电机学材料范文

电机学材料范文 前言电机学概述和磁路简介 1、学习电机学的意义。 电机在国民经济中的广泛应用；本课程与其他课程的紧密联系 2、电机的分类。 1）按能量转换角度划分发电机2）按结构特点及电源种类分 3、磁路的基本定律及铁芯损耗。 基本定律 （1）安培环路定律（全电流定律）； （2）磁路的基尔霍夫第一定律； （3）磁路的基尔霍夫第二定律； （4）磁路的欧姆定律； （5）铁磁物质的磁化曲线；铁芯损耗=磁滞损耗+涡流损耗第一章直流电机的基本工作原理、结构及额定值 1、直流电机的结构（定子和转子）旋转电机都是由定子和转子两大部分组成 3、电枢绕组（电枢绕组的分类、单叠和单波的特点及节距公式）变压器发电机电动机电机电机-变压器旋转电机交流电机直流电机同步电机异步电机22uZ Dp P?ky y?单叠绕组的特点是合成节距等于一个虚槽，换向器节距等于合成结距等于一个换向片数。 1?ky y单叠绕组的特点 （1）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极对数p与支路对数a相同。 （2）电刷数等于主磁极数。 （3）电刷与几何中性线上的导体相接的换向片相接触，使感电动势最大。 （4）电刷间电动势等于并联支路电动势。 （5）电枢电流等于各支路电流之和。 单波绕组的特点 （1）同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为a=1，与磁极对数无关； （2）电枢电流Ia等于2倍支路电流ia，即Ia=2ia； （3）为了减小电刷的电流密度，实际电刷对数b=极对数p。 （4）当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线支路电动势最大即正负电刷间的电动势最大； （5）电枢电动势等于支路感应电动势；节距公式1）极距相邻主磁极在定子圆周上的间距称为极距。 2)节距节距是指元件边之间的距离。 a、第一节距y1是指一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。 b、第二节距y2连至同一换向片的两个元件中的前一个元件的下层边与后一个元件的上层边在电枢表面跨过的距离。 c、合成节距y串联的两个相邻元件的对应上下层边在电枢表面跨过的距离。 d、换向节距yk一个元件的首、末端所连接的两个换向片在换向器表面跨过的距离。 用换向片数计算。 4、直流电机的额定值发电机是指输出额定电压；电动机是指输入额定电压。 N N NI U P?N N N NI UP?直流发电机直流电动机第二章直流电机的基本理论 1、直流电机的励磁方式（他励、自励）P 232、空载时直流电机的气隙磁场P 253、负载时直流电机的负载磁场（电枢反应的概念和电枢反应的性质，电枢反应对电机性能的影响）?电枢反应的概念电枢磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。 电枢反应与电刷的位置有关。 ?电枢反应对电机性能的影响使磁场的零点偏移；不饱和时，每极磁通量不变；饱和时，每极磁通量会减少。 4、直流电机的电枢绕组电动势和电磁转矩。 直流电机的电枢电动势定义:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电枢电动势。 60a epzEn C na?60epzCa?式中，电势常数；负载时气隙合成磁场的每极磁通。 直流电机的电磁转矩定义:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电枢电动势。 a TaI CIapZT?2直流电机的转矩常数。 式中，apZCT?2? 5、直流电机的主要损耗。 （1）机械损耗； （2）铁芯损耗； （3）励磁损耗； （4）负载损耗； （5）附加损耗；例21一台直流电机,P=2，单叠绕组，总导体数N256，每极磁通22.110?Wb,求当转速为n N3000rmin时的电枢绕组电动势；设电枢电流A，磁通保持不变，则此时的电磁转矩又为多大？解 (1)已知这台直流电机的极对数P=2，则单叠绕组的并联支路对数a=2，于是电动势常数20,230,N NPKW U V?