电机与拖动 课件全套 第1-6章 绪论-同步电机

绪论教学内容：0.1电机及电力拖动系统概述0.2电机与拖动课程的性质与任务0.3本课程（教材）的内容与一般分析方法0.4本课程的学习方法0.5电机理论中常用的物理概念与基本电磁定律绪论电机：与电能有关的能量转换机械，是实现能量的生产、变换、传输、分配、使用和控制的电磁机械装置。

电机是构成控制系统和智能化装置的一个重要原件，能驱动生产机械和设备。电力拖动系统：是实现各种生产工艺过程所必不可少的传动系统，是生产过程电气化、自动化的重要前提。绪论

电机：是利用电磁感应原理工作的机械。

电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有发电机、电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分，有变压器和旋转电机。0.1电机及电力拖动系统概述两种方法归纳如下：电机变压器直流电机直流发电机直流电动机交流电机控制电机同步电机同步发电机同步电动机异步电机异步发电机异步电动机0.1绪论

电力拖动系统是用电动机来拖动生产机械运行的系统。包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。它们之间的关系如下

电动机传动机构生产机械控制设备电源0.1绪论本课程的性质：

本课程是自动化、电气工程及自动化（供用电技术方向）和农业电气化与自动化等专业的一门重要的专业基础课。0.2电机与拖动课程的性质与任务本课程的任务:

是让学生掌握电机的基本结构和工作原理，以及拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法，培养在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力，为今后学习和工作打下坚实的基础。

0.2绪论0.3本课程（教材）的内容与一般分析方法本课程的内容包括：电机学：主要涉及一般电机（直流电机、变压器、异步电机与同步电机）的基本结构、运行原理、电磁物理过程和基本特性的分析与计算以及实验方法。电力拖动部分：主要讨论电动机的机械特性及应用和各类电机组成的拖动系统的起动、制动及调速的方法、分析与计算问题。驱动和控制微电机部分：包括驱动和控制微电机的工作原理、运行特性、控制方式、误差分析以及应用情况。0.3课程内容：直流电机：结构、绕组、性能变压器：等效电路交流电机：绕组、电势、磁势异步电机：结构、特性、调速同步电机：结构、性能绪论一般分析方法：⑴首先讨论各种电机的基本运行原理与结构。⑵重点分析各种电机空载和负载时的电磁物理过程。⑶利用相关电磁定律及电机内部的电磁物理过程，找出电磁过程的数学描述即基本方程式，以及等效电路和相量图。⑷利用数学模型及等效电路和相量图对各种电机的运行特性和性能指标进行分析计算。⑸根据电动机的机械特性和负载的转矩特性讨论各种拖动系统的稳定性及电机的各种运行状态，分析讨论各类电机拖动系统的起动、制动和调速性能。⑹通过实验，学会电机参数的测定方法以及加深对各种电机运行性能、起制动特性和调速特性的理解。0.3绪论0.4本课程的学习方法

为了学好本门课程，学习时应注意以下几点：⑴抓主要矛盾，有条件地略去一些次要因素，找出问题的本质。⑵抓住重点，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性。⑶要有良好的学习方法，运用对比或比较的方法，分析电机的共性和特点，加深对原理和性能的理解。⑷理论联系实际，重视科学实验和工程实践。⑸充分预习和复习。

0.4（1）磁感应强度B

在磁极和通电导体周围都存在磁场，磁场的强弱通常用磁感应强度B来描述，磁场是一个矢量，其单位为T（特斯拉）。通电导体所产生的磁场方向可用右手定则判定，如图0-3所示。图0-3磁感应强度的方向与电流间的关系（右手定则）0.5电机理论中常用的物理概念与基本电磁定律0.5.1有关磁场的几个物理量（2）磁通量

通过磁场中某截面A的磁感应线的数目称为通过此面的磁通量，简称磁通，一般用来表示，即

对于均匀磁场，若磁场B与平面面积A垂直，则其磁通为或

由此可知，磁感应强度B反映的是单位面积上的磁通量，故又称为磁通密度，简称磁密。磁通的单位为T.m2，又叫韦伯（Wb）。（3）磁场强度H

磁场强度H是为建立电流与由其产生的磁场之间的数量关系而引入的物理量，方向与B相同，单位为：安培/米（A/m)。

其中，μ是磁导率，是反映导磁介质导磁能力的物理量。磁导率越大的介质，导磁性能越好。其单位是H/m。

真空磁导率μ0=4π×10-7H/m。根据μ大小可将材料分为：非铁磁材料和铁磁材料。绪论0.5.2电机中所用材料和铁磁材料的特性一、电机中所用材料1.导电材料:紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。2.导磁材料:

0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。3.绝缘材料：把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。绝缘等级YAEBFHC允许温度°C

90105120130155180180以上4.机械支撑材料：制造电机所需要的其它金属材料。0.5绪论二、铁磁材料的磁特性1.具有高的导磁性能(磁导率)空气：铁芯：且2.磁化曲线呈非线性（饱和特性）是非线性磁化曲线

0.5

物质按其磁化效应大致可分为铁磁性物质和非铁磁性物质两类。铁、钴、镍、镝等强磁性物质称为铁磁材料。铁磁材料在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场，称为铁磁物质的磁化，外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态。将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁感应强度B将随之增大，曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线，如图所示。铁磁材料的起始磁化曲线二、铁磁材料的磁特性

