电机原理及电力拖动教学课件

前言主要内容：电机的基本理论及应用（能量转换）电机及拖动系统的静、动态特性拖动系统的速度调节及其特性电机容量选择主要特点：电机是一种电磁结构设备，运行中，既遵循磁路定律，又遵循电路定律，在拖动系统中满足能量守恒定律。前言主要内容：主要特点：1前言二．基本电磁定律前言二．基本电磁定律2前言全电流定律当电流方向与积分路径方向符合右手螺旋定则时，其电流为正，否则为负。磁路欧姆定律：前言全电流定律当电流方向与积分路径方向符合右手3前言电磁感应定律：回路定律：电磁力定律：上述基本定律要求熟练掌握，准备使用。前言电磁感应定律：回路定律：电磁力定律：上述基本定律要求熟练4前言三．电机分类电机变压器旋转电机控制电机直流电机交流电机同步电机异步电机变压器：把一种电压等级的电能变为另一种电压等级的电能。发电机：把机械能转换为电能。电动机：把电能转换为机械能。前言三．电机分类电机变压器旋转电机控制电机直流电机交流电机同5前言四．学习方法明确物理概念，注重工作原理和运行特性，通过习题和实验消化所学内容。前言四．学习方法6第一章直流电机原理第一节直流电机用途、结构及原理第二节直流电机的空载磁势第三节直流电机的电枢绕组第四节直流电机的电枢反应第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩第六节直流发电机第七节直流电动机第八节直流电机换向简介第一章直流电机原理第一节直流电机用途、结构及原理7第一节直流电机用途、结构及原理一.直流发电机的工作特性发电机是将机械能转换为电能，故必须原动机拖动发电机。设此发电机在原动机拖动下，以ｎ逆时钟旋转。第一节直流电机用途、结构及原理一.直流发电机的工作特性设此8第一节直流电机用途、结构及原理①当转子（电枢）旋转在图ａ位置时：②当转子（电枢）旋转在图ｂ位置时：第一节直流电机用途、结构及原理①当转子（电枢）旋转在图9第一节直流电机用途、结构及原理换向器的作用：在直流发电机中，换向器将绕组中的交变电势变为电刷间的直流电势（整流作用）。

第一节直流电机用途、结构及原理换向器的作用：10第一节直流电机用途、结构及原理二．直流电动机的工作原理第一节直流电机用途、结构及原理二．直流电动机的工作原理11第一节直流电机用途、结构及原理①当电枢线圈位于图ａ时，其等效为下图ＮＳnie第一节直流电机用途、结构及原理①当电枢线圈位于图ａ时，其12第一节直流电机用途、结构及原理②当电枢线圈位于图b时，其等效为下图ＮＳnie第一节直流电机用途、结构及原理②当电枢线圈位于图b时，其等13第一节直流电机用途、结构及原理直流电动机中换向器的作用：将电刷端的直流转换为绕组中的交变电流（保证其转矩方向不变）。第一节直流电机用途、结构及原理直流电动机中换向器的作用：将14第一节直流电机用途、结构及原理２．直流电动机：将电能转换为机械能换向器将外加直流转换为绕组中的交流电动机中的电势为反电势与电流方向相反电动机中的转矩为拖动力矩，与n同方向第一节直流电机用途、结构及原理２．直流电动机：15第一节直流电机用途、结构及原理三．直流电机的结构由两大部分组成定子部分转子（电枢）部分（一）定子结构

定子作用：产生磁场，支撑电机及配件。第一节直流电机用途、结构及原理三．直流电机的结构由两大部分16并励直流发电机功率流程图：电动机中的转矩为拖动力矩，与n同方向1-2、1-3、1-4、1-9、1-10、1-13、1-141、2、3……16——表示元件上层所在槽号P33换向极：用来改善换向，减少电刷与换向器间的火花，装于两主磁极间（可以是主极数的一半）换向极绕组匝数少，线径粗。电枢反应小结：第一节直流电机用途、结构及原理第一节直流电机用途、结构及原理第三节直流电机的电枢绕组所以其外特性是一条下垂的曲线。转子也称为电枢。并励发电机除具备电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用使端电压下降的原因外，还具备因端压U的下降导致励磁电流下降，进一步使U下降的原因。图c—串励直流发电机发电机必须有剩磁（若无，可充磁一次）按励磁方式分类：第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩电动机中的转矩为拖动力矩，与n同方向第七节直流电动机第四节直流电机的电枢反应第一节直流电机用途、结构及原理1.主磁极：产生磁场（成对出现）,可以是永久磁场,也可以在极身上绕绕组，通入直流电产生磁场。ＮＳ＋－主磁极换向磁极电机外壳并励直流发电机功率流程图：第一节直流电机用途、结构及原理117第一节直流电机用途、结构及原理磁极铁芯：用1~1.5mm低碳钢板冲压而成。（小型机可用整块铸钢制成）激磁绕组：用绝缘导线绕制而成。+-磁极N、S相间出现！！

