电机与拖动基础第三章 直流电机原理(第二部分)
李发海电机与拖动基础第四版第三章.
2. 自励直流电机 （1）并励直流电机 励磁绕组与电枢绕组并联连接，如图3.12（b）。 （2）串励直流电机 励磁绕组与电枢绕组串联，流过相同电流，如图3.1（c）。 （3）复励直流电机 励磁绕组分两部分，一部分与电枢回路串联，另一部分与电
枢回路并联。如图3.12 （d）。连接时，可先串后并，也可先并 后串。 不同励磁方式的直流电机有不同的特性。
示意图。若N为一个磁极上的励磁绕组匝数，励磁电流为I 时， 每极的励磁磁通势为：F = I N 。
图 3.8 四极直流电机 空载时的磁场示意图
图中主磁通的路径是： 从N极、经气隙、经电枢齿、经电枢轭、到另一部分电齿、再 到气隙、经S极、经定子轭、回到N极。称为 主磁路。
图中只与励磁绕组相链的磁通为漏磁通，其所经过的路径称 为漏磁路。
（3-12）
式中 ia = Ia/2a 为导体里流过的电流，Ia为总电流， a为支路
对数。
一根导所产生的转矩为
（3-13）
式中 D = 2 p τ/π 为电枢直径。
总电磁转矩为
（3-14）
将 Bav
li
代入式（3-14）得
（3-15）
式中
为转矩常数。若 Φ 的单位为Wb, 电流的单位
为A, 则转矩 T 的单位为 N·m
Z e 代表电机总虚槽数,用 u 每个实槽中的虚槽数，见图3.13 (c)。则总虚槽数为： 此时绕组的总导体数为： 直流电机最基本的形式有两种，即单叠绕组和单波绕组。
3.4.1 单叠绕组 1.节距 （见图3.14） （1）第一节距 y 1 ： 指同一元件两元件边的间距，用虚槽数
或换向片数表示。
式中 ε是使Y1凑成整数的一个分数。
第三章 直流电机原理
《电机与拖动基础》教学大纲
山西大同大学工学院《电机与拖动基础》教学大纲大纲适用：自动化专业、电气工程及自动化等相关专业总学时：80学时，4学分编写：机电工程系执笔：王官升一、大纲说明（一）课程的性质和任务本课程是自动化专业、电气工程及自动化等相关专业的一门专业技术基础课，其任务是使学生掌握电机的基本结构、工作原理和性能参数，电力拖动系统的各种运行方式、动静态性能分析以及电机选择和实验方法，电力拖动系统的基本理论，计算方法；同时要求掌握基本的实验方法和操作技能以及常用电气仪表（器）的使用。
为进一步学习“电力电子拖动自动控制系统”、“PLC控制系统”等课程准备必要的基础知识。
（二）本课程与其它课程的关系学习本课程必须具备“电路原理”或“电工基础”课程的基本知识。
三、教学内容及基本要求绪论第一章电机的基本原理第一节电磁感应掌握电磁感应定律及物理意义第二节机电能量转换基本原理了解磁路的基本概念和分析方法第三节电机的基本结构与工作原理掌握电机的基本原理和结构第四节电机的能量损耗与发热理解电机的能量损耗与发热过程第二章电力拖动系统的动力学基础第一节电力拖动系统的运动方程掌握电力拖动的系统的运动方程，并能熟练运用于电力拖动系统的分析和研究第二节生产机械的负载转矩特性了解生产机械的负载特性，掌握各种负载特性的特点第三节电力拖动系统的稳态分析——稳定运行的条件掌握电力拖动系统的稳态分析方法，并能用于分析电力拖动系统的稳定问题第四节电力拖动系统的动态分析——过渡过程分析第五节多轴系统电力拖动系统的简化第三章直流电机原理第一节直流电机工作原理及结构掌握直流电机的基本原理和结构第二节直流电机电枢绕组磁场掌握直流电机的电枢绕组和磁场的磁通分布第三节电枢绕组感应电动势和电磁转矩掌握感应电动势和电磁转矩的计算方法第四节直流电机的基本方程和工作特性了解直流电机的基本方程和工作特性第四章直流电动机拖动基础第一节直流电动机机械特性分类第二节他励直流电动机的机械特性了解他励直流电动机的机械特性第三节他励直流电动机的起动了解他励直流电动机的起动第四节他励直流电动机的调速掌握他励直流电动机的调速指标、方法、方式与负载类型第五节他励直流电动机的制动了解他励直流电动机的制动第六节他励直流电动机的四象限运行第五章变压器第一节变压器的用途、结构及铭牌掌握变压器的基本原理与结构第二节变压器的空载运行和负载运行了解变压器的空载运行和负载运行第三节变压器的等效电路和参数测定掌握变压器的等效电路和参数测定第四节变压器的运行特性了解变压器的运行特性第五节三相变压器掌握三相变压器的结构特点第六节其它用途的变压器第六章交流电机的旋转磁场理论第一节电枢绕组的磁动势了解电枢绕组的磁动势第二节旋转磁场的形成和特点理解旋转磁场的形成和特点第三节交流电机的主磁通和漏磁通理解交流电机的主磁通和漏磁通第七章异步电机原理第一节概述第二节三相异步电动机的结构及工作原理掌握异步电机的结构和运行方式第三节异步电动机转子静止时的电磁关系掌握异步电动机的电磁关系第四节异步电动机转子旋转时的电磁关系理解异步电动机的功率关系，转矩的关系第五节对称运行的等值电路及相量图第六节负载运行的功率和转矩第七节异步