學(xué)期授課計(jì)劃說(shuō)明

課

本已本本學(xué)期課時(shí)分配

課時(shí)

講期本其中

程

學(xué)余

計(jì)授教期講實(shí)測(cè)考機(jī)小

劃

學(xué)學(xué)總S

學(xué)學(xué)

時(shí)時(shí)周時(shí)授踐試核動(dòng)計(jì)

120181205630考試2120

教學(xué)大綱名稱《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱

或版本——i編

選用教材《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》

主要參考書《電機(jī)及電力拖動(dòng)》（機(jī)工出版社）

名稱及版本

所需實(shí)驗(yàn)（實(shí)習(xí)）器電動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)裝置

材及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)（習(xí)）場(chǎng)地電機(jī)實(shí)訓(xùn)室

備注

皖西學(xué)院教案

2010?2011學(xué)年度第二學(xué)期編號(hào)001.

機(jī)械與電子工程系電氣教研室任課教師汪良益.

課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)

授課章節(jié)緒論第一章直流電機(jī)

§1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

緒論課型：理論

課題:學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)

§1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理課

1.了解電機(jī)及電力拖動(dòng)技術(shù)的發(fā)展;

.明確課程的性質(zhì)、課程所涵蓋的內(nèi)容、學(xué)完本課程后所達(dá)到的要求。

教學(xué)目的及2

3.掌握直流電機(jī)的基本工作原理。

要求4.掌握直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，掌握各部分的作用。

5.了解直流電機(jī)的銘牌。

教學(xué)重點(diǎn)直流電機(jī)的基本工作原理及結(jié)構(gòu)

教學(xué)難點(diǎn)直流電機(jī)的基本工作原理

教學(xué)方法講授法

教學(xué)輔助手

段、教具

電氣0803,

電氣0801,0802

授課班級(jí)電信07

授課日期9月8日9月10日月日月日

教學(xué)過(guò)程主

要環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

作業(yè)1.1,1.2

緒論

0.1電機(jī)及電力拖動(dòng)系統(tǒng)概述

一、電機(jī)

《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》是把電機(jī)學(xué)和電力拖動(dòng)基礎(chǔ)兩門課程有機(jī)結(jié)合而成的一

門課程。

電機(jī)是以電磁感應(yīng)和電磁力定律為基本工作原理進(jìn)行電能的傳遞或機(jī)電能

量轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置。

電能易于轉(zhuǎn)換、傳輸、分配和控制，是現(xiàn)代能源的主要形式。發(fā)電機(jī)把機(jī)械

能轉(zhuǎn)化為電能。而電能的生產(chǎn)集中在火力、水力、核能和風(fēng)力發(fā)電廠進(jìn)行。

為了減少輸電中的能量損失，遠(yuǎn)距離輸電均采用高電壓形式：電廠發(fā)出的電

能經(jīng)變壓器升壓，然后經(jīng)高壓輸電線路送達(dá)目的地后，再經(jīng)變壓器降壓供給用戶O

電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能主要由電動(dòng)機(jī)完成。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的方式稱為

電力拖動(dòng)。

由于電動(dòng)機(jī)的效率高、種類和規(guī)格多、具有各種良好的特性，電力拖動(dòng)易

于操作和控制，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離控制，因此，電力拖動(dòng)廣泛應(yīng)用于國(guó)

民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域。例如各種機(jī)床、軋制生產(chǎn)線、電力機(jī)車、風(fēng)機(jī)、水泵、電動(dòng)工具

乃至家用電器等，數(shù)不勝數(shù)。

為了能建立一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類如下：

電機(jī)的分類

r從能量轉(zhuǎn)換的角度分從旋轉(zhuǎn)與否的角度分從電能的性質(zhì)分

直

交

控

發(fā)

電

變

流

流

制旋轉(zhuǎn)電機(jī)

壓

電

動(dòng)靜止電機(jī)

電

電

電

器

機(jī)

機(jī)（發(fā)電機(jī)

機(jī)

機(jī)

（變壓器）機(jī)

電動(dòng)機(jī)）

在電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，大量應(yīng)用控制電機(jī)?？刂齐姍C(jī)是一種在自動(dòng)控

制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、隨動(dòng)系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離測(cè)量及計(jì)算裝置中作為執(zhí)行元件、檢測(cè)元件的

小型電機(jī)。這部分內(nèi)容將在另外的教材中涉及。

在工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)與電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)中，電機(jī)與拖動(dòng)是一門十分重

要的專業(yè)基礎(chǔ)課或技術(shù)基礎(chǔ)課，它在整個(gè)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中起著承前啟后的作用，

是后續(xù)課程《自動(dòng)控制原理》、《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》、《電力電子技術(shù)》等課

程的重要基礎(chǔ)。主要研究電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的基本理論問(wèn)題，分析研究直流電機(jī)、變

壓器、異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、原理、基本電磁關(guān)系和運(yùn)行特性；

并初步聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，從生產(chǎn)機(jī)械工作的要求出發(fā)，重點(diǎn)介紹交直流拖動(dòng)系統(tǒng)的

動(dòng)靜態(tài)運(yùn)行特性，為學(xué)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)等后續(xù)專業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，課程

既具有較強(qiáng)的基礎(chǔ)性，又帶有專業(yè)性。

二、電力拖動(dòng)

簡(jiǎn)單的電力拖動(dòng)系統(tǒng)由電源、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、負(fù)載和自動(dòng)控制裝置等部

分組成，見(jiàn)圖1.1。電源提供電動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)所需的電能；電動(dòng)機(jī)完成電能向

機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于傳遞動(dòng)力，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)方式和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)換，以

滿足不同負(fù)載的要求；自動(dòng)控制裝置則控制電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載按照設(shè)定的工作方式

運(yùn)行，完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)。

-----------電源

自動(dòng)控制裝置-----電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)——負(fù)載

圖1.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)起

0.2電氣控制

電氣化、信息化時(shí)代，在性能、可靠性及容量等方面，對(duì)電機(jī)提出了更高的

要求。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機(jī)、大功率無(wú)刷直流電機(jī)、永磁同步無(wú)刷電機(jī)

