电机及拖动(绪论).

2019/12/21《电机及拖动基础》主讲：秦国防Tel:13838941588QQ:6659107微信号：qinguofang1968E-mail:[e-mail]电机与拖动基础Page2课程内容绪论第1章直流电机第2章直流电动机的电力拖动第3章变压器第4章交流电机的绕组、磁通势和电动势第5章三相交流异步电动机第6章三相异步电动机的电力拖动第7章单相异步电动机和三相同步电动机第8章控制电机第9章拖动系统电动机的选择（自动化专业的必修课）电气工程专业的必修课）电机与拖动基础Page3绪论①电机的分类和应用②我国电机工业概况③课程内容、课程性质、教学任务及学习方法④电机中的铁磁材料及其特性⑤常用的基本电磁定律电机与拖动基础Page4提问电机是指电能与机械能或电能与电能互相转换的装置。普通电机的主要任务是能量转换。电机与拖动基础Page50.1电机的分类和应用电机动力设备类控制电机直流直流发电机直流电动机异步电动机同步电机同步发电机同步电动机调相机交流旋转电机变压器电机的分类电机与拖动基础Page6电能生产——由同步发电机产生；高压输电——由升压变压器将发电机发出的电压升高到输电电压再输送；降压用电——由降压变压器将输来的高压电降为所需低电压，供给用电设备；生产机械的拖动——由各种电动机或电力拖动系统实现；控制系统中的信号转换——由各种控制电机完成。600MW汽轮发电机连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的封闭母线与电网相连的高压出线端10kV级SC(B)10型环氧树脂浇注干式变压器S11系列50~2000KVA双绕组无励磁调压电力变压器0.1电机的分类和应用电机的应用降压变压器三相交流电动机各种控制电机电机与拖动基础Page70.2我国电机工业概况在大型发电设备制造方面，已研制出600MW水氢氢冷汽轮发电机、300MW的双水内冷和全氢冷汽轮发电机、650MW的核电机组、700MW的水轮发电机，电力变压器最大容量已达到840MVA、电压最高为1000kV。在大型交直流电机制造方面，已研制出2×5000kW的直流电动机、4700kW的直流发电机、42MW的同步电动机。在中、小、微型电机制造方面，已独立自主开发研制成了100多个系列，上千品种。各种类型的电机基本上满足了生产和生活的需要。建国后经过70多年的发展，已建立了全国性的研究实验基地，培养了一大批从事研究、制造电机的专家和工程技术人员，有了统一的国家标准和系列产品。电机与拖动基础电力拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。它们之间的关系如下：电动机传动机构生产机械控制设备电源0.3电力拖动系统电机与拖动基础Page9本课程以电力拖动系统中应用最广泛的电机和电力拖动为重点，从应用的角度介绍交、直流电机、变压器、控制电机的基本结构、工作原理、主要工作特性、电气控制、电力拖动系统的运行特性。“电机及拖动基础”把“电机学”和“电力拖动基础”两门课内容整合为一。0.3课程内容、课程性质、教学任务及学习方法课程内容电机与拖动基础Page10本课程虽是基础课，但又具有专业课程性质，讲授的内容是电机方面非常具体、实际的问题。因此，该课程具有内容涉及面广，理论性强，实践性强，综合性强等特点。“电机与拖动基础”课程属电气工程及其自动化或电类专业的专业技术基础课，学习过程中需用到“高等数学”、“大学物理”、“电路”、“模拟电子技术”等课程的知识。课程性质0.3课程内容、课程性质、教学任务及学习方法电机与拖动基础Page11掌握常用交、直流电机及变压器的基本结构、工作原理；了解交直流电力拖动的基础知识；掌握异步电动机的特性分析、起制动方法和调速方法；掌握他励直流电动机起制动及调速等各种运行状态；熟悉常用控制电机的原理和特性；学会选择电动机容量的方法；熟悉典型电力拖动控制线路在实际中的应用。