注册电气工程师专业基础电机部分PPT学习课件

1、注册电气工程师培训注册电气工程师培训 电机部分电机部分 提提 纲纲 静止电机静止电机 变压器变压器 电机电机 直流电机直流电机 旋转电机旋转电机 同步电机同步电机 交流电机交流电机 异步电机异步电机 （感应电机）（感应电机） 电机是依据电磁感应定律实现电能电机是依据电磁感应定律实现电能转换转换或或传递传递 的电磁装置的电磁装置 电机部分之一电机部分之一 重点内容重点内容 考试大纲 变压器 练习题 电机部分之二电机部分之二 考试大纲 感应电动机 练习题 重点内容重点内容 电机部分之三电机部分之三 考试大纲 同步电机 练习题 重点内容重点内容 电机部分之四电机部分之四 考试大纲 直流电机 练习题

2、重点内容重点内容 考试大纲考试大纲变压器变压器 4.6.1 了解三相组式变压器及三相芯式变压器结构特点 4.6.2 掌握变压器额定值的含义及作用 4.6.3 了解变压器变比和参数的测定方法 4.6.4 掌握变压器工作原理 4.6.5 了解变压器电势平衡方程式及各量含义 4.6.6 掌握变压器电压调整率的定义 4.6.7 了解变压器在空载合闸时产生很大冲击电流的原因 4.6.8 了解变压器的效率计算及变压器具有最高效率的条件 4.6.9 了解三相变压器联接组和铁芯结构对谐波电流、谐波磁通的影响 4.6.10 了解用变压器组接线方式及极性端判断三相变压器联接组别的方法 4.6.11 了解变压器的绝

3、缘系统及冷却方式、允许温升 考试大纲考试大纲感应电动机感应电动机 4.7.1 了解感应电动机的种类及主要结构 4.7.2 掌握感应电动机转矩、额定功率、转差率的概念及其等值电路 4.7.3 了解感应电动机三种运行状态的判断方法 4.7.4 掌握感应电动机的工作特性 4.7.5 掌握感应电动机的启动特性 4.7.6 了解感应电动机常用的启动方法 4.7.7 了解感应电动机常用的调速方法 4.7.8 了解转子电阻对感应电动机转动性能的影响 4.7.9 了解电机的发热过程、绝缘系统、允许温升及其确定、冷却方式 4.7.10 了解感应电动机拖动的形式及各自的特点 4.7.11 了解感应电动机运行及维护

4、工作要点 考试大纲考试大纲同步电机同步电机 4.8.1 了解同步电机额定值的含义 4.8.2 了解同步电机电枢反应的基本概念 4.8.3 了解电枢反应电抗及同步电抗的含义 4.8.4 了解同步发电机并入电网的条件及方法 4.8.5 了解同步发电机有功功率及无功功率的调节方法 4.8.6 了解同步电动机的运行特性 4.8.7 了解同步发电机的绝缘系统、温升要求、冷却方式 4.8.8 了解同步发电机的励磁系统 4.8.9 了解同步发电机的运行和维护工作要点 考试大纲考试大纲直流电机直流电机 4.12.1 了解直流电机的分类 4.12.2 了解直流电机的励磁方式 4.12.3 掌握直流电动机及直流发

5、电机的工作原理 4.12.4 了解并励直流发电机建立稳定电压的条件 4.12.5 了解直流电动机的机械特性（他励、并励、串励） 4.12.6 了解直流电动机稳定运行条件 4.12.7 掌握直流电动机的起动、调速及制动方法 4.6 变压器变压器 注册电气工程师考试注册电气工程师考试电机部分电机部分 之一之一 单相变压器 1 u 2 u L R 1 i 2 i 铁芯 原边原边 绕组绕组 副边 绕组 一、变压器的基本结构一、变压器的基本结构 铁心：变压器的磁路。铁心：变压器的磁路。 高、低压绕组：高、低压绕组： 原边（一次绕组）：原边（一次绕组）： 接电源的绕组接电源的绕组 副边（二次绕组）：副边（

6、二次绕组）： 接负载的绕组接负载的绕组 1 u 1 i 2 u 2 i L R 变压器符号变压器符号： 4.6.1 三相组式和心式变压器三相组式和心式变压器 了解 三相组式变压器 体积小 重量轻 用于超高压、特大容量场合 三相芯式变压器 材料省 效率高 经济 分析要点分析要点： 铁芯结构铁芯结构 磁路特点磁路特点 励磁电流和磁通情况励磁电流和磁通情况 4.6.1 三相组式和心式变压器三相组式和心式变压器 了解 4.6.1.1 组式各相磁路彼此独立各相磁路彼此独立 各相主磁通以各自铁芯作 为磁路。铁芯独立， 磁路不关联 各相磁路的磁阻相同，当 三相绕组接对称的三相电 压时，各相的激磁电流和 磁通

