电机原理与维修第14章
电机学-直流电机原理与绕组
几何中性线
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
+－
+
－
N
+S
－N
S
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
+
－
整理课件
－
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单迭绕组的并联支路数正好等 于电机的极数。 这是单整迭理课绕件组的重要特点之一。
D a (弧长)
2p
Z （槽数）
2p
（电角度）
整理课件
有关电枢绕组名词、术语
元件（线圈）：
第一节距y1 y1
每一个元件的两个元件边在电枢表面所跨的距离， 常用槽数来表示
第二节距y2（y2<0）
联接在同一个换向片上两个不同元件的元件 边在电枢表面跨过的距离
合成节距y： y=y1+y2
0
整理课件
A
If0 If
I fN F f 0 IN
直流电机的空载磁场
空载时，励磁磁动势主要消
耗在气隙上。当忽略铁磁材料的
极靴
磁阻时，主磁极下气隙磁通密度
极身
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
几何中性线
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，
（a）气隙形状
整理课件
三、直流电机的额定值
额定容量PN： 输出功率 额定电压UN：额定状态下出线端电压； 额定电流IN：额定状态下出线端电流； 额定转速n： 额定状态下的电机转速
★
直流发电机： 电功率PN＝UN·IN 直流电动机： 机械功率PN＝UN·IN ·
第06章-交流电机的旋转磁场理论
-11-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
二、旋转磁场的基本特点
1）三相对称绕组通入三相对称电流所产生的三相基波合成 磁动势是一个旋转行波， 合成磁动势的幅值是单相电枢绕组脉
振磁动势幅值的3/2倍。同理可以证明，对于m相对称绕组通入 m相对称电流，所产生的基波合成磁动势也是一个旋转行波， 其幅值为每相脉振幅值的m/2倍。
-13-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
第三节 交流电机的主磁通和漏磁通
一、主磁通
当交流电机的定子绕组通入三相对称电流时， 便在气隙中
建立基波旋转磁动势，同时产生相应的基波旋转磁场。 与基波
旋转磁场相对应的磁通称为主磁通，用m表示。由于旋转磁场
是沿气隙圆周的行波，而气隙的长度是非常小的， 所以相应的
-8-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
图6-3说明 Fs (x,t) 是一个幅 值恒定、正弦分布的行波。
由于 Fs (x,t) 又 表示三相电
枢绕组基波合成磁动势沿气隙圆
F sm
F ( x, t) s
v1
et
周的空间分布，所以它是一个沿
气隙圆周旋转的行波，其相对于
定子的速度是
v1
e
π
（6-8）
0
FA1( x, t ) FB1 ( x, t ) FC1 ( x, t )
Fm
1
c
oset
c
os
πx
Fm
1
c
os
(et
2π 3
)
Fm 1
cos(et
2π 3
)
cos(πx
cos(πx
2π ) 3 2π ) 3
（6-5）
式中，Fm1是每相磁动势基波分量的幅值，其精确的计算需要考 虑绕组分布及短距等因素。
习题答案(第14章～第16章)
《汽车机械基础》习题参考答案第14章液压传动概论1．什么叫液压传动？试叙述液压传动的工作原理。
答：液压传动是以受压的流体（油或合成液体）作为工作介质，利用液体的压力传递运动和动力的一种传动方式。
液压传动的工作原理，其实就是利用液体在密闭容器中变化的压力来实现运动和动力传递的。
液压传动装置实质上是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，然后又将液压能转换为机械能做功。
2．试记述液压系统的组成。
答：液压传动系统一般由四部分组成。
（1）动力装置：是将电动机或发动机输出的机械能转换为油液的液压能的装置，常为液压泵。
（2）执行元件：是将油液的液压能转换为驱动工作部件的机械能的装置。
实现直线运动的执行元件叫液压缸；实现旋转运动的执行元件叫做液压马达。
（3）控制调节装置：用以控制调节液压系统中油液的流动方向、压力和流量的装置，如方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀等。
（4）辅助装置：包括油箱、滤油器、蓄能器、热交换器、压力表、管件和密封装置等。
3．液压有哪些优、缺点？答：液压传动的优点：（1）可以在大范围内实现无级调速，而且调速性能良好；（2）传动装置工作平稳、反应速度快、冲击小，能快速启动、制动和频繁换向；（3）在相同输出功率的情况下质量轻、体积小、结构紧凑；（4）易于实现自动化，特别是电、液联合应用时，易于实现复杂的自动工作循环；（5）液压传动工作安全性好，易于实现过载保护，同时因采用油液为工作介质，相对运动表面间能自行润滑，故使用寿命较长；（6）液压元件已标准化、系列化和通用化，便于设计、制造、维修和推广使用。
