电机学课件--清华大学共88页文档
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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
02
03
04
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。
电机学课件
第0章 绪论
电能是现代社会的最主要能源，电能主要由发电机产生， 电能是现代社会的最主要能源，电能主要由发电机产生， 它主要实现以下四种能量的转换： 它主要实现以下四种能量的转换： 化石能转化为电能－火力发电机； 化石能转化为电能－火力发电机； 水能转化为电能－水力发电机； 水能转化为电能－水力发电机； 核能转化为电能－核力发电机； 核能转化为电能－核力发电机； 转化为电能 风能转化为电能－风力发电机。 风能转化为电能－风力发电机。
第0章 绪论
§0.3 电力拖动控制系统的组成
电力拖动控制系统是用电动机来拖动生产机械运行的系统。 电力拖动控制系统是用电动机来拖动生产机械运行的系统。 包括：电动机、电源、控制设备、传动机构和生产机械四个部分。 包括：电动机、电源、控制设备、传动机构和生产机械四个部分。 它们之间的关系如下 电源
控制设备
第0章 绪论
第0章 绪论
电动机： 电动机：
第0章 绪论
手机震动电动机
第0章 绪论
电动自行车所用的无刷直流电动机
第0章 绪论
4 电机是控制系统和智能化装置的重要元件（控制电机） 电机是控制系统和智能化装置的重要元件（控制电机）
作为控制系统中的执行元件、检测元件和解算元件。 作为控制系统中的执行元件、检测元件和解算元件。 如：伺服电机、测速发动机、自整角机和旋转变压器等。 伺服电机、测速发动机、自整角机和旋转变压器等。
第0章 绪论
§0.2 电机的分类
1 按结构形式及电磁感应方式分 变压器 电机 旋转电机 交流电机 同步电机 直流电机 异步电机
第0章 绪论
2 按功能分
(1) 发电机：把机械能转换成电能。 发电机：把机械能转换成电能。 (2) 电动机：把电能转换成机械能。 电动机：把电能转换成机械能。 (3) 变压器：改变电源电压。 变压器：改变电源电压。 (4) 控制电机：作为控制系统的控制元件或执行元件。 控制电机：作为控制系统的控制元件或执行元件。
电机学学习课件教学课件PPT直流电动机
Electrical Machinery
一、基本方程式
（1）电流方程 （2）电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路： U Ea Ia (Ra R )
励磁回路：
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
（1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
（2）机械特性的确定。特殊点（n0，0），（nN，TN)
（3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
n
可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线， 计及饱和， 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
Electrical Machinery
电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点： （1）理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同；
一、基本方程式
（1）电流方程 （2）电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路： U Ea Ia (Ra R )
励磁回路：
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
（1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
（2）机械特性的确定。特殊点（n0，0），（nN，TN)
（3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
n
可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线， 计及饱和， 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
Electrical Machinery
电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点： （1）理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同；
清华大学电机原理及拖动彭鸿才版课件
(4)端盖:附有轴承的端盖安装在机座上以支持电枢,它可以 保持电枢表面和极掌表面相隔一个气隙,使电枢可 以自由旋转.
(5)电刷装置:电刷是由石墨做成的导电块,将它套入刷握内, 用弹簧以一定压力将电刷压在换向器的表面 上.在电枢旋转时可以保持电刷固定不动.电刷 的作用是使电枢绕组和外电路接通,同时通过 换向器进行电流的换向.
(1)转轴和轴承:转子必须有转轴,以便电机 和生产机械 或原动机进行联接传递转矩和功率.中小型电机 一 般采用滚动轴承,大容量电机 ,采用支架式滑动轴承.
4.其他部分
(2).通风装置:作用是冷却电机.
为了说明方便,作下列规定: (1)N导体和S导体:在N极下的导体称为N导体;在S极下的 导体称为S导体. (2)符号 和符号 :导体中电势(电流)的方向进入纸面时用 表示;导体中电势(电流)的方向由纸面出来时用 表示.
