第二章电机与拖动

第二章直流电动机的电力拖动答：由电动机作为原动机来拖动生产机械的系统为电力拖动系统。

一般由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备及电源几部分组成。

电力拖动系统到处可见，例如金属切削机床、桥式起动机、电气机车、通风机、洗衣机、电风扇等。

答：电动机的理想空载转速是指电枢电流I a=0时的转速，即。

实际上若I a=0，电动机的电磁转矩T em=0，这时电动机根本转不起来，因为即使电动机轴上不带任何负载,电机本身也存在一定的机械摩擦等阻力转矩（空载转矩）。

要使电动机本身转动起来，必须提供一定的电枢电流I a0（称为空载电流），以产生一定的电磁转矩来克服这些机械摩擦等阻力转矩。

由于电动机本身的空载摩擦阻力转矩很小，克服它所需要的电枢电流I a0及电磁转矩T0很小，此所对应的转速略低于理想空载转速，这就是实际空载转速。

实际空载转速为简单地说，I a=0是理想空载，对应的转速n0称为理想空载转速；是I a= I a0实际空载，对应的转速n0’的称为实际空载转速，实际空载转速略低于理想空载转速。

答：固有机械特性与额定负载转矩特性的交点为额定工作点，额定工作点对应的转矩为额定转矩，对应的转速为额定转速。

理想空载转速与额定转速之差称为额定转速降，即：答：电力拖动系统稳定运行的条件有两个，一是电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点；二是在交点（T em =T L）处，满足，或者说，在交点以上（转速增加时）,T em<T L，而在交点以下（转速减小时）,T em>T L。

一般来说，若电动机的机械特性是向下倾斜的，则系统便能稳定运行，这是因为大多数负载转矩都随转速的升高而增大或者保持不变。

答：只有（b）不稳定，其他都是稳定的。

答：他励直流电动机稳定运行时，电枢电流：可见，电枢电流I a与设计参数U、C eΦ、R a有关，当这些设计参数一定时，电枢电流的大小取决于电动机拖动的负载大小，轻载时n高、I a小，重载时n低、I a大，额定运行时n=n N、I a=I N。

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、棱次定律表明垂直穿过线圈的变化磁通，会在线圈中产生电动势。

（√）3、棱次定律表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、棱次定律表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。

第二章直流电机2.1直流电机的基本工作原理及结构一、基本工作原理（一）直流电机的构成（1）定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；（2）转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴（3）气隙**注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。

1.直流发电机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流发电机；（1）原理：导体切割磁力线产生感应电动势（2）特点：e=BLV；a、电枢绕组中电动势是交流电动势b、由于换向器的整流作用，电刷间输出电动势为直流（脉振）电动势c、电枢电动势——原动势；电磁转矩——阻转矩（与T、n反向）2.直流电动机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流电动机；（1）原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来（2）特点：f=BiLa、外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈b、电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向，从而使电磁转矩的方向不变。

c、电枢电动势——反电势（与I反向）；电磁转矩——驱动转矩（与n同向）**说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。

3、脉动的减小——电枢绕组由许多线圈串联组成（二）直流电机的基本结构1、主磁极——建立主磁场（N、S交替排列）a、主极铁心——磁路，由1.0~1.5mm厚钢板构成b、励磁绕组——电路、由电磁线绕制2、机座——磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚3.电枢铁心——磁路，0.5mm厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽）4.电枢绕组——电路。

电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路）换向器——换向片间相互绝缘（用云母或塑料）电刷装置a、电刷——石墨或金属石墨b、刷握、刷杆、连线（铜丝辨）5.换向极——改善换向，由铁心、绕组构成（放置于主极之间或绕组与电枢绕组串联）（三）励磁方式1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式；2.分类：以直流发电机为例分为：他励式和自励式（包括并励式、串励式和复励式）他励：激磁电流较稳定；并励：激磁电流随电枢端电压而变；串励：激磁电流随负载而变，由于激磁电流大，激磁绕组的匝数少而导线截面积较大；复励：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。

