電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)課件

電機(jī)及拖動(dòng)第三版李發(fā)海王巖清華大學(xué)出版社9/13/20231電機(jī)及拖動(dòng)電機(jī)及拖動(dòng)第三版清華大學(xué)出版社7/31/20231電機(jī)及拖動(dòng)學(xué)時(shí)分配：56（講課：48實(shí)驗(yàn)：8）教材特點(diǎn)：例題豐富條理清晰，基本概念講解清楚自動(dòng)化學(xué)院信控系教五樓320室答疑時(shí)間：周一下午？9/13/20232電機(jī)及拖動(dòng)學(xué)時(shí)分配：56（講課：48實(shí)驗(yàn)：8）教材特點(diǎn)：例題豐內(nèi)容簡介緒論電力拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)直流電機(jī)變壓器交流電機(jī)理論的共同問題感應(yīng)電機(jī)(異步電機(jī))同步電機(jī)控制電機(jī)

9/13/20233電機(jī)及拖動(dòng)內(nèi)容簡介緒論7/31/20233電機(jī)及拖動(dòng)第1章緒論電機(jī)的定義、種類電機(jī)學(xué)科的回顧和展望電力拖動(dòng)系統(tǒng)簡介

課程的性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容9/13/20234電機(jī)及拖動(dòng)第1章緒論7/31/20234電機(jī)及拖動(dòng)電機(jī)學(xué)電力拖動(dòng)基礎(chǔ)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)：電梯、機(jī)床等過程控制系統(tǒng)：鍋爐等性質(zhì)：專業(yè)課、基礎(chǔ)課專業(yè)基礎(chǔ)課9/13/20235電機(jī)及拖動(dòng)電機(jī)學(xué)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)：電梯、機(jī)床等性質(zhì)：專業(yè)課、基特點(diǎn)：（1）它依賴于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。

一、電機(jī)學(xué)：電機(jī)學(xué)是闡述電機(jī)基本理論的學(xué)科電機(jī)定義：電機(jī)是一種利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或

信號(hào)傳遞的電磁裝置。（2）導(dǎo)磁材料構(gòu)成磁路；導(dǎo)電材料構(gòu)成電路。9/13/20236電機(jī)及拖動(dòng)特點(diǎn)：一、電機(jī)學(xué)：電機(jī)學(xué)是闡述電機(jī)基本理論的學(xué)科電機(jī)定義：電機(jī)械能→電能電能→機(jī)械能發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)變壓器、變流器、變頻器、移相器電能→電能按功能分類：控制電機(jī):具有特定功能要求，且容量很小的電機(jī)。自動(dòng)控制系統(tǒng)中的被控元件或進(jìn)行信號(hào)傳遞與轉(zhuǎn)換。9/13/20237電機(jī)及拖動(dòng)機(jī)械能→電能電能→機(jī)械能發(fā)按電流（電壓）劃分：直流電機(jī)

