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1、,Page,*,Click to edit Master title style,電機與拖動基礎及,MATLAB,仿真,普通高等教育“十二五”電氣信息類規(guī)劃教材,北,方,工,業(yè),大,學,Click to edit Master title style,電機與拖動基礎及,MATLAB,仿真,陳亞愛 周京華編著,李正熙主審,電機與拖動基礎及,Page,2,本課程的章節(jié)和內(nèi)容,緒 論,第,1,章 變壓器,第,2,章 三相交流電動機,第,3,章 三相交流電動機的電力拖動,第,4,章 直流電機,第,5,章 直流電動機的電力拖動,第,6,章 驅動和控制微電機,第,7,章 電動機容量的選擇,控制電機,（自動

2、化專業(yè)的必修課）,Page 2本課程的章節(jié)和內(nèi)容控制電機,Page,3,緒 論,Page 3緒 論,Page,4,本章內(nèi)容,電機的分類和應用,我國電機工業(yè)概況,本教材內(nèi)容、課程性質(zhì)、教學任務及學習方法,電機中的鐵磁材料及其特性,常用的基本電磁定律,磁路計算仿真,Page 4本章內(nèi)容電機的分類和應用我國電機工業(yè)概況,Page,5,提問,電機是指電能與機械能或電能與電能互相轉換,的裝置。,普通電機的主要任務是能量轉換。,什么是電機？有什么作用？,Page 5提問什么是電機？有什么作用？,Page,6,0.1,電機的分類和應用,電 機,動力設備類,控制電機,直流,直流發(fā)電機,直流電動機,異步電動機,

3、同步電機,同步發(fā)電機,同步電動機,調(diào)相機,交流,旋轉電機,變壓器,電機的分類,Page 60.1電機的分類和應用電 機動力設備類 控制電機,Page,7,電能生產(chǎn),由,同步發(fā)電機,產(chǎn)生；,高壓輸電,由,升壓變壓器,將發(fā)電機發(fā)出的電壓升高到輸電電壓再輸送；,降壓用電,由,降壓變壓器,將輸來的高壓電降為所需低電壓，供給用電設備；,生產(chǎn)機械的拖動,由各種,電動機,或,電力拖動系統(tǒng),實現(xiàn)；,控制系統(tǒng)中的信號轉換,由各種,控制電機,完成。,600MW,汽輪發(fā)電機,連接發(fā)電機與電網(wǎng)的升壓變壓器,連接發(fā)電機,的封閉母線,與電網(wǎng)相連,的高壓出線端,10kV,級,SC(B)10,型,環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器,S1

4、1,系列,502000KVA,雙繞組,無勵磁調(diào)壓電力變壓器,0.1,電機的分類和應用,電機的應用,降壓變壓器,三相交流電動機,各種控制電機,Page 7電能生產(chǎn)由同步發(fā)電機產(chǎn)生；,Page,8,0.2,我國電機工業(yè)概況,在大型發(fā)電設備制造方面，已研制出,600MW,水氫氫冷汽輪發(fā)電機、,300MW,的雙水內(nèi)冷和全氫冷汽輪發(fā)電機、,650MW,的核電機組、,700MW,的,水輪發(fā)電機，電力變壓器的最大容量已達到,840MVA,、電壓最高為,750kV,。,在大型交直流電機制造方面，已研制出,25000kW,的直流電動機、,4700kW,的直流發(fā)電機、,42MW,的同步電動機。,在中、小、微型電機

5、制造方面，已獨立自主開發(fā)研制成了,100,多個系,列，上千品種。各種類型的電機基本上滿足了生產(chǎn)和生活的需要。,建國后經(jīng)過,60,多年的發(fā)展，已建立了全國性的研究實驗基地，培養(yǎng)了,一大批從事研究、制造電機的專家和工程技術人員，有了統(tǒng)一的國家標準,和系列產(chǎn)品,。,Page 80.2我國電機工業(yè)概況 在大型發(fā)電,Page,9,本教材以電力拖動系統(tǒng)中應用最廣泛的電機和電力拖動為重點，從使用的角度介紹交、直流電機、變壓器、控制電機的基本結構、工作原理、主要工作特性、電力拖動系統(tǒng)的運行特性以及,MATLAB,仿真軟件在電機與拖動系統(tǒng)中的應用技術等。,“電機與拖動基礎以及,MATLAB,仿真”教材，把“電機

6、學”和“電力拖動基礎”兩門課內(nèi)容整合為一，同時結合仿真技術，加入了,MATLAB,仿真技術在電機與電力拖動系統(tǒng)應用的實例。,0.3,本教材內(nèi)容、課程性質(zhì)、教學任務及學習方法,本教材內(nèi)容,Page 9 本教材以電力拖動系統(tǒng)中應用最廣泛的電機和,Page,10,本課程雖是基礎課，但又具有專業(yè)課程性質(zhì)，講授的內(nèi)容是電機方面非常具體、實際的問題。因此，該課程具有內(nèi)容涉及面廣，理論性強，實踐性強，綜合性強等特點。,“電機與拖動基礎,”,課程屬電氣工程及其自動化或,電類專業(yè)的專業(yè)技術基礎課，學習過程中需用到“高,等數(shù)學”、“大學物理”、“電路”、“模擬電子技術”等,課程的知識。,課程性質(zhì),0.3,本教材內(nèi)

