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章节名称第一章 直流电机第一节 概述授课形式讲练课时1班级日期教学目的掌握电机的分类掌握交、直流电动机的性能的比较教学重点掌握电机的分类教学难点交、直流电动机的性能的比较辅助手段课外作业1、 说明电机的分类2、 比较交、直流电动机的性能参考资料课后体会学生能较好地理解与掌握第一章 直流电机第一节 概述一、电机的分类电机：应用电磁原理实现电能与机械能互换的旋转机械，统称为电机。1、电机：把机械能转换为电能的电机，称为发电机。电动机：把电能转换为机械能的电机，称为电动机。2、按照产生或取用电能种类的不同，电机分为直流电机与交流电机。产生电能的称为发电机，取用电能的称为电动机。电动机分为交流电动机和直流电动机两大类交流电动机又分为单相的和三相的，异步的和同步的。直流电动机按照励磁方式的不同分为他励、并励、串励和复励四种。 交流电动机应用较为普遍，特别是异步电动机应用广泛，因为它的结构简单、坚固耐用、维护方便、价格便宜和工作可靠等。 直流电机是人类最早发明和应用的一种电机，虽然目前不如交流电机应用普通，但是，直流电动机具有比交流电动机较为优良的调速和起动性能。它的调速范围广，平滑性、经济性较好，采用晶闸管调速系统更为方便；它的起动转矩较大。这种性能对有些机械的拖动是十分重要的，例如大型机床、电力机车、大型轧钢机、大型起重设备等。 直流电机也有它显著的缺点：一是制造工艺复杂，生产成本高；二是运行时由于电刷与换向器之间容易产生火花，可靠性较差，维护较麻烦。人们虽做过很多研究工作来改善交流电动机的性能，但还不能全部用交流拖动来代替直流拖动。因而，在某些机械的拖动中，仍需用直流电动机。 直流发电机过去是直流电的主要电源之一，广泛地用在电解、电镀、充电等设备中，也用作同步电机的励磁和直流电动机的电源。由于晶闸管整流技术日益发展，在某些场合已经取代直流发电机。 电动机除了较多的用作动力外，随着生产自动化的需要，在自动控制系统和计算装置中还用到一些控制电机和特殊用途的电机。例如测速发电机、步进电动机等。 对于各种电动机，我们应该了解以下几个方面的问题，基本工作原理；基本构造；表示转速与转矩之间关系的机械特性；起动、反转、调速及制动的基本原理和基本方法；适用场所和正确使用。二 交、直流电动机的性能异步电动机是交流电动机中最常用的一种，它的作用是将交流电能转换成机械能。交流电机有异步电机和同步电机两大类。异步电机一般都作电动机用，因为异步发电机的性能较差。异步电动机又有三相和单相两种，而三相异步电动机又分笼型和绕线转子异步电动机。 三相异步电动机应用最为广泛。因为它具有结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高等特点，通常被用在金属切削机床、起重运输机械、中小型鼓风机和水泵等生产机械设备中。单相异步电动机则在实验室和家用电器产品中应用较多。但异步电动机也有一些缺点，最主要的是不能经济地实现范围较广的平滑调速；必须从电网吸取滞后的励磁电流，使电网功率因数降低。但是一般的生产机械并不要求大范围的平滑调速，而电网的功率因数又可以采取其它办法来进行补偿。特别是由于现代电子技术迅猛发展，采用由晶闸管组成的变频电源装置，便异步电动机应用更加广泛。据统计，全国电动机容量中90%左右是异步电动机，而在电网负载中，异步电动机的用量也占有60%以上。三、直流电动机的系列 为了满足各行各业对产品的不同要求，生产厂将产品制成不同型号系列。所谓系列就是指产品的结构和形状基本相似，而某种性能参数例如容量则按一定等级递增的一系列产品。对于电动机来说，系列产品的电压、转速、机座号和铁心长度都有一定的等级。 1、国产直流电动机系列简介 (一) Z型系列Z为直流电机的汉语拼音第一个字母。这种系列是通风防护式的。适用于调速范围不大的机械拖动，少灰尘，少腐蚀及温度低的场所。 (二) Z2型系列 它是 Z型系列的改进型，也是防护式。调速范围可达2：1，即可超过额定转速的一倍。 (三) ZO型系列 这种电机是封闭式的，用于多灰尘但无腐蚀性气体的场所。 (四) ZD型系列 主要用于需要广泛调速，具有较大的过载能力的场所。如大型机床、卷扬机、起重设备。 (五) ZQD型系列它是直流牵引电动机，用于牵引车辆。