电机与拖动(第3版)(附微课视频)第4章
教学课件 《电机与拖动(第3版)》孙建忠
N N F N 2
L i i i Rm Rm
e d L d i u
dt
dt
E jLI
右手定则
15
2. 电路方程 u = uR－e
u Ri L di dt
U RI jLI ZI
※ 电抗：X = L = 2f L ※ 阻抗：Z = R＋jX
• 铁心线圈电路：
大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作
44
◆ 电枢反应
※ 物理中性线：将通过圆心和电枢圆周 上径向磁密为零的点连接成的直线。
大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作
45
◆ 电枢反应的结果： ①气隙磁场发生了畸变并有一定的去磁作用：
电枢圆周上几何中性线处径向磁密不再为零。 磁路不饱和时，每极下的磁通量不变； 磁路饱和时，每极下的磁通量减少了。
= Rm11＋Rm22
或 Ni = H1l1－H3 l3
= Rm11－Rm33
• 一般：
Fk Hklk Rmkk
11
【例1-1】 图示的磁路由电工钢片叠压而成，铁心的 叠压系数为 kFe= 0.94，各段铁心的截面积相同，均为 A = 0.8×10-3 m2，各段磁路的长度分别为 l1 = 0.08 m, l2= 0.1 m, l3= 0.037 m, l4= 0.037 m，l5 = 0.1 m， = 0.006 m， 已知 Fe = 1900 0，N = 2000，如要求铁心中 =1×10-3 Wb, 求需要多大的励磁电流。
气隙：
Hδ
B
0
0 A
1 103 4π107 0.8103
A/
m
9.947 105
A/
m
Hδ 9.947105 0.006 A 5968.2 A
电机及拖动基础(第三版)图文 (2)
第 5 章 三相异步电动机的电力拖动
5.1 三相异步电动机的电磁转矩表达式 5.2 三相异步电动机的机械特性 5.3 三相异步电动机的启动 5.4 三相异步电动机的制动 5.5 三相异步电动机的调速 小结
1
第 5 章 三相异步电动机的电力拖动
5.1 三相异步电动机的电磁转矩表达式
(5-10)
17
第 5 章 三相异步电动机的电力拖动
5.2 三相异步电动机的机械特性
上一节我们分析了T－s曲线，但在电力拖动系统中常用机 械特性，即n=f(T)关系曲线来分析电力拖动问题，三相异步电 动机的n=f(T)曲线可由T－s曲线变换而来，如图5-2所示。
18
第 5 章 三相异步电动机的电力拖动
(5-11)
32
第 5 章 三相异步电动机的电力拖动
图5-8 笼型异步电动机全压启动等效电路
33
第 5 章 三相异步电动机的电力拖动
一般规定，异步电动机的额定功率小于7.5 kW时允许全压 启动；如果功率大于 7.5 kW，而电源总容量较大，则符合下 式要求者，电动机也允许全压启动。
(5-12)
解 电动机的烧毁是指绕组过电流严重，绕组的绝缘因过 热损坏，造成绕组短路等故障。由于“双抢”期间，水泵、打 稻机等农用机械用量大，用电量增加很多，电网电流增大，线 路压降增大，使电源电压下降较多，这样影响到农用电动机， 使其主磁通大为下降，在同样的负载转矩下，由式(5-1)可知转 子电流大为增加，尽管主磁通下降，空载电流也会下降，但它 下降的程度远远不及转子电流增加的程度大，根据磁动势平衡 方程式，定子电流也将大为增加，长期超过额定值就会发生 “烧机”现象。
上式中的Tmax及sm可用下述方法求出：
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。
电机与拖动基础(第3版 - 授课教案)
电机与拖动基础（授课教案）2017年10月课程基本信息注：课程类别分为公共基础课、学科基础课、专业必修课、专业选修课和实践教学环节。
授课教案授课时间第周，星期，第节；第1次课章节名称绪论、第一章电机的基本原理（第1节）授课方式课堂讲授（√）；实验课（）；习题课（）；讨论课（）；其他（）教学时数 2授课方法和手段多媒体讲解、举例讲解、模型讲解教学目的要求1）了解电机与拖动的历史、现状与发展情况。
