电机拖动技术第四版李发海第一章
《电机及拖动基础》课件第1章
图1-14 直流电动机的气隙磁场分布示意图 (a) 主极磁场 ；(b) 电枢磁场；(c) 气隙磁场
1.4 直流电机的基本公式
直流电机的电枢是实现机电能量转换的核心，一台直流电 机运行时，无论是作为发电机还是作为电动机，电枢绕组中都 要因切割磁感应线而产生感应电动势，同时载流的电枢导体与 气隙磁场相互作用产生电磁转矩。
f=Bxli
(1-2)
图1-2 直流电动机的工作原理图 (a) ab边在N极下、cd边在S极下的电流方向；(b) 转子转过180°后的电流方向
例1.2 电动机拖动的生产设备常常需要作正转和反转的 运动，例如龙门刨床工作台的往复运动、电力机车的前行和倒 退等，那么图1-2所示的直流电动机怎样才能顺时针旋转呢？
3) 额定电流IN 额定电流是指额定电压和额定负载时，允许电机电刷两端 长期输出(发电机)或输入(电动机)的电流，单位为A。 对发电机，有
对电动机，有
PN=UNIN
PN=UNINηN
式中：ηN——额定效率。
4) 额定转速nN 额定转速是指电机在额定运行条件下的旋转速度，单位为 r/min。 此外，铭牌上还标有励磁方式、工作方式、绝缘等级、重 量等参数。还有一些额定值，如额定效率ηN、额定转矩TN、额 定温升τN，一般不标注在铭牌上。
定律告诉我们，在均匀磁场中，当导体切割磁感应线时，导体 中就有感应电动势产生。若磁感应线、导体及其运动方向三者 相互垂直，则导体中产生的感应电动势e的大小为
e=Bxlv
(1-1)
图 1-1 直流发电机的工作原理图 (a) ab边在N极下、cd边在S极下的电动势方向；(b) 转子转过180°后的电动势方向
2. 转子部分 1) 电枢铁芯 电枢铁芯由硅钢片叠成。为了减小涡流损耗，电枢铁芯 通常采用 0.35～0.5 mm厚且两面涂有绝缘漆的硅钢冲片叠压 而成。有时为了加强电机冷却，在电枢铁芯上冲制轴向通风孔， 在较大型电机的电枢铁芯上还设有径向通风道，用通风道将铁 芯沿轴向分成数段。整个铁芯固定在转轴上，与转轴一起旋转。 电枢铁芯及冲片形状如图1-9所示，电枢边缘的槽供安放电枢 绕组用。
电力拖动第四版
课题二、低压熔断器一、低压熔断器的作用、符号熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路。
熔断器的熔体串接于被保护的电路中，熔断器以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短路保护及过载保护。
作用：短路保护接法：串联原理：熔断自身，切断电路。
符号：如图示二、熔断器的结构与主要技术参数1．结构：熔体、熔管和熔座。
2．主要参数：额定电压额定电流分断能力安秒特性三、常用低压熔断器1．型号：RL1—152．常用的熔断器P11表1-41)RC1A系列瓷插式熔断器2)RL1系列螺旋式熔断器3)RM10系列封闭管式熔断器4)RT0系列有填写料封闭管式熔断器5)NG30系列有填料封闭管式圆筒帽形熔断器6)RS0、RS30系列有填料快速熔断器7)自复式熔断器三、熔断器的选用1．熔断器类型的选用根据环境、负载性质和短路电流的大小2．熔断器额定电压和额定电流的选用大于负载线路的电压、电流；分断能力大于最大短路电流3．熔体额定电流的选用电机：不频繁启动I FUN=（1.5~2.5）I MN（I MN为电机I N）频繁启动I FUN=（3~3.5）I MN课题三、低压开关一、低压断路器低压断路器又称为自动空气开关或者自动空气断路器。
用于分配电能、不频繁启动异步电动机以及对电源线路及电动机的保护。
当电路发生过载、短路、失压、或者欠压等故障时能自动切断电路故障的一种保护电器。
1．功能正常时：控制作用故障时：保护作用（过载、短路、失压保护）2．分类结构：塑壳式、万能式、限流式、直流快速式、灭磁式、漏电保护式。
漏电保护式3．结构及原理触头系统、灭弧装置、操作机构、热脱扣器、电磁脱扣器、绝缘外壳。
4．符号及型号5．低压断路器的选用1)额定电流和额定电压2)热脱扣器：I Z=I N3)电磁脱扣器:I Z≥KI ST(K=1.5~1.7)或I Z=10I N4)欠压脱扣器：U Z=U N5)分段能力：I dZ≥I dmax6．安装与使用垂直安装，电源接上端，负载接下端。
