《电机与拖动基础》正文
电机与拖动基础
电机与拖动基础电机与拖动基础电机是一种能将电能转化为机械能的设备，广泛应用于各个行业和领域。
而拖动是电机在工业控制领域中的重要应用之一。
本文将从电机和拖动的基本原理出发，探讨电机与拖动的基础知识和应用。
1. 电机的基本原理电机是通过电磁感应原理工作的。
当电流通过电机中的线圈时，会在线圈周围产生一个磁场。
而当外加磁场与线圈中的磁场相互作用时，就会产生力矩，推动电机转动。
这是电机产生机械能的基本原理。
电机按照能量转换的方向可分为直流电机和交流电机。
直流电机是指将直流电能转化为机械能的电机，交流电机则是将交流电能转化为机械能的电机。
根据不同的工作原理和结构，电机还可以细分为电磁电机、感应电机、步进电机等。
2. 拖动的基本概念拖动是指通过电机控制物体的位置、速度和方向等运动状态。
在工业自动化控制中，拖动广泛应用于输送系统、装卸系统、机床等领域。
通过电机的拖动，可以实现对物体的精确控制和自动化操作。
拖动系统一般由电机、传动装置和控制系统组成。
电机作为拖动装置的核心，通过传动装置将电机产生的旋转运动转化为线性或者旋转的运动，从而实现对物体的拖动。
3. 拖动的工作原理拖动系统的工作原理可以简单地分为两个步骤：信号采集与处理和执行动作。
首先，通过传感器采集物体的位置或状态信息。
这些传感器可以是光电传感器、编码器、位置传感器等。
然后，将采集得到的信号输入到控制系统中。
控制系统会根据这些信号信息计算出电机所需的运动参数，如速度、位置和方向等。
在执行动作阶段，控制系统会发送指令给电机，在电机的驱动下，电机开始工作，将运动参数转化为相应的机械运动，实现物体的拖动。
4. 拖动系统的应用拖动系统在各个行业和领域都有着广泛的应用。
在工业自动化领域，拖动系统通常用于实现输送、装卸和组装等操作。
比如，物流仓储系统中的输送线，自动装配线中的机械手等，都是通过电机的拖动实现工件的自动化运输和处理。
在机床行业中，电机拖动系统被广泛应用于数控机床和传统机床中。
《电机与拖动基础》正文
实验一认识实验四、实验目的：1．学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2．认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。
3．熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。
五、实验原理：（一）预习要点1．如何正确选择使用仪器仪表。
特别是电压表、电流表的量程。
2．直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？不连接会产生什么严重后果？3．直流电动机起动时，励磁回路连接的磁场变阻器应调至什么位置？为什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？4．直流电动机调速及改变转向的方法。
（二）实验项目1．了解电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。
2．用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。
3．直流他励电动机的起动，调速及改变转向。
注：各项目试验原理见试验步骤。
六、实验条件：1．教学实验台主控制屏MEL-0022．电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13）3．直流并励电动机M034．直流电机仪表、电源5．电机起动箱（NMEL-09）。
6．直流电压、毫安、安培表(NMEL-06)。
（一）安全讲解实验指导人员讲解电机学实验的基本要求，安全操作和注意事项。
介绍实验设备的使用方法。
（二）操作步骤1．在控制屏上按次序悬挂NMEL-13、NMEL-09组件，并检查NMEL-13和涡流测功机的连接。
2．用伏安法测电枢的直流电阻，接线原理图见图1-1。
U：可调直流稳压电源R：3000Ω磁场调节电阻（NNMEL-09）V ：直流电压表 A ：直流安培表 M ：直流电机电枢（1）经检查接线无误后，逆时针调节磁场调节电阻R 使至最大。
直流电压表量程选为300V 档，直流安培表量程选为2A 档。
（2）按顺序按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关，可调直流稳压电源的船形开关以及复位开关，建立直流电源，并调节直流电源至220V 输出。
电机和拖动基础共32页文档
—电机与拖动—
电机与拖动基础
（李发海 王岩 清华大学出版社）
顾春雷
Tel:0515-3103939 E_mail:guclycit
盐城工学院电气与信息工程学院 电气工程系
17.08.2021
电机与拖动
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第1章 绪 论
1.1 课程性质
一、电机及电力拖动技术的发展概况
—电机与拖动—
电能是现代大量应用的一种能量形式。 电能的优点：生产和变换比较经济；传输和分配比较 容易；使用和控制比较方便等等。 效率高
