电机与拖动知识点总结

编辑：文钰 2026-09-17 15:27 浏览：2 次

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1、电机与拖动知识点总结（电机与拖动基础知识点） 2、电机与拖动基础知识点 3、电机拖动基础知识点总结 4、电机与拖动基础第四版知识点总结 5、电机与拖动公式总结

电机与拖动知识点总结（电机与拖动基础知识点）

哈尔滨工业大学控制科学与工程专业考研经验分享

本人本科哈尔滨工业大学自动化专业，考研上岸学硕控制科学与工程专业，研究方向是控制理论与控制工程，初试分数380多，复试分数270分，哈尔滨工业大学初试和复试分数比为7:3，初试分数占比极大，决定了你是否能够上岸，根据最近几年的上岸名单来说，一般初试成绩排名在招生名额之内的基本都会被录取，目前几年并没有发生复试逆袭情况，因此哈尔滨工业大学可以说是一所宝藏大学，并且在复试过程中哈尔滨工业大学并不歧视双非，极为保护一志愿，调剂名额基本只从进入复试名单的人员中选取，欢迎大家报考哈尔滨工业大学，学长在这里和大家分享一下我的上岸经验。一、关于择校和选定专业

为什么我会选择哈尔滨工业大学呢？我是在三月末开始选择学校的，一开始准备在华中科技大学和北京理工大学中选一个，但是最后综合考虑了一下这两个学校的录取分数，报录比等信息后决定还是报考我原来的本科大学——哈尔滨工业大学，因为近些年来疫情的原因，考研人数逐年上涨，考研人的竞争压力也越来越大，因为害怕失败所以我选取了我最熟悉的学校，也就是哈尔滨工业大学，不得不说哈尔滨工业大学无论是在录取人数还是考试难度上都远低于那两所大学，再加上我最熟悉的专业课，我实在不知道会有什么阻挡我上岸。如果你想选取一所985/211作为你的研究生学校，又害怕南方985大学竞争压力大，那么哈尔滨工业大学一定是你的首选！说了这么多可能大家对于哈尔滨工业大学的上岸难度还是没有一个清晰的认识吧，那么在这里学长会为你们列出严谨的数据，哈尔滨工业大学在2021年控制方向学硕招生27人，专硕方向电子信息招生65人，2021年学硕最低录取分数线为311分，专硕最低录取分数线为338分，可以说2021年学硕是一个很好的捡漏专业了，311分的985研究生你值得拥有！！！2022年哈尔滨工业大学更改了自己的招生简章，将通信工程学院电子信息专硕变更为了控制工程、新一代电子信息、通信工程三个专业，分别招生25、25、20,2022年哈尔滨工业大学学硕控制科学与工程最低录取分数为361分，控制工程最低录取分数为363分，通信工程最低录取分数为310分，新一代电子信息技术最低录取分数为319分，可以看到专硕通信工程和新一代电子信息分数对于一所985大学来说简直低的离谱，那么你有什么理由不选择如此的宝藏学校呢。（对了哈尔滨工业大学进入复试是按照1:1.3进入复试）下面我将再为大家介绍吧一项数据，那就是大家都很关注的报录比信息，2021年哈尔滨工业大学控制科学与工程报录比225:19，2022年报录比为261:20，2021年哈尔滨工业大学电子信息专硕报录比为641:65，2022年变更后专业控制工程报录比为265:25，几乎每一个专业都是10:1的录取，我认为作为一所985学校来说，这个竞争已经足够小了。二、初试经验介绍

