17第17章 直流电机的运行
直流电机练习参考答案
第一章直流电机练习一、判断题（对的打√，错的打×）1、并励电机在运行时断开励磁绕组对电机运行没有多大的影响。
（×）2、在直流电动机的调速中，当调节器为PI调节时，表现为转速无静差。
（√）3、直流电机的电枢铁芯由于在直流状态下工作，通过的磁通是不变的，因此完全可以用整块的磁材料构成，不必用硅钢片叠成。
（×）4、降压调速适用于并励直流电动机。
（×）5、机械特性表征转速和电磁转矩的关系，直流电动机的机械特性是一条直线。
（×）6、在直流电动机起动时，采用电枢串电阻起动，在起动中过程为了快速起动和减小电阻引起的损耗，必须将电阻直接切除掉。
（×）7、一台并励直流发电机，空载运行于某一电压下，如将其转速升高10% ，则发电机的端电压升高10%。
（×）8、使用并励电动机时，发现转向不对，应将接到电源的两根线对调以下即可。
（×）9、换向器是直流电机特有的装置。
（√）10、直流发电机线圈中的感应电势是交变的。
（√）二、填空题1、直流电动机的调速方法有：1）改变电枢两端电压调速、2）改变励磁磁通调速、3）电枢回路串电阻调速等三种。
2、改变直流电动机旋转方向的方法有：（1）将电枢两端电压极性反接，使电枢电流方向改变；（2）将励磁电源电压反接，使励磁电流方向改变。
3、直流电动机按照电枢绕组和励磁绕组的联接方式不同可分为：他励、串励、并励和复励电动机。
4、直流发电机中的电磁转矩方向与转子的旋转方向相反，因此电磁转矩为阻转矩；直流电动机中的电磁转矩方向与转子的旋转方向相同，因此电磁转矩为驱动转矩。
5、直流电动机正处于运行状态，若想改变它的旋转方向，可用的方法有通过改变电枢两端电压极性，而改变电枢电流方向，实现反转和带位能性负载时，通过倒拉方式实现反转。
6、直流发电机的电磁转矩与电机转子方向相反。
（相同/相反）7、并励直流发电机在原动机转向改变后，电枢两端不可以产生感应电势。
第 章同步发电机的运行特性
第17章同步发电机的运行特性17-1 同步发电机的空载和短路特性17-2 零功率因数负载特性17-3 同步发电机的外特性和调节特性17-4 滑差法和抽转子法测定同步电机参数17-1 同步发电机的空载和短路特性一、用空载特性和短路特性确定X d1. 空载试验试验条件电枢开路（空载）用原动机把被试同步电机拖动到同步转速改变励磁电流I f ，并记取相应的电枢端电压U 0（空载时U 0=E 0），直到U 0=1.25U N 左右，就可以得到空载特性曲线E 0= f （I f ）。
试验目的测得空载特性E 0=f （I f ）•空载特性可以通过计算或试验得到。
调节励磁回路可变电阻，使激磁电流逐步上升，每次记下If 和E的读数。
作同步电机的空载特性E=f(I f)，由于存在剩磁，规定用下降曲线来表示空载特性，从1.25UN对应的激磁逐步减小。
•同步电机的空载特性也常用标么值表示，空载电势以额定电压为基值，取U=UN时的励磁电流 (称为额定励磁电流)为励磁电流的基值。
用标么值表示的空载特性具有典型性，不论电机容量的大小、电压的高低，其空载特性彼此非常接近。
空载特性实验求取图17-1 空载实验电路和空载特性曲线注意：在绘制空载特性曲线时，应注意把E0换算成相值。
2. 短路试验试验条件电枢绕组短路用原动机把被试同步电机拖动到同步转速试验目的测得短路特性：I=f(If)调节励磁电流使电枢电流I 从零一直增加到1.2I N左右，便可以得到短路特性曲线。
（一）实验步骤：1.电枢端三相短路，短路实验接线图如图17-2；2.原动机拖动转子至同步速度，n = n1；3.调I f，使I由零升至1.2I N左右，逐点记录电枢电流和励磁电流；4.画出U＝0，Ik =f(If)图17-2 短路实验电路短路的等效电路图17-3短路特性和短路时的相矢图(a) 短路时的相矢图 ( b)短路特性•（二）短路特性短路时，限制短路电流的只有发电机的同步阻抗，忽略电枢电阻只考虑同步电抗，短路电流可认为纯感性。
沪科版物理九年级全一册第17章综合素质评价(含答案)
第17章综合素质评价一、填空题(每小题2分，共20分)1. 【学科素养·提问能力】如图所示，某物理小组在探究条形磁体“吸附”能力的实验时，用酒精灯给条形磁体加热一段时间后，发现大头针纷纷下落。
请根据这一现象提出一个可探究的科学问题：______________________。
2. 【原创题】根据课堂所学，我们利用两个磁体和数枚某金属硬币制作成了一座硬币桥，如图所示。
想一想，硬币桥搭建的原理是利用硬币被________后具有磁性搭成的。
3. 【2021·安徽】如图所示，小林将导线绕在一根铁钉上，制成电磁铁，与电池接通后，铁钉的尖端为________(填“N”或“S”)极。
4. “磁悬浮地漏”相对于传统地漏具有较多优点，如排水速度可随积水深度自动调节、在不排水时能密封管道等。
磁悬浮地漏的工作原理如图所示，当密封盖上方无水时，在磁体B的作用下，磁体A将密封盖顶起。
