学期授课计划说明
本课程计划学时已
讲
授
学
时
本
期
教
学
周
本学期课时分配
课
时
余
（
缺
）
时
本
学
期
总
学
时
其中
讲
授
实
践
测
试
考
核
机
动
小
计
120 18 120 56 30 考试 2 120
教学大纲名称或版本《电机与拖动基础》教学大纲——自编
选用教材《电机与拖动基础》
主要参考书
名称及版本
《电机及电力拖动》（机工出版社）
所需实验（实习）器
材及设备
电动机实训装置
实验（习）场地电机实训室
备注
皖西学院教案
2010 ～2011 学年度第一学期编号 001 .
机械与电子工程系电气教研室任课教师汪良益.
课程名称电机与拖动基础
授课章节绪论第一章直流电机
§1.1 直流电机的结构与工作原理
课题:
绪论
§1.1 直流电机的结构与工作原理课型:理论
课
学时数:2学时
教学目的及
要求1.了解电机及电力拖动技术的发展；
2.明确课程的性质、课程所涵盖的内容、学完本课程后所达到的要求。
3.掌握直流电机的基本工作原理。
4.掌握直流电机的结构，掌握各部分的作用。
5.了解直流电机的铭牌。
教学重点直流电机的基本工作原理及结构
教学难点直流电机的基本工作原理
教学方法讲授法教学辅助手
段、教具
授课班级电气0801，0802
电气0803，
电信07
授课日期 9月 8 日 9月 10日月日月日
教学过程主
要环节设计
作业 1.1，1.2
绪论
0．1 电机及电力拖动系统概述
一、电机
《电机与拖动基础》是把电机学和电力拖动基础两门课程有机结合而成的一门课程。
电机是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递或机电能量转换的机械装置。
电能易于转换、传输、分配和控制，是现代能源的主要形式。发电机把机械能转化为电能。而电能的生产集中在火力、水力、核能和风力发电厂进行。
为了减少输电中的能量损失，远距离输电均采用高电压形式：电厂发出的电能经变压器升压，然后经高压输电线路送达目的地后，再经变压器降压供给用户。
电能转换为机械能主要由电动机完成。电动机拖动生产机械运转的方式称为电力拖动。
由于电动机的效率高、种类和规格多、具有各种良好的特性，电力拖动易于操作和控制，可以实现自动控制和远距离控制，因此，电力拖动广泛应用于国民经济各领域。例如各种机床、轧制生产线、电力机车、风机、水泵、电动工具乃至家用电器等，数不胜数。
为了能建立一个感性认识，对电机进行简单的分类如下：
电机的分类
从能量转换的角度分从旋转与否的角度分从电能的性质分
发电机
电
动
机
变
压
器
控
制
电
机
旋转电机
（发电机
电动机）
静止电机
（变压器）
直
流
电
机
交
流
电
机
在电力拖动自动控制系统中，大量应用控制电机。控制电机是一种在自动控
制、自动调节、随动系统、远距离测量及计算装置中作为执行元件、检测元件的小型电机。这部分内容将在另外的教材中涉及。
在工业自动化专业与电气工程及自动化专业中，电机与拖动是一门十分重要的专业基础课或技术基础课，它在整个专业教学计划中起着承前启后的作用，是后续课程《自动控制原理》、《电力拖动自动控制系统》、《电力电子技术》等课程的重要基础。主要研究电机拖动系统的基本理论问题，分析研究直流电机、变压器、异步电动机和同步电动机的简单结构、原理、基本电磁关系和运行特性；并初步联系生产实际，从生产机械工作的要求出发，重点介绍交直流拖动系统的动静态运行特性，为学习自动控制系统等后续专业课打下坚实基础。因此，课程既具有较强的基础性，又带有专业性。
二、电力拖动
简单的电力拖动系统由电源、电动机、传动机构、负载和自动控制装置等部分组成，见图1.1。电源提供电动机和控制系统所需的电能；电动机完成电能向机械能的转换；传动机构用于传递动力，并实现运转方式和运转速度的转换，以满足不同负载的要求；自动控制装置则控制电动机拖动负载按照设定的工作方式运行，完成规定的生产任务。
电源
电动机负载
传动机构
自动控制装置
图1.1 电力拖动系统的组成
0.2 电气控制
电气化、信息化时代，在性能、可靠性及容量等方面，对电机提出了更高的要求。交流变频调速系统及变频电机、大功率无刷直流电机、永磁同步无刷电机等得到了很大发展。
同时，随着新兴行业的发展，微电机亦成为电机行业发展的亮点，是我国电工电器行业(电机)发展的重点产品。稀土永磁电机，无轴承电机也是电机技术发展的新动向。
与此相适应，电机拖动也有了新的发展，对拖动系统又提出更高的要求，如要求提高加工的精度和工作的速度，要求快速启动、制动和逆转，实现很宽范围内的调速及整个生产过程的自动化等，这就需要有一整套自动控制设备组成自动化的电力拖动系统。而这些高要求的拖动系统随着自动控制理论的不断发展，半
导体器件和电力电子技术的采用，以及数控技术和计算机技术的发展与采用，正在不断地完善和提高。
综上所述，电力拖动技术发展至今，它具有许多其他拖动方式无法比拟的优点。它启动、制动、反转和调速的控制简单、方便、快速且效率高；电动机的类型多，且具有各种不同的运行特性来满足各种类型生产机械的要求；整个系统各参数的检测和信号的变换与传送方便，易于实现最优控制。因此，电力拖动已成为国民经济电气自动化的基础。
0.3 本课程的性质、任务和内容
《电机与拖动基础》是电气自动化技术专业的一门专业基础课。它的主要任务是使学生掌握常用的交直流电机、变压器、控制电机等的基本结构与工作原理，电力拖动系统的运行性能、分析计算，电机容量选择及试验方法等，为学习《工厂电气控制设备》、《自动控制原理》、《交直流调速系统》等课程准备必要的基础知识。
《电机与拖动基础》是分析和解决电机与电力拖动系统的基本问题，主要包括直流电机及拖动、变压器、异步电机及拖动、同步电动机、控制电机和电动机容量的选择等内容。课程学完后学生应达到下列要求：
1．掌握常用交、直流电机及变压器的基本理论（电磁关系、能量关系）。
2．掌握控制电机的工作原理、主要性能及用途。
3．掌握分析电动机机械特性及各种运转状态的基本理论。
4．掌握电力拖动系统中电动机调速方法的基本原理和技术经济指标。
5．掌握选择电动机的原则和方法。
6．掌握电机的基本试验方法及技能，并具有熟练的运算能力。
7．了解电机与电力拖动今后的发展方向。
0.4 课程目标
《电机与拖动基础》课程在于通过电机的理论、应用、电气控制方法、电气控制系统的构成和设计方法的学习，让学生成为一名电机及控制技术方面的应用型技术人才。
0．5 本课程的特点及学习方法
一、特点：本课程的特点是理论性强、实践性也强。分析电机与电力拖动的工作原理要用电学、磁学和动力学的基础理论，既要有时间概念，又要有空间概念，所以理论性较强；而用理论分析各种电机和电力拖动的实际问题时，必须结合电机的具体结构、采用工程观点和工程分析方法，除要掌握基本理论以外，还应注意培养实验操作技能和计算能力，所以实践性也较强。因此，学习本门课程应该特别注意理论联系实际。
二、学习时应注意以下几点
1、抓主略次
2、掌握基本概念、基本原理和主要特性
3、对比学习，找共性和特点
4、理论联系实际，实验和下厂实习结合
5、带着问题学（预习每节相关的思考题）
第一章直流电机
§1.1直流电机的结构与工作原理
一、直流电机的主要结构
直流电机是由静止的定子部分和转动的转子部分构成的，定、转子之间有一定大小的间隙（以后称为气隙）。
1—换向器；2—电刷装置；3—机座；4—主磁极；5—换向极；6—端盖；
7—风扇；8—电枢绕组；9—电枢铁心
1.定子部分：直流电机定子部分主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。（1）主磁极又称主极。在一般大中型直流电机中，主磁极是一种电磁铁。（2）换向极容量在1kw以上的直流电机，在相邻两主磁极之间要装上换向极。换向极又称附加极或间极，其作用为了改善直流电机的换向。
（3）机座一般直流电机都用整体机座。所谓整体机座，就是一个机座同时起两方面的作用：一方面起导磁的作用，一方面起机械支撑的作用。
（4）电刷装置电刷装置是把直流电压、直流电流引入或引出的装置。
2、转子部分：直流电机转子部分主要由电枢铁心和电枢绕组、换向器、转轴和
风扇等组成。
（1）电枢铁心 电枢铁心作用有二，一个是作为主磁路的主要部分；另一个是嵌放电枢绕组。
（2）电枢绕组 它是直流电机的主要电路部分，是通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换。
（3）换向器 在直流发电机中，它的作用是将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势；在直流电动机中，它将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流。
二、直流电机的基本工作原理
1.直流发电机的工作原理
直流发电机的模型与直流电动机相同，
不同的是电刷上不外加直流电压，而是利
用原动机拖动电枢朝某一方向例如逆时针
方向旋转，如图所示。这时导体ab 和cd
分别切割N 极和S 极下的磁力线，产生感
应电动势，电动势的方向用右手定则确定。
在图示情况下，导体ab 中电动势的方向由
b 指向a ，导体cd 中电动势的方向由d 指
向c ，所以电刷A 为正极性，电刷B 为负
极性。电枢旋转1800时，导体cd 转至N
极下，感应电动势的方向由c 指向d ，电刷A 与cd 所连换向片接触，仍为正极性；导体ab 转至S 极下，感应电动势的方向
变为a 指向b ，电刷B 与ab 所连换向片接触，仍为负极性。可见，直流发电机电枢线圈中的感应电动势的方向是交变的，而通过换向器和电刷的作用，在电刷A 和B 两端输出的电动势是方向不变的直流电动势。这种作用称为整流作用。若在电刷A 和B 之间接上负载，发电机就能向负载供给直流电能。这就是直流发电机的基本工作原理。
同时应该注意到，带上负载以后，电枢导体成为载流导体，导体中的电流方向与电势方向相同，利用左手定则，还可以判断出由电磁力产生的电磁转矩方向与运动方向相反，起制动作用。
根据上述原理分析，可以看出直流发电机有如下特点：
（1） 直流发电机将输入机械功率转换成电功率输出；
