电机与拖动基础课件

教材与参考书
教材： 教材 电机原理及拖动.彭鸿才主编 彭鸿才主编.机械工业出 电机原理及拖动 彭鸿才主编 机械工业出 版社， 版社，1996年10月 参考书： 参考书 1电机与拖动基础（第3版）.李发海、王岩编著 清 电机与拖动基础（ 李发海、 电机与拖动基础 版 李发海 王岩编著.清 华大学出版社， 华大学出版社，2005年8月 2电机及拖动基础上、下册（第3版）.顾绳谷主编 电机及拖动基础上、 顾绳谷主编. 电机及拖动基础上 下册（ 版 顾绳谷主编 机械工业出版社， 机械工业出版社，2004年4月 3Electric Machinery(Sixth Edition).清华大学出版社， 清华大学出版社， 清华大学出版社 2003年7月 年 月
1.电路欧姆定律 电路欧姆定律 流过电阻R(resistance)的电流 的电流I(current) 流过电阻 的电流 大小与电阻两端的电压U(voltage)成正比，与 成正比， 大小与电阻两端的电压 成正比 电阻R的大小成反比 的大小成反比， 电阻 的大小成反比，即有
U I = ，直流电路 （1） R & U I& = ，交流电路 Z
0.2.4学习方法 学习方法
2.注意课程主线 注意课程主线 在学习中应将变压器、交流电机、 在学习中应将变压器、交流电机、直流 电机的相似性有机地统一起来， 电机的相似性有机地统一起来，注意课程内 容的内在联系， 容的内在联系，形成学习本课程鲜明的主 只要学好了变压器， 线，只要学好了变压器，对交流机和直流机 的内容就比较容易掌握了。 的内容就比较容易掌握了。
0.2.4学习方法 学习方法
3.注意理论联系实际 注意理论联系实际 理论联系实际， 理论联系实际，注重做好本课程开设的 相关实验，立足于学会使用各类电机， 相关实验，立足于学会使用各类电机，在实 验中学习解决实际问题的方法， 验中学习解决实际问题的方法，注意培养解 决工程实际问题的能力。 决工程实际问题的能力。
0.2.5课程有关事项及纪律要求 课程有关事项及纪律要求
不迟到，上课认真听讲，做好重点内容的笔记。 课前预习，课后复习，及时掌握每次课的要点。 按时完成作业，不抄作业，每章结束后交一次作业。 课上不做与课程无关的事，不懂可及时举手提问。 有疑难，应及时答疑。 答疑时间：每周 午00：00-00：00 地点：四教西913，电话：88802861 实验前做好预习报告，实验时注意安全，实验 后完成实验报告。
0.1电机的应用和分类 电机的应用和分类
0.1.1电机的分类 电机的分类 由于电能易于转换、传输、分配和控制， 由于电能易于转换、传输、分配和控制，现代能 源的主要形式是电能，所以， 源的主要形式是电能，所以，与电能密切关联的电机 广泛应用于社会生产各个部门和社会生活各个方面。 广泛应用于社会生产各个部门和社会生活各个方面。 电机按不同的功能可分为： 电机按不同的功能可分为：作为动力设备用的和 作为控制元件用的两大类， 作为控制元件用的两大类，如电机分类图所示 普通电机的主要任务是能量转换， 普通电机的主要任务是能量转换，主要问题是如 何提高能量转换的效率。 何提高能量转换的效率。 另一类广泛应用于各种自动控制系统中的控制电 其主要任务是完成控制信号的传递和转换， 机，其主要任务是完成控制信号的传递和转换，而能 量转换是次要的，控制电机应具有高可靠性、 量转换是次要的，控制电机应具有高可靠性、高精度 和快速响应等性能。 和快速响应等性能。
铁磁材料的磁导率µ 铁磁材料的磁导率 Fe要比 非铁磁材料磁 （µFe>>µ），非铁磁材料磁导 ）， 率接近真空磁导率µ 率接近真空磁导率 0 （µ0=4π×10-7H/m）。 × ）。 电机中常用的铁磁材料的磁导 率µFe=（2000~6000）µ0 。 （ ） 铁磁材料能在外磁场中呈 现很强的磁性， 现很强的磁性，这种现象称磁 化，磁化是铁磁材料的特性之 一。
0.2.3教学目的 教学目的
通过本课程的学习， 通过本课程的学习，使学生掌握常 用交、直流电机及变压器的基本结构、 用交、直流电机及变压器的基本结构、工 作原理、运行性能和实验方法； 作原理、运行性能和实验方法；掌握电动 机的特性分析的方法。 机的特性分析的方法。 为后续专业基础课和专业课的学习准 备必要的基础知识，提高分析问题、 备必要的基础知识，提高分析问题、解决 问题的能力， 问题的能力，也为今后从事自动化工程技 术工作和科学研究奠定初步基础。 术工作和科学研究奠定初步基础。
∑
上式中一般将穿出闭合面的磁通取正号， 上式中一般将穿出闭合面的磁通取正号， 穿入闭合面的磁通取负号。 穿入闭合面的磁通取负号。
2. 磁路基尔霍夫第二定律
根据麦克斯韦方程（ ））可得出 根据麦克斯韦方程（式（5））可得出： ））可得出： 在闭合的磁路中， 在闭合的磁路中，各段磁压降的代数和等于 闭合磁路中磁动势(mmf)的代数和，即有 的代数和， 闭合磁路中磁动势 的代数和 （8） ）
