电机与拖动6-1
电机与拖动基础第三章 直流电机原理(第二部分)
表示。每个元件首、末端所连两个换向片之间的跨 距是换向器节距yk，用换向片数来表示。
y=yk=1 （3）第二节距y2：连至同一个换向片的两个元件边 之间的距离，用虚槽数表示。
y2=y1-y
τ
•3
2. 单叠绕组的展开图
实例： 已知一台电机的极数2P＝4， Ze＝S＝K＝16，画出它的右行单叠 绕组的展开图。
额定电流
额定电磁转矩
•18
3.5 电枢电动势与电磁转矩
直流发电机和电动机电枢电动势与电磁转矩：
电枢电动势—输出电动势(与电枢 电流同方向) 电磁转矩—制动性转矩(与转速方 向相反)
电枢电动势—反电动势(与电枢电 流反方向）
电磁转矩—拖动性转矩(与转速方 向相同)。
电枢电动势的方向由电机的转向和主磁场的方向决定 电磁转矩的方向由电枢电流和主磁场的方向决定
•19
3.5.3 直流电机的电枢反应
Bδ τ
如磁路不饱和，总磁通量不变。但磁路饱和时，总磁通要降低， 称为去磁效应。
• 电枢磁通势改变气隙磁密分布及 每极磁通量大小的现象称为电枢 反应。
•06:50 •20
3.5.1 电枢电动势
电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的 感应电动势，也就是电枢绕组每个支路里的感 应电动势
一个极距范围内的平均磁密：Bav
li
一根导体的平均电动势： eav Bavliv
v 2 p n 60
eav
(
li
)li (2 p
n) 60
2 p
n 60
电枢电动势：Ea
根据感应电动势公式，气隙每极磁通Φ为
电机与拖动习题及解答
第1章 电磁学基础知识简答题1. 用电磁感应定律求感应电动势时，公式dt di L e ⋅-=、dt d e ψ-=、dtd Ne Φ⋅-=，以及Blv e =中，哪个公式是最普遍的形式其它公式必须在什么条件下适用答：式dtd e ψ-=是感应电动势的普遍形式。
其负号表示感应电动势的正方向与磁链的正方向符合右手螺旋关系，如果两者不符合右手螺旋关系，则应取正号。
2. 如果感应电动势的正方向与磁通的正方向之间不符合右手螺旋关系，则电磁感应定律应改写成dt d e ψ=或dtd Ne Φ⋅=，试说明其原因。
—3. 有两个线圈匝数相同，一个绕在闭合铁芯上，另一个是空芯的，两个线圈通入频率相同的交变电流，如果它们的自感电动势相等，试问哪个线圈的电流大为什么答：空芯的线圈电流大。
因为两者频率相等，产生同样的e，意味着产生同样的φ，根据N•I=φ•Rm，由于铁芯的磁导率大得多，即磁阻小得多，故空芯情况下的（N•I）空芯>>（N•I）铁芯，所以I空芯>>I铁。
芯4. 若磁路上有几个磁动势同时作用，磁路计算时能否使用叠加原理为什么5. 在一个恒定的磁场中，铁芯中是否存在磁滞损耗和涡流损耗为什么'6. 在交变磁场中，铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的它们与哪些因素有关7. 什么是铁磁材料的基本磁化曲线基本磁化曲线与起始磁化曲线有何不同8. 铁磁材料是如何分类的各有什么特点分析题1. 变压器原理图如图所示，试回答：&（1）当线圈N1施加正弦电压U1时，为什么在线圈N1及N2中都会感应出电动势（2）当电流I s增加时，标出这时N1及N2中感应电动势的实际方向。
答：（1）当线圈N1流过电流i1时，会在铁芯内建立磁通Ф，i1与Ф正方向符合右手螺旋关系，由于磁通Ф同时交链线圈N1和N2，所以当i1交变时，N1与N2所交链的磁链以同一个频率交变，所以在N1和N2中都会感应出电动势。
（2）按右手螺旋关系，标出Ф在N1和N2中感应出电动势e1和e2的正方向，如图中实线所示，感应电动势表达式分别为dtd Ne Φ11-=dtd Ne Φ22-= 》当电流 i 增加时，Ф也增加，0>dtd Φ，由以上表达式可知，01<e 、02<e ，说明此时N1和N2中感应出电动势的实际方向与e1和e2的正方向相反，如图中虚线（与实线方向相反）所示。
电机和拖动基础共32页文档
—电机与拖动—
电机与拖动基础
（李发海 王岩 清华大学出版社）
顾春雷
Tel:0515-3103939 E_mail:guclycit
盐城工学院电气与信息工程学院 电气工程系
17.08.2021
电机与拖动
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第1章 绪 论
1.1 课程性质
一、电机及电力拖动技术的发展概况
—电机与拖动—
电能是现代大量应用的一种能量形式。 电能的优点：生产和变换比较经济；传输和分配比较 容易；使用和控制比较方便等等。 效率高
❖ 在中小型电机和控制电机方而，亦自行设计和生产了 不少新系列电机。