章节名称第二节直流电机的基本工作原理授课形式讲练课时2班级日期教学目的掌握直流电机的基本工作原理复习电磁感应定律教学重点直流电机的基本工作原理教学难点直流电机的基本工作原理辅助手段课外作业1-1参考资料课后体会学生对工作原理不能较好地理解与分析第二节 直流电机的基本工作原理 任何电机的工作原理都是建立在电磁感应和电磁力这个基础上的。为了讨论直流电机的工作原理，我们把复杂的直流电机结构简化为工作原理图。一、直流发电机的工作原理 在电工课程中，我们已经知道在磁场中运动的导体内，将产生感应电动势电磁感应定律。发电机就是应用这个定律工作的。上图所示的是一台两磁极直流发电机的工作原理图。图中 N和 S是一对静止的磁极，用以产生磁场，其磁感应强度沿圆周为正弦分布。容量较小的发电机是用永久磁铁做磁极的。容量较大的发电机的磁场是由直流电流通过绕在磁极铁心上的绕组产生的。用来形成N极和S极的绕组称为励磁绕组，励磁绕组中的电流称为励磁电流If。 在N极和 S极之间，有一个能绕轴旋转的圆柱形铁心，其上紧绕着一个线圈称为电枢绕组(图中只画出一匝线圈)，电枢绕组中的电流称为电枢电流Ia。 电枢绕组两端分别接在两个相互绝缘而和绕组同轴旋转的半圆形铜片换向片上，组成一个换向器。换向器上压着固定不动的炭质电刷。铁心、电枢绕组和换向器所组成的旋转部分称为电枢。当电枢被原动机以恒速驱动，按逆时针方向转动时，用右手定则可以判定，线圈ab和cd边切割磁力线产生的感应电动势的方向，则在负载与线圈构成的回路中产生电流Ia，其方向与电动势方向相同。电流由电刷流出，由电刷流回。 当电枢转到上图b所示位置时，ab边转到了S极下，cd边转到了N极下。这时线圈中感应电动势的方向发生了改变，但由于换向器随同一起旋转，使得电刷 A总是接触 N极下的导线，而电刷B总是接触S极下的导线，故电流仍由A流出 B流回，方向不变。 虽然有换向器的作用，将线圈内的交变电动势在两电刷间变换为方向不变的电动势，但它的大小仍然是脉动的。欲获得在方向和量值上均为恒定的电动势，则应把电枢铁心上的槽数和线圈匝数增多，同时换向器上的换向片数也要相应地增加。 直流发电机的电动势，因割切磁力线而产生，故两电刷间电动势E的大小，与发电机电枢的转速n和磁极磁通的乘积成正比，即 ECEn式中，CE为电机常数，与电机的构造有关；的单位是Wb；n的单位是 r/min；E的单位的是 V。 在这种情况下，直流电机便是一个直流电源，向负载输出直流电功率。 与此同时，电枢电流 Ia与磁场相互作用而产生的电磁力形成了电磁转矩 T。 TCTIa式中，CT是与电动机结构有关的常数；的单位是Wb；Ia的单位是A; T的单位是N.m。 用左手定则可以判定，电磁转矩 T的方向与电枢旋转方向相反。因此，在电枢等速旋转时，原动机的驱动转矩 T1必须与发电机的电磁转矩 T和空载损耗转矩 T0相平衡( T0是发电机轴上的转矩)，即T1=T+ T0 当发电机的负载(即电枢电流)增加时，电磁转矩和输出功率也随之增加，这时原动机的驱动转矩所供给的机械功率亦必须相应增加，以保持转矩之间和功率之间的平衡，使转速基本上不变。可见，发电机向负载输出电功率的同时，原动机却向发电机输出机械功率，发电机起着将机械能转换为电能的作用。二、直流电动机的工作原理 在电工课程中，我们已经知道通电导体在磁场中会受到电磁力的作用-电磁力定律。电动机就是应用这个定律工作的。下图是直流电动机的原理图。其组成与直流发电机基本相同。 电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的旋转轴与机械负载相联。电流从电刷 A流入电枢绕组，从电刷B流出。电枢电流Ia与磁场相互作用产生电磁力F，其方向可用左手定则判定。这一对电磁力所形成的电磁转矩T，使电动机电枢逆时针方向旋转。如上图a所示。 当电枢转到上图b所示位置时，由于换向器的作用，电源电流Ia仍由电刷A流入绕组，由电刷B流出。电磁力和电磁转矩的方向仍然使电动机电枢逆时针方向旋转。 电枢转动时，割切磁力线而产生感应电动势，这个电动势(用右手定则判定)的方向与电枢电流Ia和外加电压U的方向总是相反的，称为反电动势Ea。它与发电机的电动势 E的作用不同。发电机的电动势是电源电动势，在外电路产生电流。而Ea是反电动势，电源只有克服这个反电动势才能向电动机输入电流。 可见，电动机向负载输出机械功率的同时，电源却向电动机输入电功率，电动机起着将电能转换为机械能的作用。发电机和电动机两者的电磁转矩T的作用是不同的。