电机与拖动基础第一章直流电机
《电气控制技术》第1章直流电机与拖动
田淑珍
直流电机及电力拖动
• 本章要点
• 直流电机的基本工作原理、结构、电枢绕 组简介及电动机的运行原理 • 负载特性及直流电动机的机械特性 • 直流电动机的启动、调速与制动 • 直流电机的实训
1.1直流电机的基本工作原理及结构
• 直流电机是通以直流电流的电机。将机械 能转换为电能的是直流发电机，将电能转 换为机械能的是直流电动机。 • 直流电动机具有良好的调速性能、较大的 启动转矩和过载能力等很多优点，在启动 和调速要求较高的生产机械中，仍得到广 泛的应用。
1.1.2直流电机的基本结构
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a） 换向片
b）换向器
1.2直流电机的电枢绕组简介
• 1.2.1电枢绕组基本知识 • 电枢绕组是由多个形状相同的绕组元件， 按照一定的规律连接起来组成的。 • 元件：构成绕组的线圈为绕组元件，元件 分为单匝和多匝两种。
• 元件的首末端：每一个元件不管是单匝还 是多匝，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。
根据电磁力定律，电枢绕组中有电枢电流时，在磁场内将受 到电磁力的作用，该力乘以电机电枢铁心的半径即为电磁转矩。 电磁转矩可用下式表示：
式中，
，为转矩常数，仅与电机的结构有关；
Ia为电枢电流（A）； Φ为每极气隙磁通（Wb）； Tem为电磁转矩（N．m）。 可见，制造好的直流电机其电磁转矩仅与电枢电流和每极气隙磁通成正 比。
3.电机的功率
机械损耗和铁损耗与负载（电枢电流）的大小无关，Pmec和PFe在电机空 载时就存在，这两项之和称为空载损耗P0。空载损耗P0与电机的负载无 关，也称不变损耗。 P0＝PFe＋Pmec
电机的总损耗：ΣP=Pcu＋PFe＋Pmec＋Pad＝Pcu＋P0
电机与拖动技术(基础篇)习题解答
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： 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，把发电机电枢绕组部的交流电流引出到外电路变为直流电。
电机及电力拖动课程《教案》
教师教案( 2006 —2007 学年第1 学期)课程名称：电机与拖动基础授课学时：54授课班级：电气04123********教师职称：副教授教师所在学院：信息工程学院北京工商大学第一章直流电机原理授课时数：9一、教学目的1 .掌握直流电机的基本工作原理、电枢电势与电磁转矩、他励直流电动机的机械特性2 .了解直流电机的结构、磁路与磁化特性、电枢绕组3 .了解串励和复励直流电动机二、教学内容1. 直流电机的结构2. 直流电机的用途及基本工作原理3. 直流电机的磁路与磁化特性4．直流电机的电枢绕组5．电枢电势与电磁转矩6．直流发电机7．直流电动机运行原理8. 他励直流电动机的机械特性9. 串励和复励直流电动机三、教学重点和难点重点：直流电机的基本工作原理电枢电势与电磁转矩他励直流电动机的机械特性难点：直流电机的结构、磁路与电枢绕组四、教学方法板书和多媒体、视频录像相结合的教学方法。
形象地讲解直流电机的的结构、基本工作原理、电枢电势与电磁转矩、他励直流电动机的机械特性。
讲解磁路与磁化特性、电枢绕组的特点、应用和发展。
介绍串励和复励直流电动机。
第一讲(2学时)第一节直流电机的结构录像片(50分钟)问题:A.定子主要包括那些部分?B. 转子主要包括那些部分?第二节直流电机的用途及基本工作原理1.简单介绍直流电机的用途2.讲解直流电机的物理模型3.讲解直流发电机的工作原理.对照直流电机的物理模型重点讲解判断感应电势的右手定则及感应电势e = B l v.对照直流电机的物理模型重点讲解电刷和换向器的作用.讲解直流发电机机械能变成直流电能的原理和过程问题: A. 判断在磁场中运动的导体中感应电势方向应使用什么定则?B. 直流发电机中电刷和换向器的作用是什么?C. 直流发电机是将什么能转换成什么能的电磁装置?第二讲(2学时)第二节直流电机的用途及基本工作原理1.简单复习直流发电机的工作原理2.讲解直流电动机的工作原理.对照直流电机的物理模型重点讲解判断磁场中载流导体受力方向的右手定则及所受电磁力大小f = Bli a.对照直流电机的物理模型重点讲解电刷和换向器的作用.讲解直流电动机直流电能变成机械能的原理和过程问题: A. 判断磁场中载流导体受力方向应使用什么定则?B. 直流电动机中电刷和换向器的作用是什么?C. 直流电动机是将什么能转换成什么能的电磁装置?3.讲解电机的可逆运行原理4.直流电机的工作原理小结弄清下列问题：.最简单的直流发电机、直流电动机的物理模型.判断感应电势的右手定则.判断导体(电流)受力方向的左手定则.直流发电机:导体中电势方向与电流方向相同,端电压方向与电流方向相反,转子转动方向与所受电磁力方向相反,导体中为交变电势,电刷端为直流电势,机械能变为电能。
电机与拖动技术大连理工大学课件和答案第1章
第四步：排列、连接绕组。根据各节距按规律排列连接。
第五步：放置主磁极。主磁极应N、S极交替地、均匀地放置在各槽之上， 每个磁极的宽度约为0.7倍的极距。
y1
Z 2p
8 2
4
合成节距 ： y=yk=1
按照上述步骤绘制单叠绕组的展开图，如图所示。
单叠绕组的并联支路图
画出元件的连接及有关的换向片和电刷，就成 了绕组的并联支路图。并联支路图，就是绕组 的电路简图
单叠绕组的特点