2）了解本课程的性质、任务和学习要求、学习方法。
3）深入理解电磁感应原理以及相关的电磁感应定律。
4）掌握电机中常用的基本定律以及铁磁材料的分类、特性。
教学内容纲要绪论第1节电磁感应原理教学重点难点重点：安培环路定律和磁路的欧姆定律难点：铁磁材料的磁化曲线教学过程设计先介绍电机与拖动的历史，通过引用应用实例，说明电机拖动系统的作用，提高学生的学习兴趣。
再结合中学物理学电与磁的基本知识，介绍电磁感应原理，以及“电生磁，磁生电，电磁生力”的基本规律。
作业、讨论及辅导思考题：1-1、1-2课后小结了解电机与拖动的历史、现状与发展情况。
了解本教材内容、课程性质、学习目的和学习方法。
掌握电机中常用的基本定律，以及铁磁材料的分类、特点。
注意磁路与电路的区别与联系。
章节名称第一章电机的基本原理（第2、3、4节）授课方式课堂讲授（√）；实验课（）；习题课（）；讨论课（）；其他（）教学时数 2授课方法和手段多媒体讲解、举例讲解、模型讲解、视频讲解教学目的要求1）掌握机电能量转换基本原理。
2）了解电机的基本结构与工作原理。
3）深入理解电磁感应原理以及相关的电磁感应定律。
教学内容纲要第2节机电能量转换基本原理第3节电机的基本结构与工作原理第4节电机的能量损耗与发热教学重点难点重点：电机的结构和共性问题难点：电磁转矩一般表达式的推导教学过程设计首先通过一个简单的电磁装置，介绍机电能量转换的基本原理。
然后通过网络视频，介绍一种电机的结构，引申出电机结构的共同特点及工作原理。
《电机原理及拖动(第3版)》彭鸿才(习题与思考题解答)
第一篇思考与习题解答第一章直流电机原理1-1说明直流电机电刷和换向器的作用，在发电机中它们是怎样把电枢绕组中的交流电动势变成刷间直流电动势的？在电动机中，刷间电压本来就是直流电压，为什么仍需要电刷和换向器？答：直流电机的电刷是连接内电路和外电路的装置，换向器可以实现交、直流电势电流的转换。
在直流发电机中换向器连接的电枢元件在不同磁极下产生不同方向的交变电势，而电刷位置是固定的，每个旋转到该位置的换向片输出电势极性是一致的，通过静止的电刷可以得到极性固定的电枢电势。
在电动机中刷间电压是直流，根据电磁力定律（左手定则）在旋转的电枢元件中，只有不断改变电流方向才能保证每根导体在任意时刻受到相同方向的电磁力，因此需要电刷和换向器将刷间的直流电转换成旋转元件中的交变电流，电枢才能连续旋转，保证电机正常运行。
1-2 判断直流电机在下列情况下电刷两端电压的性质：（1）磁极固定，电刷与电枢同向同速旋转。
（2）电枢固定，电刷与磁极同向同速旋转。
答：（1）交流；（2）直流。
1- 3 他励直流发电机，额定容量P N=14kW,额定电压U N=230V，额定转速n” =1450r/min，额定效率=85.5%，试求电机的额定电流I N及额定状态下的输入功率卩1。
解：（1）求电机额定电流|P N1400060.87 A1 N UN230（2）额定状态下的输入功率R P N1416.37kWN0.8551- 4 他励直流电动机，P N =1.1 kW U N =110V, I N =13A, n” =1500r/mi n, 试求电动机的额定效率N及额定状态下的总损耗功率p。
解:（1）求电动机额定效率P I N U N 13 110(2)额定状态下总的损耗功率p R P N I N U N P N 13 110 1100330W1-5 直流电机的主磁路包括那几部分？磁路未饱和时，励磁磁动势主要消耗在此路的哪一部分？答：直流电机主磁路包括 N 极铁芯-气隙-电枢齿-电枢轭-相邻S 极电枢齿-气隙-S 极铁芯-定子轭-回到 N 极。
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。
华中科技大学版【电机学】（第三版）电子讲稿【第四章】
华中科技⼤学版【电机学】（第三版）电⼦讲稿【第四章】第四章：交流绕组及其电动势和磁动势主要内容：交流绕阻的构成，即绕阻连接规律及电势和磁势。
