船舶电气考点

船舶电气考点课程代码：01233

第一章电与磁

1、电磁关系：

指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动

势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流

2、右手螺旋定则：

叫右手螺旋定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。通电直

导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向直导线中电

流方向，那么四指指向就是通电导线周围磁场的方向；通电螺线管中的安培定则（安培

定则二）：用右手握住通电螺线管，让四指指向电流的方向，那么大拇指所指的那一端

是通电螺线管的N极。

3、左手定则和右手定则：

左手定则是判断通电导线处于磁场中时，所受安培力F（或运动）的方向、磁感应强

度B的方向以及通电导体棒的电流I三者方向之间的关系的定律。

伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线垂

直于手心进入，并使拇指指向导线运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。

这就是判定导线切割磁感线时感应电流方向的右手定则。右手定则判断导体切割磁感线

电流方向和导体运动方向关系。

4、磁畴：

所谓磁畴，是指铁磁体材料在自发磁化的过程中为降低静磁能而产生分化的方向各

异的小型磁化区域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都像一个个小磁铁那

样整齐排列

5、铁磁材料的磁性能：

是指物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同

一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加

到某一极限值的现象。

6、铁心损耗：

铁损耗是指在发电机中电枢铁心在磁场中旋转时，硅钢片中的涡流与磁滞损耗应用：

磁性材料的分类

7、电磁铁的种类：

按电流分；交流电磁铁、直流电磁铁。按用途分；。制动电磁铁：在电气传动装置

中用作电动机的机械制动，以达到准确迅速停车的目的。

起重电磁铁：用作起重装置来吊运钢材，铁砂等导磁材料，或用作电磁机械手夹持

钢铁等导磁材料。

阀用电磁铁：利用磁力推动磁阀，从而达到阀口开启，关闭或换向的目的。

爰引电磁铁：主要用牵引机械装置以执行自动咨制任务。

8、交流电磁铁减振的方法：

短路环把交流电磁机构在铁芯的磁通分成两部分，这交变磁通间有一定相位差，产

生的磁力也有一定相位差，当合成磁力大于反力时，衔铁便吸牢，从而减小振动和噪音。

9、磁路：

因为铁心口比其他材料或空气的固大，所以磁通都通过铁心。我们把由铁磁材料

组成的磁力线集中通过的闭合路径称之为磁路。

第二章变压器

1变压器的概念和功能：

变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是

初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔

离、稳压（磁饱和变压器）等。

2、变压器的变压、变流和阻抗变换原理：

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级

线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗、安全隔

离等。在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中

感应电势。此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是

互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应变浜电压、电流和阻抗的器件。

3、变压器问名端或同极性端的涵义：

变压器同名端（异名端）的概念表达了一个交流变压器，其初级线圈与次级线圈的

缠绕方式的关系。同名端（异名端）作为一个变压器重要的特征，可以快速判断出变压

器工作时初级线圈与次级线圈内部电动势的相位关系。

4、三角形和星形连接时的线电压与相电压之间的关系：

将三相电源或负载中的每一相的末端与后续相的前端相连，然后再从3个连接点引

出端线的连接方式。在负载作△形连接的电路中，由于各相负载接在两根相线之间，因

此负载的相电压就是电源（电网）的线电压，即Ui=Up。

三角形连接的负载接上电源后，便产生线电流和相电流。三相负载三角形接法图中

所示的lu、Iv>Iw即为线电流；1八Iv、％为相电流。通过分析可知负载接成三角形（△）

接线时，I尸卜，即：三角形（△）连接时，负载的相电流在数值上等于1/，3线电流。

电阻的星形连接：三个电阻的一端连接在一起构成一个节点0,另一端分别为网络

的三人端钮a、b、c,它们分别与外电路相连，这种三端网络叫电阻的星形联接，又叫

电阻的Y联接。连接的电阻都是通过三个端纽与外部电路相连。与三角形联结的等效

互换的依据是外部等效原理（端口电压及电流均相等）。

5、自耦变压器的概念：

自耦变压器是指它的绕组是初级和次级在同一条绕组上的变压器，原、副绕组直接

串联，自行耦合的变压器。根据结构还可细分为可调压式和固定式。自耦的耦是电磁耦

合的意思，普通的变压器是通过原副边线圈电磁耦合来传递能量，原副边没有直接电的

联系，自耦变压器原副边有直接电的联系，它的低压线圈就是高压线圈的一部分。通信

线路的防护设备中也会使用自耦变压器等保护设备。

6、自耦变压器的结构特点、电压和电流变换公式：

⑴由于自耦变压器的计算容量小于额定容量。所以在同样的额定容量下，自耦变压

器的主要尺寸较小，有效材料（硅钢片和导线）和结构材料（钢材）都相应减少，从而

降低了成本。有效材料的减少使得铜耗和铁耗也相应减少，故自耦变压器的效率较高。

同时曰于主要尺寸的缩小和质量的减小，可以在容许的运输条件下制造单台容量更大的

变压器。但通常在自耦变压器中只有kS2时，上述优点才明显。

⑵由于自耦变压器的短路阻抗标幺值比双绕组变压器小，故电压变化率较小，但短