电机与拖动上节课第五节直流发电机的基本方程fI FIG−+UaI aa b a a a R I U U R I U E +≈Δ++=2fa I I I +=2、电压方程——并励式f f fU I R =第六节直流电动机的基本方程1、电压方程——他励式•电枢回路：•励磁回路：一、直流电动机的基本方程aI I =2a a a b a a aU E I R U E I R =++Δ≈+第六节直流电动机的基本方程一、直流电动机的基本方程2、电压方程——并励式•电枢回路：a fI I I =+fI FIG−+UaI 2a a a b a a aU E I R U E I R =++Δ≈+•注意：与直流发电机对比，电枢电流方向相反！2T emT 一、直流电动机的基本方程3、转矩方程•直流电动机轴上的转矩：-机械负载转矩-电磁转矩-机械摩擦等引起的空载转矩0T a E −+M −+U aI emT 0T 2T nfI −+fU 第六节直流电动机的基本方程20em T T T =+注意：电动机情况下，电磁转矩是一个驱动转矩！第六节直流电动机的基本方程一、直流电动机的基本方程4、功率方程电磁功率：PIE T =Ω=一、直流电动机的基本方程•从线路输入的总电功率1P 机械摩擦损耗P Ω铁损耗Fe P 附加损耗P•空载损耗0P 第六节直流电动机的基本方程1UIP =fCu p cuap e e T P =⋅Ωp ΩFe p p ++2P 4、功率方程--------------------1e cuf cua P P P P =++02e P P P =+e em P =T Ω一、直流电动机的基本方程1P UI=第六节直流电动机的基本方程4、功率方程22P =T ΩN a ae e U R n I C C =−ΦΦa a aU E I R =+第六节直流电动机的基本方程二、直流电动机运行特性1、转速特性•当U =U N 、I f =I fN 时的：)(a I f n =aI 0nn •表达式：aT em I C T Φ=a e E C n =Φ第六节直流电动机的基本方程二、直流电动机运行特性()em a T f I =aI 02T 0T emT 2、转矩特性•表达式：aN T em I C T Φ=•当U =U N 、I f =I fN 时的：第六节直流电动机的基本方程3、机械特性()em n f T =N a a e e U R n I C C =−ΦΦaN T em I C T Φ=2a a em e e T U R n T C C C =−ΦΦ二、直流电动机运行特性n 0em T 机械特性为线性•表达式：•当U =U N 、I f =I fN 时的：第六节直流电动机的基本方程z转速公式三、直流电动机速度的调节方法z 调速方法N a a e e U R n I C C =−ΦΦ-可变参数U ，R a ，Φ•改变电枢两端电压•改变电枢回路电阻•改变励磁•调速方法第六节直流电动机的基本方程1、改变端电压调速•端电压变化时：-一组平行线-斜率相同-截距不同四、并励直流电动机的速度特性N a a e e U R n I C C =−ΦΦ第六节直流电动机的基本方程2、改变电枢回路电阻•接入电阻时：-一组相交线-斜率增大-截距不变N a a ee U R n I C C =−ΦΦ四、并励直流电动机的速度特性N a a e e U R n I C C=−ΦΦ第六节直流电动机的基本方程3、改变励磁•励磁变化时：-斜率不同-截距不同1221n n φφ≈四、并励直流电动机的速度特性N a a e e U R n I C C =−ΦΦ第六节直流电动机的基本方程4、运行特点•注意：-励磁回路不能断！-否则飞车，或者烧坏电机四、并励直流电动机的速度特性0N e U n C =Φa f f f I k I k ==Φ第六节直流电动机的基本方程e f f a a e f N e a a e N C k R R I C k U C I R C U n +−=Φ−Φ=2a T f a T em I C k I C T =Φ=2U 0em T n 1U 20T T +五、串励直流电动机的速度特性•特点：（1）T ≠0, 不能空载运行！（2）自适应特性，T ↑则n ↓T ↓则n ↑六、直流电机基本方程总结第六节直流电动机的基本方程em em a aP T E I =Ω=1、不论是发电机还是电动机，电磁功率均满足：2、电压平衡方程式ba a a U R I U E Δ±±=2z发电机：发电机：“+”电动机：“-”U E a >U E a <可以据此判断电机运行的状态3、电压与电势z 电动机：思考问题：1、直流电动机中电压和电势谁的数值大？2、直流电动机有哪些调速方法？。

电机与拖动刘锦波第2章习题解答第2章习题解答思考题2.1 直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流还是直流？若是交流，其交变频率是多少？答：直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流，⽽电刷外部为直流。