第一节直流电机用途、结构及原理磁极铁芯：用1~1.5mm低18第一节直流电机用途、结构及原理2.换向极：用来改善换向，减少电刷与换向器间的火花，装于两主磁极间（可以是主极数的一半）换向极绕组匝数少，线径粗。3.机壳：固定主磁极，换向极，端盖等，同时又是磁路。用铸钢或厚钢板制成。4.电刷装置：接通外电路和电枢电路。第一节直流电机用途、结构及原理2.换向极：用来改善换向，减19第一节直流电机用途、结构及原理（二）转子结构转子也称为电枢。电枢的作用：产生感应电势和电磁转矩是能量转换的枢纽。（1）转子铁芯：用0.35~0.5mm相互绝缘的硅钢片制成。电枢槽电枢绕组电枢齿电枢磁轭第一节直流电机用途、结构及原理（二）转子结构电枢槽电枢绕组20第一节直流电机用途、结构及原理（3）换向器：由相互绝缘的换向片组成。换向器的作用：在直流发电机中，将绕组中交流转为电刷间的直流在直流电动机中，将电刷间直流转为绕组中的交流（2）电枢绕组：通过电流感应电势，能量转换的重要部件，是直流电机的主电路。用高强度绝缘漆包线绕制。第一节直流电机用途、结构及原理（3）换向器：由相互绝缘的换21第一节直流电机用途、结构及原理四.直流电机的额定值

额定值：指电机在额定运行状态下各物理的数值

第一节直流电机用途、结构及原理四.直流电机的额定值22第二节直流电机的空载磁势由F所产生的磁通主磁通：漏磁通：直流电机空载时的磁势：空载磁场：指电机无负载时，由主极励磁绕组通入直流所产生磁场。一.直流电机磁路、磁通和磁化曲线一个主极所产生的磁势为：第二节直流电机的空载磁势由F所产生的磁通主磁通：漏磁通23第二节直流电机的空载磁势主磁通：交链电枢绕组的磁通（参与能量转换）漏磁通：只交链励磁绕组的磁通（不参与能量转换）主磁路的磁势分析：设主磁路径如下图所示：定子磁轭磁极电枢齿电枢磁轭气隙第二节直流电机的空载磁势主磁通：交链电枢绕组的磁通（参24第二节直流电机的空载磁势根据磁路第二定律：第二节直流电机的空载磁势根据磁路第二定律：25第二节直流电机的空载磁势曲线1：气隙磁化曲线因气隙不存在饱和，故为直线（曲线2的切线）。曲线2：刚开始铁芯未饱和，呈直线关系，随后因铁芯趋于饱和，呈曲线关系。第二节直流电机的空载磁势曲线1：气隙磁化曲线因气隙不存26第四节直流电机的电枢反应3）使主磁通有所减少（由于一般磁路都处于临界饱和）②当电枢线圈位于图b时，其等效为下图第一节直流电机用途、结构及原理图b—并励直流发电机第六节直流发电机所以其外特性是一条下垂的曲线。定子作用：产生磁场，支撑电机及配件。复励直流发电机简介（自学）第三节直流电机的电枢绕组1）若不考虑磁路饱和，则增磁与去磁部分相等，如果考虑磁路饱和，则去磁部分大于增磁部分。并激直流发电机端电压的建立：Z=S=K=16，试绕制一单迭绕组同时认为全部磁势降在气隙中（即各处电刷不在几何中性线时，交直轴电枢反应同时存在还有复迭、复波绕组，主要对于单迭绕组。功率平衡方程式（能量平衡）例如：一台直流电机，极数2P=4直线换向、延迟换向、超越换向变压器：把一种电压等级的电能变为另一种电压等第二节直流电机的空载磁势二.气隙磁密沿电枢表面分布波形设电枢表面是光滑的（略去齿槽影响）；同时认为全部磁势降在气隙中（即各处磁势相等）；气隙磁势磁密的分布波形由下式确定：第四节直流电机的电枢反应第二节直流电机的空载磁势二27第二节直流电机的空载磁势（1-7）第二节直流电机的空载磁势（1-7）28第三节直流电机的电枢绕组绕组是连接到换向片上的线圈总称。绕组分类：单迭绕组：单匝单迭元件多匝单迭元件后匝端有效边前匝端第三节直流电机的电枢绕组绕组是连接到换向片上29第三节直流电机的电枢绕组单波绕组：还有复迭、复波绕组，主要对于单迭绕组。第三节直流电机的电枢绕组单波绕组：还有复迭、复波绕组，主要30一.基本概念1）极轴线：平分主极成左右两部分的直线。第三节直流电机的电枢绕组NNSS极轴线几何中性线一.基本概念第三节直流电机的电枢绕组NNSS极轴线几何中性31第三节直流电机的电枢绕组2）几何中性线相邻两主极的几何分界线。3）极距4）绕组节距第三节直流电机的电枢绕组2）几何中性线3）32第三节直流电机的电枢绕组

通常使用短距元件，因为可节省铜导线，同时有利于改善电势波形。第三节直流电机的电枢绕组通常使用短距元件，因为33第三节直流电机的电枢绕组第三节直流电机的电枢绕组34第三节直流电机的电枢绕组二.单迭绕组的绕制

