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大工13春《电机与拖动》辅导资料

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大连理工大学网络教育学院
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电机与拖动辅导资料二

主 题：直流电机的辅导文章——直流电机的工作原理、直流电机的基本结构
和额定值、直流电机的磁场和电枢反应、直流电机的感应电动势和电磁转矩
学习时间：2013年4月8日-4月14日
内 容：
我们这周主要学习课件第2章直流电机的相关内容。希望通过下面的内容能
使同学们加深对直流电机相关知识的理解。

一、 直流电机的工作原理（重点掌握）
直流电机按其能量转换方向的不同分为直流发电机和直流电动机，两者之间
具有可逆性。
1.直流电动机的工作原理：当给电枢绕组通入直流电流时，通过电刷和换向
器转换为交变电流，使处于主极磁场中绕组的线圈始终受到相同方向电磁转矩的
作用，保证了电动机连续转动，从而实现电能到机械能的转换。

图1 直流电动机的工作原理图
2.直流发电机的工作原理：当原动机拖动电枢转动时，电枢绕组的线圈切割
主极磁场而产生交变感应电动势，再通过电刷和换向器转换为直流电动势，由电
枢绕组输出直流电流，从而实现机械能到电能的转换。

图2 直流发电机的工作原理图
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二、直流电机的基本组成和额定值（重点掌握）
1.直流电机主要由定子和转子两大部分组成，其基本组成如图3所示。
转子称为电枢，它是能量转换的枢纽。电枢绕组构成了直流电机的主要电路，
它是由很多元件按一定规律连接起来的闭合绕组。按元件的连接方式和端接形状
分类，电枢绕组主要有叠绕组和波绕组两大类。电枢绕组是电机的重要部件。直
流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组。
换向器是直流电机所特有的部件，与电刷配合，实现电枢绕组端部的直流电
流与电枢绕组内部的交变电流之间的转换，即在直流电动机中起到了“逆变器”
的作用，在直流发电机中起到了“整流器”的作用。

图3 直流电机的基本组成
2.直流电机的额定值主要有额定电压、额定电流、额定功率和额定转速等。

1）额定电压NU：对于直流电动机，NU是输入电压的额定值；对于直流发

电机，NU是输出电压的额定值。
2）额定电流NI：对于直流电动机，NI是输入电流的额定值；对于直流发电
机，NI是输出电流的额定值。
3）额定功率NP：对于直流电动机，NP是指电动机轴上输出的机械功率的额
定值，即
2
60
NNNNN
PTTn

式中 NT--直流电动机的额定输出转矩；
N--直流电动机的额定角速度；
Nn--直流电动机的额定转速。
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对于直流发电机，NP是指输出电功率的额定值，即
NNN
PUI
4）额定转速Nn：电机在额定运行时转子转速，单位为转/分钟，记做/minr
值得注意的是，各种电机的额定功率均是指输出功率的额定值。对于电动机，
额定功率即为轴上输出的额定机械功率；对于发电机，额定功率即为输出的额定
电功率。
直流发电机按励磁方式可分为自励和他励两大类，其中，他励直流发电机的
励磁绕组由其他电源供电，而与电枢电路没有电的联系，如图4所示。

图4 他励发电机
自励又可分为并励、串励和复励3种。直流电动机按励磁方式分为他励、并
励、串励和复励4种。

三、直流电机的磁场和电枢反应（重点了解）
磁场是电机实现机电能量转换的耦合场。磁场能量主要存储在直流电机定、
转子之间的气隙中，因此，气隙磁场的分布直接关系到感应电动势的产生和机电
能量的转换。直流电机空载时，气隙磁场是由主极励磁磁动势单独产生，在几何
中性线处径向磁通密度为零，直流电机负载时，气隙磁场是由主极励磁磁动势和
电枢磁动势共同产生，几何中性线处径向磁通密度不为零，电枢表面径向磁通密
度为零的连线物理中性线偏离了几何中性线一定的角度，即气隙磁场相对空载时
发生了畸变，并使每极下的磁通量有所削弱。这就是直流电机的电枢反应。

四、直流电机的感应电动势和电磁转矩（重点了解）
直流电机的电枢旋转时，电枢绕组中将产生感应电动势E，其值为

EECn，aEI即为机电能量相互转换的电磁功率e
P
，在直流电动机中，E为
反电动势；在直流发电机中，E为电源电动势。
电枢电流与气隙磁场相互作用所产生电磁转矩eT，其值为eTaTCI。eT也

