Технические средства автоматизации управления. Электродвигатели

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» 

 

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 

(ИТТСУ) 

 

Кафедра «Управление и защита информации» 

 
 
 

С.С. УВАРОВ  

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ 

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ 

 

 

 

 

Учебное пособие 

 

 

 

 

 

 

МОСКВА – 2021 

 

 

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» 

 

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 

(ИТТСУ) 

 

Кафедра «Управление и защита информации» 

 
 
 

С.С. УВАРОВ 

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ 

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ 

 

 

 

 

Учебное пособие 

 

для студентов специальности 

«Управление в технических системах» 

 

 

 

 

МОСКВА – 2021 
 

 

 

УДК 629.423 

У 18 

Уваров 
С.С. 
Технические 
средства 
автоматизации 

управления. Электродвигатели: Учебное пособие. – М.: РУТ 
(МИИТ), 2021. – 143 с. 

 

Учебное пособие содержит краткие теоретические сведения об 

исполнительных устройствах автоматических и полуавтоматических 
систем, а именно о двигателях постоянного и переменного тока, 
достаточные для решения практических задач. В конце каждого раздела 
приведены контрольные вопросы, которые могут быть использованы для 
периодического тестирования, а также задачи, для которых исходными 
данными 
являются 
исключительно 
справочные 
материалы 
по 

рассматриваемым в пособии реальным электродвигателям. Учебное 
пособие предназначено для изучения дисциплины «Технические средства 
автоматизации 
и 
управления» 
студентами, 
обучающимися 
по 

специальности «Управление в технических системах», а также по другим 
электротехническим специальностям, и может быть использовано 
инженерами, участвующими в проектной деятельности и занимающимися 
эксплуатацией систем автоматического управления. 

 
 

Рецензенты: 
 
Пудовиков О.Е., д.т.н., заведующий кафедрой «Электропоезда и 

локомотивы» РУТ (МИИТ), 

Розенберг Е.Н., д.т.н., первый заместитель генерального директора 

АО «НИИАС». 

 
 
 

 
 
© РУТ (МИИТ), 2021 

Список литературы 

1. 
Бронштейн И.Н, Семендяев К.А. Справочник по математике 
для инженеров и учащихся ВТУЗов. – 13-е изд, исправленное. – 
М. Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 544с 

2. 
Волков Н.И., Миловзоров В.П. Электромашинные устройства 
автоматики: Учеб. пособие для вузов по спец. «Автоматика и 
телемеханика». – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1986.  
335 с.: ил. 

3. 
Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Введение в 
электромеханику. 
Машины 
постоянного 
тока 
и 

трансформаторы: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2008. 
320 с.: ил. 

4. 
Воронин С.Г. Электропривод летательных аппаратов: Конспект 
лекций. Часть 1. – Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2006. – 
171 с. 

5. 
Дементьев Ю. Н., Чернышев А. Ю., Чернышев И. А. 
Электрический привод: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 
2010. – 232 с. 

6. 
Есаков В.П., Торопов В.И. Сборник задач по теории 
электропривода. Высшая школа, 1968, стр. 1-64 

7. 
Кацман М.М. Сборник задач по электрическим машинам: учеб. 
пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / – 4-е 
изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2008, - 160 с. 

8. 
Кацман М.М. Электрические машины: Учеб. для студ. сред. 
проф. учебных заведений. – М.: Высш. шк.; Издательский центр 
«Академия»; 2001. – 463 с.: ил. 

9. 
Сабинин Ю.А. Электромашинные устройства автоматики: 
Учебник для ВУЗов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленинград. отд-
ние, 1988. -408 с 

10. Справочник по электрическим машинам: в 2 т./Под общей 

редакцией 
И.П. 
Копылова 
и 
Б.К. 
Клокова. 
Т. 
1.: 

Энергоатомиздат, 1988. -455 с.: ил. 

11. Справочная книга электрика / Под ред. В.И. Григорьева.  М.: 

Колос. 2004  746 с. 

12. Справочник по электрическим машинам: в 2 т./Под общей 

редакцией 
И.П. 
Копылова 
и 
Б.К. 
Клокова. 
Т. 
2.: 

Энергоатомиздат, 1989. -688 с.: ил. 

13. Степанковский Ю.В. Преобразующие устройства приборов. 

Т.1. Электродвигатели. -К.: «Корнійчук», 2002. – 204 с., ил. 

14. Усольцев А.А. Электрические машины. Учебное пособие. СПб: 

НИУ ИТМО, 2013, – 416 с. 

