电机与拖动基础知识总复习资料

电机与拖动基础知识总复习资料电机与拖动基础知识总复习资料电机与拖动基础知识总复习资料,.电机与拖动基础总复习试题种类一、填空题二、选择题四、简答题五、计算题第一章直流电机原理1．直流电动机主要由定子、转子、电刷装置、端盖、轴承、通风冷却系统等部件组成。定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成。转子（又称电枢）由电枢断念、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。2．直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组（叠绕和波绕混杂绕组）。极距、绕组的节距（第一节距、第二节距、合成节距）的看法和关系。单叠绕组把每个主磁极下的元件串通成一条支路，所以其主要特点是绕组的并联支路对数a等于极对数np。电枢反响：直流电机在主极建立了主磁场，当电枢绕组中经过电流时，产生电枢磁动势，也在气隙中建立起电枢磁场。这时电机的气隙中形成由主极磁场和电枢磁场共同作用的合成磁场。这种由电枢磁场引起主磁场畸变的现象称为电枢反响。☆,.6直流电机的励磁方式：☆☆7直流电机的电枢电压方程和电动势UaEaRaIaEaCeΦn：直流电机电磁转矩TCΦIeTa8直流电动机功率方程P1PfPapCufpCuaPempCupFepmpaddP2P2p9直流电机工作特点☆,.10直流电动机励磁回路连接可靠，绝不能够断开☆一旦励磁电流If=0，则电机主磁通将迅速下降至剩磁磁通，若此时电动机负载较轻，电动机的转速将迅速上升，造成“飞车”；若电动机的负载为重载，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电机转速减小，但电枢电流将飞速增大，高出电动机赞同的最大电流值，引起电枢绕组因大电流过热而烧毁。11自励发电方式能否建立空载电压是有三个条件☆☆1）电机必定有剩磁，若是没有须早先进行充磁；2）励磁绕组的极性必定正确，也就是励磁绕组与电枢并联时接线要正确；（3）励磁回路的电阻不能够太大，即其伏安特点的斜率U/If不能够太陡，否则若是伏安特点的斜率太陡，与发电机空载特点交点很低或无交点，就无法建立空载电压。总之，自励发电机的运转第一要在空载阶段建立电压，尔后才能带负载运转。,.12他励直流发电机的外特点☆随着电流的增大，其输出电压下降。这是由于：①随着发电机的负载增加，其电枢反响的去磁效应增强，使每极磁通量减小，以致电枢电动势下降。②电枢回路电阻上的电压将随着电流上升而增大，使发电机的输出电压下降。效率他励直流发电机带负载运转时，其耗费中仅电枢回路的铜耗与电流Ia的平方成正比，称为可变耗费；其他部分耗费与电枢电流没关，称为不变耗费。当负载较小时，Ia也较小，此时发电机的耗费是以不变耗费为主，但因输出功率小而效率低；随着负载增加，P2增大而效率上升，当可变耗费与不变耗费相等时效率达到最大值。☆第二章变压器变压器的基根源理与构造变压器的主要组成是断念和绕组