❖ 由于生产上的需要，电机的新原理、新结构、新工艺、 新材料、新的运行方式和调试方面亦进行许多摸索、 研究和试验工作，取得了不少成就。
❖ 电机在制造上也向着大型、巨型发展。
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电力拖动系统：
—电机与拖动—
—电机与拖动—
基本磁化曲线
基本磁化曲线与起始磁化曲线的差别很小，磁路计算 时所用的磁化曲线都是基本磁化曲线
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❖ 与此同时由于电力电子学等学科的渗透，使电机这一 较为成熟的学科得到新的发展。
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我国电机工业的发展概况
—电机与拖动—
❖ 我国的电机制造工业在新中国成立后发生了巨大的变 化。
❖ 不仅建成了独立自主和完整的体系，而且有一些产品 已经达到或接近世界先进水平，就各种拖动系统中的 主要设备——电动机而言，近年来已生产了不少大型 的直流电动机、异步电动机和同步电动机；
电机与拖动
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—电机与拖动—
三、参考书
《电机原理及拖动》交流部分习题答案要点
第五章 三相异步电动机原理5-1 什么是空间电角度，它与空间几何角度有什么关系？答：一个圆的空间几何角度（也称机械角度）是360度。
但从电磁的观点来说：电机转子在旋转时每经过一对磁极，其绕组感应的电量（如感应电动势）就相应地变化一个周期，因此，将一对磁极对应的空间几何角度定义为360度电角度。
空间电角度与电机的极对数P 有关，即：空间电角度=空间几何角度⨯P 。
例：一台6极异步电机（P=3），其转子转一周就经过3对磁极，转子绕组中感应电动势交变3个周期，即：空间电角度=360⨯3=1080度电角度。
5-2 绕组的短矩和分布为什么能消减高次谐波？ 答：短距系数：基波： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅=90sin τy k y 谐波：⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅⋅=90sin τννyk y 短距对于基波电动势的影响很小，但对于高次谐波的短距系数可能很小，甚至为零，因此，短距能有效地消减高次谐波。
分布系数：基波：⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=2sin 2sin ααq q k p谐波：⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=2sin 2sin νααννq q k p相临元件所夹空间电角度对基波来说是α，对于ν次谐波则为να，因此相临元件的ν次谐波电动势相位差很大，完全可能使相量和大为减小，甚至为零。
所以，分布能有效地消减高次谐波。
5-3 何谓相带，在三相电机绕组中为什么常采用600相带，而很少采用1200相带？ 答：按每相绕组在圆周上连续占有空间的电角度（俗称相带）分类：有120°相带、60°相带和30°相带等绕组。
通常三相交流电机采用 60°相带绕组。
在相同串联导体数下,60°相带绕组感应电动势约比120°相带绕组的感应电动势大 15％以上。
30°相带绕组虽然可以进一步提高绕组利用率，但由于其绕组制造复杂，而感应电动势提高不多，故仅用在一些有特殊要求的场合，例如用于高效率电动机中。
《电机与拖动》考试试题与答案
直流电机部分一．填空题1.直流电机电枢绕组元件流过的电流是___________电流,流过正负电刷的电流是_________电流，直流发电机中电枢绕组产生的电磁转矩是_____ __性质的转矩,直流电动机电枢绕组电势的方向与电枢电流的方向__________。
2.直流电机的____________损耗等于___________损耗时效率最高。
3.他励直流发电机的外特性下降的原因有___________和__________，与之相比并励直流发电机的外特性，并励直流发电机电压变化率他励直流发电机。
4.并励直流发电机自励建压的条件有三个,它们是____ ___,________ __和_____________。
5. 一台并励直流电机Ea＞U时运行于_____ ____状态，此时电机I、Ia和If 之间的关系_____________， Ea＜U时运行在_____ ___状态，电机I、Ia和I之间的关系_____________。