7、容、課程性質(zhì)、教學任務及學習方法,Page 10 本課程雖是基礎課，但又具有專業(yè),Page,11,通過課程的學習,掌握常用交、直流電機及變壓器的基,本結構、工作原理、運行性能仿真和實驗方法；了解交直流,電力拖動的基礎知識，掌握異步電動機的特性分析、起制動,方法和交流機基本的調(diào)速方法；掌握他勵直流電動機起制動,及調(diào)速等各種運行狀態(tài)的靜動態(tài)特性和參數(shù)計算；熟悉常用,控制電機的原理和特性，學會選擇電動機容量的方法，熟悉,MATLAB,仿真軟件在電機與拖動系統(tǒng)中的應用技術。,教學任務,0.3,本教材內(nèi)容、課程性質(zhì)、教學任務及學習方法,Page 11 通過課程的學習,掌握常用交、直流電機及,Page,1

8、2,如何學習？,為后續(xù)專業(yè)基礎課和專業(yè)課的學習準備必要的基礎知,識，提高分析問題、解決問題的能力，也為從事自動化及,電氣工程技術工作和科學研究奠定初步基礎。,0.3,本教材內(nèi)容、課程性質(zhì)、教學任務及學習方法,教學任務,Page 12如何學習？為后續(xù)專業(yè)基礎課和專業(yè)課的學,積極思考，,多做練習；,前后關聯(lián)，,掌握體系；,聯(lián)系實際，,創(chuàng)新設計。,0.3,本教材內(nèi)容、課程性質(zhì)、教學任務及學習方法,學習方法總結,Page,13,在實際運行著的電機中，電、磁、力、熱等物理定律同時起作用，互相制約，分析解決這種復雜問題時，往往需忽略一些次要矛盾，抓住主要矛盾加以解決，只要所得結果正確，引起的誤差在允許的范

9、圍內(nèi)，在工程上是允許的，這與以前所學課程中解決問題理想化、單一化有很大區(qū)別，學習時需有足夠的認識。學習中要多思考、多聯(lián)系、多練習，逐步體會。,本課程的動力用電機包括變壓器、交流異步電動機、同步電動機、直流電機等，種類繁多，各具特性，但就其內(nèi)部電磁關系耦合過程和機電能量轉換關系來說，仍有其內(nèi)在聯(lián)系。基本工作原理都是建立在電磁感應定律和電磁力定律基礎上的；能量轉換都是以磁場為媒介，其電磁關系可抽象為電路參數(shù)，得出基本方程式和等效電路，這是共性方面。,理論聯(lián)系實際，注重做好本課程要求的仿真和開設的相關實驗，立足于學會使用各類電機。利用,MATLAB,仿真工具幫助理解課程所涉及的知識和電機的運行特性，

10、在實驗中學習解決實際問題的方法，注意培養(yǎng)解決工程實際問題的能力。,學習中注重聯(lián)系實際和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。,在學習中應將變壓器、交流電機、直流電機的相似性有機地統(tǒng)一起來，注意課程內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，形成學習本課程鮮明的主線，只要學好了變壓器，對交流電機和直流電機的內(nèi)容就比較容易掌握了。學習中注意前后關聯(lián)，掌握知識體系。,0.3本教材內(nèi)容、課程性質(zhì)、教學任務及學習方法學習方法總結P,Page,14,自動控制原理,現(xiàn)代控制理論,自動化儀表及裝置,現(xiàn)代電力電子技術,機器人技術,檢測技術,系統(tǒng)仿真,智能儀器,先進傳感變換技術,電機及拖動基礎,運動控制系統(tǒng),控制,系統(tǒng),中的,各部,分與相應,的知,識域,對應,關

11、系,0.3,本教材內(nèi)容、課程性質(zhì)、教學任務及學習方法,Page 14自動控制原理自動化儀表及裝置現(xiàn)代電力電子技術機,變壓器,電 機,磁,場,耦合,電流,全電流定律,鐵心,小電流,大磁通,鐵心增磁功能,鐵心飽和,鐵心氣隙,制約,制約,電磁轉矩,電磁力,定 律,電磁感,應定律,感應電動勢,能量轉換,變壓器、發(fā)電機、電動機,知 識 結 構,電機中的知識結構,0.3,本教材內(nèi)容、課程性質(zhì)、教學任務及學習方法,Page,15,變壓器磁耦合電流 全電流定律鐵心小電流大磁通鐵心增磁功能鐵心,Page,16,教材與參考書,參考書,：,1,電機與拖動基礎（第3版）.李發(fā)海、王巖編著,.清華大學出版社，2005年

