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直流电机拖动 《电机与拖动基础》 第三版 林瑞光 主编

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电机与拖动基础第三版教学设计

电机与拖动基础第三版教学设计

电机与拖动基础第三版教学设计一、课程简介《电机与拖动基础》是一门针对自动化、电气工程、机械等相关专业的基础课程。

本课程主要介绍电机的基本原理，控制方式和常用型号及其特点；并重点讲解电机拖动控制和应用，包括电机的速度、方向和转矩控制等内容。

二、教学目标1.掌握电机的基本原理，控制方式和常用型号及其特点。

2.知道电机拖动控制的原理和应用基础。

3.能够应用电机的速度、方向和转矩控制。

4.能够理解和设计电机拖动系统。

三、教学内容1. 电机基础知识1.1 电机的分类1.1.1 按转子结构分类1.1.2 按磁场类型分类1.2 电机的基本原理1.2.1 电磁感应原理1.2.2 洛伦兹力原理1.2.3 电磁场和磁回路2. 电机控制基础知识2.1 电机控制方式2.1.1 直流电机执行器2.1.2 三相交流电机执行器2.2 控制综述2.2.1 电机转速控制2.2.2 电机方向控制2.3 电机控制设备2.3.1 电机控制器2.3.2 驱动器3. 电机拖动基础知识3.1 电机负载物理特性3.2 电机拖动控制3.2.1 定速控制3.2.2 可变速控制3.2.3 转矩控制4. 拖动系统设计4.1 拖动系统的元件选择4.2 拖动系统的实例设计四、教学方法1. 理论讲解主要以PPT形式进行理论讲解，网上资料也可以在课堂内使用。

2. 实验操作课程中将安排一些实验来加深学生对知识点的理解，让学生在实践中体验和掌握电机的基本原理、控制方式和拖动控制。

3. 团队合作拓展教学，使学生通过合作学习，探讨问题，并从问答环节中掌握本学科相关知识。

4. 课后习题布置一些习题，提高学生自学能力，培养学生的创新思维和实践能力。

五、考核方式课程考核包括平时作业和实验成绩，以及期末考试成绩。

六、总结本门课程涵盖了电机控制基础、电机拖动基础等内容，使学生获得了掌握电机的基本原理、控制方式和拖动控制的能力，以及能够应用电机的速度、方向和转矩控制的实践能力。

《电机及拖动基础》课件第1章

《电机及拖动基础》课件第1章

图1-14 直流电动机的气隙磁场分布示意图 (a) 主极磁场 ；(b) 电枢磁场；(c) 气隙磁场
1.4 直流电机的基本公式
直流电机的电枢是实现机电能量转换的核心，一台直流电 机运行时，无论是作为发电机还是作为电动机，电枢绕组中都 要因切割磁感应线而产生感应电动势，同时载流的电枢导体与 气隙磁场相互作用产生电磁转矩。
f=Bxli
(1-2)
图1-2 直流电动机的工作原理图 (a) ab边在N极下、cd边在S极下的电流方向；(b) 转子转过180°后的电流方向
例1.2 电动机拖动的生产设备常常需要作正转和反转的 运动，例如龙门刨床工作台的往复运动、电力机车的前行和倒 退等，那么图1-2所示的直流电动机怎样才能顺时针旋转呢？
3) 额定电流IN 额定电流是指额定电压和额定负载时，允许电机电刷两端 长期输出(发电机)或输入(电动机)的电流，单位为A。 对发电机，有
对电动机，有
PN=UNIN
PN=UNINηN
式中：ηN——额定效率。
4) 额定转速nN 额定转速是指电机在额定运行条件下的旋转速度，单位为 r/min。 此外，铭牌上还标有励磁方式、工作方式、绝缘等级、重 量等参数。还有一些额定值，如额定效率ηN、额定转矩TN、额 定温升τN，一般不标注在铭牌上。
定律告诉我们，在均匀磁场中，当导体切割磁感应线时，导体 中就有感应电动势产生。若磁感应线、导体及其运动方向三者 相互垂直，则导体中产生的感应电动势e的大小为
e=Bxlv
(1-1)
图 1-1 直流发电机的工作原理图 (a) ab边在N极下、cd边在S极下的电动势方向；(b) 转子转过180°后的电动势方向
2. 转子部分 1) 电枢铁芯 电枢铁芯由硅钢片叠成。为了减小涡流损耗，电枢铁芯 通常采用 0.35～0.5 mm厚且两面涂有绝缘漆的硅钢冲片叠压 而成。有时为了加强电机冷却，在电枢铁芯上冲制轴向通风孔， 在较大型电机的电枢铁芯上还设有径向通风道，用通风道将铁 芯沿轴向分成数段。整个铁芯固定在转轴上，与转轴一起旋转。 电枢铁芯及冲片形状如图1-9所示，电枢边缘的槽供安放电枢 绕组用。

