电机及拖动基础知识要点复习

1、电机复习提纲第一章：一、概念：主磁通，漏磁通，磁滞损耗，涡流损耗磁路的基本定律：安培环路定律：HL=Ni磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量乘以磁阻Rm磁路与电路的类比：与电路中的欧姆定律在形式上十分相似。E=IR磁路的基尔霍夫定律(1)磁路的基尔霍夫电流定律穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零(2)磁路的基尔霍夫电压定律沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位差的代数和。第二节常用铁磁材料及其特性一、铁磁材料1、软磁材料：磁滞回线较窄。剩磁和矫顽力都小的材料。软磁材料磁导率较高，可用来制造电机、变压器的铁心。2、硬磁材料：磁滞回线较宽。剩磁和矫顽力都大的铁磁材料称为硬磁

2、材料，可用来制成永久磁铁。二、铁心损耗1-磁滞损耗一一材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗的能量。2-涡流损耗一一铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗3-铁心损耗一一磁滞损耗和涡流损耗之和。第二章：一、尽管电枢在转动，但处于同一磁极下的线圈边中电流方向应始终不变，即进行所谓的“换向”。二、一台直流电机作为电动机运行一一在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；作为发动机运行一一用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。三、直流电机的主要结构(定子、转子)定子的主要作用是产生磁场转子又称为“电枢”，作用是产生电磁转矩和

3、感应电动势要实现机电能量转换，电路和磁路之间必须在相对运动，所以旋转电机必须具备静止的和转动的两大部分，且静止和转动部分之间要有一定的间隙(称为：气隙)四、直流电机的铭牌数据直流电机的额定值有：1、额定功率PN(kW)2、额定电压UN(V)3、额定电流IN(A)4、额定转速nN(r/min)5、额定励磁电压UfN(V)五、直流电机电枢绕组的基本形式有两种：一种叫单叠绕组，另一种叫单波绕组。单叠绕组的特点：元件的两个端子连接在相邻的两个换向片上。元件的跨距：上层元件边与下层元件边的距离称为跨距，元件跨距称为第一节距y1(用所跨的梢数计算)。一般要求元件的跨距等于电机的极距。上层元件边与下层元件边

4、所连接的两个换向片之间的距离称为换向器节距yc(用换向片数计算)。直流电机的电枢绕组除了单叠、单波两种基本形式以外，还有其他形式，如复叠绕组、复波绕组、混合绕组等。各种绕组的差别主要在于它们的并联支路，支路数多，相应地组成每条支路的串联元件数就少。原则上，电流较大，电压较低的直流电机多采用叠绕组；电流较小，电压较高，就采用支路较少而每条支路串联元件较多的波绕组。所以大中容量直流电机多采用叠绕组，而中小型电机采用波绕组。六、直流电机的励磁方式1、他励直流电机一一励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而是由其他直流电源对励磁绕组供电。2、并励直流电机一一励磁绕组与电枢绕组并联。3、串励直流电机一一励磁绕组

5、与电枢绕组串联。4、复励直流电机一一两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，另一个与电枢绕组串联。七、直流电机负载时的磁场及电枢反应当直流电机带上负载以后，在电机磁路中又形成一个磁动势，这个磁动势称为电枢磁动势。此时的电机气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的。电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。第五节感应电动势和电磁转矩的计算一、感应电动势的计算先求出每个元件电动势的平均值，然后乘上每条支路中串联元件数。感应电动势的计算公式为Ea=Ce：n=CeKfIfn=GafIf-直流电机的感应电动势的计算公式是直流电机重要的基本公式之一感应电动势Ea的大小与每极磁通（有效磁通）和电枢转速的乘积成正

6、比。如不计饱和影响，它与励磁电流If和电枢机械角速度乘积成正比。二、电磁转矩的计算Tez2Pq1apz2Tta电磁转矩也可以表示为Te=GafIfIa其中G=CK电磁转矩计算公式是直流电机的重要基本公式，它表明：电磁转矩Te的大小与每极磁通和电枢电流Ia的乘积成正比。或：如不计饱和影响，它与励磁电流If和电枢电流Ia的乘积成正比。三、几个重要关系式直流电机感应电动势计算公式：E=Cnae直流电机电磁转矩计算公式：Te=Ct6a电动势常数：Ce二巴60a转矩常数：5二星2通电动势常数与转矩常数的关系：Ct=9.55Ce电动机电枢回路稳态运行时的电动势平衡方程式。U=Ea+RaIaEa=Cen四、