路电流较大。

⑶由于自耦变压器一、二次之间有电的直接联系，当高压侧过电压时会引起低压侧

严重过电压。为了避免这种危险，一、二次都必须装设避雷器，不要认为一、二次绕组

是串联的，一次已装、二次就可省略。

⑷在一般变压器中。有载调压装置往往连接在接地的中性点上，这样调压装置的电

压等级可以比在线端调压时低。而自耦变压器中性点调压侧会带来所谓的相关调压问题。

因此，要求自耦变压器有载调压时，只能采用线端调压方式。

7、电压互感器和电流互感器：

互感器分为电压互感器和电流互感器两大类。电压互感器可在高压和超高压的电力

系统中用于电压和功率的测量等。电流互感器可用在交换电流的测量、交换电度的测量

和电力拖动线路中的保护。

8、心式和壳式变压器、干式和湿式变压器的概念：

铁芯是变压器的磁路部分。把一次电路的电能转为磁能，又由本身的磁能转变为二

次电路的电能，是能量转换的媒介。铁芯包括铁芯柱和铁辗两部分。铁芯柱上套绕组,

铁物将铁芯柱连接起来，使之形成闭合磁路。芯式结构的变压器，其绕组和绝缘装配比

较容易，电力变压器常采用这种结构。

壳式变压器壳式变压器是用壳式铁心制成的变压器叫壳式变压器。壳式变压器在性

能上的某些优点虽不如心式变压器，但对功率很小的变压器来说，由于只有一只线包,

结构上较为简单，故在小功率的变压器上仍得到广泛采用。

干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器。

湿式变压器使用变压器油作为绝缘和冷却介质，出现了油浸式变压器，变压器油除

天然。

9、船用变压器的额定容量、额定电压和额定电流的概念：

变压器容量：这里所指额定容量，是变压器在额定状态下的输出能力,单位以伏安

或千伏安表示。符号：Seo

额定电压:额定电压是指变压器空载是端电压的保证值，单位是伏或千伏。符号U2e、

U]e。

额定电流：是指根据容许耐热的条件而规定的满载电流，单位为安倍，符号l2e>Ileo

三相变压器的额定电流指线电流。

空载损耗：也叫铁损，是变压器在空载时的有功功率损失，单位为瓦或千瓦。

空载电流：变压器空载运行时的空载电流站额定电流的百分数。

短路电压：是指将一侧绕组短路，另一侧绕组达到额定电流是所施加的电压与额定

电压的百分比。

短路损耗：一侧绕组短路，另一侧绕组施以电压是两侧绕组都达到额定电流时的有

功损耗，单位是瓦或千瓦。

10、变压器的外特性：

变压器的外特性是原边电压为额定电压，U产Ue,负载功率因数COSH?一定时，副

边端电压U2随副边负载电流12变化的关系曲线，即U2=f（12）。变压器在纯电阻和感性负

载时，外特性是下降的，而容性负载时，可能上翘。

11、电压变化率：

常用的电力变压器从空载到满载，电压变化率约为3%〜5%。变压器外特性与效率

特性一、变压器的外特性及电压变化率变压器空载运行时，若一次绕组电压U］不变，

则二次绕组电压U2也是不变的。

第三章异步电动机

1、三相异步电动机的结构与名牌数据：

三相异步电机的铭牌一般形式如下图所示。现将铭牌的含义简单描述:

°三相异步电动机。

型号，Y112M-4编号

4.0KW8.8A

380V1440"minLW82dB

镂法△防怏箸绫IP4450Hz45kg

折寒编号工作制SIB缓纳级2000年8月

O中原电机厂。

A型号：YU2M-4中“Y”表示Y系列鼠笼式异步电动机（YR表示绕线式异步电

动机），力12”表示电机的中心高为112mm,"M”表示中机座（L表示长机座，S表示

短机座），“4”表示4极电机。

B额定功率：电动机在额定状态下运行时，其轴上所能输出的机械功率称为额定功

率。

C额定速度：在额定状态下运行时的转速称为额定转速。

D额定电压：额定电压是电动机在额定运行状态下，电动机定子绕组上应加的线电

压值。Y系列电动机的额定电压都是380V。凡功率小于3KW的电机，其定子绕组均为

星型联接，4KW以上都是三角形联接。

E额定电流：电动机加以额定电压，在其轴上输出额定功率时，定子从电源取用的

线电流值称为额定电流。

F防护等级：指防止人体接触电机转动部分、电机内带电体和防止固体异物进入电

机内的防护等级。

防护标志IP44含义：IP——特征字母，为“国际防护”的缩写；44一4级防固体（防

止大于1mm固体进入电机）；4级防水（任何方向溅水应无害影响）。

LW值：LW值指电动机的总噪声等级。LW值越小表示电动机运行的噪声越低。噪

声单位为dB。

G工作制：指电动机的运行方式。一般分为“连续”（代号为S1）、“短时”（代号为

S2）、“断续”（代号为S3）

H额定频率：电动机在额定运行状态下，定子绕组所接电源的频率，叫额定频率。

我国规定的额定频率为50HZo

I接法:表示电动机在额定电压下，定子绕组的连接方式（星型联接和三角形联接）。

当电压不变时，如将星型联接接为三角形联接，线圈的电压为原线圈的，这样电机线圈

的电流过大而发热。如果把三角形联接的电机改为星型联接，电机线圈的电压为原线圈

的1/<3,电动机的输出功率就会降低。

2、鼠笼适合绕线式转子结构上的区别及其作用：

鼠笼式电动机和绕线电动机的定子基本上是一肆的，区另在于转子部分。鼠笼式电

动机转子为笼式的导条。导条通常为铜条，导条安装在转子铁芯槽内，两端用端环焊接，

形状像鼠笼。中小型转子一般采用铸铝方式。

3、三相异步电动机的工作原理：

三相异步电机是感应电动机的一种，是靠同时接入380V三相交流电流（相位差120

度）供电的一类电动机，由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不

同的转速旋转，存在转差率，所以叫三相异步电动机。三相异步电动机转子的转速低于

旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场

相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。

4、旋转磁场的转速与定子电流频率和旋转磁场的磁极对数的关系，电磁转矩的产

生及异步电动机转差率的概念。

5、三相异步电动机电磁转矩与机械特性：

三相异步电动机的电磁转矩是由旋转磁场的每极磁通9m与转子电流/2相互作用而

产生的。因转子电路是电感性的，转子电流/2比转子电动势民滞后，则转矩7与磁通队及

转子电流"的关系为：

T=Kr①12cos+2(1)