考研英语：首先我们来谈一谈英语这么课的复习，英语是一门从头到尾你都必须认真准备和学习的科目，无论你四级还是六级分数有多高，考研英语一定要认真准备，因为真的不一样，英语复习最重要的就是记单词，只要你还在考研，那么每一天你都要认真记单词，熟练以后一天至少200个单词，当达到这个地步以后你做英语阅读会觉得几乎所有单词都有印象，是的仅仅是由印象而已，你还需要进一步在文章中去熟悉他们，其实做多了英语阅读就会发现实际上英语阅读的常用单词也就那些，个人不推荐记生僻词，因为根本记不住的。再者就是英语的语法问题，这里推荐跟着那些考研名师学习，完成这些基础工作后就可以开始训练真题了，英语没有别的捷径，手熟尔，做多了你自然会做。考研数学：接下来我们来讲一讲数学的学习，数学的学习学长是跟着张宇学习的，不得不说张宇讲课还是蛮有意思的，他出的题也不错，可能许多其他的经验贴会和你说如何如何复习考研数学，在这里我不会教你这样做，考研数学对于绝大多数学子来说都是一场痛，我为数学付出了90%的时间，到头来收获约等于没有，实际上我觉得大多数人都过于看重考研数学了，当然这是没错的，我只是想说你考研的时候首先要认清自己的能力。数学这玩意不是你说你做了你就会的，它需要天赋，对于考吉大来说考研数学100分就算胜利，因为上岸的大多数吉大学子考研数学都是90几分罢了，不客气的说你考吉大，数学100分那么已经超过能上岸的人里的一半了，为了这100分天天学，甚至耽误了其他学科的复习，你自己可以想一想值不值（那些考其他名校其他专业的不包含在内，我只针对考哈尔滨工业大学控制学科的人提出此建议，认为数学100分超过很多人很夸张的人可以自行移步哈尔滨工业大学通信学院官网查询）。在我看来与其花这么长时间在数学上不如多学学英语、政治、专业课。考研政治：政治的复习没什么好所的，看徐涛的课程，做肖秀荣的1000题，1000题多刷几遍，背诵部分只背诵肖秀荣4套卷，全部背熟，有一些人说2022年也就是今年肖秀荣翻车了，但我认为并不是因为我只背了4套卷，最后考研政治答题全部答了，得到了一个很不错的分数，有人人觉得不是原题就是翻车，这是极其愚蠢的。背了那么多，怎么着也能套一套做做题目了，想等着肖秀荣全部撞车原题，原问然后考高分的人可以洗洗睡了，背诵带着脑袋去背。由于我对于政治学科分数的要求不是很高，大致在70+，所以我没有很早开始政治的备考。我是从大致8月份开始政治的学习，前期主要是视频的学习，一天基本就是1个小时左右。在这里，其实我觉得在经历视频的学习后，自己在政治备考中并没有一些实质性的进步。不过这个还是看个人的复习进度，如果政治开始较早，视频可以全部进行学习，如果和我一样进度较慢，那么可以有选择的去看，不要精益求精而顾此失彼。后续比较重要的便是腿姐的书了，前面的知识点一定要熟练，可以配上肖老的1000题进行练习。在这里一定要注意复盘，第二天在练习以及背诵知识点时一定要回顾前一天的知识点，我当时就是犯了只去做题而不去复盘，导致自己在练习完后许多知识点都掌握不老。最后便是最后两个月的复习了，这个时间点可以说是政治要给出一大部分时间了，去背诵和记忆。可以说，这两个月是你提升政治分数的黄金期。我大多数知识点便是在这两个月中背诵记忆的，最后也拿到了70+的成绩。考研专业课：最后最重要的就是专业课的复习了，哈尔滨工业大学控制科学与工程和控制工程专业的专业课都是自动控制原理901，参考书目是胡寿松的《自动控制原理》，和多尔夫的《现代控制理论》，哈尔滨工业大学的专业课是很简单的，历年来高分不断，今年的专业课平均分更是高达130几分。因此对于想要上岸哈尔滨工业大学的学子来说，最重要的就是专业课的学习。在这里，学长以及为大家总结好了哈尔滨工业大学常考题型，下面会写给大家，我先来讲一讲自动控制原理901的具体复习流程，自动控制原理901自动控制部分我推荐卢京潮教授的视频，相信控制专业上岸的没几个不看卢教授视频的吧，在这里我要说一句卢教授，永远的神！卢老的视频一共80个，一天看两个视频差不多是1.5个小时，看完将视频里面的例题学会就可以了，不用做别的题目，至少考吉大是这样的，现代控制理论我推荐石群的课，也很强，当学完基础知识之后就可以开始做真题了（记住是做真题，那些什么模拟题，题海真的是浪费时间，不符合吉大出题风格的题做1万道也是白搭），真题我建议计时答题，因为自控的计算量是相当大的，做的不熟练的话很容易完不成，一定要每一套都计时答题。901考自动控制原理和现代控制理论两本书，自动控制原理的话一般是连续系统部分：第一题根据方框图求传递函数，画信号流图(要会将方框图转化为信号流图) ；第二题是根轨迹问题 (根轨迹中要会话零度根轨迹，180根轨迹以及参数根轨迹，画完根轨迹要回会求系统临界稳定时的k增益，根轨迹问题中某些年份会要求你证明根轨迹是圆，这个必须要会)；频域内问题：第三题是频域内画bode图奈奎斯特曲线(或者是根据已有bode图推导系统的开环传递函数)，还会让你求系统的幅值裕度和相角裕度；非线性系统：第四题是非线性系统分析，一般考描述函数法，相平面法已经很多年没考过了，要会画来奈奎斯特图以及负倒描述函数图，以及对某些特定负倒描述函数求导知道其取极值时的A值。离散系统：第五题是离散系统，一般也是求脉冲传递函数，系统响应，以及求离散系统的超调量，调节时间。(一定要掌握离散系统传递函数的推导方法，看情况使用梅森增益公式求脉冲传函，因为在离散系统有些时候是不能直接使用梅森的) 自动控制原理部分一般出5题或者6题(都是前面的内容，只不过有时候会将一道题变成两道)另外最重要的我们本科老师说过也许会出系统校正方面的题，但最近几年没出，可是你一定要会，掌握串联超前串联滞后滞后超前校正。现代控制理论是3题一般考求状态空间表达式，画状态变量图，判断系统的可观性可控性。第二题是求状态反馈矩阵，输出反馈矩阵，求全维观测器或者降维观测器(降维很重要，连续两年考了)，然后画出你设计的观测器的图。第三题一般都是一个简单的李雅普诺夫问题，让你求平衡状态，写李氏函数，用李雅普诺夫第二方法判断系统稳定性。三、复试经验