交流电机分：同步：主要作为发电机，也可作为电动机和补偿机异步：主要作为电动机，有时也作发电机上述两⼤类交流电机虽然激磁⽅式和运⾏特性有很⼤差别，但电机定⼦中发⽣的电磁现象和机电能转换的原理却基本上是相同的，因此存在许多共性问题，可统⼀进⾏研究，这就是本章所要研究的交流电机的绕组，电势，磁势问题。
这些问题对于以后分别研究异步电机和同步电机的运⾏性能有着重要意义。
4-1交流绕组的构成和分类本节介绍交流绕组的连接⽅法。
电磁作⽤都与绕组有关，绕组构成了电机的电路部分，是电机的核⼼，必须对交流绕阻的构成和连接有⼀个基本了解。
⼀、交流绕组的构成原则虽然绕组的型式各不相同，但它们的构成原则基本相同，基本要求是：（1）电势和磁势波形要接近正弦波，数量上⼒求获得较⼤基波电势和基波磁势。
为此要求电势和磁势中谐波分量尽可能⼩。
（2）对三相绕组各相的电动势，磁动势必须对称，电阻电抗要平衡。
（3）绕阻铜耗⼩，⽤铜量少。
（4）绝缘可靠，机械强度⾼，散热条件要好，制造⽅便。
⼆、交流绕阻的分类按相数分：（1）单相（2）多相（两相，三相）按每极每相槽数分：（1）整数槽（2）分数槽按槽内层数分：（1）单层（2）双层（3）单、双层按绕阻形状分：（1）叠绕（双层）（2）波绕（双层）（3）同⼼式（单层）（4）交叉式（单层）（5）链式（单层）本章主要介绍三相整数槽绕阻4-2三相双层绕阻本节介绍三相双层绕组展开图。
对于10kw以上的三相交流电机，其定⼦绕组⼀般均采⽤双层绕组。
双层绕组每个槽内有上、下两个线圈边，每个线圈的⼀个边放在某⼀个槽的上层，另⼀个边则放在相隔节距为y1槽的下层，如图5-1所⽰，见P 136 P113绕阻的线圈数正好等于槽数在介绍双层绕组之前，⾸先介绍⼀些有关的知识⼀、双层绕组的优点1、可选择最有⼒的节距，以改善电势、磁势波形；2、线圈尺⼨相同便于制造；3、端部形状排列整齐，有利于散热和增加机械强度。
精品文档-电机及拖动基础(第三版)孟宪芳-第1章
(1-2)
f=Bxli
5
第 1 章 直流电机
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
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第 1 章 直流电机
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？
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第 1 章 直流电机
1.2.2 直流电机的铭牌 按照国家标准及电机设计和试验数据，规定电机在一定条件
下的运行状态，称为电机的额定运行。
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第 1 章 直流电机 27
第 1 章 直流电机
1. 型号 型号表明该电机所属的系列及主要特点。我国直流电机 的型号采用大写汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，例如型号Z3— 95 中的“Z”表示普通用途直流电机；脚注“3”表示第三次改 型设计；第一个数字“9”是机座直径尺寸序号；第二个数字“5” 是铁芯长度序号。
第 1 章 直流电机
图1-5 直流电机径向剖面示意图
12
第 1 章 直流电机
1. 定子部分 1) 主磁极 主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁芯和励磁 绕组两部分组成，通过螺钉固定在机座上，如图1-6所示。
13
第 1 章 直流电机
1—极掌；2—机座；3—励磁绕组 图1-6 直流电机的主磁极
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第 1 章 直流电机
2. 额定值 1) 额定功率PN 额定功率是指电机在规定的工作条件下，长期运行时的允许 输出功率，对发电机是指正、负电刷之间输出的电功率，对电动 机是指轴上输出的机械功率，单位为W或kW。
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第 1 章 直流电机
《电机与拖动基础》第三版林瑞光习题答案
