电机与拖动基础1
电机与电力拖动基础教程(1-3)答案
UN 220 = 75 + = 77.4 A Rf 92
220 2 ) × 92] 92
2 2 输出功率：P2 = P 1 − ∑ p = U N I N − ( pFe + pm + I aN Ra + I fN R f )
= 220 × 77.4 − [600 + 180 + 752 × 0.12 + ( = 15047 W = 15.047 kW P 15047 ∴η = 2 = = 88.37% P1 U N I N ( 2)T2 = 9.55
第1 章 1.2 解：电力拖动系统运动方程式
T − TL =
GD2 dn 375 dt
动态转矩与系统运动状态的关系： (1)当 T-TL=0 时，系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。 (2)当 T-TL>0 时，系统处于加速运行状态，即处于动态。 (3)当 T-TL<0 时，系统处于减速运行状态，即处于动态。 1.7 解：典型的负载特性类型有：恒转矩负载特性、风机及泵类负载特性和恒功率负载特性； 特点： 恒转矩负载特性又有反抗性恒转矩负载与位能性恒转矩负载， 反抗性负载的特点是负 载转矩的绝对值大小不变，但作用方向总是与旋转方向相反，是阻碍运动的制动性转矩； 而 位能性负载的特点是负载转矩绝对值大小恒定不变， 而作用方向也保持不变。 风机及泵类负 2 载特性的特点是其转矩与转速的二次方成正比即 TL ∝n ，这类生产机械只能单方向旋转。 恒 功率负载特性的特点是在不同速度下负载转矩 TL 与转速 n 差不多成反比即 TL ﹒n≈常数。 1.10 解： 电力拖动系统稳定运行的条件有两个， 一是电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有 交点；二是在交点（T =TL）处，满足
电机与拖动技术(基础篇)习题解答
第1章 思考题与习题1-1直流电机由哪些主要部件构成?各部分的主要作用是什么? 答：（一）定子1．主磁极：建立主磁通，包括： 铁心：由低碳钢片叠成绕组：由铜线绕成2．换向磁极：改善换向，包括： 铁心： 型由低碳钢片叠成。
小型由整块锻钢制成。
绕组：由铜线绕成。
3．机座和端盖：固定、支撑、保护，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。
4．电刷装置：与换向器配合，引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。
（二）转子1． 电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。
由硅钢片叠成。
2． 电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机—电能量转换。
由铜线绕成。
3． 换向器：与电刷配合，引入、引出电流，由换向片围叠而成。
4． 转轴和轴承：使电枢和换向器灵活转动。
1-2简述直流发电机的工作原理答：直流发电机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组被原动机拖动旋转切割主磁场感应电动势实为交变电动势(如图示瞬间以导体a 为例), 电枢绕组的a 导体处于N 极底下, 由“右手发电机”定则判得电动势方向为⊙，转半圈后，a 处于S 极下，电动势方向变为⊕，再转半圈，又回到原来位置，电动势又为⊙……,它通过电刷和换向器，把电枢绕组的交流变为外电路的直流。
这就是直流发电机的工作原理。
1-3简述直流电动机的工作原理答：直流电动机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组通过电刷引入直流电，（如图示瞬间以导体a 为例），电枢绕组的a 导体处于N 极底下，电流方向为⊙，由“电磁生力”定则判得产生电磁转矩势方向为逆时针，转半圈后，a 处于S 极下，电流方向变为⊕，产生电磁转矩势方向仍为逆时针，再转半圈，又回到原来位置……,它通过电刷和换向器，把外电路的直流电变为电枢绕组部的交流电，从而产生恒定方向的电磁转矩，使直流电动机沿着一个方向旋转。
这就是直流电动机的工作原理。
1-4在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们各自起什么作用？答：在直流电机中，用电刷和换向器配合，把发电机电枢绕组部的交流电流引出到外电路变为直流电。
电机拖动基础试卷及答案
《电机与拖动》试题库第一部分直流电机一、填空题：1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。
(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。
（Ea 〈U；Ea〉U）3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。
（叠绕组；波绕组；叠）4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。
（相反；相同）5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。
