2.3电枢反应、电动势和电磁转矩
电机及拖动习题
本章习题一、填空题1.一台直流发电机定子上装设主磁极，转子上安放电枢绕组，则电机运行时，电枢绕组中感应的是( )电动势，经过电刷和换向器的( )作用，使正负电刷间获得的感应电动势成为( )电动势。
2.直流电机电枢反应是指( )。
3.为了使直流发电机正负电刷间的感应电动势最大，电刷应放置在( )，此位置正好与( )相对应。
4.直流电机电磁转矩的数学表达式为( )，对于直流电动机，电磁转矩的性质为( )。
5.直流电机的主磁路包括( )五部分。
6.与直流电机结构类同，当电枢固定，电刷和磁极同时同速旋转，则两电刷间的电动势是( )。
7.直流电机的转子主要由（ ）等部分组成。
8.直流电机定子的主要部件包括（ ）。
9.主磁级的主要主要作用是（ ），换向磁级的主要作用是（ ）。
10.一台直流电机的磁极对数为2，则该机绕成单迭绕组时，其并联支路对数为( )。
绕成单波绕组时，其并联支路对数是( )。
11.直流电机的电磁转矩是由( )和( )共同作用产生的。
12.当直流电机运行为电动机状态时，电磁转矩性质为( )，因它的方向与( )相同。
电动势的性质为( )，因它的方向与( )方向相反。
13.改变直流电动机转向的方法有( )和( )两种。
14.选定电动机转速n 的方向为正，若电磁转矩0>em T ，则em T 的方向与n 的方向（ ），若负载转矩0>L T ，则L T 的方向与n 的方向（ ）。
15.选定电动机转速n 的方向为正，若电磁转矩0<em T ，则em T 的方向与n 的方向（ ），若负载转矩0<L T ，则L T 的方向与n 的方向（ ）。
16.他励直流电动机的调速方法有电枢串电阻调速、（ ）调速和（ ）调速。
17.他励直流电动机的电磁制动方法有：能耗制动、（ ）制动和（ ）制动。
18.直流电动机全压起动时，起动电流（ ），为了（ ），可以采用降压起动方法。
二、选择题1.直流发电机电刷在几何中性线上，如果磁路不饱和，这时的电枢反应是（ ）。
2021年电机拖动知识点概要
电机拖动知识点概要1、直流发电机工作原理当原动机拖动电枢以恒定方向旋转式，线圈边将切割磁力线并感应出交变电动势，由于电刷和换向器的“整流”作用，使电刷极性保持不变，在电刷间产生直流电动势。
2、直流电动机的工作原理在电刷两端加直流电压，经电刷和换向器作用使同一主磁极下线圈边中的电流方向不变，该主磁极下线圈边所受电磁力的方向亦不变，从而产生单一方向的电磁转矩，使电枢沿同一方向连续旋转。
3、直流电机的可逆原理同一台电机既能作电动机亦能作发电机运行的现象。
4、直流电机的结构主要由静止的定子和旋转的转子构成，定子和转子之间存在气隙。
①定子由主磁极、换向极、机座、端盖、轴承、电刷装置等组成。
②转子转子的作用是感应电动势并产生电磁转矩；它包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴和风扇等。
5、直流电机电枢绕组（基本形式叠绕组和波绕组）分类单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组及混合绕组等。
单叠绕组特点同一个元件的出线端连接于相邻的两个换向片上，相邻元件依次串联，后一个元件的首端与前一个元件的尾端连在一起并接到同一个换向片上，最后一个元件首端与第一个元件尾端连在一起，形成一个闭合回路。
【注支路对数a等于电机的极对数p，即a=p】单波绕组特点同一个元件的两个出线端所接的两个换向片相隔接近于一对极距，元件串联后形成波浪形，所以称为“波绕组”。
【注并联支路数总是2，即极对数a=1】★单叠与单波绕组区别单叠绕组可通过增加磁极对数来增加并联支路对数，适用于低电压、大电流的电机。
单波绕组的并联支路对数a=1，每条并联支路数串联的元件数较多，适用于小电流、较高电压的电机。
6、直流电机分类（按励磁方式分）他励、并励、串励、复励7、主磁通和漏磁通定义及其作用同时与电枢绕组（即转子绕组）和励磁绕组（即定子绕组）相交链的磁通称为主磁通；只与励磁绕组（即定子绕组）相交链的磁通称为漏磁通。
主磁通与通电的转子绕组相作用产生电磁转矩，使电机转动；漏磁通无用。
04电磁转矩和电枢电动势
二、电枢感应电动势的计算
1、定义：一条支路内所有串联导体的电动势之和，即为直流电机的电枢电动势。电枢电动势的计算公式进行推导。仍然假定电枢导体在电枢表面均匀分布，电刷在几何中性线，整距绕组。
太原铁路机械学校
教师课时授课计划
编号：4
教师：武可庚班级：机电1、2
序号：日期：
课题：第五节直流电机的电磁转矩和电枢电动势的计算
目的与要求：了解电机电动势及电磁转矩的意义和计算公式，熟悉影响电枢电动势及电磁转矩的因素。
课时教学进程
教学环节及内容
教学方法
及说明
时
间
组织教学
旧课复习及考核
考勤
提问
2分
5分
教学环节及内容
教学方法
及说明
时
间
第五节直流电机的电磁转矩和电枢电动势的计算
一、电磁转枢的计算
1、定义：电枢中电流与气隙中磁场相互作用产生的转矩。
电机有负载时，电枢绕组中有电流渡过，载流导体
在气隙磁场中将受到电磁力的作用，电磁力对电枢轴心所形成的转矩称为电磁转矩，下面以发电机为例来建立电磁转矩的计算公式。
l ---导体的有效长度
ia---导体电流即支路电流
fx产生的电磁转矩为Tx=fx--=Bilia——
式中Da---电枢直径
若电枢总导体数为N，电枢表面dx段上共有导体数为---dx，dx段导体所产生的电磁转矩为
Dt=因为ia=
式中Ia---电枢电流
2a---支路数
所以Dt=
因为每个极下导体电流所产生的电磁转矩的大小和方向都是相同的，所以总的电磁转矩为
2.4电枢电动势与电磁转矩
T1
f av
D 2