15. Хализев Г.П. Электрический привод. Учебник для техникумов. 

М., «Высшая школа», 1977 

16. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: 

Учебник для вузов. – 6-е изд., доп. и перераб. – М.: Энергоиздат, 
1981. – 576 с., ил. 

 

 
 

Содержание 

Список сокращений............................................................................... 8 

Введение ................................................................................................. 9 

1 
Двигатели постоянного тока независимого возбуждения ....... 12 

1.1 
Схема замещения, основные соотношения ....................... 12 

1.2 
Параметры двигателя, механическая и 
электромеханическая характеристики ............................... 14 

1.3 
Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока . 17 

1.4 
Учёт повышенной рабочей температуры двигателя при 
расчёте активных сопротивлений его обмоток ................. 19 

1.5 
Построение механической и электромеханической 
характеристик по параметрам двигателей, приведённым в 
справочных материалах ....................................................... 20 

1.6 
Механическая и электромеханическая характеристики в 
относительных единицах .................................................... 25 

1.7 
Регулирование скорости ДПТ НВ ...................................... 27 

1.8 
Пуск ДПТ НВ ....................................................................... 32 

1.9 
Торможение ДПТ НВ .......................................................... 39 

1.10 Контрольные вопросы ......................................................... 45 
1.11 Задачи по теме «Двигатели постоянного тока 

независимого возбуждения» ............................................... 47 

2 
Двигатели   постоянного   тока   последовательного 

возбуждения ......................................................................................... 52 

2.1 
Схема замещения, основные соотношения ....................... 52 

2.2 
Механическая характеристика для ненасыщенного 
двигателя ............................................................................... 53 

2.3 
Расчёт параметров двигателя и добавочных 
сопротивлений ...................................................................... 55 

2.4 
Построение механических характеристик реальных 
двигателей............................................................................. 56 

2.5 
Пуск двигателя ..................................................................... 63 

2.6 
Торможение ДПТ ПВ .......................................................... 65 

2.7 
Торможение противовключением ...................................... 68 

2.8 
Контрольные вопросы ......................................................... 69 

2.9 
Задачи по теме «Двигатели постоянного тока 
последовательного возбуждения» ...................................... 70 

3 
Трёхфазные асинхронные двигатели ......................................... 74 

3.1 
Приведение обмотки ротора к обмотке статора ............... 74 

3.2 
Схема замещения, основные соотношения ....................... 77 

3.3 
Потери в двигателе, энергетические диаграммы .............. 80 

3.4 
Электромагнитный момент асинхронной машины, 
механическая характеристика ............................................. 84 

3.5 
Определение параметров схемы замещения ..................... 94 

3.6 
Реостатное регулирование ................................................ 101 

3.7 
Пуск двигателей с фазным ротором ................................. 102 

3.8 
Динамическое торможение ............................................... 104 

3.9 
Контрольные вопросы ....................................................... 108 

3.10 Задачи по теме «Трехфазные асинхронные двигатели» 110 

4 
Построение схем логико-командного регулятора .................. 112 

4.1 
Обозначения условные графические компонентов ЛКР 112 

4.2 
Схема динамического торможения ТАД ......................... 122 

4.3 
Схема коммутации сопротивлений пускового реостата 123 

4.4 
Контрольные вопросы ....................................................... 125 

4.5 
Задачи по теме «Построение схем ЛКР» ......................... 125 

ПРИЛОЖЕНИЕ I Широкорегулируемые электродвигатели 
постоянного тока независимого возбуждения типа 4ПФ .............. 128 

ПРИЛОЖЕНИЕ II Машины постоянного тока серии 2П 
(независимое возбуждение) .............................................................. 131 

ПРИЛОЖЕНИЕ III Машины постоянного тока последовательного 
возбуждения ....................................................................................... 135 

ПРИЛОЖЕНИЕ IV Двигатели серии А2, АО2 с фазным ротором 
(АОК2, АК2) ...................................................................................... 138 

ПРИЛОЖЕНИЕ V Двигатели серии 4А с фазным ротором (4АК, 
4АНК) ................................................................................................. 141 

Список сокращений 

а. е. 
абсолютная единица 

к. п. д. 
коэффициент полезного действия 

м. д. с. 
магнитодвижущая сила 

н. с. 
намагничивающая сила 

о. е. 
относительная единица 

э. д. с. 
электродвижущая сила 

 
АД 
асинхронный двигатель 

ДПТ НВ 
двигатель постоянного тока независимого 
возбуждения 

ДПТ ПВ 
двигатель постоянного тока последовательного 
возбуждения 

ДПТ 
двигатель постоянного тока 

КЗ 
короткое замыкание 

ЛКР 
логико-командный регулятор 

МХ 
механическая характеристика 

ПВ 
продолжительность включения 

ТАД 
трёхфазный асинхронный двигатель 

ХХ 
холостой ход 

ЭМХ 
электромеханическая характеристика 

 
 