（2p；2）6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。
（每极气隙磁通量；电枢电流）7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。
（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）二、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（）（F）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（）（T）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（F）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（）（F）三、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。
电机与拖动技术(基础篇)习题解答
第1章 思考题与习题1-1直流电机由哪些主要部件构成?各部分的主要作用是什么? 答：（一）定子1．主磁极：建立主磁通，包括： 铁心：由低碳钢片叠成绕组：由铜线绕成2．换向磁极：改善换向，包括： 铁心： 中大型由低碳钢片叠成。
小型由整块锻钢制成。
绕组：由铜线绕成。
3．机座和端盖：固定、支撑、保护，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。
4．电刷装置：与换向器配合，引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。
（二）转子1． 电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。
由硅钢片叠成。
2． 电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机—电能量转换。
由铜线绕成。
3． 换向器：与电刷配合，引入、引出电流，由换向片围叠而成。
4． 转轴和轴承：使电枢和换向器灵活转动。
1-2简述直流发电机的工作原理答：直流发电机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组被原动机拖动旋转切割主磁场感应电动势实为交变电动势(如图示瞬间以导体a 为例), 电枢绕组的a 导体处于N 极底下, 由“右手发电机”定则判得电动势方向为⊙，转半圈后，a 处于S 极下，电动势方向变为⊕，再转半圈，又回到原来位置，电动势又为⊙……,它通过电刷和换向器，把电枢绕组的交流变为外电路的直流。
这就是直流发电机的工作原理。
1-3简述直流电动机的工作原理答：直流电动机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组通过电刷引入直流电，（如图示瞬间以导体a 为例），电枢绕组的a 导体处于N 极底下，电流方向为⊙，由“电磁生力”定则判得产生电磁转矩势方向为逆时针，转半圈后，a 处于S 极下，电流方向变为⊕，产生电磁转矩势方向仍为逆时针，再转半圈，又回到原来位置……,它通过电刷和换向器，把外电路的直流电变为电枢绕组内部的交流电，从而产生恒定方向的电磁转矩，使直流电动机沿着一个方向旋转。
这就是直流电动机的工作原理。
1-4在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们各自起什么作用？答：在直流电机中，用电刷和换向器配合，把发电机电枢绕组内部的交流电流引出到外电路变为直流电。
电机与拖动基础试题及答案 (1)资料
第二部分 直流电动机的电力拖动一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。
（U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem2、直流电动机的起动方法有____ ___。
（降压起动、电枢回路串电阻起动）3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。
（2）4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。
（理想空载转速）5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。
（降压或电枢回路串电阻；弱磁）1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。
（ ）（F ）2、直流电动机串多级电阻起动。
在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。
（ ） （T ）3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。
（ ） （T ）4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。
（ ） （F ）5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。
