电机与电力拖动基础
电机与拖动基础课件
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寿命：电机的预期使用寿命
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环境适应性：电机对环境的适应能力
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安全性：电机的安全性能
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可靠性：电机的可靠性指标
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维护性：电机的维护性能
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经济性：电机的经济性能指标
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环保性：电机的环保性能指标
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智能化：电机的智能化程度
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模块化：电机的模块化程度
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标准化：电机的标准化程度
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系列化：电机的系列化程度
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通用性：电机的通用性指标
应用：广泛应用于各种工业设备和家用电器中
电动机： 广泛应用 于各种机 械设备如 电动工具、 家用电器 等
发电机： 用于发电 如风力发 电、水力 发电等
电动机： 用于驱动 各种交通 工具如电 动汽车、 电动自行 车等
电动机： 用于驱动 各种工业 设备如机 床、起重 机等
电动机： 用于驱动 各种家用 电器如电 冰箱、洗 衣机等
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目录
01.
02.
03.
04.
05.
06.
电机与拖动基础课件概述
课程目标：掌握电机与拖 动的基础知识
课程内容：包括电机原理、 拖动系统、控制技术等
教学方法：理论与实践相 结合注重实践操作
课程评价：通过考试和实 践操作进行评价
课程应用：应用于电气工 程、自动化等领域
电机与拖动专业的 学生
电机与拖动领域的 工程师
电机与拖动技术的 研究人员
对电机与拖动技术 感兴趣的人士
电机与拖动 基础概述
电机的分类 及特点
拖动系统的 组成及工作 原理
电机与拖动 系统的控制 方法
电机与拖动 系统的应用 实例
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
电机与电力拖动基础课程设计知识分享
一、设计题目：提升机主电路的设计：图1—提升机电力拖动系统原理图图2—提升机电力拖动系统速度图1.加速阶段t1:以最大加速度加速，速度由0增加到v1，当v=v1时，电机工作在固有特性上。
2.等速阶段t2:以v1速度匀速运行。
3.调速阶段t3:以v2速度匀速运行，v2 =0.7v1。
4.减速阶段t4:以最大减加速度减速，速度由v2减小0。
二、课程设计的目的将损坏拖动系统的传动机构。
图3他励直流电动机直接启动接线图2）降低电源电压启动:将励磁绕组接通电源，并将励磁电流调到额定值，然后从低向高调节电枢回路电压的启动方法称为降低电源电压启动；要限制启动电流，首先考虑的是降低电动机输入电压，在直流电动机启动瞬问，给电动机加上较低的电压，以后随着电动机转速的升高，逐步增加直流电压的数值，直到电动机启动完毕，加在电动机上的电压即是电动机的额定电压特点：缩短启动时间，启动过程中能量损耗小，启动平稳，便于实现自动化。
需要一套可调的直流电源启动设备，增加初投资。
用减压启动的方法启动并励电动机时必须注意：启动时必须加上额定的励磁电压，使磁通一开始就有额定值，否则电动机的启动电流虽然比较大，但启动转矩较小，电动机仍无法启动。
图4降低电源电压启动接线图3）电枢回路串电阻启动：电枢回路中串接启动电阻以限制启动电流的启动方法称为电枢回路串电阻启动。
电枢回路串电阻启动即启动时在电枢回路串入电阻，以减小启动电流I,电动机启动后，再逐渐切除电阻，s以保证足够的启动转矩。
在分级启动过程中，若忽略电枢回路电感，并合理的选择每次切除的电阻值就能做到每切除一段启动电阻，电枢电流就瞬间增大到最大启动电流1I 。
此后，随着转速上升，电枢电流逐渐下降。
每当电枢电流下降到某以数值2I 时就切除一段电阻，电枢电流就又突增到最大电流1I 。
这样，在启动过程就可以把电枢电流限制在1I 和2I 之间。
2I 称为切换电流。
启动电阻分段数目越少，启动过程中电流变化范围大，转矩脉动大，加速不均匀，而且平均启动转矩小，启动时间长。
电机及拖动基础知识点试题及试卷总复习
电机与拖动基础总复习第一章电机的基本原理1．按电机供电电源的不同，可以分为直流电机和交流电机两大类。
2．把穿过某一截面S 的磁力线根数被称为磁通量 。
在均匀磁场中，把单位面积内的磁通量称为磁通密度B。
3．非导磁材料，比如：铜、橡胶和空气等，具有与真空相近的导磁率，因此在这些材料中，磁场强度H与磁通密度B的关系是线性的。
在导磁材料中，磁场强度H与磁通密度B的关系不是线性的。
