一直流电机的简介及结构
（一）直流电机简介
直流电机是生产和使用直流电能的机电能量转换装置。将机械能转换为直流电能的，称为直流发电机；将电能追安环为机械能的，称为直流电动机。直流电动机具有调速性能好、启动和制动转矩大、过载能力强等优点，因此广泛应用于启动和调速要求较高的机械上。例如：轧钢机、机床、电车、电器轨道牵引、挖掘机械、纺织机械等。直流发电机可以作为各种直流电源。例如直流电动机的电源、同步电机的励磁电源、以及化学工业方面用于电解电镀的抵押大电流直流电源等。在本次设计中只介绍和说明直流电动机，不介绍直流发电机。
与交流电机相比，直流电机的主要缺点是换向问题，它限制了直流电机的极限容量，又使得直流电机的结构复杂，消耗较多的有色金属，维护比较麻烦，致使直流电机的应用受到一定的限制。不过，虽然如此，可是随着电子技术的发展，可控硅整流电源在生产上的应用越来越广泛，虽然使直流发电机的受到威胁，可是却会使直流电动机在应用中更为广泛。
（二）直流电机的结构
直流电机由静止的钉子和旋转的转子两大部分组成。定转子之间有一定的空隙，称为气隙。定子的作用是产生磁场和对电机的机械支撑，主要由主磁极、换向极、机座、端盖、电刷装置等部件组成。转子的作用是产生电枢感应电动势或电磁转矩，主要由电磁铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部件组成。如下图1-2所示：
图1-1 直流电机装配结构图
1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极 6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心
1 定子部分
①主磁极（简称主极）
主磁极用来产生气隙磁场并且在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气息磁密。主磁极由主机铁芯和励磁线圈组成，主极铁芯和由1—1.5mm厚的低碳钢板冲成一定
形状，然后叠压用铆钉铆在一起，上面套上是实现绕制好的励磁线圈，整个磁极用螺钉固定在机座内表面上。
为了减小气隙中的有效磁通的磁阻，改善气隙磁密的分布，磁极分为两部分，较宽的部分成为极靴，较窄的部分称为极身，这样还可以时励磁绕组牢固的套在磁极上，如图1-2所示。小型直流电机的主磁极采用永久磁铁构成。
图1-2 主磁极
②换向极
换向极是用来改善直流电机的换向性能。换向极是由换向极铁芯和套在铁芯上的换向极绕组组成如图1-3所示。大容量的直流电机换向极铁芯由薄钢板组成，中小容量的直流电机换向极由整块钢构成，换向极绕组与电枢绕组串联，换向极装在相邻两个主磁极之间，用螺旋钉固定在机座上。
图1-3 换向极
③机座
机座一方面用来固定主磁极、换向极和端盖等部件，并借助于底脚将电机固定在基础上，起机械支撑作用；另一方面它还是电机主磁路的一部分，叫定子磁轭，起导磁作用，机座一般用导磁性能较好的铸钢或厚钢片焊接而成。
④电刷装置
电刷装置是固定的电刷与旋转的换向器保持滑动接触，将电枢电路和外电路相接通，
使电流经电刷输入电枢或从电枢输出。它由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在电刷盒里，用弹簧压在换向器外表面上，同时用铜丝辫将电流自电刷引向刷握。如图1-4所示，刷握在刷杆上，刷杆装在刷杆座上，并且使二者之间具有良好的绝缘性。刷杆数目通常与主磁极极数相同。各电刷杆在换向器外面上沿周围方向均匀分布。
1，刷盒2，电刷3，压紧弹簧4，铜丝辫
图1-4 电刷装置
2 转子部分
①电枢铁芯
电枢铁芯的作用是用来嵌放电枢绕组和通过主磁通。当电枢旋转时，铁芯中的磁通方向会发生变化，会在铁芯中引起涡流和磁滞损耗。为了减少这部分损耗，铁芯通常用0.5mm 厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠压而成。每张冲片冲有嵌放绕组的槽和一些轴向通风孔，叠压好的电枢铁芯安装在转轴上如图1-5所示。
1，换向器2，电枢铁芯3，电枢元件4，电枢轴
图1-5 电枢的组成图
②电枢绕组
电枢绕组的作用是产生感应电动势和通过电流，实现几点能量转换。电枢绕组是用包
有绝缘皮的导线绕制成的一个个电枢线圈嵌放在电枢铁芯槽内，线圈与铁芯之间已经上下层线圈之间要绝缘。每个元件的两个出线端都与换向器的换向片相连，连接时都按照一定规律构成电枢绕组。
③换向器
换向器的作用是将电枢线圈中的交流变换为电刷间的直流或者将电刷间的直流逆变为电枢线圈中的交流。换向器的结构有很多种，如图1-6所示，主要由许多换向片组成，相邻两个换向片之间用云母绝缘。为节省铜材，换向器有升高片，线圈出线端接在升高片的小槽中，换向片数目与线圈元件数相同。
1，换向片2，垫圈3，绝缘层4，套筒5，螺帽
图1-6 换向器
二直流电动机的分类
直流电动机根据励磁方式的不同，可以将其分为自励电动机和他励电动机两类。（一）他励直流电动机
他励直流电动机的励磁电流由其他直流电源单独供给，与电枢绕组无任何关系。接线图如图2-1（a）所示，图中M表示电动机。同时永磁直流电动机也可以看为他励直流电动机。
（二）自励直流电动机
自励直流电动机的励磁电流由自身供给，根据励磁绕组与电枢绕组的连接关系，又分
为并励、串励和复励三种。
1 并励直流电动机
并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组回路并联。对并励发电机俩说，是电机本身发出来的端电压供给励磁电流；对并励电动机来说励磁绕组与电枢绕组回路公用同一个电源，与他励电动机没有本质区别。接线图如图2-1（b）所示。
2 串励直流电动机
串励直流电动机的励磁绕组和电枢绕组回路串联，流过励磁绕组的电流即是电枢电流。接线图如图2-1（c）所示。
3 复励直流电动机
复励直流电动机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢绕组回路并联，称为并励绕组；一个与电枢绕组串联，称为串联绕组。复励有两种接线方式：一种是并励绕组与电枢绕组回路先并联后再与串励绕组相串联，接线图如图2-1（d）所示；另一种是串励绕组与电枢绕组回路串联后再与并励绕组并联。
三他励直流电动机的工作原理
无论是他励还是自励，直流电动机的工作原理都相同。其工作原理图如下：
图3-1 直流电动机工作原理图
如上图所示为最简单的直流电动机的原理图。其换向器是由二片互相绝缘的半圆铜环（换向片）构成的，每一换向片都与相应的电枢绕组连接，与电枢绕组同轴旋转，并与电刷A、B相接触。若电刷A是正电位，B是负电位，那么在N极范围内的转子绕组ab中的电流从a流向b，在S极范围内的转子绕组cd中的电流从c流向d。转子载流导体在磁埸中要受到电磁力的作用，根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，如图中ab边受力方向是向左，而cd则向右。由于磁场是对称的，导体中流过的又是相同
的电流，所以ab 边和cd 边所受的电磁力的大小相等。这样转子线圈上受到的电磁力 f 的作用而按逆时针方向旋转。当线圈转到磁极的中性面时，线圈中的电流为零。因此，电磁力也等于零。但由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半圈之后，虽然ab 与cd 的位置调换了，ab 转到S 极范围内，cd 转到N 极范围内，但是由于电刷和换向片的作用，转到N 极下的cd 边中的电流方向也变了，是从d 流向c ，在S 极下的ab 边中的电流，则从b 流向a 。因此，电磁力f 的方向仍然不变，转子线圈仍按逆时针方向转动。可见，分别在N ，S 极范围内的导体中的电流方向总是不变的。因此，线圈二边受力方向也不变。这样，线圈就可以按受力方向不停地旋转。这就是直流电动机的工作原理，简单来说就是一句话：电流产生磁场，带电导体在磁场中受力。
