电机学第3章直流电机.
电机学笔记
第1章磁路1.1磁路的基本定律⚫安培环路定律：，符合右手螺旋关系，可导出磁路的基尔霍夫第二定律：。
⚫磁路的欧姆定律： F=ΦR m，其中， R m=lμA。
磁导率μ不是一个常值，磁路是非线性的，磁路的欧姆定律由安培环路定律导出。
⚫磁通连续性定律：∮B⃗ ∙da=0A，可导出磁路的基尔霍夫第一定律：∑Φ=0。
1.2常用的铁磁材料及其特性⚫磁化和磁滞是铁磁材料的两大特性。
⚫初始磁化曲线：对铁磁材料进行磁化，磁通密度随磁场强度增大而增大的曲线B=f(H)。
初始磁化曲线有4个阶段：①开始磁化，磁密缓慢增大；②外磁场增强，磁密呈线性增长；③开始出现饱和；④完全饱和。
膝点在电机设计中很重要。
⚫磁滞回线：将铁磁材料周期性交变磁化，B=f(H)呈回线。
剩磁：去掉外磁场后仍然保留的磁密B r。
为使B r降至零，必须施加的反向磁场强度称为矫顽力H c。
⚫基本磁化曲线：各磁滞回线顶点组成的单值函数。
⚫铁磁材料：①软磁材料：回线窄、剩磁和矫顽力都很小，常用于制造电机和变压器的铁心；②硬磁材料：回线宽、剩磁和矫顽力都很大。
⚫磁滞损耗：材料被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦造成损耗，pℎ=fV∮HdB，经验公式：pℎ=CℎfB m n V。
涡流损耗：根据电磁感应定律，铁心中将产生感应电动势，引起环流，造成损耗，经验公式：p e=C eΔ2f2B m2V。
铁心损耗：p Fe=pℎ+p e≈C Fe f1.3B m2G。
1.3磁路的计算⚫正问题：由Φ求F；逆问题：由F求Φ。
⚫气隙磁场的边缘效应：Aδ(有效)=(a+δ)(b+δ)。
⚫永磁磁路的计算特点：H M l M+Hδδ=0，F=−H M l M，永磁体工作在磁滞回线的第二象限，称退磁曲线（外特性曲线）。
工作点由气隙磁阻线和退磁曲线交点确定，故F M不是定值，而与外磁路的磁阻有关。
1.4电抗和磁导的关系⚫Ψ=NΦ=N(Ni)R m =Li，L=Ψi=N2R m=N2Λm， X=ωN2Λm。
电机学第五版课后答案
第一章磁路电机学1・1磁路得磁阻如何计算？磁阻得单位就是什么?答:磁路得磁阻与磁路得几何形状（长度、面积）与性能有关，计算公式为，单位:1・2铁心中得磁滞损耗与涡流损耗就是怎样产生得，它们各与哪些因素有关?答:磁滞损耗:铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起得损耗。
经验公式。
与铁磁材料得磁滞损耗系数、磁场交变得频率、铁心得体积及磁化强度有关;涡流损耗咬变得磁场产生交变得电场，在铁心中形成环流（涡流）,通过电阻产生得损耗。
经验公式。
与材料得铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。
1・3图示铁心线圈，已知线圈得匝数N=1000,铁心厚度为0、025m（铁心由0、35inm得DR320硅钢片叠成），叠片系数（即截面中铁得面积与总面积之比）为0、93,不计漏磁,试计算:（1）中间心柱得磁通为Wb,不计铁心得磁位降时所需得直流励磁电流;（2）考虑铁心磁位降时，产生同样得磁通量时所需得励磁电流。
解:磁路左右对称可以从中间轴线分开，只考虑右半磁路得情况:铁心、气隙截面(考虑边缘效应时，通长在气隙截面边长上加一个气隙得长度;气隙截面可以不乘系数)气隙长度-L25 X 2 +(5-L25-0.025)X 2C /M = 12.45xlO"^»铁心、气隙中得磁感应强度(1)不计铁心中得磁位降:气隙磁场强度电流(2)考虑铁心中得磁位降:铁心磁位降1・4图示铁心线圈，线圈A 为100匝，通入电流1、5A,线圈B 为50匝，通入电流1A,铁心截面积均匀，求PQ 两点间得磁位降。
解:由题意可知，材料得磁阻与长度成正比，设PQ 段得磁阻为， 则左边支路得磁阻为:1・5图示铸钢铁心，尺寸为(7.5.T 铁心中 査表可知:左边线圈通入电流产生磁动势ISOOA。
试求下列三种情况下右边线圈应加得磁动势值:气隙磁通为Wb时;气隙磁通为零时;右边心柱中得磁通为零时。
解:⑴査磁化曲线得气隙中得磁场强度中间磁路得磁势左边磁路得磁势査磁化曲线得査磁化曲线得右边线圈应加磁动势第二章变压器2-1什么叫变压器得主磁通，什么叫漏磁通？空载与负载时，主磁通得大小取决于哪些因素?答:变压器工作过程中,与原、副边同时交链得磁通叫主磁通, 只与原边或副边绕组交链得磁通叫漏磁通。
