第3章 直流电机的过渡过程

直流电机换向的物理过程
直流电机的换向是指电机的电流方向和磁场方向在运转过程中发生变化，从而使电机转向。

具体来说，直流电机的换向过程包括下列几步：
1. 电机的旋转：在电机启动时，电流从直流电源流入电机绕组，形成一个磁场。

磁场与电机中的磁铁产生相互作用，导致转子开始旋转。

2. 切断电源：当电机转到一定角度时，需要切断电源，以便反转电流方向。

一般采用机械式换向器，在转子转到一定位置时，换向器自动切换电流方向。

3. 反转电流：当电源被切断后，电机绕组中的电流也被切断。

此时，磁场也停止了。

然而，由于转子的惯性作用，电机仍然继续旋转。

在这个过程中，磁场发生了变化，导致了电动势的产生。

这个电动势反向了电机绕组中的电流方向。

4. 再次接通电源：当电机旋转到另一个位置时，需要再次接通电源，以便让电流流入反向的绕组。

这使得磁场方向发生了改变，并且电机开始沿着反向方向旋转。

5. 重复以上步骤：这个过程不断重复，直到电机达到所需的转速和方向为止。

总之，直流电机的换向是通过周期性改变电流方向和磁场方向来实现的。

它是电机工作的关键过程之一，直接影响到电机的运行效率和性能。

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第一章绪论1、机电传动控制的目的是什么？答：机电传动控制的目的是将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止、调速、反转以及各种生产工艺过程的要求，以满足生产的需要，提高生产效率和产品质量。

2、机电传动系统由哪些部分组成？答：机电传动系统通常由电动机、传动机构、生产机械、控制系统和电源等部分组成。

电动机作为动力源，将电能转化为机械能；传动机构用于传递动力和改变运动形式；生产机械是工作对象；控制系统用于控制电动机的运行状态；电源则为整个系统提供电能。

3、机电传动系统的运动方程式是什么？其含义是什么？答：运动方程式为 T M T L ＝J(dω/dt) 。

其中，T M 是电动机产生的电磁转矩，T L 是负载转矩，J 是转动惯量，ω 是角速度，dω/dt 是角加速度。

该方程式表明了机电传动系统中电动机的电磁转矩与负载转矩之间的平衡关系，当 T M ＞ T L 时，系统加速；当 T M ＜ T L 时，系统减速；当 T M ＝ T L 时，系统以恒定速度运行。

第二章机电传动系统的动力学基础1、为什么机电传动系统中一般需要考虑转动惯量的影响？答：转动惯量反映了物体转动时惯性的大小。

在机电传动系统中，由于电动机的转速变化会引起负载的惯性力和惯性转矩，转动惯量越大，系统的加速和减速过程就越困难，响应速度越慢。

因此，在设计和分析机电传动系统时，需要考虑转动惯量的影响，以确保系统的性能和稳定性。

2、多轴传动系统等效为单轴系统的原则是什么？答：多轴传动系统等效为单轴系统的原则是：系统传递的功率不变，等效前后系统的动能相等。

3、如何计算机电传动系统的动态转矩？答：动态转矩 T d ＝ T M T L ，其中 T M 是电动机的电磁转矩，TL 是负载转矩。

直流电机的工作原理
直流电机是一种将直流电能转化为机械能的装置。

它的工作原理基于洛伦兹力和电动行为的相互作用。

直流电机的核心部件是电枢，由大量线圈组成。

当直流电源施加在电枢上时，电流流经线圈，产生一圈圈的磁场。

在电枢旁边，有一个磁体称为永磁体或者磁场极，它产生恒定的磁场。

当电流通过电枢的线圈时，根据右手定则，线圈内的磁场与永磁体的磁场产生相互作用，产生力矩。

由于电流的方向是可逆的，所以直流电机的转向也是可逆的。

当电流改变方向时，电枢产生的磁场方向也会改变，进而改变了与永磁体的相互作用，实现了转向。

为了实现连续的旋转运动，直流电机需要一个机械装置来改变电枢线圈的方向。

这个装置通常由一个可调整的组件（如换向器和刷子）组成，它能够使电流从一个线圈转移到下一个线圈，从而保持电枢的旋转方向。

总之，直流电机工作的基本原理就是利用洛伦兹力和电动行为，通过电磁感应和相互作用实现电能到机械能的转换。

直流电机的换向旋转着的电枢某元件从一个支路转换到另外一个支路时，元件中的电流变化的过渡过程称为换向过程。

一、换向过程分析电刷是支路的分界线；我们讨论电刷与1、2片换向片分别和同时接触时的状况。

换向刚开头时，元件仍属于右边支路，其电流为+ia（右→左）；处于换向过程中时，元件被电刷短路，电流大小和方向处于变化的过程中；换向结束时，元件进入左边支路，其电流已经由+ia变为-ia（左→右）。