❖ 在中小型电机和控制电机方而，亦自行设计和生产了 不少新系列电机。
❖ 由于生产上的需要，电机的新原理、新结构、新工艺、 新材料、新的运行方式和调试方面亦进行许多摸索、 研究和试验工作，取得了不少成就。
❖ 电机在制造上也向着大型、巨型发展。
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电机与拖动
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电力拖动系统：
—电机与拖动—
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基本磁化曲线
基本磁化曲线与起始磁化曲线的差别很小，磁路计算 时所用的磁化曲线都是基本磁化曲线
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❖ 与此同时由于电力电子学等学科的渗透，使电机这一 较为成熟的学科得到新的发展。
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我国电机工业的发展概况
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❖ 我国的电机制造工业在新中国成立后发生了巨大的变 化。
❖ 不仅建成了独立自主和完整的体系，而且有一些产品 已经达到或接近世界先进水平，就各种拖动系统中的 主要设备——电动机而言，近年来已生产了不少大型 的直流电动机、异步电动机和同步电动机；
电机与拖动
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三、参考书
电机与拖动基础
此时仅改变它的输入机械功率P1=0,则T1也等于0。由于存在 转动惯量， 电机的转速来不及变化，因此Ea，Ia，T都 不能立即变化。此时，作用在电机转轴上仅剩下俩制动性的 转矩T和T0了。于是电机的转速就要降低了。
- T - T0 =
这时的角加速度小于零，这时的角加速度方向与电磁转矩T 的方向一致，但与转速相反。所以为减速状态，电机的转 速n要下降。Ea=Cen Ea随着n的下降也在逐渐减小，在电压U不变的情况下，电 枢电流也趋于零。则输出功率P2=0,那么直流发电机已经不
电机与拖动基础
直流电动机运行原理
电机与拖动基础
1.电机的可逆原理
电机无论是直流还是交流电机，都是在某一种条件下 作为发电机运行，而在另一种条件下却作为电动机运行， 并且这俩种状态可以相互转换。 接下来就用一个例子来具体解释直流电机的可逆原理 例 ：一台他励直流发电机在直流电网上并联运行，并保持 电网电压U保持不变，其中原动机的拖动转矩T1和转速n是 以逆时针为正方向，电磁转矩T和空载转矩T0是以顺时针 为正方向。则有 P1=PM+P0 T1= T+ T0
d J dt
在向电网输出电功率了，并且作用在电机轴上的电磁转矩 也为零。当n继续下降，Ea再减小，直到小于电压U时。根 据发电机公式Ea=U+IaRa，电枢电流变为了负值。此时电 机由原来向电网发出电功率变为从直流电网吸收电功率。 现在的电磁转矩与转速相同，由制动型转矩变为了拖动型 转矩。电机的性质发生了根本的变化，由发电机变为了电 动机！
电机与拖动基础
到 N2 倍，起动电流与起动转矩降低到 ( N2 )2倍。
N1
N1
❖ 实际上起动用旳自耦变压器，备有几种抽头供选用。例如 QJ2型有三种抽头，分别为55%（即=55%）、64%、73%（出厂 时接在73%抽头上）；QJ3型也有三种抽头，分别为40％、 60%、80%（出厂时接在 60％抽头上）等。这也是我们前面 所讲旳优点，但是，自耦变压器体积大，价格高，也不能带 重负载起动。自耦变压器降压起动在较大容量鼠笼异步电动 机上广泛应用。
8.5.4 倒拉反转制动运营
❖ 倒拉反转制动运营是转差率s＞1旳一种稳态，其功 率关系与反接制动过程一样，电磁功率PM＞0，机械 功率Pm＜0，转子回路总铜耗pCu2=PM+|Pm|。但是倒
拉反转运营时负载向电动机送入旳机械功率是靠着 负载贮存旳位能旳降低，是位能性负载倒过来拉着 电动机反转。
❖ 这种运营状态与直流电动机倒拉反转运营旳情况是 一样旳。
8.5 三相异步电动机旳多种运营状态
❖ 异步电动机旳电磁转矩和转子旳转速是同方向时，电动机运 营在电动状态，若电磁转矩和转速旳方向相反时，电动机处 于制动状态。
❖ 而在制动运营状态中，根据 转矩和转速旳不同情况，又可 分为：回馈制动、反接制动、 到拉反转及能耗制动等。
电动运营： 当工作在第Ⅰ象限时为正 向电动状态。工作在第Ⅲ 象限时为反向电动状态。
8.5.5 回馈制动运营
❖ 当三相异步电动机拖动位能性 恒转矩负载，电源为负相序 （A、 C、 B）时，电动机运 营于第IV象限，如图 中旳B点， 电磁转矩T＞0，转速 n＜0,称 为反向回馈制动运营。
8.5.5 回馈制动运营
❖ 电动机旳转速n<0 ，转差率为
❖ 从三相异步电动机等值电路上 看出，电动机总旳机械功率为
绪论-《电机与拖动基础》
3.电磁力定律：
载流导体在磁场中要受到力的作用，方向 用左手定则判定。