哈尔滨工业大学的复试分为英语面试，综合面试和最后的抽题环节，英语面试的话就是让你准备一份英文自我介绍，当你介绍完自己后考官会问你几个问题，在这里为吉大点赞，因为不会问你特别难问题，基本上都是介绍一下你的家乡，考上研究生后得打算之类的非常常规的问题。然后就会进入下一轮面试——综合面试，综合面试也要自我介绍，是中文的自我介绍，自我介绍完了就会根据你的自我介绍问几个问题，一般就是本科期间做过什么项目，为什么报考哈尔滨工业大学，你对哈尔滨工业大学怎么看，就像聊天一样。最后就是抽题环节了，这个环节的话很看运气了，因为哈尔滨工业大学复试抽题范围非常广，包括《自动控制原理》、《电路》、《模拟电路》、《数字电路》、《电机与拖动》、《过程控制》、《51单片机》、《飞思卡尔单片机》、《微机接口》、《电力拖动自动控制系统》、《计算机控制系统》、《电力电子技术》，这个时候建议你们找到直系的学姐或者学长去询问他们有没有资料，当年老师问过他们什么问题。就算不会答也没事，因为今年我老师告诉我后面面试的人很多都没回答上来，因为问了电力电子有关的问题。尽力准备就好。一般来说记住自动控制原理里面的简答题和概念就可以了，以《自动控制原理》、《电力拖动自动控制系统》、《计算机控制系统》为主进行复试复习就可以了。因为近些年疫情原因，吉大不进行笔试，但不排除今年会笔试，笔试的话考《计算机控制系统》和《电力拖动自动控制系统》。四、最后结语

