电机自学指导书

1、电机学自学指导书一、课程编码及适用专业课程编码： 045922211总学时： 136面授学时： 48自学学时： 88适用专业 ：电气工程及自动化专业（函授专科）二、课程性质本课程是高等学校专科强电类专业的一门专业基础课。目前电能在国民经济和生产中已是 不可缺少的能量，而拖动生产机械的原动机一般都是采用电动机，所以发电机、电动机的应用 十分广泛，它们在国民经济建设中起着重要的作用。三、本课程的地位和作用电机学是研究电力系统理论和应用的技术基础课程。电力技术的发展十分迅速，应用 非常广泛，现代一切新的科学技术无不与电有着密切的关系。因此， 电机学是高等学校强电 类各专业的一门重要课程。作为技术基础

2、课程，它具有基础性、应用性和先进性。基础性是指基本理论、基本知识和基本技能。电机学是为后续专业课程打基础，是为学生 毕业后从事有关电的工作打基础，也就是为自学、深造、拓宽和创新打基础。四、学习目的与要求通过本课程的学习，使学生受到爱国注意和辩证唯物主义的教育，掌握常用的交、直流电 机及变压器的基本结构及工作原理、运行性能、分析计算、电机选择及试验方法，为学习工 厂电气控制设备 ，自动调速系统 ，工厂供电及电力系统等课程准备必要的基础知识。 为学好电路这门课，学习时应注意以下几点：（一）要抓主要矛盾，有条件地略去一些次要因素，找出问题的本质。（二）要抓住重点，即应牢固掌握基本概念、基本定理和主要

3、公式。（三）要有良好的学习方法，可运用对比或比较的学习方法，找出直流和交流、同步和异 步的共性和差异，以加深对各种电机的工作原理和结构的理解。五、本课程的学习方法为了学好本课程，首先要具有正确的学习目的和态度。在学习中要刻苦钻研、踏踏实实、 虚心求教、持之以恒。在学习时要抓住物理概念、基本理论、工作原理和分析方法；要理解问 题是如何提出和引申的，又是怎样解决和应用的；要注意各部分内容之间的联系，前后是如何 呼应的。通过习题可以巩固和加深对所学理论的理解，并培养分析能力和运算能力，所以应按 要求完成布置的作业题。除学习规定教材外，应参阅相关的参考书。六、自学内容与指导第一章 直流电机（一）本章重

4、点1. 直流电机的可逆原理：直流电机既可作发电机使用，又可作电动机使用在两种工作状 态下，机电能量转换的方向相反，要能分析不同情况下转矩、转速、电势、电流、电压各量的 大小和方向。2. 电枢感应电势和电磁转矩的计算公式。3. 电枢反应：直流电机在负载时，电枢磁势使气隙磁场发生畸变而且有一定的去磁作用， 影响工作特性。4. 直流电动机和直流发电机的工作特性。5. 并励直流发电机建立电压的过程和条件。（二）本章难点本章的难点是电枢绕组展开图的画法、电枢反应和换向等概念。（三）本章考点1. 直流电机电磁转矩、电枢电势的计算。2. 直流电机铭牌数据的计算、功率的计算。3. 直流电机的电势平衡方程式和有

5、关的概念。（四）自学指导1. 直流电机是一种机电能量转换元件， 直流发电机将机械能转换为电能， 直流电动机则是 将电能转换为机械能，我们在学习过程中要始终注意直流电机的这种可逆原理。直流电机的工 作原理是建立在电磁感应定律和电磁力定律所描述的电磁规律上。2. 直流电机在结构上具有两大部分：静止的磁极与电刷，转动的电枢绕组与换向器，通过 二者相对运动实现机电能量转换。从直流电机的外部看，它的电压、电流和电势都是直流的， 但每个电枢绕组元件中的电压、电流和电势都是交流的，这一转换过程是通过换向器与电刷实 现的3. 电枢绕组是直流电机的主要电路，机电能量变换就是在这里进行，因此电枢绕组可以说 是直流

6、电机的 “心脏”。直流电机的电枢绕组是由许多完全相同的绕组元件以一定的规律通过换 向片联接起来的一种闭合电路，按绕组元件串联方式的特点与端接部分的形状分为迭绕组和波 绕组两大类，单迭绕组和单波绕组是两种基本形式，学习中要注意了解它们的联接规律与电路 特点4. 直流电机中的气隙磁场是机电能量转换的耦合介质， 磁场与电枢绕组元件间的相对运动 产生感应电势，磁场与绕组元件中的电流相互作用产生电磁转矩电枢绕组的感应电势Ea Ce n，对于任何既定的电机来说，感应电势 E的大小仅取决于每极磁通 和转速n。 电磁转矩Tm Ct I a，仅取决于每极磁通 和电枢电流la。5. 当电机有负载时，气隙磁场由主磁