（2） 利用换向器和电刷，直流发电机将导体中的交变电势和电流整流成直
流输出；
（3） 直流电动机导体中的电流与运动电势方向相同。
（4） 电磁转矩起制动作用。
从以上分析可以看出：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，取决于外界不同的条件。将直流电源外加于电刷，输入电能，电机能将电能转换为机械能，拖动生产机械旋转，作电动机运行；如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，输入机械能，电机能将机械能转换为直流电能，从电刷上引出直流电动势，作发电机运行。同一台电机，既能作为电动机运行，又能作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。
2.直流电动机的工作原理
图 3.2 直流发电机的工作原理
图1.1 是一台最简单的直流电动机的模型，N 和S 是一对固定的磁极（一般是电磁铁，也可以是永久磁铁）。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片，它们的组合体称为换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A 和B，线圈abcd 通过换向器和电刷接通外电路。电枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体称为电枢。
此模型作为直流电动机运行时，将直流电源加于电刷A和B，例如将电源正极加于电刷A，电源负极加于电刷B，则线圈abcd中流过电流。在导体ab中，电流由a流向b，在导体cd中，电流由c流向d。载流导体ab和cd均处于N和S极之间的磁场当中，受到电磁力的作用。电磁力的方向用左手定则确定，可知这一对电磁力形成一个转矩，称为电磁转矩，转矩的方向为逆时针方向，使整个电枢逆时针方向旋转。当电枢旋转180 ，导体cd转到N极下，ab转到S极下，如图1.1(b)所示，由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从电刷B流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方向。
由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，变为电枢线圈中的交变电流，这种将直流电流变为交变电流的作用称之为逆变。由于电枢线圈所处的磁极也是同时交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。
同时可以看到，一旦电枢旋转，电枢导体就会切割磁力线，产生运动电势。在图1.1(a)所示时刻，可以判断出ab导体中的运动电势由b指向a，而此时的导体电流由a指向b，因此直流电动机导体中的电流和电势方向相反。
图 1.1 直流电动机的基本工作原理
实际的直流电动机，电枢圆周上均匀地嵌放许多线圈，相应地换向器由许多换向片组成，使电枢线圈所产生总的电磁转矩足够大并且比较均匀，电动机的转速也比较均匀。
根据上述原理，可以看出直流电动机有如下特点：
（1）直流电动机将输入电功率转换成机械功率输出；
（2）电磁转矩起驱动作用；
（3）利用换向器和电刷，直流电动机将输入的直流电流逆变成导体中的交变电流；
（4）直流电动机导体中的电流与运动电势方向相反。
3、直流电铭牌数据及主要系列
型号为Z
-51的直流电机是一台机座号为 5、电枢铁心为短铁心的第2次改
2
型设计的直流电机。机座号表示直流电机电枢铁心外直径的大小，共有1-9个机座号，机座号数越大，直径越大。枢铁心长度分为短铁心和长铁心两种，1表示短铁心，2表示长铁心。
铭牌数据
（1）额定功率；
（2）额定电压；
（3）额定电流；
（4）额定转速；
（5）励磁方式和额定励磁电流。
直流发电机的额定功率应为
直流电动机的额定功率为
电动机轴上输出的额定转矩为
皖西学院教案
2010 ～2011 学年度第一学期编号 002 .
机械与电子工程系电气教研室任课教师汪良益.
课程名称电机与拖动基础
授课章节第一章直流电机
§1.3 直流电机的绕组
课题: §1.3 直流电机的绕组课型:理论
课
学时数:2学时
教学目的及
要求
掌握直流电机单叠、单波绕组的特点
了解电机的分类和单叠、单波绕组的展开图、支路图的画法
教学重点单叠绕组的联接规律和特点
教学难点单叠绕组的联接规律和特点
教学方法讲授法教学辅助手
段、教具
授课班级电气0801，0802
电气0803，
电信07
授课日期 9月12 日 9月 12日月日月日
教学过程主
要环节设计
作业
§1.3直流电机的电枢绕组
电枢绕组是直流电机的一个重要部分，电机中机电能量的转换就是通过电枢绕组而实现的，所以直流电机的转子也称为电枢。电枢绕组是由许多个形状完全一样的单匝元件（当然也可以是多匝元件）以一定规律排列和联接起来的，用S 表示元件数。
单叠绕组
1．绕组节距
所谓节距，是指被联接起来的两个元件边或换向片之间的距离，以所跨过的元件边数或虚槽数或换向片数来表示。元件的上层边用实线表示，下层边用虚线表示。
（1）第一节距
同一元件的两个元件边在电枢周围上所跨的距离，用电枢表面相隔的槽数来表示，称为第一节距y 1。一个磁极在电枢圆周上所跨的距离称为极距τ，当用槽数表示时，极距的表达式为
p
Z
2=τ
式中，P 为磁极对数。
为使每个元件的感应电动势最大，第一节距y 1应尽量等于一个极距τ，但τ不一定是整数，而y 1必须是整数，为此，一般取第一节距
整数=±=εp Z y 21
式中，ε为小于1的分数。
1y τ=的元件为整距元件，绕组称为整距绕组；1y τ<的元件称为短距元件，绕组称为短距绕组；1y τ>的元件称为长距元件，其电磁效果与 y 1 < ε的元件相近，但端接部分较长，耗铜多，一般不用。
（2）第二节距
第一个元件的下层边与直接相连的第二个元件的上层边之间在电枢圆周上的距离，用槽数表示，称为第二节距y 2。
（3）合成节距
直接相连的两个元件的对应边在电枢圆周上的距离，用槽数表示，称为合成节距y 。
（4）换向器节距
每个元件的首、末两端所接的两片换向片在换向器圆周上所跨的距离，用换向片数表示，称为换向器节距y k 。由下图可见，换向器节距y k 与合成节距y 总是相等的，即
y k =y
(a) 单叠绕组 (b)单波绕组
2．单叠绕组的联接方法和特点
下面通过一个实例来说明。
设一台直流发电机2P=4，Z = S = K = 16，联接成单叠右行绕组。
（1）计算各节距
第一节距1y
合成节距y 和换向器节距K y
第二节距2y
（2）绘制绕组展开图 如下图所示。
所谓绕组展开图是假想将电枢及换向器沿某一齿的中间切开，并展开成平面的联接图。作图步骤如下。
第一步，先画16根等长等距的实线，代表各槽上层元件边，再画16根等长等距的虚线，代表各槽下层元件边。让虚线与实线靠近一些。实际上一根实线和一根虚线代表一个槽（指虚槽），依次把槽编上号码。
3 1 2 = - = y y y 1 = = K y y
4 4 16 2 1 = = ± = ε p Z y
第二步，放置主磁极。让每个磁极的宽度大约等于0.7 τ,4个磁极均匀放置
在电枢槽之上，并标上N 、S 极性。假定N 极的磁力线进入纸面，S 极的磁力线从纸面穿出。
第三步，画16个小方块代表换向片，并标上号码，为了作图方便，使换向片宽度等于槽与槽之间的距离。为了能联出形状对称的元件，换向片的编号应与
槽的编号有一定对应关系（由第一节距 来考虑）。
第四步，联绕组。为了便于联接，将元件、槽和换向片按顺序编号。编号时把元件号码、元件上层边所在槽的号码以及元件上层边相联接的换向片号码编得一样，即1号元件的上层边放在1号槽内并与1号换向片相联接。这样当1号元件的上层边放在1号槽（实线）并与1号换向片相联后，因为1y =4，则1号元件
的下层边应放在第5号槽（511=+y ）的下层（虚线）；因1==K y y ，所以1
号元件的末端应联接在2号换向片上（211=+y ）。一般应使元件左右对称，这样1号换向片与2号换向片的分界线正好与元件的中心线相重合。然后将2号元
件的上层边放入2号槽的上层（21=+y ），下层边放在6号槽的下层
（621=+y ），2号元件的上层边联在2号换向片上，下层边联在3号换向片上。按此规律排列与联接下去，一直把16个元件都联起来为止。
校核第2节距：第1元件放在第5槽的下层边与放在第2槽第2元件的上层边，它们之间满足32=y 的关系。其他元件也如此。
第五步，确定每个元件边里导体感应电动势的方向。图3.13中，所考虑的是发电机，箭头表示电枢旋转方向，即自右向左运动，根据右手定则就可判定各元件边的感应电动势的方向，即在N 极下的导体电动势是向下，在S 极下是向上的。在图示这一瞬间，1、5、9、13四个元件正好位于两个主磁极的中间，该处气隙磁密为零，所以不感应电动势。
第六步，放电刷。在直流电机里，电刷组数也就是刷杆的数目与主极的个数一样多。对本例来说，就是四组电刷1A、1B、2A、2B，它们均匀地放在换向器表面圆周方向的位置。每个电刷的宽度等于每一个换每个电刷的宽度等于每一个换向片的宽度。放电刷的原则是，要求正、负电刷之间得到最大的感应电动势，或被电刷所短路的元件中感应电动势最小，这两个要求实际上是一致的。在图1.3里，由于每个元件的几何形状对称，如果把电刷的中心线对准主极的中心线，就能满足上述要求。图1.2中，被电刷所短路的元件正好是1、5、9、13，这几个元件中的电动势恰为零。实际运行时，电刷是静止不动的，电枢在旋转，但是，被电刷所短路的元件，永远都是处于两个主磁极之间的地方，当然感应电动势为零。
（3）绕组元件联接顺序图
（4）绕组电路图
总结：对电枢绕组中的单叠绕组，有以下特点：
（1）位于同一个磁极下的各元件串联起来组成了一条支路，即支路对数等于极
a 。
对数，p
（2）当元件的几何形状对称，电刷放在换向器表面上的位置对准主磁极中心线时，正、负电刷间感应电动势为最大，被电刷所短路的元件里感应电动势最小。（3）电刷杆数等于极数。
皖西学院教案
2010 ～2011 学年度第一学期编号 003 .