例如：一台直流电机，极数2P=4Z=S=K=16，试绕制一单迭绕组绕组连接顺序表：规定：元件号、元件上层边所在槽号以及该元件首端所接换向片均相同。1、2、3……16——表示元件上层所在槽号1’、2’、3’……16’——表示元件下层所在槽号第三节直流电机的电枢绕组二.单迭绕组的绕制绕组连接顺序表：35第三节直流电机的电枢绕组绕组元件的连接顺序：第三节直流电机的电枢绕组绕组元件的连接顺序：36第四节直流电机的电枢反应第二节直流电机的空载磁势并励直流发电机自励条件：第四节直流电机的电枢反应第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩2）按图中标定的磁场、电流方向、发电机转速为逆时钟，电动机转速方向为顺时钟方向。电枢的作用：产生感应电势和电磁转矩是能量转换的枢纽。发电机是将机械能转换为电能，故必须原动机拖动发电机。并励发电机除具备电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用使端电压下降的原因外，还具备因端压U的下降导致励磁电流下降，进一步使U下降的原因。1’、2’、3’……16’——表示元件下层所在槽号第七节直流电动机换向器的作用：直流电机磁路、磁通和磁化曲线第四节直流电机的电枢反应电动机中的电势为反电势与电流方向相反设电枢表面是光滑的（略去齿槽影响）；二．直流电动机的工作原理*物理中性线与几何中性线重合电刷在几何中性线时，只有交轴电枢反应第四节直流电机的电枢反应第三节直流电机的电枢绕组绕组展开图：第四节直流电机的电枢反应第三节直流电机的电枢绕组绕组展37第三节直流电机的电枢绕组电刷具体放置方法：应放在元件轴线与主极轴线重合的元件所接两换向片之间，且电刷中心线与两换向片中心线重合（即被电刷短路的元件其瞬时电势为0）。电枢绕组的电路图：第三节直流电机的电枢绕组电刷具体放置方法：电枢绕组的电路图38第四节直流电机的电枢反应电枢反应：电枢磁场对主磁极建立的气隙磁场的影响。电枢反应可分为:电刷在几何中性线时—只有交轴电枢反应电刷不在几何中性线时有交轴电枢反应，还有直轴电枢反应一.电刷在几何中性线时的电枢磁势和电枢磁场电枢磁场的方向由右手定则确定第四节直流电机的电枢反应电枢反应：电枢反应电刷在几何中性39第四节直流电机的电枢反应第四节直流电机的电枢反应40第四节直流电机的电枢反应第四节直流电机的电枢反应41第四节直流电机的电枢反应二.电刷在几何中性线上时的电枢反应（只有交轴反应）NS几何中线极轴线*主极磁力线以极轴线对称均匀分布*物理中性线与几何中性线重合物理中性线——过电枢表面磁密为0的直线。第四节直流电机的电枢反应二.电刷在几何中性线上时的电枢反42第四节直流电机的电枢反应电刷在几何中性线上时的电枢反应：第四节直流电机的电枢反应电刷在几何中性线上时的电枢反应：43第四节直流电机的电枢反应交轴电枢反应磁密波形图：在图中：1）若不考虑磁路饱和，则增磁与去磁部分相等，如果考虑磁路饱和，则去磁部分大于增磁部分。2）按图中标定的磁场、电流方向、发电机转速为逆时钟，电动机转速方向为顺时钟方向。交轴电枢反应的结果：1）使主磁场波形畸变2）物理中性线偏离几何中性线3）使主磁通有所减少（由于一般磁路都处于临界饱和）第四节直流电机的电枢反应交轴电枢反应磁密波形图：在图中：44第四节直流电机的电枢反应三.电刷不在几何中性线时的电枢反应第四节直流电机的电枢反应三.电刷不在几何中性线时的电枢反45第四节直流电机的电枢反应在电动机中第四节直流电机的电枢反应在电动机中46励磁绕组并联到电枢端时，保证励磁磁通与剩磁磁通同方向。设电枢表面是光滑的（略去齿槽影响）；第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩第一节直流电机用途、结构及原理由于并激发电机由自身的电压作为励磁电压，故并激发电机首先满足自身自励条件，建立端电压。并激直流发电机端电压的建立：第三节直流电机的电枢绕组电动机中的电势为反电势与电流方向相反第四节直流电机的电枢反应第二节直流电机的空载磁势直线换向、延迟换向、超越换向第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩第四节直流电机的电枢反应定子作用：产生磁场，支撑电机及配件。（若不同，可换接励磁绕组，也可变化n的方向）2）物理中性线偏离几何中性线直线换向、延迟换向、超越换向自激直流发电机可分为：电刷在几何中性线时的电枢磁势和电枢磁场定子作用：产生磁场，支撑电机及配件。第四节直流电机的电枢反应电枢反应小结：

电刷在几何中性线时，只有交轴电枢反应电刷不在几何中性线时，交直轴电枢反应同时存在交轴反应气隙磁场波形畸变物理中性线偏移几何中性线主极磁通量有所减少直轴反应发电机电动机顺n移—增磁逆n移—去磁顺n移—去磁逆n移—增磁励磁绕组并联到电枢端时，保证励磁磁通与剩磁磁通同方向。第四节47第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩一.电动势设电机绕组元件为整距元件，元件数很多，电刷在几何中线上，无齿槽影响。N—总导体数

2a—支路数第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩一.电动势48第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩49第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩50第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩二.电磁转矩第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩二.电磁转矩51第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩52第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩作业：P331-2、1-3、1-4、1-9、1-10、1-13、1-14第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩作业：53第六节直流发电机一.直流发电机分类按励磁方式分类：第六节直流发电机一.直流发电机分类54第六节直流发电机自激直流发电机可分为：图b—并励直流发电机图c—串励直流发电机图d、e—复励直流发电机第六节直流发电机自激直流发电机可分为：55第六节直流发电机二.直流发电机的基本方程：1.电压平衡方程式：原动机n第六节直流发电机二.直流发电机的基本方程：原动机n56电刷不在几何中性线时，交直轴电枢反应同时存在电枢的作用：产生感应电势和电磁转矩是能量转换的枢纽。换向器的作用：下述只讨论换向的电磁理论。第四节直流电机的电枢反应2）物理中性线偏离几何中性线第一节直流电机用途、结构及原理自激直流发电机可分为：1）极轴线：平分主极成左右两部分的直线。直线换向、延迟换向、超越换向气隙磁势磁密的分布波形由下式确定：（3）换向器：由相互绝缘的换向片组成。第四节直流电机的电枢反应直流电动机中换向器的作用：将电刷端的直流转换为绕组中的交变电流（保证其转矩方向不变）。电枢磁场对主磁极建立的气隙磁场的影响。第一节直流电机用途、结构及原理发电机必须有剩磁（若无，可充磁一次）第三节直流电机的电枢绕组图b—并励直流发电机P33第六节直流发电机NS电刷不在几何中性线时，交直轴电枢反应同时存在第六节直流发电57第六节直流发电机3.功率平衡方程式（能量平衡）原动机n第六节直流发电机3.功率平衡方程式（能量平衡）原动机n58第六节直流发电机第六节直流发电机59第六节直流发电机第六节直流发电机60第六节直流发电机并励直流发电机功率流程图：第六节直流发电机并励直流发电机功率流程图：61第六节直流发电机三.他励直流发电机特性