7、对称。 由三台完全相同（容量、变比）的单相变压器 按三相连接方式连接而成三相组成变压器 4.6.1 三相组式和心式变压器三相组式和心式变压器 了解 4.6.1.2 芯式各相磁路彼此相关各相磁路彼此相关 通过中间三个芯柱的磁通等于三相磁通的总和。 当外施电压为对称三相电压，三相磁通也对称，其总 和 ，即在任意瞬间，中间芯柱磁通为零。 在结构上省去中间的芯柱 4.6.1 三相组式和心式变压器三相组式和心式变压器 了解 0CBA 三相三铁芯柱变压器三相三铁芯柱变压器 三相铁心互不独立 三相磁路互相关联 中间相的磁路较短，令外施电压 为对称三相电压，三相激磁电流 也不完全对称，中间相激磁电流 较其余两

8、相为小。 与负载电流相比激磁电流很小， 如负载对称，三相电流基本对称。 中间相磁路短，磁阻小，激磁电流较小中间相磁路短，磁阻小，激磁电流较小 （F=R） 4.6.1 三相组式和心式变压器三相组式和心式变压器 了解 1. 额定电压额定电压 U1N / U2N 指指空载电压的额定值。的额定值。 即当即当 U1 = U1N 时时, U20 = U2N 三相变压器是指三相变压器是指线电压线电压。 2. 额定电流额定电流 I1N / I2N 指指满载满载电流值，即长期工作所允许的最大电流。电流值，即长期工作所允许的最大电流。 三相变压器是指三相变压器是指线电流线电流。 4.6.2 变压器的额定值变压器的

9、额定值 掌 握 3. 额定功率额定功率(额定容量额定容量) SN 输出的额定有功功率：输出的额定有功功率： PN = U2 I2N cos 2 4. 额定频率额定频率 fN 一般：一般： fN = 50Hz（工频）（工频） 指视在功率的额定值。指视在功率的额定值。 单相变压器：单相变压器： SN = U2N I2N = U1N I1N 三相变压器：三相变压器： SN =3 U2N I2N =3 U1N I1N 4.6.2 变压器的额定值变压器的额定值 掌 握 接上交流电源 1 u 原边电流 i1等于励磁 电流 i10 产生感应电动势 i10 产生磁通产生磁通 （交变）（交变） e,方向符合右螺

10、 旋法则 1 u 1 i 2 e 1 e 1 N 2 N 空载运行 ：原边接入电源，副边开路。 dt d Ne 11 dt d Ne 22 注意 4.6.3 变压器的变比和参数的测定变压器的变比和参数的测定 了解 结论：改变匝数比，就能改变输出电压。 K为为变比变比 10 i 1 u 20 u 2 i 1 e 2 e 根据交流铁心线圈的电磁关 系分析可得： K N N E E 2 1 2 1 m NfE 11 44.4 = U1 m NfE 22 44.4 = U2 4.6.3 变压器的变比和参数的测定变压器的变比和参数的测定 了解 有载运行 ：副边接入负载。 E1 U1 E2 U2 忽略线圈

11、电阻和漏磁通的影响 所以，电压比为 K N N U U 2 1 2 1 4.6.3 变压器的变比和参数的测定变压器的变比和参数的测定 了解 4.6.3.2 变压器的参数测定（测出等效电路）变压器的参数测定（测出等效电路） 一、空载试验一、空载试验 测量测量: k、PFe、Zm 低压侧低压侧高压侧高压侧 AW VV + U1 实验数据：实验数据： U1N、I0、P0、U20。 。 4.6.3 变压器的变比和参数的测定变压器的变比和参数的测定 了解 3. 励磁电阻：励磁电阻： RmR1 + Rm = P0 I02 4. 励磁电抗励磁电抗: Xm =|Zm |2Rm2 5. 电压比电压比: U1N

12、U20 k = 1. 铁损耗铁损耗: P0 = PFe + Pcu = RmI02 + R1I02 PFeP0 2. 励磁阻抗模：励磁阻抗模： |Z0 | Z1+Zm | = U1N I0 4.6.3 变压器的变比和参数的测定变压器的变比和参数的测定 了解 二、短路试验二、短路试验 高压侧高压侧低压侧低压侧 实验方法：实验方法： 逐渐增加逐渐增加 U1 ，使电，使电 流达到额定值：流达到额定值：I1 = I1N U1 =(5%10%)U1N V WA + U1 实验数据：实验数据： US = U1、IS = I1N 、PS 。 4.6.3 变压器的变比和参数的测定变压器的变比和参数的测定 了解

13、 2. 短路阻抗：短路阻抗： |ZS | = US IS 1. 铜损耗铜损耗: PCu PFe + PCu = Ps 3. 短路电阻：短路电阻： Rs = Ps Is2 4. 短路电抗短路电抗: Xs =|Zs |2Rs2 4.6.3 变压器的变比和参数的测定变压器的变比和参数的测定 了解 工作过程 u2 i1 N1u1 i2 N2 参考方向的确定 原边是电源的负载； 副边是负载的电源； 1 u 2 u L R 1 i 2 i N1N2 e1 e2 原、副边的e与符合 右螺旋法则； 4.6.4 变压器的工作原理变压器的工作原理 掌握 e2 e1 e1 i0 1 空载运行空载运行 注意：注意：

