直流电机 《电机与拖动基础》 第三版 林瑞光 主编
电机与拖动基础第三版教学设计
电机与拖动基础第三版教学设计一、课程简介《电机与拖动基础》是一门针对自动化、电气工程、机械等相关专业的基础课程。
本课程主要介绍电机的基本原理，控制方式和常用型号及其特点；并重点讲解电机拖动控制和应用，包括电机的速度、方向和转矩控制等内容。
二、教学目标1.掌握电机的基本原理，控制方式和常用型号及其特点。
2.知道电机拖动控制的原理和应用基础。
3.能够应用电机的速度、方向和转矩控制。
4.能够理解和设计电机拖动系统。
三、教学内容1. 电机基础知识1.1 电机的分类1.1.1 按转子结构分类1.1.2 按磁场类型分类1.2 电机的基本原理1.2.1 电磁感应原理1.2.2 洛伦兹力原理1.2.3 电磁场和磁回路2. 电机控制基础知识2.1 电机控制方式2.1.1 直流电机执行器2.1.2 三相交流电机执行器2.2 控制综述2.2.1 电机转速控制2.2.2 电机方向控制2.3 电机控制设备2.3.1 电机控制器2.3.2 驱动器3. 电机拖动基础知识3.1 电机负载物理特性3.2 电机拖动控制3.2.1 定速控制3.2.2 可变速控制3.2.3 转矩控制4. 拖动系统设计4.1 拖动系统的元件选择4.2 拖动系统的实例设计四、教学方法1. 理论讲解主要以PPT形式进行理论讲解，网上资料也可以在课堂内使用。
2. 实验操作课程中将安排一些实验来加深学生对知识点的理解，让学生在实践中体验和掌握电机的基本原理、控制方式和拖动控制。
3. 团队合作拓展教学，使学生通过合作学习，探讨问题，并从问答环节中掌握本学科相关知识。
4. 课后习题布置一些习题，提高学生自学能力，培养学生的创新思维和实践能力。
五、考核方式课程考核包括平时作业和实验成绩，以及期末考试成绩。
六、总结本门课程涵盖了电机控制基础、电机拖动基础等内容，使学生获得了掌握电机的基本原理、控制方式和拖动控制的能力，以及能够应用电机的速度、方向和转矩控制的实践能力。
《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。
电机及拖动基础教程第三版下册课程设计 (2)
电机及拖动基础教程第三版下册课程设计1. 课程简介《电机及拖动基础教程》是一本以工程应用为导向的电机及拖动领域基础教材，分上下两册。
本课程设计为下册，主要涵盖了直流电机、交流电机、步进电机和拖动控制等内容。
通过本课程的学习，学生将了解电机运行的基本原理、掌握电机的基本参数、能够进行电路结构设计和系统控制等。
2. 教学目标通过本课程的学习，学生应达到以下目标：•掌握直流电机的原理和基本参数；•了解交流电机的原理和调速方法；•熟悉步进电机的特点和驱动方式；•理解拖动控制的基本原理和实现方法；•能够进行电机控制系统设计和调试。
3. 教学内容本课程内容主要包括以下几个方面：3.1 直流电机•直流电机的原理和基本参数；•直流电机的特性曲线和控制方式；•直流电机的电路控制和实现方法。
3.2 交流电机•三相异步电机的原理和基本参数；•交流电机的原理和控制系统；•交流电机的调速方法和控制。
3.3 步进电机•步进电机的特点和驱动方式；•步进电机的控制系统和实现方法；•步进电机在精密位置和速度控制领域的应用。
3.4 拖动控制•拖动控制的基本原理和实现方法；•拖动控制系统的控制方式和算法；•拖动控制系统的应用案例分析。
4. 教学方法本课程采用“理论与实践相结合”的教学方法，将理论知识与实际应用相结合，注重培养学生的实际动手能力和解决问题的能力。
具体教学方法包括：•理论课堂授课：通过讲授相关理论知识，让学生掌握电机的原理和基本参数。
•实验教学：通过实验操作，让学生学习电机的控制系统设计和调试技能。
•课程论文：要求学生以自己所学的知识，编写有关电机控制系统设计和实现的论文，提高学生的文献检索和分析能力。
•团队项目：让学生组成小组，设计实现一个电机控制系统，以提高学生团队协作和解决问题的能力。