第六节直流发电机三.他励直流发电机特性62第六节直流发电机实验线路：第六节直流发电机实验线路：63第六节直流发电机空载特性:第六节直流发电机空载特性:64第六节直流发电机实验线路：第六节直流发电机实验线路：65第六节直流发电机外特性：电枢反应去磁作用加强所以其外特性是一条下垂的曲线。第六节直流发电机外特性：电枢反应去磁作用加强所以其外特性是66第六节直流发电机四.并激直流发电机1.并激直流发电机端电压的建立：由于并激发电机由自身的电压作为励磁电压，故并激发电机首先满足自身自励条件，建立端电压。励磁绕组接法正确+_e励磁绕组接法错误+_e第六节直流发电机四.并激直流发电机励磁绕组接法正确+_e励67第六节直流发电机自励过程的分析：第六节直流发电机自励过程的分析：68第六节直流发电机并励直流发电机自励条件：发电机必须有剩磁（若无，可充磁一次）励磁绕组并联到电枢端时，保证励磁磁通与剩磁磁通同方向。（若不同，可换接励磁绕组，也可变化n的方向）励磁回路总电阻要小于临界电阻2.外特性：第六节直流发电机并励直流发电机自励条件：2.外特性：69第六节直流发电机其原因是：并励发电机除具备电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用使端电压下降的原因外，还具备因端压U的下降导致励磁电流下降，进一步使U下降的原因。第六节直流发电机其原因是：70第六节直流发电机五.复励直流发电机简介（自学）第六节直流发电机五.复励直流发电机简介（自学）71第七节直流电动机设有一台他励直流电动机接于一直流电网上（U不变）第七节直流电动机设有一台他励直流电动机接于一直流电网上（72第七节直流电动机第七节直流电动机73第七节直流电动机二.基本方程式第七节直流电动机二.基本方程式74第七节直流电动机3.功率平衡方程式：直流电动机功率流程图：第七节直流电动机3.功率平衡方程式：75第七节直流电动机三.直流电动机特性1.转速特性：第七节直流电动机三.直流电动机特性76电机是一种电磁结构设备，运行中，既遵循磁路定律，又遵循电路定律，在拖动系统中满足能量守恒定律。励磁回路总电阻要小于临界电阻P33第三节直流电机的电枢绕组绕组是连接到换向片上的线圈总称。第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩直线换向、延迟换向、超越换向第八节直流电机换向简介*物理中性线与几何中性线重合（3）换向器：由相互绝缘的换向片组成。第一节直流电机用途、结构及原理设电机绕组元件为整距元件，元件数很多，电刷在几何中线上，无齿槽影响。主磁极：产生磁场（成对出现）,可以是永久磁场,也可以在极身上绕绕组，通入直流电产生磁场。物理中性线偏移几何中性线第二节直流电机的空载磁势第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩发电机必须有剩磁（若无，可充磁一次）第二节直流电机的空载磁势相邻两主极的几何分界线。第三节直流电机的电枢绕组第七节直流电动机影响n的因素电机是一种电磁结构设备，运行中，既遵循磁路定律，又遵循电路定77第七节直流电动机2.转矩特性：第七节直流电动机2.转矩特性：78第七节直流电动机3.效率特性：第七节直流电动机3.效率特性：79第七节直流电动机4.机械特性（重要特性）第七节直流电动机4.机械特性（重要特性）80第七节直流电动机已知：第七节直流电动机已知：81第七节直流电动机第七节直流电动机82第七节直流电动机四.串励直流电动机负载第七节直流电动机四.串励直流电动机负载83第七节直流电动机1.速率特性第七节直流电动机1.速率特性84第七节直流电动机第七节直流电动机85第七节直流电动机第七节直流电动机86第七节直流电动机2.转矩特性第七节直流电动机2.转矩特性87第七节直流电动机3.机械特性第七节直流电动机3.机械特性88第七节直流电动机复励直流电动机的机械特性（自学）第七节直流电动机复励直流电动机的机械特性（自学）89第八节直流电机换向简介何谓换向：指电枢元件从一条支路经电刷进入另一条支路，元件电流改变方向的过程。影响换向的因素：电磁、机械、电化学、电热等因素。下述只讨论换向的电磁理论。第八节直流电机换向简介何谓换向：指电枢元件从一条支路经电90第八节直流电机换向简介一.换向过程第八节直流电机换向简介一.换向过程91第八节直流电机换向简介二.直线换向、延迟换向、超越换向1.直线换向第八节直流电机换向简介二.直线换向、延迟换向、超越换向192第八节直流电机换向简介第八节直流电机换向简介93第八节直流电机换向简介3.超越换向：第八节直流电机换向简介3.超越换向：94第八节直流电机换向简介三.改善换向的方法1.加装换向极第八节直流电机换向简介三.改善换向的方法1.加装换向极95第八节直流电机换向简介2.移动电刷改善换向第八节直流电机换向简介2.移动电刷改善换向96移刷改善换向方法只适合某一负载有较好的效果。四.火花、环火及补偿绕组（自学）第八节直流电机换向简介移刷改善换向方法只适合某一负载有较好的效果。四.火花、环火及97作业题