7、极的励磁磁势和电枢电流所产生的电枢磁势共同建立，电枢磁势对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应分为直轴电枢反应和交轴电枢反应。 电枢反应不仅使气隙磁场发生畸变，而且有一定的去磁作用（当磁路饱和时 ），因此电枢反应直接影响感应电势和电磁转矩的大小，它对电机的运行性能关系很大，所以对电枢反应的形成原 因和补偿方法都要给予足够的注意。6. 电动机的工作特性和发电机的工作特性是选用电机的一个重要依据。它表征了直流电机运行时各物理量之间的关系。不同的励磁方式工作特性有很大的差别，要很好地加以比较和理 解。在分析工作特性时，要很好掌握不同励磁方式和不同运行状态的电势平衡方程式，功率平 衡方程式和转矩平衡方

8、程式。7. 并励直流发电机没有另外的电源提供励磁电流，他的磁场是由发电机本身建立起来的， 因此学习时要注意并励直流发电机建立电压的过程和条件。8. 直流电机的换向是指电枢绕组元件从一条支路退出经过电刷短路而进入另一条支路时， 换向元件内电流由 ia 变为零，再变到 ia 的整个过程。在讨论换向问题时着重分析换向中可 能产生火花的电磁原因和改善换向的方法。第二章 直流电动机的电力拖动（一）本章重点1. 直流电动机的机械特性：机械特性在电力拖动理论中是很重要的概念，电力系统能否稳 定运行取决于电动机的机械特性和负载的配合，即要满足电力系统稳定运行的条件。机械特性 分固有特性和人为特性。2. 他励直

9、流电动机的调速方法和特点。3. 直流电动机的起动和制动。（二）本章难点1. 工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算。2. 调速方法与负载特性的配合。（三）本章考点1. 直流电动机各种机械特性的计算。2. 他励直流电动机的调速方法和特点。3. 电力拖动的有关概念。（四）自学指导1. 直流电动机的机械特性是个非常重要的公式，大家一定要熟练地掌握。要注意固有特性Un I aN Ra和不同情况下人为特性的计算，特别要注意Ce N - -，由于数值较小，计算时nN至少要保留三位小数。同时当电路参数发生变化时,Ce 的变化：对于电枢回路串电阻和降将随着的变化而成正比的变化。低电枢电压的人为特性，在参数变化的

10、前后Ce2要注意电力系统稳定运行的条件：在电动机的机械特性和负载特性的交点所对应的转速之上，应保证TmCe N ；对于减弱磁通的认为特性，CeTz ；而在这一转速之下，应保证 Tm Tz。若用数学表达式表示，在工KT-JT作点上，若dT虫 一3，则系统能稳定运行，该式称为电力系统稳定运行的条件。dn dn3. 直流电动机的起动：直流电动机由于在起动瞬间转速为零，而电枢电阻很小，所以起动 电流1st 仏，有很大的值过大的起动电流使电机的换向恶化，并引起电网电压波动，还会Ra对机械系统产生很大的冲击，因此一般直流电动机是不允许直接起动的。直流电动机常用的起 动方法有电枢串电阻起动和降压起动两种方法

11、。应注意不论采用那一种起动方法，起动时均应 保证电动机的磁通达到最大值，因为在一定的起动电流的情况情况下磁通大起动转矩也大。4. 直流电动机的调速：直流电动机的调速方法有三种：改变电枢电压、电枢回路串电阻、 减弱磁通调速。注意三种方法的不同之处，当电动机带恒转矩负载时，改变电枢电压和电枢回 路串电阻调速前后电枢电流不变，而弱磁调速前后电枢电流将要变化。改变电枢电压调速一般 是将转速由高速往低速调，电枢回路串电阻调速将随着电枢电阻的加大而逐渐降低，而弱磁调 速一般是将转速由低速往高速调。在调速时还要注意各种调速方法与负载的配合。改变电枢电压和电枢回路串电阻调速属于恒转矩调速，而弱磁调速属于恒功率

12、调速。对于不同的负载正确的选择调速方法，可以使电动机得到充分利用。第三章变压器的类别和结构（一）本章重点1. 变压器的主要结构、类别、基本工作原理。2. 额定值的意义和计算。（二）本章考点额定值的计算和变压器的工作原理。（三）自学指导1. 变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电器，它具有变换电压、 电流和阻抗的作用，变压器的工作原理、结构和分类比较简单。2. 变压器的额定值计算是变压器计算的基础，要正确使用公式，注意单相和三相之间的不同之处，变压器的额定值对三相变压器来说电压.、电流均为线值.，功率是三相视在功率.，计算.时一定要注意。对单相变压器：SNU 1N I1NU 2N 1 2N对