一个元件的电流换向过程所需的时间就称为换向周期Th，即一个换向片通过电刷所用的时间。

换向元件的电流从+ia变到-ia所用的时间即为一个换向周期。

Th=0.5～2ms换向问题非常简单，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。

当火花大到肯定程度时可能损坏换向器表面，从而使电机不能正常工作。

产生火花的缘由除电磁缘由外，还有电化学、工艺、电热等因素，至今尚无很成熟的理论。

二、换向元件中的电势1．电抗电势ex一般, 换向周期特别短暂,电流的变化会在绕组元件中产生自感和互感电势,两者的合成电势称为电抗电势,用ex表示。

依据楞次定理，电抗电势的性质总是阻碍线圈中电流的变化,亦即ex 的方向企图与换向前的电流方向相同。

或者说电抗电势是阻碍换向的。

电抗电势大小反比于换向周期。

2．电枢反应电势ea换向元件切割电枢反应磁场，从而产生了电枢反应电势。

其方向与ex相同，即其性质也是阻碍换向的。

其大小为: Ea=2Wy Ba l va3．换向极电势eK换向极电势是由于换向元件切割换向磁极感应的电势，换向磁极是为改善换向而设置的。

其方向企图与换向后的电流方向相同，或者说换向极电势是关心换向的。

三、影响换向的因素电磁因素：电抗电势和切割电势阻碍换向.机械、化学、材料等缘由机械方面的缘由如：换向器偏心、片间绝缘凸出、某个换向片凸出、电刷与换向器表面接触不好等等；化学方面：高空缺氧、缺水、某些化工厂的电机，都可能破坏换向器表面的氧化亚铜薄膜而产生火花。

直流发电机电动机的机械特性和过渡过程实验报告实验目的：1.了解直流发电机和电动机的机械特性。

2.研究直流发电机和电动机的过渡过程。

实验原理：直流发电机和电动机是一种将电能和机械能相互转换的装置。

它们的机械特性可以通过转速和负载之间的关系进行描述，包括转速-负载曲线、转速-电流曲线和转矩-电流曲线等。

过渡过程是指在启动、制动或改变负载时，直流发电机和电动机的性能随时间变化的过程。

实验步骤：1.实验准备：a.将直流电动机与直流发电机分别连接到电源。

b.接通电源，调整电压以适应实验要求。

c.准备测量仪器，如电流表、电压表、转速表等。

2.机械特性实验：a.将直流发电机的输出轴连接到转速表，记录不同负载下的转速和输出电压。

b.在适当电压下改变负载，并记录转速-负载曲线和转速-电流曲线。

c.重复步骤a和b，得到完整的机械特性曲线。

3.过渡过程实验：a.将直流电动机连接到负载。

b.启动电动机，并记录起始转速和电流。

c.改变负载，观察和记录电动机的响应，包括转速的变化和电流的变化。

d.制动电动机，记录制动过程中的转速和电流的变化。

e.重复步骤b到d，得到完整的过渡过程。

实验结果：根据实验数据，绘制直流发电机和电动机的机械特性曲线和过渡曲线。

实验讨论：根据机械特性曲线，可以分析直流发电机和电动机在不同负载下的性能表现。

转速-负载曲线可以用来评估机械传动系统的效率和输出能力。

转速-电流曲线可以用来评估电机的电磁特性和工作状态。

而转矩-电流曲线可以用来评估电机的负载能力和性能稳定性。

过渡过程的实验结果可以揭示直流发电机和电动机在启动、制动和改变负载过程中的响应特性。

通过观察转速和电流的变化，可以评估电机系统的动态性能和控制策略的有效性。

在实际应用中，掌握过渡过程的特点对于电机系统的设计和优化至关重要。

实验总结：通过本次实验，我们深入了解了直流发电机和电动机的机械特性和过渡过程。

我们通过实验数据绘制了机械特性曲线和过渡曲线，并对实验结果进行了讨论和分析。

直流电机的基本工作原理
直流电机是由正向和反向磁极以及电流导线组成的。

当通过电流导线时，会在电机内产生一个磁场。

这个磁场与电机内的磁极相互作用，产生力矩，使电机转动。

直流电机的基本工作原理可以分为两个方面：
1. 动能转换：当电流通过电机的电线时，产生电流的磁场与磁极相互作用，产生力矩。

这个力矩作用在电机上，导致电机开始转动。

动能由电能转换为机械能。

2. 换向系统：为了保持电机的连续转动，直流电机需要保持电流方向的周期性变化。

这是通过换向系统实现的。

换向系统由换向环（电刷）和换向子（集电器）组成。

当电机转到一个特定的角度时，换向环接触换向子，改变电流的方向，使得磁极与电流的磁场相互作用的方向改变，从而保持电机的连续转动。

总的来说，直流电机通过电流与磁极之间的相互作用产生力矩，将电能转换为机械能，从而实现转动。

同时，通过换向系统保持电流方向的周期性变化，使得电机能够连续转动。

电机与拖动绪论一、名词解释1. 磁场:电流周围的效应2.磁动势〔磁通势、磁势〕:产生磁场的源泉3.磁场强度:表征距离磁源即磁动势一定位置的地方，磁动势影响强度的一个物理量。

