直流电机拖动《电机与拖动基础》第三版林瑞光主编
电机与拖动基础第三版教学设计
电机与拖动基础第三版教学设计一、课程简介《电机与拖动基础》是一门针对自动化、电气工程、机械等相关专业的基础课程。
本课程主要介绍电机的基本原理，控制方式和常用型号及其特点；并重点讲解电机拖动控制和应用，包括电机的速度、方向和转矩控制等内容。
二、教学目标1.掌握电机的基本原理，控制方式和常用型号及其特点。
2.知道电机拖动控制的原理和应用基础。
3.能够应用电机的速度、方向和转矩控制。
4.能够理解和设计电机拖动系统。
三、教学内容1. 电机基础知识1.1 电机的分类1.1.1 按转子结构分类1.1.2 按磁场类型分类1.2 电机的基本原理1.2.1 电磁感应原理1.2.2 洛伦兹力原理1.2.3 电磁场和磁回路2. 电机控制基础知识2.1 电机控制方式2.1.1 直流电机执行器2.1.2 三相交流电机执行器2.2 控制综述2.2.1 电机转速控制2.2.2 电机方向控制2.3 电机控制设备2.3.1 电机控制器2.3.2 驱动器3. 电机拖动基础知识3.1 电机负载物理特性3.2 电机拖动控制3.2.1 定速控制3.2.2 可变速控制3.2.3 转矩控制4. 拖动系统设计4.1 拖动系统的元件选择4.2 拖动系统的实例设计四、教学方法1. 理论讲解主要以PPT形式进行理论讲解，网上资料也可以在课堂内使用。
2. 实验操作课程中将安排一些实验来加深学生对知识点的理解，让学生在实践中体验和掌握电机的基本原理、控制方式和拖动控制。
3. 团队合作拓展教学，使学生通过合作学习，探讨问题，并从问答环节中掌握本学科相关知识。
4. 课后习题布置一些习题，提高学生自学能力，培养学生的创新思维和实践能力。
五、考核方式课程考核包括平时作业和实验成绩，以及期末考试成绩。
六、总结本门课程涵盖了电机控制基础、电机拖动基础等内容，使学生获得了掌握电机的基本原理、控制方式和拖动控制的能力，以及能够应用电机的速度、方向和转矩控制的实践能力。
《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。
《电机与拖动基础》直流电机的工作原理和基本结构 ppt课件
例1-2 电动机拖动的生产设备常需要作正转或反转运动， 如电力机车的前行和倒退，就要求牵引电动机能正、反 转。分析前图中的直流电动机如何能反转(顺时针旋转)?
解：图中的电动机模型要顺时针旋 转需获得一个顺时针方向的电磁转 矩，由左手定则可知：电磁力的方 向取决于磁场极性或导体中电流的 方向，所以直流电动机获得反转的 方法有两个：一是改变磁场极性， 二是改变电源电压极性使流过导体 的电流方向改变。
T 2N9
5P N 59 051 53 08.7 2N 7•m
nN
1500
《电机及拖动基础》直流电机
1、电机型号
Z 2—7 2
1号为短铁心，2 号为长铁心
一第 般二 用次 途改 直型 流设 电计 机
电枢铁心长度 机座号
1号最小，12 号最大
型号表明电机所属的系列及主要 特性。知道了型号，可从相关手 册中查出电机的许多技术数据。
注意：两者只能改变其一，否 则，直流电动机的转向不变。
改变电源极性（导体电 流方向）而反转示意图
f
-
n
f+
三、电机的可逆原理（补充）
任何一台电机既可作发电机运行，也可作 电动机运行，这一性质称为电机的可逆原 理。 电机的实际运行方式由外施条件决定：
如果电机转子输入机械能，而电枢绕 组输出电能，电机作为发电机运行； 如 果在电枢绕组中输入电能，转子输出机 械能，则电机作为电动机运行。
1-刷握 2-铜丝辫 3-压紧弹簧 4-电刷块（石墨材料）
二、转子
1.电枢铁心
作用：通过磁通和嵌放 电枢绕组。
铁心冲片
材料：为减小磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心 用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成，表面有绝 缘层。
“电机与拖动基础”核心课程教学改革与实践
摘要：从课程教学理念、课堂实际教学、实验环节教学、考核与评价方面入手，对“电机与拖动基础”核心课程教学改革及相关实践进行了阶段性总结。
在现有教学实践的基础上，理顺该课程知识点在专业教学体系中的作用，利用现代教学手段及实验设备将课堂教学与实践教学紧密地结合起来。
规范考核体系，注重教学过程，经过教改实践已取得阶段性成果。
关键词：电机与拖动基础；核心课程；教改与实践“电机与拖动基础”是一门讲授电机工作的原理与特性以及如何利用电动机作为原动机来拖动生产机械按要求进行运动的课程，是自动化专业及相关电类专业课程体系中一门重要的专业基础课。
[1，2]该课程以“电路”、“大学物理”为先修课程，同时开设的课程有“自动控制原理”、“电力电子”，后续课程有“电力拖动自动控制系统”等相关课程。