§2.4电枢电动势与电磁转矩
3)电机总的电磁转矩
T
Bavli
Ia 2a
N
D 2
li
li
Ia 2a
N
2 p 2
pN
2 a Ia CT Ia
式中 CT
pN
2a
是常数，称为转矩常数。
电动势常数为 Ce
pN 6§2.4电枢电动势与电磁转矩
电动势常数为 系
Ce
pN 60a
，与转矩常数的关
CT 9.55Ce
直流电动机制成之后，它的电磁转矩的 大小正比于每极磁通和电枢电流。
§2.4电枢电动势与电磁转矩
例2－4：已知一台四极直流电动机额定功率 为100kW,额定电压为330V，额定转矩为 730r/min，额定效率为0。915，电枢绕组 的并联支路对数a＝1，电枢总导体数为186， 额定每极磁通为6.98×10－2Wb，求额定电 磁转矩是多少？
Ea
2a eav
2 p
2a
60
pN 60a
n
Ce n
对于已经制造好的电机，它的电枢电动 势正比于每极磁通Φ和转速n
§2.4电枢电动势与电磁转矩
例2－3：已知一台10kw、4极、2850r/min的 直流发电机，电枢绕组并联支路数a＝1， 整个电枢总导体数为372。当发电机的电动 势Ea＝250V时，求这时气隙每极磁通量Φ 是多少？
§2.4电枢电动势与电磁转矩 解：转矩常数
CT
pN
2 a
2186 59.2 2 3.14161
电机课后答案
1-1、 变压器电动势旋转电动势产生的原因有什么不同其大小与哪些因素有关答：变压器电动势产生原因：线圈与磁场相对静止，但穿过线圈的磁通大小或方向发生变化；旋转电动势产生原因：磁通本身不随时间变化，而线圈与磁场之间有相对运动，从而使线圈中的磁链发生变化。
对于变压器电动势：dtd N dt de φψ-=-= e 的大小与线圈匝数、磁通随时间的变化率有关。
对于旋转电动势：Blv e =e 的大小与磁感应强度B ，导体长度l ，相对磁场运动速度v 有关。
1-2、 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的它的大小与哪些因素有关答：磁滞损耗产生原因：铁磁材料在外界交变磁场作用下反复磁化时，内部磁畴必将随外界磁场变化而不停往返转向，磁畴间相互摩擦而消耗能量，引起损耗。
其大小n P 与最大磁通密度m B 、交变频率f 和材料等因素有关，即a n fB P ∞。
同时，磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积有关，面积越大，磁滞损耗也就越大。
涡流损耗产生原因：铁芯中磁通发生交变时根据电磁感应定律，铁芯中会感应涡流状的电动势并产生电流，即涡流。
涡流在铁芯中流通时，会产生损耗，就称为涡流损耗。
其大小w P 与铁芯中的磁通密度幅值m B ，磁通的交变频率f 、硅钢片厚度d 和硅钢片电阻率ρ等因素有关，即ρ222d B f P m w ∞。
1-3、 如何将dtd Ne Φ-=和Blv e =两个形式不同的公式统一起来 答： 匝数N 为1、有效长度为l ，线圈宽度为b 的线圈在恒定磁场中以速度v 运动时，由电磁感应定律可得：()Blv v lB dtdx lB d l B dt d dt d N e b x x =--=-=-=-=⎰+)(ξξφ 1-4、 电机和变压器的磁路通常采用什么材料制成这些材料各具有哪些主要特征 答：（1）通常采用高导磁性能的硅钢片来制造电机和变压器的铁芯，而磁路的其他部分常采用导磁性能较高的钢板和铸钢制造，来增加磁路的导磁性能，使其在所需的磁路密度下具有较小的励磁电流。
直流电动机工作原理(2024版)
两条曲线逐点叠加后得 到负载时气隙磁场的磁
通密度分布曲线
Bx
B0 x
Bax
由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：
1)、使气隙磁场发生畸变
空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于 电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削
弱，物理中性线偏离几何中性线角，磁通密度的曲线与空载
1.4.2 直流电机的电磁转矩 产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该
力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。
大小:
Tem
pN 2 πa
ΦIa
CTΦIa
其中CT
pN为电机的转矩常数，有 2 πa
CT
9.55Ce
可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电 流成正比
性质: 发电机——制动(与转速方向相反)；
与电刷A接触的导体总是位于N 极下，与电刷B接触的导体总是位 于S极下,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。
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极交替旋转多对。
如果认为直流电机电枢上 有无穷多整距元件分布，则电 枢磁动势在气隙圆周方向空间
分布呈三角波，如图中 Fa所x 示。
由于主磁极下气隙长度基 本不变，而两个主磁极之间， 气隙长度增加得很快，致使电 枢磁动势产生的气隙磁通密度
为对称的马鞍型，如图中Bax
所示。
Bax Fax
1.3.3 直流电机的电枢反应
1.5 直流电机的换向
1.6 直流发电机 1.7 直流电动机
电枢反应
四、直流电机电磁转矩 1）概念
电磁转矩：直流电通入转子绕组后，在主磁场的作用下， 使得转子绕组的导体受到电磁力F的作用而形成的转矩。