☆4．磁通与电压之间存在如下关系：1）如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势；☆2）感应电动势的大小与磁通的变化率成正比。
5．电机作为一种机电能量转换装置能够将电能转换为机械能，也能将机械能转换为电能。
由于机械系统和电气系统是两种不同的系统，其能量转换必须有一个中间媒介，这个任务就是由气隙构成的耦合磁场来完成的。
☆6铁心中的磁滞损耗和涡流损耗之和为铁心损耗。
☆第二章电力拖动系统动力学基础1．电力拖动系统一般由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源组成，通常又把传动机构和工作机构称为电动机的机械负载。
☆2由电动机的电磁转矩T e 与生产机械的负载转矩T L 的关系： 1）当T e = T L 时， d n /d t = 0，表示电动机以恒定转速旋转或静止不动，电力拖动系统的这种运动状态被称为静态或稳态； 2）若T e ＞T L 时， d n /d t ＞0，系统处于加速状态； 3）若T e ＜T L 时， d n /d t ＜0，系统处于减速状态。
也就是一旦 d n /d t ≠ 0 ，则转速将发生变化，我们把这种运动状态称为动态或过渡状态。
☆3．生产机械的负载转矩特性：☆4．拖动系统稳定运行的充分必要条件: T e =T L 且5 电动机工作在电动状态飞轮矩的折算☆第三章 直流电机原理1．直流电动机主要由定子、转子、电刷装置、端盖、轴承、通风冷却系统等部件组成。
定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置等组dndT dn dT L e <cL LL c LL ηωηj T T T '='=成。
电机与电力拖动基础(全)
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。
电源之间没有负载而是直接接通叫做短路。短路是绝对不允 许的，这样会导致用电器及电源的损坏。
自锁电路
目录
❖第一章 直流电机原理 ❖第二章 电力拖动系统的动力学基础 ❖第三章 直流电动机的电力拖动 ❖第四章 变压器 ❖第五章 三相异步电动机原理 ❖第六章 三相异步电动机的电力拖动 ❖第七章 同步电动机 ❖第八章 控制电机 ❖第九章 电力拖动系统中电动机的选择
何中性线处的导体上. 2.绕组只画一层,都在电枢表面上. 3.电流方向以电刷为分界线. 4.电枢磁场以电刷为极轴线,电刷 处磁势最强,主磁极的极轴线处
⊕⊙⊕⊙⊕⊙S⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕N⊙⊕⊕⊙⊙
电枢磁势为零.电枢磁势与主磁极
磁势正交,称交轴电枢磁势 .
把电枢圆周从电刷处切开展成 直线并以主磁极轴线与电枢表面 的交点为空间坐标的起点,这点的 电枢磁动势为零. 电枢磁动势沿空间的分布: 电枢线负荷--- 电枢圆周表面单位
3、学习方法：要注意它既有基础理论的学习，又有结 合工程实际综合应用的性质。要逐渐地培养学员的工程观
点，掌握工程问题的处理方法。
第一章 直流电机原理
1.1 直流电机的用途、结构及工作原理
一、直流电机的用途
1.直流电动机的用途:在工业生产中,利用电动机的 轴上转矩拖动生产机械,对产品进行加工.
2.直流发电机的用途:作为电源设备 二、直流电机的结构
（2）极距：它是相邻两主磁极极轴线之间的距离，在相邻 主磁极之间，与上述距离大小相等的距离，也叫极距。
N 极轴线 N
电机与拖动基础试题及答案
第二部分 直流电动机的电力拖动一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。
（U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem2、直流电动机的起动方法有____ ___。
（降压起动、电枢回路串电阻起动）3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。
（2）4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。
（理想空载转速）5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。
（降压或电枢回路串电阻；弱磁）1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。
（ ）（F ）2、直流电动机串多级电阻起动。
在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。
（ ） （T ）3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。
（ ） （T ）4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。
（ ） （F ）5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。
（ ） （T ）三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2）（1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。
2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3）（1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。
3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。
