电机与电力拖动期末重点复习点及习题

磁路知识点：1、若设想用假想的曲线表示磁场的分布，规定曲线上每一点的切线方向就是该点的磁感应强度的方向，这样的曲线叫做磁感应线或磁力线。2、磁力线总是闭合的，且围绕着产生它的电流，其方向与产生它的电流方向满足右手螺旋定则。3、若磁场内各点的磁感应强度大小相等，方向也相同，称该磁场为均匀磁场。4、穿过某一截面的磁感应向量的通量称为磁通，由

可知磁感应强度又称为磁通密度。5、磁场强度H与磁感应强度B的区别和联系。6、铁磁材料的重要特征是磁饱和性和磁滞性，其导磁率

不是常数。7、铁磁材料根据磁滞回线的形状可分为三类：软磁材料、硬磁材料、矩磁材料。8、常用的软磁材料有硅钢片、铸铁、铸钢等，主要用来制造电机、变压器、电磁铁等的铁芯。9、交变磁通下的铁芯损耗有磁滞损耗和涡流损耗10、磁路的基本概念和定律：安培环路定律、磁路的欧姆定律、磁路的基尔霍夫第一第二定律。11、磁路定律的应用：简单磁路的计算。第二节电力拖动系统的运动方程一、单轴电力拖动系统的运动方程电动机生产机械TemnTmT0

研究运动方程,以电动机的轴为研究对象，电动机运行时的轴受力如图示。轴TemTLn

电力拖动系统正方向的规定：先规定转速n的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向相反。上下轴TemTLn

电动机运行时的轴受力如图示，由力学定律可知,其必须遵守下列动力学方程式:Tem-TL=JddtTem：电磁转矩；TL：负载转矩,N.mJ：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2：电动机角速度,rad/s

在工程计算中,常用n代替表示系统速度,用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性。上下m：系统转动部分的质量，KgG：系统转动部分的重量，N

：系统转动部分的转动半径，mD：系统转动部分的转动直径，mg：重力加速度=9.8m/s2Tem-TL=Jddt上下TemTLnMDGD2：系统转动部分的总飞轮惯量（飞轮矩）系数375具有m/min.s量纲电力拖动系统的运动状态：上下TemTLnM1、恒转矩负载机械特性（1）反抗性恒转矩负载特性

负载转矩由摩擦力产生，其特点：大小恒定（与n无关）；作用方向与运动方向相反。nTm0Tm-Tm上下第四节生产机械的负载转矩特性工作机械的机械特性：n=f(TL)（2）位能性恒转矩负载特性其特点：绝对值大小恒定；作用方向与n无关，不变nTL0TL提升时：n>0,TL>0阻转矩下放时：n<0,TL>0拖动转矩2、变转矩负载机械特性

负载转矩与转速成平方关系TL=kn2。例如通风机、水泵等，负载的性质与气体或液体的流速有关。nTm0风力发电机上下负载转矩与转速的符号相同，负载转矩的作用方向与转速相反。3.恒功率负载机械特性负载转矩与转速成反比关系TL=k/nnTL0负载功率它与n无关，称恒功率负载。下上1、直流发电机原理（机械能->直流电能）定子（不动部件）上的励磁绕组通过直流电流(称为励磁电流If)时产生恒定磁场（励磁磁场，主磁场）；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。2、直流电动机的工作原理（动画）:

上一张下一张在直流电动机中，加在线圈上的电流是恒定的，但产生的电磁转矩方向却是交变的，所以在这里，经过换向器作用将直流逆变成了交流电，是一个逆变过程。3、电机的可逆原理：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。上一张下一张3.2.2直流电机的额定数据1、额定功率PN：电机额定工作状况下的输出功率KW发电机是出线端输出的电功率。PN=UNIN电动机是轴上输出的机械功率。PN=UNIN