（1）y=yk=1 （2）2a=2p （3）同一个主磁极下的元件串联在一起组成一个支路， 有几个主磁极就有几条支路； （4）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电 动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势； （5）电枢电流等于各并联支路电流之和
组 10．电枢铁芯 11．底脚
图1-3 换向极结构 1．换向极铁芯 2．换向极绕组
图1-4 电刷盒装配 1．刷盒 2．电刷 3．铜丝辫 4．压紧弹簧
图1-5 电枢铁芯冲片
图1-6 直流电机换向器
图1-6 直流电机换向器
1.1.2 直流电机的基本原理
1、直流发电机工作原理
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 连接是通过放置在换向片上固定不 动的电刷进行的。
把电刷A、B接到直流电源上， 电刷A接正极，电刷B接负极。此时 电枢线圈中将电流流过。如右图。
电机与拖动基础试题库及答案
《电机与拖动基础》试题库及答案第一部分直流电机一、填空题：1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。
(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。
（E a〈U；E a〉U）3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。
（叠绕组；波绕组；叠）4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。
（相反；相同）5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。
（2p；2）6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。
（每极气隙磁通量；电枢电流）7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。
（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）二、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（）（F）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（）（T）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（F）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（）（F）三、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。
电机与拖动基础第一章 直流电机
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二、直流电动机工作原理
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
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当电枢旋转到下图所示位置时，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。
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线 19 圈，磁极也并非一对。
三、直流电机的可逆性
一台直流电机原则上既可以作为电动机 运行，也可以作为发电机运行，只是外界条 件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋 转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为 直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直 流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负 载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同 一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
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。
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当原动机驱动电机转子逆时针旋转180 后 ，如图。
0
可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的 导体总是位于S极下，因此电刷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。 16
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极交替多对。
2）当元件的几何形状对称 时，电刷在换向器表面上 的位置对准主磁极中心线， 支路电动势最大，电枢电 动势等于支路感应电动势。
3）电枢电流等于两条支路电流之和。
