《電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)》課件緒論

緒論0.20.3

本課程常用的電工基本定律和定則本課程的性質(zhì)、內(nèi)容、任務(wù)和要求0.1電機(jī)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)概述0.1電機(jī)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)概述電機(jī)是以電磁感應(yīng)和電磁力定律為基本工作原理進(jìn)行電能的傳遞或機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械。其在國民經(jīng)濟(jì)中的作用主要表現(xiàn)為：①電能的生產(chǎn)、傳輸和分配中的主要設(shè)備（發(fā)電機(jī)）；②各種生產(chǎn)機(jī)械和裝備的動(dòng)力設(shè)備（電動(dòng)機(jī)）；③自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要元件（各種控制電機(jī)）。19世紀(jì)70年代第二次工業(yè)技術(shù)革命標(biāo)致電力的廣泛應(yīng)用；人類社會(huì)步入電氣化時(shí)代1866（德）西門子制成發(fā)電機(jī)1870（比利時(shí)）格拉姆發(fā)明電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)開始成為取代蒸汽機(jī)來拖動(dòng)機(jī)器的新動(dòng)力1882（法）德普勒發(fā)明遠(yuǎn)距離送電的方法；（美）愛迪生創(chuàng)建美國第一個(gè)火力發(fā)電站，把輸電線結(jié)成網(wǎng)絡(luò)。電機(jī)的分類方法：按功能用途，可分為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和控制電機(jī)三大類。按電機(jī)的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)方式，可分為變壓器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)和直線電機(jī)等，其中變壓器是一種靜止電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)根據(jù)電源電流種類的不同又可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類，交流電機(jī)還可分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩類。綜合以上兩種分類方法，可歸納如下：變壓器（也屬于交流電機(jī)的一種，但它是靜止不動(dòng)的）旋轉(zhuǎn)電機(jī)直流電機(jī)直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)交流電機(jī)同步電機(jī)異步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步電動(dòng)機(jī)直線電機(jī)控制電機(jī)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)稱為電力拖動(dòng)（或稱為電氣傳動(dòng)）。電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般由控制設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)設(shè)備和電源五部分組成。它們之間的關(guān)系如圖0.1所示。圖0.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成

電力拖動(dòng)的發(fā)展階段：成組拖動(dòng)單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)0.2本課程的性質(zhì)、內(nèi)容、任務(wù)和要求性質(zhì)：將“電機(jī)學(xué)”“電力拖動(dòng)技術(shù)”“工廠電氣控制”等課程結(jié)合而成的一門課。內(nèi)容：包括變壓器、三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造與原理、三相交流異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)、三相交流異步電動(dòng)機(jī)的控制、直流電動(dòng)機(jī)、其他常用電動(dòng)機(jī)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇和維護(hù)、常用生產(chǎn)機(jī)械的電氣控制共八部分。任務(wù)：使學(xué)生掌握電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能、分析計(jì)算，以及電氣控制的基本環(huán)節(jié)和方法。要求：（１）掌握變壓器和交直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要性能和用途；（２）掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速方法；（３）熟練掌握常用低壓電器的結(jié)構(gòu)、工作原理及其安裝、調(diào)試和維修；（４）熟練掌握電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)，具有對(duì)一般電氣控制線路獨(dú)立分析的能力。0.3本課程常用的電工基本定律和定則0.3.1電路定律

1.基爾霍夫第一定律基爾霍夫第一定律也稱為基爾霍夫電流定律（KCL）。它指出：對(duì)于電路中的任一節(jié)點(diǎn)，任一瞬時(shí)流入（或流出）該節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和為零。我們可以選擇電流流入時(shí)為正，流出時(shí)為負(fù)；或流出時(shí)為正，流入時(shí)為負(fù)。電流的這一性質(zhì)也稱為電流連續(xù)性原理，是電荷守恒的體現(xiàn)。KCL用公式表示為

Σi＝0（0.1）式（0.1）稱為節(jié)點(diǎn)的電流方程。由此也可將KCL理解為流入某節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和?；鶢柣舴螂娏鞫傻南嗔啃问剑簩?duì)于電路中的任一節(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)刻有

Σ?＝0（0.2）2.基爾霍夫第二定律基爾霍夫第二定律又稱基爾霍夫電壓定律（KVL）。它指出：對(duì)于電路中的任一回路，任一瞬時(shí)沿該回路繞行一周，則組成該回路元件上電壓的代數(shù)和恒等于零?？扇我膺x擇順時(shí)針或逆時(shí)針的回路繞行方向，各段電壓的正、負(fù)與繞行方向有關(guān)。一般規(guī)定當(dāng)元件電壓的方向與所選的回路繞行方向一致時(shí)為正，反之為負(fù)。

0.3.2磁路定律

1.磁路基爾霍夫第一定律磁路中任一閉合面內(nèi)，在任一瞬間，穿過該閉合面的各分支磁路磁通的代數(shù)和等于零，即

ΣΦ

＝0（0.5）2.磁路基爾霍夫第二定律

在磁場(chǎng)中，沿任意一個(gè)閉合磁回路的磁場(chǎng)強(qiáng)度線積分等于該回路環(huán)鏈的所有電流的代數(shù)和，即∮H·ｄl＝Σ

I

（0.6）式中，ΣI就是該磁路所包圍的全電流，故這個(gè)定律稱為全電流定律，又稱安培環(huán)路定律。在工程應(yīng)用中，上式也可寫成

ΣHl＝ΣI

（0.7）即沿著閉合磁路，各段平均磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁路平均長度的乘積之和Hl等于它所包圍的全部電流ΣI。

圖0.2全電流定律的應(yīng)用當(dāng)H與閉合路徑l的循行方向一致時(shí)，Hl取正，而當(dāng)電流方向與上述選定的l循行方向符合右手螺旋定則時(shí)，IN取正。0.3.3電磁感應(yīng)定律和定則變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在電機(jī)中電磁感應(yīng)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為切割電動(dòng)勢(shì)和變壓器電動(dòng)勢(shì)兩種形式。

1.切割電動(dòng)勢(shì)和右手定則導(dǎo)體或線圈切割磁感線而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，稱為切割電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)B、l、v三量互相垂直時(shí)，切割電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為

e＝Blv

（0.10）式中，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；l為導(dǎo)體有效長度；v為導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的線速度。切割電動(dòng)勢(shì)的方向可由右手定則確定，即把右手手掌伸開，大拇指與其他四指成90°角，如圖0.3所示，如果讓磁感線指向手心，大拇指指向運(yùn)動(dòng)方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。圖0.3右手定則

3.楞次定律當(dāng)通過線圈中的磁通發(fā)生變化時(shí)，在線圈內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ｅ，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ｅ的方向總是企圖使它所形成的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通阻止原磁通的變化。圖0.4中（ａ）、（ｂ）分別表示當(dāng)線圈中磁通增加及減少時(shí)在線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ｅ的方向。圖0.4楞次定律0.3.4電磁力定律和定則載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到電磁力的作用。當(dāng)磁感線和導(dǎo)體方向互相垂直時(shí)，載流導(dǎo)體所受電磁力的公式為

F＝BlI

（0.12）式中，F(xiàn)為