電氣工程概論第二章電機(jī)電器及其控制技術(shù)

電氣工程概論第二章電機(jī)電器及其控制技術(shù)當(dāng)前第1頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論2電機(jī)的作用控制電機(jī)閥門控制火炮控制計(jì)算機(jī)……驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械和裝備電動(dòng)機(jī)機(jī)床水泵……電能的生產(chǎn)、傳輸和分配發(fā)電機(jī)變壓器……一、電機(jī)的作用與發(fā)展簡史當(dāng)前第2頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論3一、電機(jī)的作用與發(fā)展簡史（續(xù)）1831年法拉第創(chuàng)造了第一部感應(yīng)發(fā)電機(jī)的模型1834年雅可比發(fā)明了功率為15W的棒狀鐵芯電動(dòng)機(jī)1836年達(dá)文波特首先嘗試用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械1845年惠斯通用電磁鐵替代永久磁鐵制成第一臺(tái)電磁鐵發(fā)電機(jī)1866年西門子制成第一臺(tái)使用電磁鐵的自激式發(fā)電機(jī)1870年格拉姆制成了環(huán)形電樞自激發(fā)電機(jī)1878年出現(xiàn)了鐵芯開槽法。有槽鐵芯和鼓形繞組的結(jié)構(gòu)一直沿用至今1880年愛迪生制造了名為“巨象”的大型直流發(fā)電機(jī)1885年費(fèi)拉里斯提出旋轉(zhuǎn)磁場原理，研制出兩相異步電動(dòng)機(jī)1888年俄國人制成一臺(tái)三相交流單鼠籠異步電動(dòng)機(jī)當(dāng)前第3頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論4一、電機(jī)的作用與發(fā)展簡史（續(xù)）1882年英國人費(fèi)朗蒂改進(jìn)了交流發(fā)電機(jī)，提出了交流高壓輸電的概念1882年英國人高登制造了大型兩相交流發(fā)電機(jī)1882年法國人高蘭德和英國人約翰·吉布斯成功研制了第一臺(tái)實(shí)用變壓器1884年英國人霍普金生又發(fā)明了具有封閉磁路的變壓器1891年布洛在瑞士制造出高壓油浸變壓器，使得遠(yuǎn)距離高壓輸電成為現(xiàn)實(shí)經(jīng)過100多年的發(fā)展，電機(jī)的理論已經(jīng)相當(dāng)成熟。但是，隨著電工科學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與控制技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)的發(fā)展又進(jìn)入了新的階段。當(dāng)前第4頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論5二、電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)1、電機(jī)的分類按在應(yīng)用中的功能分類發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)變壓器變流機(jī)變頻機(jī)移相機(jī)控制電機(jī)按應(yīng)用的電流種類直流電機(jī)交流電機(jī)按運(yùn)行速度分類變壓器直流電機(jī)異步電機(jī)同步電機(jī)交流換向器電機(jī)按功率分類大型電機(jī)中小型電機(jī)微型電機(jī)特種電機(jī)步進(jìn)電機(jī)無刷電機(jī)開關(guān)滅磁電機(jī)超聲波電機(jī)…當(dāng)前第5頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論6二、電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)（續(xù)）2、發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臋C(jī)械水輪機(jī)風(fēng)力機(jī)蒸汽輪機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)柴油機(jī)…定子轉(zhuǎn)子（a）轉(zhuǎn)子定子(b)當(dāng)前第6頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論7二、電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)（續(xù)）3、電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)械同步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)…轉(zhuǎn)子定子鐵心機(jī)座定子繞組當(dāng)前第7頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論8二、電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)（續(xù)）3電動(dòng)機(jī)當(dāng)前第8頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論9二、電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)（續(xù)）4、變壓器將一種電壓的電能變換為另一種電壓的電能的裝置單相變壓器三相變壓器…當(dāng)前第9頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論10二、電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)（續(xù)）5、特種電機(jī)1）永磁無刷電動(dòng)機(jī)應(yīng)用：航空、航天家用電器機(jī)器人電動(dòng)汽車電動(dòng)車組電動(dòng)艦船…當(dāng)前第10頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論11二、電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)（續(xù)）5、特種電機(jī)2）直線電機(jī)應(yīng)用：工業(yè)機(jī)械；軌道交通；電梯；航空母艦飛機(jī)發(fā)射；導(dǎo)彈發(fā)射架；電磁推進(jìn)潛艇；…海浪直接驅(qū)動(dòng)直線發(fā)電機(jī)當(dāng)前第11頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論12二、電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)（續(xù)）5、特種電機(jī)3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用：自動(dòng)控制裝置中的執(zhí)行元件各種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)當(dāng)前第12頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