N2、额定电压UN

（V）3、额定电流IN

（A）4、额定转速nN

（rpm）上一张下一张5、励磁方式6、额定工作制任何电机包括三大部分：定子、转子和气隙。电机内部的气隙较小，但所有电磁功率都是通过气隙传递的，而且电机内部的大部分磁场能量均集中在气隙中，是电机的重要组成部分直流电机按励磁方式分类他励直流电机UUfIaIL并励直流电机UUfIaILIf串励直流电机UUfIaILIf复励直流电机UIaILIf1电枢绕组电势Ea为：n:电机转速N:绕组总导体数p:极对数a:绕组并联支路对数上一张下一张叫电势常数:每极磁通量书p50例3--1（二）电枢绕组总电磁力矩摩擦损耗铁损耗附加损耗上下上下U=Ea+IaRaTem=T2+T0功率:P1=pcuf+pcu+p0+P2上下例3.2已知一台他励直流电动机的数据为电枢回路总电阻求额定运行时：（1）电磁转矩；（2）输出转矩；（3）输入功率；（4）效率。解：电枢感应电动势为电磁功率为电磁转矩为输出转矩为输入功率为效率为例3.3（+p53）、一他励直流电动机：PN=40KW，UN=220V,IN=210A,nN=1000rpm,Ra=0.078。求额定时:P1、p;pcu、Pem、p0;T、T2、T0.解：上下UEaIaK1Rc例3.4一并励直流电动机：PN=96KW，UN=440V,IN=255A,If=5A,nN=500rpm,Ra=0.078。求额定时:P1、p、;pcua、Pem、p0;T、T2、T0.解：上下UEaIaIfIN第一节他励直流电动机的机械特性一.一般概念

电动机的机械特性指：电压、磁通、电枢回路总电阻均为常数，Tem与n的关系，即n=f(Tem).有自然特性和人工特性两种。上下1、自然机械特性nTem0n0TNnN2、人工机械特性1）电枢串电阻串电阻特性与自然特性比较，斜率变大了，n0未变2）减小磁通3）降低电枢端电压U降低U，n0减小K不变，特性向下平移减小，n0和K都增加，特性上移，且变软三、电力拖动系统稳定运行的条件电动机生产机械TemnTL

稳定运行必须满足Tem=TL，且能抗干扰。0nTn0TLAB

判断电力拖动系统稳定工作点的条件：1）电动机的机械特性与负载机械特性的交点（Tem=TL）；2）在交点处必须满足:上下负载瞬间波动上下第二节他励直流电动机的起动和正反转一、直流电动机的起动电动机的起动指接通UN，转速从n=0到n=nN起动要求：1）Tst大2）Ist小满足Tst足够大的条件下，尽量减少Ist上下电动机生产机械TemnTLUEaIaK1上下

限制Ist的方法有：降压起动；电枢回路串电阻起动。直接起动Ist太大，须限制Ist=(2~2.5)IN二他(并)励直流电动机的反转Tem=CTIa改变气隙磁通或电枢电流Ia的方向,可改变转向电动机生产机械TemnTL上下具体做法：将励磁绕组接到直流电源的俩端对调，或将电枢绕组接到直流电源的两端对调。注意，若同时改变励磁磁通及电枢电流方向，则电机转向不变二、他励电动机的调速方法（一）电枢串电阻调速nTTLRaR2R1ACDTem<TLn,电机开始减速.随着n减小,EaIaTem,（二）降压调速nTTLUNU1ACTem<TLn,电机开始减速.随着n减小,EaIaTem,（三）减少磁通调速Tem>TLn,电机开始加速.随着n增加,Ea上升

Ia下降

Tem

下降

,nTTLN1AC第四节他励直流电动机的制动电动机生产机械TemnTL电动机生产机械TemnTL

电动状态

制动状态电动机制动的目的：停车；限速电动机制动的方法有：机械制动；电磁制动电磁制动分类：能耗制动；回馈制动；反接制动。注意：正方向是电动状态正方向。上下电磁制动的概念：让电动机产生一个与旋转方向相反的电磁力矩来实现制动。

特征：电磁转矩T与转速方向相反四、他励电动机四象限机械特性URa+Rcn=CeCTCe2TemnTTLAn0-n0电动运行能耗制动运行倒拉反转运行发电制动运行能耗制动电压反接制动上下一、变压器的用途

变压器是一种静止的交流电器，它可以将一个等级的交流电压变换成另一个等级的交流电压。五、变压器的工作原理变压器利用电磁感应原理从一个电路向另外一个电路传递电能或信号。

变压器的主要部件——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，各电量参考方向如图所示。六、变压器的额定值1.额定容量为变压器的视在功率（用SN