2）表达式
每根导体的电磁力：
F=BLi
F：产生的电磁力(N)
B：电磁感应强度(T)
I：每根导体中的电流，与转子电流Ｉa成正比(A)
L：每根导体的有效长度(m)
同一台电机，既能做电动机运行，又能做发电机运行的原
理，在电机理论中称为可逆原理。
主要原因：内部结构一样
辨别方法：查看外部条件 ，发电机一般接负载；
电动机一般接电源。
第五节 直流电机的电枢反应
从直流电机基本工作原理的分析可知，发电机将机械能 转换为电能，电动机将电能转换为机械能，其必要的条件之
可能大的电势和电磁转矩，并要力求结构简单，运行可靠， 规律依次连接，形成闭合回路。
维护方便。
元件：构成绕组的线圈称为绕组元件。 元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相
连，其中一根称为首端，另一根称为末端。 叠绕组：指串联的两个元件总是后一 个元件的端接部分紧叠在前一个元件 端接部分，整个绕组成折叠式前进。 波绕组：指把相隔约为一对 极距的同极性磁场下的相应 元件串联起来，象波浪式的 前进。
用的有感应电动势和电磁转矩。
发电机和电动机不应视为两种截然不同的电机，而只是同
一电机的两种不同运行方式。一台直流电机理论上既可以作为 电动机运行，也可以作为发电机运行，这取决于外界不同的条 件。将直流电源外加于电刷，输入电能，电机能将电能转换为 机械能，拖动生产机械旋转，作为电动机运行；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，作为发电机运行。
电机课后答案
1-1、 变压器电动势旋转电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 答：变压器电动势产生原因：线圈与磁场相对静止，但穿过线圈的磁通大小或方向发生变化；旋转电动势产生原因：磁通本身不随时间变化，而线圈与磁场之间有相对运动，从而使线圈中的磁链发生变化。
对于变压器电动势：dtd N dt de φψ-=-= e 的大小与线圈匝数、磁通随时间的变化率有关。
对于旋转电动势：Blv e =e 的大小与磁感应强度B ，导体长度l ，相对磁场运动速度v 有关。
1-2、 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它的大小与哪些因素有关？答：磁滞损耗产生原因：铁磁材料在外界交变磁场作用下反复磁化时，内部磁畴必将随外界磁场变化而不停往返转向，磁畴间相互摩擦而消耗能量，引起损耗。
其大小n P 与最大磁通密度m B 、交变频率f 和材料等因素有关，即a n fB P ∞。
同时，磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积有关，面积越大，磁滞损耗也就越大。
涡流损耗产生原因：铁芯中磁通发生交变时根据电磁感应定律，铁芯中会感应涡流状的电动势并产生电流，即涡流。
涡流在铁芯中流通时，会产生损耗，就称为涡流损耗。
其大小w P 与铁芯中的磁通密度幅值m B ，磁通的交变频率f 、硅钢片厚度d 和硅钢片电阻率ρ等因素有关，即ρ222d B f P m w ∞。
1-3、 如何将dtd Ne Φ-=和Blv e =两个形式不同的公式统一起来？ 答：匝数N 为1、有效长度为l ，线圈宽度为b 的线圈在恒定磁场中以速度v 运动时，由电磁感应定律可得：()Blv v lB dtdx lB d l B dt d dt d N e b x x =--=-=-=-=⎰+)(ξξφ 1-4、 电机和变压器的磁路通常采用什么材料制成？这些材料各具有哪些主要特征？ 答：（1）通常采用高导磁性能的硅钢片来制造电机和变压器的铁芯，而磁路的其他部分常采用导磁性能较高的钢板和铸钢制造，来增加磁路的导磁性能，使其在所需的磁路密度下具有较小的励磁电流。
电机与拖动基础知识要点复习题
电机复习提纲第一章：一、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: 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R m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一、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。
二、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 NiHL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、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、一台直流电机作为电动机运行——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、转子）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P N(kW)2、额定电压U N(V)3、额定电流I N(A)4、额定转速n N(r/min)5、额定励磁电压U fN(V)五、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。
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。
电机学教学大纲