式(1)中：Kr是与电动机结构有关的常数，cosW是转子电路的功率因数，转矩用勺单

位为牛•米(N・m)。

日上式可见，转矩71除于尸成正比外，还与/2cos)，2成正比。由三向异步电动机电路分

析知

⑵

凡

COS少）=/一⑶

-JR；+（M2。）2

5=4.44力N色〃（4）

将(2)、(3)、(4)式代入(1)式，则得出转矩的另一个表示式

SR

T=K2

&+。工。尸⑸

曰(5)式可见，转矩T还与定子绕组的每相电压U的平方成正比，所以当电源电压变

化时，对转矩的影响很大。比外，转矩性受转子电阻R2的影响。

6、机械特性曲线：

机械特性曲线是电磁转矩和转差率之间的关系曲线即〃=/。)曲线。虽然异步电动机

的转差率s能反映电动机转速〃的快慢，但不太直观，应用也不太方便，因此通常用机械

特性分析有关的拖动问题。在电源电压不变的条件下，电动机的转速和电磁转矩之间的

关系称为电动机的机械特性。异步电动机的〃YT）曲线是由怪11所示的「S曲线经过坐标

轴变换得出。当s=0时，n=l；当s=l时，〃=0,以转速〃为纵坐标，以转矩丁为横坐标，把

T-s曲线顺时针旋转90。，便可得到机械特性曲线〃MT）,如图2所示。

图1三相异步电动机的r=/（s）曲线图2三相异步电动机的〃=/（7）曲线

7、额定转矩的定义：

额定转矩TN：在电动机等速转动时，它的输出转矩必须与阻转矩相平衡，阻转矩主

要是机械负载转矩72。此外，还包括空载损耗转矩（主要是机械损耗转矩）71）。由于小很

小，常可忽略，所以：T=T2+T声T?

日此可见，电动机的电磁转短于近似等于电动机轴上的输出机械转矩A

8、额定转矩与电动机额定功率关系：

最大转矩与定子电压平方关系及对应最大转矩的转差率与R2的关系。

9、单相异步电动机的的结构及分类：

采用单相交流电源的异步电动机称为单相异步电动机。单相异步电动机由于只需要

单相交流电，故使用方便。

单相异步电动机类型有：（1）单相电阻分相（启动）异步电动机；（2）单相电容分相（启

动）异步电动机；（3）单相电容运转异步电动机；（4）单相电容启动兼运转异步电动机；（5）

单相置极式异步电动机。

10、单相异步电动机的转子磁场：

单相异步电动机转子静止时，两个旋转磁场对转子绕组产生同样大小的电动势和电

流，因此两个电磁转矩大小相等、方向相反，互相抵消，转子无法转动。

11、单相异步电动机的启动和反向运行：

曾极式单相电机的启动：定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生

感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生

的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。

其结构图为：

上图中电机的转动方向：瞬时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分

的磁通领先。

电容分相式起动：

启动时开关K闭合，使两绕组电流L，b相位差约为90。，从而产生旋转磁场，电机转

起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被叨断。

电容分相式起动工作原理图为：

第四章同步电机

1、三相交流同步电机：

三相同步电动机同步电机是一种转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电动

机。其转子转速n与磁极对数p、电源频率f之间满足n=60f/p。转速n决定于电源频率

f,故电源频率一定时，转速不变，且与负载无关。

交流同步电机的结构与感应电机一样，同步电机也是由定子及转子两大部分所组成,

定子上有三相交流绕组；转子上则有励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场。

2、三相交流同步发动机运行的空载特性：

空载特性是指发电机在额定转速下，负载电流为零时，发电机定子电压和转子电流

的变化曲线。

3、同步发电机的电压平衡方程及向量图和转矩平衡方程、功率平衡方程：

A相电动势平衡方程式；

隐极机：化0=仃1+陷

凸极机：&=疗+无+儿局+£凡

通用：Es=U+Ira+jIXa

B功率平衡方程式

输入功率：片=月m++Pad

电磁功率：以=PJ舄

功率平衡：耳=P*+P既+Pg+巴

在发电机中，定子铜耗是极小的一部分，为了分析简单，常常忽略，因此:

同步发电机的功率平衡

C转矩平衡关系式:

耳二P,+PFe+PcJ段由

十P件c+PFs+Pcu

d)6)6)

稳定运行时，驱动转矩二制动转矩；非稳态时，含有一惯性转矩j。

(id)

U4+J(t

4、同步发电机：

同步发电机，即转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流发电机。按结构可分为

旋转电枢和旋转磁场两种。当它的磁极对数为p、转子转速为n时,输出电流频率f=np/60

（赫兹）。

5、同步电机的结构特点：

同步发电机的定子、转子结构与同步电机相同，一般采用三相形式，只在某些小型

同步发电机中电枢绕组采用单相。

6、同步电机的工作原理、同步电动机的起动：

（1）主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即

建立起主磁场。

（2）载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流

的载体。

（3）切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁

场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（o

（4）交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中

将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流

电源。

（5）感应电势有效值：每相感应电势的有效值.