机械与电子工程系电气教研室任课教师汪良益.
课程名称电机与拖动基础
授课章节第一章直流电机
§1.5 直流电机的电枢电动势和电磁转矩
§1.9 直流电机的换向
课题: §1.5 直流电机的电枢电动势
和电磁转矩
§1.9 直流电机的换向
课型:理论
课
学时数:2学时
教学目的及
要求掌握直流电机的换向方法；
熟练掌握直流电机的电枢电动势和电磁转矩两个公式。
教学重点感应电动势和电磁转矩的表达式及推导方法、换向元件中的电动势及改善换向的方法。
教学难点感应电动势和电磁转矩的表达式。
教学方法讲授法教学辅助手
段、教具
授课班级电气0801，0802
电气0803，
电信07
授课日期 9月15 日月 17日月日月日
教学过程主
要环节设计
作业
§1.5直流电机电枢电动势和电磁转矩
一、直流电机电枢绕组的感应电动势
电枢绕组的感应电动势是指直流电机正负电刷之间的感应电动势，也就是电枢绕组一条并联支路的电动势。电枢绕组元件边内的导体切割气隙合成磁场，产生感应电动势，由于气隙磁通密度（尤其是负载时气隙合成磁通密度）在—个极下的分布不均匀，为分析推导方便起见，可把磁通密度看成均匀分布的，取一个极下气隙磁通密度的平均值为B av ，从而可得一根导体在一个极距范围内切割气隙磁通密度产生的电动势的平均值e av ，其表达式为
υl B e av av = 式中，B av 为一个极下气隙磁通密度的平均值，称为平均气隙磁通密度；l 为电枢导体的有效长度（槽内部分）；υ为电枢表面的线速度。
设电枢绕组总的导体数为N ，则每一条并联支路总的串联导体数为a N 2/，因
而电枢绕组的感应电动势
n C n a pN n p a N e a N E e av a Φ=Φ=Φ==6060222 二、电枢绕组的电磁转矩
电枢绕组中流过电枢电流I a 时，元件的导体中流过支路电流i a ，成为载流导体，在磁场中受到电磁力的作用。电磁力f 的方向按左手定则确定，如图 3.21所示。一根导体所受电磁力的大小为
a x x li B f = 如果仍把气隙合成磁场看成是均匀的，气隙磁通密度用平均值B av 表示，则每根
导体所受电磁力的平均值为
a ax ax li B f = 一根导体所受电磁力形成的电磁转矩，其大小为
2D f T av av = 式中，D 为电枢外径。
由于不同极性磁极下的电枢导体中电流的方向不同，所以电枢所有导体产生的电磁转矩方向都是一致的，因而电枢绕组的电磁转矩等于一根导体电磁转矩的平均值T av :乘以电枢绕组总的导体数N ，即
a T a a a av av I C I a pN p a l l l N D li NB NT T Φ=Φ=Φ===ππττ222122
电枢电动势n C E e a Φ=和电磁转矩a T I C T Φ=是直流电机两个重要的公式。对于同一台直流电机，电动势常数C e 和转短常数C T 之间具有确定的关系
e e T C C a a C 55.9260==π
§1.9 直流电机的换向
一、直流电机的换向
直流电机运行时，随着电枢的转动，电枢绕组的元件从一条支路经过电刷短路后进入另一条支路，元件中的电流随之改变方向的过程称为换向过程，简称换向。
产生换向火花的原因有多种，最主要的是电磁原因。还有机械方面和化学方面的原因。
1.机械原因
产生换向火花的机械原因有很多，主要是换向器偏心、换向片间云母绝缘凸出、转子平衡不良、电刷在刷握中松动、电刷压力过大或过小、电刷与换向器的接触面研磨得不好因而接触不良等等。为使电机能正常工作，应经常进行检查、维护和保养。
2.化学原因
电机运行时，由于空气中氧气、水蒸气以及电流通过时热和电化学的综合作用，在换向器表面形成一层氧化亚铜薄膜，这层薄膜有较高的电阻值，能有效地限制换向元件中的附加换向电流k i，有利于换向。同时薄膜吸附的潮气和石墨粉能起润滑作用，使电刷与换向器之间保持良好而稳定的接触。电机运行时，由于电刷的摩擦作用，氧化亚铜薄膜经常遭到破坏。但是在正常使用环境中，新的氧化亚铜薄膜又能不断形成，对换向不会有影响。如果周围环境氧气稀薄、空气干燥或者电刷压力过大时，氧化亚铜薄膜难以生成，或者周围环境中存在化学腐蚀性气体能破坏氧化亚铜薄膜，都将使换向困难，火花变大。
二、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。产生火花的原因是多方面的，其中最主要的是电磁原因。消除或削弱电磁原因引起的电磁性火花的方法有：
1.适用合适的电刷，增加电刷与换向片之间的接触电阻
2.装设换向极
3.装补偿绕组
皖西学院教案
2010 ～2011 学年度第一学期编号 004 .
机械与电子工程系电气教研室任课教师汪良益.
