电机学(刘颖慧)课件第3章直流电动机的电力拖动基础[48页]
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电机学课件第2章直流电机电力拖动课件
调速控制电路
采用可控整流器、直流斩波器等电路实现直流电 机调速控制。
直流电机启动控制
启动方式
通过软启动、星三角启动等方式实现直流电机的平稳启动。
启动电流
启动过程中电流较大，会对电网造成冲击。
启动控制电路
采用电阻限流、电抗限流等方式实现直流电机启动控制。
直流电机制动控制
1 2
制动方式
通过能耗制动、反接制动等方式实现直流电机的 制动。
根据调速方式分类
可分为有级调速和无级调 速直流电机电力拖动系统。
直流电机电力拖动系统的特点
调速性能好
直流电机可以通过改变 输入电压或电流实现平 滑调速，具有良好的线
性调速性能。
启动转矩大
直流电机启动时能够提 供较大的转矩，适用于 需要重载启动的场合。
控制精度高
直流电机电力拖动系统 可以通过控制器实现精 确的速度和位置控制。
直流电机的工作原理
当直流电源通过电刷和换向器加在电枢绕组上时，电流在电枢绕组中产生磁场。 磁场与主磁极相互作用，产生转矩，使转子旋转。
随着转子的旋转，电枢绕组中的电流方向不断改变，以保持磁场与电流方向的同步。
直流电机的励磁方式
他励直流电机
励磁绕组与电枢绕组独立，励磁 电流由外部电源提供。
自励直流电机
负载变化对温升的影响
当负载增加时，直流电机的温升也会相应增加。因此，需要合理选 择电机容量和散热方式，以避免过热。
04
直流电机电力拖动系
通过改变电枢电流、电枢电压、励磁电流等参数， 实现直流电机的调速。
调速性能
调速平滑、范围宽、效率高，但调速过程中会产 生较大的转矩波动。
生产效率。
在电力、水利、化工等产业中， 直流电机用于泵、风机等设备的
采用可控整流器、直流斩波器等电路实现直流电 机调速控制。
直流电机启动控制
启动方式
通过软启动、星三角启动等方式实现直流电机的平稳启动。
启动电流
启动过程中电流较大，会对电网造成冲击。
启动控制电路
采用电阻限流、电抗限流等方式实现直流电机启动控制。
直流电机制动控制
1 2
制动方式
通过能耗制动、反接制动等方式实现直流电机的 制动。
根据调速方式分类
可分为有级调速和无级调 速直流电机电力拖动系统。
直流电机电力拖动系统的特点
调速性能好
直流电机可以通过改变 输入电压或电流实现平 滑调速，具有良好的线
性调速性能。
启动转矩大
直流电机启动时能够提 供较大的转矩，适用于 需要重载启动的场合。
控制精度高
直流电机电力拖动系统 可以通过控制器实现精 确的速度和位置控制。
直流电机的工作原理
当直流电源通过电刷和换向器加在电枢绕组上时，电流在电枢绕组中产生磁场。 磁场与主磁极相互作用，产生转矩，使转子旋转。
随着转子的旋转，电枢绕组中的电流方向不断改变，以保持磁场与电流方向的同步。
直流电机的励磁方式
他励直流电机
励磁绕组与电枢绕组独立，励磁 电流由外部电源提供。
自励直流电机
负载变化对温升的影响
当负载增加时，直流电机的温升也会相应增加。因此，需要合理选 择电机容量和散热方式，以避免过热。
04
直流电机电力拖动系
通过改变电枢电流、电枢电压、励磁电流等参数， 实现直流电机的调速。
调速性能
调速平滑、范围宽、效率高，但调速过程中会产 生较大的转矩波动。
生产效率。
在电力、水利、化工等产业中， 直流电机用于泵、风机等设备的
电机学学习课件教学课件PPT直流电动机
Electrical Machinery
一、基本方程式
（1）电流方程 （2）电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路： U Ea Ia (Ra R )
励磁回路：
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
（1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
（2）机械特性的确定。特殊点（n0，0），（nN，TN)
（3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
n
可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线， 计及饱和， 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
