电机原理及拖动(彭鸿才)演示文档PDF

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t=0时，iA=0;iB为负，iC为正
t=0时，iA=0;iB为负，电流实际方向与正方向相反， 即电流从Y端流到B端；iC为正，电流实际方向与正方 向一致，即电流从C端流到Z端。按右手螺旋法则确 定三相电流产生的合成磁场，如图(a)中箭头所示。
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t=T/6时，ωt=ωT/6=π/3,iA为正；iB为负；iC=0
1962r / min
(3)此时,U=UNa=220V;电枢电路总电阻 R=Ra+Rad=1.7+2=3.7
Ke 0.13 Kt 1.24 KeKt 2 0.16
n
UN
K e N
Ra Rad
KeKt 2
TN
220 0.13
3.7 14 0.16
1368
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(以上转速单位为r/min)
第一段,电动机轻载时, 机械特性具有双曲线的形 状,理想空载转速趋近无穷 大.
第二段,电动机负载较重 时,磁路趋于饱和,机械特 性近似一条直线.
3)注意事项:
直流串激电动机不允许空 载运行----飞车事故.
4 直流他激电动机的起动特性
直流他激电动机的起动电流是额
定电流的(10-20)倍,不允许直接
2)分类:
(1)电源反接制动.改变 电枢电压U的方向所产 生的制动.
机械特性方程式为;
n
U
Ke
Ra Rad
KeKt 2
T
为了限制制动时比较大的电枢电流,实施电源反接制动 时,一定要在电枢电路中串入限流电阻.
应用在需要迅速减速或频繁正反转的机械上.
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反接制动
(2)倒拉反接制动.改变电枢电 势方向所产生的制动.

电源
电动机
传动机构
生产负载
控制设备
电机拖动
电机拖动的分类
具有良好的起、制动 性能，平滑调速。 直流电机拖动
交流电机拖动
国内外电力拖动研究 的中心。逐渐取代直
流拖动
电能的生产传输过程
电能的生产、传输和分配
直流输电系统
电能驱动生产机械和装备
拖动生产机械如金属切削、矿山机械、交通运输机 械、起重机械、化工机械、农用机械、电动工具、家 用电器等。
磁滞损耗
B B＝f（H）
pn f Bm , 2
涡流损耗
pe f 2 Bm2
0
铁损
pFe f Bm2 , 1.2 ~ 1.6
＝f（H）
H
原始磁化曲线
磁路与电路区别
（1）电路中有电流，就有功率损耗； 而直流磁路中，维持一定的磁通量，铁心中没有功率损耗。
（2）在电路中电流全部在导线中流动，导线外没有电流； 在磁路中，没有绝对的磁绝缘体，除了铁心中，总有一部
▪ 电机是能量转换装置，是利用电磁感应原理工作的机 械，是实现电能的生产、变换、传输、分配、使用和控制 的电磁机械装置。
▪ 按照功能对电机进行分类可分为：发电机、电动机、 变压器和控制电机四大类；按电机结构或旋转静止可分为： 变压器和旋转电机。
电机拖动的分类
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。
分漏磁通散布在周围空气中。 （3）电阻率在一定温度下是不变的；
n
Hk Lk I NI
1
电流方向与 积分方向符 合右手螺旋 定则为正
4.电、磁和力的关系
B
e
v
导体在磁场中运动产生电势.

