电机及拖动基础绪论

1、新编电气与电子信息类本科规划教材新编电气与电子信息类本科规划教材电机与拖动基础陈陈 勇勇 陈亚爱陈亚爱 主编主编蔡军蔡军 罗萍罗萍 向敏向敏 副主编副主编电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 2绪绪 论论电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 3电机的分类电机的分类 电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 4电机的应用电机的应用n电能生产电能生产由同步发电机生产；由同步发电机生产；n高压输电高压输电由升压变压器将发电机发出的电压升由升压变压器将发电机发出的电压升高到输电电压再输送；高到输电电压再输送；n降压用电降压用电由降压变压器将输来的高压电降为所由降压变压器将输来的高压

2、电降为所需低电压，供给用电设备；需低电压，供给用电设备；n生产机械的拖动生产机械的拖动由各种电动机或电力拖动系统由各种电动机或电力拖动系统实现；实现；n控制系统中的信号转换控制系统中的信号转换由各种控制电机完成。由各种控制电机完成。电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 5本教材内容本教材内容 “电机与拖动基础电机与拖动基础”课程是把课程是把“电机电机学学”和和“电力拖动基础电力拖动基础”两门课整合为一两门课整合为一门课。本教材以电力拖动系统中应用最广门课。本教材以电力拖动系统中应用最广泛的电机和电力拖动为重点，从使用的角泛的电机和电力拖动为重点，从使用的角度介绍交、直流电机、变压器、控

3、制电机度介绍交、直流电机、变压器、控制电机的基本结构、工作原理、主要工作特性以的基本结构、工作原理、主要工作特性以及电力拖动系统的运行特性等。及电力拖动系统的运行特性等。 电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 6课程性质课程性质 本课程属专业技术基础课，学习过程本课程属专业技术基础课，学习过程中要用到中要用到高等数学高等数学、大学物理大学物理、电路电路等课程的知识。本课程虽是基础等课程的知识。本课程虽是基础课，但又具有专业性质，讲授的内容是电课，但又具有专业性质，讲授的内容是电机方面非常具体、实际的问题。因此，课机方面非常具体、实际的问题。因此，课程的特点是理论性强，实践性也强。程的特

4、点是理论性强，实践性也强。 电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 7教学目的教学目的 本课程的教学目的是，通过课程的学习本课程的教学目的是，通过课程的学习,使使学生掌握常用交、直流电机及变压器的基本结学生掌握常用交、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；了解交构、工作原理、运行性能和实验方法；了解交直流电力拖动的基础知识，掌握他励直流电动直流电力拖动的基础知识，掌握他励直流电动机启动、制动及调速等各种运行状态的静动态机启动、制动及调速等各种运行状态的静动态特性和参数计算；掌握异步电动机特性分析、特性和参数计算；掌握异步电动机特性分析、启动、制动方法和交流电动机常用调

5、速方法；启动、制动方法和交流电动机常用调速方法；学会选择电动机容量的方法。学会选择电动机容量的方法。电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 8学习方法学习方法1 1 首先，学习中应注意，在实际运行着的电机中，首先，学习中应注意，在实际运行着的电机中，电、磁、力、热等物理定律同时起作用，互相制约，电、磁、力、热等物理定律同时起作用，互相制约，分析解决这种复杂问题时，往往需要忽略一些次要矛分析解决这种复杂问题时，往往需要忽略一些次要矛盾，抓住主要矛盾加以解决，只要所得结果正确，引盾，抓住主要矛盾加以解决，只要所得结果正确，引起的误差在允许的范围内，这在工程上是允许的，这起的误差在允许的范围内

6、，这在工程上是允许的，这与以前所学课程中解决问题理想化、单一化有很大区与以前所学课程中解决问题理想化、单一化有很大区别，学习时需有足够的认识。别，学习时需有足够的认识。电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 9学习方法学习方法2 2 其次应注意，本课程的动力用电机包括变压器其次应注意，本课程的动力用电机包括变压器及各种电动机等，种类繁多，各具特性，但就其内及各种电动机等，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，仍有其部电磁关系耦合过程和机电能量转换关系，仍有其内在联系。他们的基本工作原理都是建立在电磁感内在联系。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