发电机的电磁转矩是阻转矩，它与原动机的驱动转矩T1的方向是相反的。电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。电动机的电磁转矩T必须与机械负载转矩T2及空载损耗转矩T0相平衡，即TT2十T0。当电动机轴上的机械负载发生变化时，则电动机的转速、反电动势、电流及电磁转矩将自动进行调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。可见，直流电机作发电机运行和作电动机运行时，虽然都产生电动势和电磁转矩，但两者作用截然相反。章节名称第三节 直流电机的结构授课形式讲练课时2班级日期教学目的掌握直流电机的结构掌握直流电机的组成及作用教学重点掌握电机的分类教学难点交、直流电动机的性能的比较辅助手段课外作业1-2、1-3参考资料课后体会学生能较好地理解直流电机的部分结构的作用第三节 直流电机的结构 我们讨论电机及其它电器的结构，目的在于了解它们各主要部件的名称、作用、相互组装及动作关系。以利正确选用和使用。 电机的结构是由以下几方面的要求来确定的。首先是电磁方面的要求:使电机产生足够的磁场，感应出一定的电动势，通过一定的电流，产生一定的电磁转矩，要有一定的绝缘强度。其次是机械方面的要求：电机能传递一定的转矩，保持机械上的坚固稳定。此外，还要满足冷却的要求，温升不能过高；还要考虑便于检修，运行可靠等。从电机的基本工作原理知道，电机的磁极和电枢之间必须有相对运动，因此，任何电机都有固定不动的定子和旋转的转子两部分组成，在这两部分之间的间隙叫空气隙。下面介绍直流电机的结构。下图是直流电机结构图。一、定子定子的作用是产生磁场和作为电机机械支撑。它由主磁极、换向磁极、电刷、机座、端盖和轴承等组成。 (一)主磁极 主磁极的作用是产生主磁通，主磁极铁心包括极心和极掌两部分。极心上套有励磁绕组，各主磁极上的绕组一般都是串联的。直流电机的磁极如图所示。极掌的作用是使空气隙中磁感应强度分布最为合适。 改变励磁电流If的方向，就可改变主磁极极性，也就改变了磁场方向。 (二)换向磁极 在两个相邻的主磁极之间中性面内有一个小磁极，这就是换向磁极。它的构造与主磁极相似，它的励磁绕组与主磁极的励磁绕组相串联。 换向磁极的作用是产生附加磁场，改善电机的换向，减小电刷与换向器之间的火花，不致使换向器烧坏。 主磁极中性面内的磁感应强度本应为零值，但是，由于电枢电流通过电枢绕组时所产生的电枢磁场，使主磁极中性面的磁感应强度不能为零值。于是使转到中性面内进行电流换向的绕组产生感应电动势，使得电刷与换向器之间产生较大的火花。 用换向磁极的附加磁场来抵消电枢磁场，使主磁极中性面内的磁感应强度接近于零，这样就改善了电枢绕组的电流换向条件，减小了电刷与换向器之间的火花。 (三)电刷装置 电刷装置主要由用碳一石墨制成导电块的电刷、加压弹簧和刷盒等组成。固定在机座上(小容量电机装在端盖上)不动的电刷，借助于加压弹簧的压力和旋转的换向器保持滑动接触，使电枢绕组与外电路接通。 电刷数一般等于主磁极数，各同极性的电刷经软线汇在一起，再引到接线盒内的接线板上，作为电枢绕组的引出端。 (四)机座 机座用铸钢或铸铁制成。用来固定主磁极、换向磁极和端盖等，它是电机磁路的一部分。机座上的接线盒有励磁绕组和电枢绕组的接线端，用来对外接线。 (五)端盖 端盖由铸铁制成，用螺钉固定在底座的两端，盖内有轴承用以支撑旋转的电枢。二、转子转子又称电枢，是电机的旋转部分。它由电枢铁心、绕组、换向器等组成。如右图所示。 (一)电枢铁心 电枢铁心由硅钢片冲制迭压而成，在外圆上有分布均匀的槽用来嵌放绕组。铁心也作为电机磁路的一部分。 (二)绕组 绕组是产生感应电动势或电磁转矩，实现能量转换的主要部件。它是由许多绕组元件构成，按一定规则嵌放在铁心槽内和换向片相连，使各组线圈的电动势相加。绕组端部用镀锌钢丝箍住，防止绕组因离心力而发生径向位移。 (三)换向器 换向器由许多铜制换向片组成，外形呈圆柱形，片与片之间用云母绝缘。三、铭牌和额定值 为了使电机安全而有效地运行，制造厂对电机的工作条件都加以技术规定。按照规定的工作条件进行运行的状态叫做额定工作状态。电机在额定工作时的各种技术数据叫做额定值，一般加下标 e表示。这些额定值都列在电机的铭牌上，使用电机前，应熟悉铭牌。使用中的实际值，一般不应超过铭牌所规定的额定值。 (一)型号：它表示电机的类别。