《电机与拖动基础》第三版林瑞光习题答案电机作为现代工业中广泛应用的重要设备，其原理和运行特性对于工程技术人员来说至关重要。
《电机与拖动基础》第三版林瑞光所著的教材，为我们系统地阐述了电机与拖动的相关知识。
而对于其中的习题，正确的答案不仅能够帮助我们巩固所学，还能让我们更深入地理解电机的工作原理和应用。
在这一版教材的习题中，涵盖了电机的基本原理、结构、运行特性以及拖动系统等多个方面。
让我们先来看一些关于直流电机的习题答案。
直流电机是电机学中的重要组成部分。
例如，在关于直流电机的电动势和电磁转矩的计算问题中，我们需要清楚地知道公式 Ea ＝CeΦn和 T ＝CTΦIa ，其中 Ce 和 CT 是电机的结构常数，Φ 是磁通，n 是转速，Ia 是电枢电流。
通过给定的电机参数和运行条件，代入这些公式进行计算，就可以得出相应的电动势和电磁转矩的值。
再比如，对于直流电机的调速问题。
改变电枢电压调速是一种常用的方法，其优点是调速范围宽、稳定性好。
在计算调速前后的转速时，我们要根据转速与电枢电压成正比的关系 n ＝ U ／（CeΦ) 来进行。
在交流电机方面，也有许多值得探讨的习题。
以异步电机为例，在计算其转差率、转矩等参数时，需要用到公式 s ＝（n1 n) ／ n1 （其中 n1 为同步转速，n 为转子转速）和 T ＝CTΦI2'cosφ2 。
理解异步电机的工作原理，包括旋转磁场的产生、转子电流的感应等，对于正确解答这些习题至关重要。
对于电机的拖动系统，习题通常会涉及到负载特性、电机的选择以及系统的稳定性分析等。
比如，对于恒转矩负载，我们要根据其特性选择合适的电机，确保电机能够提供足够的转矩来驱动负载。
在解答这些习题的过程中，我们不仅要熟练掌握相关的理论知识，还需要具备清晰的逻辑思维和严谨的计算能力。
同时，要注意单位的换算和数据的准确性。
例如，有一道习题是关于一台他励直流电动机，已知其额定功率、额定电压、额定转速和电枢电阻，求在额定运行状态下的电枢电流和电磁转矩。
电机与拖动(第3版)(附微课视频)第2章
第2章 思考题与习题答案1．什么叫变压器？变压器的基本工作原理是什么？答：变压器是用来改变交流电压大小的电气设备。
变压器的基本工作原理是根据电磁感应原理，把某一等级的交流电压变化成频率相同的另一等级的交流电压，以满足不同负载的需要。
2．有一台三相变压器，S N = 5 000kV ·A ，U 1N /U 2N = 10.5kV/6.3kV ，Y ，d 连接，求一次、二次绕组的额定电流。
解：I 1N =⨯⨯⨯==A U S N N 331105.1031050003274.93A I 2N =⨯⨯⨯==A U S N N 332103.63105000391.64A3．一台单相变压器U 1N /U 2N = 220V/110V ，如果不慎将低压侧误接到220V 的电源上，变压器会发生什么后果？为什么？答：高压端电压U 1N = U 2×N 1/ N 2=220×220／110 =440V ，比220 V 高很多，将容易使绝缘击穿，变压器损坏。
4．不用变压器来改变交流电压，而用一个滑线电阻来变压，问：（1）能否变压？（2）在实际中是否可行？答：（1）不能升压，但可以降压。
（2）在小电流的情况下，可降压，但大电流时降压电阻功率损耗很大，一般不采用，升压不可行。
5．某低压照明变压器U 1=380V ，I 1=0.263A ，N 1=1 010匝，N 2=103匝，求二次绕组对应的输出电压U 2和输出电流I 2。
该变压器能否给一个60W 且电压相当的低压照明灯供电？ 答： U 2= U 1×N 2/ N 1=380×103/1010≈38 VI 2= I 1×N 1/ N 2=0.263×1010/103≈2.58 A ，P=UI=380×0.263=89VA （或60w 灯的电流I 2’= P/U=60/38=1.7A ＜2.58A ）所以，可以给60 w 且电压相当的低压照明灯（功率因数=1）供电。
电机与拖动(第3版)(附微课视频)第7章
第7章思考题与习题答案1．电力拖动系统中电动机的选择主要包括哪些内容？答：电力拖动系统中电动机选择的主要内容包括电动机的系列、结构形式、电动机的额定参数以及电动机的质量性能等。
