《电机及拖动》绪论

电机及拖动绪论《电机及拖动》课程简介0.1电机及拖动系统发展概况

1.电机及其发展

电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁机械。从能量转换的角度看，电机分为发电机、电动机和变压器三大类。

电机发展史

◆1820年，法拉第提出了电磁感应定律，并组装了第一台直流电机样机

◆1829年，亨利制造了第一台实用的直流电机

◆1837年，直流电机正式成为商业化产品

◆1887年，特斯拉发明了三相异步电动机

《电机及拖动》课程简介

电机的发展趋势：

◆大型化；单机容量越来越大，如60万千瓦及以上的汽轮发电机。

◆微型化；为适应设备小型化的要求，电机的体积越来越小，重量越来越轻。

◆新原理、新工艺、新材料的电机；如无刷直流电机、直线电机、超声波电机等。电机驱动系统正朝集成化、数字化、智能化和网络化方向发展。《电机及拖动》课程简介拖动分：直流拖动、交流拖动 由电动机实现

拖动系统由最初单电机拖动多电机拖动

成组拖动一台电机拖动一组生产机械，能量传递与分配靠机械方法实现，能量损耗大，效率低，事故多。一台电机拖动一台生产机械，简化了机械结构。每一工作机构由独立电机拖动，机械结构大大简化，各机械间一般采用电气方法联系。2.拖动系统的发展概况《电机及拖动》课程简介3.分析方法◆采用电路和磁路理论的宏观分析方法◆采用电磁场理论的微观分析方法本课程重点讨论电路的分析方法，即宏观分析方法分析电机及拖动系统的一般步骤◆各类电机的基本运行原理和结构◆根据结构的具体特点，分析各类电机内部的电磁关系◆根据内部的电磁关系，写出电磁关系的数学描述，包括基本方程式、等效电路和向量图◆利用上述数学描述计算各类电机的运行特性（机械特性和外特性）和性能指标

《电机及拖动》课程简介◆根据机械特性和负载的转矩特性讨论各类拖动系统的稳定性、启制动特性、调速特性等◆讨论电动机的各种运行状态及四象限运行情况在分析电机内部的电磁过程并建模时，常用到的方法理论◆铁心饱和时，采用叠加原理对磁势、磁场、电势进行分析铁心不饱和时，采用主、漏磁通进行分析◆对交流电机或者变压器，在保持电磁关系不变情况下，利用折算法进行折算，然后再建模◆在对交流电机或者变压器的稳态特性进行分析计算时，常用基本方程式、等效电路以及向量图等工具◆在讨论多轴电力拖动系统时，按能量保持不变的原则将多轴系统等效为单轴系统进行处理。《电机及拖动》课程简介0.2.课程性质及任务

组成：《电机学》+《电力拖动基础》

性质：专业基础课

任务：

◆各类电机的基本运行原理、结构、内部电磁关系及其数学描述、机械特性及外特性的分析与计算。

◆各类电机拖动不同负载时的启、制动及调速性能等。绪论《电机及拖动》课程简介0.3课程的主要内容及学习方法

主要内容（一）直流电机及直流电动机的电力拖动（二）变压器（三）交流电机及交流电动机的电力拖动（四）微控电机(部分必讲）、电机的选择、电机及拖动的计算机仿真(附选)

教学安排

◆从控制角度探讨问题：注重阐明电机及机电能量转换的基本原理和物理概念，淡化对电机具体结构的讨论。

◆重点：电机的物理本质和分析方法。

◆内容：第一至六章内容，第八(部分).七.九.十章(附选)。绪论《电机及拖动》课程简介

学习方法

◆以物理概念为主、工程计算为辅；

◆重点应掌握各类电动机的机械特性以及与生产机械配合时的启、制动方法与调速方法及性能；

◆通过实验和仿真加深对相关知识的理解和掌握；

◆理论联系实际。

参考教材《电机及拖动基础》(第3版)李发海等编清华大学出版社2005《电机及拖动基础》詹跃东主编重庆出版社2002《电机与电力拖动》朱耀忠主编北京航空航天大学出版社2005

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应用领域电能的生产、转换、传输、分配、使用与控制；生产机械的驱动、控制；设备的自动控制等。

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电机的作用1.进行能量转化、传输和分配电能2.驱动生产机械磁悬浮列车大型车床绪论电机的作用3.控制各种自动设备盲人引路车爬行机器人绪论电机的概况电机分类：

直流发电机发电机交流发电机直流电动机电动机同步电动机交流电动机单相异步电动机异步电动机三相异步电动机单相变压器变压器三相变压器特殊变压器特殊电机：实现信号转换的电机绪论电机的发展概况高效电机；大型和超小型电机同步发电机定子各种微电机绪论本课程涉及的电磁学基本理论绪论0.4.1磁的基本概念

磁通密度B:用通过磁场方向的单位面积的磁力线数来表示

磁通

:穿过某一截面S的磁通密度B的通量，即穿过截面S的磁力线根数称为磁通

磁场强度

:在线性磁性材料的一定范围内，磁场强度定义为介质中某点的磁通密度B与介质磁导率之比

0.4

本课程涉及的电磁学基本概念注：磁通和磁通密度与介质有关，而磁场强度与介质无关，磁通密度随介质的不同而不同，其程度取决于介质的磁导率本课程涉及的电磁学基本理论

磁动势：等于流过线圈的电流与其匝数的乘积，即

磁阻：磁阻与磁路的平均长度，磁路截面积及磁路介质的磁导率有关，即

0.4.2.磁性材料

所有电机均采用磁性材料来定形和导向磁场，磁场是能量传递和转换的媒介。铁心中的磁场源为磁动势。

从能量转换角度看，磁性材料的重要性有两点：

◆通过磁性材料，就有可能以相对低的磁化力来获取高的磁通密度。因为随着增加磁通密度，磁力及能量密度增加，所以这一作用对能量转换装置的性能至关重要。绪论本课程涉及的电磁学基本理论◆磁性材料可用于沿精心确立的路径来束缚及导向磁场。

在变压器中，磁性材料既用来最大限度地使绕组间匝链，也降低变压器运行所需要的励磁电流。

在发电机和电动机中，磁性材料用于定形磁场，以获得期望的转矩和端部电特性。

因此，设计人员利用磁性材料来得到满足特殊需要的装置特性。

磁性材料（也称铁磁材料）:一般是由铁或铁与钴、镍及其他金属的合金构成。

绪论本课程涉及的电磁学基本理论

磁性材料的特性：

磁性材料具有三个显著特点：高磁导性，磁滞性，磁饱和性。磁性材料的磁化曲线磁性材料的磁滞回线绪论本课程涉及的电磁学基本理论绪论0.4.3电磁感应定律

切割电动势

:

变压器电动势：方向判别：右手定则(a)切割电动势的右手定则