电机学(刘颖慧)课件第3章直流电动机的电力拖动基础[48页]
![电机学(刘颖慧)课件第3章直流电动机的电力拖动基础[48页]](https://img.taocdn.com/s3/m/02aefbf5d1f34693daef3e9a.png)
电机学 Electric machinery
3.1 电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
❖ 1.运动方程式
+
U
-
J
d
dt
Tem
TL
❖ 转动惯量：
J GD2 mD2 4g 4
M
Tem n
TL
图3.1.1 电动机与工作机构
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
❖ 2.负载的转矩特性 ❖ a.恒转矩负载
n n
o
TL
o
TL
3.1.2 反抗性恒转矩负载特性
图3. 1. 3 位能性恒转矩负载特性
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
0
T
图3. 2. 4
电动机不同电压机械特性
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
❖ 减弱励磁磁通时的人为特性：
❖ 当 U UN R Ra 只减弱励磁磁通
n
UN Ce
Ra Ce
Ia
n
n02 2 n01 1 2 1 N
第3章 直流电动机的电力拖动基础
电机学 Electric machinery
❖ 电力拖动的定义：用各种电动机作为原动机拖动生产机械， 产生运动，电力拖动也称为电力传动。直流电力拖动是由直 流电动机来实现的。
电源
控制设备
电动机
工作机构
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学试题
第一章磁路一、填空：1.磁通恒定的磁路称为，磁通随时间变化的磁路称为。
答：直流磁路，交流磁路。
2.电机和变压器常用的铁心材料为。
答：软磁材料。
3.铁磁材料的磁导率非铁磁材料的磁导率。
答：远大于。
4.在磁路中与电路中的电势源作用相同的物理量是。
答：磁动势。
5.★★当外加电压大小不变而铁心磁路中的气隙增大时，对直流磁路，则磁通，电感，电流；对交流磁路，则磁通，电感，电流。
答：减小，减小，不变；不变，减小，增大。
二、选择填空1.★★恒压直流铁心磁路中，如果增大空气气隙。
则磁通；电感；电流；如果是恒压交流铁心磁路，则空气气隙增大时，磁通；电感；电流。
A：增加 B：减小 C：基本不变答：B，B，C，C，B，A2.★若硅钢片的叠片接缝增大，则其磁阻。
A：增加 B：减小 C：基本不变答：A3.★在电机和变压器铁心材料周围的气隙中磁场。
A：存在 B：不存在 C：不好确定答：A4.磁路计算时如果存在多个磁动势，则对磁路可应用叠加原理。
A：线形 B：非线性 C：所有的答：A5.★铁心叠片越厚，其损耗。
A：越大 B：越小 C：不变答：A三、判断1.电机和变压器常用的铁心材料为软磁材料。
（）答：对。
2.铁磁材料的磁导率小于非铁磁材料的磁导率。
（）答：错。
3.在磁路中与电路中的电流作用相同的物理量是磁通密度。
（）答：对。
4.★若硅钢片的接缝增大，则其磁阻增加。
（）答：对。
5. 在电机和变压器铁心材料周围的气隙中存在少量磁场。
（ ）答：对。
6. ★恒压交流铁心磁路，则空气气隙增大时磁通不变。
（ ）答：对。
7. 磁通磁路计算时如果存在多个磁动势，可应用叠加原理。
（ ）答：错。
8. ★铁心叠片越厚，其损耗越大。
（ ）答：对。
第二章 变压器一、填空：1. ★★一台单相变压器额定电压为380V/220V ，额定频率为50HZ ，如果误将低压侧接到380V上，则此时m Φ ,0I ,m Z ,Fe p 。
（增加，减少或不变）答：m Φ增大，0I 增大，m Z 减小，Fe p 增大。
电机学第五版课件汤蕴璆编著 第3章7直流电动机的起动、调速和制动
调速的方法
U I a Ra n Ce
磁场控制
9 调励磁电流调速
电机学
调速 Speed Governing
调速：调节转速、转速控制 电动机调速的基本要求