（6）感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n和极对数p。

（7）交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于

电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。

（8）同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应

该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为

50Hzc

7、同步电机的运行维护：

发电机过热

（1）发电机没有按规定的技术条件运行，如定子电压过高，铁损增大；负荷电流

过大，定子绕组铜损增大：频率过低，使冷却风扇转速变慢，影响发电机散热：功率因

数太低，使转子励磁电流增大，造成转子发热。应检查监视仪表的指示是否正常。如不

正常，要进行必要的调节和处理，使发电机按照规定的技术条件运行。

(2)发电机的三相负荷电流不平衡，过载的一相绕组会过热；若三相电流之差超

过额定电流的10%,即属于严重三相电流不平衡，三相电流不平衡会产生负序磁场，从

而增加损耗，引起磁极绕组及套箍等部件发热。应调整三相负荷，使各相电流尽量保持

平衡。

(3)风道被积尘堵塞，通风不良，造成发电机散热困难。应清除风道积尘、油垢、

使风道畅通无阻。

(4)进风温度过高或进水温度过高，冷却器有堵塞现象。应降低进风或进水温度

清除冷却器内的堵塞物。在故障未排除前，应限制发电机负荷，以降低发电机温度。

(5)轴承加润滑脂过多或过少，应按规定加润滑脂，通常为轴承室的1/2〜1/3(转

速低的取上限，转速高的取下限)，并以不超过轴承室的70%为宜。

(6)轴承磨损。若磨损不严重，使轴承局部过热；若磨损严重，有可能使定子和

转子摩擦，造成定子和转子避部过热。应检查轴承有无噪音，若发现定子和转子摩擦,

应立即停机进行检修或更换轴承。

(7)定子铁芯绝缘损坏，引起片间短路，造成铁芯局部的涡流损失增加而发热，

严重时会使定子绕组损坏。应立即停机进行检修。

(8)定子绕组的并联导线断裂，使其他导线的电流增大而发热。应立即停机进行

检修。

发电机中性线对地有异常电压

(1)正常情况下，由于高次谐波影响或制造工艺等原因造成各磁极下的气隙不均、

磁势不等而出现的很低电压，若电压在一至数伏，不会有危险，不必处理。

(2)发电机绕组有短路或对地绝缘不良，导致电设备及发电机性能变坏，容易发

热，应及时检修，以免事故扩大。

(3)空载时中性线对地无电压，而有负荷时出现电压，是由于三相不平衡引起的,

应调整三相负荷使其基本平衡。

电流过大

(1)负荷过大，应减轻负荷

(2)输电线路发生相间短路或接地故障，应对线路进行检修，故障排除后即可恢

复正常。

电压过高

(1)与电网并列的发电机电网电压过高，应降低并列的发电机的电压。

(2)励磁装置的故障引起过励磁，应及时检修励磁装置。

功率不足

曰于励磁装置电压源复励补偿不足，不能提供电枢反应所需的励磁电流，使发电机

端电压低于电网电压，送不出额定无功功率，应采取下列措施：

(1)在发电机与励磁电抗器之间接入一台三相调压器，以提高发电机端电压，使

励磁装置的磁势逐渐增大。

(2)改变励磁装置电压磁通势与发电机端电压的相位，使合成总磁通势增大，可

在电抗器每相绕组两端并联数千欧、10W的电阻。

(3)减小变阻器的阻值，使发电机的励磁电流增大。

定子绕组绝缘击穿、短路

定子绕组

(1)定子绕组受潮。对于长期停用或经较长时间检修的发电机、投入运行前应测

量绝缘电阻，不合格者不准投入运行。受潮发电机要进行烘干处理。

(2)绕组本身缺陷或检修工艺不当，造成绕组绝缘击穿或机械损伤。应按规定的

绝缘等级选择绝缘材料，嵌装绕组及浸漆干燥等要严格按工艺要求进行。

(3)绕组过热。绝缘过热后会使绝缘性能降低，有时在高温下会很快造成绝缘击

穿。应加强日常的巡视检查，防止发电机各部分发生过热而损坏绕组绝缘。

(4)绝缘老化。一般发电机运行15〜20年以上，其绕组绝缘老化，电气性能变化，

甚至使绝缘击穿。要做好发弓机的检修及预防性试验，若发现绝缘不合格，应及时更换

有缺陷的绕组绝缘或更换绕组，以延长发电机的使用寿命。

(5)发电机内部进入金属异物，在检修发电机后切勿将金属物件、零件或工具遗

落到定子膛中；绑紧转子的绑扎线、紧固端部零件，以不致发生由于离心力作用而松脱。

(6)过大电压击穿：1)线路遭受雷击，而防雷保护不完善。应完善防雷保护设施。

2)误操作，如在空载时，将发电机电压升得过高。应严格按操作规程对发电机进行升

压，防止误操作。3)发电机内部过电压，包括操作过电压、弧光接地过电压和谐振过

电压等，应加强绕组绝缘预防性试验，及时发现和消除定子绕组绝缘中存在的缺陷。

定子铁芯松弛

日于制造装配不当，铁芯没有紧固好。如果是整个铁芯松弛，对于小型发电机，可

用两块小于定子绕组端部内径的铁板，穿上双头螺栓，收紧铁芯。待恢复原形后，再将

铁芯原来夹紧螺栓紧因。如果局部性铁芯松弛，可先在松弛片间涂刷硅钢片漆，再在松

弛部分打入硬质绝缘材料即可。

铁芯片间短路

(1)铁芯叠片松弛，当发电机运转时铁芯产生振动而损坏绝缘；铁芯片个别地方

绝缘受损伤或铁芯局部过热，使绝缘老化，就按原计划条中的方法进行处理。

(2)铁芯片边缘有毛刺或检修时受机械损伤。应用细铿刀除去毛刺，修整损伤处，

清洁表面，再涂上一层硅钢片漆。

(3)有焊锡或铜粒短接铁芯，应刮除或凿除金属熔接焊点，处理好表面。

(4)绕组发生弧光短路，也可能造成铁芯短路，应将烧损部分用凿子清除后，处

理好表面。

发电机失去剩磁，起动时不能发电

(1)停机后经常失去剩磁，是由于励磁机磁极所用的材料接近软钢，剩磁较少。

当停机后励磁绕组没有电流时磁场就消失，应备有蓄电池，在发电前先进行充磁。

(2)发电机的磁极失去磁性，应在绕组中通入比额定电流大的直流电流(时间很

短)进行充磁，即能恢复足够的剩磁。

自动励磁装置的励磁电抗器温度过高

(1)电抗器线圈局部短路，应检修电抗器。

(2)电抗器磁路的气隙过大，应调整磁路气隙。

发电机起动后，电压升不起来

(1)励磁回路断线，使电压升不起来。应检查励磁回路有无断线，接触是否良好。

(2)剩磁消失，如果励磁机电压表无指示说明剩磁消失，应对励磁机充磁。

(3)励磁机的磁场线圈极性接反，应将它的正、负连接线对换。

(4)在发电机检修中做某些试验时误把磁场线圈通以反向直流电，导致剩磁消失

或反向，应重新进行充磁。

发电机振荡失步

正常情况下，发电机发出的功率是和负荷功率相平衡的。当系统发生短路故障或发

电机大幅度甩负荷时，发电机的功率就与用户的负荷不相平衡。要想调整负荷使其平衡,

由于转子惯性和调速器延时需要一个过程，在此期间，发电机的稳定运行将被破坏，使

发电机产生振荡。如果事故严重，甚至会使发电机与系统失去同步。发电机振荡失步时，

值班人员应通过增加励磁电流来创造恢复同步的条件；也可适当调整该机的负荷，以帮

助恢复同步。

发电机振动

(1)转子不圆或平衡未调整好，应严格制造和安装质量或重新调整转子的平衡。

PlanarspnngPermanentmagnet

发电机振动

(2)转轴弯曲，可采用研磨法、加热法及锤击法等校正转轴。

(3)联轴节连接不正，应重新高速联轴节配合螺栓的夹紧力，必要时联轴节端面

需重新加工。

(4)结构部件共振，可通过改变结构部件的支持方法来改变它固有的频率。

(5)励磁绕组层间短路，应检修励磁绕组，并进行绝缘处理。