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1-15、1-17、1-19、1-21、1-24、1-29、1-32、1-34、1-36作业题

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1-15、1-17、1-19、1-2198直流电机的结构直流电机的结构99定子结构定子结构100直流电机空载时的磁势直流电机空载时的磁势101换向过程换向过程102电刷装置电刷装置103换向器结构换向器结构104第一节直流电机用途、结构及原理２．直流电动机：将电能转换为机械能换向器将外加直流转换为绕组中的交流电动机中的电势为反电势与电流方向相反电动机中的转矩为拖动力矩，与n同方向第一节直流电机用途、结构及原理２．直流电动机：105第二节直流电机的空载磁势根据磁路第二定律：第二节直流电机的空载磁势根据磁路第二定律：106第二节直流电机的空载磁势根据磁路第二定律：第二节直流电机的空载磁势根据磁路第二定律：107第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩作业：P331-2、1-3、1-4、1-9、1-10、1-13、1-14第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩作业：108第六节直流发电机外特性：电枢反应去磁作用加强所以其外特性是一条下垂的曲线。第六节直流发电机外特性：电枢反应去磁作用加强所以其外特性是109第六节直流发电机四.并激直流发电机1.并激直流发电机端电压的建立：由于并激发电机由自身的电压作为励磁电压，故并激发电机首先满足自身自励条件，建立端电压。励磁绕组接法正确+_e励磁绕组接法错误+_e第六节直流发电机四.并激直流发电机励磁绕组接法正确+_e励110第六节直流发电机四.并激直流发电机1.并激直流发电机端电压的建立：由于并激发电机由自身的电压作为励磁电压，故并激发电机首先满足自身自励条件，建立端电压。励磁绕组接法正确+_e励磁绕组接法错误+_e第六节直流发电机四.并激直流发电机励磁绕组接法正确+_e励111换向器结构换向器结构112前言主要内容：电机的基本理论及应用（能量转换）电机及拖动系统的静、动态特性拖动系统的速度调节及其特性电机容量选择主要特点：电机是一种电磁结构设备，运行中，既遵循磁路定律，又遵循电路定律，在拖动系统中满足能量守恒定律。前言主要内容：主要特点：113前言二．基本电磁定律前言二．基本电磁定律114前言全电流定律当电流方向与积分路径方向符合右手螺旋定则时，其电流为正，否则为负。磁路欧姆定律：前言全电流定律当电流方向与积分路径方向符合右手115前言电磁感应定律：回路定律：电磁力定律：上述基本定律要求熟练掌握，准备使用。前言电磁感应定律：回路定律：电磁力定律：上述基本定律要求熟练116前言三．电机分类电机变压器旋转电机控制电机直流电机交流电机同步电机异步电机变压器：把一种电压等级的电能变为另一种电压等级的电能。发电机：把机械能转换为电能。电动机：把电能转换为机械能。前言三．电机分类电机变压器旋转电机控制电机直流电机交流电机同117前言四．学习方法明确物理概念，注重工作原理和运行特性，通过习题和实验消化所学内容。前言四．学习方法118第一章直流电机原理第一节直流电机用途、结构及原理第二节直流电机的空载磁势第三节直流电机的电枢绕组第四节直流电机的电枢反应第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩第六节直流发电机第七节直流电动机第八节直流电机换向简介第一章直流电机原理第一节直流电机用途、结构及原理119第一节直流电机用途、结构及原理一.直流发电机的工作特性发电机是将机械能转换为电能，故必须原动机拖动发电机。设此发电机在原动机拖动下，以ｎ逆时钟旋转。第一节直流电机用途、结构及原理一.直流发电机的工作特性设此120第一节直流电机用途、结构及原理①当转子（电枢）旋转在图ａ位置时：②当转子（电枢）旋转在图ｂ位置时：第一节直流电机用途、结构及原理①当转子（电枢）旋转在图121第一节直流电机用途、结构及原理换向器的作用：在直流发电机中，换向器将绕组中的交变电势变为电刷间的直流电势（整流作用）。

第一节直流电机用途、结构及原理换向器的作用：122第一节直流电机用途、结构及原理二．直流电动机的工作原理第一节直流电机用途、结构及原理二．直流电动机的工作原理123第一节直流电机用途、结构及原理①当电枢线圈位于图ａ时，其等效为下图ＮＳnie第一节直流电机用途、结构及原理①当电枢线圈位于图ａ时，其124第一节直流电机用途、结构及原理②当电枢线圈位于图b时，其等效为下图ＮＳnie第一节直流电机用途、结构及原理②当电枢线圈位于图b时，其等125第一节直流电机用途、结构及原理直流电动机中换向器的作用：将电刷端的直流转换为绕组中的交变电流（保证其转矩方向不变）。第一节直流电机用途、结构及原理直流电动机中换向器的作用：将126第一节直流电机用途、结构及原理２．直流电动机：将电能转换为机械能换向器将外加直流转换为绕组中的交流电动机中的电势为反电势与电流方向相反电动机中的转矩为拖动力矩，与n同方向第一节直流电机用途、结构及原理２．直流电动机：127第一节直流电机用途、结构及原理三．直流电机的结构由两大部分组成定子部分转子（电枢）部分（一）定子结构

