电机与拖动基础课件

电机及拖动第三版李发海王岩清华大学出版社12/29/20221电机及拖动电机及拖动第三版清华大学出版社12/29/20221电机及拖学时分配：56（讲课：48实验：8）教材特点：例题丰富条理清晰，基本概念讲解清楚自动化学院信控系教五楼320室答疑时间：周一下午？12/29/20222电机及拖动学时分配：56（讲课：48实验：8）教材特点：例题丰内容简介绪论电力拖动系统动力学直流电机变压器交流电机理论的共同问题感应电机(异步电机)同步电机控制电机

12/29/20223电机及拖动内容简介绪论12/29/20223电机及拖动第1章绪论电机的定义、种类电机学科的回顾和展望电力拖动系统简介

课程的性质、任务和内容12/29/20224电机及拖动第1章绪论12/29/20224电机及拖动电机学电力拖动基础自动控制系统运动控制系统：电梯、机床等过程控制系统：锅炉等性质：专业课、基础课专业基础课12/29/20225电机及拖动电机学自动控制系统运动控制系统：电梯、机床等性质：专业课、基特点：（1）它依赖于电磁感应定律和电磁力定律。

一、电机学：电机学是阐述电机基本理论的学科电机定义：电机是一种利用电磁感应原理进行机电能量转换或

信号传递的电磁装置。（2）导磁材料构成磁路；导电材料构成电路。12/29/20226电机及拖动特点：一、电机学：电机学是阐述电机基本理论的学科电机定义：电机械能→电能电能→机械能发电机电动机变压器、变流器、变频器、移相器电能→电能按功能分类：控制电机:具有特定功能要求，且容量很小的电机。自动控制系统中的被控元件或进行信号传递与转换。12/29/20227电机及拖动机械能→电能电能→机械能发按电流（电压）划分：直流电机

交流电机变压器异步电机（感应电机）同步电机按运动方式划分：旋转电机直线电机静止电机：变压器12/29/20228电机及拖动按电流（电压）划分：直流电机交流电机变压器异步电机（感应二电机学科的回顾和展望回顾历史自十九世纪三十年代（1833诞生了第一台电机）出现直流电机的雏形以来，不断提高电机单机容量和电压等级始终是发展方向之一。由于直流电机自身固有的缺点（主要是换向问题，特别是高电压的情况下），到了19世纪80年代以后，人们的注意力逐渐向交流电机方面转移。到了90年代末，建立了电机基本理论和设计方法。趋势：提高单机容量和电压等级；采用新结构、新工艺、新材料和利用CAD等先进设计手段改善电机性能；理论：通过学科（电子、电机、控制理论、新材料）之间的渗透，形成新的学科，如电力电子与电力传动。12/29/20229电机及拖动二电机学科的回顾和展望回顾历史自十九世纪三十年代认识深化50年代，机电能量转换理论将电机理解为机电能量或信号转换的装置60年代，现代控制理论以系统的观点理解电机为一种时变的分布参数、多入多出的非线性系统剖析现状电机的数学模型精度提高控制与电机融为一体12/29/202210电机及拖动认识深化50年代，机电能量转换理论将电机理解为机电能量或信号展望未来迫人的形式：电机相关学科日新月异；绚丽的前程：用微观或准微观的方法，从精算磁场入手，不受线性、正弦、稳态的制约；不用传统理论的简化方法；12/29/202211电机及拖动展望未来迫人的形式：电机相关学科日新月异；12/29/202三、电力拖动系统电力拖动系统的优点：易于实现自动控制。控制部分电动机变速机构生产机械电源部分电力拖动系统组成框图12/29/202212电机及拖动三、电力拖动系统电力拖动系统的优点：易于实现自动控制。控制部四、本课程的内容、目的和任务

本课程是电气工程及其自动化和自动化两个本科专业的学科基础课。为学习后续的专业课程和将来从事专业工作打下良好基础。掌握各种电机（含变压器）的基本结构、电磁关系、基础理论知识、基本运行特性和一般分析的方法；掌握电力拖动系统的运行特性、分析计算；通过实验，熟练掌握电机的基本实验方法和操作技能，例如电机的运行特性、损耗、稳态参数等的测定方法了解电机的有关工程问题，例如电机的发热和冷却、各种电机的应用范围。12/29/202213电机及拖动四、本课程的内容、目的和任务