教学任务0.3课程内容、课程性质、教学任务及学习方法电机与拖动基础2019/12/21课程的知识、能力要求课程名称知识要求能力要求电机与拖动1.直流电机有关知识；2.变压器有关知识；3.交流电机有关知识；4.电力拖动有关知识；5.同步电机有关知识；6.单相电机有关知识；7.电机选择；8.控制线路设计。1.熟悉各类电机结构；2.维护保养交、直流电机；3.能够安装各类电机控制电路；4.启动、调速、制动电路调试能力；5.控制电机的选择；6.电气线路的释读、设计；7.相关产品的安装、调试、试验、维修的能力。电机与拖动基础2019/12/21课程教学内容模块序号项目名称学习任务数课时分配1绪论及直流电机162直流电机的电力拖动193变压器164交流电动机1215交流电动机的电力拖动2186典型电气控制线路4187典型设备及其控制线路2128单相异步电机及同步电动机1129控制电机26合计15108电机与拖动基础Page14为后续专业基础课和专业课的学习准备必要的基础知识，提高分析问题、解决问题的能力，也为从事自动化及电气工程技术工作和科学研究奠定初步基础。0.3课程内容、课程性质、教学任务及学习方法教学任务电机与拖动基础积极思考，多做练习；前后关联，掌握体系；联系实际，创新设计。0.3课程内容、课程性质、教学任务及学习方法学习方法总结Page15在实际运行着的电机中，电、磁、力、热等物理定律同时起作用，互相制约，分析解决这种复杂问题时，往往需忽略一些次要矛盾，抓住主要矛盾加以解决，只要所得结果正确，引起的误差在允许的范围内，在工程上是允许的，这与以前所学课程中解决问题理想化、单一化有很大区别，学习时需有足够的认识。学习中要多思考、多联系、多练习，逐步体会。本课程的动力用电机包括变压器、交流异步电动机、同步电动机、直流电机等，种类繁多，各具特性，但就其内部电磁关系耦合过程和机电能量转换关系来说，仍有其内在联系。基本工作原理都是建立在电磁感应定律和电磁力定律基础上的；能量转换都是以磁场为媒介，其电磁关系可抽象为电路参数，得出基本方程式和等效电路，这是共性方面。理论联系实际，注重做好本课程要求的仿真和开设的相关实验，立足于学会使用各类电机。利用MATLAB仿真工具帮助理解课程所涉及的知识和电机的运行特性，在实验中学习解决实际问题的方法，注意培养解决工程实际问题的能力。学习中注重联系实际和创新能力的培养。在学习中应将变压器、交流电机、直流电机的相似性有机地统一起来，注意课程内容的内在联系，形成学习本课程鲜明的主线，只要学好了变压器，对交流电机和直流电机的内容就比较容易掌握了。学习中注意前后关联，掌握知识体系。电机与拖动基础Page16自动控制原理现代控制理论自动化仪表及装置现代电力电子技术机器人技术检测技术系统仿真智能仪器先进传感变换技术电机及拖动基础运动控制系统控制系统中的各部分与相应的知识域对应关系0.3课程内容、课程性质、教学任务及学习方法电机与拖动基础变压器电机磁场耦合电流全电流定律铁心小电流大磁通铁心增磁功能铁心饱和铁心气隙制约制约电磁转矩电磁力定律电磁感应定律感应电动势能量转换变压器、发电机、电动机知识结构电机中的知识结构0.3课程内容、课程性质、教学任务及学习方法Page17电机与拖动基础Page18教材与参考书参考书：1电机与拖动基础（第3版）.李发海王岩编著.清华大学出版社，2005年8月2电机及拖动基础（第3版）.顾绳谷主编.机械工业出版社，2004年4月3ElectricMachinery(SixthEdition).清华大学出版社，2003年7月教材：电机及拖动基础吴浩烈主编重庆大学出版社，2014年6月0.3课程内容、课程性质、教学任务及学习方法电机与拖动基础Page19课程有关事项及纪律要求不迟到，上课认真听讲，做好重点内容的笔记。课前预习，课后复习，及时掌握每次课的要点。按时完成作业，不抄作业，每两周交一次作业。课上不做与课程无关的事，不懂可及时举手提问，手机关上或置振动。有疑难，应及时答疑。答疑：每周六上午8:30-10:30地点：济源职教园区实训工厂。