电机与拖动PPT课件
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R m ——磁通 Rm铁 相当R于mI
w
δ
——磁阻R(
)
-
相当于
磁路的欧姆定律
I E R
F
Rm
四、课程的性质和任务
性质：技术基础课，承上启下 任务：①掌握各种电机的基本结构、工作原理、
基本特性及应用。 ②掌握电力拖动系统的组成、特性及分析
计算。 ③通过试验验证电机的各种性能。
第一章 直流电机基础
（2）特种电机
特种电机（主要完成信号传递和转换，用于 数字计算，是自控系统中的一个重要元件）
比如：潜艇导航 90多台 ；自动火炮 60多 台 ；导弹控制50多台 ；雷达20多台 ；飞 机的无人驾驶30多台。
电机的分类
普通电机
旋转电机 变压器
发电机 直流电机
电动机 异步电机
交流电机
电动机 发电机
学习电机与拖动的目的：
学习《电机与拖动》:不仅实际工作需要，而且 对后续课程是一个基础。
对于电车专业：电机与拖动——牵引电机 电子专业：电机与拖动——微特电机（自控技
术）
序言
2021/3/7
CHENLI
4
一、电机概述
1.电机：与电能有关的能量转换的机器 比如：电能生产、传输、分配和使用（主要是动
在空间固定——产生恒定磁场 转 子：环形铁心上绕有12个线圈（闭合绕组在原动机拖动
下旋转）
N 极下：2、3、4、5、6 切割磁力线感应电势方向
S 极下：8、9、10、11、12 切割磁力线感应电势方向
1、7 处于几何中性线处不感应电势
特 点：
①同一极下的导体是在变化的，但同一极下导体电势方向 是一致的。
②对于某一元件而言，其元件电势是交变的。（元件依次 切割不同极性的磁力线）。
③转子绕组闭合回路中 =0（对称），无环流。
引出直流电的办法：
1、7 导体处加固定电刷，并把电刷接触处的导线剥开，从 而形成了两个并联支路且同一支路内电势方向一致——直 流电势
2021/3/7
CHENLI
23
§1-1 概述
直流电机:一种转换与直流电能有关的机器
直流电能→机械能 （直流电动机）
机械能→直流电能 （直流发电机）
可逆性：同一直流电机即可用作电动机也可用作发电机
优 点：
范围广
①调速性能好 方 便
平滑
②起动性能好，起动力矩大
缺 点：结构复杂、用铜多、成本高、运行有时不够可靠 —环火问题。
电机
通用式
同步电机
电动机 发电机
特种电机 控制式
二、电力拖动概述
拖动——原动机为了完成一定任务而使生产 机械运动。
电力拖动——电动机作为拖动的动力源或以 电动机为动力拖动生产机械运动的拖动方式 。
电力拖动系统——以电机为核心而向两边扩 展形成：机电一体化，控制与被控制对象结 合（专业方向）
电力拖动系统
方向： 右手定则
（3）电磁力定律（载流导体在磁场中受力）
大小：FBlI B－磁通密度；l－导体的有
效长度；I－通电电流强度
方向： 左手定则
（4）可逆原理 电能 机械能
电功率 e B i i lB v v lF iv （机械功率 ）
（5）磁路φ的欧姆定律FIW
+I
——磁动势 相当于E
电机与拖动
2021/3/7
CHENLI
1
关于本课程
课程性质：技术基础课（专业基础课）
教 材：《电机拖动基础》
宋银宾主编
实验教材《电机实验与检测》 李宗昉主编
任课教师：李宗昉
教学时间：5×16=80-10（实验）=70学时
成绩评定：期末考试70%
中期考试10%
其他 20% （含实验、出勤、课堂 听课、纪律）
电力机车 用 途：① 电动机 主要用于广泛调速的地方
地铁 电力机车 牵引电机 电车
卷扬机 快速可逆电机拖动系统
轧钢机 ② 发电机 可作独立直流电源，也可组成发电机——电动机
拖动系统（F--D），比如冶金、化工、采矿中使用。
优 点：发电机提供的直流电质量好，可靠（比整流）。将
来会被可控硅整流取代，但直流电动机目前还在继续使 用。
§1-2 直流电机的工作原理
一、直流发电机的原理
原理：导体在磁场中运动切割磁力线产生感应电势
大小： eBlV
方向：右手定则 下面以二极环形绕组（原理结构）为例：
N
3.
4.
5.
.
