电机及拖动理论教案

知识点1、了解电机时常用的基本定律及电机的基本类型、本课程的内容及专业地位3、掌握电机及拖动的发展趋势(以利于学生拓展知识，激发其兴趣)1、电机、电力拖动技术概念以阐述为主，并结合多媒体演示作业：练习2)自20世纪20年代来，生产机械上广泛采用一种“单电动机拖动系统”;放大器、可控离子变流器及晶闸管整流器等组成的自动化直流电力拖动系统(集成装置控随着近代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进(软件控制)。4、电机的类别及其制造材料(一)直流电机及直流电动机的电力拖动(二)变压器(三)交流电机及交流电动机的电力拖动(四)微控电机(部分必讲)、电机的选择、电机及拖动的计算机仿真(附选)电学基本理论(请参照已学过的“电路原理”)、磁学基本理论(可以及力学和热学的规律等(希望大家课后查阅其相关资料)。/netcollege/djtd/i/jpk/jpk2003/DJXjpk/jx知识点1、掌握直流电机的基本结构、基本工作原理、励磁方式、空载磁场、换向3、了解直流电机的负载磁场和电枢反应(选学)1.直流电机的基本原理；2.直流电机的电枢绕组；3.直流电机的磁场；4.直流电机的感应电动势和电磁转矩；以阐述为主，并结合多媒体演示实物及模型1、直流电机的分类、结构、作用定子部分：主磁极、换向极、机座、轴承和电刷装置等部件。定子主转子部分：电枢铁心、电枢绕组、换向器、端盖、转轴和风扇等部件。转子用来产生直流发电机：可作为直流电源，用做化工、冶炼、交通运输以电刷绕组线圈主磁极结构结构换向片压紧环换向器绕组端部换向器转轴图1-4是直流流发电机的模型(结构图),两个空间固定的永久磁铁北极(N)和南极(S)过程简单分析：原动机拖动电枢逆时针旋转→eab从b→a=ecd从d→c产生逆时针方向转矩=电枢转过180°=cd受力电机逆时针反向旋转专起来了。5、名牌数据和型号6、直流电机的电枢绕组电枢绕组元件及嵌放方法如下：首端尾端提示：在分析电枢绕组连接规律时，主要研究它的节距、展开图、元件连接次序和并联支路图。单叠绕组：8865单叠绕组的并联支路结论：单叠绕组具有以下特点：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；(6)电枢电流为各支路电流之和，即I。=2ai。(式中i。为每7、单波绕组绕组展开图结论，单波绕组具有以下特点：;8、直流电机的磁场UfUf(a)他厉励(b)并励(c)串励(d)复励强度H,分别乘以各段磁路长度后便得到磁位降，参见下图，(b)波形图(c)(b)波形图9、直流电机的负载磁场及电枢反应所示NNs直流电机的感应电动势(电枢电动势):正、负电刷之间的感应电动势(电枢绕组每个支路里的感应电动势)。设一个磁极极矩范围内，平均磁密用Bav表示，极矩用t表示，电枢导体的有效长度为L,每极磁通为φ,电枢绕组总的导体数为N,并联支路数为2a,则绕组每条支路的导体数,N/2a平均磁密：Bav=φ/tL和CT与电机结构有关。有CT=0.55Ce旋转着的电枢绕组元件从一条支路换到另一条支路，元件中知识点1、掌握直电机的基本方程、直流电动机的机械特性3、了解串励和复励直流电动机(选学)1.直流发电机的运行原理3.直流电动机的机械特性4.串励和复励直流电动机(选学)以阐述为主，并结合多媒体演示实物及模型EaIa=UIa+I²Ra=U(I+Iy)+Pcua=P₂+Pcor+Pcua注意：如果是他励发电机则没有If2、并励直流发电机功率流图PPyPPo=Pm+PF+P:PuaPeu3、直流发电机的运行特性1)空载运行当发电机励磁绕组中有励磁电流If时，每极磁通为φ0,设电枢电动势为E0,那么,电枢端电压U0=E0=Ceφ0n。