Electrical Machinery
电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点： （1）理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同；
一、基本方程式
（1）电流方程 （2）电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路： U Ea Ia (Ra R )
励磁回路：
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
（1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
（2）机械特性的确定。特殊点（n0，0），（nN，TN)
（3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
n
可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线， 计及饱和， 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
Electrical Machinery
电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点： （1）理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同；
电机学第3章第1学期直流电机PPT课件
结构较复杂
直流电机
成本较高 可靠性稍差
使它的应用受到 限制
5
3.1 直流电机的工作原理及结构
1. 直流电动机的工作原理
电刷
＋ U －
N
S 换向片
N
＋
U
－
S
线圈边切割磁感线会产生什么？
6
直流电机模型
磁极
产生旋转
支柱
半环形 金属环
7
直流电机模型
转轴
换向片
电刷
8
直流电机模型
转向 电流方向 换向片
线圈 磁极
③ 换向器 ④ 转轴与风扇
(a) 转子主体 直流电机的转子
19
(b) 电枢铁心冲片
20
21
电枢铁心
作用：1、主磁路的一部分； 2、电枢绕组的支撑部件。
构成：一般用厚0.5㎜且冲有齿、槽的DR530 或DR510的硅钢片叠压夹紧而成。
电枢绕组
作用：直流电机的电路部分。
构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下 层以及线圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用
电枢绕组的连接规律是通过绕组的节距来表征的。
（1）第一节距y1
一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的虚槽数，称 为第一节距，用y1表示。
常采用短距绕组，可节省用铜。
y1
y1
Zi 2p
=整数
y1
整距绕组 短距绕组 长距绕组
+ Ia
If +
+ I Ia If
他 Ua
M
Uf
U
M
并
励－
－
－
励
+I
串U
励－
Ia
M
电机学精品课件第3章
作用：一是导磁，二是作机械支撑。 电刷装置 电刷装置是将直流电流引入或引出的装置，如图3.7所示。 电刷组的数目可以用电刷杆数表示，电刷杆数与电机的主 磁极数相等。
图3.7 电刷装置
直流电机的结构
电枢铁心 电枢铁心有两方面作用：一是作为主磁路的 一部分，二是用于嵌放电枢绕组。 电枢绕组 电枢绕组由许多线圈按一定规律排列和连接 而成，是产生感应电动势和电磁转矩以实现机电能量转 换的关键部件。线圈用绝缘圆形线或扁铜线绕制而成， 也称为元件。电枢线圈嵌放在电枢铁心的槽中，每个元 件有两个出线端。所有元件按一定规律连接，就构成电 枢绕组。
第二步，放置主磁极。让每个磁极的宽度大约等于0.7 ，4
个磁极均匀放置在电枢槽之上，并标上N、S极性。假定N 极的磁力线进入纸面，S极的磁力线从纸面穿出。
绕组展开图
第三步，将1号元件的上层边放在1号槽（实线）并与1
号换向片相联，其下层边放在第5号槽（ 1 y1 5 ）的下
层（虚线）；因 y yc 1 ，所以1号元件的末端应连接
图3.5 直流电机的主磁极 1—主极铁心 2—励磁绕组
直流电机的结构
换向极 功率在1kW以上的直流电机，通常要在相邻两主磁极之 间装设换向极，又称附加极或间极，其作用是改善换向。 换向极也由铁心和绕组构成，如图3.6所示。铁心一般 用整块钢或薄钢板加工而成，换向极绕组与电枢绕组串 联。