液压传动的缺点：（1）由于泄漏及流体的可压缩性，无法保证严格的传动比；（2）当油温或载荷变化时，往往不易保持运动速度的稳定；（3）液压元件制造精度要求高，使用维护比较严格；（4）系统的故障原因有时不易查明。
4．液压油的主要性质是什么？黏性的物理意义是什么？答：液压油的主要性质是可压缩性和黏性。
电工学第十四章
工作台
限位开关
后退
SQB
限位开关
2 FU2
1 FU2 SB0
FR
SB1 SQA KM1
SB2 SQB KM2
SB2 SQB KM2
KM1
SB1 SQA KM1
KM2
14.4 时间控制
4.1 异步电动机按时间顺序起动和停止
开机时：为了避免在前段运输皮带上造成 物料堆积，皮带3先起动，10秒后，皮带2 再起动，再过10秒，皮带1才起动； 停止时：为了使运输皮带上不残留物料， 则顺序正好相反。
××× QF
主要用于低压配电电 路不频繁通断控制， 在电路发生短路、过 载、欠压和漏电等故 障时能分断故障电路。
V
UMW 3～
用来频繁接通或断开电动机
或其他设备的主电路，每小
QS
时可开闭好几百次。
KM
V
U 主电路：传输能量的线路，流过电 气设备负载电流的电路，其导线用
M 3～
W
加粗的实线表示，一般画在图面的
熔管
螺旋式熔断器
瓷帽 熔管 瓷套 下接线端 底座
上接线端
2. 空气断路器
又称自动开关（俗称自动空气开关简称空开），是低 压配电电网中的主要电器开关器件。
主触头
断路器的结构和工作原理
自由脱扣器
分励脱扣器
过电流 脱扣器
按 钮
热脱扣器
欠压脱扣器
3. 交流接触器
接触器：是一种用于频繁地接通或断开交、直流主电 路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。
14.2 基本控制电路
电气控制线路：是把各种有触点的接触器、继电器、 按钮、行程开关等电器元件，用导线按一定方式连 接起来组成的控制线路。
《电机原理及拖动基础》习题参考答案
习题参考答案第一章1-5 解：cm /A 98H ,T 1002.0002.0A B ====φ（1） F=Hl=98A/cm ⨯30cm=2940A;I=F/N=2940/1000=2.94A.(2) 此时，F 总=H 铁l 铁+H δδ其中：H 铁l 铁=98A/cm ⨯29.9cm=2930.2A; H δδ=δ⨯B/μ0=0.001/(4π⨯10-7)=795.8A; 所以：F 总=2930.2+795.8=3726A1-6 解：（1）;5.199sin Z x ;1407.0200cos Z r 2005.0100Z 1111111ΩϕΩϕΩ===⨯====（2）;66.8sin Z x ;55.010cos Z r 1010100Z 1221222ΩϕΩϕΩ===⨯====1-7 解：每匝电势为：匝744884.036N ;V 4884.00022.05044.4f 44.4e m 1===⨯⨯==φ第二章2-13 解：作直线运动的总质量为：Kg 63966.128022m )1m m (2m =⨯⨯+++⨯=总 转动惯量为：222L m kg 63964D m m J ⋅=⨯==总ρ 系统折算后总转动惯量为：2M 2m L eq m kg 74.49J iJ J 2J J ⋅=+++= 总负载静转矩为：Nm 127792/D g )Hq m (T 2L =⨯⨯+= 折算后负载转矩为：Nm 710i T T L'L ==η 电动机转速加速度等于：5.95dt dv D 60i dt dn i dt dn m ===π 由运动方程的启动转矩：Nm 4.12075.9555.974.49710dt dn 55.9J T T eq 'L k =⨯+=+=第三章3-12 解：因为：n 60Np E a φ=（1）单叠：a=2；6004.02602N 230⨯⨯⨯⨯=； N=5750。
电动机维修自学教程电机维修教程
电动机维修自学教程电机维修教程第一章、电动机维护检修进行规范1、电动机完好标准1零部件质量1外壳完整，无明显缺陷，金属表面油漆色调一致，铭牌清晰。
2润滑油脂质量符合要求，油量适当，不漏油。
3电动机内部无积灰和油污，风道畅通。
4外壳防尘能力或防爆性能良好，既符合电动机交车标准，又符合周围环境的要求。
5定转子绕组及铁芯无老化、变色和松动现象，槽楔、下部垫块及绑线齐全紧固。
6定转子间的间隙符合要求。
7风扇叶片齐全，角度适合，固定牢固。
8外壳有良好而明显的接地(接零)线。
9各部件的螺栓、螺母齐全紧固，正规合适.10埋入式温度计齐全，接线完整，测温表计手令正确1.1起动装置好用，性能符合发电机要求。
12通风系统完整，防锈漆无脱落，风道不漏风，风过滤器、风冷却器性能良好，风机运行正常。
13励磁装置运行稳定可靠，直流电压、电流能满足电动机要求。
14操作盘油漆完好，部件齐全，接线正规，标示明显。
15保护、测量、信号、操作装置齐全，指示正确，动作灵活可靠。
16电动机基础完整无缺。
17 电源公交线路接线正确牢固，相序标志分明，电缆外皮有良好的接地(接零)线。