课程名称电机与拖动基础
授课章节第一章直流电机
§1.8 直流发电机
课题: §1.8 直流发电机课型:理论
课
学时数:2学时
教学目的及
要求掌握直流电机的励磁方式：
掌握直流发电机的空载特性、外特性和调节特性。
教学重点直流发电机的空载特性、外特性和调节特性。教学难点直流发电机的基本方程式
教学方法讲授法
教学辅助手
段、教具
授课班级电气0801，0802
电气0803，
电信07
授课日期 9月19 日9月 19日月日月日
教学过程主
要环节设计
作业 1.6 1.7
§1.8 直流发电机
根据励磁方式的不同，直流发电机可分为他励直流发电机、并励直流发电机、串励直流发电机和复励直流发电机。励磁方式不同，发电机的特性就不同。 因为本书以电力拖动为主，重点讲述电动机的特性，因此本节只分析他励直流电动机的原理和特性。
一、 直流发电机稳态运行时的基本方程式
图1.15为一台他励直流发电机的示意图。电枢旋转时，电枢绕组切割主磁通，产生电枢电动势a E ，如果外电路接有负载，则产生电枢电流a I ，按发电机惯例，a I 的正方向与a E 相同，如图1.15所示。
1. 电动势平衡方程式
根据图1.15中所示电枢回路各量正方向，用基尔霍夫电压定律，可以列出电动势平衡方程式为
a a a I R E U -=
上式表明，直流发电机的端电压U 等于电枢电动势a E 减去电枢回路内部的电阻压降a a I R ，所以电枢电动势a E 应大于端电压U 。
2. 转矩平衡方程式
直流发电机以转速n 稳态运行时，作用在电机轴上的转矩有三个：一个是原动机的拖动转矩T 1，方向与n 相同；一个是电磁转矩T ，方向与n 相反，为制动性质的转矩；还有一个由电机的机械损耗及铁损耗引起的空载转矩T 0，也是制动性质的转矩。因此，可以写出稳态运
行时的转矩平衡方程式为
01T T T += 3. 功率平衡方程式
将上式乘以发电机的机械角速度Ω，得
Ω+Ω=Ω01T T T
可以写成 01P P P M +=
式中，Ω=11T P ，为原动机输给发电机的机械功率，即
输入功率；Ω=T P M ，发电机的电磁功率；Ω=00T P ，
发电机的空载损耗功率。
电磁功率
a a a a M I E n I a pN n I a pN T P =Φ=Φ=Ω=606022ππ 和直流电动机一样，直流发电机的电磁功率亦是
既具有机械功率的性质，又具有电功率的性质，所以是机械能转换为电能的那一部分功率。直流发电机的空载损耗功率也是包括机械损耗mec P ，和铁损耗Fe P 两部分。
上式表明：发电机输入功率1P ，其中一小部分供给空载损耗0P ，大部分为电磁功率，是由机械功率转换为电功率的。
将式电动势平衡方程式两边乘以电枢电流a I 得
图 3.22 他励直流发电机
2a a a a a I R UI I E +=
即 Cua M P P P +=2
式中，a UI P =2，为发电机输出的功率；2
a a Cua I R P =，为电枢回路铜损耗。 上式可以写成如下形式
Cua M P P P -=2 综合以上功率关系，可得功率平衡方程式
Fe mec Cua M P P P P P P P +++=+=201
为更清楚地表示直流发电机的功率关系，可用下图所示的功率流程图。
他励直流发电机的功率流程图
一般情况下，直流发电机的总损耗 mec Fe Cuf Cua P P P P
P +++=∑
直流发电机的效率 %1001%100212????
? ??+-=?=∑∑P P P P P η
二、 他励直流发电机的运行特性 直流发电机运行时，有4个主要物理量，即电枢端电压 U 、励磁电流f I 、负载电流 I （他励时a I I =）和转速n 。其中转速n 由原动机确定，一般保持为额定值不变。因此，运行特性就是U 、a I 、f I 三个物理量保持其中一个不变时，另外两个物理量之间的关系。显然，运行特性应有三个。
1. 空载特性
0n n =，0=a I 时，端电压0U 与励磁电流f I 之间的关系)(0f I f U =称为空载特性。
空载时，他励发电机的端电压n C E U e a Φ==0，n=常数时，Φ∝0U ，所以空载特性)(0f I f U =与电机的空载磁化特性)(f I f =Φ相似，都是一条饱和曲线。f I 比较小时，铁心不饱和，特性近似为直线；f I 较大时，铁心随f I 的增大而逐步饱和，空载特性出现饱和段。一般情况下，电机的额定电压处于空载特性曲线开始弯曲的线段上，即图中A 点附近。因为如果工作于不饱和部分，磁路导磁截
一直流电机的简介及结构 （一）直流电机简介 直流电机是生产和使用直流电能的机电能量转换装置。将机械能转换为直流电能的，称为直流发电机；将电能追安环为机械能的，称为直流电动机。直流电动机具有调速性能好、启动和制动转矩大、过载能力强等优点，因此广泛应用于启动和调速要求较高的机械上。例如：轧钢机、机床、电车、电器轨道牵引、挖掘机械、纺织机械等。直流发电机可以作为各种直流电源。例如直流电动机的电源、同步电机的励磁电源、以及化学工业方面用于电解电镀的抵押大电流直流电源等。在本次设计中只介绍和说明直流电动机，不介绍直流发电机。 与交流电机相比，直流电机的主要缺点是换向问题，它限制了直流电机的极限容量，又使得直流电机的结构复杂，消耗较多的有色金属，维护比较麻烦，致使直流电机的应用受到一定的限制。不过，虽然如此，可是随着电子技术的发展，可控硅整流电源在生产上的应用越来越广泛，虽然使直流发电机的受到威胁，可是却会使直流电动机在应用中更为广泛。 （二）直流电机的结构 直流电机由静止的钉子和旋转的转子两大部分组成。定转子之间有一定的空隙，称为气隙。定子的作用是产生磁场和对电机的机械支撑，主要由主磁极、换向极、机座、端盖、电刷装置等部件组成。转子的作用是产生电枢感应电动势或电磁转矩，主要由电磁铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部件组成。如下图1-2所示： 图1-1 直流电机装配结构图 1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极 6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心 1 定子部分 ①主磁极（简称主极） 主磁极用来产生气隙磁场并且在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气息磁密。主磁极由主机铁芯和励磁线圈组成，主极铁芯和由1—1.5mm厚的低碳钢板冲成一定
《电机驱动技术》课程标准 一、课程基本信息 二、课程定位与作用 （一）课程定位 《电机驱动技术》课程的开设是通过深入企业调研，与专业指导委员会专家共同论证，根据工作任务与职业能力分析，以必须、够用为度，以掌握知识、强化应用、培养技能为重点，以机电一体化相关工作任务为依据设置本课程。 （二）课程的作用 《电机驱动技术》课程是机电一体化专业必修的一门专业核心课程。是在电工电子、电力拖动等课程基础上，开设的一门综合性较强的核心课程，其任务是使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法，培养学生对常用电动机的结构原理分析及控制策略的设计能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。 三、课程设计理念 《电机驱动技术》课程的设计以生产实际中的具体案例为主，其服务目标是以就业为导向，以能力为本位，以素质为基础。注重实用性，坚持以实为本，避开高深理论推导和内部电路的过细研究，适当降低理论教学的重心，删除与实际工作关系不大的繁冗计算，注重外部特性及连线技能，同时兼顾对学生素质、能力的培养，做到既为后续课程服务，又能直接服务于工程技术应用能力的培养。 四、课程目标 学生通过学习《电机驱动技术》课程，使学生能掌握机电设备常使用的几种电动机--直流电动机、交流感应电动机、交流永磁电动机和开关磁阻电动机的结构、原理及应用以及驱动电动机的结构及其控制方法。熟悉电机调速、分析及控
制。结合生产生活实际，培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯，从而能够解决专业技术实际问题，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 【知识目标】 掌握驱动电机的结构原理及应用，掌握功率变换器电路及其应用技术，驱动电机控制技术及新型电机的结构特点与选用。 【能力目标】 能对对驱动电机各种控制电路进行选择、应用和设计，能够准确描述各种电机控制技术的控制原理及特点，并针对不同电机选用不同的控制方式。 【素质目标】 能整体把握驱动电机及控制技术的应用及在日后的工作中解决实际问题。培养学生实事求是的作风和创新精神，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，培养学生一丝不苟的工作作风和良好的团队协作精神。 五、课程内容设计 根据学院对机电一体化专业人才培养方案的要求，结合就业岗位的技能需求，按照职业教育理念，本课程设计了三个教学项目，具体内容如下：