电机与拖动.教学内容
- 变化的磁 → 电 （愣次定律） - 磁场中的带电导体 → 安培力，带电粒子 → 洛伦兹力
• 机电能量转换
- 电能( ei ) → i 是关键，有 e 没 i 没功率 - 机械能( TΩ或 fv) → Ω是关键，有T没Ω没功率
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8
7
第一部分 电机原理 第一章 绪论
第二节 关于电机
2004
（2）赵昌颖主编，《电力拖动基础》，哈工大出版社
（3）电机学，许实章主编，华中科技大学
- 通用教材，难度适中，最好的
（4）电机学，李发海主编，清华大学
- 比较适中
（5）电机学，孔昌平主编，哈工大出版社
- 简单，适合专科生、夜大生使用
电机学，徐德淦主编，机械工业出版社
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- 比较通俗易懂
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I˙
• 磁路：磁通通过的路径
- 铁芯加螺线管 - 思考：无铁芯时有没有磁场？ 是加强
U˙
φ˙
还是减弱？
电流如何变化？
- 磁通：注意有主磁通和漏磁通的区别
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第一部分电机原理 第一章 绪论
第三节 关于磁路
二、磁路中的物理量
• 磁通Φ • 磁通密度（面密度，磁感应强度）B，B= Φ/A, A -面积 • 磁场强度H，H=B/μ，μ-磁导率 • 磁阻Rm，即铁芯对磁通的阻抗作用 • 磁导Λm，磁阻的倒数
• 辅助部分（绝缘材料）
- 油漆，橡胶，绝缘纸等
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第一部分 电机原理 第一章 绪论
第二节 关于电机
四、电机中的能量转换关系
• 了解以后，对于各种电机的原理分析设计都有好处。 • 机电能量转换，如何转换的？ → 通过媒介。 用什么 • 媒介？电磁场是媒介（为什么不用电场？） • 能量过程：
1电力拖动基础
—电机与拖动基础—
二、要求： 1、作笔记 2、准备两个作业本，按要求交 作业 3、实验前认真预习，写出预习 报告
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电机与拖动基础
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—电机与拖动基础—
三、参考书：
• 1、王毓东编《电机学》上、下 浙江大学 出版 • 2、顾绳谷编《电机及拖动基础》机械工业 出版社
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电机与拖动基础
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—电机与拖动基础—
八、电机的发展状况
• 大型和超小型方向发展 • 同步发电机定子
各种微电机
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电机与拖动基础
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—电机与拖动基础—
第一章 磁路（绪论）
• 本章学习： • 磁路的基本概念和基本定律 • 铁磁材料的磁性能
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电机与拖动基础
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电机与拖动基础
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• • • • • •
四、本课程学习内容： 变压器、直流机、异步机、同步机 掌握内容： 1）工作原理 2）电磁力分析 3）特性及应用