4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。
绪论-《电机与拖动基础》
3.电磁力定律：
载流导体在磁场中要受到力的作用，方向 用左手定则判定。
f=Bil 在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力 将使转子受到一个力矩，我们称之为电磁转矩。 电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。
0.5电机中所用的主要材料：
已经知道电机是进行机电能量转换或信号转换的机 械电磁装置，由此，电机中所用的材料无外乎： 1）导电材料：构成电机中的电路系统，为了减少损 耗，要求材料的电阻率小，常用的有紫铜和铝。 2）导磁材料：构成电机中的磁路系统，要求材料具 有较高的导磁率和较底的铁耗系数，常用硅钢片、 钢板和铸钢。 3）绝缘材料：作为带电体之间及带电体与铁心间的电 气隔离，要求耐热好，介电性能高。
磁路的材料不同，其导磁性能也不同。
铁磁材料的特点：
（1）磁导率随着外加磁场的变化而发生相应的变化， 存在磁饱和现象。 （2）在交变磁场的作用下，存在磁滞和涡流现象， 在铁磁物质内产生能量损耗，即铁耗。
绪论
0.1 电机及电力拖动系统概述
电机是利用电磁感应原理工作的机械。 电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有发电机、 电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分， 有变压器和旋转电机。
两种方法归纳如下：
电机
变压器 直流电机
交流电机
控制电机
直流发电机
直流电动机 同步电机
同步发电机 同步电动机
e d N d
dt
dt
分类：根据原因的不同，感应电动势可分为以 下 两类： 1）切割（运动）电动势：指线圈不动，跨接在线 圈上的导体运动，使得穿过线圈的磁通随着时间 的变化而变化。此时的e叫做切割电动势e=Blv,方 向由右手定则判定。
电机与拖动基础考点总结
考点总结第四章e T L T —生产机械的阻转矩 n —转速(r/min)】第五章一、直流电机的励磁方式：III f I I f1图5-15直流电机的励磁方式a) 他励式 b) 并励式 b) 串励式 b) 复励式a)b)c)d)按励磁绕组的供电方式不同，直流电机分4种：○1他励直流电机 ○2并励直流电机 ○3串励直流电机 ○4复励直流电机 二、基础公式 1. 额定功率N PN P （N T 为额定输出转矩，N n 为额定转速） 直流发电机中，N P 是指输出的电功率的额定值：N N N I U P ⋅=2. 电枢电动势a E直流电机的电动势：n C E e a ⋅Φ⋅=（单位 V ） e C 为电动势常数aZn C P e 60⋅=（P n —磁极对数，Z —电枢总有效边数，a —支路对数）3. 电磁转矩e T直流电机的电磁转矩：a T e I C T ⋅Φ⋅= （单位m N ⋅） T C 为转矩常数aZn C P T ⋅⋅=π2 （P n —磁极对数，Z —电枢总有效边数，a —支路对数）4. 常数关系式由于55.9260≈=πe T C C 故 e T C C ⋅=55.9三、直流电机(一) 分类：直流电动机和直流发电机。
直流电动机：直流电能→→机械能 直流发电机：机械能→→直流电能(二) 直流电动机(考点：他励直流电动机【如下图】)I 图5-18直流电动机物理量的正方向与等效电路a) 物理量的参考正方向 b) 等效电路a)b)1. 电压方程：励磁回路：f f f I R U =电枢回路：a a a a I R E U += (特点：a a E U >) (a R ——包括电枢绕组和电刷压降的等效电阻 a E ——直流电机感应电动势)其中 ΦnC E e a =2. 转矩方程：0L e T T T +=3. 功率方程：○1输入电功率→电磁功率 输入电功率1P =励磁回路输入电功率f P +电枢回路输入电功率a P(注意：一般题目没有给出励磁信息，那么输入电功率=电枢回路输入电功率)电枢回路输入电功率a P =电磁功率em P +铜耗功率Cua p ∆ 励磁回路输入的电功率：2f f f f f I R I U P ==电枢回路输入的电功率：()Cua em 2a a a a a a a a a a a p P I R I E I I R E I U P ∆+=+=+== (2a a Cua I R p =∆——电枢回路的铜耗 a a em I E P =——电机的电磁功率)且有ωωωe a p a p a p a a π2π2606060T ΦI aZn ΦI a Z n ΦnI Z n I E ==⋅== 即ωe a a T I E =（原本基础公式为a e ΦI C T T =）而由上式可得电动机电磁转矩的另一种计算公式：n Pn P P T em em eme 55.960π2===ω 故n PT em e 55.9=（em P 的取值单位为w 才适用）nP T eme 9550=（em P 的取值单位为kW 才适用） ○2电磁功率→输出机械功率 电磁功率=机械功率=机械空载功率(损耗)+机械负载功率(输出功率)由于0L e T T T +=和ωe T P em = 故 ωωωL 0e T T T += L 0em P p P +∆=L P ——电机的机械负载功率0p ∆——电机的空载损耗，包括机械摩擦损耗m p ∆和铁心损耗Fe p ∆○3输入电功率1P →输出机械功率2P 电功率电磁功率机械功率P 1P em P 2p Cua p Fe p mec p CufCufp ∆Cuap ∆Fep ∆mp ∆图5-19直流电动机的功率图p P P p p p p P p p P P P ∑∆+=+∆+∆+∆+∆=+∆+∆=+=22add m Fe Cu em Cua Cuf a f 1式中2P ——电动机的输出功率，有P2=PL ；add p ∆——电动机的附加损耗，是未被包括在铜耗、铁耗和机械损耗之内的其他损耗； p ∑∆——电动机的总损耗，并有add 02a a 2f f add m Fe Cua Cuf p p I R I R p p p p p p ∆+∆++=∆+∆+∆+∆+∆=∑∆故电动机的效率为：p P pP P ∑∆+∑∆-==2121η4. 工作特性：5. 如何避免造成“飞车”？ 答：直流电动机在使用时一定要保证励磁回路连接可靠，绝不能断开。