彭鸿才主编《电机原理及拖动》部分习题解答1-6 解：1-7 解：1-11解：1）单叠绕组2）单波绕组1-14 解：1-15 解：2-7 解：1）2）设2-9 解：1）2）2-11 解：0.81）能耗制动瞬时2）反接制动瞬时2-12 解：1) 能耗制动：倒拉反接：2）3) 与上面的各小题一样，稳定制动电流：解题技巧：应用电动势平衡方程式，无论电动、起动、调速、制动状态，公式是同一个，但等对应的值各有特点3-4解：3-7解：电压比：3-8 1）高串、低串：电压比：2）高串、低并：3）高并、低并：4）高并、低串：3-9 解：设用简化等效电路求解：3-12 解：1）励磁参数：短路参数：2）电压变化率：额定负载：β=13）4-10 解：4-17 解：4-31 解：1）2）5-4 解：略T0：额定转矩为：最大电磁转矩：过载能力：最大转矩时转差率：5-9 解：全压起动时的定子电流、功率因数：求起动转矩倍数：起动转矩倍数：Y/△起动时的起动电流、起动转矩：5-11 解：1）全压起动时的I st和T st：2）若采用串电抗器起动，则可见串电抗器后不能满足起动转矩的要求，不能采用。

3）若采用Y/△起动<1250故不能采用Y/△起动。

4）若采用自耦变压器起动：应满足：即：取标准抽头：55%5-16解： 1）起动时2) (T L=0.4T N)（电动状态）(T L=T N)（倒拉反接制动状态）5-17 解：5-18 解：5-19解：1）电动状态2）倒拉反接制动3）用回馈制动经济，不需串入电阻4）= 电源反接制动5-27解：1）上升转速2）。

第一篇 思考与习题解答第一章 直流电机原理1-1说明直流电机电刷和换向器的作用，在发电机中它们是怎样把电枢绕组中的交流电动势变成刷间直流电动势的?在电动机中，刷间电压本来就是直流电压，为什么仍需要电刷和换向器？答：直流电机的电刷是连接内电路和外电路的装置，换向器可以实现交、直流电势电流的转换。

在直流发电机中换向器连接的电枢元件在不同磁极下产生不同方向的交变电势，而电刷位置是固定的，每个旋转到该位置的换向片输出电势极性是一致的，通过静止的电刷可以得到极性固定的电枢电势。

在电动机中刷间电压是直流，根据电磁力定律（左手定则）在旋转的电枢元件中，只有不断改变电流方向才能保证每根导体在任意时刻受到相同方向的电磁力，因此需要电刷和换向器将刷间的直流电转换成旋转元件中的交变电流，电枢才能连续旋转，保证电机正常运行。

1-2 判断直流电机在下列情况下电刷两端电压的性质： （1）磁极固定，电刷与电枢同向同速旋转。

（2）电枢固定，电刷与磁极同向同速旋转。

答：（1）交流；（2）直流。

1-3 他励直流发电机，额定容量N P =14kW ，额定电压N U =230V ，额定转速N n =1450r/min ，额定效率=85.5%，试求电机的额定电流N I 及额定状态下的输入功率1P 。

解：(1) 求电机额定电流1400060.87230N N N P I A U === (2) 额定状态下的输入功率11416.370.855NNP P kW η=== 1-4 他励直流电动机， N P =1.1 kW ，N U =110V, N I =13A, N n =1500r/min, 试求电动机的额定效率N η及额定状态下的总损耗功率p ∑。

解：(1) 求电动机额定效率1110076.92%13110N N N N N P P P I U η====⨯ (2) 额定状态下总的损耗功率1131101100330N N N N p P P I U P W ∑=-=-=⨯-=1-5 直流电机的主磁路包括那几部分? 磁路未饱和时，励磁磁动势主要消耗在此路的哪一部分？答：直流电机主磁路包括N 极铁芯－气隙－电枢齿－电枢轭－相邻S 极电枢齿－气隙－ S 极铁芯－定子轭－回到N 极。

《电机及拖动基础》教学大纲课程编号：161012 开课学期：4适用专业：自动化编写教师：陶曾杰学时：72 学分：4审核：杨斌文第一部分说明一、课程性质、作用本课程是自动化专业的一门专业基础课,为该专业的必修课。

它一方面研究电机与电力拖动系统的基本理论问题，另一方面又研究其学科实验与生产实际的内容。

本课程的作用是为培养自动化专业的人才打下必要的专业基础。

二、课程的任务与基本要求本课程的任务应使学生掌握常用交、直流电机、控制电机及变压器的基本结构与原理以及电力拖动的运行特性、分析计算、电机选择和实验方法，为学习《自动控制原理》、《电力电子技术》、《现代控制理论》、《运动控制系统》、《计算机控制系统》等课程准备必要的基础知识。