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课外作业
1-13
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1.3 直流电机的磁场
1.3.1 直流电机的励磁方式
电力拖动基础电机及电力拖动系统(直流部分)魏炳贵
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 力形成逆时针方向的电磁转矩。
上，电刷A接正极，电刷B接负 当电磁转矩大于阻转矩时，电机
极。此时电枢线圈中将电流流过 转子逆时针方向旋转。
。
第二节电力拖动系统运动方程式
二.电力拖动系统组成 电机：直流，交流（同步，异步） 工作机构：生产设备 控制机构：各种控制器（PLC,单片机等） 传动机构：减速机
二.电力拖动系统的运动方程式
1.方程式 电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状 态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴 上的各种转矩。
参数:(注意参考方向）
T:电磁转矩
令U=UN, Φ=ΦN, RS=0 得固有机械特性曲线：
(1)理想空载转速： T=0, n=n0=UN/CeΦN
(2)额定转速： T=TN, n=nN=n0-△nN
(3)固有特性：n=n0-ßt, ß=Ra/(CeCtΦN2) ß大=> △nN上升=>曲线陡=>特性软，反之特性硬 由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有 机械特性是硬特性。
第一节 他励直流电动机的起动
一·起动要求分析 定义：电动机通电后开始旋转且转速不断 增加，最终达到稳定状态的过程。
要求：起动时间短->加速度大->电磁转矩大 -> 电枢电流大->换向困难，火花大，产生机械撞 击。 加额定电压后，起动瞬间的起动转矩和起动电 流分别为：
起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很 小，所以起动电流和起动转矩将达很大值。起动时间和起动电 流要达到平衡。
电机及拖动基础 第5版 第一章 直流电机
线圈感应电动势——交变 换向整流——电刷间输出直流电动势
直流发电机的工作原理模型
《电机及拖动基础》(4版) 直流电机
例1-1 如果前图中的直流发电机顺时针旋转，电刷两端 的电动势极性有何变化？还有什么因素会引起同样的 变化？
解：直流发电机顺时针旋转时，由右手定则，图示线 圈中感应电动势方向为a-b-c-d,通过换向片与电刷的 滑动接触，则电刷B极性为正，电刷A极性为负。所 以改变电枢转向，可改变电刷间输出电动势极性。
作用 静止部分:定子
电磁方面：产生磁场和构成磁路。 机械方面：整个电机的支撑。
中间有气隙 作用
旋转部分:转子
主要部件：磁极、机座、换向 极、电刷、轴承、端盖等
感应电动势和产生电磁转矩， 从而实现能量的转换
主要部件：电枢铁心、电枢绕 组、换向器、轴承和风扇等
《电机及拖动基础》(4版) 直流电机
1、定子部分
电枢绕组：电枢线 圈按一定规律连接 形成。其并联支路 对数用a表示。 单叠绕组：a=p 单波绕组：a=1
单波、单叠绕组联接示意图
《电机及拖动基础》(4版) 直流电机
换向器
作用：实现电刷内外 交直流的转换。
由许多燕尾状的铜片间 隔绝缘云母片而成
材料：采用导电性能好、硬度大、耐磨 性能好的紫铜或铜合金制成。
《电机及拖动基础》(4版) 直流电机
二、直流电机的基本结构
直流电动机的外形图（自带鼓风机的Z4系列）
图中上 为鼓风 机，下 为直流 电动机
《电机及拖动基础》(4版) 直流电机
二、直流电机的基本结构
1-端盖 2-风扇 3-机座 4-电枢 5-主磁极 6-电刷架 7-换向器 8-接线板 9-接线盒
直流电动机的内部结构图
电机与拖动基础第1章-直流电机
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。
图1-15 单叠绕组连接顺序表 图1-16 图1-14所示瞬间绕组的并联支路图
即 a=p (5)单叠绕组的特点 1)位于同一磁极下的各元件串联起来组成一条支
路，并联支路对数等于极对数，即a=p。 2)当元件形状左右对称、电刷在换向器表面的位
置对准磁极中心线时，正、负电刷间的感应电动 势最大，被电刷短路元件中的感应电动势最小。 3)电刷刷杆数等于极数。
4、S，SZ，SY系列 此系列是直流伺服电动机，S系列为老产品，SY系列为
图1.10 普通换向器 1-套筒；2-压圈；3-V形云母环；4-换向
片；5-云母片；6-压圈
1.2.2 直流电机的电枢绕组
1.电枢绕组元件 每一个元件有两个元件边，每片换向片又总是接一个元件
的上层边和另一个元件的下层边，所以元件数S总等于换 向片数K，即 S=K
每个元件有两个元件边，而每个电枢槽分上下两层嵌放两 个元件边，所以元件数S又等于槽数Z，即S=K=Z
图1-13单叠电枢绕组的节距
合成节距y，如图1.13所示。
4)换向器节距 每个元件的首、末两端所接的两片
换向片在换向器圆周上所跨的距离，用换向片数
电机与拖动基础教案
