《電機及拖動》緒論

電機及拖動緒論《電機及拖動》課程簡介0.1電機及拖動系統(tǒng)發(fā)展概況

1.電機及其發(fā)展

電機是以磁場為媒介進行機械能和電能相互轉換的電磁機械。從能量轉換的角度看，電機分為發(fā)電機、電動機和變壓器三大類。

電機發(fā)展史

◆1820年，法拉第提出了電磁感應定律，并組裝了第一臺直流電機樣機

◆1829年，亨利制造了第一臺實用的直流電機

◆1837年，直流電機正式成為商業(yè)化產(chǎn)品

◆1887年，特斯拉發(fā)明了三相異步電動機

《電機及拖動》課程簡介

電機的發(fā)展趨勢：

◆大型化；單機容量越來越大，如60萬千瓦及以上的汽輪發(fā)電機。

◆微型化；為適應設備小型化的要求，電機的體積越來越小，重量越來越輕。

◆新原理、新工藝、新材料的電機；如無刷直流電機、直線電機、超聲波電機等。電機驅動系統(tǒng)正朝集成化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展。《電機及拖動》課程簡介拖動分：直流拖動、交流拖動 由電動機實現(xiàn)

拖動系統(tǒng)由最初單電機拖動多電機拖動

成組拖動一臺電機拖動一組生產(chǎn)機械，能量傳遞與分配靠機械方法實現(xiàn)，能量損耗大，效率低，事故多。一臺電機拖動一臺生產(chǎn)機械，簡化了機械結構。每一工作機構由獨立電機拖動，機械結構大大簡化，各機械間一般采用電氣方法聯(lián)系。2.拖動系統(tǒng)的發(fā)展概況《電機及拖動》課程簡介3.分析方法◆采用電路和磁路理論的宏觀分析方法◆采用電磁場理論的微觀分析方法本課程重點討論電路的分析方法，即宏觀分析方法分析電機及拖動系統(tǒng)的一般步驟◆各類電機的基本運行原理和結構◆根據(jù)結構的具體特點，分析各類電機內部的電磁關系◆根據(jù)內部的電磁關系，寫出電磁關系的數(shù)學描述，包括基本方程式、等效電路和向量圖◆利用上述數(shù)學描述計算各類電機的運行特性（機械特性和外特性）和性能指標

《電機及拖動》課程簡介◆根據(jù)機械特性和負載的轉矩特性討論各類拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定性、啟制動特性、調速特性等◆討論電動機的各種運行狀態(tài)及四象限運行情況在分析電機內部的電磁過程并建模時，常用到的方法理論◆鐵心飽和時，采用疊加原理對磁勢、磁場、電勢進行分析鐵心不飽和時，采用主、漏磁通進行分析◆對交流電機或者變壓器，在保持電磁關系不變情況下，利用折算法進行折算，然后再建?！粼趯涣麟姍C或者變壓器的穩(wěn)態(tài)特性進行分析計算時，常用基本方程式、等效電路以及向量圖等工具◆在討論多軸電力拖動系統(tǒng)時，按能量保持不變的原則將多軸系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng)進行處理。《電機及拖動》課程簡介0.2.課程性質及任務

組成：《電機學》+《電力拖動基礎》

性質：專業(yè)基礎課

任務：

◆各類電機的基本運行原理、結構、內部電磁關系及其數(shù)學描述、機械特性及外特性的分析與計算。

◆各類電機拖動不同負載時的啟、制動及調速性能等。緒論《電機及拖動》課程簡介0.3課程的主要內容及學習方法

主要內容（一）直流電機及直流電動機的電力拖動（二）變壓器（三）交流電機及交流電動機的電力拖動（四）微控電機(部分必講）、電機的選擇、電機及拖動的計算機仿真(附選)

