电机拖动电子教案

绪论一、电机及电机学概念1.电机定义：是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。2.电机分类：（按运动方式分类）静止电机-----------------变压器电机直流电机旋转电机交流电机异步电机同步电机发展情况：基本系列、派生系列、特种电机、专用电机、节能电机二、电机中的材料1.导电材料：线圈（铜、铝）2.导磁材料：铁磁材料（重点介绍）3.结构材料：铸铁、铸钢和钢板等4.绝缘材料：聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带、电工纸、云母片等（A、E、B、F、H、C）三、本课程的任务电机学及性质：专业基础课1.基本要求：了解电机、变压器的基本结构掌握正常稳态运行时的分析方法了解空载运行和负载运行时电机内部的物理情况掌握电机的运行特性掌握电机的基本实验方法和操作技能3.本门课学习方法：①抓住主要矛盾；②理论联系实际；③善于运用对比的方法。四、电机在国民经济中的作用1.电能是现代常用的一种能源2.电机是一种进行机电能量转换的电磁机械装置3.电机在工农业生产、航空航天等起重要作用。第一章磁路磁路1.1～1.2总学时：2课堂讲授：2教学目的：1.了解磁场的基本物理量。2.了解物质在磁性能方面的特点。教学重点、难点：重点：1.磁感线强度与磁场强度的区别2.磁性物质的特点。难点：磁饱和性和磁滞性。教学方法：运用多媒体教学手段，采用教师讲授与学生提问、讨论相结合的形式。工作原理、平衡方程、等效电路等内容由教师“精讲”，在此基础上，部分内容由学生自学，然后由学生在课堂上讲解、讨论，最后由教师补充、概括和总结。教学内容：1.磁场基本物理量2.磁性物质和非磁性物质教书育人方式：1.采用幻灯片、演示实验等手段，加大课堂信息量，提高课堂教学效果，培养学生的学习兴趣。2.对每次课进行小结、布置作业及预习内容。1.1磁场的基本物理量一.磁通穿过某一截面Ｓ的磁感应强度Ｂ的通量，即穿过某截面Ｓ的磁力线的数目，故称为磁感应通量，简称磁通。二.磁感应强度BB的方向B的大小：与磁场方向垂直的单位面积即穿过的磁力线的数目。单位１T＝410ＧsSdsB磁场均匀且与截面垂直时，BS。SB称为磁通密度。的单位为WbB的单位为T三.磁场强度HBH或HB四、磁导率导磁介质的磁导率，反映介质的导磁性能，大则导磁性能好。的单位H/ｍ，真空的0=4π710H/m。一般，＝0r，r2000~6000（铁磁性材料）H的单位为A/m或A/cm1.2常用铁磁性材料及其特性一、铁磁物质的磁化铁磁材料：铁、镍、钴及其合金二、磁化曲线1.磁化曲线：)(HfB特性：①具有高的导磁性能；②磁化曲线呈非线性（饱和特性）2.磁滞回线磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化；0H时B的值，称为剩磁rB。三、铁磁材料软磁材料：高，rB小，磁滞回线窄而长，如：铸钢、硅钢片、制作电机铁心；硬磁材料：μ不高，Br大，磁滞回线宽，如：铁氧体、钕铁硼等制造永久磁铁；三、磁路计算1.计算类型2.给定磁通量φ，计算所需磁动势F3.给定磁动势F，计算所产生的磁通量φ4.计算步骤5.分段（材料相同，截面积相等）6.计算各段有效截面积和平均长度7.求各段磁通密度8.求各段磁场强度9.求总磁动势10.求所需电流或线圈匝数11.查磁化曲线磁路1.3～1.4总学时：4课堂讲授：4教学目的：1.掌握磁路欧姆定律。2.掌握铁心线圈电路。教学重点、难点：重点：1.磁路欧姆定律。2.交流铁心线圈电路。难点：交直流铁心线圈电路的区别。教学方法：运用多媒体教学手段，采用教师讲授与学生提问、讨论相结合的形式。工作原理、平衡方程、等效电路等内容由教师“精讲”，在此基础上，部分内容由学生自学，然后由学生在课堂上讲解、讨论，最后由教师补充、概括和总结。