最新李发海电机与拖动基础第四版第二章
《电机及拖动基础》(顾绳谷第4版)
《电机及拖动基础》教学大纲课程编号：161012 开课学期：4适用专业：自动化编写教师：陶曾杰学时：72 学分：4审核：杨斌文第一部分说明一、课程性质、作用本课程是自动化专业的一门专业基础课,为该专业的必修课。
它一方面研究电机与电力拖动系统的基本理论问题，另一方面又研究其学科实验与生产实际的内容。
本课程的作用是为培养自动化专业的人才打下必要的专业基础。
二、课程的任务与基本要求本课程的任务应使学生掌握常用交、直流电机、控制电机及变压器的基本结构与原理以及电力拖动的运行特性、分析计算、电机选择和实验方法，为学习《自动控制原理》、《电力电子技术》、《现代控制理论》、《运动控制系统》、《计算机控制系统》等课程准备必要的基础知识。
本课程的基本要求1、掌握常用交直流电机及变压器的基本理论(电磁关系能量转换关系等)。
2、掌握电动机的起动情况与分析电动机机械特性及各种运转状态(电动、回馈制动、反接制动,能耗制动)的基本理论。
3、掌握电力拖动系统中改变电动机参数调速的方法、基本原理和技术、经济指标。
4、理解电力拖动过渡过程的基本特性及主要分析方法。
5、掌握控制电机的工作原理、特性及用途6、掌握选择电动机的原理和方法。
7、掌握电机与电力拖动系统的基本实验方法与技能,并具备较强的应用能力。
8、了解电机及拖动今后的发展方向。
三、教学方法建议理论课教学要采用启发式，要同本地的生产实际相结合，要同自己的有关科研工作相结合，要与当前科技发展情况相结合。
讲授时要做到层次清楚，重点突出，语言精炼。
课堂上要开展问答式、讨论式互动形式。
实践教学要精讲多练。
每个实验只讲基本原理与注意事项，由学生自己动手完成实验接线、实验操作、实验测试与结果分析。
要强调通过作业巩固理论知识与通过实验掌握实际知识。
要培养学生的自学能力，给学生安排一定的自学内容，并通过考试加以检验。
四、本课程与其他课程的关系本课程的先修课程是《大学物理》、《电路理论》。
本课程内容中涉及到的课程有《电气控制技术》、《电力电子技术》、《自动控制原理》。
电机与拖动基础答案(第四版)
第1章绪论重点与难点正确理解磁感应强度、磁通量、磁场强度等物理量及铁磁材料的磁化特性，掌握载流导体在磁场中的安培力及电磁感应定律。
变压器电动势数学表达式的符号因其正方向规定不同而不同，这是难点。
思考题解答1.1 通电螺线管电流方向如图所示，请画出磁力线方向。
答向上，图略。
1.2 请画出图所示磁场中载流导体的受力方向。
答垂直导线向右，图略。
1.3 请画出图1.3所示运动导体产生感应电动势的方向。
答从向方向，图略。
1.4 螺线管中磁通与电动势的正方向如图所示，当磁通变化时，分别写出它们之间的关系式。
图图图图答Φ-Φ第2章电力拖动系统动力学重点与难点1. 单轴电力拖动系统的转动方程式：各物理量及其正方向规定、方程式及对其理解，动转矩大于、等于或小于零时，系统处于加速、恒速或减速运行状态。
2. 多轴电力拖动系统简化时，转矩与飞轮矩需要折算。
具体计算是难点但不是重点。
3. 反抗性和位能性恒转矩负载的转矩特性、风机和泵类负载的转矩特性、恒功率负载的转矩特性。
4. 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件。
5. 思考题是重点。
思考题解答2.1 选择以下各题的正确答案。
(1) 电动机经过速比j=5的减速器拖动工作机构，工作机构的实际转矩为飞轮矩为，不计传动机构损耗，折算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩依次为.(2) 恒速运行的电力拖动系统中，已知电动机电磁转矩为，忽略空载转矩，传动机构效率为0.8，速比为10，未折算前实际负载转矩应为.(3) 电力拖动系统中已知电动机转速为，工作机构转速为，传动效率为0.9，工作机构未折算的实际转矩为，电动机电磁转矩为，忽略电动机空载转矩，该系统肯定运行于.加速过程恒速减速过程答 (1) 选择。
