1、1.主編：副主編：主編：電機與驅動基礎，徐理論，2，0徐理論，目錄，3。電能是現(xiàn)代能源中使用最廣泛的二次能源，其生產、轉換、傳輸、分配、使用和控制方便、經濟，電能的生產、轉換和使用離不開電動機。電機是利用電磁感應定律和電磁力定律來轉換或轉換能量或信號的電磁機械裝置。汽車在國民經濟的各個領域都發(fā)揮著重要的作用。在電力工業(yè)中，產生電能的發(fā)電機和轉換、傳輸和分配電能的變壓器是發(fā)電站和變電站的主要設備。在工業(yè)企業(yè)中，人們利用電動機將電能轉化為機械能來驅動各種生產機器，以滿足生產過程的要求。在運輸行業(yè)，需要大量的牽引電機。農業(yè)機械如電灌排水、播種和收獲等需要不同規(guī)格的電動機。在各種各樣的家用電器中，具有

2、不同功能的低功率電機也是必不可少的。0.1電動機和電驅動技術在國民經濟中的作用，4、用電動機作為原動機來驅動生產機械的系統(tǒng)稱為電驅動系統(tǒng)。電氣傳動是機電設備的重要組成部分。除了少數(shù)由氣動或液壓驅動的生產機械外，大部分都由電力驅動，這有一系列優(yōu)點：(1)電能遠距離傳輸簡單經濟，分配簡單，檢測方便；(2)電驅動比其他形式的驅動更有效，電機和從動機械之間的連接簡單方便；(3)電機有多種類型，具有多種特性，可以滿足不同生產機器的需要。電傳動的啟動、制動和調速控制簡單快捷，調節(jié)性能好；(4)可實現(xiàn)遠程控制和自動調節(jié)，進而實現(xiàn)生產過程的自動化。0.1電機和電力驅動技術在國民經濟中的作用5。現(xiàn)代能源的主要形

3、式是電能，它與電能密切相關，廣泛應用于社會生產的各個部門和社會生活的各個方面。電機的種類很多，根據(jù)其功能和用途可分為變壓器、DC電機、交流電機和控制電機，如圖0.1所示。無論哪種電機，都需要利用磁場作為其耦合場，通過電磁感應實現(xiàn)能量轉換。為了在一定的勵磁電流下產生強磁場，電機的磁路由具有良好磁導率的鐵磁材料制成。圖0.1電機分類，0.2電機類型和材料，6.0.2電機類型和材料，7.0.2電機類型和材料，8。本課程是電氣自動化、電氣技術和機電一體化的專業(yè)基礎課。“電機與驅動基礎”是“電氣工程”和“電氣驅動技術基礎”的有機結合。本課程以電工基礎課程為基礎，講授DC電機、變壓器和交流電機的基本理論以

4、及電氣傳動的基本原理，以滿足以下要求：(1)熟悉DC電機、變壓器和三相異步電機的基本結構，掌握其工作原理。(2)掌握DC電機和三相異步電機的機械特性和各種運行狀態(tài)的基本理論。(3)掌握DC電機和三相異步電機啟動、制動和調速的電驅動的基本原理和計算方法。(4)掌握電機及電氣傳動實驗的基本方法和技巧。0.3本課程的主要內容、任務和學習方法。電機與拖動基礎不僅是一門技術基礎課，也是一門專業(yè)課，它不僅具有理論分析與推導、磁場抽象描述的功能，而且運用基礎理論分析有機、電、磁綜合的復雜工程實際問題，是學習這門課程的難點。學習時應注意以下幾點：(1)牢牢把握基本概念、基本原則和主要特征。(2)樂(3)理論聯(lián)

