(完整word版)电机及拖动基础复习提纲

1、电机与拖动基础复习提纲试题类型一、填空题（每空1 分，共 20 分）二、单项选择题（每题2 分，共 20 分）三、简答题（五题，共20 分）四、计算题（三题，共40 分）一电机的基础知识部分电机：是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递电机或机电能量转换的机械。1按电机供电电源的不同，可以分为直流电机和交流电机两大类。2磁场中的基本物理量及其关系=BS B= H3. 磁路基本定律：安培环路定律HL NiFRm磁路欧姆定律 NilB /l /(A) 或基尔霍夫第一定律03基尔霍夫第二定律 NiH kl k H 1l1H 2l 2Hk14. 起始磁化曲线分析非导磁材料，比如：铜、橡胶和

2、空气等，具有与真空相近的导磁率，因此在这些材料中，磁场强度 H 与磁通密度 B 的关系是线性的。在导磁材料中，磁场强度 H 与磁通密度 B 的关系不是线性的。在 ab 段 B 与 H 几乎成正比地增加，过 b 点后 H 增加相应 B 的增加却很少，即饱和现象。 b 点为膝点。在电机或者变压器的主磁路中，为获得较大的磁通量，又不过分增大磁动势，通常把铁心的工作点的磁通密度选择在膝点附近5.铁心中的磁滞损耗和涡流损耗之和为铁心损耗。6.电力拖动系统一般由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源组成，通常又把传动机构和工作机构称为电动机的机械负载。7电力拖动运动方程的实用形式为TeTLG

3、D 2 dn由电动机的电磁转矩 T与生产机械的负载转矩T的关系：375 dteL1）当 Te = TL 时， dn/dt = 0 ，表示电动机以恒定转速旋转或静止不动，电力拖动系统的这种运动状态被称为静态或稳态；2）若 Te TL 时， dn/dt 0，系统处于加速状态；3）若 TeTL 时， dn/dt 0，系统处于减速状态。也就是一旦 dn/dt 0 ，则转速将发生变化， 我们把这种运动状态称为动态或过渡状态。8生产机械的负载转矩特性：1典型应用反抗性恒转矩负载：皮带传送机，电力机车，金属的压延机构、机床的平移机构。位能性恒转矩负载：起重机。通风机负载：离心式通风机、水泵、油泵等。恒功率负

4、载：金属切削机床。dTedTL9拖动系统稳定运行的充分必要条件 : T =T且eLdndn10. 将复杂的多轴传动系统折算成单轴传动系统时转矩的折算原则是系统的传送功率不变飞轮惯量（飞轮矩）折算原则是系统的存储动能不变二 直流电机原理与拖动1直流电机结构：直流电动机主要由定子、转子、端盖、轴承等部件组成。 定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成。转子（又称电枢）由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。2. 直流电机的特点：调速性能好，起动转矩较大。3直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组） 。4极距、绕组的节距（第一节距、第二节

5、距、合成节距）的概念和关系。5. 单叠绕组把每个主磁极下的元件串联成一条支路，因此其主要特点是绕组的并联支路对数 a 等于极对数 p。6. 直流电机的励磁方式：a 他励， bcd 自励7. 电枢反应：直流电机在主极建立了主磁场，当电枢绕组中通过电流时，产生电枢磁动势，也在气隙中建立起电枢磁场。这时电机的气隙中形成由主极磁场和电枢磁场共同作用的合成磁场。这种由电枢磁场引起主磁场畸变的现象称为2电枢反应。8. 电枢反应的影响(1)使气隙磁场发生畸变(2)对主磁场起去磁作用9.直流电机的电枢电压方程和电动势：EaRa I aUEaCen直流电机电磁转矩TC IeTa10. 直流电动机功率方程P1pC

6、ufp CuaPempCupFepmpaddP2P2p11.直流电机工作特性12. 直流电动机励磁回路连接可靠，绝不能断开一旦励磁电流 I f = 0，则电机主磁通将迅速下降至剩磁磁通，若此时电动机负载较轻，电动机的转速将迅速上升，造成 “飞车 ”；若电动机的负载为重载，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电机转速减小，但电枢电流将飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，引起电枢绕组因大电流过热而烧毁。13. 自励发电方式能否建立空载电压是有三个条件（ 1）电机必须有剩磁，如果没有须事先进行充磁；（ 2）励磁绕组的极性必须正确，也就是励磁绕组与电枢并联时接线要正确；（ 3）励磁回路的电阻不能太大