等得到了很大發(fā)展。

同時(shí)，隨著新興行業(yè)的發(fā)展，微電機(jī)亦成為電機(jī)行業(yè)發(fā)展的亮點(diǎn)，是我國(guó)電

工電器行業(yè)（電機(jī)）發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn)品。稀土永磁電機(jī)，無(wú)軸承電機(jī)也是電機(jī)技術(shù)發(fā)

展的新動(dòng)向。

與此相適應(yīng)，電機(jī)拖動(dòng)也有了新的發(fā)展，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)又提出更高的要求，如

要求提高加工的精度和工作的速度，要求快速啟動(dòng)、制動(dòng)和逆轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)很寬范圍

內(nèi)的調(diào)速及整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化等，這就需要有一整套自動(dòng)控制設(shè)備組成自動(dòng)

化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)。而這些高要求的拖動(dòng)系統(tǒng)隨著自動(dòng)控制理論的不斷發(fā)展，半

導(dǎo)體器件和電力電子技術(shù)的采用，以及數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與采用，正

在不斷地完善和提高。

綜上所述，電力拖動(dòng)技術(shù)發(fā)展至今，它具有許多其他拖動(dòng)方式無(wú)法比擬的優(yōu)

點(diǎn)。它啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速的控制簡(jiǎn)單、方便、快速且效率高；電動(dòng)機(jī)的類

型多，且具有各種不同的運(yùn)行特性來(lái)滿足各種類型生產(chǎn)機(jī)械的要求；整個(gè)系統(tǒng)各

參數(shù)的檢測(cè)和信號(hào)的變換與傳送方便，易于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。因此，電力拖動(dòng)己成

為國(guó)民經(jīng)濟(jì)電氣自動(dòng)化的基礎(chǔ)。

0.3本課程的性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容

《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》是電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它的主要任

務(wù)是使學(xué)生掌握常用的交直流電機(jī)、變壓器、控制電機(jī)等的基本結(jié)構(gòu)與工作原理,

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能、分析計(jì)算，電機(jī)容量選擇及試驗(yàn)方法等，為學(xué)習(xí)《工

廠電氣控制設(shè)備》、《自動(dòng)控制原理》、《交直流調(diào)速系統(tǒng)》等課程準(zhǔn)備必要的

基礎(chǔ)知識(shí)。

《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》是分析和解決電機(jī)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本問(wèn)題，主要包

括直流電機(jī)及拖動(dòng)、變壓器、異步電機(jī)及拖動(dòng)、同步電動(dòng)機(jī)、控制電機(jī)和電動(dòng)機(jī)

容量的選擇等內(nèi)容。課程學(xué)完后學(xué)生應(yīng)達(dá)到下列要求：

1.掌握常用交、直流電機(jī)及變壓器的基本理論（電磁關(guān)系、能量關(guān)系）。

2.掌握控制電機(jī)的工作原理、主要性能及用途。

3.掌握分析電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的基本理論。

4.掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法的基本原理和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

5.掌握選擇電動(dòng)機(jī)的原則和方法。

6.掌握電機(jī)的基本試驗(yàn)方法及技能，并具有熟練的運(yùn)算能力。

7.了解電機(jī)與電力拖動(dòng)今后的發(fā)展方向。

0.4課程目標(biāo)

《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》課程在于通過(guò)電機(jī)的理論、應(yīng)用、電氣控制方法、電氣

控制系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生成為一名電機(jī)及控制技術(shù)方面的應(yīng)用

型技術(shù)人才。

0.5本課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法

一、特點(diǎn)：本課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、實(shí)踐性也強(qiáng)。分析電機(jī)與電力拖動(dòng)的

工作原理要用電學(xué)、磁學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論，既要有時(shí)間概念，又要有空間概

念，所以理論性較強(qiáng)；而用理論分析各種電機(jī)和電力拖動(dòng)的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，必須結(jié)

合電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)、采用工程觀點(diǎn)和工程分析方法，除要掌握基本理論以外，還

應(yīng)注意培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作技能和計(jì)算能力，所以實(shí)踐性也較強(qiáng)。因此，學(xué)習(xí)本門課程

應(yīng)該特別注意理論聯(lián)系實(shí)際。

二、學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)

1、抓主略次

2、掌握基本概念、基本原理和主要特性

3、對(duì)比學(xué)習(xí)，找共性和特點(diǎn)

4、理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)驗(yàn)和下廠實(shí)習(xí)結(jié)合

5、帶著問(wèn)題學(xué)（預(yù)習(xí)每節(jié)相關(guān)的思考題）

第一章直流電機(jī)

§1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

一、直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

直流電機(jī)是由靜止的定子部分和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子部分構(gòu)成的，定、轉(zhuǎn)子之間有一

定大小的間隙（以后稱為氣隙）。

1一換向器；2—電刷裝置；3—機(jī)座；4—主磁極；5—換向極；6一端蓋；

7—風(fēng)扇；8—電樞繞組；9—電樞鐵心

1.定子部分：直流電機(jī)定子部分主要由主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等組成。

（1）主磁極又稱主極。在一般大中型直流電機(jī)中，主磁極是一種電磁鐵。

（2）換向極容量在Ikw以上的直流電機(jī)，在相鄰兩主磁極之間要裝上換向極。

換向極又稱附加極或間極，其作用為了改善直流電機(jī)的換向。

（3）機(jī)座一般直流電機(jī)都用整體機(jī)座。所謂整體機(jī)座，就是一個(gè)機(jī)座同時(shí)起

兩方面的作用：一方面起導(dǎo)磁的作用，一方面起機(jī)械支撐的作用。

（4）電刷裝置電刷裝置是把直流電壓、直流電流引入或引出的裝置。

2、轉(zhuǎn)子部分：直流電機(jī)轉(zhuǎn)子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和