因为转矩折算应根据功率守恒原则。
折算到电动机轴上的工作机构转矩等于工作机构实际转矩除以速比，为；飞轮矩折算应根据动能守恒原则，折算到电动机轴上的工作机构飞轮矩等于工作机构实际飞轮矩除以速比的平方，为(2) 选择。
《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。
电机与拖动技术 第二章1
F
FL
m
dv dt
第2章 电力拖动系统的动力学基础
2.1电力拖动系统的运动方程式
2.1.3 电力拖动系统的运动方程式 电力拖动系统运动方程式描述了系统的转动运动状态，系统的运动状
态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。与直线运动时相似，做旋转运 动的拖动系统运动平衡方程式根据如图2-6给出的系统（忽略空载转矩） 可写出
图2-1 电力拖动系统的组成
第2章 电力拖动系统的动力学基础
2.1电力拖动系统的运动方程式
(2)电力拖动系统的优点 1.电能易于生产、传输、分配。 2.电动机类型多、规格全，具有各种特性，能满足各种生产机械的不 同要求。 3.电动机损耗小、效率高、具有较大的短时过载能力。 4.电力拖动系统容易控制、操作简单、 便于实现自动化。
载转矩（阻转矩） TL 的大小和方向都可能发生变化。因此运动方程式中的转
矩 Tem 和 TL 是带有正、负号的代数量。在应用运动方程式时，必须考虑转
矩转速正负号，一般规定如下。
第2章 电力拖动系统的动力学基础
2.1电力拖动系统的运动方程式
2.1.3 电力拖动系统的运动方程式 1.首先选定顺时针或逆时针中的某一个方向为规定正方向，一般以电动
Tem
TL
J
d dt
图2-6 单轴电力拖动系统
第2章 电力拖动系统的动力学基础
2.1电力拖动系统的运动方程式
2.1.3 电力拖动系统的运动方程式
转动惯量J可用下式表示
J
m 2
G
D
2
GD 2
g 2 4g
工程实际计算中常用的运动方程式如下，这里 2n
电机及推动基础答案第四版
2-14 直流电动机的调速方法有几种？各有何特点？
答：由电动机的转速表达式可知调速方法有三种：
（1）改变励磁电流调速：通过调节励磁回路的附加电阻实现调速，由于励磁电流不大，消耗功率小，这是一种简单经济的方法；由于调节电阻为零时（即不串电阻）为最低转速，故只能从额定转速往上调，又称弱磁调速；机械特性斜率（又称为硬度）发生变化，并上下移动；由于受机械性能限制，调速范围不大；为使电机在调速过程中得到充分利用，对不同转速下的容许电流都为额定电流，则容许负载特性为恒功率特性，一般用于恒功率调速。
5-5等效电路中的 代表什么？能不能不用电阻而用电感和电容来代替，为什么？
答： 代表与机械负载对应的附加电阻，即该电阻消耗的电功率实际为电动机输出的机械功率。
因输出功率为有功功率故只能用电阻代替而不能用无功元件电感或电容代替。
注：异步电动机的等值电路与变压器的等值电路有无差别？作异步电动的等值电路时，用等效的不动的转子代替旋转的转子，要求保持哪些量不变？
2-5单迭绕组和单波绕组的元件联接规律有何不同？同样极对数为P的单迭绕组和单波绕组的支路对数为何相差P倍？
答：单迭绕组元件联接规律为：将同一磁极的元件串联构成电刷间的支路，故支路2a=磁极数2P；
单波绕组元件联接规律为：将同一极性的元件串联构成支路，由于电机只有两种磁极即N、S，故支路数2a=2.
