电机学课件--清华大学

电机学概论清华大学电机工程系欢来课课专迎到清华大学电机工程系电机学程本程在电气工程业中占据核将讲应术过课心地位，系统解电机的基本原理、分析方法及用技通本程学习将计，学生深入理解各类电机的工作机理，掌握电机系统分析与设的基本方法课汤蕴编为本程以璆教授著的《电机学》（第五版）主要参考教材，配合实验论践结识来习和工程案例，帮助学生建立理与实相合的知体系在未的学们将础论现内为续专课中，我探索从基电磁理到代电机控制的全部容，后业践坚础程和工程实奠定实基电机发展简史电磁感应时代迈现应现为诞论础这1831年，克尔·法拉第发电磁感象，电机的生奠定了理基一现转换开纪突破性发揭示了电能与机械能相互的可能性，启了电气工程的新元实用电机诞生稳问题1866年，西门子发明了自激式发电机，解决了定电源随后，他建立了世界将术阶上第一条电气化铁路，电机技推向实用化段特斯拉革命应为现础1888年，尼古拉·特斯拉发明了交流感电机，代电力系统奠定基他的多终战爱为传标相交流系统最胜了迪生的直流系统，成全球电力输的准工业革命推动者纪术为20世初，电机技的成熟推动了第二次工业革命，使电力成工厂的主要能源，产产极大地提高了生效率，彻底改变了人类的生和生活方式电机的分类按能量转换方式分类按电源类型分类将转换为为·电动机电能机械能·直流电机工作电源直流调电，具有良好的速性能将转换为为·发电机机械能电能·交流电机工作电源交流电，包括同步电机和异步电机压·电力变器改变交流电的电压进和电流大小·特种电机如步电机、伺服电机等按结构和用途分类应·通用电机如三相异步电机，用广泛专牵·用电机如引电机、冶金电机等·微特电机尺寸小，如仪表用电机电机的基本结构定子系统转子系统电机的固定部分，通常包括机座、定子铁心转转转绕组绕组电机的旋部分，包括子铁心、子和定子机座提供机械支撑，定子铁心轴笼绕线绕组产场和在交流电机中有鼠式和式两种提供磁路，定子通入电流生磁则换类型，直流电机中配有向器换向与传输系统绕组系统换导线绕关键直流电机特有的部件，包括电刷和向器，由制而成，是电机中的部件定将连转转绕组绕组产转场转绕组用于外部电源接到旋的子上，子通入电流生旋磁，子在现场产转并实电流方向的周期性变化磁中受力生矩电磁感应定律回顾法拉第电磁感应定律应势线数过线负e=-N dΦ/dt，感电动等于圈匝乘以穿圈的磁通量变化率的值楞次定律应产场应感电流的方向总是使其生的磁阻碍引起感电流的磁通量变化电机应用应势础电机中的感电动和电磁力是电机工作的物理基应驱导线产应势过导场电磁感是电机工作的核心物理原理在发电机中，机械力动体切割磁力，生感电动；在电动机中，电流通体在磁中产转这对关受力，生电磁矩理解一原理掌握电机工作机制至重要应这释为转换当为时应电磁感的方向由楞次定律决定，也解了什么电动机和发电机可以相互电动机作发电机使用，需要外力克服感电磁这转换质力做功，就是能量的物理本电磁转矩的产生磁场的建立绕组产稳场线过进定子通电生定的磁，磁感从N极出发，经气隙，入S极，形成完整的磁路转子中的电流转导应子体中通入电流，在异步电机中是感电流，在直流和同步电机中是外部施加的电流洛伦兹力载导场为应为为流体在磁中受力F=BIl，其中B磁感强度，I电流，l导体有效长度电磁转矩形成计为当转负载转时力矩算T=r×F，其中r作用力臂，矩克服矩，电开转机始旋电机运行的基本物理量单测物理量符号国际位量方法压压电U伏特V电表、示波器钳电流I安培A电流表、形表功率P瓦特W功率表、功率分析仪转转转传速n/分r/min速表、光电感器转顿转传矩T牛米N·m矩感器这关对些基本物理量之间存在密切的系于直流电机，电磁功率P=UI，机械功率P=Tω，其为状态虑损中ω电机角速度在理想下，电磁功率等于机械功率，但实际运行中需考各种耗转频对数关为为频为对数负载时速与率、极的系n=60f/p，其中f电源率，p极增加，电动机转转这关对应速降低，电流增大；发电机速提高，输出电流增大掌握些系电机性能分析和计关用设至重要磁路的基本概念磁动势过线产势势电流通圈生磁动F=NI，类比于电路中的电动磁阻为为导为磁路中阻碍磁通的程度R=l/μS，其中l磁路长度，μ磁率，S积截面磁通过线欧通磁路的磁力总量Φ=F/R，遵循磁路姆定律计础杂时应计磁路分析是电机设的基在分析复磁路，可用串联磁路和并联磁路的算方对转远法于含有气隙的磁路，如电机中的定子之间，由于气隙的磁阻大于铁心，往往成为限制磁通的主要因素计还虑饱现当应过时导显实际磁路算中需考磁和象，即磁感强度B超一定值，磁率μ著下导这计须线过线降，致磁阻增大是电机设中必注意的非性因素，通常通查表或使用非性方程解决磁性材料磁滞回线与磁导率软磁材料与硬磁材料过过滞线应软滞线铁磁材料的磁化程可通磁回表示，反映了磁感强度B磁材料具有窄的磁回，易于磁化和去磁化，主要用于电机场线关导难转软与磁强度H的非性系磁率μ=B/H表示材料被磁化的的定子铁心常见磁材料包括硅钢片、坡莫合金和铁氧体易程度，越大表示越容易被磁化等滞线积单积损宽滞线难磁回的面代表位体材料在一个磁化周期中的能量硬磁材料具有的磁回，以去磁化，适合制作永磁体常称为滞损这损组铝镍钴钐钴钕钕失，磁耗是电机铁的重要成部分，影响电机效见硬磁材料有合金、、铁硼等，其中铁硼具有最积现选择率高的磁能，是代高效电机的理想变压器原理初级线圈通电铁芯传导磁通级绕组产为径初接入交流电源，生交变电流铁芯磁通提供低阻抗路，使磁通几₁链级绕组I和交变磁通Φ乎全部接次负载获得能量次级感应电动势当级连负载时产₂现级绕组应势次接，生电流I，实交变磁通在次中感电动传₂满₂₁₂₁能量递E，足E/E=N/N压应现压换静压数₂₁₂₁数变器是利用电磁感原理实交流电变的止电气设备其电比与匝比成正比U/U≈N/N，而电流比与匝比₂₁₁₂这损成反比I/I≈N/N，确保了功率的近似守恒（除去耗）变压器的类型电力变压器单相变压器特种变压器调压级结简单单压试验压压用于输配电系统中整电等，容量从构，主要用于相供电系统和小功包括整流变器、变器、电炉变数负载应为过计压几千VA到百MVA不等根据冷却方式可率典型用包括家用电器电源、小器等，特定工业程设如整流变为绝缘验单压试验压分干式、油浸式和气体等类型具型照明系统和实室设备由于相系统器用于高直流输电系统，变器可产测试压压有高效率、长寿命和高可靠性的特点固有的功率波动，其运行效率一般低于三生极高的电，电炉变器能提供相系统大电流用于冶金工业变压器的运行特性空载运行特性级开时状态测损载约为额次路的运行，定铁和磁化特性空电流主要是磁化电流，定数约质电流的3-5%，功率因低（