風(fēng)扇等組成。

(1)電樞鐵心電樞鐵心作用有二，一個(gè)是作為主磁路的主要部分；另一個(gè)是

嵌放電樞繞組。

(2)電樞繞組它是直流電機(jī)的主要電路部分，是通過(guò)電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)

以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。

(3)換向器在直流發(fā)電機(jī)中，它的作用是將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷

端上的直流電動(dòng)勢(shì)；在直流電動(dòng)機(jī)中，它將電刷上所通過(guò)的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組

內(nèi)的交變電流。

二、直流電機(jī)的基本工作原理

1.直流發(fā)電機(jī)的工作原理

直流發(fā)電機(jī)的模型與直流電動(dòng)機(jī)相同,

不同的是電刷上不外加直流電壓，而是利

用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞朝某一方向例如逆時(shí)針

方向旋轉(zhuǎn)，如圖所示。這時(shí)導(dǎo)體ah和cd

分別切割N極和S極下的磁力線，產(chǎn)生感

應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的方向用右手定則確定。

在圖示情況下，導(dǎo)體"中電動(dòng)勢(shì)的方向由

b指向a,導(dǎo)體cd中電動(dòng)勢(shì)的方向由d指

向c,所以電刷A為正極性，電刷B為負(fù)

極性。電樞旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)至N

極下，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由c指向d,電刷

A與cd所連換向片接觸，仍為正極性；導(dǎo)體必轉(zhuǎn)至S極下，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向

變?yōu)閍指向江電刷B與H所連換向片接觸，仍為負(fù)極性?？梢?jiàn)，直流發(fā)電機(jī)

電樞線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是交變的，而通過(guò)換向器和電刷的作用，在電刷

A和B兩端輸出的電動(dòng)勢(shì)是方向不變的直流電動(dòng)勢(shì)。這種作用稱為整流作用。

若在電刷A和B之間接上負(fù)載，發(fā)電機(jī)就能向負(fù)載供給直流電能。這就是直流

發(fā)電機(jī)的基本工作原理。

同時(shí)應(yīng)該注意到，帶上負(fù)載以后，電樞導(dǎo)體成為載流導(dǎo)體，導(dǎo)體中的電流方

向與電勢(shì)方向相同，利用左手定則，還可以判斷出由電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向

與運(yùn)動(dòng)方向相反，起制動(dòng)作用。

根據(jù)上述原理分析，可以看出直流發(fā)電機(jī)有如下特點(diǎn)：

(1)直流發(fā)電機(jī)將輸入機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電功率輸出；

(2)利用換向器和電刷，直流發(fā)電機(jī)將導(dǎo)體中的交變電勢(shì)和電流整流成直

流輸出；

(3)直流電動(dòng)機(jī)導(dǎo)體中的電流與運(yùn)動(dòng)電勢(shì)方向相同。

(4)電磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用。

從以上分析可以看出：一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以

作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，取決于外界不同的條件。將直流電源外加于電刷，輸入電能，

電機(jī)能將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；如用原動(dòng)機(jī)拖

動(dòng)直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械能，電機(jī)能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能，從電刷

上引出直流電動(dòng)勢(shì)，作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。同一臺(tái)電機(jī)，既能作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又能作

發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理。

2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

圖1.1是一臺(tái)最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)的模型，N和S是一對(duì)固定的磁極（一般是

電磁鐵，也可以是永久磁鐵）。磁極之間有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電

樞鐵心。鐵心表面固定一個(gè)用絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的電樞線圈abed,線圈的兩端分別

接到相互絕緣的兩個(gè)弧形銅片上，弧形銅片稱為換向片，它們的組合體稱為換向

器。在換向器上放置固定不動(dòng)而與換向片滑動(dòng)接觸的電刷A和B,線圈必cd通

過(guò)換向器和電刷接通外電路。電樞鐵心、電樞線圈和換向器構(gòu)成的整體稱為電樞。

此模型作為直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，將直流電源加于電刷A和B,例如將電源正極

加于電刷A,電源負(fù)極加于電刷B,則線圈。物力中流過(guò)電流。在導(dǎo)體時(shí)中，電

流由。流向人，在導(dǎo)體cd中，電流由c流向4。載流導(dǎo)體必和cd均處于N和S

極之間的磁場(chǎng)當(dāng)中，受到電磁力的作用。電磁力的方向用左手定則確定，可知這

一對(duì)電磁力形成一個(gè)轉(zhuǎn)矩，稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，使整個(gè)電

樞逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)180。，導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，ab轉(zhuǎn)到S極下，

如圖1.1（b）所示，由于電流仍從電刷A流入，使cd中的電流變?yōu)橛伞髁飨騝,而

ab中的電流由b流向a,從電刷B流出，用左手定則判別可知，電磁轉(zhuǎn)矩的方

向仍是逆時(shí)針?lè)较颉?/p>

由此可見(jiàn)，加于直流電動(dòng)機(jī)的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，變?yōu)?/p>

電樞線圈中的交變電流，這種將直流電流變?yōu)榻蛔冸娏鞯淖饔梅Q之為逆變。由于

電樞線圈所處的磁極也是同時(shí)交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不

變，確保直流電動(dòng)機(jī)朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。

同時(shí)可以看到，一旦電樞旋轉(zhuǎn)，電樞導(dǎo)體就會(huì)切割磁力線，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)電勢(shì)。

在圖1.1（a）所示時(shí)刻，可以判斷出ab導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)電勢(shì)由。指向a,而此時(shí)的導(dǎo)

體電流由a指向b,因此直流電動(dòng)機(jī)導(dǎo)體中的電流和電勢(shì)方向相反。

圖1.1直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)，電樞圓周上均勻地嵌放許多線圈，相應(yīng)地?fù)Q向器由許多

換向片組成，使電樞線圈所產(chǎn)生總的電磁轉(zhuǎn)矩足夠大并且比較均勻，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)