根据电枢电动势公式2(4.272.1103000)268.8a eECnV V? (2)转矩常数根据电磁转矩公式例1一台并励直流发电机，额定数据为1450/m in,22Nn rUV?，电枢回路总电阻0.15ar?，励磁回路总电阻074.1,1020fr pW?空载损耗，忽略电枢反应的影响，试求 （1）额定负载时电机的电磁功率；电磁转矩和效率。 27.1012101.276.402?a TIC T?()N m?a a aR I U E?01T T T?a aMI ET P?01p P PM?cu fMp p P P?2p P p p p p p P Pa Fe m f cu?22101p P PM?cu Mp P P?2p Pp p p p PPa Femcu?221f aI I I?f aI I I?aI I?第三章直流发电机 1、利用直流发电机的基本方程式进行计算。 直流发电机的基本方程式:1）电动势平衡方程式:2）转矩平衡方程式:3）电磁功率和功率平衡方程式:电磁功率并励直流发电机他励直流发电机他励直流发电机并励直流发电机串励直流发电机 2、直流发电机的励磁电流。 P38p 423、他励和并励直流发电机外特性曲线的形状，以及影响电压变动的因素。 影响电压变动的因素电枢回路的电压降；电枢反应的去磁作用；端电压下降引起的励磁电流减小。 他励和并励直流发电机外特性曲线的形状 4、并励直流发电机自励建压的条件。 （1）电机的主磁路有剩磁； （2）并联在电枢绕组两端的励磁绕组极性要正确； （3）励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻；【例1】:一他励直流发电机，PN=10kW，UN=230V，nN=1000r/min，Ra=0.4。 如果磁通保持不变，求1000r/min时的空载电压U0和900r/min时的满载电压U。 解在nN和UN时的电枢电流【例2】:一并励直流发电机，输出电压U=230V，输出电流I=100A，Ra=0.2，Rf=115，n=1500r/min，T0=17.32Nm。 求发电机的输出功率UOININU0UkrIKI他励并励发电f aI I I?aI I?P 2、电磁功率Pm、输入功率P1和效率第四章直流电动机 1、直流电动机的励磁方式。 P44 2、直流电机的可逆原理及直流电机运行状态的判别依据。 3、利用直流电动机的基本方程式进行计算。 直流电动机的励磁电流公式他励直流电动机并励直流电动机f aI I I?T nTC CRRCUnLT epae?02aaaU EI R?20LT TTT?串励直流电动机直流电动机的机械特性方程电动势平衡方程式转矩平衡方程式功率平衡方程式他励直流电动机并励直流电动机 4、他励直流电动机的机械特性（固有、人为）。 （1）固有机械特性； （2）人为（人工）机械特性； 5、直流电动机的起动方法、调速方法。 起动方法 （1）直接起动； （2）电枢回路串电阻起动； （3）降压起动；调速方法 （1）改变电枢电压U； （2）改变励磁电流即改变磁通； （3）电枢串入电阻Rt j；第五章变压器的结构、原理与额定值 1、变压器的工作原理。 变压器是利用电磁感应原理（互感作用）将一种电压、电流的电能转换成同频率的另一种电压、电流的能量的变换装置。 2、变压器的类型。 除了按用途分类外，变压器还可以按相数、绕组数目、铁心形式、冷却方式等特征分类。 按绕组数分单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。 按相数分单相变压器、三相变压器和多相变压器。 12m Fea cuPPp ppp?cu Mp PP?102pPPM?f cuaFemp ppppPP?21fcuMp pPP?102pPPM?mfN jE?1144.4mfN jE?2244.42121NNEEk?22E kE?kII22?222Z k Z?L LZ kZ2?N N NNNI UI US221133?NNNNNIUIUS2211?按铁心结构分芯式变压器和壳式变压器。 按冷却介质和冷却方式分干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。 3、变压器的主要额定值。 1）额定电压U1N/U2N(V或kV)2）额定电流I1N/I2N(A)3）额定容量SN(VA或kVA)单相双绕组变压器三相双绕组变压器三相变压器的额定电压和额定电流均为线量。 