（ ） （T ）三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2）（1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。
2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3）（1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。
3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。
4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。
电机与拖动基础课后思考题(1-3章)
电机与拖动基础课后思考题第1章电机中的电磁学基本知识1、电机和变压器的磁路常采用什么材料制成这种材料有哪些主要特性答：磁导率高的铁磁材料；特性：磁导率高。
2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的他们的大小与哪些因素有关答：磁滞损耗：该损耗是由于铁磁材料在交变磁场的作用下反复磁化的过程中，磁畴之间不停地互相摩擦，消耗能量，引起的损耗。
其大小与材料的磁滞损耗系数，磁场的交变频率f，磁通密度的幅值Bm的n次方，铁芯重量G有关涡流损耗：损耗是由于铁芯的磁通发生改变时，铁芯中产生感应电动势，并引起漩涡电流而引起能量损耗。
其大小与迟滞损耗因素相似，并且与材料涡流损耗系数和叠加的硅钢片厚度有关。
3、变压器电势、切割电势产生的原因各有什么不同其大小与哪些因素有关答：区别：变压器电势是由变化的磁场经过线圈感应产生的(N线圈匝数、φ磁通)切割电势是由于导线以某一速度，其速度分量与磁场正交切割稳定磁场而感应出电动势（B磁感应强度、L导体切割有效长度、v相对切割速度）4、试比较磁路和电路的相似点和不同点。
答：不同点：1磁路存在漏磁，电路中没有这说法2几乎所有介质都能连成磁路，但是电路需要特定的条件才能形成通路（如低电压不能击穿空气）3磁路为闭合回路，方向由N极出发，S极终结4电路不一定为回路，方向总是由高电势流向低电势相似点：两者在回路当中都符合基尔霍夫第一第二定律、欧姆定律。
5、什么是软磁材料什么是硬磁材料答：软磁材料磁能的储存能力低，磁滞回线较窄，且剩磁Br和矫顽力Hc都小；相对的硬磁材料对于磁能的储存能力高，剩磁Br和矫顽力Hc都小。
6、磁路的基本定律有哪些答：磁路欧姆定律、磁路基尔霍夫第一、第二定律7简述铁磁材料的磁化过程答：O→a为磁化曲线a→b→c为磁滞回线8、磁路计算的步骤是什么答：1、先将磁路进行分段2、先建立数学模型3、根据物理定律和模型列出对应的数学表达式4、联立方程求出未知量9、说明交流磁路与直流磁路的异同点答：同：都符合基尔霍夫定律异：交流磁路幅值随时间变化，具有一定频率，经过导体器件会产生磁滞损耗和涡流损耗；直流磁路幅值恒定不变，不会产生磁滞损耗和涡流损耗。
电机与拖动基础第一章 直流电机
17
二、直流电动机工作原理
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
18
当电枢旋转到下图所示位置时，原N极性下导体ab转到S 极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力 方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈 在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线 19 圈，磁极也并非一对。
三、直流电机的可逆性
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，只是外界条 件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋 转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为 直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直 流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负 载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同 一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
一、直流发电机工作原理 直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。
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当原动机驱动电机转子逆时针旋转180 后 ，如图。
0
可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的 导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的极性 总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。 16