13、三相变压器：SN1N I1N3U 2N 1 2N第四章变压器的电路理论（一）本章重点1. 变压器空载运行和负载运行的主要区别在于原绕组电流大小的变化。空载时原绕组电流为|0 .负载时原绕组中的电流变为电流变化的目的是为了维持铁心中的主磁通保持不变，使变压器原、副绕组在负载时的电磁平衡达到一种新的状态，因此要分析并理解在不同运 行状态下，|0、|和| 2等参数的物理意义。2. 基本方程式、等值电路、相量图是分析变压器内部电磁关系的有效工具，可借助于它 们来分析变压器各种运行状态。3. 变压器的空载试验和短路试验是求解参数的重要手段，在变压器的计算中很重要。4. 变压器的电压变化率和效率计算也是变

14、压器计算的重点。（二）本章难点变压器空载电流的波形和变压器参数折算的概念。（三）本章考点1. 变压器参数计算、电压变化率的计算、效率的计算。2. 变压器空载和负载时的基本概念和基本理论。（四）自学指导1变压器是一种电磁耦合元件，通过磁路的耦合作用把交流电能从原边传递到副边，利 用绕制在同一铁心上的原绕组和副绕组之间的匝数不等，把电压从原绕组的某一数量等级改变 为副绕组的另一数量等级。2变压器主要由铁心和绕组组成，绕组可分为原绕组和副绕组，铁心磁路同时穿过原、 副绕组形成闭合回路，两绕组分别与电源或负载形成独立电路。3在研究变压器的运行情况时，先分析空载运行，然后再分析负载运行。因为空载运行 时

15、副绕组开路且电流为零，此时变压器运行情况比较简单，易于理解。而负载运行时副边有电 流，运行情况较为复杂，按照这样的顺序来分折，可以由简到繁，由特殊到一般地认识整个变 压器的内部电磁关系。4本章对变压器的运行分析都是针对单相变压器进行的，但在三相对称负载下，对单相 变压器分析的结论完全适用于三相变压器此外，在稳态时求得变压器等值电路中的各参数均 应为相参数，所以在作三相变压器参数计算时，也必须换成每相数值。5. 通过单相变压器空载运行分析， 初步掌握变压器内部的电磁物理过程和空载时的基本方 程式6. 通过变压器负载运行分析，深入理解负载运行时变压器各物理量之间的关系，绕组折算 的物理意义及其计算

16、方法，掌握负载运行时的等效电路、相量图及参数测定，求解电压变化率 和效率，分析变压器的运行性能。第五章 三相变压器（一）本章重点1. 三相变压器联接组别的确定是分析变压器相位的关键，它关系到变压器能否并联运行。2. 三相磁路系统的不同结构和连接组别对相电势的波形有较大的影响。3. 变压器并联运行是日常使用中常见的问题，它们必须满足三个条件方可进行并联运行。（二）本章难点三相变压器绕组的连接法和磁路系统对相电势波形的影响。（三）本章考点三相变压器绕组的连接组别的判定和三相变压器的并联运行。（四）自学指导1. 三相变压器的磁路系统分为彼此相关和彼此无关两种。 在电力变压器中广泛采用三相芯 式变压器

17、。2. 熟悉变压器的联接组别，并能根据绕组接线图判别其联接组别，或按照给出的联接组别 画出绕组接线图。 三相变压器的连接组别既是电路连接问题，又关系到变压器中的谐波电势， 变压器的并联运行等问题。连接组别是表示高、低压绕组对应线电势之间的相位关系，用钟点 数表示。学习时应注意连接组别不仅与首末端的标志有关，而且还与变压器高、低压绕组的连 接方式有关。当以同名端为首端时，在同一铁心柱上的高、低压相电势将同相位，当以异名端 为首端时，在同一铁心柱上的高、低压相电势将反相位。求线电势时要注意绕组是星形还是三 角形接法：若为星形接法，线电势等于两相电势之差，若为三角形接法，线电势等于相电势， 但是要注

18、意线电势与相电势的参考方向。3. 根据变压器不同铁心结构，分析三相变压器绕组联接组和磁路系统对相电势波形的影 响。应注意三相变压器组不能采用 Y,Y 连接，而三相心式变压器可以采用 Y,Y 连接。4. 变压器并联运行是研究三相变压器区别于单相变压器的特殊问题。 了解三相变压器并联 运行的条件，掌握变压器并联运行的有关计算。第六章 其他用途的变压器（一）本章重点1. 自耦变压器的工作原理和特点。2. 仪表用的互感器的工作原理和使用时应注意的事项。（二）本章考点1 自耦变压器的结构特点和电路特点。2 电压互感器和电流互感器的工作原理和接线方式。（三）自学指导1. 自耦变压器是从两线圈变压器演变而来

19、。它的特点是原、副边之间不仅有磁的耦合，而 且还有电的直接联系。 自耦变压器的电压、 电流关系与两线圈变压器相同， 但是容量关系不同， 在自耦变压器中，变压器的额定容量由绕组（电磁）容量和传导容量组成，即自耦变压器负载 所获得的容量不全部是通过电磁感应传递的 （电磁容量） ，还有一部分是由电源直接送到负载 （传 导容量），而两线圈变压器负载获得的功率完全是通过电磁感应传递的（电磁容量） 。自耦变压 器由于只有一个线圈，所以体积小，节省有色金属材料，提高了效率。2. 仪表用的互感器分电压互感器和电流互感器，主要用于测量大电压和大电流， 电压互感器工作时副边相当于开路，因此工作时副边不允许短路；电