– – – –
n nN n1 t1 O t
调速范围：D=nmax/nmin 平滑性 经济性
调速设备简单、可靠、操作方便
10
电机学
If
18
电机学
直流电动机的反接制动
方法
励磁回路不变，将加在电枢回路的电 压反接。
-U=Ea+Ia(Ra+RL) Ia=-(U+Ea)/(Ra+RL) 将产生很大的制动性质的电磁转矩。
原理
19
电机学
直流电动机的反接制动
+ U 电动
Q 制动 B n0
n A
Ra
Ia
RL I’a + Ea –
n Ia1
If3
ia
n0
O
If1>If2>If3
If2
If1 TeN Te
IaN n1 nN
O
Te=CTΦIa
n
13
t
电机学
串励电动机的调速
n n
TL
Rs1<Rs2<Rs3 Rs1 Rs3 O Rs2 Te O
TL U1>U2>U3 U1 U3 U2 Te
调速方式 改变Rs 改变U
14
主要优点 简单 转速可调低、可调高
他励和并励电动机的调速 ▲电枢回路串电阻调速
n
n0 RΩ=0
IaN nN n1
第3章 直流电机 《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)
第三章 直流电机习题解答3-1 直流电机铭牌上的额定功率是指输出功率还是输入功率？对发电机和电动机有什么不同？答：输出功率；对于电动机指轴上的输出机械功率，对于发电机指线段输出的电功率。
3-2. 一台p 对极的直流电机，采用单叠绕组，其电枢电阻为R ，若用同等数目的同样元件接成单波绕组时，电枢电阻应为多少？ 答：P 2R .解析：设单叠绕组时支路电阻为R 1 ，考虑到并联支路数2a =2p ，故有：12R R P=,则12R PR = ，单波绕组时，并联支路数2a=2,每条支路有p 个R 1 ,则每条支路电阻为22p R ，并联电阻为2p R 。
3-3.直流电机主磁路包括哪几部分？磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分？答：(N 极)，气隙，电枢齿，电枢磁轭，下一电枢齿，气隙，（S 极），定子磁轭，（N 极）；主要消耗在气隙。
3-4. 在直流发电机中，电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，电枢反应的性质怎样？当电刷逆电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质又是怎样？如果是电动机，在这两种情况下，电枢反应的性质怎样？答：当电刷偏离几何中性线时，除产生交轴电枢磁动势外，还会产生直轴磁动势。
对于发电机，当电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势F ad 有去磁作用。
当电刷逆电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势F ad 有助磁作用。
如果是电动机，两种情况下的影响与发电机恰好相反。
3-5. 直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是直流？为什么在稳态电压方程中不考虑元件本身的电感电动势？答：交流；因为在元件短距时，元件的两个边的电动势在一段时间内方向相反，使得元件的平均电动势稍有降低。
但直流电机中不允许元件短距太大，所以这个影响极小，故一般不考虑。
电机学习题集+答案
电 机 学 习 题 集备注：作业时抄写题目，题与题之间空一行。
绪论和第一章：磁路1-1：简述右手螺旋法则，左手定则和右手定则，以及电磁感应定律。
1-2：简述什么是磁路、磁动势、磁路的基尔霍夫第二定律。
假定作用在某段磁路上的磁动势为HL ，该段磁路磁阻为Rm ，则通过该段磁路的磁通量是多少？1-3：电机中为什么要使用铁磁材料，直流磁路和交流磁路有什么区别？1-4：有一闭合磁路，由铁心和气隙组成。
铁心截面积24109m S -⨯=，磁路平均长度m l 3.0=，铁心磁导率05000μμ=Fe ；气隙长度m 0005.0=δ，气隙截面积按1.1S 计算。
套装在铁心上的励磁绕组500匝，问电流0.5A 时，磁路中磁通为多少？作用在铁心磁路和气隙上的磁动势分别为多少？70104-⨯=πμH/m 。