若磁体A下端为N 极，则磁体B上端为________极。
5. 【2021·淮南二模】将一枚小磁针按如图甲方式放置在通电直导线下方时，小磁针的N极向纸内偏转。
若让持续的电子沿着如图乙所示的水平方向平行地飞过磁针上方时，图乙中的小磁针的N极将向纸________(填“内”或“外” )偏转。
6. 【立德树人·传承中国科学文化】古文《论衡·是应篇》中记载：“司南之杓(用途)，投之于地，其柢(握柄)指南”，学术界于1947年想象出司南的模样并印刷在邮票上。
如图所示，当磁勺在正确指南时，其A端为该磁体的________(“N”或“S”)极。
7. 【2021·蚌埠蚌山区模拟】如图所示为简易直流电动机模型，把线圈两端导线的漆按图中方法刮去，一端导线一周的漆全部刮去，另一端导线的漆刮去半周，线圈转动一周时，只在半周内线圈中有电流，但线圈仍然能沿同一方向持续转动，这是因为线圈具有____________________________________。
机电传动控制复习
机 电 传 动 控 制
三 相 异 步 电 动 机
铁心:由导磁性能很好的硅钢片叠成(导磁部分)。 定 绕组:放在定子铁心内圆槽内(导电部分)。 子 机座:固定定子铁心及端盖。 静止 部分 铁心:由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 绕组: ① 鼠笼式：转子铁心的每个槽内 插入一根裸导条， 转 形成一个多相对称短路绕组。 子 ② 绕线式：转子绕组为三相对称绕组， 旋转 嵌放在转子铁心槽内。 部分 转轴、轴承、风扇
机 电 传 动 控 制
电磁转矩T 为拖动转矩，方向与n 相同 (定子) 励磁 电动势E为反电势，它与外加电压 回路 产生的电流Ia方向相反。 U＝E＋IaRa
(3)电压平衡方程式
外加电枢电压为电枢的反电势和电阻压降所平衡。
3
第1章 直流电机 1-1 直流电机的基本结构与工作原理
三、直流电机的励磁方式 (a)他励 (b)并励 (转子)电枢回路 (定子)励磁回路 (c)串励 (d)复励
0° 120°
机 电 传 动 控 制
㈠ 旋转磁场的产生
240° 360°
0°
120°
240°
360°
高速
0° 60° 120° 180° 低速
两极与四极旋转磁场的比较
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第2章 交流电动机 2-1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
二. 三相异步电动机的工作原理
㈡ 转动原理 1.电生磁 (右手定则)
机 电 传 动 控 制
“自转”现象的消除 要求交流伺服电动机的转子电阻值设计得很大，使电机 在失去控制信号而单相运行时，正转矩或负转矩的最大 值均出现在sm＞1的地方。 交流伺服电动机的转速控制方式 ① 幅值控制 ② 相位控制 ③ 幅相控制
电机与拖动基础第一章 直流电机
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二、直流电动机工作原理
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
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当电枢旋转到下图所示位置时，原N极性下导体ab转到S 极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力 方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈 在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线 19 圈，磁极也并非一对。
三、直流电机的可逆性
一台直流电机原则上既可以作为电动机 运行，也可以作为发电机运行，只是外界条 件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋 转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为 直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直 流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负 载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同 一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
一、直流发电机工作原理 直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。