《电机及拖动基础》课程标准 一、课程信息 课程名称：电机及拖动基础课程类型：电气自动化技术专业支撑课 课程代码：0724014 授课对象：电气自动化 学分：5 先修课：高等数学、电路基础 学时：85 后续课：交流调速系统、工厂供电 制定人：杨立波制定时间：2013年3月23日 二、课程性质 课程性质：专业基础课 先修课程：高等数学、电路基础 本课程是电气自动化技术专业的一门重要的专业基础课，同时也是本专业一门最重要的技能养成课。它是电机原理和电力拖动系统两大部分的有机结合，其内容将为电气控制、电力电子技术、工厂供电、电气综合实训、电工中、高级职业资格证书、毕业设计、顶岗实习等后续专业课奠定基础，而本课程的基础实验、实训和专业技能实训将构成电气自动化技术专业最基本的技能。 三、课程设计 1、课程目标设计 总体目标：装配图的阅读与绘图，电工工具的熟练使用，交直流电动机的拆卸、装配与修理，变压器的安装与试验，电动机铭牌参数与计算、电动机参数与机械特性测试、电动机与变压器的运行、维护、控制电机的选择与使用。 通过行为导向的项目式教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养；独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力；与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。 通过本课程的实践教学，使学生深刻地认识到“电机与拖动基础”在工业企业当中的应用，更好地把电机拖动与电气控制技术结合起来，提高机电控制设备的控制技能，从而实现本专业的培养目标。课程一开始就注重将相关职业资格标准融入课程标准，经过本课程学习的学生90%以上能直接通过职业考证。
（1）知识目标 1.直流电机的工作原理和结构 2.电力拖动系统的动力学基础 3.他励直流电动机的机械特性 4.变压器的基本工作原理和结构 6.变压器参数的测定 7.变压器的并联运行 8.交流电机的绕组 9.三相异步电动机的工作原理和基本结构 10.三相异步电动机的工作特性 11.异步电动机铭牌参数 12.三相异步电动机的机械特性 13.同步电机的基本工作原理和结构 14.电动机发热及冷却 15.电动机类型、额定电压、额定转速的选择 （2）能力目标 变压器的安装与试验 变压器的运行特性与参数测试 直流电动机的拆装， 直流电机故障分析与维护， 直流并励电动机的机械特性测试 三相异步电动机的拆装检修与测试 三相异步电动机定子绕组重绕 三相异步电动机的工作特性 三相异步电动机的效率测量 三相异步电动机的温升实验 三相异步电机运行故障及维修 三相异步电机基本检测方法 三相异步电动机的机械特性测试 同步电动机调相运行特性 几种常用的控制电动机 电力拖动系统中电动机的选择 2、课程内容设计 （1）设计的整体思路： 通过行为导向的项目式教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养；独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力；与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。 （2）模块设计表：
实验报告 一．实验目的 通过空载实验和短路实验测定变压器的变比和稳态阻抗参数。 二．预习要点 1.变压器的空载和短路实验有什么特点？实验中电源电压一般加在哪一方较合适？ 2.在空载和短路实验中，各种仪表应怎样联接才能使测量误差最小？ 3.如何用实验方法测定变压器的铁耗及铜耗。 三．实验项目 1.空载实验：测取空载特性U O = f (I O)，P O= f (U O)。 2.短路实验：测取短路特性U K = f (I K)，P K = f (I)。 四．实验设备及仪器 1．交流电压表、交流电流表、功率及功率因数表（NEEL-001B） 2．单相变压器（NMEL-01三相组式变压器） 五．实验方法
2．短路实验 七．实验报告 1.计算变比（空载试验） 由空载实验测取变压器的原、副方电压的三组数据，分别计算出变比，然后取其平均值作为变压器的变比K 。 K=U 1u 1.1u 2／U 2u 1.2u 2 K1 = 253.5/132 = 1.92, K2 = 230.8/120.7 = 1.91, K3 = 210.6/110.7 = 1.90 = (K1 + K2 + K3)/3 = 1.91 2.绘出空载特性曲线和计算激磁参数（空载试验） (1)绘出空载特性曲线 U O = f (I O )； P O = f (U O )； O ?cos = f (U O ) 式中：O o P = ?cos K I0
(2)计算激磁参数 从空载特性曲线上查出对应于Uo=U N 时的I O 和P O 值，并由下式算出激磁参数 2O O m I P r = ；O O I U Zm = ； 2 2m m m r Z X -= = 4.852/0.105^2=440Ω, Zm = 110.7/0.105=1054Ω, Xm = = 958 Ω 3.绘出短路特性曲线和计算短路参数（短路试验） （1）绘出短路特性曲线 U K = f (I K )； P K = f (I K )； K ?cos = f (I K ) m r 440^2-1054^2P0 U0 U0
学院 课程设计课程名称：电机与拖动
题目名称：三相绕线型异步电动机转子电路 串电阻有级起动设计 学生院系：物理科学与工程技术学院 专业班级：16自动化2班 学号： 学生：吴舟帆
目录 一.三相异步电动机的综述 (3) 二.三相异步电动机的起动方法、调速方法、制动方法 (4) 三.三相绕线型异步电动机转子电路串电阻有级起动电路图、具体过程 (5) 四.心得体会 (10) 五.参考文献 (10)
一.三相异步电动机的综述 三相异步电机（Triple-phase asynchronous motor）是感应电动机的一种，是靠同时接入380V三相交流电流（相位差120度）供电的一类电动机，由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电动机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。
二.三相异步电动机的起动方法、调速方法、制动方法 1. 起动方法：有级起动 容量较大的三相异步电动机一般采用有级起动，以保证起动过程中有较大的起动转矩和较小的起动电流。它的起动电阻R ST 由若干级起动电阻串联，即 R ST =R ST1+R ST2+…+R STm 。起动瞬间转子串入最大起动电阻R ST ，使起动转矩为要求值 T 1，随着转速n 的增加，每当转矩T 降至希望值T 2时，切除一段起动电阻，使T 又等于T 1，T 2称为切换转矩。因而在启动过程中转矩始终在起动转矩T 1与切换转矩T 2之间变化，直到全部起动电阻被切除。 2.调速方法：串级调速 在转子电路中串入一个与2s .E 频率相等，而相位相同或相反的附加电动势ad . E ，既可节能，又可将这部分功率回馈到电网中去。 3.制动方法： ①能耗制动：能耗制动的特点是制动时将电动机与三相电源断开，而与直流电源接通，电动机像发电机一样，将拖动系统的动能转换成电能消耗在电机部的电阻中，故名能耗制动。 ②反接制动：反接制动的特点是制动时旋转磁场的转向与转子的转向相反，转差率s>1,所谓“反接”意即在此。从而使电磁转矩的方向与转子转向相反，成为制动转矩 ③回馈制动：回馈制动的特点时转子转速大于同步转速，转差率s<0，电机处于发电机状态，将系统的动能转换成电能送回电网，故名回馈制动，又称再生制动。
《电动机的选用、运行与维修》 课 程 标 准 山东职业学院教务与科研处 2012年8月6日 专业领域： 电气自动化 课程代码： 02031030 课程名称：电动机的选用、运行与维修 所属系部： 电气工程系
目录 一、课程基本信息 (1) 二、课程目标 (1) 三、课程设计 (1) 1. 教学设计 (1) 2. 教学内容及学时分配 (1) 3. 课程考核 (4) 4. 教学环境及设备 (4) 5. 教师队伍 (4) 6. 教材选用 (4) 四、实施建议 (4)
《电动机的选用、运行与维修》课程标准《电动机的选用、运行与维修》课程标准 一、课程基本信息 二、课程目标 本课程立足于电动机的控制设计、变压器应用设计、电机故障排查等核心岗位，围绕电动机的基本机构、电动机的运行原理、电动机的拖动特点、变压器的结构和兴致等知识，在掌握知识的基础上，培养学生对简单电机拖动系统的设计及故障排查能力，对变压器的使用和维护能力，提高学生综合运用多种知识和技能解决实际问题的能力、创新能力和可持续发展能力，并使其具有良好的职业道德和诚信敬业精神，树立社会生产所需的安全、环保、成本、产品质量、团队合作等意识。 三、课程设计 1.教学设计 充分考虑教学对象和教学课程的特点，采用教学做一体的教学模式，不断地增强学生学习信心和兴趣。根据突破难点、加强重点的要求，认真创设问题情景，精心设计引言、课堂提问和板书提纲，锤炼教学语言。加强讨论或练习，进行验证性巩固。根据知识点要求教师多点拨，学生多尝试。注意归纳总结，上升到理论或规律认识。教师要有对学生进行学习方法引导的强烈意识，讲授、辅导、讨论、训练和归纳总结紧密结合，激发学生主动学习意识，培养学生自学能力。 教学过程中，有针对性地运用多媒体教学、视频教学、实物教学、等多种教学手段优化教学过程，有效地激发学生学习热情，充分发挥学生学习的主体作用。 2. 教学内容及学时分配
课程设计说明书设计名称： 题目： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 日期：年月日
课程设计任务书 专业年级班 设计题目 微型直流电动机的数字控制器设计 姓名-学号 主要内容和具体要求 设置有正转、反转、加速、减速按键； 显示马达的运行状态（正反转、停止），显示转速；测量马达的反电动势系数； 测量马达的力矩系数； 创建马达的数学模型； 实现比例控制； 实现比例积分控制。 进度安排 6月16~17号：了解任务要求，确定具体方案 6月18~19号：电机控制程序设计 6月20~21号：键盘电路、lcd12864液晶屏子程序设计6月22~24号：上位机通信程序设计 6月25~26号：电机PI 控制设计 完成后应上交的材料 直流电机数字控制器论文 总评成绩