《电机与拖动基础》直流电机的工作原理和基本结构 ppt课件

《电机与拖动基础》直流电机的工作原理和基本结构 ppt课件

例1-2 电动机拖动的生产设备常需要作正转或反转运动， 如电力机车的前行和倒退，就要求牵引电动机能正、反 转。分析前图中的直流电动机如何能反转(顺时针旋转)?
解：图中的电动机模型要顺时针旋 转需获得一个顺时针方向的电磁转 矩，由左手定则可知：电磁力的方 向取决于磁场极性或导体中电流的 方向，所以直流电动机获得反转的 方法有两个：一是改变磁场极性， 二是改变电源电压极性使流过导体 的电流方向改变。
T 2N9
5P N 59 051 53 08.7 2N 7•m
nN
1500
《电机及拖动基础》直流电机
1、电机型号
Z 2—7 2
1号为短铁心，2 号为长铁心
一第 般二 用次 途改 直型 流设 电计 机
电枢铁心长度 机座号
1号最小，12 号最大
型号表明电机所属的系列及主要 特性。知道了型号，可从相关手 册中查出电机的许多技术数据。
注意：两者只能改变其一，否 则，直流电动机的转向不变。
改变电源极性（导体电 流方向）而反转示意图
f
-
n
f+
三、电机的可逆原理（补充）
任何一台电机既可作发电机运行，也可作 电动机运行，这一性质称为电机的可逆原 理。 电机的实际运行方式由外施条件决定：
如果电机转子输入机械能，而电枢绕 组输出电能，电机作为发电机运行； 如 果在电枢绕组中输入电能，转子输出机 械能，则电机作为电动机运行。
1-刷握 2-铜丝辫 3-压紧弹簧 4-电刷块（石墨材料）
二、转子
1.电枢铁心
作用：通过磁通和嵌放 电枢绕组。
铁心冲片
材料：为减小磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心 用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成，表面有绝 缘层。

“电机与拖动基础”核心课程教学改革与实践

“电机与拖动基础”核心课程教学改革与实践

摘要：从课程教学理念、课堂实际教学、实验环节教学、考核与评价方面入手，对“电机与拖动基础”核心课程教学改革及相关实践进行了阶段性总结。

在现有教学实践的基础上，理顺该课程知识点在专业教学体系中的作用，利用现代教学手段及实验设备将课堂教学与实践教学紧密地结合起来。

规范考核体系，注重教学过程，经过教改实践已取得阶段性成果。

关键词：电机与拖动基础；核心课程；教改与实践“电机与拖动基础”是一门讲授电机工作的原理与特性以及如何利用电动机作为原动机来拖动生产机械按要求进行运动的课程，是自动化专业及相关电类专业课程体系中一门重要的专业基础课。

[1，2]该课程以“电路”、“大学物理”为先修课程，同时开设的课程有“自动控制原理”、“电力电子”，后续课程有“电力拖动自动控制系统”等相关课程。

该课程涉及多课程、多专业的交叉融合，内容丰富，专业性强。

一、课题的背景随着我国高等教育的发展，各高校都面临不同程度的机遇和挑战，当前反映较为普遍的是“学生学习的自觉性下降”、“大班上专业课问题多”、“教师年轻没有实践经验”等。

基于上述原因，江西理工大学应用科学学院确立了“质量工程”项目，对一些优势专业及其相关的核心课程立项资助，目的在于发展专业、培养教师、提高教学质量。

“电机与拖动基础”课程的授课内容是由原来的“电机学”和“电机拖动”两门课组成，[3]授课内容多，在授课过程中一些较为抽象的概念（如：“磁路”、“磁动势”、“电磁感应”）贯穿其中，大大加深了授课的难度。