电动机负载运行的功率和转矩第八节三相异步电动机的工作特性了解异步电机的工作特性第八章同步电动机的原理第一节同步电动机的结构和工作原理掌握同步电动机的结构和基本工作原理第二节同步电动机电压方程式和相量图第三节同步电动机电压平衡方程式和相量图能掌握同步电动机的电压方程和相量图第四节同步电动机功率方程功角特性理解同步电机的功率方程和功角特性第五节同步电动机的功率因数及U形曲线理解同步电动机的功率因数调节和U形曲线第八章交流电机拖动基础第一节异步电动机的机械特性理解异步电动机的机械特性第二节异步电动机的起动掌握异步电动机的起动方式第三节异步电动机的调速了解异步电动机的调速方法第四节异步电动机的制动了解异步电动机主要的三种制动方法第十章电力拖动系统电动机的选择第一节电动机的型号和铭牌参数理解电动机的型号和铭牌参数第二节电动机的绝缘等级与工作制分类了解电动机的绝缘材料及工作制分类第三节不同工作制下电动机的功率选择了解电动机不同工作制下的功率选择第四节电动机额定数据的选择理解电动机的额定数据第十一章特种电机第一节单相异步电动机掌握单相异步电动机的工作原理及分类第二节磁阻式同步电动机了解磁阻式同步电动机的工作原理、基本结构与起动问题第三节磁滞式同步电动机了解磁滞同步电动机的基本结构及工作原理第四节步进电动机了解步进电动机的基本结构及工作原理第六节直线电动机了解直线电动机的基本结构及工作原理。
《电机与拖动基础》课程教案
日期：
地点： 教
第 2 章
电力拖动系统的动力学基础
第 1 节 典型生产机械的运动形式及转矩
第 2 节 电力拖动系统的运动方程式
第 3 节 多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算
第 4 节 负载的机械特性
教学重点:
运动方程式、负载机械特性。
教学难点:
运动方程式。
讲授主要内容:
典型生产机械的运动形式及转矩、电力拖动系统的运动方程式、多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算、负载的机械特性等。
本次课主体教学方式、方法：
教师主讲、习题课（第二章内容）
布置作业
思考题：P48 2-1、2-2、2-3、2-4、2-7、补充题
作业： P48 2-9
教学后记
下次从第三章直流电动机的电力拖动讲起。
课程第 7 讲
第 4 周
日期：
地点： 教
第 3 章
直流电动机的电力拖动
第 1 节 他励直流电动机的机械特性
作业：P33 1-3 、 1-4
教学后记
下次从直流机的感应电动势和电磁转矩讲起
课程第 3 讲
第 2 周
日期：
地点： 教
第 1 章
直流电机原理
第 5 节 直流电机的电枢电动势与电磁转矩
第 6 节 直流发电机
第 节
第 节
教学重点:
直流机电枢电动势与电磁转矩、直流发电机基本方程式和工作特性
教学难点:
并励直流发电机自励过程
转子转动时的电磁关系、转子电路、定转字的磁动势平衡关系、折算与等值电路、功率传递与损耗、电磁转矩与转矩平衡关系等。
本次课主体教学方式、方法：
教师主讲
布置作业
思考题：P179 5-23
电机及拖动基础
B1
B2
/ 2 A
0.613 10 3 4 10 4
/2T
0.766T
由图1-10中DR530的磁化曲线查得，H1 H2 215 A/ m 则左右两边铁
心段的磁压降
H1l1 H 2l2 215 15 10 2 A 32.25 A
(4)总的磁动势和励磁电流为
Ni H1L1 H 3L3 2H (4818 87.75 32.25) A 4938 A
，
铁心l 的0导.3m磁率
（注Fe意 它500仅o仅是一点，就是导
磁率使得磁路不是线性的），套在铁心上的励磁绕组
500匝。求铁心产生1（T）的磁通密度，需要多少磁动
势和励磁电流
解：
用安培环路定律 磁场强度： H
B / Fe
1
5000
107
A / m 159A / m
磁动势： F Ni Hl 159 0.3 47.7A
励磁电流：
i F / N Hl / N 47.7 9.54 102 A 500
3。磁路的基尔霍夫定律
A
（1）磁路的基尔霍夫第一 定律
当铁心带有分支而不是 2 简单回路，如图在铁心
N
3
柱上加有磁势时，磁通
的路径图中虚线所示。 在闭合面中A中，串入和 流出的总磁通等于零。
1
图1—4 磁路的基尔霍夫 第一定律
i Ni 4938 A 2.469 A N 2000
第四节 交流磁路的特点
铁心线圈中通以直流电流来励磁:分析简单.励磁电流恒定. 线圈中无感应电动势,电流大小取决于线圈电阻本身.功 率损耗只有 I 2 R
铁心线圈中通以交流电流来励磁:分析复杂.励磁电流交变. 线圈中有感应电动势,电流,电压及功率损耗分析和直流 有所不同.但瞬时和直流磁路是一样的,可以遵循基本磁 化曲线.磁通量和磁密用交流的瞬时值表示,磁动势和磁 场强度用有效值表示.