7、律基础上的；他们的能量转换都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，其电磁关系可抽象为电路参数，是以磁场为媒介，其电磁关系可抽象为电路参数，得出基本方程式和等值电路，这是共性方面得出基本方程式和等值电路，这是共性方面。电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 10学习方法学习方法2 2 在学习中应将各种电机的相似性有机地统一起在学习中应将各种电机的相似性有机地统一起来，注意课程内容的内在联系，形成学习本课程鲜来，注意课程内容的内在联系，形成学习本课程鲜明的主线，只要学好了变压器，对交流机和直流机明的主线，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

8、比较容易掌握了。 电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 11学习方法学习方法3 3 最后应注意，理论联系实际，注重做好本课最后应注意，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，程开设的相关实验，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，注意培养解在实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。电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 12基本电磁定律基本电磁定律 学习本课过程中常要用到的基本电磁定律有：学习本课过程中常要用到的基本电磁定律有：全电流定律、磁路欧姆定律、电磁力定律、电磁感全电流定律、磁路欧姆

9、定律、电磁力定律、电磁感应定律、基尔霍夫电流定律和电压定律等。应定律、基尔霍夫电流定律和电压定律等。 电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 13（1 1）电路定律）电路定律电路欧姆定律电路欧姆定律 流过电阻流过电阻R(resistance)的电流的电流I(current)大小与大小与电阻两端的电压电阻两端的电压U(voltage)成正比，与电阻成正比，与电阻R的大小的大小成反比，即有成反比，即有 ，交流电路，直流电路ZUIRUI电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 14（1 1）电路定律）电路定律基尔霍夫第一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零，即有电路中任

10、意节点的电流的代数和等于零，即有基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律 对电路中任一回路，电压降的代数和等于电动势对电路中任一回路，电压降的代数和等于电动势(emf)的代数和，即有的代数和，即有 ，交流电路，直流电路00II，交流电路，直流电路EUEU电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 15（2 2）电磁感应定律）电磁感应定律 一匝数一匝数(turn)为为N的线圈的线圈(winding)，在变化的磁，在变化的磁场中产生的感应电动势场中产生的感应电动势e(induce electromotive force) 的大小与线圈匝数的大小与线圈匝数N和线圈所交链的磁通和线圈所交链的磁通(the m

11、agntic flux)对时间的变化率对时间的变化率dF/dt成正比，当感应电动势正成正比，当感应电动势正方方向与产生它的磁通正方向符合右手螺旋定则时，则有向与产生它的磁通正方向符合右手螺旋定则时，则有 dtdNe电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 16（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磁场中沿任一闭合回路的磁场强度H(the magnetic field intensity)的线积分等于该闭合回路的线积分等于该闭合回路所所包围的所有导体电流的代数和，即有包围的所有导体电流的代数和，即有 INHdl电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 17（4

12、4）电磁力定律）电磁力定律 载流导体在磁场中受到力的作用，当磁场与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，作用在载流导体的电磁力导体相互垂直作用时，作用在载流导体的电磁力为为 BlIF 电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 18（5 5）磁路定律）磁路定律磁路基尔霍夫第一定律磁路基尔霍夫第一定律 在磁路在磁路(magnetic circuit)中根据磁通的连续性可中根据磁通的连续性可得：穿入任一闭合面的磁通必等于穿出该闭合面的得：穿入任一闭合面的磁通必等于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磁通，即磁路中通过任何闭合面上的磁通的代数和等于零，则有

13、等于零，则有 上式中一般将穿出闭合面的磁通取正号，穿入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。闭合面的磁通取负号。0电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 19（5 5）磁路定律）磁路定律磁路基尔霍夫第二定律磁路基尔霍夫第二定律 根据麦克斯韦方程可得出：在闭合的磁路中，根据麦克斯韦方程可得出：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各段磁压降的代数和等于闭合磁路中磁动势(mmf)的的代数和，即有代数和，即有上式中，上式中，H磁场强度，磁场强度，A/m；L各段磁路的各段磁路的长度，长度，m；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； I每根导体