7、直流电动机的工作特性是指其端电压U=UN（额定电压），电枢回路中无外加电阻、励磁电流If=IfN（额定励磁电流）时，电动机的转速n、电磁转矩Te和效率刀三者与输出功率P2之间的关系。（一）并励直流电动机的工作特性1 .转速特性”入-会上2 .转矩特性Te=CT*Ia=C；Ia3 .效率特性刀=(P2/P1)X100%电机励磁损耗、机械损耗、铁耗等于电枢铜耗时，效率最大。(二)串励直流电动机的工作特性串励电机不允许在空载或负载很小的情况下运行。五、直流发电机的工作特性直流电动机的固有机械特性1、空载特性当他励直流发电机被原动机拖动，n=nN时，励磁绕组端加上励磁电压Uf,调节励磁电流If0，得出

8、空载特性曲线U0=f(I0)。2、负载运行无论他励、并励还是复励发电机，建立电压以后，在n=nN的条件下，加上负载后，发电机的端电压都将发生变化。第七节直流电机的换向元件内电流方向改变的过程就是换向。直流电动机换向器节距单位是换向片数。一、换向的电磁现象1、电抗电动势在换向过程中，元件中电流方向将发生变化，由于电枢绕组是电感元件，所以必存自感和互感作用。换向元件中出现的由自感与互感作用所引起的感应电动势，称为电抗电动势ex=Lx2ia/Tc。2、电枢反应电动势由于电刷放置在磁极轴线下的换向器上，在几何中心线处，虽然主磁场的磁密等于零，可是电枢磁场的磁密不为零。换向元件切割电枢磁场，产生一种电动

9、势，称为电枢反应电动势ea=2NyBalv。二、改善换向的方法改善换向一般采用以下方法：装设换向磁极一一位于几何中性线处装换向磁极。换向绕组与电枢绕组串联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势。大型直流电机在主磁极极靴内安装补偿绕组，补偿绕组与电枢绕组串联，产生的磁动势抵消电枢反应磁动势。第二章课后习题2-15、2-19、2-21第三章变压器一、变压器的工作原理变压器的主要部件一一铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。电动势平衡方程式：d-d-U1-0=N1u2=e2-N2一dtdt一次

10、、二次绕组电压、电动势的有效值与匝数的关系：UiEiNi=二=kU2E2n2k匝比（电压比）变压器的额定值额定容量为变压器的视在功率（用SN表示，单位kVA,VA）额定电压（一次和二次绕组上分别为U1N和U2N,单位V,kV）额定电流（一次和二次绕组上分别为I1N和I2N，单位A,kA）二、负载运行时的基本方程式1、磁动势平衡方程式2、电动势平衡方程式变压器负载运行基本方程式INTN=IN1122m1Ei/E2=N1/N2=k-E1U1=-E1I1Z1U2=E2-I2Z2第四节变压器的等效电路归算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，同时,对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的

11、电磁关系不变。目的：用一个等效的电路代替实际的变压器。归算原则：1）保持二次侧磁动势不变；2）保持二次侧各功率或损耗不变一、绕组归算（一）电动势和电压的归算二次绕组归算后，变压器一次和二次绕组具有同样的匝数，即要把二次侧电动势归算到一次侧，只需要乘以电压比k即可。E2=kE2（二）电流的归算12=不（三）阻抗的归算二、近似等效电路图考虑到一般变压器中，Zm>>Z1,若把励磁支路前移，认为在一定的电源电压下，励磁电流Im=常数，不受负载变化影响，同时，忽略Im在一次绕组中产生的漏阻抗压降。这样的电路称为“r”形等电路。根据这种电路对变压器的运行情况进行定量计算，所引起的误差是很小的。

12、由于一般变压器Im<<IN,可以进一步把励磁电流Im忽略不计。得到变压器的近似等效电路。（要求会画）第五节等效电路的参数测定一、空载试验由空载试验可以测定变压器的电压比k、铁耗pFe以及等效电路中的励磁阻抗Zm。二、负载试验（又称短路试验）负载试验是以额定频率的额定电流通过变压器的一个绕组，另一个绕组的端子接成短路。读取pk、Uk、Ik数据来计算变压器的短路电压百分数uk%、铜损pk和短路阻抗Zk标么值，就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比值（通常以额定值为基准值），即标么值实际值基准值第六节三相变压器决定三相变压器联结组标号的步骤为：（要求会画）1）按规定的绕组端

13、子标志，连接成所规定的联结组，画出联结图。2）标明绕组的同名端和相电压的方向。3）判断同一相的相电压相位，画出高、低压对称边三相电势的相量图，将相量EAX与Eax的头A和a画在一起。4）根据高、低压线电势的相位差确定联结组的标号。第七节变压器的稳态运行描述变压器运行特性的主要指标有两个：电压调整率和效率第三章课后习题3-13、3-16第四章异步电机（一）三相异步电动机的基本原理交流电机有两大类：异步电机和同步电机。第一节三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机实现机电能量转换的前提是产生一种旋转磁场。1、旋转磁场的产生当三相对称绕组接上三相对称电源，就产生旋转磁场。对称三相电流通入对称三相