第六章变压器的基本理论 1、掌握变压器的基本工作原理，熟练应用感应电势公式。 （1）)变压器的磁场为了便于研究，根据变压器内部磁场的实际分布和所起作用的不同，通常把磁通分为主磁通和漏磁通。 主磁通的性质和作用主磁通沿铁心闭合，其磁路是一种非线性磁路，主磁通在 一、二次绕组中分别感应电势E1和E2，将电磁功率从一次绕组传递到二次绕组，起传递能量的作用。 漏磁通的性质和作用漏磁通主要沿非铁磁性材料闭合，其磁路是一种线性磁路，呈线性关系，漏磁通只起产生漏电抗压降的作用，不直接参与从一次绕组到二次绕组的能量传递。 （2）主磁通感应电动势一次绕组感应电动势二次绕组感应电动势变压器的变比变压器的一次侧与二次侧相电势之比，称为变压器的变比，用k表示，即 2、掌握变压器绕组的折合条件、折合方法。 折合条件折合前后二次绕组的磁动势不变。 折合方法1111Z IE U?mI I I?212222Z IE U?m mZI E?121E E?LZ IU?22? 3、掌握分析变压器的基本方法变压器的基本方程式、等值电路和相量图。 ?基本方程式组?变压器的等效电路、相量图（见附1）T型等效电路T型等效电路中各参数的物理意义励磁电阻Rm是表征铁耗的等效电阻。 励磁电抗Xm反映了主磁通对电路的电磁效应，是与主磁通对应的电抗。 一次绕组漏电抗X1反映了一次绕组漏磁通对电路的电磁效应，是同一次绕组漏磁通相对应的电抗。 二次绕组漏电抗X2反映了二次绕组漏磁通对电路的电磁效应，是同相二次绕组漏磁通对应的电抗。 ?简化等效电路120NUkU?变比020mPRI?励磁电阻22m mmX ZR?励磁电抗10NmUZI?励磁阻抗kkkUZI?短路阻抗2kkkPRI?短路电阻22k k kX ZR?短路电抗12121212kkR RRX XX?222100%NNU UUU?%100)sin cos(2*2*?k kXR U 4、掌握变压器等值电路参数的测定方法。 ?变压器的空载试验?变压器的短路试验对T型等效电路 5、掌握变压器的运行性能指标及其计算。 1）变压器的电压调整率U定义变压器带上负载以后，电压变化的差值（二次额定电压U2N与二次电压U2之差）与二次额定电压的比值称为电压调整率，用U表示，即计算公式影响变压器电压调整率U的因素有负载的大小、负载的性质和变压器本身的漏阻抗。 22Cup I?0Pep p?2Cu kNpp?%100coscos2022?kN NNpp SS?20m kNPP?或0mkNPP?Fe cupp?2）变压器的损耗和效率铜耗随负载的大小而改变，也称为可变损耗，变压器的损耗有铁耗和铜耗。 铁耗不随负载的大小而改变，也称为不变损耗，变压器额定负载时的铜耗（即额定短路功率）为P kN，则任意负载时的铜耗为变压器的效率计算公式变压器产生最大效率的条件即当时，变压器的效率最高。 影响变压器效率的因素有负载的大小、负载的性质和变压器本身的损耗。 附附1第七章三相变压器I I II IIIII*IIIIIIIII11:N NkkkkLS SS S IIZ ZZ ZSSS?22222sin150.518?N NckkU UUUIZ Z 1、掌握三相变压器组和三铁心式变压器磁路的特点。 三相组式变压器的特点三相磁路彼此无关联。 三相心式变压器的特点三相磁路彼此有关联。 独立磁路系统三相变压器组相关磁路系统三铁心柱式变压器 2、掌握三相变压器的联结组标号，能利用电动势相量图判定联结组标号。 三相变压器的联结组标号表示高、低压侧对应线电压之间的相位关系；已知三相变压器的绕组接线图确定其联结组标号；已知三相变压器的联结组标号画绕组接线图； 3、掌握变压器理想并联运行的条件。 各变压器 一、二次侧的额定电压分别相等，即各变压器的变压比相等；各变压器联结组标号相同；各变压器的短路阻抗（短路电压）的标么值相等；各变压器输出电流同相位（短路阻抗角相等）； 4、掌握变压器并联运行时负载分配的计算方法例Yy0Yd11A(a B2U?abU?abU?ABU?11,N noYy d0,y yYno N连接组别不同时，二次侧线电压之间至少相差300，则二次线电压差为额定电压的51.8%，由于变压器的短路阻抗很小,这么大的电压差将产生几倍于额定电流的循环电流，会烧毁绕组，所以连接组别不同绝不允许并联。 