2-7 直流电动机有那几种励磁方式？在不同励磁方式下，线路电流、电枢电流、励磁电流有何关系？
答：直流电机的励磁方式有4 种：他励、并励、串励和复励。
2-8 什么因素决定直流电动机电磁转矩的大小？电磁转矩的性质和电动机运行方式有何关系？
答：由电磁转矩的计算公式可知：其大小由取决于电机结构参数的转矩常数、每极磁通量（可通过改变励磁电流改变）、电枢电流（可通过改变电枢电压改变）所决定的。
电机与拖动基础习题解答第二章
电机与拖动基础习题解答第二武汉纺织大学第二章2 . 1变压器能改变交流电的电压和电流，能不能改变直流电的电压和电流？为什么？答：变压器能改变交流电的电压和电流，但不能改变直流电的电压和电流。
因为变压器是应用电磁感应原理而工作的，只有当一次绕组接交流电源时，一次绕组才会流过交流电流，在铁心中产生变化的磁通，从而在二次绕组中产生感应电动势;如果一次绕组接直流电源，则一次绕组流过的是直流电流，在铁心中产生的磁通是恒定不变的，不能在二次绕组中产生感应电动势，所以变压器只能改变交流电的电压和电流，不能改变直流电的电压和电流。
2 . 2变压器的铁心为什么要用硅钢片叠成而不用整块钢制成？答：变压器的绕组流过交流电流时会在铁心中产生磁滞损耗和涡流损耗，统称为铁损耗。
磁滞损耗与铁磁材料的磁滞回线面积有关，硅钢片的磁滞回线较窄，磁滞损耗较小。
涡流损耗与铁磁材料的电阻成反比，与钢片厚度的平方成正比，硅钢片是在电工钢中加入少量的硅而制成，电阻率较大，用硅钢片叠成的铁心，铁损耗较小，所以变压器的铁心要用硅钢片叠成而不用整块钢制成。
2 .3 一台变压器额定电压为220 /110 V ,若把二次绕组(110 V )接在220 V交流电源上，主磁通和励磁电流将如何变化？答:若忽略变压器绕组漏阻抗压降，则绕组的端电压与感应电动势相等。
正常工作时铁心磁路处于饱和状态。
若把额定电压为110 V的二次绕组接在220 V交流电源上，二次绕组感应电动势将增大一倍，感应电动势与铁心磁通成正比,所以铁心磁通也将增大一倍，由于铁心磁路处于饱和状态，励磁电流将不只是增大一倍而将增大许多倍。
2 . 4 一台变压器一次绕组额定电压为220 V，不小心把一次绕组接在220 V的直流电源上，会出现什么情况？答：若把额定电压为交流220 V的变压器一次绕组接在220 V直流电源上时，铁心中产生的磁通将是恒定不变的，不会在一次绕组中产生感应电动势，一次绕组电流h=U，由于绕组电R i阻R i比较小，则一次绕组电流会很大，大大超过其 额定电流,很快会将变压器烧坏。
电机原理及拖动第二章课件
T
TL
J
d dt
2 n / 60
J m 2 G ( D )2 GD 2
g 2 4g
动态转矩Td＝
T
TL
J
d dt
GD2 375
dn dt
g： 重力加速度， 9.8米/秒2；GD2：系统的飞轮矩（牛·米2）； n： 转速（转/分）； T、TL ：转矩（牛·米）
6
2、转动惯量与飞轮力矩
对于电动机来说，提升负
载与下降负载转矩之差： 2T
T Gm R ( 1 1)
j c
25
四、负载的机械特性
生产机械负载特性是指生产机械负载转矩与转速 之间的函数关系. 涉及转矩：Tm—Tmeq—△T—TL—T0
负载轴： Tm f (n) 折算后： Tmeq f (n) 考虑T0： TL f (n)
n △T
将负载转矩折算到电动机轴
上＝ Tm （绿色虚线） j
Tm/j
Tmeq T
如果还考虑电机的空载损耗T0： TL＝Tmeq＋T0（红实线）
27
（二）位能性恒负载转矩
nm Tm T
考虑传动机构的损耗： Tmeq＝ Tm/j ＋△T（黑实线）
n △T
Tm/j
将负载转矩折算到电动机轴
上＝ Tm （绿色虚线） j
=2n/60
Tmeq =9.55
FmVm
n
考虑传动损耗 Tmeq =9.55
FmVm
nC
16
2、平移部件质量的折算
电机与拖动
折算原则：系统动能不变 折算前运动部件动能为：
1
mv
2 m
1
Gm vm2
2
2g
折算后运动部件动能为：
电机及拖动基础(第四版)顾绳谷-最经典课件
电磁转矩也可以表示为 Te Gaf I f Ia 其中Gaf=CT Kf
31
第六节 直流电机的运行原理
一、直流电机的基本方程式
（一）电动势平衡方程式 若电机稳态运行，对于电动机
U a Gaf I f Ra Ia Ea Ra Ia