学期授课计划说明本课程计划学时已讲授学时本期教学周本学期课时分配课时余（缺）时本学期总学时其中讲授实践测试考核机动小计120 18 120 56 30 考试 2 120教学大纲名称或版本《电机与拖动基础》教学大纲——自编选用教材《电机与拖动基础》主要参考书名称及版本《电机及电力拖动》（机工出版社）所需实验（实习）器材及设备电动机实训装置实验（习）场地电机实训室备注皖西学院教案2010 ～2011 学年度第一学期编号 001 .机械与电子工程系电气教研室任课教师汪良益.课程名称电机与拖动基础授课章节绪论第一章直流电机§1.1 直流电机的结构与工作原理课题:绪论§1.1 直流电机的结构与工作原理课型:理论课学时数:2学时教学目的及要求1.了解电机及电力拖动技术的发展；2.明确课程的性质、课程所涵盖的内容、学完本课程后所达到的要求。
3.掌握直流电机的基本工作原理。
4.掌握直流电机的结构，掌握各部分的作用。
5.了解直流电机的铭牌。
教学重点直流电机的基本工作原理及结构教学难点直流电机的基本工作原理教学方法讲授法教学辅助手段、教具授课班级电气0801，0802电气0803，电信07授课日期 9月 8 日 9月 10日月日月日教学过程主要环节设计作业 1.1，1.2绪论0．1 电机及电力拖动系统概述一、电机《电机与拖动基础》是把电机学和电力拖动基础两门课程有机结合而成的一门课程。
电机是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递或机电能量转换的机械装置。
电能易于转换、传输、分配和控制，是现代能源的主要形式。
发电机把机械能转化为电能。
而电能的生产集中在火力、水力、核能和风力发电厂进行。
为了减少输电中的能量损失，远距离输电均采用高电压形式：电厂发出的电能经变压器升压，然后经高压输电线路送达目的地后，再经变压器降压供给用户。
电能转换为机械能主要由电动机完成。
电动机拖动生产机械运转的方式称为电力拖动。
《电机与拖动》部分作业题解答
第一章 直流电机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， E a 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，以保证电动机能向一个方向旋转。
1-6 一台 Z2 型直流发电机， P N 145kW ,U N 230V , n N 1450r /min, 求该发电机1-7 一台 Z2 型直流发电机， P N 160kW ,U N 220V, N 90%,n N 1500r / min,求该额定电流是多少？1-10 电枢反应对气隙磁场有何影响？ 解：电枢反应使合成磁场发生畸变，磁路饱和时有去磁作用。
1-11 有一台四极直流电机，电枢绕组为单叠整距绕组， 每极磁通为 3.5× 10-2Wb ，电枢总导线数 N=152，转速 n 1200 r / min 。
电机及电力拖动课程《教案》
电机及电力拖动课程《教案》第一章：电机的基本概念1.1 电机的定义与分类1.2 电机的工作原理1.3 电机的性能参数1.4 电机的优缺点分析第二章：直流电机2.1 直流电机的基本结构2.2 直流电机的工作原理2.3 直流电机的特性2.4 直流电机的应用实例第三章：交流电机3.1 交流电机的基本结构3.2 交流电机的工作原理3.3 交流电机的特性3.4 交流电机的应用实例第四章：电力拖动系统4.1 电力拖动的基本原理4.2 电力拖动系统的分类4.3 电力拖动系统的性能分析4.4 电力拖动系统的应用实例第五章：电机与电力拖动的控制技术5.1 电机控制技术的基本概念5.2 电机控制技术的分类5.3 电机控制技术的应用实例5.4 电机控制技术的发展趋势第六章：电机的设计与制造6.1 电机设计的基本原则6.2 电机参数的计算与选择6.3 电机制造工艺及流程6.4 电机性能的测试与检测第七章：电机故障诊断与维修7.1 电机故障的类型及原因7.2 电机故障诊断的方法7.3 电机维修的基本工艺7.4 电机故障案例分析与维修实例第八章：电力电子技术在电机控制中的应用8.1 电力电子器件及其特性8.2 电力电子变换器及其控制8.3 电力电子技术在电机调速中的应用8.4 电力电子技术在电机节能中的应用第九章：电机及电力拖动的保护与节能9.1 电机保护的原理与方法9.2 电机保护装置及其应用9.3 电力拖动的节能技术9.4 电机节能案例分析与应用第十章：电机及电力拖动在现代工业中的应用10.1 电机及电力拖动在制造业中的应用10.2 电机及电力拖动在交通运输中的应用10.3 电机及电力拖动在电力系统中的应用10.4 电机及电力拖动在新能源领域的应用重点解析本教案涵盖了电机及电力拖动课程的十个章节，全面介绍了电机的基本概念、结构、工作原理、性能参数、优缺点、控制技术、设计制造、故障诊断与维修、保护与节能以及在现代工业中的应用等方面的知识。
电机与拖动技术复习
R2 X 2
Rsh
X sh
& I1 & U1
& & E1 = E ' 2
& I0
Rf Xf
& I '2
& U2
& I1
Z 'L
& U1
& U2
Z 'L
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某三相铝线电力变压器， =100kVA， 例 3 某三相铝线电力变压器，SN=100kVA， U1N/U2N =6000V/400V， =9.63A/144.5A，Yyn0接法 接法， =6000V/400V，I1N/I2N=9.63A/144.5A，Yyn0接法，空载及短路 在室温25 下进行） 试验数据如下 （在室温25oC下进行） 实验名称 电压/V 电压/V 电流/A 电流/A 功率/W 功率/W 备 注 空 载 短 路 400 325 9.37 9.63 600 2014 低压侧 高压侧
U Ia M I Ia
U Ia Ia M
U If M I Ia
U If2 M
If
Uf
If
If1
