,Page,*,Click to edit Master title style,电机与拖动基础及,MATLAB,仿真,普通高等教育“十二五”电气信息类规划教材,北,方,工,业,大,学,Click to edit Master title style,电机与拖动基础及,MATLAB,仿真,陈亚爱 周京华编著,李正熙主审,电机与拖动基础及,Page,2,本课程的章节和内容,绪 论,第,1,章 变压器,第,2,章 三相交流电动机,第,3,章 三相交流电动机的电力拖动,第,4,章 直流电机,第,5,章 直流电动机的电力拖动,第,6,章 驱动和控制微电机,第,7,章 电动机容量的选择,控制电机,（自动化专业的必修课）,Page 2本课程的章节和内容控制电机,Page,3,绪 论,Page 3绪 论,Page,4,本章内容,电机的分类和应用,我国电机工业概况,本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法,电机中的铁磁材料及其特性,常用的基本电磁定律,磁路计算仿真,Page 4本章内容电机的分类和应用我国电机工业概况,Page,5,提问,电机是指电能与机械能或电能与电能互相转换,的装置。,普通电机的主要任务是能量转换。,什么是电机？有什么作用？,Page 5提问什么是电机？有什么作用？,Page,6,0.1,电机的分类和应用,电 机,动力设备类,控制电机,直流,直流发电机,直流电动机,异步电动机,同步电机,同步发电机,同步电动机,调相机,交流,旋转电机,变压器,电机的分类,Page 60.1电机的分类和应用电 机动力设备类 控制电机,Page,7,电能生产,由,同步发电机,产生；,高压输电,由,升压变压器,将发电机发出的电压升高到输电电压再输送；,降压用电,由,降压变压器,将输来的高压电降为所需低电压，供给用电设备；,生产机械的拖动,由各种,电动机,或,电力拖动系统,实现；,控制系统中的信号转换,由各种,控制电机,完成。,600MW,汽轮发电机,连接发电机与电网的升压变压器,连接发电机,的封闭母线,与电网相连,的高压出线端,10kV,级,SC(B)10,型,环氧树脂浇注干式变压器,S11,系列,502000KVA,双绕组,无励磁调压电力变压器,0.1,电机的分类和应用,电机的应用,降压变压器,三相交流电动机,各种控制电机,Page 7电能生产由同步发电机产生；,Page,8,0.2,我国电机工业概况,在大型发电设备制造方面，已研制出,600MW,水氢氢冷汽轮发电机、,300MW,的双水内冷和全氢冷汽轮发电机、,650MW,的核电机组、,700MW,的,水轮发电机，电力变压器的最大容量已达到,840MVA,、电压最高为,750kV,。,在大型交直流电机制造方面，已研制出,25000kW,的直流电动机、,4700kW,的直流发电机、,42MW,的同步电动机。,在中、小、微型电机制造方面，已独立自主开发研制成了,100,多个系,列，上千品种。各种类型的电机基本上满足了生产和生活的需要。,建国后经过,60,多年的发展，已建立了全国性的研究实验基地，培养了,一大批从事研究、制造电机的专家和工程技术人员，有了统一的国家标准,和系列产品,。,Page 80.2我国电机工业概况 在大型发电,Page,9,本教材以电力拖动系统中应用最广泛的电机和电力拖动为重点，从使用的角度介绍交、直流电机、变压器、控制电机的基本结构、工作原理、主要工作特性、电力拖动系统的运行特性以及,MATLAB,仿真软件在电机与拖动系统中的应用技术等。,“电机与拖动基础以及,MATLAB,仿真”教材，把“电机学”和“电力拖动基础”两门课内容整合为一，同时结合仿真技术，加入了,MATLAB,仿真技术在电机与电力拖动系统应用的实例。,0.3,本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法,本教材内容,Page 9 本教材以电力拖动系统中应用最广泛的电机和,Page,10,本课程虽是基础课，但又具有专业课程性质，讲授的内容是电机方面非常具体、实际的问题。因此，该课程具有内容涉及面广，理论性强，实践性强，综合性强等特点。