在备考大工的日子里，没有太多的拼命，有的只是平淡的学习，每天的坚持，和周边的人一起努力，一起奋斗，在上岸的那一刻，是意料之中，是对自己努力的肯定。另外在备考的过程中，我们不免会遇到挫折，但是只要你坚持下去了，努力了，最后的结果不会让你失望的。在当下考研竞争较为激烈的情况下，大工，对于自动化专业考研人来说，无疑是一个比较良好的选择，只要你努力奋斗，相信我们会在大工相见。加油！

电机与拖动基础知识点

《电机学》重点在于电机，电磁方面讲述的比较多，而且内容很抽象，在电机方面很深刻。。而电机与拖动基础，，讲述的电机知识稍微浅显，在磁方面讲述很少，，还有很大一部分知识是关于电机的应用，即拖动方面的。。

电机拖动基础知识点总结

第二章直流电机(DC machine)本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理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电动机的工作特性和直流发电机的运行特性2.1 直流电机的工作原理及结构(basic operation principle and structure of DC machine)一、直流电机的工作原理(basic operation principle)1. 直流电动机：实质上是一台装有换向装置的交流电动机；直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来，f=BiL 。在直流电动机中，线圈中的电流是交变的，但产生的电磁转矩方向是恒定的。把电刷A 、B 接到直流电源上，电刷A 接正极，电刷B 接负极。此时电枢线圈中将有电流流过。如图1。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。图1 图2当电枢旋转到图2所示位置时, 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。2. 直流发电机：实质上是一台装有换向装置的交流发电机；原理：导体切割磁力线产生感应电动势，e=BLV；原动机驱动电机转子逆时针旋转，如图3。图3 图4转过1800后如图4。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。和电刷A 接触的导体总是位于N 极下，和电刷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。线圈中的电动势及电流的方向是交变的，只是经过电刷和换向片的整流作用，才使外电路得到方向不变的直流电。直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。3. 直流电机的可逆性：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，只是外界条件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。二、直流电机的结构(basic structure)1. 定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置； 2. 转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴。 3. 气隙**注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。主极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场, 使电枢绕祖在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩.电枢绕组是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。直流电机的主要结构定子主磁极换向磁极电刷装置机座端盖电枢铁心电枢绕组换向器转轴轴承转子2.2直流电机的铭牌数据(type and rated values)1. 型号：机座号第二次改型设计直流2. 额定值①额定功率：额定条件下电机所能提供的功率。发电机P N ：指电刷间输出的额定电功率；电动机P N ：指轴上输出的机械功率。②额定电压：U N ；在额定工况下，电机出线端的平均电压。发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。③额定电流：I N ；在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流。 ④额定转速：n N ；在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速。 ⑤额定值之间的关系：发电机：额定容量P N = UN IN ；电动机：额定功率P N = UN I N ηN 。