电机与电气控制技术直流电机及电力拖动
《电机与电气控制技术》第二版教学课件 3.3.3直流电动机的降压调速
的机械特性，则电动机的范围D与最低转速是的静差率
关系如下：
D n max
n max
n max
n min n 0min n N n N (1 )
（3-7）
式中，n N为最低转速机械特性上的转速降； 为
最低转速时的静差率，即系统的最大静差率。
1
直流电动机调速的概念
若对静差率这一指标要求过高，即 值越小，则调速范围D就越小；反之，若 要求调速范围D越大，则静差率 也越大，转速的相对稳定性越差。
速受电动机的机械强度、换向条件、电压等级等方面的限制，而最低转速则受
到低速运行时转速的相对稳定性的限制。
1
直流电动机调速的概念
（2）静差率（相对稳定性）
转速的相对稳定性是指负载变化时，转速变化的程度。转速变化小，其相
对稳定性好。转速的相对稳定性用静差率 表示。当电动机在某一机械特性上运
行时，由理想空载增加到额定负载，电动机的转速降落 与理想空载转速n0之比， 就称为静差率，用百分数表示为：
2
直流电动机的降压调速
转速由nN下降至n1的调速过程如下：电动机原来在A点稳定运行时， Tem=TL，n=nN。当电压降至U1后，电动机的机械特性变为直线n01B。在降压 瞬间，转速n不突变，Ea不突变，所以Ia和Tem突变减小，工作点平移到A/点。在 A/点，Tem<TL，电动机开始减速，随着n减小，Ea减小，Ia和Tem增大，工作点沿 A/B方向移动，到达B点时，达到了新的平衡：Tem=TL，此时电动机便在较低转 速n1下稳定运行。降压调速过程与电枢串电阻调速过程类似，调速过程中转速 和电枢电流（或转矩）随时间的变化也类似。
% n 0 n N 100 % n N 100 %
直流电机的电力拖动第部分
调速系统须满足下列两个准则： （1）在整个调速范围内电机不至于过热，为此，求： Ia ；IN （2）电动机旳负载能力要尽量得到充分利用。
鉴于此，不同类型旳负载必须选择合适旳调速方式。
下面分别就不同调速方式以及多种调速方式所适合旳负载类型加以讨论。
1. 调速方式
电力拖动系统旳调速方式主要分为两大类： （1）恒转矩调速方式：在保持 Ia 不IN变旳前提下， 保Tem持不变； （2）恒功率调速方式：在保持 Ia 不IN变旳前提下， 保Pe持m 不变。
直流电机旳电力拖动
3.6 直流电动机旳调速
A、与调速有关旳性能指标
a、调速范围D：
定义： 调速范围定义为拖动系统旳最高转速（或速度）与最低转速（或
速度）之比，即：
b、静差率 ：
D nmax vmax nmin vmin
（3-46）
定义： 对调速系统旳静差率即转速变化率，它是指理想空载转速与额定
老式旳可调压电源可采用如图3.24所示旳发电机-电动机旋转机组方案。
图3.24 直流发电机-电动机机组旳可调直流电源 目前应用较为广泛旳是静止变流器方案，如相控变流器和斩控变流器，有关内容已在 《电力电子技术》中简介过。
2. 弱磁升速
图3.25给出了他励直流电动机弱磁调速时旳人工机械特征。
图3.25 励磁变化情况下旳直流电动机人工机械特征和负载特征
结论： 基速下列，他励直流电动机采用恒转矩调速方式，而基速以上，
则采用恒功率调速方式。
图3.27a、b分别给出了他励直流电动机在整个调速过程中旳机械特征与负载能力曲线。
图3.27 他励直流电动机调速过程中所允许旳转矩和功率
2. 调速方式旳选择
电机与电器控制
绪论1．电机及电力拖动概述电机是利用电磁感应原理工作的机械，是生产、传输、分配及应用电能的主要设备。
电机按功能可分为发电机、电动机、变压器和控制电机四大类；发电机将机械能转换为电能；电动机将电能转换为机械能，作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械，也是最主要的用电设备；变压器的作用是将一种电压等级的电能转换为同频率的另一种电压等级的电能；控制电机主要用于信号的变换与传递，如步进电动机、伺服电动机等，在各种自动化控制系统中作为多种控制元件使用，如国防工业、数控机床、计算机外围设备、机器人和音像设备等均大量使用控制电机。
按电源电流的不同，电机又分为直流电机和交流电机。
