电机拖动课程复习

本课程学习内容：变压器、直流机、异步机掌握内容：1）工作原理2）电磁力分析3）特性及应用2023/10/241电机与拖动基础电机的作用与功能：电机是实现机械能与电能相互转换的电磁机器电动机：电能机械能发电机：机械能电能变压器：U1交流电能变成U2交流电能2023/10/242电机与拖动基础电机的分类：1、按电能形式分直流电机（发电机、电动机）交流电机（异步机、同步机）（发电机、电动机）2023/10/243电机与拖动基础2、按能量转换形式分发电机（直流电机、交流电机）（异步机、同步机）电动机（直流电机、交流电机）（异步机、同步机）2023/10/244电机与拖动基础电机的作用：

1、进行能量转化、传输和分配电能

2、驱动生产机械

3、控制各种自动设备

2023/10/245电机与拖动基础2、驱动生产机械

磁悬浮列车大型车床2023/10/246电机与拖动基础3、控制各种自动设备盲人引路车爬行机器人2023/10/247电机与拖动基础电力拖动系统动力学

1电力拖动系统的运动方程式

电力拖动系统一般是由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源组成。电力拖动系统组成

机械特性表明电动机内部转速和转矩之间的关系，生产机械的负载转矩特性表明负载的性能，要研究整个电力拖动系统，必须研究电动机和负载之间的运动规律——电力拖动系统的运动方程式。2电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统是由电动机与负载两部分组成的，把电动机的机械特性与负载的转矩特性结合起来，就可以研究电力拖动系统的稳定运行问题。电力拖动系统的平衡状态

左图：1.电动机的机械特性

2.负载的转矩特性电力拖动系统的平衡工作点(稳定运行的必要条件)图中两条曲线的交点A满足此条件，称为平衡工作点。

稳定运行的充分必要条件是:

(1) ,(2)在处

在交点所对应的转速之上区域，应保证，使得当系统高于交点处的速度时，系统作减速运行；

在交点所对应的转速之下区域，应保证，使得当系统低于交点处的速度时，系统作升速运行。电力拖动系统必须在电动机的机械特性与负载转矩特性的交点上；两条曲线在交点处必须配合得好，才能保证系统稳定运行：第一部分磁路（绪论）本章学习：磁路的基本概念和基本定律铁磁材料的磁性能磁路的基本概念和基本定律一、磁路的基本概念磁路：磁通

经过的路径。基本物理量：1、磁感应强度B（磁密）单位：Wb/m2;或T2、磁通

单位：WB3、磁场强度H单位：A/m4、磁动势F=NI单位：A

线圈中有电流I，线圈周围就会产生磁场，磁场强弱取决于线圈匝数N和电流I的乘积IN，该乘积就叫磁动势F。二.磁路的基本定律1、安培环路定律（全电流定律）磁场强度H沿任意闭合回路l的线积分，等于该闭合回路所包围的全电流。2、磁路欧姆定律磁路中的磁通与磁势成正比，与磁阻成反比，即磁通

=F/Rm3、磁路的基尔霍夫第一定律

任何磁路中，流进节点的磁通代数和为零4、磁路的基尔霍夫第二定律在闭合磁回路中，磁路各段磁压降代数和等于作用于该磁路上的磁动势之和。三

.基本电磁定律1、电磁感应定律1）运动电势：导体在磁场中运动时，导体中会感应出电势e。大小：电势e=Blv。B:磁密；l：导体长度；v：导体与磁场的相对速度。正方向：用右手定则判断电势e正方向表示电位升高的方向，与U相反。如果同一元件上e和U正方向相同时，e=-U。2）变压器电势：线圈中的磁通变化时，线圈中会感应电势e：电势e正方向：e的正方向与

正方向符合右手螺旋关系2、电磁力定律一个通电流的导体，在磁场中要受到力的作用，这个力叫电磁力。电磁力f=Bli电磁力方向：左手定则判断第二部分直流电动机1.工作原理2.直流电机的构成3.电枢电动势及电压平衡关系4.电磁转矩5.机械特性6.直流电动机的使用（起动、调速、制动）和额定值7.直流发电机与直流电动机的区别工作原理