当H从零开始，此时B=H=0，然后逐渐增大电流，随着H的增大，至a点，铁芯中的B不再显著增加，介质的磁化达到饱和，即磁饱和。当铁磁材料达到饱和状态后，缓慢地减小H，铁磁质中的B并不按原来的曲线减小，并且H=0时，B不等于0，具有一定值，这种现象称为剩磁。要完全消除剩磁，必须加反向磁场，当反向磁场继续增加，铁磁质的磁化达到反向饱和。不断地正向或反向缓慢改变磁场，磁化曲线为一闭合曲线——磁滞回线，如所示。按照磁滞回线形状的不同，铁磁材料可大致分为软磁材料和硬磁材料两类。磁滞回线a）软磁材料b）硬磁材料二、铁磁材料的磁特性绪论3.存在磁滞现象和磁滞损耗磁滞现象：B的变化滞后于H的变化。磁滞回线：磁滞损耗：磁畴之间的摩擦。0.5绪论4.存在涡流损耗：在交变磁通作用下，铁心产生感应电动势并产生环流（涡流），涡流在铁心电阻上引起的损耗。

5.铁心损耗：包括磁滞损耗和涡流损耗。其中：0.5绪论0.5.3电机理论中常用的基本电磁定律一、电路定律二、磁路定律1.磁路基尔霍夫第一定律：2.全电流定律：又称安培环路定律或磁路基尔霍夫第二定律0.5

在磁场中，沿任意一个闭合磁回路的磁场强度线积分等于该回路所环链的所有电流的代数和。绪论0.5.3电机理论中常用的基本电磁定律3.磁路欧姆定律：0.5绪论电量与磁量、电路定律与磁路定律对比电路磁路电动势E产生电流的源。如发电机、电池等。

磁动势产生磁通的源：载流线圈。I为电流，N为匝。电流I由电动势产生，在导体中流通。

磁通由磁动势产生，在磁路中流通。电流密度J=I/A单位导体截面积中流过的电流磁通密度B=/A

单位磁路截面积中流过的磁通电场强度E表示电场的强弱。磁场强度H表示磁场的强弱。

电阻率ρ反映导体对电流阻力大小的系数。

磁阻率ρm反映磁体对磁通阻力大小的系数。电导率

γ磁导率

0.5绪论电量与磁量、电路定律与磁路定律对比（续表）电路磁路电阻磁阻电导

磁导

电压降UU=RI磁压降F=Hl

电路基尔霍夫第一定律磁路基尔霍夫第一定律电路基尔霍夫第二定律磁路基尔霍夫第二定律

电磁感应定律电磁力定律0.5三、电磁感应定律

在恒定磁场B中，长度为l的直导体以速度在垂直于磁场方向上运动而产生的感应电动势为

其方向可以由右手定则确定，如图0-5所示。图0-5确立电动势方向的右手定则四、电磁力定律

在均匀磁场中，载流直导线长度为l，流过的电流为I，电流方向垂直于磁场B，则载流直导线所受的力为

在电机学上，习惯用左手定则确定安培力的方向，即把左手伸开，大拇指与其余四指垂直，若磁感应强度B垂直穿过手心，其余四指指向电流I的方向，则大拇指的指向就是导体受力的方向，如图0-6所示。图0-6确定导体受力的左手定则绪论教学重点：1掌握电机及电力拖动系统的基本概念2掌握铁磁材料的特性教学难点：铁磁材料饱和特性与磁滞回线的理解；作业：复习电机理论中常用的基本电磁定律小结1.2直流电机电枢绕组简介1.3直流电机的电枢反应

本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向及改善换向方法，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流电动机的工作特性。1.4直流电机的电枢电动势和电磁转矩1.5直流电机的换向1.6直流发电机1.7直流电动机1.1直流电机的基本工作原理与结构思考题与习题直流电机是电机的主要类型之一。直流电机可作为发电机使用，也可作为电动机使用。用作发电机：可以获得直流电源；用作电动机：具有良好的调速性能，常用于调速性能要求较高的场合。直流电机的优缺点

1.直流发电机的电势波形较好，受电磁干扰的影响小。2.直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。3.直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。4.由于存在换向器，其制造复杂，成本较高。1.1.1直流电机的工作原理1.1直流电机的基本工作原理和结构一、直流发电机工作原理

右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。当原动机驱动电机转子逆时针旋转同时，线圈abcd将感应电动势。如右图，导体ab在N极下，a点高电位，b点低电位；导体cd在S极下，c点高电位，d点低电位；电刷A极性为正，电刷B极性为负。

当原动机驱动电机转子逆时针旋转后，如右图。与电刷A接触的导体总是位于N极下，与电刷B接触的导体总是位于S极下,电刷A的极性总是正的，电刷B的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。