f=Bil 在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力 将使转子受到一个力矩，我们称之为电磁转矩。 电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。
0.5电机中所用的主要材料：
已经知道电机是进行机电能量转换或信号转换的机 械电磁装置，由此，电机中所用的材料无外乎： 1）导电材料：构成电机中的电路系统，为了减少损 耗，要求材料的电阻率小，常用的有紫铜和铝。 2）导磁材料：构成电机中的磁路系统，要求材料具 有较高的导磁率和较底的铁耗系数，常用硅钢片、 钢板和铸钢。 3）绝缘材料：作为带电体之间及带电体与铁心间的电 气隔离，要求耐热好，介电性能高。
磁路的材料不同，其导磁性能也不同。
铁磁材料的特点：
（1）磁导率随着外加磁场的变化而发生相应的变化， 存在磁饱和现象。 （2）在交变磁场的作用下，存在磁滞和涡流现象， 在铁磁物质内产生能量损耗，即铁耗。
绪论
0.1 电机及电力拖动系统概述
电机是利用电磁感应原理工作的机械。 电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有发电机、 电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分， 有变压器和旋转电机。
两种方法归纳如下：
电机
变压器 直流电机
交流电机
控制电机
直流发电机
直流电动机 同步电机
同步发电机 同步电动机
e d N d
dt
dt
分类：根据原因的不同，感应电动势可分为以 下 两类： 1）切割（运动）电动势：指线圈不动，跨接在线 圈上的导体运动，使得穿过线圈的磁通随着时间 的变化而变化。此时的e叫做切割电动势e=Blv,方 向由右手定则判定。
电机与拖动基础
电机与拖动基础1. 电机的基本原理及分类1.1 电机的基本原理电机是将电能转换为机械能的装置。
它基于电磁感应现象，利用电流与磁场之间的相互作用产生转动力矩。
电机的基本原理可以归纳为洛伦兹力和转子的转动。
1.2 电机的分类根据电机的工作原理和结构特点，电机可以分为直流电机和交流电机两大类。
在直流电机中，按照励磁方式的不同，又可以分为永磁直流电机和电磁直流电机。
交流电机则根据转子结构的不同，可分为异步电机和同步电机。
2. 电机的拖动技术2.1 电机拖动的概念电机拖动是指电机作为动力源，通过各种传动机构将能量传输到负载上。
电机拖动技术广泛应用于机械设备、工业自动化、交通运输等领域。
2.2 电机拖动系统的组成电机拖动系统由电机、传动装置和负载组成。
传动装置包括传动轴、齿轮传动、皮带传动等。
负载可以是各种机械设备，如泵、风机、压缩机等。
2.3 电机拖动系统的性能要求电机拖动系统的性能要求包括转速、转矩、运动精度、稳定性等。
不同的应用场景对电机拖动系统的性能要求有所不同，需要根据实际情况选用合适的电机和传动装置。
2.4 电机拖动系统的控制方法电机拖动系统的控制方法包括开环控制和闭环控制两种。
开环控制简单，但对系统的负载变化和外界干扰不敏感；闭环控制通过传感器反馈信号实现对系统的闭环控制，能够更好地适应外界环境变化。
3. 电机拖动系统的应用3.1 工业自动化领域在工业自动化领域，电机拖动技术广泛应用于生产线的输送设备、机器人的关节驱动、数控机床等。
电机拖动系统可实现精确的位置控制和速度控制，提高生产效率和产品质量。
3.2 交通运输领域电机拖动技术在交通运输领域起着重要作用。
电动汽车、电动自行车等交通工具采用电机拖动系统，更加环保高效。
此外，电机拖动系统还应用于轨道交通、电动船舶等领域。
3.3 家用电器领域家用电器领域的许多产品都采用了电机拖动技术，如洗衣机、空调、电风扇等。
电机拖动系统的高效运转和可靠性，保证了家用电器的正常工作和长寿命。
电机与拖动基础(第4版
电机与拖动基础（第4版）引言电机是现代工业中非常常见的设备，它们广泛应用于各个行业，如制造业、交通运输业、能源领域等。
电机的作用是将电能转换为机械能，实现各种机械运动。
本文将介绍电机的基本原理和拖动技术，以帮助读者更好地理解电机的工作原理和应用。
电机原理电机是利用电磁感应现象工作的设备，它通过电磁力的作用实现机械运动。
电机的工作原理可以简单地理解为根据右手定则，电流与磁场之间的相互作用。
当通过电流的通路处于磁场中时，就会产生力矩，推动电机的转动。
电机的转动速度与电流的大小、磁场的强度、电机结构等因素有关。
电机分类电机按照不同的工作原理和用途可以分为不同的类型。
常见的电机类型包括直流电机、交流电机、步进电机等。
直流电机直流电机是最常见的电机类型之一，它使用直流电作为能源，通过电枢和磁场之间的相互作用产生转动力矩。
直流电机通常分为直流有刷电机和直流无刷电机两种类型。
交流电机交流电机使用交流电作为能源，通过电枢和磁场之间的交变磁场产生转动力矩。
交流电机按照磁场的产生方式，可以分为异步电机和同步电机两种类型。
步进电机步进电机是一种特殊的电机类型，它通过控制电流的脉冲信号实现精确的角度控制和位置控制。
步进电机常用于需要精确位置控制的设备，如打印机、机车调度等。
电机拖动技术电机拖动技术是指将电机应用于各种机械设备中，实现机械运动控制的技术。
电机拖动技术广泛应用于制造业、交通运输业、机械加工等领域。
