电工学(第七版)上册秦曾煌第八章

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电工学(第七版上册)秦曾煌主编

门知识并为后续课程打下基础，主要是计算电路中器件的端子电流和端子间的电压，一般不涉及器件内部发生的物理过程。
电工学(第七版上册)秦曾煌主编
1 0 B A S E - T w a ll p la t e
开关
灯泡
电池
导线实际电路
开关 S
电
RS
池
US
导线
电路模型灯泡 R源自1.2 电流和电压的参考方向
i(t)limΔqdq Δt0 Δt dt
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电流强度定义说明图
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单位：A（安培） kA、mA、A
1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6A
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电流的参考方向与实际方向的关系：
规定:正电荷的运动方向为电流的实际方向
i 参考方向
i
A
实际方向 B A
i>0
参考方向实际方向 B
i <0
1. 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。
2.用双下标表示：如iAB,电流的参考方向由A点指向B点。
i
A
B
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2 .电压
两点之间的电位之差即是两点间的电压。从电场力做功概念定义，电压就是将单位正电荷从电路中一点移至电路中另一点电场力做功的大小，如图所示。用数学式表示，即为
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电流的参考方向设成从a流向b, 电压的参考方向设成a 为高电位端，b为低电位端，这样所设的电流电压参考方向称为参考方向关联。设在dt时间内在电场力作用下由a点移动到b点的正电荷量为dq, a点至b点电压u意味着单位正电荷从a移动到b点电场力所做的功，那么移动dq正电荷电场力做的功为dw=udq。电场力做功说明电能损耗，损耗的这部分电能被ab这段电路所吸收。

秦曾煌《电工学电子技术》(第7版)(上册)(考研真题+习题+题库)(直流电动机)【圣才出品】

本章暂未编选名校考研真题，若有最新真题时会及时更新。

一、练习与思考详解8.2.1 试用教材图8.2.1和图8.2.2的原理图来说明：为什么发电机的电磁转矩是阻转矩?为什么电动机的电动势是反电动势?解：（1）发电机由磁场中运动物体产生电流、感生电动势，故用左手定则，导体中电流所受到磁场作用力的方向及其形成的转矩方向与转动方向相反，为阻转矩。

（2）电动机运行时，电枢线圈中要产生感应电动势，由右手定则可知，此电动势的方向与电流或外加电压的方向相反．故称为反电动势。

8.2.2 试分别说明换向器在直流发电机和直流电动机中的作用。

解：（1）因为直流发电机中，N极下产生的感应电动势方向和与S极下产生的感应电动势方向相反，所以导体旋转一周，感应电动势交变一次。

直流发电机中，共有两个换向器，一个在N极下，一个在S极下；一个引出电流，一个引入电流，其两端电压方向不变，为了在负载中获得直流电压和电流，从而起到整流作用。

（2）在电动机中，外部输入的是直流电，为了使导体在不同磁极下形成方向不变的电磁转矩，必须将直流电变成绕组中的交流电，换向器就是使电压方向在一个周期中改变两次，具体分析即为直流发电机的逆变过程。

8.4.1 在使用并励电动机时，发现转向不对，如将接到电源的两根线对调一下，能否改变转动方向?解：电动机转动方向与电磁转矩T的方向一致，根据T＝K TΦI。

可知，若将电源两根线对调，则Φ和I a 方向同时改变，T 的方向不变，因此不能改变转动方向。

8.4.2 分析直流电动机和三相异步电动机起动电流大的原因，两者是否相同?解：二者不相同。

因为起动时，电动机有转速n ＝0，使反电势E f ＝0，从而造成起动电流很大。

8.4.3 采用降低电源电压的方法来降低并励电动机的起动电流，是否也可以?解：不可以。

当电源电压降低时，电枢电压和励磁电压降低了，起动转矩减小，可能无法起动。

如果稍有转动，那么因为磁通很小，则反电动势也很小，将出现很大的起动电流长时间维持的情况，因而烧坏换向器及电枢绕组。

电工学第七版上册秦曾煌

i1
U1
U2 U'1
W'2 U'2
i3
W'1 V'2 W1 W2 V'1
V2
V1
i2
V2 W1
U2
U1 W2
V1
V1 W2 U1
U2
W1
V2
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W1
V2
U1
N
• W2
•
U2 S
V1
S
V1 •
U2
W2 •
N
U1
V2
W1
30 V2
W1
U2 S
•
V1 •
W2 N
U1
U1
n N
cos2
O
1s
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7.4 三相异步电动机转矩与机械特性
7. 4. 1 转矩公式 T Φ , I2 ,cos 2 T KTΦI2 cos 2
常数，与电旋转磁场
转子电路的
机结构有关每极磁通转子电流功率因数
由前面分析知：
I2 cos 2
sE20
R22
(
sX
R2
E20= 4.44 f 1N2
即E2= s E20
转子静止时的感应电势
转子转动时的感应电势
3. 转子感抗X 2
X2 2f2Lσ2 2 s f1Lσ2
当电动机起动瞬间, n = 0, s = 1, f2 = f1 , 则 X2 最大
X20= 2 f1L2
即X2= sX20
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p = 1时
旋转磁场的转速 n0 60 50 3000 (转/分）