例如：Z2-12 Z：直流；2：设计序号；1：铁心长度；2：机座号 (二)额定电流Ie 这是指发电机长期运行时电枢输出给负载的允许电流。对于电动机则是指电源输入到电动机的允许电流。 (三)额定电压Ue 这是指发电机输出的允许端电压。对于电动机则指输入到电动机端钮上的允许电压。 (四)额定转速ne 这是指电机在额定工作状态时，应达到的转速。 (五)额定功率(额定容量) Pe对于发电机来说，这是指在额定电压下，输出额定电流时，向负载提供的电功率Pe,Pe=UeIe 对于电动机来说，则是指在额定电压，额定电流和额定转速下，电动机轴上输出的机械功率Pe=UeIee (六)额定效率e 额定功率与输入功率之比，称为电机的额定效率，即e=（额定功率/输入功率）100 % 章节名称第四节直流电动机授课形式讲练课时1班级日期教学目的掌握直流电动机的励磁方式掌握直流电动机的方程教学重点直流电动机的励磁方式教学难点直流电动机的方程辅助手段课外作业1-5做图分析直流电动机的励磁方式参考资料课后体会部分学生对理解的内容不感兴趣，不能很好地学习第四节 直流电动机 在前几节我们对直流电机的基本工作原理和结构作了共性的讨论，在本节将对直流电动机的励磁方式作进一步的讨论，直流电动机按它的励磁绕组在电路中联接方式即励磁方式的不同，可分为以下四种：一、直流电动机的基本方程 在这里我们将讨论直流电动机的电压、功率和转矩的平衡方程，说明其能量关系。 (一)电枢电路电压平衡方程 1.电动机的反电势 在电机工作原理的讨论中，我们知道电枢旋转时，电枢中的载流导体割切磁力线产生感应电动势Ea=Cen。这个电动势的方向与电枢电流的方向相反，抵制电枢电流的流入，故称为反电动势。因此，电源要向电枢输入电流，就必须克服反电动势的作用，即必须使加在电枢绕组两端的电压UEa。l 2.电压平衡方程 Ea=UIaRa 式中，Ia为电枢电流(A）； Ra为电枢绕组电阻() 上式改写后即得电压平衡方程为 U=Ea+IaRa 上式表明，电枢绕组两端的电压U可分为两部分，一部分用来平衡反电动势Ea，另一部分就是电枢绕组的电阻压降IaRa。 3.电枢电流 由U=Ea+IaRa可导出电枢电流公式，即 (二)功率平衡方程 (三)转矩平衡方程二、直流电动机的励磁方式1、他励电动机 这种电动机的励磁绕组与电枢绕组分别由两个直流电源供电。励磁绕组又称他励绕组。变阻器用来调节励磁电流的大小，励磁电流If 仅取决于他励电源的电动势和励磁电路的总电阻，而不受电枢端电压的影响。2、并励电动机 它的励磁绕组与电枢绕组并联，由同一直流电源供电。励磁绕组又称并励绕组。可见，励磁电流If不仅与励磁回路的电阻有关，而且还受电枢两端电压的影响，承受电枢两端的较高电压。为了减小励磁电流及损耗，接有变阻器调节If。励磁绕组必须具有较大的电阻，因此，励磁绕组的匝数较多，且用较细的导线绕制。励磁电流虽小，但绕组匝数较多，仍能使磁极产生一定的磁通。并励电动机的电流有I= Ia + If 关系。3、串励电动机 串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联。励磁绕组又称串励绕组。由于串励绕组电流较大，因此要求串励绕组应具有较小的电阻。为此，所用导线要粗且匝数较小，但由于流过的电流较大，故磁极仍能产生一定的磁通。4、复励电动机电动机的主磁极上有两个励磁绕组，一个同电枢绕组并联，另一个同电枢绕组串联。故名复励电动机。章节名称第五节并励(他励)电动机的机械特性授课形式讲练课时2班级日期教学目的掌握并励(他励)电动机的机械特性掌握并励(他励)电动机的机械特性方程教学重点并励(他励)电动机的机械特性教学难点并励(他励)电动机的机械特性方程辅助手段课外作业1-8、1-9、1-10、1-11参考资料课后体会学生能较好地理解与掌握电动机的机械特性第五节 并励(他励)电动机的机械特性 直流电动机按励磁方式可分为四种，以并励电动机应用得比较广泛。转速需要保持恒定或需要在广泛范围内进行调速的生产机械，常采用并励电动机，例如大型车床、磨床、刨床和某些冶金机械等。 他励电动机和并励电动机只是联接方式不同，两者的特性是一样的。下面我们以并励电动机为例，来讨论它们的机械特性。一、直流电动机的机械特性 (一)机械特性 表征电动机运行状态的两个主要物理量是：电动机的电磁转矩T和电动机的转速n。 直流电动机的机械特性是指电动机的端电压等于额定值，励磁电路的电流和电枢电路的电阻不变的条件下，电动机的转速 n与电磁转矩 T之间的关系，即n=f(T)。 