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学期授课计划说明本课程计划学时已讲授学时本期教学周本学期课时分配课时余（缺）时余本学期总学时其中讲授实践测试考核机动小计120181205630考试2120教学大纲名称或版本《电机与拖动基础》教学大纲——自编选用教材《电机与拖动基础》主要参考书名称及版本《电机及电力拖动》（机工出版社）所需实验（实习）器材及设备电动机实训装置实验（习）场地电机实训室备注皖西学院教案2010～2011学年度第一学期编号001.机械与电子工程系电气教研室任课教师汪良益.课程名称电机与拖动基础授课章节绪论第一章直流电机§1.1直流电机的结构与工作原理课题:绪论§1.1直流电机的结构与工作原理课型:理论课学时数:2学时教学目的及要求1.了解电机及电力拖动技术的发展；2.明确课程的性质、课程所涵盖的内容、学完本课程后所达到的要求。3.掌握直流电机的基本工作原理。4.掌握直流电机的结构，掌握各部分的作用。5.了解直流电机的铭牌。教学重点直流电机的基本工作原理及结构教学难点直流电机的基本工作原理教学方法讲授法教学辅助手段、教具授课班级电气0801，0802电气0803，电信07授课日期9月8日9月10日月日月日教学过程主要环节设计作业1.1，1.2绪论0．1电机及电力拖动系统概述一、电机《电机与拖动基础》是把电机学和电力拖动基础两门课程有机结合而成的一门课程。电机是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递或机电能量转换的机械装置。电能易于转换、传输、分配和控制，是现代能源的主要形式。发电机把机械能转化为电能。而电能的生产集中在火力、水力、核能和风力发电厂进行。为了减少输电中的能量损失，远距离输电均采用高电压形式：电厂发出的电能经变压器升压，然后经高压输电线路送达目的地后，再经变压器降压供给用户。电能转换为机械能主要由电动机完成。电动机拖动生产机械运转的方式称为电力拖动。由于电动机的效率高、种类和规格多、具有各种良好的特性，电力拖动易于操作和控制，可以实现自动控制和远距离控制，因此，电力拖动广泛应用于国民经济各领域。例如各种机床、轧制生产线、电力机车、风机、水泵、电动工具乃至家用电器等，数不胜数。为了能建立一个感性认识，对电机进行简单的分类如下：电机的分类从能量转换的角度分从旋转与否的角度分从电能的性质分发电机电动机变压器控制电机旋转电机（发电机电动机）静止电机（变压器）直流电机交流电机在电力拖动自动控制系统中，大量应用控制电机。控制电机是一种在自动控制、自动调节、随动系统、远距离测量及计算装置中作为执行元件、检测元件的小型电机。这部分内容将在另外的教材中涉及。在工业自动化专业与电气工程及自动化专业中，电机与拖动是一门十分重要的专业基础课或技术基础课，它在整个专业教学计划中起着承前启后的作用，是后续课程《自动控制原理》、《电力拖动自动控制系统》、《电力电子技术》等课程的重要基础。主要研究电机拖动系统的基本理论问题，分析研究直流电机、变压器、异步电动机和同步电动机的简单结构、原理、基本电磁关系和运行特性；并初步联系生产实际，从生产机械工作的要求出发，重点介绍交直流拖动系统的动静态运行特性，为学习自动控制系统等后续专业课打下坚实基础。因此，课程既具有较强的基础性，又带有专业性。二、电力拖动简单的电力拖动系统由电源、电动机、传动机构、负载和自动控制装置等部分组成，见图1.1。电源提供电动机和控制系统所需的电能；电动机完成电能向机械能的转换；传动机构用于传递动力，并实现运转方式和运转速度的转换，以满足不同负载的要求；自动控制装置则控制电动机拖动负载按照设定的工作方式运行，完成规定的生产任务。电源电动机负载传动机构自动控制装置图1.1电力拖动系统的组成0.2电气控制电气化、信息化时代，在性能、可靠性及容量等方面，对电机提出了更高的要求。交流变频调速系统及变频电机、大功率无刷直流电机、永磁同步无刷电机等得到了很大发展。同时，随着新兴行业的发展，微电机亦成为电机行业发展的亮点，是我国电工电器行业(电机)发展的重点产品。稀土永磁电机，无轴承电机也是电机技术发展的新动向。