电机传动系统电机传动系统是实现机械运动的核心部分，它由电机、传动装置和负载组成。
传动装置可以是齿轮传动、皮带传动、链条传动等。
电机传动系统的设计和选择是电机拖动技术的重要环节，它影响着系统的传动效率、输出功率和稳定性。
电机控制技术电机控制技术是实现对电机运动的控制和调节的关键技术。
电机控制技术通常包括速度控制、位置控制和力矩控制等。
在电机控制技术中，通常采用PID控制算法、闭环控制和开环控制等方法。
电机保护技术电机在运行过程中可能会遇到各种故障和过载情况，因此电机保护技术是非常重要的。
电机与拖动基础
电机与拖动基础1. 介绍本文档将介绍有关电机和拖动的基础知识。
电机是一种将电能转换为机械能的装置，常用于各种机械系统中。
在许多应用中，电机的转动需要通过一些拖动装置来实现。
我们将详细讨论电机和拖动的基本原理、不同类型的电机和拖动装置，以及它们的应用领域。
2. 电机基础2.1 电机的工作原理电机的工作原理基于电磁感应和洛伦兹力定律。
当电流通过电机的线圈时，产生的磁场与永久磁铁或其他磁场相互作用，导致电机产生旋转力矩。
这个旋转力矩可以用于驱动各种机械系统。
2.2 电机的分类根据电源类型和构造方式，电机可以分为直流电机和交流电机两大类。
直流电机通常由电枢和磁极组成，可以根据不同的连接方式分为串联、并联和复合式直流电机。
交流电机可以分为异步电机和同步电机，其中异步电机包括感应电动机和异步电动机，同步电机包括同步发电机和同步电动机。
2.3 电机的控制方式电机的控制方式包括直接启动控制，启动进行加速后切换到运行控制，以及使用变频器控制电机转速。
直接启动控制是最简单的方式，它直接将电源连接到电机，以达到启动和停止的目的。
启动进行加速后切换到运行控制是在启动阶段使用额外的电路元件来调整电机的转速和运行状态。
变频器控制电机转速需要使用特殊的装置来控制电机的输入频率。
3. 拖动基础3.1 拖动的定义拖动是使用一些装置或机械元件来将电机的输出运动传递到其他部件或系统的过程。
拖动可以通过传动装置、传动链、传动带等方式实现。
3.2 传动装置常见的传动装置包括齿轮传动、带传动和链传动。
齿轮传动通过齿轮的啮合来传输力和转矩。
带传动通过传动带的摩擦来传输力和转矩。
链传动通过链条的拨动来传输力和转矩。
3.3 传动链传动链是一种将电机的旋转运动传递到其他部件的装置。
常见的传动链包括链条传动和滚子链传动。
链条传动由多个链环组成，在传动过程中链环与链轮之间产生相互啮合的动作。
滚子链传动是通过滚子链条来传递电机运动的，滚子链条的链环上有滚子链节，它通过滚子与齿轮之间进行啮合来传输力和转矩。
电机与拖动基础答案(第四版)
电机与拖动基础答案(第四版)电机与拖动基础答案(第四版)第一章电机基础知识1.1 电机的定义及分类电机是一种将电能转化为机械能的设备。
根据电源类型和工作原理的不同，电机可分为直流电机和交流电机两大类。
1.2 电机的工作原理直流电机的工作原理基于电流的方向和大小来决定磁场的方向和大小，从而产生电磁力。
交流电机则是通过电流的频率和大小的变化来产生旋转磁场，从而实现转动。
1.3 电机的结构及组成电机主要由定子、转子、电磁铁、机械轴等部件组成。
定子和转子之间的磁场交互作用使电机能够产生转动。
1.4 电机的性能参数主要包括额定功率、额定转速、效率、启动方式、绝缘等级等。
这些参数可以帮助我们选择合适的电机来满足特定的工作需求。
第二章拖动系统基础知识2.1 拖动系统的定义和组成拖动系统是由电机和负载设备组成的一套驱动装置，用于实现设备的运动和控制。
它包括电机、传动装置、控制装置等。
2.2 传动装置的分类传动装置通常分为机械传动和电子传动两种类型。
机械传动包括齿轮传动、带传动、链传动等，而电子传动主要使用变频器等电子设备来实现。
2.3 拖动系统的控制方式拖动系统可以采用手动控制、自动控制和远程控制等方式。
不同的应用场景需要选择合适的控制方式来实现对拖动系统的灵活控制。
第三章电机和拖动系统的选型和设计3.1 选型要点和方法根据实际工作负载和运行环境条件，我们需要明确电机的功率、转速、绝缘等级等要求，并结合实际情况进行合适的选型。
3.2 设计要点和方法拖动系统的设计需要考虑传动装置的类型、传动比、传动效率等因素。
同时，还需要综合考虑安全性、可靠性和经济性等方面的要求。
3.3 电机和拖动系统的故障分析与排除当电机和拖动系统发生故障时，我们需要进行故障分析，找出问题的原因，并采取相应的措施进行排除，以确保系统的正常运行。
结语电机与拖动基础答案(第四版)对于理解电机的基本原理和拖动系统的选型设计具有重要的参考价值。
通过深入学习和理解这些知识，我们可以更好地应用电机和拖动系统，为各行各业提供高效、安全的驱动方案。
电机及拖动基础顾绳谷第四版
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二、直流电机的空载磁场
直流电机的空载磁场是指电枢电流等于零或者很小 时，由励磁磁动势单独建立的磁场。
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磁化曲线
气隙中主磁场磁通密 度的分布
直流电机负载时的磁场及电枢反应