电力拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。
由于电力拖动具有控制简单，调节性能好、损耗小、经济、能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械均采用电力拖动。
电力拖动系统包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。
各部分之间的关系如下：电源向电动机及电气控制设备供电。
电动机把电能转换成机械能，通过传动机构(如机械传动、液压传动、气动等)把电动机的运动经过中间变速或变换运动方式后，再传给生产机械(如各种机床等)，驱动生产机械工作。
生产机械是执行某一生产任务的机械设备，是电力拖动的对象。
控制设备是由各种控制电机、电器、电子元件及控制计算机等组成，用以控制电动机的运动，从而对生产机械的运动实现自动控制。
在电力拖动的发展过程中，交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。
在交流电出现以前，直流电力拖动是惟一的一种电力拖动方式。
19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用。
但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动、制动、正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的、更高的要求。
由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以，20世纪以来，在可逆、可调速与高精度的拖动技术领域中，在相当长的时期内，几乎都在采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。
电气工程主要课程
电气工程的主要课程
电气工程学习的主要课程有：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理及应用、信号与系统、自动控制原理、电机与拖动、电力电子技术、电力拖动自动控制系统、电气控制技术与 PLC 应用、微机控制技术、电力系统分析、发电厂电气部分、电机学、电力系统自动装置原理、电工学、高电压与绝缘技术、电气工程专业英语、电力系统稳态分析、电力系统暂态分析、高电压技术、高压直流输电技术、继电保护。
资料补充：
电气工程专业培养具有工程技术基础知识和相应的电气工程专业知识的技术人才，培养具有解决电气工程技术分析与控制问题基本能力的高级工程技术人才。
电气工程专业毕业生可在高等院校、科研院所、公司及企事业单位从事电气工程及其自动化方面的教学、科研、工程设计、科技开发、管理、经贸、计算机技术、电机电器技术信息与网络控制技术、电力电子技术。
电机与拖动技术直流电机的基本知识(1)
定子
转子
这是一台直流电机的结构装配图和结构 剖面图。旋转电机都是由定子和 转子两大部分组成，每一部分也都由 电磁部分和机械部分组成，以便满足 电磁作用的条件，换向极用来改善换向 。
定子：
主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件组成 。
主磁极 主磁极的作用是建立主磁场。绝大多
数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励 磁绕组通以直流电流来建立磁场。主磁极由主 磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主 磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴， 它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场 分布，并使励磁绕组容易固定。为了减少转子 转动时由于齿槽移动引起的铁耗，主磁极铁心 采用1～1.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固 定而成。主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极 用螺杆固定在机座上。主磁极的个数一定是偶 数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极 性按 N，S 极交替出现。