本课程是电气工五、如何学习本课程课程特点：专业基础课基础课（高数、电路等）：逻辑性强、条件较单纯；专业课：综合性问题，考虑的因素复杂（工艺、经济）

学习方法1）分析电机问题结构及工作原理：根据物理学电磁感应定律导出各电磁量的关系进行定量分析紧密联系实验：提高分析、解决实际问题的能力12/29/202214电机及拖动五、如何学习本课程课程特点：专业基础课学习方法1）分析电机电机原理：（右手）（左手）2）电机运行的两个过程：稳态、暂态“电磁场”转化为“路”电机结构电磁场电路磁路电路等效电路方程式（E、P、T）相量图电磁部分机械部分绕组（电路）铁芯（磁路）12/29/202215电机及拖动电机原理：（右手）掌握基本原理弄清基本概念学会分析问题不断思考总结掌握了电机的共性，又注意到个性，再结合实验、作业、答疑等。12/29/202216电机及拖动掌握基本原理掌握了电机的共性，又注意到个性，再结合实验、作业六、本课程常用的物理概念和定律1、全电流定律（安培环路定律）：在磁场中沿任一闭和回路磁场强度的线积分等于穿过该回路所有电流的代数和，即

其中电流的正方向与闭合回路的正方向满足右手定则。2、电磁感应定律：简单的说电磁感应定律就是变化的电场附近会产生变化的磁场，而变化的磁场附近会产生变化的电场。12/29/202217电机及拖动六、本课程常用的物理概念和定律1、全电流定律（安培环路定律）磁感应强度B、磁场强度H、磁通ФB(磁通密度)(1T=1wb/m*m)描述磁场强弱和方向Ф(wb)

均匀磁场，且S与B垂直：Ф=BSH(A/m)B=µH

铁磁材料的磁导率µ>>真空中的磁导率µ0

12/29/202218电机及拖动磁感应强度B、磁场强度H、磁通ФB(磁通密度)(1T=1w电动势定义：无论何种原因使得与闭合线圈交链的磁链ψ随着时间T变化时，线圈中将会产生感应电动势e1）切割（运动）电动势：指线圈不动，跨接在线圈上的导体运动，使得穿过线圈的磁通随着时间的变化而变化。此时的e叫做切割电动势

,方向由右手定则判定。12/29/202219电机及拖动电动势定义：无论何种原因使得与闭合线圈交链的磁链ψ随着时间T2）变压器电动势：指线圈不变，穿过线圈的磁通Ф发生变化，这样在线圈内将产生感应电动势，其大小与线圈的匝数和磁通变化率成正比，方向由楞次定律决定,注意：电动势正方向的规定12/29/202220电机及拖动2）变压器电动势：指线圈不变，穿过线圈的磁通Ф发生变化，这样3.电磁力定律：载流导体在磁场中要受到力的作用，方向用左手定则判定。

在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子受到一个力矩，我们称之为电磁转矩。电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。12/29/202221电机及拖动3.电磁力定律：12/29/202221电机及拖动4.电路定律：欧姆定律：12/29/202222电机及拖动4.电路定律：欧姆定律：12/29/202222电机及拖动5.磁路及磁路定律：磁场是电机必不可缺的工作环境。电流在它周围的空间建立磁场，磁场的分布常用一些闭合线（磁力线）来描述:

电路：电流流过的路径。磁路：磁力线所经过的路径。磁路的材料不同，其导磁性能也不同。铁磁材料的特点（p3-4）（1）磁导率随着外加磁场的变化而发生相应的变化，存在磁饱和现象。（2）在交变磁场的作用下，存在磁滞和涡流现象，在铁磁物质内产生能量损耗，即铁耗。12/29/202223电机及拖动5.磁路及磁路定律：12/29/202223电机及拖动1）磁路的欧姆定律：将全电流定律应用到截面相等的无分支闭和磁路上磁路欧姆定律因为,即于是：12/29/202224电机及拖动1）磁路的欧姆定律：磁路欧姆定律因为尽管磁路和电路在物理量和基本定律上有一一对应的关系，但是，磁路和电路仍有本质的区别：1）电路中可以有电动势而无电流，磁路中有磁动势必有磁通2）电路中有电流就有功率损耗，而在恒磁通下，磁路中无损耗3）电流只在导体中流过，而磁路中除了主磁通外还必须考虑到漏磁通的影响4）电路中电阻率在一定温度下恒定不变，而由于铁磁材料构成的磁路中，磁导率是随着磁密而变化的，所以磁导率不是一个常数。12/29/202225电机及拖动尽管磁路和电路在物理量和基本定律上有一一对应的关系，但是，磁物理中的能量守恒定律在这里同样适用，稳态运行时，6、能量守恒定律：12/29/202226电机及拖动物理中的能量守恒定律在这里同样适用，稳态运行时，6、能量守恒电机及拖动第三版李发海王岩清华大学出版社12/29/202227电机及拖动电机及拖动第三版清华大学出版社12/29/20221电机及拖学时分配：56（讲课：48实验：8）教材特点：例题丰富条理清晰，基本概念讲解清楚自动化学院信控系教五楼320室答疑时间：周一下午？12/29/202228电机及拖动学时分配：56（讲课：48实验：8）教材特点：例题丰内容简介绪论电力拖动系统动力学直流电机变压器交流电机理论的共同问题感应电机(异步电机)同步电机控制电机

12/29/202229电机及拖动内容简介绪论12/29/20223电机及拖动第1章绪论电机的定义、种类电机学科的回顾和展望电力拖动系统简介

课程的性质、任务和内容12/29/202230电机及拖动第1章绪论12/29/20224电机及拖动电机学电力拖动基础自动控制系统运动控制系统：电梯、机床等过程控制系统：锅炉等性质：专业课、基础课专业基础课12/29/202231电机及拖动电机学自动控制系统运动控制系统：电梯、机床等性质：专业课、基特点：（1）它依赖于电磁感应定律和电磁力定律。

一、电机学：电机学是阐述电机基本理论的学科电机定义：电机是一种利用电磁感应原理进行机电能量转换或

信号传递的电磁装置。（2）导磁材料构成磁路；导电材料构成电路。12/29/202232电机及拖动特点：一、电机学：电机学是阐述电机基本理论的学科电机定义：电机械能→电能电能→机械能发电机电动机变压器、变流器、变频器、移相器电能→电能按功能分类：控制电机:具有特定功能要求，且容量很小的电机。自动控制系统中的被控元件或进行信号传递与转换。12/29/202233电机及拖动机械能→电能电能→机械能发按电流（电压）划分：直流电机

交流电机变压器异步电机（感应电机）同步电机按运动方式划分：旋转电机直线电机静止电机：变压器12/29/202234电机及拖动按电流（电压）划分：直流电机交流电机变压器异步电机（感应二电机学科的回顾和展望回顾历史自十九世纪三十年代（1833诞生了第一台电机）出现直流电机的雏形以来，不断提高电机单机容量和电压等级始终是发展方向之一。由于直流电机自身固有的缺点（主要是换向问题，特别是高电压的情况下），到了19世纪80年代以后，人们的注意力逐渐向交流电机方面转移。到了90年代末，建立了电机基本理论和设计方法。趋势：提高单机容量和电压等级；采用新结构、新工艺、新材料和利用CAD等先进设计手段改善电机性能；理论：通过学科（电子、电机、控制理论、新材料）之间的渗透，形成新的学科，如电力电子与电力传动。12/29/202235电机及拖动二电机学科的回顾和展望回顾历史自十九世纪三十年代认识深化50年代，机电能量转换理论将电机理解为机电能量或信号转换的装置60年代，现代控制理论以系统的观点理解电机为一种时变的分布参数、多入多出的非线性系统剖析现状电机的数学模型精度提高控制与电机融为一体12/29/202236电机及拖动认识深化50年代，机电能量转换理论将电机理解为机电能量或信号展望未来迫人的形式：电机相关学科日新月异；绚丽的前程：用微观或准微观的方法，从精算磁场入手，不受线性、正弦、稳态的制约；不用传统理论的简化方法；12/29/202237电机及拖动展望未来迫人的形式：电机相关学科日新月异；12/29/202三、电力拖动系统电力拖动系统的优点：易于实现自动控制。控制部分电动机变速机构生产机械电源部分电力拖动系统组成框图12/29/202238电机及拖动三、电力拖动系统电力拖动系统的优点：易于实现自动控制。控制部四、本课程的内容、目的和任务