当直流电机带上负载以后， 在电机磁路中又形成一个磁 动势，这个磁动势称为电枢 磁动势。
此时的电机气隙磁场是由励 磁磁动势和电枢磁动势共同 产生的。电枢磁动势对气隙 磁场的影响称为电枢反应。
直流电机的电枢，电刷端引出直 流电动势，作为直流电源，输出电
能。
用原动机拖动电枢逆时针方向恒速转动，线圈边ab和cd就分别切割不同极性 磁极下的磁场，线圈中产生了交变的电动势。由于换向器配合电刷对电流的 换向作用，在电刷A、B端的电动势确是直流电动势。
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直流电机的结构
直流电机剖面图
1—换向器
2—电刷装置
1-2、3-4、5-6、7-8分别 构成4个线圈
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二、绕组的基本形式
（一）单叠绕组
单叠绕组的特点：元件的两个端子连接在相 邻的两个换向片上。 单叠绕组的所有的相邻元件依次串联，即后 一元件的首端与前一元件的末端连在一起， 接到一个换向片上。最后一个元件末端与第 一个元件首端连接在一起，形成一个闭合回 路。
第二章 直流电机
第一节 直流电机的工作原理及结构
一、直流电机的工作原理 （一）直流电动机的工作原理
载流导体在磁场中受到的力
f Bil
B — 磁场的磁感应强度(Wb/m2) i — 导体中的电流(A) l — 导体的有效长度(m)
当安装换向器以后，将直流电压加于电刷端， 直流电流经电刷流过电枢上的线圈，则产生电 磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下就旋转起来。 由于换向器配合电刷对电流的换向作用，使得 线圈边只要处在N极下，其中通过电流的方向总 是由电刷A流入的方向；而在S极下时，总是从 电刷B流出的方向，就使电动机能够连续地旋转。
异步电动机《电机与拖动基础》第三版林瑞光主编
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2、一组双层短距分布绕组的基波磁动势 双层短距分布绕组的基波磁动势为两个等效绕组基波磁动 势的相量和，用短距系数计及绕组短距的影响： F1(p1) 2 Fq1k y1 0.9(2 qN y ) k y1I
k y1 sin
y1
90。
第4章 三相异步电动机
4.2.2
三相单层绕组
单层绕组的每个槽内只放一个线圈边，电机的线圈总数等于 定子槽数的一半。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。 一、单层链式绕组 单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而 成，整个外形如长链。 链式绕组的每个线 圈节距相等并且制造方 便；线圈端部连线较短 并且省铜。主要用于 q=2的4、6、8极小型三 相异步电动机。
双层绕组分双层叠绕组（如图2a=1）和双层波绕组（略）。
第4章 三相异步电动机
双层绕组的特点：
1）线圈数等于槽数； 2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数；
3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。 可组成较 多的并联 支路 可以选择最有利的节 距，使电动势和磁动 势波形更接近正弦波 端部排列整齐 机械强度高 嵌线 困难
E y1(y ) Nc Et1 4.44 fNc 1
第4章 三相异步电动机
三、短距线圈的电动势 每个短距线圈的电动势:
Ey1( y ) 4.44 fNcΦ1k y1
k y1
E y 1(y τ) E y 1(y τ)
y 0 sin( 90 ) τ
称为短距系数： 线圈短距时电动 势比整距时打的 一个折扣．
广泛应用于10kW以下的 异步电动机定子绕组 电动势和磁动 势波形较差 起动性 能较差
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
电机及拖动基础(第5版)绪论
《电机及拖动基础》(第5版) 绪 论
绪
论
一、电机的分类、作用及发展
1、电机的分类、作用
电机——利用电磁感应定律和电磁力定律。 将能量或信号进行转换或变换的电磁机械装置。 电源的产生、变换、传送、分配、使用都要用 到各类电机。
《电机及拖动基础》(第5版) 绪 论
电能的产生——变换——传送 │ 使用
《电机及拖动基础》(第5版) 绪 论
《电机及拖动基础》(第5版) 绪 论
《电机及拖动基础》(第5版) 绪 论
《电机及拖动基础》(第5版) 绪 论
《电机及拖动基础》(第5版) 绪 论
《电机及拖动基础》(第5版) 绪 论
《电机及拖动基础》(第5版) 绪 论
《电机及拖动基础》(第5版) 绪 论
一、电机的分类、作用及发展
2、电机工业的发展
电机工业的发展，与科技发展密切相关，从1831 年法拉第发现电磁感应现象起，它的历史至今尚不到 200年。
我国的电机工业，从新中国成立以来的70多年间， 建立了独立自主的完整体系。近些年来，随着对电机 新材料的研究并在电机设计、制造工艺中利用计算机 技术，普通电机的性能更好、运行更可靠；而控制电 机的高可靠性、高精度、快速响应使控制系统完成各 种人工无法完成的快速复杂的精巧运动。