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—电机与拖动基础—
五、电机的作用与功能：
• 电机是实现机械能与电能相互转换的 电磁机器 • 电动机：电能机械能 • 发电机：机械能电能 • 变压器：U1交流电能U2交流电
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电机与拖动基础
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—电机与拖动基础—
第四节 负 载 的 机 械 特 性
负载的机械特性指：n=f(TL)关系
一、恒转矩负载机械特性 1、反抗性恒转矩负载特性
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负载转矩由摩擦力产生，其特点： 大小恒定（与n无关）；作用方向 与运动方向相反。
电机及拖动基础课件第四版全演示文稿
； 合成磁通
；n 电机转速
2-6 感应电动势和电磁转矩
P=2的直流电动机感应电动势分析
电枢空间位置与电角度的关系
N
元件的指定支路边电流变化波形
ia , Ф
+Ф
电角度
1
8
6
+
S
_
_
+
7
4
5
N
第三十二页，共146页。
3
0
π
2π
t
S
2
-Ф
由于磁极与换向电刷的配合,使电枢元 件边的电流极性与磁极极性总保持相 对一致性。当电流相角度发生半周变 化即π时，元件边切割的磁通也正好
1-1 磁路的基本定律
一、（电）磁场存在的基本要素
1. 磁场源，励磁源，励磁电流
2. 磁路，磁通路径
二、（电）磁场的基本物理量
1. 磁通
描述 通过一定横截面积的磁力线总数
符号
类型 矢量
量纲 Wb ； 1 Wb = 108 lines • 磁感应强度 ，磁通密度
描述 通过单位面积的磁力线数量
符号 B 类型 矢量
0 Bx ldx
由于每个磁极下的磁通为
0 Bx ldx
；Da 电枢转轴直径
第三十七页，共146页。
2-6 感应电动势和电磁转矩
电枢（P对磁极）总电磁转矩为
Tem
2p Z
4a
Ia
Cm
Ia
电磁转矩 Tem 的大小与每极磁通和电枢电流的乘积成正比
— 思考 —
1. 当电枢回路电流为零时，是否能确定Ea为零？
2-4 直流电机的励磁方式和磁场
一、直流电机的基本励磁结构
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。
电机及拖动第四版绪论第4版终稿课件
3.电力拖动系统的发展过程
在交流电出现以前，只有直流电力拖动系统。
绪论
0.1
十九世纪末期，交流电动机研制出来，出现了交流电力 拖动系统。
随着生产技术的发展，对电力拖动在起动、制动、正反转以及 调速等方面提出了更新更高的要求，交流电力拖动系统在技术上 难以实现这些要求，所以，20世纪以来，在可逆、可调速与高精 度的拖动领域中，相当时期内几乎都采用直流电力拖动，而交流 电力拖动系统则主要用于恒转速系统。
ph f Bm2
绪论
0.5
4.存在涡流损耗：在交变磁通作用下，铁心产生感应 电动势并产生涡流，涡流在铁心电阻上引起的损耗。
pe f 2 Bm2 d 2 / Re
5.铁心损耗：包括磁滞和涡流损耗。
其中：
pFe f Bm2
1.2 —1.6
绪论
0.5
0.5.3 电机理论中常用的基本电磁定律 一、电路定律
变压器：作用是将一种电压等级的电能转换为另一种电压等级的 电能。
发电机：功能是将机械能转换为电能。 电动机：功能是将电能转换为机械能。 控制电机：主要用于信号的变换与传递，在各种自动化控制系统中作 为多种控制元件使用。
绪论
0.1
二是按电机结构、转速或运动方式分类，有变压器、旋转 电机和直线电机。
变压器是一种静止电机；
三、磁场强度H:为建立电流与由其产生的磁场之间的数量关 系而引入的物理量，单位为：安培/米（A/m),其与B的关系： B=μH。其中磁导率μ：表示导磁能力的物理量，单位(H/m); 真空磁导率μ0=4π×10-7H/m。根据μ大小可将材料分为： 非铁磁材料和铁磁材料。
电机及拖动基础第一章.