0.1-

0.3），反映铁心品负载运行特性级连负载时状态测损压负载压次接的运行，定铜和阻抗电随着增加，变器温度上时损约损升，效率先增后减，达到最高效率点铁等于铜短路试验级时进过压额测压约为额次短路行，通降低原边电使电流达到定值可定阻抗电（定压损压试验电的5-15%）、铜及等效阻抗是变器重要的型式并联运行条件压满关压压负变器并联运行需足相位系相同、变比相同、阻抗电比例相近，以确保载当压时压压将较负载分配合理阻抗电不同，阻抗电低的变器承担大比例的三相异步电机结构定子结构鼠笼式转子绕线式转子圆导组导转由冲片叠成的柱形铁由铁心和条成，子上有与定子类似的内开匀镶转绕组绕组心，部有均分布条嵌在子槽中，两三相，引出端绕组环连结过环的槽，放置三相端由短路接构通滑和电刷与外部绕组简单坚连过首尾相接形成星形、固耐用，但起电路接可通外接连转较调节或三角形，接至三相动矩小，起动电流电阻起动性能，起绕组应转交流电源定子的大广泛用于一般工动矩大，起动电流对数场结杂维极决定了电机的同业合，如风机、水泵小，但构复，护转驱步速动成本高三相异步电机原理旋转磁场的产生当绕组时时三相通入三相交流电，各相电流在空间上相差120°，在间上相产匀转场转场差120°电角度，生幅值恒定、空间位置速旋的合成磁旋磁转为₁为频为对数的速n=60f/p，其中f电源率，p极转子感应电动势与电流转场对静转转导应势产旋磁相于止或低速动的子切割体，感电动，生感应应频转₁₁电流感电流的率与子滑差成正比，滑差s=n-n/n，其为转转当转静时当转转时中n子实际速子止，s=1；子以同步速度旋，s=0电磁转矩的产生转导应转场产转转子体中的感电流与旋磁相互作用，生电磁矩矩转趋转场转负载转方向总是使子向于跟随旋磁动，但由于矩的存转远应势在，子永不能达到同步速度，二者之间的差速正是感电动产和电流生的前提三相异步电机的等效电路定子侧等效电路转子侧等效电路绕组₁₁励转绕组₂₂₂为转绕组包括定子电阻R、漏抗X和磁支路定子电阻反映铜包括子电阻R/s和漏抗X其中R子的实际损转换励₂，漏抗表示不参与能量的漏磁通影响磁支路并联在定电阻，除以滑差s表示在不同滑差下的等效电阻漏抗X反映损组转子电阻和漏抗之后，由激磁电抗Xm和铁电阻Rc成子漏磁通的影响侧数过载试验转试验测载试验测转侧转换为₂转定子参可通空和堵定空主要定子的能量可分解两部分R上消耗的功率代表子励数转试验则测转数损₂这对磁支路参，堵可定定子和子的阻抗参铜，R1-s/s上消耗的功率代表机械输出功率一点理关解电机的功率平衡至重要三相异步电机的运行特性