(2)电枢绕组:电枢绕组是电机产生感应电势和电磁转矩以 实现机电能量转换的重要部件.绕组是由绝 缘的圆形或矩形铜线绕成,嵌放于电枢铁心 的槽中.必须采用层间绝缘和绕组与铁心槽避 之间的槽绝缘.
综上所述:线圈中的交变电势已变成刷间直流电压.通过换向器使电刷b1仅能接通S导体,而S导体的电势方向恒为 故电刷b1的极性恒为正;同理电刷b2的极性恒为负.
2.直流电动机的基本工作原理
通过换向器的作用，使与电源负极相接的电刷仅能接通S导体，故S导体中的电流方向恒为流出纸面，而与电源正极相接电刷仅能接通N导体，电流流入纸面。故电机恒逆转。
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⌒⌒⌒源自⌒⌒⌒⌒
(5)电刷装置:电刷是由石墨做成的导电块,将它套入刷握内, 用弹簧以一定压力将电刷压在换向器的表面 上.在电枢旋转时可以保持电刷固定不动.电刷 的作用是使电枢绕组和外电路接通,同时通过 换向器进行电流的换向.
(1)转轴和轴承:转子必须有转轴,以便电机 和生产机械 或原动机进行联接传递转矩和功率.中小型电机 一 般采用滚动轴承,大容量电机 ,采用支架式滑动轴承.
4.其他部分
(2).通风装置:作用是冷却电机.
为了说明方便,作下列规定: (1)N导体和S导体:在N极下的导体称为N导体;在S极下的 导体称为S导体. (2)符号 和符号 :导体中电势(电流)的方向进入纸面时用 表示;导体中电势(电流)的方向由纸面出来时用 表示.
(2)电枢绕组:电枢绕组是电机产生感应电势和电磁转矩以 实现机电能量转换的重要部件.绕组是由绝 缘的圆形或矩形铜线绕成,嵌放于电枢铁心 的槽中.必须采用层间绝缘和绕组与铁心槽避 之间的槽绝缘.
综上所述:线圈中的交变电势已变成刷间直流电压.通过换向器使电刷b1仅能接通S导体,而S导体的电势方向恒为 故电刷b1的极性恒为正;同理电刷b2的极性恒为负.
2.直流电动机的基本工作原理
通过换向器的作用，使与电源负极相接的电刷仅能接通S导体，故S导体中的电流方向恒为流出纸面，而与电源正极相接电刷仅能接通N导体，电流流入纸面。故电机恒逆转。
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⌒⌒⌒源自⌒⌒⌒⌒
电机学第1章1.ppt
3
2021/4/6
3、电机的发展
◇电机的发展:三个时期(1)直流电机形成(2)交流电机的
形成(3)电机理论、设计和制造工艺完善
▪ 电机的发展初期主要是直流电机的发展
▪ 电磁感应定律的发现——1831年法拉第电磁感应 定律
▪ 1833年后制成一台旋转磁机式直流发电机 ▪单相交流电的应用——远距离传输 ▪ 三相交流电的应用——解决电机启动问题
30
2021/4/6
感谢您的阅读收藏，谢谢！
2021/4/6
31
– 绝缘材料
27
2021/4/6
电路与磁路的类比
+ U
-
I R
+ F
-
Φ Rm
28
2021/4/6
概念思考
为什么说发电机和电动机的作用可以同时存在 于一台电机中，但又不能同时既是发电机又是 电动机
从能量传递，力的性质等方面考虑
29
2021/4/6
作业
1-1,1-4,1-8 (1-5，1-6)
4
2021/4/6
◇．电机的近代发展及趋势
▪ 单机容量不断增加——机组容量大时，单位容量的用料 （省）、损耗（小）、造价（低）
如汽轮发电机：
1900
5MVA
1956水内冷 208MVA
1920
25MVA 1960
320MVA
1937空气冷却 100MVA 目前
>1000MVA
氢气冷却 150MVA
9
2021/4/6
磁通连续性原理
由于磁感应线是闭合的，因此对任意封闭曲面 来说，进入该闭合曲面的磁感应线，一定等于 穿出该闭合曲面的磁感应线。如规定磁感应线 从曲面穿出为正，穿入为负，则通过任意封闭 曲面的磁通量总和必等于零
电机学课件--清华大学专业课课件-文档资料
第七章 直流电动机 单相异步电动机 步进电机
清华大学电机系电工学教研室 唐庆玉编
海南风光
第七章
电动机
§7.2 直流电动机 7.2.1 概述 7.2.2 工作原理 7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系 7.2.4 电磁转矩 7.2.5 机械特性 7.2.6 直流电动机的调速 7.2.7 直流电动机的使用和额定值 §7.3单相异步电动机 §7.4步进电机
他励电动机和并励电动机的特性一样。
Uf
M U 他励
U E I a Ra E K EΦn T KTΦI a
Ra U n T 2 K EΦ KT K EΦ
Ra U T 即： n n0 n 其中 n0 ，n 2 K EΦ KT K EΦ