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当原动机驱动电机转子逆时针旋转180 后 ，如图。
0
可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的 导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的极性 总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。 16
实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个 线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照 一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极 也是根据需要N、S极交替多对。
2）当元件的几何形状对称 时，电刷在换向器表面上 的位置对准主磁极中心线， 支路电动势最大，电枢电 动势等于支路感应电动势。
3）电枢电流等于两条支路电流之和。
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课外作业
1-13
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1.3 直流电机的磁场
1.3.1 直流电机的励磁方式
电机学第五版第3章 直流电机
2.转矩方程
发电机情况下 电磁转矩为制动转矩，有
— 原动机的驱动转矩； — 电机本身的机械阻力转矩； — 为电磁转矩。 电动机情况下 电磁转矩为驱动转矩，有
图3-29 直流电机的电磁转矩和外施转矩 a)发电机 b)电动机
— 电动机轴上的负载转矩。
3.电磁功率
电磁功率用 因
表示，则 ，得
发电机： 机械能 电动机： 电能
1.直流电动机的起动 2.直流电动机转速的调节 3.直流电动机的制动
1.直流电动机的起动
直流电动机常用的起动方法： （1）直接起动； （2）电枢回路接入变阻器起动； （3）降压起动。
图3-48 三点起动器 及其接线图
2.直流电动机转速的调节
从直流电动机的转速公式
可知，调速方法有两种： (1)电枢控制，即用调节电枢电压或者在电枢电路中接入调速电阻来调速。 (2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。
式中 令
为电枢绕组的总导体数， 为平均气隙磁密，
为并联支路对数。
则上式改写为
将
代入上式得出
1.电枢绕组的感应电动势
电动势公式 ：
式中：
— 每极的总磁通量；
— 电动势常数；
— 电动势公式。
2.电枢的电磁转矩
电枢表面任一点处的载流导体上的电磁转距
为
式中， — 该点处的气隙磁密。 一个极下的载流导体上的电磁转矩
3.串励电动机的运行特性
串励电动机的特点是，电 枢电流、线路电流和励磁 电流三者相等
图3-42 串励电动机 的接线图
3.串励电动机的运行特性
图3-43 串励电动机的工作特性
3.串励电动机的运行特性
图3-44 串励电动机的机械特性
《电机与电气控制》课件第1章
(3) 机座。 机座由铸铁或铸钢制成，是磁路的一部分。 它用来固定主磁极、 换向磁极和端盖。其结构如图1-5所示。
图1-5 机座
(4) 电刷装置。 电刷将旋转的电枢绕组电路与静止的外 部电路相连接，把直流电流引入或将直流感应电动势引出。 直流电机的电刷装置由电刷及刷握、 弹簧、 刷杆座等组成。 电刷放置在刷握内，用弹簧压紧在换向器上。一般电刷组数 与主磁极极数相等。电刷装置在换向器表面应对称分布，并 且可以移动，用以调整电刷在换向器上的位置。电刷装置如 图1-6所示。
第1章 直流电机
1.1 直流电机的结构和基本工作原理 1.2 直流电动机的启动和反转 1.3 直流电动机的调速 1.4 直流电动机的制动 本章小结 思考题
1.1 直流电机的结构和基本工作原理
1.1.1 直流电机的结构
直流电机由两个主要部分组成： 静止部分和转动部分。 静止部分称为定子，由主磁极、 换向磁极、 机座和电刷装 置等组成，主要用来建立磁场。转动部分称为转子或电枢， 由电枢铁芯、 电枢绕组、 换向器、 风扇、 转轴等组成，是 机械能变为电能或电能变为机械能的枢纽。在静止和转动部 分之间，有一定的间隙，称为气隙。图1-1所示为直流电机 结构图， 图1-2所示为直流电机组成部件。
图1-7 (a) 电枢； (b) 铁芯冲片
(2) 电枢绕组。 电枢绕组是直流电机电路的主要组成部 分，也是感生电动势，产生电磁转矩实现机、 电能量转换 的重要部件。电枢绕组通常用绝缘的铜线或扁铜线在模具上 绕成线圈后再放置在电枢铁芯槽中，槽口用槽楔压紧，以防
(3) 换向器。 换向器是由许多铜质换向片组成的一个圆 柱体，换向片之间用云母片绝缘。