电工学第七版上册秦曾煌

20
)2
R22 (sX 20 )2
U1 4.44 f1 N1Φm
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电磁转矩公式
T
K
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
由公式可知
1.
T
与定子每相绕组电压
U
2 1
成正比。U
1
T
2. R2 的大小对 T 有影响。绕线型异步电动机可外
接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
f2
n0 n 60
p
n0 n n0
n0 p 60
s
f1
定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2 通常, f2 = 0.5 ~ 4.5Hz (f1 = 50Hz)
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2. 转子感应电动势E 2
E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2
当电动机起动瞬间, n = 0, s = 1, f2 = f1 , 则 E2 最大
(2) Tst与 R2 有关，适当使
R2 Tst 。对绕线式型
电机改变转子附加电阻
R´2 , 可使Tst =Tmax 。
n0 n
O
T
Tst
Tst体现了电动机带
载起动的能力。
若 Tst > T2电机能起动，否则不能起动。
起动能力 st
Tst TN
一般st 1 ~ 1.2
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例1：一台三相异步电动机，其额定转速
n = 975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。
解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速

秦曾煌《电工学

第8章直流电动机8.1复习笔记一、直流电机的构造直流电动机优点表现在调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。

直流电机主要由下列三个部分组成：磁极、电枢和换向器（整流子），如图8-1所示。

1．磁极磁极用来在电机中产生磁场，大体可分为两种。

（1）永磁式：由永久磁铁做成；（2）励磁式：磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成电磁铁。

2．转子（电枢）转子由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。

图8-1直流电机的组成部分二、直流电机的基本工作原理1．工作原理电机具有一对磁极，电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别连在两个换向片上，换向片上压着电刷A和B。

图8-2直流发电机的工作原理图图8-3直流电动机的工作原理图（1）直流电机作发电机运行时，如图8-2所示，①电枢由原动机驱动而在磁场中旋转，在电枢线圈的两根有效边（切割磁通的部分导体）中便感应出电动势。

②换向器的作用在于将发电机电枢绕组内的交变电动势换成电刷之间的极性不变的电动势。

③当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路中产生一定方向的电流。

（2）直流电机电刷间的电动势常用下式表示直流电机作电动机运行时，如图8-3所示，①将直流电源接在两电刷之间而使电流通入电枢线圈。

②线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。

由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。

③直流电机电枢绕组中的电流（电枢电流，I a）与磁通Φ相互作用，产生电磁力和电磁转矩。

直流电机的电磁转矩常用下式表示2．比较表8-1发电机运行电动机运行E和I a方向相同E和I a方向相反E——电源电动势E——反电动势T——阻转矩T——驱动转矩T1＝T＋T0T＝T2＋T0三、直流电动机的机械特性1．分类直流电动机按励磁方式分为他励、并励、串励和复励四种。

（1）他励电动机的励磁绕组与电枢是分离的，分别由两个直流电源，即励磁电源电压U f和电枢电源电压U供电；（2）而在并励电动机中两者是并联的，由同一电压U供电，如图8-4所示；（3）串励电动机的励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上；（4）复励电动机的励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。

电工学(第七版上册)秦曾煌主编汇总

4.旋转磁场的转速
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数 p=1时
n0 60 f1 (转/分） 0 o 工频： f1 50 Hz
Im I m
i i A
i B iC
t
A
n0 3000 (转/分）
A Y C
N
Z Y B
A
S
C N
Z
Y B C
N
Z B
S
S
X
X
X
p=2时
C
X
Y
A
30

N
n (1 s )n0 异步电动机运行中: s (1 ~ 9)%
n0 n s 转差率s n 100% 0 转子转速亦可由转差率求得
例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000 r/min , 即 p=3 额定转差率为
第8章交流电动机
本章要求：
1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动原理。 2. 理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握起动和反转的基本方法, 了解调速和制动的方法。 3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。
第8章交流电动机
电动机的分类：同步电动机交流电动机电动机直流电动机异步电动机三相电动机单相电动机
8.2 三相异步电动机的转动原理
8. 2. 1 旋转磁场
1.旋转磁场的产生定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)
iA
i A I m sint iB I m sint 120 iC I m sint 120