与此相适应，电机拖动也有了新的发展，对拖动系统又提出更高的要求，如要求提高加工的精度和工作的速度，要求快速启动、制动和逆转，实现很宽范围内的调速及整个生产过程的自动化等，这就需要有一整套自动控制设备组成自动化的电力拖动系统。而这些高要求的拖动系统随着自动控制理论的不断发展，半导体器件和电力电子技术的采用，以及数控技术和计算机技术的发展与采用，正在不断地完善和提高。综上所述，电力拖动技术发展至今，它具有许多其他拖动方式无法比拟的优点。它启动、制动、反转和调速的控制简单、方便、快速且效率高；电动机的类型多，且具有各种不同的运行特性来满足各种类型生产机械的要求；整个系统各参数的检测和信号的变换与传送方便，易于实现最优控制。因此，电力拖动已成为国民经济电气自动化的基础。0.3本课程的性质、任务和内容《电机与拖动基础》是电气自动化技术专业的一门专业基础课。它的主要任务是使学生掌握常用的交直流电机、变压器、控制电机等的基本结构与工作原理，电力拖动系统的运行性能、分析计算，电机容量选择及试验方法等，为学习《工厂电气控制设备》、《自动控制原理》、《交直流调速系统》等课程准备必要的基础知识。《电机与拖动基础》是分析和解决电机与电力拖动系统的基本问题，主要包括直流电机及拖动、变压器、异步电机及拖动、同步电动机、控制电机和电动机容量的选择等内容。课程学完后学生应达到下列要求：1．掌握常用交、直流电机及变压器的基本理论（电磁关系、能量关系）。2．掌握控制电机的工作原理、主要性能及用途。3．掌握分析电动机机械特性及各种运转状态的基本理论。4．掌握电力拖动系统中电动机调速方法的基本原理和技术经济指标。5．掌握选择电动机的原则和方法。6．掌握电机的基本试验方法及技能，并具有熟练的运算能力。7．了解电机与电力拖动今后的发展方向。0.4课程目标《电机与拖动基础》课程在于通过电机的理论、应用、电气控制方法、电气控制系统的构成和设计方法的学习，让学生成为一名电机及控制技术方面的应用型技术人才。0．5本课程的特点及学习方法一、特点：本课程的特点是理论性强、实践性也强。分析电机与电力拖动的工作原理要用电学、磁学和动力学的基础理论，既要有时间概念，又要有空间概念，所以理论性较强；而用理论分析各种电机和电力拖动的实际问题时，必须结合电机的具体结构、采用工程观点和工程分析方法，除要掌握基本理论以外，还应注意培养实验操作技能和计算能力，所以实践性也较强。因此，学习本门课程应该特别注意理论联系实际。二、学习时应注意以下几点1、抓主略次2、掌握基本概念、基本原理和主要特性3、对比学习，找共性和特点4、理论联系实际，实验和下厂实习结合5、带着问题学（预习每节相关的思考题）第一章直流电机§1.1直流电机的结构与工作原理一、直流电机的主要结构直流电机是由静止的定子部分和转动的转子部分构成的，定、转子之间有一定大小的间隙（以后称为气隙）。1—换向器；2—电刷装置；3—机座；4—主磁极；5—换向极；6—端盖；7—风扇；8—电枢绕组；9—电枢铁心1.定子部分：直流电机定子部分主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。（1）主磁极又称主极。在一般大中型直流电机中，主磁极是一种电磁铁。（2）换向极容量在1kw以上的直流电机，在相邻两主磁极之间要装上换向极。换向极又称附加极或间极，其作用为了改善直流电机的换向。（3）机座一般直流电机都用整体机座。所谓整体机座，就是一个机座同时起两方面的作用：一方面起导磁的作用，一方面起机械支撑的作用。（4）电刷装置电刷装置是把直流电压、直流电流引入或引出的装置。2、转子部分：直流电机转子部分主要由电枢铁心和电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。（1）电枢铁心电枢铁心作用有二，一个是作为主磁路的主要部分；另一个是嵌放电枢绕组。（2）电枢绕组它是直流电机的主要电路部分，是通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换。（3）换向器在直流发电机中，它的作用是将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势；在直流电动机中，它将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流。