第二章 电机电器及其控制技术

《电机与电气控制技术》课程标准（一）课程概述1. 课程性质《电机与电气控制技术》课程是高等职业技术学校电气自动化技术专业的重要的专业基础课程，在整个专业课程体系中不仅起着承上启下的作用，更是专业理论具体应用于工业技术的实践性课程。

通过本课程的学习和实践，使学生基本熟悉电机、电器的结构原理，掌握电气基本控制原理、常用机床控制线路及其接线和故障分析排除的基本能力，养成理论联系实践的学习风气、知识用于技术的创新精神、安全规范的操作习惯，从而使自身基本具备在电气自动化控制岗位群上的职业素养。

2. 课程基本理念本课程以高职教育培养目标为依据，遵循“以应用为目的，以必需、够用为度”的原则，以“掌握概念、强化应用、培养技能”为重点，力图做到“精选内容、降低理论、加强基础、突出应用” 。

根据先进的职业教育思想，改变学科本位的观念，加强实践教学，着眼课程群，培养学生的综合运用相关现代化先进工具和知识，培养学生的创新精神和创新能力。

3. 课程设计思路电机与电气控制实践性强，设备种类多，因此改变以书本为主实验为辅的旧教学模式，构建本课程开放的理论实践教学和学生自学平台，把课程内容按系统分解成项目，每个项目有几个理论与实践有机结合的任务组成，并把实践落实到具体的操作任务中。

通过讲练结合、学做相辅、融汇贯通，让学生有效地掌握电机与电气控制技术的知识和技能。

既让学生在教师带领下经历知识探究过程，也使学生拥有自主学习的研究空间。

（二）课程培养目标本课程的培养目标是在学习电机及其控制技术的过程中培养学生独立思考、钻研探索的兴趣，在平时学习实践中不断获取成就感、满足感和兴奋感，并引发他们对后续课程中涉及的更先进的控制方法和系统的学习热情和渴望。

学习基本的电机基础理论和电气控制的基础知识，具有收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、综合运用所学知识分析和解决问题的能力，形成良好的思维习惯、工作方法和科学态度，在未来的岗位上有能力进一步学习新技术，解决新问题。