电刷与换向器组合实现了外部直流与内部交流的转换（或换流）。

内部电枢绕组所感应电势或电流的频率为：Hz n p f 60=，即内部电流的⽅向每转交变p 次（p 为电机的极对数）。

2.2 为什么直流电动机必须采⽤电刷和换向器把外加直流电源转变交流然后再给电枢绕组供电，⽽不是直接采⽤直流电源供电？答：对于直流电动机，若不采⽤电刷或换向器将直流转换为内部交流，⽽是直接采⽤直流供电，则当电枢绕组的某⼀导体边转⾄极下时，假定电流为流⼊的，电磁转矩沿顺时针⽅向。

则当该导体边转⾄极下时，电流仍为流⼊的，则所产⽣的电磁转矩必为逆时针⽅向。

这样，在⼀个周期内，电机的转⼦（或电枢）不可能产⽣有效的电磁转矩。

故此，必须采⽤机械式换流器完成直流到交流的转换。

N S 2.3 直流电机铭牌上所给出的额定功率是指输出功率还是输⼊功率？是电功率还是机械功率？答：电机铭牌上的额定功率均指输出功率。

对于电动机，其额定功率是指机械输出功率；对于发电机，其额定功率是指电枢绕组的输出电功率。

2.4 为什么说直流电机的绕组是闭合绕组？答：直流电机的线圈之间是通过换向⽚依次相联的，每⼀个换向⽚均与不同线圈的两个导体边相连，由此构成的电枢绕组⾃然是闭合绕组。

2.5 如果将传统永磁直流电动机的定⼦和转⼦颠倒，即定⼦侧为电枢绕组⽽转⼦采⽤永久磁钢产⽣励磁，试分析这样⼀台反装式直流电动机其电刷应该是静⽌还是旋转的？说明理由。

答：传统永磁直流电动机的磁极位于定⼦,⽽电枢绕组位于转⼦，其换向器随电枢绕组⼀同旋转，⽽电刷则固定在定⼦侧，只有这样才能产⽣有效的电磁转矩。

换句话说，直流电机的电刷必须相对主极是静⽌不动的，才能产⽣有效的电磁转矩。

因此，当传统直流电动机反装，亦即电枢绕组位于定⼦，⽽主极位于转⼦时，其电刷应随主极⼀同旋转。

电机拖动应用技术第2章知识点回顾总结《电机拖动应用技术第2章知识点回顾总结》整体感受：回顾电机拖动应用技术第2章的知识点，感觉就像是在拼图，每个小知识点就像一块拼图碎片，刚学的时候碎片很零散，现在回顾开始渐渐拼出一个大概的图形来了。

这一章节的知识虽然有一定的难度，但是如果理解了其中的一些关键概念，就像是找到了拼图的角块，其他部分就更好拼凑了。

具体收获：一是电机的基本构造部分。

这就好比是了解一个人的身体结构一样。

电动机有定子和转子这两大核心部分，定子就像是房子的框架，固定不动，它主要包含了定子铁心和定子绕组。

记得当时学到定子绕组产生旋转磁场的时候，突然觉得很神奇，原来电流在绕组里一转悠就能产生让转子转动的磁场。

转子就是在这个磁场的带动下旋转起来，就像屋子里的风扇扇叶被电机这个整体推着转一样。

还有电磁转矩的概念，这个概念刚开始理解起来有点绕。

电磁转矩就像一股神秘的力量，控制着电机的转动。

它取决于很多因素，像磁场强度、转子电流等。

比如说在实际生活中，如果家里风扇的电机电磁转矩不够，那风扇就转不快。

电机的基本工作原理是本章节特别核心的部分。

通过磁场和电流之间的相互作用来让电机转起来。

就如同两只手相互拉拽，一个是磁场的无形的“手”，另一个是电流的“手”，两者协同起来电机才能顺利的完成转动这个动作。

重要发现：我有个重要的发现，那就是在电机中，所有的因素之间都是相互关联的。

改变任何一个小的参数，像定子绕组的匝数或者电流的大小，都可能对电机整个的运行状态产生很大的影响。

就好像是机械的齿轮链条系统，一个小齿轮稍微有点故障，可能整个链条的传动都会受到阻碍。

反思：学习的时候有些地方过于追求理论理解，缺乏实际操作的想象力。

比如说在学习电机的性能曲线的时候，只注重记忆曲线的形状，却没有好好思考这个曲线在实际的电机选型或者故障判断中有什么用。

现在想想有点后悔，如果多从实际应用角度去学习这个知识点，可能理解会更深刻。

启示：通过这章的回顾总结，我明白了一个道理，学习像电机拖动这样比较复杂的知识的时候，不能只看一个个孤立的知识点，要从整体上去把握。