(6)供油量或油压不足，应加大喷嘴直径升高油压；加大供油口减小间隙。

(7)供油量过大或油压过高，就减小喷嘴直径，降低油压，提高面积压力，增大

间隙。

(8)定子铁芯装配松动，应重新装压铁芯。

(9)轴承密封过紧，使转轴局部过热、弯曲。应检查和调整轴承密封，使其与轴

有适当配合间隙。

(10)发电机通风系统不对称，应注意定子铁芯两端挡风板及转子支架挡风板结构

布置和尺寸的选择，使风路系统对称，增强盖板、挡风板的刚度并紧固牢靠。

第五章直流电机

1、直流电机的定子、转子、换向极和换向器的作用：

直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、

主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要

作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为

电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

2、直流电机的电枢绕组：

电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分,

也是感生出动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截

面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要

妥善地绝缘，并用槽楔压紧。大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。

3、励磁绕组的作用：

励磁绕组（也叫激磁绕组）是可以产生磁场的线圈绕组。一般在电动机和发电机内，

有串励和并励之分。发电机内用励磁绕组，可以替代永磁体，可以产生永磁体无法产生

的强大的磁通密度，且可以方便调节，从而可以实现大功率发电。

增压变压器中向串联绕组供给电能的绕组。只有同步发电机和同步电动机才有励磁

绕组和电枢绕组。一般的交流异步电动机是没有励磁绕组的。

4、直流电动机的额定值：

A额定功率PN：电机轴上输出的机械功率。

B额定电压UN：额定工作情况下的电枢上加的直流电压。

C额定电流IN：额定电压下轴上输出额定功率时的电流（并励包括励磁和电枢电

流）。

D额定转速nN：在PN,UN,IN时的转速。

5、直流电动机的转动原理和改变转向的方法：

改变直流电动机转动方向的方法有两种：

一是电枢反接法，即保持励磁绕组的端电压极性不变，通过改变电枢绕组端电压的

极性使电动机反转；

二是励磁绕组反接法，即保持电枢绕组端电压的极性不变，通过改变励磁绕组端电

压的极性使电动机调向。当两者的电压极性同时改变时，则电动机的旋转方向不变。

他励和并励直流电动机一般采用电枢反接法来实现正反转。

串励直流电动机宜采用励磁绕组反接法实现正反转的原因是因为串励直流电动机

的电枢两端电压较高，而励磁绕组两端电压很低，反接容易，电动机车常采用此法。

6、直流电动机的励磁方式：

直流出机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问

题。根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型：

A他励直流电机：励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组

供电的直流电机称为他励直流电机。永磁直流电机也可看作他励直流电机。

B并励直流电机：励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联。作为并励发电机来说,

是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共

用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。

C串励直流电机：串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源。

这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。

D复励直流电机：励直流电机有并励和串励两个励磁绕组。若串励绕组产生的磁通

势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复

励。

不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。一般情况直流电动机的主要励磁方式是

并励式、串励式和复励式，直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。

7、无刷直流电动机的结构：

无刷直流电动机：无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。

其转子为永久磁铁产生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁

同步电动机类似。

无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同。在铁芯中嵌入

多相绕组（三相、四相、五相不等）。绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功

率管相连，以便进行合理换相。转子多采用彩钻或铉铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀

土料，由于磁极中磁性材料所放位置的不同。可以分为表面式磁极、嵌入式磁极和环形

磁极。由于电动机本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流

电动机O

8、无刷直流电动机的正反转控制：

通过控制端子"DIR”与端子"COM”的通、断可以控制电机的运转方向。端子“DIR”

内部以电阻上拉到+12,可以配合无源触点开关使月，也可以配合集电极开路的PLC等

控制单元；当“DIR”与端子“COM”不接通时电机顺时针方向运行（面对电机轴），反之

则逆时针方向运转；为避免直流无刷驱动器的损坏，在改变电机转向时应先使电机停止

运动后再操作改变转向，避免在电机运行忖进行运转方向控制。

第六章控制电机

1、伺服电动机：

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速

装置。交流伺服电动机、永磁交流伺服电动机。

2、测速发电机：

测速发电机是输出电动势与转速成比例的微特电机。测速发电机的绕组和磁路经精

确设计，其输出电动势E和转速n成线性关系，即£=1^,K是常数。改变旋转方向时

输出电动势的极性即相应改变。在被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出

电动势，就能获得被测机构的转速

3、伺服电动机和测速发电机在船舶上的应用：

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速

装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速

以驱动控制对象。能够用于船舶推进系统。

4、力矩式自整角机和控制式自整角机的概念:

自整角机按用途分为力矩式和控制式（变压器式）两种。力矩式用于同步指示系统;