7. 电枢绕组感应电动势 8. 直流电机的电磁转矩 直流电机的电磁转矩
E a = C eΦn
Tem = CTΦI a
E a = U a + Ra I a
2
9. 直流发电机电枢回路电压方程 10. 直流发电机的功率图 (32页) 页
5
匀速下 （3）负载同上，电动机以n= - 1000 r/min匀速下 负载同上， 下放重物 采用倒拉反接运行方式， 重物， 倒拉反接运行方式 下放重物，采用倒拉反接运行方式，电枢回路应 串入多大电阻 该电阻上的功耗是多少？ 多大电阻？ 功耗是多少 串入多大电阻？该电阻上的功耗是多少？ 负载同上，采用反向回馈制动运行方式， 反向回馈制动运行方式 （4） 负载同上，采用反向回馈制动运行方式， 电枢回路不串电阻 电动机的转速是多少？ 不串电阻， 转速是多少 电枢回路不串电阻，电动机的转速是多少？ 解 （1）解题思路：见（41图），用B点的值求 解题思路： 41图），用 电阻。反抗性恒转矩负载求能耗制动电阻的公式： 电阻。反抗性恒转矩负载求能耗制动电阻的公式：
电机与拖动试题库及答案
《电机与拖动》复习题及答案第一章直流电机一、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（×）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（√）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（×）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（×）5、电刷装置是直流电机所特有的部件。
（×）6、电刷装置并不是直流电机所特有的部件。
（√）7、在直流电机中换向极的作用主要是帮助换向（√）8、在直流发电机中换向极的作用主要是帮助换向（√）二、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。
升高（）。
（2）3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U（1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。
三、多项选择题1、下列结构部件中属于直流电动机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷2、下列结构部件中属于直流发电机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷3、下列结构部件中属于直流电机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷四、简答题1、直流发电机的励磁方式有哪几种？（他励；自励（包括并励，串励和复励））2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？（使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。
对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。
换向极绕组与电枢组相串联的原因是：使随着电枢磁场的变化，换向极磁场也随之变化，即任何负载情况下都能抵消电枢反应的影响。
《电机与拖动》第1章 直流电机的结构和工作原理
直 流 电 机 的 组 成
作
用：产生感应电动势和电磁转 矩，实现能量的转换
12
1.2
直流电机的结构和工作原理
图1-3 直流电机的结构图 a）直流电机的结构 b）轴端剖面图 1-风扇 2-机座 3-电枢 4-主磁极 5-刷架 6-换向器 7-接线板 8-出线盒 9-换向极 10-端盖
13
1.2
1、定子
30
1.2
3．励磁方式
直流电机的结构和工作原理
励磁绕组获得励磁电流的方式称为励磁方式，如图1-14所示。
图1-14 直流电机的励磁方式 a）他励 b）并励 c）串励 d）复励
31
1.2
直流电机的结构和工作原理
三、直流电机的工作原理
1．直流发电机的基本工作原理
当原动机拖着电枢以一定的转速在磁场中逆时针旋转时，根据 电磁感应原理，线圈边ab和cd以线速度v切割磁力线产生感应电动势， 其方向用右手定则确定。在图中所示的位置，线圈的边ab处于N极下， 产生的电动势从b指向a；线圈的cd边处于S极下，产生的感应电动势 从d指向c。从整个线圈来看，电动势的方向为d c b a。反之， 当ab边转到S极下，边cd转到N极下时，每个边的感应电动势
图1-8 线圈在槽内的放置示意图 1-上层有效边 2、5-端接部分 3-下层有 效边 4-线圈尾端 6-线圈首端
20
1.2
直流电机的结构和工作原理
绕组联接如图1-9所示。
y1
--极距，就是一个磁极在电枢表面的空间距离，其计算是： --第一节距
yk
--换向器节距
y2
Z 2p
--第二节距
y
--合成节距
冒烟（是否冒烟）
电机及电力拖动课后习题答案()
《电机与拖动基础》课后习题第一章 习题答案1．直流电机有哪些主要部件？各用什么材料制成？起什么作用？答：主要部件：（1）定子部分：主磁极，换向极，机座，电刷装置。
（2）转子部分：电枢铁心，电枢绕组，换向器。
直流电机的主磁极一般采用电磁铁，包括主极铁心和套在铁心上主极绕组（励磁绕组）主磁极的作用是建立主磁通。
换向极也是由铁心和套在上面的换向绕组构成，作用是用来改善换向。
机座通常采用铸钢件或用钢板卷焊而成，作用两个：一是用来固定主磁极，换向极和端盖，并借助底脚将电机固定在机座上；另一个作用是构成电机磁路的一部分。