第三章 直流电机(2-5)
3）绝缘材料：作为带电体之间及带电体与铁心间 的电气隔离，要求耐热好，介电性能高。 4）结构材料：使电机各个零件构成一个整体，要 求材料的机械强度好，加工方便，重量轻。 四、电机的发热： 任何机械装置工作了一段时间后，都会出现发热 的现象，我们已经学过了电工，那么，很显然， 这是损耗的出现所导致的结果。 1、温升：电机的温度在工作了一段时间后不在上升 而达到某一稳定数值，此值和周围冷却介质温度 之差，我们称之为温升。 电机的温升不仅取决与损耗的大小和散热情况， 还与电机的工作方式有关：
铁心是导电的，交变的磁通也能在铁心中感 性电动势，并引起环流，这些环流在铁心内 部围绕磁通做涡流状流动，称为涡流。涡流 在铁心中引起的损耗称为涡流损耗
磁滞损耗和涡流损耗，总称铁心损耗
PFe CFe B f G
2 m 1.3
硅 钢 片 中 的 涡 流
B
八、能量守恒定律： 物理中的能量守恒定律在这里同样使用， 稳态运行时，
电刷A与B间的电动势波形
思考：如果没有换向器，电刷A、B间的电动势 波形是什么样的？
2、直流电动机的工作原理
在电动机中换向器和电刷的作用
换向器和电刷的共同作用是： 1、保证了每个磁极下线圈边中的电流始终是一个方 向，使电动机能连续的旋转。 2、将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电； 3、把外面不转的电路与转动的电路连接。 思考：若无换向器，会出现什么结果？
电刷
b
N
a c
S + U –
I F IE Fd Tn NhomakorabeaE
换向片
当直流电机运行于发电状态时，感应电动势 的方向与电枢电流的实际方向相同。电枢绕组通 过电刷输出电能。
2. 电磁转矩 直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia)与磁 通 相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的 电磁转矩公式为 T=CT Ia
《电机与拖动基础》教学大纲
《电机与拖动基础》教学大纲课程名称：电机与拖动基础适用专业：2016级电气工程及其自动化（专升本函授）、2016级电气自动化技术（专科业余函授）、2016级电气工程及其自动化（专升本）、2016级电气自动化技术业余函授（专科）辅导教材：《电机与拖动基础（2版）》汤天浩编著机工出版一、本课程的地位、任务、作用《电机与拖动基础》为电气工程及其自动化、自动化专业的一门必修课。
本课程是继数学、物理、电路等有关理论基础课之后必修的课程，系统地阐述主要类型电机：直流电机、变压器、交流感应电机、同步电机的工作原理、电磁过程、基本方程式、等效电路等内容。
通过本课程的学习，使学生对电机的基本理论、分析方法及其电机的应用有比较完整的理解和掌握，为后续专业课的学习及从事电气工程学科的工作打好基础。
二、本课程的相关课程先修课程有：《高等数学》、《大学物理》、《电路分析》等。
三、本课程的基本内容及要求第一章电机的基本原理1．了解本课程的性质和任务；电机与拖动技术的发展概况；电机的主要类型。
2．掌握电机理论中常用的基本电磁定律；铁磁材料的特性。
第二章电力拖动系统的动力学基础1. 掌握电力拖动系统的运动方程。
2．熟练掌握生产机械的负载转矩特性。
3. 理解电力拖动系统稳定运行的条件。
第三章直流电机原理1．理解直流电机空载和负载时的磁场及电枢反应；电机的可逆原理。
2．掌握直流电机的基本工作原理和结构；直流电机单叠绕组与单波绕组；直流电机的换向。
3．熟练掌握直流电机电枢电动势、电磁转矩和电磁功率；直流电机的运行原理、电动机惯例、基本方程式、机械特性、工作特性及相关运算。
第四章直流电机拖动基础1．掌握单轴系统运动方程式；生产机械的负载转矩特性；他励直流电动机的机械特性。
2．熟练掌握他励直流电动机的起动、制动和调速的特点、过程分析和相关运算。
第五章变压器1．了解三相变压器磁路系统；三相变压器绕组接法和磁路系统对电动势波形的影响。
2．理解单相变压器空载运行物理现象及电势、电流分析；变压器工作特性。
《电机与拖动基础》习题解答
《电机与拖动基础》习题解答第一章 直流电机原理P331-21一台并励直流发电机N P =16kW , N U =230V,N I =69.6A ,N n =1600r/min,电枢回路电阻a R =0.128Ω,励磁回路电阻f R =150Ω,额定效率N η=85.5%.试求额定工作状态下的励磁电流、电枢电流、电枢电动势、电枢铜耗、输入功率、电磁功率。
解：fN I =N f U R =230150=1.53A aN I =N I +fN I =69.6+1.53=71.13A aN E =N U +aN I a R =230+71.130.128⨯=239.1Vcua p =2aN I a R =271.130.128⨯=647.6WaN E aN I =239.171.13⨯=17kW输出功率1N p =N N P η=1685.5%1685.5%=18.7kW1-29并励直流发电机N P =7.5kW , N U =220V , N I =40.6A , N n =3000r/min,Ra=0.213Ω.额定励磁电流fN I =0.683A,不计附加损耗，求电机工作在额定状态下的电枢电流、额定效率、输出转矩、电枢铜耗、励磁铜耗、空载损耗、电磁功率、电磁转矩及空载转矩。