交流電機(jī)變壓器異步電機(jī)（感應(yīng)電機(jī)）同步電機(jī)按運(yùn)動(dòng)方式劃分：旋轉(zhuǎn)電機(jī)直線電機(jī)靜止電機(jī)：變壓器9/13/20238電機(jī)及拖動(dòng)按電流（電壓）劃分：直流電機(jī)交流電機(jī)變壓器異步電機(jī)（感應(yīng)二電機(jī)學(xué)科的回顧和展望回顧歷史自十九世紀(jì)三十年代（1833誕生了第一臺(tái)電機(jī)）出現(xiàn)直流電機(jī)的雛形以來，不斷提高電機(jī)單機(jī)容量和電壓等級(jí)始終是發(fā)展方向之一。由于直流電機(jī)自身固有的缺點(diǎn)（主要是換向問題，特別是高電壓的情況下），到了19世紀(jì)80年代以后，人們的注意力逐漸向交流電機(jī)方面轉(zhuǎn)移。到了90年代末，建立了電機(jī)基本理論和設(shè)計(jì)方法。趨勢：提高單機(jī)容量和電壓等級(jí)；采用新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料和利用CAD等先進(jìn)設(shè)計(jì)手段改善電機(jī)性能；理論：通過學(xué)科（電子、電機(jī)、控制理論、新材料）之間的滲透，形成新的學(xué)科，如電力電子與電力傳動(dòng)。9/13/20239電機(jī)及拖動(dòng)二電機(jī)學(xué)科的回顧和展望回顧歷史自十九世紀(jì)三十年代認(rèn)識(shí)深化50年代，機(jī)電能量轉(zhuǎn)換理論將電機(jī)理解為機(jī)電能量或信號(hào)轉(zhuǎn)換的裝置60年代，現(xiàn)代控制理論以系統(tǒng)的觀點(diǎn)理解電機(jī)為一種時(shí)變的分布參數(shù)、多入多出的非線性系統(tǒng)剖析現(xiàn)狀電機(jī)的數(shù)學(xué)模型精度提高控制與電機(jī)融為一體9/13/202310電機(jī)及拖動(dòng)認(rèn)識(shí)深化50年代，機(jī)電能量轉(zhuǎn)換理論將電機(jī)理解為機(jī)電能量或信號(hào)展望未來迫人的形式：電機(jī)相關(guān)學(xué)科日新月異；絢麗的前程：用微觀或準(zhǔn)微觀的方法，從精算磁場入手，不受線性、正弦、穩(wěn)態(tài)的制約；不用傳統(tǒng)理論的簡化方法；9/13/202311電機(jī)及拖動(dòng)展望未來迫人的形式：電機(jī)相關(guān)學(xué)科日新月異；7/31/2023三、電力拖動(dòng)系統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制?？刂撇糠蛛妱?dòng)機(jī)變速機(jī)構(gòu)生產(chǎn)機(jī)械電源部分電力拖動(dòng)系統(tǒng)組成框圖9/13/202312電機(jī)及拖動(dòng)三、電力拖動(dòng)系統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。控制部四、本課程的內(nèi)容、目的和任務(wù)

本課程是電氣工程及其自動(dòng)化和自動(dòng)化兩個(gè)本科專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課。為學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課程和將來從事專業(yè)工作打下良好基礎(chǔ)。掌握各種電機(jī)（含變壓器）的基本結(jié)構(gòu)、電磁關(guān)系、基礎(chǔ)理論知識(shí)、基本運(yùn)行特性和一般分析的方法；掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行特性、分析計(jì)算；通過實(shí)驗(yàn)，熟練掌握電機(jī)的基本實(shí)驗(yàn)方法和操作技能，例如電機(jī)的運(yùn)行特性、損耗、穩(wěn)態(tài)參數(shù)等的測定方法了解電機(jī)的有關(guān)工程問題，例如電機(jī)的發(fā)熱和冷卻、各種電機(jī)的應(yīng)用范圍。9/13/202313電機(jī)及拖動(dòng)四、本課程的內(nèi)容、目的和任務(wù)

本課程是電氣工五、如何學(xué)習(xí)本課程課程特點(diǎn)：專業(yè)基礎(chǔ)課基礎(chǔ)課（高數(shù)、電路等）：邏輯性強(qiáng)、條件較單純；專業(yè)課：綜合性問題，考慮的因素復(fù)雜（工藝、經(jīng)濟(jì)）

學(xué)習(xí)方法1）分析電機(jī)問題結(jié)構(gòu)及工作原理：根據(jù)物理學(xué)電磁感應(yīng)定律導(dǎo)出各電磁量的關(guān)系進(jìn)行定量分析緊密聯(lián)系實(shí)驗(yàn)：提高分析、解決實(shí)際問題的能力9/13/202314電機(jī)及拖動(dòng)五、如何學(xué)習(xí)本課程課程特點(diǎn)：專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)方法1）分析電機(jī)電機(jī)原理：（右手）（左手）2）電機(jī)運(yùn)行的兩個(gè)過程：穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)“電磁場”轉(zhuǎn)化為“路”電機(jī)結(jié)構(gòu)電磁場電路磁路電路等效電路方程式（E、P、T）相量圖電磁部分機(jī)械部分繞組（電路）鐵芯（磁路）9/13/202315電機(jī)及拖動(dòng)電機(jī)原理：（右手）掌握基本原理弄清基本概念學(xué)會(huì)分析問題不斷思考總結(jié)掌握了電機(jī)的共性，又注意到個(gè)性，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、答疑等。9/13/202316電機(jī)及拖動(dòng)掌握基本原理掌握了電機(jī)的共性，又注意到個(gè)性，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)、作業(yè)六、本課程常用的物理概念和定律1、全電流定律（安培環(huán)路定律）：在磁場中沿任一閉和回路磁場強(qiáng)度的線積分等于穿過該回路所有電流的代數(shù)和，即