导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。

实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。思考：1）直流电机电枢单个导体中感应电势的性质？

2）直流电机通过电刷引出的感应电势的性质？

3）直流发电机如何得到幅值较为恒定的直流电势？二、直流电动机工作原理

把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。

直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。

在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。

与直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。

当电枢旋转到右图所示位置时直流电动机的工作原理示意图:电机的可逆原理无论发电机还是电动机，由于电磁的相互作用，电枢电动势和电磁转矩是同时存在的。从原理上说发电机和电动机两者并无本质差别，只是外界条件不同而已。一台电机，既可以作为发电机运行，又可作为电动机运行，这就是直流电机的可逆原理。但在设计电机时，需考虑两者运行的些许差别。1.1直流电机的基本工作原理和结构1.1.2直流电机的主要结构主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成换向磁极：改善换向。电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换机座和端盖：起支撑和固定作用。定子转子电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换转轴风扇气隙定子作用：建立主磁场，固定和支撑整个电机。转子作用：产生感应电动势和电磁转矩，实现能量的转换。1、定子机座支撑和保护（固定主磁极、换向极、端盖等零部件）磁轭（让励磁磁通经过，与主磁路共同构成闭合路径）作用--电机定子部分的外壳（1）--由磁极铁芯和励磁绕组组成，如图1-4所示。（2）主磁极作用：当励磁绕组中通入直流电后，铁芯中即产生励磁磁通，并在气隙中建立励磁磁场。1.2直流电机的结构图1-4主磁极（3）换向极--由换向极铁芯和换向极绕组组成，如图1-5所示。换向极铁芯换向极绕组作用：产生换向磁场，用来改善直流电机的换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的火花。换向极装在两主磁极之间，其换向极绕组套在换向极铁芯上，并与电枢绕组串联。1.2直流电机的结构和工作原理图1-5换向极（4）电刷装置--由刷握、铜丝辫、压紧弹簧和电刷块等部分组成，如图1-6所示。刷握铜丝辫压紧弹簧电刷块作用：通过电刷与换向器表面的滑动接触，把电枢绕组中的直流电压、直流电流引入或引出。电刷块是用导电性和耐磨性能好的石墨粉压制而成的导电块，放置在刷握内，用弹簧将它压紧在换向器上。刷握固定在刷杆上，刷杆装在刷杆座上，彼此之间都绝缘。1.2直流电机的结构和工作原理图1-6电刷装置（6）出线盒作用：直流电机的电枢绕组和励磁绕组通过出线盒（板）与外部连接。出线盒上的电枢绕组一般标记为“A”或“S”，

励磁绕组标记为“F”或“L”。（5）端盖--用于安装轴承和支撑转轴，一般为铸钢件1.2直流电机的结构和工作原理2、转子转子的结构如图1-7所示。图1-7转子结构1-转轴2-轴承3-换向器4-电枢铁芯5-电枢绕组6-风扇7-轴承1.2直流电机的结构和工作原理电枢铁芯--用厚度为0.5mm的表面有绝缘层的圆形硅钢冲片冲压叠装而成，如下图所示。（1）作用：通过磁通和嵌放电枢绕组。1.2直流电机的结构和工作原理槽内可安放电枢绕组改善散热（2）电枢绕组--由许多用绝缘导线绕制的按一定规律连接的线圈组成，各线圈分别嵌放在不同的电枢铁芯的槽内，其放置如图1-8所示。图1-8线圈在槽内的放置示意图1-上层有效边2、5-端接部分3-下层有效边4-线圈尾端6-线圈首端作用：产生感应电动势和电磁转矩，从而实现机、电能量的转换。电枢绕组多为双层绕组，同一个槽可嵌放两条边，每条边仅占半个电枢槽，即同一个线圈的一条边占了某个槽的上半槽，另一条边占了另一个槽的下半槽。1.2直流电机的结构和工作原理电枢绕组均为双层绕组，每个线圈的一边嵌放在某一槽内的上层，另一边放在另一槽的下层c

a

a′c′

a

a′c′ca线圈并不和c线圈直接串联

a

a′c′c注意:虚线表示下层边实线表示上层边上层边下层边前端接后端接（3）换向器--由许多换向片构成，如图1-10所示。作用：实现电枢绕组中的交流电动势和电流与电刷间的直流电动势和电流的转换。1.2直流电机的结构和工作原理图1-10换向器（4）转轴--一般用合金钢锻压加工而成作用：传递转矩。（5）风扇作用：降低电机运行中的温升。3、气隙位于定子与转子之间的间隙气隙也是电机磁路的一部分。一般小型电机的气隙为0.7～5mm，大型电机为5～10mm左右。气隙如图所示。1.2直流电机的结构和工作原理每一台直流电机上都有一个铭牌，用来标注直流电机的型号、额定值、励磁方式等，如图所示。直流电动机的铭牌1.1.3直流电机的铭牌数据额定条件下电机所能提供的功率指电刷间输出的额定电功率发电机指轴上输出的机械功率电动机发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机出线端的平均电压在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速.对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。额定效率直流电动机额定运行时输出机械功率与电源输入电功率之比，即：

电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行于额定状态。电机的运行电流小于额定电流——欠载运行；运行电流大于额定电流——过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。【例1-1】一台直流电动机，，，，。求。解：对于电动机所以1.2直流电机的电枢绕组简介1.2.1

直流枢绕组基本知识1.2直流电机的电枢绕组简介元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用表示。叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。1）第一节距y1：每个元件的两个元件边在电枢表面的跨距。y1

Ny2

Sy1

N

SNSy22）第二节距y2：相串联的两个元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离。y1

Ny2

Sy1

N

SNSy23)合成节距y：相串联的两个元件对应边在电枢表面上所跨的距离1234)换向器节距yk：每个元件所联的两片换向片在换向器表面的跨距，用换向片数表示。y=ykyy1y1y2NyS

yky2

N

SNSyk单叠绕组单波绕组

一个绕组元件两端分别与两片换向片连接，元件之间通过换向片相互串联起来。12

3

45注意：一个换向片与两个线圈边连接。换向片数1.2.2.单叠绕组

单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向节距均为1,即：。

单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的所有元件取出来画在一张图里，展示元件相互间的电气连接关系及主磁极、换向片、电刷间的相对位置关系。[例]一台直流电机，2p=4，Ze=S=K=16，绘制右行单叠整距绕组。