20、流互感器工作时副边相当于短路，因此工作时副边不允许开路。要注意的是，电压互感器的原边并在被测电路中，而电流互感器 的原边与被测电路串联，即原边的电流是被测电流，与副边电流的大小无关，这与普通变压器 是不同的。互感器主要用于测量，为了保证一定的精度，铁心不饱和。第七章 交流绕组及其电动势和磁势（一）本章重点1. 三相单层绕组的排列规律与联接方法，能画出单层绕组各种形式的展开图。2. 三相双层短距绕组的排列规律与联接方法。3. 交流绕组电势表达式，以及采用短距、分布绕组对消除谐波的作用。3. 脉振磁势、旋转磁势的特性及其产生的条件。（二）本章难点绕组磁势的性质和特点。（三）本章考点三相单层绕组的展

21、开图、交流绕组电势表达式，以及绕组系数的计算。（四）自学指导1. 交流电机可分为两大类，即异步电机和同步电机但它们的定子绕组是相同的。本章着重 介绍交流绕组的电势和磁势，在学习中要注意把交流电机的电磁关系与变压器进行比较。2. 交流绕组的主要型式有三相单层绕组和三相双层绕组两种，它们的构成原则是一致的，最主要的是使旋转磁势在绕组中的感应电势获得最大的基波电势而尽可能地削弱谐波电势，并 保证三相电势对称。搞清交流绕组的排列规律和联接方式，通过三相单层和双层短距绕组的介 绍，掌握交流绕组节距的计算、绕组的联接和展开图的绘制方法。3. 当定子绕组切割正弦分布的旋转磁势便产生感应电势， 分析的方法是从

22、导体电势开始到 线圈组进而到一相绕组。必须注意把导出的感应电势的表达式和变压器线圈电势表达式进行比 较。掌握交流绕组感应电势的计算方法，理解绕组的短距系数、分布系数及绕组系数的含义， 以及分布和短距绕组对消除高次谐波电势的作用。4. 绕组磁势的性质和特点是这一章的难点内容，必须注意。（ 1）单相绕组的磁势是一个脉振磁势。其基波磁势是一个正弦分布的脉动磁势，它可以 分解为两个个具有同一同步转速、 幅值相等且保持不变， 但旋转方向相反的正弦分布旋转磁势。（2）在对称的三相绕组中通以对称的三相正序电流时，产生的合成磁势为正向旋转磁势，三相绕组中通以负序电流，则合成的结果为反向旋转磁势。（3）三相绕组

23、合成磁势的基波为旋转磁势波，要注意其幅值、转向和转速。5. 交流绕组产生的磁势和绕组切割磁场而产生的感应电势，都是在绕组中发生的电磁规 象。绕组采用分布式和短距式，对磁势和电势有同样的影响。在分析电势和磁势的过程中特别 要注意到，感应电势仅是时间的函数，而磁势却既是时间的函数又是空间的函数。第八章异步电动机的基本结构和基本原理（一）本章重点异步电动机的结构、铭牌数据的计算。（二）自学指导1. 三相异步电动机的分类和基本结构。2. 三相异步电动机的额定值。在异步电动机的各项额定值中，需要特别注意的是以下两点：（）额定功率Pn。是指在额定条件下运行时，电动机由轴端输出的机械功率，单位为kW。定子三

24、相绕组从电网吸取的电功率必须乘以效率之后才等于转子输出的机械功率，即Pn- 3U n I n COS n n。（2）定子绕组接法和电源电压的正确配合。因为每相绕组应该承受的正常工作电压在设计制造时已经确定了，所以在使用时就要根据所提供的电源电压来确定三相绕组的接法。例如当 电源线电压为380V时，三相绕组应接成星形；当线电压为220V时，使应接成三角形。实际上在这两种情况下，每相绕组都是承受220V电压。3. 异步电机的三种运行状态由转差率s的正、负相它的数值所在的区间可以判断异步电机的三种运行状态：（1） 电动机运行状态所对应的转差率区间为：0 s 1 （ ni n 0）。特点是n与ni同方

25、向，且n ni，电磁转矩是驱动性质的，将电能变为机械能。（2） 发电机运行状态所对应的转差率区间为：s 0（ n m）。特点是n与ni同方向且n ni，电磁转矩是制动性质的，将机械能变为电能。（3） 电磁制动运行状态所对应的转差率区间为：i s（ 0n）。特点是n与ni反方向；转子导体以高于同步速的速度切割旋转磁场，电磁转矩是制动的，定子从电网吸收的电能和转子的机械能都变成电机内部的损耗而转换为热能（电源反接制动就是一个例子 ）。第九章三相异步电动机的运行原理（一）本章重点1. 三相异步电动机空载和负载运行时的基本电磁关系，掌握基本方程式、等效电路和相量图的三种分析方法，并注意与变压器的对比，