U f Rf I f
若电机稳态运行，对于发电机
P2 P1
100%
1
pFe
pmec
pCuf U (Ia
I
2 a
Ra
If )
2IaΔUc
34
（二）串励直流电动机的工作特性
电动势平衡方程式 U Ce n Ia (Ra Rfc )
电动势公式 Ea Ce n CaIan
转矩平衡方程式 Te T2 T0
Ea U IaRa 2ΔUc (750 2145 0.0161 2)V 713V
n n Ea 200 713 1 r / min 221r / min
Ea
717 0.9
37
三、直流发电机的工作特性
（一）空载运行 1 空载特性 当他励直流发电机被原动机拖 动，n=nN 时，励磁绕组端加上 励磁电压Uf ,调节励磁电流If0 , 得出空载特性曲线U0=f(I0)。
26
4个元件所产生的电枢磁动势波形
电枢反应后磁动势波形
1、有负载时气隙磁场发生了畸变 2、电枢反应呈现去磁作用
27
第五节 感应电动势和电磁转矩的计算
一、感应电动势的计算
直流电机无论作电动机运行，还是发 电机运行，电枢内部都感应产生电动势。
t
电力拖动123章
I2
I3
Hdl I I1 I 2 I 3
L
L
3、磁场强度 H ：描述导磁物质中磁场强弱和方向的基 本物理量。
B H
为导磁材料的磁导率
真空中的磁导率用 0 表示 铁磁材料的磁导率 0 说明什么问题？
铁磁材料及其磁化特性
2）并联磁路：在磁路的任何一个闭合面上，磁通的代 数和等于零。即磁路基尔霍夫定律。
0
（3）电路与磁路的对偶关系
电 电动势 电流 电流密度 电导率 电阻 电压降 欧姆定律 基尔霍夫第 一定律 基尔霍夫第 二定律 路 磁 路 磁动势 磁通 磁感应强度 磁导率 磁阻 磁压降
磁路欧姆定律
E
F
磁路基尔霍 夫第一定律 磁路基尔霍 夫第二定律
W
l1 H1 l4 H4
l3 H3
S H
Hdl HL WI F
S
L L R F L S S L 令 Rm 称为磁阻 S B
F Rm
称为磁路欧姆定律
（2）串联磁路和并联磁路
1）串联磁路：在整个回路中磁通 不变 此时 F Rm 。
对于公式 B H 中的 在计算中一般看成常 数，而实际上 不是一个常数，它与磁场强度、物 质磁化状态的历史有关。 磁化曲线：通过实验，测出铁磁材料在不同磁场强度 H 下对应的磁密 B ，而画出的 B H曲线。 横坐标为磁场强度，纵坐标为磁感应强度或磁密。
B
1、磁滞回线 2、饱和特性
1）稳态时速度不变；
2）受到干扰或系统给定变化时，速度能回复到 原来的稳态速度或达到新的稳态速度。 电力拖动系统稳定运行的条件： n 1）稳态时 M M L
电机及拖动基础顾绳谷第四版
23
二、直流电机的空载磁场
直流电机的空载磁场是指电枢电流等于零或者很小 时，由励磁磁动势单独建立的磁场。
24
磁化曲线
气隙中主磁场磁通密 度的分布
直流电机负载时的磁场及电枢反应
当直流电机带上负载以后， 在电机磁路中又形成一个磁 动势，这个磁动势称为电枢 磁动势。
此时的电机气隙磁场是由励 磁磁动势和电枢磁动势共同 产生的。电枢磁动势对气隙 磁场的影响称为电枢反应。
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。
用原动机拖动电枢逆时针方向恒速转动，线圈边ab和cd就分别切割不同极性 磁极下的磁场，线圈中产生了交变的电动势。由于换向器配合电刷对电流的 换向作用，在电刷A、B端的电动势确是直流电动势。
3
直流电机的结构
直流电机剖面图
1—换向器
2—电刷装置
1-2、3-4、5-6、7-8分别 构成4个线圈
12
二、绕组的基本形式
（一）单叠绕组
单叠绕组的特点：元件的两个端子连接在相 邻的两个换向片上。 单叠绕组的所有的相邻元件依次串联，即后 一元件的首端与前一元件的末端连在一起， 接到一个换向片上。最后一个元件末端与第 一个元件首端连接在一起，形成一个闭合回 路。
第二章 直流电机
第一节 直流电机的工作原理及结构
一、直流电机的工作原理 （一）直流电动机的工作原理
载流导体在磁场中受到的力
f Bil
B — 磁场的磁感应强度(Wb/m2) i — 导体中的电流(A) l — 导体的有效长度(m)