解： a I =N I -fN I =40.6-0.683=40AP 1=N U N I =22040.6⨯=8932W N η=1N p p 100%⨯=75008932100%⨯=84% 2T =9550N N p n =95507.53000⨯=24N ·m cua p =2a I Ra=240⨯0.213=341W2203220.683N f fN U R I ===Ω 2cuf fN f p I R =∙=2200.683N fN U I ∙=⨯=150W0189327500341150941N cua cuf p P P p p =---=---=189323411508441M cua cuf P p p p =--=--=WT =9550M Np n =95508.4413000=27 N ·m 02T T T =-=27-24=3 N ·m第二章 电力拖动系统的动力学P482-9 负载的机械特性又哪几种主要类型？各有什么特点？答：负载的机械特性有：恒转矩负载特性、风机、泵类负载特性以及恒功率负载特性，其中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，反抗性负载转矩的特点是它的绝对值大小不变，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，而位能性转矩的特点是转矩绝对值大小恒定不变，而作用方向也保持不变。
电机与拖动课程教学大纲
电机与拖动》课程教学大纲英文名称： Motors and Electric Drives一、课程说明1．课程性质：学科基础选修课。
2．课程的目的和任务本课程的目的和任务是使学生掌握常用的交、 直流电机， 控制电机及变压器等的 基本结构与工作原理以及电力拖动系统的运行性能、 分析计算及电机选择与实验方法 等，为学习《机床电气控制》及《机电一体化系统设计》等后续课程准备必要的基础 知识。
3． 适应专业：本大纲适用于机械电子工程、电气化与自动化等非电机制造类专业的 本科课程教学。
4． 学时与学分总学时 80学时，其中理论教学 66 学时，实验教学 14学时，共 4.5 学分。
教学 学时分配见第四部分。
先修课程：电路分析基础、模拟电子技术、电力电子技术等。
推荐教材或参考书目：（含教材名，主编，出版社，出版年份） 推荐使用由电子工业出版社出版，邱阿瑞主编的《电机与电力拖动》教材。
主要参考书目： （1）（2） （3） （4） （5） （6） 主要教学方法与手段本课程采用课堂教学与模型、实验教学相结合的方法。
共开设有关实验 14 个学 时，具体实验内容与所需实验仪器、设备等见实验大纲要求。
8．考核方式：（说明，成绩评定办法）理论考试成绩占 70％，实验及平时作业等占 30％。
9．课外自学要求 （ 包含作业要求 ）5．6．7．唐介主编 . 电机与拖动 . 北京：高等教育出版社， 2003顾绳谷主编 . 电机及拖动基础（第二版） . 北京：机械工业出版社， 1997 朱东起主编 . 电机学（上、下册） . 北京：中央广播电视大学出版社， 1995 李发海等编著 .电机学（上、下册 ）. 北京：科技出版社， 1991 杨兴瑶编 . 电动机调速的原理及系统 . 北京：水利电力出版社， 1979 丛望，郭镇明编 . 电机学 .哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 1996课前需要预习，课后看书复习。
每一章后留适量的作业，要求按时完成。
电机与拖动基础答案(第四版)
电机与拖动基础答案(第四版)电机与拖动基础答案(第四版)第一章电机基础知识1.1 电机的定义及分类电机是一种将电能转化为机械能的设备。
根据电源类型和工作原理的不同，电机可分为直流电机和交流电机两大类。
1.2 电机的工作原理直流电机的工作原理基于电流的方向和大小来决定磁场的方向和大小，从而产生电磁力。
交流电机则是通过电流的频率和大小的变化来产生旋转磁场，从而实现转动。
1.3 电机的结构及组成电机主要由定子、转子、电磁铁、机械轴等部件组成。
定子和转子之间的磁场交互作用使电机能够产生转动。
1.4 电机的性能参数主要包括额定功率、额定转速、效率、启动方式、绝缘等级等。
这些参数可以帮助我们选择合适的电机来满足特定的工作需求。
第二章拖动系统基础知识2.1 拖动系统的定义和组成拖动系统是由电机和负载设备组成的一套驱动装置，用于实现设备的运动和控制。
它包括电机、传动装置、控制装置等。
2.2 传动装置的分类传动装置通常分为机械传动和电子传动两种类型。
机械传动包括齿轮传动、带传动、链传动等，而电子传动主要使用变频器等电子设备来实现。
2.3 拖动系统的控制方式拖动系统可以采用手动控制、自动控制和远程控制等方式。
不同的应用场景需要选择合适的控制方式来实现对拖动系统的灵活控制。
第三章电机和拖动系统的选型和设计3.1 选型要点和方法根据实际工作负载和运行环境条件，我们需要明确电机的功率、转速、绝缘等级等要求，并结合实际情况进行合适的选型。
3.2 设计要点和方法拖动系统的设计需要考虑传动装置的类型、传动比、传动效率等因素。
同时，还需要综合考虑安全性、可靠性和经济性等方面的要求。
3.3 电机和拖动系统的故障分析与排除当电机和拖动系统发生故障时，我们需要进行故障分析，找出问题的原因，并采取相应的措施进行排除，以确保系统的正常运行。
结语电机与拖动基础答案(第四版)对于理解电机的基本原理和拖动系统的选型设计具有重要的参考价值。
通过深入学习和理解这些知识，我们可以更好地应用电机和拖动系统，为各行各业提供高效、安全的驱动方案。
电机与拖动基础习题1(第3-6章)
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。
电机与电力拖动基础 (全)
何中性线处的导体上. 2.绕组只画一层,都在电枢表面上. 3.电流方向以电刷为分界线. 4.电枢磁场以电刷为极轴线,电刷 处磁势最强,主磁极的极轴线处
⊕⊙⊕⊙⊕⊙S⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕N⊙⊕⊕⊙⊙
电枢磁势为零.电枢磁势与主磁极
磁势正交,称交轴电枢磁势 .