四 他励直流电动机的机械特性和人为特性
（一）他励直流电动机的机械特性
直流电动机的机械特性：是在稳定运行情况下，电动机的转速与电磁转矩之间的关系，即n=f(T)。
1 他励直流电动机机械特性方程式
机械特性方程式为：
2
a a
E E T U R n T C C C =
-ΦΦ
还可以写成
n=n0－βT=n0－Δn
2 机械特性曲线
由直流电动机的机械特性方程式可以作图画出他励直流电动机的机械特性曲线如下图4-1
：
图 4-1 他励直流电动机的机械特性曲线
3 固有机械特性
当他励直流电动机的电源电压、磁通为额定值，电枢回路未接附加电阻Rpa 时的机械特性称为固有机械特性，其特性方程为
2aN aN
E N E T N U R n T C C C =
-ΦΦ
由于电枢绕组的电阻aN R 阻值很小，而φN 值大，因此Δn 很小，固有机械特性为硬特性。
(二)他励直流电动机的人为特性
他励直流电动机的人为机械特性：人为地改变电动机气隙磁通φ、电源电压U 和电枢回路串联电阻Rpa 等参数，获得的机械特性。
1 改变Ra 时的他励直流电动机人为机械特性
改变Ra 时，直流电动机的机械特性发生改变，首先其特性方程变为：
2
a pa a
E E T R R U n T C C C +=
-ΦΦ
从而可以得到：1）理想空载转速0n 保持不变；
2）机械特性的斜率β随Rpa 的增大而增大，特性曲线变软。
从而可以画出得到改变电阻Ra 时的人为特性曲线，如图4-2所示，从图中可以看出改变电阻Rpa
大小，可以使电动机的转速发生变化，因此电枢回路串电阻可用于调速。
图 4-2 在电枢电路中串联Rpa 所得到的人为特性曲线
2 改变电源电压时的人为机械特性
改变电源电压时的人为机械特性方程为
其特点为：
1）理想空载转速n0正比于电压U ，U 下降时，n0成正比例减小； 2）特性曲线斜率p 不变。
根据人为特性方程可以作图得到人为特性曲线，如图4-3所示，调节电压的一组人为机械特性曲线，它是一组平行直线。
因此，降低电源电压也可用于调速，U
越低，转速越低。
图4-3 降低电源电压时的人为特性曲线 图4-4 改变励磁磁通时的人为特性曲线
3 改变励磁磁通时的人为机械特性
改变励磁磁通时的人为机械特性方程式为
2
a a
E E T U R n T C C C =
-ΦΦ 从而由特性方程可以得到其特点是：
1）理想空载转速与磁通成反比，减弱磁通φ，0n 升高；
2）斜率β与磁通二次方成反比，减弱磁通使斜率增大。
由特性方程可以作图画出其人为特性曲线，如图4-4所示，为一组减弱磁通的人为机械特性曲线，随着φ减弱，0n 升高，曲线斜率变大。若用于调速，则φ越小，转速越高。
五 他励直流电动机串电阻启动工作原理
直流电动机的起动与别的电动机的起动不同，他励直流电动机不允许直接起动。因为他励直流电动机电枢电阻Ra 阻值很小，额定电压下直接起动的起动电流很大，通常可达额定电流的10－20倍，起动转矩也很大。过大的起动电流引起电网电压下降，影响其他用电设备的正常工作，同时电动机自身的换向器产生剧烈的火花。而过大的起动转矩可能会使轴上受到不允许的机械冲击。所以全压起动只限于容量很小的直流电动机。考虑多方面可以得出可以采用电枢串联电阻启动这种方式。
在实际中，如果能够做到适当选用各级起动电阻，那么串电阻起动由于其起动设备简单、经济和可靠，同时可以做到平滑快速起动，因而得到广泛应用。但对于不同类型和规格的直流电动机，对起动电阻的级数要求也不尽相同。下面仅以直流他励电动机电枢回路串电阻起动为例说明起动过程。
1 启动过程分析
如图5-1(a)所示，当电动机已有磁场时，给电枢电路加电源电压U 。触点KM1、KM2均断开,电枢串入了全部附加电阻RK1+RK2 ,电枢回路总电阻为112a a K K R R R R =++，这时启动电流为
112
1K K a a U U I R R R R =
=++ 与起动电流所对应的起动转矩为T1。对应于由电阻所确定的人为机械特性如图5-1(b)中的曲线1
所示。
(a) 电路图 (b) 特性图 图5-1 直流他励电动机分二级起动的电路和特性 根据电力拖动系统的基本运动方程式
L d T T J dt
?
-=
式中 T ——电动机的电磁转矩；
TL ——由负载作用所产生的阻转矩； J ——电动机的转动惯量；
由于起动转矩T1大于负载转矩TL ，电动机受到加速转矩的作用，转速由零逐渐上升，电动机开始起动。在图5-1(b)上，由a 点沿曲线1上升，反电动势亦随之上升，电枢电流下降，电动机的转矩亦随之下降，加速转矩减小。上升到b 点时，为保证一定的加速转矩，控制触点KM1闭合，切除一段起动电阻RK1。b 点所对应的电枢电流I2称为切换电流，其对应的电动机的转矩T2称为切换转矩。切除1R 后，电枢回路总电阻为Ra2=Ra+R2。这时电动机对应于由电阻Ra2所确定的人为机械特性，见图5-1(b)中曲线2。在切除起动电阻RK1的瞬间，由于惯性电动机的转速不变，仍为b n ，其反电动势亦不变。因此，电枢电流突增，其相应的电动机转矩也突增。适当地选择所切除的电阻值1R ，使切除1R 后的电枢电流刚好
等于1I ，所对应的转矩为T2，即在曲线2上的c 点。又有T1>T2，电动机在加速转矩作用下，由c 点沿曲线2上升到d 点。控制点KM2闭合，又切除一切起动电阻2R 。同理，由d 点过度到e 点，而且e 点正好在固有机械特性上。电枢电流又由I2突增到1I ，相应的电动机转矩由T2突增到T1。T1> TL ，沿固有特性加速到g 点T=TL ，g
n n =电动机稳定运行，
起动过程结束。
在分级起动过程中，各级的最大电流I1(或相应的最大转矩T2)及切换电流2I (或与之相应的切换转矩T2)都是不变的，这样，使得起动过程有较均匀的加速。
要满足以上电枢回路串接电阻分级起动的要求，前提是选择合适的各级起动电阻。下面讨论应该如何计算起动电阻。
2 起动电阻的计算
在图4(b)中，对a 点，有11a U I R =
即 a11
=
U R I 当从曲线1(对应于电枢电路总电阻112a a R R R R =++)转换得到曲线2(对应于总电阻Ra2=Ra+2R )时，亦即从点转换到点时，由于切除电阻1K R 进行很快，如忽略电感的影响，可假定b c n n =即电动势b c E E =，这样在点有21
b
a U U I R -=
在c 点 12
c
a U U I R -=
两式相除，考虑到b c E E =，得 11
22a a I R I R =
同样，当从d 点转换到e 点时，得
2
12a a
I R I R = 这样，如图4所示的二级起动时，得
112
22a a a a
R I R I R R == 推广到m 级起动的一般情况，得11(1)2
223a a m a am a a am a
R R R I R I R R R R -β====???==
式中β为最大起动电流1I 与切换电流2I 之比，称为起动电流比(或起动转矩比)，它等于相邻两级电枢回路总电阻之比。 由此可以推出
1
a m a
R R =β 式中m 为起动级数。由上式得 1
a m
a
R R β= 如给定β ,求m,可将式
1
a m a
R R =β取对数得 1a lg m=lg a R R
β?? ?
