《电机及拖动基础》(顾绳谷第4版)
电机与拖动基础答案第四版
第1章绪论重点与难点正确理解磁感应强度、磁通量、磁场强度等物理量及铁磁材料的磁化特性，掌握载流导体在磁场中的安培力及电磁感应定律。
变压器电动势数学表达式的符号因其正方向规定不同而不同，这是难点。
思考题解答1.1 通电螺线管电流方向如图所示，请画出磁力线方向。
答向上，图略。
1.2 请画出图所示磁场中载流导体的受力方向。
答垂直导线向右，图略。
1.3 请画出图1.3所示运动导体产生感应电动势的方向。
答从向方向，图略。
1.4 螺线管中磁通与电动势的正方向如图所示，当磁通变化时，分别写出它们之间的关系式。
图图图图答Φ-Φ第2章电力拖动系统动力学重点与难点1. 单轴电力拖动系统的转动方程式：各物理量及其正方向规定、方程式及对其理解，动转矩大于、等于或小于零时，系统处于加速、恒速或减速运行状态。
2. 多轴电力拖动系统简化时，转矩与飞轮矩需要折算。
具体计算是难点但不是重点。
3. 反抗性和位能性恒转矩负载的转矩特性、风机和泵类负载的转矩特性、恒功率负载的转矩特性。
4. 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件。
5. 思考题是重点。
思考题解答2.1 选择以下各题的正确答案。
(1) 电动机经过速比j=5的减速器拖动工作机构，工作机构的实际转矩为飞轮矩为，不计传动机构损耗，折算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩依次为.(2) 恒速运行的电力拖动系统中，已知电动机电磁转矩为，忽略空载转矩，传动机构效率为0.8，速比为10，未折算前实际负载转矩应为.(3) 电力拖动系统中已知电动机转速为，工作机构转速为，传动效率为0.9，工作机构未折算的实际转矩为，电动机电磁转矩为，忽略电动机空载转矩，该系统肯定运行于.加速过程恒速减速过程答 (1) 选择。
因为转矩折算应根据功率守恒原则。
折算到电动机轴上的工作机构转矩等于工作机构实际转矩除以速比，为；飞轮矩折算应根据动能守恒原则，折算到电动机轴上的工作机构飞轮矩等于工作机构实际飞轮矩除以速比的平方，为(2) 选择。
电机与拖动基础答案(第四版)
第1章绪论重点与难点正确理解磁感应强度、磁通量、磁场强度等物理量及铁磁材料的磁化特性，掌握载流导体在磁场中的安培力及电磁感应定律。
变压器电动势数学表达式的符号因其正方向规定不同而不同，这是难点。
思考题解答1.1 通电螺线管电流方向如图所示，请画出磁力线方向。
答向上，图略。
1.2 请画出图所示磁场中载流导体的受力方向。
答垂直导线向右，图略。
1.3 请画出图1.3所示运动导体产生感应电动势的方向。
答从向方向，图略。
1.4 螺线管中磁通与电动势的正方向如图所示，当磁通变化时，分别写出它们之间的关系式。
图图图图答Φ-Φ第2章电力拖动系统动力学重点与难点1. 单轴电力拖动系统的转动方程式：各物理量及其正方向规定、方程式及对其理解，动转矩大于、等于或小于零时，系统处于加速、恒速或减速运行状态。
2. 多轴电力拖动系统简化时，转矩与飞轮矩需要折算。
具体计算是难点但不是重点。
3. 反抗性和位能性恒转矩负载的转矩特性、风机和泵类负载的转矩特性、恒功率负载的转矩特性。
4. 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件。
5. 思考题是重点。
思考题解答2.1 选择以下各题的正确答案。
(1) 电动机经过速比j=5的减速器拖动工作机构，工作机构的实际转矩为飞轮矩为，不计传动机构损耗，折算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩依次为.(2) 恒速运行的电力拖动系统中，已知电动机电磁转矩为，忽略空载转矩，传动机构效率为0.8，速比为10，未折算前实际负载转矩应为.(3) 电力拖动系统中已知电动机转速为，工作机构转速为，传动效率为0.9，工作机构未折算的实际转矩为，电动机电磁转矩为，忽略电动机空载转矩，该系统肯定运行于.加速过程恒速减速过程答 (1) 选择。
因为转矩折算应根据功率守恒原则。
折算到电动机轴上的工作机构转矩等于工作机构实际转矩除以速比，为；飞轮矩折算应根据动能守恒原则，折算到电动机轴上的工作机构飞轮矩等于工作机构实际飞轮矩除以速比的平方，为(2) 选择。
电机及拖动基础-顾绳谷(第四版)课件
结语
1 基础的理论和实践应用经验
本课程涵盖了电机及拖动基础的知识点，为 学生提深对电机及其应用的认识
