電機拖動與控制

本書為適應高職高專機電類專業教學改革實際需要而編寫，教材中共包含電機原理、電力拖動兩部分，主要內容有：直流電機、變壓器、非同步電機、微特電機的基本結構及理論，直流電動機、三相非同步電動機的電力拖動，各類電機的常見故障分析，常用低壓電器及基本控制, 直流電動機、非同步電動機的電力拖動實驗。

緒論 1

0.1 電機及電力拖動的作用 1

0.1.1 電機的主要用途及分類 1

0.1.2 電力拖動的作用及組成 1

0.2 電機的基本電磁定律 2

0.2.1 電路定律 3

0.2.2 磁路定律 3

0.2.3 電磁感應定律 4

0.2.4 電磁力定律 5

0.2.5 能量轉換規律 5

0.3 電機鐵磁材料的特性 6

0.3.1 磁導率及磁場強度 6

0.3.2 磁化曲線 6

0.3.3 磁滯回線 7

0.3.4 磁滯損耗與渦流損耗 8

0.4 本課程的任務和特點 8

第1章 直流電機 10

1.1 直流電機結構及工作原理 11

1.1.1 直流發電機的工作原理 11

1.1.2 直流電動機的工作原理 12

1.1.3 直流電機的基本結構 13

1.2 直流電機的銘牌和繞組 15

1.2.1 型號 15

1.2.2 額定值 16

1.2.3 直流電機的電樞繞組 17

1.2.4 單疊繞組 18

1.2.5 單波繞組 20

1.2.6 各種繞組的應用範圍 22

1.3 直流電機的基本特性 22

1.3.1 直流電機的磁場和電樞反應 22

1.3.2 直流電機的電樞電動勢和電磁轉矩 25

1.3.3 直流電機的換向 27

1.3.4 直流發電機的基本特性 29

1.3.5 直流電動機的基本特性 32

1.4 直流電動機的電力拖動 34

1.4.1 生產機械的負載特性 34

1.4.2 直流電動機的工作特性 36

1.4.3 直流電動機的啟動 40

1.4.4 直流電動機的制動 42

1.4.5 直流電動機的調速 43

1.5 直流電動機的故障分析及維護 44

1.5.1 直流電動機運行時的換向故障 45

1.5.2 直流電動機運行時的性能異常及維護 47

1.6 直流電動機的拖動實驗 48

1.6.1 直流電動機的啟動和調速 48

1.6.2 直流電動機的反轉與制動 51

本章小結 52

思考與練習 54

第2章 變壓器 56

2.1 變壓器結構及工作原理 56

2.1.1 變壓器的基本工作原理 56

2.1.2 變壓器的分類 57

2.1.3 變壓器的結構 58

2.1.4 變壓器的額定值 62

2.2 單相變壓器 63

2.2.1 變壓器的空載運行 63

2.2.2 變壓器的負載運行 64

2.2.3 變壓器參數的測定 67

2.3 三相變壓器 68

2.3.1 三相變壓器的磁路系統 68

2.3.2 三相變壓器繞組的連接 70

2.4 特殊變壓器 72

2.4.1 自耦變壓器 72

2.4.2 互感器 73

2.5 變壓器的維護及故障分析 74

2.5.1 變壓器的維護 75

2.5.2 變壓器常見故障分析 75

2.6 變壓器的測試與實驗 78

2.6.1 實驗說明 79

2.6.2 實驗目的 79

2.6.3 實驗內容及說明 79

2.6.4 實驗線路及操作步驟 80

2.6.5 實驗報告要求 81

2.6.6 實驗注意事項 82

2.6.7 思考 82

本章小結 82

思考與練習 83

第3章 非同步電機 85

3.1 三相交流繞組 85

3.1.1 三相交流繞組的基本知識 85

3.1.2 三相交流繞組的平面展開圖 87

3.1.3 交流繞組的電動勢 91

3.1.4 三相交流繞組的旋轉磁場 92

3.2 三相非同步電動機 94

3.2.1 三相非同步電動機的工作原理 94

3.2.2 三相非同步電動機的基本結構 95

3.2.3 三相非同步電動機的銘牌數據 97

3.2.4 三相非同步電動機的主要系列簡介 99

3.3 三相非同步電動機的運行 100

3.3.1 三相非同步電動機的空載運行 100

3.3.2 三相非同步電動機的負載運行 100

3.3.3 三相非同步電動機的功率和轉矩 102

3.4 三相非同步電動機的工作特性 104

3.4.1 三相非同步電動機的機械特性 104

3.4.2 三相非同步電動機工作特性和參數 108

3.5 單相非同步電動機 112

3.5.1 單相非同步電動機的結構 112

3.5.2 單相非同步電動機的轉矩特性及工作原理 113

3.5.3 單相非同步電動機的啟動方法 115

3.5.4 單相非同步電動機反轉控制方法 117

3.5.5 單相非同步電動機的調速 117

3.6 三相非同步電動機的安裝與運行 118

3.6.1 三相非同步電動機的安裝 118

3.6.2 三相非同步電動機的運行 124

本章小結 126

思考與練習 128

第4章 微特電機 130

4.1 伺服電動機 131

4.1.1 直流伺服電動機 131

4.1.2 交流伺服電動機 135

4.2 測速發電機 138

4.2.1 直流測速發電機 138

4.2.2 交流非同步測速發電機 139

4.3 步進電動機 141

4.3.1 反應式步進電動機的工作原理 141

4.3.2 步進電動機的三種工作方式 142

4.3.3 步距角及轉子齒數 144

4.3.4 步進電動機應用舉例 145

4.4 自整角機 145

4.4.1 控制式自整角機 145

4.4.2 力矩式自整角機 148

4.5 小功率同步電動機 150

4.5.1 概述 150