图3.6 直流电机的换向极
导体受力的方向用左手定则确定。在图3.3所示瞬间，导体 ab的受力方向是从右向左，导体cd的受力方向是从左向右， 都产生逆时针方向的转矩，使电枢沿逆时针方向转动。当电 枢转过180o后，导体cd在N极下，导体ab在S极下，直流电 源供给的电流方向不变，但线圈内电流方向发生了变化，导 体cd受力方向变为从右向左，导体ab受力方向变为从左向右， 产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向，使线圈继续沿逆时 针方向旋转。因此，由于换向器的作用，直流电流交替地由 导体ab和cd流入，使处于N极下的线圈边中电流的方向总是 由电刷A流入，而处于S极下的线圈边中电流的方向总是从电 刷B流出，从而产生方向不变的转矩，使电动机连续旋转， 这就是直流电动机的工作原理。
图3.7 电刷装置
直流电机的结构
电枢铁心 电枢铁心有两方面作用：一是作为主磁路的 一部分，二是用于嵌放电枢绕组。 电枢绕组 电枢绕组由许多线圈按一定规律排列和连接 而成，是产生感应电动势和电磁转矩以实现机电能量转 换的关键部件。线圈用绝缘圆形线或扁铜线绕制而成， 也称为元件。电枢线圈嵌放在电枢铁心的槽中，每个元 件有两个出线端。所有元件按一定规律连接，就构成电 枢绕组。
第二步，放置主磁极。让每个磁极的宽度大约等于0.7 ，4
个磁极均匀放置在电枢槽之上，并标上N、S极性。假定N 极的磁力线进入纸面，S极的磁力线从纸面穿出。
绕组展开图
第三步，将1号元件的上层边放在1号槽（实线）并与1
号换向片相联，其下层边放在第5号槽（ 1 y1 5 ）的下
层（虚线）；因 y yc 1 ，所以1号元件的末端应连接
图3.5 直流电机的主磁极 1—主极铁心 2—励磁绕组
直流电机的结构
换向极 功率在1kW以上的直流电机，通常要在相邻两主磁极之 间装设换向极，又称附加极或间极，其作用是改善换向。 换向极也由铁心和绕组构成，如图3.6所示。铁心一般 用整块钢或薄钢板加工而成，换向极绕组与电枢绕组串 联。
图3.6 直流电机的换向极
导体受力的方向用左手定则确定。在图3.3所示瞬间，导体 ab的受力方向是从右向左，导体cd的受力方向是从左向右， 都产生逆时针方向的转矩，使电枢沿逆时针方向转动。当电 枢转过180o后，导体cd在N极下，导体ab在S极下，直流电 源供给的电流方向不变，但线圈内电流方向发生了变化，导 体cd受力方向变为从右向左，导体ab受力方向变为从左向右， 产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向，使线圈继续沿逆时 针方向旋转。因此，由于换向器的作用，直流电流交替地由 导体ab和cd流入，使处于N极下的线圈边中电流的方向总是 由电刷A流入，而处于S极下的线圈边中电流的方向总是从电 刷B流出，从而产生方向不变的转矩，使电动机连续旋转， 这就是直流电动机的工作原理。
电机学第三章课件
Exit
第35页
电机学
各变压器的输出功率分配关系为：
SⅠ n S 1 Z ki i 1 1 Z kⅡ S SⅡ n 1 Z ki i 1 1 Z kn Sn n S 1 Z ki i 1 1 Z kⅠ
1 总的负载电流为： I 2 U 1 k U 2 i 1 Z ki
n
Exit
第34页
电机学
各变压器的负载电流分配关系为：
I2 n 1 Z ki i 1 1 Z kⅡ I I 2Ⅱ 2 n 1 Z ki i 1 1 Z kn I2 I 2n n 1 Z ki i 1 I Ⅰ 2 1 Z kⅠ
特点：各相电流的三次谐波分量是同相位的！
Exit
第18页
电机学
饱和时正弦磁通必须由尖顶的励磁电流产生
第19页
Exit
电机学
由于三次谐波电流在时间上是同相位的，它们能否 流通取决于三相绕组的连接方法。 一次侧YN连接：三次谐波电流可以通过N线流通， 不论二次侧如何连接，各相磁化电流均为尖顶波， 铁芯中的磁通为正弦波，二次侧各相电动势也为正 弦波。 一次侧Y连接：三次谐波电流不能流通，铁芯中 的磁通波形和二次侧各相电动势波形与变压器的构 造及二次侧的连接有关。
电机学exit第一节三相变压器的磁路第二节三相变压器的连接组第三节三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电势波形的影响第四节变压器的并联运行电机学exit第一节三相变压器的磁路一各相磁路彼此独立用三个单相变压器构成三相变压器组