速也比較均勻。

根據(jù)上述原理，可以看出直流電動(dòng)機(jī)有如下特點(diǎn)：

（1）直流電動(dòng)機(jī)將輸入電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率輸出；

（2）電磁轉(zhuǎn)矩起驅(qū)動(dòng)作用；

（3）利用換向器和電刷，直流電動(dòng)機(jī)將輸入的直流電流逆變成導(dǎo)體中的交

變電流；

（4）直流電動(dòng)機(jī)導(dǎo)體中的電流與運(yùn)動(dòng)電勢(shì)方向相反。

3、直流電銘牌數(shù)據(jù)及主要系列

型號(hào)為Zz-51的直流電機(jī)是一臺(tái)機(jī)座號(hào)為5、電樞鐵心為短鐵心的第2次改

型設(shè)計(jì)的直流電機(jī)。機(jī)座號(hào)表示直流電機(jī)電樞鐵心外直徑的大小，共有『9個(gè)多

座號(hào)，機(jī)座號(hào)數(shù)越大，直徑越大。樞鐵心長(zhǎng)度分為短鐵心和長(zhǎng)鐵心兩種，1表示

短鐵心，2表示長(zhǎng)鐵心。

銘牌數(shù)據(jù)

(1)額定功率馬(趣)；

(2)額定電壓"吟;

(3)額定電流加⑶；

(4)額定轉(zhuǎn)速

(5)勵(lì)磁方式和額定勵(lì)磁電流1萬(wàn)(工)。

直流發(fā)電機(jī)的額定功率應(yīng)為

FN=U過(guò)1M

直流電動(dòng)機(jī)的額定功率為FN=U議］陋^

電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩為

芻1=9.55殳

nN

皖西學(xué)院教案

2010?2011學(xué)年度第二學(xué)期編號(hào)002.

機(jī)械與電子工程系電氣教研室任課教師汪良益.

課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)

授課章節(jié)第一章直流電機(jī)

§1.3直流電機(jī)的繞組

課型?理論

課題：§1.3直流電機(jī)的繞組學(xué)時(shí)數(shù):2學(xué)時(shí)

課

教學(xué)目的及掌握直流電機(jī)單疊、單波繞組的特點(diǎn)

要求了解電機(jī)的分類和單疊、單波繞組的展開(kāi)圖、支路圖的畫法

教學(xué)重點(diǎn)單疊繞組的聯(lián)接規(guī)律和特點(diǎn)

教學(xué)難點(diǎn)單疊繞組的聯(lián)接規(guī)律和特點(diǎn)

教學(xué)方法講授法

教學(xué)輔助手

段、教具

電氣0803,

電氣0801,0802

授課班級(jí)電信07

授課日期9月12日9月12日月日月日

教學(xué)過(guò)程主

要環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

作業(yè)

§1.3直流電機(jī)的電樞繞組

電樞繞組是直流電機(jī)的一個(gè)重要部分，電機(jī)中機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換就是通過(guò)電樞

繞組而實(shí)現(xiàn)的，所以直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子也稱為電樞。電樞繞組是由許多個(gè)形狀完全

一樣的單匝元件(當(dāng)然也可以是多匝元件)以一定規(guī)律排列和聯(lián)接起來(lái)的，用s

表示元件數(shù)。

單疊繞組

1.繞組節(jié)距

所謂節(jié)距，是指被聯(lián)接起來(lái)的兩個(gè)元件邊或換向片之間的距離，以所跨過(guò)的

元件邊數(shù)或虛槽數(shù)或換向片數(shù)來(lái)表示。元件的上層邊用實(shí)線表示，下層邊用虛線

表示。

(1)第一節(jié)距

同一元件的兩個(gè)元件邊在電樞周圍上所跨的距離，用電樞表面相隔的槽數(shù)來(lái)

表示，稱為第一節(jié)距yi。一個(gè)磁極在電樞圓周上所跨的距離稱為極距。當(dāng)用槽

數(shù)表示時(shí)，極距的表達(dá)式為

z

式中，P為磁極對(duì)數(shù)。

為使每個(gè)元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，第一節(jié)距為應(yīng)盡量等于一個(gè)極距。但T

不一定是整數(shù)，而yi必須是整數(shù)，為此，一般取第一節(jié)距

0=Z"士￡=整數(shù)

2P

式中，￡為小于1的分?jǐn)?shù)。

X=7的元件為整距元件，繞組稱為整距繞組；的元件稱為短距元件，繞

組稱為短距繞組；y>7的元件稱為長(zhǎng)距元件，其電磁效果與yi<￡的元件相近，

但端接部分較長(zhǎng)，耗銅多，一般不用。

(2)第二節(jié)距

第一個(gè)元件的下層邊與直接相連的第二個(gè)元件的上層邊之間在電樞圓周上的距

離，用槽數(shù)表示，稱為第二節(jié)距丫2。

(3)合成節(jié)距

直接相連的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)邊在電樞圓周上的距離，用槽數(shù)表示，稱為合成節(jié)距

y。

(4)換向器節(jié)距

每個(gè)元件的首、末兩端所接的兩片換向片在換向器圓周上所跨的距離，用換向片

數(shù)表示，稱為換向器節(jié)距yk。由下圖可見(jiàn)，換向器節(jié)距yk與合成節(jié)距y總是相

等的，即

yk=y

2.單疊繞組的聯(lián)接方法和特點(diǎn)

下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明。

設(shè)一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)2P=4,Z=S=K=16,聯(lián)接成單疊右行繞組。

（1）計(jì)算各節(jié)距

第一節(jié)距月

y產(chǎn)±￡“=4

12P4

合成節(jié)距丁和換向器節(jié)距以

y=y=1

第二節(jié)距為

%=x_y=3

（2）繪制繞組展開(kāi)圖如下圖所示。

所謂繞組展開(kāi)圖是假想將電樞及換向器沿某一齒的中間切開(kāi)，并展開(kāi)成平面

的聯(lián)接圖。作圖步驟如下。

第一步，先畫16根等長(zhǎng)等距的實(shí)線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長(zhǎng)

