《交流电机原理》课件

交流电机原理电机技术核心课程深入探索交流电机工作原理课程概述课程目标主要内容掌握交流电机基本理论电机结构、原理、控制方法学习方法第一章交流电机简介定义历史发展应用领域将电能转换为机械能从法拉第到特斯拉的工业、交通、家电等的装置重大突破多领域交流电机的基本结构定子固定部分，包含主绕组转子旋转部分，产生机械输出轴承和外壳支撑和保护内部组件定子结构详解定子铁芯定子绕组由硅钢片叠压而成导线排列成特定方式减小涡流损耗产生旋转磁场绝缘材料防止绕组间短路耐高温、耐腐蚀转子结构详解鼠笼式转子绕线式转子永磁转子铝或铜导条短接带有绕组的转子含永磁材料结构简单、坚固耐用可通过电刷引入电流无需励磁常用于异步电机起动性能好效率高交流电机的分类异步电机转速小于同步速度同步电机结构简单可靠转速与电源频率同步其他类型需要励磁系统单相电机开关磁阻电机第二章交流电机的工作原理电磁感应定律法拉第发现磁通变化产生电动势旋转磁场原理多相交流电产生特斯拉首次提出旋转磁场的产生单相交流电需要辅助绕组产生旋转磁场三相交流电自然形成旋转磁场多相交流电磁场更加均匀旋转磁场的特性旋转速度与频率和极对数相关磁场强度由电流和匝数决定极对数的影响极对数增加，速度减小感应电动势的产生法拉第电磁感应定律感应电动势的大小12导体切割磁力线产生电动势与磁通变化率成正比感应电动势的频率3与磁场旋转速度有关交流电机的基本方程转矩方程磁链方程计算电磁转矩的大小电压方程表示磁链与电流的函数关系描述电压、电流和磁链关系第三章异步电机原理95%1891市场占有率发明年份工业应用最广泛特斯拉发明75%最高效率现代高效设计异步电机的转差率计算方法s=n₁-n/n₁定义同步速度与实际速度差值的比率影响因素负载、电源电压、转子阻抗异步电机的等效电路单相等效电路型等效电路型等效电路TΓ简化分析模型完整模型简化模型忽略相互影响考虑漏磁和互感便于控制系统设计异步电机的功率关系输入功率电源提供的电功率铜损和铁损电阻损耗和磁滞涡流损耗输出功率和效率机械轴输出功率与效率计算异步电机的转矩特性异步电机的运行状态异步电机的起动方法直接起动降压起动变频起动小功率电机适用降低起动电流软起动，减小冲击异步电机的调速方法极数变换转子变阻变频调速通过改变定子绕组连接方式适用于绕线转子电机调速范围宽只能获得离散速度调速范围窄且效率低效率高，精度好第四章同步电机原理定义转速与磁场同步旋转的电机工作原理转子磁场与定子磁场相互作用应用大功率发电、精密控制同步电机的结构凸极式隐极式永磁式极数较多，适用于低速高速运行，结构紧凑无需励磁，效率高同步电机的励磁系统交流励磁经整流器转换为直流电直流励磁通过滑环和电刷引入直流电无刷励磁转子上安装励磁机同步电机的矢量图无载矢量图有载矢量图功率角特性仅有感应电动势电流与电压有相位差功率角决定输出功率无负载转矩产生电磁转矩静态稳定性边界同步电机的功率特性同步电机的并网运行并网条件电压相等、频率相同、相位一致并网过程调整转速、电压、相位后并入并网后的调节调整励磁电流控制功率因数同步电机的稳定性静态稳定性动态稳定性小扰动下的自恢复能力大扰动下的稳定运行能力提高稳定性的措施增加阻尼绕组、安装稳定器同步电机的调速方法变频调速改变供电频率励磁调节影响功率因数功率角调节调整负载转矩第五章特殊交流电机单相交流电机原理应用领域家用电器、小功率设备工作原理辅助绕组产生旋转磁场结构特点主绕组和辅助绕组构成单相交流电机的启动方法电容启动电容产生相位差启动转矩大分相启动辅助绕组相位偏移90°启动后断开鼠笼式启动特殊