7、，即其伏安特性的斜率 U/I f 不能太陡，否则如果伏安特性的斜率太陡，与发电机空载特性交点很低或无交点，就无法建立空载电压。总之，自励发电机的运行首先要在空载阶段建立电压，然后才能带负载运行。314.他励直流发电机的外特性 U f I随着电流的增大，其输出电压下降。这是因为：随着发电机的负载增加，其电枢反应的去磁效应增强，使每极磁通量减小，导致电枢电动势下降。电枢回路电阻上的电压将随着电流上升而增大，使发电机的输出电压下降。由空载到负载，电压下降的程度用电压变化率来表示，即U 0U N100%UU N式中 U 0 空载时的端电压。一般他励直流电机的电压变化率约为5% 10%。15 效率他励直

8、流发电机带负载运行时， 其损耗中仅电枢回路的铜耗与电流 I a 的平方成正比，称为可变损耗；其他部分损耗与电枢电流无关，称为不变损耗。当负载较小时， Ia 也较小，此时发电机的损耗是以不变损耗为主，但因输出功率小而效率低；随着负载增加， P2 增大而效率上升，当可变损耗与不变损耗相等时效率达到最大值。16 他励直流电动机的机械特性U a I a ( Ra R)U aRaRTe n0TenCe CeCT 2Ce17 人为机械特性（ 1）改变电枢电压一组平行曲线（ 2）减小磁通特性曲线倾斜度增加，电动机的转速较原来有所提高，整个特性曲线均在固有机械特性之上4（ 3）电枢回路串接电阻 R 越大，曲线

9、越倾斜18 他励直流电动机的起动一般直流电动机拖动负载起动的条件是：I stU NTstCTN I stRa1)限制 I st（ I st k I N， k 为电机的过载倍数）；2) Tst （ 1.11.2）TN ；3) 起动设备简单、可靠。（1）电枢回路串电阻起动（ 2）减压起动519 他励直他励直流电动机的调速调速范围、静差率、平滑性（ 1） 串电阻调速U NRaRTenCC2C e Ne TN特点：1）实现简单，操作方便；2）低速时机械特性变软，静差率增大，相对稳定性变差；3）只能在基速以下调速，因而调速范围较小，一般D 2；4）由于电阻是分级切除的，所以只能实现有级调速，平滑性差；5

10、）由于串接电阻上要消耗电功率，因而经济性较差， 而且转速越低， 能耗越大。（ 2） 调电压调速6特点是：1）由于调压电源可连续平滑调节，所以拖动系统可实现无级调速；2）调速前后机械特性硬度不变，因而相对稳定性较好；3）在基速以下调速，调速范围较宽，D 可达 1020；4）调速过程中能量损耗较少，因此调速经济性较好；5）需要可控的直流电源。（ 3） 弱磁调速特点：1）由于励磁电流I f<< I a ，因而控制方便，能量损耗小；2）可连续调节电阻值，以实现无级调速；3）在基速以上调速，由于受电机机械强度和换向火花的限制，转速不能太高，一般约为（ 1.21.5）nN ，特殊设计的弱磁调速

11、电动机，最高转速为（ 34）nN ，因而调速范围窄。7直流电动机的 3 种调速方法中，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调速。实际负载的性质是恒功率还是恒转矩甚至是别的类型，与电动机调速方式完全是两回事情。但如果恒功率负载采用恒功率调速方式时，或者恒转矩负载采用恒转矩调速方式时，负载与调速方式相匹配，电动机利用最充分，是最理想的。20 他励直流电动机的制动常用的电气制动方法有能耗制动、反接制动、回馈制动三种。（ 1）能耗制动A 能耗制动过程RaRrTe nRaRr I anCeN CTNCeNnRa Rz2 TRz UCe CT2 I(2)反接制动A 电枢反接