本课程的基本要求1、掌握常用交直流电机及变压器的基本理论(电磁关系能量转换关系等)。

2、掌握电动机的起动情况与分析电动机机械特性及各种运转状态(电动、回馈制动、反接制动,能耗制动)的基本理论。

3、掌握电力拖动系统中改变电动机参数调速的方法、基本原理和技术、经济指标。

4、理解电力拖动过渡过程的基本特性及主要分析方法。

5、掌握控制电机的工作原理、特性及用途6、掌握选择电动机的原理和方法。

7、掌握电机与电力拖动系统的基本实验方法与技能,并具备较强的应用能力。

8、了解电机及拖动今后的发展方向。

三、教学方法建议理论课教学要采用启发式，要同本地的生产实际相结合，要同自己的有关科研工作相结合，要与当前科技发展情况相结合。

讲授时要做到层次清楚，重点突出，语言精炼。

课堂上要开展问答式、讨论式互动形式。

实践教学要精讲多练。

每个实验只讲基本原理与注意事项，由学生自己动手完成实验接线、实验操作、实验测试与结果分析。

要强调通过作业巩固理论知识与通过实验掌握实际知识。

要培养学生的自学能力，给学生安排一定的自学内容，并通过考试加以检验。

四、本课程与其他课程的关系本课程的先修课程是《大学物理》、《电路理论》。

本课程内容中涉及到的课程有《电气控制技术》、《电力电子技术》、《自动控制原理》。

电机原理及拖动
目录
第一章 直流电机原理 第二章 电力拖动系统的动力学基础 第三章 直流电动机的电力拖动 第四章 变压器 第五章 三相异步电动机原理 第六章 三相异步电动机的电力拖动 第七章 同步电动机 第八章 控制电机 第九章 电力拖动系统中电动机的选择
电机原理及拖动
第一章 直流电机原理
1.1 直流电机的用途、结构及工作原理
电机原理及拖动
三、直流电机的基本工作原理 1.直流发电机的基本工作原理
为了说明方便,作下列规定: (1)N导体和S导体:在N极下的导体称为N导体;在S极
下的
导体称为S导体.
(2)符号 和符号 :导体中电势(电流)的方向进入
纸面时用 表示;导体中电势(电流)的方向由纸面出来
时用 表示.
S
na
S nb
分析电机磁场是分析电机运行状态的必要步骤. 空载磁场:电枢无电流时的磁场.它是电机中最基本的 磁场.
一、电机的磁化曲线
主磁通(通过气隙进入电枢)
激磁磁势所产生的磁通 漏磁通(不经过电枢)
漏磁通不能在电枢中产生电势也不产生电磁转矩,但它
存 在却增加了磁极和磁轭的饱和程度. 主磁通是实现机电能量转换所必需的.
2.绕组只画一层,都在电枢表面上. 3.电流方向以电刷为分界线. 4.电枢磁场以电刷为极轴线,电刷
处磁势最强,主磁极的极轴线处 电枢磁势为零.电枢磁势与主磁极 磁势正交,称交轴电枢磁势 .
N
⊙⊙⊙⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙S
N⊙
⊕⊕ ⊕⊕ ⊕⊕⊕⊕⊕⊕
电机原理及拖动
把电枢圆周从电刷处切开展成
直线并以主磁极轴线与电枢表面 的交点为空间坐标的起点,这点的 电枢磁动势为零. 电枢磁动势沿空间的分布: 电枢线负荷--- 电枢圆周表面单位