2运行状况1在额定电压下运行，能达到铭牌数据要求，各部位温升不超过表所列允许值。
表1电动机的最高允许温升(环境温度为40~C时) ℃绝缘等级A级绝缘E级绝缘B级绝缘F级绝缘H级绝缘测量方法温度计法电阻法温度计法电阻法与绕组接触的铁芯及其他部件60 ——75 ——80 ——100 ——125 ——集电环或整流子60 —— 70 —— 80 —— 90 —— 100 ——滑动轴承 40 —— 40 —— 40 —— 40 —— 40 ——滚动轴承55 —55 —— 55 —— 55 —— 55 ——电动机绕组 50 60 65 75 70 80 85 100 105 1252电动机的振动值（两倍振幅值），一般须不大于表的规定。
对于Y系列电动机，空载振动、速度的有效值应不能超过表3所列数据。
机械原理NO[1]. 24 第十四章 机械传动系统的方案
![机械原理NO[1]. 24 第十四章 机械传动系统的方案](https://img.taocdn.com/s3/m/24c3a8f4b307e87100f69696.png)
连杆机构： 四杆机构： 曲柄摇杆机构； 双摇杆机构； 摆动导杆机构； 滑块导杆机构； 多杆机构；
齿条齿轮机构； 摆动推杆凸轮机构； 组合机构；
机械原理
第14章 机械系统的方案设计
（四）能实现往复移动机构：
连杆机构： 四杆机构： 曲柄滑块机构； 正弦机构； 多杆机构；
移动推杆凸轮机构； 齿轮齿条机构； 螺旋机构； 组合机构；
机械原理
第14章 机械系统的方案设计
第14章 机械系统的方案设计
Chapter 14 Project Design of Mechanism System
§14-1 概述
一、机械设计的一般过程
1。计划：提出设计任务，进行可行性研究，编制设计任务书
2。方案设计：选用何种机构以及这些机构如何组成机器才 能完成机器的功能，并对所选机构进行尺寸设计和对方案进 行评价，确定最佳方案。
（五）再现轨迹机构：
连杆机构； 组合机构；
机械原理
第14章 机械系统的方案设计
§14-4 机械的工作循环图
当一台机器有多个执行构件时，这些 执行构件应以一定的次序协调动作，互相 配合，以完成机器预定的功能和生产过程。 这方面的工作称为机械的协调设计。
用来描述各执行构件运动间相互协调 配合的图称为机械工作循环图（也叫机械 运动循环图）。
cdea部分的线路形状不作要求。
机械原理
第14章 机械系统的方案设计
三、原始数据和设计要求(见指导书) 四、设计内容与任务
1。小组内每人拿出两个原始方案，画出机构示意图， 分析优缺点（周一）
2。小组讨论，确定最佳方案（周二）。
3。小组内分工，分别设计最佳方案的机构尺寸：连杆机构、 凸轮机构、齿轮机构、其他常用机构等（周三） 。
第14章 三相异步电动机的启动及速度调节PPT课件
启动过程： 指电动机从静止到达正常工作转速的过程。
启动过程特点： 电流一般较大，转矩并不大
原因:开始时候n＝0 ，U1
R1
R2' s
2
X 1
X
' 2
2
第1页/共73页
T CT1I2 cos2
功率因数cos2 很低
最初起动瞬间很大的启动电流引起定子 漏阻抗压降增大，主磁通约减少到额定值的一半。 一般情况:
一、转子回路串电阻启动 串入多级电阻，启动过程中采用逐级切除启动电
阻的方法。
第16页/共73页
特点和适用场合
1．起动开始时，使全部电阻均串入转子回路，随着转速 的上升，电磁转矩将减小。
2．为了缩短起动时间，通常随转速上升分级切除部分电 阻，使在整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。
3．待起动完毕后，转子绕组便被短路，转入正常运行。
第25页/共73页
2.双鼠笼式异步电动机（ Double-squirrel-cage rotor ） 上笼Top bar： 截面小，电阻大 下笼Bottom bar： 截面大，电阻小 下笼交链的漏磁 通比上笼多，漏 抗大
第26页/共73页
（1）起动时 • 转子电流的频率f2=f1，转子漏抗大于转子电阻，
第18页/共73页
工作原理：
• BP实质上是一台只有初级绕组而且铁心损耗较大 的三相变压器。BP的铁耗大就相当于Rm大。而 铁耗与磁通的频率（等于转子频率f2=sf1）的1.3 次方成正比。开始启动时，s较大，故f2较大，Rm 也较大，相当于转子电阻自动增加，则Ist减小、 Tst增大；随着启动过程的进行，n逐渐变大、s逐 渐变小，则f2变小，也就是铁耗减小，所以Rm变 小，相当于转子电阻自动变小。
液压维修第14章--铲运机液压故障的诊断与排除
第14章铲运机液压故障的诊断与排除14.1 WJD—1.5型电动铲运机液压系统故障的诊断与排除WJD—1.5型电动铲运机整个液压系统可分为三个部分：G30泵供油的工作机构液压系统，G20.20后泵供油的卷缆机构液压系统，前泵供油的转向机构液压系统。
辅助部分包括油绳、管路和接头。
WJD—1.5型电动铲运机液压系统的常见故障的诊断与排除转向、工作机构和卷缆机构的液压系统的常见故障的诊断与排除分别列于表14—1、表14—2和表14—3。