指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日
摘要 本文主要设计一个基于STC12C5A60S2 单片机的直流电机PWM 控制系统。PWM 控制提高了调速范围，提高了调速精度，改善了快速性能、功率和功率因数。系统在设计中被控对象采用5V 的直流电机，以MCS-51 单片机为控制核心，采用LCD12864 液晶作为显示元件，进行软硬件的设计。硬件电路由protel 设计制作，主要设计了液晶显示电路、键盘控制电路、复位电路、测速电路、驱动电路和测压电路。软件设计在Keil 开发平台用 C 语言编写，程序采用模块化设计方案，包括液初始化程序、晶显示程序、键盘控制程序。 本系统PWM 控制直流电机采用调压调速的方法，整体设计包括软件和硬件两个部分。通过利用单片机产生PWM 控制信号控制直流电机，详细介绍脉宽调制( PWM) 控制原理，直流电机的工作原理和数学模型以及用H型桥电路基本原理设计的驱动电路。通过硬件电路的模拟情况，说明系统运行正常，各个功能模块实现是可行的，控制精度比较高，能够满足系统的基本要求。 关键词：单片机PWM脉宽调制控制直流电机L298N驱动
第1章 设计说明 1.1设计任务 1.使用Simulink 建立三相异步电动机的直接起动仿真，测取三相异步电动机直接起动过程中的转速、电磁转矩和电枢电流的变化规律。 2.某他励直流电动机，已知额定值为Un=220N,Pn=22kW,In=115A ，N n =1500r/min ；电枢电阻a R =0.18Ω；励磁电阻f R =628Ω；求E N C φ，T N C φ并分别画出固有机械特性曲线和改变电枢电压、改变电枢电阻、改变磁通时的人为机械特性曲线。 1.2设计目的 1．通过课程设计，对所学的电机与拖动基本知识和基本概念进行全面的复习和总结，巩固所学的理论知识。 2．通过本次课程设计达到理论与实践相结合，提高学生分析问题和解决问题的能力。 3．学会使用电子图书馆的数据库资源进行查找相关文献和资料。 4．初步掌握MATLAB/Simulink 软件进行仿真设计，掌握编写设计说明书的基本方法。 1.3设计原则 1．合理性。所设计内容应符合国家相关政策和法令，符合现行的行业行规要求。 2．先进性。杜绝使用落后，淘汰的产品，不使用未经认可的技术，要充分考虑未来发展。 3．实用性。考虑降低物耗，保护环境，综合利用等因素。 1.4设计要求 1．正确性。全套技术文件（设计说明书、相关模型和波形）应正确无误，达到规 定的性能指标。 2．完整性。文件中的仿真模型、仿真数据、仿真波形以及仿真说明和其它相关资料应翔实可靠。 3．统一性。图形中的符号、名称、数据、标注等应尽可能选用国家标准，如没有国
家标准或必须用于不同含义时，必须另加说明。
第2章 MATLAB7.1软件 2.1安装和使用说明 安装过程： 1.解压crack 2.打开CD1（不需要要解压），双击setup.exe，进行安装，（crack文件夹中有PLP）。 3.当安装过程中提示插入CD2时，先点Browse，然后打开下载的CD2（不需要要解压），双击setup.exe，注意观察插入光盘的对话框中（就是点了Browse后的对话框）多了哪一个文件，再选择那个文件，确认，OK，就可以继续安装了 4.CD3的安装方法跟CD2一样。安装完成后会出现两个对话框，关掉就行了。
《电机与拖动技术》课程标准 一、课程简介 《电机与拖动技术》是电力系统自动化技术专业主干课，是学习本专业其它专业课的重要基础。 《电机与拖动技术》在电力系统自动化专业的课程体系中具有承上启下和举足轻重的地位。先修课程包括高等数学、电工电子等。该课程是学生学习“电力系统继电保护原理”、“发电厂电气部分”、“电力系统自动化”、等专业主干课程和“电力系统课程设计”、“电力系统综合实验”等实践性教学环节的必备理论基础。 《电机与拖动技术》既具有较强的理论性，又具有很强的实践性，课程内容与电力系统生产运行过程密切相关，对于培养学生综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力，全面提高自身素质具有特别重要的作用。。
二、课程性质与定位 《电机与拖动技术》是电力系统自动化技术专业的一门主干课，它又是本专业一门重要的必修专业基础课。通过本课程的学习，使学生掌握各类电机的工作原理、基本结构及运行特性，掌握直流和交流电力拖动系统的组成、起动、制动和调速的分析计算方法及必要的测试技能，从而能合理地使用电机以满足后续专业课对该方面知识的需要，同时也为学生在今后从事专业技术工作中，保证电机工作稳定、可靠和经济运行打下扎实基础。 《电机与拖动技术》是机械类和电气类专业的核心课程，在人才培养方案中起承上启下的作用，具有十分重要的地位，为后续专业课程的学习及班组技术革新打下良好的理论和专业技术基础。 前续课程：《高等数学》、《电工电子技术》、等课程。 后续课程《发电厂变电站电气部分》、《工厂供配电技术》、《电力系统继电保护》和毕业设计等课程。 三、课程设计思路 通过行为导向的项目式教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养；独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力；与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。 四、课程培养目标 1.总体目标 线路图的阅读与绘图，电工工具的熟练使用，交直流电动机的原理、电动机铭牌参数与计算、电动机参数与机械特性测试、电动机与变压器的运行、维护、控制电机的选择与使用。 2.知识目标 （1）通过学习，掌握常用交、直流电机、变压器的基本结构和工作原理 （2）掌握电力拖动系统的基本理论，计算方法 （3）掌握基本的实验方法和操作技能以及常用电气仪表（器）的使用。 （4）掌握一定的电磁计算方法，培养学生运算能力。
电机与拖动教案 【教案】 课程性质、任务和目的《电动与拖动》是电气工程及其自动化专业必修的专业基础课.它既是研究电机及电力拖动系统基础理论的学科,又可以作为一门独立的技术应用课,直接为工农业生产服务.本课程的理论性与实践性都很强,通过本课程学习,使学生掌握各种电机的基本结构与工作原理,独立分析电力拖动系统各种运行状态,掌握有关计算方法,合理地选择和使用电动机,为后续电气控制技术、自动控制系统等专业课打下坚实基础,为从事专业技术工作做好基本培养和锻炼. 基本要求通过本课程的教学,应使学生达到下列要求: 掌握和理解变压器和电动机的基本方程式; 掌握他励直流电动机负载运行计算,调速性能计算,起制动电阻计算和他励直流电动机过渡过程计算,负载转矩折算,飞轮矩折算; 三相异步电动机机械特性实用公式计算调速电阻及制动电阻,三相异步电动机降压起动的计算与选择,三相绕线式异步电动机转子回路串电阻分级起动计算; 具有选择电力拖动系统电动机的型式、种类、电压、转速及额定功率,校核发热,起动能力与过载能力. 课时分配共64学时,安排在第二学年的第二学期.其中理论教学52学时,实践教学12学时. 先修课程电路原理、电子技术和电力电子技术教学内容、要求与安排绪论课程的性质及任务以及常用的几个基本定律直流电机 1.1 教学内容: 直流电机的工作原理和结构;直流电机电枢绕组;直流电机的励磁方式和空载磁场;他励直流电动机的机械特性;他励直流电动机的工作特性;串、复励直流电动机的机械特性;直流电动机换向. 1.2 教学重点: 直流电机的励磁方式和空载磁场;他励直流电
动机的机械特性 1.3 教学难点: 直流电机的励磁方式和空载磁场;他励直流电动机的机械特性直流电动机的电力拖动 2.1 教学内容: 电力拖动系统的动力学基础;他励直流电动机的起动、制动和调速;串励及复励直流电动机的电力拖动. 2.2 教学重点: 电力拖动系统的动力学基础;他励直流电动机的起动、制动和调速; 2.3 教学难点: 他励直流电动机的起动、制动和调速; 变压器 3.1 教学内容: 变压器的用途、结构及额定数据;变压器的空载运行、空载等值电路;变压器的负载运行、负载等值电路;标么值;变压器参数测定;变压器电压调整率及效率;变压器联接组别;变压器并联运行;自耦变压器. 3.2 教学重点: 变压器的空载运行、空载等值电路;变压器的负载运行、负载等值电路;标么值;变压器电压调整率及效率;变压器联接组别;变压器并联运行. 3.3 教学难点: 变压器电压调整率及效率;变压器联接组别;标么值. 交流电机的绕组、电动势和磁通势 4.1 教学内容: 交流电机电枢绕组;交流电机电枢绕组磁场;交流电机电枢绕组电势. 4.2 教学重点: 交流电机电枢绕组磁场;交流电机电枢绕组电势. 4.3 教学难点: 交流电机电枢绕组磁场;交流电机电枢绕组电势. 异步电动机 5.1 教学内容: 三相异步电动机的结构及额定数据;三相异步电动机工作原理及转差率;三相异步电动机的电磁关系及等值电路;三相异步电动机的功率关系;三相异步电动机的机械特性;三相异步电动机的工作特性. 5.2 教学重点: 三相异步电动机工作原理及转差率;三相异步电动机的电磁关系及等值电路;三相异步电动机的功率关系;三相异步电动机的机械特性. 5.3 教学难点: 三相异步电动机工作原理及转差率;三相异步电动机的电磁关系及等值电路;三相异步电动机的功率关系;三相异步电动机的机械特性. 三相异步电动机的电力拖动 6.1 教学内容: 鼠笼式三相异步电动机的