当安装换向器以后，将直流电压加于电刷端， 直流电流经电刷流过电枢上的线圈，则产生电 磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下就旋转起来。 由于换向器配合电刷对电流的换向作用，使得 线圈边只要处在N极下，其中通过电流的方向总 是由电刷A流入的方向；而在S极下时，总是从 电刷B流出的方向，就使电动机能够连续地旋转。
电机与电力拖动基础教程第2章(3)PPT课件
Bx
B0x
B ax
负载时气隙磁通密度的曲线与空载时不同
宁波工程学院
2章
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（2）使物理中性线偏移
气隙中各点磁通密度为零 的点的连线称为物理中 性线。直流电机空载时， 几何中性线与物理中性 线重合。负载时，物理 中性线偏离几何中性线 α角。
对发电机而言是顺转向偏 离α角；对电动机而言 是逆转向偏离α角。
q-q表示；与交轴垂直的磁极轴线 称为直轴，用d-d表示。为了方便， 以后在分析电机内部电磁过程时
均采用电机模型。
直流电机模型
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2章
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直流电机负载运行时，电枢电流Ia不为零，气隙中 的磁势由励磁电流If产生的励磁磁势Ff和电枢电流Ia 产生的电枢磁势Fa共同建立。
图a表示由电枢电流(电枢磁 动势)单独产生的气隙磁场 (称电枢磁场) ，根据电枢电 流方向和右手螺旋定则，可 判断电枢磁场的轴线与电刷 轴线（也是几何中心线）重 合，并与主磁极轴线正交， 故电刷位于几何中心线上时 的电枢磁势是交轴电枢磁势。
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2章
本 章 重 点
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2.6 直流电机的负载磁场及电枢反应
展开图虽然能反应电枢绕组连接 规律，也能说明电机内部电磁关 系，但画展开图太麻烦，在分析 电机内部电磁关系时，采用电机 模型。
规定：无论电机有多少对磁极，
都只用N、S一对磁极表示，不画 换相器，电刷放在几何中心线处
(实际电刷放置 )，并与位于几 何中心线处的元件接触，一个圆 圈代表一个元件，电枢绕组中的 电流以电刷为界。我们把几何中 心线对应的轴线又称为交轴，用
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2章
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电机与电力拖动基础教程第2章(2.1~2.3)
主讲人：包 蕾 主讲人：
宁波工程学院
下 页
第2章 直流电机 章
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 直流电机的基本工作原理 直流电机的结构 直流电机的铭牌数据 直流电机的空载磁场 直流电机的电枢绕组 直流电机的负载磁场及电枢反应 感应电动势和电磁转矩的计算 直流发电机 直流电动机 直流电机的换向
第2章 章
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本章重点
直流电机工作原理， 直流电机工作原理，直流电机的组成及各部件 的作用， 的作用，铭牌数据意义 励磁方式、电枢反应、换向的概念、 励磁方式、电枢反应、换向的概念、绕组的并联支 路对数，电枢电势、电磁转矩物理意义及计算方法。 路对数，电枢电势、电磁转矩物理意义及计算方法。 直流发电机电势、 直流发电机电势、功率和转矩平衡方程式及计 运行特性分析。 算，运行特性分析。 直流电动机电势、 直流电动机电势、功率和转矩平衡方程式及计 工作特性。 算，工作特性。
第2章 章
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感应电势方向 感应电势方向由右手定则判定： 感应电势方向由右手定则判定： 伸开右手使大拇指与四指呈90° 伸开右手使大拇指与四指呈 °， 当磁力线指向手心， 当磁力线指向手心，大拇指指向导体运 动方向， 动方向，则四指的指向为导体中感应电 势方向。 势方向。
第2章 章