⑥额定励磁电压：U F n ；额定励磁电流：I f N ；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。励磁方式：指直流电机的励磁线圈与电枢线圈的连接方式。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。2.3 直流电机的绕组(introduction of armature winding)说明电枢绕组的绕法及基本概念。电枢绕组是直流电机的核心部分，在电机的机电能量转换过程中起着重要的作用。电枢绕组须满足以下要求：● 在能通过规定的电流和产生足够的电动势前提下，尽可能节省有色金属和绝缘材料，● 并且要结构简单、运行可靠等。一、简单绕组1. 直流电枢绕组基本知识元件：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τ 表示。τ=πD 2p也可用槽数表示，τ=Z 2p（槽），式中Z 为电枢总槽数。元件节距y 1（第一节距）：元件两条边的距离，以槽数计，总是整数。换向器节距y k ：通常用换向片数K 来表示。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。2. 举例 P25-26 图2-12 、图2-131) 原理图 2)展开图 3)元件连接顺序表二、绕组的基本形式 1. 单叠绕组元件依次相连，元件的出线端接到相邻的换向片上， yk =1，第一个元件的下层边（虚线）连接着第二个元件的上层边，它放在第一元件上层边相邻的第二个槽内。单叠绕组的特点：（1）元件的两个出线端联接于相邻两个换向片上。（2）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与并联支路数相同。（3）整个电枢绕组的闭合回路中，感应电动势的总和为零，绕组内部无“环流”。（4）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。（5）正负电刷之间引出的电动势即为每一支路的电动势，电枢电压等于支路电压。（6）由正负电刷引出的电枢电流为各支路电流之和。 2. 单波绕组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，其末尾所在边的换向片落在与起始的换向片相邻的位置。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。相同元件数时，叠绕组并联支路数多，每条支路里串联元件数少，适用于较低电压、较大电流的电机。对于单波绕组，支路对数永远等于1，每条支路里所包含的元件数较多，所以这种绕组适应于较高电压、较小电流的电机。至于大容量的电机，可以采用混合绕组。2.4直流电机的励磁方式及磁场(exciting methods and magnetic field) 一、直流电机的励磁方式(exciting methods) 1. 定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式； 2. 分类：分为：他励式、并励式、串励式和复励式。1）他励式：励磁电流由其他直流电源单独供给，励磁绕组和电枢绕组相互独立。 2）自励式：顾名思义，励磁电流由电机自身供给。而根据自励方式即电枢绕组和励磁绕组的连接方式的不同，自励式又分为串励式、并励式和复励式：（1）串励式：电枢绕组和励磁绕组相串联，满足：I =I a =I f （2）并励式：电枢绕组和励磁绕组相并联，满足：U f =U a I =I a -I f 他励：励磁电流较稳定；并励：励磁电流随电枢端电压而变；串励：励磁电流随负载而变，由于励磁电流大，励磁绕组的匝数少而导线截面积较大；复励：以并励绕组为主，以串励绕组为辅。**说明：为了减小体积，小型直流电机采用永磁式。他励：以电动机为例。自励：以发电机为例。二、直流电机的空载磁场（magnetic field with no-load）空载：发电机出线端没有电流输出，电动机轴上不带机械负载，即电枢电流为零的状态。这时的气隙磁场，只由主极的励磁电流所建立，所以直流电机空载时的气隙磁场，又称励磁磁场。主磁通：经过主磁极、气隙、电枢铁心及机座构成磁回路。它同时与励磁绕组及电枢绕组交链，能在电枢绕组中感应电动势和产生电磁转矩，称为主磁通Φ0。漏磁通：仅交链励磁绕组本身，不进入电枢铁心，不和电枢绕组相交链，不能在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转矩，称为漏磁通Φσ。特点：1）由同一个磁动势所产生2）所走的路径不同，导致它们对应磁路上所产生的磁场的分布规律不同，气隙磁场的大小和分布直接关系到电机的运行性能。