电机电器与控制技术的专业概况介绍电机电器与控制技术是电气工程领域中的一个重要分支，涉及到电机、电器和控制系统的设计、制造、安装和维护等方面。

本文将对电机电器与控制技术的专业概况进行介绍，从多个方面展开分析，以帮助读者更全面、深刻地理解这一领域。

一、电机电器的基本概念和工作原理1. 电机的基本概念与分类电机作为电气设备的核心，可以根据其工作原理和结构特征进行分类，比如直流电机、交流电机、步进电机等。

本节将通过简单的实例讲解不同类型电机的工作原理和应用领域。

2. 电器的基本概念与功能电器指的是用来执行、控制电能或信号的装置，包括开关、插座、照明设备等。

这一部分将介绍电器的基本概念和常见类型，并探讨它们在电气系统中的作用和功能。

3. 控制系统的基本概念与组成控制系统是将感知、决策和执行按照一定规律进行组合，实现对电气设备的精确控制。

本节将讲解控制系统的基本概念和组成要素，介绍开放环路和闭环控制系统，并对控制系统的性能指标进行解析。

二、电机电器与控制技术的应用领域1. 工业自动化领域电机电器与控制技术在工业自动化领域有着广泛的应用，如机器人技术、装配线控制、自动化生产等。

本节将重点介绍电机电器与控制技术在工业自动化领域中的应用案例，并分析其优势和挑战。

2. 新能源领域随着新能源的不断发展，电机电器与控制技术在可再生能源领域也扮演着重要角色。

比如风力发电机组、光伏发电系统等。

本节将探讨电机电器与控制技术在新能源领域的应用现状和未来趋势。

3. 交通运输领域电机电器与控制技术在交通运输领域也发挥着重要作用，比如电动汽车、高铁系统等。

本节将介绍电机电器与控制技术在交通运输领域的应用，并对其对环境保护和能源效率的贡献进行分析。

三、电机电器与控制技术的发展方向和挑战1. 近期发展方向电机电器与控制技术在不断丰富和创新中前进，包括高效节能电机的研发、智能控制系统的应用等。

本节将介绍电机电器与控制技术的近期发展方向，并对相关研究和应用进行评估。

第1章直流电机及电力拖动习题答案1.简述直流电动机的工作原理、主要结构及各部分的作用。

答：1）直流电动机的工作原理：直流电动机的工作原理是基于电磁力定律的。

若磁场B x与导体互相垂直，且导体中通以电流i，则作用于载流导体上电磁力f。

此电磁力与转子半径之积即为电磁转矩。

该电磁转矩使电动机旋转。

通过换向器和电刷的作用，流经线圈的电流方向改变，这样导体所受的电磁力方向不变，从而保持电动机沿着一个固定的方向旋转。

2）直流电机主要由定子和转子部分组成。

定子主要由主磁极、机座、换向磁极、电刷装置和端盖组成。

主磁极的作用是产生恒定、有一定空间分布形状的气隙磁通密度。

整体机座是用导磁效果较好的铸钢材料制成，该种机座能同时起到导磁和机械支撑作用。

换向极用来改善直流电机的换向。

电刷装置把电机电枢中的电流与外部静止电路相连或把外部电源与电机电枢相连。

电刷装置与换向片一起完成机械整流，把电枢中的交变电流变成电刷上的直流或把外部电路中的直流变换为电枢中的交流。

2.直流电机的电枢绕组的连接方式中单叠绕组和单波绕组各有何特点？答：单叠绕组的特点是相邻元件相互叠压，合成节距与换向节距均为1，即y=y k=1。

单叠绕组有以下特点：1）同一主磁极下的元件串联在一起组成一个支路，这样有几个主磁极就有几条支路，主磁极对数等于之路对数，p =a。

2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电动势最大。

3）电刷间电动势等于并联支路电动势，即等于每条并联支路中每根导体电动势之和。

4）电枢电流等于各并联支路电流之和。

单波绕组：线圈连接呈波浪形，所以称作波绕组。

单波绕组直接相连的两个线圈的对应边不是在同一个主磁极下面，而是分别处于相邻两对主磁极中的同极性的磁极下面，合成节距约等于两个极距。

单波绕组只有一对并联支路，支路对数与磁极对数p无关，即a=1。

3.直流电机的励磁方式有几种？画图说明。

答：励磁方式分为他励、并励、串励和复励。

a)b)c)d)a）他励b）并励c）串励d）复励4.什么是电枢反应，对电机有何影响？答：电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应。

电机与电气控制技术电机就是我们平时俗称的“马达”，电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。

电机的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。

1、低压电器是指在交流额定电压1200V，直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。

2、主令电器自动控制系统中用于发送控制指令的电器。

3、熔断器是一种简单的短路或严重过载保护电器，其主体是低熔点金属丝或金属薄片制成的熔体。

4、时间继电器一种触头延时接通或断开的控制电器。

5、电气原理图电气原理图是用来表示电路各电气元器件中导电部件的连接关系和工作原理的电路图。

6、联锁“联锁”电路实质上是两个禁止电路的组合。

K1动作就禁止了K2的得电，K2动作就禁止了K1的得电。

7、自锁电路自锁电路是利用输出信号本身联锁来保持输出的动作。

8、零压保护为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行起动的保护叫做零压保护。

9、欠压保护在电源电压降到允许值以下时，为了防止控制电路和电动机工作不正常，需要采取措施切断电源，这就是欠压保护。

10、星形接法三个绕组，每一端接三相电压的一相，另一端接在一起。

11、三角形接法三个绕组首尾相连，在三个联接端分别接三相电压。

12、减压起动在电动机容量较大时，将电源电压降低接入电动机的定子绕组，起动电动机的方法。

13、主电路主电路是从电源到电动机或线路末端的电路，是强电流通过的电路。

14、辅助电路辅助电路是小电流通过电路。

15、速度继电器以转速为输入量的非电信号检测电器，它能在被测转速升或降至某一预定设定的值时输出开关信号。

16、继电器继电器是一种控制元件，利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力(有触头式)或使输出状态发生阶跃变化(无触头式)。

17、热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器。

18、交流继电器吸引线圈电流为交流的继电器。

19、全压起动在电动机容量较小时，将电动机的定子绕组直接接入电源，在额定电压下起动。

电机与电气1、 变压器的三大作用：变电压、变电流、变阻抗，还可以起到电器隔离的作用。

2、 自耦变压器的特点：副边绕组是原边绕组的一部分，原边绕组不但有磁的耦合，还有点的联系。

（自耦变压器和普通变压器工作原理一样，所以变比相同） 3、 电流互感器的注意事项：电流互感器的原绕组匝数很少，而副绕组匝数较多，这将在副绕组中产生很高的感应电动势，因此电流互感器的副边绕组决不允许开路。

4、 为什么电流互感器在运行时严禁它的副边开路？答：二次端开路时，电流互感器处于空载运行状态，此时一次绕组中流过的被测电流全部为励磁电流，使铁芯中的磁通急剧增大，造成铁芯过热，烧坏绕组。