实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个 线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照 一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极 也是根据需要N、S极交替多对。
2）当元件的几何形状对称 时，电刷在换向器表面上 的位置对准主磁极中心线， 支路电动势最大，电枢电 动势等于支路感应电动势。
3）电枢电流等于两条支路电流之和。
43
课外作业
1-13
44
1.3 直流电机的磁场
1.3.1 直流电机的励磁方式
电机与拖动基础1
说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。
磁感应强度B 在数值上可以看成为与磁场方向垂 直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。
磁通 的单位:韦[伯](Wb)
1-4
3 磁场强度H
磁场强度H ：介质中某点的磁感应强度 B 与介质
对于铁磁材料，磁导率μ除了比μ0大得多以外 ，还与磁场强度以及物质磁状态的历史有关，所以 铁磁材料的磁导率μ不是常数。
在工程计算时，事先将各种铁磁材料用试验的 方法，测得它们在不同磁场强度H下对应的磁通密 度B，绘制成B-H曲线，这条B-H曲线，就称为磁化 曲线。将未经磁化的铁磁材料进行磁化，磁场强度 H由零增大时，磁通密度B随之增大，所得的B=ƒ（ H）曲线称为起始磁化曲线。
磁化曲线和 Fe f (H )曲线
1-21
分析磁化曲线
从图中可见，曲线分四段 在oa段：当H增大→B增
大，但B增大速度较慢；
在ab段：当H增大→B 增大，B增大速度快；
在bc段：B随H增大的 速度又较慢；
在cd段：为磁饱和区 （又呈直线段）。其中，a 点称为跗点；拐弯点b称为 膝点；c点为饱和点。
注意：尽管磁路和电路在物理量和基本定律上有一 一对应的关系，但是，磁路和电路仍有本质的区 别：
1）电路中可以有电动势而无电流，磁路中有磁动势 必有磁通
2）电路中有电流就有功率损耗，而在恒磁通下，磁 路中无损耗(直流磁路中有磁通但铁心中没有损耗)
3）电流只在导体中流过，而磁路中除了主磁通外还 必须考虑到漏磁通的影响(磁路中磁通没有绝磁体，磁通在除铁 心中外在周围空气中也有漏磁通)
在磁路(magnetic circuit)中根据磁通的连续性可得： 穿入任一闭合面的磁通必等于穿出该闭合面的磁通，即 磁路中通过任何闭合面上的磁通的代数和等于零，
电机与拖动基础模拟试卷01(含答案)
1 第 1 页 共 8 页模 拟 试 卷《电机与拖动基础》（1卷）一、选择题（共10题，每题2分，共20分） 1. 直流电机电枢绕组中的电流是（ ）。
A ）恒定直流B ）脉动直流C ）交流D ）以上都可能2. 电机能否长期运行，主要应看（ ）。
A ）起动性能是否良好B ）制动是否迅速C ）能量能否回馈给电网D ）温升是否不高于规定值3. 对于双绕组降压变压器，一、二次侧额定值的对应关系是（ ）。
A ）1N 2N 1N 2N 1N 2N ,,S S U U I I >>>B ）1N 2N 1N 2N 1N 2N ,,S S U U I I >><C ）1N 2N 1N 2N 1N 2N ,,S S U U I I =>>D ）1N 2N 1N 2N 1N 2N ,,S S U U I I =><4. 变压器短路阻抗越大，其电压调整率和短路电流就（ ）。
A ）越大/越大B ）越大/越小C ）越小/越大D ）越小/越小5. 从变压器等效电路来看，其空载电流很小的原因是（ ）。
A ）一次绕组电阻大B ）一次绕组漏电抗大C ）励磁电阻大D ）励磁电抗大6. 三相异步电动机正常运行时，其转差率s 的范围应为（ ）。
A ）01s <<B ）01s ≤≤C ）1s <<+∞D ）12s <<7. 三相感应电动机负载增大时，其转差率和定子电流将分别（ ）。
A ）增大/增大B ）减小/减小C ）增大/减小D ）减小/增大8. 若要将一台2极绕线转子异步电动机的转速升高，（ ）是可行的。
A ）变极调速B ）变频调速C ）转子串电阻D ）以上都可行9. 异步电动机带额定负载运行时，若电源电压降低，则其最大电磁转矩和转子电流将分别（ ）。
A ）增大/增大B ）增大/减小C ）减小/增大D ）减小/减小10. 一台三相感应电动机拖动恒转矩负载N T 运行，若电源电压下降10%，则稳定后电动--------------------------------------------------------------------------------------装订线------------------------------------------------------------------------------------1 第2 页 共 8 页机产生的电磁转矩将为（ ）。
第1章 电机与拖动基础解读
图1-7 三相异步电动机的引出线
a) 出线端的排列 b) 丫连接 c) △连接