电机及电力拖动基础
电机及电力拖动基础介绍如下：
电机是将电能转换为机械能的一种设备。
常见的电机包括直流电机、交流电机和步进电机等。
电力拖动则是利用电机驱动各种机械设备，如电梯、电动汽车、风力发电机等。
在电机方面，需要了解电机的原理、结构、分类、性能参数等方面的知识。
例如，了解电机的工作原理可以帮助理解电机的转速、电流、功率等性能参数的计算方法；了解电机的结构可以帮助理解电机的故障原因和维修方法等。
在电力拖动方面，需要了解电机的选型、驱动控制、传动装置等方面的知识。
例如，了解电机的选型可以帮助选择合适的电机驱动设备，了解电机的驱动控制可以帮助实现电机的启停、调速等功能，了解传动装置可以帮助实现电机与被驱动设备之间的传动。
总之，电机及电力拖动基础知识包括电机原理、结构、分类、性能参数、选型、驱动控制、传动装置等方面的知识。
整套课件教程：电机与电力拖动基础
• 8)了解电机与电力拖动今后发展的方向。
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• 第一章 电力拖动系统动力学 • 第二章 直流电机原理 • 第三章 直流电动机的电力拖动 • 第四章 变压器 • 第五章 三相异步电动机绕组 • 第六章 异步电动机原理
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• 第七章 三相异步电动机的电力拖动 • 第八章 三相同步电动机 • 第九章 电力拖动系统中电动机的选择 • 第十章 微控电机
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电力拖动及其发展概况
近年来，随着电子技术和控制理论的不断发展，相继出现了顺 序控制、可编程无触点断续控制、采样控制等多种控制方式。在电动 机的调速方面，已形成了电子功率器件与自动控制相结合的领域。不 但晶闸管一直流电动机调速系统得到了广泛应用，而且交流变频调速 技术发展迅速，在许多领域交流电动机变频调速系统有取代晶闸管一 直流电动机调速系统的趋势。
• (3)负载转矩与速度平方成比例，如通风机、水泵的有效负载 转矩即是，一般称为通风机型负载。 除了与速度有关的负载 转矩外，还有与机械行程有关的负载转矩，如剪床的负载转 矩。此外，还有不规则的负载转矩如磨碎机等。
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1.2 电力拖动系统的转矩及基本 运动方程式
电力拖动系统中的运动是由电力拖动系统中的合成转矩 产生的。如果分析系统的运动状况，首先要分别了解电动机 发出的转矩和生产机械的负载转矩的性质，然后研究这两个 转矩共同作用到电力拖动系统上的效果。
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本课程的性质、内容、任务和要 求
• 4) 掌握电力拖动系统中电动机参数调速方法的基本原理和技术经济指 标。
• 5) 掌握电力拖动机械过渡过程的基本特性及其主要的分析方法，了解 机械惯性和电磁惯性同时作用时对直流电力拖动过渡过程的影响。
电机与电力拖动基础 (全)课件
智能家居领域
在智能家居领域，电机控制技 术主要用于智能家电、智能照 明、智能安防等系统中，提高 家居生活的便利性和舒适性。
电动汽车领域
在电动汽车领域，电机控制技 术是实现车辆稳定运行和高效 驱动的关键技术之一，对于提 高电动汽车的性能和降低能耗 具有重要意义。
04
电机与电力拖动系统的维护与检修
维护与检修概述
电机与电力拖动基础 (全)课件
目
CONTENCT
录
• 电机学基础 • 电力拖动基础 • 电机控制技术 • 电机与电力拖动系统的维护与检修 • 电机与电力拖动系统的设计
01
电机学基础
电机概述
电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能转换的 装置。
电机广泛应用于工业、农业、交通运输、国防等领 域。
电机主要由定子和转子组成，通过磁场相互作用产 生旋转运动。
工作机
被拖动的机械设备，如机床、 泵等。
电力拖动系统的特性
80%
调速性能
通过改变电动机的输入电压或电 流，可以方便地调节电动机的转 速，从而实现对工作机的速度控 制。
100%
启动和制动性能
通过控制装置可以实现对电动机 的启动和制动控制，以满足工作 机在各种工况下的运动需求。
80%
负载特性
工作机的负载特性对电力拖动系 统的性能有很大影响，不同的负 载特性需要选择不同类型的电动 机和控制装置。
THANK YOU
感谢聆听
状态监测
通过各种传感器和检测 设备实时监测设备的运 行状态，及时发现异常
。
故障诊断
根据设备运行数据和故 障现象，分析故障原因
，确定维修方案。
修复性维修
对已经发生的故障进行 修复，恢复设备性能。
电机及拖动基础知识要点复习
电机及拖动基础知识要点复习电机复提纲第一章：概念：主磁通、漏磁通、磁滞损耗、涡流损耗。
磁路的基本定律：安培环路定律：XXX。
磁路的欧姆定律：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。