??
由式11(1)2
223a a m a am a a am a
R R R I R I R R R R -β=
===???==
可得每级电枢回路总电阻进而求出各级启动电阻为：
112a a R R R =- 223R a a R R =- 334R a a R R =- 11m m m R R R --=- m am a R R R =-
起动最大电流1I 及切换电流I2按生产机械的工艺要求确定，一般
1a 1.5~2.0N I I =（） 2aN (1.1~1.2)I I =
六 他励直流电动机串电阻启动的电阻阻值确定
根据设计任务书，我的电机启动设计如下：
1 选择启动电流1I 和切换电流2I
1I =(1.5～2.0)aN I =(1.5～2.0)×497A =(745.5～994)A
2I =(1.1～1.2)aN I =(1.1～1.2)×497A =(546.7～596.4)A
选择1I =840A ，2I =560A 。
2 求出起切电流比β
β=
2
1
I I =1.5 3 求出启动时电枢电路的总电阻am R
1
aN
am U R I =
=0.524Ω 4 求出启动级数m
m=βlg lg ?
?? ??a am r R =4.76 取m=5
5 重新计算β，校验2I
β=am
m
a R R =1.47 2I =
β
1
I =571A
2I 在规定范围之内。
6 求出各级总电阻
5R =121R I I Ra=1.475?0.076Ω=0.52Ω 4R =4βRa =1.474?0.076Ω=0.35Ω
3R =3βRa=1.473?0.076Ω=0.24Ω 2R =2βRa=1.472?0.076Ω=0.16Ω
1R =βRa=1.47?0.076Ω=0.11Ω
R =Ra=0.076Ω
7 求出各级启动电阻
Rst1=1R-0R=(0.11-0.076)Ω=0.034Ω
Rst2=2R-1R=(0.16-0.11)Ω=0.05Ω
Rst3=3R-2R=(0.24-0.16)Ω=0.08Ω
Rst4=4R-3R=(0.35-0.24)Ω=0.11Ω
Rst5=5R-4R=(0.52-0.35)Ω=0.27Ω
七 设计结论
通过这次设计可以得出的结论如下：
1 他励直流电动机串电阻启动的优缺点：
优点：启动方法简单，且设备简单，操作方便，容易实现。 缺点：能耗较大，不宜用于频繁启动的大、中型电动机。
2 根据以上的设计实践，他励直流电动机串电阻启动计算方法可归结如下：
①选择启动电流1I 和切换电流2I 启动电流为1I ； 对应的启动转矩T1； 切换电流为2I ； 对应的启动转矩T ；
②求出起切电流（转矩）比β； ③求出电动机的电枢电路电阻ra ； ④求出启动时的电枢总电阻Rm ； ⑤求出启动级数m ；
⑥重新计算β，校验I2是否在规定范围内； 若m 是取相近整数，则需重新计算2I ；
β=m a
am r R 再根据得出的β重新求出2I ，并校验2I 是否在规定范围内。若不在规定范
围内，需加大启动级数m 重新计算β和2I ，直到符合要求为止。
⑦求出各级总电阻 ⑧求出各级启动电阻
这便是他励直流电动机电枢串电阻起动的大体思路与过程。
八设计心得
通过为期数天的努力，我终于完成了以“他励直流电动机串电阻启动”为题的《电机与拖动》的课程设计。在这过程中，我经历了查资料等多个步骤，通过这些我学习到了严谨、细致、认真的工作态度，完成了看似困难的课程设计。
总体看来，本课程设计用到了课本所学习过的直流电机的相关知识，并且比课本更要深入一步，这个设计使我们课堂上本来不够理解通过记忆所知道的知识变成了我们所能够充分理解的知识，增强了我们的动手能力，让我们通过设计过程中的查找知识学习到了课本所学不到的知识，丰富了我们的大脑。
并且由于在设计中遇到的困难我们一一都克服，增强了我们对待困难时头脑的清醒度。古语有云：“吃一堑，长一智”，所犯过的那些错，我们不会再犯。
总的来说，这次课程设计使我受益匪浅！
9、参考文献
唐介主编.电机与拖动.北京：高等教育出版社，2003.7。
赵家礼、张庆达等编著.变压器故障诊断与修理.北京：机械工业出版社，1998.9。
沈阳变压器研究所主办.〈〈变压器〉〉月刊.第2、5期.