通常把定于三相绕组的六根出线头都引出来。根据需 要可接成Y型或△型，如图1-8所示Y/△降压起动、起 动过程用丫连接(KM1闭合，KM2断开)，起动过程结 束后切换为△连接(KM2闭合，KM1断开)。 防护等级 IP为防护代号，第一位数字(0～6)规定了电 动机防护体的等级标准。第二位数字(0～8)规定了电动 机防水的等级标淮。如IP00为无防护，数字越大，防 护等级越高。 共他 对于绕线转子电动机还必须标明转子绕组接法、 转子额定电动势及转子额定电流．有些还标明了电动 机的转子电阻，有些特殊电动机还标明了冷却方式等。
图1-2 三相异步电动机的结构图
a）笼型绕组；b）转子外形
图1-3 绕线式异步电动机定转子绕组 及外加电阻的接线方式
2. 异步电动机的简单工作原理： 如图1-4所示。当定子接三相电源后，电动机内便形成 圆形旋转磁场。若转子不转，转子笼型导条与旋转磁 场有相对运动，导条中有感应电动势e，方向由右手定 则确定。由于转子导条彼此在端部短路，于是导条中 有电流，不考虑电动势与电流的相位差时。电流方向 同电动势方向。转子受力，产生转矩 T ，即为电磁转 矩，方向与旋转磁场同方向，转子便在该方向上旋转 起来。
1. 异步电动机的工作原理： 图1-1是一台三相异步电动机，它主要由定子、转子两 大部分构成，定子与转子之间有一定的气隙。定子是 静止不动的部分，由定子铁心、定子绕组和机座组成。 转子是旋转部分，由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
图1-1 三相异步电动机的结构图
1-轴承盖；2-端盖；3-接线盒；4-散热筋； 5-定子铁心；6-定子绕组； 7-转轴； 8-转子；9-风扇；10-罩壳；11-轴承；12机座
电机及拖动基础_试卷和答案
《电机与电力拖动基础》试卷一一、填空题（每空1分，共20分）1、他励直流电动机的机械特性是指在电动机处于稳态运行的条件下转速和电磁转矩的关系。
2、直流电动机的起动方法有：电枢回路串电阻和降压起动。
3、一台接到电源频率固定的变压器，在忽略漏磁阻抗压降的条件下，其主磁通的大小决定于输入电压的大小，而与磁路的基本无关，其主磁通与励磁电流成正比关系。
4、变压器带负载运行时，若负载增大，其铁损耗将不变，铜损耗增大（忽略漏磁阻抗压降的影响）。
5、当变压器负载（φ2>0˚）一定，电源电压下降，则空载电流I0减小，铁损耗P Fe减小。
6、采用短矩绕组绕组和分布绕组绕组可以有效的削弱谐波分量，同时使基波分量减小（增大和减小）。
7、当s在 0~1 范围内，三相异步电动机运行于电动状态，此时电磁转矩性质为驱动性质；在小于1 的范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为制动性质。
8、三相异步电动机根据转子不同可分为笼型和绕线两类。
根据磁滞回线剩磁的大小，铁磁材料分为硬磁材料和软磁材料。
3. 电力拖动系统是由电动机拖动机械机构工作的系统。
4. 直流电动机的励磁方式包括他励、并励、串励和复励，其中他励直流电动机更适合于电动机控制的场合。
5. 电机绕组有两种形式，分别为叠绕组和波绕组。
使用于高电压的为波绕组，使用于大电流的为叠绕组。
6. 直流电机电枢磁场对空载主磁场的影响称为电枢反应。
7. 直流电机在主磁极之间常安装换向极改善换向。
换向极的位置恰好也是几何中性线的位置。
8. 从机械特性上看，第一象限为电动机的正向电动状态，第四象限为电机的反向制动状态。
9. 他励直流电动机的机械特性为硬特性，串励直流电动机的机械特性为软特性。
（硬、软）10.励磁绕组断线的他励直流电动机，空载起动时，将出现飞车 10.励磁绕组断线的他励直流电动机，空载起动时，将出现飞车情况。
情况。
11.一台三相变压器的变比为相电压之比。
12.额定电压为440V/110V的单相变压器，高压边漏电抗16Ω，折合到二次侧后大小为1Ω。
电机与拖动基础第1章-直流电机
当原动机驱动电机转 子逆时针旋转时同，线 圈abcd将感应电动势。 如 右 图 ， 导 体 ab 在 N 极 下，a点高电位，b点低 电 位 ； 导 体 cd 在 S 极 下 ， c点高电位，d点低电位； 电刷A极性为正，电刷B 极性为负。
图1-15 单叠绕组连接顺序表 图1-16 图1-14所示瞬间绕组的并联支路图
即 a=p (5)单叠绕组的特点 1)位于同一磁极下的各元件串联起来组成一条支
路，并联支路对数等于极对数，即a=p。 2)当元件形状左右对称、电刷在换向器表面的位
置对准磁极中心线时，正、负电刷间的感应电动 势最大，被电刷短路元件中的感应电动势最小。 3)电刷刷杆数等于极数。
4、S，SZ，SY系列 此系列是直流伺服电动机，S系列为老产品，SY系列为
图1.10 普通换向器 1-套筒；2-压圈；3-V形云母环；4-换向
片；5-云母片；6-压圈
1.2.2 直流电机的电枢绕组
1.电枢绕组元件 每一个元件有两个元件边，每片换向片又总是接一个元件
的上层边和另一个元件的下层边，所以元件数S总等于换 向片数K，即 S=K
每个元件有两个元件边，而每个电枢槽分上下两层嵌放两 个元件边，所以元件数S又等于槽数Z，即S=K=Z
图1-13单叠电枢绕组的节距
合成节距y，如图1.13所示。
4)换向器节距 每个元件的首、末两端所接的两片
换向片在换向器圆周上所跨的距离，用换向片数
电机及拖动基础知识要点复习
电机及拖动基础知识要点复习电机复提纲第一章：概念：主磁通、漏磁通、磁滞损耗、涡流损耗。
磁路的基本定律：安培环路定律：XXX。