論13二、電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)（續(xù)）5、特種電機(jī)4）超導(dǎo)電機(jī)應(yīng)用：超大型發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)全電軍艦吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)超導(dǎo)直流電動(dòng)機(jī)剖面圖當(dāng)前第13頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論14二、電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)（續(xù)）5、特種電機(jī)5）超聲波壓電電動(dòng)機(jī)應(yīng)用：生物生命科學(xué)；光學(xué)儀器；高精密機(jī)械；…微型超聲波壓電電動(dòng)機(jī)當(dāng)前第14頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論15三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1、電力工業(yè)1）汽輪發(fā)電機(jī)應(yīng)用：火力發(fā)電廠；核電廠；汽輪發(fā)電機(jī)正在安裝轉(zhuǎn)子當(dāng)前第15頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論16三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）1、電力工業(yè)2）水輪發(fā)電機(jī)應(yīng)用：水力發(fā)電廠世界上最大的水輪發(fā)電機(jī)在三峽電站安裝當(dāng)前第16頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論17三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）1、電力工業(yè)3）風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用：風(fēng)力發(fā)電廠永磁外轉(zhuǎn)子大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)永磁外轉(zhuǎn)子定子當(dāng)前第17頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論18三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）2、工業(yè)生產(chǎn)部門與建筑業(yè)應(yīng)用：機(jī)床；軋鋼機(jī)；鼓風(fēng)機(jī)；水泵；起重機(jī)；傳送帶；生產(chǎn)線；…電梯用永磁曳引電動(dòng)機(jī)當(dāng)前第18頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論19三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）3、交通運(yùn)輸業(yè)1）電力機(jī)車與城市軌道交通電氣化鐵路；地鐵；無軌電車；…電力機(jī)車直流牽引電動(dòng)機(jī)當(dāng)前第19頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論20三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）3、交通運(yùn)輸業(yè)2）內(nèi)燃機(jī)車電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車：直流—直流；交流—直流；交流—直流—交流；…燃油箱柴油機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)牽引電動(dòng)機(jī)整流柜電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車動(dòng)力關(guān)系示意圖當(dāng)前第20頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論21三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）3、交通運(yùn)輸業(yè)3）船舶內(nèi)燃機(jī)—電力推進(jìn)：艦船內(nèi)燃機(jī)—電力推進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)當(dāng)前第21頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論22三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）3、交通運(yùn)輸業(yè)4）汽車座椅滑動(dòng)控制電機(jī)座椅升降電機(jī)座椅角度調(diào)整電機(jī)空氣靠墊泵電動(dòng)按摩坐墊天窗控制電機(jī)自動(dòng)窗電機(jī)(4)散熱器風(fēng)扇電機(jī)油冷卻扇電機(jī)空調(diào)熱風(fēng)電機(jī)阻流片控制電機(jī)起動(dòng)電機(jī)后燈雨刷(2)碰撞緩沖器控制電機(jī)自動(dòng)門鎖電機(jī)自動(dòng)伸縮天線電機(jī)燃油泵時(shí)鐘步進(jìn)電機(jī)錄音機(jī)電機(jī)DVD電機(jī)里程表步進(jìn)電機(jī)前雨刷電機(jī)(2)風(fēng)擋清潔泵(2)前燈雨刷(2)空氣凈化器后部空調(diào)自動(dòng)空調(diào)執(zhí)行器真空泵熱量回收泵自動(dòng)水平校正器自動(dòng)調(diào)速泵油門控制電機(jī)后視鏡電機(jī)(2)后雨刷電機(jī)(2)減震直線電機(jī)(4)當(dāng)前第22頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論23三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）3、交通運(yùn)輸業(yè)5）電動(dòng)車純電動(dòng)車；混合動(dòng)力車；無軌電車；有軌電車；電瓶車；電動(dòng)自行車；…當(dāng)前第23頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論24三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）3、交通運(yùn)輸業(yè)5）電動(dòng)車純電動(dòng)車；混合動(dòng)力車；無軌電車；有軌電車；電瓶車；電動(dòng)自行車；…當(dāng)前第24頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論25三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）3、交通運(yùn)輸業(yè)6）磁懸浮列車驅(qū)動(dòng)