[4]同时，该课程具有很强的实践性，实践性教学环节有“电机与拖动基础实验”、“电力拖动自动控制系统综合课程设计”、“电力工程综合课程设计”、“毕业设计”等。

二、教学观念的改变传统的教学中，教师是“主角”，学生是“配角”，学生围绕老师转。

实践表明这种教学理念在本课程教学过程中往往会导致教师教得很累、学生不愿听，教学效果不好。

在前辈老师的指点下，该课程的教学理念转变为“学生是主体、老师重引导、师生要互动、兴趣靠培养、功夫在课外”，并把该理念贯穿于大纲的制订、课件的制作、教案的设计、教学日历的安排、实验内容的选择与设计、教学实践、考核与评价等整个教学过程。

电机拖动第3版习题答案

电机拖动第3版习题答案

电机拖动第3版习题答案电机拖动第3版习题答案电机拖动是电气工程中的重要内容之一，它涉及到电机的运行原理、控制方法以及相关的数学和物理知识。

在学习电机拖动的过程中，习题是非常重要的练习和巩固知识的方式。

本文将为大家提供电机拖动第3版习题的答案，希望能够对大家的学习有所帮助。

第1题：一个三相感应电动机的定子绕组为星形连接，电源电压为400V，电机额定功率为10kW，额定电流为20A，额定转速为1500rpm。

根据给定的参数，求解电机的额定转矩。

答案：首先，我们需要计算电机的额定转矩。

根据电机的功率和转速的关系，我们可以得到公式：P = 2πNT/60，其中P为功率，N为转速，T为转矩。

将已知的参数代入公式中，可以得到：10kW = 2π×1500rpm×T/60。

解方程可以得到电机的额定转矩为31.42Nm。

第2题：一个三相感应电动机的定子绕组为三角形连接，电源电压为220V，电机额定功率为5kW，额定电流为15A，额定转速为1800rpm。

根据给定的参数，求解电机的额定转矩。

答案：同样地，我们可以利用功率和转速的关系来计算电机的额定转矩。

根据公式P = 2πNT/60，将已知的参数代入可以得到：5kW = 2π×1800rpm×T/60。

解方程可以得到电机的额定转矩为15.71Nm。

第3题：一个三相感应电动机的定子绕组为星形连接，电源电压为380V，电机额定功率为7.5kW，额定电流为18A，额定转速为1200rpm。

根据给定的参数，求解电机的额定转矩。

答案：利用相同的公式P = 2πNT/60，将已知的参数代入可以得到：7.5kW =2π×1200rpm×T/60。

解方程可以得到电机的额定转矩为23.56Nm。

通过以上三道习题的解答，我们可以看到，电机的额定转矩与电机的额定功率、额定电流以及额定转速密切相关。

在实际的电机拖动系统中，我们需要根据不同的工作要求和负载特性来选择合适的电机参数，以确保电机能够正常运行并输出所需的转矩。

电机与拖动基础第三版林瑞光答案

电机与拖动基础第三版林瑞光答案

电机与拖动基础第三版林瑞光答案【篇一：10《电机与电力拖动基础》教学大纲】txt>electric machinery and drive课程代码： d1081060总学时〔理论＋实践〕： 51+0 学分：3 课程性质：学科基础课课程类别：必修课先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《电路分析基础》面向专业：电气工程及其自动化专业开课学科：检测技术及自动化装置开课二级学院：机电工程学院执笔：陈卫民审校：钱晓耀一、课程的地位与任务本课程是电气工程及其自动化专业的专业基础课，其主要任务是学生通过本课程的学习获得电机与拖动的基本理论知识，使学生掌握常用的交直流电机、变压器、控制电机等的基本结构，工作原理和运行特性；电机拖动系统的静态、动态特性；初步掌握不同电动机的调速方法和技术指标；并能了解一些电机及拖动系统的发展方向。

二、课程主要内容与基本要求了解电力拖动系统的组成及发展过程；电力拖动系统的应用领域；电机、电机拖动的基本概念；了解本课程的专业地位和特点。

掌握直流电机的基本工作原理和结构；了解电枢绕组的最基本形式；理解直流电机的磁场及电枢反应；掌握直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率的三个基本方程式及他〔并〕励直流电动机的工作特性。

掌握电力拖动系统的运动方程式；掌握生产机械的转矩特性、他励直流电动机机械特性、电力拖动系统的稳定运行条件；理解他励直流电动机的起动方法、制动及制动方式的选择；掌握他励直流电动机的调速方法；了解评价调速方法的主要指标、调速方法与负载性质的配合；了解他励直流电动机过渡过程的一般分析方法。