1.计算单叠绕组的节距y=yk=1（右行单叠绕组）

y2=y1

-y=4-1=3

右行单叠绕组:

y=yk

=1左行单叠绕组:y=yk

=-13、电枢绕组展开图1.槽展开2.绕组放置3.安放磁极电刷槽展开绕组放置安放磁极、电刷12345678910111213141615NSNS

+-+-+－单叠绕组根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图:单叠绕组的的特点：1）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。3）电枢电流等于各支路电流之和。直流电机绕组的总结①所有的直流电机的电枢绕组是无头无尾的闭合绕组。②电枢绕组的支路数(2a)永远是成对出现，这是由于磁极数(2p)是一个偶数。③电刷放置的一般原则是确保空载时通过正、负电刷引出的电动势最大，或者说，被电刷短路的元件中的电动势为零或接近于零。④对于端接对称的元件，电刷也就放置在主极轴线下的换向片上。

１.２.３单波绕组

单波绕组的特点是合成节距与换向节距相等，展开图如下图所示。

两个串联元件放在同极磁极下，空间位置相距约两个极距；沿圆周向一个方向绕一周后，其末尾所边的换向片落在与起始的换向片相邻的位置。当原动机驱动电机转子逆时针旋转同时，线圈abcd将感应电动势。如右图，导体ab在N极下，a点高电位，b点低电位；导体cd在S极下，c点高电位，d点低电位；电刷A极性为正，电刷B极性为负。单波绕组的并联支路图:单波绕组的特点1）同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为1，与磁极对数无关；2）当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，支路电动势最大；3）电刷数等于磁极数；4）电枢电动势等于支路感应电动势；5）电枢电流等于两条支路电流之和。1.3.1直流电机的空载磁场1.3直流电机的电枢反应

直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢电流产生电枢磁动势。电枢磁动势对主极磁动势的影响称为电枢反应。

右图为一台四极直流电机空载时的磁场示意图。当励磁绕组的串联匝数为，流过电流，每极的励磁磁动势为：

直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得多，大约是主磁通的20%。磁力线由N极出来，经气隙、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、气隙进入S极，再经定子铁轭回到N极主磁通主磁路磁力线不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定子铁轭形成闭合回路漏磁通漏磁路空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的大小和形状。几何中性线极靴极身（a）气隙形状

空载时的气隙磁通密度为一平顶波，如下图所示。磁极中心及附近的气隙小且均匀，磁通密度较大且基本为常数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小；极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减少，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零。小结1）空载时电枢电流为0，气隙磁场是由励磁电流单独决定。2）磁极面下气隙较小且均匀，磁密较强且均匀。3）极面外，气隙迅速增大，磁密也迅速减弱，几何中性线处磁密为0。4）空载气隙磁密沿电枢外圆的分布用函数

B0（x）表示；分析可知它是平顶波。

为了感应电动势或产生电磁转矩，直流电机气隙中需要有一定量的每极磁通，空载时，气隙磁通与空载磁动势或空载励磁电流的关系，称为直流电机的空载磁化特性。如右图所示。

为了经济、合理地利用材料，一般直流电机额定运行时，额定磁通设定在图中A点，即在磁化特性曲线开始进入饱和区的位置。1.3.2

直流电机负载时的负载磁场

直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生的磁动势称为电枢磁动势。电枢磁动势的出现使电机的磁场发生变化。

右图为一台电刷放在几何中性线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。

假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴磁动势。

如果认为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，则电枢磁动势在气隙圆周方向空间分布呈三角波，如图中所示。

由于主磁极下气隙长度基本不变，而两个主磁极之间，气隙长度增加得很快，致使电枢磁动势产生的气隙磁通密度为对称的马鞍型，如图中所示。1.3.3

直流电机的电枢反应

当励磁绕组中有励磁电流，电机带上负载后，气隙中的磁场是励磁磁动势与电枢磁动势共同作用的结果。电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应。电枢反应与电刷的位置有关。1、当电刷在几何中性线上时，将主磁场分布和电枢磁场分布叠加，可得到负载后电机的磁场分布情况，如图（a）所示。发电机电动机主磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场磁通密度分布曲线两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场：直流电机负载运行时，电枢绕组中便有电流通过，产生电枢磁通势。该磁通势所建立的磁场，称为电枢磁场。合成磁场：电枢磁场与主极磁场一起，在气隙内建立一个合成磁场。由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：

2)、对主磁场起去磁作用1)、使气隙磁场发生畸变

空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理中性线偏离几何中性线角，磁通密度的曲线与空载时不同。

磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。小结：主磁场为平顶波，电枢磁场为马鞍形波。

•在一个极距内相加时，一半极距内磁密加强，另一半极距内磁密减弱。•如果电机的磁场不饱和，则半个极距内增加的磁通量与另半个极距内减少的磁通量相等。即每极总磁通Φ与空载时一样。小结：

•实际上由于饱和，使得每极磁通总体上有所减少。•由图可知，原来的磁场发生了畸变，0点发生了位移。•交轴电枢反应：气隙磁场发生畸变（对发电机而言，前极端去磁、后极端增磁；而对电动机而言则为前极端增磁、

后极端去磁）；每极磁通减少。此反应会对电机性能产生不良影响。主磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场磁通密度分布曲线两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线2、直轴电枢反应当电刷不在几何中性线上，把电刷顺着发电机的旋转方向或者逆着电动机的旋转方向移过一个角度β，则电枢电流的分布也随之变化，电枢磁动势的轴线也随着电刷移动。当电刷不在几何中性线上电刷从几何中性线偏移β角，电枢磁动势轴线也随之移动β角电枢磁动势可以分解为两个垂直分量：交轴电枢磁动势Faq直轴电枢磁动势Fad电刷偏离几何中性线时电枢绕组磁动势发电机：电刷顺电枢旋转方向移动，直轴电枢反应为去磁；电刷逆电枢旋转方向移动，直轴电枢反应为增磁。电动机：与发电机的情况相反。

