绪论
1. 电机、电力拖动技术在国民经济中的作用
电能是现代能源中应用最广的二次能源,它的生产、变换、传送、分配、使用和控制都较为方便、经济,而要实现电能的生产、变换和使用等都离不开电机。
电机是利用电磁感应原理和电磁力定律,将能量或信号进行转换或变换的电磁机械装置。它应用广泛,种类繁多,性能各异,分类方法也很多。常见的分类方法为:按功能用途分,可分为发电机、电动机、变压器和控制电机4大类。
按照电机的结构或转速分类,可分为变压器和旋转电机。根据电源的不同,旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类。交流电机又分为同步电机和异步电机两类。
综合以上分类方法,可归纳如下:
在电力工业中,产生电能的发电机和对电能进行变换、传输与分配的变压器是电站和变电所的主要设备。在机械制造、冶金、纺织、石油、煤炭、化工、印刷及其他工业企业中,人们利用电动机把电能转换成机械能,去拖动机床、轧钢机、纺织机、钻探机、电铲机、起重机、传输带等各种生产机械,从而满足生产工艺过程的要求。在交通运输业中,需要大量的牵引电动机和船用、航空电机。随着农业机械化的发展,电力排灌、播种、收割等农用机械中,都需要规格不同的电动机。在伺服传动、机器人传动、航天航空和国防科学等领域的自动控制技术中,各种各样的控制电机作为检测、定位、随动、执行和解算元件。在日益走进百姓家庭的小轿车中,其内装备的各类微特电机一般已超过60台。在医疗仪器、电动工具、家用电器、办公自动化设备和计算机外部设备中,也离不开功能各异的小功率电动机和特种电机……。综上所述,电机在一切工农业生产、交通运输、国防、科技、文教领域以及人们日常生活中,早已成为提高生产效率和科技水平以及提高生活质量的主要载体之一,因此电机在国民经济的各个领域起着重要的作用。
同样,以电动机为动力拖动生产机械的拖动方式——电力拖动,具有许多其他拖动方式(如蒸汽机、内燃机、水轮机等)无法比拟的优点。
电力拖动具有优良的性能,启动、制动、反转和调速的控制简单方便、快速性好且效率高。电动机的类型很多,具有各种不同的运行特性,可以满足各种类型的生产机械的要求。电力拖动系统各参数的检测、信号的变换与传送方便,易于实现最优控制。因此,电力拖动已成为现代工农业生产、交通运输等最广泛采用的拖动方式。而且随着自动控制理论的不断发展,电力电子器件的普遍应用,以及数控技术和计算机技术的发展与应用,电力拖动装置的性能得以大为提高,极大地提高了劳动生产率和产品质量,提高了生产机械运转的准确性、可靠性和快速性,提高了电力拖动系统的自动化控制程度,电力拖动已成为国民经济中现代工农业等领域电气自动化的基础。
电力拖动的发展过程,交、直流两种拖动方式并存于各生产领域,各时期科学技术的发展水平不同,它们所处的地位也有所不同。在交流电出现以前,直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式。随着经济实用交流电动机的研制成功,使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用。但是随着生产技术的发展,特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步,对电力拖动在启动、制动、正反转以及调速提出了新的、更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求,所以从20世纪以来,在可逆、可调速与高精度的拖动领域中,在相当长一个时期内几乎都是采用直流电力拖动,而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。
虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出优点,但是由于它具有电刷与换向器,这使得它的故障率较高,电动机的使用环境受到限制(如不能在有易燃、易爆气体及尘埃多的场合使用),其电压等级、额定转速、单机容量的发展也受到限制,所以在20世纪60年代以后,随着电力电子技术的发展,交流调速的不断进步和完善,在调速性能方面由落后状态直到可与直流调速相媲美。今天,交流调速在很多场合已取代直流调速。在不远的将来,交流调速将完全取代直流调速,可以说这是一种必然的发展趋势。
2. 本课程的性质、任务和内容
本课程是电气自动化控制、供用电技术和机电一体化等专业的一门专业基础课。它是将《电机学》、《电力拖动》和《控制电机》等课程有机结合而成的一门课。
本课程的任务是使学生掌握变压器、交直流电机及控制电机的基本结构和工作原理以及电力拖动系统的运行性能、基本分析计算、电机选择、使用和维护方法,为今后的工作打下必要的基础,同时也培养学生在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力。
本课程的内容有直流电机、直流电动机的电力拖动、变压器、三相交流异步电动机、三相交流异步电动机的电力拖动、单相异步电动机、同步电机、电动机的选择、控制电机等。
3. 本课程的特点及学习方法
电机与电力拖动既是一门理论性很强的技术基础课,又具有专业课的性质,涉及的基础理论和实际知识面广,是电学、磁学、动力学、热学等学科知识的综合,所以理论性较强。而用理论分析各种电机及拖动的实际问题时,必须结合电机的具体结构、采用工程观点和工程分析方法。在掌握基本理论的同时,还要注意培养学生的实验操作技能和计算能力,因此实践性也较强。鉴于以上原因,为学好电机及电力拖动这门课,学习时应注意以下几点:
(1)要抓主要矛盾,忽略一些次要因素,抓住问题的本质。
(2)要抓住重点,即应牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性。
(3)要有良好的学习方法,可运用对比的学习方法,找出各种电机的共性和特点,以加深对各种电机及拖动系统性能和原理的理解。
(4)学习时要理论联系实际,重视试验和到工厂实践。
(5)要站在应用的角度看电机,把电机视为拖动系统中的一个器件来学习,不宜过多地耗时于电机的内部电磁关系上。