《电机拖动绪论》-(2).ppt

电机与拖动电机与拖动电机与拖动基础电机与拖动基础机电信息工程学院主讲：刘岩川电机与拖动电机与拖动5/9/2024电机与拖动电机与拖动第第1 1章章 绪绪 论论一、电机及电力拖动技术的发展概况一、电机及电力拖动技术的发展概况电能是现代大量应用的一种能量形式。电能的优点：生产和变换比较经济、效率高；传输和分 配比较容易，使用和控制方便，无污染等 1.1 课程性质课程性质5/9/2024电机与拖动电机与拖动 电机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。电动机传动机构生产负载控制设备电源电力拖动系统：5/9/2024电机与拖动电机与拖动 电机：是指依据电磁感应定律实现电能和机械能之间转换或传递的一种电磁装置。电机电机动力类动力类控制电机控制电机变压器变压器直流电机直流电机交流电机交流电机电动机电动机发电机发电机异步电机异步电机同步电机同步电机电动机电动机发电机发电机电动机电动机发电机发电机电机及其分类电机及其分类直流伺服电机直流伺服电机交流伺服电机交流伺服电机步进电机步进电机自整角机自整角机5/9/2024电机与拖动电机与拖动电机的发展概况电机的发展概况v20世纪以前，电机的发展过程是由诞生到在工业上初世纪以前，电机的发展过程是由诞生到在工业上初步应用、各种电机的初步定型以及电机理论和电机设步应用、各种电机的初步定型以及电机理论和电机设计计算的建立和发展。计计算的建立和发展。v2020世纪的特征是由电气化时代进入原子能、计算机及世纪的特征是由电气化时代进入原子能、计算机及自动化时代，不仅对电机提出了诸如性能良好、运行自动化时代，不仅对电机提出了诸如性能良好、运行可靠、单位容量的重量轻、体积小等方可靠、单位容量的重量轻、体积小等方面面愈来愈多的愈来愈多的要求，而且随着自动控制系统和计算装置的发展，在要求，而且随着自动控制系统和计算装置的发展，在电动机理论基础上，发展出多种高精度、快响应的控电动机理论基础上，发展出多种高精度、快响应的控制电机，成为电机学科的一个独立分支。制电机，成为电机学科的一个独立分支。直线电机、霍尔电机、超声波电动机等直线电机、霍尔电机、超声波电动机等v与此同时由于电力电子学等学科的渗透，使电机这一与此同时由于电力电子学等学科的渗透，使电机这一较为成熟的学科得到新的发展较为成熟的学科得到新的发展电动机控制技术。电动机控制技术。5/9/2024电机与拖动电机与拖动我国电机工业的发展概况我国电机工业的发展概况v我国的电机制造工业在新中国成立后发生了巨大的变我国的电机制造工业在新中国成立后发生了巨大的变化。化。v不仅建成了独立自主和完整的体系，而且有一些产品不仅建成了独立自主和完整的体系，而且有一些产品已经达到或接近世界先进水平，就各种拖动系统中的已经达到或接近世界先进水平，就各种拖动系统中的主要设备主要设备电动机而言，近年来已生产了不少大型电动机而言，近年来已生产了不少大型的直流电动机、异步电动机和同步电动机；的直流电动机、异步电动机和同步电动机；v在中小型电机和控制电机方面，亦自行设计和生产了在中小型电机和控制电机方面，亦自行设计和生产了不少新系列电机。不少新系列电机。v由于生产上的需要，电机的新原理、新结构、新工艺、由于生产上的需要，电机的新原理、新结构、新工艺、新材料、新的运行方式和调试方面亦进行许多摸索、新材料、新的运行方式和调试方面亦进行许多摸索、研究和试验工作，取得了不少成就。研究和试验工作，取得了不少成就。v电机在制造上也向着大型、巨型发展。电机在制造上也向着大型、巨型发展。5/9/2024电机与拖动电机与拖动具有良好的起、制动性能，平滑调速。世界电力拖动研究的中心。逐渐取代直流拖动5/9/2024电机与拖动电机与拖动二、本课程的性质、任务与内容二、本课程的性质、任务与内容 性质：十分重要的专业基础课。