第八章自耦变压器、三绕组变压器和互感器 1、掌握自耦变压器的特点及主要应用。 特点 一、二次线圈之间不仅有磁的联系而且有电的直接联系；省材料，效率高（ka越接近于1其优点越明显）；易制作成调压器。 主要应用交流（手动旋转）调压器、家用小型交流稳定器内的变压器、三相电机自耦减压启动箱内的变压器等。 2、掌握三绕组变压器的结构和用途。 三绕组变压器有高、中和低压三个绕组，具有这种本身有三种电压等级的变压器，称为三绕组变压器。 三绕组变压器大多用于二次侧需要两种不同电压的电力系统。 三绕组变压器每个心柱上套有三个绕组，通常高压绕组放在最外层，低压绕组或中压绕组放在内层。 三个绕组的容量可相等。 也可不相等，容量最大的规定为三绕组变压器的额定容量。 标准联结组有和yqNapN?2Qp?极距 3、掌握互感器的分类以及它们的使用注意事项。 互感器分为电压互感器和电流互感器。 电压互感器使用注意事项1）二次侧不允许短路，否则会产生很大的短路电流，绕组烧毁；2）为安全起见，二次绕组连同铁心一起，必须可靠接地；电流互感器使用注意事项1）二次侧不允许开路,若开路,一次侧电流全部变为激磁电流，激磁电流很大,副绕组中感应电势极高,可使绝缘击穿,危机人身安全；2）二次侧绕组连同铁心必须可靠接地。 防止由于绕组绝缘破坏，使原边的高电压传到副边发生人身伤害事故；第十章交流电机的绕组和电动势 1、交流绕组的基本概念。 P153绕组的分类方法 （1）按槽内层数分，可分为单层和双层绕组。 单层绕组又可分为等元件式、链式、交叉式和同心式绕组；双层绕组又可分为叠绕组和波绕组。 （2）按相数分，可分为单相、两相、三相及多相绕组。 （3）按绕组是否集中，可分为集中绕组和分布绕组。 （4）按每极每相槽数，可分为整数槽和分数槽绕组。 绕组的基本参数 2、利用电动势星形图分析三相绕组的方法。 槽导体电势星形图是分析交流绕组的最基本的一种方法，利用它划分各相各属槽号，然后按电势相加的原则连接绕组。 3、三相单层分布绕组和三相双层叠绕组的连接规律。 单层分布绕组的特点每个槽内只有一个线圈边，线圈数等于槽数的一半；每相槽距角360pQ?每极每相槽数2Qqpm?yqNapN2?有p个线圈组，每个线圈组由q个线圈串联而成；最大并联支路数a max=p；每相串联匝数双层叠绕组的特点每个槽内有两个线圈边，线圈数等于槽数；每相有2p个线圈组，每个线圈组由q个线圈串联而成；最大并联支路数a max=2p；每相串联匝数 4、同步发电机的工作原理。 P15260p nf?1=6?1cos()2yvk v?sin2sin2qvvqkvq?p114.444.44qy wwpEpE fqNk fNka a?第十一章交流电机的绕组和电动势 1、感应电势的频率。 若转子有一对磁极，则转子转一周，感应电势就变化一个周期，设转子每分钟转N转，则感应电动势变化N个周期；若转子有P对磁极，则每分钟内感应电动势变化PN个周期。 电动势的频率电动势在1s内所变化的周期数。 2、电机设计时削弱谐波的方法.高次谐波电势的削弱方法 （1）采用三相连接，消除三次谐波线电势； （2）使气隙中的磁场分布尽可能接近正弦波； （3）采用短距绕组；取左右。 （4）采用分布绕组； 3、绕组基波因数的物理意义，交流绕组基波相电动势的计算。 在正弦分布磁场下交流绕组的相电势为式中，N为一相绕组串联匝数。 2sin2sin2cos?qqk kkq yw?11coscosp pfF X t?11110.9p wINF kp?)cos (21)cos(21111X t F Xt Ffp pp?绕组的基波因数第十二章交流绕组的磁动势 1、单相绕组基波磁动势的表达式及其特点。 单相绕组基波磁动势的表达式单相绕组的基波磁动势的特点性质脉振磁动势；波形余弦波；脉振频率等于电流的频率极对数电机的极对数p波幅位置相绕组的轴线振幅 2、脉振磁动势和旋转磁动势之间的关系。 )cos()cos(23111111XtF XtFf ff fpC BA?1111135.123w pkpNIF F?160fnp?脉振磁动势可以分解为两个转速相同，转向相反的旋转磁动势，每个旋转磁动势的幅值为脉振磁动势最大振幅的一半。 3、三相绕组基波合成磁动势的表达式及其特点三相对称绕组中流过对称三相电流所产生的基波合成磁动势是一个圆形旋转磁动势。 三相基波合成磁动势的表达式三相基波合成磁动势的特点性质圆形旋