第8章 直流发电机
直流发电机工作原理
直流发电机工作原理
直流发电机是一种将机械能转化为电能的装置。
它的工作原理基于电磁感应定律，通过磁场和导体之间的相对运动来产生电动势。
下面我们将详细介绍直流发电机的工作原理。
直流发电机主要由定子和转子两部分组成。
定子是固定不动的部分，通常由铁芯和绕组构成。
转子则是旋转的部分，通常由磁场和绕组构成。
当转子旋转时，通过电刷和换向器，可以将导体绕组中产生的电动势输出到外部电路中。
在直流发电机中，磁场和导体之间的相对运动是产生电动势的关键。
当导体绕组在磁场中旋转时，导体中的自由电子会受到洛伦兹力的作用而产生电流。
根据法拉第电磁感应定律，导体中的电流会产生磁场，从而与外部磁场相互作用，使得导体上出现电动势。
这样就实现了从机械能到电能的转换过程。
直流发电机的工作原理可以用右手定则来描述。
当导体绕组在磁场中旋转时，通过右手定则可以得知，在导体两端产生的电动势的方向。
这样就可以确定电流的方向，从而实现了电能的输出。
除了磁场和导体之间的相对运动外，直流发电机还需要通过电刷和换向器来实现电流的输出。
电刷是连接导体绕组和外部电路的部件，它可以实现导体绕组中电流的输出。
而换向器则可以实现导体绕组中电流方向的改变，从而实现了直流发电机的正常工作。
总的来说，直流发电机的工作原理是基于电磁感应定律的。
通过磁场和导体之间的相对运动，实现了从机械能到电能的转换。
电刷和换向器则实现了电流的输出和方向的控制。
这样，直流发电机就可以成为各种电气设备的动力源，为我们的生活和工作提供了便利。
高电压工程基础-第08章习题答案
第8章 习题8.1 直流电源合闸于L-C 电路，电容C 上电压会比电源高吗？ 为什么？如果电源是交流，电 容C 上电压会发生什么变化，它与哪些因素有关？解： 1）直流电源合闸于L-C 电路，电容C 上电压会比电源高。
因为，如图所示C假定一个无穷大直流电源对集中参数的电感、电容充电，且t=0-，i=0, u c =0。
在t=0时合闸：()()()()dt t i Cdt t di L t u t u E c L ⎰+=+=1，即()()E t u dt t u d LC c c =+22，解为()()01cos c u t E t ω=-，0ω=，可见电容C 上的电压可达到2E 。
也可以这样理解，当电容上电压为E 时，回路中电流达最大值，电感中电流不能突变，继续给电容充电，使得电容上电压达到2E 。
2）如果电源是交流，在15-16个周波后，暂态分量可认为已衰减至零，电容电压的幅值为20220C U E ωωω=-，0ω为回路的自振角频率。
此时电容电压与回路自振角频率和电源频率有关，可见电容上电压在非常大的范围内变化。
8.2 什么是导线的波速、波阻抗？分布参数的波阻抗的物理意义与集中参数电路中的电阻有何不同？解：波阻抗：在无损均匀导线中，某点的正、反方向电压波与电流波的比值是一个常数Z ，该常数具有电阻的量纲Ω，称为导线的波阻抗。
波速：平面电磁波在导线中的传播速度，001C L ±=ν，波速与导线周围介质有关，与导线的几何尺寸及悬挂高度无关。
波阻抗虽然与电阻具有相同的量纲，而且从公式上也表示导线上电压波与电流波的比值，但两者的物理含义是不同的：1) 波阻抗表示只有一个方向的电压波和电流波的比值，其大小只决定于导线单位长度的电感和电容，与线路的长度无关，而导线的电阻与长度成正比；2) 波阻抗说明导线周围电介质所获得的电磁能的大小，以电磁能的形式储存在周围电介质中，并不被消耗，而电阻则吸收电源能量并转变为热能消耗掉； 3) 波阻抗有正、负号，表示不同方向的流动波，而电阻则没有。
电机与拖动习题解答
2- 9
2-11 一台他励直流电动机，额定功率 PN = 5.5kW ，额定电压 U N = 220V ，额定电流 I N = 10A ，额定转速 nN = 1 500r / min ，电枢回路总电阻 Ra = 0.5Ω ，试求：
（1）额定负载时的电磁功率和电磁转矩； （2）忽略电枢反应，且保持额定时励磁电流及总负载转矩不变，而端电压降为 190V，则稳 定后的电枢电流与转速为多少？ 答： （1）额定负载时的电磁功率和电磁转矩 电动势平衡方程为
磁磁动势 Ff 共同建立负载时的气隙合成磁密，必然会使原来的气隙磁密的分布发生变化。 1-5 何谓直流电机的可逆原理？ 答：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，取决于外界不 同的条件。将直流电源加于电刷，输入电能，电机能将电能转换为机械能，拖动生产机械旋转， 作电动机运行；如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，输入机械能，电机能将机械能转换为直 流电能，从电刷上引出直流电动势，作发电机运行。同一台电机，既能作电动机运行，又能作 发电机运行。 1-6 一台直流电机，已知极对数 p=2，槽数 Z 和换向片数 k 均等于 20，采用单叠绕组。 （1）计算绕组各节距； （2）画出绕组展开图、主磁极和电刷的位置； （3）求并联支路数。 Z 20 = =5 答： （1）极矩 τ = 2p 2× 2 电角度 α = 360° p = 360° × 2 = 720° 第一节距 y1 = τ mε = 5 + 0 = 5 ， yk = y = 1 ， y2 = y1 − y = 5 − 1 = 4 （2）绕组展开图如题 1-6 图所示。 （3）2a=4。