表示，单位kV·A，V·A）2.额定电压（一次和二次绕组上分别为U1N

和U2N

，单位V,kV）3.额定电流（一次和二次绕组上分别为I1N

和I2N

，单位A,

kA）单相变压器三相变压器4.额定频率fN

——我国的规定为50Hz三相TR中：U1N,U2N,I1N,I2N都为线值上下第二节

变压器的空载运行任务：分析空载运行内部电磁关系，求等效电路。重点：空载运行时的物理过程；分析方法。一、空载运行含义

变压器原绕组接通电源，副绕组开路的工作状态。+-

原边：接电源一侧。称初级侧、一次侧。

副边：接负载一侧。称次级侧、二次侧。原边不一定是高压边。上下注意!ZL´r1jx1rmjxm+-r2´jx2´´´´+-输入：S1=U1I1；P1=U1I1cos1电磁功率：Sem=E2´I2´；Pem=E2´I2´cos2=E2I2cos2输出：S2=U2I2；P2=U2´

I2´

cosL=U2I2cosL原边铜耗：pcu1=I12r1

；副边铜耗：pcu2=I2´2

r2´

=I22r2

铁耗：pFe=Im2rm

；上下4、型等效电路ZL´r1jx1rmjxm+-r2´jx2´´´´+-ZL´r1jx1rmjxm+-r2´jx2´´´´+-上下2、三相绕组的连接方法Y、D（）接两种Y接，将末端连在一起接，将三相绕组串联在一起三相绕组连接的表达方式：Y,d;Y0,d;Y,y等一次边连接方法,二次边连接方法0：表示中线国标：Y,d;D,d;YN,yn等表示N(n)：表示中线上下U1V1W1U2V2W2U1V1W1U2V2W2电势频率或二、绕组基本知识极距是指每一磁极所占定子内圆周的距离，即有

节距y是指线圈两有效边之间的距离。单层绕组是整距绕组，即有y=τ每极每相槽数q是指一个磁极

下一相绕组所占有的槽数，即有：每极每相槽数q=总槽数Z2pmm：相数。旋转磁场由旋转磁动势决定，这个旋转磁动势实际上是由单相绕组磁动势合成的一、单相绕组的脉振磁动势

脉振磁动势（单相）与旋转磁动势（三相）谐波次数越高，其幅值就越小。为了改善波形，除基波以外，考虑消除三、五、七次谐波，由于三次谐波及三的倍数次谐波在绕组连接成三相对称绕组时就已相互抵消，而五、七次谐波可通过短距和分布绕组来基本消除。因此当连成三相绕组后，只考虑基波磁势就可以了。

一个脉振磁势可以分解为两个幅值相等，转速相同，转向相反的两个旋转磁势，它们的幅值是原脉振磁势最大幅值的一半。结论：1、单相绕组的磁动势是一种在空间位置固定、幅值随时间变化的脉振磁动势；幅值位置始终在绕组的轴线处。FΦAXXAFA1+-2、F1可分解为两个转向相反的旋转波，幅值为F1一半。上下it0AX3、基波磁动势的幅值最大，谐波次数愈高，幅值愈小。结论：1、三相对称绕组通入对称交流电流，在空间产生基波磁势合成F1是旋转磁势，振幅为单相脉振磁势的3/2倍。2、F1的旋转方向与通电相序一致：顺序转向为：ABC

3、F1的转速：电流频率极对数上下4、三相电流哪相电流最大时，合成基波磁势的振幅也恰好位于该相绕组的轴线处。三、产生圆形磁势的条件端点轨迹为圆的空间磁势。产生圆形磁势的条件：1、对称绕组通入对称交流电流，产生旋转圆形磁势；旋转方向与通电相序一致。

常见：三相对称绕组通入三相对称电流（互差120）；或两相对称绕组通入两相对称电流（互差90），产生旋转圆形磁势。上下2、对称绕组通入有相位差的非对称交流电流；或非对称绕组通入对称交流电流，产生椭圆旋转磁势。3、绕组通入无相位差的交流电流产生脉振磁势。ABCiAiBiC脉振磁势ABCiAiBiC圆形磁势上下AB电容iAiB~u