12、制动NRaNnU NRaRrTeRrU NC CC2I Ne Ne TN8B 转速方向反接制动U NRa RrTeUn2RrCeNCeCTNINN(3)回馈制动A 正向回馈制动在调压调速系统中，电压降低的幅度稍大时，会出现电动机经过第二象限的减速过程9电动车下坡时，将出现正向回馈制动运行B 反向回馈制动运行6 他励直流电动机的四象限运行10第三部分变压器1 变压器的基本原理与结构变压器的主要组成是铁心和绕组UU1E 1N2E 2N1 k22 变压器的额定参数额定电压 U1N 和 U2N 为线电压 额定电流 I1N 和 I2N 为线电流额定容量SN单相变压器SNU2NI 2NU1N I1N三相变

13、压器SN3U2N I 2N3U1NI1 N3 一次、二次绕组感应电动势E1j 4.44 f 1 N1mE2j 4.44 f1 N2m114 变压器负载时的基本方程式和等效电路N1I0N1 I1N2I2U 1E1I1Z1U 2E2 I 2Z2E1I m Z mE1kE2U 2I 2ZL5 绕组折算和 “ T”型等效电路将变压器二次绕组折算到一次绕组时，电动势和电压的折算值等于实际值乘以电压比 k，电流的折算值等于实际值除以 k，而电阻、漏电抗及阻抗的折算值等于实际值乘以 k2。这样，二次绕组经过折算后，变压器的基本方程式变为I 0I 1I 2U 1E1I 1Z1U 2E2I 2Z2E1I mZ

14、mE1E2U 2I 2ZL分析变压器内部的电磁关系可采用三种方法：基本方程式、等效电路和相量图。12在等效电路中 R1、X1 是常量； Rm、 Xm 是变量，随铁心磁路饱和程度的增加而减少。 Rm 是表征铁心损耗的一个参数， Xm 是表征铁心磁化性能的一个参数。6 变压器带负载时的相量图7 变压器的参数测定(1) 空载试验空载电流的作用：变压器空载电流的绝大部分用来供励磁，即产生主磁通，另有很小一部分用来供给变压器铁心损耗，前者属无功性质，称为空载电流的无功分量，后者属有功性质，称为空载电流的有功分量。空载电流的性质：由于变压器空载电流的无功分量总是远远大于有功分量，故空载电流属感性无功性质，

15、它使电网的功率因数降低，输送有功功率减小。调节输出电压使其等于额定电压U1N ，然后测量 U1 、I 0 、U20 及空载损耗 P0由于空载电流 I 0很小，绕组损耗I 02R 很小，所以认为变压器空载时的输入功率 P 完全用来平衡变压器的铁心损耗，即P p 。00Fe励磁阻抗U励磁电阻pFeP0Rm1Zm Z0 I0I 02I 02励磁电抗Zm2Rm2电压比U1X mkU 2013(2) 短路试验短路试验时， 使一次侧电流从零升到额定电流I 1N，分别测量其短路电压 Uk 、短路电流 Ik和短路损耗 Pk，并记录试验时的室温 （）。由于短路试验时外加电压很低，主磁通很小，所以铁耗和励磁电流均

16、可忽略不计，这时输入的功率（短路损耗） P 可认为完全消耗在绕组的电阻损耗上，即kPk pCu 。由简化等效电路，根据测量结果，取I k I 1N 时的数据计算室温下的短路参数。短路阻抗ZkU k短路电阻RkpCuI kI k2短路电抗X kZ k2Rk28 变压器的外特性和电压变化率电压变化率的实用计算公式U %I 1N (R cos2Xksin2) 100%Uk1N变压器的负载系数I1I 2I1NI 2 N9 变压器的效率特性变压器的总损耗为P pCupFe2PkP0短路损耗（铜损耗） Pk空载损耗P014变压器效率的实用计算公式1P2P100%max0kcosPS22 P1.0N0k0.

17、80.60.40.2m00.20.40.60.81.0图 5-15变压器的效率特性曲线当可变损耗与不变损耗相等时，效率达最大值，由此可得到产生变压器最大效率时的负载系数 m 为m10 三相变压器绕组的联结法P0Pk1511 三相变压器联结组的判断方法nNYy0nNYd1116第四部分三相异步电机及拖动1 三相异步电机结构异步电机主要由定子和转子两大部分组成异步动机的定子由定子铁心、定子绕组和基座三部分组成异步动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子分为笼型转子和绕线式转子2 三相异步电机工作原理三相异步电动机的定子铁心上嵌有三相对称绕组，接通三相对称电源后，在定子、转子之间的气隙内产生了