机械特性是电动机最重要的工作特性，它是讨论电动机稳定运行、启动、调速和制动等运行的基础。 机械特性可分为固有(自然)机械特性和人为机械特性。固有特性，表示电动机在额定参数运行条件下的机械特性；人为特性，表示改变电动机一种或几种参数，使之不等于其额定值时的机械特性。 (二)机械特性硬度 一般用特性硬度来评价电动机机械特性变化程度。所谓机械特性硬度定义为在机械特性曲线的工作范围内某一点转矩对该点转速的微分, 即在曲线上该点的斜率。 因此，按照机械特性硬度的概念，将电动机的机械特性分为以下三类： 1绝对硬特性 转矩变化时，转速不变化。 2硬特性 转矩变化时，转速降落较小。 3软特性 转矩变化时，转速降落大。 这种评价分类，是因为多数电动机的机械特性是转速随转矩的增加而下降，但不同的电动机下降程度不同。二、并励电动机的机械特性方程 下图是并励电动机的接线图，其电压与电流的关系可用下列各式表示： U=Ea+IaRa If=U/Rf I=Ia+If 当电源电压和励磁电路总电阻保持不变时，则励磁电流If 及由它产生的磁通也保持不变。 TCTIa=KIa由 EaCEn可得： 将Ia=T/(CT)代入上式： 上式是并励电动机的机械特性方程。三、并励电动机的固有机械特性 按固有机械特性所给定的条件，U=Ue=常数，励磁电流If 调节至磁通=e并保持不变。由于Ra很小，从并励电动机的机械特性方程式可知，n=f(T)将是一根倾斜度很小的直线。如右图所示。nono 在负载从空载到满载，转速降落，仅为额定转速的5-10，因此并励电动机的机械特性是硬特性。 并励电动机在运行时，切不可断开励磁电路，使If =0。这样，主磁极上仅有很小的剩磁通，反电动势很小。在空载时，将导致转速急剧上升；在有一定负载时，电动机停转并使电枢电流急剧增加，会引起严重事故。四、并励电动极的人为机械特 固有机械特性只反映电动机在额定条件下运行的性能，对应某一转矩下，电动机只能运行在某一转速。而在生产上往往有一些要求，例如在一定的转矩下，根据不同的情况，要求有不同的转速。这就必须人为地改变电动机的某些参数，来改变电动机的机械特性，以满足生产上的要求。这时的机械特性称为人为机械特性。在下一节讨论并励电动机的调速时，所涉及的机械特性都是它的人为特性。章节名称第六节并励（他励）电动机的调速授课形式讲练课时2班级日期教学目的掌握并励（他励）电动机的调速掌握三种调速方法的比较教学重点三种调速方法教学难点三种调速方法的比较辅助手段课外作业14、16参考资料课后体会部分学生对理解的内容不感兴趣，不能很好地理解第六节 并励（他励）电动机的调速一、概述（一） 调速调速就是在一定的负载下，根据生产工艺的要求，人为地改变电动机的转速。生产机械的速度调节可以用机械方法取得，但机械变速机构复杂。现代电力拖动中多采用电气调速方法，即对拖动生产机械的电动机进行速度调节，其优点是可以简化机械结构，提高生产机械的传动效率，操作简便，调速性能好，能实现自动控制等。电动机的速度调节是人为的有意的，而电动机由于转矩变化沿着某一机械特性的速度变化是电动机自动调节的，两者是有区别的。 (二)电动机调速性能的评价指标 1调速范围 电动机调速时所能得到的最高转速与最低转速之比。例如10：1。 2调速的平滑性 可由电动机在其调速范围内能得到的转速的数目(级数)来说明。所能得到的转速数目越多，则相邻两个转速的差值越小，则调速的平滑性越好。如转速只能得到若干个跳跃的调节，称为有级调速；如在一定范围内可得到任意转速，称为无级调速。 3调速的经济性 它包括调速设备的投资，电能的损耗，运转的费用等。 4调速的稳定性 它由负载变化时转速的变化程度来衡量。电动机机械特性越硬，稳定性越高。 5调速方向 指所采用的调速方法是使转速比额定转速(基本转速)高的称为向上调速；若是低的，称为向下调速。 6调速时允许的负载 调速时，不同的生产机械需要的功率和转矩是不同的。有的要求电动机在各种转速下都能输出同样的机械功率，例如金属切削机床，要求在精加工小进刀量时工件转速要高，粗加工大进刀量时转速要低。由于机械功率是由转矩与转速的乘积决定的，因此要求电动机具有恒功率调速。另一类生产机械，例如起重机；要求电动机在各种转速上都能输出同样的转矩，即为恒转矩调速。 (三)直流电动机的调速方法由直流电动机的机械特性方程可知，改变 Ra、U中的任意一个参数都可以使转速n发生变化。所以直流电动机的调速方法有三种。