由于Ce、n不变，而励磁磁动势Ff与If成正比，所以空载特性U0=f(If),与电机空载磁化特性φ0=f(If)的曲线相似.因为磁路中有磁滞现象，所以改变If的方向所测得的正反空载特性有所不同，一般都用它们的平均空载特性，如图下图所示.U%U%U而满足((I)和(Ⅱ)两式的交点A为并励发电机自励建立电压后的电压稳定点，可(1)外特性即n=f(Ia)关系，即发电机的效率与负载电流之间的关系曲线(P30)下图分别为他励直流发电机的调节特性和效率特性二、直流电动机的运行原理1,直流电机的可逆原理E。>UI。>0PM=E。Ia>0发电机运行：T>0为阻转矩保持I,不变，撤去原动机，P=0,T₁=0电动机运行：只要在电机轴上接上原动机，向电机输入机械功的转向相反，变成制动性转矩。此时电机向电网输送电功率，上述电机可逆运行的原理说明：发电机与电动机在一定条件下可以相互转换，关键取决于加在电机轴上转矩的性质和大小。如能使n升高，并使E。>U,则电机运行在发电机状态，反之则运行在电动机状态。2.直流电动机的基本方程式右图为并励直流电动机惯例并励直流电动机惯例并励直流电动机惯例PM=EaIa=TΩ=T₂Ω2+T₀OP=Pnr+Pcma+Pcw=P₂+Pcua+Pcu+Po=P₂+ΣpPPyPPwPu电动机的效率：三、直流电动机的机械特性1.机械特性的一般表达式2.固有机械特性：回路不外串电阻时的机械特性。固有机械特性曲线3、人为机械特性固有机械特性的条件有三个：U=UN,Φ=Φ~,Rc=0,改变其中任何一个条件即可改变其特性，故人为机械特性可分为三种。1)电枢回路串电阻的人为机械特性特点：(1)为过理想空载转速点的一组放射形直线；(2)特性斜率随外串电阻的增大而增大，即机械特性的硬度随外串电阻的增大而降低。2)降低电枢电压的人为机械特性特点：(1)为一组斜率相同的平行线；(2)在负载转矩一定时，降低电枢电压，转速n下降，但nnRa<R2固有0Ra电枢回路串电阻的人为机械特性降低电枢电压的人为机械特性3)减弱磁通的人为机械特性特点：(1)是既不平行也不呈放射形的一组直线；(2)在负载转矩一定时，一般情况下减弱磁通会使转速升高，转速降也会增大。但在负载很重或磁通很小时，再减弱磁通，转速反而会下减弱磁通的人为机械特性四、串励和复励直流电动机1、串励直流电动机的机械特性串励直流电动机的励磁绕组是串联在电机电枢回路里的。串励直流电动机惯例如下图所式中，又C。=CK,R。=R。+R。+R,整理上述各式，得串励电动机机械特性方程式为：机械特性的特点：正比，因此启动转矩大，过载能力1一并(他)励；1一并(他)励；2一复励；3一串励模块四知识点1、理解和掌握电力拖动系统的运动方程、稳定运行条件、他励直流电动机的启动和调速2、理解合掌握他励直流电动机的制动3、了解并励和串励直流电动机的启动、调速及制动和电力拖动系统的过渡过程(选学)1.电力拖动系统的运动方程式3.他励直流电动机的启动5.他励直流电动机的制动6.其他直流电动机的电力拖动(选学)以阐述为主，并结合多媒体演示实物及模型电力拖动系统也有多种类型，最简单的系统是电动机转轴与生产机械的工作机构直接相T简单分析其中TO和Tf分别表示电动机的空载转矩与工作机构的转矩。一般情况下，Tf>>TO,认为TL≈Tf。各转矩单位均为Nm。n为电动机转速，单位为r/min。●多轴电力拖动系统多轴旋转系统折算成简单单轴旋转系统。在实际的拖动系统中，电动机的轴很少与工以上不同转速的轴，称为多轴系统，如图(a)所示。为简化分析，我们常常采用一个等效nnTT,Tn电动机n电动机在工程计算中，通常把电动机转子看成是均匀的圆柱体，用转速n代替角速度Q,用飞轮惯量或称飞轮矩GD2代替转动惯量J。Ω与n的关系，J与GD2的关系分别为又可写出单轴电力拖动系统的运动方程式为GD2是转动部分总飞轮矩，Nm2,它是一个物理量，可在产品目录中查出。4g×60/2π=375是具有加速度量纲的系数。