第二章：变压器2-1：简述变压器的组成。
变压器的最基本组成是什么？2-2：什么是变压器的额定容量、额定电压和额定电流？2-3：什么是变压器的主磁通？什么是变压器的漏磁通？主磁通的大小主要取决于哪些因素？2-4：单相变压器计算1）一台单相变压器，S N =20000kVA,U 1N /U 2N =127kV/11kV ，50Hz ，高压侧开路，在低压侧施加额定电压并进行测量，测得电流45.5A ，损耗47kW ，不计环境温度影响，计算变压器归算到高压侧的激磁阻抗参数(实际值)。
(k=11.5455,Rm=3026Ω,Xm=32083Ω)2）上述变压器，低压侧短路，在高压侧施加一电压使电流达到额定电流，进行测量，测得电压9.24kV ，损耗129kW ，不计环境温度影响，计算变压器归算到高压侧的短路阻抗参数(实际值)。
(I1N=157.48A,Rk= 5.202Ω,Xk=58.44Ω)3）上述变压器，利用简化等效电路计算该变压器满负荷时的负载阻抗大小，额定功率因数cos φ=0.8（按负载电流滞后电源电压计算）。
(Z 总=645.08Ω+j483.81Ω，Z L =639.8Ω+j425.4Ω)2-5：什么是时钟表示法，组号表达了变压器的什么性能？说明联结组别Yd11的含义。
直流电机的工作原理
直流电机的工作原理
直流电机是一种将直流电能转化为机械能的装置。
它的工作原理基于洛伦兹力和电动行为的相互作用。
直流电机的核心部件是电枢，由大量线圈组成。
当直流电源施加在电枢上时，电流流经线圈，产生一圈圈的磁场。
在电枢旁边，有一个磁体称为永磁体或者磁场极，它产生恒定的磁场。
当电流通过电枢的线圈时，根据右手定则，线圈内的磁场与永磁体的磁场产生相互作用，产生力矩。
由于电流的方向是可逆的，所以直流电机的转向也是可逆的。
当电流改变方向时，电枢产生的磁场方向也会改变，进而改变了与永磁体的相互作用，实现了转向。
为了实现连续的旋转运动，直流电机需要一个机械装置来改变电枢线圈的方向。
这个装置通常由一个可调整的组件（如换向器和刷子）组成，它能够使电流从一个线圈转移到下一个线圈，从而保持电枢的旋转方向。
总之，直流电机工作的基本原理就是利用洛伦兹力和电动行为，通过电磁感应和相互作用实现电能到机械能的转换。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Z 2p
基本术语：
第一节矩y1:元件的两条有效边在电 枢表面上所跨的距离称为第一节矩。 用槽数来表示。当y1 =τ，为整矩绕 组，当y1 <τ为短矩绕组。因为短矩 绕组有利于换向，尚能节省部分端部 用铜，故常被采用。ε为小于1的分 数。 Z y1
2p
第二节矩y2:在相串连的两个元件中， 第一个元件的下层边与第二个元件的 上层边在电枢表面上所跨的距离，称 为第二节矩y2，用槽数表示。 合成节矩y：相串连的两个元件的对 应边在电枢表面所跨的距离，称为合 成节矩y。用槽数表示。 换向器节矩yk:每个元件的首末两端 所连接的两片换向片在换向器表面上 的距离，用换向片数表示。注：换向 器的节距总是等于合成节矩。y=yk
第3章 直流电机
• • • • • • • • 3.1直流电机的基本工作原理和结构 3.2直流电枢绕组 3.3直流电机磁场 3.4电枢的感应电动势和电磁转矩 3.5直流电机基本方程 3.6直流电动机的运行特性 3.7直流电动机的起动、调速、制动 3.8直流电机的换向
3.1直流电机的基本工作原理和结构
eXA
2
3
图3-2a 线圈电动势的波形
图3-2b
电刷间的电动势波形
直流发电机工作原理 • （1）线圈中的电动势和 电流都是交流电，通过换 向片及电刷作用产生的直 流电动势及直流电流。 • （2）感应电动势和电流 的方向始终一致。 • （3）电磁电流产生的磁 U 场在空间上是一个恒定不 变的磁场。 • （4）电磁力制动性质与 转子转向相反，原动机必 须输入机械功率克服电磁 力矩制动作用使转子恒速 旋转产生电能。
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。
3.2 直流电机的电枢绕组
• 1.直流电机绕组的构成