《电机及拖动基础》(第5版) 绪
电论机按功能用途分类如下：
常规电机
电机
直流发电机
发电机
交流发电机
变压器
异步发电机 同步发电机
直流电动机
电动机
异步电动机
控制电机
交流电动机
同步电动机
电机在国民经济各个领域中起着重要作用
《电机及拖动基础》(第5版) 绪 论
《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
1．直流电动机主要由定子、转子、电刷装置、端盖、轴承、通风冷却系统等部件组成。
定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成。
转子（又称电枢）由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。
2．直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。
3 极距、绕组的节距（第一节距、第二节距、合成节距）的概念和关系。
4 单叠绕组把每个主磁极下的元件串联成一条支路，因此其主要特点是绕组的并联支路对数a 等于极对数n p 。
5 电枢反应：直流电机在主极建立了主磁场，当电枢绕组中通过电流时，产生电枢磁动势，也在气隙中建立起电枢磁场。
这时电机的气隙中形成由主极磁场和电枢磁场共同作用的合成磁场。
这种由电枢磁场引起主磁场畸变的现象称为电枢反应。
☆6 直流电机的励磁方式：☆☆7直流电机的电枢电压方程和电动势： ΦnC E e a =aa aI R E Ua +=直流电机电磁转矩 8 直流电动机功率方程9直流电机工作特性☆10 直流电动机励磁回路连接可靠，绝不能断开☆一旦励磁电流 I f = 0，则电机主磁通将迅速下降至剩磁磁通，若此时电动机负载较轻，电动机的转速将迅速上升，造成“飞车”；若电动机的负载为重载，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电机转速减小，但电枢电流将飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，引起电枢绕组因大电流过热而烧毁。
11 自励发电方式能否建立空载电压是有三个条件☆☆（1）电机必须有剩磁，如果没有须事先进行充磁；aT e ΦI C T =pP P p p p p P p p P P P ∑∆+=+∆+∆+∆+∆=+∆+∆=+=22add m Fe Cu em Cua Cuf a f 1（2）励磁绕组的极性必须正确，也就是励磁绕组与电枢并联时接线要正确；（3）励磁回路的电阻不能太大，即其伏安特性的斜率U /I f 不能太陡，否则如果伏安特性的斜率太陡，与发电机空载特性交点很低或无交点，就无法建立空载电压。
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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实验一认识实验四、实验目的：1 •学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2 •认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。
3 .熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。
五、实验原理：（一）预习要点1 •如何正确选择使用仪器仪表。
特别是电压表、电流表的量程。
2 •直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？不连接会产生什么严重后果？3 •直流电动机起动时，励磁回路连接的磁场变阻器应调至什么位置？为什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？4.直流电动机调速及改变转向的方法。
（二）实验项目1•了解电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。
2 •用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。
3 •直流他励电动机的起动，调速及改变转向。
注：各项目试验原理见试验步骤。
六、实验条件：1 •教学实验台主控制屏MEL-0022 •电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13 ）3 .直流并励电动机M034 .直流电机仪表、电源5 .电机起动箱（NMEL-09 ）。
6 .直流电压、毫安、安培表（NMEL-06）。
七、实验步骤：（一）安全讲解实验指导人员讲解电机学实验的基本要求，安全操作和注意事项。
介绍实验设备的使用方法。
（二）操作步骤1. 在控制屏上按次序悬挂NMEL-13、NMEL-09 组件，并检查NMEL-13和涡流测功机的连接。
2 •用伏安法测电枢的直流电阻，接线原理图见图1-1。