《电机与拖动实验》课程学习要求 一、课程考核形式 本课程的考核形式为离线作业（实验报告），无在线作业和考试。“离线作业及要求”在该课程的“离线作业”模块中下载。 二、离线作业要求 学生需要在平台离线作业中下载“大工18秋《电机与拖动实验》实验报告”，观看实验课件，根据课件中的操作及实验结果来读取实验数据、认真填写“大工18秋《电机与拖动实验》实验报告”，并提交至课程平台，学生提交的实验报告作为本课程考核的依据，未提交者无成绩。 《电机与拖动实验》的实验报告由单相变压器实验、直流发电机实验、三相鼠笼异步电动机实验、三相同步发电机的并联运行实验四个独立的部分构成，学生需要完成实验报告的全部内容。 三、离线作业提交形式及截止时间 学生需要以附件形式上交离线作业（附件的大小限制在10M以内），选择已完成的作业，点“上交”即可。如下图所示。 截止时间：2019年3月11日。在此之前，学生可随时提交离线作业，如需修改，可直接上传新文件，平台会自动覆盖原有文件。 四、离线作业批阅 老师会在作业关闭后集中批阅离线作业，在离线作业截止提交前不进行任何形式的批阅。 注意事项：
独立完成实验报告，不准抄袭他人或者请人代做，如有雷同，成绩以零分计！ 大连理工大学网络教育学院 2018年11月附录：实验报告
网络教育学院电机与拖动实验报告 学习中心：奥鹏学习中心 层次：专升本 专业：电气工程及其自动化 学号： 学生： 完成日期：年月日
实验报告一 实验名称： 单相变压器实验 实验目的： 1. 通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 2. 通过负载实验测取变压器的运行特性。 实验项目： 1. 空载实验 测取空载特性0000U =f(I ), P =f(U )。 2.短路实验 测取短路特性k k k U =f(I ), P =f(I)。 3.负载实验 保持11N U =U ，2cos 1?=的条件下，测取22U =f(I ) （一）填写实验设备表
1、变压器空载： 变压器空载运行仿真电路图 2、变压器负载： SN=10e3;U1N=380;U2N=220;r1=0.14;r2=0. 035;x1=0.22;x2=0.055;rm=30;xm=310;ZL= 4+j*3; I1N=SN/U1N; I2N=SN/U2N;k=U1N/U2N; Z1=r1+j*x1; rr2=k^2*r2;xx2=k^2*x2; ZZ2=rr2+j*xx2; ZZL=k^2*ZL; Zm=rm+j*xm; Zd=Z1+1/(1/Zm+1/(ZZ2+ZZL)); U1I=U1N; I1I=U1I/Zd; E1I=(U1I-I1I*Z1); I22I=E1I/(ZZ2+ZZL); I2I=k*I22I; U22I=I22I*ZZL; U2I=U22I/k; % 功率因数，功率和效率 % cospsi1输入侧功率因数， cospsi2负载功率因数， p1输入有功功率， p2输出有功功率 cospsi1=cos(angle(Zd)); cospsi2=cos(angle(Z1)); p1=abs(U1I)*abs(I1I)*cospsi1; p2=abs(U2I)*abs(I2I)*cospsi2; eat=p2/p1; % 损耗 % lml励磁电流， pfe铁损耗， pcu1原边铜损耗， pcu2副边铜损耗 ImI=E1I/Zm; pFe=abs(ImI)^2*rm; pcu1=abs(I1I)^2*r1; pcu2=abs(I2I)^2*r2; % 数据输出 disp('原边电流='),disp(abs(I1I)); disp('副边电流='),disp(abs(I2I)); disp('副边电压='),disp(abs(U2I)); disp('原边功率因数='),disp(cospsi1); disp('原边电流='),disp(p1); disp('副边功率因数='),disp(cospsi2); disp('副边功率='),disp(p2); disp('效率='),disp(eat); disp('励磁电流='),disp(abs(ImI)); disp('铁损耗='),disp(pFe); disp('原边铁损耗='),disp(pcu1); disp('副边铜损耗='),disp(pcu2); 3、他励直流电动机转矩特性： % 直流电机转矩特性分析 % 将该函数定义为dc_mo_tor(dc_motoe_torque) %.................................... ....... % 下面输入电机基本数据 Cm=10;Ra=1.8;k=.1;k1=.2; % 下面输入750r/min时的空载特性实验数据（Ifdata-是励磁电流，Eadata-是感应电动势） Ia=0:.01:15; %.................................... ...... % 计算他励电机外特性 Temt=Cm*k*Ia; plot(Ia,Temt,'r') xlabel('Ia[A]') ylabel('Tem[N*m]')
电机与控制课程标准 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
《电机与控制》课程标准 适用专业：汽车电子技术专业 开设时间：第三学期课时数：84 一、课程任务与性质 根据应用电子专业人才培养方案，《电机与控制》课程任务主要有以下7项。 1、变压器 2、常用低压电器； 3、直流电动机 4、三相异步电动机 5、电动机转速的调节； 6、典型电气控制环节； 7、典型机械设备电气控制系统分析； 《电机与控制》课程是机电一体化、电气自动化技术等专业的核心课程；它是将《电机学》、《电力拖动》和《电机控制》等课程有机结合而成的一门课程，是《机床电气控制》、《PLC、变频器及触摸屏综合技术应用》的前修课程，在整个专业培养目标中起着承前启后和桥梁的作用；是理论和实践性一体化的课程；在第三学期开设，约84课时。二、学习目标 （一）专业能力 1．知道变压器的基本结构及工作原理。 2．能使用电工工具拆装交、直流电机。 3．能够分析电动机常用的起动、制动、调速方法及工作特点。 4．认识低压电器的作用、结构、主要参数、使用方法，了解各种新型低压电器。 6．会读懂电力拖动基本控制线路，能够分析控制工作过程。 7．会应用常用电工工具对电机电气控制故障进行判断、分析、检查，并且能够使用正确方法将故障排除。 （二）方法能力
1．具有独立进行电气控制系统分析和评估的能力； 2．具有获取、分析、归纳、交流、使用信息和新技术的能力；3．具有自学能力、理解能力与表达能力及动手操作能力； 4．具有综合运用知识与技术从事程度较复杂的技术工作的能力；5．具有合理利用与支配资源的能力； 6．具备电气安全操作的能力。 （三）社会能力 1．具有良好的职业道德和敬业精神； 2．具有团队意识及妥善处理人际关系的能力； 3．具有沟通与交流能力； 4．具有计划组织能力和团队协作能力。 三、课程内容
实验一直流电动机 一.实验目的 1.掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。 2.掌握直流他励电动机的调速方法。 二.实验内容 1.工作特性和机械特性的测定 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、n=f(I a)及n=f(T2)。 2.调速特性的测定 (1)改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f(Ua)。 (2)改变励磁电流调速 保持U=U N，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(I f)。 三.实验原理及实验方法 （一）直流电动机的工作特性和机械特性的测定 1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 直流电动机的工作特性是指端电压为额定电压，电枢回路无外串电阻，励磁电流为额定励磁电流时，电动机的转速n、电磁转矩T EM效率η与输出功率之间的关系，即n、T2、n=f(I a)。 直流电动机的机械特性是指电动机的、电磁转矩T EM与电动机的转速n之间的关系，即n=f(T em)。 2.实验接线 图1-1 直流他励电动机实验接线图
3.实验方法 （1）直流电机起动 将电枢回路电阻R1调至最大，励磁回路电阻R f调至最小，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底，即使电动机轻载或空载起动。 （2）电动机转速方向 观察MEL-13上转速显示屏，看电动机是否正转。若电动机反转，应改变电枢电源电压的极性或改变励磁电源电压极性。 （3）工作特性曲线和机械特性曲线的测定 ①电动机的额定状态的调试 直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻R f和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=U N=220V，Ia=I N，n=n N=1600r/min，此时直流电机的励磁电流I f=I fN（额定励磁电流）。 ②工作特性曲线和机械特性曲线的测定 保持U=U N，I f=I fN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流I a、转速n和转矩T2，共取数据7-8组。 （二）直流电动机调速特性的测定 1.直流电动机调速原理是什么？调速方法有哪些？ 根据电动机的转速表达式n=(U-IR)/C eΦ，其中电枢电流I主要是由负载决定，因此只要改变该表达式中的参数U、R、Φ三个参数，就可以改变电动机的转速，相应就有三种调速方法：降低电源电压调速、电枢回路串电阻调速和弱磁调速。 2.实验方法 （1）降低电源电压调速 按上述方法起动直流电机后，将电阻R1调至零，并同时调节负载，电枢电压和磁场调节电阻R f，使电机的U=U N，I a=0.5I N，I f=I fN，记录此时的T2。 保持T2不变，I f=I fN不变，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压U a，R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压U a，转速n和电枢电流I a，共取7-8组数据。 （2）弱磁调速 直流电动机起动后，将电枢调节电阻和磁场调节电阻R f调至零，调节可调直流电源的输出为220V，调节“转矩设定”电位器，使电动机的U=U N，I a=0.5I N，记录此时的T2。 保持T2和U=U N不变，逐次增加磁场电阻R f阻值，直至n=1.3n N(或R f阻值最大)，每次测取电动机的n、I f和I a，共取7-8组数据。 四．实验要求