它表明电力拖动系统的转速变化(加速度)由(T-TL)决●多轴电力拖动系统运动方程式在不考虑传动机构传动损耗时，设工作机构消耗的负载功率PL=Tf2f,负载转矩折算根据折算前后功率不变的原则由TLQ=Tf2f7c——传动机构总效率，为各级传动效率之积，ηc=η1η2η3…。差值为若电动机工作在制动状态，电动机产生的电磁转矩为制动转矩，此时能量由工作机构向电动机传送，传送损耗由工作机构承担。三、平移运动系统与旋转运动系统的互相折算负载转矩折算依然遵循折算前后功率不变的原则，切削力F反映到电动机轴上表现为转矩TL,切削功率P反映到电动机轴上为TLΩ。若不考虑传动系统的传动损耗，根据功率不变的原则，有一若考虑传动系统的传动损耗，则T=9.作平移运动部分的物体总重Gf=mfg,其动能为为下放重物时，重物对卷筒轴的负载转矩大小仍为GR,不计传动机构损耗时，折算到电动机上的负载转矩也仍为GR/j,负载转矩的方向也不变。传动机构损耗是摩擦性的，其作用方向永远与转动方向相反，提升T/nTjTnj电磁转矩T、负载转矩(折算值)及传动机构的损耗转矩△T三者方向而下放重物时，负载负担了△T工作机构作提升和下放重物运动时，飞轮矩与平移运动时相同。TT”rnnnj₂,72工作机构四、负载的转矩特性及电力拖动系统稳定运行条件具体推导公式参见P49～50五、他励直流电动机的启动对直流电动机启动的一(1)启动转矩T,,足够大；(2)启动电流I,不能太大：(3)启动设备与控制装置简单、可靠、经济、操作方便。启动顺序：先给励磁回路通入额定励磁电流，在电机气隙中建立额定磁场，然后再给电枢回路通电。若直接启动，则由于R。很小，直接启动时，启动电流会很大，可达额定电流故除了微型直流电动机和航空直流电动机由于较大可以直接启动外，一般直流电动机都不允许直接启动。1)降压启动以保证有足够大的启动转矩和启动电流不实现方法：(1)采用发电机一电动机组；(2)采用整流装置。特点：启动平稳，能量损耗少降压启动机械特性2)电枢回路串电阻启动电动机电枢回路串启动电阻时，启动电流为：分级启动：保证整个启动过程中都能限制启动电流，且1.分级启动过程在启动过程中，逐段切除启动电阻，启动完成后，电阻全部切除。他励直流电动机三级启动接线图及机械特性优点：操作简单、可靠；缺点：启动电阻要消耗大量电能，效率较低。计算时的具体方法如下：m=1g(R/R。)/1gβ求出启动级数m,并将其修正为相近的整数。再根据m值和β=NR/R。计算出新的β值，然后即可利用前面的公式计算出各级电阻。β=vR/R。求出β,然后即可利用前面的公式计算出各级电阻。在计算得出β值后，可由β=I₁/I₂校验切换电流I₂,如果过小应适当增大起动级数，反之则应适当减少起动级数。六、他励直流电动机的调速由七、他励直流电动机的制动1、能耗制动能耗制动的功率关系负载向电动机输入了机械功率机械功率来源：能耗制动过程中，机械功率来源于系统转速从高到低制动时所释放出来的动能；在能耗制动运行中，机械功率来源于位能性负载减少的位能。机械功率去处：扣除空载损耗，其余的通过电磁作用转变成电功率，消耗在电枢回路总电阻上。.能耗制动电阻的计算能耗制动中，起始制动转矩的大小与外串制动电阻的大能耗制动电阻最2、反接制动●电枢电源反接的反接制动机械特性方程式C点：T<0,n=0,制动过程结束。(2)功率关系电源向电动机输入电功率，负载向电动机输入机械功率。机械功率的来源：系统转速从高到低制动时所释放出来的动能；扣除空载损耗Po,其余的通过电磁作用转变成电功率。功率的去处：从电源输入的电功率和由机械功率转变成的电功率，都消耗在电枢回路总电阻上。(3)制动电阻的计算Iamax—一最大制动电流值(4)反向电动运行断电源，且满足|T|>|T₂|,则电动机将反向起动，沿机械特性下滑至D点，T|=|T₂|稳定运行于反向电动状态。