教学内容：1.磁路恒定磁通欧姆定律和交变磁通欧姆定律。2.磁路基尔霍夫第一、第二定律。3.交流铁心线圈电路中的电磁关系，功率关系。4.交流铁心线圈电路的等效电路。教书育人方式：1.采用幻灯片、演示实验等手段，加大课堂信息量，提高课堂教学效果，培养学生的学习兴趣。2.对每次课进行小结、布置作业及预习内容1.3磁路基本定律一．电路定律1．欧姆定律RUIIRUIURZUI2．基尔霍夫第一定律（电流定律）0I0i或0I3．基尔霍夫第二定律（电压定律）EUeu或EU二．全电流定律（安培环路定律）1．电流磁效应凡是电流均会在其周围产生磁场，叫电流的磁效应，即所谓“电生磁”。磁力线的方向可根据电流的方向有右手螺旋定则确定。2．磁路的几个基本物理量3．全电流定律磁场中沿任一闭回路的磁场强度Ｈ的线积分等于该闭回路回路所包围的所有导体电流的代数和。IHdll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，反之为负。三．磁路及磁路定律磁路：磁通流通的路径。铁磁材料的磁化曲线1.磁路的欧姆定律将全电流定律用于右图所示的无分支磁路，可得NiIHlNiAlHlmmFRFAlNi磁路中的磁通与作用在该磁路的上的磁动势成正比，与磁路的磁阻成反比，称为磁路的欧姆定律。磁阻AlRm磁导mmR12.磁路的基尔霍夫第一定律对任一封闭面而言，穿入的磁通必于穿出的磁通，这是磁通连续原理。对有分支的磁路在磁通汇合处的封闭面上磁通的代数和等于零，即0。图中，03214.磁路的基尔霍夫第二定律将全电流定律应用到任一闭合磁路上，有mRFNiHlldH－磁压降的代数和等于磁动势的代数和。图中22112211221121mmRRlHlHiNiNFF磁路和电路的差别：（1）电路可以有电势无电流，磁路中有磁动势必然有磁通；（2）电路中有电流就有损耗（RI2），恒定磁通下，磁路中无损耗；（3）（2010绝导GG而043)10~10(Fe，磁路中必须考虑漏磁通；（4）电阻率在一定温度下恒定不变，而铁磁材料构成的磁路中，随Ｂ变化，即mR随饱和度增加而增加。四．电磁感应定律dtdNdtde负号解释：1．变压器电动势线圈与磁通之间没有相对切割关系，仅由线圈交链的磁通发生变化而引起的感应电动势称为变压器电势。见图０－２，自感电动势、互感2．运动电动势（速率电动势）若磁场恒定，构成线圈的导体切割磁力线，使线圈交链的磁通发生变化，导体中感应的电动势称为运动电动势，三方向互相垂直时，其大小Blve方向由右手定则确定。五．电磁力定律载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，三方向互相垂直时，其大小为Blif方向由右手定则确定。1.4铁心线圈电路一、直流铁心线圈电路1u1e202ue1e0i1110ri空载电流、主磁通、漏磁通、正方向1.感应电动势和变比根据基尔霍夫电压定律，绕组电动势平衡方程式)()(11101eeriu由于1，故11ee，同时10ri也很小，故可认为11eu。如果1u随时间按正弦规律变化，则1e亦按正弦规律变化，根据dtdNe11可知，主磁通也按正弦规律变化。设tmsin则)90sin()90sin(cos11111tEtNtNdtdNemmm同理)90sin(222tEdtdNe由此可知1e及2e在相位上均滞后于90电角度，它们的有效值分别是mmmfNNEE111144.422mmmfNNEE222244.422写成相量表达式为mfNjE1144.4mfNjE2244.4由于11EU2220EUUN故有kNNEEUU2121201；k称为变压器的变比，通常1k。2.空载电流空载电流0i，又称励磁电流，包含两个分量，分别承担两项不同的任务。一个分量叫磁化电流uI，其任务是建立幅值为m的主磁通，为无功电流分量。另一个分量叫铁耗分量FeI，其任务为补偿空载损耗（铁耗），为有功分量。