一、工作原理U+–NS电刷换向片直流电源电刷换向器线圈II注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。FFU+–NS电刷换向片IIFFU+–NS电刷换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。直流发电机用右手定则判感应电动势Ea的方向U+–NSEEIa电枢绕组电阻Ra感应电动势输出电压二、直流电机的构成直流电机由定子、转子等部分构成。机座磁极励磁绕组转子励磁式直流电动机结构1.转子（又称电枢）由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。2.定子定子的分类：永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，形成电磁铁。励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。M他励UfIfIaUM并励UIfM串励UM复励U三、电枢绕组中电压的平衡关系因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。U：外加电压Ra:绕组电阻MRaIaE+–+–U以上两公式反映的概念：(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想改变E，只能改变

或n。(2)若忽略绕组中的电阻Ra，则，可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变

可调速。电枢电动势

armatureelectromotiveforce产生: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.大小:性质:发电机:电源电势(与电枢电流同方向);

电动机:反电势(与电枢电流反方向).产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩.大小:性质:发电机:制动(与转速方向相反);

电动机:驱动(与转速方向相同).四、电磁转矩

electromagnetictorque转矩平衡关系电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即TL：负载转矩T0

：空载转矩转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时，通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整，以实现新的平衡。五、他励直流电动机的机械特性定义：在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值条件下，电机的转速与电磁转矩之间的关系：由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：一、机械特性的表达式他励直流电动机的机械特性机械特性的曲线：TemTNT0通常称大的机械特性为软特性，小的机械特性为硬特性。他励直流电动机的机械特性二、固有机械特性和人为机械特性1、固有机械特性当时的机械特性称为固有机械特性：2、人为机械特性当改变或或得到的机械特性称为人为机械特性他励直流电动机的机械特性1）电枢串电阻时的人为特性

保持不变，只在电枢回路中串入电阻的人为特性：特点：（1）n0不变，β变大；（2）RS越大，特性越软。Tem他励直流电动机的机械特性2）降低电枢电压时的人为特性

保持不变，只改变电枢电压的人为特性：特点：（1）n0随U变化；（2）U不同，曲线是一组平行线。Tem他励直流电动机的机械特性3）减弱励磁磁通时的人为特性

保持不变，只改变励磁回路调节电阻的人为特性：特点：（1）弱磁，n0增大；（2）弱磁，β增大TK1TK2TemTK串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比，即

=K

Ia,则据此公式做出T-n曲线nTM串励UIa六、直流电动机的使用和额定值限制Iast的措施：（1）启动时在电枢回路串电阻。（2）启动时降低电枢电压。一、使用1.启动启动时,n=0

Ea=0，若加入额定电压，则Iast太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换向器。一般Iast限制在(2-2.5)IaN内。(1)若电动机原本静止，由于励磁转矩T=KT

Ia，而

0

，电机将不能启动，因此，反电动势为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁的危险。直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：注意：（2）如果电动机在有载运行时磁路突然断开，

则E

，Ia

，T和

，可能不满足TL的要求，电动机必将减速或停转，使

Ia更大，也很危险。（3）如果电机空载运行，可能造成飞车。

E

Ia

T>>

T0

n

飞车措施：他励直流电动机一定要有失磁保护。一般在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。当失压或欠流时，自动切断电枢电源U。M他励UfIfIaU2.反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。（1）改变励磁电流的方向。（2）或改变电枢电流的方向。改变直流电机转向的方法：3.他励直流电动机的调速电力拖动系统的调速:1)机械调速;2)电气调速他励电动机的转速公式：电气调速方法：1）调压调速；

2）电枢回路串电阻调速；

3）调磁调速。调速指标：1、调速范围D：2、静差率（相对稳定性）δ%：指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。δ%越小，相对稳定性越好；δ%与机械特性硬度和n0有关。D与δ%相互制约：

