华中科技大学电机学总结

1、电机学（上）总结第一章导论1、电机的基本概念电机：依据电磁感应定律和电磁力定律实现机电能量或信号转换的电磁装置定子：静止部分；转子：旋转部分；气隙：铁芯与磁极之间的间隙气隙中的磁场分布及其变化规律在能量转换过程中起决定性作用。2、磁场基本量A; BB(T); (Wb); ; o；H(A/m);F(A); B3、磁路定律(1)全电流定律：:HdlHklkkFkk(2)磁路欧姆定律:FRm磁路的磁阻:磁路的磁导:(3)磁路的基氏第一定律:(4)磁路的基氏第二定律:HklkkFkNkikk4、磁化曲线B f（H）H曲线（课本P16 图 1.6)非铁磁材料：B 0 H为直线，°为常数，10

2、7H /m,数值很小铁磁材料，磁化曲线呈现非线性的饱和特性。5、般Fe 0，且Fe不是常数。饱和时，b。不饱和时可认为是常铁耗 pFe :PFePh Pw fBmJ,12(1.21.6），V为铁磁材料的体积,采用硅钢片可减小铁耗。磁滞损耗与磁滞回线的面积成正比。&电感与互感线圈（绕组）的电感L N2 m。铁芯线圈的电感要远大于同匝数的空心线圈 的电感。两个线圈（绕组）间的互感M N1N2 m第二章直流电机一、直流电机的工作原理和基本结构1、换向器式直流电机的工作原理：直流电机电枢绕组所感应的电动势是极性交替变化的交流电动势， 换向器配合电刷的作用把交流电动势“换向”成极性恒定的直流电动

3、势。只要电枢与主磁极空间相对静止，电刷两端所得电势即为直流电。2、主要结构定子转子（电枢）主磁极、机座、电刷、换向极电枢铁心、电枢绕组、换向器定子机座兼做定子主磁路的一部分，因其中磁场是固定不变的，故采用铸钢 或厚钢板加工（无铁耗）转子铁心因旋转，与气隙主磁场（空间静止）有相对切割运动，其间会有铁 耗，故采用硅钢片叠成。3、额定值额定功率Pn2nn(rad / s)60发电机：PnU N 1 N电动机：PnU N 1 N N二、电枢绕组特点1、直流电机电枢绕组必为闭合绕组。2、电刷的安放：（1）原则：正、负电刷间空载合成电势最大。（2）位置：应放在换向器的几何中性线上（与电枢几何中性线处的导体

4、连通）（3）组数：恒等于电机极数2p3、单叠绕组的并联支路数2&=电机极数2p。4、电刷为电枢表面导体电流的分界线5、 电枢电流la=每条支路电流（即线圈电流）并联支路数2a。三、直流电机的磁场1、空载磁场：直流电机空载时的磁场称为空载磁场。空载磁场仅由主磁极励磁磁动势（对 应励磁电流If ）单独建立。了解空载气隙磁场大小沿电机气隙圆周的分布波形2、负载磁场：（1） 直流电机负载时的气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动势（对应电枢电流la） 共同建立。（2）电枢磁场：由电枢磁动势（或电枢电流）所单独建立电枢磁动势和电枢磁场的轴线总是位于电刷对应于电枢表面上的位置。当电刷位于几何中性线时：电枢

5、磁动势和电枢磁场的轴线刚好位于电枢交轴（与主极轴线相正交的位置），只产生交轴电枢磁动势和交轴电枢磁场。当电刷偏离几何中性线时：电枢磁动势和电枢磁场的轴线也偏离电枢交轴， 同时产生交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势（与主极轴线相平行的位置），相应地也同时产生交轴电枢磁场和直轴电枢磁场。（3）直流电机电枢反应负载时，电枢磁动势对主极磁场的影响为电枢反应。交轴电枢反应：由交轴电枢磁动势产生 a、使气隙磁场分布波形发生畸变；b、铁心饱和时呈去磁作用。直轴电枢反应：由直轴电枢磁动势产生，直轴去磁或直轴助磁。四、电枢电动势与电磁转矩电枢电动势为正负电刷间电动势 Ea -PN n CE n60a电磁转矩Tem