14、各量的参考方向。各量的参考方向。 + u1 + u2 施加施加 u1 i0 N1 i0 1 e1 e2 e1 u20 R1i0 4.6.4 变压器的工作原理变压器的工作原理 掌握 1. 一次侧电路一次侧电路 u1 = R1i0e1e1 U1 = R1I0 E1E1 E1=jX1I0 E1 = j4.44 f N1m U1 = E1 + (R1 + jX1) I0 = E1 + Z1I0 忽略忽略Z1 ，则：，则：U1 E1 = j4.44 f N1m 4.6.4 变压器的工作原理变压器的工作原理 掌握 2. 二次侧电路二次侧电路 u20 = e2 U20 = E2 =j4.44 f N2m 3

15、. 一次侧与二次侧的电压关系一次侧与二次侧的电压关系: = k 电压比：电压比：一般取高压绕组的电压与低压绕组的一般取高压绕组的电压与低压绕组的 电压之比，电压之比， 电压比电压比 U1 U20 E1 E2 = N1 N2 即：即： k1。 4.6.4 变压器的工作原理变压器的工作原理 掌握 一、负载运行一、负载运行 e2 e2 e1 e1 + u1 i1 ZL i2 1 2 + u2 施加：施加：u1 i1 N1 i1 1 e1 e1 e2 u2i2N2 i22e2 4.6.5 变压器的电势平衡方程式变压器的电势平衡方程式 了解 磁通守恒，磁通守恒，磁链守恒磁链守恒; 从电磁关系分析从电磁关

16、系分析: N2i2 N1i1 N1I1 + N2I2 = N1I0 N1i0 U1N 4.44 f N1 m N1I1 + N2I2 = 0 在满载或接近满载时，在满载或接近满载时， I0 可忽略不计。可忽略不计。 4.6.5 变压器的电势平衡方程式变压器的电势平衡方程式 了解 电动势平衡方程：电动势平衡方程： 一次侧：一次侧： 二次侧：二次侧：U2 = E2 + E2R2I2 E1 U1 = E1 + (R1 + jX1) I1 = E1 + Z1I1 = E2(R2 + jX2) I2 = E2Z2I2 E2 U2 = ZLI2 4.6.5 变压器的电势平衡方程式变压器的电势平衡方程式 了

17、解 二、等效电路二、等效电路 + U1 ZL I1 R1 X1 E1 + E2 + X2 R2 I2 U2 + 4.6.5 变压器的电势平衡方程式变压器的电势平衡方程式 了解 (1) 等效条件：等效条件： N2I2 不变、不变、P2 不变。不变。 (2) 用一个匝数为用一个匝数为 N1 的假想绕组代替的假想绕组代替 N2，使：，使： E2 = E1 1 u 2 u L R 1 i 2 i N1N2 e1 e2 (3) 折算后的二次绕组电流：折算后的二次绕组电流： N1I2 = N2I2 I2= N2 N1 I2= I2 k (4) 折算后的二次绕组电动势和电压：折算后的二次绕组电动势和电压：

18、匝数相同匝数相同:E2= E1=k E2 输出功率不变输出功率不变:U2I2 = U2 I2 U2= I2 I2 U2 = k U2 (5) 折算后二次绕组的阻抗：折算后二次绕组的阻抗： 有功功率不变有功功率不变:R2I22 = R2 I22 R2= R2 I22 I22 = k2 R2 无功功率不变无功功率不变: X2I22 = X2 I22 X2= X2 I22 I22 = k2 X2 同理同理: Z2 = k2 Z2 ZL = k2 ZL 折算实质上是在二次绕组功率和磁通势保持不变的条件下，对折算实质上是在二次绕组功率和磁通势保持不变的条件下，对 绕组的电压、电流所进行的一种线性变换。绕

19、组的电压、电流所进行的一种线性变换。 T 型等效电路：型等效电路： + U1 ZL I1 R1 X1 E1 + E2 + X2 R2 I2 U2 + Rm Xm E2 X2 R2 U2 I2 ZL + U1 I1 R1 X1 E1 = E2 + U2 + Rm Xm X2 R2 I2 ZL I0 所谓变压器的电压调整率是指空载时的副边电压U20与负载时的副边电压差 与额定副电压U2N之比值， 2 U 用百分数来表示，即 % U UU U N 100 2 220 4.6.6 变压器的电压调整率变压器的电压调整率 掌握 一般在5%以内 空载电压 满载电压 现象： 合闸瞬间有超过额定电流的冲击电流（

20、大大超过正常的空 载电流） 原因： 铁芯的饱和现象和剩磁的存在。 影响：使保护误动作，影响合闸 4.6.7 变压器空载合闸产生冲击电流变压器空载合闸产生冲击电流 了解 1. 1.变压器的损耗和效率变压器的损耗和效率 变压器的损耗：变压器的损耗：主要包括铁损耗和铜损耗，即主要包括铁损耗和铜损耗，即 铁损耗（固定损耗）铁损耗（固定损耗）：变压器铁心中的磁滞损耗和涡流损耗。：变压器铁心中的磁滞损耗和涡流损耗。 铜损耗（可变损耗）铜损耗（可变损耗）：电流通过变压器绕组时会产生损耗。：电流通过变压器绕组时会产生损耗。 效率效率：变压器的输出功率：变压器的输出功率P P2 2与输入功率与输入功率P P1