2．电动机的温升、温度以及环境之间的温度之间是什么关系？电机铭牌上温升值是指什么？答：电动机的温升与铜耗,铁耗和机械损耗有关。
电动机铭牌上的温升值其含义是电动机绝缘许可的最高温度。
电动机的温升、温度以及环境温度三者之间是刚工作时电动机的温度与周围介质的温度之差很小，热量的发散是随温度差递增的，少量被发散法到空气中，大量被空气吸收。
因而温度升高的较快，随着电动机温度逐渐升高，被电动机吸收的减少,而发散到空气中的热量增加。
3．Y2系列三相异步电动机采用的绝缘材料容许的温升是多少？若使用B级绝缘材料时电动机的额定功率为P N，则改用F级绝缘材料时该电动机的额定功率将怎么变化？答：Y2系列三相异步电动机采用的绝缘材料容许的温升是90℃；若使用B级绝缘材料时电动机的额定功率为P N，则改用F级绝缘材料时该电动机的额定功率将降低。
4．电动机的发热有什么规律？答：电动机工作过程中，各部分产生的损耗转变成热能，其中一部分被电动机本身吸收，使电动机温度升高，其余部分通过电动机的表面散发到周围介质中。
5．电动机的额定功率主要由什么决定？对于功率较大的电动机，应使用高的还是比较低的电压等级？答：电动机额定功率主要由电动机的允许温升、电动机的过载能力和电动机的起动能力等质量性能指标决定。
对于功率较大的电动机，应使用高电压等级。
6．电动机的三种工作制是如何划分的？负载持续率FC%表示什么含义？答：电动机的三种工作制是根据负载持续时间的不同来划分的，有连续工作制、短时工作制和断续周期工作制三种。
负载持续率FC%表示在断续周期工作制中，负载工作时间与整个周期之比。
7．将一台额定功率为P N的短时工作制电动机改为连续运行，其允许输出功率是否变化？为什么？答：将短时工作制电动机改为连续运行时，其允许输出功率将小于原设计的额定功率P N。
电机与拖动基础c04三相交流电动机的电力拖动
图4-1 电力拖动系统构成
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4.1电力拖动系统基础
电力拖动系统可分为典型的单轴或多轴拖动系统，又可 按照不同的生产机械负载分为以下几种类型：
⒈ 摩擦类负载
它的特点是：由多根转动 轴组成的旋转运动系统。
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图4-2 多轴拖动系统
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4.1电力拖动系统基础
4.1.1运动方程式 由于可以将各种类型生产机械运动系统折算为等效的典
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4.1电力拖动系统基础
(2) 位能性恒转矩特性 它是受重力作用而产生的转矩。当转动方向改变时，
位能性转矩仍保持其原来的作用方向。
(a) 反抗性恒转矩特性
(b) 位能性恒转矩特性
图4-5恒转矩机械特性
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4.1电力拖动系统基础
2．恒功率型机械特性
恒功率负载的特点是负载转矩TL与转速n成反比，其
GD2 dn
T TL
375
dt
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4.1电力拖动系统基础
上式表明T与TL不平衡是系统运转速度n产生变动的
原程减因，速，转过即速程当升，高转T ；速当降T低L时。时T不， G3管7D T是52L转d，dn速tG37Dn520↑，，ddnt系还统0是，处n系↓于，统加电处速力于过拖 动系统的转速都处于变化过程中，所以称这种工作状态
第4章 三相交流电动机的 电力拖动
★4.1电力拖动系统基础 ★4.2三相异步电动机的电力拖动 ★4.3 三相同步电动机的拖动 ★4.4应用实例 ★4.5三相交流电动机电力拖动的仿真 ★5.6 直流电动机的工作特性 ★5.7 直流发电机 ★5.8应用实例
电机与拖动基础(第3版 - 教学大纲)