6、"PNI a CT I a2 a:正负电刷间一个极面下的磁通量，【wbCt30cN:电枢绕组总导体数，N 总元件数S每元件匝数Ny 2五、直流电机的基本方程和运行特性1、按励磁方式分类：他励I la,与If无关串励I la If并励：发电机Ia I If 电动机I Ia I f9+/- 9 ? I V - 9U - ? ? + V（a）（b）（c）（d）直流迫功机各种励磁方式的接线图（a）地励（b）并励励（复励2、直流电机运行方式的判别及运行特点（1）当E>U时，为发电机运行：la与E同方向，故发出电功率；Tem与n反方向，Tem为制动转矩，故吸收机械功率；la与U反方向，U与

7、E反方向（2）当E<U时，为电动机运行：la与E反方向，故吸收电功率；Tem与n同方向，Tem为驱动转矩，故发出机械功率； la与U同方向。（3）当E=U时，为原动机拖动空转的发电机或；理想空转的电动机3、直流电动机基本平衡方程式：（1）电势方程：U E IaRa（2）功率流程图PgP U I效率 二氏100%当可变损耗等于不变损耗时，效率最大P电磁功率：Pem E Ia T°m发电机、电动机均适用（3）转矩平衡方程：PmecPFePad并励电动机的工作特性nonN转矩调整率：nN很小，基本接近于恒速电动机4、直流电动机工作特性U Un下，n,Tem,f（P2）（1）并励电动机

8、100%使用时，励磁绕组不得开路。否则会“飞速”（有剩磁且空载或轻载时） 或停转产生电枢大电流（无剩磁或有剩磁但重载时）。(2) 串励电动机申励电动机的工作特M转矩调整率：n 旦旦 100%很大。接近于恒功率电动机nN使用时，不得空载或轻载运行，否则会“飞速”5、直流电动机的机械特性：n f(Tem)(1) 并励电动机数学描述：nRj为串入电枢回路的调节电阻，用于改变机械特性的形状。Rj =0时为自然机械特性，R工0为人工机械特性。?并励电动机的自然机械特性接近于水平线，称为硬特性。(2) 串励电动机数学描述nClUC2(&Rj)V Tem6、电力拖动机组稳定运行的条件稳定运行的条件及

9、判据：在电动机机械特性和负载总制动转矩机械特性两条特性曲线的交点处，当 (T) (Tem Tl) 0或dTem 匹 时是稳定 dndndn dn的；当(T) (TemTl)0或 dTem匹 时是不稳定的；当 理理 时dnd ndndndn dn是稳定运行的极限。只要电动机机械特性满足dTem 0,即是下降的机械特性，贝唯稳定运 dn行。六、直流电动机起动1电气性能要求：起动电流小。起动转矩大2、起动方法(1)直接起动:1stlaRa，适用于小电机(2)电枢回路串电阻起动:1stURaRst(3) 降压起动：只降电枢端电压，而不能降励磁电压七、直流电动机调速1调速方法UCeRa Rj2CeCt

10、Tem可知，调速方法有三种（1）变 ，即改变励磁磁场（改变励磁电流）调速P2 T2基本不变，经济性较好RfIflaR UlRjn此调速方法最适用于他励电动机中，这样励磁磁场可不受电枢端电压的影 响。*2、调速计算题的求解：对调速瞬间分析出发点是n不能突变，而新的稳态时分析出发点是转矩平衡！3、改变电动机转向的方法原理：电动机中n与Tem同转向，故改变n方法，即改变Tem方向（1）将励磁绕组两端对调，即改变励磁电流方向（2）将电枢绕组两端对调，即改变电枢电流方向。此两种方向只能用其一，不可同时用，否则转向不变。4、直流电动机的制动电磁制动：电磁力矩与转子转向相反，即为电磁制动。常用的电磁制动方法