U :可调直流稳压电源R: 3000 Q磁场调节电阻（NNMEL-09 ）V :直流电压表A :直流安培表M :直流电机电枢——图1-1测电枢绕组直流电阻接线图(1)经检查接线无误后，逆时针调节磁场调节电阻R使至最大。
直流电压表量程选为300V档，直流安培表量程选为2A档。
(2)按顺序按下主控制屏绿色闭合”按钮开关，可调直流稳压电源的船形开关以及复位开关，建立直流电源，并调节直流电源至220V输出。
调节R使电枢电流达到0.2A (如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行，如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差) ，迅速测取电机电枢两端电压U a和电流l a。
将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U a、l a，填入表1-1。
(3)增大R (逆时针旋转)使电流分别达到0.15A和0.1A，用上述方法测取六组数据, 填入表1-1。
取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra= R a1 R a2 R a3。
3R a1a11a12 a13R a2= ( R a21 +R a22 + R a23 ) /3R a3= ( R a31 +R a32 + R a33 ) /3(4)计算基准工作温度时的电枢电阻由实验测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值，冷态温度为室温。
按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值：R aref = R a 空竺235 a式中R aref一一换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。
(Q)R a——电枢绕组的实际冷态电阻。
(Q)Q ref ――基准工作温度，对于E级绝缘为75 C。
B a ――实际冷态时电枢绕组的温度。
(C)3.直流仪表、转速表和变阻器的选择。
直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器 根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联，并联或串并联的接法。
(1 )电压量程的选择如测量电动机两端为 220V 的直流电压，选用直流电压表为 300V 量程档。
(2) 电流量程的选择。
因为直流并励电动机的额定电流为1.1A ，测量电枢电流的电表可选用2A 量程档，额定励磁电流小于0.16A ，测量励磁电流的毫安表选用200mA 量程档。
(3) 变阻器的选择变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定。
在本实 验中，电枢回路调节电阻选用NMEL-09 组件的100Q /1.22A 电阻，磁场回路调节选用NMEL-09 的 3000 Q /200mA 可调测功机加载控制位于 行调节。
实验开始时，将NMEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择 开关扳向转矩控制”，转矩设定’ 电位器逆时针旋到底。
“突加突减 负载”开关扳向“突加负载”。
可调直流稳压电源和直流电机励磁电源均位于NMEL-18 。
V :可调直流稳压电源自带电压表A :可调直流稳压电源自带电流表 mA :毫安表，位于直流电机励磁电源部。
(1) 按图1-2接线，检查M 、G 之间是否用联轴器联接好， 电机导轨和NMEL-13的连 接线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确选择。
(2) 将电机电枢调节电阻 R i 调至最大，磁场调节电阻调至最小，转矩设定电位器(位 于NMEL-13 )逆时针调到底。
(3) 合上控制屏的 漏电保护器，，按次序按下绿色 闭合”按钮开关，打开 励磁电源船形 开关和可调直流电源船形开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管亮， 指示直流电压已建立，旋转电压调节电位器，使可调直流稳压电源输出电阻。
4 .直流电动机的起动 R i : 电枢调节电阻 (NMEL-09 ) R f : 磁场调节电阻 (NMEL-09 )M :直流并励电动机 M03 :G :涡流测功机一可呃la潼Ife掩电IR言 电 机电NMEL-13，由转矩设定”电位器进MEL-13220V 电压。
直谨电动忸恫3隔症测功机（4）减小R1 电阻至最小。
5．调节他励电动机的转速。
（1）分别改变串入电动机M 电枢回路的调节电阻R1 和励磁回路的调节电阻R f （2）调节转矩设定电位器，注意转矩不要超过1.1N.m ，以上两种情况可分别观察转速变化情况6．改变电动机的转向将电枢回路调节电阻R1 调至最大值，“转矩设定”电位器逆时针调到零，先断开可调直流电源的船形开关，再断开励磁电源的开关，使他励电动机停机，将电枢或励磁回路的两端接线对调后，再按前述起动电机，观察电动机的转向及转速表的读数。