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第2章 章
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换向器和电刷的共同作用是： 换向器和电刷的共同作用是： 直流电机换向器将外部电刷间的直流电变成了内部线圈中交 替变化的电流;把外面不转的电路与转动的电路连接。 替变化的电流;把外面不转的电路与转动的电路连接。 图中电刷相对于磁极的位置保证了，无论线圈边处在N极下， 图中电刷相对于磁极的位置保证了，无论线圈边处在N极下， 还是S极下，线圈电流均产生逆时针方向的电磁力矩， 还是S极下，线圈电流均产生逆时针方向的电磁力矩，从而 使转子获得了一个固定方向的电磁转矩。 使转子获得了一个固定方向的电磁转矩。
李发海电机与拖动基础第四版第二章
续稳定运行。
图2.14 为不稳定运行的例子。
当电压向下波动时，机械特性
由曲线 1 变为曲线 1 ' ，工作点
由A 到 B，
，
电机继续加速，无法与负载转矩
图2.14 电力系统的不稳定运行
相交。故该系统不稳定。
因此：稳定运行的充要条件是：
且在
处，d T d TL
dn dn
第二章完
图 2.11 恒功率负载的转矩特性
2.3.2 电力拖动系统稳定运行的条件 系统稳定运行（恒速不变）的必要条件是动转矩为零。 即 T = T L (忽略空载转矩)。在图2.12中两条曲线的交点A满足该
条件，A点称为工作点。
当干扰出现时，系统能否稳定运行？干扰消失后，系统能否
回到原来的工作点上继续运行？能则为稳定系统，否则为不稳
2.2 多轴电力拖动电力简化
图2.3 电力拖动系统的简化
当传动机构带有减速齿轮箱时，形成多轴拖动系统。如图 2.3 (a) 所示。为了简化多轴系统的分析计算，通常把负载转矩 与系统飞轮矩折算到电动机轴上来，变多轴为单轴系统。
2.2.1 工作机构为转动情况时，转矩与飞轮矩的折算 1. 转矩折算
按折算前后功率不变的原则，有
TF
图2.2 单轴电力拖动系统
式中：
其中：m 为系统转动部分的质量，单位为㎏ ; G 为系统转动部分的重力，单位为N ; 为系统转动部分的转动惯量半径，单位为 m； D 为系统转动部分的转动惯量直径，单位为 m； g 为重力加速度，一般取 g=9.80 m /s 2
将上两式代入转动方程，化简后得：
图2.9 位能性恒转矩负载的转矩特性
（a）实际特性
（b）折算后特性
2.泵类负载的转矩特性 特点：转矩大小与转速平方成正比。特性如图2.10所示。
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式中 为飞轮矩。 按折算前后转轴动能不变的原则，对图2.3（a）有
___________________________ _______________________
化简得
（2-4）
飞轮比的折算是按照速比平方的反比进行的。
同理，将 轴折合到电机轴的飞轮矩为
（2-5）
2.2.1 工作机构为转动情况时，转矩与飞轮矩的折算 1. 转矩折算
按折算前后功率不变的原则，有
___________________________ _______________________
（2-2）
式中: 为工作机构转轴的角速度；
为电动机转轴的角速度；
为工作机构的负载转矩；
为工作机构的负载转矩折算到电机轴上的折算值；
TF
图2.2 单轴电力拖动系统
式中：
___________________________ _______________________
其中：m 为系统转动部分的质量，单位为㎏ ; G 为系统转动部分的重力，单位为N ; 为系统转动部分的转动惯量半径，单位为 m； D 为系统转动部分的转动惯量直径，单位为 m； g 为重力加速度，一般取 g=9.80 m /s 2
将上两式代入转动方程，化简后得：
（2-1）
式中：GD 为转动部分的飞轮矩，单位为N•㎡; 系数375为有单位的系数，单位为m/min • s; 转矩的单位为N•m ，转速的单位为r/min 。
___________________________ _______________________
（2-1）式为电力拖动中 而切削力反应到电动机上转 矩为：
图2.4 刨床典礼拖动示意图