2
3
4
5
.6
2
6
1
1
-+
7
n
7
×源自文库
12
12 11
10
8 9
×8
×
×9
11
× 10
S φ
图：二极环形绕组（原理结构）
定 子：两个主磁极（永久磁铁）
电力拖动类型
1.成组拖动 一台电动机拖动几个工作机构。 条件：电机容量大（但容量得不到充分利
用）。 缺点：不安全、效率低。
天轴
电机
1
2
……
图： 成组拖动
2.单电机拖动系统：一台电动机拖动一个工作机 构。
图：单机拖动 优点：电机容量利用充分且控制方便，用于各种
机床
3.多电机拖动系统—一个生产机械有多个工作 机构，每个工作机构用一台电机拖动。 比如：龙门铣床
现最佳控制。 ④可以实现远距离控制和测量，便于集中管理，
实现生产过程自动化。
三、基本定律
（1）全电流定律（电生磁）
比如， 空间有n=3根导体，其中电流 I 1 、I 2
、I 3 ，方向如图所示，它们所产生的磁场强度H沿 任何闭合路径 的线积分等于该闭合回路所 包围的导体电流的代数和。
dl
. I2
H
铣头上升或下降 铣头旋转
工作台移动
图：多电机拖动
4.自动化电力拖动系统—多学科综合应用 比如：自动恒定功率、自动调节转矩…
电力拖动的优点
①电力拖动效率高，因为电动机效率高且与生产
机械联接方便。 ②电机种类多，具有各种运行特性，可满足不同
生产机械的要求。 ③检测方便，易于组成完善的反馈控制系统以实
力用电）
2.重要性：电气化的心脏
3.分类：普通电机与特种电机
（1）普通电机（按能量转换分）
机械能——电能（发电机）（产生电能） 直流 交流
水力、火力、原子能、潮汐、地热、风力 电能→机械能（电动机，用于动力机械）
65%的总电量被电动机消耗
电能之间的转换： 改变交流电压—变压器 改变电流—变流机（直流→交流） 改变频率—变频机 改变相数—劈相机或单---三相变压器
. I1
×
I3
Hde II1I2I3
l
用途：电机和变压器的磁路计算
(2)电磁感应定律（磁生电）
①变压器电势（感应电势）
大小 e w d （变化引起）
dt
方向 楞次定则：线圈中感应电动势倾向 于阻止线圈中磁链的变化
i
φ
e
w
②速率电势
大小：eBlV
B-磁通密度
l -导体有效长度
V-导体切割磁力线速度
w
δ
——磁阻R(
)
-
相当于
磁路的欧姆定律
I E R
F
Rm
四、课程的性质和任务
性质：技术基础课，承上启下 任务：①掌握各种电机的基本结构、工作原理、
基本特性及应用。 ②掌握电力拖动系统的组成、特性及分析
计算。 ③通过试验验证电机的各种性能。
第一章 直流电机基础
（2）特种电机
特种电机（主要完成信号传递和转换，用于 数字计算，是自控系统中的一个重要元件）
比如：潜艇导航 90多台 ；自动火炮 60多 台 ；导弹控制50多台 ；雷达20多台 ；飞 机的无人驾驶30多台。
电机的分类
普通电机
旋转电机 变压器
发电机 直流电机
电动机 异步电机
交流电机
电动机 发电机
学习电机与拖动的目的：
学习《电机与拖动》:不仅实际工作需要，而且 对后续课程是一个基础。
对于电车专业：电机与拖动——牵引电机 电子专业：电机与拖动——微特电机（自控技
术）
序言
2021/3/7
CHENLI
4
一、电机概述
1.电机：与电能有关的能量转换的机器 比如：电能生产、传输、分配和使用（主要是动
在空间固定——产生恒定磁场 转 子：环形铁心上绕有12个线圈（闭合绕组在原动机拖动
下旋转）
N 极下：2、3、4、5、6 切割磁力线感应电势方向
S 极下：8、9、10、11、12 切割磁力线感应电势方向
1、7 处于几何中性线处不感应电势
特 点：
①同一极下的导体是在变化的，但同一极下导体电势方向 是一致的。
②对于某一元件而言，其元件电势是交变的。（元件依次 切割不同极性的磁力线）。
③转子绕组闭合回路中 =0（对称），无环流。
引出直流电的办法：
1、7 导体处加固定电刷，并把电刷接触处的导线剥开，从 而形成了两个并联支路且同一支路内电势方向一致——直 流电势
2021/3/7
CHENLI
23
§1-1 概述
直流电机:一种转换与直流电能有关的机器
直流电能→机械能 （直流电动机）
机械能→直流电能 （直流发电机）
可逆性：同一直流电机即可用作电动机也可用作发电机
优 点：
范围广
①调速性能好 方 便
平滑
②起动性能好，起动力矩大
缺 点：结构复杂、用铜多、成本高、运行有时不够可靠 —环火问题。
电机
通用式
同步电机