二、直流电机的基本工作原理1.直流发电机的工作原理直流发电机的模型与直流电动机相同，不同的是电刷上不外加直流电压，而是利用原动机拖动电枢朝某一方向例如逆时针方向旋转，如图所示。这时导体ab和cd分别切割N极和S极下的磁力线，产生感应电动势，电动势的方向用右手定则确定。在图示情况下，导体ab中电动势的方向由b指向a，导体cd中电动势的方向由d指向c，所以电刷A为正极性，电刷B为负极性。电枢旋转1800时，导体cd转至N极下，感应电动势的方向由c指向d，电刷A与cd所连换向片接触，仍为正极性；导体ab转至S极下，感应电动势的方向变为a指向b，电刷B与ab所连换向片接触，仍为负极性。可见，直流发电机电枢线圈中的感应电动势的方向是交变的，而通过换向器和电刷的作用，在电刷A和B两端输出的电动势是方向不变的直流电动势。这种作用称为整流作用。若在电刷A和B之间接上负载，发电机就能向负载供给直流电能。这就是直流发电机的基本工作原理。同时应该注意到，带上负载以后，电枢导体成为载流导体，导体中的电流方向与电势方向相同，利用左手定则，还可以判断出由电磁力产生的电磁转矩方向与运动方向相反，起制动作用。根据上述原理分析，可以看出直流发电机有如下特点：（1）直流发电机将输入机械功率转换成电功率输出；（2）利用换向器和电刷，直流发电机将导体中的交变电势和电流整流成直流输出；（3）直流电动机导体中的电流与运动电势方向相同。（4）电磁转矩起制动作用。从以上分析可以看出：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，取决于外界不同的条件。将直流电源外加于电刷，输入电能，电机能将电能转换为机械能，拖动生产机械旋转，作电动机运行；如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，输入机械能，电机能将机械能转换为直流电能，从电刷上引出直流电动势，作发电机运行。同一台电机，既能作为电动机运行，又能作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。2.直流电动机的工作原理图3.2直流发电机的工作原理图1.1是一台最简单的直流电动机的模型，N和S是一对固定的磁极（一般是电磁铁，也可以是永久磁铁）。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片，它们的组合体称为换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。电枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体称为电枢。此模型作为直流电动机运行时，将直流电源加于电刷A和B，例如将电源正极加于电刷A，电源负极加于电刷B，则线圈abcd中流过电流。在导体ab中，电流由a流向b，在导体cd中，电流由c流向d。载流导体ab和cd均处于N和S极之间的磁场当中，受到电磁力的作用。电磁力的方向用左手定则确定，可知这一对电磁力形成一个转矩，称为电磁转矩，转矩的方向为逆时针方向，使整个电枢逆时针方向旋转。当电枢旋转180，导体cd转到N极下，ab转到S极下，如图1.1(b)所示，由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从电刷B流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方向。由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，变为电枢线圈中的交变电流，这种将直流电流变为交变电流的作用称之为逆变。由于电枢线圈所处的磁极也是同时交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。同时可以看到，一旦电枢旋转，电枢导体就会切割磁力线，产生运动电势。在图1.1(a)所示时刻，可以判断出ab导体中的运动电势由b指向a，而此时的导体电流由a指向b，因此直流电动机导体中的电流和电势方向相反。图1.1直流电动机的基本工作原理实际的直流