4.5.2 永磁式同步電動機 150

4.5.3 反應式同步電動機 151

4.5.4 磁滯式同步電動機 152

4.6 微特電動機應用實例 153

本章小結 155

思考與練習 156

第5章 非同步電動機電力拖動 158

5.1 三相籠形非同步電動機的啟動 158

5.1.1 直接啟動 159

5.1.2 籠形非同步電動機的降壓啟動 160

5.2 三相繞線式非同步電動機的啟動 164

5.2.1 轉子串接電阻器啟動 164

5.2.2 轉子串頻敏變阻器啟動 165

5.3 三相非同步電動機的調速 165

5.3.1 變極調速 166

5.3.2 變頻調速 167

5.3.3 改變定子電壓調速 167

5.3.4 轉子串電阻調速 168

5.3.5 串級調速 169

5.4 三相非同步電動機的反轉與制動 170

5.4.1 三相非同步電動機的反轉 170

5.4.2 三相非同步電動機的制動 170

5.5 三相非同步電動機的拖動實訓 174

5.5.1 電動機Y-?啟動控制線路 174

5.5.2 三相非同步電動機Y-?啟動控制電路圖 175

5.5.3 安裝與接線 176

5.5.4 檢測與調試 177

5.5.5 完成課題報告 178

本章小結 178

思考與練習 178

第6章 電動機的變頻控制 180

6.1 變頻器概述 180

6.1.1 變頻器應用範圍 180

6.1.2 變頻器的分類 181

6.1.3 變頻器基本工作原理 182

6.1.4 變頻器的組成 184

6.1.5 變頻器的技術指標 188

6.2 變頻器的使用 189

6.2.1 通用變頻器的基本參數 189

6.2.2 通用變頻器的選擇 193

6.2.3 變頻器的故障顯示功能 196

6.2.4 變頻器的矢量控制 197

6.2.5 三菱FR-E500系列變頻器的使用 199

6.3 變頻器控制電動機的基本環節 204

6.3.1 電動機的啟動/停止控制 204

6.3.2 電動機的正反轉控制 205

6.3.3 電動機的制動控制 208

6.4 變頻器在生產中的應用 209

6.4.1 變頻調速電梯控制概述 209

6.4.2 控制櫃的主要控制功能 209

6.4.3 電梯控制調速功能 211

6.4.4 電梯運行動作順序 211

6.4.5 安裝調試 212

6.5 變頻器常見故障及處理 214

6.5.1 電梯常見故障及處理 214

6.5.2 參數設置故障及處理 215

6.5.3 運行故障及處理 215

6.5.4常見故障及處理 217

6.6 變頻器的實訓操作 218

6.6.1 三菱FR-E500型變頻器的實操練習 218

6.6.2 組合運行操作 220

6.6.3 多段速度運行操作 221

6.6.4 頻率跳變的設置 222

本章小結 223

思考與練習 223

第7章 電力拖動控制系統 224

7.1 常用低壓電器 224

7.1.1 低壓電器的基本知識 225

7.1.2 開關電器 227

7.1.3 熔斷器 229

7.1.4 主令電器 230

7.1.5 接觸器 233

7.1.6 繼電器 234

7.2 電氣控制系統圖 238

7.2.1 電氣控制系統圖中的圖形符號和文字元號 238

7.2.2 電氣控制系統圖分類 238

7.2.3 電氣原理圖的閱讀分析方法 239

7.3 三相非同步電動機啟動控制電路 240

7.3.1 籠形非同步電動機全壓啟動控制電路 240

7.3.2 三相籠形非同步電動機減壓啟動控制電路 245

7.3.3 三相繞線式非同步電動機啟動控制電路 250

7.4 三相非同步電動機電氣制動控制電路 253

7.4.1 反接制動控制電路 253

7.4.2 能耗制動控制電路 256

7.5 三相非同步電動機的調速控制電路 257

7.5.1 改變磁極對數調速控制電路 257

7.5.2 轉子電路串電阻調速 259

7.6 電力拖動控制系統實訓 259

7.6.1 雙重聯鎖的三相非同步電動機正反轉控制 259

7.6.2 雙重聯鎖的三相非同步電動機正反轉控制電路圖 259

7.6.3 安裝與接線 260

7.6.4 檢測與調試 260

7.6.5 完成課題報告 260

本章小結 262

思考與練習 262

第8章 電動機的運行維修 264

8.1 非同步電動機的運行管理 265

8.1.1 啟動前的準備 265

8.1.2 啟動時的注意事項 265

8.1.3 運行中的監視 265

8.2 非同步電動機維修及故障排除 266

8.2.1 電動機的定期維修 266

8.2.2 常見故障及排除方法 267

8.3 非同步電動機啟動和制動控制實訓 268

8.3.1 實訓目的 268

8.3.2 實訓設備和器材 268

8.3.3 實訓電路 269

8.3.4 實訓內容和步驟 269

8.3.5 實訓說明 271

8.3.6 實訓報告 271

8.4 非同步電動機的正反轉控制實訓 271

8.4.1 實訓目的 271

8.4.2 實訓設備和器材 272

8.4.3 實訓電路 272

8.4.4 實訓內容和步驟 273

8.4.5 實訓說明 273

8.4.6 實訓報告 274

8.5 生產機械的限位控制實訓 274

8.5.1 實訓目的 274

8.5.2 實訓設備和器材見表8-3 274

8.5.3 實訓電路 275

8.5.4 實訓步驟 275

8.5.5 實訓說明 276

8.5.6 實訓報告 276

本章小結 276

思考與練習 277

參考文獻 278