以下我们讨论并励(他励)电动机的调速方法。二、改变电枢电路电阻的调速 电路图如下图所示。URcM保持电源电压U和励磁电流 If为额定值，在电枢电路中串联一个调速变阻器 Rc，改变 Rc来改变电枢电路的电阻值以改变电枢电流 Ia进行调速。显然，保持 U、不变，n0亦不变，调节 Rc的大小即可改变转速n。三、改变励磁磁通的调速 电路图如下图所示。URcM保持电源电压U为额定值，在励磁电路中串联一个调速变阻器 Rc，改变励磁电流 If 以改变磁通进行调速，故又称调磁调速。 由机械特性方程可见，磁通减小时，n0升高，n与2成反比增加，所以磁通减小，机械特性升高、变软。在一定负载下，减小则n升高。由于电动机在额定运行时，磁路已趋饱和，所以通常只是减小磁通ne。 四、改变电源电压的调速采用这种调速方法时，电动机应采取他励方式，保持励磁不变，只改变电枢电路的电源电压，故称调压调速。由机械特性方程可以看出，当电枢电路端电压U改变时，理想空载转速n0随U成正比变化，而转速降落n 和特性曲线的斜率不变，因此电动机在不同电压下的人为机械特性曲线是平行下移于固有机械特性曲线的直线。onon调磁调压串电阻五、三种调速方法的比较 下图画出了三种调速方法的机械特性曲线。章节名称复习授课形式讲练课时班级日期教学目的复习直流电机的基本知识掌握正确的解题方法教学重点正确的解题方法的分析教学难点正确的解题方法的掌握辅助手段课外作业120、复习参考资料课后体会学生对正确的解题方法不能很好地掌握复习一、 基本知识1、 电机的分类、直流电动机的系列（Z型系列）2、 直流电动机的工作原理、直流发电机的工作原理3、 直流4、 （转子、定子）、铭牌和额定值5、 直流电动机的基本方程 Ea=UIaRa 6、 直流电动机的励磁方式7、 并励(他励)电动机的机械特性 电动机的电磁转矩T和电动机的转速n。、机械特性硬度（绝对硬特性、硬特性、软特性）8、 并励（他励）电动机的调速 直流电动机的调速方法（改变电枢电路电阻的调速、改变电源电压的调速、改变励磁磁通的调速）二、例题： 一并励电动机，Ue=220V，Pe=24KW，=0.8，Ra=0.15，Rf=110，ne=1000r/min。求：(1)Ie，Ia，If (2)Pcu，Po (3)Ea (4)T2，To，T解： 二、 练习1、一台并励电动机，Ue=110V，Pe=10KW，Ie=40A Ra=0.2，Rf=45，ne=1450r/min。求：(1)P1，Ia，If ,T2，T (2)当Ia=50A时电动机的转速 (3)当负载转矩不变， 电动机主磁通减少到40%时的稳定转速2、 他励电动机的励磁电压和电枢电压都为220伏，励磁电阻100欧，电枢电阻为0.2欧，额定功率20KW，额定转速为960转/分，效率为0.8。求： If， Ia， Ea， T。3、 作出并励电动机直流电动机的简单原理接线图。电机与拖动第一章测验试卷班级 姓名 成绩_一、填空1直流电动机的励磁方式可分为：_、_、_和_。2电机是利用电和磁相互作用的_理论来实现 能量转换的一种装置。电动机的作用是将_转换成_，发电机的作用是将_转换成_。3以_为动力，通过传动机构拖动机床的_进行工作的_称为电力拖动。4电力拖动可分为_和_。5机床一般由四个组成部分：_、_、_、_。6电动机可分为_和_两大类。7电机是一种双向的机电能量转换装置，即电机具有_。8直流电机是有_和_组成，前者的作用是_，后者的作用是_。9直流电动机的机械特性是电动机的_与_之间的关系。可分为_和_。10直流电动机调速的方法有_、_、_。二、选择1他励电动机的负载转矩一定时，若在电枢回路串入一定的电阻，则转速将（ ）。A上升 B .下降 C.不变2向上调速是（ ）调速。A调磁 B.调压 C.串电阻3机械特性硬度不变的调速方法是（ ）。A调磁 B.调压 C.串电阻4静差度S越小，表示电动机转速的相对稳定性越（ ）。A高 B.低 C.不变5绝对硬特性是指转矩变化时，转速（ ）。A上升 B.下降 C.不变三、作图1 作出并励电动机直流电动机的简单原理接线图。2 作出直流电动机的功率流程图。3 作出并励直流电动机固有机械特性曲线。四、计算1 他励电动机的励磁电压和电枢电压都为220伏，励磁电阻120欧，电枢电阻为0.2欧，额定功率10KW，额定转速为1000转/分，效率为0.8。求： If， Ia， Ea， T。