等距的虛線，代表各槽下層元件邊。讓虛線與實(shí)線靠近一些。實(shí)際上一根實(shí)線和

一根虛線代表一個(gè)槽（指虛槽），依次把槽編上號(hào)碼。

第二步，放置主磁極。讓每個(gè)磁極的寬度大約等于0.7J4個(gè)磁極均勻放置

在電樞槽之上，并標(biāo)上雙、S極性。假定N極的磁力線進(jìn)入紙面，S極的磁力

線從紙面穿出。

第三步，畫16個(gè)小方塊代表?yè)Q向片，并標(biāo)上號(hào)碼，為了作圖方便，使換向

片寬度等于槽與槽之間的距離。為了能聯(lián)出形狀對(duì)稱的元件，換向片的編號(hào)應(yīng)與

槽的編號(hào)有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系（由第一節(jié)距乃來(lái)考慮）。

第四步，聯(lián)繞組。為了便于聯(lián)接，將元件、槽和換向片按順序編號(hào)。編號(hào)時(shí)

把元件號(hào)碼、元件上層邊所在槽的號(hào)碼以及元件上層邊相聯(lián)接的換向片號(hào)碼編得

一樣，即1號(hào)元件的上層邊放在1號(hào)槽內(nèi)并與1號(hào)換向片相聯(lián)接。這樣當(dāng)1號(hào)元

件的上層邊放在1號(hào)槽（實(shí)線）并與1號(hào)換向片相聯(lián)后，因?yàn)椋?4,則1號(hào)元件

的下層邊應(yīng)放在第5號(hào)槽d+X=5）的下層（虛線）；因卜=蹤=1,所以1

號(hào)元件的末端應(yīng)聯(lián)接在2號(hào)換向片上（i+y=2）。一般應(yīng)使元件左右對(duì)稱，這

樣1號(hào)換向片與2號(hào)換向片的分界線正好與元件的中心線相重合。然后將2號(hào)元

件的上層邊放入2號(hào)槽的上層（1+y=2）,下層邊放在6號(hào)槽的下層

（2+y=6）,2號(hào)元件的上層邊聯(lián)在2號(hào)換向片上，下層邊聯(lián)在3號(hào)換向片上。

按此規(guī)律排列與聯(lián)接下去，一直把16個(gè)元件都聯(lián)起來(lái)為止。

校核第2節(jié)距：第1元件放在第5槽的下層邊與放在第2槽第2元件的上層邊，

它們之間滿足必=3的關(guān)系。其他元件也如此。

第五步，確定每個(gè)元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。圖3.13中，所考慮的

是發(fā)電機(jī)，箭頭表示電樞旋轉(zhuǎn)方向，即自右向左運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定則就可判定各

元件邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，即在N極下的導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)是向下，在S極下是向

上的。在圖示這一瞬間，1、5、9、13四個(gè)元件正好位于兩個(gè)主磁極的中間，該

處氣隙磁密為零，所以不感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

第六步，放電刷。在直流電機(jī)里，電刷組數(shù)也就是刷桿的數(shù)目與主極的個(gè)數(shù)

一樣多。對(duì)本例來(lái)說(shuō)，就是四組電刷4、與、4、鳥(niǎo)，它們均勻地放在換向器

表面圓周方向的位置。每個(gè)電刷的寬度等于每一個(gè)換每個(gè)電刷的寬度等于每一個(gè)

換向片的寬度。放電刷的原則是，要求正、負(fù)電刷之間得到最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，

或被電刷所短路的元件中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，這兩個(gè)要求實(shí)際上是一致的。在圖

1.3里，由于每個(gè)元件的幾何形狀對(duì)稱，如果把電刷的中心線對(duì)準(zhǔn)主極的中心線,

就能滿足上述要求。圖1.2中，被電刷所短路的元件正好是1、5、9、13,這幾

個(gè)元件中的電動(dòng)勢(shì)恰為零。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電刷是靜止不動(dòng)的，電樞在旋轉(zhuǎn)，但是,

被電刷所短路的元件，永遠(yuǎn)都是處于兩個(gè)主磁極之間的地方，當(dāng)然感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

零。

(3)繞組元件聯(lián)接順序圖

上層元件邊123456789101112131415161

閉合

下層元件邊VWVWWWWWW

5'6'7'8'9'10'llz12'13'14'15'16'1'2'3'4'

(4)繞組電路圖

總結(jié)：對(duì)電樞繞組中的單疊繞組，有以下特點(diǎn)：

(1)位于同一個(gè)磁極下的各元件串聯(lián)起來(lái)組成了一條支路，即支路對(duì)數(shù)等于極

對(duì)數(shù)，a=P。

(2)當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱，電刷放在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線

時(shí)，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為最大，被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小。

(3)電刷桿數(shù)等于極數(shù)。

皖西學(xué)院教案

2010?2011學(xué)年度第二學(xué)期編號(hào)003.

機(jī)械與電子工程系電氣教研室任課教師汪良益.

課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)

授課章節(jié)第一章直流電機(jī)

§1.5直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩

§1.9直流電機(jī)的換向

§1.5直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和

諜型?理論

課題:電磁轉(zhuǎn)矩學(xué)時(shí)數(shù):2學(xué)時(shí)

課

§1.9直流電機(jī)的換向""

教學(xué)目的及掌握直流電機(jī)的換向方法；

要求熟練掌握直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩兩個(gè)公式。

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式及推導(dǎo)方法、換向元件中的電動(dòng)勢(shì)

教學(xué)重點(diǎn)及改善換向的方法。

教學(xué)難點(diǎn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式。

教學(xué)方法講授法

教學(xué)輔助手

段、教具

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授課日期9月15日月17日月日月日

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要環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

作業(yè)

§1.5直流電機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩

一、直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是指直流電機(jī)正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也就是電

樞繞組一條并聯(lián)支路的電動(dòng)勢(shì)。電樞繞組元件邊內(nèi)的導(dǎo)體切割氣隙合成磁場(chǎng)，產(chǎn)