《电机与拖动基础》课程教学大纲一、课程名称1. 中文名称：电机与拖动基础2. 英文名称：Electrical Machine and Drive Foundation3. 课程号：二、学时总学时56 学时，其中：理论46 学时，实验10 学时三、考核方式考试四、适用专业自动化专业、电气工程及其自动化专业五、课程简介本课程主要介绍电磁感应基本原理、直流电机、异步电动机和同步电动机的基本结构和工作原理，各类电动机的工作特性、机械特性，以及电动机的四象限运行特性，电动机的起动、调速和制动的方法；变压器的基本结构和工作原理，变压器的空载运行、负载运行，变压器的等效电路和运行特性；电力拖动系统电动机的选择和特种电机等。
六、本门课程在教学计划中的地位、作用和任务本课程是自动化专业和电气工程及其自动化专业的专业必修课，只有在学好本课程的前提上才能修好以后的控制电机、电力拖动控制系统、运动控制系统和电力系统等专业课程。
本课程在理论学习与工程实践两方面并重。
七、课程内容、学生分配和教学要求1. 内容和学时分配：绪论（1学时）第一章电机的基本原理（3学时）第一节电磁感应原理第二节机电能量转换基本原理第三节电机的基本结构与工作原理第四节电机的能量损耗与发热第二章电力拖动系统的动力学基础（3学时）第一节电力拖动系统的运动方程第二节生产机械的负载转矩特性第三节电力拖动系统的稳态分析——稳定运行的条件第三章直流电机原理（5学时）第一节直流电机的基本原理和结构第二节直流电机的电枢绕组和磁场第三节电枢绕组的感应电动势和电磁转矩第四节直流电机的基本方程和工作特性第四章直流电机拖动基础（5学时）第一节他励直流电动机的机械特性第二节他励直流电动机的起动第三节他励直流电动机的调速第四节他励直流电动机的制动第五章变压器（6学时）第一节变压器的工作原理和结构第二节变压器的运行方式第三节变压器的等效电路第四节变压器的参数测定第五节变压器的运行特性第六节三相变压器第六章交流电机的旋转磁场理论（3学时）第一节电枢绕组的磁动势第二节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第七章异步电机原理（5学时）第一节异步电机的结构和运行方式第二节异步电动机的电磁关系第三节异步电动机的功率与转矩第四节异步电动机的工作特性第八章同步电机原理（4学时）第一节同步电机的结构和运行方式第二节同步电动机的电压方程和相量图第三节同步电动机的功率方程和功角特性第四节同步电动机的功率因数调节第九章交流电机拖动基础（7学时）第一节异步电动机的机械特性第二节异步电动机的起动第三节异步电动机的调速第四节异步电动机的制动第五节同步电动机的电力拖动第十章电力拖动系统电动机的选择（2学时）第一节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第三节不同工作制下电动机的功率选择第四节电动机额定数据的选择课程复习：本学期主要课堂内容（2学时）2. 要求：1）第1部分电机及拖动的基础理论：掌握电磁感应、机电能量转换基本原理，电机的基本结构与工作原理，了解电机的能量损耗与发热情况。
《电机与电力拖动》第三版,国防工业出版社
二、 直流发电机 的工作原理
eb
用右手定则判 感应电动势e的方向
N
Ia a
+A
1
d
2
-B
S
输出电压
F
c
F
e
电枢绕组 电阻Ra
U E I a Ra
直流电动机的各种主要部件图
3.3 直流电机的磁场和基本方程式
直流电机的励磁方式
他励电机：励磁绕组与电枢绕组的电源分开。
并励电机：励磁绕组与电枢绕组并联到同一电源上。
1）电机必须有剩磁。
2）励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确 配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁 方向一致。 3）励磁回路的电阻应小于与电机运行转速下 相对应的临界电阻。
二、运动方程式
对于直线运动，方程式为
F FZ m dv dt
式中 F－拖动力 FZ－阻力
m dv dt
－惯性力
m的单位为kg
采用电压反接制动，电机将系统具有的动能
UN U1
反馈回电网，电机为反向转动，称之为反向
