绪论和第一、二章电机及拖动基础

本章主要分析直流电机的基本工作原理、结构和运行 特性（以直流电动机为重点）。
直流电机图片
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伺服直流电机
直流电机图片
高压直流电机
48V直流电机驱动车
本章教学基本要求
1.了解直流电机主要结构，注意换向器和电刷的作用； 2.熟悉直流发电机和直流电动机基本工作原理，理解 感应电动势和电磁转矩这两个机电能量转换要素的物 理意义，掌握求解它们的计算方法； 3.掌握直流电机的运行原理，电动势、转矩平衡方程 式以及不同励磁方式的直流电机的工作特性； 4.了解直流电机的换向。
直流电枢绕组
匝数为1的是单匝元件，匝数大于1的是多匝元 件。由于工艺等原因，电枢不宜开太多的槽，在一 实际的槽中，上、下层嵌放多个(设为u个)元件边， 将一个上层边和一个下层边在槽内所占的空间称为 一个虚槽。若电枢每槽上、下层只有一个元件边， 则总元件数S等于实槽数Q；若每槽的上、下层各有u 个元件边时，则有：S=uQ=Qu，Qu为虚槽数。
二、本课程内容、任务、特点及学习方法
学习过程中，对电机结构要结合实物弄清各主要部件的组 成和作用；
要从物理概念上去理解和记忆有关公式而不要死记硬背； 要从物理意义上去弄懂各章节例题的解题步骤，并学会解 一反三；
要注意各种电机的结构的异同点、电磁关系的异同点、能 量转换关系的异同点、拖动问题的异同点等，运用总结对 比的方法，融会贯通，加深理解。
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
1、定子部分
主磁极 产生磁场，N、S 相隔，用p表示极对数
由磁极铁心和励磁绕组构成,磁极铁心由极身和极靴组成.
机座
导磁和机械支撑
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。
绪论
一、电机、电力拖动技术在国民经济中的作用
1、电机技术 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。
电机按功能用途分类如下：
常规电机
直流发电机
发电机
交流发电机
变压器（静止电机）
异步发电机 同步发电机
电机
二、直流电机的基本结构
直流电机的径向剖面示意图
直流电机的结构图
1-电枢铁心 2-主磁极 3-励磁绕组 4电枢齿 5-换向极绕组 6-换向极铁心 7-电枢槽 8-底座 9-电枢绕组 10-极 掌(极靴） 11-磁轭（机座）
二、直流电机的基本结构
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。
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。
用整块钢制成，也可用厚 1~1.5mm厚钢板或硅钢 片叠成
作用：将旋转的电枢与固
换
定不动的外电路相连，把
向 极
电
直流电压和直流电流引入 或引出
刷
作用:改善直流电机的换 向，一般电机容量超过 1kW时均应安装换向极。 安装在相邻两主磁极之 间，用螺钉固定在机座 上。
1-刷握 2-铜丝辫 3-压紧弹簧 4-电刷块（石墨材料）
磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化； 时 的值，称为剩磁 ，用 表示。
H 0 B
Br
三、铁磁材料
软磁材料： μ高， Br小，磁滞回线窄而长，如：铸钢、 硅钢、坡莫合金，制作电机铁心；
硬磁材料：μ不高，Br大，磁滞回线宽而胖，制造永久 磁铁。
四、磁滞损耗和涡流损耗
①磁滞损耗：磁畴之间产生摩擦而产生的，
二、本课程内容、任务、特点及学习方法
本课程是《电机原理》、《电力拖动基础》两 大部分内容的有机结合。
学习直流电机、变压器、异步电动机、和控制 电机的基本理论和电力拖动的基本原理，并通 过实验或实训，熟悉常用电机的基本结构、基 本工作原理；掌握直流电动机和三相异步电动 机的起动、制动、调速的电力拖动基本原理及 相关计算；了解单相异步电动机、控制电机的 特点和用途。
重点
直流电机的基本平衡方程式和工 作特性。
第一节 直流电机的基本工作原理与结构
一、直流电机的基本工作原理 1、直流发电机的基本工作原理
基于电磁感应原理：右手定则
产生磁场：（N、S极） 运动导线ab、cd切割磁场 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