,“电机与拖动基础,”,课程属电气工程及其自动化或,电类专业的专业技术基础课，学习过程中需用到“高,等数学”、“大学物理”、“电路”、“模拟电子技术”等,课程的知识。,课程性质,0.3,本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法,Page 10 本课程虽是基础课，但又具有专业,Page,11,通过课程的学习,掌握常用交、直流电机及变压器的基,本结构、工作原理、运行性能仿真和实验方法；了解交直流,电力拖动的基础知识，掌握异步电动机的特性分析、起制动,方法和交流机基本的调速方法；掌握他励直流电动机起制动,及调速等各种运行状态的静动态特性和参数计算；熟悉常用,控制电机的原理和特性，学会选择电动机容量的方法，熟悉,MATLAB,仿真软件在电机与拖动系统中的应用技术。,教学任务,0.3,本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法,Page 11 通过课程的学习,掌握常用交、直流电机及,Page,12,如何学习？,为后续专业基础课和专业课的学习准备必要的基础知,识，提高分析问题、解决问题的能力，也为从事自动化及,电气工程技术工作和科学研究奠定初步基础。,0.3,本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法,教学任务,Page 12如何学习？为后续专业基础课和专业课的学,积极思考，,多做练习；,前后关联，,掌握体系；,联系实际，,创新设计。,0.3,本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法,学习方法总结,Page,13,在实际运行着的电机中，电、磁、力、热等物理定律同时起作用，互相制约，分析解决这种复杂问题时，往往需忽略一些次要矛盾，抓住主要矛盾加以解决，只要所得结果正确，引起的误差在允许的范围内，在工程上是允许的，这与以前所学课程中解决问题理想化、单一化有很大区别，学习时需有足够的认识。学习中要多思考、多联系、多练习，逐步体会。,本课程的动力用电机包括变压器、交流异步电动机、同步电动机、直流电机等，种类繁多，各具特性，但就其内部电磁关系耦合过程和机电能量转换关系来说，仍有其内在联系。基本工作原理都是建立在电磁感应定律和电磁力定律基础上的；能量转换都是以磁场为媒介，其电磁关系可抽象为电路参数，得出基本方程式和等效电路，这是共性方面。,理论联系实际，注重做好本课程要求的仿真和开设的相关实验，立足于学会使用各类电机。利用,MATLAB,仿真工具帮助理解课程所涉及的知识和电机的运行特性，在实验中学习解决实际问题的方法，注意培养解决工程实际问题的能力。,学习中注重联系实际和创新能力的培养。,在学习中应将变压器、交流电机、直流电机的相似性有机地统一起来，注意课程内容的内在联系，形成学习本课程鲜明的主线，只要学好了变压器，对交流电机和直流电机的内容就比较容易掌握了。学习中注意前后关联，掌握知识体系。,0.3本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法学习方法总结P,Page,14,自动控制原理,现代控制理论,自动化仪表及装置,现代电力电子技术,机器人技术,检测技术,系统仿真,智能仪器,先进传感变换技术,电机及拖动基础,运动控制系统,控制,系统,中的,各部,分与相应,的知,识域,对应,关系,0.3,本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法,Page 14自动控制原理自动化仪表及装置现代电力电子技术机,变压器,电 机,磁,场,耦合,电流,全电流定律,铁心,小电流,大磁通,铁心增磁功能,铁心饱和,铁心气隙,制约,制约,电磁转矩,电磁力,定 律,电磁感,应定律,感应电动势,能量转换,变压器、发电机、电动机,知 识 结 构,电机中的知识结构,0.3,本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法,Page,15,变压器磁耦合电流 全电流定律铁心小电流大磁通铁心增磁功能铁心,Page,16,教材与参考书,参考书,：,1,电机与拖动基础（第3版）.