第四版
冯浩源
课程介绍
本课程主要讲授直流电动机、变压器、交流异步电动机的构成 及原理，内部电、磁、力关系，能量转换关系等。在此基础上，讲 解电机的外部特性及其起动、制动、调速特性。拖动系统的动力学 特征。介绍部分控制电机。本课既是研究该领域的基础理论学科， 又是一门独立的基础应用课，可以直接为工农业生产服务。本科程 的理论性与实践性都很强。通过本课程学习，使学生掌握各种电机 的基本结构与工作原理，独立分析电力拖动系统各种运行状态，掌 握有关计算方法，合理地选择和使用电动机，为本专业“运动控制 专业方向”的专业课打下基础。
电机与拖动
第一章 磁路
第一节 磁路的基本定律
电机是进行机电能量转换的装置 机电能量转换的媒介是磁场，磁场的路径称为磁路。 在工程中，通常将磁场问题简化为磁路问题。
电机与拖动
一. 磁场的几个常用量
磁感应强度（又称磁通密度）B —— 表征磁场强弱 及方向的物理量。单位：Wb/m2(或:T特斯拉) 磁通量Φ —— 垂直穿过某截面积的磁力线总和。
由于铁磁材料的磁化曲线不是 一条直线，所磁导率也不是常数， 将随着H值的变化而变化。进入饱和 区后，μFe急剧下降，直到趋近于 μ0，这表明，在铁磁材料中，磁阻 随饱和度增加而增大。
μfe
各种电机、变压器的主磁路中， 为了获得较大的磁通量，又不过分 增大磁动势，通常把铁心内工作点 的磁通密度选择在膝点附近。
第四章：三相异步电动机的基本原理（4学时）
（一）基本要求： 掌握三相异步电动机的原理、结构；熟悉三相异步电动机绕组 及其磁势；掌握三相异步电动机内部的电磁过程和三种分析方法， 特别是等值电路图和变压器等值电路图的比较；掌握三相异步电动 机的功率、转矩平衡方程式；掌握三相异步电动机的机械特性；熟 悉参数测定方法。 （二）内容： 第一节：三相异步电动机的工作原理及结构 第三节：三相异步电动机的定子绕组 第四节：三相异步电动机的定子磁动势及磁场 第五节：三相异步电动机定子绕组的电动势
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
电机与拖动 第4版 第1章 电机学基础知识
磁动势F =Ni（单位安匝At）
磁阻Rm = l/(μA) （单位每亨H-1）
第一章 电机学基础知识
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1.2 电机的基本原理
2) 磁路及基本定律
基尔霍夫第一定律
基尔霍夫第二定律
l0A0μ0ϕ0 i N
l1A1μ1ϕ1 ϕ1
ϕ2 l2A2μ2ϕ2
l3A3μ3ϕ3 ϕ3
l6A6μ6ϕ6
l5A5μ5ϕ5 l4A4μ4ϕ4
第一章 电机学基础知识
目录
1.1 电机的基本功能与主要类型 1.2 电机的基本原理 1.3 电机的制造材料
第一章 电机学基础知识
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1.1 电机的基本功能
电机（包括变压器和旋转电机 ）是实现能量转换和 信号传递的电磁装置。
电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。
电机是实现能量转换和信号转换的电磁装置。
6/99
1.2 电机的基本原理
1) 磁场基本概念
同性相斥、异性相吸。 铁磁材料性质。
第一章 电机学基础知识
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1.2 电机的基本原理
1) 磁场基本概念
磁通量Φ（单位：韦伯 Wb ） 垂直穿过某截面的磁感线总和。
磁通连续性定理—通过任意封闭曲面的磁通量等于零。
第一章 电机学基础知识
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1.2 电机的基本原理
电机泛指所有实施电能特性变换的机械装置。电气工 程学科关注的电机，研究限于依据磁场耦合实现机电 能量转换和信号传递与转换的装置（电磁式电机）。
the devices used in the interconversion of electric and mechanical energy. Emphasis is placed on electromagnetic rotating machinery, by means of which the bulk of this energy conversion takes place. However, the techniques developed are generally applicable to a wide range of additional devices including linear machines, actuators, and sensors.