通过学习本课程，学生将加深对电机及其应 用领域的认识和理解。
传动带和链条的选择
详细了解传动带和链条的选用原则，以及如何在设 计中考虑传动效率和可靠性。
转速比计算
讲解如何计算转速比，以及它对电机拖动系统性能 的影响。
平衡装置设计
介绍电机拖动系统中平衡装置的设计原理和实际应 用，以实现稳定的运行。
第四章 电机应用
电动机车的原理和构造 水泵电机的应用 机床电机的控制和保护 电梯电机的控制和安全
电机及拖动基础-顾绳谷 (第四版)课件
本课程将介绍电机及其应用，包括基础的电机原理，各种类型的电机及其特 点，电机控制方法和电机拖动系统设计。
第一章 电机基础知识
电梯电机及其特点
学习电梯电机的工作原理和特点，以及在不同 应用中的使用。
电机的类型和工作原理
探索不同种类的电机，包括感应电机、同步电 机和步进电机，以及它们的工作原理。
交流电机和直流电机的区别
了解交流电机和直流电机之间的区别及各自的 优缺点，以及在不同场景中的应用。
常用电机的特点
了解各种常用电机的特点，如搅拌电机、风扇 电机和泵电机，以及它们在不同行业中的应用。
第二章 电机控制方法
1
频率变换启动
2
深入了解频率变换启动方法，以及它在
电机控制中的应用和优势。
3
软启动
4
介绍软启动技术，探讨它在电机控制中 的作用和优点，以及应用实例。
直接启动和变压器启动
学习电机的直接启动和变压器启动方法， 了解它们的原理和适用场景。
变频启动
电机及拖动基础-顾绳谷(第四版)课件
主要包括定子和转子两部分，定子包 括机座、主磁极和换向器等部分，转 子则包括电枢铁芯、电枢绕组和轴承 等部分。
直流电机的运行特性
直流电机的机械特性
指在一定励磁电流和电枢电压下，电机转速与电磁转矩之间 的关系。机械特性是分析直流电机性能的重要依据。
直流电机的调速特性
通过改变电枢电压或励磁电流，可以调节直流电机的转速， 从而实现调速控制。调速特性是直流电机应用的重要方面。
[ 感谢观看 ]
交流电机的调速与控制
通过改变输入电压或电流的频率、相位等参数，可以实现对交流电机的调速和控制，以满足不同应用场景的需求 。
CHAPTER 04
电机拖动基础
电机拖动基础
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CHAPTER 05
电机拖动系统的应用
电机拖动系统在工业中的应用
电机拖动系统在工业中广泛应用于各 种生产设备和自动化生产线，如传送 带、泵、风机、压缩机、机床等，实 现各种工艺过程的驱动和控制。
电机拖动系统在电力领域的应用
电机拖动系统在电力领域中主要用于发电厂、输变电系统 和电网调度等，实现发电机组的启动、调节和停机控制， 保障电力系统的稳定运行。
电机拖动系统在电力领域中需要具备高功率、大扭矩和低 能耗等特点，同时要满足快速响应和高度自动化的要求， 提高电力系统的可靠性和经济性。
THANKS
交流电机的分类
根据用途、结构、工作原理等， 交流电机可分为多种类型，如异 步电机、同步电机、单相电机和 三相电机等。
交流电机的结构
主要由定子和转子组成，定子包 括机座、绕组等部分，转子包括 铁芯、转子绕组等部分，此外还 有端盖、轴承等附件。
交流电机的运行特性
交流电机的电压、电流和功率关系
电机及拖动基础(第四版)顾绳谷-最经典课件
电磁转矩也可以表示为 Te Gaf I f Ia 其中Gaf=CT Kf
31
第六节 直流电机的运行原理
一、直流电机的基本方程式
（一）电动势平衡方程式 若电机稳态运行，对于电动机
U a Gaf I f Ra Ia Ea Ra Ia
U f Rf I f
若电机稳态运行，对于发电机
P2 P1
100%
1
pFe
pmec
pCuf U (Ia
I
2 a
Ra
If )
2IaΔUc
34
（二）串励直流电动机的工作特性
电动势平衡方程式 U Ce n Ia (Ra Rfc )
电动势公式 Ea Ce n CaIan
转矩平衡方程式 Te T2 T0
Ea U IaRa 2ΔUc (750 2145 0.0161 2)V 713V
n n Ea 200 713 1 r / min 221r / min
Ea
717 0.9
37
三、直流发电机的工作特性
（一）空载运行 1 空载特性 当他励直流发电机被原动机拖 动，n=nN 时，励磁绕组端加上 励磁电压Uf ,调节励磁电流If0 , 得出空载特性曲线U0=f(I0)。
26
4个元件所产生的电枢磁动势波形
电枢反应后磁动势波形