UU

1E1N1kE2N22,.变压器的额定参数额定电压

U1N

和U2N

额定电流

I1N

和I2N

额定容量

SN单相变压器

SN

U2NI

2N

U1NI1N三相变压器

SN

3U2NI

2N

3U1NI1N一次、二次绕组感觉电动势E1j4.44f1N1ΦmE2j4.44f1N2Φm4变压器负载时的基本方程式和等效电路☆N1I0N1I1N2I2U1E1I1Z1U2E2I2Z2E1I0ZfE1kE2U2I2ZL绕组折算和“T”型等效电路☆将变压器二次绕组折算到一次绕组时，电动势和电压的折算值等于实质值乘以电压比k，电流的折算值等于实质值除以k，而电阻、I0I1I2U1E1I1Z1U2E2I2Z2,.漏电抗及阻抗的折算值等于实质值乘以k2。这样，二次绕组经过折算后，变压器的基本方程式变为解析变压器内部的电磁关系可采用三种方法：基本方程式、等效电路和相量图☆。变压器带负载时的相量图,.变压器的参数测定空载试验调压器TC加上工频的正弦交流电源，调治调压器的输出电压使其等于额定电压U1N，尔后测量U1、I0、U20及空载耗费P0,.由于空载电流I0很小，绕组耗费I02R很小，所以认为变压器空载时的输入功率P0完好用来平衡变压器的断念耗费，即P0≈pFe。☆ZU1RfpFeP0励磁阻抗Z励磁电阻I2I2f0I000励磁电抗XfZfRf2电压比U12kU20(2)短路试验短路试验时，用调压器TC使一次侧电流从零升到额定电流I1N，分别测量其短路电压Ush、短路电流Ish和短路耗费Psh，并记录试验时的室温θ（℃）。,.由于短路试验时外加电压很低，主磁通很小，所以铁耗和励磁电流均可忽略不计，这时输入的功率（短路耗费）Psh能够为完好耗资在绕组的电阻耗费上，即Psh≈ΔpCu。由简化等效电路，依照测量结果，取Ish＝I1N时的数据计算室温下的短路参数。☆短路阻抗ZshUshUsh短路电阻RshpCuPshIshI1NIsh2I1N2短路电抗XshZsh2Rsh2变压器的外特点和电压变化率,.电压变化率的合用计算公式U%I1N(Rcos2Xshsin2)100%shU1NI1I2变压器的负载系数I1NI2N9变压器的效率特点变压器的总耗费为PpCupFe2PshNP0短路耗费（铜耗费）Psh空载耗费P02PP变压器效率的合用计算公式10shN100%Scos2P2PmaxN0shNm0图5-15变压器的效率特点曲线当可变耗费与不变耗费相等时，效率达最大值，由此可获得产生变压器最大效率时的负载系数m为mP0PshN,.三相变压器绕组的联系法11三相变压器联系组的判断方法☆三相变压器的并联运转三相变压器的并联运转,.变压器并联运转时有很多的优点：）提高供电的可靠性。）提高运转的经济性。）能够减小总的备用容量。变压器并联运转的理想情况是：

☆☆☆）空载时并联运转的各台变压器之间没有环流；）负载运转时，各台变压器所分担的负载电流按其容量的大小成比率分配，使各台变压器能同时达到满载状态，使并联运转的各台变压器的容量获得充分利用；）负载运转时，各台变压器二次侧电流同相位，这样当总的负,.载电流一准时，各台变压器所分担的电流最小；若是各台变压器的二次侧电流必然，则肩负的负载电流最大。为达到上述理想的并联运转，需要满足以下三个条件：☆☆）并联运转的各台变压器的额定电压应相等，即各台变压器的电压比应相等；）并联运转的各台变压器的联系组号必定同样；）并联运转的各台变压器的短路阻抗（或阻抗电压）的相对值要相等。第三章交流电机的理论交流电机包括:（1）异步电机（2）和同步电机单相电枢绕组的磁动势,.旋转磁场的基本特点三相对称绕组通入三相对称电流所产生的三相基波合成磁动势是一个旋转行波；旋转磁场的旋转方向是从电流超前的相转向电流滞后的相，改变三相绕组的相序即可改变旋转磁场的方向；☆旋转磁场的转速n1与电源频率f1、电机极对数np之间保持严格60f1的关系，即☆n1np异步电机原理异步电动机的优缺点,.异步电动机的优点：构造简单、简单制造、价格廉价、运转可靠、坚固耐用、运转效率较高。异步电动机的缺点：功率因数较差，异步电动机运转时，必定从电网里吸取滞后性的无功功率，它的功率因数总是小于1。异步电动机的分类按定子相数分：单相异步电动机；三相异步电动机。按转子构造分：绕线式异步电动机；鼠笼式异步电动机，其中又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机、深槽式异步电动机3异步电动机的转差率：n1ns4异步电机的运转方式☆n1异步电动机的电压方程(1)定子电压方程UsEsEsIsRsEsjIsXsIsRsEsIs(RsjXs),.转子电压方程UrEr异步电动机的电磁关系IsRsUsIssFsFfIrFrr