任务：掌握常用交、直流电机及变压器等的基本结构与工作原理以及电力拖动系统的运行性能，分析计算，电机选择与实验方法，为学习后续课程准备必要的基础知识。内容：直流电机、直流电动机的电力拖动、变压器、三相异步电动机、三相异步电动机的电力拖动等几个部分。5/9/2024电机与拖动电机与拖动 电机与拖动是一门理论性很强的专业基础课，同时又具有专业课的性质，涉及的基础理论和实际知识面广，是电磁学、动力学等学科知识的综合。用理论分析电机及拖动的实际问题时，必须结合电机的具体结构，采用工程观点和分析方法。掌握基本理论的同时，还要注意培养实验操作技能和计算方法。本课程的特点及学习方法本课程的特点及学习方法 为了学好本门课程，必须做到以下几点：1.掌握基本概念、基本原理2.熟记基本公式3.实验中用理论解释现象4.讨论，答疑 5/9/2024电机与拖动电机与拖动三、参考书三、参考书1、顾绳谷编、顾绳谷编电机及拖动基础电机及拖动基础 机械工业出版社机械工业出版社2、应崇实编、应崇实编电机及拖动基础电机及拖动基础机械工业出版社机械工业出版社3、李发海等编、李发海等编电机学电机学 科学出版社科学出版社5/9/2024电机与拖动电机与拖动1.2 本课程常用的物理概念和定律本课程常用的物理概念和定律1.2.1 磁感应强度磁感应强度（磁通密度）（磁通密度）B1.2.2 磁通量（磁通）磁通量（磁通）磁场是由电流产生的，表征磁场强弱及方向的物理量磁场是由电流产生的，表征磁场强弱及方向的物理量是磁感应强度。单位：特斯拉（是磁感应强度。单位：特斯拉（T）或）或Wb/m2 在均匀磁场中，磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的在均匀磁场中，磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积，为通过该面积的通量，称为磁通量，简称磁通。乘积，为通过该面积的通量，称为磁通量，简称磁通。单位：单位：Wb1.2.3 磁场强度磁场强度H磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安米（而与磁介质的磁导率无关，单位是安米（A/mA/m）。是）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。为了简化计算而引入的辅助物理量。5/9/2024电机与拖动电机与拖动 H 与与 B 的区别的区别 H I，与介质的性质无关。，与介质的性质无关。B 与电流的大小和介质的性质均有关。与电流的大小和介质的性质均有关。5/9/2024电机与拖动电机与拖动1.2.4 安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）磁场强度磁场强度H沿任意闭合回路沿任意闭合回路L的线积分，等于该闭合回路的线积分，等于该闭合回路所包围的全部电流的代数和，即所包围的全部电流的代数和，即计算时，绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之计算时，绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。取负号。若闭合回路上各点的磁场强度分段相等且其方向与闭合回若闭合回路上各点的磁场强度分段相等且其方向与闭合回路的切线方向一致，则：路的切线方向一致，则：5/9/2024电机与拖动电机与拖动 由安培环路定律可以看出，同样一个通电由安培环路定律可以看出，同样一个通电螺线管，其中有无铁磁物质与磁感应强度螺线管，其中有无铁磁物质与磁感应强度有很大关系，但是与磁场强度无关。有很大关系，但是与磁场强度无关。5/9/2024电机与拖动电机与拖动1.2.5 铁磁材料的磁化特性铁磁材料的磁化特性铁磁材料：铁、镍、钴及其合金铁磁材料：铁、镍、钴及其合金 铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁物质的磁化。