f6. 直流电机空载时气隙磁密分布波形为___________波,电枢磁势分布的波形为___________波,电枢磁场空间分布波形为____________波。
7. 直流电机的电枢反应是，电刷放在几何中性线上，磁路处于饱和状态时,电枢反应的影响为(1)_________ _(2)__________。
8.按负载转矩的大小随转速变化的规律分类,负载可以分为_________,__________和________三类；位能性负载的机械特性位于____ _象限,反抗性负载的机械特性位于_________象限。
9.他励直流电动机恒转矩调速的方法有___________________,恒功率调速方法有________________。
10.他励直流电动机的励磁和负载转矩不变时,如降低电枢电压,则稳定后电枢电流将_________,电磁转矩将_________,转速将__________。
《电机与拖动基础》课程教案
日期：
地点： 教
第 2 章
电力拖动系统的动力学基础
第 1 节 典型生产机械的运动形式及转矩
第 2 节 电力拖动系统的运动方程式
第 3 节 多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算
第 4 节 负载的机械特性
教学重点:
运动方程式、负载机械特性。
教学难点:
运动方程式。
讲授主要内容:
典型生产机械的运动形式及转矩、电力拖动系统的运动方程式、多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算、负载的机械特性等。
本次课主体教学方式、方法：
教师主讲、习题课（第二章内容）
布置作业
思考题：P48 2-1、2-2、2-3、2-4、2-7、补充题
作业： P48 2-9
教学后记
下次从第三章直流电动机的电力拖动讲起。
课程第 7 讲
第 4 周
日期：
地点： 教
第 3 章
直流电动机的电力拖动
第 1 节 他励直流电动机的机械特性
作业：P33 1-3 、 1-4
教学后记
下次从直流机的感应电动势和电磁转矩讲起
课程第 3 讲
第 2 周
日期：
地点： 教
第 1 章
直流电机原理
第 5 节 直流电机的电枢电动势与电磁转矩
第 6 节 直流发电机
第 节
第 节
教学重点:
直流机电枢电动势与电磁转矩、直流发电机基本方程式和工作特性
教学难点:
并励直流发电机自励过程
转子转动时的电磁关系、转子电路、定转字的磁动势平衡关系、折算与等值电路、功率传递与损耗、电磁转矩与转矩平衡关系等。
本次课主体教学方式、方法：
教师主讲
布置作业
思考题：P179 5-23
《电机拖动与控制》课程标准
《电机拖动与控制》课程标准一、课程定位课程的性质：本课程是节电技术专业的专业核心课程。
课程的作用：《电机拖动与控制》是节电技术专业必修的专业核心课，在人才培养方案中起承上启下的作用。
它既是研究电机及电力拖动系统基础理论的学科，又可以作为一门独立的技术应用课，直接为工农业生产服务。
电机拖动与控制课程的理论性与实践性都很强，通过本课程学习，使学生掌握各种电机的基本结构与工作原理，独立分析电力拖动系统各种运行状态，掌握有关计算方法，合理地选择和使用电动机，为后续专业课打下坚实基础，为从事专业技术工作做好基本培养和锻炼。
二、课程目标（一）总体目标学生牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性，学会结合电机的具体结构、应用电机基本理论分析电机及拖动的实际问题，掌握一定的电磁计算方法。
重视在教学过程中安排实训、实习，包括参观电机厂等实践教学环节，培养学生电机与电力拖动系统的基本的实验方法与技能，具有能够安装、检修、使用、维护电机的能力，让学生养成善于观察、独立思考的习惯，具备自学能力、文字表达能力、团队沟通能力和可持续发展能力。
（二）具体目标1.素质目标1)培养学生良好的职业道德；2)培养良好的安全生产意识、质量意识和效益意识；3)培养学生的沟通能力及团队协作精神；4)培养学生勇于创新，敬业爱业的工作作风；5)培养学生关心国内外科技发展现状与趋势，有爱国的使命感与责任感，有将科学服务于人类的意识。
2.知识目标（1）全面深入理解各种电机的电、磁作用原理和机—电能量转换关系，既要掌握各类电机的共性内容，又要掌握各类电机的个性内容和特点；（2）学会分析各种电机性能的基本方法，如基本方程、相量图和等效电路以及复数运算等，并掌握各类电机的运行特性；（3）掌握基本的实验方法和操作技能以及常用电气仪表（器）的使用；（4）掌握各种电机主要参数的物理意义及其对运行性能的影响；（5）获得用工程观点来处理分析工程实际问题的初步锻炼；3.能力目标1)学会在学习、生活和工作过程中发现问题、提出问题，并具有初步解决问题的能力；2)熟悉相关标准，具有机构设计和通用零部件选用能力，学会收集、分析、整理资料的技能；3)具有自主学习能力和自我发展能力；4)养成实事求是、尊重自然规律的科学态度；5)养成积极思考问题、主动学习的习惯，能保持对生活中机械装置的好奇，领略参与创造活动，对机械有亲近、探究甚至热衷的情感。