5、系實際，注重實驗和訓練。(4)課前預習，課后及時復習，選擇適當?shù)乃季S問題和練習作為作業(yè)，鞏固理論知識，提高理解和操作能力。0.3本課程的主要內容、任務和學習方法，10。主編：李清武，劉子林，副主編：張志光，王宏宇，首席法官：李梅芳，汽車與駕駛基金會，1 DC汽車，11，1 DC汽車，目錄，12?！局R目標】掌握DC電機的基本結構，DC發(fā)電機和DC電機的基本原理，DC電機的勵磁方式和磁場分布，DC電機【能力目標】學習DC電機的拆卸和接線方法；計算DC電機的電樞電動勢和電磁轉矩；掌握DC電機的運行特性。1.1電機的工作原理和結構，13。DC電機可分為兩類：DC發(fā)電機和DC電機。將機械能轉化為電能的

6、DC發(fā)動機是DC發(fā)電機，將電能轉化為機械能的DC發(fā)動機是DC發(fā)動機。DC電機調速性能好，起動轉矩大，過載能力強，一般用于起動和調速要求高的場合。另外，DC電機的缺點是結構復雜、成本高、維護困難。1.1、DC電機的工作原理和結構，以及14。圖1.1顯示了DC發(fā)電機的工作原理模型。在圖1.1中，n和s是一對固定磁極，稱為DC電機的定子。Abcd是固定在可旋轉鐵筒上的線圈，線圈和鐵筒是DC電機的可旋轉部件，被稱為DC電機的轉子(或電樞)。線圈的a端和d端連接到兩個導電片上，這兩個導電片相互絕緣并可隨線圈一起轉動，這兩個導電片稱為換向片。轉子線圈和外部電路之間的連接是通過放置在換向器片上的固定電刷實現(xiàn)

7、的。定子和轉子之間有一個間隙，稱為氣隙。圖1.1發(fā)電機工作原理模型在DC發(fā)電機模型中，當原動機驅動轉子以一定速度逆時針旋轉時，根據(jù)電磁感應定律，線圈abcd中會產生感應電動勢。1.1.1電路組成，1.1 DC電機的工作原理和結構，15，圖1.1 DC發(fā)電機的工作原理模型，1.1 DC電機的工作原理和結構，16，導體中感應電動勢的方向可用右手定則確定。逆時針旋轉時，導體ab感應電動勢的極性在A點為高電位，在B點為低電位；導體cd在S極下，感應電動勢的極性在C點為高電位，在d點為低電位。在這種狀態(tài)下，電刷A的極性為正，電刷B的極性為負。線圈旋轉180后，導體ab在S極下，導體cd在N極下。這時，導

8、體中感應電動勢的方向已經改變。然而，由于與電刷A接觸的換向器已經與電刷B接觸，與電刷B接觸的換向器同時變?yōu)榕c電刷A接觸，因此電刷A的極性仍然是正的，而電刷B的極性仍然是負的。1.1電機的工作原理和結構17。從圖1.1可以看出，接觸電刷a的導體總是在n極之下，接觸電刷b的導體總是在s極之下，所以電刷a的極性總是正的，而電刷b的極性總是負的，這使得電刷獲得DC電動勢。根據(jù)具體應用條件，實際DC發(fā)電機的電樞需要具有多個線圈。線圈分布在電樞表面的不同位置，并按照一定的規(guī)則連接，形成DC電機的電樞繞組。磁極也根據(jù)需要多對交替排列。1.1 DC電機的工作原理和結構，18，1 . 1 . 2 DC電機的工作

9、原理，圖1.2，1.1 DC電機的工作原理和結構，19，圖1.2電機的型號，1.1 DC電機的工作原理和結構，20。導體的應力方向由左手定則決定。在第一種情況下，導體ab在N極下的應力方向是從右向左，而導體cd在S極下的應力方向是從左向右。電磁力當電磁轉矩大于電阻轉矩時，線圈逆時針旋轉。當電樞旋轉到第二位置時，原來位于S極下面的導體cd變成N極，其應力方向從右向左變化。然而，原本位于北極下的導體ab轉到南極下，導體ab的應力方向從左向右變化。扭矩的方向仍然是逆時針的，線圈在扭矩的作用下繼續(xù)逆時針旋轉。這樣，盡管在導體中流動的電流是交變的，但是在N極下的導體的應力方向和在S極下的導體的應力方向沒