李发海电机与拖动基础第四版第一章
在电机学中，习惯上用左手定则确定 f 的 方向如图1.6 所示。
1.2.8 电磁感应定律 1. 切割电动势
在均匀场中，当直导体L、磁感应强度B、 导体相对运动方向V 三者相互垂直时，导 体中的感应电动势为
图 1.6 左手定则应用
在电机学中，习惯上用右手定则确定 电动 势 e 的方向。如图1.7 所示。
1.2.5 铁磁材料的磁化特性
铁磁材料(如铁、镍、钴)的的磁导率 µ >> µ0 ，且还 与磁场强度及物质磁化历史相关，因此铁磁材料的 µ 不是一个常数。用试验方法测得的B-H 曲线如图1.4所 示。
图 1.4 铁磁材料的磁化特性 1 磁滞回线上升分支 2 平钧磁化特性 3磁滞回线下降分支
磁化曲线有如下特点: 非线性 饱和性 磁滞回线性
电机与拖动基础
李发海 王 岩 编著
普通高等教育 “十 — 五”国家级规划教材
第一章 绪论
1.1 课程性质
电能是使用最广泛的一种能源。 电机是电能与机械能相互转换的设备。把机械能 转换为电能的电机称为发电机。反之, 把电能转换 成机械能的电机称为电动机。
电动机拖动生产机械运转完成既定的工艺要求, 称为电力拖动。 在电力拖动控制系统还大量用到控制电机。
导磁物质中的磁场用磁场强度H表示，它与磁密的
关系为：
B = µH
磁场强度的单位为安培/米(A/m)。µ为导磁物质的磁
导率，真空中的磁导率 µ0 =4π x 107 H/m. 铁磁材料 的 µ >> µ0
1.2.4 安培环路定律
在磁场中，沿任意一个闭合回路的磁场强度线积分
等于该回路所环链的所有电流代数和,即
当磁滞回线较窄时,可用其平均值,即基本磁化曲线[图1.4(a)中 曲线2]来计算。图1.4(b) 是铁磁材料的基本磁化特性。
电机与拖动技术完整版课件全套ppt教学教程
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用 1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标 1.3电机理论中的基本知识点 1.4电机及拖动基础中常用的定律 1.5电机与拖动系统的MATLAB仿真技术
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
电能是现代能源中应用最广的二次能源，它的生产、变换、传输、分配 、使用和控制都比较方便经济，而要实现电能的生产、变换和使用等都离不 开电机。电机就是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。因此，电 机一般有两种应用形式。第一种是把机械能转换为电能，称之为发电机，它 通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后再把机械能转 换为电能，最后经输电、配电网络送往城市各工矿企业、家庭等各种用电场 合。第二种是把电能转换为机械能，称之为电动机，它用来驱动各种用途的 生产机械和其他装置，以满足不同的要求。电机是利用电磁感应原理工作， 它应用广泛，种类繁多，性能各异，分类方法也很多。常见的分类方法为： 按功能用途分，可分为常规电机和控制电机两大类。按照电机的结构或转速 分类，可分为变压器和旋转电机。根据电源的不同，旋转电机又分为直流电 机和交流电机两大类。交流电机又分为同步电机和异步电机两类。
我国的电机工业，从新中国成立以来的50多年间，建立了独立自主的完整 体系。早在1958年我国就研制成功当时世界上第一台1.2万kW双水内冷汽轮 发电机，显示了我国电机工业的迅速掘起。近些年来，随着对电机新材料的研 究以及计算机技术在电机设计、制造工艺中的应用，普通电机的性能得到提高 ，而控制电机的高可靠性、高精度、快速响应使控制系统完成各种人工无法完 成的快速复杂的精巧工作。
第1章 绪论
1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标
电机及拖动基础第4版思考题与习题解答
思考题与习题解答《电机及拖动基础》（4版）第一章直流电机1-1 在直流电机中，电刷之间的电动势与电枢绕组某一根导体中的感应电动势有何不同？解：前者是方向不变的直流电动势，后者是交变电动势；前者由多个电枢元件（线圈）串联而成，电动势相对后者的绝对值要大。
1-2 如果将电枢绕组装在定子上，磁极装在转子上，则换向器和电刷应怎样放置，才能作直流电机运行？解：换向器放置在定子上，电刷放置在转子上，才能作直流电机运行1-3 直流发电机和直流电动机中的电磁转矩T 有何区别？它们是怎样产生的？而直流发电机和直流电动机中的电枢电动势，a E 又有何区别？它们又是怎样产生的？解：直流发电机的电磁转矩T 是制动性质的，直流电动机的电磁转矩T 是驱（拖）动性质的，它们都是由载流导体在磁场中受到的电磁力，形成了电磁转矩；直流发电机的电枢电动势E a 大于电枢端电压U ，直流电动机的电枢电动势E a 小于电枢端电压U ，电枢电动势E a 都是运动导体切割磁场感应产生的。