1-7
2
第 2 章习题解答
2-1
如何改变他励、并励、串励、复励直流电动机的转向？
《控制电机1~11章》答案解读
第二章直流测速发电机1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势?答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。
由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A 始终与处在N 极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。
2. 如果图2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、B 电刷的极性如何?答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a, S极下导体cd中电势由d指向c。
电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B 与线圈的d 端相接触,故此时A 电刷为正, B 电刷为负。
当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体ab处于S极下,这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反, 于是线圈电势的方向也变为由a 到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。
3. 为了获得最大的直流电势，电刷应放在什么位置? 为什么端部对称的鼓形绕组（见图2 - 3）的电刷放在磁极轴线上? P9-104. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值?答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。
而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL 正比于单位时间内换向元件电流的变化量。
基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL x n2。
同样可以证明ea x n2。
因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。
教科版 九年级 第八章 电磁相互作用及应用知识点
教科版九年级第八章电磁相互作用及应用一、电磁感应:1.电磁感应的探究实验：如图，在两段磁体的磁场中放置一根导线，导线的两端跟电流表连接。
【实验步骤、现象】①当导体AB顺着磁感线上下运动或静止不动时，电流表指针不偏转，说明电路中没有电流。
②当导线AB水平向左运动时，电流表指针向右偏转，表明电路中产生了电流，电流方向是从B到A。
③当导线AB水平向右运动时，电流表指针向左偏转，表明电路中产生了电流，电流方向是从A到B。
①当导线AB水平向左运动时，但先将磁铁的磁极位置对调，电流方向是从A到B。
【实验结论】①产生感应电流的条件：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。
②导体中感应电流的方向，跟导体的运动方向和磁感线方向有关。
【注意事项】②该电路没有电源。
②本实验中的能量转化：机械能转化为电能。
2.1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。
3.电磁感应：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。
4.导体中感应电流的方向，跟导体的运动方向和磁感线方向有关。
5.发电机：发电机是将机械能转化为电能的装置。
●原理：电磁感应现象●能量转化：机械能转化为电能。
6.交流电没有使用换向器的发电机，产生的电流，它的方向会周期性改变方向，这种电流叫交变电流，简称交流电。
它每秒钟电流方向改变的次数叫频率，单位是赫兹，简称赫，符号为Hz。
我国家庭电路使用的是交流电。
电压是 220v 周期是 0.02秒频率是50Hz 电流方向1s改变 100次次。
7.使用了换向器的发电机，产生的电流，它的方向不变，这种电流叫直流电。
（实质上和直流电动机的构造完全一样，只是直流发电机是磁生电，而直流电动机是电生磁）8.实际生活中的大型发电机由于电压很高，电流很强，一般都采用线圈不动，磁极旋转的方式来发电，而且磁场是用电磁铁代替的。
二、磁场对电流的作用:1.探究“磁场对通电导线的作用”：如图所示，把一根直导体AB放在蹄形磁体的磁场里，并与电源、开关、滑线变阻器组成一闭合电路。
直流电机的工作原理
直流电机的工作原理
直流电机是一种将直流电能转化为机械能的装置。