0.85额定效率现额负载代异步电机在定下的典型效率

0.8功率因数标反映电机功率利用率的重要指

3.0起动电流比时额直接起动的起动电流与定电流之比

2.5最大转矩比转额转过载最大矩与定矩之比，反映能力转转线态阶转转开转转开终异步电机的速-矩特性曲反映了电机的动性能起动段，矩从起动矩始，随速增加而增大，达到最大矩点后始下降，最在额稳转现临为额转这过载定运行点附近定最大矩出在界滑差处，通常定矩的2-

2.5倍，决定了电机的能力数评标负载额负载时数轻载时较负载电机效率和功率因是价性能的重要指效率随增加先升后降，在75%-100%定达到最高功率因在低，随增加这为载时损导问题而提高，是因无功电流占比减小在重运行，需注意铜增加致的温升三相异步电机的调速变频调速进应调最先、用最广泛的速方式变极调速调场适用于需要固定速点的合变压调速结简单调围构但效率低，速范小频调当调过频转₁时数则调压变速是前最理想的速方式，通改变电源率f改变同步速n=60f/p，同按照U/f≈常的原整电，保持气隙磁通密现频现宽围调应度恒定代变器可实范平滑速，具有高效率、高精度、快响等优点转频调进过转励现矢量控制和直接矩控制是变速的两种先控制策略矢量控制通分离矩电流和磁电流的控制，实类似直流电机的性能；直转则链转态应这场应接矩控制直接控制磁和矩，具有动响快的特点两种方法极大地提高了交流电机在高性能合的用能力三相异步电机的起动直接起动降压起动结简单压·构最，直接接入电网·包括自耦变器起动和星三角起动额·起动电流大（5-7倍定值）·可降低起动电流至直接起动的30-对击仅80%·电网冲大，适用于小功率电转约为机·起动矩同比降低，直接起动转约为额转的平方比·起动矩高，定矩的