5、 交流异步电动机的调速方法三相异步单项异步6、 电动机制动的方法：7、 旋转磁场的转向与什么有关？并且转速与什么有关？答：1、旋转磁场的转向与磁极有关（只要将三相电源中任意两相与绕组端的连接顺序对调，就可以改变旋转磁场的旋转方向）2、转速与电流的频率和磁极对数有关 60fn =p8、电动机的转速小于旋转磁场的转速9、Y ---三角形降压启动时的启动电流和启动转矩分别将为原来的 1/3 倍 10、如何计算旋转磁场的速度？60f n =p11、10KW 以下的电动机可以直接启动 12、13、降压启动的方法：Y —三角降压启动（只适用于定子绕组为三角形连接）、自耦变压器降压启动、延边三角形降压启动。

14、直流电动机根据励磁方式分类为：15、直流电动机中换相极的作用：用来改善直流电动机的换相性能。

16、电动机的额定功率等于输出功率17、单相异步电动机只有一套绕组时启动转矩为0 根据结构不同分为：罩极式、分相式（电容分相、电阻分相、电感分相）18、直流电动机主磁极的作用：产生恒定的、有一定空间分布形状的气隙磁通，也是磁路的一部分；主磁极由极身和极靴组成。

19、改变直流电动机的转向：1）、改变励磁电流方向：保持电枢两端电压极性不变，把励磁绕组反接，使励磁电流方向改变，电动机反转2）、改变电枢电流方向：保持励磁绕组电力方向不变，将电枢绕组反接，使电枢电流改变方向，电动机反转。

《电机与电气控制技术》课程标准一、教学对象适用于机电系电气自动化技术专业、电机与电器专业三年制高职学生。

二、课程性质本课程为电气类专业学生的专业核心课程,本课程旨在培养学生具有一定的变压器的识别、检测能力，电动机使用、拆装、维护能力，电气控制线路的分析、安装、调试能力，常用机床电气控制线路的分析能力，通过本课程内容的学习，为电气类专业后续专业课程内容的学习奠定基础。

三、教学目标及设计思路1.变压器的识别、检测能力通过对变压器结构、用途的学习，使学生能够进行变压器的识别和测试。

2.电动机使用、拆装、维护能力通过对电动机结构、性能、用途等内容的学习和训练，使学生达到正确使用、拆装、维护电动机的能力。

3.电气控制线路的分析、安装、调试能力通过对低压电器、典型控制线路的学习，对电气线路安装调试技能的训练，使学生能够分析、安装、调试电气控制线路。

4.常用机床电气控制线路的分析能力通过对机床线路的学习和训练，使学生能够分析常用机床电气控制线路。

四、能力要求1．变压器的识别、检测能力通过对单相变压器、三相变压器、其他用途变压器的外形、铭牌、结构及功能的学习，使学生具备变压器的识别、检测能力。

达到10分钟内对24V单相变压器拆装完成，并对原、副边电压进行测试。

2．电动机使用、拆装、维护能力通过对直流电动机、交流电动机、特殊电动机的结构特点、用途、分类和铭牌的学习，会根据类型和参数正确的使用电动机，并能进行电动机拆装和维护。