21、1之比，即之比，即 中、小型的电力变压器的效率在中、小型的电力变压器的效率在95%95%以上，大型电力变压器的效率可高达以上，大型电力变压器的效率可高达99%99% 以上。以上。 FeCu PPP %100%100%100 2 2 2 2 1 2 FeCu PPP P PP P P P 4.6.8 变压器的效率变压器的效率 了解 为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材 料叠合而成。料叠合而成。 变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分： 铜损铜损 (PCU) ：绕组导线电阻所致。绕组导线电阻所致。 磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，磁滞损失：磁滞现象引

22、起铁芯发热， 造成的损造成的损 失。失。 涡流损失：交变磁通在铁芯中产生的感应电流涡流损失：交变磁通在铁芯中产生的感应电流 （涡流），造成的损失。（涡流），造成的损失。 铁损铁损( )：PFE 4.6.8 变压器的效率变压器的效率 了解 联结组：联结组：联结方式联结方式 + 联结组号。联结组号。 联结组号：联结组号：表示高低压绕组相应线电动势之间相差。表示高低压绕组相应线电动势之间相差。 1. 联结组的表示方式联结组的表示方式 (1) 单相电动势的相位关系单相电动势的相位关系 EU Eu * * U1 U2 u1 u2 EU Eu * * 相位关系相位关系: EU Eu EU Eu U1 U2

23、 u1 u2 4.6.9 变压器的联接组的判别变压器的联接组的判别 了解 (2) 三相变压器的联结组三相变压器的联结组 时钟表示法：时钟表示法：高压绕组的线电动势（任取一个）高压绕组的线电动势（任取一个） 作分针，指向作分针，指向12点；低压绕组对应的线电动势作时点；低压绕组对应的线电动势作时 针，它们所确定的钟点数即为联结组号。针，它们所确定的钟点数即为联结组号。 2. 联结组判断方法联结组判断方法 (1) 由联结图确定联结方式；由联结图确定联结方式； (2) 在联结图上标出高、低压绕组的线电动势和相在联结图上标出高、低压绕组的线电动势和相 电动势；电动势； (3) 画出高压绕组的电动势相量

24、图。画出高压绕组的电动势相量图。 星形联结时相电动势画成星形联结时相电动势画成 Y 形，三角形联结形，三角形联结 时相电动势画成时相电动势画成 形。形。 4.6.9 变压器的联接组的判别变压器的联接组的判别 了解 (4) 画出低压绕组的电动势相量图。画出低压绕组的电动势相量图。 先画相电动势相量，再画线电动势相量。先画相电动势相量，再画线电动势相量。 (5) 判断联结组号，写出联结组。判断联结组号，写出联结组。 找出某个对应的高、低压绕组的线电动势找出某个对应的高、低压绕组的线电动势 的相位差，确定钟点数。的相位差，确定钟点数。 典型的联结组：典型的联结组：Y,yn0、Y,d11、YN,d11

25、。 三角形联结的两种方式：三角形联结的两种方式： U V W 顺顺 接接 逆逆 接接 U V W 4.6.9 变压器的联接组的判别变压器的联接组的判别 了解 U1 V1 W1 N 例：例：判断按下图方式联结的三相变压器的联结组。判断按下图方式联结的三相变压器的联结组。 * EUEVEW * u1 v1 w1 EuEvEw EW EU EV N U V WEUV Eu Ev u v w Ew Euv Euv 联结组号联结组号: Y,d1 4.6.9 变压器的联接组的判别变压器的联接组的判别 了解 绝缘： 主绝缘：绕组对地和绕组相间的绝缘，如一二次绕组间的绝缘、 绕组与介质间的绝缘、绕组与铁心的绝

26、缘，引线端子绝缘等。 纵绝缘：绕组匝间绝缘和段间绝缘。 冷却： 干式变压器：干式浇注、干式空气自冷 油浸式变压器：自冷、风冷、强迫油循环风冷、强迫 油循环水冷等 4.6.10 变压器的绝缘、冷却方式、允许温升变压器的绝缘、冷却方式、允许温升 了解 温升： 假定：假定：铁芯和各个绕组都是独立的发热单位铁芯和各个绕组都是独立的发热单位。即认为铁芯的发热仅来源于。即认为铁芯的发热仅来源于铁铁 芯损耗芯损耗，各绕组的发热来源于各自的，各绕组的发热来源于各自的铜耗铜耗，它们相互间并没有热量交换。，它们相互间并没有热量交换。 根据我国的气候情况，国家标准规定以根据我国的气候情况，国家标准规定以+40作为周

27、围环境空气的最高温度，作为周围环境空气的最高温度， 并据此规定变压器各部分的容许温升并据此规定变压器各部分的容许温升 4.6.11 变压器的绝缘、冷却方式、允许温升变压器的绝缘、冷却方式、允许温升 了解 4.7 感应电动机感应电动机 注册电气工程师考试注册电气工程师考试电机部分电机部分 之二之二 4.7.1.1 三相异步电机的基本结构三相异步电机的基本结构 （1） 定子定子 1) 定子铁心定子铁心 2) 定子绕组定子绕组 3) 机座和端盖机座和端盖 （2） 转子转子 1) 转子铁心转子铁心 2) 转子绕组转子绕组 3) 转轴转轴 4) 风扇风扇 4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构感应

