国家规 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 茂名学院自动化系茂名学院自动化系茂名学院自动化系茂名学院自动化系叶伟叶伟叶伟叶伟 国家规 划教材 东北大学 彭鸿才 主编机工板 本课程的性质、任务及学习方法 1、性质性质性质性质：：：：在工业电气自动化专业中在工业电气自动化专业中在工业电气自动化专业中在工业电气自动化专业中，，，，《《《《电机原电机原电机原电机原 理及拖动理及拖动理及拖动理及拖动》》》》是一门十分重要的是一门十分重要的是一门十分重要的是一门十分重要的专业基础课专业基础课专业基础课专业基础课或称或称或称或称 技术基础课技术基础课技术基础课技术基础课 2、任务任务任务任务：：：：我们所从事的专业决定了我们是从我们所从事的专业决定了我们是从我们所从事的专业决定了我们是从我们所从事的专业决定了我们是从使使使使 用的角度来研究电机用的角度来研究电机用的角度来研究电机用的角度来研究电机的的的的因此因此因此因此，，，，我们着重分析我们着重分析我们着重分析我们着重分析 各种电机的工作原理和运行特性各种电机的工作原理和运行特性各种电机的工作原理和运行特性各种电机的工作原理和运行特性，，，，而对电机设而对电机设而对电机设而对电机设 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 3、学习方法学习方法学习方法学习方法：：：：要注意它既有要注意它既有要注意它既有要注意它既有基础理论的学习基础理论的学习基础理论的学习基础理论的学习，，，， 又有结合又有结合又有结合又有结合工程实际综合应用工程实际综合应用工程实际综合应用工程实际综合应用的性质的性质的性质的性质。
要逐渐地培要逐渐地培要逐渐地培要逐渐地培 养学员的工程观点养学员的工程观点养学员的工程观点养学员的工程观点，，，，掌握工程问题的处理方法掌握工程问题的处理方法掌握工程问题的处理方法掌握工程问题的处理方法 各种电机的工作原理和运行特性各种电机的工作原理和运行特性各种电机的工作原理和运行特性各种电机的工作原理和运行特性，，，，而对电机设而对电机设而对电机设而对电机设 计和制造工艺涉及得不多计和制造工艺涉及得不多计和制造工艺涉及得不多计和制造工艺涉及得不多但对电机的结构还但对电机的结构还但对电机的结构还但对电机的结构还 要有一定深度的了解要有一定深度的了解要有一定深度的了解要有一定深度的了解 目目录录 ??第一章第一章 直流电机原理直流电机原理 ??第二章第二章 电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的动力学基础 ??第三章第三章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动 ??第四章第四章 变压器变压器 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 ??第五章第五章 三相异步电动机原理三相异步电动机原理 ??第六章第六章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 ??第七章第七章 同步电动机同步电动机 ??第八章第八章 控制电机控制电机 ??第九章第九章 电力拖动系统中电动机的选择电力拖动系统中电动机的选择 第一章 直流电机原理 1.1 直流电机的用途、结构及工作原理 一、直流电机的用途 1.直流电动机的用途:在工业生产中,利用电动机的 轴上转矩拖动生产机械,对产品进行加工. 2.直流发电机的用途:作为电源设备 二、直流电机的结构 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 极掌 线圈 极身 磁轭 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 极和S极相间出现.极掌对激磁 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. (3)机座:一般把厚钢板弯成圆筒形,然后再焊成机座,也可采 用铸钢件.其作用一方面是作为各磁极间的磁路,故 又称为磁轭,另一方面机座作为电机的机械支架,主 磁极和换向极就固定在磁轭上. (4)端盖:附有轴承的端盖安装在机座上以支持电枢,它可以 保持电枢表面和极掌表面相隔一个气隙 使电枢可 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 保持电枢表面和极掌表面相隔一个气隙,使电枢可 以自由旋转. (5)电刷装置:电刷是由石墨做成的导电块,将它套入刷握内, 用弹簧以一定压力将电刷压在换向器的表面 上.在电枢旋转时可以保持电刷固定不动.电刷 的作用是使电枢绕组和外电路接通,同时通过 换向器进行电流的换向. 2.转动部分 (1)电枢铁心:电枢铁心由0.5毫米厚且冲有齿和槽的硅钢 片迭成.铁心钢片沿轴向迭装,以降低电枢铁 心在磁场中旋转时所产生的磁滞和涡流损 耗,从而提高电机的效率.电枢铁心一方面作 为电机磁路的一部分,另一方面便于将电枢 绕组安装在电枢铁心的槽内,起着固定电枢 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 绕组安装在电枢铁心的槽内,起着固定电枢 绕组的作用. (2)电枢绕组:电枢绕组是电机产生感应电势和电磁转矩以 实现机电能量转换的重要部件.绕组是由绝 缘的圆形或矩形铜线绕成,嵌放于电枢铁心 的槽中.必须采用层间绝缘和绕组与铁心槽避 之间的槽绝缘. (3)换向器:其作用是使电枢绕组的绕组元件中的电流 进行 方向的交换,起着电流换向作用.电枢绕组元件 的引线就焊在换向片上. 3.