NNNSSS1.4.1

直流电机的电枢电动势1.4直流电机的电枢电动势和电磁转矩产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电枢电动势。大小:性质:发电机——电源电动势(与电枢电流同方向);

电动机——反电动势(与电枢电流反方向).)(电动势常数为电机的结构常数其中可见,直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通及转速有关。N：电枢绕组总导体数a：并联支路对数

1.4.2直流电机的电磁转矩产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。大小:性质:发电机——制动(与转速方向相反)；电动机——驱动(与转速方向相同)。可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电流成正比为电机的转矩常数，有其中1.4.3直流电机的电磁功率对于直流发电机而言，从原动机吸收的机械功率全部转化为电功率输出。对于直流电动机而言，从电源吸收的电功率全部转化为机械功率输出。1.5直流电机的换向1.5.3

改善换向的方法改善换向的目的在于消除或削弱电刷下的火花。

改善换向一般采用以下方法：装设换向磁极位于几何中性线处装换向磁极。换向绕组与电枢绕组串联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势。换向极极性的确定原则：使换向极磁场方向与电枢磁场方向相反。1.6.1直流发电机的励磁方式1.6直流发电机

供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式。分为他励和自励两大类，自励方式又分并励、串励和复励三种方式。1、他励：直流电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。

他励直流发电机的电枢电流和负载电流相同，即：2、并励：发电机的励磁绕组与电枢绕组并联。且满足3、串励：励磁绕组与电枢绕组串联。满足4、复励：

并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。1.6.2直流发电机的基本方程如图规定各物理量的参考方向一.电动势平衡方程从方程式可见，直流发电机满足二.转矩平衡方程发电机轴上有三个转矩：原动机输入给的驱动转矩、电磁转矩和机械摩擦及铁损引起的空载转矩。转矩平衡方程为：在额定情况下：直流发电机的励磁电流三、励磁特性公式四.功率平衡方程原动机输入给发电机的机械功率

电磁功率机械摩擦损耗、铁损耗、附加损耗

空载损耗包括：

电磁功率一方面代表电动势为的电源输出电流时发出的电功率，一方面又代表转子旋转时克服电磁转矩所消耗的机械功率。电枢回路电阻及电刷与换向器表面接触电阻上的铜损耗输出的电功率自励发电机中还应减去励磁损耗直流电动机的效率为：1.4直流电机的基本方程式

【例1-4】一台额定功率的并励直流发电机，它的额定电压,额定转速，电枢回路总电阻，励磁回路总电阻。已知机械损耗和铁损耗，求额定负载情况下各绕组的铜损耗、电磁功率、总损耗、输入功率及效率（计算过程中，令，附加损耗）。解：先计算额定电流励磁电流电枢绕组电流电枢回路铜损耗1.4直流电机的基本方程式

总损耗输入功率效率励磁回路铜损耗电磁功率1.6.3他励发电机的运行特性一、空载特性定义:当、时，

直流发电机的空载特性是非线性的的，上升与下降的过程是不相同的。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。空载时空载特性曲线上升分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线空载特性实质上就是。所以空载特性曲线的形状与空载磁化特性曲线相同。二、外特性定义：当、时，

由曲线可见，负载电流增大时，端电压有所下降。他励并励

根据可知端电压下降有两个原因：(一)在励磁电流一定情况下，电枢反应的去磁作用使每极磁通量减少，使电动势减少；(二)电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使端电压下降。为什么低?三、调节特性定义：当、时，

由曲线可见，在负载电流变化时，若保持端电压不变，必须改变励磁电流，补偿电枢反应及电枢回路电阻压降对对输出端电压的影响.1.6.4

并励发电机的自励条件和外特性

并励发电机的励磁是由发电机本身的端电压提供的，而端电压是在励磁电流作用下建立的，这一点与他励发电机不同。并励发电机建立电压的过程称为自励过程，满足建压的条件称为自励条件。并励：发电机的励磁绕组与电枢绕组并联。且满足一、自励条件

曲线1为空载特性曲线,曲线2为励磁回路总电阻特性曲线，也称场阻线。

原动机带动发电机旋转时，如果主磁极有剩磁，则电枢绕组切割剩磁通感应电动势。在电动势作用下励磁回路产生。增大,场阻线变为曲线3时，称为临界电阻。若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励。OIfEErQIfrIf1If2If高等教育出版社高等教育电子音像出版社如果励磁绕组和电枢绕组连接正确，励磁电流产生与剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，电动势增大，增加。如此不断增长，直到励磁绕组两端的电压与

相等，达到稳定的平衡工作点A。可见，并励直流发电机的自励条件有：二、空载特性

并励发电机的空载特性与一般电机的空载特性一样，也是磁化曲线。由于励磁电压不能反向，所以它的空载特性曲线只在第一象限。（1）电机的主磁路有剩磁（3）励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻（2）并联在电枢绕组两端的励磁绕组极性要正确三、外特性四、调节特性