它的工作原理基于洛伦兹力和电动行为的相互作用。
直流电机的核心部件是电枢，由大量线圈组成。
当直流电源施加在电枢上时，电流流经线圈，产生一圈圈的磁场。
在电枢旁边，有一个磁体称为永磁体或者磁场极，它产生恒定的磁场。
当电流通过电枢的线圈时，根据右手定则，线圈内的磁场与永磁体的磁场产生相互作用，产生力矩。
由于电流的方向是可逆的，所以直流电机的转向也是可逆的。
当电流改变方向时，电枢产生的磁场方向也会改变，进而改变了与永磁体的相互作用，实现了转向。
为了实现连续的旋转运动，直流电机需要一个机械装置来改变电枢线圈的方向。
这个装置通常由一个可调整的组件（如换向器和刷子）组成，它能够使电流从一个线圈转移到下一个线圈，从而保持电枢的旋转方向。
总之，直流电机工作的基本原理就是利用洛伦兹力和电动行为，通过电磁感应和相互作用实现电能到机械能的转换。
直流电机PPT精品课件
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单迭绕 组的并联支路数正好等于电机的极数。
这是单迭绕组的重要特点之一。
单迭绕组的特点
• 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。 • 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; • 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为零，
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
二、直流电机的工作原理
磁场定义
直流电机的物理模型
1 直流发电机的工作原理
（1）、换流过程
b
Aa
c
d
B
b
a
A
c
Bd
电势正方向：abcd B+,A-
电势正方向：电势正方向： dcba
B+,A-
c
Ad
b
a
B
（2）直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一
2-2 柴油发电机型号和规格的选择
三、容量计算的原则：
1.柴油发电机的额定容量所供负荷的计算容量
2.柴油发电机的允许起动容量电动机有效起动容
量
柴油发电机额定容量(Sfe) ------主力发电功率(铭牌数据)
所供负荷的计算容量(SJ) ------发电机可能提供负荷的计算容量
柴油发电机允许起动容量(Sfq) ------发电机出口压降达20%时的允许起动容量(铭
转矩方向电：势方向：dcba 电势方向：
c
d
b
a
（2）直流电动机运行时的几点结论
直流电机
• 直流发电机
• 直流电动机 额定转矩
额定转矩TN单位：N.m; 额定功率PN的单位：W
• • • •
1. 他励发电机 这种发电机的励磁电流是由另一直流电源单独供电的 。 2. 自励发电机 发电机的励磁电流由电机电枢提供，它又可分为如下三类。
• (1)并励发电机 • 励磁绕组与电机电枢两端并联连接，由发电机本 身发出的端电压提供励磁电流。 • (2) 串励发电机 • (3) 复励发电机 • • 此外，有些直流电机是用永久磁铁来产生磁场的， • 称为永磁式直流电机。
2. 转子部分
定子由主磁极、换向极、机座和电刷装置
机械能与电能相互转换的 枢纽，因此称作电枢。 电枢主要包括电枢铁心、电枢绕组、换 向器等。
1—轴承；2—轴；3—电枢绕组；4—换向极绕组；5—电枢铁心；6— 7—刷杆座；8—换向器；9—电刷；10—主磁极；11—机座；12—励磁绕组； 13—风扇；14—前端盖
1 - 5 生产机械的机械特性
• 一、生产机械的机械特性 所谓生产机械的机械特性，是指同一轴上负载静阻转 矩和转速之间的函数关系。 可在同一直角坐标系中作出电动机的机械特性和生 产机械的机械特性，用运动方程式对传动系统的运行状 态进行分析。
(一) 恒转矩型机械特性 恒转矩型负载的特点是负载转矩与转速的大小无关，是一常数。 1. 摩擦性恒转矩负载
通过，使定子铁心产生固定磁场，
即定子的主要作用是产生主磁场。
2— 电枢绕组：在固定的磁场中 旋转，主要作用是产生感应电动 势或产生机械转矩，实现能量的 转换。 3—电刷
4—换向片
3、4—换向器：电刷固定不动，换向片与电枢绕组一起旋转， 主要作用对发电机而言是将电枢绕组内感应的交流电势转换成电
第一章.直流电机
直流电机的基本结构总结
主要由定子、转子两部分组成
直流电机
定子
转子
机座 主磁极
电枢铁心
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
1－3 直流电机分类－励磁方式
他励
串励
I Ia I Ia I f
并励
I Ia I f
注： I ：电源输入电流； I a ：电枢电流； I f ：励磁电流
复励
4
5
6 S7
8
9
10 N11
12 13 14 S 15 16
15 16 1 2 3 4
+
5 67
－
8 9 10 11 12 13 14
+
－
+
－
单迭绕组的特点
• 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。
• 并联支路数等于磁极数， 2a=2p;