控制式用作测角元件。

力矩式自整角机大多数采用两极凸极式结构，只在频率较高、尺寸较大时才采用隐

极式结构。定、转子铁芯上分别装嵌单相激磁绕组和三相整步绕组。三相整步绕组为分

布式星形接线，各相轴心线在空间相差12（）。。转子绕组通过滑环和电刷引出接线的为接

触式自整角机；通过电磁耦合方法引出接线的为无接触式自整角机，后者无接触摩擦和

无线电干扰，但结构复杂，性能指标和利用率低。

控制式自整角机控制式自整角发送机结构与力矩式自整角机相似。为了提高输入阻

抗，所用激磁绕组匝数较多。控制式自整角接收机（自整角变压器）多采用隐极式结构，

并在转子上装设高精度的正弦绕组。两台控制式自整角机与力矩式自整角机相似可组成

角度测量系统，也可以有差动工作方式。由于生产工艺方面的原因，自整角机有零位和

角度等方面的误差。

5、力矩式自整角机和控制式自整角机在船舶上的应用：

力矩式自整角机结构及工作原理与维修自整角机的功能是将机械转角信号转换为

电信号，或将电信号转换为机械转角信号。在系统中常要用两台以上的自整角机组合使

用，从而实现转角的变换、传输和接收。自整角机属于自动控制系统中的测位用微特电

机。

控制式自整角机的功用是作为角度和位置的检测元件，它可将机械角度转换为电信

号、将角度的数字量转变为电压模拟量，且精度较高，误差范围?〜14、

6、步进电动机的概念和分类：

步进电动机是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动

机，这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉冲电动机。

可以分为：步进电动机分为机电式、磁电式及直线式三种基本类型。

机电式步进电动机由铁心、线圈、齿轮机构等组成。螺线管线圈通电时将产生磁力，

推动其铁心心子运动，通过齿轮机构使输出轴转动一角度，通过抗旋转齿轮使输出转轴

保持在新的工作位置；线圈再通电，转轴又转动一角度，依次进行步进运动。

磁电式步进电动机其结构简单，可靠性高，价格低廉，应用广泛。主要有永磁式、

磁阻式和混合式。

直线式步进电动机用单片机控制的四相步迸电动机。有反应式和索耶式两类。索耶

式直线步进电动机由静止部分（称为反应板）和移动部分（称动子）组成。

7、步进电动机的工作原理：

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况

下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影

响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步

进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电

机来控制变的非常的简单。

第七章电力拖动基础

1、生产机械的负载转矩特性：

恒转矩负载特性

所谓恒转矩负载是指生产机械的负载转矩的大小不随转速n变化，这种特性称为恒

转矩负载特性。根据负载转矩的方向特点又分为反抗性和位能性负载两种。

恒功率负载特性

当负载功率恒定，与转速无关，或负载功率PL为某一定值口寸，负载转矩TL与转

速n成反比的负载特性称为恒功率负载。

恒功率负载的特点是比如机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、

开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性

质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，转矩不可

能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。

通风机型负载特性

通风机型负载的方向特点是属于反抗性负载；大小特点是负载转矩的大小与转速n

的平方成正比。常见的这类负载如风机、水泵、油泵等。

以上3类是典型的负载特性，实际生产机械的负载特性常为几种类型负载的相近或

综合。例如起重机提升重物时，电动机所受到的除位能性负载转矩外，还要克服系统机

械摩擦所造成的反抗性负载转矩，所以电动机轴上的负载转矩应是上述两个转矩之和。

2、电动机的工作状态：

当异步电动机作电动机运行时，电磁转矩为驱动性质，电磁转矩克服负载制动转矩

而做功，把从定子吸收的电功率转变成机械功率从转子输出。发电机运行状态：如果用

原动机拖动异步电动机顺着旋转磁场的方向旋转，且使电机转速n大于同步转速nl,

即n>nl,则s<（）,磁场切割转子导体的方向与电动机状态时相反。

3、电力拖动系统的运动方程：

所谓单轴电机拖动系统，就是指只包含一根轴的系统，。当电动机的T转矩作用于

这一系统时，根据动力学定律可知，电动机的转矩除了克服运动系统emTT的静阻转矩

外，还使整个系统沿着电动机转矩的作用方向，产生角加速度emLdo而角加速度的