3．电气控制线路的分析、安装、调试能力能识读电动机控制线路图、安装和连接电动机基本控制线路。

达到1学时内完成点动控制线路的安装和调试。

4.常用机床电气控制线路的分析能力能识读CA6140车床电气控制线路和X62W万能铣床电气控制线路的原理图，分析电路组成和功能。

五、教学内容参考学时：80+1W（一）理论必讲模块（共60学时）1.变压器的识别、检测能力（参考学时：10学时）变压器的分类、铭牌、基本结构、测试等。

第1章自测题一、填空题1、变压器运行中，绕组中电流的热效应引起的损耗称为铜损耗；交变磁场在铁心中所引起的磁滞损耗和涡流损耗合称为铁损耗。

其中铁损耗又称为不变损耗；铜损耗称为可变损耗。

2、变压器空载电流的有功分量很小，无功分量很大，因此空载的变压器，其功率因数很低，而且是感性的。

3、电压互感器实质上是一个降压变压器，在运行中副边绕组不允许短路；电流互感器是一个升压变压器，在运行中副绕组不允许开路。

从安全使用的角度出发，两种互感器在运行中，其副边绕组都应可靠接地。

4、变压器是既能变换电压、变换电流，又能变换阻抗的电气设备。

变压器在运行中，只要端电压的有效值和频率不变，其工作主磁通Φ将基本维持不变。

5、三相变压器的原边额定电压是指其原边线电压值，副边额定电压指副边线电压值。

6、变压器空载运行时，其电流很小而铜耗也很小，所以空载时的总损耗近似等于变压器的铁损耗。

7、根据工程上用途的不同，铁磁性材料一般可分为软磁性材料；硬磁性材料和矩磁性材料三大类，其中电机、电器的铁芯通常采用软材料制作。

8、自然界的物质根据导磁性能的不同一般可分为非磁性物质和铁磁性物质两大类。

其中非磁性物质内部无磁畴结构，而铁磁性物质的相对磁导率大大于1。

9、磁通经过的路径称为磁路。

其单位有韦伯和麦克斯韦。

10、发电厂向外输送电能时，应通过升压变压器将发电机的出口电压进行变换后输送；分配电能时，需通过降压变压器将输送的电能变换后供应给用户。

二、判断题1、变压器的损耗越大，其效率就越低。

（对）2、变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通和铁耗基本不变。

（对）3、变压器无论带何性质的负载，当负载电流增大时，输出电压必降低。

（错）4、电流互感器运行中副边不允许开路，否则会感应出高电压而造成事故。

（对）5、防磁手表的外壳是用铁磁性材料制作的。

（对）6、变压器是只能变换交流电，不能变换直流电。

（对）7、电机、电器的铁心通常都是用软磁性材料制作。

（对）8、自耦变压器由于原副边有电的联系，所以不能作为安全变压器使用。

电气工程概论复习资料第二章电机电器及其控制技术1.电机的作用：电能的生产传输和分配，驱动各种机械和装备，控制电机。

2.电机的发展历史：初始阶段为永磁式发电机，实用度不高，1845年惠斯通用电磁铁职称第一台电磁铁发电机，1866年西门子制成第一台自激式发电机，自激原理的发现是永磁式发电机想励磁式发电机发展的关键，1870年格拉姆支撑了环形电枢自激发电机，之后出现了铁芯开槽法，1880爱迪生制造了大型直流发电机，1885研制出两相异步电动机，1888年第一台三相交流异步电动机诞生。

3.随着电工科学，材料科学，计算机科学及控制技术的发展，电机的发展又进入了新的阶段。

特别是电力电力，微机控制技术，永磁材料和超导材料的发展，给电机的发展注入了新的活力。

4.电机的分类，可按照应用的电流种类，功能分类，运行速度，功率分类，不乏有特种电机。

5.同步电机中发电机应用较多，异步电机中电动机拖动应用更多6.异步电机的工作原理和异步的含义：定子绕组接三相对称交流电，在气隙中建立基波圆形旋转磁动势，从而产生旋转磁场；气隙磁场与转子绕组有相对运动，切割转子绕组，产生电动势，转子带电；带电转子在变化磁场中受到电磁力的作用，从而产生电磁转矩。

转子便在电磁转矩的作用下旋转起来。

电机转速与旋转磁场不可能同步，始终存在转差率，因此称为异步电动机；异步电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。

7.同步电机选取：转子强度和固定转子绕组考虑，用隐极同步电机（气隙均匀，转子圆柱形），当转子速度和离心力较小时，采用凸极同步电机（不均匀，极弧范围气隙小，极间部分气隙大）。

8.永磁无刷电动机分为方波驱动和正弦波驱动，随着稀土永磁材料技术，电力电子技术，计算机控制技术，和微电机制造工艺的提升，使得该电机发展及性能不断提高。

9.对起动、调速及制动没有特殊要求时（水泵、通风机、输送机、传送带），选用笼型电机；对重载起动的机械（起重机、卷扬机、锻压机及重型机械），选用绕线转子电机。

第一章实训的基本要求和安全操作规程第一节实训的基本要求电机及电气技术实训课的目的在于培养学生掌握基本的实训方法与操作技能。

培养学生学会根据实训目的，实训内容及实训设备拟定实训线路，选择所需仪表，确定实训步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实训报告。

在整个实训过程中，必须集中精力，及时认真做好实训。

现按实训过程提出下列基本要求。

一、实训前的准备实训前应复习教科书有关章节，认真研读实训指导书，了解实训目的、项目、方法与步骤，明确实训过程中应注意的问题（有些内容可到实训室对照实训预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等），并按照实训项目准备记录抄表等。

实训前应写好预习报告，经指导教师检查认为确实作好了实训前的准备，方可开始作实训。

认真作好实训前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实训质量和保护实训设备都是很重要的。

二、实训的进行1、建立小组，合理分工每次实训都以小组为单位进行，每组由2~3人组成，实训进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实训操作协调，记录数据准确可靠。

2、选择组件和仪表实训前先熟悉该次实训所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。

3、按图接线根据实训线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。

即接线时，先接主电路，即从220v 三相交流电源的输出端U、V、W开始，经接触器KM的主触头，热继电器FR的热元件到电动机M的三个线端A、B、C，用导线按顺序串联起来。

主电路连接完整无误后，再连接控制电路，即从220V三相交流电源某输出端(如V)开始，经过常开按钮SB1、接触器KM的线圈、热继电器FR的常闭触头到三相交流电源另一输出端(如W)。

显然这是对接触器KM线圈供电的电路。

为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。

4、起动电机，观察仪表在正式实训开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常(如指针正、反向是否超满量程等)。