注意：在C点，若I<|T₂|,电动机虽不会反向起动，但也不能可靠停车，此时最好切除电源。●转速反向的反接制动——只适合位能性负载控制电路原理图机械特性方程(1)反接制动运行分析电动机沿曲线2减速，到有T<Tz,电动机继续沿曲线2减稳定下发重物。电源向电动机输入电功率，负载向电动机输入机械功率。机械功率的来源：位能性负载减少的位能；扣除空载损耗，其余的通过电磁作用转变成电功率。功率的去处：从电源输入的电功率和由机械功率转变成的电功率，都消耗在电枢回路总电阻上。(3)制动电阻的计算对于某给定的下放速度nD,所串电阻值为EaD=CeDnp2、回馈制动电机处于发电状态，将机械能变成电能回馈给电网。回馈制动分为：正向回馈制动，反向回馈制动。1.正向回馈制动(1)正向回馈制动过程：降压调速和弱磁升速过程程动机只靠本身的负载转矩加正向回馈制动运行(3)功率关系与直流发动机相同，将机械功率转变为电功率输出。区别：①正向回馈制动的机械功率是系统从高速降为低速释放出的动能或是系统减少的位能；②电功率不是输出给用电设备，而是回馈给直流电源。(4)反向回馈制动运行实质上为电源反接的反接制动用于位能性负载的运行情况，只有反向回馈制动运行。反向回馈制动运行分析现电源反接，进行反接制动，源，则在T+TL的作用下反向起作用下继续加速，使n>|-no功率关系与正向回馈制动运行是一致的。反向回馈制动5、他励直流电动机的四象限运行他励直流电动机的四象限运行包括：(2)能耗制动过程及能耗制动运行；(3)反接制动过程及反接制动运行；nnD转速反向反接制动运行E知识点电磁关系和等效电路、空载和短路时的参数测定、三相变压器的绕组连接法2、理解变压器的额定值、电压平衡方程、标3、了解变压器的向量图、空载电动势波形和特殊变压器(选学)1.变压器的基本工作原理和结构2.单相变压器的空载运行3.单相变压器的负载运行4.变压器参数的测定5.变压器的运行特性7.变压器的并联运行以阐述为主，并结合多媒体演示实物及模型1)变压器用途●变压器定义：利用电磁感应原理从一个电路向另一个电路传递电能或输入信号的一种电无电路联系(自藕变压器除外)。注意：同一功率下，电压越高，电流越小(P=UI),线路损耗越小(P=I2R,2)结构C或E型卷环式壳式心式壳式式式的安全和可靠运行。油浸式电力变压器1-信号温度计2-吸湿器3-储油柜4-油表5-安全气道6-气体继电器7-高压套管8-低压套管9-分接开关10-油箱11-铁芯12-绕组13-放油阀门3)工作原理电动势与产生它的磁通反向或阻止磁通增加，令N1/N2=K,则U1/U2=E1/E2=N1和N2是一次和二次侧绕组的匝数(1)按用途分类变压器可分为电力变压器和特种变压器。(2)按结构分类变压器可分为心式、壳式和卷环式三种。(3)按冷却方式分类变压器可分为空气冷却的干式变压器以及油冷式、油浸式变压器等。注意：单相变压器和三相变压器额定数据的定义区别空载运行时的电磁关系空载运行时的电动势和电压平衡方程式E₂=2f₁N₂Φm/√2=4.44f₁N₂Φmea1=-√2IooL₁cosot=√E₁=IowL₁=Iox1Eg1=-jIox1根据上面各式，可得空载运行时的电压平衡方程式为2、单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行示意图₁Φ2N,i₂ΦnU₁=-E₁+I₁(x+jx₁)=-E(2)电流的折算(3)阻抗的折算(4)负载的折算x₂=(I₂/I₂)²x₂=K²x₂r₂=(I₂/I₂Z₂=r₂+jx₂=k²(r₂+jx₂)折算后负载运行时的基本方程式5、变压器参数的测定1)变压器的空载试验方法：在低压测进行，改变u₁,注意：(1)取平均值的问题；(2)测得的值为折算到低压侧的数值，若要求高压侧的值必须再乘K2)变压器的短路试验改变Uk,使Ik=(0～1.3)In,读不同UK