电机学教学大纲（一）正文一、本课程的教学内容及教学时数分配（理论课共74 学时）第一章导论（2 学时）1、基本内容1.1 电机的发热与温升1.2 电机常用绝缘材料1.3 电机冷却及机壳防护1.4 电机的额定值与定额1.5 导磁材料与铁磁材料1.6 磁路计算的原理与方法1.7 电机学的性质、任务2、基本要求2.1 了解电机的发热的原因、温升的定义及测量方法2.2 认识绝缘材料的六个等级2.3 了解电机冷却介质、冷却方式及机壳防护形式2.4 掌握电机的额定值与定额2.5 了解导磁材料与铁磁材料2.6 掌握磁路计算的原理与方法3、重点掌握电机的额定值与定额、磁路计算的原理与方法4、难点磁路计算的原理与方法第二章直流电机（共12 学时）1、基本内容1.1 直流电机的工作原理、基本结构、额定值1.2 电枢绕组--- 单叠绕组1.3 直流电机的磁场--- 直流电机空载时的磁场及磁化曲线、电枢磁动势和磁场、电枢反应、感应电动势、电磁转矩1.4 直流电动机的基本特性--- 基本（电势、功率和转矩）方程、工作特性、机械特性1.5 直流电力传动-- 起动、调速、制动1.6 直流电机的换相（简述）1.7 特殊用途直流电机--- 直流伺服电动机、直流测速发电机、其它直流电机1.8 电机的发热与冷却2、基本要求2.1 了解直流电机的分类、掌握直流电机的工作原理、基本结构、额定值2.2 了解电枢绕组的基本特点、能绘制单叠绕组展开图2.3 掌握电枢反应的分类及性质、会进行感应电动势、电磁转矩的计算2.4 掌握电势、功率和转矩平衡方程式2.5 懂得直流电动机的工作特性2.6 掌握起动、调速、制动方法2.7 了解直流伺服电动机、直流测速发电机的结构、原理、应用3、重点3.1 直流电机分类、直流电机的工作原理、基本结构、额定值3.2 电枢反应、感应电动势、电磁转矩3.3 电势、功率和转矩平衡方程式3.4 直流电动机的工作特性3.5 起动、调速、制动方法4、难点4.1 基本结构4.2 直流绕组的构成4.3 电枢磁动势和磁场，电枢反应及其影响4.4 起动、调速、制动物理过程4.5 换相第三章变压器（16 学时）1、基本内容1.1 变压器的分类、基本结构、额定值1.2 变压器空载运行--- 电磁过程与正向惯例、平衡方程、等效电路1.3 负载运行分析--- 磁动势及电压平衡方程、绕组折算、相量图1.4 等效电路1.5 参数测定1.6 标么值1.7 运行特性1.8 三相变压器的磁路系统、电路系统与联接组、电动势波形1.9 并联运行1.10 不对称运行（简述）--- 对称分量法、单相负载运行与中点移动1.11 变压器的瞬变过程--- 空载合闸时的瞬变过程、二次侧突然短路时的瞬变过程1.12 三绕组变压器1.13 自耦变压器1.14 互感器2、基本要求2.1 掌握变压器的分类、基本工作原理及结构、额定值的定义（额定电压及额定电流均指线值）2.2 懂得变压器运行的电磁过程与正向惯例相关知识2.3掌握空载和负载运行分析方法2.4掌握其等效电路2.5掌握利用空载、短路试验进行参数测定的基本方法2.6学会用标么值表示各物理量2.7掌握其运行特性、电压调整率的概念及计算2.8掌握三相变压器两类磁路系统、电路系统与联接组2.9学会分析不同绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响2.10空载合闸电流及突然短路电流最大值的大小2.11掌握变压器理想并联运行的条件及非理想条件下并联运行的有关计算2.12掌握Y/Y o联结三相变压器单相负载运行等效电路、相关计算及中点移动的产生原因和大小2.13掌握三绕组变压器的绕组排列、基本方程、等效电路及折算法、了解自耦变压器有关知识3、重点3.1工作原理、主要结构、额定值3.2空载和负载运行分析---等效电路、参数测定、标么值3.3运行特性3.4三相变压器两电路系统与联接组3.5不同绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响3.6变压器理想并联运行的条件及非理想条件下并联运行的有关计算3.7 Y/Y o联结三相变压器单相负载运行等效电路、相关计算及中点移动的产生原因和大小3.8三绕组变压器的绕组排列、基本方程、等效电路及折算法4、难点4.1工作原理、主要结构4.2负载运行分析时各电磁物理量之间的关系，磁势平衡的概念4.3 一二次侧之间的折算4.4不同绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响、非理想条件下并联运行有关计算4.5Y/Y o联结三相变压器单相负载运行等效电路、零序阻抗分析4.6三绕组变压器的基本方程、等效电路及折算法第四章交流绕组及其电动势（6学时）1、基本内容1.1交流绕组的基本要求和分类、槽电势星形图1.2三相双层（叠）绕组1.3绕组电动势---节距系数、分布系数和绕组系数1.4电动势谐波及其削弱方法1.5单相绕组的脉振磁动势---脉振磁动势1.6三相绕组的基波合成磁动势---旋转磁动势1.7圆形和椭圆形旋转磁动势1.8 谐波磁动势1.9 交流电机的主磁场、漏磁场2、基本要求2.1 了解交流绕组的基本要求和分类、能绘制槽电势星形图2.2 学会绘制三相双层叠绕组的绕组展开图2.3 掌握节距系数、分布系数和绕组系数的物理意义，会计算绕组电动势2.4 了解交流绕组电动势谐波及其削弱方法2.5 掌握单相绕组脉振磁动势的性质及大小2.6 掌握三相绕组的旋转磁动势的性质及大小2.7 了解三相绕组合成磁动势高次谐波的特点2.8 会判别交流绕组产生的磁动势性质--- 脉振、圆形、椭圆形中哪一种3、重点3.1 槽电势星形图3.2 三相双层叠绕组3.3 节距系数、分布系数和绕组系数3.4 电动势谐波及其削弱方法3.5 单相绕组的脉振磁动势3.6 三相绕组的旋转磁动势3.7 圆形和椭圆形旋转磁动势4、难点4.1 槽电势星形图、电动势谐波及其削弱方法4.2 