电工学电子技术(第七版) 秦曾煌CHAPTER8

ωt
n0 = 3000 (转分） /
A
N
Y C
Z Y B
A
A Z Y B C X
S
C N
N
Z B
S
X
S
X
总目录章目录返回上一页下一页
Im
A Z X Y B
i i A
iB iC
t
iC C
iB
o
总目录章目录返回上一页下一页
ii i i C A B Im
o
(×)电流入 × 电流入 Y
A
n0
iC
C
iB
B′ Z′
A′ Y
C
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iA
A X A' Z' X' C' Y' Y B' Z B
C′
X′
Y′
A
N
Z
iC
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4.旋转磁场的转速旋转磁场的转速取决于磁场的极对数 N p=1时时
n 0 = 60 f 1 ( 转 / 分）工频：工频： f1 = 50 Hz
Im Im
0 o
i i A
iB iC
S
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第8章交流电动机
8.1 三相异步电动机的构造 8.2 三相异步电动机的转动原理 8.3 三相异步电动机的电路分析 8.4 三相异步电动机转矩与机械特性 8.5 三相异步电动机的起动 8.6 三相异步电动机的调速 8.7 三相异步电动机的制动 8.8 三相异步电动机铭牌数据 8.9 三相异步电动机的选择 8.10 同步电动机(略) 同步电动机( 8.11 单相异步电动机

电工学简明教程秦曾煌8电工测量

第8章电工测量
8.5.2 数字式万用表
(5)电阻分六挡：200 ，2 k，20 k，200 k，2 M ， 20 M 。此外，还可检查二极管的导电性能，并能测量晶体管的电流放大系数和检查线路通断。
2．面板说明 (1)显示器显示四位数字，最高位只能显示 1 或不显示数字，算半位，故称三位半。最大指示值为 1999 或 1999。当被测量超过最大指示值时，显示“1”或“– 1” 。 (2)电源开关使用时置于“ON”；使用完毕置于“OFF”。 (3)转换开关根据被测的电量选择相应的功能位；按被测量的大小选择适当的量程。
磁电式万用表由磁电式微安表、若干分流器和倍压器、半导体二极管及转换开关等组成，可用来测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等。
测量直流电流原理电路
– A + R
RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 5mA 50mA 0.5mA 50 A 500mA – +
第8章电工测量
8.5.1 磁电式万用表
直流及工频与较高频率的交流
3．按照电流的种类分类电工测量仪表可分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。
第8章电工测量
4．按照准确度分类
准确度是电工测量仪表的主要特性之一。仪表的准确度与其误差有关。一种是基本误差，另一种是附加误差。仪表的准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。相对额定误差是指仪表在正常工作条件下进行测量可能产生的最大基本误差与仪表的最大量程 (满标值 )之比，用百分数表示，则为 A 100% Am 目前我国直读式电工测量仪表按准确度分为 0.1，0.2，0.5， 1.0，1.5，2.5 和 5.0 七级。例如有一准确度为 2.5 级的电压表，其最大量程为 50 V，则可能产生的最大基本误差为

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M E
–
–
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3. 电磁转矩直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia)与磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩, 直流电动机的电磁转矩公式为 T = KT Ia KT: 与电动机结构有关的常数 : 线圈所处位置的磁通 Ia：电枢绕组中的电流单位: (韦伯)，Ia (安) ，T (牛顿•米) 4. 转矩平衡关系电动机的电磁转矩T为驱动转矩, 它使电枢转动。在电动机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡，即
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转矩平衡过程当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。例：设外加电枢电压 U 一定，T=T2 (平衡)，此时，若T2突然增加，则调整过程为 E K E Φn E T2 n T
U I a Ra n K E
可知，改变转速常用以下两种方法。
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保持电枢电压U不变，改变励磁电流If (调Rf) 以改变磁通。 Ra U T 由式 n 2
8.5.1 改变磁通调速
K EΦ
KT K EΦ
可见：在U 一定的情况下，改变可改变转速 n 。一般只采用减少励磁电流(减弱磁通)的方法调速, 即
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电刷 N a I F I 换向片
b
E
F d T
n
E
c S
– U + 线圈在磁场中旋转, 将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。 1. 电枢感应电动势 KE: 与电机结构有关的常数 E=EK n n: 电动机转速：磁通
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n0' 改变时的机械特性如图。n0
Rf If n
n0 n
改变磁通调速的方法：减小磁通，n只能上调。
O
Rf 增减加小） TL T
退出
（
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调速过程:
Ra U n T 2 K EΦ KT K EΦ
U Ea Ia Ra
电压U保持一定,减小磁通。 Rf
例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供电均可。
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8.5 并励(他励)电动机的调速
电动机的调速就是在同一负载下获得不同的转速, 以满足生产要求。并励(他励)电动机与交流异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上由其独特的优点。因此，在对调速性能要求较高的生产机械，常采用直流电动机。由并励 (或他励) 电动机的转速公式:

E
E K E Φn
E
Iａ
Ia
n
T > T２
瞬间
T
T K TΦIa
直至T = TC达到新的平衡。
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减小调速的特点： (1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受机械本身强度所限，n不能太高。 (2) 调速设备简单，经济，电流小，便于控制。 (3) 机械特性较硬，稳定性较好。 (4) 对专门生产的调磁电动机,其调速幅度可达3 ~ 4, 例如530~2120 r/min及310~1 240 r/min 。使用调磁调速时应注意： (1) 若调速后Ia 保持不变，电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。 (2) 这种调速方法只适用于恒功率调速(如用于切削机床)。
Ra U n T n0 n 2 K EΦ KT K EΦ U :理想空载转速式中：n0 K EΦ Ra n T : 转速降 2 KT K EΦ n
n = f (T) 特性曲线 nN 并励电动机在负载变化时，转速 n 的变化不大— 硬机械特性(自然特性)。 O n0
n
R f
并励 2. 并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。
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他励
Rst
Rf
3. 串励电动机励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
If + U _ M Ia
I
+
U M
Ia
_
串励复励
4. 复励电动机励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。
电刷 N a I F I 换向片 F
b d T n
c S
– U + 由图可知，电枢感应电动势E与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称反电势。 Ia Ra 2. 电枢回路电压平衡式 + + U E I R K Φn I R
a a
E
式中：U — 外加电压 Ra — 绕组电阻
a a U
外形换向器
剖面图
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8.1.2 直流电动机的分类
直流电动机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机 1. 他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。
I
+ Uf _ If M Ia
+ U If _
+ I E M a _ Rst
+ U _
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8.1 直流电机的构造
直流电机是机械能和直流电能相互转换的旋转机械装置。直流电机用作电机时，它将机械能转换为电能；用作电动机时，将电能转换为机械能。直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂 ,维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。直流电机的优点： (1) 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。 (2) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。 (3) 易于控制。
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8.4 并励电动机的起动与反转
退出
2.起动方法 (1) 电枢串电阻起动法
UN I ast (1.5 ~ 2.5) I N Ra Rst UN Rst Ra I ast
在满磁下将 Rst 置最大处，逐渐减小Rst使 n 升高。最大起动电压Ust为 (2) 降压起动法：
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8.2 直流电动机的基本工作原理
换向器作用：将外部直流电转换成内部的交流电，以保持转矩方向不变。
电刷
b N a
I
F
n
d T
F
I
换向片
c S
– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里, N 极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。
U st I st Ra (1.5 ~ 2.5) I N Ra
3.注意事项直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通,不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：
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(1)如果电动机是静止的，由于转矩太小(T = KT Ia) , 电机将不能起动，这时反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组有被烧坏的危险。 (2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路, 反电动势立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的转矩不满足负载的需要,电动机必将减速而停转,更加促使电枢电流的增大,以至烧毁电枢绕组和换向器。
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8.1.1 直流电机的构造
直流电机主要由磁极、电枢和换向器三部分构成。
直流电动机的结构
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1. 磁极用来在电动机中产生磁场。分为极心和极掌两部分。永磁式: 由永久磁铁做成。励磁式: 磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成电磁铁。励磁: 磁极上的线圈通以直流电产生磁通, 称为励磁。
22 P1 26.19 KW 0.84
P2
额定电流 P1 26.19 103 I 238 A U 110 u 110 额定励磁电流 I f 4A 额定电枢电流 I I I 238 4 234 A a f
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Rf
27.5
(2) 电枢电路铜损
由上分析可知：
UE Ia Ra
I + E M_ Ia Rst Ia If Ia
当电源电压U和励磁回路的电阻 Rf 一定时, 励磁电流 If 和磁通不变，即 = 常数。则
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8.3 直流电动机的机械特性
T = KT Ia = KT Ia 即：并励电动机的磁通 = 常数，转矩与电枢电流成正比。由以下公式
(3)如果电动机在空载运行, 可能造成飞车，使电动机遭受严重的机械损伤，而且因电枢电流过大而将绕组烧坏。（ E Ia T >> T0 n飞车）
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2. 反转电磁转矩：T = KT Ia 改变直流电机转向的方法有两种： (1) 改变励磁电流的方向。 (2) 改变电枢电流的方向。注意：改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两者的方向不能同时变。
TN
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T
改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线
退出
例: 有一并励电动机，其额定数据如下：P２= 22KW, UN = 110V, nN=1000r/min, = 0.84, 并已知 Rf = 27.5，Ra= 0.04 , 试求: (1) 额定电流 I , 额定电枢电流Ia及额定励磁电流If ; (2) 损耗功率 PaCu , 及 PO ; (3) 额定转矩T; (4) 反电动势E。解：(1) P2是输出功率，额定输入功率为

电工学(第七版)上册秦曾煌第八章

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电工学第七版上册秦曾煌

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