表14—1 转向液压系统故障的诊断与排除表14—2工作机构液压系统故障的诊断与排除表14—3卷绕机构液压系统故障的诊断与排除14.1.2 WJD—1.5型电动铲运机液压系统故障部位的查找方法从前面的表中可以看出，一个故障产生的原因有多种，假设一个原因一个原因去查找，既费时又费力。
便捷的查找方法是：大的故障从整个液压系统查起，小的故障从局部查起；查找思路先易后难，先查结构较简单的零部件，后查较复杂的零部件；查找顺序为辅助部分。
例如转向系统转向不灵或无力这一故障，从表14—1中可以看出，产生这一故障的原因多达6种。
可依照上述的查找方法来找出故障的产生原因与部位。
首先，判定该故障是否为大的故障，假设整个液压系统工作均不正常，则说明是大故障，假设仅是转向不灵或无力，其余液压分系统均正常则说明是小故障或局部故障。
查找思路是先易后难，顺序为观察辅助部分的油绳与接头是否渗漏油液，再查转向器溢流阀是否调得太低，假设调到位转向仍然无力或不灵，可将溢流阀拆下检查，看是否是溢流阀阀芯上的O形油封损坏；假设正常，再用压力表测量泵出口压力是否正常，压力正常则说明泵是好的，可判定是液压缸油封损坏，反之则是泵损坏。
液压系统故障原因和部位查出后，按照各部件检修要求检修。
实例：故障名称：电动机无法起动，电工检查电控完好。
故障现象是当电动机Y起动时，翻斗缸自动收斗，Y—△转换时电动机停转。
当时将卷缆阀上两溢流阀调松到位后电动机起动成功一次后又不行。
《电机原理与维修》课件第17章
机械损耗，包括轴承、电刷的摩擦损耗和空气摩擦损耗；pad为
附加损耗，是由于电枢的齿槽等因素引起的，因其产生的原因复
杂，难以准确计算，所以通常取额定功率的0.5%~1% 。
将式(17-10)乘以电枢电流Ia，可得
Pm Ea Ia UIa Ia2ra 2Ub Ia
UI UIf
I
2 a
ra
2UbIa
(3) 励磁回路的总电阻应小于与发电机转速相对应的临界电 阻。电机转速越高，其临界电阻值越大。一般发电机都在额定转 速下运行，只要调节rf小于此时的临界电阻即可。
17.4 直流发电机的基本方程式
17.4.1 电动势平衡方程式 当发电机的电枢旋转时，电枢绕组中将产生感应电动势Ea，
其方向由右手定则判定。
动势。如这时并励绕组接到电枢两端的极性正确，则励磁磁动势
产生的磁场与剩磁同方向，使电机内的气隙磁场增强，从而使发
电机端电压升高。在这一较高端电压的作用下，励磁电流
If
U
rf
又进一步升高,如此反复作用,发电机的端电压便“自励”
起来。最终稳定在电机的空载特性1与磁场电阻线2的交点A处，
如图17-3所示。由该图可见，调节励磁回路总电阻rf，可改变磁场 电阻线的斜率，相应可调节空载电压的稳定点。当rf逐渐增大时， 空载电压逐渐减小；当rf=rfcr时，磁场电阻线与空载特性的直线部 分相切(见图17-3中曲线3)，空载电压变为不稳定，这时的rfcr称为 临界电阻，当rf>rfcr时，磁场电阻线与空载特性交点很低，所得电 压与剩磁电动势相差无几，不能使发电机自励建压。
图17-1 直流电机按励磁分类接线图
(1) 他励电机。励磁绕组由独立电源供电，如图17-1(a)所示。
电气线路控制及元器件选择-PPT课件
仍能给出所需功率，而电动机温升不超过允许值； ③ 对于短时工作制电动机，应按照电动机过载能力来选择； ④ 对于重复短时工作制电动机，原则上可按电动机在一个工作循环内
的平均功耗来选择； （4）电动机电压：应根据使用地点的电源电压来决定。 （5）在无特殊要求的场合，一般采用交流电动机。
16
第4章 电气控制线路的设计及元器件选择
4.电气控制方案的确定 综合考虑各方案的性能，设备投资、使用周期、维护检修、发展等因素. 主要原则： （1）自动化程度与国情相适应 尽可能选用最新科技，同时要与企业自身经济实力相适应。 （2）控制方式应与设备的通用及专用化相适应 对工作程序固定的专用设备，可采用继电接触器控制系统； 对要求较复杂的控制对象或要求经常变换工序和加工对象的设备，可采
2.确定电力拖动方案(电气传动形式)及控制方案；
3.选择电动机，包括类型、电压等级、容量及转速，并选择出具体型 号；
4.设计电气控制原理框图，包括主电路、控制电路和辅助控制电路，确 定各部分间关系，拟订各部分技术要求。
2
第4章 电气控制线路的设计及元器件选择
5.设计并绘制电气原理图，计算主要技术参数； 6.选择电器元件，制定电机和电器元件明细表。以及装置易损件及备用件清单； 7.编写设计说明书。 4.1.2 工艺设计内容 主要目的：便于组织电气控制装置的制造，实现所要求的各项技术指标，为
15
第4章 电气控制线路的设计及元器件选择
3.电动机的选择 根据拖动方案，选择电动机的类型、数量、结构形式以及容量，额定电
压，额定转速等。 基本原则: （1）电动机机械特性应满足生产机械要求，与负载特性相适应，保证
直流电机问答
第十四章直流电机基本工作原理和结构14-1 直流发电机是如何发出直流电的如果没有换向器，直流发电机能否发出直流电答：直流发电机电枢绕组内的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, 处于S极下, 电动势方向变为⊕ ,它通过换向装置后, 才把电枢绕组的交流变为外电路的直流。