26、着重分析转子转动后的情况，转子绕组的折算和 频率的折算。2掌握异步电动机的功率的计算和流程图，电磁转矩与电磁功率和机械功率之间的关系， 电磁转矩的物理表达式。（二）本章难点三相异步电动机的频率折算。（三）本章考点三相异步电动机的功率计算和异步电动机运行时有关的概念。（四）自学指导1. 异步电动机的磁路和磁通的分析，可应用变压器中的一些概念，但要注意异步电机与变压器的区别，如在磁路的组成上、漏磁通的种类以及主磁通的性质（变压器的主磁通是脉动磁通，异步电动机是旋转磁通）。2. 异步电动机是在学习过的变压器的基础上开始的，因此分析异步电动机的电磁关系要注意与变压器的对比。例如，正常运行的异步电动机转

27、子总是旋转的，但是为了更好地与变压器 相比教，先从转子不转时进行分析然后再研究转子旋转时的情况，这样的分析方法由简到繁、循序渐进，有利于温故知新。3. 转子静止不动，并且转子绕组开路其电磁关系和变压器空载的相同，定子绕组相当于变压器原边，转子绕组相当于变压器副边，但异步电机的绕组多数是短距、分布的，因此定、转 子绕组不仅匝数不等，而且绕组系数也不同，所以定、转子电势之间存在有电压变比.Wkwi 知，,miWikwi ke和电流比kiW2 kw2m?W2 k w24. 当异步电动机的转子绕组短路并把转子堵住不动，其电磁关系相当于变压器短路运行状态。由于定、转子的相数、绕组匝数和绕组系数的不同，为

28、了用同一个等效电路来表达它们的关系，就要进行绕组折算，折算的条件是磁势不变和功率不变。5. 转子转动后的情况应是本章分析的重点，首先注意分析转子电流产生的磁势F2的性质,它为什么可以与定子磁势 F1进行叠加，如何建立异步电动机的磁势平衡关系由于转子电势、电流的频率f2与定子电势、电流的频率fl不相等，要画出异步电动机运行时的等效电路，就必须进行频率折算，也就是用一个静止的转子去代替转动的转子，而它们的内部电磁关系不变。6. 异步电动机的基本方程式、等效电路和相量图是分析电磁关系的三种基本方法，任各种 不同情况下，它们的表达形式有一定的差异，因此代表着不同的物理意义，特别注意转子转动 后的情况，

29、对“ T ”形、“ ”形和简化等值电路都必须注意它们的筒化过程和条件7. 电磁转矩是载流导体在磁场中受力的作用而产生的，在电磁转矩的作用下，电动机转子 才能拖动生产机械旋转， 向负载输出机械功率， 因此电磁转矩是电机进行机电能量转换的关键， 所以异步电动机的功率和转矩的分析也是本章的重点内容之一。利用等效电路来导出各个功率 和损耗之间的关系，既简单明了，也易于记忆。8. 对绕线式异步电动机，转子绕组的极数必须和定子绕组的一样才能使定、转子基波磁势 相对静止而实现机电能量转换。对鼠笼式异步电动机，则无论导条数目多少，鼠笼转子的极数 总是自动地等于定子绕组的就极数，他的相数等于每对极下的导条数，因

30、此必须进行转子的相 数折算。9. 当电动机的负载变化时电动机的转速（或转差率 ） 、效率、功率因数、输出转矩、定予电流随输出功率而变化的曲线称为异步电动机的工作特性。了解异步电动机的工作特性对正确设 计电力拖动系统；选择拖动电机都是很重要的要分析主要工作特性并掌据求取这些特性的方 法。10. 异步电动机的参数包括励磁参数和短路参数，与变压器的参数类似，可通过空载试验 和短路试验测出。第十章 三相异步电动机的电力拖动（一）本章重点1. 三相异步电动机的机械特性表达式。2. 三相异步电动机的调速方法：（1）改变电动机定子绕组的极对数p,以改变定子旋转磁场的转速ni，也就是变极调速；（2）改变电动机

31、所接电源的频率fi，以改变同步转速 ni，这就是变频调速； （ 3）改变电动机的转差率 s。3. 三相异步电动机稳态运行的计算：稳态运行的计算包括电动运行（调速）、回馈制动运行、倒拉反接制动运行的计算。 计算的主要内容是在负载已知的前提下, 给定电机参数求转速, 或者给定转速求参数,这里所讨论的各种运行状态的稳态计算主要是针对绕线式异步电动机转 子回路串入不同电阻时的情况。（二）本章难点机械特性表达式和稳态运行的计算。（三）本章考点1三相异步电动机的调速和三相异步电动机稳态运行的计算。2. 三相异步电动机拖动的有关概念。（四）自学指导1. 在电力拖动中，能直接地说明异步电动机电磁转矩和转速之间