5. 教学评估本课程的评估将分为两个方面：•学生平时成绩占40%，包括参加课堂讨论、实验报告、课程论文和团队项目等。
•期末考试占60%，主要考察学生成果达到的实际学习效果。
电机与拖动基础第三版林瑞光答案
电机与拖动基础第三版林瑞光答案【篇一：10《电机与电力拖动基础》教学大纲】txt>electric machinery and drive课程代码： d1081060总学时〔理论＋实践〕： 51+0 学分：3 课程性质：学科基础课课程类别：必修课先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《电路分析基础》面向专业：电气工程及其自动化专业开课学科：检测技术及自动化装置开课二级学院：机电工程学院执笔：陈卫民审校：钱晓耀一、课程的地位与任务本课程是电气工程及其自动化专业的专业基础课，其主要任务是学生通过本课程的学习获得电机与拖动的基本理论知识，使学生掌握常用的交直流电机、变压器、控制电机等的基本结构，工作原理和运行特性；电机拖动系统的静态、动态特性；初步掌握不同电动机的调速方法和技术指标；并能了解一些电机及拖动系统的发展方向。
二、课程主要内容与基本要求了解电力拖动系统的组成及发展过程；电力拖动系统的应用领域；电机、电机拖动的基本概念；了解本课程的专业地位和特点。
掌握直流电机的基本工作原理和结构；了解电枢绕组的最基本形式；理解直流电机的磁场及电枢反应；掌握直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率的三个基本方程式及他〔并〕励直流电动机的工作特性。
掌握电力拖动系统的运动方程式；掌握生产机械的转矩特性、他励直流电动机机械特性、电力拖动系统的稳定运行条件；理解他励直流电动机的起动方法、制动及制动方式的选择；掌握他励直流电动机的调速方法；了解评价调速方法的主要指标、调速方法与负载性质的配合；了解他励直流电动机过渡过程的一般分析方法。
了解变压器的应用、分类；掌握变压器的基本工作原理、额定值；掌握单相变压器的空载运行时的物理状况、变化、空载电流；掌握空载运行时的电势平衡方程、空载运行是的等效电路和向量图；掌握单相变压器负载运行时的物理状况、基本方程、折算法、等效电路和向量图；理解变压器参数的空载实验、短路实验；理解变压器的工作特性；理解三相变压器及其它用途的变压器。
“电机与拖动基础”核心课程教学改革与实践
摘要：从课程教学理念、课堂实际教学、实验环节教学、考核与评价方面入手，对“电机与拖动基础”核心课程教学改革及相关实践进行了阶段性总结。
在现有教学实践的基础上，理顺该课程知识点在专业教学体系中的作用，利用现代教学手段及实验设备将课堂教学与实践教学紧密地结合起来。
规范考核体系，注重教学过程，经过教改实践已取得阶段性成果。
关键词：电机与拖动基础；核心课程；教改与实践“电机与拖动基础”是一门讲授电机工作的原理与特性以及如何利用电动机作为原动机来拖动生产机械按要求进行运动的课程，是自动化专业及相关电类专业课程体系中一门重要的专业基础课。
[1，2]该课程以“电路”、“大学物理”为先修课程，同时开设的课程有“自动控制原理”、“电力电子”，后续课程有“电力拖动自动控制系统”等相关课程。
该课程涉及多课程、多专业的交叉融合，内容丰富，专业性强。
一、课题的背景随着我国高等教育的发展，各高校都面临不同程度的机遇和挑战，当前反映较为普遍的是“学生学习的自觉性下降”、“大班上专业课问题多”、“教师年轻没有实践经验”等。
基于上述原因，江西理工大学应用科学学院确立了“质量工程”项目，对一些优势专业及其相关的核心课程立项资助，目的在于发展专业、培养教师、提高教学质量。
“电机与拖动基础”课程的授课内容是由原来的“电机学”和“电机拖动”两门课组成，[3]授课内容多，在授课过程中一些较为抽象的概念（如：“磁路”、“磁动势”、“电磁感应”）贯穿其中，大大加深了授课的难度。