18、以同步转速旋转的旋转磁场。转子导条被这种旋转磁场切割，在导条内产生感生电流，磁场又对导条产生电磁力。于是转子就跟着旋转磁场旋转。同步转速：60 f1nspns n异步电动机的转差率：sns3 异步电机的运行方式4 异步电动机的优缺点异步电动机的优点：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高。异步电动机的缺点：功率因数较差，异步电动机运行时，必须从电网里吸收滞后性的无功功率，它的功率因数总是小于 1。5 交流绕组基本量电角度与机械角度机械角度总是360°，电角度为p×360°节距： 一个线圈的两个边所跨定子圆周上的距离称为节距，用 y1 表示，

19、一般用槽数计算。节距应该接近极距17槽距角 ：相邻槽之间的电角度称为槽距角p360Q1每极每相槽数 q ： 每一极每相绕组所占槽数Q1q2 pm相带：每个极距内属于同相的槽所占有的区域。一般固定为60 电角度。6 单相绕组磁动势1）单相绕组的磁动势是一种空间位置上固定、幅值随时间变化的脉振磁动势。2）单相绕组的基波磁动势幅值的位置与绕组的轴线相重合。3）单相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值为F 10.9 NkW1 I；p而 v 次谐波磁动势幅值为： F v1 0.9 NkWv I；谐波次数越高，幅值越小。vpkw1=kq1ky1，称为基波绕组因数sin q2节距因数 k y1cos1y1180

20、 )y190分布因数 kq1cos (180sinq sin2227 三相基波合成磁动势F1定子电流的相序决定三相异步电动机磁场的旋转方向三次谐波基波合成磁动势为 0. 特性：1）是一个旋转磁动势，转速均为同步转速，旋转方向决定于电流的相序。2）幅值 F1 不变，为各相脉振磁动势幅值的1.5 倍，旋转幅值轨迹是一个圆。3）三相电流中任意一相电流瞬时值达到最大值时， 三相基波合成磁动势的幅值，恰好在这一组绕组的轴线上。8 转子磁动势 F2转子磁动势 F2 的旋转方向与定子旋转磁场方向一致。转子磁动势 F2 的转速大小f 2p(ns n)pns nsn6060 nssf1相对于转子的转速为n相对于

21、定子的转速为n+n=ns189 异步电动机的基本方程式&&&&&&U 1E1I 1R1j I1 X1E1I1Z1&&&( R2R )E2sE2 s I 2&&( RmjX m )E1I mI11 I 2I mkiE2j4.44 f1 N2 kW 2 mj4.44 f1 N1kW 1N1kW 1电动势比keN 2kW 210 异步电动机的电磁关系11 三相异步电动机单相等效电路1 s R2频率归算结果：转子回路串入一附加电阻sjI&2 X 2 sI&m ZmN2kW 2N2 kW 2 E1 E

22、m N kN k1k11 W 11 W 1e该附加电阻实质上表征了异步电动机的机械功率绕组归算结果：I 21 I 2kkim1 N1 kW1im2 N2 kW 2E2 ke E2 E1N1kW 1keN 2kW 219R2keki R2X 2'ke ki X 2归算后基本方程式&&&jX 1 )&&U 1E1I1(R1E1I1 Z1&&1 s&(R2&1 s&E2I 2R2I 2jX 2 ) I 2 R2I2Z2ssE1E2I1I 2I m归算后的等效电路向量图208 异步电动机的功率pCu2sPem2 R

23、 2PmechPep Cu2m1 I 2m1 I 22 R 2(1 s) m 1 I 2 2 R 2s(1 s) PesPmechPeTen9 异步电动机的电磁转矩转矩平衡方程：TeT2TmechTT2T0与每极磁通和转子电流有功分量的乘积成正比10 异步电动机的工作特性 Te CT m I 2 cos 2 异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线随着负载的增大，转子转速下降，转子电流增大，定子电流及磁动势也随之增大，抵消转子电流产生的磁动势，以保持磁动势的平衡。定子电流几乎随P2 按正比例增加。21当负载增加时，转子电流的有功分量增加， 定子电流的有功分量也随之增加，即可使功率因数提高。在