李发海、王岩编著,.清华大学出版社，2005年8月,2,电机及拖动基础上、下册（第3版）.顾绳谷主编,.机械工业出版社，2004年4月,3,Electric Machinery(Sixth Edition).,清华大学出版社，2003年7月,教材,：,电机与拖动基础及,MATLAB,仿真,.,陈亚爱 周京华编著.李正熙主审,机械工业出版社，,2011,年,8,月,0.3,本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法,Page 16教材与参考书教材：电机与拖动基础及MATL,Page,17,课程有关事项及纪律要求,不迟到，上课认真听讲，做好重点内容的笔记。,课前预习，,课后复习,，及时掌握每次课的要点。,按时完成作业，不抄作业，每两周交一次作业。,课上不做与课程无关的事，不懂可及时举手提问，手机关上或置振动。,有疑难，应及时答疑。,答疑时间：每周三下午,16,：,00-17,：,00,地点：电力电子与电气传动工程研究中心。,电话：88802,691,转,203,张虎老师：,88802691,转,204,实验前做好预习报告，实验时注意安全，实验后完成实验报告。,总评成绩：平时,40,%（作业,+,考勤,+,实验），考试,60%,。,0.3,本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法,Page 17课程有关事项及纪律要求 不迟到，上课认真听,Page,18,齐心协力 共同进步,愿成为同学们的良师益友，,一起努力，,畅游电机与拖动的知识海洋！,0.3,本教材内容、课程性质、教学任务及学习方法,Page 18齐心协力 共同进步愿成为同学们的良师益友，一起,Page,19,0.4,电机中的铁磁材料及其特性,所谓铁磁材料是指导磁性能好的材料，包括铁、镍、钴,等以及它们的合金。,铁磁材料的磁导率,m,Fe,要比非铁磁材料磁导率,m,大得多,（,m,Fe,m,），非铁磁材料磁导率接近真空磁导率,m,0,（,m,0,=4,p,10,-7,H/m,），电机中常用铁磁材料的磁导率,m,Fe,=,（,20008000,）,m,0,。,铁磁材料,Page 190.4电机中的铁磁材料及其特性,Page,20,0.4,电机中的铁磁材料及其特性,未磁化前，磁畴随机排列，铁磁材料对外不呈磁性，磁化后，在外磁场的作用下，磁畴沿磁场方向排列整齐，铁磁材料呈现较强的磁性，形成了一个附加磁场叠加在外磁场上，使合成磁场显著增强。,外磁场,a),磁化前,b,）磁化后,图,0-2,磁畴示意图,铁磁材料的磁化,铁磁材料能在外磁场中呈现很强的磁性，该现象称磁化，这是因为铁磁材料内部存在许多很小的被称为磁畴的天然磁化区，每个磁畴可看做一微型磁铁，其示意图如图,0-2,所示。,Page 200.4电机中的铁磁材料及其特性,Page,21,0.4,电机中的铁磁材料及其特性,在工程计算时，事先将各种铁磁 材料用试验的方法，测得它们在不同 磁场强度,H,下对应的磁通密度,B,，绘 制成,B,-,H,曲线，该,B,-,H,曲线称为磁化曲线。将未经磁化的铁磁材料进行磁化，磁场强度,H,由零增大时，磁通密度,B,随之增大，所得,B,=,(,H,),曲线称为起始磁化曲线，如图,0-3,所示。,磁化曲线,在非铁磁材料中，磁通密度,B,和磁场强度,H,之间呈线性关系，即,B,=,m,0,H,。,图,0-3,起始磁化曲线,对于铁磁材料，磁导率,m,Fe,值除了比,m,0,大得多以外，还与磁场强度以及物质磁状态的历史有关，故铁磁材料的磁导率,m,Fe,不是常数。,Page 210.4电机中的铁磁材料及其特性,Page,22,0.4,电机中的铁磁材料及其特性,磁化曲线,图,0-3,起始磁化曲线,磁化曲线分四段,其中，,a,点称为跗点；拐弯点,b,称为膝点；,c,点为饱和点。过了饱和点,c,，铁磁材料的磁导率趋近,0,在,0a,段：,当,H,增大使得,B,增大，但,B,增大速度较慢；,在,ab,段：,B,随,H,迅速增大（呈直线段）；,在,bc,段：,B,随,H,增大的速度又较慢；,在,cd,段：,磁饱和区（又呈直线段）。,Page 220.4电机中的铁磁材料及其特性 磁