电机运用与训练
电气工程系自动化教研室
李靖
项目1：直流电机的运行与维护
项目目标
熟悉直流电机的基本工作原理与结构 掌握直流电机的运行原理和运行特性 掌握直流电动机电力拖动技术 具备直流电机拆装与维修能力 具备直流电机故障检测和排查的能力
单元1：直流电机的基本知识(1)
概述
与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使 用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。
二 直流电机的电枢绕组简介
1 直流枢绕组基本知识
电枢绕组是直流电机的一个重要部分，电机中机电能量的转换就是通过 电枢绕组而实现的，所以直流电机的转子也称为电枢。
元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。
所谓单匝元件，就是每个元件的元件边（一个元件 有两个元件边）里仅有一根导体。对多匝元件来说， 一个元件边里就不止一根导体了，左图就是一个多 匝元件。
电机与电气控制技术考试试题题库及答案
第1章教学检测及答案一、填空题1. 直流发电机的工作原理是基于（电磁感应）原理，直流电动机的工作原理是基于（电磁力）定律。
2. 电磁力与转子半径之积即为（电磁转矩）3. 直流电机主磁极的作用是产生恒定、有一定空间分布形状的气隙磁通密度。
主磁极由（主磁极铁心和放置在铁心上的励磁绕组）构成。
4. 主磁极上的线圈是用来产生主磁通的，称为（励磁绕组）。
5. （电刷装置与换向片）一起完成机械整流，把电枢中的交变电流变成电刷上的直流或把外部电路中的直流变换为电枢中的交流。
6. 在电机中每一个线圈称为一个（元件），多个元件有规律地连接起来形成（电枢绕组）。
7. 电刷位于几何中性线上时的电枢反应特点为（电枢反应使气隙磁场发生畸变）和（对主磁场起去磁作用）。
8. 直流电机的感应电动势与（电机结构、每极气隙磁通和电机转速）有关。
9. 制造好的直流电机其电磁转矩仅与（电枢电流和每极气隙磁通成正比）。
10. 他励直流电动机的制动有（能耗制动、反接制动和回馈制动）三种方式。
11.反接制动分为（电压反接制动和倒拉反转反接制动）两种。
二、判断题（对的画√，错的画×）1. 直流发机的电枢线圈内部的感应电动势是交变的。
（√）2. 直流电动机获得反转的方法是改变磁场极性同时改变电源电压的极性使流过导体的电流方向改变。
（×）3. 电磁转矩阻碍发电机旋转，是制动转矩。
原动机必须用足够大的拖动转矩来克服电磁转矩的制动作用，以维持发电机的稳定运行。
此时发电机从原动机吸取机械能，转换成电能向负载输出。
（√）4. 电动机的电枢电动势是一反电动势，它阻碍电流流入电动机。
直流电动机要正常工作，就必须施加直流电源以克服反电动势的阻碍作用，把电流送入电动机。
此时电动机从直流电源吸取电能，转换成机械能输出。
（√）5. 无论发电机还是电动机，由于电磁的相互作用，电枢电动势和电磁转矩是同时存在的, 电动机的电枢电动势是一正向电动势。
（×）6. 换向极用来改善直流电机的换向，电机均应安装换向极。
《电机与电气控制技术》课程标准
《电机与电气控制技术》课程标准一、课程说明二、课程定位本课程是机电一体化技术专业核心课程、专业必修课程。
通过理论与实践教学方式，采取一体化教学方法，通过课程学习，学生能基本掌握电机与电气控制技术的基本控制原理，能独立进行机电设备电气故障的诊断检测与故障维修，能够顺利通过省教育厅的机电专业技能抽考；并为后续PLC课程的学习打下良好的基础。
三、设计思路本课程立足于常用机电设备的控制与电机拖动的一线工作的核心岗位，主要学习各种电机及电力拖动、变压器等设备的电气控制线路，培养学生初步具备常用机电设备的线路调试、电气系统安装与调试的能力。
四、课程培养目标（一）完成本课程学习后能够获得的专业能力能正确正确识别常用低压电器，能进行拆装与维护。
能正确识读电气控制原理图和常用机床电路原理图。
能养成良好的职业操守。