（2）如果磁极位置不变，仅改变导线ab中的电流方 向，导线ab的受力方向是____向__下_（选填“向上”或
“向下”）的。
（3）如果同时对调磁极位置和改变电流方向，导线 ab的受力方向是___向__上__（选填“向上”或“向下”）
的。
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图17.2-3
课堂训练 知识点 电动机的工作原理
粤沪版九年级物理下册 《电动机转动的原理》电动机与发电机PPT教学课 件
科 目：物理
适用版本：粤沪版
适用范围：【教师教学】
物 理 第十七章 电动机与发电机
学视
电动机转动的原理
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课标与考点
课程标准 通过实验，了解通电导线在磁场中会受到力的作用， 知道力的方向与哪些因素有关。
核心考点 电动机的原理。
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课堂导学
如图17.2-1所示的实验装置，是用来研究__磁__场_ 对 __通__电__导__线___的__作__用___（选填“电流磁效应”“电磁
感应现象” 或“磁场对通电导线的作用”）的。实
验中把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过
导线ab，会观察到导线ab向右运动；
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a
b
c
第图2．如图17.2-5所示是直流电动机的示意图，根据序
号填出各部分的名称。
①_____线__圈_____；② _______磁__体___；
③____换__向__器____；④ _____电__刷_____。
在它工作时，线圈转动到___平__衡_位
置的瞬间，线圈中的电流断开，但由于
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图17.2-1
课堂训练 知识点 探究磁场对电流的作用

起 动直到给定转速 ， 让起 动 电流立 即下 降 到工作 电 再
流值 ， 与负载相平衡 而进 入稳定状态 。
图 ３ 双闭环调速 系统起动时的转速和 电流波形
起动过程 中 ， 速度调节器 Ａ Ｒ经历 不饱 和 、 和 、 Ｓ 饱
退饱和三个 阶段 ， 过渡过程也 就分成三段 ， ３中分 别 图
机床电器 ２ １． ０２４
应用 ・ 交流——直流调速系统原理与故障检修
直 流 调 速 系统原 理 与故 障检 修
唐镜 军 （ 威海 职业 学 院 ，６２ ０） ２４ １
摘要： 本文主要 阐述了双闭环调速系统 的目的， 使电动机在整个过程 中 ， 始终保持最大允许 电流值 ， 尽可 能以最大 加速度起动直到给定转速。分析了起动过程的三个阶段 ， 电流上 升段 、 恒流升速阶段 、 转速调节阶段。对这三个阶段电
环调速系统 。
设置双 闭环控 制 的一个 重 要 目的， 就是 要获 得 近
似于理想 的起 动过程 ， 图 ２所示 ， 如 在分析双 闭环调 速 系统 的动态性 能时 ， 首先探讨 它的起动过程 ， 闭环 调 双
速系统突加 给定 电压 由静止状态起 动时 ， 转速 和 电
图 １ 转速 、 电流双 闭环直流调速 系统
５ ～ ６
应用 ・ 交流—— 直流调速系统原理与故障检修
机床电器 ２ １． ０ ２４
Ｕ，大 ， 出很快 达到 限幅值 ） 输
， 强迫 电流 ， 迅 速上
值 ， ｔ～ｔ 时间 内， 在 ： ， ｎ仍继续上 升 ， ， ＝ 时转 速达 到 到峰值 （ ＝ｔ ｔ 时刻 ） 此 后 ， ， 电动 机 开始 在负 载 阻力 的 作用下减 速 ， 因 ｎ 高于给定值 ｎ ， 电枢 电流将会 但 仍 故

=
n0 = 1055.7 = 2111.3rpm 0.5 0.5
nφ N
=
n0′′
−
Ra 9.55(0.5CeφN
)
2
TN
=
2111.3 −
0.038 9.55× (0.5× 0.2084)2
× 607
= 1889rpm
过（ n0′′ ，0），（ 1889，607）两点画直线。
P105 3－30 解：
PM = EaN IaN = 424.7 ×187 = 79419(W )
TN
= 9550 × PM nN
= 9550 × 79.419 = 1011.3(N ⋅ m) 750
3
彭鸿才《电机原理与拖动》习题解答
（3） CeφN
=
EaN nN
=
424.7 750
= 0.566
no
= UN CeφN
=
（2） nR′ N
=
n0
−
2RN 9.55(CeφN )2
TN
2× 0.72 = 1055.7 − 9.55× (0.2084)2
× 607
=
−1052rpm
过（ n0 ，0），（ –1052，607）两点画直线。
或： nR′ N
= U N − 2RN IN CeφN
=
220 − 2× 0.72× 305 = −1052rpm 0.2084
Ceφ N
0.1
或者： EaN = U N + IaN Ra = 110 + 250.5× 0.02 = 115(V )
Ea = U N − IaN Ra = 110 − 250.5× 0.02 = 105(V )