[4]同时，该课程具有很强的实践性，实践性教学环节有“电机与拖动基础实验”、“电力拖动自动控制系统综合课程设计”、“电力工程综合课程设计”、“毕业设计”等。
二、教学观念的改变传统的教学中，教师是“主角”，学生是“配角”，学生围绕老师转。
实践表明这种教学理念在本课程教学过程中往往会导致教师教得很累、学生不愿听，教学效果不好。
在前辈老师的指点下，该课程的教学理念转变为“学生是主体、老师重引导、师生要互动、兴趣靠培养、功夫在课外”，并把该理念贯穿于大纲的制订、课件的制作、教案的设计、教学日历的安排、实验内容的选择与设计、教学实践、考核与评价等整个教学过程。
电机拖动第3版习题答案
电机拖动第3版习题答案电机拖动第3版习题答案电机拖动是电气工程中的重要内容之一，它涉及到电机的运行原理、控制方法以及相关的数学和物理知识。
在学习电机拖动的过程中，习题是非常重要的练习和巩固知识的方式。
本文将为大家提供电机拖动第3版习题的答案，希望能够对大家的学习有所帮助。
第1题：一个三相感应电动机的定子绕组为星形连接，电源电压为400V，电机额定功率为10kW，额定电流为20A，额定转速为1500rpm。
根据给定的参数，求解电机的额定转矩。
答案：首先，我们需要计算电机的额定转矩。
根据电机的功率和转速的关系，我们可以得到公式：P = 2πNT/60，其中P为功率，N为转速，T为转矩。
将已知的参数代入公式中，可以得到：10kW = 2π×1500rpm×T/60。
解方程可以得到电机的额定转矩为31.42Nm。
第2题：一个三相感应电动机的定子绕组为三角形连接，电源电压为220V，电机额定功率为5kW，额定电流为15A，额定转速为1800rpm。
根据给定的参数，求解电机的额定转矩。
答案：同样地，我们可以利用功率和转速的关系来计算电机的额定转矩。
根据公式P = 2πNT/60，将已知的参数代入可以得到：5kW = 2π×1800rpm×T/60。
解方程可以得到电机的额定转矩为15.71Nm。
第3题：一个三相感应电动机的定子绕组为星形连接，电源电压为380V，电机额定功率为7.5kW，额定电流为18A，额定转速为1200rpm。
根据给定的参数，求解电机的额定转矩。
答案：利用相同的公式P = 2πNT/60，将已知的参数代入可以得到：7.5kW =2π×1200rpm×T/60。
解方程可以得到电机的额定转矩为23.56Nm。
通过以上三道习题的解答，我们可以看到，电机的额定转矩与电机的额定功率、额定电流以及额定转速密切相关。
在实际的电机拖动系统中，我们需要根据不同的工作要求和负载特性来选择合适的电机参数，以确保电机能够正常运行并输出所需的转矩。
直流电机拖动--《电机与拖动基础》-第三版-林瑞光-主编
CeN n Ra Rz
制动瞬间 工作点
B
n n0
制动过程 工作段
电动机电动状 态工作点
A Ra
Ra RZ
电动机拖动反抗性 负载，电机停转。
0
TL
T
C
若电动机 带位能性 负载,稳定
工作点
改变制动电阻R 的Z 大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率,从 而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。 R越Z小,特性曲线的 斜率越小,起始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。
1、电枢串电阻时的人为特性
保持UUN,Φ 不 变Φ ,N 只在电枢回路中串入电阻 的人为R特 性
nCU eΦ NNC Rea C M R Φ 2 NT
n
n0 特点：1）n 0 不变，β 变大；
2） 越β 大，特性越软。
Ra
Ra R
T
2、降低电枢电压时的人为特性
保持RRa,Φ 不变Φ ，N只改变电枢电压时的人为特性：
375 dt
(TTZ) 称为动负载转矩,把
TZ
称为静负载转矩.