• 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为 零， 绕组内部无环流；
电刷位置对电枢反应的影响
1. 交轴磁势
与主极轴线正交的轴线通常称为交轴 与主极轴线重合的轴线称为直轴；
2 交轴电枢反应
N
S
主极产生磁场的磁密波形
电枢绕组产生磁场的磁密波形
Fax
1 2
( Nia
Da
2x)
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0
Fax
合成磁场的磁密波形
3 直轴磁势
电刷不在几何中心线上， 电枢磁势分为交轴和直轴分量
n
N：总导体数 Ce：电势常数
电枢电势的认识
Ea
pN 60aLeabharlann nCe n
对电枢电势的认识：
一台制造好的电机， 它的电枢电势(V)正比于每极 磁通φ（韦伯)和转速n（r/min), 与磁密分布无关。
《电机与变压器》教学大纲
《电机与变压器》教学大纲一、课程的介绍本课程是电工专业班级的专业课程。
主要内容包括变压器分类、结构和原理，变压器绕组的极性测定与连接，变压器并联运行、维护和检修，特殊用途的变压器，三相异步电机的基础知识，三相异步电机的运行，单相异步电动机，直流电动机，三相同步电机，特种电机等。
二、教学目的知识目标：1.掌握变压器的结构工作原理；2.变压器的连接与运行；3.掌握常用变压器、直流电动机的结构、工作原理、主要特性和适用维护的知识；4.培养学生对电机、变压器进行一般检测和一般故障分析的能力。
能力目标：1.具备查阅产品样本与手册，合理选择电动机的能力；2.能够对照绕组展开图熟练进行端部接线，掌握电机的拆装工艺；3.具有常用电动机故障分析的能力。
综合素质：1.培养主动学习、自我发展以及团队协作的能力；2.具备综合分析、解决实际问题的能力；3.开拓创新的能力；三、教材和参考书教材：《电机与变压器》（第五版），中国劳动社会保障出版社,2014年参考书：1．《电机与变压器》郑立冬，人民邮电出版社,2008年2．《电机与变压器》于磊，高等教育出版社,2008年3.《电机与变压器》（第四版），中国劳动社会保障出版社,2008年四、学时分配五、课程结构和教学内容第一单元变压器的分类、结构和原理要点：1.电机在电能产生、传输、转换中的作用2.了解电机的发展概况本单元的任务和要求:1-1 变压器的分类和用途1-2 变压器的结构与冷却方式1-3 变压器的原理1-4 实训变压器的空载试验与短路试验第二单元变压器绕组的极性测定与连接要点：1.了解并掌握变压器的极性、连接方法2.了解并掌握铭牌参数信息本单元的任务和要求:2-1 单相变压器绕组的极性测定2-2 三相变压器绕组的连接2-3 电力变压器的铭牌参数2-4 实训：单相变压器绕组极性测定（直观法、仪表测试法）第三单元变压器并联运行、维护和检修要点：1.了解并掌握变压器运行方法2.了解并掌握变压器的维护与维修技术本单元的任务和要求:3-1 三相变压器的并联运行3-2 变压器的维护及检修第四单元特殊用途的变压器要点：1.了解并掌握各种变压器本单元的任务和要求:4-1 自耦变压器4-2 仪用变压器4-3 电焊变压器第五单元电动机的基础知识要点：1.了解并掌握电动机种类、用途2.了解并掌握电动机结构、铭牌及拆装本单元的任务和要求:5-1 电动机的种类和用途5-2 异步电动机的结构5-3 实训：三相异步电动机的拆装5-4 三相异步电动机的工作原理5-5 电动机的铭牌和型号5-6 三相异步电动机绕组第六单元三相异步电动机的运行要点：1.了解并掌握三相异步电机启动、调速2.了解并掌握三相异步电动机反转本单元的任务和要求:6-1 三相异步电动机的启动6-2 三相异步电动机的调速（变极、变转差率、变频调速）6-3 三相异步电动机的反转与制动6-4 实训：三相异步电动机的启动、反转和制动试验第七单元单相异步电动机要点：1.了解并掌握单相异步电机原理、结构2.了解并掌握单相异步电机运行、常见故障本单元的任务和要求:7-1单相异步电动机的原理、结构及分类7-2单相异步电动机的运行7-3 单相异步电动机的常见故障及处理7-4 小功率三相电动机改为单相电动机运行第八单元直流电动机要点：1.了解并掌握直流电机原理、结构2.了解并掌握直流电机运行、性能本单元的任务和要求:8-1 直流电动机的原理、构造、分类及铭牌8-2 直流电动机基本性能分析8-3 直流电动机运行8-4 直流电动机逆运行8-5 实训：直流他励电机试验第九单元三相同步电机要点：1.了解并掌握同步发电机原理、构造2.了解并掌握同步电动机原理、启动本单元的任务和要求:9-1 同步发电机的工作原理9-2 同步发电机的基本结构及应用9-3 同步电动机的工作原理和启动方法9-4 同步电动机功率因数的调整、同步补偿机第十单元特种电机要点：熟悉各种发电机、电动机本单元的任务和要求:10-1 测速发电机10-2 伺服电动机10-3 步进电动机10-4 永磁电机10-5 直线电动机10-6 超声波电动机。
直流发电机工作原理
直流发电机工作原理
直流发电机的工作原理基于电磁感应现象和洛伦兹力的作用。
当一根导线在磁场中运动时，会在导线周围产生感应电动势（即电磁感应）。
而在导线中通过电流时，导线会受到磁场的洛伦兹力作用。