10、有改變，并且電機在恒定扭矩的作用下沿該方向旋轉。1.1電機21的工作原理和結構。像DC發(fā)電機一樣，實際DC電動機的電樞不是單個線圈，磁極也不是一對。從上面的分析可以看出，任何電動機都可以作為發(fā)電機或電動機運行，這就是所謂的電動機可逆原理。電機的可逆原理不僅適用于DC電機，也適用于交流電機。電機的實際運行模式由外部條件決定。如果電動機的轉子輸入機械能，電樞繞組輸出電能，電動機就像發(fā)電機一樣運行；如果電能輸入電樞繞組，機械能由轉子輸出，則電機作為電機運行。1.1 DC電機的工作原理和結構及22。DC馬達和DC發(fā)電機的結構基本相同，即它們都有一個可旋轉部分和一個固定部分。旋轉部分稱為轉子，靜止部分稱

11、為定子，定子和轉子之間有氣隙。小型DC電機的結構如圖1.3所示，其截面結構如圖1.4所示。(1)定子的作用是產生磁場，形成電磁磁路，并在機械上支撐整個電機。定子由磁極、底座、換向器極、電刷裝置、端蓋和軸承組成，如圖1.3所示。1 . 1 . 3 DC電機的結構，1.1 DC電機的工作原理和結構，23圖1.3小DC電機的結構，1.1 DC電機的工作原理和結構，24圖1.4小DC電機1電樞繞組的截面結構；2電樞鐵芯；3幀；4主磁極鐵芯；5勵磁繞組；6換向繞組；7換向極芯；8個主磁極靴；9底座，1.1電機的工作原理和結構，25。主磁極主磁極用于在定子和轉子之間的氣隙中建立磁場。主磁極由主磁極鐵芯和放

12、置在鐵芯上的勵磁繞組組成。主磁極鐵芯分為兩部分：極身和極靴。極靴的作用是使氣隙磁通密度的空間分布均勻，降低氣隙磁阻。同時，極靴還對勵磁繞組起到支撐作用。為了減少渦流損耗，主磁極鐵芯用1.01.5毫米厚的低碳鋼板沖壓成一定形狀，用鉚釘鉚緊，然后固定在機架上。主磁極上的線圈用來產生主磁通量，稱為勵磁繞組。主磁極結構如圖1.5所示。1.1電機的工作原理和結構，26，圖1.5電機主磁極結構1框架；2主磁極鐵芯；3勵磁繞組，1.1電機的工作原理和結構，27。DC電機的機座有兩種形式，一種是整體機座，另一種是疊片機座。整個框架由導磁性能更好的鑄鋼材料制成，這種框架可以同時起到導磁和機械支撐的作用。因為框架

13、具有導磁功能，所以框架是主磁路的一部分，稱為定子磁軛。主磁極、換向磁極和端蓋都固定在機架上，因此機架起支撐作用。通用DC電機采用整體框架。疊片機座用薄鋼板疊片成定子磁軛，然后將定子磁軛固定在具有特殊支撐功能的機座中，使定子磁軛和機座分離，機座只有支撐功能，可以用普通鋼板制成。疊片結構主要用于主磁通變化快、調速范圍大的場合。1.1電機的工作原理和結構，28，通訊器的結構換向器鐵芯可由全鋼制成，也可根據(jù)需要堆疊1.01.5毫米厚的鋼板。所有的整流子線圈都稱為串聯(lián)整流子繞組，整流子繞組與電樞繞組串聯(lián)。換向極繞組的數(shù)量通常與主極的數(shù)量相同，但是在低功率的DC電機中，只安裝了主極數(shù)量的一半或者沒有安裝換