1-4 直流电机有哪些主要部件？各起什么作用？解：直流电机的主要部件有定子：主磁极（产生主极磁场）、机座（机械支撑和导磁作用）、换向极（改善换向）、电刷（导入或导出电量）；转子：电枢铁心（磁路的一部分，外圆槽中安放电枢绕组）、电枢绕组（感应电动势，流过电流，产生电磁转矩，实现机电能量转换）、换向器（与电刷一起，整流或逆变）1-5 直流电机里的换向器在发电机和电动机中各起什么作用？解：换向器与电刷滑动接触，在直流发电机中起整流作用，即把线圈（元件）内的交变电整流成为电刷间方向不变的直流电。
在直流电动机中起逆变作用，即把电刷间的直流电逆变成线圈（元件）内的交变电，以保证电动机能向同一个方向旋转。
1-6 一台直流发电机，min,/1450,230,145r n V U kW P N N N ==-求该发电机额定电流。
解： A U P I N N N 43.630230101453=⨯==1-7 一台Z4-250-42他励直流电动机，min,/1000%,46.90,440,160r n V U kW P N N N N ===-η求其额定电流和额定负载时的输入功率。
电机与拖动技术 第四版 电机与拖动习题解答 (本章节完整)
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.N S a +_AB . N S a-+AB变为直流电。
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。
电机拖动基础第一章
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CH1 直流电机原理
第四节 直流电机的电枢绕组 一、单叠绕组 二、单波绕组
Date: 2020/3/17
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CH1 直流电机原理
第四节 直流电机的电枢绕组
电枢绕组是直流电机的核心部分。
主要分类 大的分类为环形和鼓形； 鼓形绕组比环形绕组制造容易，又节省导线，
运行较可靠，经济性好，故现在均用鼓形绕组。 它又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。
分别是：气隙、电枢齿、电枢磁轭、主磁极、
定子磁轭磁路的磁阻
Date: 2020/3/17
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第三节 直流电机的磁路与磁化特性
二、空载时气隙磁通密度的分布波形
磁路的磁阻与磁路的几何尺寸及所用的材料有
关。仅考虑气隙的磁阻 Rm ，li电枢轴向有效长度
' 2Ff Ff
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CH1 直流电机原理
第二节 直流电机的用途及基本工作原理
一、直流电机的用途
作电源用:将机械能转化为 直流电能
作动力用:将直流电能转化 为机械能
Date: 2020/3/17
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CH1 直流电机原理
第二节 直流电机的用途及基本工作原理
一、直流电机的用途
信号的传递:测速发电机将机械 信号转换为电信号
导体ab处于S极下时仍然A＋B－
原动机克服电磁力作功, 将机械能变为电能
发电机原理动画
Date: 2020/3/17
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CH1 直流电机原理
第二节 直流电机的用途及基本工作原理
二、基本工作原理
• 将直流电源通过电刷和换 向器接入电枢绕组，使电 枢导体有电流流过。
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HL H IN
根据各段磁路中的Φ，求出B (B=Φ/S), 再求出H (H=B/µ),
最后求出IN。 1.2.7 载流导体在磁场中的安培力 磁场对场中载流导体的作用力称为安培力
式中：df 为磁场对电流元得作用，B 为磁感应强度， d 为一小段导体 , i 为通电电流。
电机与拖动基础
李发海 王 岩 编著
普通高等教育 “十 二 五”国家级规划教材
第一章
1.1 课程性质
绪论
电能是使用最广泛的一种能源。
电机是电能与机械能相互转换的设备。把机械能
转换为电能的电机称为发电机。反之, 把电能转换
成机械能的电机称为电动机。
电动机拖动生产机械运转完成既定的工艺要 Nhomakorabea,称为电力拖动。
(2)按右手螺旋关系规定e 与Φ 的正方向
按此法规定 , 与 e 的符号总是相反的,数学式可写为:
第一章 结束
式中：
Hk为 lk
k 段磁路的场强（A/m）
为 k 段磁路的平均长度（m）
IN为整个磁路上的总磁通势（安匝）
N为励磁线圈的匝数
1.2.5 铁磁材料的磁化特性
铁磁材料(如铁、镍、钴)的的磁导率 µ >> µ 0 ，且还 与磁场强度及物质磁化历史相关，因此铁磁材料的 µ 不是一个常数。用试验方法测得的B-H 曲线如图1.4所 示。
势 e 的方向。如图1.7 所示。
图 1.7 右手定则的应用
2. 变压器电动势
如图 1.8 所示,当Φ变化时,线圈AX两端的感应电动势 e ,其大小 与线圈匝数及磁通的变化率成正比.方向由楞次定律决定.为了 写成数学表达式,先规定 e 的正方向,有以下两种方法.