把电枢圆周从电刷处切开展成 直线并以主磁极轴线与电枢表面 的交点为空间坐标的起点,这点的 电枢磁动势为零. 电枢磁动势沿空间的分布: 电枢线负荷--- 电枢圆周表面单位
一、直流电机的电枢电动势
电枢电势是指电机正常工作时电枢绕组切割气隙磁通 产生的刷间电动势 。
刷间电动势等于其中一条支路的电动势。 推导过程: 设绕组为整距元件,电刷在几何中线上.
如电枢绕组总导体数为N, 并联电路数为2a 则绕组每条支路的导体数为N/(2a). 如每根导体的平均电动势eav,则支路电动势即刷间电动势,
本课程的性质、任务及学习方法
1、性质：在工业电气自动化专业中，《电机原 理及拖动》是一门十分重要的专业基础课或称 技术基础课。
2、任务：我们所从事的专业决定了我们是从使 用的角度来研究电机的。因此，我们着重分析 各种电机的工作原理和运行特性，而对电机设 计和制造工艺涉及得不多。但对电机的结构还 要有一定深度的了解。
长度上的安培导体数.
A=
N ia πD
应用全电流定律,有ΣHl=2Ax
认为总磁势全部降在两段气隙上
2Fax=2Ax 即 Fax=Ax 磁密 Bax=μ0Hax=µ0Fax /δ
n
N
S
⊙⊙⊙⊙ ⊕⊕⊕⊕
xx xx Fax
0x
Bax
x n
二、电刷位于几何中性线上时的电枢反应
此时电枢磁动势刚好与主磁极磁动势正交，故称这
电机与拖动基础(第2版)(复习题解答)
电机与拖动基础第一章电机的基本原理 (1)第二章电力拖动系统的动力学基础 (6)第三章直流电机原理 (12)第四章直流电机拖动基础 (14)第五章变压器 (29)第六章交流电机的旋转磁场理论 (43)第七章异步电机原理 (44)第八章同步电机原理 (51)第九章交流电机拖动基础 (61)第十章电力拖动系统电动机的选择 (73)第一章 电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。
答：电与磁存在三个基本关系，分别是（1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。
感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即 tΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。
（2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。
这种导体在磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出Blv e =而感应电动势的方向由右手定则确定。
（3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力。
载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l 以及通电电流i 成正比，即Bli F =电磁力的方向可由左手定则确定。
1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。
答：磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人为造成的磁通闭合路径就称为磁路。
而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电回路，也可以说电路是电流所流经的路径。
磁路与电路之间有许多相似性，两者所遵循的基本定律相似，即KCL：在任一节点处都遵守基尔霍夫第一定律约束；KVL：在任一回路中都遵守基尔霍夫第二定律；另外，磁路与电路都有各自的欧姆定律。
直流电机原理
（3-1）
由电枢转动的机械角速度与感应电动势角频率e 的关系
e np
2π n 60
（3-2） （3-3）
-40-
第三章 直流电机原理 式（3-1）表示的直流电机感应电动势可写成 2n p N n Ea Φ 4np NΦ （3-4） π 60 由于电枢绕组的匝数N与电枢总有效边数Z以及支路对数a的关系 为 N = Z/4a， Z n np Z E a 4n p Φ Φn 4a 60 60a 令 Ce
I a 2aia
第三章 直流电机原理
单波绕组
波绕组：同一极性下的所有元件串联成一条支路，首末端相连 的两个换向片相隔很远，两元件紧相串联后形似波浪。
最大特点：
支路对数恒为 1， 与磁极对数无关！ 电枢电流等于两倍支路电流
I a 2ia
第三章 直流电机原理
电枢绕组装配图
第三章 直流电机原理
转轴 轴承 换向器 电枢铁心 电枢绕组 风扇 轴承
图3-4 直流电机的电枢
-13-
第三章 直流电机原理 3. 换向器和电刷
换向器安装在转轴上，有许多梯形截面的换向片围叠组成 一个圆柱体，相邻的换向片用云母片彼此绝缘。 换向器的作用是将电枢绕组内的交流电动势用机械换接的方 法转换成电刷间的直流电动势。
N
If N 励磁线圈 S 电刷
几何中线
电枢线圈 主磁通 主磁通 电动机 旋转方向
漏磁通
S
a) 图3-8 空载时的磁场分布
a) 空载时的磁场分布 b) 主磁场磁密分布曲线
发电机 旋转方向
b)
-33-