冯琬芝主编.电机与电力拖动.北京：轻工业出版社，1991。
〈〈电气工程师手册〉〉第二版编辑委员会编.〈〈电气工程师手册〉〉.第二版.北京：轻工业出版社，2000。
一直流电机的简介及结构 （一）直流电机简介 直流电机是生产和使用直流电能的机电能量转换装置。将机械能转换为直流电能的，称为直流发电机；将电能追安环为机械能的，称为直流电动机。直流电动机具有调速性能好、启动和制动转矩大、过载能力强等优点，因此广泛应用于启动和调速要求较高的机械上。例如：轧钢机、机床、电车、电器轨道牵引、挖掘机械、纺织机械等。直流发电机可以作为各种直流电源。例如直流电动机的电源、同步电机的励磁电源、以及化学工业方面用于电解电镀的抵押大电流直流电源等。在本次设计中只介绍和说明直流电动机，不介绍直流发电机。 与交流电机相比，直流电机的主要缺点是换向问题，它限制了直流电机的极限容量，又使得直流电机的结构复杂，消耗较多的有色金属，维护比较麻烦，致使直流电机的应用受到一定的限制。不过，虽然如此，可是随着电子技术的发展，可控硅整流电源在生产上的应用越来越广泛，虽然使直流发电机的受到威胁，可是却会使直流电动机在应用中更为广泛。 （二）直流电机的结构 直流电机由静止的钉子和旋转的转子两大部分组成。定转子之间有一定的空隙，称为气隙。定子的作用是产生磁场和对电机的机械支撑，主要由主磁极、换向极、机座、端盖、电刷装置等部件组成。转子的作用是产生电枢感应电动势或电磁转矩，主要由电磁铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部件组成。如下图1-2所示： 图1-1 直流电机装配结构图 1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极 6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心 1 定子部分 ①主磁极（简称主极） 主磁极用来产生气隙磁场并且在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气息磁密。主磁极由主机铁芯和励磁线圈组成，主极铁芯和由1—1.5mm厚的低碳钢板冲成一定
《电机驱动技术》课程标准 一、课程基本信息 二、课程定位与作用 （一）课程定位 《电机驱动技术》课程的开设是通过深入企业调研，与专业指导委员会专家共同论证，根据工作任务与职业能力分析，以必须、够用为度，以掌握知识、强化应用、培养技能为重点，以机电一体化相关工作任务为依据设置本课程。 （二）课程的作用 《电机驱动技术》课程是机电一体化专业必修的一门专业核心课程。是在电工电子、电力拖动等课程基础上，开设的一门综合性较强的核心课程，其任务是使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法，培养学生对常用电动机的结构原理分析及控制策略的设计能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。 三、课程设计理念 《电机驱动技术》课程的设计以生产实际中的具体案例为主，其服务目标是以就业为导向，以能力为本位，以素质为基础。注重实用性，坚持以实为本，避开高深理论推导和内部电路的过细研究，适当降低理论教学的重心，删除与实际工作关系不大的繁冗计算，注重外部特性及连线技能，同时兼顾对学生素质、能力的培养，做到既为后续课程服务，又能直接服务于工程技术应用能力的培养。 四、课程目标 学生通过学习《电机驱动技术》课程，使学生能掌握机电设备常使用的几种电动机--直流电动机、交流感应电动机、交流永磁电动机和开关磁阻电动机的结构、原理及应用以及驱动电动机的结构及其控制方法。熟悉电机调速、分析及控
制。结合生产生活实际，培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯，从而能够解决专业技术实际问题，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 【知识目标】 掌握驱动电机的结构原理及应用，掌握功率变换器电路及其应用技术，驱动电机控制技术及新型电机的结构特点与选用。 【能力目标】 能对对驱动电机各种控制电路进行选择、应用和设计，能够准确描述各种电机控制技术的控制原理及特点，并针对不同电机选用不同的控制方式。 【素质目标】 能整体把握驱动电机及控制技术的应用及在日后的工作中解决实际问题。培养学生实事求是的作风和创新精神，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，培养学生一丝不苟的工作作风和良好的团队协作精神。 五、课程内容设计 根据学院对机电一体化专业人才培养方案的要求，结合就业岗位的技能需求，按照职业教育理念，本课程设计了三个教学项目，具体内容如下：
《电机及拖动基础》课程标准 一、课程信息 课程名称：电机及拖动基础课程类型：电气自动化技术专业支撑课 课程代码：0724014 授课对象：电气自动化 学分：5 先修课：高等数学、电路基础 学时：85 后续课：交流调速系统、工厂供电 制定人：杨立波制定时间：2013年3月23日 二、课程性质 课程性质：专业基础课 先修课程：高等数学、电路基础 本课程是电气自动化技术专业的一门重要的专业基础课，同时也是本专业一门最重要的技能养成课。它是电机原理和电力拖动系统两大部分的有机结合，其内容将为电气控制、电力电子技术、工厂供电、电气综合实训、电工中、高级职业资格证书、毕业设计、顶岗实习等后续专业课奠定基础，而本课程的基础实验、实训和专业技能实训将构成电气自动化技术专业最基本的技能。 三、课程设计 1、课程目标设计 总体目标：装配图的阅读与绘图，电工工具的熟练使用，交直流电动机的拆卸、装配与修理，变压器的安装与试验，电动机铭牌参数与计算、电动机参数与机械特性测试、电动机与变压器的运行、维护、控制电机的选择与使用。 通过行为导向的项目式教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养；独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力；与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。 通过本课程的实践教学，使学生深刻地认识到“电机与拖动基础”在工业企业当中的应用，更好地把电机拖动与电气控制技术结合起来，提高机电控制设备的控制技能，从而实现本专业的培养目标。课程一开始就注重将相关职业资格标准融入课程标准，经过本课程学习的学生90%以上能直接通过职业考证。
（1）知识目标 1.直流电机的工作原理和结构 2.电力拖动系统的动力学基础 3.他励直流电动机的机械特性 4.变压器的基本工作原理和结构 6.变压器参数的测定 7.变压器的并联运行 8.交流电机的绕组 9.三相异步电动机的工作原理和基本结构 10.三相异步电动机的工作特性 11.异步电动机铭牌参数 12.三相异步电动机的机械特性 13.同步电机的基本工作原理和结构 14.电动机发热及冷却 15.电动机类型、额定电压、额定转速的选择 （2）能力目标 变压器的安装与试验 变压器的运行特性与参数测试 直流电动机的拆装， 直流电机故障分析与维护， 直流并励电动机的机械特性测试 三相异步电动机的拆装检修与测试 三相异步电动机定子绕组重绕 三相异步电动机的工作特性 三相异步电动机的效率测量 三相异步电动机的温升实验 三相异步电机运行故障及维修 三相异步电机基本检测方法 三相异步电动机的机械特性测试 同步电动机调相运行特性 几种常用的控制电动机 电力拖动系统中电动机的选择 2、课程内容设计 （1）设计的整体思路： 通过行为导向的项目式教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养；独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力；与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。 （2）模块设计表：