电机与拖动课程设计
电机与拖动课程设计第1章设计说明1.1设计任务1.使用Simulink建立三相异步电动机的直接起动仿真，测取三相异步电动机直接起动过程中的转速、电磁转矩和电枢电流的变化规律。
2.某他励直流电动机，已知额定值为Un=220N,Pn=22kW,In=115A，nN=1500r/min；电枢电阻Ra=0.18Ω；励磁电阻Rf=628Ω；求CEN，CTN 并分别画出固有机械特性曲线和改变电枢电压、改变电枢电阻、改变磁通时的人为机械特性曲线。
1.2设计目的1．通过课程设计，对所学的电机与拖动基本知识和基本概念进行全面的复习和总结，巩固所学的理论知识。
2．通过本次课程设计达到理论与实践相结合，提高学生分析问题和解决问题的能力。
4．初步掌握MATLAB/Simulink软件进行仿真设计，掌握编写设计说明书的基本方法。
1.3设计原则1．合理性。
所设计内容应符合国家相关政策和法令，符合现行的行业行规要求。
2．先进性。
杜绝使用落后，淘汰的产品，不使用未经认可的技术，要充分考虑未来发展。
3．实用性。
考虑降低物耗，保护环境，综合利用等因素。
1.4设计要求1．正确性。
全套技术文件（设计说明书、相关模型和波形）应正确无误，达到规定的性能指标。
3．统一性。
图形中的符号、名称、数据、标注等应尽可能选用国家标准，如没有国家标准或必须用于不同含义时，必须另加说明。
第2章MATLAB7.1软件2.1安装和使用说明安装过程：1.解压crack4.CD3的安装方法跟CD2一样。
安装完成后会出现两个对话框，关掉就行了。
使用说明：2.2软件中的Simulink控件第3章使用Simulink建立三相异步电动机的直接起动仿真3.1异步电动机Simulink仿真模型的建立直接起动又称全压起动，就是将电动机的定子绕组直接加上额定电压起动。
使用Simulink建立三相异步电动机的直接起动仿真模型，测取三相异步电动机直接起动过程中的转速、电磁转矩和电枢电流的变化规律。
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。
18
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
电机与拖动习题及答案
项目一一、选择1、直流电动机在串电阻调速过程中，若负载转矩保持不变，则 A 保持不变。
A：输入功率， B：输出功率，C：电磁功率， D：电机的效率。
2、一台串励直流电动机运行时励磁绕组突然断开，则 A 。
A：电机转速升到危险的高速， B：保险丝熔断C：上面情况都不会发生。
3、一台并励直流发电机希望改变电枢两端正负极性，采用的方法是 A 。
Ａ：改变原动机的转向Ｂ：改变励磁绕组的接法Ｃ：既改变原动机的转向又改变励磁绕组的接法4、起动直流电动机时，磁路回路应 B 电源。
A；与电枢回路同时接入 B：比电枢回路先接入C：比电枢回路后接入5、在直流电机中，电枢的作用是B______。
A：将交流电变为直流电 B：实现直流电能和机械能之间的转换C：在气隙中产生主磁通 D：将直流电流变为交流电流6、直流电机的调速方法中，适合恒转矩负载并且低速时稳定性较好的是_B___。
A：弱磁调速 B：降压调速C：串电阻调速 D：变频调速7直流电动机工作在电动机状态稳定运行时，电磁转矩的大小由（C ）决定A、电压的大小；B、电枢电阻的大小；C、负载转矩和空载转矩的大小；D、磁场的大小。
8直流电机U＝240V，Ea＝220V，则此电机为（ A）。
A、电动机状态；B、发电机状态9直流电动机起动时电枢回路串入电阻是为了( B )。
A.增加起动转矩B.限制起动电流C.增加主磁通D.减少起动时间10并励直流发电机的额定输出功率P N等于( C )A.U N I NηNB.U N I N/ηNC.U N I N11直流电动机中，电动势的方向与电枢电流方向______，直流发电机中，电动势的方向与电枢电流的方向______。
( C )A. 相同，相同B. 相同，相反C. 相反，相同D. 相反，相反12直流电机的磁极和电枢的铁心选材应是(C )。
A、电枢用硅钢片，磁极用整块铸钢B、电枢用整块铸钢，磁极用钢板冲片叠成C、电枢用硅钢片，磁极用钢板冲片叠成D、因是直流无铁损，故两者均可用整块铸钢13.直流并励电动机的电势平衡方程式可写成__D_____。