第三章 直流电机原理 主磁通0 的大小决定于励磁磁动势Ff 、磁路各段几何尺寸和 选用的材料性质。在磁路尺寸和材料已定的情况下，0 与Ff 满足 图3-9所示的 0 = f（Ff ）关系曲线。若励磁绕组匝数一定，磁动 势Ff 便与励磁电流If 成正比，使 0 = f（Ff ）= f（If ），称为磁 化曲线。 磁化曲线表明，电机中磁 通增大时，磁通与磁动势成线 性正比，但当磁通达到一定数 值时，磁通增长缓慢，呈饱和 趋势，随着磁动势继续增加， 磁通趋于平直。一般电机空载 时，电机的磁场处于磁化曲线 浅饱和区的a点。
《电机与拖动》教学大纲
《电机与拖动》教学大纲学分：4.5 总学时：81理论学时；72 实验学时：9面向专业：电气工程及其自动化大纲执笔人：郗忠梅大纲审定人：李有安一、说明1、课程的性质和目的《电机与拖动》是电气工程及其自动化专业的一门必修的专业基础课。
本课程的主要任务是使学生掌握变压器、交流电机和直流电机的基本知识、基本理论、基本计算方法和一般运行分析问题以及电力拖动系统的运行情况，为后续专业基础课和专业课的学习打好必要的基础。
电机实验是本课程的重要教学环节。
通过实验可对变压器和各类电机的工作特性，基本原理和理论计算加以验证，使学生掌握电机基本实验的原理和方法，初步掌握对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力，并提高实验技能和熟练程度。
2、课程教学的基本要求理论知识方面：本课程宜安排学生在学完电路、电子等有关基础课程之后的第四学期，内容上注意与以上学科的衔接，课堂教学应力求使学生理解基本概念，掌握基本内容。
实验技能方面：熟练掌握电工仪表的使用方法和各种电机线路的正确接线方法等。
3、课程教学改革总体设想：在有限的教学时间内尽可能多传授给学生有关电机学方面的理论知识。
为了与后继课程的连续性，多增加同步电机的理论知识的讲述学时数。
二、教学大纲内容（一）课程理论教学第一章绪论（2学时）第一节教材内容与课程性质第二节本课程常用的物理概念和定律本章重点、难点：1、安培环路定律2、变压器电动势。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。
思考题：1、变压器和电机的磁路常采用什么材料制成，这种材料有哪些主要材料？2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因数有关？第二章电力拖动系统动力学（2学时）第一节电力拖动系统转动方程式第二节负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件负载的转矩特性、电力拖动系统稳定运行的条件。
本章重点、难点：电力拖动系统稳定运行条件。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。
电机与拖动基础--直流电机2
第三章 直流电机的原理
3.3 直流电机的电枢绕组简介
3.3.3 单波绕组
单波绕组的特点是合成节距与换向节距相等，展开图如下图 所示。 两个串联元件 放在同极磁极下， 空间位置相距约两 个极距；沿圆周向 一个方向绕一周后， 其末尾所边的换向 片落在与起始的换 向片相邻的位置。
2013-8-4
直流电机的磁场
直流电机的电枢绕组 直流电机的电枢电势和电磁转矩
直流电动机的运行原理
直流电动机的基本方程 直流电动机的工作特性 直流电动机的机械特性
2013-8-4 2
第三章 直流电机的原理
3.1.1 主要结构 N极和S极只能成对出现 且沿圆周均匀交替分布； 极对数：N极或S极的个 数，通常用 p 表示； 极数：主磁极的个数，等 于 2p 。 p=2 即4极电机
14
第三章 直流电机的原理
3、直流电动机 导体中的电动势和 电流为交流
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15
第三章 直流电机的原理
增加导体减小感应电动势 脉动。当每极下导体数大 于8时，脉动可小于1%。
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16
第三章 直流电机的原理
3.3 直流电机的电枢绕组简介
3.3.1直流枢绕组基本知识 电枢绕组的演变 环形电枢绕组 只有一半的导体产生 感应电动势，导体利 用率低。
磁力线不进入电枢铁心， 直接经过气隙、相邻磁极 或定子铁轭形成闭合回路
漏磁路
主磁通
磁力线由N极出来，经气隙、 电枢齿部、电枢铁心的铁轭、 电枢齿部、气隙进入S极，再 经定子铁轭回到N极 主磁路
直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应 电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增 加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得 多，大约是主磁通的20%。
电机及拖动基础教学课件讲义教材