能正确安装调试常用电动机控制电路。
能从事机床电气故障检修工作。
（二）完成本课程学习后能够获得的方法能力：1、培养学生的自学能力；2、培养学生的工作、学习的主动性；3、培养学生的创新能力；（三）完成本课程学习后能够获得的社会能力：1、培养学生的沟通能力和团队协作精神；2、培养学生独立工作能力及与团队合作完成任务的能力；3、培养学生爱岗敬业的工作作风；4、培养学生表达能力；5、培养学生自我发展能力；6、培养学生效率观念；7、培养学生安全意识与环保意识。
五、课程内容、要求及教学设计通过课程学习，学生能基本掌握电机与电气控制技术的基本控制原理，能独立进行机电设备电气故障的诊断检测与故障维修，能够顺利通过省教育厅的机电专业技能抽考；并为后续PLC课程的学习打下良好的基础。
养成良好的“6S”工厂管理工作习惯培养团队协作精神培养创新精神具备一定的吸收新技术和知识和自学能力；（一）课程整体设计（二）课程学习单元内容与要求六、课程考核与评价本课程考核分为平时成绩、实践成绩和期末成绩三个部分，分别占总评成绩的30%、40%、30%。
电力拖动和自动控制
电力拖动和自动控制电力拖动和自动控制一．电力拖动的基本知识1．什么是电力拖动？是以电动机为原动机，配合传动机构使生产机械产生符合人们要求的机械运动以完成一定的生产任务。
它是由电动机，传动装置，控制设备和生产机械四个基本部份组成。
1）.电动机（我们工厂常用有交流电机，直流电机和特种电机）A，交流电机a.民用：以单相电机为主（一般容量3KW以下，常用在洗衣机，冰箱压缩机，空调等。
）b.工业用：以三相电机为主（我厂）从50W到120KW都有。
特点：结构简单，成本低，维修方便，容量大。
调速性方面：可以串级调速，机械变速，摆轮，行星轮，电磁调速。
（在相当多的场合取代直流电机，在科学技术发展的今天，在3.7KV以下的主流是变频调速）（改变其转向只要改变任意两相数对换即可）（绝缘要求0.5M以上）电机电流的计算：（准确计算电机电流是很有必要的和重要的）以一个三相电动机为例：计算公式：P（w）=3UIR（我们以1个电机功率22KV，380V电压，功率因数为0.9，效率因数为85%的电机为例：I=22000/1.732/380/0.9/0.85=44A（电流的计算对于选线，保护电器，等有很大的关系）在这给一个近似公式：三相380V电路每个KV=2A单相线路每KW=5-8AB．直流电机特点：结构复杂，制造成本高，维修麻烦，养护周期短，他的优点可以用在起停抵换速频繁，制动可靠，低速，大扭矩，及调速范围大，平稳，等场合（3MZW205机床的往复电机）它有并励，串~，复~，它~等形式，改变其转向只需改变励磁或电枢电流方向即可C．特种电机：直线电机，同步电机（步进电机，交流伺服电机）步进电机：（我们工厂大量用）有BF反应式。
YD混合式有2相4拍，3相6拍，4相8拍，5相10拍，5相20拍等步距角有1.8/0.9，1.5/0.75，0.9/0.45，0.72/0.36等象3相6拍的走法：A相AB相B相BC相C相CA相（A相）交流伺服电机：有松下的MHD，MFA系列（360度分1万步到4万步走，军用10万步）2).传动装置：齿轮，皮带，蜗轮，蜗杆，凸轮等实现3).控制设备：由开关，熔断器。
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电机及电气控制技术
教学项目名称
1.1直流电机
授课专业与年级
电气自动化
课时安排
8
授课时间
授课地点
一体化教室
教学主要内容
教学目标
知识目标：
1.掌握直流电机的基本工作原理及结构。
2.掌握直流电机的电枢绕组的基本知识
3.掌握直流电机的铭牌数据及励磁方式
4.掌握直流电机的磁场及电枢反应、直流电机的换向及改善换向的方法
3.以小组为单位研究直流电机的结构
4.问题提出：直流电机的绕组是怎么连接的？有几种形式，各有什么特点？
教师讲解后，学生一起解决问题。
5.看直流电机维修的视频，引起学生的兴趣。
6.有具体设备引出电枢反应及直流电机的换向及改善换向的方法。
7.分析直流电机的运行原理：电枢电动势、电磁转矩及电机的功率、电机的基本方程式及工作特性
环节3：教师引导、点评、总结、提炼，突出重点，突破难点。
环节4：看电机维修视频，了解电机的结构