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？
二、本课程内容、任务、特点及学习方法
本课程既有基础性又有专业性。它是运用 《机械基础》、《电工基础》等基础课的基本 理论来分析研究各类电机内部的电磁物理过程， 从而得出各类电机的一般规律及其各异的特性。 但它与《机械基础》、《电工基础》等基础课 的性质不同。在《电机及拖动基础》课程中， 不仅有理论的分析推导，磁场的抽象叙述，而 且还要用基本理论去分析研究比较复杂的又往 往带有机、电、磁综合性的工程实际问题。这 是学习本课程的特点，也是难点。
2、转子部分
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。
直流电机电枢绕组
由绝缘导线绕制成的线圈（又称绕组元件）按 一定规律联接组成，每个元件两个有效边分别嵌放 在电枢铁心表面的槽内，元件的两个出线端分别与 两个换向片相连。电枢绕组的作用是产生感应电动 势和电磁转矩，是实现机电能量转换的枢纽。
课前应预习，便于有的放矢地听课；课后应及时复习和小 结、完成相应的课外作业，以提高学生的理解和运算能力。
需进行必要的实验和实习，一是对基本原理和理论进行验 证，二是培养学生独立工作能力，提高实验操作技能和动 手能力。
第一节、 磁路基本定律
一、磁路的概念
1、两种常见的磁路 2、主磁通和漏磁通
二、磁路基本电磁定律
-
机的输出电动势极性改变。
+ 注意：电枢转向和磁场极性只能改变其一。
N
2、直流电动机的基本工作原理
基于电磁力定律：左手定则
载流导体ab、cd 在磁场中产生电磁力f
形成电磁转矩带动转子旋转
换向器作用：
直流电动机工作原理模型
在发电机中起整流作用，使线圈中的交变电动势——电刷 间的直流电协势。
在电动机中起逆变作用，使电刷间的直流电——线圈内的 交变电，保证电动机的转向恒定。
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+
3、电机的可逆原理
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。
②涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生的损耗，
③铁损：磁滞损耗+涡流损耗，
ph
fB
2 m
p fe f 1.3Bm2
pFe f 2 Bm2 d 2 / Re
第三节、 磁路计算
一、计算类型
1、给定磁通量φ，计算所需磁动势F 2、给定磁通量F，计算所需磁动势φ
二、计算步骤
1、磁路分段（材料相同，截面积相等） 2、计算各段有效截面积和平均长度 3、求各段磁通密度 4、求各段磁场强度 5、求总磁动势 6、求所需电流或线圈匝数 7、查磁化曲线
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。
由右手定则可知：决定感应电动
S
势极性的因素有两个，一是改变
电枢转向，二是磁场极性，因此
改变磁场的极性也可使直流发电
直流电枢绕组
（3）合成节距y
指直接串联的两个元件的对应边所跨的距离。
单叠绕组 单波绕组
y y1 y2 y y1 y2
（4）换相器节距yk 指同一元件的两个出线端所接的两换相片之间
所跨的距离，用换相片数表示。
直流电枢绕组
单叠绕组
单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向节
距均为1，即：y yk 1 。
电动机
直流电动机
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
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油浸式电力变压器
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电机及拖动基础
贵州航天职业技术学院
第一章 直流电机 §1-1 直流电机原理及结构 §1-2 直流电机的磁场 §1-3电磁转矩和电枢电动势 §1-4直流电动机的运行原理 §1-5直流电机的换向
第二章 直流电动机的电力拖动 §2-1电力拖动系统的运动方程式 §2-2 生产机械的负载转矩特性 §2-3 他励直流电动机的机械特性 §2-4 他励直流电动机的起动和反转 §2-5 他励直流电动机的制动 §2-6 他励直流电动机的调速 §2-7 串励和复励直流电动机