Введение 

Современный человек, овладевающий профессией в высшем 

учебном заведении должен обладать не только теоретическими 
знаниями в достаточном объёме, позволяющими ориентироваться 
во взаимосвязях различных аспектов решаемых задач, в идеале 
обладать системным мышлением, но он в неменьшей степени 
должен обладать развитой технической эрудицией, которая 
необходима для решения комплексных задач с учётом многообразия 
технических 
средств 
и 
компонентов, 
представленных 
на 

соответствующих рынках. Грамотный инженер должен понимать, 
как подобрать из такого многообразия подходящий компонент для 
решения поставленной задачи с учётом естественных физических 
ограничений его параметров, а если нужного компонента не 
окажется, то он (инженер) должен уметь сформулировать 
экономически 
обоснованные 
технические 
требования 
к 

недостающему компоненту. К сожалению, учебная литература на 
подобные вопросы не всегда даёт ответы, которыми можно было бы 
воспользоваться в практической деятельности, поэтому приходится 
для получения нужных ответов существенно расширять круг 
поиска. 

В настоящем учебном пособии для студента, готовящегося 

стать инженером, задан вектор для размышлений о том, что 
реальные технические устройства и компоненты не являются 
идеальными и в большинстве своём соответствуют теоретическим 
моделям лишь в ограниченном диапазоне параметров, приводимых 
в справочной и нормативной документации. 

Учебное пособие содержит краткие теоретические сведения 

об 
исполнительных 
устройствах 
автоматических 
и 

автоматизированных систем, а именно о двигателях постоянного и 
переменного тока, достаточные для решения практических задач. 
Некоторые 
формулы, встречающиеся 
в 
пособии, 
являются 

приближёнными, однако применение их оправдано для оценочных 
расчётов, которые используются в эскизном проектировании, и 
часто 
погрешности, 
возникающие 
при 
их 
применении, 

укладываются в погрешности, допустимые при разработке реальных 
проектов. При необходимости получения более точных результатов 
следует обращаться к литературе с углублёнными теоретическими 
сведениями. В конце каждого раздела приведены контрольные 
вопросы, которые могут быть использованы для периодического 
тестирования, а также задачи, для которых исходными данными 
являются 
исключительно 
справочные 
материалы 
по 

рассматриваемым в пособии реальным электродвигателям. 

Учебное пособие содержит четыре раздела, в которых 

рассматриваются электродвигатели постоянного тока и трехфазные 
асинхронные двигатели. Четвёртый раздел посвящён основам 
проектирования релейно-контактных схем управления двигателями. 
Рассмотрение схем релейного типа оправдано тем, что при 
построении 
простых 
схем 
управления, 
характерных 
для 

автоматизированных систем, с экономической точки зрения 
выгоднее применить несколько промежуточных и специальных 
реле, а не встраивать в такие системы цифровые устройства 
выполняющие примитивные логические функции, но требующие 
обеспечения комплекса мер по защите от помех, а также требующие 
для своей реализации дополнительного электропитания, тем более 
что, сопряжение электрических слаботочных управляющих цепей и 
мощных исполнительных цепей, опять же по экономическим 
соображениям, часто выполняется посредством реле, контакторов и 
магнитных пускателей. 

В каждом разделе рассматриваются примеры решения задач с 

практическим содержанием. В конце каждого раздела помещены 
контрольные вопросы и задачи. Контрольные вопросы могут быть 
использованы при составлении заданий для периодического 

тестирования. Для ответа на некоторые вопросы требуются знания 
ВУЗовских курсов физики и общей электротехники. Задачи, 
приведённые в учебном пособии, являются многовариантными в 
смысле разнообразия исходных данных, которые берутся из таблиц 
справочных и каталожных данных реальных электродвигателей, 
приведённых в соответствующих приложениях. 

Учебное пособие предназначено для изучения дисциплины 

«Технические средства автоматизации и управления» студентами, 
обучающимися по специальности «Управление в технических 
системах», а также по другим электротехническим специальностям, 
и может быть использовано инженерами, участвующими в 
проектной деятельности и занимающимися эксплуатацией систем 
автоматического управления.