电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条等组成，作用是把转动的电枢与外电路相连接，并通过与换向器的配合，在电刷两端获得直流电压。
电枢铁心一般用原0.5mm 的涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠加而成。
有两个作用，一是作为磁的通路，一是用来嵌放电枢绕组。
电枢绕组是用带有绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成的线圈按一定的规律联接而成，作用是感应电动势和通过电流，使电机实现机电能量装换，是直流电机的主要电路部分。
换向器是由许多带有鸠尾的梯形铜片组成的一个圆筒，它和电刷装置配合，在电刷两端获得直流电压。
2．一直流电动机，已知，，，，0.85r/min 1500n V 220U kw 13P N N N ====η求额定电流N I 。
解：电动机η⋅=N N N I U P ， 故 A =⨯⨯=⋅=5.6985.02201013U P I 3N N N η3． 一直流电动机，已知，，，，0.89r/min 1450n V 230U kw 90P N N N ====η求额定电流N I 。
解：发电机N N N I U P =， 故 A ⨯==3912301090U P I 3N N N 7．什么叫电枢反应？电枢反应的性质与哪些因素有关？一般情况下，发电机的电枢反应性质是什么？对电动机呢？答：负载时电枢磁动势对主磁场的影响称为电枢反应。
电机与拖动基础-他励直流电机部分
通过改变电机的输入电压或电流，可以控制电机的转速和转矩，从而实现电机的调速和 制动控制。
控制电路与控制系统
控制电路
他励直流电机的控制电路包括电源电路、控 制信号输入电路和执行器驱动电路等，用于 实现电机的启动、调速和制动等功能。
控制系统
他励直流电机控制系统通常采用开环或闭环 控制方式，通过调节电机的输入电压或电流， 实现对电机转速和转矩的精确控制。
生产效率和自动化水平。
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调速特性
他励直流电机的调速特性表现在转速与电枢电压、电流和磁通量之间的关系上。在一定的磁通量下，转速随电枢 电压的增加而增加，随电流的增加而减小。在一定的电枢电压下，随着磁通量的增加，转速先增加后减小。
制动方法与制动特性
制动方法
他励直流电机可以通过能耗制动、反接制动和回馈制动三种方式进行制动。能耗制动是通过在电枢两 端反接一个制动电阻来消耗电机的动能；反接制动是将电机电源反接以产生反向转矩；回馈制动则是 将电机运行在发电状态，将机械能转化为电能回馈给电网。
转矩与转速特性
转矩
他励直流电机的输出转矩与电枢电流成正比，与磁通量成正 比。
转速特性
在一定负载转矩下，电机的转速与电枢电压成正比，与磁通 量成反比。
机械特性与调节特性
机械特性
他励直流电机的机械特性是指在不同励磁电流和电枢电流下，电机转速与转矩之 间的关系。
调节特性
通过调节励磁电流或电枢电流，可以改变电机的机械特性，从而实现电机的调速 控制。
效率与损耗
效率
他励直流电值。
损耗
电机在工作过程中会产生各种形式的 损耗，如铁损、铜损、机械损耗等， 这些损耗会降低电机的效率。
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电机与拖动基础第行一章于直流额电定机 功率时对应的转速21
额定励磁电流 I fN
对应于额定电压、额定电流、额 定转速及额定功率时的励磁电流
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。
可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的
导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的极性
总是负的，在电刷A、B两电机端与拖可动获基础得第一直章流直流电电机动势。
16
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极交替多对。
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（6）元件节距 y1 （第一节距）：元件两条有效边 的距离，以槽数计，总是整数。
y1
Z 2p
整数
: 是使y1凑成整数的分数
(7)合成节距 y ： 两相连元件对应边的距离。
(8)换向器节距 yk：元件首、尾端在换向器上的距离。
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1.2.1 名词术语介绍
（1）极轴线：磁极的中心线；
（2）几何中性线：磁极之间的平分线，
（3）p ：极对数；
（4） 极距：在电枢铁心表面上，一个极所占的距
离。可用槽数表示， z （槽），式中Z为电枢
总槽数；
2p
（5）元件（线圈）：是绕组的一个基本单元，可为
单匝，也可为多匝。
1.1 直流电机的结构和基本工作原理
1.2 直流电机的电枢绕组
1.3 直流电机的磁场
1.4 直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率
1.5 直流电动机的运行原理
1.6 直流发电机的运行原理
1.7 直流电机的换向
电机与拖动基础第一章直流电机