第二部分??直流电动机的电力拖动 一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。 （U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem 2、直流电动机的起动方法有____ ___。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。 （2） 4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。（理想空载转速） 5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（??）（F ） 2、直流电动机串多级电阻起动。在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。（??） （T ） 3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（??） （T ） 4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（??） （F ） 5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（??） （T ） 三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2） （1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3） （1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。 5、他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I 1和I 2，那么：（2）（1）I 1I 2。 四、简答题： 1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？（电动机的机械特性与负 载的转矩特性必须有交点，且在交点处，满足em L dT dT dn dn ） 2、何谓电动机的充分利用？(所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行,还是调速过程中处于不同转速下运行,其电枢电流都等于额定值。) 一台他励直流电动机数据为：P N =，U N =110V ，I N =，n N =1500r/min ，电枢回路电阻R a =Ω，求：（1）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？（2） U=U N 条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N 不变时，电动机电枢电流与转速是多少？（3）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，负载转矩为，转速为（—800）r/min ，电枢回路应串入多大电阻？
学院 课程设计课程名称：电机与拖动
题目名称：三相绕线型异步电动机转子电路 串电阻有级起动设计 学生院系：物理科学与工程技术学院 专业班级：16自动化2班 学号： 学生：吴舟帆
目录 一.三相异步电动机的综述 (3) 二.三相异步电动机的起动方法、调速方法、制动方法 (4) 三.三相绕线型异步电动机转子电路串电阻有级起动电路图、具体过程 (5) 四.心得体会 (10) 五.参考文献 (10)
一.三相异步电动机的综述 三相异步电机（Triple-phase asynchronous motor）是感应电动机的一种，是靠同时接入380V三相交流电流（相位差120度）供电的一类电动机，由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电动机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。
二.三相异步电动机的起动方法、调速方法、制动方法 1. 起动方法：有级起动 容量较大的三相异步电动机一般采用有级起动，以保证起动过程中有较大的起动转矩和较小的起动电流。它的起动电阻R ST 由若干级起动电阻串联，即 R ST =R ST1+R ST2+…+R STm 。起动瞬间转子串入最大起动电阻R ST ，使起动转矩为要求值 T 1，随着转速n 的增加，每当转矩T 降至希望值T 2时，切除一段起动电阻，使T 又等于T 1，T 2称为切换转矩。因而在启动过程中转矩始终在起动转矩T 1与切换转矩T 2之间变化，直到全部起动电阻被切除。 2.调速方法：串级调速 在转子电路中串入一个与2s .E 频率相等，而相位相同或相反的附加电动势ad . E ，既可节能，又可将这部分功率回馈到电网中去。 3.制动方法： ①能耗制动：能耗制动的特点是制动时将电动机与三相电源断开，而与直流电源接通，电动机像发电机一样，将拖动系统的动能转换成电能消耗在电机部的电阻中，故名能耗制动。 ②反接制动：反接制动的特点是制动时旋转磁场的转向与转子的转向相反，转差率s>1,所谓“反接”意即在此。从而使电磁转矩的方向与转子转向相反，成为制动转矩 ③回馈制动：回馈制动的特点时转子转速大于同步转速，转差率s<0，电机处于发电机状态，将系统的动能转换成电能送回电网，故名回馈制动，又称再生制动。
《电动机的选用、运行与维修》 课 程 标 准 山东职业学院教务与科研处 2012年8月6日 专业领域： 电气自动化 课程代码： 02031030 课程名称：电动机的选用、运行与维修 所属系部： 电气工程系
目录 一、课程基本信息 (1) 二、课程目标 (1) 三、课程设计 (1) 1. 教学设计 (1) 2. 教学内容及学时分配 (1) 3. 课程考核 (4) 4. 教学环境及设备 (4) 5. 教师队伍 (4) 6. 教材选用 (4) 四、实施建议 (4)
《电动机的选用、运行与维修》课程标准《电动机的选用、运行与维修》课程标准 一、课程基本信息 二、课程目标 本课程立足于电动机的控制设计、变压器应用设计、电机故障排查等核心岗位，围绕电动机的基本机构、电动机的运行原理、电动机的拖动特点、变压器的结构和兴致等知识，在掌握知识的基础上，培养学生对简单电机拖动系统的设计及故障排查能力，对变压器的使用和维护能力，提高学生综合运用多种知识和技能解决实际问题的能力、创新能力和可持续发展能力，并使其具有良好的职业道德和诚信敬业精神，树立社会生产所需的安全、环保、成本、产品质量、团队合作等意识。 三、课程设计 1.教学设计 充分考虑教学对象和教学课程的特点，采用教学做一体的教学模式，不断地增强学生学习信心和兴趣。根据突破难点、加强重点的要求，认真创设问题情景，精心设计引言、课堂提问和板书提纲，锤炼教学语言。加强讨论或练习，进行验证性巩固。根据知识点要求教师多点拨，学生多尝试。注意归纳总结，上升到理论或规律认识。教师要有对学生进行学习方法引导的强烈意识，讲授、辅导、讨论、训练和归纳总结紧密结合，激发学生主动学习意识，培养学生自学能力。 教学过程中，有针对性地运用多媒体教学、视频教学、实物教学、等多种教学手段优化教学过程，有效地激发学生学习热情，充分发挥学生学习的主体作用。 2. 教学内容及学时分配
《电机及其应用》自测题 一、填空题 1、变压器的作用是将某一等级的交流( )变换成另一等级的交流( )。 2、变压器一次电势和二次电势之比等于( )和( )之比。 3、电力变压器中的变压器油主要起( )、( )和( )作用。 4、电力变压器的分接开关是用来改变变压器电压( )的装置，以便达到调节副边( )的目的。 5、变压器的额定电压和额定电流均指变压器的( )电压和( )电流。 6、变压器空载时的损耗主要是由于( )的磁化所引起的( )和( )损耗。 7、在测试变压器参数时，须做空载试验和短路试验。为了便于试验和安全，变压器的空载试验一般在( )加压；短路试验一般在
( )加压。 8、变压器铁芯饱和程度愈高，其励磁电抗Xm就愈( )。 9、若将变压器低压侧参数折算到高压侧时，其电势(或电压)应( )、电流应( )、电阻(或电抗)应( )。10、三相组式变压器各相磁路( )，三相芯式变压器各相磁路( )。 11、三相变压器组不能采用( )连接方法，而三相芯式变压器可以采用。 12、变压器并联运行的条件是( )、( )、( )。 13、当三相变压器接成星形(Y)时，其线电压是相电压的( )倍，线电流与相电流( )。 14、当三相变压器接成三角形(D)时，其线电压与相电压( )，线电流是相电流的( )倍。 15、变压器在运行时，当( )和( )损耗相等时，效率最高。 16、有两台变压器，额定电压分别为10kV／和／，两台变压器的变比差值△K为( )，若其它条件满足并联运行，根据计算结果，
这两台变压器( )并联运行。 17、三绕组变压器的额定容量是指( )。 18、自耦变压器与同容量的两绕组变压器比较，它的空载电流( )。 19、自耦变压器适用于一、二次侧( )相差不大的场合，一般在设计时，变比Ka( )。 20、电焊变压器实际上是一台( )的降压变压器，它的外特性( )，短路电流( )。 21、整流变压器的容量一般取一、二次绕组容量的( )，又称为( )。 22、单相绕组的感应电势与( )、( )和( )成正比。 23、线圈的短距系数表示了短距线圈比整距线圈产生的电势( )的程度。 24、线圈的分布系数表示线圈分布放置后，其合成电势比线圈集中放置时电势( )的程度。 25、主极磁场非正弦分布引起的( )，对相电势的大小影响( )，主要影响了电势的( )。
课程设计说明书设计名称： 题目： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 日期：年月日