Ra U T n n0 n 其中 n0 ，n 2 K EΦ KT K EΦ
E K En
KE：与电机结构有关的常数 ：磁通 n：电动机转速
单位： （韦伯），n（转/每分），E（伏）
二、 电枢绕组中电压的平衡关系
因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。 Ra + + U E I a Ra Ia M E U U：外加电压 Ra:绕组电阻 – –
以上两公式反映的概念： (1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想 改变E，只能改变 或 n。 E K En (2)若忽略绕组中的电阻Ra，则 U E K EΦn， 可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反 比，通过改变 可调速。
ห้องสมุดไป่ตู้ 7.2.4 电磁转矩
一、电磁转矩
T KTΦI a
KT：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关）
：线圈所处位置的磁通
清华大学电机系电工学教研室 唐庆玉编
海南风光
第七章
电动机
§7.2 直流电动机 7.2.1 概述 7.2.2 工作原理 7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系 7.2.4 电磁转矩 7.2.5 机械特性 7.2.6 直流电动机的调速 7.2.7 直流电动机的使用和额定值 §7.3单相异步电动机 §7.4步进电机
他励电动机和并励电动机的特性一样。
Uf
M U 他励
U E I a Ra E K EΦn T KTΦI a
Ra U n T 2 K EΦ KT K EΦ
Ra U T 即： n n0 n 其中 n0 ，n 2 K EΦ KT K EΦ
Ra U T n n0 n 其中 n0 ，n 2 K EΦ KT K EΦ
E K En
KE：与电机结构有关的常数 ：磁通 n：电动机转速
单位： （韦伯），n（转/每分），E（伏）
二、 电枢绕组中电压的平衡关系
因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。 Ra + + U E I a Ra Ia M E U U：外加电压 Ra:绕组电阻 – –
以上两公式反映的概念： (1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想 改变E，只能改变 或 n。 E K En (2)若忽略绕组中的电阻Ra，则 U E K EΦn， 可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反 比，通过改变 可调速。
ห้องสมุดไป่ตู้ 7.2.4 电磁转矩
一、电磁转矩
T KTΦI a
KT：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关）
：线圈所处位置的磁通
《电机学课件》PPT课件
• 难点：电磁关系，磁动势，旋转磁场。
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
• 参考书：汪国梁主编《电机学》
05.12.2020
.
12
《电机学》（二）课程简介
• 课程名称： 中文名称：电机学（二） • 英文名称：Electrical Machinery （Part 2） • 教学对象：电气工程类专业、本科 • 课程定位：《电机学》是本专业的一门主要技
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
•
Stephen J.Chapman, Electric Machinery
Fundamentals, McGRAW-HILL International
Editions
• 参考书：汪国梁主编《电机学》 返回
05.12.2020
.
15
变压器图片、图形、动画
变压器的空载运行 变压器运行特性 三绕组变压器 三绕组变压器向量图 变压器外特性 TR三次谐波磁通路径 YYN变压器组中性点浮动 三相变压器组铁芯磁通波形 相量图
变压器参数测定 变压器暂态运行 自耦变压器 互感器 对称分量合成 变压器并联运行 T形电路 三相变压器
05.12.2020
术基础课，定位为：
* 电气工程的基础 * 电力系统的核心
• 课程特点：课程特点是概念多、理论性强，与 工程联系密切。
05.12.2020
.