28、电动机的原理、种类及主要结构 了解 异步电动机内部结构图异步电动机内部结构图 4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构感应电动机的原理、种类及主要结构 了解 定子铁心、转子铁心： 由硅钢片叠成。 定子铁心 转子铁心 4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构感应电动机的原理、种类及主要结构 了解 定子绕组 对称三相绕组。 4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构感应电动机的原理、种类及主要结构 了解 绕线式：对称三相绕组。 鼠笼式：对称多相绕组。 转子绕组 4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构感应电动机的原理、种类及主要结构 了解 Y B Z X A C 转子 定子 定子绕组

29、 （三相） 机机 座座 转子：在旋转磁场作用下，转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或产生感应电动势或 电流。电流。 三相定子绕组： 产生旋转磁场。 4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构感应电动机的原理、种类及主要结构 了解 1. 转动原理： n 0 n e i N S f 磁铁磁铁 闭合闭合 线圈线圈 4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构感应电动机的原理、种类及主要结构 了解 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系 电动机转速电动机转速:n 电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但 异步异步电动机电动

30、机 0 nn 无转距 转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动 无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线） 无转子电流无转子电流 提示提示：如果如果 0 nn 异步电动机定子上有三相对称的交流绕组异步电动机定子上有三相对称的交流绕组 ，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气 隙空间产生旋转磁场隙空间产生旋转磁场 2 旋转磁场的产生旋转磁场的产生 B i A X B Y C Z A i C i 4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构感应电动机的原理、种类及主要结构 了解 A Y C

31、 B Z 异步机中异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极 A i B i C i m I t 0 n ()电流出 ()电流入 X 120sin 120sin sin tIi tIi tIi mC mB mA 180t X B Z 0 n A Y C 60t A X Y CB Z S N 0 n 60 A 120t X Y CB Z 0 n A i B i C i t m I 三相对称绕组通入三相对称电流就形成旋转磁场。 旋转磁场的旋转磁场的转速大小转速大小 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360。则。则 同步转速（旋转磁场的速度）为：同步转速（旋

32、转磁场的速度）为： A i B i C i m I t 分）转 /( 60 0 fn A X Y C B Z N S A X Y CB Z S N 0 n 60 A X Y C B Z S N 极对数（极对数（P）的概念）的概念 B i A X B Y C Z A i C i 1p 此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。 即：即： A X Y C B ZN S 4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构感应电动机的原理、种类及主要结构 了解 极对数（极对数（P）的改变）的改变 C Y A B C X Y Z A X B Z A i B i

33、 C i 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形 成的磁场则是两对磁极。成的磁场则是两对磁极。 X A A X B Y B Y C Z C Z 4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构感应电动机的原理、种类及主要结构 了解 极对数极对数 2p C Y A B C X Y Z A X B Z A i C i B i A i B i C i m I t 4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构感应电动机的原理、种类及主要结构 了解 X N S A S N Z B X A Y C Z B C Y 0t 分）转 /( 60 0 p f n 60

34、t A 0 n A Z X X C Z C S N S N 30 极对数和转速的关系 A i B i C i m I t M 3 3 M 3 3 2. 转子旋转的方向 *转子与旋转磁场的转向相同。 正转 反转 怎样改变转子的转向? n n 总总 结结 对称三相绕组 通入对称三相电流 旋转磁场 (磁场能量) 磁场线切割 转子绕组 转子绕组中 产生 e 和 i 转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用 转子旋转起来 机械负载 旋转起来 三相交流电能 感应 电磁 转矩 输出机械能量 发电过程电动过程 4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构感应电动机的原理、种类及主要结构 了解 一、转差率一、转差率

35、的概念：的概念： )(s %100 0 0 n nn s 异步电机运行中:%91s 转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即： 电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 ,0sn （转差率最大）（转差率最大） 4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路 掌握 二、等效电路二、等效电路 E1 I1 R1 jX1jX2s R2 E2s I2s f1f2 + U1 m1、 kw1N1 m2、 kw2N2 1. 频率折算频率折算 I2s= sE2 R2 + jsX2 = E2 + jX2 R2 s =

36、I2 4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路 掌握 实际旋转的转子 等效静止的转子 F F2的转速 F F2的大小 F F2的空间位置 频率归算的物理含义：频率归算的物理含义： 用一个静止的、电阻为用一个静止的、电阻为 R2 /s 的等效转子去代的等效转子去代 替电阻为替电阻为 R2 的实际旋转的转子，等效转子与实的实际旋转的转子，等效转子与实 际转子具有同样的转子磁通势际转子具有同样的转子磁通势 F F2 。 0.9 m2kw2N2 I2s 2p 0.9 m2kw2N2 I2 2p n0 n0 取决于电流的相位。i2s 与 i2 的相

37、位相同。 频率归算后，定子的所有物理量不变，频率归算后，定子的所有物理量不变， 定子传送到转子的功率也不变。定子传送到转子的功率也不变。 4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路 掌握 R2 s = R2 + 1s s R2 转子所产生的机械功率相对应的等效电阻 1s s m2 R2 I2 2 总机械功率： + U1 E1 I1 R1 jX1 f1 E2 1s s R2 I2 jX2 R2 f1 m1、 kw1N1 m2、 kw2N2 4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路 掌握