定子作用：产生磁场，支撑电机及配件。第一节直流电机用途、结构及原理三．直流电机的结构由两大部分128并励直流发电机功率流程图：电动机中的转矩为拖动力矩，与n同方向1-2、1-3、1-4、1-9、1-10、1-13、1-141、2、3……16——表示元件上层所在槽号P33换向极：用来改善换向，减少电刷与换向器间的火花，装于两主磁极间（可以是主极数的一半）换向极绕组匝数少，线径粗。电枢反应小结：第一节直流电机用途、结构及原理第一节直流电机用途、结构及原理第三节直流电机的电枢绕组所以其外特性是一条下垂的曲线。转子也称为电枢。并励发电机除具备电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用使端电压下降的原因外，还具备因端压U的下降导致励磁电流下降，进一步使U下降的原因。图c—串励直流发电机发电机必须有剩磁（若无，可充磁一次）按励磁方式分类：第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩电动机中的转矩为拖动力矩，与n同方向第七节直流电动机第四节直流电机的电枢反应第一节直流电机用途、结构及原理1.主磁极：产生磁场（成对出现）,可以是永久磁场,也可以在极身上绕绕组，通入直流电产生磁场。ＮＳ＋－主磁极换向磁极电机外壳并励直流发电机功率流程图：第一节直流电机用途、结构及原理1129第一节直流电机用途、结构及原理磁极铁芯：用1~1.5mm低碳钢板冲压而成。（小型机可用整块铸钢制成）激磁绕组：用绝缘导线绕制而成。+-磁极N、S相间出现！！

第一节直流电机用途、结构及原理磁极铁芯：用1~1.5mm低130第一节直流电机用途、结构及原理2.换向极：用来改善换向，减少电刷与换向器间的火花，装于两主磁极间（可以是主极数的一半）换向极绕组匝数少，线径粗。3.机壳：固定主磁极，换向极，端盖等，同时又是磁路。用铸钢或厚钢板制成。4.电刷装置：接通外电路和电枢电路。第一节直流电机用途、结构及原理2.换向极：用来改善换向，减131第一节直流电机用途、结构及原理（二）转子结构转子也称为电枢。电枢的作用：产生感应电势和电磁转矩是能量转换的枢纽。（1）转子铁芯：用0.35~0.5mm相互绝缘的硅钢片制成。电枢槽电枢绕组电枢齿电枢磁轭第一节直流电机用途、结构及原理（二）转子结构电枢槽电枢绕组132第一节直流电机用途、结构及原理（3）换向器：由相互绝缘的换向片组成。换向器的作用：在直流发电机中，将绕组中交流转为电刷间的直流在直流电动机中，将电刷间直流转为绕组中的交流（2）电枢绕组：通过电流感应电势，能量转换的重要部件，是直流电机的主电路。用高强度绝缘漆包线绕制。第一节直流电机用途、结构及原理（3）换向器：由相互绝缘的换133第一节直流电机用途、结构及原理四.直流电机的额定值

额定值：指电机在额定运行状态下各物理的数值

第一节直流电机用途、结构及原理四.直流电机的额定值134第二节直流电机的空载磁势由F所产生的磁通主磁通：漏磁通：直流电机空载时的磁势：空载磁场：指电机无负载时，由主极励磁绕组通入直流所产生磁场。一.直流电机磁路、磁通和磁化曲线一个主极所产生的磁势为：第二节直流电机的空载磁势由F所产生的磁通主磁通：漏磁通135第二节直流电机的空载磁势主磁通：交链电枢绕组的磁通（参与能量转换）漏磁通：只交链励磁绕组的磁通（不参与能量转换）主磁路的磁势分析：设主磁路径如下图所示：定子磁轭磁极电枢齿电枢磁轭气隙第二节直流电机的空载磁势主磁通：交链电枢绕组的磁通（参136第二节直流电机的空载磁势根据磁路第二定律：第二节直流电机的空载磁势根据磁路第二定律：137第二节直流电机的空载磁势曲线1：气隙磁化曲线因气隙不存在饱和，故为直线（曲线2的切线）。曲线2：刚开始铁芯未饱和，呈直线关系，随后因铁芯趋于饱和，呈曲线关系。第二节直流电机的空载磁势曲线1：气隙磁化曲线因气隙不存138第四节直流电机的电枢反应3）使主磁通有所减少（由于一般磁路都处于临界饱和）②当电枢线圈位于图b时，其等效为下图第一节直流电机用途、结构及原理图b—并励直流发电机第六节直流发电机所以其外特性是一条下垂的曲线。定子作用：产生磁场，支撑电机及配件。复励直流发电机简介（自学）第三节直流电机的电枢绕组1）若不考虑磁路饱和，则增磁与去磁部分相等，如果考虑磁路饱和，则去磁部分大于增磁部分。并激直流发电机端电压的建立：Z=S=K=16，试绕制一单迭绕组同时认为全部磁势降在气隙中（即各处电刷不在几何中性线时，交直轴电枢反应同时存在还有复迭、复波绕组，主要对于单迭绕组。功率平衡方程式（能量平衡）例如：一台直流电机，极数2P=4直线换向、延迟换向、超越换向变压器：把一种电压等级的电能变为另一种电压等第二节直流电机的空载磁势二.气隙磁密沿电枢表面分布波形设电枢表面是光滑的（略去齿槽影响）；同时认为全部磁势降在气隙中（即各处磁势相等）；气隙磁势磁密的分布波形由下式确定：第四节直流电机的电枢反应第二节直流电机的空载磁势二139第二节直流电机的空载磁势（1-7）第二节直流电机的空载磁势（1-7）140第三节直流电机的电枢绕组绕组是连接到换向片上的线圈总称。绕组分类：单迭绕组：单匝单迭元件多匝单迭元件后匝端有效边前匝端第三节直流电机的电枢绕组绕组是连接到换向片上141第三节直流电机的电枢绕组单波绕组：还有复迭、复波绕组，主要对于单迭绕组。第三节直流电机的电枢绕组单波绕组：还有复迭、复波绕组，主要142一.基本概念1）极轴线：平分主极成左右两部分的直线。第三节直流电机的电枢绕组NNSS极轴线几何中性线一.基本概念第三节直流电机的电枢绕组NNSS极轴线几何中性143第三节直流电机的电枢绕组2）几何中性线相邻两主极的几何分界线。3）极距4）绕组节距第三节直流电机的电枢绕组2）几何中性线3）144第三节直流电机的电枢绕组