δ越小，D越小，相对稳定性越好；在保证一定的δ指标的前提下，要扩大D，须减少Δn，即提高机械特性的硬度。3、调速的平滑性：

在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数：

越接近1，平滑性越好，当时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。4、调速的经济性：主要指调速的投资、运行效率及维修费用等。1、电枢回路串电阻调速nTemTLRan0nNA0A’Bn1Ra+Rs1n2Ra+RS2CRS1>RS2tt=0n1nNIaNianian调速方法电枢回路串电阻调速优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。缺点：

2）低速时特性曲线斜率大，静差率大，所以转速的相对稳定性差；

3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D≦2；

4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使Tem和Ia不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。

1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；2、降低电压调速TemTLAA’BC

降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间变化的曲线也相似。优点：1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好。3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达D=2.5~12。4）电能损耗较小。缺点：需要一套电压可连续调节的直流电源。降低电压调速3、减弱磁通调速A’BTemTLACtt=0n减弱磁通调速优点：

由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。缺点：机械特性的斜率变大，特性变软；转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般

D≤2；

为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压调速。调速方式与负载类型的配合容许输出：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到它的容许值，即电枢电流达到额定值。

当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个问题与调速方式和负载类型的配合有关。他励直流电动机的调速

以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为恒转矩调速和恒功率调速。

电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值----恒转矩调速。

电枢串电阻调速和降压调速时，磁通保持不变，若在不同转速下保持电流不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：

电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒值----恒功率调速。

弱磁调速时，磁通是变化的，在不同转速下若保持电流不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：上述容许输出转矩和功率与转速的关系为：恒功率调速恒转矩调速

以为界，分两个区域：

为恒转矩调速区；

为恒功率调速区他励直流电动机的调速1、恒转矩负载配恒转矩调速

和均为常数,和均与转速成正比，只要选择电动机的与相等，在任何转速下均有：电机既满足了负载要求，又得到了充分利用。这是一种理想的配合，转速是从额定转速向下调，所以额定转速为系统的最高转速。2、恒功率负载配恒功率调速

和均为常数，和均与成反比，只要选择与相等，在任何转速下均有：电机既满足了负载要求，又得到了充分利用。这是一种理想的配合，转速是从额定转速向上调，所以额定转速为系统的最低转速。3、恒转矩负载配恒功率调速负载转矩电动机容许输出转矩只有在最高转速时才有：电机得到了充分利用。在低于最高转速时：电机未被充分利用。可以证明：

在最低转速时，电动机的实际输出功率（负载功率）只是电动机额定功率的

（D为调速范围）。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。4、恒功率负载配恒转矩调速负载转矩电动机容许输出转矩只有在最低转速时才有：电机得到了充分利用。在高于最低转速时：电机未被充分利用。可以证明：

这种配合，电动机的实际输出功率（恒定的负载功率）只是电动机额定功率的

（D为调速范围）。显然，这种配合将造成电动机容量的浪费。他励直流电动机的调速5、风机型负载与两种调速方式的配合由于负载转矩随转速的升高而增大，为了使电动机在最高转速时（所需的转矩最大）能满足负载的需要，应使只有在最高转速时，电动机才被充分利用。恒转矩调速方式所造成的电动机容量浪费比恒功率调速方式小一些。根据以上五种情况分析可得：1）电枢串电阻调速和降压调速方式属于恒转矩调速，适用于恒转矩负载。2）弱磁调速属于恒功率调速方式，适用于恒功率负载。3）对于泵与风机类负载，三种调速方式都不十分合适，但采用电枢串电阻和降压调速比弱磁调速合适一些。

