李发海电机与拖动基础第四版第一章
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《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。
电机及拖动基础课件第四版全演示文稿
第三十一页，共146页。
； 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
； 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。
电机及拖动基础_(第四版)
11
第三节 直流电机的绕组
对绕组的要求：在能够通过规定的 电流和产生足够的电动势的前提下， 尽可能节省铜和绝缘材料，并且结构 简单、运行可靠。
一、简单的绕组
右图只是说明原理的示意图。它的缺 点是：随着电枢的转动，始终只有一个 线圈有电流。这样的话，材料没有充分 利用，产生的总转矩或电势均很小。 解决办法：用4个换向片将4个线圈都连接 起来，成为一个闭合绕组，两个不同的元 件边连接一个换向片。每个元件的两个元 件边连接2个不同的换向片。共用了4个换 向片，节省了材料，提高了输出转矩。
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 60 2 pn 2 pn 60
式中，n—电枢的转速；p—极对数。 根据电磁感应定律，一个匝数为 N y 的元件 中感应电动势的平均值为：
励磁方式
指直流电机的励磁线圈与电枢线 圈的连接方式 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。
6—槽底绝缘
电枢槽内的绝缘
1—换向片
2—连接片
8
第二节 直、额定功率PN(kW)
2、额定电压UN(V) 3、额定电流IN(A) 4、额定转速nN(r/min) 5、额定励磁电压UfN(V)
第三节 直流电机的绕组
对绕组的要求：在能够通过规定的 电流和产生足够的电动势的前提下， 尽可能节省铜和绝缘材料，并且结构 简单、运行可靠。
一、简单的绕组
右图只是说明原理的示意图。它的缺 点是：随着电枢的转动，始终只有一个 线圈有电流。这样的话，材料没有充分 利用，产生的总转矩或电势均很小。 解决办法：用4个换向片将4个线圈都连接 起来，成为一个闭合绕组，两个不同的元 件边连接一个换向片。每个元件的两个元 件边连接2个不同的换向片。共用了4个换 向片，节省了材料，提高了输出转矩。
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 60 2 pn 2 pn 60
式中，n—电枢的转速；p—极对数。 根据电磁感应定律，一个匝数为 N y 的元件 中感应电动势的平均值为：
励磁方式
指直流电机的励磁线圈与电枢线 圈的连接方式 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。
6—槽底绝缘
电枢槽内的绝缘
1—换向片
2—连接片
8
第二节 直、额定功率PN(kW)
2、额定电压UN(V) 3、额定电流IN(A) 4、额定转速nN(r/min) 5、额定励磁电压UfN(V)
电机及拖动基础第一章.
电机及拖动基础
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
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
I1
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
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
12/99
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
2/99
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
7/99
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
8/99
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.
电机与拖动基础第1章
电动机
电机的负载影响
Te
T
TL 生产机械
T
基本情况
总结
a)
b)
第一章 电机的起源 一个实例 负载影响
电机的负载影响
平移运动
运动形式
升降运动
基本情况
总结
分类
负载的性质
第一章 电机的起源 一个实例 负载影响
负载的运动形式:
平移运动：
基本情况
图1-6平移运动示意图
第一章 电机的起源 一个实例 负载影响 负载的运动形式: 升降运动
基本情况
图1-1 电磁力与磁力作用产生转动实验
第一章
第一章 电机的起源 一个实例 负载影响
一个电机实例：永磁同步电机
●定子：
定子通常也称作电枢，它由定子三相绕组、定子铁芯、 机座和端盖等零部件所构成。定子铁芯是由冲压后的 硅钢片紧密叠装而成。
●转子：
转子有两种型式的结构，依据定转子之间的气隙分布 有隐极式和凸极式之分。见下图为凸极式，从图可看 出转子有明显的凸出磁极，且气隙不均匀分布。下图 为隐极式，转子成圆柱形，均匀分布气隙。对这两种 转子需要采用不同的驱动方式，在永磁电机运行原理 一节再详细描述。
第一章 电机的起源 一个实例 负载影响
负载的机械特性
n
O
TL
基本情况
图1-13实际的起重机负载特性
第一章 电机的起源 一个实例 负载影响
电机拖动的系统组成
• 产生电磁转矩的电磁部分可以有多种不同形式， 对应着已发明的不同种类的电机，不同电机的电 磁部分可以有不同的形式，对应着已发明的不同 种类的电机，不同电机的电磁部分需要有不同的 电气部分，但不通的电机的机械部分却有着相同 的规律。
电机的负载影响
Te
T
TL 生产机械
T
基本情况
总结
a)
b)
第一章 电机的起源 一个实例 负载影响
电机的负载影响
平移运动
运动形式
升降运动
基本情况
总结
分类
负载的性质
第一章 电机的起源 一个实例 负载影响
负载的运动形式:
平移运动：
基本情况
图1-6平移运动示意图
第一章 电机的起源 一个实例 负载影响 负载的运动形式: 升降运动
基本情况
图1-1 电磁力与磁力作用产生转动实验
第一章
第一章 电机的起源 一个实例 负载影响
一个电机实例：永磁同步电机
●定子：
定子通常也称作电枢，它由定子三相绕组、定子铁芯、 机座和端盖等零部件所构成。定子铁芯是由冲压后的 硅钢片紧密叠装而成。
●转子：
转子有两种型式的结构，依据定转子之间的气隙分布 有隐极式和凸极式之分。见下图为凸极式，从图可看 出转子有明显的凸出磁极，且气隙不均匀分布。下图 为隐极式，转子成圆柱形，均匀分布气隙。对这两种 转子需要采用不同的驱动方式，在永磁电机运行原理 一节再详细描述。
第一章 电机的起源 一个实例 负载影响
负载的机械特性
n
O
TL
基本情况
图1-13实际的起重机负载特性
第一章 电机的起源 一个实例 负载影响
电机拖动的系统组成
• 产生电磁转矩的电磁部分可以有多种不同形式， 对应着已发明的不同种类的电机，不同电机的电 磁部分可以有不同的形式，对应着已发明的不同 种类的电机，不同电机的电磁部分需要有不同的 电气部分，但不通的电机的机械部分却有着相同 的规律。
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。
《电机及拖动基础》第一章 直流电机
2、电抗电动势
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
43/57
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
25/57