物质的磁化。磁畴=(2000 6000)05/9/2024电机与拖动电机与拖动1、起始磁化曲线、起始磁化曲线 起始磁化曲线可分为起始磁化曲线可分为四段四段：开始磁化段、线性段、：开始磁化段、线性段、趋近饱和段、饱和段趋近饱和段、饱和段5/9/2024电机与拖动电机与拖动磁滞现象是铁磁材料的一个特性。磁滞现象是铁磁材料的一个特性。2、磁滞回线、磁滞回线剩磁Br矫顽力Hc5/9/2024电机与拖动电机与拖动3、软磁材料、软磁材料铁磁材料可分为：软磁材料和硬磁材料 高，Br小，Hc小，磁滞回线窄而长，如：电工硅钢片、铸铁、铸钢等，制造电机、变压器的铁心。5/9/2024电机与拖动电机与拖动5、硬磁材料硬磁材料 不高，Br大，Hc大，磁滞回线宽而胖，制造永久磁铁，如：铝镍钴、铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。5/9/2024电机与拖动电机与拖动1.2.6 简单磁路的计算方法简单磁路的计算方法 如同把电流流过的路径称为电路一样，磁通所通过的路径称为磁路。主磁通漏磁通主磁通励磁线圈励磁电流：直流磁路、交流磁路5/9/2024电机与拖动电机与拖动1、磁路欧姆定律、磁路欧姆定律磁动势：磁动势：磁阻：磁阻：5/9/2024电机与拖动电机与拖动 作用在磁路上的磁动势作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量等于磁路内的磁通量乘以磁阻乘以磁阻Rm，此关系与电路中的欧姆定律在形式上十分相似，因此，此关系与电路中的欧姆定律在形式上十分相似，因此亦称为磁路的欧姆定律。亦称为磁路的欧姆定律。2、磁路的基尔霍夫定律、磁路的基尔霍夫定律磁路的基尔霍夫第一定律：磁路的基尔霍夫第一定律：5/9/2024电机与拖动电机与拖动3、磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律 在闭合磁回路中，磁路各段磁压降代数和等于作用于该磁在闭合磁回路中，磁路各段磁压降代数和等于作用于该磁路上的磁动势之和。路上的磁动势之和。5/9/2024电机与拖动电机与拖动磁路和电路的类比磁路和电路的类比5/9/2024电机与拖动电机与拖动磁路和电路的差别磁路和电路的差别电路中有电流就有功率损耗。磁路中恒定磁通下没有功率损耗；电流全部在导体中流动，而在磁路中没有绝对的磁绝缘体，除在铁心的磁通外，空气中也有漏磁通；电阻多数为常数，磁阻为变量；对于线性电路可应用叠加原理，而当磁路饱和时为非线形不能应用叠加原理。5/9/2024电机与拖动电机与拖动直流磁路的计算直流磁路的计算磁路计算分为两种类型：1）给定磁通，计算所需的励磁磁动势（正问题）2）给定励磁磁动势，计算磁路内的磁通量（逆问题）正问题的计算步骤：1）将磁路按材料性质和不同的截面尺寸分段。2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk。3）计算各段磁路的平均磁通密度Bk；Bk=k/Ak。4）根据Bk求出对应的磁场强度Hk。5）计算各段磁路的磁位降Hklk，最后求得产生给定磁通量时所需的励磁磁动势F，F=Hklk。5/9/2024电机与拖动电机与拖动 简单串联磁路就是不计漏磁影响，仅有一个磁回路的无分支磁路。1 1、简单串联磁路、简单串联磁路2、简单并联磁路、简单并联磁路 简单并联磁路是考虑漏磁影响，或磁路有两个以上分支的磁路。5/9/2024电机与拖动电机与拖动1.2.7 载流导体在磁场中的安培力载流导体在磁场中的安培力皮皮萨电磁定律萨电磁定律Bfi左手定则：载流导体在左手定则：载流导体在磁场中受到的电磁力。磁场中受到的电磁力。5/9/2024电机与拖动电机与拖动1.2.8 电磁感应定律电磁感应定律eBve ev v5/9/2024电机与拖动电机与拖动5/9/2024