ErErIrRrErjIrXrIrRrErIr(RrjXr)Ir(RrjXr)EsUsEsIsRsXsEsmErErErIrRrXr图7-11异步电动机的电磁关系三相异步电动机单相等效电路,.等效电路和相量图EsN1kW1I2N1kW1UsEsIs(RsjXs)keN2kW2kiN2kW2Er0I2'EsIf(RfjXf)Rr'kekiRrEsEr0Xr0'RrkekiXr0Er0Ir(sjXr0)Xr'sXr0'IsIrIfsR虚假电阻的耗费，实质上表征了异步电动机的机械功率s异步电动机的功率,.9异步电动机的电磁转矩☆与每极磁通和转子电流有功重量的乘积成正比TeCTmIrcos210异步电动机的工作特点☆异步电动机的转速特点为一条稍向下倾斜的曲线随着负载的增大，转子转速下降，转子电流增大，定子电流及磁动势也随之增大，抵消转子电流产生的磁动势，以保持磁动势的平衡。定子电流几乎随P2按正比率增加。,.当负载增加时，转子电流的有功重量增加，定子电流的有功重量也随之增加，即可使功率因数提高。在凑近额定负载时，功率因数达到最大。异步电动机的负载不高出额定值时，角速度变化很小。而空载转矩T0又能够为基本上不变，所以电磁转矩特点近似为一条斜P2率为1/的直线。TeT0异步电动机中的耗费也可分为不变耗费和可变耗费两部分。当输出功率P2增加时，可变耗费增加较慢，所以效率上升很快。当可变耗费等于不变耗费时异步电动机的效率达到最大值。随着负载连续增加，可变耗费增加很快，效率就要降低。第六章直流电机拖动基础1他励直流电动机的机械特点☆UaIa(RaR)UaRaRTen0TenCeΦCeCTΦ2CeΦ2人为机械特点☆1）改变电枢电压一组平行曲线2）减小每极气隙磁通,.特点曲线倾斜度增加，电动机的转速较原来有所提高，整个特点曲线均在固有机械特点之上（3）电枢回路串接电阻n0=Const；R越大，曲线越倾斜,.3他励直流电动机的起动☆一般直流电动机拖动负载顺利起动的条件是：IstUNTCΦIstRastTN为电机的过载倍数）；1)限制Ist（Ist≤IN，Tst≥（～）TN；起动设备简单、可靠。1）电枢回路串电阻起动（2）减压起动,.他励直他励直流电动机的调速☆调速范围、静差率、圆滑性（1）串电阻调速UNRaRTenCCΦ2CΦeNeTN特点：☆☆1）实现简单，操作方便；）低速机会械特点变软，静差率增大，相对坚固性变差；3）只幸亏基速以下调速，所以调速范围较小，一般D≤2；,.4）由于电阻是分级切除的，所以只能实现有级调速，圆滑性差；5）由于串接电阻上要耗资电功率，所以经济性较差，而且转速越低，能耗越大。（2）调电压调速特点是：☆☆1）由于调压电源可连续圆滑调治，所以拖动系统可实现无级调速；2）调速前后机械特点硬度不变，所以相对坚固性较好；3）在基速以下调速，调速范围较宽，D可达10~20；）调速过程中能量耗费较少，所以调速经济性较好；5）需要一套可控的直流电源。,.（3）弱磁调速特点：☆☆1）由于励磁电流If<<Ia，所以控制方便，能量耗费小；2）可连续调治电阻值，以实现无级调速；3）在基速以上调速，由于受电机机械强度和换向火花的限制，转速不能够太高，一般约为（1.2~1.5）nN，特别设计的弱磁调速电动机，最高转速为（3~4）nN，所以调速范围窄。他励直流电动机的制动常用的电气制动方法有能耗制动、反接制动、回馈制动三种。（1）能耗制动RaRebTeRaRebIannA能耗制动过程CeΦNCTΦNCeΦN,.RebUNRaIN能耗制动运转状态反接制动电枢反接制动UNRaRrbTe2UNnRrbCeΦNCeCTΦN2IN,.倒拉反接制动☆UNRaRrbTe2Un2RrbCeΦNCeCTΦNI

NN,.回馈制动正向回馈制动在调压调速系统中，电压降低的幅度稍大时，会出现电动机经过第二象限的减速过程电动车下坡时，将出现正向回馈制动运转,.反向回馈制动运转6他励直流电动机的四象限运转☆,.第七章交流电机拖动基础机械特点的三种表达式（1）物理表达式TeCTΦmIrcos2'Uscos2R'r22IrRr'/s2(sX'r0)RsXsXr'2R'r（2）参数表达式3Us2Rr'/s2Te3npUsRr'/s2πn1RsRr'/s2XsXr'22πf1RsRr'/s2XsXr'260,.（3）合用表达式Te2TemTssmsmsN21emsmsTN最大电磁转矩与电压的平方成正比，与漏电抗成反比；临界转差率与转子电阻成正比，与电压大小没关。Tem13npUs2sRr'22πf1(XsXr')m(XsXr')异步电动机机械特点的三种表达式，其应用途合各有不同样。一般物理表达式合用于定性地解析Te与Φm及I2cos2间的关系；参数表达式多用于解析各参数变化对电动机运转性能的影响；合用表达式最合用于进行机械特点的工程计算。☆机械特点,.机械特点的直线部分他机械特点的曲线部分起动转矩T3npUs2Rr'TstKTstRr')2(XsXr')2]TN2πf1[(Rs坚固运转问题：0ssN1）降低定子端电压的人为机械特点☆特点：???