二、运动方程式中转矩正、负号的规定
首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方 向，然后规定：
（1）电磁转矩 T与转速 的n正方向相同时为正，相反时为负。
（2）负载转矩
T
与转速
Z
的n正方向相同时为负，相反时为正。
(3)惯性转矩
GD 2 375
n U Ra T
CeΦN CeCMΦ2 N
n
n0
n 01
特点：1)n 随0 U变化, 不β 变; 2) 不U同,曲线是一组平行线。
U1 UN
UN U1
T em
3、减弱励磁磁通时的人为特性
直流电机-《电机与拖动基础》-第三版-林瑞光-主编_图文
其中
为电机的转矩常数，有
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)；
电动机——驱动(与转速方向相同)。
1.4.3 直流电机的电磁转矩
1.5直流电动机
1.5.1 直流电机的可逆原理
以他励电机为例说明可逆原理：把一台他励直流发电机并 联于直流电网上运行保持电源电压不变。
3）电枢电流等于各支路 电流之和。
１.２.３ 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。
单波绕组的并联支路图: 单波绕组的特点
1）同极下各元件串联 起来组成一条支路，支 路对数为1，与磁极对 数无关；
。
单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的所有元件取出
来画在一张图里，展示元件相互间的电气连接关系及主磁极、换向片 、电刷间的相对位置关系。
单叠绕组的展开图
根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图:
单叠绕组的的特点：
1）同一主磁极下的元件 串联成一条支路，主磁极 数与支路数相同。 2）电刷数等于主磁极数 ，电刷位置应使感应电动 势最大，电刷间电动势等 于并联支路电动势。
电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。
换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换 转轴 轴承
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。
驱动和控制微电机电机与拖动基础第三林瑞光主编PPT课件
为使电动机能自行起动和改善运行性能，除工作绕组（又 称主绕组）外，在定子上还安装一个辅助的起动绕组（又称副 绕组）。两个绕组在空间相距900或一定的电角度。
继续
第2页/共67页
按使用要求来分：用于解算装置的旋转变压器和用于 随动系统的旋转变压器。
7.7.1 旋转变压器的结构与工作原理 一、正余弦旋转变压器的工作原理
第43页/共67页
1.正弦绕组
z
N
4 i 1
Nci
2Ncm[co s Z
cos3
Z
cos(2Z 4
1)
Z
]
第44页/共67页
2.正余弦旋转变压器的工作原理 定子上放置两套互差90空间角度的匝数、型式完全相
第25页/共67页
7.5 测速发电机 分类：直流测速发电机和交流伺服电动机
7.5 直流测速发电机
分永磁式和电磁式两种。
一、直流测速发电机的输出特性
输出电压与转速之间的关系，称为输出特性，如图所示。
U2
Ea 1 Ra
Cn
RL
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二、直流测速发电机的误差及减少误差的方法
电枢反应
产生误差的 原因
（1）正余弦旋转变压器的空载运行
第45页/共67页
将Фd分解为两个分量： 与正弦绕组轴线方向一致的磁通Фr1和与正弦绕组轴线相垂 直的磁通Фr2。
r1 d sin r2 d cos
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正余弦旋转变压器输出绕组的开路输出电压分别为：
Ur10 Er1 4.44 fNrkwrr1 4.44 fNrkwrd sin Ur20 Er2 4.44 fNrkwrr2 4.44 fNrkwrd cos
电机与拖动(第3版)(附微课视频)第1章
第1章 思考题与习题答案1．图1-11所示为电机中的一个线圈，只考虑ab 、cd 有效边，在图1-11所示的磁场和线圈电流及旋转方向下，分析ab 、cd 导体的受力方向。
答：ab 导体受力方向向左；cd 导体受力方向向右。
图1-112．说明铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗产生的原因，并思考如何减少铁耗。
答：铁磁材料周期性的正反向磁化会产生损耗，称为磁滞损耗。
这是因为磁畴来回翻转产生摩擦而引起的损耗。
涡流损耗是因为交变的磁通在铁芯中产生的感应电动势，形成的环流产生的损耗。
铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗总称为铁芯损耗，它正比于磁通密度B m 的平方及磁通交变频率f 的1.2~1.3次方。
P Fe = P h +P e ≈k Fe f 1.3B m 2G ；要减少铁耗，可以减小磁通密度B m 或减小磁通交变频率f 。
3．实际变压器或电机的铁芯均用硅钢片叠压而成，能否用钢板或整块钢制作？为什么？ 答：实际变压器或电机的铁芯均用硅钢片叠压而成，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，减小涡流，从而减少电能转化成铁芯的内能，提高效率.；如果用钢板或整块钢制作，会产生涡流，烧毁绕组，使变压器或电机无法正常工作。