0.5-轻载场

1.5倍·适用于中等功率电机和起动合软起动器闸压调节术·采用晶管电技调节压现·可平滑起动电，实柔性起动击传·减少机械冲，延长电机和动机构寿命别负载·适用于各种功率电机，特是风机、水泵类三相异步电机的制动能耗制动断绕组产场转这电机电后，在定子中接入直流电源，生固定磁子在个磁场应产转转将转为热中感电流，生与动方向相反的矩，机械能化能消耗在转转热损时频场子电阻中制动矩大，但耗大，适用于短间、高率制动合反接制动过换线场转产通交电机任意两相电源接，使定子磁反向旋，生强大的制动转击应紧矩制动效果最佳，但电流冲大，机械力大，能耗高，主要用于场急停车和精确定位合回馈制动当负载势时具有能（如下坡）或动能（如重型飞轮），电机可工作在发电状态将转换，机械能回电能送回电网能量利用效率高，但要求电网能接馈频现受回能量，通常需配合变器实单相异步电机单仅绕组单产转场产场为相异步电机的特点是有一个主，相交流电流不能生旋磁，只能生脉动磁，可分解两个大小相等、方向相反的转场这单辅绕组产转旋磁由于一特性，相电机无法自行起动，需要采用助或其他方式生起动矩单为根据起动方式的不同，相异步电机可分电容起动型、电容运行型、电容起动运行型和罩极式等类型电容分相起动是最常见的方过辅绕组辅绕组产转场单应式，通在助中串联电容，使主、电流相位差接近90°，生近似于旋磁的效果电容型相电机广泛用于家用电场器、小型机床和农业机械等合同步电机结构按转子结构分类定子结构转结为隐结同步电机按子构可分定子构与三相异步电机类隐转极式和凸极式两种极式似，由硅钢片叠成的铁心和三励绕组组绕组子表面光滑，极性由直埋式相分布成通入三绕组产转场转磁确定，适用于高速运行相交流电后生旋磁，场转显频对数关合；凸极式子有明的凸速与率和极有确定结励绕组缠绕转极构，磁在突出系n=60f/p，即同步速的磁极上，适用于低速大功率场合励磁系统转励产传过环将同步电机的子需要直流磁生磁极统方式通滑和电刷连转励绕组励则轴励外部直流电源接到子磁；无刷磁利用装在同的磁转环机和旋整流器，消除了滑和电刷，提高了可靠性同步电机原理旋转磁场产生转子磁场形成绕组产匀转绕组产定子三相通入三相交流电，生子通入直流电，生固定的磁转场转为₁速旋的磁，速n=60f/p极，N极和S极交替排列同步旋转磁场相互作用转锁转场转转场子磁极定在定子旋磁中，以同子磁极与定子旋磁相互吸引，形转转步速度旋成电磁矩转终转现转转场称为同步电机的特点是子始以同步速度旋，不存在异步电机的滑差象子磁极与定子旋磁之间存在一个电角度差，转数功角δ功角大小决定了电磁矩的大小，是同步电机运行分析的核心参同步电机的等效电路电枢绕组等效电路谐波与气隙磁场枢₁₁场谐同步电机的等效电路包括电电阻R、同步电抗X、以及反实际同步电机中，气隙磁分布并非理想正弦波，含有波成转励应应势₀谐场导转损计映子磁效的感电动E与三相异步电机相比，最大分波磁会致矩脉动、附加耗和噪声振动增加设区别没转为时过绕组选择数数来谐在于有反映差功率的元件，因同步电机不存在滑差通分布、斜槽和合理槽/极比抑制波影稳态计标响等效电路基于相量分析，适用于运行算通常采用幺值较为₀匀导轴轴系统，便于不同容量电机的分析与比基本方程U=E+凸极式同步电机的气隙不均，致直和交电抗不同₁₁₁₁₁这产额转jX I+R I，其中R通常很小，可以忽略（X dXq）种电抗差异生外的凸极矩，使得凸励获极同步电机在相同磁条件下可以得更大的有功功率输出同步电机的运行特性同步发电机的并网运行并网条件检查认压频确电幅值相等、率相同、相位一致、相序相同同步并网操作调励当时闭断整磁电流和原动机功率，同步指示器指示合适合路器有功功率调节过通增加原动机输入功率增大功角δ，提高发电机输出的有功功率无功功率调节过调励应势₀通整磁电流改变感电动E大小，控制发电机吸收或发出的无功功率同步电动机的起动异步起动准备转绕组绕组现利用子阻尼或起动实异步起动加速过程电动机以异步电动机方式加速到接近同步速度施加励磁当时转励在适刻向子通入直流磁电流拉入同步转锁稳同步作用使子定在同步速度上定运行现频软频频渐频终状代同步电动机常采用变起动方式先设定变器输出极低率，使同步电动机能够直接起动，然后逐提高率，电动机始运行在同步态这击荡别种方式避免了异步起动的冲电流和振，特适合大型同步电动机直流电机结构定子系统转子系统换组产由机座