课程设计任务书 专业年级班 设计题目 微型直流电动机的数字控制器设计 姓名-学号 主要内容和具体要求 设置有正转、反转、加速、减速按键； 显示马达的运行状态（正反转、停止），显示转速；测量马达的反电动势系数； 测量马达的力矩系数； 创建马达的数学模型； 实现比例控制； 实现比例积分控制。 进度安排 6月16~17号：了解任务要求，确定具体方案 6月18~19号：电机控制程序设计 6月20~21号：键盘电路、lcd12864液晶屏子程序设计6月22~24号：上位机通信程序设计 6月25~26号：电机PI 控制设计 完成后应上交的材料 直流电机数字控制器论文 总评成绩
指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日
摘要 本文主要设计一个基于STC12C5A60S2 单片机的直流电机PWM 控制系统。PWM 控制提高了调速范围，提高了调速精度，改善了快速性能、功率和功率因数。系统在设计中被控对象采用5V 的直流电机，以MCS-51 单片机为控制核心，采用LCD12864 液晶作为显示元件，进行软硬件的设计。硬件电路由protel 设计制作，主要设计了液晶显示电路、键盘控制电路、复位电路、测速电路、驱动电路和测压电路。软件设计在Keil 开发平台用 C 语言编写，程序采用模块化设计方案，包括液初始化程序、晶显示程序、键盘控制程序。 本系统PWM 控制直流电机采用调压调速的方法，整体设计包括软件和硬件两个部分。通过利用单片机产生PWM 控制信号控制直流电机，详细介绍脉宽调制( PWM) 控制原理，直流电机的工作原理和数学模型以及用H型桥电路基本原理设计的驱动电路。通过硬件电路的模拟情况，说明系统运行正常，各个功能模块实现是可行的，控制精度比较高，能够满足系统的基本要求。 关键词：单片机PWM脉宽调制控制直流电机L298N驱动
《电机与拖动基础》试题库及答案 第一部分直流电机 一、填空题： 1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻) 2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。（E a〈U；E a〉U） 3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。（叠绕组；波绕组；叠） 4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。（相反；相同） 5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。（2p；2） 6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。（每极气隙磁通量；电枢电流） 7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用） 二、判断题 1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。（）（F） 2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。（）（T） 3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。（F） 4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。（）（F） 三、选择题 1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。（1） （1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组 2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3） （1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。 3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U0升高（）。（2） （1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。 四、简答题 1、直流发电机的励磁方式有哪几种？ （他励；自励（包括并励，串励和复励）） 2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？ （使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。
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 ，N n =1500r/min ；电枢电阻a R =0.18Ω；励磁电阻f R =628Ω；求E N C φ，T N C φ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。 3．学会使用电子图书馆的数据库资源进行查找相关文献和资料。 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。 2．完整性。文件中的仿真模型、仿真数据、仿真波形以及仿真说明和其它相关资料应翔实可靠。 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crack 2.打开CD1（不需要要解压），双击setup.exe，进行安装，（crack文件夹中有PLP）。 3.当安装过程中提示插入CD2时，先点Browse，然后打开下载的CD2（不需要要解压），双击setup.exe，注意观察插入光盘的对话框中（就是点了Browse后的对话框）多了哪一个文件，再选择那个文件，确认，OK，就可以继续安装了 4.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。
《电机与拖动技术》课程标准 一、课程简介 《电机与拖动技术》是电力系统自动化技术专业主干课，是学习本专业其它专业课的重要基础。 《电机与拖动技术》在电力系统自动化专业的课程体系中具有承上启下和举足轻重的地位。先修课程包括高等数学、电工电子等。该课程是学生学习“电力系统继电保护原理”、“发电厂电气部分”、“电力系统自动化”、等专业主干课程和“电力系统课程设计”、“电力系统综合实验”等实践性教学环节的必备理论基础。 《电机与拖动技术》既具有较强的理论性，又具有很强的实践性，课程内容与电力系统生产运行过程密切相关，对于培养学生综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力，全面提高自身素质具有特别重要的作用。。
二、课程性质与定位 《电机与拖动技术》是电力系统自动化技术专业的一门主干课，它又是本专业一门重要的必修专业基础课。通过本课程的学习，使学生掌握各类电机的工作原理、基本结构及运行特性，掌握直流和交流电力拖动系统的组成、起动、制动和调速的分析计算方法及必要的测试技能，从而能合理地使用电机以满足后续专业课对该方面知识的需要，同时也为学生在今后从事专业技术工作中，保证电机工作稳定、可靠和经济运行打下扎实基础。 《电机与拖动技术》是机械类和电气类专业的核心课程，在人才培养方案中起承上启下的作用，具有十分重要的地位，为后续专业课程的学习及班组技术革新打下良好的理论和专业技术基础。 前续课程：《高等数学》、《电工电子技术》、等课程。 后续课程《发电厂变电站电气部分》、《工厂供配电技术》、《电力系统继电保护》和毕业设计等课程。 三、课程设计思路 通过行为导向的项目式教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养；独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力；与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。 四、课程培养目标 1.总体目标 线路图的阅读与绘图，电工工具的熟练使用，交直流电动机的原理、电动机铭牌参数与计算、电动机参数与机械特性测试、电动机与变压器的运行、维护、控制电机的选择与使用。 2.知识目标 （1）通过学习，掌握常用交、直流电机、变压器的基本结构和工作原理 （2）掌握电力拖动系统的基本理论，计算方法 （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）掌握一定的电磁计算方法，培养学生运算能力。