电机及拖动基础教学课件目录绪论第1章直流电机原理1.1直流电机的基本工作原理1.1.1 直流发电机的工作原理1.1.2 直流电动机的工作原理1.2直流电机的主要结构及用途1.2.1 主要结构1.2.2 直流电机的铭牌数据1.2.3 直流电机的用途和分类1.3直流电机的电枢绕组1.3.1 单叠绕组1.3.2 单波绕组简介1.4直流电机的磁场1.4.1 直流电机的空载磁场1.4.2 直流电机负载时的磁场和电枢反应1.4.3 直流电机的励磁方式1.5直流电机的换向1.5.1 直流电机的换向问题和换向极绕组1.5.2 直流电机的补偿绕组小结思考题习题参考文献第二章直流电机的运行和拖动2.1直流电机的运行原理和特性；2.2他励直流电机的机械特性；2.3他励直流电机的起动；2.4他励直流电机的调速；2.5他励直流电机的电动与制动运行第三章变压器3.1变压器的基本工作原理和结构；3.2单相变压器的空载运行；3.3单相变压器的负载运行；3.4变压器参数的确定；3.5变压器的运行特性；3.6三相变压器；3.7自耦变压器第四章三相异步电动机原理4.1异步电动机的基本工作原理；4.2异步电动机的结构及用途；4.3异步电动机的定子绕组；4.4三相异步电动机的电磁关系；4.5三相异步电动机的功率与转矩；4.6三相异步电动机的工作特性；4.7三相异步电动机参数的测定第5章三相异步电动机的运行与拖动5.1 三相异步电动机的运行特性5.1.1 机械特性的物理表达式5.1.2 机械特性的参数表达式5.1.3 机械特性的实用表达式5.1.4 机械特性的固有特性和人为特性5.1.5 稳定运行问题5.2 三相异步电动机的起动5.2.1 三相异步电动机直接起动的问题5.2.2 三相鼠笼式异步电动机的降压起动5.2.3 三相绕线式异步电动机的起动5.3 三相异步电动机的制动5.3.1 能耗制动5.3.2 反接制动5.3.3 回馈制动5.4 三相异步电动机的调速5.4.1 三相异步电动机的降定子电压调速5.4.2 绕线式异步电动机转子回路串电阻调速5.4.3 电磁转差离合器调速5.4.4 绕线式异步电动机的串级调速5.4.5 变极调速5.4.6 变频调速小结习题第六章控制电机6.1 伺服电动机6.2步进电动机6.3测速发电机6.4自整角机6.5旋转变压器6.6小结第七章电动机的选择7.1电动机的发热与冷却7-2电机的绝缘材料和允许温升7.3电动机的工作方式7.4电动机的负载功率计算7.5电动机的容量选择7.6小结电机及拖动基础教学课件第1章 直流电机原理摘要：本章分析直流电机的工作原理、结构、电路、磁路及换向等问题，为电力拖动自动控制系统提供元件的基本知识。
电机原理与拖动——第三章直流电动机电力拖动2
电枢由晶闸管整流供电的直流调速系统示意图
晶闸管励磁的发电机-电动机机组调速系统 晶闸管励磁的发电机 电动机机组调速系统
(3)机械特性方程 机械特性方程
U0 --整流电压 整流电压 R0 -- 整流装置内阻
调压调速时的机械特性
(4)调压调速特点 调压调速特点 1) 调速范围广； 调速范围广； 2) 调速平滑性高； 调速平滑性高； 3) 设备投资大； 设备投资大； 4) 采用可控硅直流电源时效率高，采 采用可控硅直流电源时效率高， 用机组时效率较低。 用机组时效率较低。
3.3
他励直流电动机的调速
1.可以采用的调速方法： 可以采用的调速方法： 可以采用的调速方法 机械方法；电气方法；机械电气配合方法。 机械方法；电气方法；机械电气配合方法。 2.电气调速方法： 电气调速方法： 电气调速方法 由转速调节特性来看: 由转速调节特性来看
欲改变电动机的转速， 欲改变电动机的转速，可以改变电枢端电 包括改变U 和改变R 压 Ua （包括改变 和改变 )，或改变励磁 实现。 磁通 Φ 实现。
2.降低电源电压 降低电源电压
使用的可调直流电源有： 使用的可调直流电源有： (1)晶闸管整流装置； 晶闸管整流装置； 晶闸管整流装置 (2)电动机 发电机机组。 电动机-发电机机组 电动机 发电机机组。 容量较大时用机组作为可调直流电源， 容量较大时用机组作为可调直流电源，而用 晶闸管装置调节发电机G的励磁电流 的励磁电流。 晶闸管装置调节发电机 的励磁电流。
静差率与调速范围的关系： 静差率与调速范围的关系：
静差率与调速范围是互相联系的两项指标， 静差率与调速范围是互相联系的两项指标，系统 决定于低速特性的静差率。 可能达到最低速 nmin 决定于低速特性的静差率。
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表示。每个元件首、末端所连两个换向片之间的跨 距是换向器节距yk，用换向片数来表示。
y=yk=1 （3）第二节距y2：连至同一个换向片的两个元件边 之间的距离，用虚槽数表示。
y2=y1-y
τ
•3
2. 单叠绕组的展开图
实例： 已知一台电机的极数2P＝4， Ze＝S＝K＝16，画出它的右行单叠 绕组的展开图。
额定电流
额定电磁转矩
•18
3.5 电枢电动势与电磁转矩
直流发电机和电动机电枢电动势与电磁转矩：
电枢电动势—输出电动势(与电枢 电流同方向) 电磁转矩—制动性转矩(与转速方 向相反)
电枢电动势—反电动势(与电枢电 流反方向）
电磁转矩—拖动性转矩(与转速方 向相同)。
电枢电动势的方向由电机的转向和主磁场的方向决定 电磁转矩的方向由电枢电流和主磁场的方向决定
•19
3.5.3 直流电机的电枢反应
Bδ τ
如磁路不饱和，总磁通量不变。但磁路饱和时，总磁通要降低， 称为去磁效应。
• 电枢磁通势改变气隙磁密分布及 每极磁通量大小的现象称为电枢 反应。
•06:50 •20
3.5.1 电枢电动势