了解变压器的应用、分类；掌握变压器的基本工作原理、额定值；掌握单相变压器的空载运行时的物理状况、变化、空载电流；掌握空载运行时的电势平衡方程、空载运行是的等效电路和向量图；掌握单相变压器负载运行时的物理状况、基本方程、折算法、等效电路和向量图；理解变压器参数的空载实验、短路实验；理解变压器的工作特性；理解三相变压器及其它用途的变压器。

直流电机拖动--《电机与拖动基础》-第三版-林瑞光-主编

直流电机拖动--《电机与拖动基础》-第三版-林瑞光-主编

CeN n Ra Rz
制动瞬间 工作点
B
n n0
制动过程 工作段
电动机电动状 态工作点
A Ra
Ra RZ
电动机拖动反抗性 负载，电机停转。
0
TL
T
C
若电动机 带位能性 负载,稳定
工作点
改变制动电阻R 的Z 大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率,从 而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。 R越Z小,特性曲线的 斜率越小,起始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。
1、电枢串电阻时的人为特性
保持UUN,Φ 不 变Φ ,N 只在电枢回路中串入电阻 的人为R特 性
nCU eΦ NNC Rea C M R Φ 2 NT
n
n0 特点：1）n 0 不变，β 变大；
2） 越β 大，特性越软。
Ra
Ra R
T
2、降低电枢电压时的人为特性
保持RRa,Φ 不变Φ ，N只改变电枢电压时的人为特性：
375 dt
(TTZ) 称为动负载转矩,把
TZ
称为静负载转矩.
二、运动方程式中转矩正、负号的规定
首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方 向，然后规定：
（1）电磁转矩 T与转速 的n正方向相同时为正，相反时为负。
（2）负载转矩
T
与转速
Z
的n正方向相同时为负，相反时为正。
(3)惯性转矩
GD 2 375
n U Ra T
CeΦN CeCMΦ2 N
n
n0
n 01
特点：1)n 随0 U变化, 不β 变; 2) 不U同,曲线是一组平行线。
U1 UN
UN U1
T em
3、减弱励磁磁通时的人为特性

直流电机-《电机与拖动基础》-第三版-林瑞光-主编_图文

直流电机-《电机与拖动基础》-第三版-林瑞光-主编_图文
大小:
其中
为电机的转矩常数，有
可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电 流成正比
性质: 发电机——制动(与转速方向相反)；
电动机——驱动(与转速方向相同)。
1.4.3 直流电机的电磁转矩
1.5直流电动机
1.5.1 直流电机的可逆原理
以他励电机为例说明可逆原理：把一台他励直流发电机并 联于直流电网上运行保持电源电压不变。
3）电枢电流等于各支路 电流之和。
１.２.３ 单波绕组
单波绕组的特点是合成节距与换向节距相等，展开图如下 图所示。
两个串联元件放在 同极磁极下，空间位置 相距约两个极距；沿圆 周向一个方向绕一周后 ，其末尾所边的换向片 落在与起始的换向片相 邻的位置。
单波绕组的并联支路图: 单波绕组的特点
1）同极下各元件串联 起来组成一条支路，支 路对数为1，与磁极对 数无关；
。
单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的所有元件取出
来画在一张图里，展示元件相互间的电气连接关系及主磁极、换向片 、电刷间的相对位置关系。
单叠绕组的展开图
根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图:
单叠绕组的的特点：
1）同一主磁极下的元件 串联成一条支路，主磁极 数与支路数相同。 2）电刷数等于主磁极数 ，电刷位置应使感应电动 势最大，电刷间电动势等 于并联支路电动势。
电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。
换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换 转轴 轴承
当原动机驱动 电机转子逆时针旋 转时同，线圈abcd 将感应电动势。如 右图，导体ab在N极 下，a点高电位，b 点低电位；导体cd 在S极下，c点高电 位，d点低电位；电 刷A极性为正，电刷 B极性为负。