、主磁极和向极成主磁极生枢绕组换轴组枢场换由铁心、电、向器和成电主磁，通常有2-12个极；向极位于主绕组转线过换连换过1嵌入子槽中，各圈通向器接磁极之间，用于改善向程，减少电刷火闭杂络成合回路，形成复的电路网花励磁绕组系统电刷换向系统励绕组励绕组励绕组枢换组换转包括串和并串与电由向器和电刷成向器是固定在子线径数励绕组枢轴环环枢绕组连串联，粗匝少；并与电并上的分裂铜，各片与电相；线径细数连换联，匝多不同接方式形成不同电刷固定在机座上，与向器滑动接触，引类型的直流电机入外部电源直流电机原理定子磁场建立励绕组产稳场线过磁通入直流电流，生定的磁磁力从N极出发，穿气进转闭场励隙，入子铁心，再回到S极，形成合磁路磁强度与磁电流成虑饱应严线关正比，但考铁心和效，二者并非格性系电枢反应枢绕组产场场场这电通电后生自己的磁，与主磁叠加形成合成磁种称为枢应导场恶换过影响电反，致中性面偏移、主磁畸变，化向程过换偿绕组枢应通设置向极和补可以减弱电反的不良影响电磁转矩与反电动势枢导场产转驱转电体在磁中受力，生电磁矩T=KΦIa，动子旋转时导线应势同，体切割磁力感反电动E=KΦn，其方向与外加压时枢压为电相反电机运行，电电平衡方程U=E+IaRa，即外压势压加电等于反电动与电降之和直流电机的类型他励电机并励电机串励电机励绕组独励励绕组枢励绕组枢励枢磁由立直流电源供电，磁电流磁与电并联，共用一个电源特磁与电串联，磁电流等于电枢独调围负载较调转过载与电电流相互立特点是速范点是速度随变化小，速性能好，电流特点是起动矩大，能力强，调节调围励应负载显广、速度性能好，但需要两个电源，但速范小于他电机广泛用于要但速度随变化著主要用于需要大结较杂应调场负载转场辆构复主要用于需要精确速的求恒速运行的合，如风机、泵类和起动矩的合，如电动车、起重机、场载合，如轧钢机、电动机车、精密机床中小型机床等电动工具等注意不能空运行，以防超损等速坏直流电机的等效电路电枢回路等效电路励磁回路等效电路枢枢换绕组励励励电回路包括电电阻Ra、电刷接触电阻Rb、向极电阻不同类型直流电机的磁回路等效电路各不相同他电机的偿绕组这简为枢独励励枢Rc以及补电阻Rk（如果有）些电阻被化总电阻磁回路与电电路完全立；并电机的磁回路与电回路并枢还转产势过压计励励枢Ra电回路包括反映旋生的反电动E，其大小与磁联，通分器算；串电机的磁回路与电回路串联，共转通量Φ和速n成正比E=KΦn用同一电流枢压为为压为励励励绕组为杂综电回路的电方程U=E+Ia·Ra，其中U外加电，Ia复电机兼有串和并，等效电路更复，需要合考枢计转转数这虑绕组场应励时场电电流由此可以算出电机的速、矩等运行参，是两种的磁叠加效正复两种磁方向相同，增强础场励时场直流电机分析的基方程总磁；反复方向相反，减弱总磁，具有特殊的运行特性直流电机的运行特性直流电机的调速现代数字控制调采用微处理器控制的智能速系统调节电枢电压2枢压调围改变电电U，速范广，效率高调节励磁电流3励场转改变磁电流If，减弱磁提高速电枢回路串电阻枢结简单增加电串联电阻，构但效率低调节枢压调额转获转调现调闸斩现电电是最理想的速方式，可在定速以下得恒矩速代速系统通常采用晶管或IGBT等功率器件构成的可控整流或波电路，实电枢压这调围调选电的精确控制种方式速范广、平滑、效率高，是直流速的首方案调节励额转调调区励转转调围枢应换磁电流主要用于定速以上的弱磁速，属于恒功率速域随着磁减弱，速提高，但最大矩下降，速范受电反和向能力限制结获调围满杂两种方法合使用，可得1:100甚至更大的速范，足各种复工况需求直流电机的起动起动电流分析限流电阻起动时转势枢枢转数直流电机起动，速n=0，反电动E=KΦn=0，电电流Ia=U-在电回路中串入起动电阻，随着速提高逐段切除起动电阻的段枢额压过为时E/Ra=U/Ra由于电电阻Ra很小，若直接接入定电，起动电流决定了起动程的平滑程度，通常3-5段每段切除电流有一次冲将额换损伤对击远这简单达到定值的10-20倍，造成电刷火花、向器，并电网造成，但小于直接起动是最经济的起动方式，适用于中小型电击冲机3降压起动电机保护过时较枢压论应过过通可控整流器或其他电力电子装置，在起动施加低的电电，无采用何种起动方式，都配备完善的保护装置，包括流保护、转渐压这击压别对励须载随着速提高逐增大电种方式起动平滑，电流冲小，但设备保护、