是标志着机电能量相互转换的电磁功率eP，因此有关系eP=aEI=eT。在直流电
动机中，eT为拖动性质的转矩，在直流发电机中，eT为制动性质的转矩。
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五、常见问题解析
1.他励直流发电机和并励直流发电机相比较，短路电流谁大？电压调整率谁
大？
答：他励直流发电机的短路电流远远大于并励直流发电机。因为他励直流发
电机的励磁与电枢电压无关，发生短路时，电枢电流达到最大值；而并励直流发
电机的励磁由电枢电压产生，发生短路时，励磁电流为零，故短路电流由剩磁产
生的感应电动势决定，其值较小。
并励直流发电机的电压调整率大于他励直流发电机。因为他励直流发电机电
枢电压降低的原因只有电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用两种，而并励直流发
电机除了上述原因外，还有因电枢电压的降低引起励磁电流减小从而促使电枢电
压进一步减小这一因素，故其电压调整率较大。
2. 既然电机都是可逆的，为什么工程实际中还会有发电机和电动机之分？
（辅导资料一思考题答案）
答：任何电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，这是电
机的可逆性原理，但是，电机在正常情况下是用作发电机还是电动机，其设计和
制造都有不同的要求。因此，同一台电机用作不同用途时其性能会有很大的差异。

六、思考题（答案在下一周的辅导资料中）
把他励直流发电机转速升高20%，此时空载端电压升高多少？如果是并励直
流发电机，电压变化前者大还是后者大？

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电机与拖动 第3章 直流电机的电力拖动

电机与拖动 第3章 直流电机的电力拖动


B、他励直流电动机的常用的起动方法
为了获得足够大的起动转矩的同时降低起动电流，起动时一般应按照如下 步骤进行：（1）首先在励磁绕组中加入额定励磁电流，以建立满载主磁场；（2） 待主磁场建立之后再加入电枢电压。
电枢回路串电阻起动
直流电机的 起动方法
降压起动
a、电枢回路串电阻起动
3.18 直流电动机人工起动器的电气原理图
B、电力拖动系统的稳定运行条件
定义： 对于稳态运行的电力拖动系统，若受到外部扰动（如电网电 压的波动，负载转矩的变化等）后系统偏离原来的稳态运行点。一 旦干扰消除，系统能够恢复到原来的稳态运行点，则称系统是稳定 的；否则，系统是不稳定的。
图3.13 电力拖动系统的稳定运行分析
电力拖动系统稳定运行的条件为：
B、多轴电力拖动系统的折算
a、折算的概念
图3.3 多轴电力拖动系统的简化
折算的原则是：确保折算前后系统所传递的功率或系统储存的动能 不变。
b、折算的方法
1) 机械机构的转矩折算
折算时需考虑电动机和生产机械的工作状态。现分析如下： （1）当电动机驱动机械负载时，传动机构的损耗是由电动机承担的。于是有：
TL TL Lt
根据上式，折算后的负载转矩为：
TL
TLt TLt j ( ) L
（3-5）
2）直线作用力的折算
折算时同样应考虑功率的流向问题。 图3.4给出了电机拖动起重机负载实现升降运动的示意图。
图3.4 电机带动起重机负载的示意图 （1）当重物提升时，传动机构的损耗自然由电动机承担。于是有： 又
Tem n
nA
TL n
（3-15）
nA
上述结论可以通过系统的动力学方程式或上图的分析求得。其 物理意义是：当在A点处于稳定运行系统受到外部扰动使得转速增 加时，负载转矩的增加应大于电磁转矩的增加，系统才能够减速， 回到原来的运行点。此时，系统在A点处是稳定运行的。
电机与拖动实验授课教案

电机与拖动实验授课教案

电机与拖动实验授课教案实验⼀认识实验⼀、实验⽬的1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。

2、认识在直流电机实验中所⽤的电机、仪表、变阻器等组件及使⽤⽅法。

3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励⽅式)的接线、起动、改变电机转向与调速的⽅法。

⼆、实验内容1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正直流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使⽤⽅法。

2、⽤伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。

3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。

三、实验步骤1、由实验指导⼈员介绍DDSZ-1型电机及电⽓技术实验装置各⾯板布置及使⽤⽅法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。

2、⽤伏安法测电枢的直流电阻图2-1 测电枢绕组直流电阻接线图3、直流仪表、转速表和变阻器的选择直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最⼤值来选择，变阻器根据实验要求来选⽤，并按电流的⼤⼩选择串联、并联或串并联的接法。

（1）电压量程的选择如测量电动机两端为220V的直流电压，选⽤直流电压表为1000V量程档。

（2）电流量程的选择因为直流并励电动机的额定电流为1.2A，测量电枢电流的电表A3可选⽤直流安培表的5A量程档；额定励磁电流⼩于0.16A，选⽤直流毫安表的200mA量程档。