32、的关系，就是异步电动机 的机械特性。（1）机械特性（即是电磁转矩）表达式有三种形式：物理表达式、参数表达式、实用表达 式。（2）机械特性曲线中，最大转矩 Tmax 和起动力矩 Tst 对电动机的运行具有重要意义。在机械特性的稳定区，随着负载力矩的增大，电动机的转速将会下降。（3）机械特性分固有特性和人为特性。2. 三相异步电动机的起动（ 1）异步电动机的起动性能： 评价电动机的起动性能， 重要的指标是起动电流和起动转矩的大小。对这两项指标的要求是：起动转矩足够大、起动电流不要太大。但异步电动机起动时 存在的主要问题恰恰是起动电流太大，约为额定电流的57 倍。（ 2）降低起动电流的方法有： 降低

33、加在电动机定子绕组上的电压； 在转子回路中串入电阻， 这种方法只能用于绕线式异步电动机。（3）鼠笼式异步电动机的起动方法可分为直接起动和降压起动两种。 直接起动 又称为全电压起动。其方法是用闸刀开关或接触器将电动机的定子绕组接别 相应额定电压的电网上进行起动， 这种起动方法操作简便、 起动时间短、 所需设备简易又经济， 应尽可能优先考虑采用。缺点是起动电流大。 降压起动 当供电变压器容量不够大而不能采用直接起动法时， 可采用降压起动的方法。 但是随着起动电压的降低，电动机的起动转矩将按电压折扣的平方下降。因此降压起动的方法 只适用于对起动转矩要求不高 （例如空载起动 ）的场所。（a）在定子电路

34、中串入电阻（电抗器）起动 这种起动的原理是：起动时将电阻（电抗器）串入定子绕组。由于这时电阻（电抗器）上有定的电压降，便使加在电动机定子绕组的电压降低了，因此减小了起动电流。待转速基本 稳定时，冉将电阻（电抗器）除去，使电动机在额定电压下运行。利用这种力法起动时，如果 电压降低了 k 倍，那么起动电流将是全电压起动电流的 1/k 倍，而起动转矩将是全电压起动转2矩的 1/k2 倍，因此这种起动方法只能用于起动转矩大小无关重要的场所。（b）用自耦变压器降压起动起动时，利用自耦变压器将电网电压降低之后再接到电动机的定子绕组上。待转速基本稳 定时，再将电动机直接接到电网上。这种起动装置的优点是，从电

35、网吸取的电流比用串入电阻（电抗器）时的小，所能获得的转矩却大得多。因此用得比较普遍。缺点是投资较大。(c) 星一一三角降压起动这种方法只适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的异步电动机，起动时定子三相绕组 被接成星形，各相绕组所承受的相电压等于线电压Un的1/3。待转速基本稳定时，再将三相绕组接成三角形，各相绕组承受的电压是线电压U n。(4) 绕线式异步电动机的起动性能较好，是因为转子回路能串入电阻。 适当地增加转子回路中的电阻，既可降低起动电流，又可提高功率因数和增大起动转距。可串入转子回路作为起 动电阻用的设备通常有两类：起动变阻器和频敏变阻器。3. 调速异步电动机的调速方法很多主要的有

36、三种：变极调速、变频调速和改变转子电阻调速。60 f,(1) 变极调速异步电动机的转速决定干同步转速n,1，在电源频率fi不变的情P况下，改变定子绕组的极对数 p,同步转速n,就会攻变。如果极对数增加一倍，同步转速就下 降一半，电动机的转速相应地也大约下降一半。显然，用这种方法来调速，只能做到一级一级 跳跃式地改变转速，不是平滑调速。(2) 变频调速当电源的频率fi改变时，同步转速 n,与频率成正比变化，电动机的转速n也随之而变。所以，改变电源频率可以平滑的调节异步电动机的转速。但必须有一套专用 的变频电源，设备投资较大，使它的应用受到很大限制。近几年来，随着晶闸管可控硅技术的 进步和发展，异

37、步电动机的交流变频调速发展得很快，正在日益进入实际应用。(3) 改变转子电阻调速改变转差率调速常采用改变转子电阻的方法来实现，显然这种调速方法只适用于绕线式异步电动机。4. 制动异步电动机在拖动生产机械时，在很多场合都要求电动机能够实行制动。所谓制动就是指 电动机产生的电磁转矩与转子的实际旋转方向相反。异步电动机常用的四种制动方法，也就是 制动状态的四种形式如下：(1) 发电机制动 例如当异步电动机进行变极调速，定于绕组由少极数变为多极数时，因同步转速突然下降很多，使转子转速变为高于同步转速，感应电动势反向，电流和电磁转矩也反向了，电机处于发电状态，转子受制动作用而减速至低一级的转速运行。(2