1）固有特点的同步转速不变。2）最大转矩随电压的降低而按二次方规律减小。３）最大转矩对应的转差率保持不变．,.（2）定子回路串三相对称电阻的人为机械特点3nU2R'Tstpsr2πf[(RR')2(XX')2]s1srr定子回路串入电阻其实不影响同步转速，但是最大电磁转矩、起动转矩和临界转差率都随着定子回路电阻值的增大而减小。3）定子回路串三相对称电抗的人为机械特点4）转子回路串三相对称电阻的人为机械特点特点：（１）同步转速n1、最大电磁转矩Tem不变。（２）临界转差率sm增大。（３）起动转矩增大．当所串入的电阻满足smRr'R'1XsXr'起动转矩为最大电磁转矩,.3异步电动机的起动☆☆☆起动要求：（１）足够大的起动转矩。起动电流倍数KI=Ist/IN（２）不要太大的起动电流。起动转矩倍数

KT=

Tst

/TN。一般的异步电动机

若是不采用任何措施

而直接接入电网起动时，经常起动电流

Ist

很大，而起动转矩

Tst

不足。TeCTΦmIrcos2IrEr0cos2Rr/sRr(Rr/s)22Xr02(Rr)2(sXr0)2Xr0(Rr/s)2UsEsEsIsRsEs4.44f1N1kW1Φm在起动初始，n=0，转差率s=1，转子电流的频率f2=sf1≈50Hz，转子绕组的电动势sEr0=Er0，比正常运转时（s=0.01～0.05）的电动势值大20倍，则此时转子电流Ir很大，定子电流的负载重量也随之急剧增大，使得定子电流（即起动电流）很大；转子漏磁sXr0>>Rr，使得转子内的功率因数cosφ2很小，所以尽管起动时转子电流Ir很大，但其有功重量Ircosφ2其实不大。而且，由于起动电流很大，定子绕组的漏阻抗压降增大，使得感觉电势Es和与之成正比的主磁通m减小，所以起动转矩Tst其实不大。异步电动机在起动时存在以下两种矛盾：）起动电流大，而电网承受冲击电流的能力有限；,.）起动转矩小，而负载又要求有足够的转矩才能起动。1）小容量电动机的轻载起动——直接起动直接起动也称为全压起动。（７.5kW）优点：操作简略、起动设备简单；缺点：起动电流大，会引起电网电压颠簸。2）中、大容量电动机轻载起动——降压起动（A）星形-三角形（Y-）换接起动☆IstY1Ist3（B）自耦降压起动,.电动机端电压:Us=U2=N2/N1U1定子电流:Is=I2=N2/N1Ist从电网上吸取的电流:I1=IstN2/N12起动转矩与起动电流降低同样的倍数。C）串电阻（抗）起动方法优点:起动电流冲击小，运转可靠，起动设备构造简单；缺点:起动时电能耗费很多。（D）延边三角形起动方法☆,.优点：体积小、质量轻、赞同经常起动等。缺点：电动机内部接线较为复杂。3）小容量电动机重载起动——笼型异步电动机的特别形式主要矛盾：起动转矩不足。解决方法有：（１）按起动要求选择容量大一号或更大些的电动机；（２）采用起动转矩较高的特别形式的笼型电动机。深槽式异步电动机双笼型异步电动机中、大容量电动机重载起动——绕线转子异步电动机的起动☆起动的两种矛盾（起动转矩小，起动电流大）同时起作用。若是上述特别形式的笼型电动机还不能够适应，则只能采用绕线转子异步电动机了。在绕线转子异步电动机的转子上串接电阻时，如果阻值选择合适，能够既增大起动转矩，又减小起动电流，两种矛盾都能获得解决。（A）转子串接电阻起动方法,.在起动时，在转子绕组中串接合适的起动电阻，以减小起动电流，增加起动转矩。待转速基本稳准时，将起动电阻从转子电路中切除，进入正常运转。B）转子串接频敏变阻器起动方法频敏变阻器的特点是其电阻值随转速的上升而自动减小?R1为绕组的电阻，Xm为带断念绕组的电抗，Rm是反响铁耗的等效电阻。,.电动机刚起动时，转子频率较高,频敏变阻器内的与频率平方成正比的涡流耗费较大，其等效电阻也因之较大，能够限制电动机的起动电流，并增大起动转矩。异步电动机的调速从定子传入转子的电磁功率Pem可分成两部分：一部分为拖动负载的有效功率P2(1s)Pem；另一部分是转差功率PssPm，与转差率成正比。把异步电动机的调速方法分为三类：1）转差功率耗资型—全部转差功率变换成热能耗资掉。效率最低。2）转差功率回馈型—☆转差功率的一部分耗资掉，大部分则经过变流装置回馈电网，其效率比功率耗资型高。3）转差功率不变型—转差率保持不变，所以转差功率的耗资也基本不变，所以效率最高。转差功率耗资型异步电动机调速方法改变定子电压调速,.转子电路串接电阻调速转差功率回馈型异步电动机调速方法——串级调速串级调速的基根源理☆Ir