换向装置的结构特点是电枢绕组尽管旋转，而 A、B电刷固定不转（电刷与磁极相对静止），且A刷恒与N极下导体相连，B刷恒与S极底下导体相连），则由A刷引出的电动势方向恒为⊙（流出），若定义为正极，则Ｂ刷引出的电动势方向恒为⊕ (流入), 为负极，因此，由Ａ，Ｂ两刷得到的就是直流。
由上分析可知，由于内电路的交流是通过换向装置后才变为外电路的直流，故没有换向装置就不行。
14-2“直流电机实质上是一台装有换向装置的交流电机”，你怎样理解这句话答：由上题可知，无论是直流发电机还是直流电动机，它们在电枢绕组内的电流均为交流（而电刷两端的外电路均为直流），故直流电机实为一台交流电机。
这种交（内电路）、直（外电路）流的转换就是靠换向装置来实现的。
发电机交流（内电路）直流（外电路）电动机因此说，直流电机实质上是一台带有换向装置的交流电机。
14-3试判断下列情况，电刷两端电压的性质：（1）（1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转；（2）（2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。
答：由直流发电机原理可知，只有电刷和磁极保持相对静止，在电刷两端的电压才为直流，由此：①交流：因为电刷与磁极相对运动。
② 直流：因为电刷与磁极相对静止。
14-4 直流电机有哪些激磁方式各有何特点不同的激磁方式下，负载电流、电枢电流与激磁电流有何关系 答： 他励并励自励 串励 复励14-5 直流电机由哪些主要部件组成其作用如何 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。
第01章电磁感应原理与磁路分析
-14-
第1章 电磁感应原理与磁路分析
2）饱和非线性段。如图1-7b中曲线2的b-c段，随着外磁场H 的增加，磁通密度B增大缓慢甚至基本不再增大， 这种现象称为 磁饱和。
图1-6 真空与非导磁材料的B-H曲线
-12-
第1章 电磁感应原理与磁路分析
2．导磁材料的磁导率 在导磁材料中，磁场强度H与磁通密度B的关系可表示为
B μ0 μr H
（1-8）
其中，r为导磁材料的相对磁导率。由于r 的值不是常数，因而
B与H之间的关系不是线性关系。这样，式（1-8）并没有实用价 值，而是用B-H曲线来表达它们之间的关系。
-13-
第1章 电磁感应原理与磁路分析
1.2.2 铁磁材料 为了提高材料的导磁能力，人们在寻求自然材料的同时，通
过人工合成的办法获得各种高导磁材料。铁磁材料（包括铁、钴、 镍以及它们的合金）具有比真空大数百倍到数千倍的磁导率，因 此常作为电机的磁性材料。铁磁材料的主要特性如下：
1. B-H曲线的饱和非线性 由于铁磁材料的磁化特性是非线性的， 通常用B-H曲线来表 示。图1-7a给出了几种典型铁磁材料的B-H曲线， 由此可见其特 性分为两段：
-19-
第1章 电磁感应原理与磁路分析
3．涡流特性及其损耗 对于硅钢片一类具有导电性的铁磁材料还有一个重要特性，
即在交变磁场的作用下，铁心中会出现涡流，并由此产生涡流损
耗。
如图1-10所示，由于铁心是 导电的，在交变磁通的作用下，
根据电磁感应定律，铁心中将产
机械设计基础 第十四章
(3) 弹性柱销联轴器
如图14-6所示，弹性柱销联轴器(LX型，GB/T5014-2003， 附表5) 是用尼龙柱销将两个半联轴器连接起来。这种联轴器结 构简单，维修安装方便，具有吸振和补偿轴向位移及微量径向 位移和角位移的能力。允许径向位移为0.1~0.25 mm。
图14-6 弹性柱销联轴器
14.1 联轴器 14.1.1 联轴器的功能和分类
联轴器是机械传动中一种常用的轴系部件，它的基本功 用是连接两轴，有时也用于连接轴和其他回转零件，以传递 运动和转矩。有时也可作为一种安全装置用来防止被连接机 件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。
联轴器所连接的两轴，由于制造和安装的误差，承载后 的变形以及温度变化、轴承磨损等原因，都可能使被连接的 两轴相对位置发生变化，如图14-1所示。
14.3 制动器
制动器是用来降低机械运转速度或迫使机械停止运转的 装置。制动器通常装在机构中转速较高的轴上，这样所需制 动力矩和制动器尺寸可以小一些。
14.3.1 制动器的类型
制动器的分类有很多种，常见的有以下几种：
按照制动零件的结构特征，制动器可分为带 式、块式、盘式等形式的制动器。
按机构不工作时制动零件所处状态，制动器可 分为常闭式和常开式两种制动器。
图14-3 夹壳联轴器
2. 可移式联轴器
(1) 十字滑块联轴器
如图14-4所示，十字滑块联轴器是由两个端面带槽的半联 轴器1和3以及一个两面具有凸榫的浮动盘2所组成。浮动盘的 两凸榫互相垂直并分别嵌在两半联轴器的凹槽中，凸榫可在 半联轴器的凹槽中滑动。利用其相对滑动来补偿两轴之间的 偏移。
图14-4 十字滑块联轴器
图14-10 牙嵌式安全离合器
车用驱动电机原理与控制基础PPT课件(200页)
10
2. 磁通量、高斯定理
2.1.1 磁场及其度量
定义通过面的磁通量为
= ∙ = cos
图2-1 通过平面的磁通量
在国际单位制中，的单位为韦伯（Wb），有1Wb＝1T・m2 。
通过任意曲面的磁通量为
.