12、8月,2,電機及拖動基礎上、下冊（第3版）.顧繩谷主編,.機械工業(yè)出版社，2004年4月,3,Electric Machinery(Sixth Edition).,清華大學出版社，2003年7月,教材,：,電機與拖動基礎及,MATLAB,仿真,.,陳亞愛 周京華編著.李正熙主審,機械工業(yè)出版社，,2011,年,8,月,0.3,本教材內(nèi)容、課程性質(zhì)、教學任務及學習方法,Page 16教材與參考書教材：電機與拖動基礎及MATL,Page,17,課程有關事項及紀律要求,不遲到，上課認真聽講，做好重點內(nèi)容的筆記。,課前預習，,課后復習,，及時掌握每次課的要點。,按時完成作業(yè)，不抄作業(yè)，每兩周交一次作業(yè)

13、。,課上不做與課程無關的事，不懂可及時舉手提問，手機關上或置振動。,有疑難，應及時答疑。,答疑時間：每周三下午,16,：,00-17,：,00,地點：電力電子與電氣傳動工程研究中心。,電話：88802,691,轉,203,張虎老師：,88802691,轉,204,實驗前做好預習報告，實驗時注意安全，實驗后完成實驗報告。,總評成績：平時,40,%（作業(yè),+,考勤,+,實驗），考試,60%,。,0.3,本教材內(nèi)容、課程性質(zhì)、教學任務及學習方法,Page 17課程有關事項及紀律要求 不遲到，上課認真聽,Page,18,齊心協(xié)力 共同進步,愿成為同學們的良師益友，,一起努力，,暢游電機與拖動的知識海洋

14、！,0.3,本教材內(nèi)容、課程性質(zhì)、教學任務及學習方法,Page 18齊心協(xié)力 共同進步愿成為同學們的良師益友，一起,Page,19,0.4,電機中的鐵磁材料及其特性,所謂鐵磁材料是指導磁性能好的材料，包括鐵、鎳、鈷,等以及它們的合金。,鐵磁材料的磁導率,m,Fe,要比非鐵磁材料磁導率,m,大得多,（,m,Fe,m,），非鐵磁材料磁導率接近真空磁導率,m,0,（,m,0,=4,p,10,-7,H/m,），電機中常用鐵磁材料的磁導率,m,Fe,=,（,20008000,）,m,0,。,鐵磁材料,Page 190.4電機中的鐵磁材料及其特性,Page,20,0.4,電機中的鐵磁材料及其特性,未磁化前

15、，磁疇隨機排列，鐵磁材料對外不呈磁性，磁化后，在外磁場的作用下，磁疇沿磁場方向排列整齊，鐵磁材料呈現(xiàn)較強的磁性，形成了一個附加磁場疊加在外磁場上，使合成磁場顯著增強。,外磁場,a),磁化前,b,）磁化后,圖,0-2,磁疇示意圖,鐵磁材料的磁化,鐵磁材料能在外磁場中呈現(xiàn)很強的磁性，該現(xiàn)象稱磁化，這是因為鐵磁材料內(nèi)部存在許多很小的被稱為磁疇的天然磁化區(qū)，每個磁疇可看做一微型磁鐵，其示意圖如圖,0-2,所示。,Page 200.4電機中的鐵磁材料及其特性,Page,21,0.4,電機中的鐵磁材料及其特性,在工程計算時，事先將各種鐵磁 材料用試驗的方法，測得它們在不同 磁場強度,H,下對應的磁通密度,

16、B,，繪 制成,B,-,H,曲線，該,B,-,H,曲線稱為磁化曲線。將未經(jīng)磁化的鐵磁材料進行磁化，磁場強度,H,由零增大時，磁通密度,B,隨之增大，所得,B,=,(,H,),曲線稱為起始磁化曲線，如圖,0-3,所示。,磁化曲線,在非鐵磁材料中，磁通密度,B,和磁場強度,H,之間呈線性關系，即,B,=,m,0,H,。,圖,0-3,起始磁化曲線,對于鐵磁材料，磁導率,m,Fe,值除了比,m,0,大得多以外，還與磁場強度以及物質(zhì)磁狀態(tài)的歷史有關，故鐵磁材料的磁導率,m,Fe,不是常數(shù)。,Page 210.4電機中的鐵磁材料及其特性,Page,22,0.4,電機中的鐵磁材料及其特性,磁化曲線,圖,0-3,起始磁化曲線,磁化曲線分四段,其中，,a,點稱為跗點；拐彎點,b,稱為膝點；,c,點為飽和點。過了飽和點,c,，鐵磁材料的磁導率趨近,0,在,0a,段：,當,H,增大使得,B,增大，但,B,增大速度較慢；,在,ab,段：,B,隨,H,迅速增大（呈直線段）；,在,bc,段：,B,隨,H,增大的速度又較慢；,在,cd,段：,磁飽和區(qū)（又呈直線段）。,Page 220.4電機中的鐵磁材料及其特性 磁