漏磁通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路主磁通磁力线由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 极主磁路直流电机中，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%。为了感应电动势或产生电磁转矩，直流电机Φ0气隙中需要有一定量的每极磁通Φ0 ，空载时，气隙磁通Φ0与空载磁动势F f 0或空载励磁电ΦN流I f 0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ΦN 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。三、直流电机负载时的磁场及电枢反应（magnetic field with load and armature reaction ） 1. 概述空载：气隙中磁场仅由主磁场的励磁磁动势产生（F f =Nf I f ）负载：负载时的气隙磁场F f +电枢磁动势fN f 0N电枢反应定义：电枢磁动势对励磁磁动势的作用使气隙中的磁场发生变化。 2. 主磁场：以主磁极的轴线对称分布Φσ：只增加磁路饱和作用几何中性线：两相邻主磁极的轴线对称分布，此处B=0； If→F f →Φ0物理中性线：B=0处的直线位置3. 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。电枢磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。电刷在几何中性线时的电枢反应的特点： 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α 角，磁通密度的曲线与空载时不同。2) 对主磁场起去磁作用磁路不饱和时，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去磁性质。2.5 电枢电动势和电磁转矩(electromotive force and electromagnetic torque)一. 电枢电动势：电枢电动势是指直流电机正负电刷之间的感应电动势，也就是电枢绕组里每条并联支路的感应电动势。可以先求一根导体的在一个极距范围内所产生的平均电动势，再求一条支路的。一个磁极极距范围内，平均磁密用B av 表示，极距为τ，电枢的轴向有效长度为l ，每极磁通为Ф，则B av =Φτl。一根导体的平均电动势为：e av =B av lv 又因为：v =2p τn 60，所以：e av =2p Φn因为一条支路里的串联总导体数是，电枢电动势为：E a ==pN 60a60N。2a（N 为电枢总导体数，N =2SN y ），于N 2ae av =N 2a2p Φn 60pN 60aΦn =C e Φn式中，C e =是一个常数，称为电动势常数。二. 电磁转矩：如果电动势和发电机相关，电磁转矩和电动机可以联系在一起，求解电磁转矩的过程和求解电动势类似。1）先求一个导体的平均电磁力：f av =B av l i a ；2）平均电磁力乘以电枢的半径，即得到一根导体所受的平均转矩：T x =f av 3）电机总的电磁转矩则为：T =B av l =pN 2πaD 2；I a 2aND 2=Φl τlI a 2aN2p τ2πpN 2πaΦI a =C T ΦI a式中：C T =是一个常数，称为转矩常数，I a =2ai a 是电枢总电流。电磁转矩的大小正比与每极磁通和电枢电流。C e ，C T对于一个具体的电机而言，是一个常数，并且通过换算，两者之间有一C T C e=602π=9.55固定的关系：或C T =9.55C e 。三、直流电机的电磁功率：P M =E a I a =C e ΦnI a ==pN 2πaΦI a Ω=T ΩpN 60aΦ60Ω2πI a直流发电机和直流电动机的电枢电动势和电磁转矩的比较：2.6 直流电机的运行原理(operation principle of DC machine)一、直流电机的基本方程(basic equation of DC machine) 1. 电动势平衡方程(electromotive force balance equation)E a =U ±I a R a ±2U b式中：R a ：电枢回路总电阻；U =I f (r f +r Ω) =I f R f E a =C e Φn2U b：正、负电刷电压降，一般为0.6～2伏；发电机：取“+”；电动机：取“-”；忽略电刷压降，则E a=U ±I a R a**发电机：E a >U ；电动机：E aaI aE II发电机电动机2. 转矩平衡方程(torque balance equation)T em =C T ΦI a1. 发电机：T em =T 1-T 0 2. 电动机：T em =T 2+T 03. 