磁路与电路的类比：与电路中的欧姆定律在形式上十分相似。
E=IR。
磁路的基尔霍夫定律：1）磁路的基尔霍夫电流定律：穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零。
2）磁路的基尔霍夫电压定律：沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位差的代数和。
第二节常用铁磁材料及其特性铁磁材料：1、软磁材料：磁滞回线较窄。
剩磁和矫顽力都小的材料。
软磁材料磁导率较高，可用来制造电机、变压器的铁心。
2、硬磁材料：磁滞回线较宽。
剩磁和矫顽力都大的铁磁材料称为硬磁材料，可用来制成永久磁铁。
铁心损耗：1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗的能量。
2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。
3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。
第二章：一、换向：尽管电枢在转动，但处于同一磁极下的线圈边中电流方向应始终不变，即进行所谓的“换向”。
二、直流电机的应用：作为电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；作为发动机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。
三、直流电机的主要结构：定子的主要作用是产生磁场，转子又称为“电枢”，作用是产生电磁转矩和感应电动势。
要实现机电能量转换，电路和磁路之间必须在相对运动，所以旋转电机必须具备静止的和转动的两大部分，且静止和转动部分之间要有一定的间隙（称为：气隙）。
四、直流电机的铭牌数据：直流电机的额定值有：1、额定功率PN(kW)；2、额定电压UN(V)；3、额定电流IN(A)；4、额定转速nN(r/min)；5、额定励磁电压UfN(V)。
五、直流电机电枢绕组的基本形式：直流电机电枢绕组的基本形式有两种：一种叫单叠绕组，另一种叫单波绕组。
电机与电力拖动基础
北京工商大学信息工程学院
七、电力传动自动化控制系统
(1)采用计算机控制的生产过程自动化系统； (2)提高加工精度与工作速度； (3)快速启动、制动以及逆转； (4)实现在很宽范围内调速及整个生产过程自 动化等。
北京工商大学信息工程学院
七、电力传动自动化控制系统
针织圆机
纺纱机
北京工商大学信息工程学院
北京工商大学信息工程学院
四、实践能力培养要求
直流电动机运行 他励直流电动机工作特性的测定 直流发电机实验 单相变压器实验 三相变压器极性和联结组的测定 三相异步电动机实验 他励直流电动机在各种运转状态下机械特性的测定
北京工商大学信息工程学院
五、主要参考书目
教材：李发海等.电机与拖动基础（第3版）清华大学出版社，2005
八、电磁感应定律
2、变压器电动势 楞次定律 左手螺旋定则：
d d 0, e 0, X A e W dt dt
图1-25 磁通及其感应电动势
右手螺旋定则：
d d 0, e 0, X A e W dt dt
北京工商大学信息工程学院
本章结束
参考书：顾绳谷等.电机及拖动基础.北京：机械工业出版社，1980 冯畹芝,陈维治,郭兴朴编著.电机与拖动基础.北京:机械工业出版 社，1986 李发海等.电机学（上、下册）.北京：科学出版社,1982 陈伯时等.电机与拖动（上）.中央广播电视大学出版社，1983 邱阿瑞编著.电机与电力拖动基础.北京：清华大学出版社，2003 孙旭东，冯大钧编著.电机学习题与题解.北京：科学出版社， 2001.6 唐介主编.电机与拖动学习辅导与习题全解.北京：高等教育出版社， 2004.12 黄立培主编.电动机控制.北京：清华大学出版社，2003
电机与电力拖动基础 (全)
3.单迭绕组展开图
τ n τ τ τ
1 2 3
4
5
6
7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
N1
S1
N2
S2
15
16 1 2 3 4_ 5 6 7 + A1 B1
8
9 10 11 12 13 14 _ + A2 B2
+
_
图中四个方框代表四个主磁极,相同极性的两个电刷均 用导线并联后引往出线端.四个电刷均安放在相应的四个 主磁极的极轴线处的换向片上,电刷宽度等于一个换向片 宽.电枢铁心槽数、元件数以及换向片数均相等且为16。 元件的第一元件边嵌在槽的上层—— 上层边；而元件的 第二元件边总是嵌在槽的下层—— 下层边。 上层边用实线表示，下层边用虚线表示。 以元件上层边所在槽的号码作为该元件的号码。 元件联接次序表： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1
（2）极距：它是相邻两主磁极极轴线之间的距离，在相 邻主磁极之间，与上述距离大小相等的距离，也叫极距。 N 极轴线 N
N
N .
n
S
S
n τ 极距
（3）几何中线：是在相邻两 极轴线之间并且与这两极 轴线等距离的直线，两相邻主磁极以几何中线为轴作位 置上的对称分布。以n—n表示。
2.单迭绕组元件 单迭绕组由迭绕组元件按一定规律排列联接而成.绕组 元件实际上是一个线圈,可以是多匝,也可以的单匝的. 绕组元件结构原理: N S a1b1及a2b2部分称为元件边, 用后端匝a1ma2及前端匝b1nb2 将元件边联结起来,使两元件 a1 m V a2 边中电势在元件中迭加. 端线c1d1及c2d2 称为引线,d1为 n b1 b2 元件的首端,d2为末端.元件 c1 的首端和末端分别焊接在 d1 d2 不同的换向上. a1b1称为第一元件边,右边a2b2称为第二元件边.