单相绕组的脉振磁动势4.3 推导电势、磁势的计算公式，绘制并解释磁势波形图4.4 三相绕组合成磁动势的高次谐波、圆形和椭圆形旋转磁动势第五章异步电机（16 学时）1、基本内容1.1 异步电机的类型、基本结构1.2 基本工作原理1.3 额定值1.4 转子静止时的异步电机--- 磁场与电抗1.5 转子旋转时的异步电机及等效电路、参数计算1.6 等效电路的简化1.7 参数测定1.8 感应电动机的功率、功率和转矩平衡方程式1.9 电磁转矩1.10 工作特性1.11 异步电动机的起动--- 起动过程、起动方法、深槽式和双笼感应电动机1.12 异步电动机制动1.13 异步电动机调速1.14 感应电动机在不对称电压下的运行分析及单相感应电动机1.15 特种异步电机--- 交流伺服电动机、交流测速发电机2、基本要求2.1 了解其主要结构、掌握感应电机的基本原理、额定值了解其主要结构2.2 掌握感应电动机转子不动与转子旋转时绕组的相电势和平衡方程2.3 掌握负载运行时的等效电路2.4 掌握感应电动机的功率分布及功率和转矩平衡方程式2.5 掌握感应电动机的T=f(s) 曲线，会求取起动电磁转矩、最大电磁转矩2.6 学习其工作特性2.7 掌握感应电动机参数测定方法2.8 掌握感应电动机的起动过程、起动方法、掌握深槽式和双笼感应电动机的起动性能2.9 了解其制动方法2.10 掌握调速方法2.11 了解感应电动机在不对称电压下的运行分析方法2.12 掌握单相感应电动机的种类及起动方法2.13 掌握交流伺服电动机、交流测速发电机的结构及工作原理3、重点3.1 感应电机的基本原理、额定值3.2 感应电动机转子不动与转子旋转时运行分析方法、等效电路3.3 感应电动机的功率、功率和转矩平衡方程式3.4 电磁转矩3.5 工作特性3.6 感应电动机的起动过程、起动方法3.7 电动机调速方法3.8 单相感应电动机的种类及起动方法4、难点4.1 主要结构4.2 频率折算、等值电路及其参数4.3 电磁转矩计算4.4 附加转矩及其对起动的影响4.5 感应电动机在不对称电压下的运行分析方法第六章同步电机( 20 学时)1、基本内容1.1 概述--- 基本结构、励磁方式、冷却方式、额定值1.2 运行原理--- 空载运行分析、电枢反应、负载运行、平衡方程式、等效电路、矢量图1.3 运行特性--- 空载特性、短路特性、零功率因素特性、外特性、稳态参数测定1.4 并联运行--- 并联运行条件和方法、并联运行时有功功率调节和静态稳定、无功功率的调节和V 形曲线、两台容量相近的同步发电机的并联运行1.5 同步电动机和调相机--- 同步电动机的相量图、基本方程、功角特性、无功功率的调节、起动方法、同步调相机1.6 同步发电机不对称运行--- 稳定短路、参数测量、电机的影响1.7 突然短路--- 突然短路电流的特点、计算、对电机的影响1.8 特殊同步电机-- 磁阻同步电动机、步进电动机2、基本要求2.1 认识其基本结构、掌握其基本工作原理2.2 学习其主要额定值2.3 掌握保梯电抗、直轴饱和电抗2.4 掌握电压调整率、调整特性2.5 掌握稳态参数测定方法2.6 掌握同步发电机的空载运行时的磁场、电动势及空载特性2.7 掌握对称负载时的电枢反应性质2.8 掌握隐极同步发电机的不饱和及饱和负载运行时的相量图、等效电路图2.9 掌握凸极同步发电机磁动势换算方法、波形系数、电枢反应系数的定义2.10 掌握凸极同步发电机的负载运行的相量图2.11 掌握同步发电机的空载特性、短路特性、直轴不饱和电抗的计算、短路比的定义2.12 掌握由零功率因数特性、空载特性确定定子相漏抗及直轴电枢磁动势的方法2.13 懂得电压调整率的计算方法2.14 学会用转差法进行同步发电机稳态参数测定2.15 掌握同步发电机的功率和转矩平衡方程式2.16 掌握同步发电机功角特性2.17 学会其投入并联运行的条件和方法2.18 掌握并联运行时有功功率的调节方法、静态稳定条件及静态过载倍数的定义2.19 无功功率的调节和V 形曲线2.20 了解两台容量相近发电机并联运行的功率调节方法2.21 掌握同步电机发电机、调相机、电动机三种运行状态2.22 了解同步电动机的相量图、基本方程、功角特性、调节同步电动机功率因数的方法、懂得其起动方法2.23 了解同步调相机的用途2.24 掌握不同稳定短路情况下短路电流的大小关系2.25 了解负序、零序参数的测量方法、了解不对称运行对电机的影响2.26 会计算突然短路时最大冲击电流了解突然短路对电机的影响2.27 了解磁阻同步电动机的原理及结构、掌握步进电动机的原理、结构3、重点3.1 基本结构及额定值3.2 同步发电机的空载运行分析电动势及空载特性3.3 对称负载时的电枢反应性质3.4 隐极同步发电机的负载运行分析相量图、等效电路图3.5 电枢反应系数的定义3.6 凸极同步发电机的负载运行相量图3.7 同步发电机的空载特性、短路特性、直轴不饱和电抗3.8 零功率因素特性、保梯电抗、直轴饱和电抗3.9 电压调整率的定义及计算3.10 同步发电机的功率和转矩平衡方程式3.11 同步发电机的电磁功率和功角特性3.12 投入并联运行的条件和方法、并联运行时有功功率的调节和静态稳定3.13 无功功率的调节和V 形曲线3.14 同步电机的三种运行状态、同步电动机无功功率的调节、同步调相机用途3.15 不同稳定短路情况下短路电流的大小关系3.16 突然短路时最大冲击电流的计算3.17 步进电动机4、难点4.1 基本结构4.2 凸极同步发电机的双反应理论，用方程式、相量图进行复数计算4.3 直轴饱和电抗的求取、用转差法进行同步发电机稳态参数测4.4 并联运行时有功功率的调节和静态稳定、无功功率的调节和V 形曲线、4.5 同步电机的三种运行状态4.6 负序、零序参数的测量方法4.6 突然短路时的物理过程分析教材外的补充内容：异步电机变频调速系统；异步电机矢量变换控制等4学时）、本课程的实验及实物模型参观（14 学时）实验一并励直流电动机的工作特性和调速特性（2 学时）实验二单相变压器的空载、短路与负载特性（2 学时）实验三三相变压器的极性和联结组（2 学时）实验四三相异步电动机的起动和调速（2 学时）实验五三相同步发电机的运行特性（3 学时）实验六三相同步发电机的并联运行（3 学时）三、实习及作业由于专业课时压缩，教师可组织利用课余时间到工厂进行短时实习；作业以教科书上为主。