电机学
第三章 三相变压器及运行
• 第一节 三相变压器的磁路 • 第二节 三相变压器的连接组
第35页
电机学
各变压器的输出功率分配关系为：
SⅠ n S 1 Z ki i 1 1 Z kⅡ S SⅡ n 1 Z ki i 1 1 Z kn Sn n S 1 Z ki i 1 1 Z kⅠ
1 总的负载电流为： I 2 U 1 k U 2 i 1 Z ki
n
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第34页
电机学
各变压器的负载电流分配关系为：
I2 n 1 Z ki i 1 1 Z kⅡ I I 2Ⅱ 2 n 1 Z ki i 1 1 Z kn I2 I 2n n 1 Z ki i 1 I Ⅰ 2 1 Z kⅠ
特点：各相电流的三次谐波分量是同相位的！
Exit
第18页
电机学
饱和时正弦磁通必须由尖顶的励磁电流产生
第19页
Exit
电机学
由于三次谐波电流在时间上是同相位的，它们能否 流通取决于三相绕组的连接方法。 一次侧YN连接：三次谐波电流可以通过N线流通， 不论二次侧如何连接，各相磁化电流均为尖顶波， 铁芯中的磁通为正弦波，二次侧各相电动势也为正 弦波。 一次侧Y连接：三次谐波电流不能流通，铁芯中 的磁通波形和二次侧各相电动势波形与变压器的构 造及二次侧的连接有关。
电机学exit第一节三相变压器的磁路第二节三相变压器的连接组第三节三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电势波形的影响第四节变压器的并联运行电机学exit第一节三相变压器的磁路一各相磁路彼此独立用三个单相变压器构成三相变压器组
电机学
第三章 三相变压器及运行
• 第一节 三相变压器的磁路 • 第二节 三相变压器的连接组
【电机与拖动】刘玫3PPT课件
TLL
TL c
TL
TL
c L
TL
j L c
2）电动机工作在发电制动状态， 此时由工作机构带动电 动机，功率传送方向由工作机构和向电动机传送。因而传动损 耗由工作机构承担，根据功率不变原则，应有
TLL TLc
TL
TL jL
c
对于系统有多级齿轮或皮带轮变速的情况，设已知各级速比 为j1，j2，…，jn，则总的速比为各级速比之积，即
的关系为
2π n
60
J与GD2 的关系为
J mr 2 GD 2 4g
式中 g —— 重力加速度，可取g = 9.81m/s2。
电力拖动运动方程的实用形式为
GD 2 dn Te TL 375 dt
式中 375 = 4g × 60／2π，是具有加速度量纲的系数。
2. 运动方程中方向的约定 式中的Te、TL 和n都是有方向的，它们的实际方向可 以根据图b给出的参考正方向，用正、负号来表示。这里 规定n及Te的参考方向为对观察者而言逆时针为正，反之 为负；TL的参考方向为顺时针为正，反之为负。这样规定 参考正方向恰好符中负载转矩TL前有一个负号的表达关系。
n
j j1 j2 ... jn ji i 1
在多级传动时，如果已知各级的传递效率为： c1， c2，…， cn，则总效率 c 应为各级效率之积，即
n
c ci i 1
2．转动惯量和飞轮矩的折算 将图中 两轴系统中的电动机转动惯量 Je 和生产机械的负载 转动惯量JL，折算到电动机轴的等效系统的转动惯量J，其等效原 则是：折算前后系统的动能不变，即有
由式可得
TL
TL
L
TL jL
式中 jL —— 电动机轴与工作机械轴间的转速比
机电传动第三章直流电机PPT课件
流）。
注意：各部件的作用。
.
21
结构 细说
转轴
风叶 磁极 电刷 换向器
换向片
电枢转子
换向器
压紧环.
电枢绕组
绕组端部
22
• 静止部分（称为定子）
– 产生磁场和构成磁路 ,电机机械支撑
• 旋转部分（称为转子）
– 感应电势和产生电磁转矩，实现能量的转换
• 定子和转子之间间隙 （称为空气隙）
– 气隙既保证了电机的安全运行，又是磁路的重 要组成部分
运行，以防转速过高。 (2) 随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属
软机械特性。
n
T
.
45
2、人为机械特性
• 人为机械特性是指人为改变（3·13）中的 相关参数得到的机械特性。人为改变电机 的机械特性是为了满足启动、停止、调速 等使用要求。
• 在（3·13）中可改变的有电压U、励磁φ和 电阻R。
产生电磁转矩，称为主磁通 0，
.