电机与拖动基础(少学时) 邱阿瑞 全书课件
电机与拖动基础(少学时）邱阿瑞主编课程讲义绪论0.1电机与拖动的基本概念0.1.1几个相关概念电机：是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递或机电能量转换的机械。
拖动：原动机带动生产机械运动叫做拖动。
电力拖动：由电动机来拖动生产机械运行的系统，称为电力拖动。
0.1.2 电机在国民经济中的作用：1. 电能的生产、传输和分配中的主要设备2. 各种生产机械和装备的动力设备3. 自动控制系统中的重要元件绪论0.1.3 电机的分类（P1第一、第五段）发电机电动机变压器控制电机就能量转换的功能来看静止电机（变压器）旋转电机按学科的不同直流电机交流电机根据应用场合的要求和电源的不同电机的分类0.1.4 电力拖动系统构成框图电力拖动装置可分为电动机、工作机构、控制设备及电源等四个组成部分。
绪论❖0.2本课程的性质和内容电机学+电力拖动基础=本课程❖0.3本课程内容的学时安排（P3）第1章电力拖动系统动力学❖1.1 电力拖动系统的运动方程式记忆相关方程，会根据方程判断系统的运动状态❖1.2 负载转矩和飞轮矩的折算旋转、平移、升降运动的折算❖1.3负载转矩特性恒转矩、恒功率、通风机与泵类三类负载特性1.1 电力拖动系统的运动方程式❖在许多情况下，电动机与工作机构并不同轴，而在二者之间有传动机构，它把电动机的运动经过中间变速或变换运动方式后再传给生产机械的工作机构，一般来说，比较经典的电力拖动系统有以下几种运动形式：❖①单轴旋转拖动系统❖②多轴旋转拖动系统❖③多轴旋转加平移运动的拖动系统❖④多轴旋转加升降运动的拖动系统1.1.1 单轴旋转拖动系统正方向的规定❖左侧图中，电磁转矩T(N.m)和转速n （r/min ）的正方向相同。
❖负载转矩的正方向与转速n 的正方向相反❖这样的关系，是可以用公式描述的。
L T M +-UTnT L 电动机负载★1.1.2 运动方程式式中m 与G ——旋转部分的质量（kg ）与重量（N ）ρ与D ——惯性半径与直径（m ）对于直线运动tv m F F z d d =-★对于旋转运动tJ T T L d d Ω=-转动惯量g GD m J 422==ρ单位为2m kg ⋅602n πΩ=t n GD T T L d d 3752=-2m N ⋅2GD 式中称为飞轮惯量（），gJGD 42=对运动方程式的分析（难点）❖运动方程式中转矩的正负号分析应用运动方程式，通常以电动机轴为研究对象运动方程式写成下列一般形式对公式中T 与TL 前带有的正负符号，作如下规定：预先规定某一旋转方向为正方向，则：(1)转矩T 方向如果与所规定的旋转正方向相同，T 前取正号，相反时取负号；(2)阻转矩TL 方向如果与所规定的旋转正方向相同时TL 前取负号，相反时取正号；(3).加速转矩（GD2/375）(dn/dt)的大小及正负符号由转矩T 及阻转矩TL 的代数和来决定t J T T L d d )(Ω=±-±t n GD T T L d d 375)(2=±-±1、当LT T =0d d =tn 电动机静止或等速旋转，电力拖动系统处于稳定运转状态下。
电机及电力拖动基础
直流机
电机容量： 十几MW （双电枢）
电枢电压： 1 KV
转速：
1000多RPM
功率密度比 ：小
维护量： 大
交流机 数倍 6—10KV ０~几万RPM 大 小
绪论
(3) 控制的数字化、智能化和网络化
§ 数字化: § 新型控制理论和智能控制方法的应用:
鲁棒控制,非线性控制理论 混合控制应用于各种拖动系统 模糊控制方法,自学习…. § 网络化: 适应自动化系统发展的需要：大型化,复杂化,全集成
直流调速的发展： 旋转变流机组--晶闸管可控调压--PWM斩波控制系统
l二十世纪后期，交流调速兴起，原来格局打破。 直流调速20%, 交流调速 80%，应用领域空前广泛。
绪论
2.2 运动控制的主要应用领域
l工业:机械加工，冶金，造纸，机械手,机械运输等。 l军事装备:随动系统（兵器，雷达） l交通工具:电力机车,电动汽车,舰船的电驱动系统 l民用:电梯,医疗设备,娱乐,家电 l机器人
（1）电动机（发电机）： 机电能量变换的主要装置
感应电动机主要部件的拆分图。
绪论
1 认识 “电机与运动控制系统”
（1）电动机（发电机）：机电能量变换的主要装置
绪论
（2） 认识运动控制系统
§ 各种生产线: 轧钢：冷轧，热轧，连轧连铸 印刷电路板生产线：表面贴焊,快速打孔,放置器件 自动生产线上的运动控制
国内: 安圣，ABB中国，西门子中国, 小企业，
绪论
运动控制系统的发展趋势
l 驱动的交流化和超高速、超大型化 l 系统实现的集成化 l 控制的数字化、智能化和网络化
绪论
（1）驱动的交流化和超高速、超大型化
§ 以节能环保为目的：交流不调速à交流调速 § 以减少维护为目的：直流调速à交流调速 § 以提高系统性能为目的: 变频空调 § 直流调速达不到的领域：大功率、高压、高速场合应
《电机与拖动基础》第3章 直流电动机的电力拖动基础
机械的负载转矩 及系统的转速 之间的关系于一体，描述