电机基本定律
直流电机的电枢反应
由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点： 1)、使气隙磁场发生畸变 空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢 反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理 中性线偏离几何中性线 角，磁通密度的曲线与空载时不同。 2)、对主磁场起去磁作用 磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每 极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部，主 磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的 磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时 的电枢反应为交轴去磁性质。
直 流 电 机
转子
具体结构参看P46
工作原理：
导电线圈放在磁场中，会收到洛 伦兹力作用，方向左手定则判定。 当线圈面与磁感线垂直时所受的 力矩最大。 受到磁场的作用力的线框会旋转， 当旋转90度后，换向器改变了线 框电流的方向，于是导线框会连 续旋转下去，这就是直流电动机 的工作原理
每根导体内电动势瞬时值
主磁场 气隙磁场 铜耗（绕组电阻发热）
漏磁：线圈间有缝隙，缝隙间形成小磁体，且闭合回路，产生与理 论不同的磁感强度 漏感：电机在初次级耦合过程中漏掉的一部分磁通 涡流损耗：由于铁磁性材料通常是导电体，当线圈通有交流电时， 铁芯内的磁通随之变化，在铁芯就会感生漩涡状电流（涡流）。 涡流产生热量耗散，称为涡流损耗。
直流电机的电枢电动势和电磁转矩
直流电机的电枢电动势 产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电
枢电动势。
pN n Ce n 大小: Ea 60 a pN 其中 Ce 为电机的结构常数 (电动势常数 ) 60 a
可见，直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通及转速有关。
电机与拖动基础电子教案——第五篇第十八章 直流电机的磁场、电枢反应和电枢绕组
2）直轴电枢反映：当电刷不在几何中性 线上，出现了直轴电枢反应，从图上可 以看出：
A:若为发电机，电刷顺着旋转的方向移动 一个夹角，对主极磁场而言，直轴起去 磁反应，若电刷逆着旋转方向移动一个 夹角，则直轴电枢反应将是增磁的，
其中， 为气 隙计算长度，可见，磁密的
分布和气息的大小是成反比关系的，这就刚 好验证了上一节的磁密分布的曲线形式。
二、电刷不在几何中性线上的电枢磁动势：
看图：引出了直轴电枢磁动势，
直轴电枢磁动势：电枢磁动势的轴线与主磁极 轴线重合，称为直轴电枢磁动势。
三、交轴、直轴电枢反应：
1）交轴电枢反应：交轴电枢磁动势对主极磁场 的影响。
在这里，我们为了分析问题的简单，
假定（1）磁场是不饱和的，（2）发电机电 枢转向是逆时针，电动机为顺时针。这样， 我们就可以对上图进行叠加，可知
A:交轴电枢磁场在半个极内对主极磁场起去磁 作用，在另半个极内则起增磁作用，引起气 隙磁场畸变，使电枢表面磁通密度等于零的 位置偏移几何中性线，新的等于零的我们称 之为物理中性线。
2.单叠绕组电路图：
为了进一步说明单叠绕组各个元件的联接
次序及其电动势分布情况，按图18-7各元
件的联接顺序，可得到如图18-8所示的绕
组电路图。从图18-8可以看出，每个极下
的元件组成 一条支路，这就是说，单叠绕
组的并联支路数正好等于电机的极数，即
（ 为并联
支路2a对数2 p）。a这是单叠
绕组的重要特点之一。
是一个常数，称为电动势常数。
二、电磁转矩：
如果电动势和发电机相关，那么，电磁 转矩和电动机可以联系在一起，求解电 磁转矩的过程和求解电动势是一样的：
直流电机的电枢电动势和电磁转矩
CT, Ce都是电机的结构常数，两者之间的数量关系为
CT9.5C 5e
（1-17）
由式（1-16）可看出，制造好的直流电机其电磁转矩仅 与电枢电流和气隙磁通成正比。
导体的有效长度。
1.4 直流电机的电枢电动势（续1）
将式（1-9）和式（1-10）代入式（1-7）中可得
每根导体的电动势为
ep n
60
（1-11）
每条支路中的感应电动势为
式中，Ce
pN 60a
EN ep N n C n a 2 aa 6a 0 e
（1-12）
为电动势常数，当电机制造好后仅
与电机结构有关。N为电枢导体总数。
1.4 直流电机的电枢电动势（续2）
磁通 的单位为Wb，转速的单位为r／min，
感应电动势的单位为V。式（1-12）表明直流电 机的感应电动势与电机结构、气隙磁通和电机转 速有关。当电机制造好以后，电机结构常数Ce不 再变化，因此电枢电动势仅与气隙磁通和转速有 关，改变转速和磁通均可改变电枢电动势的大小。
Tf D
a
2 a
（1-14）