直流发电机通常由一个旋转部件（转子）和一个定位部件（定子）组成。
转子是由一组导线组成的线圈，在两个极端端子上通过外部电源供电，形成直流电流。
定子则是由一组磁铁组成的磁极，产生一个恒定的磁场。
当激励电流通过转子的线圈时，转子就会开始旋转。
当转子旋转时，导线就会穿过磁场，从而在导线中产生感应电动势。
当前产生的感应电动势的方向与磁场和导线的运动方向有关，根据右手定则确定。
然而，单纯的感应电动势并不能保持电流的持续流动。
这是因为转子在每个瞬间只有一部分导线处于磁场中。
为了解决这个问题，直流发电机通常配备了一个整流器装置，可以将感应电动势转化为直流电流。
整流器通常由一个组合的整流子和刷子构成。
整流子是由多个导体组成的旋转部件，由刷子与其接触。
刷子是固定的金属碳刷，通过与整流子摩擦，可以将感应电动势输出为带有特定极性的直流电流。
因此，当转子旋转时，感应电动势会不断地通过整流器转化为
直流电流。
这个直流电流可以用于给外部电路供电，如灯泡、电动机等设备。
直流电机的工作原理
直流电机的工作原理直流电机是一种将直流电能转换为机械能的装置。
它采用的是电磁感应的原理，通过电流在磁场中产生力矩，使得电机运转。
下面将详细介绍直流电机的工作原理。
一、电枢和磁极直流电机的关键部件是电枢和磁极。
电枢由绕组和电刷组成，绕组通常采用导电性能较好的铜线绕制，而电刷则由导电材料制成。
磁极由磁场产生器、磁铁等组成，其作用是产生均匀的磁场。
二、电磁感应在直流电机中，电枢通常由一对相互独立的绕组组成，分别称为电枢绕组和励磁绕组。
当外加电源将电流引入电枢绕组时，电枢绕组中产生的磁场与励磁绕组产生的磁场叠加，形成一个整体的磁场。
三、力矩产生当直流电机接通电源后，电枢中的电流开始流动。
根据洛伦兹力的原理，当导体在磁场中运动时，会受到一个力的作用。
在直流电机中，这个力会产生一个力矩，使电枢开始旋转。
电枢的旋转会改变磁通量的大小和方向，从而产生电感应电动势。
根据霍尔定律，电感应电动势的方向与电流变化方向相反。
这个电感应电动势会阻碍电枢继续增大电流，形成一个反作用力。
当力矩与反作用力达到平衡时，电枢将保持旋转。
四、换向器的作用为了使电枢继续旋转，需要不断改变电枢绕组的电流方向。
这就需要通过一个特殊的装置——换向器来实现。
换向器可以使电流方向周期性地变换，从而改变磁场方向，使得电枢继续运转。
五、直流电机的应用直流电机广泛应用于工业、交通、家电等领域。
在工业领域，直流电机被用于驱动各种机械设备，如风机、水泵、制造机械等。
在交通领域，直流电机被应用于电动汽车、电动自行车等。
在家电领域，直流电机被用于冰箱、洗衣机、吸尘器等家电产品。
总结起来，直流电机的工作原理是通过电磁感应的方式，利用洛伦兹力产生力矩，使得电机转动。
电枢和磁极是直流电机的关键部件。
通过换向器的作用，改变电枢绕组的电流方向，实现电机的连续运转。
直流电机在各个领域都有广泛的应用，促进了社会的发展和进步。
程宪平 机电传动控制(上册)
2 学时
6 学时 14 学时 4 学时 4 学时 2 学时
合 计 44
绪论 机电传动与控制
生产过程的专业关系
机 电 传 动 控 制
电气、仪表、计算机专业 （自动化控制）
电源 控制设备 电动机
生产工艺专业
机电传动系统示意图
传动装置 工作机构
机械设备专业
34
绪论 机电传动与控制
生产过程的专业关系
生产厂 主 专 业 辅 助 专 业
32
绪论 机电传动与控制
4 课程的内容安排
1 2 绪论 第1章 直流电机 2 学时 4 学时
机 电 传 动 控 制
3
4
第2章 交流电动机
第3章 控制电机
4 学时
2 学时
5
6 7 8 9 10
33
第4章 机电传动控制系统的基础
第5章 控制电器与继电器-接触器控制系统 第6章 可编程序控制器 第7章 直流电动机调速系统 第8章 交流电动机调速系统 第9章 步进电动机控制系统
第三阶段：多电动机拖动
一台生产机械的每一个运动部件 分别由一台专门的电动机拖动。
17
绪论 机电传动与控制
2 机电传动及其控制系统的发展概况
机电传动的发展 直流 电动机
他励直流电动机
并励直流电动机 异步电动机 同步电动机 伺服电动机 步进电动机
机 电 传 动 控 制
串励直流电动机
复励直流电动机 鼠笼式 绕线式
机电传动控制
教材：《机电传动与控制》（第三版） 程宪平 主编 华中科技大学
参考教材：《机电传动控制》（第四版） 邓星钟 主编 华中科技大学
目录
《机电传动与控制》（第三版） 程宪平 主编
电机第八章 直流发电机
P
If 继续增加，最后发电 机可自励地建立稳定电压U0。 在P点， U0 = if Rcr ，
Lf di f dt 0
ifRcr
0
If
P点是稳定点，U=U0
U0 Rcr4
4
1
3 2 nN n<n N
左图各场阻线对应的励磁 电阻 Rcr2<Rcr3<Rcr4
Rcr4 是转速为 nN 的空载特 性对应的临界电阻。 临界电阻场阻线与对应空 载特性的稳定点建立的电压略
一、他励发电机运行特性 二、并励发电机运行特性
三、复励发电机运行特性
一 他励发电机运行特性
1、空载特性 2、 外特性
3、调节特性
1、空载特性
怎样测取空载特性? 空载特性测取目的
1、空载特性
n nN
怎样测取空载特性?