4．什么是磁路饱和现象，铁芯的额定工作点应如何选择？答：如图1，开始磁化时，由于外磁场较弱，所以B 增加较慢，对应oa 段；随着外磁场增加，铁磁材料产生的附加磁场增加较快，B 值增加很快，如图ab 段；再增加磁场时，附加磁场的增加有限，B 增加越来越慢，最终趋于饱和，见图中bc 段；最后所有磁畴与外磁场方向一致后，外磁场增加，B 值也基本不变，出现深度饱和现象。
为了使铁芯得到充分利用而不进入饱和状态，电机和变压器的铁芯额定工作点设 图1 非铁磁材料的磁化曲线和 定在磁化曲线的微饱和区。
铁磁材料的初始磁化曲线5．如图1-12所示，匝数为N 的线圈与交变的磁通Φ交链，如果感应电动势的正方向如图1-12所示，写出e 和Φ之间的关系式？答： dt d Ne φ-=图1-12。
《电机及拖动基础》第一章 直流电机
换向元件中出现的由 自感与互感作用所引起 的感应电动势，称为电 抗电动势。
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
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2、电枢反应电动势
3. 由于电刷放置在磁极轴线下的换向器上，在几何中心线处，虽 然主磁场的磁密等于零，可是电枢磁场的磁密不为零。因此，换向 元件切割电枢磁场，产生一种电动势，称为电枢反应电动势。
电机及拖动基础
第一节、直流电（动）机工作原理
电刷
+
N I
U I
–
S
换向片
直流电源
电刷
换向器
线圈
电机及拖动基础
电刷
+ U
F
N IF I
–
S
换向片
注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转
动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。
电刷压在换向片上。
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下， 使线圈逆时针旋转。
两两相反，因此在整个闭合回路内互相抵销，总电动势
为零，不会产生环流。
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
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3.放置电刷 ：为了引出最大电动势，必须在换向片1和2、 5和6、9和10、13和14之间，也就是在磁极轴线位置，放置 4组电刷A1、B1、A2、B2，因为这时A、B电刷之间所包含的 元件，其电动势的方向都是相同的
电机及拖动基础
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2、电枢绕组——由许多
按一定规律连接的线圈组成。
3、换向器——由许多
换向片组成，换向片之间 用云母绝缘。
1—槽楔
2—线圈绝缘
3—导体
4—层间绝缘
5—槽绝缘
同等学力考生加试科目参考书
农业电气化与自动化
《自动控制原理》胡寿松，科学出版社，第四版；《电机与拖动基础》林瑞光，浙江大学出版社，第一版
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食品科学
《食品化学》王璋等编，中国轻工业出版社；《食品微生物学》江汉湖主编，中国农业出版社
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农产品加工及贮藏工程
《食品化学》王璋等编，中国轻工业出版社；《食品工艺学》王璋等编，中国轻工业出版社
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作物栽培学与耕作学
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《种子学》毕辛华主编，中国农业出版社，2005年；《作物育种学各论》盖钧镒主编，中国农业出版社，2003
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《有机化学》杨爱萍主编，中国农业大学出版社；《果树栽培生理学》束怀瑞主编，中国农业出版社
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植物病理学
《植物化学保护》（第三版，赵善欢主编），中国农业出版社；
《普通昆虫学》彩万志、庞雄飞主编，中国农业大学出版社，2001年版
090402
农业昆虫与害虫防治
《植物化学保护》（第三版，赵善欢主编），中国农业出版社；《普通植物病理学》许志刚主编，中国农业出版社，2002年第3版
090403
《有机化学》汪小兰主编，中国农业出版社，2001年
《生物统计附试验设计》明道序主编，中国农业出版社，2001年
090503
草业科学
《草地资源调查与规划》许鹏主编，中国农业出版社；
《牧草饲料作物栽培学》陈宝书中国农业出版社
090504
特种经济动物饲养
《有机化学》汪小兰，中国农业出版社，2001年；
电机与拖动基础(第3版 - 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 (15)第五章变压器 (30)第六章交流电机的旋转磁场理论 (41)第七章异步电机原理 (43)第八章同步电机原理 (50)第九章交流电机拖动基础 (60)第十章电力拖动系统电动机的选择 (72)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。
电机与电力拖动基础 (全)PPT教学课件
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If —— 激磁绕组中的激磁电流； Rm —— 该段的磁组； Ф—— 磁通量
Φ
说明:当I较小时磁路的磁阻为气隙
2
磁阻且为常数,故If与Φ是线性的 If较大时铁心饱和,磁阻加大Φ增
加变慢If与Φ为非线性关系. 电机的饱和程度对电机的性能有很
0
大的影响.