直流电机的电磁转矩（续1）
总的电磁转矩为
TemNaT
Nf a
将式（1-9）代入得
D 2
NBLi
a
a
D 2 BaL2Iaa ND 2
（1-15）
TpN IC I
（1-16）
式中，CT为转矩常e数m ，2 也a是a仅与T电a机结构有关；D2p为
电枢铁心直径。
当电枢电流的单位为A，磁通单位为Wb时，电磁转矩的 单位为N·m。
直流电机的电磁转矩
当电枢绕组中有电枢电流流过时，通电的电 枢绕组在磁场中将受到电磁力，该力与电机电枢 铁心半径之积称为电磁转矩。一根导体在磁场中 所受电磁力的大小可用下式计算
同步发电机的电枢反应
转轴上产生制动性质的电磁转矩Tem .
输出的有功功率越大，有功分量电流就越 大，交轴电枢反应越强，Tem越大，这就要 求原动机输入更大的驱动转矩，维持电机 的转速不变。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
当 900( 或 900） 时,直轴电枢反应磁动势是与E0成900的Id 产生
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负 载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流 的变化影响发电机的电压。
为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变 化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。
综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机——电能量转 换的关键。
特点：既交磁又增磁， 1）使气隙磁场轴线位置发生改变；2）导致端电压上升。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.4 一般情况下的电枢反应（总结）
00 900 900
Fa F f Fa
位置 夹角
q轴
Fa
记作
F aq
d轴
F ad
d轴 900 F ad
00 900 d、q
端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相应增大励磁 电流，此时电机为过励磁运行状态。
2）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。
3）发电机发出有功功率为零，仅发出感性无功功率。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.3 900时的电枢反应
空载电动势 E0滞后电 枢电流 I900
q轴 U轴
R、C
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.5 电枢反应与机--电能量转换
直流电机（12）直流电机的共同问题（二）直流电机的电枢反应感应电动势电..
1. 理解直流电机的磁动势和磁场2.掌握直流电机的电枢反应3.掌握直流电机电枢绕组的感应电动势4.掌握直流电机的电磁转矩本章基本要求直流电机的共同问题（二）直流电机的电枢磁动势和磁场 直流电机的电枢反应直流电机电枢绕组的感应电动势 直流电机的电磁转矩主要内容直流电机的共同问题（二）内容回顾直流电机绕组小结◆直流电机的电枢绕组总是自成闭路,为闭合绕组;◆电刷放置的一般原则是空载时正、负电刷间的电动势最大,或者说,被电刷短路的元件中的电动势为零;◆对于端接对称的元件,电刷放置在主极轴线下的换向片上,且总是与位于几何中性线上的导体相接触;内容回顾直流电机绕组小结◆电枢绕组的支路数(2a )永远是成对出现,因为磁极数(2p )是一个偶数;且至少有2条并联支路; 单叠绕组: a = p (并联支路对数恒等于电机极对数)单波绕组:a = 1(并联支路对数恒等于1)◆单叠绕组适应于较大电流、较低电压的电机;单波绕组适用于较高电压、较小电流的电机。
23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场1.主磁通和漏磁通◆磁场是电机实现机电能量转换的媒介;◆主极磁场由永久磁铁或励磁绕组通入直流电流产生;◆空载时电机中的磁场分布是对称的。
0f f I F s ìF -ïï F íïF -ïïî主磁通，经气隙进入电枢。
主极漏磁通(15-25%)φ0不进入电枢,只增加磁极的饱和程度。
内容回顾23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场主磁通路径：气隙→电枢齿→电枢轭→电枢齿→气隙→主磁极→定子轭→主磁极→气隙。
内容回顾23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场直流电机空载时的磁场分布内容回顾23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场2.气隙主极磁场的分布◆磁动势: 磁极范围内,励磁磁势大小相同。
◆磁密波形: 空载时的气隙磁通密度为平顶波。
直流电机工作原理
I U
If Ia M
并励
I U
Ia If M
串励
复励
第2章 直流电机
2. 直流发电机按励磁方式分类 分为他励和自励。
If Ia
I
Uf
G
Ua
If Ia
I
G
U
他励
Ia If G
I U
并励（自励）
If Ia G
I U
串励（自励）
复励（自励）
第2章 直流电机
2.3 直流电机的磁场和电枢反应
一、直流电机的空载磁场
(1) 同一极下每根导体受到的平均电磁力为
fav = Bavlia ※ ia —— 导体中的电流 。