磁路的欧姆定律：作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量Φ乘以磁阻Rm。
磁路与电路的类比：与电路中的欧姆定律在形式上十分相似。
E=IR。
磁路的基尔霍夫定律：1）磁路的基尔霍夫电流定律：穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零。
2）磁路的基尔霍夫电压定律：沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位差的代数和。
第二节常用铁磁材料及其特性铁磁材料：1、软磁材料：磁滞回线较窄。
剩磁和矫顽力都小的材料。
软磁材料磁导率较高，可用来制造电机、变压器的铁心。
2、硬磁材料：磁滞回线较宽。
剩磁和矫顽力都大的铁磁材料称为硬磁材料，可用来制成永久磁铁。
铁心损耗：1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗的能量。
2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。
3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。
第二章：一、换向：尽管电枢在转动，但处于同一磁极下的线圈边中电流方向应始终不变，即进行所谓的“换向”。
二、直流电机的应用：作为电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；作为发动机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。
三、直流电机的主要结构：定子的主要作用是产生磁场，转子又称为“电枢”，作用是产生电磁转矩和感应电动势。
要实现机电能量转换，电路和磁路之间必须在相对运动，所以旋转电机必须具备静止的和转动的两大部分，且静止和转动部分之间要有一定的间隙（称为：气隙）。
四、直流电机的铭牌数据：直流电机的额定值有：1、额定功率PN(kW)；2、额定电压UN(V)；3、额定电流IN(A)；4、额定转速nN(r/min)；5、额定励磁电压UfN(V)。
五、直流电机电枢绕组的基本形式：直流电机电枢绕组的基本形式有两种：一种叫单叠绕组，另一种叫单波绕组。
电机与拖动基础习题1(第3_6章)
第三章：直流电机原理一、简答题：1、换向器在直流电机中起什么作用?在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。
在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。
2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率?直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值3、直流电机主磁路包括哪几部分? 磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分?直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁轭。
磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。
4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向? 如何改变他励直流电动机空载运行时的转向?通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。
改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。
5、直流发电机的损耗主要有哪些? 铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗?电枢铜损耗随负载变化吗?直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。
铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。
这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。
当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。
它与负载的变化几乎没有关系。
电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。
电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。
6、他励直流电动机的电磁功率指什么?在直流发电机中，电磁功率指的是由机械功率转化为电功率的这部分功率。
电机与拖动基础答案(第四版)1-5章
提升速
度给定为
绳索的速度
卷筒外圆线速度
卷筒转速
π
π
电动机转速
于是得
直线运动部分飞轮矩
=3
所以折算到电动机轴上系统总飞轮矩
重物吊起及下放时折算到电动机轴上的负载转矩计算。
重物吊起时，负载转矩折算值
η
重物、导轮 8 及吊钩三者转矩折算值为
算值
所以传动机构损耗转矩为 -Δ