• • 电枢绕组是直流电机的电路部分，实现机电能量转换的枢钮。 直流电机电枢绕组分三种形式：叠绕组、波绕组、混合绕组。 绕组元件：指两端分别与两片换向片接触的单匝或多匝线圈。 电枢绕组：由许多结构相同的绕组元件构成的。 元件边：在电枢槽中，能与磁场作用产生电动势或转矩的有 效边是指线圈的直线部分。 端部（端接）：端部是指线圈非接触电枢铁心的那个部分。 上、下层边：从工艺上考虑，一个线圈在嵌线时必须使一个 有效边在下层边，另一个有效边必须在上层边。 槽数Z=元件数S=换向片数K 极距：相邻两个主磁极轴线之间的距离。用槽数表示 p为 主磁极极对数
E +
Ia
N
E
–
S
直流电动机工作原理 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接到直流电源上， 力形成逆时针方向的电磁转矩。 电刷A接正极，电刷B接负极。此 当电磁转矩大于阻转矩时，电机 时电枢线圈中将电流流过。 转子逆时针方向旋转。 电刷
单波绕组
y y1 y2
单叠绕组
y y1 y2
2.单叠绕组
• 单叠绕组：相邻联接的两 个元件互相交错地重叠。 多个相邻元件依次串联， 同时每个元件的引线端依 次焊接到相邻的换向片上 最后形成闭合回路。整个 绕组成折叠式前进 • y=yk=1时绕组向右移动； • y=yk=-1时绕组向左移动； （用铜量较多，很少采用） • 换向片数=元件数=单迭绕 组的槽数
4直流电机的额定值
指轴上输出 电动机 指电刷间输出的 发电机 额定条件下电机 的机械功率 额定电功率 所能提供的功率 额定电压 UN
额定功率 PN
在额定工况下，电机 出线端的平均电压
额定电流 IN
额定功率时对应的电流 在额定电压、额定电流下，运 电动机：是指输入额定电压。 行于额定功率时对应的转速. 电机铭牌上还标有其它数 额定励磁电流 I fN 据，如励磁电压、出厂日 对应于额定电压、额定电流、额 期、出厂编号等。 定转速及额定功率时的励磁电流
• 直流电机的用途：视频
• 1基本工作原理
• 定子上有磁铁（主磁极）和电刷。 • 转子有环形铁心和铁心上的绕组。 • 左图表示一台最简单的两极直流电 机模型， • 定子上，装设了一对直流励磁的静 止的主磁极N和S， • 转子上装设电枢铁心。定子与转子 之间有一气隙。在电枢铁心上放置 电枢线圈，线圈的首端和末端分别 连到两个圆弧形的铜片上，此铜片 称为换向片。换向片之间互相绝缘， 由换向片构成的整体称为换向器。 换向器固定在转轴上，换向片与转 轴之间亦互相绝缘。 • 在换向片上放置着一对固定不动的 电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢 线圈通过换向片和电刷与外电路接 通。
• 归纳：（1）所有的直流电机的电枢绕组总是自成闭路。 • （2）电枢绕组的支路数（2a）永远是成对出现，这是由于磁极数(2p) 是一个偶数.注：a－支路对数 ；p－极对数 • （3）为了得到最大的直流电势，电刷总是与位于几何中线上的导体相 接触。 • （4）每根电枢导体的电势性质是交流电，而经电刷引出的电势为直流 电势。
2直流电机的主要结构
电刷盒
3直流电机的励磁方式
• • • •
他励式：线端电流等于电枢电流，励磁电流独立值小。 并励式：线端电流等于电枢电流加上励磁电流。 串励式：线端电流等于电枢电流等于励磁电流。 复励式：每个主磁极上套有两个励磁绕组，分为长复励和短复励。 先并后串（并联绕组先与电枢绕组并联然后在与串联绕组串联） 为短复励；先串在并是长复励。如果Fs（串）和Ff（并）方向一 致，称为积复励；如果两者方向相反称为差复励。
发电机：是指输出额定电压；
额定转速 nN 在额定电压下，运行于
在额定状态下运行时，可以保证各电气设备 长期可靠地工作 当电流大于额定电流，称过载或超载，长期 会影响寿命(过热）； 当电流小于额定电流，称欠载或轻载，容量 不能充分利用，会降低效率； 当实际电流等于额定电流时，称为满载运行。 又叫额定负载状态
+ U –
流电动机
（1）将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流（交 流）流过。换向片和电刷起逆变作用。 （2）从空间上看，电枢电流产生的磁场是一个恒定磁场。 （3）电枢旋转时，电枢导体切割磁力线也会产生感应电动势与电枢 电流方向相反。 （4）直流电动机中，电磁转矩的方向与转子旋转方向一致，是驱动 性质。