28
2、漏磁通：仅交链励磁绕组本身，不进入 电枢铁心，不和电枢绕组相交链，不能 在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转
矩，称为漏磁通 σ .
.
29
.
30
空载时每极主磁通为：
.
31
3、电枢反应：电枢磁动势对主极气隙磁场的影响称为 电枢反应。 而电枢反应的性质又根据其反应方向的不同，分为交轴 电枢反应和直轴电枢反应，
（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。
（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具
.
9
§3.2 工作 原理
一、 工作原理
电刷
+
U
N I
I
–
电机学PPT课件-直流电动机
3
机电一体化设计
结合机械、电子、信息等多学科知识，进行直流 电动机的优化设计，实现高效、紧凑、可靠的设 计目标。
THANKS
感谢观看
电动车与新能源汽车
随着电动车和新能源汽车的普及，直流电动机作为动力源将得到 更广泛的应用。
智能家居与家电
直流电动机在智能家居和家电领域的应用将不断拓展，如智能吸 尘器、电动窗帘等。
直流电动机的创新研究
1 2
新材料与新工艺
研究新型材料和制造工艺，提高直流电动机的性 能和可靠性。
控制策略优化
研究先进的控制算法和策略，提高直流电动机的 响应速度和稳定性。
电机学ppt课件-直 流电动机
目录
• 直流电动机简介 • 直流电动机的特性 • 直流电动机的控制 • 直流电动机的常见故障与维护 • 直流电动机的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
直流电动机简介
直流电动机的基本结构
定子
固定部分，包括主磁极和换向器。
转子
旋转部分，由导电的电枢绕组和铁芯组成。
换向器
大。
转矩与磁通关系
02
在一定范围内，转矩与磁通成正比。但当磁通增加到一定程度
时，转矩增加趋缓。
转矩与转速关系
03
在一定转速范围内，转矩与转速成反比。转速越高，转矩越小
。
直流电动机的机械特性
机械特性方程
直流电动机的机械特性方 程表示了电动机的转速、 转矩和电源电压之间的关 系。
固有机械特性
固有机械特性是指在一定 励磁电流和电枢电压下的 机械特性。
当电机发生缺相故障时，自动切断电源，防 止电机因缺相而损坏。
04
CATALOGUE
【培训课件】电机学课件--直流电动机的电力拖动
起动过程：电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。 起动转矩Tst：电动机起动瞬间的电磁转矩。 起动电流Ist：起动瞬间的电枢电流。
一、一般直流电机不允许直接起动 从公式可以看出直接起动电流很大，能够到达10-20倍的额定电流。这将引起
严重的后果。应设法限制电枢电流的不超过额定电流的1.5~2倍。
理想的通风 机特性
实际通风 机特性
TL0
TL
实际生产机械的负载转矩特 性可能是以上几种典型特性的综 合。
§2
§1 机械特性的表达式 §2 固有机械特性和人为机械特性 §3 机械特性的求取 §4 电力拖动系统稳定运行条件
§1 机械特性的表达式
机械特性：电动机处于稳定运行状态时，电动机的电磁转矩Tem 与转速n的关系曲线称为电动机的机械特性。 〔 Tem与n 都是机械量〕
电力拖动系统的组成：电源、控制设备、电动机、传动和工作机构。
一、运动方程式
1、单轴系统
U
M
Tem
TL
J
d dt
Tem n
TL
2、实用表达式
通常将转动惯量J用飞轮矩GD2来表示，它们之间 的关系为J=mp
式中 m与G－转动局部的质量与重量； p与D－惯性半径与直径〔m〕； g=9.81m/s2 －重力加速度；
制动的方式有三种：能耗制动、反接制动、回馈制动。
§4.1 能耗制动
1、实现能耗制动的方法
将电枢从电源上断开，通
过制动电阻RB闭合。电枢电流
Ia变为由Ea产生，与原来方向
相反，电磁转矩 随之反向，
Tem与n反向，进入制动状态， 制动过程中，电动机靠系统的
Ia
动能发电，消耗在电枢回路的
电机学课件1-3章
–
– –
–
磁导率，决定于介质性质，H／m。变化范围很 大。 真空磁导率μ0=4π×10-7H／m 非铁磁物质如空气、铜、铝和绝缘材料等，近似等 于真空磁导率 铁磁物质如铁、镍、铝及其合金，磁导率远大于真 空磁导率达数千甚至上万倍。通常以相对磁导率μγ 表示铁磁物质的磁导率比真空磁导率增大的倍数
在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线圈的 磁通大得多
安培环路定律(全电流定律)
∫ Hdl = ∑ I
l k =1
n
k
磁场强度矢量H沿任一闭合路径的线积分等于穿过该 闭合路径的限定面积中流过电流的代数和。且积分回 路的绕行方向和产生该磁场的电流方向符合右手螺旋 定则
U = Hdl 磁压—— l 沿着磁场中任一闭台回路 其总磁压等于总磁势
∫
∑U = ∑ I
返回
绝缘套管
绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过 变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联 接，在外面的一端与外线路联接。 在瓷套和导电杆间留有一道充油层——充油套管 当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着导电 杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简上贴附有 一层铝箔，则沿着套管的径向距离，绝缘层和铝 箔层构成串联电容器，使资套与导电杆间的电场 分布均匀 套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。
2．电机的近代发展及趋势
单机容量不断增加——机组容量大时，单位容量的用料 （省）、损耗（小）、造价（低） 如汽轮发电机：
1900 1920 1937空气冷却 氢气冷却 5MVA 25MVA 100MVA 150MVA 1956水内冷 1960 目前 208MVA 320MVA >1000MVA
中小型电机技术与经济指标不断改进 新的设计方法（CAD）、工艺、材料、测试手段 应用范围扩大
– –
–
磁导率，决定于介质性质，H／m。变化范围很 大。 真空磁导率μ0=4π×10-7H／m 非铁磁物质如空气、铜、铝和绝缘材料等，近似等 于真空磁导率 铁磁物质如铁、镍、铝及其合金，磁导率远大于真 空磁导率达数千甚至上万倍。通常以相对磁导率μγ 表示铁磁物质的磁导率比真空磁导率增大的倍数
在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线圈的 磁通大得多
安培环路定律(全电流定律)
∫ Hdl = ∑ I
l k =1
n
k
磁场强度矢量H沿任一闭合路径的线积分等于穿过该 闭合路径的限定面积中流过电流的代数和。且积分回 路的绕行方向和产生该磁场的电流方向符合右手螺旋 定则
U = Hdl 磁压—— l 沿着磁场中任一闭台回路 其总磁压等于总磁势
∫
∑U = ∑ I
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绝缘套管
绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过 变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联 接，在外面的一端与外线路联接。 在瓷套和导电杆间留有一道充油层——充油套管 当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着导电 杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简上贴附有 一层铝箔，则沿着套管的径向距离，绝缘层和铝 箔层构成串联电容器，使资套与导电杆间的电场 分布均匀 套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。
2．电机的近代发展及趋势
单机容量不断增加——机组容量大时，单位容量的用料 （省）、损耗（小）、造价（低） 如汽轮发电机：
1900 1920 1937空气冷却 氢气冷却 5MVA 25MVA 100MVA 150MVA 1956水内冷 1960 目前 208MVA 320MVA >1000MVA
中小型电机技术与经济指标不断改进 新的设计方法（CAD）、工艺、材料、测试手段 应用范围扩大
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电机学 Electric machinery
3.1 电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
❖ 1.运动方程式
+
U
-
J
d
dt
Tem
TL
❖ 转动惯量：
J GD2 mD2 4g 4
M
Tem n
TL
图3.1.1 电动机与工作机构
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❖ 2.负载的转矩特性 ❖ a.恒转矩负载
n n
o
TL
o
TL
3.1.2 反抗性恒转矩负载特性
图3. 1. 3 位能性恒转矩负载特性
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0
T
图3. 2. 4
电动机不同电压机械特性
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❖ 减弱励磁磁通时的人为特性：
❖ 当 U UN R Ra 只减弱励磁磁通
n
UN Ce
Ra Ce
Ia
n
n02 2 n01 1 2 1 N
第3章 直流电动机的电力拖动基础
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❖ 电力拖动的定义：用各种电动机作为原动机拖动生产机械， 产生运动，电力拖动也称为电力传动。直流电力拖动是由直 流电动机来实现的。
电源
控制设备
电动机
工作机构
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根据运动方程，系统的旋转运动有三种状态：
Tem
TL
GD2 375
dn dt
1.
dn Tem TL , dt 0
静止或匀速，稳态
2.