电机主要组成系统 电机主要由两大系统组成： 电机主要由两大系统组成：电 路系统和磁路系统。 路系统和磁路系统。铁磁材料是组 成磁路的主要部分。 成磁路的主要部分。 所谓铁磁材料是指导磁性能好 的材料， 的材料，如：铁、镍、钴等以及它 们的合金。 们的合金。
0.4电机中铁磁材料的特点 电机中铁磁材料的特点
& & ∑ U = ∑ E，交流电路
0.3.2电磁感应定律 电磁感应定律
一匝数（ 的线圈(winding)，在 一匝数（turn）为N的线圈 ） 的线圈 ， 变化的磁场中产生的感应电动势e(induce 变化的磁场中产生的感应电动势 electromotive force)的大小与线圈匝数 和线圈所交 的大小与线圈匝数N和线圈所交 的大小与线圈匝数 链的磁通（ 链的磁通（the magntic flux）对时间的变化率 ）对时间的变化率dF/dt 成正比， 成正比，当感应电动势正方向与产生他的磁通正方 向符合右手螺旋定则时，则有 向符合右手螺旋定则时， （4） ）
∑ HL = ∑ IN
上式中， 磁场强度， 上式中，H——磁场强度，A/m； 磁场强度 ； L——各段磁路的长度，m； 各段磁路的长度， ； 各段磁路的长度 N——线积分线路所包围的导体数； 线积分线路所包围的导体数； 线积分线路所包围的导体数 I——每根导体所流过的电流，A。 每根导体所流过的电流， 。 每根导体所流过的电流
dΦ e = −N dt
0.3.3全电流定律 全电流定律
磁场中沿任一闭合回路的磁场强度H(the 磁场中沿任一闭合回路的磁场强度 magnetic field intensity)的线积分等于该闭合 的线积分等于该闭合 回路所包围的所有导体电流的代数和， 回路所包围的所有导体电流的代数和，即有 （5） ）
∫ Hdl = ∑ IN
0.3.4电磁力定律
载流导体在磁场中受到力的作用， 载流导体在磁场中受到力的作用，当磁 场与导体相互垂直作用时， 场与导体相互垂直作用时，作用在载流导体 的电磁力为 （6）
F = BlI
0.3.5磁路定律
1.磁路基尔霍夫第一定律 磁路基尔霍夫第一定律 在磁路(magnetic circuit)中根据磁通的 在磁路 中根据磁通的 连续性可得： 连续性可得：穿入任一闭合面的磁通必等于 穿出该闭合面的磁通， 穿出该闭合面的磁通，即磁路中通过任何闭 合面上的磁通的代数和等于零， 合面上的磁通的代数和等于零，则有 （7） ） Φ=0
《电机及拖动基础》 Fundamentals of Electric Machinery and Electric Drives
绪论Introduce
自 动 化 系 陈 亚 爱
主要内容
直流电机原理 电力拖动系统的动力学基础 直流电动机的电力拖动 变压器 三相异步电动机原理 三相异步电动机的电力拖动 同步电动机 电力拖动系统中电动机的选择
3.磁路欧姆定律 磁路欧姆定律
在无分支的磁路中，磁通 与磁动势 与磁动势F大 在无分支的磁路中，磁通F与磁动势 大 小成正比，与磁路中的总磁阻R 小成正比，与磁路中的总磁阻 m(total reluctance)的大小成反比，即有 的大小成反比， 的大小成反比 （9） ） F
Φ=
Rm
上式中， 磁路的总磁阻， 上式中，Rm——磁路的总磁阻，1/H。 磁路的总磁阻
2.基尔霍夫定律 基尔霍夫定律
基尔霍夫第一定律 电路中任意节点的电流的代数和等于 ∑ I = 0，直流电路 零，即有 & ） ∑ I = 0，交流电路 （2） 基尔霍夫第二定律 对电路中任一回路， 对电路中任一回路，电压降的代数和等 于电动势(emf)的代数和，即有 的代数和， 于电动势 的代数和 ∑ U = ∑ E，直流电路 (3)
0.2.4学习方法 学习方法
1.注意共性问题 注意共性问题 电机种类繁多，各具特性， 电机种类繁多，各具特性，但就其内部 电磁关系耦合过程和机电能量转换关系， 电磁关系耦合过程和机电能量转换关系，仍 有其内在联系。 有其内在联系。他们的基本工作原理都是建 立在电磁感应定律和电磁力定律基础上的； 立在电磁感应定律和电磁力定律基础上的； 他们的能量转换都是以磁场为媒介， 他们的能量转换都是以磁场为媒介，其电磁 关系可抽象为电路参数， 关系可抽象为电路参数，得出基本方程式和 等值电路，这是共性方面。 等值电路，这是共性方面。
0.2本教材内容、课程性质和教学目的 本教材内容、 本教材内容 0.2.1教材内容 教材内容 《电机基础》课程是以电力拖 电机基础》 动系统中应用最广泛的电机为重点， 动系统中应用最广泛的电机为重点， 从使用的角度介绍交、直流电机、 从使用的角度介绍交、直流电机、 变压器等的基本结构、工作原理、 变压器等的基本结构、工作原理、 主要工作特性以及运行特性等。 主要工作特性以及运行特性等。
0.2.2课程性质 课程性质
本课程属专业技术基础课， 本课程属专业技术基础课， 学习过程中要用到《 学习过程中要用到《高等数 大学物理》 电路》 学》、《大学物理》、《电路》 等课程的知识。 等课程的知识。