If
二、主磁极磁势产生的气隙磁密在空间的分布
气隙磁密的概念：
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。
1.静止部分 (1)主磁极:由极身和极掌组成,固定在磁轭
(机座)上.在磁极上套入激磁绕
组(线圈).主磁极总是偶数,且N
磁轭
极和S极相间出现.极掌对激磁
极掌极身
线圈 绕组起支撑作用,且使磁通在气
隙中有较好的分布波形.
(2)换向极:它位于相邻两主磁极之间,构造与主磁极相似,其 作用是为了消除在运行过程中换向器产生的火花.
自锁电路目录?第一章直流电机原理?第二章电力拖劢系统的劢力学基础?第三章直流电劢机的电力拖劢?第四章发压器?第五章三相异步电劢机原理?第六章三相异步电劢机的电力拖劢?第七章同步电劢机?第八章控制电机?第九章电力拖劢系统中电劢机的选择3学习方法
电机及拖动基础
电路
由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路称为电路。 电路导通叫做通路，只有通路才有电流通过。 电路在某一处位置断开，叫做断路或开路。
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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。电枢反应与电刷的 位臵有关。
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。
发电机：是指输出额定电压；
额定转速 N 在额定电压下，运行于 n
第1章 直流电机
此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、 出厂编号等。
电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行于 额定状态。电机的运行电流小于额定电流——欠载运行；运 行电流大于额定电流——过载运行。长期欠载运行将造成电 机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。电机最好 运行于额定状态或额定状态附近，此时电机的运行效率、工 作性能等比较好。
第1章 直流电机
本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电 机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向 及改善换向方法，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流 电动机的工作特性。 1.1 直流电机的基本工作原理与结构 1.2 直流电机电枢绕组简介 1.3 直流电机的磁场 1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩 1.5 直流电动机的运行原理 1.6 直流发电机运行原理 1.7 直流电机的换向 思考题与习题
第1章 直流电机
当电枢旋转到右图所示位臵时 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。 与直流发电机相同，实际的 直流电动机的电枢并非单一线圈， 磁极也并非一对。
第1章 直流电机
1.2 直流电机的电枢绕组简介
1.2.1 直流枢绕组基本知识
元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。
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。 极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用 表示。 z D t= 2p 2p 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。
第1章 直流电机
直流电 动机的 工作原 理示意 图:
第1章 直流电机
1.1.3 直流电机的铭牌数据 额定功率 N P
指轴上输出 电动机 发电机 指电刷间输出的 额定条件下电机 的机械功率 额定电功率 所能提供的功率 额定电压 N U
在额定工况下，电机 出线端的平均电压
额定电流 N I
额定功率时对应的电流 在额定电压、额定电流下，运 电动机：是指输入额定电压。 行于额定功率时对应的转速. 电机铭牌上还标有其它数 额定励磁电流fN I 据，如励磁电压、出厂日 对应于额定电压、额定电流、额 期、出厂编号等。 定转速及额定功率时的励磁电流
根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图:
单叠绕组的的特点： 1）同一主磁极下的元件 串联成一条支路，主磁极 数与支路数相同。 2）电刷数等于主磁极数， 电刷位臵应使感应电动势 最大，电刷间电动势等于 并联支路电动势。 3）电枢电流等于各支路 电流之和。
第1章 直流电机
１.２.３ 单波绕组
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.1 直流电机的主要结构
定子
主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。
电刷装臵：与换向片配合,完成直流与交流的互换 机座和端盖：起支撑和固定作用。 电枢铁心：主磁路的一部分，放臵电枢绕组。 电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。 换向器：与电刷装臵配合,完成直流与交流的互换 转轴 轴承
第1章 直流电机