实验线路怎样连接？
I 0
U f (I f )
需要什么仪表？
U E a I a Ra
4 E3 E
E0
r
↓E
r
E1
0
If0
If1
If2 If3
If
剩磁 r→ Er → If0 1 E1 →If1 助磁 2 E2 →If2 3
3、励磁回路的总电阻 Rf 应小于与发电机运行 转速相对应的临界电阻。
U0 = if Rcr + L
Lf di f dt 0
di f
f
dt
U0
lf di f dt
T pz 2 a pz 60 a
I a
2 n 60
T1 T T 0
nI a
EaIa
P1 T p 0
电工技术第8章(李中发版)课后习题及详细解答
第8章电动机8.1 三相异步电动机主要由哪几个部分构成？各部分的主要作用是什么？解三相异步电动机由定子和转子两部分组成。
定子和转子的主要部分是铁心和绕组，其中铁心用于产生磁路。
定子绕组用于产生旋转磁场，当在三相定子绕组中通入三相交流电流时，便会在电动机内部产生一个旋转磁场。
转子绕组用于产生电磁转矩，旋转磁场与转子导体之间有相对运动，于是在转子绕组中感应出电流，转子感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，驱动电动机旋转。
8.2 三相电源的相序对三相异步电动机旋转磁场的产生有何影响？分析三相电源的3个电压（或电流）在相位上互差120°，3个电压（或电流）出现幅值或相应零值的顺序称为三相电源的相序，按A→B→C依次滞后120°的顺序称为正序，按A→C→B依次滞后120°的顺序称为逆序。
解三相异步电动机磁场的旋转方向与3个绕组中电流的相序一致：当电流按正序即A→B→C改变时，磁场就沿A→B→C→A…的方向旋转；当电流按逆序即A→C→B改变时，磁场就沿A→C→B→A…的方向旋转。
这和3个绕组中电流的相序是一致的。
由此可见，磁场的旋转方向是由3个绕组中三相电流的相序决定的，即只要改变流入三相绕组中的电流相序，就可以改变磁场的旋转方向。
改变电流相序的方法是将定子绕组接到三相电源上的3根导线中的任意两根对调。
8.3 三相异步电动机转子的转速能否等于或大于旋转磁场的转速？为什么？分析三相异步电动机旋转的必要条件是转差率的存在，即转子转速与旋转磁场转速存在差异。
转差率表示转子转速n与旋转磁场同步转速n0之间相差的程度，是分析异步电动机的一个重要参数。
解三相异步电动机正常运转时转子转速不能等于旋转磁场转速，否则转子导体与旋转磁场之间就没有相对运动，转子导体不切割磁力线，就不会产生感应电流，电磁转矩为零，转子因失去动力而减速。
待到转子转速小于旋转磁场转速时，转子导体与旋转磁场之间又存在相对运动，产生电磁转矩。
秦曾煌《电工学电子技术》(第7版)(上册)(考研真题+习题+题库)(直流电动机)【圣才出品】
本章暂未编选名校考研真题，若有最新真题时会及时更新。
一、练习与思考详解8.2.1 试用教材图8.2.1和图8.2.2的原理图来说明：为什么发电机的电磁转矩是阻转矩?为什么电动机的电动势是反电动势?解：（1）发电机由磁场中运动物体产生电流、感生电动势，故用左手定则，导体中电流所受到磁场作用力的方向及其形成的转矩方向与转动方向相反，为阻转矩。
（2）电动机运行时，电枢线圈中要产生感应电动势，由右手定则可知，此电动势的方向与电流或外加电压的方向相反．故称为反电动势。
8.2.2 试分别说明换向器在直流发电机和直流电动机中的作用。
解：（1）因为直流发电机中，N极下产生的感应电动势方向和与S极下产生的感应电动势方向相反，所以导体旋转一周，感应电动势交变一次。
直流发电机中，共有两个换向器，一个在N极下，一个在S极下；一个引出电流，一个引入电流，其两端电压方向不变，为了在负载中获得直流电压和电流，从而起到整流作用。
（2）在电动机中，外部输入的是直流电，为了使导体在不同磁极下形成方向不变的电磁转矩，必须将直流电变成绕组中的交流电，换向器就是使电压方向在一个周期中改变两次，具体分析即为直流发电机的逆变过程。
8.4.1 在使用并励电动机时，发现转向不对，如将接到电源的两根线对调一下，能否改变转动方向?解：电动机转动方向与电磁转矩T的方向一致，根据T＝K TΦI。
可知，若将电源两根线对调，则Φ和I a 方向同时改变，T 的方向不变，因此不能改变转动方向。
8.4.2 分析直流电动机和三相异步电动机起动电流大的原因，两者是否相同?解：二者不相同。