设计的鼠笼转子自启动能力永磁同步电机原理结构特点工作原理优缺点分析转子采用永磁材料永磁体与旋转磁场相互作用优点高效率、高功率密度无需励磁绕组转速与电源频率同步缺点成本高、温度限制永磁同步电机的控制方法矢量控制分解为磁场电流和转矩电流直接转矩控制直接控制磁链和转矩无传感器控制估算转子位置和速度开关磁阻电机原理结构特点工作原理双凸极结构利用磁阻变化产生转矩无永磁体和转子绕组线圈通电吸引转子转动优缺点分析优点坚固耐用、高速能力缺点转矩脉动大、噪声高开关磁阻电机的控制策略电流控制控制相电流波形和幅值角度控制优化导通角和关断角转矩控制3直接控制输出转矩第六章交流电机的数学模型建模的目的建模的意义常用坐标系分析电机性能设计控制系统静止坐标系和旋转坐标系三相静止坐标系模型电压方程磁链方程转矩方程描述相电压与相电流关系表示磁链与相电流关系计算电磁转矩表达式考虑电阻和电感参数包含自感和互感项与电流和磁链相关两相静止坐标系模型变换坐标系变换方程Clarkeα-β三相到两相的变换静止正交坐标系保持功率不变的变换简化计算复杂度位于定子平面内数学矩阵表示同步旋转坐标系模型变换Park静止坐标系到旋转坐标系坐标系d-q与磁场同步旋转数学表达式简化为直流量控制状态空间模型第七章交流电机控制技术控制目标速度、转矩、位置精确控制控制方法分类标量控制、矢量控制、直接控制实现平台数字信号处理器、微控制器标量控制开环控制无反馈信号控制原理V/F保持电压频率比恒定闭环控制增加速度反馈环节矢量控制间接矢量控制直接矢量控制基于转子磁场定向直接测量或估计磁通无传感器矢量控制无需速度传感器直接转矩控制快速动态响应直接控制转矩控制策略基于开关表选择优缺点分析快速响应但转矩脉动大预测控制模型预测控制有限控制集应用实例基于系统模型预测离散开关状态高性能电机控制优化控制行为评估所有可能的开关状态多电机协调控制智能控制模糊控制神经网络控制自适应控制基于专家知识学习能力强自动调整参数第八章交流电机的检测与保护保护意义避免严重损坏延长使用寿命检测目的常见故障监测运行状态过载、短路预防故障发生绝缘老化、轴承磨损2温度检测155°C40°C115°C级绝缘限值环境温度允许温升F绕组最高允许温度标准工作条件额定工作状态电流检测检测方法互感器、霍尔传感器过流保护热继电器、断路器电流特征分析故障诊断依据电压检测检测方法过压保护电压互感器、分压器压敏电阻、放电间隙数字采样技术保护电路设计欠压保护低压脱扣自动重启设置速度和位置检测编码器霍尔传感器无传感器技术高精度位置反馈磁场位置检测基于模型估计绝缘检测振动检测检测方法振动分析加速度传感器测量频谱分析识别故障故障诊断轴承故障、不平衡、松动第九章交流电机的效率优化节能环保降低能源消耗经济效益降低运行成本技术挑战3各种损耗的综合优化电机设计优化材料选择结构优化绕组设计高磁导率硅钢片气隙大小调整分布因数优化低损耗软磁材料冷却系统设计短距系数选择控制策略优化磁通优化轻载时降低磁通滑差频率优化维持最优滑差损耗模型优化基于损耗模型的实时控制变频器效率优化开关频率优化权衡开关损耗和谐波损耗优化PWM1优化开关序列和占空比直流母线电压优化根据负载调整母线电压3系统级效率优化多电机协调控制优化整体系统效率负载匹配合理选择电机容量能量回收制动能量再利用第十章交流电机的发展趋势高效率电机智能化电机集成化驱动超高效能源利用自诊断和自适应控制一体化设计新型应用电动交通和可再生能源课程总结知识回顾电机理论与应用全面覆盖应用展望2电机技术驱动未来发展学习建议3理论结合实践，持续学习。