驱动和控制微电机电机与拖动基础第三林瑞光主编PPT课件

驱动和控制微电机电机与拖动基础第三林瑞光主编PPT课件
单相感应电动机正常工作时，一般只需要单相绕组即可， 但单相绕组通以单相交流电时产生的磁场是脉动磁场，单相运 行的电动机没有起动转矩。
为使电动机能自行起动和改善运行性能，除工作绕组（又 称主绕组）外，在定子上还安装一个辅助的起动绕组（又称副 绕组）。两个绕组在空间相距900或一定的电角度。
继续
第2页/共67页
按使用要求来分：用于解算装置的旋转变压器和用于 随动系统的旋转变压器。
7.7.1 旋转变压器的结构与工作原理 一、正余弦旋转变压器的工作原理
第43页/共67页
1.正弦绕组
z
N
4 i 1
Nci
2Ncm[co s Z
cos3
Z
cos(2Z 4
1)
Z
]
第44页/共67页
2.正余弦旋转变压器的工作原理 定子上放置两套互差90空间角度的匝数、型式完全相
第25页/共67页
7.5 测速发电机 分类：直流测速发电机和交流伺服电动机
7.5 直流测速发电机
分永磁式和电磁式两种。
一、直流测速发电机的输出特性
输出电压与转速之间的关系，称为输出特性，如图所示。
U2
Ea 1 Ra
Cn
RL
第26页/共67页
二、直流测速发电机的误差及减少误差的方法
电枢反应
产生误差的 原因
（1）正余弦旋转变压器的空载运行
第45页/共67页
将Фd分解为两个分量： 与正弦绕组轴线方向一致的磁通Фr1和与正弦绕组轴线相垂 直的磁通Фr2。
r1 d sin r2 d cos
第46页/共67页
正余弦旋转变压器输出绕组的开路输出电压分别为：
Ur10 Er1 4.44 fNrkwrr1 4.44 fNrkwrd sin Ur20 Er2 4.44 fNrkwrr2 4.44 fNrkwrd cos

《电机及拖动基础》第一章 直流电机

《电机及拖动基础》第一章 直流电机
2、电抗电动势
换向元件中出现的由 自感与互感作用所引起 的感应电动势，称为电 抗电动势。
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
43/57
2、电枢反应电动势
3. 由于电刷放置在磁极轴线下的换向器上，在几何中心线处，虽 然主磁场的磁密等于零，可是电枢磁场的磁密不为零。因此，换向 元件切割电枢磁场，产生一种电动势，称为电枢反应电动势。
电机及拖动基础
第一节、直流电（动）机工作原理
电刷
+
N I
U I
–
S
换向片
直流电源
电刷
换向器
线圈
电机及拖动基础
电刷
+ U
F
N IF I
–
S
换向片
注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转
动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。
电刷压在换向片上。
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下， 使线圈逆时针旋转。
两两相反，因此在整个闭合回路内互相抵销，总电动势
为零，不会产生环流。
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
25/57
3.放置电刷 ：为了引出最大电动势，必须在换向片1和2、 5和6、9和10、13和14之间，也就是在磁极轴线位置，放置 4组电刷A1、B1、A2、B2，因为这时A、B电刷之间所包含的 元件，其电动势的方向都是相同的
电机及拖动基础
19/57
2、电枢绕组——由许多
按一定规律连接的线圈组成。
3、换向器——由许多
换向片组成，换向片之间 用云母绝缘。
1—槽楔
2—线圈绝缘
3—导体
4—层间绝缘
5—槽绝缘

异步电动机《电机与拖动基础》第三版林瑞光主编

异步电动机《电机与拖动基础》第三版林瑞光主编
k q1 sin q 2 q sin

2
2、一组双层短距分布绕组的基波磁动势 双层短距分布绕组的基波磁动势为两个等效绕组基波磁动 势的相量和，用短距系数计及绕组短距的影响： F1(p1) 2 Fq1k y1 0.9(2 qN y ) k y1I
k y1 sin

y1
90。
第4章 三相异步电动机
4.2.2
三相单层绕组
单层绕组的每个槽内只放一个线圈边，电机的线圈总数等于 定子槽数的一半。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。 一、单层链式绕组 单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而 成，整个外形如长链。 链式绕组的每个线 圈节距相等并且制造方 便；线圈端部连线较短 并且省铜。主要用于 q=2的4、6、8极小型三 相异步电动机。
双层绕组分双层叠绕组（如图2a=1）和双层波绕组（略）。
第4章 三相异步电动机
双层绕组的特点：
1）线圈数等于槽数； 2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数；
3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。 可组成较 多的并联 支路 可以选择最有利的节 距，使电动势和磁动 势波形更接近正弦波 端部排列整齐 机械强度高 嵌线 困难
E y1(y ) Nc Et1 4.44 fNc 1
第4章 三相异步电动机
三、短距线圈的电动势 每个短距线圈的电动势:
Ey1( y ) 4.44 fNcΦ1k y1
k y1
E y 1(y τ) E y 1(y τ)
y 0 sin( 90 ) τ
称为短距系数： 线圈短距时电动 势比整距时打的 一个折扣．
广泛应用于10kW以下的 异步电动机定子绕组 电动势和磁动 势波形较差 起动性 能较差