上的负载转矩计算。 空钩吊起时负载转矩
21生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩刨床3400042975080起重机9800提升141200075下降14电梯提升10950042下降1022生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩刨床340004297508017483491748续表生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩起重机9800提升14120007514558363914558下降14120006677283639728电梯提升10950042359022082335902下降1095003815744208235744习题解答21如图21所示的某车床电力拖动系统已知切削力工件直径电动机转速减速箱的三级速比各转轴的飞轮矩为指电动机轴各级传动效率都是09求
等于 1.
(2) 为了使直流电机正、负电刷间的感应电动势最大，只考虑励磁磁场时，
ww 式的直流电动机改变转向时，都要加以考虑。
5. 他励直流发电机稳态运行时的基本方程式与功率关系。 6. 直流电机的可
逆原理。
7. 他励直流电动机稳态运行时的基本方程式与功率关系。
8. 他励直流电动机固有机械特性： 表达式、特性曲线及其特点。这是本章重
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e W
d dt
磁路基本定律
• 电磁力定律
– 电磁力
• 安培力，载流导体在外磁场中受到磁场对它的 作用力
– 洛伦兹电磁力定律——电动机原理
• Lorentz Electromagnetic Force Law • 一根长度为l的直导线通过电流i，当将其放在磁 感应强度为B的均匀磁场中时，如果直导线与磁 感应强度方向垂直，则该导线上受到的电磁力 大小为f=Bli，方向由左手定则确定
Magnetic Flux Density, B (T)
1.8 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
Realtive Permeability
1.6
铁磁材料
• 磁化曲线和磁滞回线
– 起始磁化曲线 – 磁滞回线 – 基本磁化曲线
铁磁材料
• 铁磁材料
– 软磁材料
• 磁滞回线窄，剩磁Br和矫顽力Hc都小的材料 • 磁导率较高，常用于制造电机和变压器的铁心
–有
NI Hl l F Rm
B
l A
磁路基本定律
• 磁路的欧姆定律
F Rm l Rm A
对比
电路中的欧姆定律
V IR l R A
注意： 电导率通常为常数，而磁导率一般不为常数
磁路基本定律
• 示例
– 有一闭合铁心磁路，铁心截面积A=9×10-4m2，磁路的 平均长度l=0.3m，铁心的磁导率为μFe=5000μ0，套装在 铁心上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁 通密度时，需要多少励磁磁动势和励磁电流。
磁路基本定律
• 电磁感应定律
– 楞次定律
• 在变化磁场中线圈感应电动势的方向总是使 它推动的电流产生另一个磁场，阻止原有磁 场的变化
– 变压器电势
• 匝数为W的线圈匝链着的磁通发生变化时， 在线圈两端AX产生感应电动势e • 根据电磁感应定律，e的大小与W和磁通的变 化率成正比。其方向由楞次定律(Lenz’s Law) 来决定
反馈检测器件 功率电子技术 检测技术 电力拖动基础
电力拖动自动控制系统
各类电机与运动控制系统的应用场合
高速火车
奥运会上的新能源车
电动汽车
电机学与电力拖动技术的一般分析方法
• 采用电路和磁路理论的宏观分析方法 • 采用电磁场理论的微观分析方法 分析电机和拖动系统的一般步骤
• 各类电机的基本运行原理和结构 • 根据结构的具体特点，分析各类电机内部的电磁关系 • 根据内部的电磁关系，写出电磁过程的数学描述即数学模型，包 括：基本方程式、等效电路和相量图 • 利用上述数学模型分析计算各类电机的运行特性和性能指标。运 行特性主要是反映电动机机械量输出之间关系的机械特性和发电 机输出电能质量的的外特性； • 根据机械特性和负载的转矩特性讨论各类拖动系统的稳定性、起、
– 进行磁路计算时，可以不考虑磁滞现象，用基本磁化曲线 就行 – 常用软磁材料有电工硅钢片、铸铁、铸钢等
– 硬磁材料
• 磁滞回线宽，剩磁Br和矫顽力Hc都大的材料 • 由于剩磁Br大，常用于制成永久磁铁
– 常用硬磁材料有铝镍钴、铁氧体、稀土钴、钕铁硼等
铁磁材料
• 铁心损耗
– 磁滞损耗
• 铁磁材料置于交变磁场中，材料被反复交变磁化，磁畴相互不 断地摩擦而消耗能量，并以产生热量的形式表现出来，造成的 损耗成为磁滞损耗。
直流磁路
– 励磁电流为直流，磁通恒定不变。如直流电机
交流磁路
– 励磁电流为交流，磁通随时间变化。如交流铁心线圈、变压器、感应电机等磁 Nhomakorabea基本定律
• 电磁感应定律
– 电机的基础理论 – 变化的磁场产生感应电势
• 切割电势
– 导线与磁场有相对运动，导线切割磁力线，导线内产生感 应电势
• 变压器电势
– 线圈内的磁通发生变化时，线圈内产生感应电势
课程概述
• 电机与电力拖动