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1.1 直流电机的结构和基本工作原理
1.1.1直流电机的主要结构
电机与拖动基础第一章直流电机
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1.1.3 直流电机的铭牌数据
指轴上输出 的机械功率
电动机
额定功率PN
额定条件下电机
发电机
指电刷间输出的 额定电功率
所能提供的功率
额定电压UN
额定电流IN
在额定工况下，电机 出线端的平均电压
在额定电压下，运行于 额定功率时对应的电流
发电机：是指输出额定电压；额定转速nN
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。
电机与拖动基础第一章直流电机
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第一章 直流电机
本章重点 ： 直流电机的绕组 掌握电机的内部结构； 直流电机的磁场 了解电机磁场的特点； 直流电机的运行原理 掌握各种状态的计算公式。
难点：
直流电机 分清电动机与发电机的计算公式。
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第一章 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。
定子
主磁极 换向磁极 电刷装置
机座
端盖
转子
电枢铁心 电枢绕组 换向器
转轴
气隙
轴承 电机与拖动基础第一章直流电机
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图1-2 直流电机的结构图
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二、直流电动机工作原理
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
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当电枢旋转到下图所示位置时，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。
１.掌握交、直流电机及变压器的基本原理
２.掌握电机的工程计算方法
３.掌握电动机的机械特性、起动及各种运转
状态的基本理论
４.掌握电动机调速的基本原理、熟悉调速
的技术经济指标
５.通过实验使学生对一般常用的电工仪器能
正确使用和选择，对线路连接、实验方法、
实验数据的处理和分析、实验报告的编写
都具有实际工作能力。
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课外作业 1-8、1-9
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1.2 直流电机的电枢绕组
电枢绕组是直流电机的核心部分，在电 机的机电能量转换过程中起着重要的作用。 因此，电枢绕组须满足以下要求：
在能通过规定的电流和产生足够的电动势 前提下，尽可能节省有色金属和绝缘材料， 并且要结构简单、运行可靠等。
电机及拖动基础
一、课程的目的和任务 本课程是电气工程及自动化专业的一
门专业技术基础课。 通过学习，掌握常用 交、直流电机、变压器的基本结构和工作 原理，电力拖动系统的基本理论，计算方 法；同时要求掌握基本的实验方法和操作 技能以及常用电气仪表（器）的使用。
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二、课程教学的基本要求
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线
圈，磁极也并非一对。电机与拖动基础第一章直流电机
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三、直流电机的可逆性
一台直流电机原则上既可以作为电动机 运行，也可以作为发电机运行，只是外界条 件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋 转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为 直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直 流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负 载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同 一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
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12ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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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。
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当原动机驱动电机转子逆时针旋转180 0 后 ，如图。