___________________________ _______________________
不考虑损耗时，按功率不变的折算原则，有
可推得：
（2-6）
计入传动系统损耗，则
（2-7）
两式之差 为传动机构转矩损耗，由电动机负担。
则整个电力拖动系统折算到电机轴上的总飞轮矩为：
考虑到传动机构的飞轮矩远比电机转子的飞轮矩小，常用以
___________________________ _______________________
下公式估算总飞轮矩。
式中：G D 2 是电动机转子的飞轮矩，δ为系数，δ=0.2～0.3
2.2.2 工作机构为平移运动时，转矩与飞轮矩的折算
为传动系统的总速比。图 2.3（a）系统中
。
(2-2) 说明，转矩按速比的反比来折算。
若考虑到传动机构的效率，则有
（2-3）
为传动机构效率。在图2.3 所示系统中，
___________________________ _______________________
式（2-2）与式（2-3）的差为 （为传动机构损耗转矩）
___________________________ _______________________
不计入损耗，折算到电动机轴上的
负载转矩为 计入损耗，折算到电动机轴上的负 载转矩为
传动机构的损耗转矩为
图2.5 升降匀动的店里拖动系统
2. 下放重物时负载转矩的折算 不计入损耗时，下放重物折算到电动机轴上的负载转矩仍为
2. 飞轮矩折算
按照折算前后动能不变的原则，有
___________________________ _______________________
等式左边为平移物体的动能，等式右边为折算到电机轴上 的动能。最后求得
传动机构中其他轴的 的折算与前述相同。
2.2.3 工作机构作提升和下放重物运动时，转矩与飞轮矩的折算 1. 负载转矩的折算 （1）提升重物时负载转矩的折算
但 的归属发生了变化。
___________________________ _______________________
损耗转矩是摩擦性的，其方向永远和转动方向相反。由图2.6 可知：
提升时电动机负担了
折算转矩为
下放时，负载负担了
折算转矩为 即
图2.6 起重机转矩关系 （a）提升重物（b）下放重物
nf
图2.8 反抗性恒转矩负载的转矩特性
(a) 实际特性
(b) 折算后特性
___________________________ _______________________
第二章 电力拖动系统的动力学
2.1 电力拖动系统传动方程式
电力拖动系统一般是由电动机、生产机械的传动机构、工作机 构、控制设备和电源组成 。如图2.1所示。
图2.1 电力系统的组成
最简单的电力拖动系统是单轴电力拖动系统，电动机与负载为
同一轴，同一转速。图 2.2 为同轴电力拖动系统。图中所示的
物理量有：n为电动机转速；
T为电动机电磁转矩；
T
为电动
0
机空载转矩； T F 为工作机构的转矩。 为负载转矩。分析电力系
统通时，所指负载转矩就是 T L 。通 常 T F 》T 0 ，认为 T L = T F 。图中转速的 单位为转/分（r/min）, 转矩的单位为 牛米（N ·M）。 用转动方程式来描绘 图 2.2 中的转矩、转速关系时，有：
称为动
态转矩。动态转矩等于零时，系统 稳态恒速运行；动态转矩不
等于零时，系统处于变速过渡过程中。
2.2 多轴电力拖动电力简化
图2.3 电力拖动系统的简化
___________________________ _______________________
当传动机构带有减速齿轮箱时，形成多轴拖动系统。如图 2.3 (a) 所示。为了简化多轴系统的分析计算，通常把负载转矩 与系统飞轮矩折算到电动机轴上来，变多轴为单轴系统。
若用效率下放转矩损耗，则有
为重物下放时传动___机___构___的___效___率___。_________ _______________________
2.3 负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件
2.3.1负载的转矩特性
1. 恒转矩负载的转矩特性
（1）反抗性恒转矩负载
特点： n f > 0 时，T f > 0 (常数)， n f < 0 时，T f < 0 (常数)， T f 为常数，如图2.8（a） 所示。