了拖动系统的运动状态。但是要对运动方程式求解，首先必须
知道电动机的机械特性
和生产机械（负载）的机械
特性
。
生产机械运行时常用负载转矩标志其负载的大小，不同的
生产机械的转矩随转速变化的规律而不同，负载的机械特性也
成为负载转矩特性，简称负载特性。
6
3.2 生产机械的负载特性 3.3.1 恒转矩负载特性
14
3.4 直流电动机的机械特性 3.4.3 人为机械特性
1. 电枢回路串接电阻时的人为机械特性 当电源电压和磁通都是额定值时，电枢回路串接电阻，这 时的人为机械特性方程式为：
人为机械特性的特点是： （1）理想空载转速保持不变； （2）斜率 随 的增大而增
大，转速降增大. 改变电枢电压时的人为机械特性 改变电枢电压的人为机械特性方程式为：
视频8
3.3 生产机械的负载特性
3.3.2 恒功率负载特性
恒功率负载的特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，
即负载功率
，也就是负载转矩
与转速 成反比。
9
3.3 生产机械的负载特性 3.3.3 通风机类负载特性
水泵、油泵、通风机和螺旋桨等机械的负载转矩将将基本 上与转速的平方成正比。
10
3.4 直流电动机的机械特性 3.4.1 直流电动机机械特性的表达式
1.反抗性恒转矩负载 这类负载的特点是：负载转矩的大小恒定不变，而负载转 矩的方向总是与转速的方向相反，即负载转矩的性质总是起反 抗运动作用的阻转矩性质。例如：皮带运输机、轧钢机等摩擦 力产生转矩的机械。
7
3.3 生产机械的负载特性 3.3.1 恒转矩负载特性
2.位能性恒转矩负载 这类负载是由拖动系统中某些具有位能的部件（如起重类 型负载中的重物）造成的，其特点是：不仅负载转矩的大小恒 定不变，而且负载转矩的方向也不变。
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一、课程性质
北京工商大学信息工程学院
硬件：模拟/数字电路，通信接口， CPU，DSP 软件：数据库，计算机控制，编程，
控制理论，检测及数据处理
有关系统： 系统综合，可 靠性，EMI，性
价比……
控制器 接口
硬件：模拟/数字电路， 电力电子技术 软件：各种电源的知识
执行器 功率变换部分
电机及其负载 的原理及特性
六、考核方式
北京工商大学信息工程学院
平时：10% 作业：10% 实验：10% 闭卷考试：70%
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1.3本课程常用物理概念和定律
一、磁感应强度（或磁通密度）B 二、磁感应通量 三、磁场强度 四、安培环路定律 五、铁磁材料的磁化特性 六、简单磁路的计算方法 七、导体在磁场中的安培力 八、电磁感应定律
北京工商大学信息工程学院
五、新型电力传动 -- 一门新的交叉学科
调速装置
北京工商大学信息工程学院
五、新型电力传动 -- 一门新的交叉学科
北京工商大学信息工程学院
六、拖动技术的演变
(1)成组拖动 (2)单电动机拖动系统 (3)多电动机拖动系统 采用电气控制线路及装置，继电器--接触器自 动控制系统实现各电动机间的转速关系保持恒定 电动机间互相联锁,维持某一参数在允许范围内 。
H dl I
l
将磁路分段
n
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1
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五、铁磁材料的磁化特性
0
还与磁场
强度及物质磁 状态的历史有 关
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六、简单磁路的计算方法
根据安培环路定律
Hl H IW
已知 l,W, , 求电流I
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一、磁感应强度（或磁通密度）B
磁场由电流产生； 强弱用磁感应强度描述B； 描述的形式是磁力线（如图1-18），是无头无尾的闭合曲线
图1-18 电流磁场中的磁力线
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一、磁感应强度（或磁通密度）B
毕奥-萨伐尔定律：磁感应强度B与产生它的 电流之间的描述——右手螺旋定则
北京工商大学信息工程学院
二、现代社会应用的主要能量形式--电能
吉林丰满发电厂发电机组及控制柜
北京工商大学信息工程学院
二、现代社会应用的主要能量形式--电能
吉林丰满发电厂发电机组及控制柜
北京工商大学信息工程学院
三、机电能量转换装置--电机
电能的生产、变换、传输、分配、使用和控制等， 都必须利用“电机” 这种进行能量转换或信号变换的 机电装置。
图1-19 磁力线与电流的右手螺旋关系
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二、磁感应通量
磁通：穿过截面S的磁力线根数.