失磁保护和速度保护等特是串电机，必防止空运较频场导损过负载锁现成本高，主要用于大型直流电机或要求繁起动的合行致的超速坏，通常通限速装置或联实直流电机的制动能耗制动反接制动回馈制动断将枢绕组励连枢将状态切电源后，电短接或接入不改变磁接，改变电电流方利用电力电子装置电机发电下转为将转转产储制动电阻电机变发电机，机向，使电磁矩与原动方向相反生的能量回送到电网或能系统转换为热这这别械能电阻上的能制动强度种制动方式效果强烈，可以在很短种方式能量利用效率高，特适合残场时内击频场辆取决于电阻大小和余磁强度，制间使电机停止，但电流冲大，繁起停的合，如电动车、起重转转这简对击严现传动矩随速下降而减小是最电机和电源冲重，通常需要限机等代直流动系统大多采用四单转为热换现缝换的制动方式，但能量化能浪流措施配合象限变器，可实无切的电动费和发电运行特种电机步进电机伺服电机直线电机进将转为闭环执线结将转步电机是一种电脉冲信号变角位伺服电机是控制系统的行元件，具直电机是一种特殊构电机，旋运执转态应现开为线传传移的行机构，每接收一个脉冲信号，有高动响、高精度控制特性代伺动展直运动，省去了统机械动转过编码环节应子一个固定的角度（步距角）其特服电机通常配备高精度器或解析器，其特点是响快速、精度高、摩擦应简单传热难点是定位精确、响快速、控制，但形成完整的控制回路，在工业自动化、机小、无动间隙，但成本高、散在较领应领应功率小，高速性能有限器人和CNC机床域广泛用高速列车、精密工作台等域有重要用步进电机步进电机的基本类型应进转为软绕组结简单反式步电机子磁材料，无永磁体或，构，步距角小，转进转为结较简单转较精度高，但矩小永磁式步电机子永磁体，构，矩较进结转大，但步距角大混合式步电机合上述两种优点，子既有永磁体又状结应有齿构，性能最佳，用最广步进电机的驱动方式进转转过进过顺全步每次通电使子一个完整步距角半步通改变通电转转过进过序，使子每次半个步距角，提高分辨率微步通精确控制各绕组将相电流大小，一个基本步距分割成多个微小步距，大幅提高精度，减少低速振动步进电机的控制系统开环仅过数频馈控制通控制脉冲量和率控制位置和速度，无反装置，结简单现现闭环传构但可能出丢步象控制增加位置或速度感器，构馈检测偿成反回路，并补丢步情况，提高可靠性，接近伺服系统性能伺服电机指令信号生成误差检测计算转将馈较计误控制器生成位置、速度或矩指令指令值与实际反值比，算差状态反馈伺服电机执行编码检测驱误调器或解析器实际位置和速度动器根据差整电机输出特性对为转场伺服电机系统根据控制象可分位置控制、速度控制和矩控制三种模式位置控制用于精确定位合，如机床、机器人；速度控制用于需要精转场绕转则张场张确速的合，如卷机、印刷机；矩控制用于需要精确控制力或力的合，如力控制系统现为执驱编码现态应数代伺服系统多采用交流永磁同步电机作行元件，配合高性能矢量控制动器和高分辨率器，可实极高的动响和控制精度字信术应数谐馈进号处理技的用使伺服系统具备了参自整定、振抑制和前控制等先功能，大幅提升了系统性能直线电机直线电机的基本类型直线电机的工作原理线级较级较线质将转开结长定子直电机初（定子）长，次（动子）短，通常直电机本上是旋电机剖展平形成的特殊构其级级这结悬对应转产线转转初固定，次移动种构适用于高速长距离运动，如磁工作原理与的旋电机相同，只是生直推力而非旋级杂线线线开关浮列车，但初成本高，控制复矩常见的有直异步电机、直同步电机和直磁阻电机线级较级较级级等短定子直电机初短，次长，通常初移动，次固这结场线应线定种构适用于中低速、中短距离合，如精密工作台、自直同步电机是用最广泛的类型，尤其是永磁直同步电机，级虑热问题应悬动化设备等，初随动部分移动，需考供电和散具有效率高、精度高、响快等优点磁浮列车使用的长定子线应现轨直同步电机是典型用，实了高速、低噪声的道交通电机的损耗铜耗机械损耗过绕组产热电流通电阻生的焦耳，轴损损与电流平方和电阻成正比包括定包括承摩擦耗和风扇风阻转对应转关轴损铁耗子铜耗和子铜耗（于感电耗，与速有承耗近似与杂散损耗损转损转机），是电机的主要耗，尤其在速成正比，风阻耗近似与速滞损涡损载时损损包括磁耗和流耗，与铁心重运行的三次方成正比包括表面耗、脉动耗和漏磁引频关滞损难计材料、磁通密度和率有磁起的耗等，以精确算，通常损频耗正比于率和磁通密度的n次按照输出功率的