,.sEr0EaddRr2(sXr0)2串级调速的控制方式次同步伐速方式(2)超同步伐速方式串级调速的机械特点2Tm2TmEaddT1T2Ted(s/sm)(sm/s)sEr0(s/sm)(sm/s)转差功率不变型异步电动机调速方法A）变极调速——多速异步电动机☆,.（B）变频调速1）基频以下调速2）基频以上调速,.异步电动机的制动1）异步电动机的能耗制动☆☆,.（2）异步电动机的反接制动（A）转速反向的反接制动,.（B）定子两相对调反接制动☆两种反接制动电动机的转差率都大于1能量：从电网吸取电能；从旋转系统获得动能（定子两相对调反接制动）或势能（转速反向反接制动）转变为电能。这些能量都耗资在转子回路中。（3）异步电动机的回馈制动,.☆两种回馈制动电动机的转差率都小于0能量：从旋转系统获得势能转变为电能，并回馈给电网。异步电动机运转状态小结第四章同步电机原理同步电机的构造和运转方式同步电机静止的转子和旋转的定子组成同步电机的转子有两种构造形式：凸极式、隐极式,.60f1nn1np同步电动机的磁动势,.,.同步电动机的功率方程和功角特点P3E0Ussin3Us2XdXqsin2emXd2XdXq同步电动机的电磁转矩与矩角特点Te3E0Us3Us2XdXqsinsin21Xd21XdXq,.5同步电动机的坚固运转隐极同步电动机:当电动机拖动负载运转在=0～90的范围内，电动机能够坚固运转；当电动机拖动负载运转在=90～180的范围内，电动机不能够够坚固运转。同步电动机的电压方程和相量图Us

E0

jI

d

Xd

jI

qXq直轴同步电抗

Xd

Xad

Xs交轴同步电抗

Xq

Xaq

Xs,.UsE0jIsXc同步电动机的功率因数及Ｖ形曲线,.当改变同步电动机的励磁电流时，能够改变同步电动机的功率因数。☆当改变励磁电流时，同步电动机功率因数变化的规律能够分为三种情况，即正常励磁状态、欠励状态（”）和过励状态(’)。☆,.同步电动机拖动负载运转时，一般要过励，最少运转在正常励磁状态，不要让它运转在欠励状态。在线的左边是欠励区，右边是过励区当同步电动机带必然负载时，若减小励磁电流，电动势、电磁功率减小。当电磁功率减小到必然程度，θ高出90，电动机就失去同步，如图8-16中虚线所示的不坚固区。从这个角度来看，同步电动机最好也不运转于欠励状态。☆第十章电力拖动系统电动机的选择如何依照电机的铭牌进行定子的接线：若是电动机定子绕组有六根引出线，并已知其首、尾端，分两种情况,.谈论：铭牌上注明“电压380/220V，接法Y/Δ”铭牌上注明“电压380V，接法Δ”,在起动过程中，可接成Y型，接在380V电源上，起动达成，恢复接法。☆2确定电动机额定功率考虑因素☆1）电动机的发热及温升；2）电动机的短时过载能力；3）笼型异步电动机还应试虑起动能力。连续工作制电动机额定功率的选择恒定负载计算出负载所需功率PL，选择一台额定功率PN略大于PL的连续工作制电动机，不用进行发热校核。对起动比较困难（静阻转矩大或带有较大的飞轮力矩），采用笼型异步电动机或同步电动机，应校验起动能力。周期性变化负载电动机的额定功率按下面几种等效法选择：等效电流法、等效转矩法、等效功率法电动机种类的选择原则：在满足生产机械对过载能力、起动能力、调速性能指标及运转状态等各方面要求的前提下，优先采用构造简单、运转可靠、保护方便、价格低价的电动机。,.1）对起动、制动及调速无特别要求的一般生产机械，如机床、水泵、风机等，应采用笼型异步电动机。2）对需要分级调速的生产机械，如某些机床、电梯等，可采用多速异步电动机。3）对起动、制动比较频频，要求起动、制动转矩大，但对调速性能要求不高，调速范围不宽的生产机械，可采用绕线转子异步电动机。4）当生产机械的功率较大又不需要调速时，多采用同步电动机。5）对要求调速