因为起动时，电动机有转速n ＝0，使反电势E f ＝0，从而造成起动电流很大。
8.4.3 采用降低电源电压的方法来降低并励电动机的起动电流，是否也可以?解：不可以。
当电源电压降低时，电枢电压和励磁电压降低了，起动转矩减小，可能无法起动。
如果稍有转动，那么因为磁通很小，则反电动势也很小，将出现很大的起动电流长时间维持的情况，因而烧坏换向器及电枢绕组。
IEC34电机标准
IEC34电机标准旋转电机第1部分定额与性能一适用范围1.适用范围本推荐标准适用于旋转电机，不受输出功率与电压的限制，但不适用于牵引电机、船用与航电机。
牵引电机须符合IEC出版物48《牵引电动机规则》，101《电动机车辅助电机规则(电动机与发电机)》与102《内燃机车电力传动规则(主直流电动机与发电机)》；船用电机须符合IEC出版物92《船用电气装置》。
注：尽管上述电机不在本标准的适用范围内，但负责此种电机的委员会在他们的推荐标准中往往援引本标准适当的部分。
本标准在通常地应用于汽轮发电机时，须附加许多推荐性条款，如用于IEC出版物34-3中的三相50蒸汽轮发电机。
本标准不能全部地适用于微型电机。
二定义2.概述用于本标准的通常术语的定义，可参考《国际电工词汇第10组》〔见IEC出版物50-10〕。
本标准需用的定义如下。
2.1 定额是由制造厂按照对电机规定的各项要求，并标于铭牌上的电量与机械量连同其运行持续时间与顺序的全部数值。
2.2 额定值定额中各个量的数值。
2.3 额定输出功率定额中输出功率的数值。
2.4 负载说明在某一时刻通过电路或者机械装置加于电机所需要的全部电量与机械量的数值。
2.5 空载指电机在额定条件下按正常的转速运行而无输出的这样一种状态。
2.6 停机与断能电机既无运动，又无电能或者机械能输入。
2.7 工作制对电机所承受的各类负载包含负载、空载、停机与断能及其运行持续时间与顺序的规定。
2.8 工作制类型。
在规定的持续时间内由一组或者多组恒定的负载所构成的工作制。
2.9 热稳固电机各部分所观察到的温升变化达到每小时不超过2℃时的状态。
2.10 负载持续率包含起动与电制动在内的负载时间与整个工作周期时间之比，以百分数表示。
2.11 交流电动机最初起动转矩当输入额定电压与频率时，在静止状态下电动机所产生的最小转矩。
此转矩应用瞬态现象消失后之值。
2.12 交流电动机最初起动电流当输入额定电压与频率时，在静止状态下电动机所汲取的最大均方根电流。
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上式即为直流发电机的转
T1 n
N
· T T0
矩平衡方程式，其中T 为电
磁转矩，T0； S
T与n方向相反，为制动转矩。
当发电机接上负载，电枢电流 Ia与气隙磁场
互相作用产生制动性电磁转矩 T。
4
2、稳态运行时的功率关系和电磁关系
式（8-1）两边同乘Ia得：
交轴电枢磁动势：Faq
A•
( b)
2
19
1、电枢磁动势的空间分布
曲线1 表示电刷移动b
时电枢磁动势空间分布 曲线仍呈三角形波，整 个波形也随电刷偏移b，
Fa
曲 线 1 由 曲 线 2 和 曲 线 3 Fad 合成。
曲线2 表示直轴分量Fad 。
曲线3 表示交轴分量Faq 。
N
S
f
21
Faq
3
0
x
n
1、直流发电机稳态运行时的基本方程式
以他励式为例，如右
Ia
Rr
^^^
图，根据基尔霍夫电压定
律得：
RL U E
Rf
E a IaR a 2 U b IaR L
IaRa2UbU
RL
R a 为电枢回路各绕组总电阻
2Ub为一对电刷下接触电阻的电压降
Ia
U
RaΣ Ea
2△Ub/Ia
2
1、直流发电机稳态运行时的基本方程式
电枢反应对气隙磁通的大小和分布、电机的运
行性能、换向的好坏都有影响。
1、电枢磁动势的空间分布 电枢磁动势的空间分布只决定于电枢绕组中电
流的分布，以电刷为界的电枢表面电流在空间上是
不变的，因此其产生的磁场和磁动势的分布也是固
定不变的。
9
1、电枢磁动势的空间分布
下图为电刷在几何中线上时电枢磁场的空间分布：
第八章 直流发电机
§8-1 概述
现代的电力系统大多数是交流电，但有些场 合还需要用直流电。这时可用电力电子整流装置 将交流电变为直流电，也可直接由发电机得来。
直流发电机种类很多，按励磁方式可分为： 他励发电机和自励发电机，其中自励发电机又分 为并励、串励和复励三种。