38、2. 绕组折算绕组折算 用一个相数和有效匝数与定子绕组相同的转用一个相数和有效匝数与定子绕组相同的转 子绕组去等效代替实际的转子绕组。子绕组去等效代替实际的转子绕组。 等效代替：保证电磁效应和所有物理量保持等效代替：保证电磁效应和所有物理量保持 不变。不变。 (1) 电动势的折算：电动势的折算： 折算前：折算前：E2 = 4.44 f1 kw2N2m 折算后：折算后：E2 = E1 = 4.44 f1 kw1N1m 定、转子的电动势之比：定、转子的电动势之比： = kw1N1 kw2N2 E2 E2 ke = E1 E2 = 4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路感应电动机转矩

39、、额定功率、转差率及等效电路 掌握 (2) 电流的折算：电流的折算： 折算前：折算前： 折算后：折算后： F2 = 0.9 m2kw2N2 I2 2p F2 = 0.9 m1kw1N1 I2 2p = F2 E2 = E1 = ke E2 电流比：电流比： = m1kw1N1 m2kw2N2 I2 I2 ki = 0.9 m2kw2N2 I2 2p = 0.9 m1kw1N1 I2 2p I2 ki I2 = 4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路 掌握 (3) 阻抗的折算：阻抗的折算： 折算前：折算前：Z2=+ jX2 R2 s =

40、E2 I2 折算后：折算后：Z2 =+ jX2 R2 s = E2 I2 阻抗比：阻抗比： |Z2| |Z2 | kZ = E2 I2 E2 I2 = ke ki Z2 = kZ Z2 R2 = kZ R2 X2 = kZ X2 4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路 掌握 3. 等效电路及其简化等效电路及其简化 E1 = E2 I1 R1 jX1 1s s R2 I2 jX2 R2I0 Rm Xm + U1 4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路 掌握 起动时: 额定运行时:

41、n = 0，s = 1 sN = 0.01 0.09 知识点：p=1,2,3,n典型值 理想空载时: n = n0，s = 0 正常运行时: 0nn0， 1s0 三、异步电动机典型的运行情况三、异步电动机典型的运行情况 E1 = E2 I1 R1 jX1 1s s R2 I2 jX2 R2I0 Rm Xm + U1 4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路 掌握 一、功率平衡方程式一、功率平衡方程式 1. 输入功率输入功率P1 P1 = 3 U1I1cos 1 =3 U1LI1Lcos1 2. 定子铜损耗定子铜损耗 PCu1 PCu1 =

42、 m1R1I12 = 3R1I12 3. 铁损耗铁损耗 PFe（转子铁损耗忽略不计）（转子铁损耗忽略不计） PFe = m1RmI02 = 3RmI02 4.7.3 功率转换过程与转矩功率转换过程与转矩 掌握 4. 电磁功率电磁功率Pe Pe = P1PCu1PFe Pe = m2 E2 I2cos 2 = m1 E2 I2 cos 2 R2 s = m1 I22 1s s = m1 R2I2 2 + m1 R2I2 2 5. 转子铜损耗转子铜损耗 PCu2 PCu2 = m2 R2 I22 = m1 R2 I2 2 = s Pe 4.7.3 功率转换过程与转矩功率转换过程与转矩 掌握 8.

43、输出功率输出功率 P2 P2 = PmP0 = PePCu2P0 = P1PCu1PFePCu2P0 6. 总机械功率总机械功率 Pm Pm = PePCu2 1s s Pm = m1 R2I22 = (1s ) Pe 7. 空载损耗空载损耗 P0 P0 = Pme + Pad P1 PCu1+PFe Pe PCu2 P0 P2 Pm 机械损耗 附加损耗 4.7.3 功率转换过程与转矩功率转换过程与转矩 掌握 二、转矩平衡方程式二、转矩平衡方程式 Pm = P2+ P0T = T2 + T0 1. 电磁转矩电磁转矩 TT = Pm Pe 0 = T = 9.55 Pm n Pe n0 = 9.

44、55 2. 空载转矩空载转矩 T0T0 = P0 P0 n = 9.55 3. 输出转矩输出转矩 T2T2 = P2 P2 n = 9.55 4.7.3 功率转换过程与转矩功率转换过程与转矩 掌握 4.7.4 感应电动机的三种运行状态感应电动机的三种运行状态 三相异步电机的四象限运行三相异步电机的四象限运行 电动机状态：电动机状态： n 与与T 同方向同方向 0nn0 1s0 n T O 发电机状态：发电机状态： n 与与T 反方向反方向 nn0 s0 制动状态：制动状态： n 与与T 反方向反方向 n0 s1 反向电动机状态反向电动机状态 了解 4.7.5 感应电动机的运行特性感应电动机的运