回馈制动。如图
TL
TL2
TL1
正向回馈制动
二、他励直流电动机的调速方法
依据：
n
U CeΦ
Ra R CeΦ
Ia
❖ 电枢回路串电阻调速 ❖ 改变电枢电压调速 ❖ 改变气隙磁通调速
n
U CeΦ
Ra R CeCT Φ 2
对于旋转运动，方程式为
又因为
T TL J d dt
J mr 2 GD2 4g
所以
T TL GD 2 dn 375 dt
惯性转矩（或 称加速转矩）
2n
60
式中 GD2－飞轮转矩 N·m2
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第4章 思考题与习题答案
1．三相笼形异步电动机由哪些部件组成？各部分的作用是什么？
答：三相笼形异步电动机由定子和转子两部分组成。
定子产生旋转磁场，转子产生电磁转矩
2．为什么三相异步电动机定子铁芯和转子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：用硅钢片叠压而成是为了减小铁损。
铁心不能用钢板或整块钢制作，因为铁心损耗较大。
3．什么是旋转磁场？旋转磁场是如何产生的？
答：三相定子绕组通入三相交流电，则在定子、转子与空气隙中产生一个沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场。
它是三相对称的定子绕组通入三相对称的交流电而产生的。
4．如何改变旋转磁场的转速和转向？
答：改变电源频率、磁极对数均可改变旋转磁场的转速。
将I A —I B —I C 中的任意两相A 、B 互换，均可改变旋转磁场的转向。
5．说明三相异步电动机的工作原理，为什么电动机的转速总是小于旋转磁场的转速？ 答：三相异步电动机的工作原理：当定子本相绕组通人三相电流后，定子绕组产生旋转磁场。
该磁场以同步转速在空间顺时针方向旋转，静止的转子绕组被旋转磁场的磁力线所切割，产生感应电动势，在感应电动势的作用下，闭合的转子导体中就有电流转子电流与旋转磁场相互作用的结果便在转子导体上产生电磁作用力F ，电磁作用力F 对转轴产生电磁转矩M ，使转子转动。
当定子绕组接通三相交流电时，转子便逐步转动起来，但其转速不可能达到同步转速。
如果转子转速达到同步转速，则转子导体与旋转磁场之间就不再存在相互切割运动。
就没有感应电动势和感应电流，也没有电磁转矩，转子转速就会变慢。
因此在电动机运转状态下，转子转速总是低于其同步转速。
6．一台三相异步电动机，型号为Y2-160M2-2，额定转速为n =2 930r/min ，f 1=50Hz ，求转差率s 。
解：由Y2-160M2-2可知p=1，另外n 1=60f/p=60×50/1=3000 r/min
而 S=（n 1- n 2）/ n 1=（3000-2930）/3000=0.023。
7．为什么变压器的效率较高，而三相异步电动机的效率相应较低？
答：由于变压器没有旋转的部件，不像电机那样有机械损耗存在，因此变压器的效率一般都比较高，而三相异步电动机的效率相应较低。
8．一台三相异步电动机，额定输出功率P 2=2.2kW ，额定电压U 1=380V ，额定转速n N =1 420r/min ，功率因数cos φ=0.82，η=81%，f =50Hz ，试计算额定电流I N 和额定转矩T N 。
解： kW P P 72.281.0102.23
2
1=⨯==η
I N =82
.038031072.2cos 3311⨯⨯⨯=N U P ϕ=5.04A T N =9 550P N /n N = 9 550×2.2/1 460=145.4N ·m
9．型号为Y2-132-4三相异步电动机，其额定功率为7.5kW ，额定转速为1 440r/min ，型号为Y2-10L-8的三相异步电动机，其额定功率也为7.5kW ，额定转速为720r/min ，分别求它们的额定转矩。
解： Y2-132-4型三相异步电动机的额定输出转矩为
m N n P T N N N ⋅===74.491440
5.795509550 Y2-10L-8型三相异步电动机的额定输出转矩为
m N n P T N N N ⋅===48.99720
5.795509550