其中電流的正方向與閉合回路的正方向滿足右手定則。2、電磁感應(yīng)定律：簡單的說電磁感應(yīng)定律就是變化的電場附近會(huì)產(chǎn)生變化的磁場，而變化的磁場附近會(huì)產(chǎn)生變化的電場。9/13/202317電機(jī)及拖動(dòng)六、本課程常用的物理概念和定律1、全電流定律（安培環(huán)路定律）磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場強(qiáng)度H、磁通ФB(磁通密度)(1T=1wb/m*m)描述磁場強(qiáng)弱和方向Ф(wb)

均勻磁場，且S與B垂直：Ф=BSH(A/m)B=μH

鐵磁材料的磁導(dǎo)率μ>>真空中的磁導(dǎo)率μ0

9/13/202318電機(jī)及拖動(dòng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場強(qiáng)度H、磁通ФB(磁通密度)(1T=1w電動(dòng)勢定義：無論何種原因使得與閉合線圈交鏈的磁鏈ψ隨著時(shí)間T變化時(shí)，線圈中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢e1）切割（運(yùn)動(dòng)）電動(dòng)勢：指線圈不動(dòng)，跨接在線圈上的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，使得穿過線圈的磁通隨著時(shí)間的變化而變化。此時(shí)的e叫做切割電動(dòng)勢

,方向由右手定則判定。9/13/202319電機(jī)及拖動(dòng)電動(dòng)勢定義：無論何種原因使得與閉合線圈交鏈的磁鏈ψ隨著時(shí)間T2）變壓器電動(dòng)勢：指線圈不變，穿過線圈的磁通Ф發(fā)生變化，這樣在線圈內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，其大小與線圈的匝數(shù)和磁通變化率成正比，方向由楞次定律決定,注意：電動(dòng)勢正方向的規(guī)定9/13/202320電機(jī)及拖動(dòng)2）變壓器電動(dòng)勢：指線圈不變，穿過線圈的磁通Ф發(fā)生變化，這樣3.電磁力定律：載流導(dǎo)體在磁場中要受到力的作用，方向用左手定則判定。

在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，作用在轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體上的電磁力將使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)力矩，我們稱之為電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要物理量。9/13/202321電機(jī)及拖動(dòng)3.電磁力定律：7/31/202321電機(jī)及拖動(dòng)4.電路定律：歐姆定律：9/13/202322電機(jī)及拖動(dòng)4.電路定律：歐姆定律：7/31/202322電機(jī)及拖動(dòng)5.磁路及磁路定律：磁場是電機(jī)必不可缺的工作環(huán)境。電流在它周圍的空間建立磁場，磁場的分布常用一些閉合線（磁力線）來描述:

電路：電流流過的路徑。磁路：磁力線所經(jīng)過的路徑。磁路的材料不同，其導(dǎo)磁性能也不同。鐵磁材料的特點(diǎn)（p3-4）（1）磁導(dǎo)率隨著外加磁場的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，存在磁飽和現(xiàn)象。（2）在交變磁場的作用下，存在磁滯和渦流現(xiàn)象，在鐵磁物質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生能量損耗，即鐵耗。9/13/202323電機(jī)及拖動(dòng)5.磁路及磁路定律：7/31/202323電機(jī)及拖動(dòng)1）磁路的歐姆定律：將全電流定律應(yīng)用到截面相等的無分支閉和磁路上磁路歐姆定律因?yàn)?即于是：9/13/202324電機(jī)及拖動(dòng)1）磁路的歐姆定律：磁路歐姆定律因?yàn)楸M管磁路和電路在物理量和基本定律上有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，但是，磁路和電路仍有本質(zhì)的區(qū)別：1）電路中可以有電動(dòng)勢而無電流，磁路中有磁動(dòng)勢必有磁通2）電路中有電流就有功率損耗，而在恒磁通下，磁路中無損耗3）電流只在導(dǎo)體中流過，而