电机与拖动教案 【教案】 课程性质、任务和目的《电动与拖动》是电气工程及其自动化专业必修的专业基础课.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.本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,为后续电气控制技术、自动控制系统等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. 基本要求通过本课程的教学,应使学生达到下列要求: 掌握和理解变压器和电动机的基本方程式; 掌握他励直流电动机负载运行计算,调速性能计算,起制动电阻计算和他励直流电动机过渡过程计算,负载转矩折算,飞轮矩折算; 三相异步电动机机械特性实用公式计算调速电阻及制动电阻,三相异步电动机降压起动的计算与选择,三相绕线式异步电动机转子回路串电阻分级起动计算; 具有选择电力拖动系统电动机的型式、种类、电压、转速及额定功率,校核发热,起动能力与过载能力. 课时分配共64学时,安排在第二学年的第二学期.其中理论教学52学时,实践教学12学时. 先修课程电路原理、电子技术和电力电子技术教学内容、要求与安排绪论课程的性质及任务以及常用的几个基本定律直流电机 1.1 教学内容: 直流电机的工作原理和结构;直流电机电枢绕组;直流电机的励磁方式和空载磁场;他励直流电动机的机械特性;他励直流电动机的工作特性;串、复励直流电动机的机械特性;直流电动机换向. 1.2 教学重点: 直流电机的励磁方式和空载磁场;他励直流电
动机的机械特性 1.3 教学难点: 直流电机的励磁方式和空载磁场;他励直流电动机的机械特性直流电动机的电力拖动 2.1 教学内容: 电力拖动系统的动力学基础;他励直流电动机的起动、制动和调速;串励及复励直流电动机的电力拖动. 2.2 教学重点: 电力拖动系统的动力学基础;他励直流电动机的起动、制动和调速; 2.3 教学难点: 他励直流电动机的起动、制动和调速; 变压器 3.1 教学内容: 变压器的用途、结构及额定数据;变压器的空载运行、空载等值电路;变压器的负载运行、负载等值电路;标么值;变压器参数测定;变压器电压调整率及效率;变压器联接组别;变压器并联运行;自耦变压器. 3.2 教学重点: 变压器的空载运行、空载等值电路;变压器的负载运行、负载等值电路;标么值;变压器电压调整率及效率;变压器联接组别;变压器并联运行. 3.3 教学难点: 变压器电压调整率及效率;变压器联接组别;标么值. 交流电机的绕组、电动势和磁通势 4.1 教学内容: 交流电机电枢绕组;交流电机电枢绕组磁场;交流电机电枢绕组电势. 4.2 教学重点: 交流电机电枢绕组磁场;交流电机电枢绕组电势. 4.3 教学难点: 交流电机电枢绕组磁场;交流电机电枢绕组电势. 异步电动机 5.1 教学内容: 三相异步电动机的结构及额定数据;三相异步电动机工作原理及转差率;三相异步电动机的电磁关系及等值电路;三相异步电动机的功率关系;三相异步电动机的机械特性;三相异步电动机的工作特性. 5.2 教学重点: 三相异步电动机工作原理及转差率;三相异步电动机的电磁关系及等值电路;三相异步电动机的功率关系;三相异步电动机的机械特性. 5.3 教学难点: 三相异步电动机工作原理及转差率;三相异步电动机的电磁关系及等值电路;三相异步电动机的功率关系;三相异步电动机的机械特性. 三相异步电动机的电力拖动 6.1 教学内容: 鼠笼式三相异步电动机的
电机与拖动基础试题及答案(简答题) 简答题 1．变压器铁心为什么要用涂有绝缘的薄硅钢片叠成？若在铁心磁回路中出现较大的间隙，对变压器有何影响？ 答：铁心中交变的磁通会在铁心中引起铁损耗，用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠成铁心，可以大大减少铁损耗。若在铁心磁回路中出现较大的间隙，则主磁通所经过的铁心磁回路的磁阻就比较大，产生同样的主磁通所需要的励磁磁动势和励磁电流就大大增加，即变压器的空载电流会大大增加。 2．画出单相变压器负载时的各种磁通及其产生的感应电动势的关系图。 答：变压器负载时各种磁通及其产生的感应电动势的关系如下图： 3．为什么变压器的空载损耗可以近似看成铁损耗？为什么短路损耗可以近似看成铜损耗？ 答：变压器铁损耗的大小决定于铁心中磁通密度的大小，铜损耗的大小决定决定于绕组中电流的大小。 变压器空载和短路时，输出功率都为零。输入功率全部变为变压器的损耗。即铜损耗与铁损耗之和。空载时，电源电压为额定值，铁心中磁通密度达到正常运行的数值，铁损耗也为正常运行时的数值。而此时二次绕组中的电流为零，没有铜损耗，一次绕组中电流仅为励磁电流，远小于正常运行的数值，它产生的铜损耗相对于这时的铁损耗可以忽略不计，因而空载损耗可近似看成为铁损耗。短路试验时，输入功率为短路损耗。此时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时铁损耗与铜损耗相比可忽略不计。因此短路损耗可近似看成铜损耗。 4．变压器的Rm、Xm各代表什么物理意义？磁路饱和与否对Rm、Xm有什么影响？为什么要求Xm大、Rm小？答：Rm：变压器的励磁电阻，它是反应变压器铁耗大小的等效电阻，不能用伏安法测量。Xm：变压器的励磁电抗，反应了主磁通对电路的电磁效应。Rm、Xm都随磁路饱和程度增加而下降。 Xm越大、Rm越小时，主磁通一定时，铁耗越小，所以希望Xm大、Rm小。为此变压器铁心材料都用导磁性能好（磁阻小）、铁损小、0.35mm厚冷轧硅钢片叠成。 5．根据电流互感器副边短路后的电磁关系，说明为什么不能开路。 答：开路后副边电流的去磁作用消失，原边电流全部用来励磁，使得铁心磁通过度饱和，畸变，铁心发热，原边副边感应出高电压，危险。 6．如果考虑变压器铁心饱和，变压器的励磁电流是什么波形？为什么？ 答：尖顶波。变压器电压为正弦波，这就要求磁通也应该是正弦波，才会使得电压和电势大约相等。即U≈E=4.44fNφ。当磁路饱和时，正弦波的励磁电流只能产生平顶波铁心的磁通，只有尖顶波的励磁电流才能产生正弦波铁心磁通。7．简述并励直流发电机自励建压的条件 答：1）必须有剩磁。否则要充磁。2）并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同。3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。4）转速不能太低，转速应该达到额定转速。 8．并励电动机起动时，为什么电枢回路中串联的电阻取较大的值？而励磁回路中串联的电阻取较小的值？ 答：直流电动机起动时，由于转速为0，Ea=0，电枢绕组的电阻很小。如电枢回路不串联电阻，全压起动时，起动电流I=U/Ra可达额定电流的几十倍，损坏电机。电枢回路中串联较大的电阻可使起动电流较低。起动过程中又要求有足够大的起动电磁转矩，T=CTΦIa，励磁回路电阻较小，励磁电流较大，磁通较大，将产生足够大的电磁转矩，电机很快转动起动，感应电势很快建立起来，使起动电流很快减小。 9．试分别画出他励直流电动机在改变电枢电压时和在转子回路中串电阻时的人为机械特性曲线。 答：改变电枢电压时的机械特性
1、变压器空载： 变压器空载运行仿真电路图 2、变压器负载： SN=10e3;U1N=380;U2N=220;r1=0.14;r2=0. 035;x1=0.22;x2=0.055;rm=30;xm=310;ZL= 4+j*3; I1N=SN/U1N; I2N=SN/U2N;k=U1N/U2N; Z1=r1+j*x1; rr2=k^2*r2;xx2=k^2*x2; ZZ2=rr2+j*xx2; ZZL=k^2*ZL; Zm=rm+j*xm; Zd=Z1+1/(1/Zm+1/(ZZ2+ZZL)); U1I=U1N; I1I=U1I/Zd; E1I=(U1I-I1I*Z1); I22I=E1I/(ZZ2+ZZL); I2I=k*I22I; U22I=I22I*ZZL; U2I=U22I/k; % 功率因数，功率和效率 % cospsi1输入侧功率因数， cospsi2负载功率因数， p1输入有功功率， p2输出有功功率 cospsi1=cos(angle(Zd)); cospsi2=cos(angle(Z1)); p1=abs(U1I)*abs(I1I)*cospsi1; p2=abs(U2I)*abs(I2I)*cospsi2; eat=p2/p1; % 损耗 % lml励磁电流， pfe铁损耗， pcu1原边铜损耗， pcu2副边铜损耗 ImI=E1I/Zm; pFe=abs(ImI)^2*rm; pcu1=abs(I1I)^2*r1; pcu2=abs(I2I)^2*r2; % 数据输出 disp('原边电流='),disp(abs(I1I)); disp('副边电流='),disp(abs(I2I)); disp('副边电压='),disp(abs(U2I)); disp('原边功率因数='),disp(cospsi1); disp('原边电流='),disp(p1); disp('副边功率因数='),disp(cospsi2); disp('副边功率='),disp(p2); disp('效率='),disp(eat); disp('励磁电流='),disp(abs(ImI)); disp('铁损耗='),disp(pFe); disp('原边铁损耗='),disp(pcu1); disp('副边铜损耗='),disp(pcu2); 3、他励直流电动机转矩特性： % 直流电机转矩特性分析 % 将该函数定义为dc_mo_tor(dc_motoe_torque) %.................................... ....... % 下面输入电机基本数据 Cm=10;Ra=1.8;k=.1;k1=.2; % 下面输入750r/min时的空载特性实验数据（Ifdata-是励磁电流，Eadata-是感应电动势） Ia=0:.01:15; %.................................... ...... % 计算他励电机外特性 Temt=Cm*k*Ia; plot(Ia,Temt,'r') xlabel('Ia[A]') ylabel('Tem[N*m]')