电动机 发电机
特种电机 控制式
二、电力拖动概述
拖动——原动机为了完成一定任务而使生产 机械运动。
电力拖动——电动机作为拖动的动力源或以 电动机为动力拖动生产机械运动的拖动方式 。
电力拖动系统——以电机为核心而向两边扩 展形成：机电一体化，控制与被控制对象结 合（专业方向）
电力拖动系统
方向： 右手定则
（3）电磁力定律（载流导体在磁场中受力）
大小：FBlI B－磁通密度；l－导体的有
效长度；I－通电电流强度
方向： 左手定则
（4）可逆原理 电能 机械能
电功率 e B i i lB v v lF iv （机械功率 ）
（5）磁路φ的欧姆定律FIW
+I
——磁动势 相当于E
电机与拖动
2021/3/7
CHENLI
1
关于本课程
课程性质：技术基础课（专业基础课）
教 材：《电机拖动基础》
宋银宾主编
实验教材《电机实验与检测》 李宗昉主编
任课教师：李宗昉
教学时间：5×16=80-10（实验）=70学时
成绩评定：期末考试70%
中期考试10%
其他 20% （含实验、出勤、课堂 听课、纪律）
电力机车 用 途：① 电动机 主要用于广泛调速的地方
地铁 电力机车 牵引电机 电车
卷扬机 快速可逆电机拖动系统
轧钢机 ② 发电机 可作独立直流电源，也可组成发电机——电动机
拖动系统（F--D），比如冶金、化工、采矿中使用。
优 点：发电机提供的直流电质量好，可靠（比整流）。将
来会被可控硅整流取代，但直流电动机目前还在继续使 用。
§1-2 直流电机的工作原理
一、直流发电机的原理
原理：导体在磁场中运动切割磁力线产生感应电势
大小： eBlV
方向：右手定则 下面以二极环形绕组（原理结构）为例：
N
3.
4.
5.
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×源自文库
12
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×8
×
×9
11
× 10
S φ
图：二极环形绕组（原理结构）
定 子：两个主磁极（永久磁铁）
电力拖动类型
1.成组拖动 一台电动机拖动几个工作机构。 条件：电机容量大（但容量得不到充分利
用）。 缺点：不安全、效率低。
天轴
电机
1
2
……
图： 成组拖动
2.单电机拖动系统：一台电动机拖动一个工作机 构。
图：单机拖动 优点：电机容量利用充分且控制方便，用于各种
机床
3.多电机拖动系统—一个生产机械有多个工作 机构，每个工作机构用一台电机拖动。 比如：龙门铣床
现最佳控制。 ④可以实现远距离控制和测量，便于集中管理，
实现生产过程自动化。
三、基本定律
（1）全电流定律（电生磁）
比如， 空间有n=3根导体，其中电流 I 1 、I 2
、I 3 ，方向如图所示，它们所产生的磁场强度H沿 任何闭合路径 的线积分等于该闭合回路所 包围的导体电流的代数和。
dl
. I2
H
铣头上升或下降 铣头旋转
工作台移动
图：多电机拖动
4.自动化电力拖动系统—多学科综合应用 比如：自动恒定功率、自动调节转矩…
电力拖动的优点
①电力拖动效率高，因为电动机效率高且与生产
机械联接方便。 ②电机种类多，具有各种运行特性，可满足不同
生产机械的要求。 ③检测方便，易于组成完善的反馈控制系统以实
力用电）
2.重要性：电气化的心脏
3.分类：普通电机与特种电机
（1）普通电机（按能量转换分）
机械能——电能（发电机）（产生电能） 直流 交流
水力、火力、原子能、潮汐、地热、风力 电能→机械能（电动机，用于动力机械）
65%的总电量被电动机消耗
电能之间的转换： 改变交流电压—变压器 改变电流—变流机（直流→交流） 改变频率—变频机 改变相数—劈相机或单---三相变压器
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Hde II1I2I3
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用途：电机和变压器的磁路计算
(2)电磁感应定律（磁生电）
①变压器电势（感应电势）
大小 e w d （变化引起）
dt
方向 楞次定则：线圈中感应电动势倾向 于阻止线圈中磁链的变化
i
φ
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②速率电势
大小：eBlV
B-磁通密度
l -导体有效长度
V-导体切割磁力线速度