通常使用短距元件，因为可节省铜导线，同时有利于改善电势波形。第三节直流电机的电枢绕组通常使用短距元件，因为145第三节直流电机的电枢绕组第三节直流电机的电枢绕组146第三节直流电机的电枢绕组二.单迭绕组的绕制

例如：一台直流电机，极数2P=4Z=S=K=16，试绕制一单迭绕组绕组连接顺序表：规定：元件号、元件上层边所在槽号以及该元件首端所接换向片均相同。1、2、3……16——表示元件上层所在槽号1’、2’、3’……16’——表示元件下层所在槽号第三节直流电机的电枢绕组二.单迭绕组的绕制绕组连接顺序表：147第三节直流电机的电枢绕组绕组元件的连接顺序：第三节直流电机的电枢绕组绕组元件的连接顺序：148第四节直流电机的电枢反应第二节直流电机的空载磁势并励直流发电机自励条件：第四节直流电机的电枢反应第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩2）按图中标定的磁场、电流方向、发电机转速为逆时钟，电动机转速方向为顺时钟方向。电枢的作用：产生感应电势和电磁转矩是能量转换的枢纽。发电机是将机械能转换为电能，故必须原动机拖动发电机。并励发电机除具备电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用使端电压下降的原因外，还具备因端压U的下降导致励磁电流下降，进一步使U下降的原因。1’、2’、3’……16’——表示元件下层所在槽号第七节直流电动机换向器的作用：直流电机磁路、磁通和磁化曲线第四节直流电机的电枢反应电动机中的电势为反电势与电流方向相反设电枢表面是光滑的（略去齿槽影响）；二．直流电动机的工作原理*物理中性线与几何中性线重合电刷在几何中性线时，只有交轴电枢反应第四节直流电机的电枢反应第三节直流电机的电枢绕组绕组展开图：第四节直流电机的电枢反应第三节直流电机的电枢绕组绕组展149第三节直流电机的电枢绕组电刷具体放置方法：应放在元件轴线与主极轴线重合的元件所接两换向片之间，且电刷中心线与两换向片中心线重合（即被电刷短路的元件其瞬时电势为0）。电枢绕组的电路图：第三节直流电机的电枢绕组电刷具体放置方法：电枢绕组的电路图150第四节直流电机的电枢反应电枢反应：电枢磁场对主磁极建立的气隙磁场的影响。电枢反应可分为:电刷在几何中性线时—只有交轴电枢反应电刷不在几何中性线时有交轴电枢反应，还有直轴电枢反应一.电刷在几何中性线时的电枢磁势和电枢磁场电枢磁场的方向由右手定则确定第四节直流电机的电枢反应电枢反应：电枢反应电刷在几何中性151第四节直流电机的电枢反应第四节直流电机的电枢反应152第四节直流电机的电枢反应第四节直流电机的电枢反应153第四节直流电机的电枢反应二.电刷在几何中性线上时的电枢反应（只有交轴反应）NS几何中线极轴线*主极磁力线以极轴线对称均匀分布*物理中性线与几何中性线重合物理中性线——过电枢表面磁密为0的直线。第四节直流电机的电枢反应二.电刷在几何中性线上时的电枢反154第四节直流电机的电枢反应电刷在几何中性线上时的电枢反应：第四节直流电机的电枢反应电刷在几何中性线上时的电枢反应：155第四节直流电机的电枢反应交轴电枢反应磁密波形图：在图中：1）若不考虑磁路饱和，则增磁与去磁部分相等，如果考虑磁路饱和，则去磁部分大于增磁部分。2）按图中标定的磁场、电流方向、发电机转速为逆时钟，电动机转速方向为顺时钟方向。交轴电枢反应的结果：1）使主磁场波形畸变2）物理中性线偏离几何中性线3）使主磁通有所减少（由于一般磁路都处于临界饱和）第四节直流电机的电枢反应交轴电枢反应磁密波形图：在图中：156第四节直流电机的电枢反应三.电刷不在几何中性线时的电枢反应第四节直流电机的电枢反应三.电刷不在几何中性线时的电枢反157第四节直流电机的电枢反应在电动机中第四节直流电机的电枢反应在电动机中158励磁绕组并联到电枢端时，保证励磁磁通与剩磁磁通同方向。设电枢表面是光滑的（略去齿槽影响）；第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩第一节直流电机用途、结构及原理由于并激发电机由自身的电压作为励磁电压，故并激发电机首先满足自身自励条件，建立端电压。并激直流发电机端电压的建立：第三节直流电机的电枢绕组电动机中的电势为反电势与电流方向相反第四节直流电机的电枢反应第二节直流电机的空载磁势直线换向、延迟换向、超越换向第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩第四节直流电机的电枢反应定子作用：产生磁场，支撑电机及配件。（若不同，可换接励磁绕组，也可变化n的方向）2）物理中性线偏离几何中性线直线换向、延迟换向、超越换向自激直流发电机可分为：电刷在几何中性线时的电枢磁势和电枢磁场定子作用：产生磁场，支撑电机及配件。第四节直流电机的电枢反应电枢反应小结：