该课程涉及多课程、多专业的交叉融合，内容丰富，专业性强。
一、课题的背景随着我国高等教育的发展，各高校都面临不同程度的机遇和挑战，当前反映较为普遍的是“学生学习的自觉性下降”、“大班上专业课问题多”、“教师年轻没有实践经验”等。
基于上述原因，江西理工大学应用科学学院确立了“质量工程”项目，对一些优势专业及其相关的核心课程立项资助，目的在于发展专业、培养教师、提高教学质量。
“电机与拖动基础”课程的授课内容是由原来的“电机学”和“电机拖动”两门课组成，[3]授课内容多，在授课过程中一些较为抽象的概念（如：“磁路”、“磁动势”、“电磁感应”）贯穿其中，大大加深了授课的难度。
[4]同时，该课程具有很强的实践性，实践性教学环节有“电机与拖动基础实验”、“电力拖动自动控制系统综合课程设计”、“电力工程综合课程设计”、“毕业设计”等。
二、教学观念的改变传统的教学中，教师是“主角”，学生是“配角”，学生围绕老师转。
实践表明这种教学理念在本课程教学过程中往往会导致教师教得很累、学生不愿听，教学效果不好。
在前辈老师的指点下，该课程的教学理念转变为“学生是主体、老师重引导、师生要互动、兴趣靠培养、功夫在课外”，并把该理念贯穿于大纲的制订、课件的制作、教案的设计、教学日历的安排、实验内容的选择与设计、教学实践、考核与评价等整个教学过程。
电机与拖动基础第三版林瑞光答案
电机与拖动基础第三版林瑞光答案【篇一：10《电机与电力拖动基础》教学大纲】txt>electric machinery and drive课程代码： d1081060总学时〔理论＋实践〕： 51+0 学分：3 课程性质：学科基础课课程类别：必修课先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《电路分析基础》面向专业：电气工程及其自动化专业开课学科：检测技术及自动化装置开课二级学院：机电工程学院执笔：陈卫民审校：钱晓耀一、课程的地位与任务本课程是电气工程及其自动化专业的专业基础课，其主要任务是学生通过本课程的学习获得电机与拖动的基本理论知识，使学生掌握常用的交直流电机、变压器、控制电机等的基本结构，工作原理和运行特性；电机拖动系统的静态、动态特性；初步掌握不同电动机的调速方法和技术指标；并能了解一些电机及拖动系统的发展方向。
二、课程主要内容与基本要求了解电力拖动系统的组成及发展过程；电力拖动系统的应用领域；电机、电机拖动的基本概念；了解本课程的专业地位和特点。
掌握直流电机的基本工作原理和结构；了解电枢绕组的最基本形式；理解直流电机的磁场及电枢反应；掌握直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率的三个基本方程式及他〔并〕励直流电动机的工作特性。
掌握电力拖动系统的运动方程式；掌握生产机械的转矩特性、他励直流电动机机械特性、电力拖动系统的稳定运行条件；理解他励直流电动机的起动方法、制动及制动方式的选择；掌握他励直流电动机的调速方法；了解评价调速方法的主要指标、调速方法与负载性质的配合；了解他励直流电动机过渡过程的一般分析方法。
了解变压器的应用、分类；掌握变压器的基本工作原理、额定值；掌握单相变压器的空载运行时的物理状况、变化、空载电流；掌握空载运行时的电势平衡方程、空载运行是的等效电路和向量图；掌握单相变压器负载运行时的物理状况、基本方程、折算法、等效电路和向量图；理解变压器参数的空载实验、短路实验；理解变压器的工作特性；理解三相变压器及其它用途的变压器。
直流电机拖动--《电机与拖动基础》-第三版-林瑞光-主编
CeN n Ra Rz
制动瞬间 工作点
B
n n0
制动过程 工作段
电动机电动状 态工作点
A Ra
Ra RZ
电动机拖动反抗性 负载，电机停转。
0
TL
T
C
若电动机 带位能性 负载,稳定
工作点
改变制动电阻R 的Z 大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率,从 而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。 R越Z小,特性曲线的 斜率越小,起始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。
1、电枢串电阻时的人为特性
保持UUN,Φ 不 变Φ ,N 只在电枢回路中串入电阻 的人为R特 性
nCU eΦ NNC Rea C M R Φ 2 NT
n
n0 特点：1）n 0 不变，β 变大；
2） 越β 大，特性越软。
Ra
Ra R
T
2、降低电枢电压时的人为特性
保持RRa,Φ 不变Φ ，N只改变电枢电压时的人为特性：
375 dt
(TTZ) 称为动负载转矩,把
TZ
称为静负载转矩.