14、所流过的电流，每根导体所流过的电流，A。INHL电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 20（5 5）磁路定律）磁路定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律 在无分支的磁路中，磁通在无分支的磁路中，磁通 与磁动势与磁动势F大小成正大小成正比，与磁路中的总磁阻比，与磁路中的总磁阻Rm(total reluctance)的大小成的大小成反比，即有反比，即有上式中，上式中，Rm磁路的总磁阻，磁路的总磁阻，1/H。mRF电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 21磁路与电路对比表磁路与电路对比表 电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 22电机中铁磁材料的特点电机中铁磁材料的特点 （1 1）磁化

15、曲线）磁化曲线(magnetization curve)(magnetization curve) 铁磁材料具有如铁磁材料具有如 下特点：下特点： 它的磁化曲线具它的磁化曲线具 有饱和性，磁导率有饱和性，磁导率Fe 不是常数，且随不是常数，且随H变化变化 而变化。而变化。电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 23电机中铁磁材料的特点电机中铁磁材料的特点（2）磁滞回线）磁滞回线(the hysteresis loop) 不同的铁磁物质其磁滞不同的铁磁物质其磁滞回线宽窄是不同的，当铁磁回线宽窄是不同的，当铁磁材料的磁滞回线较窄时，可材料的磁滞回线较窄时，可用它的平均磁化曲线，即基用它的平均

16、磁化曲线，即基本磁化曲线进行计算（如图本磁化曲线进行计算（如图3曲线曲线3所示）。所示）。 电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 24电机中铁磁材料的特点电机中铁磁材料的特点 根据磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为硬根据磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为硬磁材料磁材料(hard magnetic material)和软磁材料和软磁材料(soft magnetic material)。 硬磁材料的磁滞回线胖宽，剩磁、矫顽力大，硬磁材料的磁滞回线胖宽，剩磁、矫顽力大，如钨钢、钴钢、镍铝钴合金、钕铁硼等。一般用来如钨钢、钴钢、镍铝钴合金、钕铁硼等。一般用来制造永久磁铁。制造永久磁铁。电机与拖

17、动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 25电机中铁磁材料的特点电机中铁磁材料的特点 软磁材料的磁滞回线瘦窄，剩磁、矫顽力小，软磁材料的磁滞回线瘦窄，剩磁、矫顽力小，如硅钢片、铸钢等。由于电机铁心采用软磁材料制如硅钢片、铸钢等。由于电机铁心采用软磁材料制成，其磁滞回线瘦窄，在进行磁路计算时，为了简成，其磁滞回线瘦窄，在进行磁路计算时，为了简化计算，不考虑磁滞现象，而用基本磁化曲线来表化计算，不考虑磁滞现象，而用基本磁化曲线来表示示B与与H之间的关系，故通常所讲的铁磁材料的磁化之间的关系，故通常所讲的铁磁材料的磁化曲线是指基本磁化曲线。曲线是指基本磁化曲线。电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Pa

18、ge 26电机中铁磁材料的特点电机中铁磁材料的特点（3）交流磁路中的铁心损耗）交流磁路中的铁心损耗(core loss) 交流磁路中存在着铁心损耗，铁心损耗又分为交流磁路中存在着铁心损耗，铁心损耗又分为磁滞损耗磁滞损耗(hysteresis loss)和涡流损耗和涡流损耗(eddy-current loss )。电机与拖动基础电机与拖动基础绪论绪论Page 27电机中铁磁材料的特点电机中铁磁材料的特点磁滞损耗磁滞损耗 铁磁材料在交变的磁场中反复磁化，磁畴铁磁材料在交变的磁场中反复磁化，磁畴(domains)间相互摩擦，产生损耗，这种损耗称为磁间相互摩擦，产生损耗，这种损耗称为磁滞损耗。磁滞损耗与交变磁场的频率滞损耗。磁滞损耗与交变磁场的频率f、铁心的体积、铁心的体积V、磁滞回线的面积成正比。、磁滞回线的面积