气隙 在极掌和电枢之间有一空气隙.气隙是电机的重要 组成部分,它的大小和形状对电机 性能有很大的影响. 4.其他部分 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 (1)转轴和轴承:转子必须有转轴,以便电机 和生产机械 或原动机进行联接传递转矩和功率.中小型电机 一 般采用滚动轴承,大容量电机 ,采用支架式滑动轴承. 4.其他部分 (2).通风装置:作用是冷却电机. 为了说明方便,作下列规定: (1)N导体和S导体:在N极下的导体称为N导体;在S极 下的 导体称为S导体. (2)符号和符号:导体中电势(电流)的方向进入 纸面时用表示;导体中电势(电流)的方向由纸面出来 三、直流电机的基本工作原理 1.直流发电机的基本工作原理 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 纸面时用表示;导体中电势(电流)的方向由纸面出来 时用表示. N b2 b1 S a b n S b a n b2 b1 N 基本原理: 由于导体切割了磁力线,因而在导体内将产生 感应电动势.根据右手定则,N导体中电势方向为;而S 导体中电势方向为;即二者方向相反. N导体和S导体在交换(a和b位置),但是,b 1和b2极 性是恒定的,即b1恒为正,b2恒为负,故在电刷两端输出 脉动的直流电压. 综上所述:线圈中的交变电势已变成刷间直流电压 通过 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 综上所述:线圈中的交变电势已变成刷间直流电压.通过 换向器使电刷b1仅能接通S导体,而S导体的电势方向恒 为 故电刷b1的极性恒为正;同理电刷b2的极性恒为负. t 0 e 2.直流电动机的基本工作原理 S a b n S a b n N通过换向器的作用，使与 a、b导体中电流方向如左所示， 由左手定则可知S导体和N导体 受力均为逆时针方向,因而使电 枢逆时针方向旋转. 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 N通过换向器的作用，使与 电源负极相接的电刷仅能 接通S导体，故S导体中的 电流方向恒为流出纸面， 而与电源正极相接电刷仅 能接通N导体，电流流入 纸面。
故电机恒逆转 发电机:由主磁极产生的气隙磁通与电枢绕组切割而产生电势. 电动机:电枢电流与气隙磁通相互作用而产生电磁转矩. 分析电机磁场是分析电机运行状态的必要步骤. 空载磁场:电枢无电流时的磁场.它是电机中最基本的 磁场. 1.2 直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 磁场. 一、电机的磁化曲线 主磁通(通过气隙进入电枢) 激磁磁势所产生的磁通 漏磁通(不经过电枢) 漏磁通不能在电枢中产生电势也不产生电磁转矩,但它 存 在却增加了磁极和磁轭的饱和程度. 主磁通是实现机电能量转换所必需的. wf ——一个主磁极上激磁绕组的匝数一个主磁极上激磁绕组的匝数一个主磁极上激磁绕组的匝数一个主磁极上激磁绕组的匝数；；；； If ——激磁绕组中的激磁电流激磁绕组中的激磁电流激磁绕组中的激磁电流激磁绕组中的激磁电流；；；； Rm——该段的磁组该段的磁组该段的磁组该段的磁组； Ф——磁通量磁通量磁通量磁通量 主磁通主磁通主磁通主磁通Φ所经磁路所经磁路所经磁路所经磁路:两个气隙两个气隙两个气隙两个气隙、、、、两个电枢齿两个电枢齿两个电枢齿两个电枢齿、、、、一个电枢轭一个电枢轭一个电枢轭一个电枢轭、、、、 两个主磁极铁心和一个两个主磁极铁心和一个两个主磁极铁心和一个两个主磁极铁心和一个 主磁极轭等五段主磁极轭等五段主磁极轭等五段主磁极轭等五段。
由磁路中的欧姆定律由磁路中的欧姆定律由磁路中的欧姆定律由磁路中的欧姆定律：：：： wfIf =ΣФRm Φ 1 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 Rm该段的磁组该段的磁组该段的磁组该段的磁组； Ф磁通量磁通量磁通量磁通量 说明说明说明说明:当当当当I较小时磁路的磁阻为气隙较小时磁路的磁阻为气隙较小时磁路的磁阻为气隙较小时磁路的磁阻为气隙 磁阻且为常数磁阻且为常数磁阻且为常数磁阻且为常数,故故故故If与与与与Φ是线性的是线性的是线性的是线性的 If较大时铁心饱和较大时铁心饱和较大时铁心饱和较大时铁心饱和,磁阻加大磁阻加大磁阻加大磁阻加大Φ增增增增 加变慢加变慢加变慢加变慢If与与与与Φ为非线性关系为非线性关系为非线性关系为非线性关系. 电机的饱和程度对电机的性能有很电机的饱和程度对电机的性能有很电机的饱和程度对电机的性能有很电机的饱和程度对电机的性能有很 大的影响大的影响大的影响大的影响. If 0 2 气隙磁密的概念： 是指穿过气隙进入电枢表面或由电枢表面出来的磁通 因而气隙磁密实际上是指电枢表面的磁通密度。
气隙磁密=主磁极作用产生部分+电枢磁势作用部分 主磁极磁势单独作用（电枢电流为零时）： 气隙在极掌下大致 二、主磁极磁势产生的气隙磁密在空间的分布 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动 是均匀的但在极 尖以外时，主磁通所 经气隙加大，磁密减 小，并在两主磁极中 间的几何中线上下降 为零 δ τ Bδ 一、概述 电机的电枢绕组是电机的主要组成部件 电机必须通过电枢绕组与气隙磁场相互作用才能实现 能量转换 绕组类型：（1）单迭绕组；（2）复迭绕组；（3）单 波绕组；（4）复波绕组；（5）混合绕组 1.3 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原理及拖动电机原。