0.5%-

1.5%估算涡损计杂损方（n=

1.6-

2.0），流耗正比于在高效电机设中，散耗的控频来率平方和磁通密度平方制变得越越重要电机的发热与冷却温升计算自然冷却方式损产热损闭热·耗生量P=P铁+P铜·全封型依靠机壳散，冷却杂+P机+P能力弱损损开对·温升与耗成正比ΔT∝P·启型依靠自然流，中等冷积却能力·温升与冷却面成反比带热积ΔT∝1/S·冷却肋增加散面，改善数冷却效果·温升与冷却系成反比负载场ΔT∝1/α·适用于小型电机和低合强制冷却方式·风冷利用风扇强制通风，冷却效果好环·水冷利用冷却水循，冷却效果优异场压·油冷用于特殊合，如变器浸油冷却负载场·适用于大型电机和高合电机的绝缘绝缘级许绝缘应场等最高允温度典型材料主要用合级纸丝绸压A105°C棉、、漆布低小型电机级E120°C聚酯薄膜、醇酸漆家用电器电机级维B130°C云母、玻璃纤通用工业电机级环树F155°C改性聚酯、氧高性能工业电机脂级树H180°C硅脂、氟塑料特种高温电机绝缘热绝缘电机老化是影响电机寿命的主要因素老化是最主要的老化形式，材料每升高8-约伦乌应环湿绝10°C，寿命减半（阿尼斯定律）此外，电老化、机械力、境污染和度也会加速缘老化绝缘试验压试验绝缘测质损数测压试验检验绝缘压包括耐、电阻量和介耗因量等耐承受高电的绝缘测绝缘湿质损数测现内进能力；电阻量反映的吸和污染程度；介耗因量能发部缺陷定期行这试验评绝缘状预些可估况，防故障电机的选择功率选择负载虑负载转时环根据机械特性和工作制确定电机功率需考矩、启动条件、工作间和境温额应负载过导资度等因素通常电机定功率略大于要求，留有10-20%的裕度，但大会致投浪费和运行效率降低转速选择转选择应负载转速与工作速匹配若差异大，需使用减速器或变速装置，增加成本和能耗标规标转国际准定的异步电机准速有

3000、

1500、

1000、750r/min等（50Hz电源下），应选标优先用准系列电机电机类型选择虑调围环简单调场考速范、控制精度、起动性能和境条件等因素异步电机适合恒速或速宽围调场转数场合；直流电机适合范速合；同步电机适合精确控制速或改善功率因合；特种则电机用于特殊工况经济性分析综虑资资资合考初投和运行成本高效电机初投高，但运行成本低；普通电机初投低，但能应计时场耗大算生命周期成本，在电价高或运行间长的合，高效电机更经济电机使用寿为远命通常10-20年，期间的能源成本高于设备成本电机的运行维护日常维护检轴尘检连包括定期查承温度、振动、噪声，清理通风道灰，查电气接紧固情况等定期测试测绝缘轴匀检换环状量电阻、承间隙、气隙均度，查向器或滑表面况等故障诊断监测谱术现利用振动分析、温度、电流分析等技手段发潜在故障维修与大修计进轴换绕组换按划行承更、清洗和浸漆、向器修整等大修工作电机控制系统开环控制系统闭环控制系统先进控制算法馈仅传检测无反装置，根据输配备感器实际输PID控制是经典控制方结较调简单入指令控制电机，构出，与指令比后整法，实用；模糊控简单，成本低，但精度控制量，提高精度和适制适合处理不确定性；鲁应应现数络过和棒性差典型用性代控机床、神经网控制可通学习应包括普通电风扇、洗衣机器人等高性能电机系改善性能；自适控简单闭环则应数机等家用电器中的统都采用控制，实制能适参变化现现综控制高精度位置、速度或代控制系统常合多势现力控制种算法优，实最佳控制效果电机在电力系统中的应用发电机在发电厂中的应用电动机在电网中的应用将负载约同步发电机是电力系统的核心设备，原动机（汽轮机、水轮电动机是电力系统中最主要的类型，占工业用电的60-转换为组对压频稳机、燃气轮机等）的机械能电能大型发电机容量可达70%大量电动机的起动、运行和制动电网的电和率过创转换为这软上千MW，效率超98%，是人类造的最高效能量装置之定性有重要影响减少种影响，大型电动机通常采用起动频一或变起动方式现组励励惯频时挥代发电机配备完善的磁系统、冷却系统和保护系统磁电动机可以提供系统性支撑，在系统率波动发飞轮效压氢应当还偿系统控制发电机的输出电和无功功率；冷却系统（水冷、冷；配备适控制装置的电动机可提供无功功率补，改善证则压稳现负载或空冷）保发电机在高功率密度下安全运行；保护系统防止电网的电定性代智能电网中，可控（包括电动机）损侧应组故障造成的坏也是需求响的重要成部分电机在交通运输中的应用驱应较应电动汽车的核心部件是动电机，主要使用永磁同步电机或感电机永磁同步电机效率高、功率密度大，但成本高；感电机成现综远内本低、可靠性高，但效率和功率密度略低代电动汽车电机系统的合效率可达90%以上，高于燃机的30-40%轨领牵驱牵数数线在道交通域，引电机是核心动装置高速列车采用异步引电机或永磁同步电机，功率可达百千瓦至兆瓦直电机在悬挥关键现驱过获驱牵产牵磁浮列车中发作用，实无接触动电气化铁路系统中，机车通受电弓从接触网取电能，动引电机生引力，是能源高效利用的典范电机在工业自动化中的应用机器人应用数控机床应用生产线应用关节数进给轴轴驱产线传带转工业机器人每个都配备高性能伺服电控机床的和主都采用电机自动化生中的送、旋平台、升进给轴驱这场机，通常采用永磁同步伺服电机，配合高动通常使用交流伺服电机配合滚降装置等都由电机动些合通常使编码现丝线现来精度减速器和器，实精确的位置、珠杠或直电机，实高精度定位；主用普通异步电机配合减速器，或近年越现轴轴则来速度和力控制代六机器人的重复定使用高速电机（2万rpm以上），配越多地采用一体化的伺服电机系统，提频现调节满产位精度可达±