13
《电机学》（二）课程简介
主要内容：本课程主要讲述：同步电机的结构， 工作原理、运行等到方面的内容。具体为：
❖同步电机的基本理论与运行特性 ❖同步发电机在大电网上运行 ❖同步发电机不对称运行 ❖同步发电机的突然短路。
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
• 参考书：汪国梁主编《电机学》
05.12.2020
.
12
《电机学》（二）课程简介
• 课程名称： 中文名称：电机学（二） • 英文名称：Electrical Machinery （Part 2） • 教学对象：电气工程类专业、本科 • 课程定位：《电机学》是本专业的一门主要技
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
•
Stephen J.Chapman, Electric Machinery
Fundamentals, McGRAW-HILL International
Editions
• 参考书：汪国梁主编《电机学》 返回
05.12.2020
.
15
变压器图片、图形、动画
变压器的空载运行 变压器运行特性 三绕组变压器 三绕组变压器向量图 变压器外特性 TR三次谐波磁通路径 YYN变压器组中性点浮动 三相变压器组铁芯磁通波形 相量图
变压器参数测定 变压器暂态运行 自耦变压器 互感器 对称分量合成 变压器并联运行 T形电路 三相变压器
05.12.2020
术基础课，定位为：
* 电气工程的基础 * 电力系统的核心
• 课程特点：课程特点是概念多、理论性强，与 工程联系密切。
05.12.2020
.
13
《电机学》（二）课程简介
主要内容：本课程主要讲述：同步电机的结构， 工作原理、运行等到方面的内容。具体为：
❖同步电机的基本理论与运行特性 ❖同步发电机在大电网上运行 ❖同步发电机不对称运行 ❖同步发电机的突然短路。
电机学-绪论ppt课件
I1NIL
SN 82 .48 A 3*35
IphN IL8.248 A
I2N
SN 3U 2N
5002 07 .94 A 3 3*1.5 0
二次侧三角形连接中：
Ip2 hNIL 327 3 .943 15 .78A 3
.
3-2变压器一二次侧的电压电动势磁通方向如图（a）所示，一次
侧电压的波形如图（b）所示，试画出 e1,e2, ,u2 ，的 • •• • • 波形，并用相量图表示E1,E2,m,U1,U2 的关系（忽略喽阻抗 压降）
.
习题3-6：设 k 式的准确性：
N1 kN 2E1
为变压器的变比，试比较下列各
,kU1 ,kI2
E2
U2
I1
若某些是近似的，试说明其所忽略的因素和在什么条件 下方可使用？
解:第一个公式为准确的，第二、三个公 式为在不考虑漏磁抗压降（忽略励磁电 流）和绕组电阻的情况下成立。
.
3-9变压器的额定电压为220/110V,若不慎将低压侧接到220V的交流电源 上，试分析将产生什么样的后果？
.
解：
在忽略漏磁通抗压降的条件下，U• 1
•
E
1
•
并设U1Umsint()，则一次侧电动势
的波形与一次侧电压的波形相差一个负号（即上下颠倒）根据法拉第电磁感
应定律可知：
•
E1
N1
d dt
•
E 1 dt N1
1•
E 1 dt
N1
m sin(
t
) 2
即
•
1
比• E2
滞后90°，幅值为m
即F e木 所以铁心的自感系数较大。
木质材料的线圈自感系数不变，绕在闭合铁心上的 线圈自感系数是个变数，随铁磁材料的饱和而逐步 下降（此处默认线圈匝数，长短和横截面积不变）
电机学PPT课件-直流电动机
3
机电一体化设计
结合机械、电子、信息等多学科知识，进行直流 电动机的优化设计，实现高效、紧凑、可靠的设 计目标。
THANKS
感谢观看
电动车与新能源汽车
随着电动车和新能源汽车的普及，直流电动机作为动力源将得到 更广泛的应用。
智能家居与家电
直流电动机在智能家居和家电领域的应用将不断拓展，如智能吸 尘器、电动窗帘等。
直流电动机的创新研究
1 2