14、绕组时，必然会产生一个大小不变、转速一定的旋转磁场。2、三相异步电动机的工作原理转差ns-n的存在是异步电动机运行的必要条件。转差表示为同步转速的百分值，称为转差率，用s表示。ns-ns=s100%nsns同步转速n>nss<0发电机状态n<0s>1电磁制动状态n<ns0Vs<1电动机状态第二节三相异步电动机的铭牌数据一、交流绕组的一些基本知识和基本量1、电角度与机械角度电机圆周按电角度计算就为pX3600,而机械角度总是360:电角度=px机械角度2、线圈3、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,一般用梢数计算。节距应该接近极距ro

15、4、梢距角0c相邻梢之间的电角度称为梢距角若Q1为定子梢数，p为极对数，则梢距角5、每极每相梢数q每一极每相绕组所占梢数，用符号q表示（m相数）第四节三相异步电动机的定子磁动势及磁场一、单相绕组的磁动势-脉振磁动势整距线圈所形成的磁动势在任何瞬时，空间的分布总是一个矩形波，而在空间上任意一点的大小随电流的变化而变化。这种从空间上看位置固定，从时间上看，大小在正负最大值之间变化的磁动势，称为脉振磁动势。脉振磁动势的频率就是交流电流的频率。对于单相绕组磁动势，可以归纳以下几点：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

16、。3）单相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值为；而v次谐波磁动势幅值为：；谐波次数越高，幅值越小。二、三相绕组的磁动势-旋转磁动势三相基波合成磁动势具有以下特性：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3/2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。第五章异步电机（二）一三相异步电动机运行原理及单相异步电动机第一节三相异步电动机运行时的电磁过程空载的情况下：nns,120当电机带有机械负载后：n<ns,这时，气隙中以同步转速旋转和主磁场与转子之

17、间的相对转速增大，于是在转子绕组中感应电动势E2s和转子电流I2都增大。不能再认为E2s0及120,而且I2也形成了磁动势F2。第五章课后习题5-13、5-14、5-15第七章控制电机这些电磁元件就是各式各样的小功率电动机，根据它们的作用，我们统称其为控制电机。第一节伺服电动机伺服电动机具有服从控制信号的要求而动作的职能，在信号来之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能及时自行停转。按照自动控制系统的要求，伺服电动机必须具备可控性好、稳定性高和适应性强等基本性能。常用的伺服电动机有：交流伺服电动机、直流伺服电动机一、交流伺服电动机（一）控制方法交流伺服电动机的控制方法

18、有以下三种方式：1、幅值控制一一保持控制电压相位不变，改变其幅值进行控制；2-相位控制一一保持控制电压幅值不变，改变其相位进行控制；3-幅一相控制一一同时改变控制电压的幅值和相位来进行（二）机械特性和调节特性1、机械特性机械特性是指控制电压信号一定时，电磁转矩随转速变化的关系。2、调节特性调节特性是指输出转矩一定时，转速与控制电压信号变化的关系。二、直流伺服电动机由直流电动机的调速方法可知，改变电枢电压或改变励磁电流调速时，特性有所不同。所以直流伺服电动机可由励磁绕组励磁，用电枢绕组进行控制；或由电枢绕组励磁，用励磁绕组进行控制。由于直流伺服电动机的功率不大，可以用永久磁铁制磁极，省去励磁绕组

19、。直流伺服电动机多采用电枢控制方式。第二节测速发电机测速发电机是一种检测元件，其基本任务是将机械转速转换为电气信号。按照测速发电机的职能，对它的要求是：1）输出电压与转速成严格的线性关系，以达到高的精确度；2）输出电动势斜率要大，即转速变化所引起的电动势的变化要大，以满足灵敏度的要求。测速发电机也有交、直流两大类。第三节自整角机第四节旋转变压器第八章电力拖动系统的动力学基础第一节电力拖动系统的运动方程式电力拖动装置可分为电动机、工作机构、控制设备及电源等四个组成部分一、运动方程式电动机在电力拖动系统必须遵循两个基本方程对于直线运动dvF-Fz=mdtdTI=Jdt对于旋转运动1、当dn二0dt

20、电动机静止或等速旋转，电力拖动dn2、当T>Tz/>0电力拖动系统处于加速状态dn3、当T<Tz7<0电力拖动系统处于减速状态二、运动方程式中转矩的正负符号分析2运动方程式的一般形式GDdn-T-(-Tz)=375dt式中正、负号的规定，预先规定某一旋转方向为正方向，如果转矩T的方向与参考方向相同取正号，相反取负号；而阻转矩Tz的方向如果与参考方向相同时取负号，相反取正号。第四节生产机械的负载转矩特性在运动方程式中，阻转矢I（或称负载转矩）Tz与转速n的关系Tz=f（n）即为生产机械的负载转矩特性。大多数生产机械的负载转矩可归纳为以下三种类型一、恒转矩负载特性恒转矩负载