.
.
= ඵ d = ඵ ∙ d = ඵ cosd
上式说明，安培力是作用在整个载流导线上，而不是集中作用于一
点的。
图2-7 载流导线在磁场中受力
15
2.2.1 法拉第电磁感应定律/楞次定律
2.2 电磁感应
法拉第电磁感应定律可表述为：当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，无论这种变化是什么原因引
起的，回路中都会产生感应电动势，感应电动势的大小与通过该回路的磁通量随时间的变化率成正比。
.
∙ d = න d =
得到：
= 0
14
1. 洛伦兹力； 2. 安培力
2.1.3 （电）磁力
运动的电荷在磁场中受到力的作用，即所谓的洛伦兹力。
= ×
图2-6 带电粒子在磁场中受力
有限长载流导线所受的安培力，等于各电流元所受安培力的矢量叠
加，即
.
= න d ×
闭合回路中感应电流产生的磁通总是反抗回路中原磁通的变化，这一规律称为楞次定律。
机MG2（或者MG1）同时驱动汽车。THS属于功率分
流混合动力，通过电动机或发动机控制其转矩比例，
从而实现传动比的无级调节，所以THS又被称为电动
无级变速器。
6
1.3 车用驱动电机的典型应用
图1-8 “三合一”电驱动总成
三合一纯电驱动总成
《电机与拖动基础（第2版）》汤天浩（习题解答）
《电机与拖动基础（第2版）》汤天浩（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 (7)第三章直流电机原理 (14)第四章直流电机拖动基础 (17)第五章变压器 (36)第六章交流电机的旋转磁场理论 (54)第七章异步电机原理 (55)第⼋章同步电机原理 (64)第九章交流电机拖动基础 (76)第⼗章电⼒拖动系统电动机的选择 (91)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。
1-2 答：1-3 电与磁存在三个基本关系，分别是1-4 （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1-5 tΦN e d d -= 1-6 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。
1-7 （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1-8 Blv e =1-9 ⽽感应电动势的⽅向由右⼿定则确定。
1-10 （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1-11 Bli F =1-12 电磁⼒的⽅向可由左⼿定则确定。
1-131-14 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。
1-15答：1-16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。
电机与拖动基础 第2版 第07章 异步电机原理
Fs ω1
Fsr
-19-
第七章 异步电机原理
三、异步电动机的感应电动势
旋转着的气隙每极主磁通m在定、转子绕组中分别产生感
应电动势，由式（1-35），并仅考虑其数值关系，可得
e e Nsinet
（7-6）
这里， = m ，对于定子绕组ωe = ω1= 2πf1 ，N = N1，对于转
子绕组ωe = ω2= 2πf2 ，N = N2。因此定、转子绕组感应电动势的
所产生的定子合成磁动势是圆形旋转磁动势Fs ，由式（6-7）
Fs
( x, t )
Fsm
cos(t
πx )
其中，幅值Fsm为
Fsm
3 2
4 π
2 2
N1kW1 np
Is
（7-2）
定子旋转磁动势Fs相对于定子绕组以角频率 1
2πnp n1 60
旋
转，n1是磁动势Fs的同步转速，单位是r/min。
-16-
来，如图7-6所示。
A
定子绕组
a
转子绕组
b
c
B
C
图7–6 绕线式异步电动机定、转子绕组接线方式
-9-
第七章 异步电机原理
如果是笼式异步电动机，则转子绕组与定子绕组大不相同， 它是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，每 根导体都比铁心长，在铁心的两端用两个端环把所有的导条都短 路起来，形成一个自己短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可 看出，剩下来的绕组形状象一个笼子，如图7-7所示。
a)
b)
图7–7 笼型转子
a）铜条绕组转子 b）铸铝绕组转子
-10-
第七章 异步电机原理
3. 气隙 异步电动机定、转子之间的空气间隙简称为气隙，它比同 容量直流电动机的气隙要小得多。在中、小型异步电动机中， 气隙一般为0.2～1.5mm左右。 异步电动机的励磁电流是由定子电源供给的。气隙较大时， 磁路的磁阻较大。若要使气隙中的磁通达到一定的要求，则相 应的励磁电流也就大了，从而影响电动机的功率因数。为了提 高功率因数，尽量让气隙小些。但也不应太小，否则，定转子 有可能发生摩擦与碰撞。如果从减少附加损耗以及减少高次谐 波磁动势产生的磁通的角度来看，气隙大点又有好处。
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第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