45、行特性 掌握 4.7.6 三相异步电动机的起动特性三相异步电动机的起动特性 电动机的起动指标：电动机的起动指标： 起动转矩足够大。起动转矩足够大。 起动电流不超过允许范围。起动电流不超过允许范围。 异步机的实际起动情况：异步机的实际起动情况： 起动电流大：起动电流大：Ist = sc IN = (5.57) IN 起动转矩小：起动转矩小：Tst =stTN = (1.62.2) TN 不利影响：不利影响： (1) 大电流使电网电压降低，影响自身及其他负载大电流使电网电压降低，影响自身及其他负载 工作。工作。 (2) 频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。易使电动机过热。

46、 掌握 一、笼型异步电动机的一、笼型异步电动机的直接起动直接起动 1. 小容量的电动机（小容量的电动机（7.5kW） 2. 电动机容量满足如下要求：电动机容量满足如下要求： Ist IN sc = 1 4 3 + 电源总容量(kVA) 电动机容量(kVA) 4.7.7 感应电动机常用起动方法感应电动机常用起动方法 了解 二、笼型异步电动机的二、笼型异步电动机的减压起动减压起动 1. 定子串联电阻或定子串联电阻或 电抗减压电抗减压起动：起动： M 3 3 R(L) Q1 Q2 FU 运行 起动 4.7.7 感应电动机常用起动方法感应电动机常用起动方法 了解 适用于：正常运行为联结的电动机。适用于

47、：正常运行为联结的电动机。 Y型起动，型起动， 型型运行。运行。 2. Y 减压减压起动：起动： Y型起动 W V U W V UIstY UN 型起动（型运行） UN Ist Z ZZ ZZ Z 3 | Z | UN IstY =3 UN Ist = | Z | 4.7.7 感应电动机常用起动方法感应电动机常用起动方法 了解 Y型型起动的起动电流为：起动的起动电流为： IstY = 1 3 Ist T U12 ， TstY = 1 3 Tst Y型型起动的起动转矩为：起动的起动转矩为： 1 3 U1 =U1 Y 减压减压起动的特点：起动的特点： (1) 电源电压不变，改变定子绕组接法；电源电

48、压不变，改变定子绕组接法； (2) 减压比为减压比为: 1 3 Y起动相电压起动相电压U1 起动相电压起动相电压U1 = 4.7.7 感应电动机常用起动方法感应电动机常用起动方法 了解 定子电流：定子电流： kAIst 线路电流：线路电流：IstA= kA2Ist 3. 自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动 M 3 UN = kAUN kAIst IstA 降压比为降压比为: U1 kA = U1 UN U1定子电压：定子电压： 自耦变压器自耦变压器减压减压起动的起起动的起 动电流为：动电流为： IstA= kA2Ist 4.7.7 感应电动机常用起动方法感应电动机常用起动方法 了解 自耦变压

49、器自耦变压器减压减压起动的特点：起动的特点： (1) 定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压；定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压； (2) 降压比降压比 KA 可调可调: U1 = ( 0.4、0.6、0.8) UN U1 = ( 0.55、0.64、0.73) UN 自耦变压器自耦变压器减压减压起动的起动转矩为：起动的起动转矩为： TstA = kA2 Tst 4.7.7 感应电动机常用起动方法感应电动机常用起动方法 了解 4. 延边三角形延边三角形减压减压起动起动 2 5 1 4 3 6 1 4 3 6 2 5 适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。 延边三角形起

50、动，延边三角形起动， 型型运行。运行。 4.7.7 感应电动机常用起动方法感应电动机常用起动方法 了解 1. 分级起动过程 3 M 3 Q2 Q2 Q1 Q1 Rst1 Rst2 n0 T n O 3(R22) TLT2 T1 2(R21) 1(R2) a b c d e f (1)串联 Rst1和 Rst2 起动(特性3)： 总电阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2 (2) 合上 Q1 ，切除 Rst2 (特性2)： 总电阻 R21 = R2+ Rst1 (3) 合上 Q2 ，切除 Rst1 (特性1)： 总电阻: R2 三、三、绕线型异步机绕线型异步机转子电路串电阻起动转子电路串

51、电阻起动 4.7.7 感应电动机常用起动方法感应电动机常用起动方法 了解 1. 改变磁极对数改变磁极对数 p 2. 改变转差率改变转差率 s 3. 改变电源频率改变电源频率 f1(变频调速变频调速) 调速方法：调速方法： n = (1 s) n0 = (1 s) 60 f1 p 有级调速。有级调速。 无级调速。无级调速。 4.7.8 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 了解 TL 一、变极调速 n0 T n O Y YY 0.5n0 n0 T n O YY 0.5n0 TL 1. 调速方向调速方向 YYY ()：n Y () YY ： n 2. 调速范围调速范围:D = 2 4 4.7.