直驱力矩电机是永磁同步旋转电机。顾名思义， 它能产生很大的力矩驱动负载。因此在低速大扭 矩的应用场合可以省去减速装置，使你的设计变 得更加紧凑。另外它还有可靠性高，免维护，长 寿命，加速性能优秀，无震荡等诸多优点，可广 泛应用于各种精密定位分度工作台。
直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不 需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋 转电机按径向剖开，并展成平面而成. 步进电机原理是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开 环控制元件。步进电机原理在非超载的情况下，电机的转 速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不 受负载变化的影响，步进电机原理即给电机加一个脉冲信 号，电机则转过一个步距角。 步进电机原理这一线性关系的存在，加上步进电机只有周 期性的误差而无累积误差等特点。步进电机原理使得在速 度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
本课程的主要授课内容（32）
直流电机调速 交流电机调速
一、变频调速系统控 制方式 二.几种典型变频调 速系统介绍 一、单闭环调速系 统 二.双闭环调速系统
教材及参考书 电力拖动运动控制
教材 电力拖动自动控制 系统 ，陈伯时 编，机械工业出版 社，（第三版） 2003 系统， 丁学文 参考书 编，机械工业出版 社 ，2007.9
为什么讲这门课？
调速系统的概念 调速系统的分类 调速系统的发展 调速系统的应用
调速系统的概念
运动控制系统是以机械运动的驱动设备－－电 调速 动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电 系统 子功率变换装置作为驱动机构，在自动控制理 论的指导下组成的电气传动自动控制系统。
电机
调速系统的分类
电力拖动与运动 控制系统，罗飞 等编， 化学工业 出版社， 2007.5

[8]王志新.电机控制技术[M].北京：机械工业出版社，2017：1-319.
[9]李永东.交流电机数字控制系统[M].北京：机械工业出版社，2015：1-247.
[10]周彬.电动机控制与变频技术[M].重庆：重庆大学出版社，2019：1-418.
[11]Lu Lixin，Shen Deshua，Li Guiqin. Acquisition and Control Systems of Distributed Data Based on STM32 [M]. Beijing: Press of Electronics Industry. 2016:299-323.
[12] Peng Wei, Huang Ke, Design of the Data Acquisition System Based on STM32[M].Beijing: Press of Electronics Industry. 2016:299-323.
[13] Ding Yuanjie.STM32 FAST-START DEVELOPMENT PLATFORM[M]. Beijing:China Machine Press .2015:45-51.
（2）传感器单元：在发球过程中，我们需要感应到有人体到发球区域后再进行发球。对人体的感应我们采用了红外传感器。这种传感器具有反应灵敏，执行效率高，可靠性好的特点，能够有效地检测人体是否到发球区域。
（3）电机控制：对于电机的控制，我们采用继电器控制。继电器控制能够有效的将控制单元和大功率器件有效的在物理上进行隔离，既保证了控制系统的稳定，也保证了大功率原件的正常工作。
[14] Atmel Corporation．The Design of STM32 Embedded Data Gathering Control System Based on GPRS Network[M].AtmelCorporation .2013.