电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的 感应电动势，也就是电枢绕组每个支路里的感 应电动势
一个极距范围内的平均磁密：Bav
li
一根导体的平均电动势： eav Bavliv
v 2 p n 60
eav
(
li
)li (2 p
n) 60
2 p
n 60
电枢电动势：Ea
根据感应电动势公式，气隙每极磁通Φ为
•16
3.5.2 电磁转矩
一根导体所受的平均电磁力：
fav Bavliia
导体里流过的电流：
ia
Ia 2a
Ia：电枢总电流
一根导体所受的平均电磁转矩：T1
fav
D 2
D 2 p
电枢总的电磁转矩
D pz
T zT1 zBavliia 2 2a Ia
3 4 56
B1 －
7 8 9 10 11 12 13 14 15
A2 +
B2 －
+
－
放电刷的原则：正、负电刷之间得到最大的感应电
动势，或被电刷所短路的元件中感应电动势最小
•5
3. 单叠绕组元件连接次序
上层元件边
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4
2.正负电刷间感应电动势最大。 3.电刷杆数等于极数。
在电机的极对数（大于1）、元件数以及导体截面积相同的 情况下：
单叠绕组并联支路数多，每个支路里的元件数少，适用于 较低电压较大电流的电机。
单波绕组支路对数始终为1，每个支路里含有的元件数多， 所以适用于较高电压、较小电流的电机。
•14
3.5 电枢电动势与电磁转矩
下层元件边
•6
4. 单叠绕组的并联支路图
•7
3.4 直流电机的电枢绕组
单叠绕组的特点 1) 每个极下的元件组成一条支路,并联支路对数a等于极对 数p: a = p 2)正负电刷间感应电动势最大，被电刷短路的元件里感应 的电动势最小。 3）电刷杆数等于极数。
•8
3.4.2 单波绕组
单波绕组：两个相邻连接的元件成波浪式前进，分别处于两对不 同的磁极下，每个元件所接的两个换向片相隔较远，y=yk≈2τ。 1. 节距
1）第一节距y1：与单叠绕组相同 2）合成节距y和换向器节距yk ：
y = yk
pyK K 1
yK
K 1 p
3）第二节距y2：
y2 y y1
•9
2. 单波绕组的展开图
实例：2P＝4， Ze=S＝K＝15 单波绕组
1.绕组数据计算
y1
ze 2p
15 4
1 4
4
y
yk
K
m1 p
15 1 2
7
y2 y y1 7 4 3
•10
2. 单波绕组的展开图
y1=4 y＝yk＝7 y2=3
单波绕组元件的连接次序
•11
3. 单波绕组的并联支路图
•12
3.4.2 单波绕组
单波绕组特点 1. 单波绕组把相同极性下的全部元件串联起来组成一条支路。即
a＝1。 2.正负电刷间感应电动势最大。 3.电刷杆数等于极数。
电枢绕组的全部导体数（z）
z=2uNyZ=2NyZe·
一个虚槽
•2
3.4.1 单叠绕组
1. 节距：
（1）第一节距y1：同一个元件两条边之间的距离， 以虚槽数计，总是整数。选择y1的依据是尽量 让元件里感应电动势为最大，y1应接近或等于 极距τ 。
y1
Ze 2p
整数
p：极对数
（2）合成节距y和换向器节距yk ：元件1与和它相连
•13
单叠绕组和单波绕组特点比较
单叠绕组的特点
1) 每个极下的元件组成一条支路, 并联支路对数a等于极对数p: a = p 2)正负电刷间感应电动势最大，被 电刷短路的元件里感应的电动势最 小。 3）电刷杆数等于极数。
单波绕组特点
1. 单波绕组把相同极性下的全部元件 串联起来组成一条支路。即a＝1。
z 2a
eav
z 2a
2 p
n 60
pz 60a
n
电动势常数：Ce
pz 60a
Ea Cen
•15
3.5 电枢电动势与电磁转矩
例题3-3 已知一台l0kW、4极、2850r／min的直流发电机，电 枢绕组是单波绕组，整个电枢总导体数为372。当发电机发出 的电动势Ea=250V时，求这时气隙每极磁通量Φ。 解 已知这台直流电机的极对数p=2，单波绕组的并联支路 对数a=1，于是可以算出系数
转矩常数：Ct
ห้องสมุดไป่ตู้
pz
2a
=9.55Ce
T CtIa
•17
3.5.2 电磁转矩
例题3-4 已知一台四极直流电动机额定功率为l00kW，额定电压 为330V，额定转速为730r／min，额定效率为0.915，单波绕组， 电枢总导体数为186，额定每极磁通为5.98×l0-2Wb，求额定电磁 转矩。 解 转矩常数
3.4 直流电机的电枢绕组
• 元件：构成绕组的线圈称为绕组元件 • Ny：元件的匝数 • 同一个元件的首端和尾端分别接到不同的换向片上，一个元
件的首端和另一个元件尾端接在同一个换向片上。
• 元件数S，换向片数K： S=K
绕组元件
•1
3.4 直流电机的电枢绕组
实槽数Z，一个实槽中的虚槽数u，总虚槽数Ze Ze=uZ=S=K
1. 计算节距：
y1=Ze/2p=4
y＝yk＝1
y2=y1-y=3
计算节距 画绕组展开图
安放电刷
•4
2. 单叠绕组的展开图
y1=4 y＝yk＝1 y2=3
电枢转向
τ
τ
τ
τ
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
S
N
S
N
S
14 15 16 1 2
+
A1