图 1.8 磁通及磁感应电动势
（1）按左手螺旋关系规定e 与Φ 的正方向 按此法规定, 与 e 的符号是一致的,数学式可写为:
图 1.4 铁磁材料的磁化特性 1 磁滞回线上升分支 2 平钧磁化特性 3磁滞回线下降分支
磁化曲线有如下特点: 非线性 饱和性 磁滞回线性 当磁滞回线较窄时,可用其平均值,即基本磁化曲线[图1.4(a)中
曲线2]来计算。图1.4(b) 是铁磁材料的基本磁化特性。
1.2.6 简单磁路的计算方法 图1.5 为一最简单的磁路。由场强为H、 长度为L的铁芯段和场强为 H 、长度为δ 气隙段组成。据安倍环路定律，有：
关系为：
B = µH
磁场强度的单位为安培/米(A/m)。µ为导磁物质的磁
导率，真空中的磁导率
的 µ >>
µ 0
µ 0
=4π x
107
H/m. 铁磁材料
1.2.4 安培环路定律
在磁场中，沿任意一个闭合回路的磁场强度线积分
等于该回路所环链的所有电流代数和,即
为该电路所包围的全电流，故该定律称全电流定律。 实际计算中，常把磁路简化成几段，几何形状相同的为一 段，找出平均磁场强度再乘以该段磁路的平均长度，得磁 位差（磁通势）。将各段磁通势相加得总磁通势。即
穿过截面磁力线的根数称为磁通量。
BS
S
在均匀磁场中,如果S与B垂 直,如图1.3 所示。则： Φ= BS 或 B= S Φ的单位为韦伯(Wb), B 的单位为特斯拉(T)， 1T=1 Wb。
图1.3 均匀磁场中的磁通
1.2.3 磁场强度 H
导磁物质中的磁场用磁场强度H表示，它与磁密的
在均匀磁场中，若载流直导体与 B 的方向垂直，则载流直导
体受力为
在电机学中，习惯上用左手定则确定 f 的
方向如图1.6 所示。
1.2.8 电磁感应定律
1. 切割电动势
在均匀场中，当直导体L、磁感应强度B、 导体相对运动方向V 三者相互垂直时，导 体中的感应电动势为
图 1.6 左手定则应用
在电机学中，习惯上用右手定则确定 电动
在电力拖动控制系统还大量用到控制电机。
电力是清洁能源吗？
火电厂
三峡水电厂
江西彭泽核电厂
太阳能电厂
新疆达坂城风电厂
风电场的缺点与环境危害？
什么是一次能源？有哪些？ 什么是二次能源？有哪些？
1.2 本课常用的物理概念和定律
1.2.1磁感应强度(磁通密度) B
磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。
人们用磁力线(磁感应线)来描绘磁场。图1.1为
直线电流,圆电流及螺线管电流产生的磁力线。
图1.1电流磁场中的磁力线
磁感应强度 B 与产生它的电流之间的关系用毕
尔-萨伐尔定律描述,磁力线的方向与电流的方向满足
右手螺旋关系,如图1.2所示。
图1.2磁力线与电流的右手螺旋关系
1.2.2 磁通量(或磁通)Φ