旋转磁势，若电流差90º为圆形磁势。上下三相基波合成磁动势这是一个振幅为单相基波磁势振幅的3/2倍，在空间按正弦规律分布且随时间向+x方向前进的旋转磁势波。1.转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针

切割转子导体右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩TnF二、异步电动机的工作原理电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率s

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。

由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即异步电动机例1：一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz，空载转差率为0.003。试求电动机的极对数、空载转速和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n1=1000r/min,即额定转差率为p=3空载转速为三、转差率与三种运行状态三、异步电动机的铭牌数据及应用额定功率PN：电动机轴的输出机械功率。额定电压UN

：定子线电压。额定电流IN：定子线电流。额定频率fN、额定转速nN

等。铭牌上还标明绕组的相数与接法、绝缘等级及允许温升等。绕线式电机还标转子的额定电动势及额定电流。4、相量图´r1jx1rmjxm+-r2´jx2´´´+-输入：P1=m1U1I1cos1电磁功率：Pem=m1E2´I2´cos2=m1

I2´2

(r2´/s)产生的总机械功率：定子铜耗：pcu1=m1I12r1

；铁耗：pFe=m1Im2rm

；一、异步电动机的功率关系´r1jx1rmjxm+-r2´jx2´´´+-三相电机m1=3转子铜耗：pcu2=m1I2´2

r2´

=sPem

输出功率：P2=Pmec-pmec-ps

=Pmec-p0

´r1jx1rmjxm+-r2´jx2´´´+-摩擦损耗附加损耗空载损耗功率功率流程图：P2P1pcu1PempFepcu2Pmecp0

二、异步电动机的转矩关系电动机生产机械TemnTL=T2+T0

稳定运行必须满足受力平衡。1、转矩平衡方程Tem=TL=T2+T0其中T0=Tmec+Ts摩擦损耗转矩附加损耗转矩2、电磁转矩转子机械角速度：磁场同步角速度：2、输出转矩、空载转矩三、电磁转矩公式例、一三相笼型异步电动机Y，PN=7.5KW,UN=380V,f1=50Hz,nN=960rpm,cos1N=0.824,pcu1N=474W,pFe=231W,p0=82.5W.当额定运行时求：1)sN;2)f2;3)Pmec;4)pcu2;5)P1;6)N;7)I1N;8)T2N;9)T0;10)Tem;11)转子电流产生的磁场相对于转子的速度n2;相对于定子的速度n2´。解：n1=1000rpm,sN=(n1-nN)/n1=0.04,f2=sf1=2Hz,Pmec=PN+p0=7.5825KW,Pem=Pmec/(1-s)=7898.4W,pcu2=sPem=316W,P1=Pem+pFe+pcu1N

=8603.4W,N=P2/P1=87.2%,T2N=P2N/N=74.61Nm,T0=p0/N=0.82Nm,Tem=Pmec/N=Pem/1=75.43Nm,n2=sn1=40rpm,n2´=n+n2=1000rpm第五节异步电动机的调速一、调速方法1、变极调速；2、变频调速；3、变转差率S调速1)改变定子电压U1调速；2)在定子绕组中串入阻抗，改变Z1调速；3)在绕线式，转子绕组中串入电阻，改变r2调速；4)在绕线式，转子绕组中串入f2=sf1的外加电动势，叫串级调速。例:计算一台笼型转子异步电动机的固有特性。电动机的铭牌数据:PN=60kW,UN=220V,nN=720r/min,λ=2.2.解:(1)电动机额定转矩为:(2)最大转矩为:(4)临界转差率为:(3)额定转差率为:(5)固有机械特性为:取不同的s值,得出对应的Tem值,可绘出固有机械特性曲线。第六节异步电动机的制动电动机生产机械TemnTL电动机生产机械TemnTL

电动状态

制动状态电动机制动的目的：停车；限速。电动机制动的方法有：机械制动；电磁制动。电磁制动分：能耗制动；发电制动；反接制动。习题课1、三相四极异步机，P1=10.7KW,pcu1=450W,pFe=200W,s=0.029求：Pem，Pmec,pcu2,Tem.2、三相异步机，PN=260KW,UN=380V,nN=722rpm,m=2.13,求：sm;s=0.02时，Tem；0.8TN,时n=?3、三相绕线异步机，U1N/U2N=380/21