11、：（1）能耗制动（2）反接制动（3）回馈制动第三章变压器、结构、额定值1、结构：闭合铁心上套有不同匝数的绕组，采用闭合铁心以降低磁阻，减少励 磁电流，采用硅钢片以减小铁耗。2、额定值UlN,U2N,hN,l2N在三相中均为线值单相：SN U1N 1 1N U 2N 1 2N U1N 1 1N U 2N 1 2N三相：Sn 3U1n I1N 3U 2N 1 2N3U 1N I1N3U 2N 1 2N注意丫接法还是接法。U2N的定义：在一次侧加额定电压时二次测的空载线电压。、基础理论1、空载物理情况itt - - V| d*P dtc亍* M旳/ dfE1U1 |E.2fN1,2fN1 lom 2

12、 fN12 A主磁通，同时与一、二次侧绕组相交链U1l U122 fN1 A Xm A励磁电抗Xm 2 fN；-,反映了主磁通的作用，对已制成的变压器一次侧漏电抗X12 fN12 1二次侧漏电抗X22 fN| 2空载等效电路:变压器空戦时的等敕転購2、负载时(1) 正方向确疋(2) 基本方程式E &乙(乙 r jX!)E &Z2(Z2 R2 jX2)I& &/kkE&2E &ZmU2 &Zl(3) 绕组折算原则：未折算侧各量均保持不变，电磁关系和能量关系也不变，使等效电 压比为1E2 叫 E2 kE2N2R'2k2R2X'

13、2k2X2X'l k2XL(4) 折算后基本方程&E &Z1U2 E &z2 & & &E EE &0ZmU2 &Zl(5)等效电路T型等效电路:r型等效电路:简化等效电路A & 兀 K x /；(6)参数测定 空载试验根据变压器的空载试验可以求得变比k、空载损耗p。、空载电流I。以及励磁阻抗Z由于Zm? Z!，可忽略乙，则有:励磁阻抗Zm S/I。励磁电阻RmP0 / 1 0励磁电抗Xm z； Rm注：为了安全和方便，一般空载实验在低压方进行 短路试验根据变压器的短路试验可以求得变压器的负载损耗、短路阻抗Zk短路

14、阻抗ZkUk/Ik短路电阻RkPk/lf短路电抗XkZ戌注：短路试验一般在高压方进行(7)标幺值标准：电压基值：额定相电压电流基值：额定相电流功率基值：额定视在功率* LJ i*相电压、相电流标幺值:Ui ； U2U 1 N* I 1*Il ；12I1 N短路阻抗标幺值:r* I 1 NZ1krZ1k； Z2kU1 N1 2 N Z2kU2在低压侧加额定电压U2N做空载试验;在高压侧加短路电流IiN做短路试验计算大题常考公式：*UoUo*11 0*P)P)U 2N1 01 2NSN*UkUk*Ik*PkPkU 1N1 k1 1NSN励磁参数标幺值短路参数标幺值*Zm*RmXmU0*I0*P0.

15、zm2Rm2*RkXk注:三相时Rm幕，31 0Uk*Ik*Pk*R*£I'm3I*203、运行性能(1) 电压变化率定义：一次侧绕组施加额定电压、负载大小I 2及其功率因数COS © 2 一定时, 二次侧空载电压U2o与负载电压U2之差与二次侧额定之比，通常用百分数表示。U (U20 U2)/U2n 100% (U2N U2)/U2n 100% (1 u2)100%U(Rk cos 2 Xksin 2) 100%式中，B =I 2/ I 2N称为负载系数。感性负载时， U > 0,二次侧端电压U2随负载电流12的增大而下降； 容性负载时， U可能小于0, 二