– 电能是一种应用非常方便的能源 – 电能的生产、变换、传输、应用和控制，绝大 部分使用电机 – 电机是以磁场为媒介进行电能和机械能相互转 换的电磁机械。
• 将机械能传换为电能的称为发电机 • 将电能转换为机械能的称为电动机
– 电力拖动是用电动机作原动力使生产机械产生 运动
铁磁材料
• 磁化曲线和磁滞回线
– 起始磁化曲线
M45 Semiprocessed 26 Gage Steel 2 12000 10000 8000 B (T) µ r 6000 4000 2000 0 0.1 1 10 100 Magnetic Field Intensity, H (oersteds)
制动特性、各种调速方案等
本课程的学习方法
• 以物理概念为主、工程计算为辅 • 重点应掌握各类电动机的基本原来、机械特性以及 与其他生产机械配合时的起、制动方法，调速方案. • 教学和实验结合，理论联系实际
教学资料
• • 教材：《电机及拖动基础》 机械工业出版社 顾绳谷 参考书籍：二方面：电机学；电力拖动
电子与信息工程学院
电机与拖动基础
主讲教师：朱劲
课程概述
• 生产机械拖动
– 大部分早期的生产机械设备由蒸汽机拖动 – 20世纪开始大量使用电机来拖动生产机械设备 – 电机拖动历程
• 直流—交流 • 单电机—多电机
– 控制要求
• 高速—高精度，电机力矩，多电机之间张力，电机伺服等
– 随着电力电子、计算机技术和现代控制理论发展，电 机拖动向全面数字化方向进展
– 真空的磁导率 0 4 10 H m ，为常数 – 铁磁材料 0 ，通常不为常数
7
基本概念
• • • • • • 磁路
– 磁通所通过的路径。路径可以是铁磁物质，也可以是非磁体
磁通
– 主磁通和漏磁通(主磁路和漏磁路)
励磁线圈
– 激励磁路中磁通的载流线圈
励磁电流
– 励磁线圈中的电流
• 基尔霍夫第一定律
– 穿出或者进入任何闭合面的总 磁通恒为零
• 对于有分支的磁路，取闭合面A， 设进入闭合面的磁通为负，穿出 闭合面的磁通为正，有
对比
1
2 3 0
电路中的基尔霍夫第一定律(节点电流)
i 0
磁路基本定律
• 基尔霍夫第二定律
– 沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于 各段磁压降的代数和
– 绝缘性质
• 在电路中可以认为电流全部在导线中流通，导线外没有电流； • 在磁路中，没有绝对的磁绝缘体，除了铁心中的磁通外，实际上总有 一部分漏磁通散布在周围的空气中。
– 电阻率与磁导率
• 电路中导体的电阻率在一定的温度下是不变的； • 磁路中铁心的磁导率却不是常数，是随铁心的饱和程度而变化的。
– 线性与非线性
课程概述
• 本课程是自动化专业一门专业基础课 • 任务
– 掌握常用交、直流电机，变压器的基本结构、工作原 理 – 电力拖动系统的运行分析与计算，设备选择与实验
• 内容
– 研究电机与电力拖动系统的基本理论问题。 – 具有“电机学”和“电力拖动基础”的基本内容
• 特点
– 将电机原理与电力拖动二门课程结合而成的，其理论 性较强，又非常强调实践性
• 由安培环路定律，有
F Ni H k lk H1l1 H 2l2 H 3 1Rm1 2 Rm 2 3 Rm3
k 1
3
对比
电路中的基尔霍夫第二定律(回路电压)
e v
磁路基本定律
• 磁路与电路
– 功率损耗
• 电路中有电流I时，就有功率损耗I2R； • 在直流磁路中，维持一定的磁通量Ф时，铁心中没有功率损耗。
– 磁路计算的逆问题
• 给定励磁磁动势，计算磁路内的磁通量 • 非线性磁路，常采用试探法求解
直流磁路的计算
• 正问题
– 将磁路按材料性质和不同的截面尺寸分段 – 计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk – 计算各段磁路的平均磁通密度Bk= Фk/Ak – 根据Bk求出对于能够的磁场强度Hk，对铁磁材 料， Hk可以从基本磁化曲线上查出，对于空气 隙，可直接用Hδ=Bδ/μ0算出 – 计算各段磁路的磁压降Hklk ，最后求得产生给 定磁通量所需的励磁磁动势F=∑Hklk
磁路基本定律
直流电动机 直流电功率 直流发电机 机械功率 B·l B·l ·
i e
·
F v
磁路基本定律
• 安培环路定律
– 沿着任何一条闭合回线l，磁场强度H的 线积分等于该闭合回线所包围的总电流 值(代数和)。
Hdl i
L
– 对于均匀磁场
HL Ni
磁路基本定律
• 安培环路定律
课程概述
过程自动化 自动化 电气 非电气 单机自动化 开环自动控制 闭环自动控制
现代电气自动控制系统的基本构成 指令系统 计算机 控制器 单片机、数字模拟器 件、控制电器 功率放大 变流装置
执 行 电动机
执行 机械
反馈控制理论 微机原理 单片机原理 电路、 与控制技术 电子学 C语言 计算机控制技术 网络与通信技术
– 注意：任何闭合回线！！！
I
l1
S1 S2
l3 l2
Hdl Hdl Hdl Hdl i NI 理想情况 HL NI U F
L l1 l2 l3
m
其中，Um是该段磁路的磁压，F为磁动势
磁路基本定律
• 磁路的欧姆定律
– 假设
• • • • • • • 等截面无分支的铁心磁路 电流i 励磁线圈N匝 磁路平均长度l 截面积A 材料磁导率μ 不考虑漏磁通 BdA BA
• 电路通常满足线性特点，可以采用叠加原理进行计算 • 磁路通常呈现非线性特点，计算时通常不能采用叠加原理