新材料与新工艺
研究新型材料和制造工艺，提高直流电动机的性 能和可靠性。
控制策略优化
研究先进的控制算法和策略，提高直流电动机的 响应速度和稳定性。
电机学ppt课件-直 流电动机
目录
• 直流电动机简介 • 直流电动机的特性 • 直流电动机的控制 • 直流电动机的常见故障与维护 • 直流电动机的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
直流电动机简介
直流电动机的基本结构
定子
固定部分，包括主磁极和换向器。
转子
旋转部分，由导电的电枢绕组和铁芯组成。
换向器
大。
转矩与磁通关系
02
在一定范围内，转矩与磁通成正比。但当磁通增加到一定程度
时，转矩增加趋缓。
转矩与转速关系
03
在一定转速范围内，转矩与转速成反比。转速越高，转矩越小
。
直流电动机的机械特性
机械特性方程
直流电动机的机械特性方 程表示了电动机的转速、 转矩和电源电压之间的关 系。
固有机械特性
固有机械特性是指在一定 励磁电流和电枢电压下的 机械特性。
当电机发生缺相故障时，自动切断电源，防 止电机因缺相而损坏。
04
CATALOGUE
清华大学交流电机暂态PPT第一章
——复杂电路Æ简单电路：等效纵、横轴阻尼绕组
（假设条件） （《电机学》）
——用等值电路来简化实际的复杂模型：变压器等
值电路、异步电机等值电路（正弦稳态电路）
——运算等值电路：含有算子ຫໍສະໝຸດ 阻尼绕组的简化电路d
q
d
笼形回路
假设
简化
1d和1q阻尼回路
等值电路
r1
x1
I 1
′ x2
I m
rm
r2′
′ I 2
磁导分析法
FΛ = Φ 对均匀磁路或磁路的微元：磁导
Φ Λ B= =F S S
→
EG = I
S Λ=μ l
G =σ
Fλ = B
•
μ0 隐极同步电机：气隙均匀，气隙长度δ恒定→ δ （常数） λδ =
1 λ = μ （导磁系数） l
S l
• 凸极同步电机：不同位置的气隙长度δ (x)不同
μ0 → λδ (x ) = δ (x )
交交变频同步电机系统的数学模型
•多回路模型
阻尼绕组：按原始的笼形回路列写方程
阻尼损耗
i1 i i3 i4 i5 i6
D 2 D D D D D
= = = = = =
i1 q + i 3 d i2 q + i2 d i 3 q + i1 i 3 q − i1 i2 q − i2 i1 q − i 3
K R
合K瞬间： iL (0+)= iL (0-)= i0 ——闭合回路磁链不能突变 合K后： diL + RiL = U sin(t + θ ) L
dt
iL , ∞ ( t ) =
iL ( t ) =
（假设条件） （《电机学》）
——用等值电路来简化实际的复杂模型：变压器等
值电路、异步电机等值电路（正弦稳态电路）
——运算等值电路：含有算子ຫໍສະໝຸດ 阻尼绕组的简化电路d
q
d
笼形回路
假设
简化
1d和1q阻尼回路
等值电路
r1
x1
I 1
′ x2
I m
rm
r2′
′ I 2
磁导分析法
FΛ = Φ 对均匀磁路或磁路的微元：磁导
Φ Λ B= =F S S
→
EG = I
S Λ=μ l
G =σ
Fλ = B
•
μ0 隐极同步电机：气隙均匀，气隙长度δ恒定→ δ （常数） λδ =
1 λ = μ （导磁系数） l
S l
• 凸极同步电机：不同位置的气隙长度δ (x)不同
μ0 → λδ (x ) = δ (x )
交交变频同步电机系统的数学模型
•多回路模型
阻尼绕组：按原始的笼形回路列写方程
阻尼损耗
i1 i i3 i4 i5 i6
D 2 D D D D D
= = = = = =
i1 q + i 3 d i2 q + i2 d i 3 q + i1 i 3 q − i1 i2 q − i2 i1 q − i 3
K R
合K瞬间： iL (0+)= iL (0-)= i0 ——闭合回路磁链不能突变 合K后： diL + RiL = U sin(t + θ ) L
dt
iL , ∞ ( t ) =
iL ( t ) =