时的Ik、UK电阻的折算(折算到75度)说明：这里的Xk75=0,Zk75=Fk75定义：物理量的值与所选定的同单位基值的比，标么值=实际值/基值,,"事"使用标么值的优点：3点见书6、变压器的运行特性运行特性：(1)外特性：U₂=f(I₂)U₁=U₁w,cosφ₂不变(2)效率特性：η=f(I₂)U₁=U₁w,cosφ₂变压器的外特性副边端电压的变化折算到原边P=Pcul+PFe+PMPBPBPoPoPa变压器的外特性β=I₁/I₁n三、三相变压器本节主要讨论三相变压器工作时的特殊问题，如三相变压器的磁路，三相变压器的绕组连接法，三相变压器的电动势以及三相变压器的并联运行等。1.三相变压器组的磁路当原边加所需对称电压时，三相空载电流对称，三相主磁通也对称。2、绕组连接法与联结组联结组是用来表示三相变压器的绕组连接法和初级、次级线电动势的相位关系的。三相电力变压器的绕组只采用星形和三角形联接，一般变压器的出线标志：星形接法(Y)三角形接法(△)在对称三相系统中：三相变压器的联接组以时钟数字来表示，1-30°,...12-360°;组号由高低压绕组线电势相量间的相位差决定。单相变压器的联接组问题Ax中同极性端(同名端)同方向同极性端(同名端)反方向Y/Y连接的三相变压器，其联结组号都是偶数，有Y.y0;连接联结组Y,d3;Y,d5;Y,d7;Y,d9;Y,d11单相和三相变压器有很多联结组号，为了不至于在制造和使用时造成混乱，国家标准对单相双绕组电力变压器规定只用一个标准联结组：I,10;对三相双绕组电力变压器3、变压器的并联运行①各变压器原、副边额定电压相等，即变比K相等2.联接组号不同时变压器的并联运行由于电力变压器的短路阻抗很环流，会将变压器的绕组烧坏，故联接组号不同时的电压差IiNuI2NI¹2(而其他变压器一次侧电流随二次侧的电流变化)。]同其他变压器一样磁动势平衡关系为N₁I₁+N₂I₂=N₁I。N₁I₁+N₂I₂=0和普通变压器一样认为反电动势E1(U1)不变，故空载磁动势和测量高压线路里的电流，或测量大电流，不宜将仪表直接接入电路，可用电流互感器将线路隔开，将大电流变成小电流，再用电流表进行测量。电流互感器一次侧线圈为一匝或几匝，挂在被测电路中，二次侧匝数很多直接接电流表。可见电流互感器是一个短路运行的升压变压器。电流互感器中的一次侧电流不随二次侧的电流变化，属于①次级绝对不允许开路；②次级绕组和铁心应可靠接地；③次级回路串入的阻抗值不超过规定值。作用：将高电压变成低电压(100V)接法：如右图使用注意事项：①次级绝对不允许短路；②次级绕组和铁心应可靠接地；③次级的阻抗不能太小，以减小误差。电压互感器电路图(四)三绕组变压器在电力系统中，通常需要把三种不同电压的电网联系起来，最好的方式就是采用三绕组变压器参见P112-114(自学)五、其它特殊变压器略，参照课本注明：在教学过程中穿插的例题参见附件知识点定波相电动势、谐波及其削弱方法(选学)重点：异步电动机的基本结构、工作原理、等1.三相异步电动机的基本原理3.交流电机绕组的磁动势(选学)4.交流电机绕组的电动势(选学)5.三相异步电动机的电磁关系6.三相异步电动机的功率和转矩7.三相异步电动机的工作特性8.三相异步电动机的参数测定以阐述为主，并结合多媒体演示实物及模型作业练习：分类：笼型、绕线型铜条笼型转子铸铝笼型转子绕线型转子接线图铭牌数据和型号额定电压UN(V),额定电流I~(A),额定功率PN(W),(2)异步电动机的型号系列代号(异步电动机)极数更新设计铁芯长度代号(1,2,3)机座中心高机座长度(S,M,L)工作原理旋转磁场的形成原理滞后相，电流变化一周，旋转磁场空间上旋转一周。一对极旋转磁场示意图2)若有p对磁极，电流变化一周，旋转磁场转过1/p周。