哈工大电机学期末复习题集-电机学课件-汤蕴

哈工大电机学期末复习题集汤蕴老师电机学课件绪论电机学是研究电磁能量转换的学科，它涉及到电磁场、电磁力、机械运动等方面的理论和应用。电机基础理论基本概念了解电磁感应定律、磁场、磁路、磁感应强度、磁通量、磁动势等基本概念，是理解电机工作原理的基础。电机类型掌握直流电机、交流电机、同步电机、异步电机等不同类型电机的特点，以及它们的应用场景。三相异步电机原理1旋转磁场定子绕组通入三相交流电，产生旋转磁场2感应电流旋转磁场切割转子导体，产生感应电流3电磁转矩感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动转子旋转三相异步电机机械特性三相异步电机机械特性描述了电机速度、转矩和电流之间的关系，是电机运行的重要指标。电机速度与负载转矩的关系称为**机械特性曲线**，通常用转速与负载转矩的关系来表示。机械特性曲线反映了电机在不同负载下的运行状态。机械特性曲线通常分为四种类型：**硬特性**、**软特性**、**恒转矩特性**和**恒功率特性**。不同的特性曲线对应不同的电机应用场景。三相异步电机电磁转矩转矩与转速的关系三相异步电机启动直接启动直接将电机接入电源，电流较大，启动转矩也较大，适用于负载较轻的电机。降压启动通过降压装置降低启动电压，降低启动电流，但启动转矩也随之减小，适用于负载较重的电机。星形-三角形启动先以星形接法启动，降低启动电流，启动后转速升高后再改接成三角形，提高转矩，适用于负载较重的电机。转子串电阻启动在转子回路中串入电阻，增加启动转矩，但启动后会降低效率，适用于负载较重且需要频繁启动的电机。三相异步电机控制转速控制通过改变定子电压、频率或转子电阻来调节电机转速。转矩控制通过改变定子电流或磁场强度来控制电机转矩，实现负载匹配。位置控制通过闭环控制系统，将电机转子位置信息反馈到控制器，实现精确位置控制。三相同步电机基本理论转子结构同步电机转子通常由永磁体或绕组构成，并与定子磁场同步旋转。定子结构定子结构类似于异步电机，由定子铁心和绕组组成，产生旋转磁场。工作原理同步电机通过定子绕组产生的旋转磁场与转子磁场同步，实现能量转换。三相同步电机无励磁特性特性描述无励磁运行同步电机在无励磁情况下运行，此时定子绕组中仅流过电流，没有产生磁场。同步速度电机转速与电源频率相同，由电源频率决定。转矩特性无励磁同步电机没有转矩，无法产生机械功。稳定性无励磁同步电机不稳定，易于失步，无法正常运行。三相同步电机励磁特性1无功功率励磁电流变化对无功功率的影响2功率因数励磁电流变化对功率因数的影响3电压励磁电流变化对端电压的影响三相同步电机稳定性1稳态稳定性稳态稳定性是指电机在运行过程中，当受到扰动后，是否能恢复到原来的稳定状态。它主要取决于转子磁场和定子磁场的相互作用。2动态稳定性动态稳定性是指电机在运行过程中，当受到扰动后，是否能保持稳定运行，而不会发生失步或振荡。它主要取决于电机的惯性、阻尼和励磁特性。3影响因素影响三相同步电机稳定性的因素包括负载变化、电网电压波动、励磁电流变化和机械扰动等。三相同步电机启动1同步转速达到同步转速2励磁励磁绕组通电3异步启动异步电机启动直流电机基本理论1基本结构直流电机由定子和转子组成，定子上安装励磁绕组，转子上安装电枢绕组。2工作原理当电枢绕组通电后，会在磁场中产生电磁力，驱动转子旋转，并产生电磁转矩。3分类直流电机主要分为直流串励电机、直流并励电机、直流他励电机和直流复励电机等。直流电机转子电流和转矩1电流转子电流与磁场强度成正比，磁场强度越强，转子电流越大。2转矩转矩与转子电流和磁场强度成正比，电流越大，转矩越大，磁场强度越大，转矩也越大。直流电机机械特性和调速转速-转矩特性直流电机转速与转矩之间的关系，反映了电机在不同负载下的运行情况。