圖2-25當(dāng)前第25頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論26三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）3、交通運(yùn)輸業(yè)7）直線電動(dòng)機(jī)輪軌車輛

當(dāng)前第26頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論27三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）4、醫(yī)療、辦公設(shè)備與家用電器醫(yī)療器械心電機(jī)X光機(jī)CT牙科手術(shù)工具滲析機(jī)呼吸機(jī)電動(dòng)輪椅…辦公設(shè)備DVD驅(qū)動(dòng)器CD-ROM打印機(jī)傳真機(jī)…家用電器電冰箱洗衣機(jī)電風(fēng)扇空調(diào)器抽油煙機(jī)…當(dāng)前第27頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論28三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）5、航空、航天、國防飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)電能變換裝置直線電機(jī)發(fā)射器控制裝置定子轉(zhuǎn)子控制臺(tái)當(dāng)前第28頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論29三、電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域（續(xù)）6、其它演出設(shè)備運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備游樂設(shè)備電動(dòng)玩具…當(dāng)前第29頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論30四、電動(dòng)機(jī)的選用與運(yùn)行控制1、電動(dòng)機(jī)的選用

種類：交流電機(jī)：三相電機(jī)、單相電機(jī)直流電機(jī)功率：

電動(dòng)機(jī)的功率是由生產(chǎn)機(jī)械所需的功率確定的。當(dāng)前第30頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論31四、電動(dòng)機(jī)的選用與運(yùn)行控制（續(xù)）2、電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制

電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)鼠籠異步電動(dòng)機(jī)：直接啟動(dòng)、降壓啟動(dòng)、軟啟動(dòng)。直流電機(jī)：直接啟動(dòng)、串聯(lián)電阻啟動(dòng)、軟啟動(dòng)。同步電動(dòng)機(jī)：同步電動(dòng)機(jī)本身沒有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)時(shí)采用異步啟動(dòng)法，當(dāng)啟動(dòng)到接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)再投入勵(lì)磁，牽入同步運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速直流調(diào)速交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能耗制動(dòng)反接制動(dòng)回饋制動(dòng)渦流制動(dòng)當(dāng)前第31頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論325、電機(jī)學(xué)研究的內(nèi)容電機(jī)學(xué)是電氣工程及其自動(dòng)化本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生掌握各種電機(jī)的結(jié)構(gòu)、電磁關(guān)系、基礎(chǔ)理論知識(shí)、基本運(yùn)行特性和一般分析方法的訓(xùn)練，為學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課程和將來從事專業(yè)工作打下良好基礎(chǔ)。電機(jī)運(yùn)行原理基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。類型有：同步電機(jī)、異步電機(jī)、變壓器、直流電機(jī)。電機(jī)學(xué)分別研究上述電機(jī)的以下主要內(nèi)容：物理模型、數(shù)學(xué)模型、實(shí)際運(yùn)行、實(shí)驗(yàn)測試。當(dāng)前第32頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論336、電器的發(fā)展歷史電器特指用于對(duì)電路進(jìn)行接通、分?jǐn)?，?duì)電路參數(shù)進(jìn)行變換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路和用電設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)、切換、檢測和保護(hù)等動(dòng)作的電工裝置、設(shè)備和組件。電器從人類正式使用電能就開始使用。隨著電工新材料、電工制造新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，各類電器得到飛速發(fā)展。總體趨勢是容量增大，傳輸電壓高，自動(dòng)化程度高。開關(guān)電器的發(fā)展為例：刀開關(guān)；熔斷器；高壓斷路器。當(dāng)前第33頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論347、電器的分類電器按功能可分為：

用于接通和分?jǐn)嚯娐返碾娖?/p>

如：刀開關(guān)、接觸器、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、斷路器等

用于控制電路的電器如：電磁啟動(dòng)器、星-三角啟動(dòng)器、變阻器、控制繼電器等用于切換電路的電器如：轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令電器等用于檢測電路的電器

如互感器、傳感器等用于保護(hù)電路的電器

如熔斷器、斷路器、限流電抗器、避雷器等電器按工作電壓可分為：

高壓電器

低壓電器當(dāng)前第34頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論358、高壓電器高壓開關(guān)設(shè)備：

包括：斷路器、隔離開關(guān)、重合器、分段器、接觸器、熔斷器、負(fù)荷開關(guān)和接地開關(guān)等隔離開關(guān)真空負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器高壓真空斷路器當(dāng)前第35頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論368、高壓電器（續(xù)）高壓開關(guān)設(shè)備：

包括：斷路器、隔離開關(guān)、重合器、分段器、接觸器、熔斷器、負(fù)荷開關(guān)和接地開關(guān)等戶外多油斷路器220kVSF6瓷柱式戶外高壓斷路器當(dāng)前第36頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論378、高壓電器（續(xù)）互感器：

是電力系統(tǒng)中供測量和保護(hù)用的設(shè)備，包括：電流互感器、電壓互感器兩大類。電流互感器電壓互感器當(dāng)前第37頁\共有39頁\編于星期三\6點(diǎn)電氣工程專業(yè)導(dǎo)論388、高壓電器（續(xù)）避雷器：