10．什么叫三相异步电动机的机械特性曲线？过载系数、启动转矩倍数分别指什么？ 答：三相异步电动机的机械特性是指转矩与转速两者之间的关系曲线，即n =f （T em ），通过机械特性临界点的分析，可得出最大转矩、临界转差率与转子电阻、电压的关系，这对分析电动机的启动、调速有重要的作用。
过载系数:为了保证电动机在电源电压波动时能正常工作，规定电动机的最大转矩T m 要比额定转矩T N 大得多，通常用过载系数λm =T m /T N 来衡量电动机的过载能力。
启动转矩倍数: 启动转矩和额定转矩的比值λst =T st /T N 称为启动转矩倍数，反映了异步电动机的启动能力
11．转矩和电压的关系是什么？临界转差率和转子回路电阻的关系是怎样的？
答：
12．某台三相异步电动机，额定功率P N =20kW ，额定转速n N =970 r/min ，过载系数λm =2.0，启动转矩倍数λst =1.8。
求该电动机的额定转矩T N ，最大转矩T m ，启动转矩T st 。
解：m N n P T N N N ⋅===91.196970
2095509550 m N T T N m m ⋅=⨯==82.39391.1960.2λ
m N T T N st st ⋅=⨯==44.35491.1968.1λ
13．某台电动机额定功率P N =5.5，额定转速n N =1 440r/min ，启动转矩倍数λst =2.3，启动时拖动的负载为T L =50N ·m ，求：
（1）在额定电压下该电动机能否正常启动？
（2）当电网电压降为额定电压的80%时，该电动机能否正常启动？
解：（1）m N n P T N N N ⋅===48.361440
5.595509550 m N T T N st st ⋅=⨯==9.8348.363.2λ
T N <T st ，所以在额定电压下该电机能正常启动。
（2）64.08.02
11'=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=U U T T st st m N T T st st ⋅=⨯==7.539.8364.064.0'
由于'st T >T L ，故电动机可以启动。
14．三相笼形异步电动机的启动方法分为哪几种？分别适用于什么场合？
答：三相笼形异步电动机的启动有直接启动和降压启动。
因直接启动电流大，频繁启动会使电动机发热并产生较大的电动力而影响寿命，对电网而言，会因过大的启动电流使电网电压短时下降，影响接于同一电网的负载的正常运行。
一般7.5kW 以下的电动机允许直接启动。
由于降压启动不但减小了启动电流，同时也减小了启动转矩，故只宜用于空载或轻载启动的生产机械。
15．三相绕线式异步电动机一般采用什么启动方法？有什么优点？
答：绕线转子异步电动机一般采用转子电路串接电阻或串接频敏变阻器的启动方法。
优点：既可降低启动电流，又可提高启动转矩，改善电动机的启动性能
16．三相异步电动机有哪些调速方法？
答：三相异步电动机的调速有变极、变频及改变转差率3种方法。
17．三相绕线式异步电动机一般采用什么方法调速？
答：采用改变转子电路串联的电阻调速。
18．什么是制动？三相异步电动机的制动方法有哪些？
答：制动可分为机械制动和电气制动。
电气制动是在电动机转子上加一个与电动机转向相反的制动电磁转矩，使电动机转速迅速下降，或稳定在另一转速。
常用的电气制动有反接制动与能耗制动。
19．电源反接制动如何实现？有什么优缺点？
答：反接制动靠改变定子绕组中三相电源的相序，产生一个与转子惯性转动方向相反的电磁转矩，使电动机迅速停下来，制动到接近零转速时，再将反相序电源切除。
反接制动制动转矩大，制动效果显著，但制动时有冲击，制动不平稳，而且能量损耗大。
20．分析三相异步电动机的能耗制动原理及优缺点。
答：能耗制动是在切除三相交流电源之后，定子绕组通入直流电流，在定转子之间的气隙中产生静止磁场，惯性转动导体切割该磁场，形成感应电流，产生与惯性转动方向相反的电磁力矩而制动。
制动结束后将直流电源切除。
能耗制动与反接制动相比，制动平稳，准确，能量消耗小，但制动力矩较弱，特别在低速时制动效果差，并且还需要提供直流电源。