(4) 额定电流IN。 额定电流是电机在额定负载时允许电 机长期流出或流入的电流，单位是A
电机及拖动基础顾绳谷第四版
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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。
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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
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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。
电机与拖动第二章第二节直流电机的电枢绕组
• 通过规定的电流 • 产生足够的电势和电磁转矩 • 消耗的有效材料最省 • 强度高（机械、电、气、热） • 运转可靠 • 结构简单
绕组实物图
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第一部分 电机原理 第二章 直流电机
第二节 直流电机的电枢绕组
一、电枢绕组的基本知识—名词、术语
1、磁极中心线：极轴线 2、几何中心线：磁极之间的平分线
二、单叠绕组
5、画绕组电路图（并联支路图） • 特点：每个极下的元件组成一条支路
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第一部分 电机原理 第二章 直流电机
第二节 直流电机的电枢绕组
二、单叠绕组
• 整个电枢绕组为一个闭合回路，无头无尾 - 感应电动势总和为零
• 元件的两个出线端要连接于相邻两个换向片上 • 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; • 电刷数等于磁极数，每条支路由不相同的电刷引出 • 电枢电压等于每一个支路的电压 • 由正负电刷引出的电枢电流Ia为各支路电流之和
• 单叠：电刷数=磁极数
• 原则： - 引出来的电势最大 （2，3，4） - 被电刷短路的元件电势最小（1，5）
• 规律： - 端部对称时，一部分 电机原理 第二章 直流电机
第二节 直流电机的电枢绕组
二、单叠绕组
4、安放电刷，完成连线
τ
τ
τ
τ
1 2 N3 4 5 6 S7 8 9 10 N11 12 13 14 S15 16
τ
τ
τ
τ
1 2 N3 4 5 6 S 7 8 9 10 N11 12 13 14 S 15 16
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
第一部分 电机原理 第二章 直流电机
直流电机软启动说明书
目录首页公司简介 (1)目录 (2)第一章概述 (3)第二章代号及含义 (4)第三章产品用途及特点 (5)第四章性能及参数 (6)第五章使用条件 (6)第六章工作原理及应用 (7)第七章安全与EMC电磁兼容参数 (13)第八章外形及安装尺寸................................................ (15)第九章服务与维护 (17)第十章设计接线图 (20)本手册对直流电机软启动控制器的安装和操作做了详细的说明，在安装和操作电源之前，请仔细阅读本手册，并严格按照说明操作。
当用户在使用中发现疑难问题而本说明书无法提供解答时，请与本公司或经销商联系，我们将尽快给予答复。
一、概述在电力、化工、钢铁、铸造、特种材料加工、环保、通讯领域中，广泛使用的备用蓄电池组动力系统中，所配备的直流电动机，在断电情况下为维持水冷却、油润滑功能。
需要迅速投入备用电源。
但由于直流电动机直接启动时，所需电流是额定电流的6-8倍，对备用蓄电池组冲击较大。
极易造成电动机线圈烧埙、损坏充电器、电路由于电流过大导致断路，出现这些现象时无法使设备正常运行。
我公司生产的系列直流电机控制系统是根据电力生产现场实际需要，广泛征求了电厂、设计院等专家技术人员的意见，参考吸收了国内外大量的先进设计思想和最新技术，用最新型的16位微机控制技术和电力电子技术开发研制，实现了该产品的高度可靠化和智能化。
拥有此项控制技术的成套控制设备，解决了直流电动机启动运行时对蓄电池组电源的冲击问题，保证了设备长期安全有效运行。
产品优点直流电动机启动时最显著的特点就是：启动电流大，最大冲击电流可达到额定电流的15-20倍，将使直流系统受到较大的电流冲击，电动机受到机械冲击。
针对这个特点，目前火力发电厂中应用最广泛的启动方式是电枢回路串接电阻启动，该启动方式启动时在直流电动机电枢回路中串入启动电阻，以限制启动电流，启动电阻为一个三个电阻串接的可变电阻，在启动过程中，开始启动时，电枢回路接入电源，串入全部电阻，以尽量降低启动电流，随后以固定时间及时逐级短接三个电阻，直到电机正常启动。