每根导体受到的平均电磁转矩为
D
D
Tav = 2 fav = 2 Bav lia
第2章 直流电机
电枢直径为：
2p
D=
电枢电流与支路电流的关系为：
ia =
Ia 2a
则
D Te = NTav = N 2 Bav lia
CT n Ia
= Te
第2章 直流电机
结论：
电动机将电枢吸收的电功率 EIa 转换成了机械
功率 Te ，故称 EIa 和 Te 为电磁功率。
(4) 空载损耗 P0
附加损耗
P0 = PFe＋Pfw＋Pad
铁损耗
机械损耗
(5) 输出功率 P2
Te = T0 ＋T2
P2 = T2
= Pe－ P0
=
2 60
2. 单叠绕组
1
2
8
3
AB
7
4
6 81 A 76
5 23
B 54
1
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 直流电机的电磁转矩
产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,
该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。
pN ΦI a CT ΦI a 大小: Tem 2 πa pN 其中C T 为电机的转矩常数，有 CT 9.55Ce 2 πa
可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电 流成正比
极身
极靴 几何中性线
（a）气隙形状
为了感应电动势或产生电磁转 矩，直流电机气隙中需要有一定量 的每极磁通 0 ，空载时，气隙磁 通 0 与空载磁动势 F f 0 或空载励磁 电流 I f 0 的关系，称为直流电机的空 载磁化特性。如右图所示。
0
N
A
为了经济、合理地利用材料， 一般直流电机额定运行时，额定磁 通 N 设定在图中 A点，即在磁化特 性曲线饱和与未饱和的转折点,又称 为膝点。
1、当电刷在几何中性线上时，将 主磁场分布和电枢磁场分布叠加， 可得到负载后电机的磁场分布情况， 如图（a）所示。
电枢磁场磁通 密度分布曲线
Bx
主磁场的 磁通密度 分布曲线 两条曲线逐点叠加后 得到负载时气隙磁场 的磁通密度分布曲线
磁感应强度零点发 生偏移
B0 x
Bax
由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：
二 直流电机的电枢电动势和电磁转矩
1
直流电机的电枢电动势
枢电动势。
产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电
大小:
pN Ea Φn C e Φn 60 a
pN 其中 C e 为电机的结构常数 (电动势常数 ) 60 a
可见,直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通及转速有关。
0
I fN
If0 If F f流电机带上负载后，电枢绕 组中有电流，电枢电流产生的磁动 势称为电枢磁动势。电枢磁动势的 出现使电机的磁场发生变化。
右图为一台电刷放在几何中性线 的两极直流电机的电枢磁场分布情况 (假设励磁电流为零，只有电枢电流)
如果认为直流电机电枢上 有无穷多整距元件分布，则电 枢磁动势在气隙圆周方向空间 分布呈三角波，如图中 Fax 所 示。
2.3 电枢反应、电动势和电磁转矩
1 直流电机的空载磁场
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 （励磁绕组有电流， 其他绕组无电流）
漏磁通：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
空载时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的 大小和形状。
1)、使气隙磁场发生畸变
空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于 电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削 弱，物理中性线偏离几何中性线 角，磁通密度的曲线与空载 时不同。
2)、对主磁场起去磁作用
磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此 每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部， 主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增 加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中 性线时的电枢反应为交轴去磁性质。
为什么电枢磁 动势成三角波?
由于主磁极下气隙长度基 本不变，而两个主磁极之间， 气隙长度增加得很快，致使电 枢磁动势产生的气隙磁通密度 为对称的马鞍型，如图中Bax 所示。
Fax
Bax
为什么磁感应强度B的 中心线发生偏移?
3 直流电机的电枢反应
当励磁绕组中有励磁电流，电 机带上负载后，气隙中的磁场是励 磁磁动势与电枢磁动势共同作用的 结果。电枢磁场对气隙磁场的影响 称为电枢反应。
磁极中心及附近的气 隙小且均匀，磁通密度较 大且基本为常数，靠近极 尖处，气隙逐渐变大，磁 通密度减小；极尖以外， 气隙明显增大，磁通密度 显著减少，在磁极之间的 几何中性线处，气隙磁通 密度为零。
极身
极靴 几何中性线
（a）气隙形状
空载时的气隙磁通密度为 一平顶波，如下图(b) 所示。
空载时主磁极磁通的分 布情况，如下图所示。