电机与控制课程标准 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
《电机与控制》课程标准 适用专业：汽车电子技术专业 开设时间：第三学期课时数：84 一、课程任务与性质 根据应用电子专业人才培养方案，《电机与控制》课程任务主要有以下7项。 1、变压器 2、常用低压电器； 3、直流电动机 4、三相异步电动机 5、电动机转速的调节； 6、典型电气控制环节； 7、典型机械设备电气控制系统分析； 《电机与控制》课程是机电一体化、电气自动化技术等专业的核心课程；它是将《电机学》、《电力拖动》和《电机控制》等课程有机结合而成的一门课程，是《机床电气控制》、《PLC、变频器及触摸屏综合技术应用》的前修课程，在整个专业培养目标中起着承前启后和桥梁的作用；是理论和实践性一体化的课程；在第三学期开设，约84课时。二、学习目标 （一）专业能力 1．知道变压器的基本结构及工作原理。 2．能使用电工工具拆装交、直流电机。 3．能够分析电动机常用的起动、制动、调速方法及工作特点。 4．认识低压电器的作用、结构、主要参数、使用方法，了解各种新型低压电器。 6．会读懂电力拖动基本控制线路，能够分析控制工作过程。 7．会应用常用电工工具对电机电气控制故障进行判断、分析、检查，并且能够使用正确方法将故障排除。 （二）方法能力
1．具有独立进行电气控制系统分析和评估的能力； 2．具有获取、分析、归纳、交流、使用信息和新技术的能力；3．具有自学能力、理解能力与表达能力及动手操作能力； 4．具有综合运用知识与技术从事程度较复杂的技术工作的能力；5．具有合理利用与支配资源的能力； 6．具备电气安全操作的能力。 （三）社会能力 1．具有良好的职业道德和敬业精神； 2．具有团队意识及妥善处理人际关系的能力； 3．具有沟通与交流能力； 4．具有计划组织能力和团队协作能力。 三、课程内容
实验一直流电动机 一.实验目的 1.掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。 2.掌握直流他励电动机的调速方法。 二.实验内容 1.工作特性和机械特性的测定 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、n=f(I a)及n=f(T2)。 2.调速特性的测定 (1)改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f(Ua)。 (2)改变励磁电流调速 保持U=U N，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(I f)。 三.实验原理及实验方法 （一）直流电动机的工作特性和机械特性的测定 1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 直流电动机的工作特性是指端电压为额定电压，电枢回路无外串电阻，励磁电流为额定励磁电流时，电动机的转速n、电磁转矩T EM效率η与输出功率之间的关系，即n、T2、n=f(I a)。 直流电动机的机械特性是指电动机的、电磁转矩T EM与电动机的转速n之间的关系，即n=f(T em)。 2.实验接线 图1-1 直流他励电动机实验接线图
3.实验方法 （1）直流电机起动 将电枢回路电阻R1调至最大，励磁回路电阻R f调至最小，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底，即使电动机轻载或空载起动。 （2）电动机转速方向 观察MEL-13上转速显示屏，看电动机是否正转。若电动机反转，应改变电枢电源电压的极性或改变励磁电源电压极性。 （3）工作特性曲线和机械特性曲线的测定 ①电动机的额定状态的调试 直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻R f和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=U N=220V，Ia=I N，n=n N=1600r/min，此时直流电机的励磁电流I f=I fN（额定励磁电流）。 ②工作特性曲线和机械特性曲线的测定 保持U=U N，I f=I fN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流I a、转速n和转矩T2，共取数据7-8组。 （二）直流电动机调速特性的测定 1.直流电动机调速原理是什么？调速方法有哪些？ 根据电动机的转速表达式n=(U-IR)/C eΦ，其中电枢电流I主要是由负载决定，因此只要改变该表达式中的参数U、R、Φ三个参数，就可以改变电动机的转速，相应就有三种调速方法：降低电源电压调速、电枢回路串电阻调速和弱磁调速。 2.实验方法 （1）降低电源电压调速 按上述方法起动直流电机后，将电阻R1调至零，并同时调节负载，电枢电压和磁场调节电阻R f，使电机的U=U N，I a=0.5I N，I f=I fN，记录此时的T2。 保持T2不变，I f=I fN不变，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压U a，R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压U a，转速n和电枢电流I a，共取7-8组数据。 （2）弱磁调速 直流电动机起动后，将电枢调节电阻和磁场调节电阻R f调至零，调节可调直流电源的输出为220V，调节“转矩设定”电位器，使电动机的U=U N，I a=0.5I N，记录此时的T2。 保持T2和U=U N不变，逐次增加磁场电阻R f阻值，直至n=1.3n N(或R f阻值最大)，每次测取电动机的n、I f和I a，共取7-8组数据。 四．实验要求
电机与拖动技术课程设 计报告 （2012—2013学年第一学期） 题目他励直流电动机的调速系统 系别电子与电气工程系 专业电气工程及其自动化 班级 学号 姓名 指导教师韩之刚 完成时间2013年12月26日 评定成绩
目录 摘要 (3) 1、设计的目的和意义 (3) 2、总体设计方案 (3) 2.1并励(他励)直流电动机的起动 (3) 2.2并励(他励)直流电动机的调速 (4) 2.3调速的性能指标 (6) 3.设计过程 (7) 3.1实验设备 (7) 3.2 设备屏上挂件排列顺序 (7) 3.3 设计原理图 (8) 3.4.调速步骤 (8) 4、设计心得 (12) 5．参考文献 (12)
摘要 随着工业的不断发展，电动机的需求会越来越大，电动机的应用越来越广泛，电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳作的模式。而电动机主要应用于工业生产的自动化操作中是电动机的主要应用之一，因此本课程设计课题将主要以在工业中电动机调速方法的应用过程可能用到的各种技术及实施方案为设计方向，为工业生产提供理论依据和实践指导。 关键词：直流电动机调速设计 1、设计的目的和意义 时间是验证真理的唯一标准。通过本次的课程设计更进一步的掌握和了解电动机的调速方法。这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，使我们学会独立思考，是我们在实践中掌握相关知识，能够培养我们的职业技能，课程设计是以任务引领，以工作过程为导向，以活动为载体，给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练、便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高了我们的动手能力。 2、总体设计方案 2.1并励(他励)直流电动机的起动 直流电动机接通电源以后，电动机的转速从零达到稳态转速的过程称为起动过程。对于电动机来讲，我们总希望它的起动转矩大，起动电流小，起动设备简单、经济、可靠。