38、) 电源反接制动 又叫做正转反接”制动。将正在电动机状态下运行的异步电动机的 定子三根供电线任意对调两根，使定子电流的相序改变，它所产生的旋转磁场立即反转，变为与转子转向相反，于是电机立即进入相当于s 2时的电磁制动运行状态，对转子产生较强的制动作用。当转速降至零时，必须立即切断定子电源，否则电机将向相反方向旋转。(3) 倒拉反接制动 又叫做“正接反转”制动。当电机带位能性负载并以电动机状态提升 重物时，若在转子串入足够大的电阻，则电动机将开始下放重物，即电机转向改变，与电磁转 矩方向相反。（4）能耗制动（从略）。第十二章同步电机的基本类型和基本结构（一）本章重点1. 同步电机的定义。2. 同

39、步电机的额定值。（二）自学指导1.同步电机的分类和基本结构（1）电动势的频率f1与转子转速n之比为恒定值的电机称为冋步电机，定义表述了冋步电机的主要特点。即 n60 f1。p（2）同步电机按转子结构不同，可分为隐极式和凸极式两类。 汽轮发电机：由高速原动机汽轮机拖动，转速较高，离心力较大，一般采用隐极式同步 电机，是卧式的。 水轮发电机：由低速原动机水轮机拖动，转速较低，离心力较小，一般采用结构和制造 上比较简单的凸极式同步电机，小容量水轮发电机多采用卧式。大容量的则广泛采用立式。 同步电动机和调相机一般都做成凸极式。（3）不同类型、不同容量、不同冷却方式的同步电机结构各不相同，但工作原理所必

40、需 的结构部件都是定子和转子两大部分。定子一是同步电机产生感应电动势和产生旋转磁场的部件，由定子铁芯、电枢绕组和起支撑和固定作用的机座。转子一一转子的作用是产生一个强磁场，并且可以由励磁绕组进行调节。对转子的要求是 导磁性能好、机械强度高。主要有转子铁心、励磁绕组、滑环等。另外，在凸极式转子磁极上 还装有鼠笼形绕组（在发电机里称阻尼绕组，在电动机里称起动绕组 ）。2. 同步电机的额定值（1）额定容量Sn或额定功率Pn :对同步发电机来说，额定容量 Sn是指出线端的额定 视在功率，一般以干伏安（kVA）、兆伏安（MVA）为单位；额定功率 PN是指发电机输出的额定 有功功率，一般以干瓦（kW）或兆

41、瓦（MW ）为单位。对同步电动机来说， PN是指轴上输出 的有效机械功率。对同步调相机，用线端的额定无功功率来表示其容量。（2）额定电压、额定电流、额定功率因数、额定效率的定义与异步电动机的相同。第十三章同步发电机（一）本章重点1. 同步发电机的电枢反应。2. 同步发电机的的电势平衡方程式和相量图。3. 同步发电机的并联运行的条件。4. 有功功率、无功功率的调节。（二）本章难点1. 同步发电机的电枢反应。（三）本章考点1. 同步发电机的的电势平衡方程式和相量图。并根据方程式和相量图求励磁电势、交轴直轴电流和参数。2. 同步发电机有功功率、无功功率的调节方法和计算。（四）自学指导1. 同步发电机

42、的电枢反应电枢反应理论是分析同步电机内部电磁关系和能量关系的理论基础，是同步电机的重要内容之一。（1）同步发电机带上三相对称负载后，定子三相绕组（电枢绕组）中便有电流流通，不仅会在电枢绕组中产生电压降落，并且三相电流将共同产生一个旋转磁场（在此又称为电枢磁QC f场），由旋转磁场理论可知， 这个磁场的转向是顺着相序 A B C的方向，转速n （也p就是同步转速）。所以电枢磁场与转子磁场（主磁场）的转向相同、转速相等，在空间是相对静 止的。（2）电枢磁场的出现，必然会对主磁场产生影响，使主磁场的分布和强弱发生变化。我 们把负载时电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应。（3） 电枢反应的性质（交磁、去

43、磁或助磁），取决于电枢磁场与主磁场的相对位置。定、转子磁场的相对位置可通过励磁电势与电枢电流之间的相位差角来反映。 称为内功率因数角。2. 隐极机的同步电抗（1）同步发电机有负载时，定、转子之间的气隙中存在着两个旋转磁场，当不考虑磁路饱和的影响时，可把定子绕组中的感应电动势看成是由转子和定子这两个旋转磁场分别感应的电动势之和。其中，一个是由励磁磁通感应的励磁电势E0 ，另一个是由电枢反应磁通感应的电枢反应电动势 Ea，不计磁路饱和的影响时，电枢反应磁通 a正比于电枢电流la，而Ea正 比于a，所以Ea在大小上与la成正比，而在相位上 Ea滞后于 a 900，也就是滞后I a 900， 可表示为