Φ SBdS
BS
图1-20 均匀磁场中的磁通
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三、磁场强度
B H
——导磁物质的磁导率，[H]=A/m
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四、安培环路定律
北京工商大学信息工程学院
三、课程主要作业内容
(1) 他励直流电动机运行原理和工作特性的计算； (2) 变压器运行原理和运行特性的计算； (3) 异步电动机运行原理和工作特性的计算； (4) 他励直流电动机机械特性的分析与计算； (5) 异步电动机机械特性的分析与计算； (6) 其它电机与电力拖动的基础知识。
七、电力传动自动化控制系统
印染机械Байду номын сангаас
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七、电力传动自动化控制系统
冲压机械
北京工商大学信息工程学院
七、电力传动自动化控制系统
钢厂
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1.2 本课程的性质及内容安排
一、课程性质 二、课程学习任务 三、课程主要作业内容 四、实践能力培养要求 五、主要参考书目 六、考核方式
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七、电力传动自动化控制系统
(1)采用计算机控制的生产过程自动化系统； (2)提高加工精度与工作速度； (3)快速启动、制动以及逆转； (4)实现在很宽范围内调速及整个生产过程自 动化等。
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七、电力传动自动化控制系统
针织圆机
纺纱机
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被控对象 及其负载
传感器
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二、课程学习任务
1、掌握常用交直流电机及变压器的基本理论； 2、掌握分析电动机机械特性及各种运转状态的基 本理论； 3、掌握电力拖动系统中电动机各种调速方法的基 本原理； 4、掌握电机与电力拖动系统的基本实验方法与技 能，并具有熟练的运算能力； 5、了解电机与电力传动技术今后的发展方向。
B HB
S
H,H
图1-22 简单磁路 I
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七、导体在磁场中的安培力
磁场对场中载流导线施加的力——安培力
df idl B
f Blv
图1-23 左手定则
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八、电磁感应定律
1、切割电动势
e Blv
图1-24 右手定则确定感应电动势方向
发电机：电能生产设备，把机械能转换为电能； 电动机：将电能转换为机械能，拖动生产机械运转 ——电力拖动。
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三、机电能量转换装置--电机
低压电动机
交流异步电动机
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三、机电能量转换装置--电机
发电机
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四、工业时代的宠儿--电机工业
电机是随着生产力的发展而产生和发展的，而电 机的发展又促进了社会生产力的不断提高。新中国成 立以来，我国电机制造工业发生了巨大的变化。
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电机与电力拖动基础
第1章
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绪论
1.1 电机技术的发展概述 1.2 本课程的性质及内容安排 1.3 本课程常用物理概念和定律
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1.1 电机技术的发展概述
一、二十世纪初前的电机发展史 二、现代社会应用的主要能量形式--电能 三、机电能量转换装置--电机 四、工业时代的宠儿--电机工业 五、新型电力传动 -- 一门新的交叉学科 六、拖动技术的演变 七、电力传动自动化控制系统
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八、电磁感应定律
2、变压器电动势
楞次定律 左手螺旋定则：
d 0,e 0, X A e W d
dt
dt
图1-25 磁通及其感应电动势
右手螺旋定则：
d 0, e 0, X A e W d
dt
dt
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本章结束
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一、二十世纪初前的电机发展史
时间 1820
1824 1826 1831 1845 1849
事件 H. C. Oerstead：发现「电流的磁作用」：
成为电磁学学科的奠基 A.M. Ampere：「安培定理」即「右螺旋定则」 J.B. Biot, F. Savart：「毕奧‧沙瓦尔定律」 D. F. J. Arago 发现感应电动机的原理 G. S. Ohm：「欧姆定律」 M. Faraday：发现电磁感应现象 W. Weber, F.E. Neumann：电磁感应理论 G. R. Kirchhoff：「克希荷夫定律」
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二、现代社会应用的主要能量形式--电能
石洞口电厂
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二、现代社会应用的主要能量形式--电能
宝钢电厂
北京工商大学信息工程学院
二、现代社会应用的主要能量形式--电能
葛洲坝水利枢纽工程
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二、现代社会应用的主要能量形式--电能
吉林丰满发电厂
北京工商大学信息工程学院
四、实践能力培养要求
直流电动机运行 他励直流电动机工作特性的测定 直流发电机实验 单相变压器实验 三相变压器极性和联结组的测定 三相异步电动机实验 他励直流电动机在各种运转状态下机械特性的测定
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五、主要参考书目
教材：李发海等.电机与拖动基础（第3版）清华大学出版社，2005
电在传输过程中离不开变压器
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四、工业时代的宠儿--电机工业
配电系统
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五、新型电力传动 -- 一门新的交叉学科
(1)现代控制技术的使用，使电机具有更良好 的特性。 (2)电机已成为各种机电系统中一种极为重要 的元件。 (3)电力电子学、计算机、电机学和控制论结 合而发展成的新学科。
一、课程性质
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本课程是自动化、电气工程及自动化等非电 机类专业的专业技术基础课。
《电机与电力拖动基础》是把“电机学”和“ 电力拖动基础”两门 课程有机结合为一门课程 。
先修课程：高等数学、物理、电路等 后续课程：运动控制系统、电气控制与PLC、 计算机控制技术、自动控制系统等
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一、二十世纪初前的电机发展史
时间
1872 1881 1902 1920
事件
鼓形绕线的西门子型交流发电机 Edison：大型直流发电机 美国的平均发电机容量100kW GE,WH,AEG公司完成双槽鼠笼型转子
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二、现代社会应用的主要能量形式--电能
水电站
参考书：顾绳谷等.电机及拖动基础.北京：机械工业出版社，1980 冯畹芝,陈维治,郭兴朴编著.电机与拖动基础.北京:机械工业出版 社，1986 李发海等.电机学（上、下册）.北京：科学出版社,1982 陈伯时等.电机与拖动（上）.中央广播电视大学出版社，1983 邱阿瑞编著.电机与电力拖动基础.北京：清华大学出版社，2003 孙旭东，冯大钧编著.电机学习题与题解.北京：科学出版社， 2001.6 唐介主编.电机与拖动学习辅导与习题全解.北京：高等教育出版社， 2004.12 黄立培主编.电动机控制.北京：清华大学出版社，2003