环节5：完成电机使用的实训，了解电机接线、起动、改变转向等运行原理，并完成实训报告
环节6：完成本单元的教学检测
教法学法设计
由电力拖动系统的组成引入，介绍电气控制技术及发展概况。并介绍本课程的学习方法，理论联系实际，在实训中加深对理论的理解，提升学生课堂参与度，在实践中促进学生主动思考。因此，本课程教学本着以学生为中心，少讲多练多问的原则，以问题为导向，以促使学生自主学习为目的，布置任务。包括学习引入、指导看书、回答问题、分析问题、动手实操5个部分。
信息化资源利用
（一）随时上网，查找所需课程学习资料
（二）信息化技术
联机多媒体技术：学生实训成果展示交流；
移动投屏技术：教学资源、小组作业借助平板电脑、手机等移动终端上传，实现资源共享
教学情境设计
教学载体选择
PPT课件；电机拖动实训装置
学习引入：老师介绍电机及拖动，电气控制特点及智能化发展引入。
讲解并指导学生看书：直流电机的基本工作原理及结构；直流电机的电枢绕组简介，直流电机的铭牌数据及励磁方式；直流电机的磁场及电枢反应；直流电机的换向及改善换向的方法；直流电动机的运行原理。总结笔记；教师指导学习的方法和答疑；
回答问题：根据看书的内容回答问题
绩效考核依据的是制定任务完成的成绩。
考核主要内容
1.学习过程的记录与总结；
2.回答问题的成绩；
3.分析问题的情况；
4.教学检测完成的情况；
5.实训中分析问题解决问题的能力
学生反馈
教学后记
本课程依据高职院校学生的特点和电气自动化专业的人才培养目标，遵循以学生为中心，少讲多练的原则，借助一个个小的控制任务的解决来学习电机及电气控制的应用技能，教学中不能求快，要根据每个学生的学习能力，分层次、分进度的实施教学任务
8.通过实训：直流电机的使用，加深对直流电机的运行原理的理解。完成实验撰写实训报告
任务结
1.总结本次课程的重难点和学生实际掌握的情况
2.鼓励学生自主解决问题的意识，养成主动思考独立思考，培养理论联系实际的学习方法
考核评价
考核方法与工具
采用过程考核和绩效考核两种方法。
过程考核分为两个部分，任务完成的过程中学习态度和方法；帮助其他同学的情况；
5.掌握直流电机的运行原理
能力目标:学会直流电机的使用：接线、起动、改变电机转向的方法。
素质目标：促使学生养成自主的学习习惯；理解直流电机工作的电磁场理论。
主要教学内容
1.直流电机的基本工作原理及结构
2.直流电机的电枢绕组简介
3.直流电机的铭牌数据及励磁方式
4.直流电机的磁场及电枢反应
5.直流电机的换向及改善换向的方法
教学情境类型
1.教师主导的任务驱动式的教学，在解决具体任务中学习实用技能；
2.小组互动探究学习；
3.教师提出问题、学生回答问题，教师答疑，师生角色互换。
教学情境描述
环节1：在老师的指导下学习相关的知识点，分析其中的关键点，并做好学习笔记；
环节2：学生3-4人为一个学习小组，完成和本节知识点相关的分析任务。
教材及教辅材料
使用教材：《电机与电气控制技术》第2版。全国高等职业教育规划教材，田淑珍主编、机械工业出版社
信息化环境
1.电机拖动实训室、中级维修电工实训室。具备局域网、无线数据传输环境，教学资源实时更新，课堂难题随时解决；
2.学生、教师具有手机等移动终端，具备镜像投屏功能，教学资源、小组作业及时分享讨论
6.直流电动机的运行原理
重点与难点
重点：
1.直流电机的基本工作原理及结构
2.直流电动机的运行原理
难点：
直流电机的基本方程式
教学环境选择与设计
学情分析
学习者基础：学生通过先导课程《电工基础》、《实用电工技术》的学习，对电路及电工操作有一定的认知
学习者特征：高职院校的学生对技能学习兴趣浓厚，但对知识吸收能力有限；乐于参与随堂实训，但需要加强自律性和约束；学习的主动性较差，学习过程中遇到问题解决问题的能力、积极性和持续性需要加强。除此之外，他们缺乏对问题深究的精神，技能的学习浅谈辄止，需要在训练中培养其工匠精神
分析问题：结合实训内容直流电动机的运行原理
教学实施
1.提出问题，用右手发电机定则分析直流发电机的基本工作原理，学生通过看书理解知识点；
1）右手发电机定则
2）分析直流发电机的工作原理，并总结特点
2.教师在总结提升后，导入任务:用左手电动机定则分析直流电动机的工作原理；
1）左手电动机定则
2）分析直流电动机的工作原理，并总结特点