生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于氣隙磁通密度（尤其是負(fù)載時(shí)氣隙合成磁通密度）在一個(gè)極

下的分布不均勻，為分析推導(dǎo)方便起見(jiàn)，可把磁通密度看成均勻分布的，取一個(gè)

極下氣隙磁通密度的平均值為Bav，從而可得一根導(dǎo)體在一個(gè)極距范圍內(nèi)切割氣

隙磁通密度產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的平均值eav，其表達(dá)式為

=紇"

式中，Bav為一個(gè)極下氣隙磁通密度的平均值，稱為平均氣隙磁通密度；/為電樞

導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度（槽內(nèi)部分）；。為電樞表面的線速度。

設(shè)電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)為N,則每一條并聯(lián)支路總的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為N/勿，

因

而電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

NN2〃n

>=把①〃=

E“二-Cav-

2a，2a6060a'

二、電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩

電樞繞組中流過(guò)電樞電流L時(shí)，元件的導(dǎo)體中流過(guò)支路電流ia，成為載流導(dǎo)

體，在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用。電磁力f的方向按左手定則確定，如圖3.21

所示。一根導(dǎo)體所受電磁力的大小為

于、=BJ"

如果仍把氣隙合成磁場(chǎng)看成是均勻的:氣M謁通密度用平均值Bav表示，則每根

導(dǎo)體所受電磁力的平均值為

fax=BJla

一根導(dǎo)體所受電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩，其大小為

丁心=favy

式中，D為電樞外徑。

由于不同極性磁極下的電樞導(dǎo)體中電流的方向不同，所以電樞所有導(dǎo)體產(chǎn)生

的電磁轉(zhuǎn)矩方向都是一致的，因而電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩等于一根導(dǎo)體電磁轉(zhuǎn)矩的

平均值Tav：乘以電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)N,即

T=NT=NBli-=N?邑工①=四①O①/"

avuvavacivuc_tcccaia

2ri2a2冗2加

電樞電動(dòng)勢(shì)紇=G①〃和電磁轉(zhuǎn)矩T=G?①是直流電機(jī)兩個(gè)重要的公式。

對(duì)于同一臺(tái)直流電機(jī)，電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)短常數(shù)CT之間具有確定的關(guān)系

60a

C=9.55C

271aee

§1.9直流電機(jī)的換向

一、直流電機(jī)的換向

直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，隨著電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞繞組的元件從一條支路經(jīng)過(guò)電刷短

路后進(jìn)入另一條支路，元件中的電流隨之改變方向的過(guò)程稱為換向過(guò)程，簡(jiǎn)稱換

向。

產(chǎn)生換向火花的原因有多種，最主要的是電磁原因。還有機(jī)械方面和化學(xué)方

面的原因。

1.機(jī)械原因

產(chǎn)生換向火花的機(jī)械原因有很多，主要是換向器偏心、換向片間云母絕緣凸

出、轉(zhuǎn)子平衡不良、電刷在刷握中松動(dòng)、電刷壓力過(guò)大或過(guò)小、電刷與換向器的

接觸面研磨得不好因而接觸不良等等。為使電機(jī)能正常工作，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查、

維護(hù)和保養(yǎng)。

2化學(xué)原因

電加運(yùn)行時(shí)，由于空氣中氧氣、水蒸氣以及電流通過(guò)時(shí)熱和電化學(xué)的綜合作

用，在換向器表面形成一層氧化亞銅薄膜，這層薄膜有較高的電阻值，能有效地

限制換向元件中的附加換向電流幾，有利于換向。同時(shí)薄膜吸附的潮氣和石墨粉

能起潤(rùn)滑作用，使電刷與換向器之間保持良好而穩(wěn)定的接觸。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于

電刷的摩擦作用，氧化亞銅薄膜經(jīng)常遭到破壞。但是在正常使用環(huán)境中，新的氧

化亞銅薄膜又能不斷形成，對(duì)換向不會(huì)有影響。如果周圍環(huán)境氧氣稀薄、空氣干

燥或者電刷壓力過(guò)大時(shí)，氧化亞銅薄膜難以生成，或者周圍環(huán)境中存在化學(xué)腐蝕

性氣體能破壞氧化亞銅薄膜，都將使換向困難，火花變大。

二、改善換向的方法

改善換向的目的在于消除或削弱電刷下的火花。產(chǎn)生火花的原因是多方面

的，其中最主要的是電磁原因。消除或削弱電磁原因引起的電磁性火花的方法有：

1.適用合適的電刷，增加電刷與換向片之間的接觸電阻

2.裝設(shè)換向極

3.裝補(bǔ)償繞組

皖西學(xué)院教案

2010?2011學(xué)年度第二學(xué)期編號(hào)004.

機(jī)械與電子工程系電氣教研室任課教師汪良益.

課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)

授課章節(jié)第一章直流電機(jī)

§1.8直流發(fā)電機(jī)

課型?理論

課題：§1.8直流發(fā)電機(jī)學(xué)時(shí)數(shù):2學(xué)時(shí)

課

教學(xué)目的及掌握直流電機(jī)的勵(lì)磁方式：

掌握直流發(fā)電機(jī)的空載特性、外特性和調(diào)節(jié)特性。

要求

教學(xué)重點(diǎn)直流發(fā)電機(jī)的空載特性、外特性和調(diào)節(jié)特性。

教學(xué)難點(diǎn)直流發(fā)電機(jī)的基本方程式

教學(xué)方法講授法

教學(xué)輔助手

段、教具

電氣0803,

電氣0801,0802

授課班級(jí)電信07

授課日期9月19日9月19日月日月日

教學(xué)過(guò)程主

要環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

作業(yè)1.61.7

§1.8直流發(fā)電機(jī)

根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流發(fā)電機(jī)可分為他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、

串勵(lì)直流發(fā)電機(jī)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。勵(lì)磁方式不同，發(fā)電機(jī)的特性就不同。因?yàn)?/p>

本書以電力拖動(dòng)為主，重點(diǎn)講述電動(dòng)機(jī)的特性，因此本節(jié)只分析他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