《电机与拖动》教学大纲课程名称：电机与拖动英文名称：Motors and Electric Drives课程性质：专业教育必修课程课程编号：O131009所属院部：机电工程学院周学时：4学时总学时：75学时（理论学时60;实验学时15）学分：4学分教学对象（本课程适合的专业和年级）：机械设计制造及其自动化专业（专升本）2011级学生预备知识：高等数学、物理学、电工学、电子技术、工程力学、机械制图等。

课程在教学计划中的地位和作用：本课程为专业基础课，其作用是承前启后，为后续课程打基础，培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。

教学方法：讲授、讨论、实验教学的目的和要求：使学生掌握变压器与各种电机的基本结构、工作原理和运行性能，独立分析电力拖动系统各种运行状态，掌握有关计算方法，合理地选择和使用电动机，为毕业后从事专业技术工作做好基本培养和锻炼。

要求重点掌握变压器、异步电机、电动机的选择和电力拖动系统的动力学部分，同步电机、直流电机和控制电机部分作为一般掌握内容。

课程教材：唐介主编.电机与拖动（第二版）. 北京：高等教育出版社，2007参考书目：［1］彭鸿才主编.电机原理及拖动. 北京：机械工业出版社，2007年.［2］周顺荣编著.电机学.北京：科学出版社，2002年.［3］电机及电气技术实验装置实验指导书.杭州：浙江天煌科技实业有限公司考核形式：闭卷考试编写时间：2012年1月制定课程内容及学时分配：注：根据需要，课时可作适当调整。

绪论（2学时）学习要求：了解本课程的性质与特点，掌握学好这门课的方法。

教学重点：学习方法第1章磁路（4学时）学习要求：掌握常用基本物理量和基本定律，为学好本课程打好基础。

教学重点：铁磁材料与磁路。

第2章变压器（8学时）学习要求：1.了解变压器的主要结构、基本工作原理及主要额定值的意义。

2.掌握变压器负载运行时的等值电路、相量图、基本方程式以及运行性能。

3.熟悉三相变压器的联接组别。

第四章 三相异步电动机的基本原理第一节三相异步电动机的基本原理一、三相异步电动机的基本原理（如右图）(一)、转差率定义：11n nn s -= 。

式中n 1—旋转磁场的转速(同步转速) n —转子的转速 。

1）当0<n<n 1时，即0<s<1时,电机为电动运行状态(电能→机械能)。

2）当 n>n 1时，即 0>s 时,电机为发电运行状态(机械能→电能)。

3） 当 n<0时，即 s >1 时,电机为电磁制动运行状态(机械能和电能→热能)。

（二）、运行状态分析: (1)电机运行状态:n<n 1 ,e 1与e 2同方向 ,i 2a 与e 2同方向 ,i 2→Te 与n 同方向(驱动性质),i 1与i 2反向→i 1与e 1反方向，因i 1由u 1产生，即i 1与u 1同方向，所以从电网吸收电能。

(2)发电运行状态若原动机使n>n 1 →s 为负→e 2和i 2反向(与电机比) →T e 反向(T e 与n 反方向)(制动性质),又因i 2反向→i 1反向→i 1与e 1同方向(注e 1未变) →i 1e 1为正→输出电能。

(3)电磁制动运行状态若T 1驱动转子以反方向旋转,则切割方向同电动运行状态→e 1，e 2,i 1,i 2,T e 同电机运行状态,因T e 与n 1同方向，但与n 反方向(制动性质)，所以T1必须输入机械功率。

又因e 1与i 1反向→i 1e 1为负→从电网吸收电功率。

二、三相异步电动机的结构： (一)、感应电机的结构1. 定子： 定子铁心：0.5mm 厚硅钢片叠压而成,磁路的一部分。

定子绕组：电磁线制而成，电路一部分。

机 座 ：铸铁或钢板焊接而成。

2. 转子： 转轴:支撑转子转子铁心：0.5mm 硅钢片叠压而成，磁路一部分。

转子绕组： 笼型绕组 铸铝铜条绕线式绕组: 电线绕制而成,Y 接,滑环引出,外接电阻。

3. 气隙：磁路的一部分, δ↓→I m ↓→N ϕcos ↑。