电机与电气控制教案

电机与电气控制教案

电机与电气控制

第一讲绪论

0.1 电机及电力拖动系统概述

0.1.1 电机

电机是生产、传输、分配及应用电能的主要设备。电力拖动系统

则是在现代化生产过程中，为了实现各种生产过程所必不可少的传动系统，是生产过程电气化、自动化的重要前提。

电机是利用电磁感应原理工作的机械，它应用广泛，种类繁多，

性能各异，分类方法也很多。主要有如下两种常用的分类方法。一

种是按功能用途分，可分为发电机、电动机、变压器和控制电机四大类。发电机是将机械能转换为电能，电动机则是将电能转换为机械能，作为拖动各种生产机械的动力。变压器的的作用是将一种电压等级的电能转换为另一种电压等级的电能。控制电机主要用于信号的变换与传递。

另一种分类方法是按照电机的结构或转速分类，可分为变压器和

旋转电机。变压器为静止不旋转电机。

根据电源电流的不同旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类，交流电机又分为同步电机和异步电机两类。

综合以上两种分类方法，可归纳如下。

变压器

直流电机

电机同步电机

交流电机

异步电机

控制电机

0.1.2 电力拖动

用电动机作为原动机来拖动生产机械运行的系统，称为电力拖动系统。按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。电力拖动系统包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分，他们之间的关系如下所示。

控制设备→电动机→传动机构→生产机械

电动机把电能转换成机械能，通过传动机构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，驱动生产机械工作。生产机械是执行某一生产任务的机械设备，是电力拖动的对象。控制设备是由各种控制电机、电器、电子元件及控制计算机等组成，用以控制电动机的运动，从而对生产机械的运动实现自动控制。为了向电动机及电气控制设备供电，电源是不可缺少的部分。异步发电机异步电动机同步发电机同步电动机直流发电机直流电动机由于电力拖动具有控制简单，调节性能好、损耗小、经济、能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械均采用电力拖动。

0.2电气控制

不同产品的生产工艺不同，需要生产机械具有不同的动作，这就要求对拖动机械设备的电动机进行控制。控制的方法很多，有电气控制、液压控制、气动控制和机械控制等，也可以多种控制方式配合使用，但以电气控制最为普遍。

0.3 本课程的性质、任务和内容

本课程是以工业自动化、电气自动化技术、供用电技术和机电一体化等专业的一门专业基础课。它是将“电机学”、“电力拖动”、“控制电机”和“工厂电气控制设备”等课程有机结合而成的一门课程，在整个专业的课程体系中起着重要的承上启下的作用。

本课程的任务是使学生掌握变压器、交直流电机及控制电机的基本结构和工作原理，以及电力拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法和电气控制技术。

第二讲 1.1 直流电机的结构与工作原理

1.1.1 直流电机的主要结构

直流电机可作为电动机的运行，也可作为发电机运行。电动机和发电机其结构基本相同，即都有可旋转部分和静止部分。可旋转部分称为转子，静止部分称为定子。

1.1.1.1 定子部分

定子主要由主磁极、机座、换向磁极、电刷装置和端盖组成。主磁极由铁心和放置在铁心上的励磁绕组构成，主磁极铁心分成极身和极靴。

直流电机的机座有两种形式，一种为整体机座，另一种为叠片机座。整体机座是用导磁效果较好的铸钢材料制成，能同时起到导磁和机械支撑作用。

换向极又叫附加极，其作用是改善直流电机的换向，一般电机的容量超过1kW时均应安装换向极。

电刷装置是直流电机的重要组成部分。通过该装置把电枢中的电流与外部静止电路相连或把外部电源与电枢相连，并把电枢中的交变电流变成电刷上的直流或把外部电路中的直流变成电枢中的电流。

1.1.1.2转子部分

直流电机的转子是电机的转动部分，由电枢铁心、电枢绕组、换向器、电机转轴和轴承等部分组成。

电枢铁心是主磁路的一部分，同时对放置在其上的电枢绕组起支撑作用。为减少当电机旋转时铁心中由于磁通方向发生变化引起磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的低硅硅钢片或冷轧硅钢片冲压成型，并在硅钢片的两侧涂绝缘漆。硅钢片上冲出转子槽用来放置绕组，冲制好的硅钢片叠装成电枢铁心。

电枢绕组是直流电机的重要组成部分。绕组由带绝缘的导体绕制而成，对于小型电机常采用铜导线绕制，对于大中型电机常采用成型线圈。在电机中每一个线圈称为一个元件，多个元件有规律的连接起来形成电枢绕组。

换向器又叫整流子。对于发电机，换向器的作用是把电枢绕组中的交变电动势转变为直流电动势向外部输出直流电压；对于电动机，它是把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电流以使电机旋转。

1.1.2 直流电机的基本工作原理

直流电机分为直流电动机和直流发电机两大类。直流电机的工作原理可通过直流电机模型加以说明。

1.1.

2.1 直流发电机的工作原理

磁极固定不动，称其为直流电机的定子。转子线圈与外电路的连接时通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。在定子与转子间由间隙存在，称其为空气隙。简称气隙。

导体中感应电动势的方向可用右手定则确定。

实际直流发电机的电枢是根据实际应用情况需要有多个线圈，线圈分布于电枢铁心表面的不同位置上，并按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替放置多对。

1.1.

2.2直流电动机的工作原理

把电刷A、B接到一直流电源上，电刷A接电源的正极，电刷B 接电源的负极，此时在电枢线圈中将有电流流过。

根据毕-萨电磁力定律可知导体每边所受电磁力的大小为：

f=BxlI

式中，I为导体中流过的电流，单位为A；f为电磁力，单位为N。导体受力方向由左手定则确定。