2 并励电动机，Ue=220V，Ie=122A，Ra=0.15，Rf=110，ne=960r/min。如保持额定转矩不变，使转速下降到750 r/min，则需在电枢电路中串入电阻Rc的阻值？3 并励电动机，Ue=220V，Pe=24KW，=0.8，Ra=0.15，Rf=110，ne=1000r/min。求：(1)Ie，Ia，If (2)Pcu，Po (3)Ea (4)T2，To，T4 一台并励电动机，Ue=220V，Pe=7.5KW，Ie=42.61A Ra=0.1014，Rf=46.5，ne=1500r/min。求：(1)P1，Ia，If ,T2，T (2)当Ia=60A时电动机的转速 (3)当负载转矩不变，电动机主磁通减少到80%时的稳定转速。章节名称第二章 变压器和电磁铁第一节单相变压器的结构及工作原理授课形式讲练课时2班级日期教学目的掌握单相变压器的结构掌握单相变压器工作原理教学重点掌握单相变压器工作原理单相变压器的结构教学难点变压器的阻抗变换辅助手段课外作业2-1、2-2参考资料课后体会学生对工作原理不感兴趣，要求学生记住主要几个公式。第二章 变压器和电磁铁第一节 单相变压器的结构及工作原理导入：1、 变压器：是一种常用的电气设备,用来将某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压。2、 变压器作用：改变电压、改变电流、改变相位、变换阻抗。3、 变压器的应用：在电力系统和电子线路中广泛应用。在输电方面：把交流电功率从发电厂输送到用电的地方，当P一定时，电压U愈高，则线路电流I愈小，这不仅可以减小输电线的截面积，节省导电材料的用量，而且还可减小线路的功率损耗，因此远距离输电时利用变压器将电压升高最为经济。在用电方面：各类用电器所需电压不一，为了保证用电的安全和合乎用电器的电压要求，还要利用变压器将电压降低。在电子线路中，除电源变压器外，变压器还用来稿合电路、传速信号、实现阻抗匹配。此外，还有自耦变压器、互感器、隔离变压器及各种专用变压器(用于电焊、电炉等)。变压器的种类很多，但它们的结构和工作原理是相同的。新课：一、单相变压器的结构变压器主要由铁心和绕组两部分组成。(一) 铁心按铁心的构造,变压器可分为心式和壳式两种。铁心由铁心柱和铁轭构成。安装绕组的部分叫做铁心柱,连接各铁心柱形成闭合磁路的部分叫做轭。心式变压器的绕组环绕铁心柱,它结构简单,绕组的安装和绝缘比较容易,多用于容量较大的变压器。壳式变压器则是铁心包围着绕组，多用于小容量变压器。铁心采用涂有绝缘漆的0.350.5mm厚的硅钢片叠成。(二)绕组绕组也叫线圈。按结构分有高压绕组(电压较高，匝数较多)和低压绕组(电压较低,匝数较少)。用纱包线或高强度漆包的扁铜或铜线绕成。成了便于绕组与铁心柱之间的绝缘处理，往往把低压绕组置于内圈，高压绕组置于外圈，或者交替放置。与电源相连的绕组称为一次绕组，或称初级绕组；与负载相连的绕组称为二次绕组或称次级绕组。通常一次、二次绕组的臣数是不相等的。虽然一次，二次绕组在电路上是相互分开的，但二者在铁心上是处在同一磁路上的。二、单相变压器的工作原理以具有两个绕组的单相变压器为例来讨论变压器的工作原理。(一) 变压器空载运行变压器的一次绕组接在额定电压的交流电源上，二次绕组开路(即不接负载)，这种运行称为变压器的空载运行。一次、二次绕组分别画在铁心的左右两边,U1为一次侧电压即电源电压，U20为空载时二次侧输出电压。N1、N2分别为一次、二次绕组的匝数。一次绕组加上正弦电压U1后，一次绕组中便有交变电流io通过，称为空载电流。空载电流一般都很小，仅为一次绕组额定电流百分之几。空载电流通过一次绕组在铁心中产生了正弦交变磁通，故io又称为励磁电流。产生的磁通，由于铁心的磁导率远大于空气的磁导率，所以绝大部分的磁通沿铁心而闭合，因而称为主磁通。另外有很少的一部分磁通不沿铁心而穿过一次绕组后就沿一次绕组周围的空间而闭合,不与二次绕组交链，这部分磁通称为一次绕组的漏磁通。变压器的电压变换：U1/U20=E1/E2=N1/N2可见,由于一次、二次绕组的数N1和N2不相等，故E1和E2的大小是不等的，因而输入电压(电源电压)和输出电压的(负载电压)的大小也不相等， Ku称为变压器的变压比，亦即一次、二次绕组的匝数比。Ku 1 变压器降压Ku 1 变压器升压可见，只要制作一定匝数比的一次、二次绕组，就能实现变换电压的目的。用高压绕组作一次绕组时，变压器起降压作用；用低压绕组作一次绕组时，变压器起升压作用。