转子的机械转速与旋转磁场的转速之间存在差异是电磁作用产生的基础，通常用转差率(S)来描述，即电角度与机械角度：电角度=p×机械角度极距与节距：极距节距y₁应接近极距，一般y₁≤t槽距角：每极每相槽数：极距，槽距角，每极每相槽数示意图Z=24p=2每个槽内只有一个线圈边，d20NIsiN2以有本NB●三相双层绕组每相的4个线圈组可进行申联或并联连接。每相的4个线圈组可进行申联或并联连接。线容易，没有层间绝缘。弱谐波电动势和磁动势，改善波形，提高槽利用率3交流电机绕组的磁动势定子三相交流绕组按照一定规律分布在定子内圆表面，其中的电流随时间交变，绕组所产生的磁动势既沿空间分布，又随时间变化，是时间与空间的函数。三相对称绕组个考虑短距影响：系数k考虑相量分解与合成考虑一相串联线圈数磁动势分析过程相绕组由分布在各极下的同相线圈组联接而成(Iy=1/a)单相绕组磁动势是脉振磁动势，可分解为沿气隙分布的基波及一系列谐波。幅值在空间位置固定不动，幅值大小随时间按余弦规律变化，其变化频率与三相绕组的磁动势——基波旋转磁动势(1)三相绕组的基波磁动势假设一相脉振磁动势分解可以分解为两个旋转磁动势，它们幅值相同，等于脉振磁动势幅值的一半，转速相同，转向相反，即上式两边相加得：En=2Ee₁=4.44f₁Ny匝线圈基波中动势有效值为E',-N.E,-444N.fp,——线圈的基波短距系数感应电动势与交链燧通的关系交流电机与变压器的交链磁通变化不同在于：变压器中，与绕组交链的磁通变化是因为主磁通随时问变化(脉振)所引起的；交流屯机中，气隙磁通密度本身大小不变，但相对丁绕组旋转，使得与绕组交链的磁通随时间变化。虽然二者引起绕组交链磁通随时间变化的原因不同，但从“交链磁通发生变化而感应电动势”的原理来看是一样的、谐波电动势的危害：发电机输出电压波形奇变，附加损耗增加，效率下降：路产生干扰。削弱高次谐波电动势方法：三、三相异步电动机的电磁关系气隙中以同步转速旋转的基波磁通，同时与定、转子绕组交链，是定、转子之间的能量传递的媒介。有定子漏磁通、转子漏磁通图中，定、转子都是Y接，定子绕组接在三相对称电源上，转子绕组开路。转子绕组开路时的绕线型异步电动机基波旋转磁场以同步转速同时切割定、转子绕组，产生感应电动势有效值为E₁=4.44f₁N₁kn₁Φm;E₂=4.44f₁N₂kn₂Φm称为电动势变比φB--jiφ₀₀φ转子绕组开路时的电磁关系定子绕组电压平衡方程式为U₁=-E₁+i₀(i+jx₁)=-EZ₁——定子一相绕组漏阻抗，Z₁=r+jx₁定子电动势可表示-È₁=i。(m+jxm)=i₀Zmx励磁电抗，等效电路与相量图对应气隙主磁通的励磁参数感应电流i₂,定子、转子电流所建立的基波旋转磁动势保持相对静止，有F₁=Fm+(-F₂)漏电动势E₂。,有效值为E₂。=4.44f₁N₂kn₂Φ2σ可以写为E₂c=-jI₂x₂转子绕组中也有电阻，产生电阻压降I₂u₁一户转子绕组的折算原则：保证转子旋转磁动势△P₂、转子输出功率F₂以及转子的功率损耗P₂保持不变。>电流的折算：F₂=F₂》电动势的折算：E₂=keE₂>阻抗的折算：折算前后铜损耗不变m₁I₂²r2=m₂I₂²r₂折算前后转子漏磁场储能不变m₁I²xz=m₂I₂²x₂x₂=k。k,x₂折算前后转子功率因数角不变φ=φ2i₁+i=im折算后的基本方程式，等效电路与相量图基本方程式合-/jix₁uiimφjlijli等效电路与相量图E₂,=4.44f₂N₂kn₂Φm=s·4.44f₁N₂kn₂Φm=sE₂流下下r-XuP₁=P₂=P,a₂=p,a₂=p定子铁损耗PF。=m₁定子铁损耗PF。=m₁Im²rm转子铜损耗Pou₂=m₁I²r₂输出功功率转矩巨T₂相平衡。是一条向下稍微倾斜的曲线，空载时接近同步转速，随着负载增加转速下降。随负载增大，转子电流增大，定子电流也随之增大，变化与P几乎成比例。随负载增大，功率因数增加，随着转差率增大，超过额定值后，随着转子回路sx₂增大，使cosφ₁下降。