1
§8-2 直流发电机的运行原理
把式（8-3）代入式（8-4）得：
P 1 P M p 0 p C p u m p F p e a P 2 ( 8 5 ) 6
2、稳态运行时的功率关系和电磁关系
式（8-5）即为发电机的功率平衡方程式，由此 式可画出功率流程，如下图所示：
P1 T1 PMTEaIa P2 UIa
p f p0pmpF e pa pCuIa2Ra 他励直流发电机的功率流程
10
1、电枢磁动势的空间分布
由磁场分布图可知，磁极中心线下的气隙处电 枢磁动势为零，在几何中性线处达到最大值。
如何计算电枢磁动势Fax？
① 计算电枢线负荷A
② 计算经过距原点±x处的闭合回路磁动势
③ 计算每个气隙段磁动势
④ 磁动势方向规定
⑤ 计算 Fax
11
1、电枢磁动势的空间分布
① 计算电枢线负荷A
b ( b)
b
2
电刷不在几何中性线时
的电枢磁势 。 20
2、发电机中的电枢反应
1)直轴电枢反应
由右图可知电刷顺旋
N
S
转方向转动b时，直轴
f
反应磁势Fad的方向与电
枢
磁
动
势
Ff
的
方
向
相
反
，
E a I a I a 2 R a I a 2 R L p C u P 2 ( 8 3 )
式中 pCuIa2Ra 为包括电枢回路串联各绕组中 的铜损耗和各电刷接触电阻损耗的总损耗功率， 简称铜耗；P2UaIIa2RL是发电机的输出功率。
把式（8-2）两边同乘机械角速度Ω得：
T1TT0
或写成 P1Tp0
(8-4)
5
2、稳态运行时的功率关系和电磁关系
式中P1为原动机输入的机械功率；p 0 是发电机空
载损耗功率，p 0 T 0 p m p F ep a，其中pm是机械损 耗功率，pFe是铁损耗功率，pa附加损耗功率。
PM EaIa为电磁功率，即：
pz pz2 n P M E a Ia 6a 0 na I2a Ia6 0 T
实际一般不用 2Ub，而是用一个等效电阻 R a ， 它是电枢回路总电阻。
则方程式可改写为： E a U IaR a (8 1 ) 式(8-1)中 R aR a2 U b/Ia,此式即为直流
发电机的电压平衡方程式。
3
1、直流发电机稳态运行时的基本方程式
根据受力平衡原理得：
T1 = T + T0
（8-2）
又称电枢表面单位周长上的电流。
A zia zia
Da 2p
当 ia（支路电流）一定时，A是常数。 ② 计算经过距原点±x处的闭合回路磁动势
根据安培环路定律，忽略铁芯中的磁压降进
行计算，注意 A 是常数，x是变量。
12
1、电枢磁动势的空间分布
2H H FL eF e2xA
2H 2xA
13
1、电枢磁动势的空间分布
Bax为马鞍形分布 17
1、电枢磁动势的空间分布
当电刷不在几何中性线而在电枢表面移动了一 段距离b时，电枢表面电流分布的分界线也随电刷 同时移动，此时可将电枢磁动势分为两个分量： 与主极轴线重合的直轴磁势Fad和与主极轴线垂直 的交轴磁势Faq。
18
1、电枢磁动势的空间分布
直轴电枢磁动势：FadA•b
③ 每个气隙段磁动势计算
在一个极距范围内，距原点x处，每个气隙 段的电枢磁动势为:
1 Fax2(2Ax)Ax
④ 磁动势方向规定
正磁动势方向从电枢到主极，负磁动势方
向从主极到电枢。
14
1、电枢磁动势的空间分布
⑤ 计算Fax
Fax=A x
A为常数。x变化范围是：0→/2，- /2→0
电枢磁动势沿空间呈三角形分布（实际电枢 有齿槽，呈阶梯形波）在磁极中心线处为零，几 何中心线处达最大值Fa 。
总损耗为： pp fp m p F ep ap Cu 7
2、稳态运行时的功率关系和电磁关系
流程图中还画出了励磁功率pf ，在他励时该功 率由直流电源供给，并励时该功率为内部损耗。
发电机的效率为：
P2 1 p
P1
P2 p
8
§8-3 直流发电机的电枢反应
直流电机电枢绕组中有负载电流时，它所产生 的磁动势对励磁绕组磁场的影响，称为电枢反应。
Fa= A · /2
15
1、电枢磁动势的空间分布
⑥ 电枢磁通密度的空间分布
Bax0Hax
Hax•FaxAx
H ax
Ax
Bax0
Ax0
Fax
16
1、电枢磁动势的空间分布
极靴下：气隙均匀，
′为常值，Bax随Fax变
化线性变化。
极间范围内：气隙
增大，Bax削弱，呈下 凹形。
′大 N ′大
S
′
大
′常值 ′常值