的原理和特性。

一、直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式

圖1.15為一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的示意圖。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組切割主磁

通，產(chǎn)生電樞電動(dòng)勢(shì)嗎，如果外電路接有負(fù)載，則產(chǎn)生電樞電流/“，按發(fā)電機(jī)

慣例，的正方向與相同，如圖1.15所示。

1.電動(dòng)勢(shì)平衡方程式

根據(jù)圖1.15中所示電樞回路各量正方向，用基爾霍夫電壓定律，可以列出

電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為

U=Ea-RaIa

上式表明，直流發(fā)電機(jī)的端電壓U等于電樞電動(dòng)勢(shì)反減去電樞回路內(nèi)部的電阻

壓降&〃，所以電樞電動(dòng)勢(shì)當(dāng)應(yīng)大于端電壓U。

2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式

直流發(fā)電機(jī)以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，作用在電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩有三個(gè)：一個(gè)是原

動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩T”方向與n相同；一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩T,方向與n相反，為制動(dòng)

性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩；還有一個(gè)由電機(jī)的機(jī)械損耗及鐵損耗引起的空載轉(zhuǎn)矩To,也是制

動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。因此，可以寫出穩(wěn)態(tài)運(yùn)

行時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為

T,=T+T0

3.功率平衡方程式

治將上式乘以發(fā)電機(jī)的機(jī)械角速度Q,得

I=7T2+T,￡l

s\"可以寫成

八%式中，眉為原動(dòng)機(jī)輸給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率，即

輸入功率；P“=m,發(fā)電機(jī)的電磁功率；尸。=7。。，

7_-1發(fā)電機(jī)的空載損耗功率。

U4\電磁功率

6-J—cb—?2如"6060a"""

治和直流電動(dòng)機(jī)一樣，直流發(fā)電機(jī)的電磁功率亦是

既具有機(jī)械功率的性質(zhì)，又具有電功率的性質(zhì)，所以是機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的那一

部分功率。直流發(fā)電機(jī)的空載損耗功率也是包括機(jī)械損耗〃吟和鐵損耗尸股兩

部分。

上式表明：發(fā)電機(jī)輸入功率其中一小部分供給空載損耗產(chǎn)。，大部分為

電磁功率，是由機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率的。

將式電動(dòng)勢(shì)平衡方程式兩邊乘以電樞電流得

EaI（=UIa+RuC

即

PM=P?+PQUI

式中，P.=UIaj為發(fā)電機(jī)輸出的功率；Pcua=,為電樞回路銅損耗。

上式可以寫成如下形式

P?=PM-PQUI

綜合以上功率關(guān)系，可得功率平衡方程式

6=%+凡=鳥(niǎo)+^Cua+P,mc+Ppe

為更清楚地表示直流發(fā)電機(jī)的功率關(guān)系，可用下圖所示的功率流程圖。

片=7"2P^EJ=TQ「2=以

他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程圖

一般情況下，直流發(fā)電機(jī)的總損耗

=Pcua+Pc球+Ppe+P”￡C

直流發(fā)電機(jī)的效率

P,（YP]

〃二」xlOO%=1xlOO%

二、他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性

直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，有4個(gè)主要物理量，即電樞端電壓U、勵(lì)磁電流。、

負(fù)載電流I（他勵(lì)時(shí)和轉(zhuǎn)速n。其中轉(zhuǎn)速n由原動(dòng)機(jī)確定，一般保持為額

定值不變。因此，運(yùn)行特性就是u、I，、//三個(gè)物理量保持其中一個(gè)不變時(shí)，

另外兩個(gè)物理量之間的關(guān)系。顯然，運(yùn)行特性應(yīng)有三個(gè)。

1.空載特性

，""。，〃=0時(shí)，端電壓U。與勵(lì)磁電流//之間的關(guān)系稱為空載特性。

空載時(shí)，他勵(lì)發(fā)電機(jī)的端電壓/=/二4①~叫常數(shù)時(shí)，中，所以空

載特性為=/（。）與電機(jī)的空載磁化特性①=7?（//）相似，都是一條飽和曲線。//

比較小時(shí)，鐵心不飽和，特性近似為直線；//較大時(shí)，鐵心隨。的增大而逐步

飽和，空載特性出現(xiàn)飽和段。一般情況下，電機(jī)的額定電壓處于空載特性曲線開(kāi)

始彎曲的線段上，即圖中A點(diǎn)附近。因?yàn)槿绻ぷ饔诓伙柡筒糠?，磁路?dǎo)磁截

面積大，用鐵量多，且較小的磁動(dòng)勢(shì)變化會(huì)引起電動(dòng)勢(shì)和端電壓的明顯變化，造

成電壓不穩(wěn)定；如果工作在太飽和部分，會(huì)使勵(lì)磁電流太大，用銅量增加，同時(shí)

使電壓的調(diào)節(jié)性能變差。

圖1.16他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性圖1.17他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性

2外特性

，，=〃N,/小時(shí)，端電壓U與負(fù)載電流I之間的關(guān)系U=/⑺稱為外特性。

他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流I(亦即電樞電流/")增大時(shí)，端電壓有所下降。

從電動(dòng)勢(shì)方程式^=&-&/°=.①八此九分析可以得知，使端電壓U下降的原

因有兩個(gè)：一是當(dāng)1=，。增大時(shí)，電樞回路電阻上壓降,。凡增大，引起端電壓下

降；二是1=/。增大時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通①減

小，尺減小，從而引起端電壓U下降。

△U是衡量發(fā)電機(jī)運(yùn)行性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，一般他勵(lì)發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為

10%?