1、有负载时气隙磁场发生了畸变 2、电枢反应呈现去磁作用
27
第五节 感应电动势和电磁转矩的计算
一、感应电动势的计算
直流电机无论作电动机运行，还是发 电机运行，电枢内部都感应产生电动势。
t
电机及拖动基础顾绳谷第四版
23
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。
24
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。
3
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
12
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。
电机与拖动 第4版 第1章 电机学基础知识
磁动势F =Ni（单位安匝At）
磁阻Rm = l/(μA) （单位每亨H-1）
第一章 电机学基础知识
12/99
1.2 电机的基本原理
2) 磁路及基本定律
基尔霍夫第一定律
基尔霍夫第二定律
l0A0μ0ϕ0 i N
l1A1μ1ϕ1 ϕ1
ϕ2 l2A2μ2ϕ2
l3A3μ3ϕ3 ϕ3
l6A6μ6ϕ6
l5A5μ5ϕ5 l4A4μ4ϕ4
第一章 电机学基础知识
目录
1.1 电机的基本功能与主要类型 1.2 电机的基本原理 1.3 电机的制造材料
第一章 电机学基础知识
2/99
1.1 电机的基本功能
电机（包括变压器和旋转电机 ）是实现能量转换和 信号传递的电磁装置。
电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。
电机是实现能量转换和信号转换的电磁装置。
6/99
1.2 电机的基本原理
1) 磁场基本概念
同性相斥、异性相吸。 铁磁材料性质。
第一章 电机学基础知识
7/99
1.2 电机的基本原理
1) 磁场基本概念
磁通量Φ（单位：韦伯 Wb ） 垂直穿过某截面的磁感线总和。
磁通连续性定理—通过任意封闭曲面的磁通量等于零。
第一章 电机学基础知识
8/99
1.2 电机的基本原理
电机泛指所有实施电能特性变换的机械装置。电气工 程学科关注的电机，研究限于依据磁场耦合实现机电 能量转换和信号传递与转换的装置（电磁式电机）。
the devices used in the interconversion of electric and mechanical energy. Emphasis is placed on electromagnetic rotating machinery, by means of which the bulk of this energy conversion takes place. However, the techniques developed are generally applicable to a wide range of additional devices including linear machines, actuators, and sensors.
电机与拖动基础答案(第四版)6-12章
ww 学 生 w. dx 必 sb 备 b.c 网 om
大
(5)
最大幅值为 F 的两极脉振磁通势，空间正弦分布，每秒钟脉振 50 次。可
以把该磁通势看成由两个旋转磁通势 和 的合成磁通势：旋转磁 通势幅值 和 的大小为，转向，转速为 极数为，每个瞬间 与 的位置相距脉振磁通势 F·的距离（电角度）. (6) 三相对称绕组通入电流为 ω ω ω 。合成磁通势的性质是, 转向是从 绕组轴线转向转向。若 f=ω π 电机是六极的，磁通势转速 为 。当 ω 瞬间，磁通势最大幅值在轴线处。 (7) 某交流电机电枢只有两相对称绕组，通入两相电流。若两相电流大小相等， 相位差 电机中产生的磁通势性质是。若两相电流大小相等，相位差 磁通势性质是。若两相电流大小不等，相位差 磁通势性质 为。在两相电流相位相同的条件下，不论各自电流大小如何，磁通势的性质为. (8) 某交流电机两相电枢绕组是对称的，极数为 2。通入的电流 领 ，合成磁通势的转向便是先经绕组轴线转 电角度后到绕 先 组轴线,转速表达式为 (9) 某三相交流电机电枢通上三相交流电后，磁通势顺时针旋转，对调其中的 两根引出线后，再接到电源上，磁通势为时针转向，转速变。 (10) 某两相绕组通入两相电流后磁通势顺时针旋转，对调其中一相的两引出线 再接电源，磁通势为时针旋转，转速变。 答 (1) 9.66; π 脉振； 两极，50 次； 12F，相反，3000, 2，相等； 旋转磁通势， 、C、 相绕组； 圆形旋转磁通势，椭圆形旋转磁通势，椭圆形旋转磁通势，脉振磁通势；