4.磁场感应强度〔磁通密度〕:表征距离磁源即磁动势一定位置的地方，磁动势感应能力强弱的一个物理量。

5.磁通量Φ：垂直穿过某一截面〔面积为S〕磁力线的数目6.磁阻：就是磁力线通过磁路时所遇到的阻碍，磁阻与磁路的长度成正比，与磁路的磁导率成反比，并与磁路的截面积成反比7电感：其实质表征的就是电磁装置电与磁转换能力的大小。

二、填空1、在电机中磁场的几个常用量分别是磁动势、磁场强度、磁感应强度、磁通等。

2、进行磁路分析和计算时，常用到磁路的基本定律有全电流定律、磁路的欧姆定律、磁路的基尔霍夫定律。

3、电机的电流有交、直流之分，所以，旋转电机也有直流电机与交流电机两大类。

4、旋转电机是一种机电能量转换的机电装置。

5、把电能转换机械能的电机称为电动机; 把机械能转换电能的电机称为电发电机。

三、判断题1、垂直穿过线圈的磁通量随时间变化，必然会在线圈中产生感应电动势。

〔√〕2、棱次定律说明垂直穿过线圈的变化磁通，会在线圈中产生电动势。

〔√〕3、棱次定律说明线圈中的感生磁场的方向始终是与原磁场变化率的方向一致的。

〔×〕4、棱次定律说明线圈中的感生磁场的方向始终是与原磁场方向一致的。

〔×〕六、问答题 1.电磁作用原理的综述有电流必定产生磁场，即“电生磁” ；磁场变化会在导体或线圈中产生感应电动势，即“动磁生电” ;载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，即“电磁生力”第一章直流电机的原理与结构一、名词解释〔一〕1.电枢：在电机中能量转换的主要部件或枢纽部分2.换向：直流电机电枢绕组元件从一条支路经过固定不动的电刷短路，后进入另一条支路，元件中的电流方向改变的过程。

3.额定值：在正常的、安全的条件下，电气设备所允许的最大工作参数。

〔二〕 1.电机：机电能量〔或机电信号〕转换的电磁装置2.直流电机：直流电能与机械能量进行转换的电磁装置3.直流发电机：把机械能量转换为直流电能的电磁装置4.直流电动机：把直流电能转换为机械能量的电磁装置5.交流电机：交流电能与机械能量进行转换的电磁装置6.交流电动机：把交流电能转换为机械能量的电磁装置7.交流发电机：把机械能量转换为交流电能的电磁装置〔三〕第一节距：同一元件的两个元件边在电枢圆周上所跨的距离〔四〕极距：相邻两个磁极轴线之间的距离〔五〕电角度：磁场在空间变化一周的角度表示二、填空1、铁心损耗一般包括磁滞损耗、涡流损耗。

直流电机的工作原理直流电机是一种将直流电能转换为机械能的装置。

它采用的是电磁感应的原理，通过电流在磁场中产生力矩，使得电机运转。

下面将详细介绍直流电机的工作原理。

一、电枢和磁极直流电机的关键部件是电枢和磁极。

电枢由绕组和电刷组成，绕组通常采用导电性能较好的铜线绕制，而电刷则由导电材料制成。

磁极由磁场产生器、磁铁等组成，其作用是产生均匀的磁场。

二、电磁感应在直流电机中，电枢通常由一对相互独立的绕组组成，分别称为电枢绕组和励磁绕组。

当外加电源将电流引入电枢绕组时，电枢绕组中产生的磁场与励磁绕组产生的磁场叠加，形成一个整体的磁场。

三、力矩产生当直流电机接通电源后，电枢中的电流开始流动。

根据洛伦兹力的原理，当导体在磁场中运动时，会受到一个力的作用。

在直流电机中，这个力会产生一个力矩，使电枢开始旋转。

电枢的旋转会改变磁通量的大小和方向，从而产生电感应电动势。

根据霍尔定律，电感应电动势的方向与电流变化方向相反。

这个电感应电动势会阻碍电枢继续增大电流，形成一个反作用力。

当力矩与反作用力达到平衡时，电枢将保持旋转。

四、换向器的作用为了使电枢继续旋转，需要不断改变电枢绕组的电流方向。

这就需要通过一个特殊的装置——换向器来实现。

换向器可以使电流方向周期性地变换，从而改变磁场方向，使得电枢继续运转。

五、直流电机的应用直流电机广泛应用于工业、交通、家电等领域。

在工业领域，直流电机被用于驱动各种机械设备，如风机、水泵、制造机械等。

在交通领域，直流电机被应用于电动汽车、电动自行车等。

在家电领域，直流电机被用于冰箱、洗衣机、吸尘器等家电产品。

总结起来，直流电机的工作原理是通过电磁感应的方式，利用洛伦兹力产生力矩，使得电机转动。

电枢和磁极是直流电机的关键部件。

通过换向器的作用，改变电枢绕组的电流方向，实现电机的连续运转。

直流电机在各个领域都有广泛的应用，促进了社会的发展和进步。