对于已经制成的变压器，其Ku为定值，故二次侧电压与一次侧电压成正比，亦即二次侧电压随一次侧电压升高(降低)而升高(降低)。注意：加在一次绕组两端的电压必须是其额定值，如有超过，一次绕组中通过的电流将使变器烧毁。(二) 变压器的有载运行有载运行：变压器一次绕组加上额定正弦交流电压，二次绕组接上负载的运行，称为有载运行。图2-5a是变压器有载运行的原理图。ki称为变压器的变流比。ki= I1/I2=N2/N1变压器一次、二次绕组的电流在数值上近似地与匝数成反比。由于高压绕组匝数多，它所通过的电流小，绕组线径可小些，而低压绕组匝数少，它所通过的电流大，绕组线径要大些。变压器的阻抗变换：变压器变换电压和电流的作用，它还能变换负载阻抗。变压器以变换负载阻抗的作用来进行阻抗匹配。例如，输入变压器及输出变压器，就是利用变压器的这个作用，从前级取出尽可能大的信号，向后级输出尽可能大的功率。 Z1/Z2=(N1/N2)2例：交流信号的电动势E=1OV，内阻ro=800，负载RL=8 ，将交流信号源接在变压器的一次侧，RL接在二次侧。如使等效阻抗Z1=ro时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；当将负载直接与信号源相接时，信号源输出多大功率?解：(1)变压器的匝数比为： Z1/Z2=(N1/N2)2=800/8=100 N1/N2=10P=(120/800+800)2800=4.5W(2)P=(120/800+8)28=0.176W以上计算说明，同一负载，经变压器阻抗变换后，信号源输出的功率大于与信号源直接相联时的输出功率。(三) 变压器的损耗和效率以上讨论的是理想变压器，而在实际运行中，变压器是不能把从电网吸取的功率全部传递给负载的，因为在运行时变压器本身存在损耗。损耗分为铁耗和铜耗，铁耗是交变的主磁通在铁心中产生的磁滞损耗和涡流损耗之和，铜耗是一次、二次绕组中电流通过该绕组电阻所产生的损耗，由于绕组中电流随负载变化，所以铜耗是随负载变化的。变压器输入功率与输出功率之差就是其本身的总损耗，即P1-P2=P损输出功率与输入功率之比称为变压器的效率，通常用百分数表示，即= P2/ P1章节名称第二节变压器主要数据授课形式讲练课时1班级日期教学目的掌握变压器主要数据教学重点变压器主要数据的分析教学难点变压器主要数据的分析与讲解辅助手段课外作业2-3、2-4、2-6参考资料课后体会学生对于铭牌上载有主要数据的含义不太能准确理解。第二节 变压器主要数据每台变压器的外壳上附有铭牌，铭牌上载有主要数据。这些数据是正确使用变压器的依据。一、一次绕组的额定电压U1e是根据变压器的绝缘强度和容许发热而规定在一次绕组上应加的电压值。二、二次绕组的额定电压U2e是一次绕组电压为额定值时,二次绕组两端的空载电压值。通常在铭牌上以分数形式表示，例如380/36V。三、一次绕组的额定电流Ile是根据变压器容许发热而规定的长期在一次绕组中容许通过的最大电流值。四、二次绕组的额定电流I2e 变压器的容量用视在功率S表示。单相变压器的容量是二次绕组的额定电压与额定电流的乘积。五、容量 变压器的容量用视在功率S来表示。 六、额定频率f是指加在变压器一次绕组上的电压的允许频率。我国规定的标准频率(工频)为50HZ.七、温升.温升是指变压器在额定运行情况时,允许超出周围环境温度的数值,它取决于变压器所用绝缘材料的等级。例:一台电源变压器，一次侧电压U1=380V，二次侧电压U2=38V，接有电阻性负载时，二次侧电流I2=4A，已知变压器效率=0.8。试求一次侧飞二次侧功率、损耗功率及一次电流。解二次侧功率：P2=I2U2=438W=152W一次侧功率：P1=P2/=152W/0.8=190W损耗功率:P损耗=P1-P2=190-152=38WI1=190/380=0.5A章节名称第三节变压器绕组的同极性端及其测定授课形式讲练课时2班级日期教学目的掌握变压器绕组的同极性端及其测定教学重点掌握变压器绕组的同极性端及其测定教学难点变压器绕组的同极性端及其测定辅助手段课外作业2-8、2-9参考资料课后体会根据绕组的绕向判断同极性端的方法，学生能较好掌握。第三节变压器绕组的同极性端及其测定有时为了某种需要,将变压器的绕组相联(串联或并联)使用;或者变压器的输入与输出需要同相位或反相位。这些都必需注意各绕组的极性，才能正确的联接。一、同极性端同极性端又称同名端。变压器绕组中