并励发电机的电枢电流，比起他励发电机仅仅多了一个励磁电流，所以调节特性与他励发电机的相差不大。

对并励发电机，除了像他励发电机存在的电枢反应去磁作用和电枢回路上的电阻压降使端电压下降外，还有第三个原因：由于上述两个原因使端电压下降，引起励磁电流减小，端电压进一步下降。并励发电机的外特性与他励发电机相似，也是一条下降曲线。【例1-5】一台他励直流电动机的额定数据为PN=19KW，UN=220V，nN=3000r/min，IN=91.3A，电枢回路总电阻Ra=0.121Ω，忽略电枢反应影响。求：（1）电动机额定负载时的输出转矩；（2）额定电磁转矩；（3）额定效率；（4）理想空载时的转速。解：（1）额定输出转矩

（2）额定电磁转矩

（3）额定效率（4）理想空载时的转速1.7直流电动机1.7.1直流电机的可逆原理以他励电机为例说明可逆原理：把一台他励直流发电机并联于直流电网上运行保持电源电压不变。

一台电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行，这就是直流电机的可逆原理。

减少原动机的输出功率，发电机的转速下降。当转速下降到一定程度时，有

，此时电枢电流为零，发电机输出的电功率为零，原动机输入的机械功率仅用来补偿电机的空载损耗。继续降低原动机的转速，将有，电枢电流反向，这时电网向电机输入电功率，电机进入电动机状态运行。

同理，上述的物理过程也可以反过来，电机从电动机状态转变到发电机状态。第1章直流电机1.7.2

直流电动机的基本方程规定各物理量的参考方向如图,电动机的基本方程如下：1.7.3直流电动机的工作特性1、转速特性一、他励（并励）直流电动机的工作特性定义：当、时，由方程式可得

忽略电枢反应的去磁作用，转速与负载电流按线性关系变化2、转矩特性转矩表达式

考虑电枢反应的作用，转矩上升的速度比电流上升的慢。定义：当、时，3、效率特性由方程式可得

空载损耗为不变损耗，不随负载电流变化，当负载电流较小时效率较低，输入功率大部分消耗在空载损耗上；负载电流增大，效率也增大，输入的功率大部分消耗在机械负载上；但当负载电流增大到一定程度时铜损快速增大此时效率又变小。定义：当、时，二、串励直流电动机的工作特性

当负载电流较小时，电机磁路不饱和，每极气隙磁通与励磁电流呈线性关系。即：转速特性转矩特性

当负载电流较大时，磁路饱和，串励电动机的工作特性与他励电动机相同。

当负载电流为零时，电机转速趋于无穷大，所以串励电动机不宜轻载或空载运行。本章小结直流电机的主磁场一般由套在主极铁芯上的励磁绕组通过电流产生。励磁绕组与电枢回路之间的连接方式有：他励、并励、串励、复励。

直流电机空载时的磁场由励磁绕组单独产生，其分布取决于磁路的情况。一般情况下，直流电机的空载磁通密度分布呈平顶波。

当直流电机负载时，电枢绕组绕组中的电枢电流将产生电枢磁势，电枢磁势对主磁场的分布和主磁通的大小将产生一定的影响，这种影响称为电枢反应。

交轴电枢反应将使主磁场发生畸变，当磁路饱和时会对主磁场产生去磁作用。当电刷偏离几何中性线时，还将产生去磁或者增磁的直轴电枢反应。

发电机和电动机是直流电机的两种运行状态。在两种状态下，电枢绕组中均产生感应电势。感应电势的公式Ea=CeΦn表明感应电势的大小正比于转速及每极磁通。在发电机中Ea>U，在电动机中U>Ea。同样，直流发电机和电动机中均存在电磁转矩。其公式T=CTΦIa表明电磁转矩的大小正比于电枢电流和每极磁通。在发电机中，电磁转矩是阻力转矩，在电动机中电磁转矩是拖动转矩。直流电机的电势平衡方程反映了电机电路中各种量之间的关系。功率平衡方程表明了输入功率、输出功率和各种损耗之间的关系。电磁功率PM=TΩ=EaIa显示了机械功率和电磁功率之间的转换关系。

主编：……撰稿教师：……（以姓氏为序）制作：……责任编辑：……电子编辑：……谢谢观看，再见！2.1电力拖动系统的运动方程和负载转矩特性2.2他励直流电动机的机械特性2.3他励直流电动机的起动

本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特性、直流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程。2.4他励直流电动机的制动2.5他励直流电动机的调速2.6串励直流电动机的电力拖动思考题与习题2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性

电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。2.1.1电力拖动系统的运动方程式一、运动方程式

根据如图给出的系统（忽略空载转矩），可写出拖动系统的运动方程式：其中为系统的惯性转矩。

在实际工程计算中一般不用转动惯量而用飞轮矩，不用角速度而用旋转速度。因此，转动惯量表示为

角速度化为旋转速度的形式：运动方程的实用形式：系统旋转运动的三种状态1)当或时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。2)当或时,系统处于加速运行状态，即处于动态。3)当或时,系统处于减速运行状态，即处于动态。常把

或称为动负载转矩,把称为静负载转矩.