本课程是电气工程及其自动化和自动化两个本科专业的学科基础课。为学习后续的专业课程和将来从事专业工作打下良好基础。掌握各种电机（含变压器）的基本结构、电磁关系、基础理论知识、基本运行特性和一般分析的方法；掌握电力拖动系统的运行特性、分析计算；通过实验，熟练掌握电机的基本实验方法和操作技能，例如电机的运行特性、损耗、稳态参数等的测定方法了解电机的有关工程问题，例如电机的发热和冷却、各种电机的应用范围。12/29/202239电机及拖动四、本课程的内容、目的和任务

本课程是电气工五、如何学习本课程课程特点：专业基础课基础课（高数、电路等）：逻辑性强、条件较单纯；专业课：综合性问题，考虑的因素复杂（工艺、经济）

学习方法1）分析电机问题结构及工作原理：根据物理学电磁感应定律导出各电磁量的关系进行定量分析紧密联系实验：提高分析、解决实际问题的能力12/29/202240电机及拖动五、如何学习本课程课程特点：专业基础课学习方法1）分析电机电机原理：（右手）（左手）2）电机运行的两个过程：稳态、暂态“电磁场”转化为“路”电机结构电磁场电路磁路电路等效电路方程式（E、P、T）相量图电磁部分机械部分绕组（电路）铁芯（磁路）12/29/202241电机及拖动电机原理：（右手）掌握基本原理弄清基本概念学会分析问题不断思考总结掌握了电机的共性，又注意到个性，再结合实验、作业、答疑等。12/29/202242电机及拖动掌握基本原理掌握了电机的共性，又注意到个性，再结合实验、作业六、本课程常用的物理概念和定律1、全电流定律（安培环路定律）：在磁场中沿任一闭和回路磁场强度的线积分等于穿过该回路所有电流的代数和，即

其中电流的正方向与闭合回路的正方向满足右手定则。2、电磁感应定律：简单的说电磁感应定律就是变化的电场附近会产生变化的磁场，而变化的磁场附近会产生变化的电场。12/29/202243电机及拖动六、本课程常用的物理概念和定律1、全电流定律（安培环路定律）磁感应强度B、磁场强度H、磁通ФB(磁通密度)(1T=1wb/m*m)描述磁场强弱和方向Ф(wb)

均匀磁场，且S与B垂直：Ф=BSH(A/m)B=µH

铁磁材料的磁导率µ>>真空中的磁导率µ0

12/29/202244电机及拖动磁感应强度B、磁场强度H、磁通ФB(磁通密度)(1T=1w电动势定义：无论何种原因使得与闭合线圈交链的磁链ψ随着时间T变化时，线圈中将会产生感应电动势e1）切割（运动）电动势：指线圈不动，跨接在线圈上的导体运动，使得穿过线圈的磁通随着时间的变化而变化。此时的e叫做切割电动势

,方向由右手定则判定。12/29/202245电机及拖动电动势定义：无论何种原因使得与闭合线圈交链的磁链ψ随着时间T2）变压器电动势：指线圈不变，穿过线圈的磁通Ф发生变化，这样在线圈内将产生感应电动势，其大小与线圈的匝数和磁通变化率成正比，方向由楞次定律决定,注意：电动势正方向的规定12/29/202246电机及拖动2）变压器电动势：指线圈不变，穿过线圈的磁通Ф发生变化，这样3.电磁力定律：载流导体在磁场中要受到力的作用，方向用左手定则判定。

在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子受到一个力矩，我们称之为电磁转矩。电磁转矩是电机实现机电能量