电机与拖动实验报告 学习中心：江苏南通如皋奥鹏 层次：专升本 专业：电气工程及其自动化 学号： 学生：刘平 完成日期：2015 年3 月9 日 实验报告一 实验名称：单相变压器实验 实验目的：1.通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 2.通过负载实验测取变压器的运行特性。 实验项目：1.空载实验测取空载特性OOOOU=f(l),P=f(U) 。 ____________________________ 2. 短路实验测取短路特性kkkU=f(l),P=f(l) 。 3.负载实验保持11NU=U 2cos1的条件下，测取22U=f(l) (一)填写实验设备表
（二）空载实验 1 ?填写空载实验数据表格表1-1
2.Fe m m 表1-2 （三）短路实验
1. 填写短路实验数据表格 表2 室温= °C （四）负载实验 1. 填写负载实验数据表格 表3 cos 2=1 U i=U=110V （五）问题讨论 1. 什么是绕组的同名端 答：两个具有互感的线圈，在某一端通入电流时，两个线圈产生的磁通方向是相同的，
那两个线头就叫“同名端” 2. 为什么每次实验时都要强调将调压器恢复到起始零位时方可合上电源开关或断开电源开关 答：主要是为了防止在高压下合闸产生较大的冲击损坏设备。其次是因为既然 需要调压器对负载进行调压，那么调压器后面的负载情况就是一个不确定因素，就不能事先预料在较高电压下负载可能情况。因此，就需要从低电压慢慢调高电压，观察负载的情况。而断开电源时，如果负载时隔较大的感性负载，那么在高电压状况下突然停电会产生很高的感应电势。 3. 实验的体会和建议 通过实验学会不在实验时应根据需要正确选择各仪表量程保护实验设备，同时通过实验 我对变压器的参数有了进一步的认识和理解，对变压器的特性有了更具体深刻的体会与学
电机与拖动技术课程设 计报告 （2012—2013学年第一学期） 题目他励直流电动机的调速系统 系别电子与电气工程系 专业电气工程及其自动化 班级 学号 姓名 指导教师韩之刚 完成时间2013年12月26日 评定成绩
目录 摘要 (3) 1、设计的目的和意义 (3) 2、总体设计方案 (3) 2.1并励(他励)直流电动机的起动 (3) 2.2并励(他励)直流电动机的调速 (4) 2.3调速的性能指标 (6) 3.设计过程 (7) 3.1实验设备 (7) 3.2 设备屏上挂件排列顺序 (7) 3.3 设计原理图 (8) 3.4.调速步骤 (8) 4、设计心得 (12) 5．参考文献 (12)
摘要 随着工业的不断发展，电动机的需求会越来越大，电动机的应用越来越广泛，电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳作的模式。而电动机主要应用于工业生产的自动化操作中是电动机的主要应用之一，因此本课程设计课题将主要以在工业中电动机调速方法的应用过程可能用到的各种技术及实施方案为设计方向，为工业生产提供理论依据和实践指导。 关键词：直流电动机调速设计 1、设计的目的和意义 时间是验证真理的唯一标准。通过本次的课程设计更进一步的掌握和了解电动机的调速方法。这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，使我们学会独立思考，是我们在实践中掌握相关知识，能够培养我们的职业技能，课程设计是以任务引领，以工作过程为导向，以活动为载体，给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练、便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高了我们的动手能力。 2、总体设计方案 2.1并励(他励)直流电动机的起动 直流电动机接通电源以后，电动机的转速从零达到稳态转速的过程称为起动过程。对于电动机来讲，我们总希望它的起动转矩大，起动电流小，起动设备简单、经济、可靠。
《电机应用技术》课程标准 课程代码：0404090 适用专业：机电一体化技术 学时/学分：4 编制人：冯凯、王爱花 1．课程概述 1.1课程性质 本课程是高职高专机电一体化技术专业的专业核心课程，具有实践性强、学习任务量大、应用面广的特点，同时该课程也是学生考取中、高级维修电工资格证书、毕业就业的基础。通过本课程的学习，重点培养学生的创新能力和实际动手能力，使学生了解常用电机、变压器的结构、工作原理、使用方法，熟练掌握常用低压电器、基本电气控制电路的结构与工作原理，能对生产机械电气控制线路进行安装与故障检修，适应维修电工的工作要求；该课程要以《机械制图》、《电工电子技术》课程的学习为基础，是进一步学习《PLC应用技术》、《液压与气动技术》、《机电设备维修》和《自动化生产线安装与调试》课程的基础。 1.2设计思路 本课程是依据“2013级机电一体化技术专业人才培养方案”工作任务与职业能力分析中的电气控制系统设计、安装、调试岗位所要求的职业能力而设置的。 课程目标定位参照相应的行业标准和职业资格标准，课程设置的思路是，以职业能力培养为主线科学地构建课程教学体系，在确保理论“必需、够用”的前提下，注重校企合作，工学交替，对课程内容进行归类、整合，形成目标明确、内容实用、理实一体、重在实践的课程模块，重点培养学生的职业能力。转变传统的强调课程理论的系统性和完整性的教学观念，将原来较为单一的“理论教学+实验实训”的课程教学模式，转变为以工作过程系统化为导向的，以任务驱动的，教、学、做一体化的现代职业教育课程教学体系。教学过程中，充分建设利用相应的教学资源，采用多媒体等现代化教学手段，利用图片、动画、视频等增强学生的感性认识，拓宽学生的视野, 改变课堂组织形式，运用多种教学方法，增强课程教学的趣味性，激发了学生的学习兴趣，提高教学效果。 课程内容选择以维修电工岗位能力和素质培养为核心，遵循学生认知的基本规律，以真实的载体和工作任务为依据整合、优化教学内容，从单一的变压器、电动机，到以学院电动伸缩门为载体的基本电气控制线路，再到复杂的机床控制线路，从基本的原理分析、布线，到故障分析与排除，遵循从简单到复杂，由单个逐步到整体的规律，精心设计了4个学习项目。4个学习项目又包含12个工作任务，在教学过程中做到教、学、做的有机融合，把理论学习和实践训练贯穿其中。 2、课程目标 以机电一体化技术专业的工作岗位和职业能力为参照点，以实际生产用真实电动机和实际控制系统为载体，围绕课程内容设置各项教学活动，使学生了解常用电机、变压器的结构、工作原理、使用方法，熟练掌握常用低压电器、基本电气控制电路的结构与工作原理，能对生产机械电气控制线路进行安装与故障检修，能从事维修电工及相关的工作，并养成善于观察、思考的习惯，并具有实事求是的工作态度。 2.1知识目标 ●能了解常用三相异步电动机的工作原理、结构及各主要组成部分的功能； ●掌握三相异步电机的起动、调速和制动方法及对应的电气控制线路； ●熟悉常用的低压电器； ●熟悉常用电气控制线路的组成及工作原理； ●熟悉电气控制线路故障的分析与排除方法。 2.2技能目标 ●会根据不同的要求选择合适的电动机； ●会根据不同的要求选择电动机起动、调速、制动的方法； ●会根据电气原理图连接电机的控制线路；
网络教育学院电机与拖动实验报告 学习中心：汕头市知纳培训中心奥鹏学习中心层次：专升本 专业：电气工程及其自动化 学号： 学生： 完成日期： 2020年03 月01 日
实验报告一 实验名称：单项变压器实验 实验目的：1、通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 2、通过负载实验测取变压器的运行特性。 实验项目：1、空载实验测取空载特性Uo=F(uo), P=F(uo) 2、短路实验测取短路特性Yk=F(Ik), PK=F（I） 3、负载实验保持U I =U1u1，cosφ2=1的条件下，测取U2=F（I2）（一）填写实验设备表
（二）空载实验 1．填写空载实验数据表格 2. 根据上面所得数据计算得到铁损耗Fe P 、励磁电阻m R 、励磁电抗m X 、电压比k
（三）短路实验 1.填写短路实验数据表格 O （四）负载实验 1. 填写负载实验数据表格 （五）问题讨论 1. 什么是绕组的同名端？ 2. 为什么每次实验时都要强调将调压器恢复到起始零位时方可合上电源开关或断开电源开关？ 尽可能避免因万一连线错误而造成短路，烧毁电源。
3. 实验的体会和建议 体会：通过实验我对变压器的参数有了进一步的认识和理解，对变压器的特性有了更具体深刻的体会，同时学会了在实验室应根据需要正确选择各仪表量程保护实验设备。 建议：数据的处理只用表格来进行了，显得比较粗糙，可以用图表来处理，结果会更直观。
实验报告二 实验名称：直流发电机实验 实验目的：掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能 实验项目：空载特性外特性调整特性 （一）填写实验设备表