二、运动方程式中转矩正、负号的规定
首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方 向，然后规定：
（1）电磁转矩 T与转速 的n正方向相同时为正，相反时为负。
（2）负载转矩
T
与转速
Z
的n正方向相同时为负，相反时为正。
(3)惯性转矩
GD 2 375
n U Ra T
CeΦN CeCMΦ2 N
n
n0
n 01
特点：1)n 随0 U变化, 不β 变; 2) 不U同,曲线是一组平行线。
U1 UN
UN U1
T em
3、减弱励磁磁通时的人为特性
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。
驱动和控制微电机电机与拖动基础第三林瑞光主编PPT课件
为使电动机能自行起动和改善运行性能，除工作绕组（又 称主绕组）外，在定子上还安装一个辅助的起动绕组（又称副 绕组）。两个绕组在空间相距900或一定的电角度。
继续
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按使用要求来分：用于解算装置的旋转变压器和用于 随动系统的旋转变压器。
7.7.1 旋转变压器的结构与工作原理 一、正余弦旋转变压器的工作原理
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1.正弦绕组
z
N
4 i 1
Nci
2Ncm[co s Z
cos3
Z
cos(2Z 4
1)
Z
]
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2.正余弦旋转变压器的工作原理 定子上放置两套互差90空间角度的匝数、型式完全相
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7.5 测速发电机 分类：直流测速发电机和交流伺服电动机
7.5 直流测速发电机
分永磁式和电磁式两种。
一、直流测速发电机的输出特性
输出电压与转速之间的关系，称为输出特性，如图所示。
U2
Ea 1 Ra
Cn
RL
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二、直流测速发电机的误差及减少误差的方法
电枢反应
产生误差的 原因
（1）正余弦旋转变压器的空载运行
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将Фd分解为两个分量： 与正弦绕组轴线方向一致的磁通Фr1和与正弦绕组轴线相垂 直的磁通Фr2。
r1 d sin r2 d cos
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正余弦旋转变压器输出绕组的开路输出电压分别为：
Ur10 Er1 4.44 fNrkwrr1 4.44 fNrkwrd sin Ur20 Er2 4.44 fNrkwrr2 4.44 fNrkwrd cos
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。
《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。
异步电动机《电机与拖动基础》第三版林瑞光主编
2
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
电机与电力拖动(第三版)习题参考答案
《电机与电力拖动》（第三版）习题参考答案第1章思考题和习题一、填空题1．直流电动机主磁极的作用是产生，它由和两大部分组成。
气隙磁场、主磁极铁心和主磁极绕组2．直流电动机的电刷装置主要由、、、和等部件组成。
电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫3．电枢绕组的作用是产生或流过而产生电磁转矩实现机电能量转换。
感应电动势、电枢电流4．电动机按励磁方式分类，有、、和等。
他励、并励、串励、复励5．在直流电动机中产生的电枢电动势Ea方向与外加电源电压及电流方向，称为，用来与外加电压相平衡。
相反、反电势6．直流电动机吸取电能在电动机内部产生的电磁转矩，一小部分用来克服摩擦及铁耗所引起的转矩，主要部分就是轴上的有效转矩，它们之间的平衡关系可用表示。
输出、电磁转矩=损耗转矩+输出转矩二、判断题(在括号内打“√”或打“×”)1．直流发电机和直流电动机作用不同，所以其基本结构也不同。
（×）2．直流电动机励磁绕组和电枢绕组中流过的都是直流电流。
（×）3．串励直流电动机和并励直流电动机都具有很大的启动转矩，所以它们具有相似的机械特性曲线。
（×）4．电枢反应不仅使合成磁场发生畸变，还使得合成磁场减小。
（√）5．直流电机的电枢电动势的大小与电机结构、磁场强弱、转速有关。
（×）6．直流电动机的换向是指电枢绕组中电流方向的改变。
（√）三、选择题(将正确答案的序号填入括号内)1．直流电动机在旋转一周的过程中，某一个绕组元件(线圈)中通过的电流是( B )。
A．直流电流B．交流电流C．互相抵消，正好为零2．在并励直流电动机中，为改善电动机换向而装设的换向极，其换向绕组( B )。
A．应与主极绕组串联B．应与电枢绕组串联C．应由两组绕组组成，一组与电枢绕组串联，另一组与电枢绕组并联3．直流电动机的额定功率P N是指电动机在额定工况下长期运行所允许的( A )。
A．从转轴上输出的机械功率B．输入电功率C．电磁功率4．直流电动机铭牌上的额定电流是。
电机与拖动基础(第3版 - 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 (6)第三章直流电机原理 (12)第四章直流电机拖动基础 (15)第五章变压器 (30)第六章交流电机的旋转磁场理论 (41)第七章异步电机原理 (43)第八章同步电机原理 (50)第九章交流电机拖动基础 (60)第十章电力拖动系统电动机的选择 (72)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。
