国家开放大学电机与拖动核心内容精简版

国家开放大学电机与拖动核心内容精简版一、课程基础与绪论1.1课程核心任务本课程是电气、机电类专业的核心课程，研究各类电机的工作原理、结构特性，以及电机拖动生产机械的运行与控制规律，为后续的自动化、控制类课程打下基础，对接电机运行、维护、控制等岗位。1.2基础电磁与磁路定律这是所有电机的理论基础：电磁感应定律：变化的磁场会在导体中感应出电动势，是变压器、发电机的核心原理电磁力定律：载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，是电动机的核心原理磁路定律：类比电路的欧姆定律，磁路的磁通、磁动势、磁阻满足关系，用于分析电机的磁场铁磁材料特性：电机的铁芯采用硅钢片，具有高导磁率、低损耗的特点，减少磁滞损耗与涡流损耗。二、变压器变压器是一种静止的电磁设备，作用是实现电压、电流、阻抗的变换，是电力系统与电气控制中的核心设备。2.1工作原理与结构变压器基于电磁感应原理，由铁芯和两个绕组组成：原边绕组接输入电源，副边绕组接负载，通过铁芯的交变磁场，实现能量的传递，同时改变电压的大小。图1：变压器的工作原理，原边绕组接交流电源，通过铁芯的交变磁场，在副边绕组感应出电压，实现电压的变换2.2核心运行特性电压变换：原副边的电压比等于绕组的匝数比，U1电流变换：原副边的电流比等于匝数的反比，I1阻抗变换：可以将副边的负载阻抗折算到原边，实现阻抗的匹配运行特性：变压器的外特性是负载变化时副边电压的变化，效率特性是负载变化时效率的变化，变压器的效率很高。三、直流电机直流电机是可以实现直流电能与机械能相互转换的电机，具有优良的调速性能，广泛应用于需要调速的场合。3.1结构与工作原理直流电机分为定子和转子两部分：定子：产生磁场，包括主磁极、换向极、机座、电刷装置转子：电枢部分，包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器，实现能量的转换工作原理：电枢绕组的载流导体在磁场中受到电磁力，产生电磁转矩，带动转子旋转，通过换向器实现换向，保证转矩的方向不变。图2：直流电机的结构，分为定子和转子，标注了各部分的组成，是直流电机的核心结构3.2励磁方式与调速励磁方式：分为他励、并励、串励、复励，不同的励磁方式对应不同的机械特性：他励：励磁与电枢独立供电，机械特性硬，调速性能好串励：励磁与电枢串联，启动转矩大，适合牵引场合调速方法：电枢串电阻调速：基速以下，恒转矩，特性软降电压调速：基速以下，恒转矩，平滑性好，节能弱磁升速：基速以上，恒功率，转速向上调节。四、三相异步电机三相异步电机是应用最广泛的电机，结构简单、成本低、运行可靠，是工业生产的主力动力设备。4.1工作原理与结构异步电机同样分为定子和转子：定子：三相绕组，通入三相对称电流，产生旋转磁场转子：分为笼型和绕线式，笼型结构简单，绕线式可以串电阻调速工作原理：定子的旋转磁场切割转子绕组，在转子中感应出电动势和电流，转子电流与旋转磁场作用产生电磁转矩，带动转子旋转，转子的转速低于旋转磁场的同步转速，所以称为异步电机。图3：三相异步电机的工作原理，定子的旋转磁场带动转子旋转，实现电能到机械能的转换4.2运行特性与调速转差率：同步转速与转子转速的差与同步转速的比值，是异步电机的核心参数，s=(机械特性：转矩与转速的关系，分为固有特性和人为特性，正常运行时工作在特性的硬区调速方法：变极调速：改变定子绕组的极对数，有级调速变频调速：改变电源的频率，平滑调速，性能最优串电阻调速：绕线式电机转子串电阻，基速以下，特性软。五、电力拖动系统电力拖动系统是用电机拖动生产机械的系统，是电机的应用核心：系统组成：电动机、传动机构、生产机械、控制设备，电机提供动力，通过传动机构带动生产机械运行系统的运动方程：T−T运行状态：包括启动、制动、调速，启动需要限制启动电流，制动可以实现快速停车，调速满足生产的不同转速需求。小结