21、特性，就是指负载转矩Tz与转速n无关的特性，即当转速变化时，负载转矩Tz保持常值。二、通风机负载特性2通风机负载的转矩与转速大小有关，基本上与转速的平方成正比Tz：Kn为反抗性负载。三、恒功率负载特性第九章直流电动机的电力拖动第一节他励直流电动机的机械特性电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩T的关系n=f（T）一、固有机械特性与人为机械特性当他励电动机电压及磁通均为额定值时，电枢没有串联电阻时的机械特性称为固有机械特性。n=4一3tCe"JNCeC”N（一）电枢串联电阻时的人为机械特性（二）改变电压时的人为机械特性（三）减弱电动机磁通时的人为机械特性四、电力拖动稳定运行的条件

22、对于恒转矩负载，要得到稳定运行，电动机需要具有向下倾斜的机械特性，如果电动机的机械特性向上翘，则不能稳定运行。第二节他励直流电动机的起动一、他励直流电动机的起动方法第三节他励直流电动机的制动他励直流电动机有两种运转状态1）电动运转状态电动机转矩的方向与转速的方向相同，此时电网向电动机输入电能，并变为机械能以带动负载。2）制动运转状态一一电动机转矩与转速的方向相反，此时，电动机吸收机械能并转化为电能。制动的目的是使拖动系统停车，最简单的方法是断开电源，使系统停下来，这叫自由停车，自由停车需要较长的时间。如果希望制动过程加快，可以使用电磁制动器，也可使用电气控制方法，常用的有能耗制动、反接制动、在

23、调速系统减速过程中，还可应用回馈制动。第四节他励直流电动机的调速采用一定的方法来改变生产机械的工作速度，以满足生产的需要，这种方法通常称为调速。要改变电动机的转速，可以改变电枢电压Ua或改变励磁磁通。但提高电动机的电枢电压受到绕组绝缘耐压的限制，根据规定,只允许比额定电压提高30%,因此提高电压的可能范围不大，实际上改变电压Ua常应用在减压时，从额定转速向下调速。改变励磁磁通，增加的可能性也不大，因为一般电动机的额定磁通已设计得使铁心接近饱和。因此，改变励磁磁通一般应用也在减弱磁的方面，称为弱磁调速，使转速从额定值向上调节。在调速的范围要求较宽等情况下，可结合应用上述二种方法，即在额转速以下降

24、低电压，而在额定转速以上弱磁。一、调速指标最主要的有两大指标：即技术指标与经济指标（一）调速的技术指标1 .调速范围D最大转速与最小转速之比，或最大线速度与最小线速度之比。2 .静差率（或称相对稳定性）在一条机械特性上运行时，电动机由理想空载加载到额定负载,所出现的转降nN与理想空载转速比之。.4n0-nN、=100%=100%n°n。电动机的机械特性愈硬，则静差率愈小，相对稳定性就愈高。3 .平滑性在一定的调速范围内，调速的级数愈多则认为调速愈平滑。它是相邻两级转速或线速度之比。Vi值愈接近于1,则平滑性愈好。时称为无级调速，即转速连续可调，级数接近无穷多，此时调速的平滑性最好。4

25、 .调速时的容许输出（或调速时的功率与转矩）容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩（二）调速的经济指标调速的经济指标决定于调速系统的设备投资及运行费用，而运行费用又决定于调速过程的损耗，它可用设备的效率来说明。P2P2+AP二、降低电枢端电压调速（一）电枢串联电阻电枢串电阻的调速方法的调速指标不高，调速范围不大，调速的平滑性不高，并且是有级调速。（二）降低电源电压三、弱磁调速弱磁调速的优点是，在功率较小的励磁电路中进行调节，控制方便，能量损耗小，调速的平滑性较高。由于调速范围不大，对于普通电动机最多为D=2,对于特殊设计的额定转速较低的调磁电动机D=34

26、,因此，常和额定转速以下的降压调速配合应用，以扩大调整范围。四、调速时的功率与转矩第十章三相异步电动机的机械特性及各种运转状态第一节三相异步电动机机械特性的三种表达式与直流电动机相同，三相异步电动机的机械特性也是由转速与转矩间的关系n=f（T）。其表达式有三种形式。一'、物理表达式T=CTi"'mI2cos；：2二、参数表达式得异步电动机的机械特性参数表达式s2R2,2RiYX1X2三、实用表达式2T''l+s旦"匕max1sm.T、R2，I二sSmRi-2sm-7smsR2第二节三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性一、固有机械特性固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定