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
19/57
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
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
43/57
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
19/57
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
电机拖动基础第一章
Page: 31
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
Page: 32
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
Page: 25
CH1 直流电机原理
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
Page: 4
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
Page: 5
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
Page: 11
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。
电机与拖动基础第一章
1-6
2. 电磁感应定律: 电磁感应定律:
电磁感应:变化的磁场会产生电场, 电磁感应:变化的磁场会产生电场,使导体中产 生感应电动势. 生感应电动势. 定义:无论何种原因使得与闭合线圈交链的磁链ψ 定义:无论何种原因使得与闭合线圈交链的磁链ψ随着时 变化时,线圈中将会产生感应电动势e 间t 变化时,线圈中将会产生感应电动势e
预备知识
研究电机时常用的基本概念和定律
1.1 磁路的基本概念 1.2 电机中常用的基本定律 1.3 电机中铁磁材料及其特点 小结
1-1
1.1 磁路的基本概念
1 磁感应强度B : (磁通密度) 磁感应强度B 磁通密度)
表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量. 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量. 磁感应强度B的方向(矢量) 的方向(矢量) 与电流的方向之间符合右手螺旋定则. 与电流的方向之间符合右手螺旋定则. 均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等, 均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等,方向相同的 磁场,也称匀强磁场. 磁场,也称匀强磁场.
1-9
5. 磁路的基尔霍夫第二定律
在闭合磁回路中,磁路各段磁压降的代数和等 在闭合磁回路中, 于作用于该磁路上的磁动势之和. 于作用于该磁路上的磁动势之和.
∫ H dl = ∑HL= ∑NI = ∑F = ∑ΦR
上式中, 磁场强度, 上式中,H——磁场强度,A/m; 磁场强度 ; L——各段磁路的长度,m; 各段磁路的长度, ; 各段磁路的长度 N——线积分线路所包围的导体数; 线积分线路所包围的导体数; 线积分线路所包围的导体数 I——每根导体所流过的电流,A. 每根导体所流过的电流, . 每根导体所流过的电流 Rm——磁路的总磁阻,1/H 磁路的总磁阻, 磁路的总磁阻 F—— 磁动势
2. 电磁感应定律: 电磁感应定律:
电磁感应:变化的磁场会产生电场, 电磁感应:变化的磁场会产生电场,使导体中产 生感应电动势. 生感应电动势. 定义:无论何种原因使得与闭合线圈交链的磁链ψ 定义:无论何种原因使得与闭合线圈交链的磁链ψ随着时 变化时,线圈中将会产生感应电动势e 间t 变化时,线圈中将会产生感应电动势e
预备知识
研究电机时常用的基本概念和定律
1.1 磁路的基本概念 1.2 电机中常用的基本定律 1.3 电机中铁磁材料及其特点 小结
1-1
1.1 磁路的基本概念
1 磁感应强度B : (磁通密度) 磁感应强度B 磁通密度)
表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量. 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量. 磁感应强度B的方向(矢量) 的方向(矢量) 与电流的方向之间符合右手螺旋定则. 与电流的方向之间符合右手螺旋定则. 均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等, 均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等,方向相同的 磁场,也称匀强磁场. 磁场,也称匀强磁场.
1-9
5. 磁路的基尔霍夫第二定律
在闭合磁回路中,磁路各段磁压降的代数和等 在闭合磁回路中, 于作用于该磁路上的磁动势之和. 于作用于该磁路上的磁动势之和.
∫ H dl = ∑HL= ∑NI = ∑F = ∑ΦR
上式中, 磁场强度, 上式中,H——磁场强度,A/m; 磁场强度 ; L——各段磁路的长度,m; 各段磁路的长度, ; 各段磁路的长度 N——线积分线路所包围的导体数; 线积分线路所包围的导体数; 线积分线路所包围的导体数 I——每根导体所流过的电流,A. 每根导体所流过的电流, . 每根导体所流过的电流 Rm——磁路的总磁阻,1/H 磁路的总磁阻, 磁路的总磁阻 F—— 磁动势
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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。
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l 流导体的作用力称为安培力 l
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。
在均匀磁场中l ，若载流直导体与B 的方向垂直，则载流直导 体力为
(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
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:
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。
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
穿过截面磁力线的根数称为磁通量。
S B 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
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：
图1.5 简单磁路
HL H IN
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
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。
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
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
式中： Hk为 k 段磁路的场强（A/m） lk 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