电刷在几何中性线时，只有交轴电枢反应电刷不在几何中性线时，交直轴电枢反应同时存在交轴反应气隙磁场波形畸变物理中性线偏移几何中性线主极磁通量有所减少直轴反应发电机电动机顺n移—增磁逆n移—去磁顺n移—去磁逆n移—增磁励磁绕组并联到电枢端时，保证励磁磁通与剩磁磁通同方向。第四节159第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩一.电动势设电机绕组元件为整距元件，元件数很多，电刷在几何中线上，无齿槽影响。N—总导体数

2a—支路数第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩一.电动势160第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩161第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩162第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩二.电磁转矩第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩二.电磁转矩163第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩164第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩作业：P331-2、1-3、1-4、1-9、1-10、1-13、1-14第五节直流电机的电枢电势与电磁转矩作业：165第六节直流发电机一.直流发电机分类按励磁方式分类：第六节直流发电机一.直流发电机分类166第六节直流发电机自激直流发电机可分为：图b—并励直流发电机图c—串励直流发电机图d、e—复励直流发电机第六节直流发电机自激直流发电机可分为：167第六节直流发电机二.直流发电机的基本方程：1.电压平衡方程式：原动机n第六节直流发电机二.直流发电机的基本方程：原动机n168电刷不在几何中性线时，交直轴电枢反应同时存在电枢的作用：产生感应电势和电磁转矩是能量转换的枢纽。换向器的作用：下述只讨论换向的电磁理论。第四节直流电机的电枢反应2）物理中性线偏离几何中性线第一节直流电机用途、结构及原理自激直流发电机可分为：1）极轴线：平分主极成左右两部分的直线。直线换向、延迟换向、超越换向气隙磁势磁密的分布波形由下式确定：（3）换向器：由相互绝缘的换向片组成。第四节直流电机的电枢反应直流电动机中换向器的作用：将电刷端的直流转换为绕组中的交变电流（保证其转矩方向不变）。电枢磁场对主磁极建立的气隙磁场的影响。第一节直流电机用途、结构及原理发电机必须有剩磁（若无，可充磁一次）第三节直流电机的电枢绕组图b—并励直流发电机P33第六节直流发电机NS电刷不在几何中性线时，交直轴电枢反应同时存在第六节直流发电169第六节直流发电机3.功率平衡方程式（能量平衡）原动机n第六节直流发电机3.功率平衡方程式（能量平衡）原动机n170第六节直流发电机第六节直流发电机171第六节直流发电机第六节直流发电机172第六节直流发电机并励直流发电机功率流程图：第六节直流发电机并励直流发电机功率流程图：173第六节直流发电机三.他励直流发电机特性

第六节直流发电机三.他励直流发电机特性174第六节直流发电机实验线路：第六节直流发电机实验线路：175第六节直流发电机空载特性:第六节直流发电机空载特性:176第六节直流发电机实验线路：第六节直流发电机实验线路：177第六节直流发电机外特性：电枢反应去磁作用加强所以其外特性是一条下垂的曲线。第六节直流发电机外特性：电枢反应去磁作用加强所以其外特性是178第六节直流发电机四.并激直流发电机1.并激直流发电机端电压的建立：由于并激发电机由自身的电压作为励磁电压，故并激发电机首先满足自身自励条件，建立端电压。励磁绕组接法正确+_e励磁绕组接法错误+_e第六节直流发电机四.并激直流发电机励磁绕组接法正确+_e励179第六节直流发电机自励过程的分析：第六节直流发电机自励过程的分析：180第六节直流发电机并励直流发电机自励条件：发电机必须有剩磁（若无，可充磁一次）励磁绕组并联到电枢端时，保证励磁磁通与剩磁磁通同方向。（若不同，可换接励磁绕组，也可变化n的方向）励磁回路总电阻要小于临界电阻2.外特性：第六节直流发电机并励直流发电机自励条件：2.外特性：181第六节直流发电机其原因是：并励发电机除具备电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用使端电压下降的原因外，还具备因端压U的下降导致励磁电流下降，进一步使U下降的原因。第六节直流发电机其原因是：182第六节直流发电机五.复励直流发电机简介（自学）第六节直流发电机五.复励直流发电机简介（自学）183第七节直流电动机设有一台他励直流电动机接于一直流电网上（U不变）第七节直流电动机设有一台他励直流电动机接于一直流电网上（184第七节直流电动机第七节直流电动机185第七节直流电动机二.基本方程式第七节直流电动机二.基本方程式186第七节直流电动机3.功率平衡方程式：直流电动机功率流程图：第七节直流电动机3.功率平衡方程式：187第七节直流电动机三.直流电动机特性1.转速特性：第七节直流电动机三.直流电动机特性188电机是一种电磁结构设备，运行中，既遵循磁路定律，又遵循电路定律，在拖动系统中满足能量守恒定律。励磁回路总电阻要小于临界电阻P33第三节直流电机的电枢绕组绕组是连接到换向片上的线圈总称。