答：电与磁存在三个基本关系，分别是（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tΦN e d d -= 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。
（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Blv e =而感应电动势的方向由右手定则确定。
（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Bli F =电磁力的方向可由左手定则确定。
1-2 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。
答：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。
而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电回路，也可以说电路是电流所流经的路径。
磁路与电路之间有许多相似性，两者所遵循的基本定律相似，即KCL：在任一节点处都遵守基尔霍夫第一定律约束；KVL：在任一回路中都遵守基尔霍夫第二定律；另外，磁路与电路都有各自的欧姆定律。
《电机与拖动基础》第3章 直流电动机的电力拖动基础
机械的负载转矩 及系统的转速 之间的关系于一体，描述
了拖动系统的运动状态。但是要对运动方程式求解，首先必须
知道电动机的机械特性
和生产机械（负载）的机械
特性
。
生产机械运行时常用负载转矩标志其负载的大小，不同的
生产机械的转矩随转速变化的规律而不同，负载的机械特性也
成为负载转矩特性，简称负载特性。
6
3.2 生产机械的负载特性 3.3.1 恒转矩负载特性
14
3.4 直流电动机的机械特性 3.4.3 人为机械特性
1. 电枢回路串接电阻时的人为机械特性 当电源电压和磁通都是额定值时，电枢回路串接电阻，这 时的人为机械特性方程式为：
人为机械特性的特点是： （1）理想空载转速保持不变； （2）斜率 随 的增大而增
大，转速降增大. 改变电枢电压时的人为机械特性 改变电枢电压的人为机械特性方程式为：
视频8
3.3 生产机械的负载特性
3.3.2 恒功率负载特性
恒功率负载的特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，
即负载功率
，也就是负载转矩
与转速 成反比。
9
3.3 生产机械的负载特性 3.3.3 通风机类负载特性
水泵、油泵、通风机和螺旋桨等机械的负载转矩将将基本 上与转速的平方成正比。
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3.4 直流电动机的机械特性 3.4.1 直流电动机机械特性的表达式
1.反抗性恒转矩负载 这类负载的特点是：负载转矩的大小恒定不变，而负载转 矩的方向总是与转速的方向相反，即负载转矩的性质总是起反 抗运动作用的阻转矩性质。例如：皮带运输机、轧钢机等摩擦 力产生转矩的机械。
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3.3 生产机械的负载特性 3.3.1 恒转矩负载特性
2.位能性恒转矩负载 这类负载是由拖动系统中某些具有位能的部件（如起重类 型负载中的重物）造成的，其特点是：不仅负载转矩的大小恒 定不变，而且负载转矩的方向也不变。
直流电机拖动基础54页PPT
直流电机拖动基础
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
Hale Waihona Puke
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以三级电阻起动时电动机为例
二、分级起动电阻的计算
设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有：
b
点c点
在已知起动电流比β和电枢电
阻前提下，经推导可得各级串联电
d点
阻为:
e点
f点
g点
比较以上各式得：
计算各级起动电阻的步骤：
（1）估算或查出电枢电阻 ； （2）根据过载倍数选取最大转矩 对应的最大电流 ； （3）选取起动级数 ；
处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动， 导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在 新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来 的转速下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。
在 点，系统平衡
扰动使转速有微小增量，转速由 上升到 ， 。 扰动消失,系统减速，回到 点运行。
2.1.2 负载的转矩特性
负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。
一、恒转矩负载特性
恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩 与转速 无关的 特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。
1.反抗性恒转矩负载
2.位能性恒转矩负载
n
n
TZ
TZ
二、恒功率负载特性
三、泵与风机类负载特性
恒功率负载特点是：负载转
一、固有特性的求取
已知
，求两点:1）理想空载点
和额定运行
。
具体步骤：
(1)估算
(2)计算
(3)计算理想空载点： (4)计算额定工作点：
二、人为特性的求取
在固有机械特性
方程
的基础
上，根据人为特性所
对应的参数 或 或 变
化，重新计算 和 ，
然后得到人为机械特
性方程式。