电话：[phone]（秦国防）QQ：6659107微信号：qinguofang1968实验实习前做好预习，实验实习时注意安全，实验实习后完成报告。总评成绩：平时40%（作业+考勤+实验），考试60%。0.3课程内容、课程性质、教学任务及学习方法电机与拖动基础Page20齐心协力共同进步0.3本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法电机与拖动基础Page210.4电机中的铁磁材料及其特性所谓铁磁材料是指导磁性能好的材料，包括铁、镍、钴等以及它们的合金。铁磁材料的磁导率mFe要比非铁磁材料磁导率m大得多（mFem），非铁磁材料磁导率接近真空磁导率m0（m0=4p×10-7H/m），电机中常用铁磁材料的磁导率mFe=（2000~8000）m0。铁磁材料电机与拖动基础Page220.4电机中的铁磁材料及其特性未磁化前，磁畴随机排列，铁磁材料对外不呈磁性，磁化后，在外磁场的作用下，磁畴沿磁场方向排列整齐，铁磁材料呈现较强的磁性，形成了一个附加磁场叠加在外磁场上，使合成磁场显著增强。外磁场a)磁化前b）磁化后图0-2磁畴示意图铁磁材料的磁化铁磁材料能在外磁场中呈现很强的磁性，该现象称磁化，这是因为铁磁材料内部存在许多很小的被称为磁畴的天然磁化区，每个磁畴可看做一微型磁铁，其示意图如图0-2所示。电机与拖动基础Page230.4电机中的铁磁材料及其特性在工程计算时，事先将各种铁磁材料用试验的方法，测得它们在不同磁场强度H下对应的磁通密度B，绘制成B-H曲线，该B-H曲线称为磁化曲线。将未经磁化的铁磁材料进行磁化，磁场强度H由零增大时，磁通密度B随之增大，所得B=ƒ(H)曲线称为起始磁化曲线，如图0-3所示。磁化曲线在非铁磁材料中，磁通密度B和磁场强度H之间呈线性关系，即B=m0H。图0-3起始磁化曲线对于铁磁材料，磁导率mFe值除了比m0大得多以外，还与磁场强度以及物质磁状态的历史有关，故铁磁材料的磁导率mFe不是常数。电机与拖动基础Page240.4电机中的铁磁材料及其特性磁化曲线图0-3起始磁化曲线磁化曲线分四段其中，a点称为跗点；拐弯点b称为膝点；c点为饱和点。过了饱和点c，铁磁材料的磁导率趋近0在0a段：当H增大使得B增大，但B增大速度较慢；在ab段：B随H迅速增大（呈直线段）；在bc段：B随H增大的速度又较慢；在cd段：磁饱和区（又呈直线段）。电机与拖动基础BHabcd)(HfB)H(fFemHB0m00.4电机中的铁磁材料及其特性磁化曲线动画Page25膝点饱和点电机与拖动基础Page260.4电机中的铁磁材料及其特性铁磁材料特点铁磁材料具有如下特点：其磁化曲线具有饱和性，mFe不是常数，且随H的变化而变化。图0-3起始磁化曲线HfFem电机与拖动基础Page270.4电机中的铁磁材料及其特性磁滞回线铁磁材料被反复磁化时，B-H曲线不是单值，而是一条磁滞回线，如图0-4所示。图0-4磁滞回线同一个H值下，有两个B值与之对应。当H=0时，B≠0，B=Br，Br称为剩磁；当B=0时，H≠0，H=Hc，Hc称为矫顽力。剩磁的意义在于，当没有外部励磁时，也能在磁路中产生磁通。HB1B2剩磁矫顽力电机与拖动基础Page280.4电机中的铁磁材料及其特性基本磁化曲线不同的铁磁物质其磁滞回线宽窄是不同的，当铁磁材料的磁滞回线较窄时，可用其平均磁化曲线，即基本磁化曲线进行计算（如图0-4曲线3所示）根据磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为硬磁材料和软磁材料。图0-4磁滞回线图0-4磁滞回线基本磁化曲线电机与拖动基础Page290.4电机中的铁磁材料及其特性硬磁材料和软磁材料硬磁材料的磁滞回线胖宽，剩磁、矫顽力大，如钨钢、钴钢、镍铝钴合金、钕铁硼等。一般用来制造永久磁铁。软磁材料的磁滞回线瘦窄，剩磁、矫顽力小，如硅钢片、铸钢等。注：一般电机铁心采用软磁材料制成，其磁滞回线瘦窄，在进行磁路计算时，为了简化计算，不