24、接近额定负载时，功率因数达到最大。异步电动机的负载不超过额定值时，角速度变化很小。而空载转矩 T0 又可认为基本上不变，所以电磁转矩特性近似为一条斜率为1/的直线。P2Te T0异步电动机中的损耗也可分为不变损耗和可变损耗两部分。当输出功率P2增加时，可变损耗增加较慢，所以效率上升很快。当可变损耗等于不变损耗时异步电动机的效率达到最大值。随着负载继续增加，可变损耗增加很快，效率就要降低。1 机械特性的三种表达式（ 1）物理表达式'R'2cos 2Te CT m I 2' cos 2'R'22 ( sX'2 ) 2（ 2） 参数表达式I 2'

25、;U 12'2R1R2' / sX1 X2m1U 12 (R2 / s)TeR2 / s 2( X1X 2)2s R1m1U 12R2TeMR12X2)2sms 2 R1( X12( X1X2 )2R1（ 3）实用表达式Te2最大过载倍数kmTemTem21ssm sm sN km kmTNsm s22最大电磁转矩与电压的平方成正比，与漏电抗成反比；临界转差率与转子电阻成正比，与电压大小无关。异步电动机机械特性的三种表达式，其应用场合各有不同。一般物理表达式适用于定性地分析 Te 与 m 及 I 2 cos 2 间的关系；参数表达式多用于分析各参数变化对电动机运行性能的影响；实

26、用表达式最适用于进行机械特性的工程计算。2 机械特性机械特性的直线部分和机械特性的曲线部分起动转矩3 pU12 R2'TstTst2f(R R') 2( XX')2 K T1TN1122（ 1）降低定子端电压的人为机械特性特点：?1）固有特性的同步转速不变。2）最大转矩和起动转矩随电压的降低而按二次方规律减小。3）最大转矩对应的转差率保持不变（ 2）定子回路串三相对称电阻或电抗的人为机械特性定子回路串入电阻或电抗并不影响同步转速，但是最大电磁转矩、起动转矩和临界转差率都随着定子回路电阻值的增大而减小。23（ 4）转子回路串三相对称电阻的人为机械特性特点：（）同步转速 n

27、s、最大电磁转矩 Tem 不变。（）临界转差率 sm 增大。（）起动转矩增大当所串入的电阻满足smR2'Rz'1X 1X 2'起动转矩为最大电磁转矩3 异步电动机的起动起动要求：（）足够大的起动转矩。起动转矩倍数Tst/TNK =T（）不要太大的起动电流。起动电流倍数KI=I st / I N 。普通的异步电动机如果不采取任何措施而直接接入电网起动时， 往往起动电流 I st 很大，而起动转矩 Tst 不足。在起动初始， n = 0，转差率 s = 1，转子电流的频率 f2=sf1 50Hz，转子绕组的电动势 sE2=E2，比正常运行时（）的电动势值大20倍，则s =

28、0.010.05此时转子电流 I r 很大，定子电流的负载分量也随之急剧增大， 使得定子电流（即起动电流）很大；转子漏磁 sX2>>R2，使得转子内的功率因数cos2 很小，所以尽管起动时转子电流 Ir很大，但其有功分量 Icos 并不大。而且，由于起动电流很大，定子r2绕组的漏阻抗压降增大，使得感应电势Es 和与之成正比的主磁通m 减小，因此起动转矩 Tst 并不大。异步电动机在起动时存在以下两种矛盾：1）起动电流大，而电网承受冲击电流的能力有限；2）起动转矩小，而负载又要求有足够的转矩才能起动。（ 1）小容量电动机的轻载起动 直接起动直接起动也称为全压起动。 （ .5kW ）优点：操作简便、起动设备简单；缺点：起动电流大，会引起电网电压波动。（ 2）中、大容量电动机轻载起动 降压起动（ A ）星形 -三角形（ Y-）起动I stY1I st324（ B）自耦降压起动电动机端电压 :Us=U2 =N 2 / N1 U 1定子电流 :I s=I 2=N 2 / N1 I st从电网上吸取的电流 :I 1 =I st N 2 / N12起动转矩与起动电流降低同样的倍数。（ C）串电阻（抗）起动方法优点 :起动电流冲击小，运行可靠，起动设备构造简单；缺点 :起动时电能损耗较多。(4)中、大容量电动机重载起动 绕线转子异步电动机的起动起动