八、思考问题：1．画出直流并励电动机电枢串电阻起动的接线图。
说明电动机起动时，起动电阻R1 和磁场调节电阻R f 应调到什么位置？为什么？2．增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？3．用什么方法可以改变直流电动机的转向？4．为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？十、其它说明：（一）注意事项1．直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻R f 调到最小，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢串联起动电阻R1 调至最大，然后方可接通电源，使电动机正常起动，起动后，将起动电阻R1 调至最小，使电机正常工作。
2．直流他励电机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。
同时，必须将电枢串联电阻R i调回最大值，励磁回路串联的电阻R f调到最小值，给下次起动作好准备。
3．测量前注意仪表的量程及极性，接法。
实验二直流发电机四、实验目的：1．掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。
2．通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。
五、实验原理：（一）预习要点1．什么是发电机的运行特性？对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取。
2．做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？3．并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？4．如何确定复励发电机是积复励还是差复励？（二）实验项目1 .他励发电机(1 )空载特性：保持n=n N,使l a=O,测取Uo=f(l f)。
(2) 外特性：保持n=n N,使I f =I fN，测取U=f(l a)。
(3) 调节特性：保持n=n N,使U=U N，测取I f =f(l a)。
2 .并励发电机(1)观察自励过程(2)测外特性：保持n=n N,使R f2 =常数，测取U=f(l a)。
3 •复励发电机积复励发电机外特性：保持n=n N,使R f=常数，测取U=f(l a)。
注：各项目试验原理见试验步骤。
六、实验条件：1•实验台主控制屏2 •电机导轨及转速表。
3 .直流并励电动机M03。
4 .直流复励发电机M01。
5 .直流电机仪表、电源(NMEL-18 )(位于实验台主控制屏的下部)6 .直流电压、毫安、安培表。
7 •旋转指示灯及开关板(NMEL-05 )。
8 •三相可调电阻900 Q ( NMEL-03 )。
9 •三相可调电阻90 Q ( NMEL-04 )。
10 .电机起动箱(NMEL-09 )。
七、实验步骤：(一)安全讲解实验指导人员讲解实验的基本要求，安全操作和注意事项。
介绍实验设备的使用方法。
(二)操作步骤1 .他励发电机。
按图2-1接线。
G:直流发电机M01 , P N=100W , U N=200V , I N=0.5A , N N=1600r/minM :直流电动机M03，按他励接法S1、S2:双刀双掷开关，位于NMEL-05BR1 :电枢调节电阻100Q /1.22A ,位于NMEL-09。
R f1:磁场调节电阻3000 Q /200mA，位于NMEL-09。
R f2 :磁场调节变阻器，采用NMEL-03 最上端900Q变阻器，并采用分压器接法。
R2：发电机负载电阻，采用NMEL-03中间-Ig-lallaI潦胞压电垢-直露电IBLIlal硝电Igl端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Q （900Q与900Q电阻串联加上900Q与900 Q并联）。
调节时先调节串联部分，当负载电流大于0.4A时用并联部分，并将串联部分阻值调到最小并用导线短接以避免烧毁熔断器。
mA i、A i:分别为毫安表和电流表，位于直流电源(NMEL-18 )上。
U i、U2:分别为可调直流稳压电源和电机励磁电源（NMEL-18 ）。
V2、mA 2、A2 :分别为直流电压表（量程为300V档），直流毫安表（量程为200mA 档），直流安倍表（量程为2A档）（1 ）空载特性a•打开发电机负载开关S2,合上励磁电源开关S i，接通直流电机励磁电源，调节R f2, 使直流发电机励磁电压最小，mA 2读数最小。
此时，注意选择各仪表的量程。
b•调节电动机电枢调节电阻R i至最大，磁场调节电阻R fi至最小，起动可调直流稳压电源（先合上对应的船形开关，再按下复位按钮，此时，绿色工作发光二极管亮，表明直流电压已正常建立），使电机旋转。
c.从数字转速表上观察电机旋转方向，若电机反转，可先停机，将电枢或励磁两端接线对调，重新起动，则电机转向应符合正向旋转的要求。