启动时，S1闭合，全部电阻串入转子回路，电动机开始沿曲线 1加速，启动点在a点，启动转矩为T1。随着转速上升，工作点运行 到b点，启动转矩减小到T2时，S2闭合，切除启动电阻rst3，启动转 矩又增大到T1，由于转速来不及改变，电动机的工作点由曲线1的b 点移至曲线2的c点，使电动机进一步加速，工作点沿曲线2加速到d 点，依次闭合S3、S4，电阻rst2、rst1也依次被切除，工作点从 d→e→f→g→h，电动机最后稳定运行在固有机械特性上，电磁转矩 与负载转矩平衡，启动过程结束。在整个启动过程中，电动机的启
14.3.2 转子回路串入频敏变阻器启动 绕线式电动机还可以采用转子串频敏变阻器进行启动，频敏
变阻器实际上就是一个铁耗很大的三相电抗器，它的铁芯用厚 30～50 mm的钢板叠成，使铁芯损耗增大，三相绕组分别绕在三 个铁芯柱上，并接成星形，然后接到转子滑环上。其启动电路图 如14-6(a)所示。
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
第14章 三相异步电动机的启动、 调速和异常运行
14.1 三相异步电动机的启动 14.2 鼠笼式异步电动机的启动 14.3 绕线式异步电动机的启动 14.4 深槽式和双笼式异步电动机 14.5 三相异步电动机的调速 14.6 三相异步电动机的异常运行 14.7 三相异步电动机的常见故障及处理方法 习题
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
由此可见，采用Y-△降压启动时，启动电流和启动转矩都下 降到直接启动的1/3。
Y-△启动的优点是启动设备简单，价格低，操作方便，启动 过程能量损失小。 目前得到广泛应用，国产Y系列容量在4～100 kW的电动机均设计成△连接，均可采用Y-△启动。但是这种启 动方法的启动转矩低，所以只适合轻载和空载启动。
的Ist2)和启动转矩Tst2为
Ist2
Ist k
(14-11)
Tst2
Tst k2
(14-12)
此时自耦变压器原边侧的电流为I1，即电网提供的启动电流Ist1为
Ist1
Ist2 k
Ist k2
(14-13)
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
可见，电网提供的启动电流比流过电动机的电流还要小，实 际上电动机的启动电流和启动转矩都为直接启动时的1/k2。
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
2. 启动转矩
在额定电压下启动的电动机，因为启动电流很大，使转子的
漏抗值增大，转子回路的功率因数cosφ2很低，大的启动电流又造 成电源电压下降很多，使电动机的主磁通Φm减小，根据电磁转矩
的物理表达式 T CTmI2 cos可知2 ，启动转矩并不是很大。
数Ist/IN和启动转矩的倍数Tst/TN。
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
14.1.2 启动电流和启动转矩
1. 启动电流
如果在额定电压下直接启动电动机，在刚接通电源的瞬间，
此时转子不动(即n=0， s=1)，定子的旋转磁场与转子绕组相对转
速最大，转子绕组将以最大的速度切割磁力线，转子绕组中将产
的启动变阻器，如图14 - 5所示。为了在整个启动过程中得到比 较大的启动转矩，使启动过程转速上升平滑，启动电阻也分成几 级，形成不同的人为机械特性，启动过程中逐步切除启动电阻。 其中曲线1、2、3 是串入不同电阻时的人为机械特性，曲线4是 固有机械特性。
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
Ist IN
3 4
供电变压器容量(kV A) 4 电动机容量(kW)
(14-3)
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
图14-1 直接启动接线图
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
14.2.2 降压启动
T∝ U12 ，降压启动的同时会使电动机的启动转矩减小，因此，这 种方法只适用于轻载或空载情况下启动。常用的降压启动方法有 下列几种：
由三相异步电动机的机械特性分析可知，电动机要想带动负载转
动起来，最主要的是启动转矩必须大于负载转矩。只有在
Tst≥1.1TN的条件下，电动机才能正常启动，若电动机是空载和轻 载启动，启动转矩是足够大的，可以顺利启动。若电动机带的负
载较重时，则有可能启动不了。前面已经讲过启动转矩的大小是
Tst
m1 pU12 2πf1[(r1 r2 )2 (x1 x2 )2 ]
等效电阻rm也随之自动减小，因为频敏变阻器本身具有阻值随转子 频率变化的特性。启动结束后，转差很小，转子频率很低，频敏变
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
图14-4 自耦变压器降压启动接线图
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
若电动机直接启动时的启动电流和启动转矩分别为Ist和Tst，k
为自耦变压器的变压比 (k=U1/U2)。经自耦变压器降压后，加在电