电机与拖动基础(第3版 - 习题解答)

电机与拖动基础(第3版 - 习题解答)

电机与拖动基础第一章电机的基本原理 (1)第二章电力拖动系统的动力学基础 (6)第三章直流电机原理 (12)第四章直流电机拖动基础 (15)第五章变压器 (30)第六章交流电机的旋转磁场理论 (41)第七章异步电机原理 (43)第八章同步电机原理 (50)第九章交流电机拖动基础 (60)第十章电力拖动系统电动机的选择 (72)第一章 电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。

答：电与磁存在三个基本关系，分别是（1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。

感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即tΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。

（2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。

这种导体在磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出Blv e =而感应电动势的方向由右手定则确定。

（3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力。

载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l以及通电电流i 成正比，即Bli F =电磁力的方向可由左手定则确定。

1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。

答：磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人为造成的磁通闭合路径就称为磁路。

而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电回路，也可以说电路是电流所流经的路径。

磁路与电路之间有许多相似性，两者所遵循的基本定律相似，即KCL：在任一节点处都遵守基尔霍夫第一定律约束；KVL：在任一回路中都遵守基尔霍夫第二定律；另外，磁路与电路都有各自的欧姆定律。

电机与电力拖动基础 (全)PPT教学课件

电机与电力拖动基础 (全)PPT教学课件

1
If —— 激磁绕组中的激磁电流； Rm —— 该段的磁组； Ф—— 磁通量
Φ
说明:当I较小时磁路的磁阻为气隙
2
磁阻且为常数,故If与Φ是线性的 If较大时铁心饱和,磁阻加大Φ增
加变慢If与Φ为非线性关系. 电机的饱和程度对电机的性能有很
0
大的影响.
If
二、主磁极磁势产生的气隙磁密在空间的分布
气隙磁密的概念：
本课程的性质、任务及学习方法
1、性质：在工业电气自动化专业中，《电机原 理及拖动》是一门十分重要的专业基础课或称 技术基础课。
2、任务：我们所从事的专业决定了我们是从使 用的角度来研究电机的。因此，我们着重分析 各种电机的工作原理和运行特性，而对电机设 计和制造工艺涉及得不多。但对电机的结构还 要有一定深度的了解。
1.静止部分 (1)主磁极:由极身和极掌组成,固定在磁轭
(机座)上.在磁极上套入激磁绕
组(线圈).主磁极总是偶数,且N
磁轭
极和S极相间出现.极掌对激磁
极掌极身
线圈 绕组起支撑作用,且使磁通在气
隙中有较好的分布波形.
(2)换向极:它位于相邻两主磁极之间,构造与主磁极相似,其 作用是为了消除在运行过程中换向器产生的火花.
自锁电路目录?第一章直流电机原理?第二章电力拖劢系统的劢力学基础?第三章直流电劢机的电力拖劢?第四章发压器?第五章三相异步电劢机原理?第六章三相异步电劢机的电力拖劢?第七章同步电劢机?第八章控制电机?第九章电力拖劢系统中电劢机的选择3学习方法
电机及拖动基础
电路
由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路称为电路。 电路导通叫做通路，只有通路才有电流通过。 电路在某一处位置断开，叫做断路或开路。