14、向極。換向極的極性根據(jù)換向要求確定。1.1 DC電機的工作原理和結構29。電刷裝置的作用是通過電刷與旋轉換向器表面的滑動接觸將旋轉電樞繞組與外部電路連接起來，并與換向器配合起整流或逆變的作用。電刷裝置一般由電刷、電刷架、電刷架和壓縮彈簧組成，其結構如圖1.7所示。端蓋電機中的端蓋主要起支撐作用。端蓋固定在底座上，底座上放置一個軸承來支撐DC電機的轉軸，使DC電機可以轉動。1.1、DC電機的工作原理和結構，30、圖1.6電機的換向極結構1換向極芯；2換向器繞組，圖1.7電刷結構1電刷握；2把刷子；3壓縮彈簧；4銅編織物，1.1電機的工作原理和結構，31，(2)轉子部分轉子，又稱電樞，是電機的轉動

15、部分，用來產生感應電動勢和電磁轉矩，從而實現(xiàn)機電能量轉換的關鍵部分。它包括電樞鐵芯、換向器、電機軸、電樞繞組、軸承和風扇。電樞鐵芯電樞鐵芯是主磁路的一部分，用于嵌入電樞繞組。當電機旋轉時，為了減少電樞鐵芯中磁通量變化引起的磁滯損耗和渦流損耗，電樞鐵芯上堆疊有涂有絕緣漆的0.5毫米厚的硅鋼片。電樞鐵芯沖片上沖壓有電樞槽、軸孔和通風孔，用于放置電樞繞組。小型DC電機的電樞板形狀如圖1.8所示。電樞繞組電樞繞組是用絕緣銅線繞制的線圈，它按照一定的規(guī)則放置在電樞鐵芯的槽內，并與換向器相連。電樞繞組是DC電機的重要組成部分。電機工作時，線圈中產生感應電動勢和電磁轉矩，實現(xiàn)機電能量的轉換。1.1電機的工作

16、原理和結構，32，圖1.8電樞板形狀1齒；2個插槽；3軸向通風孔，1.1電機的工作原理和結構，33。換向器也叫換向器。對于發(fā)電機來說，換向器的作用是將電樞繞組中的交變電動勢轉換成DC電動勢，并向外輸出DC電壓；對于電機，它在繞組中將外部提供的直流電轉換成交流電，使電機旋轉。換向器如圖1.9所示。換向器由換向器片組成，是DC電機的關鍵部件和最薄弱的部分。換向器由銅或銅合金制成，具有良好的導電性、高硬度和良好的耐磨性。換向器片的底部做成燕尾形，嵌在帶云母絕緣的V形鋼圈內，拼接成圓柱體套在鋼套上。厚度為0.61.2毫米的云母段用作兩個相鄰換向器片之間的絕緣，最后用螺紋壓環(huán)壓緊。換向器固定在轉軸的一端

17、。換向器片靠近電樞繞組的部分與繞組引出線焊接。1.1電機的工作原理和結構，34，圖1.9換向器結構1 v形套筒；2片云母片；3換向器片；4連接件，1.1電機的工作原理和結構，35，代表電機額定運行的各種數(shù)據(jù)稱為額定值。額定值通常標在電機的銘牌上，因此也稱為銘牌數(shù)據(jù)。這是正確合理使用電機的基礎。銘牌數(shù)據(jù)主要包括電機型號、額定功率、額定電壓、額定電流、額定速度、額定勵磁電流和勵磁方式等。除了電機的出廠數(shù)據(jù)，如出廠編號和日期。國產電機的型號一般用大寫漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字表示。格式如下：第一部分用大寫拼音表示產品代碼，第二部分用阿拉伯數(shù)字表示1 . 1 . 4 DC電機的銘牌數(shù)據(jù)，1.1 DC電機的工作原理和結構，36例如，Z292中的z代表通用DC電機；2表示設計序號，第二