首先确定电动机处于动态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：二、运动方程式中转矩正、负号的规定（1）电磁转矩与转速的正方向相同时为正，相反时为负。（2）负载转矩与转速的正方向相同时为负，相反时为正。(3)惯性转矩的大小和正负号由和的代数和决定。2.1.2负载的转矩特性

生产机械的负载特性也称为负载转矩特性，简称负载特性，是电动机的转速与负载转矩之间的关系：，即负载的机械特性。大致可分为三类：恒转矩负载特性、恒功率负载特性、泵与风机类负载特性。一、恒转矩负载特性

恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩TL与转速n无关的特性，即TL=常数。根据负载转矩的方向是否与转向有关，恒转矩负载特性又可以分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两类。（1）反抗性恒转矩负载该类负载转矩的大小恒定不变，方向总是与转速的方向相反，即其性质总是起反抗运动的阻转矩性质，特性曲线为一、三象限内的直线。反抗性恒转矩负载特性曲线位能性恒转矩负载特性（2）位能性恒转矩负载该类负载转矩不仅大小恒定不变，方向也恒定不变，特性曲线为一、四象限内的直线。二、恒功率负载特性

恒功率负载特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，即与成反比，特性曲线为一条双曲线。TLn三、泵与风机类负载特性

负载的转矩基本上与转速的平方成正比。负载特性为一条抛物线。TLn理想的通风机特性实际通风机特性TL02.2他励直流电动机的机械特性2.2.1机械特性的表达式

直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：由电动机的电路原理图可得机械特性的表达式：称为理想空载转速。实际空载转速2.2.2固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性当时的机械特性称为固有机械特性：二、人为机械特性当改变或或得到的机械特性称为人为机械特性。

由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。1、电枢串电阻时的人为特性

保持不变,只在电枢回路中串入电阻的人为特性特点：1）不变，变大；

2）越大，特性越软。由图可知，电枢回路串入不同电阻时，电动机的转速发生变化，因此可通过电枢回路串电阻进行调速。2、降低电枢电压时的人为特性

保持不变，只改变电枢电压时的人为特性：特点：1)

随变化,不变;2)不同,曲线是一组平行线。3、减弱励磁磁通时的人为特性

保持不变，只改变励磁回路调节电阻的人为特性（即改变励磁磁通）：特点：1）弱磁，

增大；

2）弱磁，增大2.2.3

机械特性求取一、固有特性的求取

已知，求两点:1）理想空载点和额定运行。具体步骤：(1)估算(2)计算(3)计算理想空载点：(4)计算额定工作点：二、人为特性的求取

在固有机械特性方程的基础上，根据人为特性所对应的参数或或变化，重新计算和，然后得到人为机械特性方程式。2.2.4电力拖动系统稳定运行条件

处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动，导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。在点，系统平衡扰动使转速有微小增量，转速由上升到，。扰动消失,系统减速，回到点运行。扰动使转速有微小下降，由下降到。扰动消失,系统加速，回到点运行。电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：在点，系统平衡扰动使转速有微小增量，转速由上升到，,系统加速

。即使扰动消失,也不能回到点运行。扰动使转速有微小下降，由下降到,系统减速。即使扰动消失,也不能回到点运行。(1)必要条件:电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点,即存在(2)充分条件:在交点处,满足:。或者说,在交点的转速以上存在,在交点的转速以下存在2.3他励直流电动机的起动

电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为

为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压起动。

起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，所以起动电流将达很大值。

过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。一、起动过程2.3.1电枢回路串电阻起动以三级电阻起动时电动机为例二、分组起动电阻的计算

设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有：b点c点d点e点f点g点比较以上各式得：

在已知起动电流比β和电枢电阻前提下，经推导可得各级串联电阻为:（6）计算各级起动电阻。（1）估算或查出电枢电阻；（2）根据过载倍数选取最大转矩对应的最大电流；（3）选取起动级数；（4）计算起动电流比：

取整数（5）计算转矩:，校验：如果不满足，应另选或值并重新计算，直到满足该条件为止.计算各级起动电阻的步骤：2.3.2

降压起动

当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。

起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，保证按需要的加速度升速。

降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。2.4他励直流电动机的制动

当电磁转矩的方向与转速方向相同时,电机运行于电动机状态;当电磁转矩方向与转速方向相反时,电机运行于制动状态。

2.4.1能耗制动电动制动电动状态，如图所示。将开关S投向制动电阻上即实现制动.

由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势方向不变。由产生的电枢电流的方向与电动状态时的方向相反,对应的电磁转矩与方向相反,为制动性质,电机处于制动状态。

制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。能耗制动时的机械特性为：电动机状态工作点制动瞬间工作点制动过程工作段电动机拖动反抗性负载，电机停转。若电动机带位能性负载,稳定工作点

制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是

改变制动电阻的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率,从而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。越小,特性曲线的斜率越小,起始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。其中为制动瞬间的电枢电动势。2.4.2反接制动电压反接制动时接线如图所示。一、电压反接制动电动制动

开关S投向“电动”侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。进行制动时，开关投向“制动”侧，电枢回路串入制动电阻后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流。

反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用——电压反接制动。电压反接制动时的机械特性为：曲线如图中所示。工作点变化为：。制动过程中、、均为负,而、为正表明电机从电源吸收电功率表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率。

可见,反接制动时,从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路电阻上。二、倒拉反转反接制动倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载电枢回路串入较大电阻后特性曲线正向电动状态提升重物(A点)负载作用下电机反向旋转(下放重物)电机以稳定的转速下放重物D点在电枢回路中串联一个较大的电阻,即可实现制动.工作点由A-B-C-D,CD段为制动段第二章直流电动机的电力拖动

倒拉反转反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性方程。由于串入电阻很大，有

倒拉反转反接制动时的机械特性曲线就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性在第四象限的部分。倒拉反转反接制动时的能量关系和电压反接制动时相同。2.4.3回馈制动

回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相同。

电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现情况，此时，反向，反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态——回馈制动状态。稳定运行有两种情况:当电车下坡时，运行转速可能超过理想空载转速,进入第二象限电压反接制动带位能性负载进入第四象限