直流电机的功率平衡方程(power balance equation) 1) 电动机电能→机械能电动机：P em =P 1-p Cua -p Cuf -p bP 2=P em -p 0=P 1-∑p2) 发电机机械能→电能P1 (机)发电机：P em =P 1-p 0P =P em -p Cua -p Cuf -p b =P 1-∑p2 电机效率：η=P 2P 1=1-∑pP +∑2p∑p =p cuf +p cua +p Fe +p m +p ad二、直流电动机的工作特性(operation characteristics of DC motor) 直流电动机的基本方程E a =C e ΦnU =E a +I a R a +2U b ≈E a +I a R aE aT em =C T ΦI aT em =T 2+T 0P em =P 1-p C ua =T em Ω=E a I aP 2=P em -p 0=P em -(p m ec +p Fe +p ad )定义：直流电动机的工作特性，是指在U=UN ，I f =I fN 时, 转速n 、电磁转矩T em 和效率η随输出功率P 2 而变化的关系。实际运行时, 电枢电流I a 可直接测量, I a 和P 2 成正比, 变化趋势大致相同。故可将工作特性表示为n 、T em 、η=f （I a ）。直流电动机的工作特性因励磁方式不同, 差别很大。须分别讨论。 1. 他励（并励）直流电动机的工作特性 1) 转速特性定义：当U =U N 、I f =I fN 时，n =f (I a ) 由方程式可得n =UNC e C T Φ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如图所示。C e Φ-R a C e ΦI an =U C e Φ-R a2T em =n 0-βT em若忽略电枢反应，Φ=C ，则为一直线；**说明：①n0为理想空载转速；②β大，机械特性硬；β小，机械特性软。 2) 转矩特性定义：当U =U N 、I f =I fN 时，T em =f (I a ) 转矩表达式T em =C T ΦN I a考虑电枢反应的作用，转矩上升的速度比电流上升的慢。 3) 效率特性定义：当U =U N 、I f =I fN 时，η=f (I a ) 由方程式可得η=P 1-∑PP 1=1-P 0+R a I a U N I a2损耗分析:结论: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。如上图所示。2. 串励直流电动机的工作特性：由于串励电动机的励磁绕组与电枢串联，所以励磁电流就是电枢电流，即它是随负载的变化而变化的。其工作特性与他（并）励直流电动机的工作特性有所不同。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：Φ=k f I f =k f I a 。 n ηa 1）转速特性：n =U N C e Φ-R a I a C e Φ=U N k f C e I a-R a +R f k f C e2）转矩特性：T em =C T ΦI a =k f C T I a 2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。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。曲线如图所示。串励电动机有较大的起动转矩与过载能力。当生产机械过载时，电动机的转速自动下降，其输出功率变化不大，使电机不致因负载过重而损坏。当负载减轻时，转速又自动上升。电力机车、电车等一类牵引机械大都采用串励电动机拖动。3. 复励直流电动机的工作特性：复励电动机通常接成积复励，它的工作特性介乎并励与串励电动机的特性之间。如果并励磁动势起主要作用，它的工作特性就接近并励电动机；如果串励磁动势起主要作用，它的工作特性就接近串励电动机。因为有并励磁动势的存在，空载时没有飞车的危险，复励电动机的转速特性如图所示。1.并 2.积复 3.串三、直流发电机的特性(characteristics of DC generator) 直流发电机的励磁方式:他励、并励、复励。+I =I aGU -I直流发电机的特性：（1）负载特性当n=常数且I=常数时，U=f (If ) 的关系，其中当I=0时的特性U 0=f (If ) 称为发电机的空载特性。（2）外特性当n=常数且I f =常数或R f =常数时，U=f (I )的关系（3）调节特性当n=常数且U=常数时，I f =f (I ) 的关系。（4）效率曲线（一）空载运行1.他励发电机的空载特性空载时，U =E a 。由于 E a =C e Φn ，因此空载特性实质上就是E a =f (I f ) 。由于E a 正比于Φ，所以空载特性曲线的形状与空载磁化特性曲线相同。直流发电机的空载特性是非线性的，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。空载特性与励磁方式无关。2. 