动机上的电压为U2(U1／k)，则降压时电动机的启动电流(变压器
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
2. Y-△启动 这种方法只适用于正常运转时定子绕组采用三角形连接的电 动机。启动时，先将定子绕组接成星形，使加在每相绕组上的电
压降低到额定电压的 1/ 3 ，从而降低了启动电流，待电动机转
速升高后，再将绕组接成三角形，使其在额定电压下运行。Y-△ 启动线路如图14-3 所示。
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
3. 自耦变压器(启动补偿器)启动 对容量较大或正常运行时作Y连接的电动机，可利用自耦变 压器降压启动。其启动接线图如图14-4所示，自耦变压器的高压 侧接到电网上，低压侧接到电动机上。 启动时，先闭合S，再把S2和S3闭合，这时，自耦变压器降低 电源电压，使电动机降压启动，从而减小启动电流。待电动机的 转速上升到接近额定速度时，把S2和S3断开，将S1闭合，从而短接 自耦变压器，使电动机全压运行。
Ist1
Ist K2
(14-6)
以上可以看出，尽管启动电流减少了，但启动转矩下降得更
多。一般在降压启动时，Ist约为(2～2.5)IN，在电阻上消耗的能量 较多，不宜经常启动。串联电抗器启动，可以减少能量消耗，但
设备费用较高。
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
图14-3 Y-△启动接线图
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
14.3 绕线式异步电动机的启动
绕线式三相异步电动机的转子绕组是三相对称绕组，转子回
路能够和外电路的电阻相连接，由式(14-2)可以看出，在启动时，
如果外串的电阻大小合适，即
r2 rst x1 ，x可2 以做到
T=Tmax，启动转矩可能达到最大值。同时，由于转子回路电阻增
大，从而限制了启动电流，提高了启动时的功率因数。并非外串
电阻越大越好，如果外串的电阻太大，启动转矩反而减小，机械
特性变软。由于鼠笼式异步电动机的转子电阻是固定的，参数不
能改变，因此鼠笼式电动机不能采用此种启动方法。
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
14.3.1 转子回路串入变阻器启动 这种方法是在绕线式电动机的转子回路中串入一组可以调节
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
14.1 三相异步电动机的启动
14.1.1 启动性能及指标 异步电动机的启动性能主要有以下几个方面： (1) 启动时启动电流要小。 (2) 启动时启动转矩要足够大。 (3) 启动过程时间要短。 (4) 启动设备简单，操作方便，易维护。 (5) 启动时消耗的能量要少。 其中衡量电动机启动性能最主要的指标是启动电流的倍
图14-6 转子回路串频敏变阻器启动 (a) 接线图；(b) 频敏变阻器等效电路；(c) 机械特性
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
启动时，由于转差很大，使转子频率较高(f2=f1)，在其等效电 路图14-6(b)中，频敏变阻器铁耗及其等效电阻rm的大小与频率的平 方成正比，此时，rm最大，相当于转子回路串电阻启动，限制了启 动电流，又增大了启动转矩。随着转速上升，转子频率逐步下降，
动转矩始终保持在最大启动转矩T1和最小启动转矩T2之间，以获得 较大的启动加速度。一般取T1=(0.7～0.85)Tmax、T2=(1.1～1.2)TN。
这种启动方法既减小了启动电流，又增大了启动转矩，启动性
能好，它允许电动机在重载下启动，如起重机、卷扬机等都可采用。
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
生很大的电动势和电流，根据磁动势平衡方程式可知，定子电流
即启动电流也将达到最大值，三相异步电动机的启动电流一般可
达额定电流的4～7倍。启动电流的大小是
Ist I2
U1 (r1 r2 )2 (x1 x2 )2
(14-1)
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
较大的启动电流是十分有害的，对频繁启动的电动机来说， 会引起电动机过热而温升较高，使电动机绝缘材料老化，使用寿 命减少。对供电变压器来说，当变压器容量有限，输电距离较长 时，大的启动电流将造成变压器输出电压下降，并且会影响到同 一供电线路上的其他设备的正常工作。例如，在电动机启动瞬间， 照明灯会变暗，数控机床会失控等。
启动时，把电源开关S闭合，控制电路先使得S2闭合，电动 机绕组接成星形启动，其每相绕组上承受启动线路的电压比正常 接法时下降了。当电机转速上升到稳定值时，控制电路再控制S1 闭合，S2断开，于是定子绕组换成三角形接法，使电动机全压运 行。
第14章 三相异步电动机的启动、调速和异常运行
设电源电压为U1，定子绕组每相阻抗为Z，采用三角形连接
为了满足电网容量和负载转矩的要求，一般自耦变压器备有 几个抽头，以便选择不同电压。如QJ2型的抽头比(U2/U1)为55%、 64%、73%；QJ3型的抽头比为40%、60%、 80%。