P%=P₀-Pom=PF。+Pmxm=xo-xP=m₁Z₁²ri+m₁I₂²r=m₁I₁²(₁+=n-=n-注明：在教学过程中穿插的例题参见附件知识点机的启动3、了解利用电磁转矩实用表达式计算机械特性、软启动、频敏变阻器(选学)机的启动1.三相异步电动机的机械特性2.三相异步电动机的启动3.三相异步电动机的制动以阐述为主，并结合多媒体演示实物及模型作业练习：额定电压和额定频率下，按规定的接线方式接线，定、转子电路中不外接电阻、电感或电容时的机械特性。(1)电动状态——AC段矩T、最大转矩,和启动转矩T”5mT则一有足句多启动车专矩，宿短启动时间； 角释决方法一启动专矩不大。6.2.2笼型三相异步电动机的直接启动对笼型异步电动机，若负载对启动过程要求不高，且供电电网允许，可采用直接启动方法。若供电变压器容量较小，符合下式要求，也允许直接启动。若不满足上式，则不能直接启动。xKM2(2)Y-D降压启动正常运行时D接，启动时接成Y形。启动时电网供给电动机的启动电流为若改为D形接法因此有。,因为T,αU₁²,所以有自耦变压器启动时，U₁=Ux/k,I₂=I/kY-D启动接线图M启动一相电路图(4)三种降压启动方法比较(电机相电压)(电源线电流)111串电阻或电抗起动电机可频繁起动自耦变压器较大容量电机，较大负确定启动方法时，应根据电网允许的最大启动电流、负载对启动转矩的要求及启动设备的复杂程度、价格与维护成本等条件综合考虑。6.2.4高启动车专矩巨的笼型三相异步电动机□车专子电阻值较大的笼型异步电动机改变鼠笼金属材料，减小截面积等方法增大车专子电阻。； □双笼型异步电动机变外笼与内笼参数，可以得到不同形状的机械特性。双笼型异步电动机的机械特性双笼型异步电动机转子主主动动A动动A(1)(1)。不起作用。01计算启动级数，公取结果的相邻最大整数，根据m值，利用上述公式重新计算，判断是否满足T₂≥(1.11.2)T₂重复步骤②:6.3.1能耗制动——机械特性"C"Co,一若|Tol>|T₂I,A→B→D→Es<0,PA<0,P<0,|Pm|>|P|,Pou₂=PM-Pm>0笼型异步电动机采用变极调速或变频调速时，高速变换到低速的降速过程中，会发生回馈制动。状态，不能稳定运行。异步电动机正向回馈制动转换为机械能输出。适用于笼型异步电动机，通过改变定子绕组的接线方式，高一倍。为保证调速前后电动机转向不变，应同时改变定子绕组的相序。四极定子一相绕组对对重(两极定子一相绕组6.4.3变频调速———由基频向下调速有6.4.3变频调速-特点若负载转矩不变若负载转矩不变，oT.十r绕线型异步电动机转子串电阻调速—加电动势E,通过改变E。的大小和相位，将转差T<<776.4.4改变转差率调速———串级调速特点改变专子回路中外加电动势E的大小和相位，可实现同步转专速以上或以下的平滑调速。串级调速的特点：同步串级调速系统；一低速时过载能力较差，系统总功率因数不高；6.4.4改变转差率调速转差离合器调速转差离合器调速系统示意图电磁转差离合器的机械特性知识点1、掌握同步电机的基本工作原理和基本结构、电磁关系2、理解功率传递与转矩平衡、功率角意义和功率因数调节、启动3、了解伺服电动机、步进电动机、单相异步电机(选学)1.同步电机的基本工作原理和基本结构、电磁关系2.功率传递与转矩平衡、功率角意义和功率因数调节、启动以阐述为主，并结合多媒体演示实物及模型,同步电机主要口发电工作状态转子励磁绕组接入励磁直流电I,,产生对转子本身无口发电工作状态口发电工作状态对争止，二对争止，二者合成为负载时的气隙磁动势F。FF存在某一相位角o,称为功率角或功角。 磁场拖动转专子磁极旋转专，转速仍为同步转速。电机处同步电机的不同工作状态额定额定功率PN(W),额定转速n、(r/min)Px=√3UxI~7~cosφx此外，还有额定励磁电流I(4)与额定励磁电压U～(I)(2)同步电动机的型号同步极数x。