16、次侧端电压可能随负载电流 I 2的增加而 升高。(2) 效率(旦)100% (1P2Sn COS 2P。PkN)100%12 Sn COS 2I 2 Sn COS 2P0*212 PkN最大效率点：当可变损耗等于不变损耗时。、三相变压器1、连接组2、时钟表示法uuuuuur联接组号=Eao滞后于Eao相角 °-30o同名端确认法：找平行的一、二次侧电压（注意联接组形式），看符号顺序（同顺序、同名端），看箭头方向。3、绕组连接法对空载电动势波形影响Yy:三相组式不能采用Yy连接三相芯式可以采用， 3沿空气闭合（接近正弦波）Dy: io 3不是正弦波（尖顶波），其他都是正弦波。在芯式、组

17、式都可用Yd:合成3大大减小，接近正弦波。4、并联运行（P151）（1）并联运行最理想情况有： 空载时，各台变压器二次测之间没有环流 负载时，各台变压器所承担的负载电流按它们的额定容量成正比地分配 负载时，各变压器二次测电流同相位（2）各台变压器必须具备下列三个条件：各台变压器一次侧与二次测线电压比相等；各台变压器的连接组标号相同各台变压器短路阻抗标幺值相等，且短路电阻与短路电抗之比也应相等。四、不对称运行1、对称分量法把一组不对称的三相电压或电流看成三组同频率的对称的电压或电流的叠加, 后者称为前者的对称分量。&A &A &A &A&B & &

18、amp;B &&C &C &C &0&B&-(&a&a2&)2&A;&3&B2&A 其中：$4详&3(IA-(I&Aa2l电a&)&A&0 &C&&l&)32、等效电路I遲%I12；*£ki0000i>止序茅效电路负号竽数龟席车岸制t电路3、序阻抗Zk Zk Z k0 Z k , Z m Z m三相组式：Zmo Zm Zm Zm ? Zk三相芯式：Zmo = Zm Zm Zm ? Zr五、自耦变压

19、器特点：（1）计算容量小于额定容量，体积小、材料少（2）短路电流大，突然短路时电动力大，必须加强机械结构（3）高压方的过电压会串入低压方绕组。六、互感器1、电流互感器由于设计磁密很低，BV0.2T，励磁电流很小，近似认为励磁支路开路，由 磁势平衡关系有：匕巴丨2 Ni电流互感器运行时二次侧不能开路。2、电压互感器Ui NiU2 N2电压互感器运行时二次测不能短路。第四章 交流电机绕组的基本理论、基本要求（1）绕组产生的电动势（磁动势）接近正弦波（2）三相绕组的基波电动势（磁动势）必须对称（3）在导体数一定时能获较大的基波电动势（磁动势） 二、常用参数槽距电角ip 360°Z槽距角Z（

20、 Z :电机槽数）电角度=p*机械角度 每极每相槽数q Z5 3,为交流绕组相数）2mp极距 二Z-（槽）二_（米）2p2p单层绕组每相最大并联支路数a=p双侧绕组每相最大并联支路数a=2p、电动势(1)基波电动势导体电动势Ed r12.22 f线圈电动势Ey1 2NcEdSin(上三)2NcEc1ky1短距系数ky!sin（凶 ）线圈组电动势.q 1 Sin - E qE2-q1y11qsin 2qEy1 kq1分布系数kq1 q 1sin21 qsin -2相电动势4.44fNkN1 1绕组系数ky1kq1对于双层绕组:N Ama(2) 高次谐波磁动势极对数:Pv vp极距:转速：nvni频率：fv短距系数kyvsin分布系数kqvqsin 1绕组系数kNvk kyv qv电动势 E v 4.44fvNkNv v(3) 削弱谐波电动势； 使气隙中磁场分布尽可能接近正弦波 采用对称三相绕组，消除3及3的倍数次谐波 采用短距绕组采用分布绕组四、磁动势1、