1、电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础（第二版）（第二版）吴浩烈 主 编 出 版 社目 录 绪论 0.1 电机及电力拖动在国民经济中的作用 0.2 本课程的性质、任务、内容和特点 0.3 本课程常用的电磁定律与公式 第1章 直流电机 1.1 直流电机的基本工作原理 1.2 直流电机的结构、额定值和主要系列 1.3 直流电机的电枢绕组 1.4 直流电机的磁场 1.5 直流电动机 1.6 直流发电机 1.7 直流电机的换向 第2章 直流电机的电力拖动 2.1 电力拖动系统的运动方程式 2.2 工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算 2.3 负载的机械特性 2.4 他励直流电动机的机械特性 2.5 他
2、励直流电动机的起动 2.6 他励直流电动机的过渡过程 2.7 他励直流电动机的调速 2.8 他励直流电动机的制动 第3章 变压器 3.1 变压器的原理、结构及额定值 3.2 变压器的空载运行 3.3 变压器的负载运行 3.4 变压器参数的测定 3.5 变压器的运行特性 3.6 三相变压器的连接组别 3.7 变压器的并联运行 3.8 自耦变压器和仪用互感器 第4章 交流电机的绕组、磁通势和电动势 4.1 交流电机的绕组 4.2 交流绕组的磁通势 4.3 交流绕组的电动势 第5章 三相异步电动机 5.1 三相异步电动机的基本结构、额定数据和主要系列 5.2 三相异步电动机的工作原理及转差率 5.3
3、 三相异步电动机的主磁通和漏磁通 5.4 三相异步电动机转子静止时的电磁关系 5.5 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系 5.6 三相异步电动机的功率和转矩 5.7 三相异步电动机的工作特性和参数测定 第6章 三相异步电动机的电力拖动 6.1 三相异步电动机的机械特性 6.2 三相鼠笼式异步电动机的起动方法 6.3 三相绕线式异步电动机的起动方法 6.4 三相异步电动机的调速方法 6.5 三相异步电动机的制动运行 6.6 绕线式异步电动机调速及制动电阻的计算 第7章 单相异步电动机和三相同步电动机 7.1 单相异步电动机 7.2 三相同步电动机 第8章 控制电机 8.1 伺服电动机 8.2 测
4、速发电机 8.3 步进电动机 8.4 微型同步电动机 8.5 自整角机 8.6 旋转变压器 第9章 电力拖动系统电动机的选择 9.1 电动机的种类、形式、额定电压与额定转速的选择 9.2 电机的发热与冷却及电机工作方式的分类 9.3 连续工作制电动机额定功率的选择 9.4 短时工作制电动机额定功率的选择 9.5 断续周期性工作制电动机额定功率的选择 9.6 选择电动机额定功率的实用方法绪 论 0.1电机及电力拖动在国民经济中的作用 电能是国民经济中应用最为广泛的能源，而电能的产生、传输、分配和使用等各个环节都依赖于各种各样的电机;电力拖动是国民经济各部门中采用最多最普遍的拖动方式，是生产过程电
5、气化、自动化的重要前提。由此可见，电机及电力拖动在国民经济中起着极其重要的作用。 0.2本课程的性质、任务、内容和特点 “电机及电力拖动基础”是自动化、电气工程以及机电一体化等专业的重要专业基础课之一，在整个专业教学计划中起承上启下的作用，它是“数学”、“物理学”和“电路与磁路”的后续课程，又是“自动控制原理”、“电力拖动自动控制系统”和“工厂电气控制技术”等专业课的先导课程。 “电机及电力拖动基础”课程的任务是使学生掌握各种电机和变压器的基本结构、工作原理和主要特性，并掌握各种电动机起动、调速、制动和反转的各种方法、原 理、优缺点和适用场合;培养电机及电力拖动方面分析问题、解决问题的能力，包
6、括一定的计算能力;学习测试各种电机、变压器的性能和参数的基本方法，进行实验技能的训练，为学习后续课程和今后的工作创造必要的条件。 本课程的内容包括: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、单相异步电动机和三相同步电动机、控制电机和电力拖动系统电动机的选择，一共9个部分。 本课程的特点是理论性强、实践性也强。 0.3 本课程常用的电磁定律与公式 0.3.1 电路定律 各种电机、变压器内部均有电路，电路中各物理量之间的关系符合欧姆定律和基尔霍夫第一、二定律。 (1)欧姆定律 流过电阻R的电流I的大小与加于电阻两端的电压U成正比，与电阻R的大小成反比。对直流