（3）电机额定转速为1600r/min，转速表选⽤1800r/min量程档。

（4）变阻器的选择变阻器选⽤的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最⼤的电流来确定，电枢回路R1可选⽤D44挂件的1.3A的90Ω与90Ω串联电阻,磁场回路R f1可选⽤D44挂件的0.41A 的900Ω与900Ω串联电阻。

4、直流他励电动机的起动准备5、他励直流电动机起动步骤四、注意事项1、直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻R f1调⾄最⼩，先接通励磁电源,使励磁电流最⼤,同时必须将电枢串联起动电阻R 1调⾄最⼤,然后⽅可接通电枢电源。

电机与拖动基础知识要点复习题

电机与拖动基础知识要点复习题

电机复习提纲第一章：一、概念：主磁通，漏磁通，磁滞损耗，涡流损耗磁路的基本定律:安培环路定律: 磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量 Φ乘以磁阻R m磁路与电路的类比：与电路中的欧姆定律在形式上十分相似。

E=IR磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫电流定律穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零（2）磁路的基尔霍夫电压定律沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位差的代数和。

第二节 常用铁磁材料及其特性一、铁磁材料1、软磁材料：磁滞回线较窄。

剩磁和矫顽力都小的材料。

软磁材料磁导率较高，可用来制造电机、变压器的铁心。

2、硬磁材料：磁滞回线较宽。

剩磁和矫顽力都大的铁磁材料称为硬磁材料，可用来制成永久磁铁。

二、铁心损耗1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗 NiHL的能量。

2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。

3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。

第二章：一、尽管电枢在转动，但处于同一磁极下的线圈边中电流方向应始终不变，即进行所谓的“换向”。

二、一台直流电机作为电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；作为发动机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。

三、直流电机的主要结构（定子、转子）定子的主要作用是产生磁场转子又称为“电枢”,作用是产生电磁转矩和感应电动势要实现机电能量转换，电路和磁路之间必须在相对运动，所以旋转电机必须具备静止的和转动的两大部分，且静止和转动部分之间要有一定的间隙（称为：气隙）四、直流电机的铭牌数据直流电机的额定值有：1、额定功率P N(kW)2、额定电压U N(V)3、额定电流I N(A)4、额定转速n N(r/min)5、额定励磁电压U fN(V)五、直流电机电枢绕组的基本形式有两种：一种叫单叠绕组，另一种叫单波绕组。

单叠绕组的特点：元件的两个端子连接在相邻的两个换向片上。

电机与拖动技术完整版课件全套ppt教学教程

电机与拖动技术完整版课件全套ppt教学教程


第1章 绪论
1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标
（2）课程目标 本课程是一门用电磁理论解决复杂的、具体的、综合的实际问题的课程 。在电机运行中，电机内同时存在电、磁、力的相互作用。因此本课程的目 标是使学生牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性，学会结合电机的具体 结构、应用电机基本理论分析电机及拖动的实际问题，应掌握一定的电磁计 算方法，培养学生运算能力。 要求学生重视在教学过程中安排的实验、实 习，包括参观电机厂等实践教学环节。 具体要求是：
我国的电机工业，从新中国成立以来的50多年间，建立了独立自主的完整 体系。早在1958年我国就研制成功当时世界上第一台1.2万kW双水内冷汽轮 发电机，显示了我国电机工业的迅速掘起。近些年来，随着对电机新材料的研 究以及计算机技术在电机设计、制造工艺中的应用，普通电机的性能得到提高 ，而控制电机的高可靠性、高精度、快速响应使控制系统完成各种人工无法完 成的快速复杂的精巧工作。
从20世纪20年代起，开始采用由一台电动机拖动一台生产机械的系 统，称为单电动机拖动系统。与成组拖动相比，它省去了大量的中间传动 机构，使机械结构大大简化，提高了传动效率，增强了灵活性。由于电机 与生产机械在结构上配合密切，因而可以更好地满足生产机械的要求。
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
电能是现代能源中应用最广的二次能源，它的生产、变换、传输、分配 、使用和控制都比较方便经济，而要实现电能的生产、变换和使用等都离不 开电机。电机就是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。因此，电 机一般有两种应用形式。第一种是把机械能转换为电能，称之为发电机，它 通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后再把机械能转 换为电能，最后经输电、配电网络送往城市各工矿企业、家庭等各种用电场 合。第二种是把电能转换为机械能，称之为电动机，它用来驱动各种用途的 生产机械和其他装置，以满足不同的要求。电机是利用电磁感应原理工作， 它应用广泛，种类繁多，性能各异，分类方法也很多。常见的分类方法为： 按功能用途分，可分为常规电机和控制电机两大类。按照电机的结构或转速 分类，可分为变压器和旋转电机。根据电源的不同，旋转电机又分为直流电 机和交流电机两大类。交流电机又分为同步电机和异步电机两类。