52、8 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 了解 n0 T n O sM UN TL TL 二、变转差率调速（能耗转差调速） 1. 调压调速: TL (1) 调速方向: U1(UN) U1 n0 T n O sM UN U1 n (2) 调速范围： D 较小。 4.7.8 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 了解 n0 T n O TM R2 R2+Rr 2. 转子串电阻调速 TL M 3 3 Rr KM (1) 调速方向:n (2) 调速范围：D 较小。 4.7.8 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 了解 三、变频调速 U、f 可 变 M 3 3 整流电路 逆变电路 50 H

53、z 控制 电路 直 流 n0 T n O n0 f1fN U1L= UN n0 T n O n0 f1fN ， =常数 U1 f1 TL TL 4.7.8 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 了解 M 3 3 Q1 一、能耗制动一、能耗制动 1. 制动原理制动原理 n + U Q2 Rb I1 F F 制动前：制动前： Q1 合上，合上，Q2 断开，断开， M 为电动状态。为电动状态。 制动时：制动时： Q1 断开，断开，Q2 合上。合上。 M 为制动状态。为制动状态。 定子：定子： UI1 转子：转子：n E2 I2 T T 4.7.11 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 了解

54、 二、反接制动 1. 定子两相反接的反接制动迅速停车 3 M 3 3 M 3 Rb 电 动 状 态 制 动 状 态 (1) 制动原理： 4.7.11 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 了解 三、回馈制动 用于高速下放重物，不用于迅速停车。 在调速过程中也会自动出现回馈制动现象。 1. 下放重物时的回馈制动 G 3 M 3 Rb O n T n0 1 TL T T n TL b a c 反向电动回馈制动 4.7.11 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 了解 制动效果： Rb特性 2 斜率下放速度 为了避免危险的高速，一般不串联 Rb。 2. 减压调速与变极调速时的回馈制动 T n

55、 O fN f1 TL a b c d T n O Y YY TL a b c d ? 4.7.11 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 了解 4.8 同步电机同步电机 注册电气工程师考试注册电气工程师考试电机部分电机部分 之三之三 102 4.8.1 同步电机的结构和工作原理 在定子铁芯上开槽槽内放置导线，转子上装有磁极及励磁绕组。 当励磁绕组通以直流电流时，电机内就会产生磁场，如果转动转子使磁场与 定子导线之间有相对运动，就会在定子导线中感应出交流电势。 了解 p f n 60 103 同步电机做电动机： 三相定子绕组与电源接通，产生三相合成基波磁势，转速为同步速： 同时转子直流励磁

56、产生恒定主极磁场； 两个磁场间有相互电磁力作用，使得电枢磁场拖着主极磁场同步转动，转子转速n=n1。 p f n 60 1 4.8.1 同步电机的结构和工作原理 了解 104 二、同步电机的额定值二、同步电机的额定值 一、一、额定值额定值 1.1.额定电压额定电压U UN N(V,kV)(V,kV)：指额定运行时：指额定运行时定子定子输出端的线电压。输出端的线电压。 2.2.额定电流额定电流I IN N(A)(A)：指额定运行时：指额定运行时定子定子的线电流。的线电流。 3.3.额定功率因数额定功率因数coscos N N：额定运行时电机的功率因数。：额定运行时电机的功率因数。 4.4.额定效

57、率额定效率 N N：电机额定运行时的效率。：电机额定运行时的效率。 4.8.1 同步电机的结构和工作原理 了解 105 5、额定容量 SN： 发电机指出线端额定视在功率，单位为VA，KVA，MVA； 调相机为线端额定无功功率，单位为Var,kVar,MVar。 SN = 3UNIN 6、额定功率PN(W,kW,MW）： 发电机指额定输出有功电功率：PN=SNcos N= 3UNINcos N 电动机指轴上输出的额定机械功率： PN=SNcos N N= 3UNINcos N N 4.8.1 同步电机的结构和工作原理 了解 106 7、额定频率：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，我国标准工业频

58、、额定频率：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，我国标准工业频 率规定为率规定为50Hz。 8、额定转速：额定运行时电机的转速，即同步转速。、额定转速：额定运行时电机的转速，即同步转速。 9、除上述额定值外，同步电机名牌上还常列出一些其它的运行数据，例、除上述额定值外，同步电机名牌上还常列出一些其它的运行数据，例 如额定负载时的温升、励磁容量和励磁电压等。如额定负载时的温升、励磁容量和励磁电压等。 4.8.1 同步电机的结构和工作原理 了解 107 三、国产同步电机型号 汽轮发电机有QFQQFQ、QFNQFN、QFSQFS等系列， 前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母 表示冷却方式，Q Q表示

59、氢外冷，N N表示氢内冷，S S表示双水内冷。 大型水轮发电机为TSTS系列，T T表示同步，S S表示水轮。 同步电动机系列有TDTD、TDLTDL等，TDTD表示同步电动机，后面的字母指出其主要用途。 如TDGTDG表示高速同步电动机；TDLTDL表示立式同步电动机。同步补偿机为TTTT系列。 举例： QFS-300-2 QFS-300-2 ：容量300MW300MW双水内冷2 2极汽轮发电机。 TSS1264/160-48TSS1264/160-48：双水内冷水轮发电机，定子外径为12641264厘米，铁心长为160160厘 米，极数为4848。 4.8.1 同步电机的结构和工作原理 了

60、解 108 一、励磁方式分类一、励磁方式分类 获得励磁电流的方法称为励磁方式。获得励磁电流的方法称为励磁方式。 目前采用的励磁方式分为两大类：目前采用的励磁方式分为两大类： 1.1.用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统； 2.2.用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。 4.8.2 同步电机的励磁方式 了解 109 二、 直流励磁机励磁 直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励、他励或永磁励磁方式。采 用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流 发