7、电路的公式为 对于正弦交流电路，电阻R 改为阻抗，电压与电流以复数有效值表示，公式为 (2)基尔霍夫第一定律(电流定律) 对电路中任意一个节点，电流的代数和等于零。对直流电路的公式为 对于正弦交流电路，公式为 如设流进节点的电流为正，则流出节点的电流为负。 (3)基尔霍夫第二定律(电压定律) 对于电路中的任一闭合回路，所有电压降的代数和等于所有电动势的代数和。对于直流电路，公式为 对于正弦交流电路，公式为 式中各个电压和电动势，凡是正方向与所取回路巡行方向相同者为正,相反者为负。 0.3.2 全电流定律 （1）电流的磁效应 （2）磁路的几个基本物理量 1）磁感应强度B图0.1 电流磁场磁力线的
8、方向 磁场中任意一点的磁感应强度B的方向，即过该点磁力线的切线方向，磁感应强度B 的大小为通过该点与B垂直的单位面积上的磁力线的数目。磁感应强度B的单位为特斯拉（T），工程上常沿用高斯（s）为单位，其换算关系为 2）磁感应通量 穿过某一截面的磁感应强度B的通量，即 穿过某截面的磁力线的数目称为磁感应通量，简称磁通 设磁场均匀，且磁场与截面垂直时，上式可简化为 磁通的单位为韦伯（b），有时沿用麦克斯韦（x）为单位，其换算关系为 由上式可知，磁场均匀，且磁场与截面垂直时，磁感应强度的大小可用下式表示 为此，磁感应强度B又称为磁通密度。其单位与磁通和面积的单位相对应，即 3）磁场强度H 磁场强度H是
9、为建立电流与由其产生的磁场 之间的数量关系而引入的物理量，其方向与B相同，其大小与B之间相差一个导磁介质的磁导率，即 磁导率是反映导磁介质导磁性能的物理量，磁导率越大的介质，其导磁性能越好。磁导率的单位是亨每米（Hm）。真空中的磁导率 其他导磁介质的磁导率通常用0的倍数来表示，即 式中 导磁介质的相对磁导率。 铁磁性材料的相对磁导率r=20006000，但不是常数，非铁磁性材料的相对磁导率r1，且为常数。 磁场强度的单位为安每米（A/m），工程上常沿用安每厘米（A/m）为单位。 （3）全电流定律 磁场中沿任一闭合回路的磁场强度H的线积分等于该闭合回路所包围的所有导体电流的代数和，其数学表达式为
10、 这就是全电流定律。当导体电流的方向与积分路径的方向符合右螺旋关系时为正，如图0.2中的I1和I3，反之则为负，如图中的I2。 (4)磁路的欧姆定律 磁力线流通的路径称为磁路。工程上将全电流定律用于磁路时，通常把磁路分成若干段，使每一段的磁场强度H为常数，则线积分lHdl可用和式 来代替，全电流定律可以表示为 式中 Hk第k段的磁场强度; lk第k段的磁路长度。 对图0.3所示的磁路， N为线圈匝数，I为线圈中的电流，则有 将 代入上式即得 式中 第1和2段磁路的磁阻; 第1和2段磁路的磁压降; F=NI磁路的磁通势。图0.2 全电流定律图0.3 无分支磁路 一般情况下，磁路分为段时，则有 此
11、式称为磁路的欧姆定律，表明无分支磁路中的磁通与磁通势F成正比，与磁路中总的磁阻Rm成反比。 分析磁路时，有时不用磁阻Rm而采用磁导m，它们互为倒数关系，即即 0.3.3 电磁感应定律 磁场变化会在线圈中产生感应电动势，即所谓“磁变生电”，感应电动势的大小与线圈的匝数N和线圈所交链的磁通对时间的变化率 成正比，这是电磁感应定律。当按惯例规定电动势的正方向与产生它的磁通的正方向之间符合右手螺旋关系时，感应电动势的公式为 式中 =N线圈交链的总磁链。 （1）变压器电动势 1）自感电动势e 线圈中流过交变电流时，由产生的与线圈自身交链的磁链亦随时间发生变化，由此在线圈中产生的感应电动势，称为自感电动势
12、，用e表示，则其公式为 式中 自感磁通; =N自感磁链。 线圈中流过单位电流所产生的自感磁链称为线圈的自感系数，即 自感系数为常数时，自感电动势的公式可改为 因为自感磁链L=N,自感磁通 故有 此式表明，线圈的自感系数与线圈匝数的平方和磁导的乘积成正比。 2）互感电动势e 在相邻的两个线圈中，当线圈1中的电流1交变时，由它产生并与线圈2相交链的磁通21亦发生变化，由此在线圈2产生的感应 电动势称为互感电动势，用e表示，则其公式为 式中 e2线圈2中产生的互感电动势; 21=N221线圈1产生而与线圈2交链的互感磁链。 如果引入线圈1与2之间的互感系统，则上面互感电动势的公式可改为 因为互感磁链
13、21=N221，互感磁 通 故有 式中 R12互感磁通所经磁路的磁阻; 12互感磁通所经磁路的磁导。 （2）切割电动势e 如果磁场恒定不变，导体或线圈与磁场的磁力线之间有相对切割运动时，在线圈中 产生的感应电动势称为切割电动势，又称为速度电动势。若磁力线、导体与切割运动方向三者互相垂直，则由电磁感应定律的电动势公式可以推导出切割电动势的公式为 式中 B磁场的磁感应强度; l导体切割磁力线部分的有效长度;导体切割磁力线的线速度。图0.4 右手定则图0.5 左手定则 0.3.4 电磁力定律 载流导体在磁场当中会受到电磁力的作用，当磁力线和导体方向互相垂直时，载流导体所受电磁力的公式为 式中 F载流导体所受的电磁力; B载流导体所在处的磁感应强度; l载流导体处在磁场中的有效长度; I载流导体中流过的电流。
