电机学课件-清华大学

置。
02
伺服电机
伺服电机是一种将输入的电信号转换成旋转角度或线性位移的执行机构，
其工作原理是通过控制电机的输入电流或电压来控制电机的输出转矩和
转速，从而实现精确的位置控制和速度控制。
03
步进电机与伺服电机的比较
步进电机和伺服电机在应用上有所不同，步进电机适合于低精度、低成
本的应用场合，而伺服电机则适合于高精度、高可靠性的应用场合。
直流电机的分类
包括定子、转子、换向器等部分，其 中定子产生磁场，转子在磁场中旋转。
根据励磁方式的不同，可以分为永磁 式、电磁式和串励式直流电机。
工作原理
直流电机通过电流在磁场中受到的力 来产生旋转力矩，从而实现能量的转 换。
交流电机
交流电机的基本结构
包括定子、转子、轴承等部分，其中定子产生旋转磁场，转子在 磁场中旋转。
夹具等。
实验内容与方法
01
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直流电机实验
通过测量电机的转速、电流、 电压等参数，分析电机的机械
特性和电磁特性。
交流电机实验
通过观察电机的启动、运行和 制动过程，分析电机的稳态和
动态特性。
变压器实验
通过测量变压器的变比、空载 电流、负载损耗等参数，分析
变压器的性能。
创新实验
学生自主设计实验方案，进行 探索性实验，培养创新能力和
制动控制
通过施加制动转矩使电 机迅速停止转动，包括 能耗制动、反接制动和 回馈制动等。
电机的调速方法
直流电机调速
通过改变电枢电压或励磁电流 来实现调速，包括可控硅整流
调速和直流斩波调速。
交流电机调速
通过改变电源频率、电压幅值或 相位差来实现调速，包括变频调 速、变压调速和变相调速等。
步进电机调速
通过改变通电相序或通电状态 来实现步进电机的速度控制。
03 电机学中的电磁场理论
电磁场的基本概念
总结词
详细描述
理解电磁场的基本概念是学习电机学的基 础。
电磁场是由电场和磁场组成的统一体，是 电磁作用的媒介。电场由电荷产生，磁场 由电流产生。
总结词
详细描述
掌握电磁场的性质和特点对于理解电机的 工作原理至关重要。
电磁场具有能量、动量和惯性等性质，其 传播速度等于光速。在电机中，电磁场与 导电材料相互作用，产生电动力和电流。
现代电机学的研究涉及多个学科领域，如物理、材料科学、控制理论等， 推动了电机技术的不断创新和发展。
电机学的基本概念
电机是一种将电能转换为机械能的装置，通过磁 场和电流的作用实现能量的转换。
电机的基本组成部分包括定子和转子，定子产生 磁场，转子在磁场中旋转。
根据工作原理和应用的不同，电机可以分为直流 电机、交流电机、步进电机等多种类型。
电机学的应用领域
电机学在工业领域中应用广泛， 如电动机、发电机、变压器等， 是现代工业生产的重要支撑。
电机学在交通运输领域也有广 泛应用，如电动汽车、轨道交 通、航空航天等。
随着新能源和可再生能源的发 展，电机学在风能、太阳能等 领域的应用也越来越广泛。
02 电机类型与工作原理
直流电机
直流电机的基本结构
培养创新能力。
实验设备与器材
直流电机实验台
交流电机实验台
变压器实验台
用于进行直流电机实验， 包括电源控制、测速装 置和数据采集系统等。
用于进行交流电机实验， 包括变频器、测功机、
数据采集系统等。
用于进行变压器实验， 包括高低压电源、测温 装置和数据采集系统等。
其他辅助器材
如电流表、电压表、功 率计、兆欧表等测量仪 器，以及各种连接线和
04 电机的控制与调速
电机的启动与制动控制
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直接启动
直接将电源加在电机定 子绕组上，适用于小容 量电机。
降压启动
通过降低电机启动时的 端电压来限制启动电流， 常采用自耦变压器或星 形-三角形启动方式。
软启动
通过平滑地控制电机启 动过程，减小启动电流 对电网的冲击，常采用 晶闸管调压或变频器启 动。
05 电机学实验与实践
电机实验的目的与要求
掌握电机的基本原理
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通过实验，使学生深入理解电机的工作原理、电磁关系以及运
行特性。
提高实践能力
Байду номын сангаас02
实验是理论联系实际的重要环节，通过实验操作，提高学生的
动手能力和解决实际问题的能力。
培养创新思维
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在实验过程中，鼓励学生自主设计实验方案，发挥创新思维，
独立思考能力。
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电磁感应定律
总结词
理解电磁感应定律是电机学中的核心内容之一。
总结词
掌握电磁感应定律的应用对于分析电机性能和设 计至关重要。
详细描述
当导体在磁场中运动或磁场发生变化时，会在导 体中产生电动势或电流，这种现象称为电磁感应 。法拉第电磁感应定律和楞次定律是描述这一现 象的基本定律。
详细描述
通过电磁感应定律，可以推导出电机的电压、电 流、转矩等参数之间的关系，进而分析电机的性 能和设计。
伺服电机调速
通过改变输入信号的大小来控制 伺服电机的转速和方向，具有快
速响应和精确控制的特点。
电机控制系统的设计
系统组成
电机控制系统主要由控制器、驱动器、电机和传 感器等组成。
控制策略
根据应用需求选择合适的控制算法，如PID控制、 模糊控制和神经网络控制等。
系统集成
将各个组成部分有机地组合在一起，实现电机的 稳定、高效和安全运行。
电机学课件-清华大学
目录
• 电机学简介 • 电机类型与工作原理 • 电机学中的电磁场理论 • 电机的控制与调速 • 电机学实验与实践
01 电机学简介
电机学的发展历程
电机学的发展始于19世纪，随着工业革命的兴起，人们开始研究电机的原 理和应用。
20世纪初，随着电力工业的快速发展，电机学的研究和应用得到了广泛关 注。
磁场能量与磁路定律
总结词
理解磁场能量与磁路定律是电机学中的重要概念。
总结词
掌握磁场能量与磁路定律的应用对于优化电机性能和设计 具有重要意义。
详细描述
磁场能量是指磁场中储存的能量，与磁感应强度和磁通量 相关。磁路定律是描述磁场能量传递和转化的规律，与电 路定律类似。
详细描述
通过合理利用磁场能量和磁路定律，可以优化电机的设计 ，提高其效率、功率密度和可靠性。同时，也可以为新型 电机的研发提供理论支持。
工作原理
交流电机通过交流电在定子中产生旋转磁场，与转子中的电流相互 作用，产生旋转力矩，从而实现能量的转换。
交流电机的分类
根据用途和结构的不同，可以分为异步电机、同步电机、单相电机 和三相电机等。
步进电机与伺服电机
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步进电机
步进电机是一种将脉冲信号转换成旋转角度或线性位移的执行机构，其
工作原理是通过按一定顺序通电或断电来控制步进电机的转动角度或位