(4) (5) (6) (7)
(9) 逆，不； (10) 逆，不。 6.15 一台接法的交流电机定子如果接电源时有一相断线，电机内产生什么性质 的磁通势?如果绕组是△接法的，同样的情况下，磁通势的性质又是怎样的? 答 接法的交流电机定子如果接电源时有一相断线，无论断点在进线上还是在相 绕组上，都相当于引进了一个电源线电压，通电的两相绕组流过同一个电流， 只能形成脉振磁通势。 如果绕组是△接法，当断点在进线上时，相当于△接法的绕组只引进了一个线 电压，三相绕组的电流相位相同或相差 只能形成脉振磁通势；当断
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《电机及拖动基础》教学大纲
课程编号：161012 开课学期：4
适用专业：自动化编写教师：陶曾杰
学时：72 学分：4
审核：杨斌文
第一部分说明
一、课程性质、作用
本课程是自动化专业的一门专业基础课,为该专业的必修课。
它一方面研究电机与电力拖动系统的基本理论问题，另一方面又研究其学科实验与生产实际的内容。
本课程的作用是为培养自动化专业的人才打下必要的专业基础。
二、课程的任务与基本要求
本课程的任务应使学生掌握常用交、直流电机、控制电机及变压器的基本结构与原理以及电力拖动的运行特性、分析计算、电机选择和实验方法，为学习《自动控制原理》、《电力电子技术》、《现代控制理论》、《运动控制系统》、《计算机控制系统》等课程准备必要的基础知识。
本课程的基本要求
1、掌握常用交直流电机及变压器的基本理论(电磁关系能量转换关系等)。
2、掌握电动机的起动情况与分析电动机机械特性及各种运转状态(电动、回馈制动、反接制动,能耗制动)的基本理论。
3、掌握电力拖动系统中改变电动机参数调速的方法、基本原理和技术、经济指标。
4、理解电力拖动过渡过程的基本特性及主要分析方法。
5、掌握控制电机的工作原理、特性及用途
6、掌握选择电动机的原理和方法。
7、掌握电机与电力拖动系统的基本实验方法与技能,并具备较强的应用能力。
8、了解电机及拖动今后的发展方向。
三、教学方法建议
理论课教学要采用启发式，要同本地的生产实际相结合，要同自己的有关科研工作相结合，要与当前科技发展情况相结合。
讲授时要做到层次清楚，重点突出，语言精炼。
课堂上要开展问答式、讨论式互动形式。
实践教学要精讲多练。
每个实验只讲基本原理与注意事项，由学生自己动手完成实验接线、实验操作、实验测试与结果分析。
要强调通过作业巩固理论知识与通过实验掌握实际知识。
要培养学生的自学能力，给学生安排一定的自学内容，并通过考试加以检验。
四、本课程与其他课程的关系
本课程的先修课程是《大学物理》、《电路理论》。
本课程内容中涉及到的课程有《电气控制技术》、《电力电子技术》、《自动控制原理》。
本课程的后续课程最密切的是《运动控制系统》，有联系的是《电力电子技术》、《自动控制原理》与《计算机控制系统》。
第二部分本文
一、基本内容与学时分配
（一）绪论……………………………………………………………………………（1学时）教学内容要点：了解电机及电力拖动内容以及在国民经济中的作用，介绍它们的发展概况及今后的任务,明确本课程的性质、任务、主要内容、基本要求和学习
方法。
（二）直流电机………………………………………………………………………（7学时）教学内容要点：（1）、弄清直流电机的工作原理和结构
（2）、了解直流电机的铭牌数据及主要系列
（3）、认识直流电机的绕组
（4）、明确直流电机的励磁方式及磁场
（5）、掌握感应电动势和电磁转矩的计算
（6）、理解直流电机的运行原理
（7）、了解直流电机的换向
（三）直流电机的电力拖动…………………………………………………………(12学时) 教学内容要点：（1）、了解电力拖动系统的运动方程式
（2）、认识生产机械的负载转矩特性
（3）、掌握他励直流电动机的机械特性
（4）、掌握他励直流电动机的起动
（5）、掌握他励直流电动机的制动
（6）、掌握他励直流电动机的调速
（7）、认识他励直流电动机过渡过程的能量损耗
（8）、明确串励直流电动机的电力拖动情况
（四）变压器…………………………………………………………………………（4学时）教学内容要点：（1）弄清变压器的工作原理、分类及结构
（2）认识单相变压器的空载运行情况
（3）掌握单相变压器的基本方程式