二、直流电动机工作原理 在磁场作用下，N极性下导体 直流电动机是将电能转变 ab受力方向从右向左，S 极下导 成机械能的旋转机械。 体cd受力方向从左向右。该电磁 把电刷A、B接到直流电源上， 力形成逆时针方向的电磁转矩。 电刷A接正极，电刷B接负极。此 当电磁转矩大于阻转矩时，电机 时电枢线圈中将电流流过。 转子逆时针方向旋转。
Ff I f N f
第1章 直流电机
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
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%。
转子
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.2 直流电机的工作原理
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。 右图为直流发电机的物理模型， N、S为定子磁极，abcd是固定在可 旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连 同导磁圆柱体称为电机的转子或电 枢。线圈的首末端a、d连接到两个 相互绝缘并可随线圈一同旋转的换 向片上。转子线圈与外电路的连接 是通过放臵在换向片上固定不动的 电刷进行的。
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，空间位臵 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 的位臵。
第1章 直流电机
单波绕组的并联支路图:
单波绕组的特点
1）同极下各元件串联 起来组成一条支路，支 路对数为1，与磁极对 数无关； 2）当元件的几何形 状对称时，电刷在 换向器表面上的位 臵对准主磁极中心 线，支路电动势最 大； 3）电刷数等于磁极数；
F F
F F
f
S
Ff
FS
第1章 直流电机
第1章 直流电机
1.3 直流电机的磁场
直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢电流产生 电枢磁动势。电枢磁动势对主极磁动势的影响称为 电枢反应。 1.3.1直流电机的空载磁场 右图为一台四极直流电机空载时的磁场示意图。 当励磁绕组的串联匝数 为 N f ，流过电流 I f，每 极的励磁磁动势为：
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。 第一节距 y1 ：一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。
第1章 直流电机
第二节距 y2 ：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下 层边与第二个元件的上层边间的距离。 合成节距 y ：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。 y y1 y2 单叠绕组 y y1 y2 单波绕组 换向节距 yk ：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。
第1章 直流电机
空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材 料的磁阻时，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。 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。
极靴 几何中性线
极身
（a）气隙形状
第1章 直流电机
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，如右图(c) 所示。
第1章 直流电机
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。
1.2.2. 单叠绕组
单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向 y 节距均为1,即： yk 1 。
单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的所有元件取出 来画在一张图里，展示元件相互间的电气连接关系及主磁极、换向片、 电刷间的相对位臵关系。
第1章 直流电机
单叠绕组的展开图
第1章 直流电机
第1章 直流电机
直流电机的励磁方式
他励式
自励式
1.串 励 式 2.并 励 式 3.复 励 式
积复励
差复励
第1章 直流电机
1.他励式：励磁电流由其他直流电原单独供给，励磁 绕组和电枢绕组相互独立。满足： I I
a
2.自励式：顾名思义，励磁电流由电机自身供给。而 根据自励方式即电枢绕组和励磁绕组的连接方式的不 同，自励式又分为串励式、并励式和复励式： 1）串励式：电枢绕组和励磁绕组相串联，满足：
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 性曲线开始进入饱和区的位臵。
0
I fN
If0 If F f 0 IN
第1章 直流电机
1.3.2 直流电机负载时的负载磁场 直流电机带上负载后，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。由图可见电枢磁动势产生的气隙 磁场在空间的分布情况，电枢磁动势 为交轴磁动势。
I Ia Is
2）并励式：电枢绕组和励磁绕组相并联，满足：
I Ia I f
第1章 直流电机
• 3）复励式：在整个励磁回路中，有两套励磁绕 组，一套和电枢绕组相并联，一套和电枢绕组相 串联，根据两个励磁绕组所产生的磁动势的关系， 又可分为积复励和差复励： • 积复励：串励绕组和并励绕组所产生的磁动势方 向一致，互相叠加，反之，叫做差复励：
4）电枢电动势等于支路感应电动势；