构还 要有一定深度的了解。
1.静止部分 (1)主磁极:由极身和极掌组成,固定在磁轭
(机座)上.在磁极上套入激磁绕
组(线圈).主磁极总是偶数,且N
磁轭
极和S极相间出现.极掌对激磁
极掌极身
线圈 绕组起支撑作用,且使磁通在气
隙中有较好的分布波形.
(2)换向极:它位于相邻两主磁极之间,构造与主磁极相似,其 作用是为了消除在运行过程中换向器产生的火花.
自锁电路目录?第一章直流电机原理?第二章电力拖劢系统的劢力学基础?第三章直流电劢机的电力拖劢?第四章发压器?第五章三相异步电劢机原理?第六章三相异步电劢机的电力拖劢?第七章同步电劢机?第八章控制电机?第九章电力拖劢系统中电劢机的选择3学习方法
电机及拖动基础
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。
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