《电机与拖动基础》第3章 直流电动机的电力拖动基础

《电机与拖动基础》第3章 直流电动机的电力拖动基础

机械的负载转矩 及系统的转速 之间的关系于一体，描述
了拖动系统的运动状态。但是要对运动方程式求解，首先必须
知道电动机的机械特性
和生产机械（负载）的机械
特性
。
生产机械运行时常用负载转矩标志其负载的大小，不同的
生产机械的转矩随转速变化的规律而不同，负载的机械特性也
成为负载转矩特性，简称负载特性。
6
3.2 生产机械的负载特性 3.3.1 恒转矩负载特性
14
3.4 直流电动机的机械特性 3.4.3 人为机械特性
1. 电枢回路串接电阻时的人为机械特性 当电源电压和磁通都是额定值时，电枢回路串接电阻，这 时的人为机械特性方程式为：
人为机械特性的特点是： （1）理想空载转速保持不变； （2）斜率 随 的增大而增
大，转速降增大. 改变电枢电压时的人为机械特性 改变电枢电压的人为机械特性方程式为：
视频8
3.3 生产机械的负载特性
3.3.2 恒功率负载特性
恒功率负载的特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，
即负载功率
，也就是负载转矩
与转速 成反比。
9
3.3 生产机械的负载特性 3.3.3 通风机类负载特性
水泵、油泵、通风机和螺旋桨等机械的负载转矩将将基本 上与转速的平方成正比。
10
3.4 直流电动机的机械特性 3.4.1 直流电动机机械特性的表达式
1.反抗性恒转矩负载 这类负载的特点是：负载转矩的大小恒定不变，而负载转 矩的方向总是与转速的方向相反，即负载转矩的性质总是起反 抗运动作用的阻转矩性质。例如：皮带运输机、轧钢机等摩擦 力产生转矩的机械。
7
3.3 生产机械的负载特性 3.3.1 恒转矩负载特性
2.位能性恒转矩负载 这类负载是由拖动系统中某些具有位能的部件（如起重类 型负载中的重物）造成的，其特点是：不仅负载转矩的大小恒 定不变，而且负载转矩的方向也不变。
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第二章 直流电动机的电力拖动
2.3 他励直流电动机的起动
电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳 定运行状态的过程。 起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为 Tst CT ΦI st UN I st Ra 起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很 小，所以起动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户 的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损 坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。
T2 I2
第二章 直流电动机的电力拖动
二、分级起动电阻的计算 设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有： b点 R3 I 2 U N Ea1
c点 R2 I1 U N Ea1
d点 R2 I 2 U N Ea 2 e点 R1 I1 U N Ea 2 f点 R1 I 2 U N Ea 3 g点 Ra I1 U N Ea 3
GD2 dn (3)惯性转矩 375 dt 的大小和正负号由 T 和 TZ 的代数和决定。
第二章 直流电动机的电力拖动
2.1.2
负载的转矩特性
负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。 一、恒转矩负载特性 恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩TL 与转速 n 无关 的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。 1.反抗性恒转矩负载 2.位能性恒转矩负载
I aB
RZ
M
制动
Ea
Tem
n
If
T
第二章 直流电动机的电力拖动
能耗制动时的机械特性为：
n Ra Rz T T 2 CeCM N
Ce N n Ia Ra Rz
制动瞬间 工作点
n
B
电动机电动状 态工作点
n0
A
Ra
制动过程 工作段
Ra R Z
0
C
电动机拖动反抗性 负载，电机停转。
第二章 直流电动机的电力拖动
2.3.2 电枢回路串电阻起动 一、起动过程 以三级电阻起动时电动机为例
n