44、Ea jlaxa，式中xa称为电枢反应电抗。（2）电枢反应电抗的大小表示一个单位的电枢电流所能产生的电枢反应电动势。单位电 流产生的电枢反应磁场愈强，则感应产生的电枢反应电动势Ea 愈大。因此，电枢反应电抗 xa的大小可以说明电枢反应的强弱，也就是说明电枢反应磁场（由三相电流共同产生 ）对定子一相电路的影响。从物理本质来看，xa 相当于变压器中的励磁电抗 xm 。（3）为了反映定子三相对称电流产生的电枢反应磁通a和各相漏磁通，在定子一相绕组个感应产生的全部电动势，可用个总的电抗压降来表达，而这个总的电抗，就是同步电 抗Xs，即Xs Xa X。所以，同步电抗是表征电枢反应磁场和定子漏磁场共同对各

45、相电路的 作用的一个综合参数。它反映了三相对称电流所产生的总磁场各相电路的影响。3. 同步发电机的的电势平衡方程式和相量图这一部分都是要求掌握的重点。4. 同步发电机的并网运行的条件 同步发电机是旋转的，它的转速会影响频率；励磁电流的大小会影响电压；并且还有相序和相位问题。投入并联运行时，牵扯到一系列的调节操作（术语称为“整步” ），比变压器并入电网要复杂得多，条件也更严格。因此，同步发电机投入电网并联运行时，要满足以下条件：（ 1）发电机的电压和电网电压大小相等。（ 2）发电机的电压和电网电压相位相同。（ 3）发电机的频率和电网频率相等。（ 4）发电机电压的相序和电网电压相序相同。如果并联时

46、不符合上述条件， 就称为非同期并联。 非同期并联时可能产生很大的冲击电流， 严重损坏电机及有关的电气设备。因此发电机并联运行时要进行整步。5. 同步发电机的功角特性 同步电机稳态的功角特性是指同步发电机接在电网上稳定运行时，发电机的电磁功率与功率角的关系。 功率角是研究同步发电机的重要参数， 它决定同步发电机并联运行时的输出功率； 功率角反映转子的空间位置。通过功率角可说明同步电机的机电有功能量变化的电磁关系。6. 有功功率的调节 要想增加输出的有功功率，必须增加来自原动机的输入功率，同时功率角也增大。减小有功功率的调节过程与此相反。可自行分析。7. 无功功率的调节、 U 形曲线（ 1）发电机

47、输出感性无功时，电枢反应是去磁的，将使电压降低影响电网电压。所以无 功会比较明显地的影响电压。无功不足，将使电压过低，对于同步发电机来说调节无功功率就需调节励磁电流。(2)同时应明确的是，调节无功功率对有功功率不会有影响，这从能量守恒来看不难理 解。但是，调节有功功率时，由于功率角变化厂，不仅有功功率发生变化，无功功率也将发生 变化。(2)所谓U形曲线，是指在有功功率保持不变的前提下，定子电流与励磁电流的关系曲 线，即I f (I f )。该曲线形状像字母“ U”，因而得名。由此可知，对应于每一个给定的有功功率.调节励磁电流使COS 1时，定子电流有最小值。这时，无论增大或减小励磁电流I f都

48、将使定子电流增大，所以，恒功率、变励磁时，定子电流和励磁电流的关系I f(l f )是U形曲线，将不同有功功率时的U形曲线最低点连起来，就得到一条向右顷斜的、COS 1的曲线，这说明当输出的有功功率增大时，为了保正cos 1，必须相应的增加励磁电流。在这条虚线的右侧，发电机处于过励状态，功率因数 是滞后的，既输出有功功率，又输出感性的无功功率；虚线的左侧.发电机处于欠励状态，功 率因数是超前的，既送出有功功率，又送出容性无功功率(吸收感性大功功率)。七、自学进度及各章节学时安排自学周数20周，每周保证不少于 45学时，总计88学时。在自学过程中，除了保证时间 外一定要做练习，独立完成布置的作业

49、分两次寄回学校。最好将各章后面的有关习题及所介绍 参考书上的有关习题也做一下。只有通过练习才能达到对所学内容理解、消化的目的，进而掌 握它。各章节学时安排如下(不包括作业学时)。自学进度表周 次学时内容学习要求作业121-1直流电机的工作原理1-2直流电机的结构和额定数据掌握直流电机的工 作原理、铭牌数据的计 算、电枢绕组展开图的 画法。P331-31-41-621-3直流电机的电枢绕组221-4直流电机的磁场1-5直流电机的电磁转矩的电枢感应电 势掌握电磁转矩和电 枢电势的计算，发电机 电势、功率、转矩平衡 方程式，并励直流发电 机自励条件。P331-71-1121-6直流发电机321-7直流电动机掌握电动机的电 势、功率、转矩平衡方 程式、工作特性。P431-121-131-1521-8直流电机的换向422-1电力拖动系统的动力学2-2生产机械的负载转矩特性掌握直流电动机的 机械特性表达式、直流 电动机的运动方程式。P622-62-72-8 2-1022-3他励直流电动机的机械特性522-4他励直流电动机的起动2-5他励直流电动机