（4）掌握变压器的等效电路及相量图
（5）学会变压器参数的测定
（6）掌握三相变压器的联接组别
（7）掌握变压器的稳态运行情况
（8）了解自耦变压器及仪用互感器
（五）三相异步电动机基本原理……………………………………………………（4学时）教学内容要点：（1）、三相异步电动机的工作原理及结构
（2）、三相异步电动机铭牌数据
（3）、三相异步电动机定子绕组
（4）、三相异步电动机磁势及磁场
（5）、三相异步电动机绕组的电势
（六）三相异步电动机的运行原理…………………………………………………（3学时）教学内容要点：（1）、三相异步电动机运行时的电磁过程
（2）、三相异步电动机的等效电路及相量图
（3）、三相异步电动机功率和转矩
（4）、三相异步电动机工作特性及测取方法
（5）、三相异步电动机参数测定
（七）三相异步电动机的机械特性及各种运行状态……………………………（5学时）
教学内容要点：（1）、三相异步电动机机械特性的三种表达式
（2）、三相异步电动机的固有特性与人为特性
（3）、三相异步电动机各种运行状态
（4）、三相异步电动机技术数据与参数计算
（5）、绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算
（八）三相异步电动机的起动及起动设备的计算…………………………………（5学时）教学内容要点：（1）、三相异步电动机的起动方法
（2）、改善起动性能的三相异步电动机
（3）、三相笼形异步电动机定子对称起动电阻的计算
（4）、三相笼形异步电动机起动自耦变压器的计算
（5）、三相绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算
（6）、三相异步电动机的起动过程
（7）、三相异步电动机的过渡过程的能量损耗
（九）三相异步电动机的调速………………………………………………………（5学时）教学内容要点：（1）、变极调速
（2）、变频调速
（3）、能耗转差调速
（十）单相异步电动机………………………………………………………………（2学时）教学内容要点：（1）、单相异步电动机的分类、结构与工作原理。
（2）、分相式和罩极式单相异步电动机的机械特性、运行性能及应用（十一）同步电机……………………………………………………………………（1学时）教学内容要点：（1）、三相同步电动机
（2）、无换相器电动机――自控式同步电动机
（3）、其它同步电动机
（十二）控制电动机…………………………………………………………………（1学时）教学内容要点：（1）、伺服电动机
（2）、测速发电机
（3）、自整角机
（4）、旋转变压器
二、课程实验
1、目的与要求
（1）通过实验，对交直流电动机的工作特性和机械特性的性质、基本原理和理论计算加以验证。
（2）进行独立的实验操作，学会测定电机的工作特性、机械特性及电机与变压器的参数，提高实验技能和熟练程度。
2、实验项目及时数
电机的认识及其仪器、仪表的使用………………………………………………（2学时）直流电动机的工作特性测试………………………………………………………（3学时）直流电动机的机械特性测试………………………………………………………（3学时）单相变压器的参数测定……………………………………………………………（3学时）三相变压器的特性及联结组测定…………………………………………………（2学时）三相异步电动机的工作特性测试…………………………………………………（3学时）三相绕线式异步电动机机械特性的测定…………………………………………（3学时）异步电动机起动与调速实验………………………………………………………（3学时）
3、考核方式及占总成绩比例
以实验报告的情况进行评分，占本课程总成绩的15％
三、习题与大作业
在相关章节讲完之后，布置一定数量的作业，要求学生按时独立完成；作业全批全改，并分A、B、C三等记录每次作业的成绩，占本课程总成绩的15％；另外，对学生在作业中出现的主要问题集中进行解答。
第三部分附录
教学参考资料
[1]顾绳谷主编，电机与拖动基础[M]，北京：机械工作出版社，2005，第3版，第4次印刷
[2]李发海，王岩，电机拖动基础[M]，北京：高等教育出版社，2000，第2版，第1次印刷
[3]李浚源，秦忆，电机拖动基础[M]，北京：高等教育出版社，2003，第1版，第2次印刷
[4]李发海，电机拖动基础学习指导书[M]，北京：高等教育出版社，2001，第1版，第1次印刷
[5]彭鸿才，电机原理及拖动[M]，北京：机械工作出版社，2005，第3版，第2次印刷。