大小与旋转体的转动惯量J成反比。

4、三相异步电动机的启动、制动和调速的方法：

①直接启动；②降压启动：（1）自耦变压器降压；（2）星一三角降压；（3）延边三

角降压；（4）定子串电阻（耳抗）降压；③调速；变极调速。③变频调速；（1）恒磁通

控制；（2）恒电流控制；（3）恒功率控制；④改变转差率调速：（1）变阻调速；（2）变

压调速；

⑤制动：1。机械制动；2o电气制动；（1）反接制动；（2）能耗制动；（3）再生发

电制动；

⑥反转：三相中任意调换其中两相相序即可

5、直流电动机的启动、制动和调速的方法：及特点

直流电动机一般按以下三种方法之一进行起动：

直接起动：直流电动机直接起动不需要附加起动设备，操作方便，但起动电流很大，

最大冲击电流可达额定电流的15-20倍。因此，电网将受到电流冲击，所传动的机组将

受到机械冲击，电动机的换向不良。

通常，只有功率不大于4千瓦，起动电流为额定电流6-8倍的直流电动机才适用直

接起动。

电枢回路串联电阻起动：起动时，电枢回路上串入起动电流，以限制起动电流。起

动电流为一可变电阻，在起动过程中可及时逐级短蚤。在t=0,电枢回路接入电网时，

串入全部电阻Rq,使起动电流Iq不超过允许值：Iq=u/(Ra+Rq)Ra--电枢电阻

这种起动方式广泛用于各种中小型直流电动机。起动过程中能量消耗较大，不适用

于经常起动的大、中型电动机。

降压起动：

曰单独的电源供电，用降低电源电压的方法来限制起动电流。降压起动时，起动电

流将随电枢电压的降低程度成正比地减小，为使电机能在最大磁场下起动，在起动过程

中励磁应不受电源电压的影响，所以电动机应实行地励。

电动机起动后，随着转速的上升，可相应提高电压，以获得所需的加速转矩。降压

起动消耗能量小，起动平滑，但需要专用的电源设备。

这种起动方法多用于经常起动的直流电动机和大、中型直流电动机。

第八章电动机的自动控制基础

1、限位开关：

是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现

接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。

2、主令控制器：

主令控制器(又称主令开关)，主要用于电气传动装置中，按一定顺序分合触头，

达到发布命令或其它控制线路联锁、转换的目的。适用于频繁对电路进行接通和切断,

常配合磁力起动器对绕线式异步电动机的起动、制动、调速及换向实行远距离控制，广

泛用于各类起重机械的拖动电动机的控制系统中。

3、熔断器：

熔断器是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种

电器。熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从

而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系

统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件

之一。

插入式熔断器：它常用于380V及以下电压等级的线路末端，作为配电支线或电气

设备的短路保护用。

螺旋式熔断器：熔体上的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，

可透过瓷帽上的玻璃孔观察到，它常用于机床电气控制设备中。螺旋式熔断器。分断电

流较大，可用于电压等级500V及其以下、电流等级200A以下的电路中，作短路保护。

封闭式熔断器：封闭式熔断器分有填料熔断器和无填料熔断器两种，如图3和图4

所示。有填料熔断器一般用方形瓷管，内装石英砂及熔体，分断能力强，用于电压等级

500V以下、电流等级1KA以下的电路中。无填料密闭式熔断器将熔体装入密闭式圆筒

中，分断能力稍小，用于500V以下，600A以下电力网或配电设备中。

快速熔断器：快速熔断器主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。由于半

导体元件的过载能力很低。只能在极短时间内承受较大的过载电流，因此要求短路保护

具有快速熔断的能力。快速熔断器的结构和有填料封闭式熔断器基本相同，但熔体材料

和形状不同，它是以银片冲制的有V形深槽的变截面熔体。快速熔断器通常简称“快熔”,

其特点是熔断速度快、额定电流大、分断能力强、限流特性稳定、体积较小。

自复熔断器:采用金属钠作熔体，在常温下具有高电导率。当电路发生短路故障时，

短路电流产生高温使钠迅速汽化，汽态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流。当短路电

流消失后，温度下降，金属钠恢复原来的良好导电性能。自复熔断器只能限制短路电流，

不能真正分断电路。其优点是不必更换熔体，能重复使用。

4、热继电器:

热继电器的工作原理是流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片

发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器

失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。

5、电动机的失压欠压保护：

所谓失压和欠压保护就是当电源停电或者由于某种原因电源电压降低过多（欠压）

时，俣护装置能使电动机自动从电源上切除。因为当失压或欠压时，接触器线圈电流将

消失或减小，失去电磁力或电磁力不足以吸住动铁心，因而能断开主触头，切断电源。

6、过载保护和短路保护的特点：

过载保护是防止主电源线路因过载导致保护器过热损坏而加装的过载保护设备。过

载是一个比较宽泛的词，可以指电气设备负载过大，也可以指物体承受的作用力过大。

对这些超出“负荷”的行为做出的保护，统称过载保护。

7、短路保护：对供电系统中不等电位的导体在电气上短接产生的短路故障进行的

保护。

8、失压欠压保护：

失压和欠压保护就是当电源停电或者由于某种原因电源电压降低过多（欠压）时，保

护装置能使电动机自动从电源上切除。

因为当失压或欠压时，接触器线圈电流将消失或减小，失去电磁力或电磁力不足以

吸住动铁心，因而能断开主触头，切断电源。

9、过载保护和短路保拧在控制线路中的实现:

短路

坦路:3ATKV均路保护可由恢复.短M故障格除后Q1白的弼

QIWK超路保妒不可自恢篦系充电来触发Q1J?通

短路保护：常用方法是在线路中串接熔断器或低压断路器。低压断路器动作电流整

定为电动机起动电流的12倍。

过载保护：过载保护要求不受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动

作，通常采用热继电器作过载保护元件。

10、电动机保护环节的故障与处理：

电动机的短路：短路保护是过载保护的一个极限情况。三相交流电动机的短路故障,

有单相接地短路故障、相间症路故障等，当电缆短路时，更直接造成对三相电源的短路。

电机内部短路大都是电机绝缘损坏引起的，表现为线圈匝间短路、层间短路、相间

短路和对地（电机外壳、转子）短路等。

单相对地短路，一般不会烧毁电机，据外壳接地电阻的不同，形成大小不同的接地

电流；（两相或三相）相间短路时，会形成较大的短路电流，通常会使电机严重烧毁。

将大于电动机8倍额定电流,视为短路电流o对电动机的短路保护，要求实施速断保护，

时间常数越小越好（动作越快越好）。

当电动机在运行中因机械原因出现堵转时，其堵转电流有可能达到额定电流的5〜

8倍，在运行中出现5倍以上额定电流时，视为电动机堵转故障，也应实施相应的反时

限保护。

电机机的断相：电动机的断相运行的几种情况：

a、供电电源缺相。

在电动机起动前断相，会造成起动困难或无法起动，起动声音异常，无保护时电机

因堵转极易烧毁；在运行中断相，轻载时尚能运转，但运行电流严重不平衡，可能出现

过流运行。重载时易发生堵转、严重过载而损坏。

b、电动机绕组断路故障。

供电电源正常，因电动机绕组断路故障出现断相运行，运转无力，电动机振动大,

故障现象同a；

c、电动机电缆断路故障。

故障现象同供电电源缺相。电子式电动机保护器的出现，为完善地实施电动机的过

载、短路和断相保护提供了可能，一定程度上取代了热继电器，提升了控制功能和保护

效果。

11、电气线路图的组成：

电路图主要由元件符号、连线、结点、注释四大部分组成。

12、常用电器的电路符号：

图形符号名称图形符号名称

交流供电，糖率及电压值标在符

克流供电,电压可标在右边.系统

号的右边，系统类型标在左边，例

类型可标在左边,例如.2/V

如，3/N~50Hz38O/22OV,表示三

—______220/110V.表示三线制、带

相四线制、带中性线N.38OV、

中间线的克流220V.两根线与中间

50Hz、相线与中性线间的电压

线的电压为110\.V表示中间线

为220V

中频（音频）V相对高频（超音频,载频或射频）

具有交流分量的整流电流，需要

交克流

与稳定直流相区别时使用

N中性（中性线）M中间线

正极性—负极性

蓄电池,允许在上面标出电压值_卜一卜蓄电池叫乎@上三

图形符号名称图形符号名称

令

0信号灯闪光型信号灯

蜂鸣器电铃

行或3

电喇叭分报警器却乎@土木智库

图形符号名称图形符号名称

ET

7手动开关的一般符号按钮（不闭锁），常开

4按钮（不闭锁）,常闭小按钮（不闭锁）,一常开一常闭

拉拔开关（不闭锁）旋钮开关和旋转开关（闭锁）

©电压表电流表

@

无功电流表无功功率表

功率因数表频率表

组合式记录有功功率和无功功

记录式功率表Wvar

S"，、

O

S电度表检流il

示波器0转速/口乎@土木君任

图形符号名称图形符号名称

负荷开关,可以带我分断.有一定1隔离开关,没有灭弧能力,主要

的灭弧能力,没有短路保护.如,需是检修时.用来隔离电压.需配熔

配熔断器使用断器或断路器等使用

断路器,可以带我分断,有灭弧能11

开关的一般符号

力.有短路保护功能\或\

111率

【极开关多线表示三极开关单线收示

知乎@土木智厚

图形符号名称图形符号名称

1熔断器的一般符号熔断器式负荷开关

1