Tem
TL ,
dn dt
0
加速，动态过程
3.
Tem
TL ,
dn dt
0
减速，动态过程
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❖ 当U、R、为常数时，他励直流电动机的机械特性是一条 以 为斜率向下倾斜的直线，
n
❖ 实际空载转速：
n' 0
U Ce
R CeCT 2
T0
n0 n0/
nN
❖ 略低于理想空载转速 n0
T0 图3.2.2
TN
Tem
他励直流电动机的机械特性
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❖ 降低电枢电压时的人为特性： ❖ 当 N R Ra 只降低电枢电压 U
U n
Ce N
Ra
CeCT 2N
Tem
n
n01
n02
UN
n03
U2
U3
UN >U2 > U3
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❖ 2.固有机械特性和人为机械特性
❖ （1）固有机械特性：当 N U UN
❖
n
UN CeN
Ra CeCT 2 N
Tem
❖ 为固有机械特性。
R Ra
❖ （2）人为机械特性 ❖ 电枢串电阻、降压、弱磁三种形式
Байду номын сангаас
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❖ 根据电压方程： ❖ 推导出：
U Ea RIa Cen RIa
n
U Ce
R CeCT 2
Tem
n0
Tem
n0
n
❖ 即为电动机的机械特性。也可变换成：
UR n Ce Ce Ia
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n
n02 2 n01 1 2 1 N
n0 N
n0 N
0 IN
IK
Ia
（a） 转速特性
0
TN
T T K 2 K1 T K
T em
（b） 转矩特性
图3.2.5 减弱磁通时的人为特性
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2.6.1 电力拖动稳定运行的条件
➢稳定运行的定义：
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❖ 电枢串电阻人为特性： ❖ 当 N U U N 在电枢回路中串入调节电阻 R s
n U Ce N
Ra Rs CeCT 2N
Tem
n
n0
Ra( 固有)
Ra+ Rs1
Rs1< Rs2
Ra+ Rs2
0
T
3. 2. 3 电动机电枢回路串电阻机械特性
m
O
TA
TL
稳定运行时机组的机械特性
➢稳定运行条件 n
nA+n nA
nA-n
n=f(T L) n=f(T em)
B
O
TL
不稳定运行时机组的机械特性
➢稳定运行条件
当机组n>0时，有T=Tem-TL<0，使机组速度自行下降；当 机组n<0时，有T=Tem-TL>0，使机组速度自行上升；即可使 机组稳定运行。
电机与生产机械组成的拖动机组已运行于某一转速，若外界 短时扰动（负载突变）使转速产生的变化在扰动消失后能随之 消失，即机组能自行恢复到原来的速度，则称机组的运行是稳 定的，否则为 不稳定运行。
➢稳定运行条件
n
nA+n nA
nA-n
Tem e
TL n=f(T L)
d A
n=f(Tem)
T'L T'e
❖ b.恒功率负载
n
图3. 1. 4
TL 恒功率负载特性
c.泵类、风机负载
n 1 2
o
TL0
TL
图3. 1. 5 泵与风机负载特性
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3.2 他励直流电动机的机械特性
❖ 1.机械特性的表达式
dTem dTL dn dn
即负载机械特性曲线的切线斜率要大于电动机机械特性曲线 的切线斜率。
3.3 他励直流电动机的起动
➢电动机起动问题的引出
机械系统：电动机产生足够大的电磁转矩克服机组的静止摩擦
转矩、惯性转矩以及负载转矩。 Tst CTIst
电气系统：起动瞬间n=0，E=0，Ra很小，因此起动电流很大。
Ia
U E Ra
U Ra
Ist
起动电流大将导致：电网电压突然降低；电机本身遭受巨大电 磁力的冲击。因此，电动机起动时限制起动电流非常必要。
2.6.2 直流电机的起动
➢电动机起动方法
直接起动：只限于小容量电动机。 电枢回路串电阻起动：通过增大电枢回路电阻达到降低起动电流 的目的，完成起动后将起动电阻切除。 降压起动：抑制起动电流最为有效，同时可节约能量。