调速方法改变励磁电流、电枢电压或串联电阻等方法，可以调整直流电机的转速。特性分析根据不同的调速方法，直流电机会有不同的转速-转矩特性曲线，影响电机运行效率和性能。直流电机启动与制动1启动提供转矩2制动产生制动转矩3控制方法电阻启动，电枢电压控制单相电机基本类型单相异步电机这类电机最常见，结构简单，成本低，应用广泛。单相同步电机这类电机通常用于需要同步旋转的场合，如钟表电机。单相直流电机这类电机结构复杂，效率较低，现已逐渐被其他类型电机取代。步进电机这类电机可以实现精确的步进控制，广泛应用于自动化设备。单相电机工作原理1旋转磁场单相电机利用单相交流电产生的脉动磁场，通过辅助绕组或其他方法，形成旋转磁场。2电磁感应旋转磁场切割转子绕组，产生感应电流。3电磁转矩转子电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，推动转子旋转。单相异步电机特性启动转矩较小，需要辅助启动装置运行效率较低，比三相电机效率低功率因素较低，需要补偿装置改善转速受负载影响较大，波动范围大单相电机启动和控制1电容启动使用电容改变启动绕组电流相位，产生旋转磁场，启动电机。2阴影极启动利用启动绕组和运行绕组之间的磁场相互作用，产生旋转磁场，启动电机。3电容运行在电机运行时，电容连接在启动绕组上，提高效率并改善功率因数。4速度控制通过调节电容值、电压或频率来控制电机速度。微特电机分类与特点分类微特电机按照工作原理可分为交流微特电机和直流微特电机。交流微特电机包括同步电机，异步电机，步进电机，感应电机等。特点体积小，重量轻，效率高，启动快，噪音低，转速高，寿命长，抗干扰能力强。微特电机工作原理磁场产生微特电机利用定子绕组通电产生旋转磁场，该磁场与转子相互作用。转子感应转子感应电流由定子磁场的变化产生，转子电流产生磁场，与定子磁场相互作用，形成转矩。转子旋转产生的转矩驱动转子旋转，旋转速度取决于定子磁场强度和转子负载。微特电机应用及特点智能手机微特电机被用于智能手机的振动马达，提供触觉反馈，增强用户体验。无人机微特电机驱动无人机的螺旋桨，提供推力和控制，使其能够飞行。医疗设备微特电机用于医疗设备，如医疗泵、人工心脏等，提供精确的控制和运动。电机损耗与效率铜损铁损机械损附加损电机损耗是指电机工作时产生的能量损失，主要包括铜损、铁损、机械损和附加损，这些损耗降低了电机的效率。电机的热稳定性设计电机运行中产生的热量必须能够及时散失，避免过热导致绝缘失效，影响电机正常运行。良好的热稳定性设计可以延长电机寿命，提高可靠性，降低运行成本。热稳定性设计需要考虑热量产生、热量传递和热量散失三个方面，并进行相应的计算和分析。电机铁心及绕组设计铁心结构电机铁心由叠压的硅钢片组成，以减少涡流损耗。绕组类型绕组设计包括定子绕组和转子绕组，根据电机类型选择不同的绕组形式。绕组参数绕组匝数、导线尺寸、绕组连接方式等影响电机的电磁性能。电机绝缘和温升绝缘等级电机绝缘等级根据耐受温度进行分类，例如A级（105°C）、E级（120°C）等。绝缘材料电机绝缘材料包括绝缘漆、绝缘纸、绝缘板等，用于防止绕组之间或绕组与铁心之间发生短路。温升控制电机温升会影响其性能和寿命，因此需要通过设计和运行管理来控制温升。电机的噪声及振动噪声来源电机噪声主要来自气动噪声、电磁噪声和机械噪声，其中气动噪声来源于风扇和冷却系统。振动来源电机振动通常由电磁力、轴承磨损、不平衡力和结构共振等因素引起。噪声控制通过合理的设计、制造工艺和运行维护可以有效降低电机噪声和振动。电机标准和试验标准规范确保电机符合行业标准，如IEC、NEMA和GB等，确保安全、性能和可靠性。性能测试验证电机参数，包括效率、功率因数、转速、转矩等，以确保电机符合设计规范。环境试验模拟电机工作环境，如温度、湿度、振动等，评估电机在实际应用中的耐久性和可靠性。结构和安装1电机结构定子，转子，轴承，冷却系统2