=x。+x。,有凸极同步电动机气隙不均匀，将电枢磁动势分解为横轴与纵轴两个分量相应的电枢磁动势分解F。=Faa+FaE!E。E!E。φEEΦΦ电磁关系PM=P-Po=mE₁I,cosφ即电磁转专矩等于电动机轴上输出的机械转专矩与空载转矩之和。=3U₁I₁cospcosθ+3U₁Z₁sinpsine反应转专矩，与x。和x。的差异有关。 改变隐极同步电动机励磁电流的电动势相量图00K二、步进电机的相关知识结构特点：单相异步电动机的接线示意图单相绕组通单相交流电建立的磁动势为脉振磁动势，仅考虑基波分量时，其表达式为转子转速为n,转子对正向旋转磁场的转差率为S,则转子对反向旋转磁场的转差率为脉振磁动势的分解正向旋转磁场与其所感应的转子电流作用，产生正向电磁转矩；反向旋转磁场与其所感应的转子电流作用，产生反向电磁转矩；两者之和构成电动机的合成电磁转矩，如右图。特点：(1)S=1时，合成电磁转矩为零，说明它无起动转矩；(2)S=1左右两边，合成转矩对称，说明它无固定的转向；(3)工作时的转向由起动时的转动方向决定。WWE-üWWE-ü单相异步电动机T-s曲线单相异步电动机的等效电路一.起动方法：分相启动分相启动接线图起动原理(1)两个空间互差900电角度的不对称绕组通以不对称电流，在气隙中形成椭圆形旋转磁场，产生一定的起动转矩；(2)适当选择电容分相的电容，可在气隙中建立接近于圆形的旋转磁场，产生较大起动转矩，同时使起动电流减小；注意：工作绕组或起动绕组接电源的两出线端对调可改变电动机的转向。罩极式单相异步电动机的定子铁心多数做成凸极式，主要结构如右图结构特点：(1)在每个定子磁极上装有工作绕组。在磁极极靴的1/3处开有小槽，槽内嵌有短路铜环，把部分磁极“罩”起来，此铜环也称为罩极线圈：(2)转子仍为普通鼠笼式转子实现办法：用电子开关做调压器，或采用串联电抗器，以控制电机端电电容分相的单相异步电动机也常用工作绕组或起动绕组速伺服电动机的功能是将输入的电信号转换为电动机转轴上的角位移或角速度。分为直流和交流伺服电动机。8.2.1直流伺服电动机1.基本结构和工作原理直流伺服电动机实际上就是微型他励直流电动机，由装有磁极的定子、可以转动的电枢和换向器组成。按励磁方式的不同，可分为电磁式和永磁式两种。直流伺服电动机的工作原理与普通直流电动机的工作原理相同，电路如下图所示。电枢电流与磁场相互作用产生了使电枢旋转的电磁转矩。厂厂(a)电强式(b)永磁式时，电动机能自动停止转动。2.直流伺服电动机的控制·电枢控制：改变电枢绕组电压的方向与大小的控制方式。当采用电枢控制时，电枢绕组加上控制信号电压，电磁式伺服电动机的励磁绕组加上额定电压。当控制信号电压U=0时，la=0,T=0电动机不会旋转，即转速n=0。当时U≠0,la≠0,T≠0,电动机在电磁转矩的作用下运转。改变的大小或极性，电动机的转速或转向将随之改变，电动机随着电枢电压大小或极性的改变而处于调速或反转的状态中。U不同时，伺服电动机的机械特性与普通直流电动机相同，是一组平行的略为倾斜的直线。·磁场控制：改变励磁绕组电压的方向与大小的控制方式(永磁直流伺服电动机无，电磁式直流伺服电动机也较少用)。当采用磁场控制时，电磁式直流伺服电动机的励磁绕组加上控制信号电压，电枢绕组加上额定电压。控制信号电压的大小和极性改变时，电动机随着磁场强弱和方向的改变而处在调速或反转状态中，不同时，电磁式直流伺服电动机的机械特性与普通直流电动机在不同时的机械特性相同。减小，机械特性上移，斜率增加。两种控制方式相比，在性能上，电枢控制远较磁场控制优越，故应用最多。磁场控制的主要优点是控制功率小，仅用于小功率电动机中。电枢控制的直流伺服电动机机械特性表达式为：调节特性：指电动机在一定的负载转矩下，稳态转速随控制电枢电压的变化关系