空载励磁电流22FeumIII铁耗电流与铁耗的关系为11UpEpIFeFeFe通常FeuII，∴1U与mI之间的相位差0接近90。3.漏电动势与漏电抗漏磁通Φ1σ主要沿非铁磁性物质闭合的，磁路不会饱和，所以由漏磁通感应的漏电动势mIE11相量关系式mIjXE11式中1X—一次绕组的漏电抗,表征漏磁通对电路的电磁效应,为一常数。二．电动势平衡方程式及等效电路考虑漏电动势和电阻压降i0r1时，变压器空载运行时的电动势平衡方程式)()()(1111111EXIjrIEErIUmmm)()()(11111EZIEjXrImm220EU式中111jXrZ-------------绕组的漏阻抗可以画出相应的等效电路，如下图所示。1U1EmI1rmrmx1x四、磁滞损耗和涡流损耗1.磁滞损耗：磁畴之间产生摩擦而产生的，2mhfBp2.涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生的损耗，emFeRdBfp/2223.铁损：磁滞损耗+涡流损耗，23.1mfeBfp第二章变压器变压器2.1～2.3总学时：6课堂讲授：4实验：上机：教学目的：1.掌握其基本工作原理和主要结构、额定值及其计算2.掌握空载时的各物理量、基本方程式、等效电路、电磁关系及相量图3.掌握负载时的方程式、等效电路和相量图4.掌握负载时的电磁关系及绕组的折算教学重点、难点：重点：1.基本工作原理和额定值2.电磁关系、电动势方程和等效电路3.绕组折算难点：基本结构、电磁关系、绕组的折算教学方法：运用多媒体教学手段，采用教师讲授与学生提问、讨论相结合的形式。工作原理、平衡方程、等效电路等内容由教师“精讲”，在此基础上，部分内容由学生自学，然后由学生在课堂上讲解、讨论，最后由教师补充、概括和总结。教学内容：1.变压器的分类、基本结构、额定值2.变压器的空载运行：空载运行时的磁通、感应电动势、平衡方程。3.变压器的负载运行：磁势平衡、电压平衡、绕组折算、相量图。教书育人方式：1.采用报废的变压器实物现场讲课，采用幻灯片、演示实验等手段，加大课堂信息量，提高课堂教学效果，培养学生的学习兴趣。利用模型介绍结构，讲解基本工作原理；利用实物讲解电枢绕组、工作原理等。2.对每次课进行小结、布置作业及预习内容。变压器的主要功能是把一种电压的电能转换为同频率的另一种电压的电能，故称变压器。实际上，它在变压的同时还能改变电流，还可改变阻抗和相数。2.1变压器的工作原理变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组，如图2－1所示。一个绕组接电源，称为原绕组（一次绕组、初级），另一个接负载，称为副绕组（二次绕组、次级）。原绕组各量用下标1表示，副绕组各量用下标2表示。原绕组匝数为N1，副绕组匝数为N2。AXu1i1Φ0e1axe2i2u2图2-1理想状况如下（不计电阻、铁耗和漏磁），原绕组加电压1u，产生电流1i，建立磁通，沿铁心闭合，分别在原副绕组中感应电动势1e和2e。dtdNeu111dtdNeu222kNNEEUU212121kUU12说明只要改变原、副绕组的匝数比,就能按要求改变电压。又∵2211IUIU∴kIIUUI22121说明变压器在改变电压的同时,亦能改变电流。二、三相变压器1.分类三相心式变压器和三相组式变压器2.2变压器的基本结构一．变压器的主要部件1.铁心作用、材料、基本形式（心式和壳式）2.绕组作用、材料、型式；高压绕组和低压绕组；同心式和交叠式3.油箱及其附件油箱、储油柜、散热器、分接开关、套管、气体继电器等二．变压器的分类按用途分：电力变压器和特种变压器按相数分：单相、三相、多相变压器按每相绕组数目分：双绕组、三绕组、自耦变压器三、铭牌及额定值1．型号2．额定容量NSkVA3．额定电压NNUU21V，kV4．额定电流NiNII2A5．额定频率NfHZ额定值之间的关系：