发生在动态过程中的回馈制动过程有以下两种情况:1、降压调速时产生的回馈制动制动过程为线段2、增磁调速时产生的回馈制动制动过程为线段

回馈制动时由于有功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比，回馈制动是比较经济的。2.5他励直流电动机的调速

电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。他励直流电动机的转速为电气调速方法:1.调压调速;2.电枢串电阻调速;3.调磁调速。

改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。2.5.1评价调速的指标一、调速范围:二、静差率（相对稳定性）δ%越小，相对稳定性越好；δ%与机械特性硬度和n0有关。指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。

D与δ%相互制约:δ越小,D越小,相对稳定性越好;在保证一定的δ指标的前提下,要扩大D,须减少Δn,即提高机械特性的硬度。三、调速的平滑性

越接近1，平滑性越好，当时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。四、调速的经济性

在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。2.5.2调速方法一、电枢回路串电阻调速未串电阻时的工作点串电阻后,工作点由A→A’→B0调速过程电流变化曲线:调速前、后电流不变调速过程转速变化曲线结论：带恒转矩负载时,串电阻越大,转速越低。调速过程中电流和转速的变化情况优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。2）低速时特性曲线斜率大,静差率大,所以转速的相对稳定性差3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D≦2；4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使电磁转矩和电枢电流不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。缺点：1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；二、降低电源电压调速TemTLAA’B调速压前工作点A降压瞬间工作点稳定后工作点

降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间变化的曲线也相似。优点：1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。

2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好。3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达D=2.5〜12。

4）电能损耗较小。缺点：

需要一套电压可连续调节的直流电源。三、减弱磁通调速调节磁场前工作点弱磁瞬间工作点A→A‘弱磁稳定后的工作点AB减弱磁通后，理想空载转速上升,曲线的斜率值增大。弱磁调速前、后的电枢电流和转速的变化情况减弱磁通调速前、后转速变化曲线减弱磁通前、后的电枢电流变化曲线结论：磁场越弱，转速越高。因此电机运行时励磁回路不能开路。优点：

由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。2）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般D≤2；

为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压调速。缺点：1）机械特性的斜率变大，特性变软；2.5.3调速方式与负载类型的配合容许输出：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到它的容许值，即电枢电流达到额定值。

当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个问题与调速方式和负载类型的配合有关。

以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为恒转矩调速和恒功率调速。

电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值----恒转矩调速。

电枢串电阻调速和降压调速时，磁通保持不变，若在不同转速下保持电流不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：

减弱磁通调速时，磁通是变化的，在不同转速下若保持电流不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率别为：

电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒值----恒功率调速。

为了使电动机得到充分利用，拖动恒转矩负载时，应采用恒转矩调速方式。拖动恒功率负载时，应采用恒功率调速方式。对风机类负载，三种方式都不是十分适合，但采用串电阻或降压调速比弱磁调速合适一些。思考题他励电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载，这种说法是否正确？为什么？2.6串励直流电动机的电力拖动2.6.1

串励电动机的机械特性当磁路不饱和时

当磁路饱和时，磁通基本不变，机械特性与他励直流电动机的机械特性相似。TemnABC磁路不饱和时的机械特性曲线AB段磁路饱和时的机械特性曲线BC段一、固有特性固有特性是指当时的特性，具有以下特点（1）它是一条非线性的软特性，负载时转速降落很大；（2）空载时，为无穷大。实际上，空载时存在剩磁，为有限值，但值也很大——“飞车”现象。因此串励电动机不允许空载或轻载运行。（3）由于，起动和过载时电枢电流大，故串励电动机的起动转矩大，过载能力强。二、人为特性1、电枢串电阻的人为特性

串入电阻后，转速降增大，所以电枢串电阻的人为特性在固有特性的下方，且特性变得更软。2、降低电压的人为特性

降低电压时，理想空载转速下降，人为特性下移。电压下降后，电枢反电动势随之减少，转速必然减少，所以降低电压的人为特性位于固有特性下方。3、改变磁通的人为特性

改变磁通的方法是在励磁绕组上并联一个分流电阻。与固有特性相比，在电枢电流相等情况下，励磁电流减少，磁通减少，所以人为特性位于固有特性上方。2.6.2

串励电动机的起动、调速与制动一、起动与调速

串励电动机的调速也采用电枢串电阻、降压和弱磁三种方法，其中串电阻常用，弱磁用得较少。

为了限制起动电流，串励电动机的起动方法与他励电动机一样，也采用电枢串电阻和降低电源电压起动。

串励电动机若不考虑剩磁，理想空载转速为无穷大，因此不能有回馈制动。串励电动机的制动只有能耗和反接制动。二、制动

能耗制动分他励磁式和自励式，反接制动分电压反接和倒拉反转反转反接制动。主编：……撰稿教师：……（以姓氏为序）制作：……责任编辑：……电子编辑：……谢谢观看，再见！3.1变压器的基本工作原理和结构3.2单相变压器的空载运行3.3单相变压器的负载运行3.4变压器的参数测定3.5标么值3.6变压器的运行特性3.7三相变压器一、变压器的基本工作原理变压器——

是一种静止的电机，它利用电磁感应原理，把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。3.1变压器的基本工作原理和结构3.1.1基本工作原理和分类一、基本工作原理

变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。

只要(1)磁通有变化量;(2)一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。二、分类按用途分：电力变压器和特种变压器。

按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。

按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。

按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。

按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。

按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。

3.1.2

基本结构一、铁心

变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚为0.35-0.5mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。

变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。

油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。

将线圈的高、低压引线引到箱外