S
U

S1 S 2
M
S3
nN
n3
n0
h
n2
f 3
d
b
1
n1
TZ IZ
2
a
g Ra Ra R1 R1
Ra R 1 R 2 R 3
e
c
R a R 1 R 2 R2
R a R 1 R 2 R 3 R 3 T T1 I1 I
Tz
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2 他励直流电动机的机械特性
2.2.1 机械特性的表达式 直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、 电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动 机的转速与电磁转矩之间的关系：n f(T ) 由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：
Ra R U n T 2 Ce CeCM
n
TZ
第二章 直流电动机的电力拖动
运动方程的实用形式：
GD2 dn T TZ 375 dt
系统旋转运动的三种状态 dn 1)当 T TZ 或 0 时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处 dt 于稳态。 2)当 T TZ 或
dn 0 时,系统处于加速运行状态，即处于动态。 dt dn T TZ 或 3)当 0 时,系统处于减速运行状态，即处于动态。 dt
比较以上各式得：
R3 R2 R1 I1 β R2 R1 Ra I 2
第二章 直流电动机的电力拖动
计算各级起动电阻的步骤：
（1）估算或查出电枢电阻 Ra ；
（2）根据过载倍数选取最大转矩 T1 对应的最大电流 I 1 ；
（3）选取起动级数 m；
β （4）计算起动电流比： m Rm Ra
n UN Ra .T 2 Ce N CeCM N n0 N .T
由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性 是硬特性。 二、人为机械特性 当改变U 或 Ra 或Φ 得到的机械特性称为人为机械特性。
第二章 直流电动机的电力拖动
1、电枢串电阻时的人为特性
保持 U U N ,Φ ΦN 不变,只在电枢回路中串入电阻 R 的人为 特性
n02 n
n01
Φ2
Φ1
Φ2 Φ1 Φ N
n0
n 特点：1）弱磁，0增大；
β 2）弱磁， 增大
ΦN
T
Tk 2 Tk 1 Tk
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2.3
机械特性求取
二、人为特性的求取
一、固有特性的求取
已知 PN ,U N, I N , nN ，求两点:1）理想空载 点 (T 0, n n 0 ) 和额定运行 (T TN , n n N ) 。 具体步骤：
在已知起动电流比β和电枢电 阻前提下，经推导可得各级串联电 阻为:
R 1 (β 1) R a R 2 (β 1) βR a βR 1 R 3 (β 1) β 2 R a β 2 R 1 R m (β 1) β m 1R a β m 1R 1
n0 称为理想空载转速。
n0 n'0 nN
n
Ra U 实际空载转速n T0 0 2 Ce Φ Ce C M Φ
Tem
T0
TN
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2.2 固有机械特性和人为机械特性 一、固有机械特性 当 U U N , Φ ΦN , R R a 时的机械特性称为固有机械特性：
T (4)计算额定工作点： N CM ΦN I N , n n N
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件 处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动， 导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在 新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来 的转速下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。 在A点，系统平衡 T TZ 扰动使转速有微小增量，转速由nA T 上升到nA ， TZ 。 扰动消失,系统减速，回到 A 点运行。 扰动使转速有微小下降，由n A下降 到 n , T TZ 。 A
U N I N PN Ra (1)估算 Ra : 2 I2 N U N I N Ra (2)计算 CeΦN 和CM ΦN : Ce Φ N nN CM ΦN 9.55CeΦN UN (3)计算理想空载点：T 0, n 0 Ce Φ N
在固有机械特性 方程 n n 0 βT 的基础上，根据人为 R 特性所对应的参数 f 或 U 或Φ 变化，重新 计算n0 和 β ，然后得 到人为机械特性方程 式。
UN Ra R n T 2 Ce Φ N Ce C M Φ N
β 特点：1）n0 不变， 变大；
n
n0
2） β 越大，特性越软。
Ra
Ra R T
第二章 直流电动机的电力拖动
2、降低电枢电压时的人为特性 保持 R Ra ,Φ ΦN 不变，只改变电枢电压时的人为特性：
Ra U n T 2 Ce Φ N Ce C M Φ N
为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串 电阻或降低电枢电压起动。
第二章 直流电动机的电力拖动
2.3.1
降压起动
当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。
起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源 电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐 渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在 一定的数值上，保证按需要的加速度升速。 降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起 动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。
n
TZ
n
TZ
第二章 直流电动机的电力拖动
二、恒功率负载特性 恒功率负载特点是：负载转 矩与转速的乘积为一常数，即TZ 与 n 成反比，特性曲线为一条双 曲线。
三、泵与风机类负载特性
负载的转矩TZ 基本上与转 速 n 的平方成正比。负载特性 为一条抛物线。
n
n
理想的通 风机特性
实际通风 机特性
Tz
Tz0
Ea I aB I max ( 2 ~ 2.5 ) I N Ra RB Ea RB Ra ( 2~2.5 ) I N
其中Ea 为制动瞬间的电枢电动势。
能耗制动操作简单,但随着转速下降,电动势减小,制动电流 和制动转矩也随着减小,制动效果变差。若为了尽快停转电机,可 在转速下降到一定程度时,切除一部分制动电阻,增大制动转矩。
n
n0
UN
n01
特点：1)n0随 U 变化, β 不变; 2)U不同,曲线是一组平行线。
U1 U N
U1
Tem
第二章 直流电动机的电力拖动
3、减弱励磁磁通时的人为特性
保持R Ra ,U U N 不变，只改变励磁回路调节电阻R f的人为特性：
UN Ra n T 2 Ce Φ Ce C M Φ
GD2 dn 或 (T TZ ) 称为动负载转矩,把 TZ 称为静负载转矩. 常把 375 dt
第二章 直流电动机的电力拖动
二、运动方程式中转矩正、负号的规定
首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方 向，然后规定：
（1）电磁转矩 T 与转速 n 的正方向相同时为正，相反时为负。
（2）负载转矩 TZ 与转速 n 的正方向相同时为负，相反时为正。
n
nA nA nA
0
A
T
TZ
扰动消失,系统加速，回到 A 点运行。
第二章 直流电动机的电力拖动