（1）反接制动4.制动制动的所采用的方法：

反接制动、能耗制动、发电回馈制动MUUfIf+–R运行制动电阻R的作用是限制电源反接制动时电枢的电流过大。（2）能耗制动—

电枢断电后立即接入一个电阻。MUUfIf+–R运行制动K停车时，电枢从电源断开,接到电阻上，这时：由于惯性电枢仍保持原方向运动，感应电动势方向也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时，在重力的作用下n

n0（n0理想空载转速），这时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从而限制电机转速过分升高。(3)发电回馈制动七、直流发电机与直流电动机的区别能量关系:机械能转变成电能电能转变成机械能电枢电势:电源电势反电势电磁转矩:制动驱动电势平衡方程:直流发电机与直流电动机的区别转矩平衡方程：功率平衡方程：特性：空载特性：外特性：调整特性：转速特性：转矩特性：效率特性：第三部分变压器1、单相变压器：（1）基本运行原理、结构及额定值（2）内部电磁关系；（3）基本方程、等效电路和相量图，（4）参数的测定（实验）2、三相变压器：（1）三相正弦交流电源基础知识；（2）三相变压器基本概念；（3）三相变压器的联结组问题；71§1变压器的铭牌数据1、额定容量或视在容量：KVA、VA2、额定电压:线电压，KV、V3、额定电流:线电流，A4、额定频率:50HZ5、额定效率

:单相变压器：

三相变压器：

72第4章变压器§变压器的基本工作原理变压器：通过磁路的耦合作用，利用电磁感应原理，实现电能的变换和传递。

图4-5单相变压器工作原理示意图根据电磁感应定律，原、副方绕组分别感应电势

变压器的工作原理各量的电磁关系：单相变压器的空载运行

75空载运行变压器：通过磁路的耦合作用，利用电磁感应原理，实现电能的变换和传递。§变压器负载运行

归纳起来变压器的基本方程式为：电压平衡方程式变压器负载运行

三、变压器负载运行的等值电路及相量图

1、变压器的归算

归（折）算是把二次侧绕组匝数变换成一次测绕组的匝数,而不改变一、二次侧绕组的电磁关系

§变压器负载运行

折算的原则：折算前后要保证电磁关系不变，（1）折算前后的磁势应保持不变（2）折算前后的电功率及损耗应保持不变折算的目的是将变比为的变压器等效成变比为1的变压器，从而将一次、二次两个分离的电路画在一起，获得变压器的等效电路；折算原则是保持折算前后二次侧磁动势不变、二次侧有功、无功功率不变。规算后的基本方程式为:

以上是将副绕组归算到原绕组，同理也可将原绕组归算到副绕组，即令，按照上述方法，推出原方各物理量的归算值。三、变压器负载运行的等值电路及相量图

§变压器负载运行

81§变压器负载运行

折合算法小结变压器等效电路和相量图（1）“T”型等效电路4-16变压器的“T”型等效电路（2）近似和简化等效电路4-17变压器的近似等效电路4-18变压器的简化等效电路§变压器负载运行

Y,y0含义：高、低压绕组均为星形连接，高、低压侧对应线电动势同相位。Y,y6含义：高、低压绕组均为星形连接，高、低压侧对应线电动势反相位。低压绕组三相标志依次后移，可得到Y,y4、Y,y8联结组别。低压绕组三相标志依次后移，可得到Y,y10、Y,y2联结组别。Y,d11含义：高压绕组为Y接，低压绕组为d接，低压线电动势超前高压线电动势30o。低压绕组三相标志依次后移，可得到Y,d3、Y,d7联结组别。Y,d1含义：高压绕组为Y接，低压绕组为d接，低压线电动势滞后高压线电动势30o。低压绕组三相标志依次后移，可得到Y,d5、Y,d9联结组别。

（a）同名端标记（b）逆名端标记图4-30绕向相同时原、副绕组相电势的相位关系

三相变压器图4-31Y，y0联结组三相变压器

（a）电路图

（b）相量图

图4-32Y，y6联结组三相变压器

（a）电路图

（b）相量图

图4-33Y，d11结组三相变压器

（a）电路图（b）相量图

图4-34Y，d5结组三相变压器

（a）电路图（b）相量图

图4-35Y，d3结组§

第四部分三相异步电动机的结构与工作原理磁铁闭合线圈e方向用右手定则确定f方向用左手定则确定磁场旋转磁极旋转导线切割磁力线产生