并励直流发电机的自励建压(build up voltage of shunt excitation DC generator)并励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。曲线1为空载特性曲线，曲线2为励磁回路励磁电阻电压Uf=ifRfUU1）自励条件：①电机的磁路必须有剩磁；②电机的转向及励磁绕组与电枢绕组的连接必须正确，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致。③电机的励磁磁路具有饱和特性；④励磁回路的电阻应小于与电机运行转速相对应的临界电阻。 2）励磁回路方程： 3）说明：① ②R f >R CrE 0=U 0=i f R f +L fUfdifdt 磁化曲线；=(i f )=i f R f励磁电阻电压；Uf（磁化曲线与的交点），无固定交点，空载电压不能稳定在某一值上；R f时，E 0=固定值；③转速低时，空载特性下降，R Cr ↓→要求在额定转速下自励建压。（二）负载运行运行特性(operation characteristics)U (E ) =f (I f )1）空载特性：当n =n N ，I =0时，00；磁化曲线 I =C 2）外特性：当n =n N ，f 时，U =f (I ) ；1．直流发电机的外特性：外特性曲线。电流增大时，端电压下降，其原因有两个：⑴负载增大时，电枢反应的去磁作用增强，使每极磁通量减小，从而使电枢电动势减小；⑵电枢回路电阻上的压降随电流增大而增大，从而使端电压下降。U0 U1—他励发电机外特性；2—并励发电机外特性；并励方式下，端电压下降的更快一些：负载增大时，电枢反应的去磁作用增强，使每极磁通量减小，这样不仅影响了电枢电动势，使端电压下降，同时端电压的下降进一步影响励磁电流使之减小，导致电枢电动势双重减小，并励下降的更快一些。**解释：为什么并励比他励发电机的外特性下降得多？原因：一是电枢反应的去磁作用；二是电枢回路总电阻和电刷电阻引起的压降。并励、复励、串励三种励磁方式下外特性的比较。U =U 0-U UNN100%2. 电压变化率：；他励：一般为（5～10）%恒压源并励：一般为20%以上；I =f (I )3. 调整特性：当n =n N ，U =C 时，f ；1—他励发电机调整特性；2—并励发电机调整特性；2.7直流电机的换向(commutation)一、换向过程(commutation process) 1. 换向定义：从+ia 到-i a 的过程； 2. 换向周期：T k ，几毫秒；3. 换向原因：电磁、机械、电化学和电热二、换向元件中的电动势(emf)主要分析电磁原因：换向过程中换向元件的电动势不为零。1. 电抗电动势e r换向元件中，在电流变化时，出现由自感与互感作用所引起的感应电动势，这个电动势称为电抗电动势。从+ia 到-i a →e r =-Ldi dt方向：由楞次定律知，阻碍换向，与换向前相同；2. 电枢反应电动势e a虽然换向元件位于几何中性线处，主磁场的磁密等于零，但是电枢磁场的磁密不等于零。因此换向元件必然切割电枢磁场，产生一种旋转电动势，称为电枢反应电动势。由于电枢反应影响e a =BLv≠0物理中性线偏移几何中性线B≠0由于电枢反应影响e=BLv≠0方向：对换向起阻碍作用，与换向前同，其大小与电机的转速及负载大小有关。三、改善换向的方法(methods) 1. 换向的不良后果：产生火花；产生火花的电磁原因：在换向元件中存在着两个方向相同的电动势e a +e r ，因此在换向元件中，会产生附加的换向电流i K 。由i K 所建立的电磁能量ik 2L r 要释放出来。当这部分能量21足够大时，将以火花的形式从刷边放出。此外还有机械及电化学方面的原因。火花使电刷及换向器表面损坏，严重时将使电机不能正常运行。火花等级：2. 改善换向的方法从产生火花的电磁原因出发，减少换向元件的电抗电动势和电枢反应电动势，就可以有效地改善换向。 ①装设换向磁极； ②增加换向回路的电阻；③电刷移到气隙磁场的物理中性线附近。 ④补偿绕组作业：2-1，2-6，2-15，2-16，2-17，2-18，2-19，2-21

电机与拖动基础第四版知识点总结

《电机与拖动基础》主要介绍了变压器、三相异步电动机、直流电动机的结构特点和基本工作原理，着重分析了三相异步电动机和直流电动机的启动、制动、调速性能及相关的计算，简要介绍了单相异步电动机、同步电机和控制电机的结构特点和基本工作原理、电动机容量选择的基本知识及电机、变压器的使用与维护知识，并且还介绍了与基本理论相关的电机与拖动实验。为加深对基础知识的理解，各章都有精心挑选的例题、思考题和习题以及为便于学生自检、教师测评的自我评估题。

《电机与拖动基础》适于高职高专电气自动化技术、电力系统自动化技术、生产过程自动化技术、机电一体化技术、自动控制电气类等专业使用，也可供各级电工考证人员对电机与拖动基础知识的备考复习之用，还可供有关电气工程技术人员学习参考或作为培训教材。