教學安排

◆從控制角度探討問題：注重闡明電機及機電能量轉換的基本原理和物理概念，淡化對電機具體結構的討論。

◆重點：電機的物理本質和分析方法。

◆內容：第一至六章內容，第八(部分).七.九.十章(附選)。緒論《電機及拖動》課程簡介

學習方法

◆以物理概念為主、工程計算為輔；

◆重點應掌握各類電動機的機械特性以及與生產(chǎn)機械配合時的啟、制動方法與調速方法及性能；

◆通過實驗和仿真加深對相關知識的理解和掌握；

◆理論聯(lián)系實際。

參考教材《電機及拖動基礎》(第3版)李發(fā)海等編清華大學出版社2005《電機及拖動基礎》詹躍東主編重慶出版社2002《電機與電力拖動》朱耀忠主編北京航空航天大學出版社2005

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應用領域電能的生產(chǎn)、轉換、傳輸、分配、使用與控制；生產(chǎn)機械的驅動、控制；設備的自動控制等。

緒論電機的分類圖片緒論直流電機交流異步電機變壓器無刷直流電機直線電機超聲波電機各種電機圖片緒論伺服電機各種電機圖片低壓電動機交流異步電動機緒論

電機的作用1.進行能量轉化、傳輸和分配電能2.驅動生產(chǎn)機械磁懸浮列車大型車床緒論電機的作用3.控制各種自動設備盲人引路車爬行機器人緒論電機的概況電機分類：

直流發(fā)電機發(fā)電機交流發(fā)電機直流電動機電動機同步電動機交流電動機單相異步電動機異步電動機三相異步電動機單相變壓器變壓器三相變壓器特殊變壓器特殊電機：實現(xiàn)信號轉換的電機緒論電機的發(fā)展概況高效電機；大型和超小型電機同步發(fā)電機定子各種微電機緒論本課程涉及的電磁學基本理論緒論0.4.1磁的基本概念

磁通密度B:用通過磁場方向的單位面積的磁力線數(shù)來表示

磁通

:穿過某一截面S的磁通密度B的通量，即穿過截面S的磁力線根數(shù)稱為磁通

磁場強度

:在線性磁性材料的一定范圍內，磁場強度定義為介質中某點的磁通密度B與介質磁導率之比

0.4

本課程涉及的電磁學基本概念注：磁通和磁通密度與介質有關，而磁場強度與介質無關，磁通密度隨介質的不同而不同，其程度取決于介質的磁導率本課程涉及的電磁學基本理論

磁動勢：等于流過線圈的電流與其匝數(shù)的乘積，即

磁阻：磁阻與磁路的平均長度，磁路截面積及磁路介質的磁導率有關，即

0.4.2.磁性材料

所有電機均采用磁性材料來定形和導向磁場，磁場是能量傳遞和轉換的媒介。鐵心中的磁場源為磁動勢。

從能量轉換角度看，磁性材料的重要性有兩點：

◆通過磁性材料，就有可能以相對低的磁化力來獲取高的磁通密度。因為隨著增加磁通密度，磁力及能量密度增加，所以這一作用對能量轉換裝置的性能至關重要。緒論本課程涉及的電磁學基本理論◆磁性材料可用于沿精心確立的路徑來束縛及導向磁場。

在變壓器中，磁性材料既用來最大限度地使繞組間匝鏈，也降低變壓器運行所需要的勵磁電流。

在發(fā)電機和電動機中，磁性材料用于定形磁場，以獲得期望的轉矩和端部電特性。

因此，設計人員利用磁性材料來得到滿足特殊需要的裝置特性。

磁性材料（也稱鐵磁材料）:一般是由鐵或鐵與鈷、鎳及其他金屬的合金構成。

緒論本課程涉及的電磁學基本理論

磁性材料的特性：

磁性材料具有三個顯著特點：高磁導性，磁滯性，磁飽和性。磁性材料的磁化曲線磁性材料的磁滯回線緒論本課程涉及的電磁學基本理論緒論0.4.3電磁感應定律

切割電動勢

:

變壓器電動勢：方向判別：右手定則(a)切割電動勢的右手定則