2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件
直流电机拖动《电机与拖动 基础》第三版林瑞光主编
2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
2.1.1 电力拖动系统的运动方程式
一、运动方程式 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。
根据如图给出的系统，可写出拖动系统的 运动方程式：
其中 为系统的惯性转矩。
运动方程的实用形式：
系统旋转运动的三种状态
1)当 。
或 时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态
2)当 或 时,系统处于加速运行状态，即处于动态。
3)当 或 时,系统处于减速运行状态，即处于动态。
常把
或
称为动负载转矩,把 称为静定
首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方 向，然后规定： （1）电磁转矩 与转速 的正方向相同时为正，相反时为负。 （2）负载转矩 与转速 的正方向相同时为负，相反时为正。 (3)惯性转矩 的大小和正负号由 和 的代数和决定。
负载的转矩 基本上与转
矩与转速的乘积为一常数，即 与 速 的平方成正比。负载特性
成反比，特性曲线为一条双曲线 为一条抛物线。
。
n
n
理想的通 风机特性
实际通风 机特性
Tz
Tz0
Tz
2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.1 机械特性的表达式
直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、 电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动 机的转速与电磁转矩之间的关系： 由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：
(1)必要条件:电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点,即 存在
(2)充分条件:在交点处,满足:
。
或者说,在交点的转速以上存在 在
,在交点的转速以下存
2.3 他励直流电动机的起动
电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳 定运行状态的过程。
起动瞬间，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，所以起动电流将达很大值。
过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户 的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏 电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。
为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电 阻或降低电枢电压起动。
2.3.1 降压起动
当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。
（4）计算起动电流比：
取整数
（5）计算转矩:
，校验：
如果不满足，应另选 或 值并重新计算，直到满足该条件为止.
（6）计算各级起动电阻。
2.4 他励直流电动机的制动
当电磁转矩的方向与转速方向相同时,电机运行于电动机状
态;当电磁转矩方向与转速方向相反时,电机运行于制动状态。
2.4.1 能耗制动
电动状态，如图所示。
称为理想空载转速。 实际空载转速
2.2.2 固有机械特性和人为机械特性
一、固有机械特性
当
时的机械特性称为固有机械特性：
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。 二、人为机械特性
当改变 或 或 得到的机械特性称为人为机械特性。
1、电枢串电阻时的人为特性
保持
不变,只在电枢回路中串入电阻 的人为特性
起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源 电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐 渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在 一定的数值上，保证按需要的加速度升速。
降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起 动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。
2.3.2 电枢回路串电阻起动
特点：1） 不变， 变大； 2） 越大，特性越软。
2、降低电枢电压时的人为特性
保持
不变，只改变电枢电压时的人为特性：
特点：1) 随 变化, 不变; 2) 不同,曲线是一组平行线。
3、减弱励磁磁通时的人为特性
保持
不变，只改变励磁回路调节电阻 的人为特性：
特点：1）弱磁， 增大； 2）弱磁， 增大
2.2.3 机械特性求取
扰动使转速有微小下降，由 下降到 。
扰动消失,系统加速，回到 点运行。
在 点，系统平衡
扰动使转速有微小增量，转速由 上升到 ， ,系统加速 。 即使扰动消失,也不能回到 点运行。 扰动使转速有微小下降，由 下降到 ,系统减速。
即使扰动消失,也不能回到 点运行。
电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：
电动
将开关S投向制动电阻 上即实现制动.
由于惯性，电枢保持原来方向继续旋
制动
转，电动势 方向不变。由 产生的电枢电
流 的方向与电动状态时的 方向相反,对
应的电磁转矩 与 方向相反,为制动性质,
电机处于制动状态。