0.02mm，在汽车制造、电合变控制，实精确的速度，足高生效率和灵活性，是工业

4.0和智能制组领挥杂础子装等域发重要作用各种复加工需求造的重要基电机的发展趋势高效电机技术传论来创统电机效率已接近理极限，未提升空间有限新方向包括采用新型磁损结损损进热性材料减少铁，优化构减少铜和机械耗，改散系统提高功率密导论过杂度超电机是重要发展方向，理效率可超99%，但冷却系统复，成本场高，主要用于特殊合智能电机系统传计术趋势内感器、算和通信技与电机的深度融合是必然智能电机置温传现诊断状态监测度、振动、电流感器和微处理器，实自、自保护和功过连现远监预测维能通工业物联网接，可实程控和性护，大幅提高系统维可靠性和可用性，降低护成本新能源领域应用储电机在风力发电、光伏发电和能系统中扮演核心角色大型风力发电径过对机已达到10MW以上，直超200米海上风电电机提出更高的可驱靠性要求电动汽车动电机向高效率、高功率密度、高可靠性方向发对频展分布式能源系统变速恒发电机提出新需求电机设计的仿真75%80%设计效率提升原型测试削减术计测试采用仿真技的设流程效率提升比例借助精确仿真可减少的实物原型比例30%95%性能优化空间设计准确度过进进测试结通优化算法可提升的电机性能改空间先仿真模型与实际果的吻合度场场应场计数标应势转电机仿真分析主要采用有限元法FEM，可分析电机的电磁分布、温度分布和力分布有限元分析能精确算电机的各种参和性能指，如感电动、矩特性、效率、温升等，有效减少计过试验数开设程中的次，降低发成本现计软师进计场术时虑热结代电机设件如ANSYS Maxwell、JMAG、FLUX等提供友好的界面和强大的功能，使工程能快速建立模型、行分析和优化设多物理耦合分析技可同考电磁、、构等多种物理现结数计应进计质象的相互影响，仿真果更加接近实际参化设和智能优化算法的用，一步提高了电机设的效率和量课程总结与展望新兴应用领域术创应电机技在新能源、智能交通、高端制造中的新用高级控制理论习转进深入学矢量控制、直接矩控制等先控制方法电机基础理论转换掌握电磁原理、运行特性和各类电机的工作机理课绍论应术础结应们习压本程系统介了电机学的基本理和用技，从电磁基到各类电机的工作原理、构特点、运行特性和用方法我学了变器、异步传进线选择调维电机、同步电机和直流电机等统电机，也了解了步电机、伺服电机和直电机等特种电机，掌握了电机的、速、起动、制动和护等实识用知术时断现数术结议们电机技正处于快速发展期，高效电机、智能电机和特种电机不涌，电力电子与字控制技的合使电机系统性能大幅提升建同学础论时关验项养创践为来领坚在掌握基理的同，注前沿发展，参与实和科研目，培新能力和工程实能力，未在电气工程域的深造和工作奠定实基础。