电机与电力拖动在国民经济中的重要作用

绪论

主要介绍电机的简单分类、电力拖动系统的组成、主要内容、课程的性质与特点，回顾与总结本课程必须的基本电磁量、定理、定律、铁磁材料的特性。一方面便于学生对课程有一个初步了解，同时为后续内容的学习打下基础。

电机与电力拖动在国民经济中的重要作用

0.1电机与电力拖动在国民经济中的重要作用

《电机与拖动基础》是把电机学和电力拖动基础两门课程有机结合而成的一门课程。

在国民经济和人们的日常生活中，电能是最重要的能源之一。与其他能源相比，电能除了具有转换经济、传输和分配容易、使用和控制方便等优点外，尤为可贵之处是使用电能不会产生有毒有害的物质，不会污染环境。在人们环保意识愈来愈强烈的今天，，作为一种干净清洁的能源，电能在工农业生产、交通运输等各行各业和人们生活中得到越来越广泛的应用就不足为奇了。

发电厂发出的电能通过电力网可以实现远距离传输，为了减少传输损耗，常用变压器将发电机发出的电压升高，实现高压传输。由于能高压远距离输电，我国的一些火力发电厂就建在煤矿附近，俗称“坑口电站”，就地将煤燃烧产生的热能转换为电能输往大城市；也正是采用了高压远距离输电技术，我国西部水力发电厂发出的电能才能传输到东南沿海一带，形成“西电东送”的格局。电能被输送到用电地区，要经过变压器降压，才能供用户使用。通过电力网和变压器的升压及降压作用，能够很方便地实现电能的传输和分配，可以看出变压器是在国民经济中起着重要作用的变电设备。

用户用电就是将电能转换为其他形式的能量。用户用电的一个重要方面就是利用电动机将电能转换为机械能，拖动生产机械工作。

由于电动机的效率高、种类和规格多、具有各种良好的特性，电力拖动易于操作和控制，可以实现自动控制和远距离控制，因此，电力拖动广泛应用于国民经济各领域。例如各种机床、轧制生产线、电力机车、风机、水泵、电动工具乃至家用电器等，数不胜数。

为了能建立一个感性认识，对电机进行简单的分类如下：

在电力拖动自动控制系统中，大量应用控制电机。控制电机是一种在自动控制、自动调节、随动系统、远距离测量及计算装置中作为执行元件、检测元件的小型电机（这部分内容将在另外的教材中涉及）。

课程的重要性课程的重要性

在自动化专业与电气工程及自动化专业中，电机与拖动是一门十分重要的

专业基础课或技术基础课，它在整个专业教学计划中起着承前启后的作用，是后续课程《自动控制原理》、《电力拖动自动控制系统》、《电力电子技术》等课程的重要基础。主要研究电机拖动系统的基本理论问题，分析研究直流电机、变压器、异步电动机和同步电动机的简单结构、原理、基本电磁关系和运行特性；并初步联系生产实际，从生产机械工作的要求出发，重点介绍交直流拖动系统的动静态运行特性，为学习自动控制系统等后续专业课打下坚实基础。因此，课程既具有较强的基础性，又带有专业性。

0.2 0.2 电力拖动系统的组成电力拖动系统的组成

电力拖动系统的组成 简单的电力拖动系统由电源、电动机、传动机构、负载和自动控制装置等部分组成，见图0.1。电源提供电动机和控制系统所需的电能；电动机完成电能向机械能的转换；传动机构用于传递动力，并实现运转方式和运转速度的转换，以满足不同负载的要求；自动控制装置则控制电动机拖动负载按照设定的工作方式运行，完成规定的生产任务。

图0.1 电力拖动系统的组成

0.3电机理论常用基本电磁量和所遵循的基本电磁定律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。

0.3.1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，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B 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。

0.3.2 0.3.2 磁通量磁通量Φ

穿过某一截面S 的磁感应强度B 的通量，即穿过截面S 的磁力线根数称为磁通量，简称磁通，用Φ表示。即

∫⋅=Φs

dS B （0.1） 在均匀磁场中，如果截面S 与B 垂直，则上式变为

BS =Φ （0.2）

B 为单位截面积上的磁通，称为磁通密度，简称磁密。在国际单位制中Φ的单位名称为韦[伯]，单位符号Wb ；B 的单位名称为[特斯拉]，单位符号T ，2/11m Wb T =。

0.3.3 0.3.3 磁场强度磁场强度H

在充满均匀磁介质的情况下，若包括介质因磁化而产生的磁场在内时，用磁感应强度B 表示；单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而产生的磁场时）则引入磁场强度H ，它与磁密B 的关系为

H B µ= （0.3）

式中µ为导磁物质的磁导率。真空的磁导率为0µ。铁磁材料的0µµ>>，例如铸钢的µ约为0µ的1000倍，各种硅钢片的µ约为0µ的7000~6000倍。国际单位制中磁场强度H 的单位名称为安[培]/米，单位符号m A /。

0.3.4 0.3.4 全电流定律全电流定律全电流定律

在磁场中，沿任意一个闭合有向回路的磁场强度线积分等于该回路所交链的

所有电流的代数和，即：

∑∫=⋅I dl H l

(0.4) 这个定律也叫安培环路定律。一般情况下，

如果电流的参考方向与回路方向满足右手螺旋关

系，该电流前取正号，否则取负号。同时，磁场

强度沿闭合回路的线积分的大小只与包围的电流

代数和有关，与积分路径无关。

0.3.5 0.3.5 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 自然界存在很多对偶现象，在某一领域存在的规律在其他领域中也有相似的规律存在，电路和磁路就是这样一个对偶对。由于磁路比较抽象，为便于理解，

以最简单的电路和磁路进行对比。

E R

(a ) (b )

图0.3 简单电路和简单磁路的对偶关系

正如电动势E 作用在一定电阻R 的电路上产生的电流I 遵循欧姆定律一样，一定的磁动势F 作用在一定磁阻m R 的磁路上可以产生磁通Φ。磁通的大小同样遵循磁路的欧姆定律。

m

F R Φ= （0.5） 各量的对应关系见表0-1。

图1.2 全电流定律的原理示意图

图0.2全电流定律原理示意图