3.調(diào)節(jié)特性

"="N,11=常數(shù)時(shí)，勵(lì)磁電流1/與負(fù)

載電流I之間的關(guān)系//=/(1)稱為調(diào)節(jié)特

性。

調(diào)節(jié)特性是隨負(fù)載電流增大而上翹的。這

是因?yàn)殡S著負(fù)載電流的增大，電壓有下降

趨，為維持電壓不變，就必須增大勵(lì)磁電

流，以補(bǔ)償電阻壓降和電樞反應(yīng)去磁作用

的增加，由于電樞反應(yīng)的去磁作用與負(fù)載

電流的關(guān)系是非線性的，所以調(diào)節(jié)特性也

L7

不是直線。

皖西學(xué)院教案

2010?20n學(xué)年度第二學(xué)期編號(hào)005.

機(jī)械與電子工程系電氣教研室任課教師汪良益.

課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)

授課章節(jié)第一章直流電機(jī)

§1.6直流電動(dòng)機(jī)

課型?理論

課題：§1.6直流電動(dòng)機(jī)學(xué)時(shí)數(shù):2學(xué)時(shí)

課

教學(xué)目的及

掌握直流電動(dòng)機(jī)的工作特性

要求

教學(xué)重點(diǎn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性

教學(xué)難點(diǎn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性

教學(xué)方法講授法

教學(xué)輔助手

段、教具

電氣0803,

電氣0801,0802

授課班級(jí)電信07

授課日期9月19日9月25日月日月日

教學(xué)過(guò)程主

要環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

作業(yè)1.91.10

§1.6直流電動(dòng)機(jī)

一、直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本關(guān)系式

圖1.20為并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的示意圖。接通直流電源時(shí)，勵(lì)磁繞組中流過(guò)勵(lì)

磁電流"，建立主磁場(chǎng)，電樞繞組流過(guò)電樞電流I，，一方面形成電樞磁動(dòng)勢(shì)工，

通過(guò)電樞反應(yīng)使主磁場(chǎng)變?yōu)闅庀逗铣纱艌?chǎng)，另一方面使電樞元件導(dǎo)體中流過(guò)支路

電流乙，與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T,使電樞朝T的方向以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)。電樞旋

轉(zhuǎn)時(shí)，電樞導(dǎo)體又切割氣隙合成磁場(chǎng)，產(chǎn)生電樞電動(dòng)勢(shì)凡>,在電動(dòng)機(jī)中，此電

動(dòng)勢(shì)的方向與電樞電流的方向相反，稱為反電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，有

如下平衡關(guān)系，分別用方程式表示。

1.電壓平衡方程式

根據(jù)圖中用電動(dòng)機(jī)慣例所設(shè)各量的正方向，可以列出電壓平衡方程式和電流

平衡方程式

U=紇+RaIa\

口J

*T7式中，凡為電樞回路電阻，其中包括電刷和換向

至u器之間的接觸電阻。

L―<￡/此式表明，直流電機(jī)在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的電樞

PI電動(dòng)勢(shì)0總小于端電壓U。

勺h2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式

}穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，作用在電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩有三個(gè)。

L-----------一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩T,方向與轉(zhuǎn)速n相同，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩;

一個(gè)是電動(dòng)機(jī)空載損耗轉(zhuǎn)矩及，是電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)

的阻轉(zhuǎn)矩，方向總與轉(zhuǎn)速n相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；還有一個(gè)是軸上所帶生產(chǎn)機(jī)械的

負(fù)載轉(zhuǎn)矩72,即電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩，一般亦為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)

矩平衡關(guān)系式為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于總的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即

3.功率平衡方程式

電動(dòng)機(jī)輸入功率片為

<=口=U("+If)=?

=E，+RJ；+U//=&+Pau,+Pcuf

PE

式中，6=U/；M=ala,為電磁功率；P.=RJ：,是電樞回路的銅損耗;

Pe=U4,為勵(lì)磁繞組的銅損耗。

電磁功率

Pm=EJa=黑①也嗡叫舒=m

式中，Q=2m/60,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械角速度，單位是rad/s。

從上式中PM=E/0可知，電磁功率具有電功率性質(zhì)；從可知，電磁功

率又具有機(jī)械功率性質(zhì)，其實(shí)質(zhì)是因?yàn)殡姶殴β适菍儆陔妱?dòng)機(jī)由電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械

能的那一部分功率。

將轉(zhuǎn)矩平衡方程式兩邊乘以機(jī)械角速度。，得

TQ=1Q+7；Q

可寫成

PM=￡+〃。=舄+〃,”+〃分+〃*

式中，丹=刀。，軸上輸出的機(jī)械功率；4="。，空載損耗，包括機(jī)械損耗和鐵

損耗P-e。

可以作出并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率流程圖，如下圖（a）所示。圖中分”為勵(lì)磁繞

組的銅損耗，稱為勵(lì)磁損耗。并勵(lì)時(shí)，及”由輸入功率6供給；他勵(lì)時(shí)，％■由

其他直流源供給，功率流程圖如圖（b）所示。

并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式

P1二02+0Cuf+°Cua+0Fe+0mec=02+'P

式中，￡尸=尸?+%+PFe+Pmec,為并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的總損耗。

P=W

Pi=UIPM=EJ,=TCP2=T2Q(aPM=EJ=TQP2=T2Q

（a）并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)（b）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

直流電動(dòng)機(jī)功率流程圖

二、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性

并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的端電壓〃=〃八勵(lì)磁電流

電樞回路不串外加電阻時(shí)，轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T、效率n分別與電樞電流/〃之間

的關(guān)系。

1.轉(zhuǎn)速特性"=/（/〃）

當(dāng)U=UN、//=/八（①二①.）時(shí)，轉(zhuǎn)速n與電樞電流/，之間的關(guān)系”=〃/"）稱

為轉(zhuǎn)速特性。

將電動(dòng)勢(shì)公式七=C中〃代入電壓平

衡方程式U=E“+&]〃，可得轉(zhuǎn)速特性公

式

_UN_電J

可見(jiàn)，如果忽略電樞反應(yīng)的影響，①二①川

保持不變，則A，增加時(shí)，轉(zhuǎn)速n下降。但

因此一般很小，所以轉(zhuǎn)速n下降不多，

“=/（/〃）為一條稍稍向下傾斜的直線，如

圖