船舶电机与拖动500

第一章

磁场与电磁感应§1.磁场基本物理量§2.磁性材料及铁损§3.磁路§4.

电磁感应§5.

电磁铁第一节

磁场基本物理量

主要内容有

1.磁场：主要掌握磁场的概念和特点

2.磁场基本物理量：磁场场度3.磁导率：概念和特点1.永久磁铁

是人为设想的用来表示磁场强弱、没有头和尾、带方向的闭合曲线。磁力线从N极出来，从S极进去。两条磁力线永远不交叉。

磁力线方向表示磁场方向，磁力线上某点切线方向就代表该点的磁场方向。

右图为条形磁体磁力线磁的特点①.磁体由小磁畴有规则地排列组成；②.磁体有N极和S极两个不同极性磁极，N极指北，S极指南；③.同名磁极相斥，异名磁极相吸；④.磁体最显著特征是吸铁；⑤.磁力线是一种假想的线，磁力线疏密表示磁力的强弱；⑥.磁力线从N极出来，经外部空间后从S极再进入磁极内部。在磁体内部，磁力线则从S极指向N极。2、电流的磁效应

所谓电流的磁效应是指，通电导体中流过电流，在导体的周围产生磁场的现象。

根据导体形状不同，电流的磁效应可分为：①.通电直导体周围产生磁场；②.通电螺旋状线圈产生磁场。电流的磁效应

通电直导体产生磁场：

可用“右手定则”进行判断：将右手的拇指伸出并使拇指指尖对准电流流动的方向，其它四个指头自然屈握，四个指头的方向就是电流产生的磁场方向（即磁力线的方向）。右手定则电流的磁效应

通电螺旋状线圈产生磁场：

用“右手螺旋定则”进行判断：将右手拇指伸出，其它四个手指头自然屈握，四个指头的方向与电流流动的绕行方向一致，则拇指指尖所指的方向就是通电螺旋状线圈通入电流后产生的磁场方向。右手螺旋定则二、磁场基本物理量

用磁力线描述磁场强弱的优点是比较直观，但磁力线用来定量描述磁场大小就显得不方便。为此，就引入磁场物理量对磁场的磁特性进行定量的描述。磁场的主要物理量有：磁感应强度、磁通和磁场强度等，这几个物理量在物理学中已经讲过。索引1、磁感应强度与磁通磁感应强度是描述磁场内某点磁场强弱及方向的物理量，是一个矢量，用字母B表示．它与产生磁场电流的方向关系可用右手螺旋定则来确定。在磁场内磁感应强度的大小和方向处处相同，则称之均匀磁场：磁通Ф就是磁的通量，是垂直于磁力线面积的磁感应强度总和，

Φ=∫Bds对于均匀磁场而言，磁通代表穿过某一截面S的磁感应强度B的通量（即磁力线数），若截面S与磁感应强度B互相垂直，则Φ=B×S或磁感应强度B与Φ的关系为：Φ=B×S或：

其中，S是磁路横截面积，单位是平方米(m2)。用磁通的概念再看磁感应强度可发现，磁感应强度实际就是单位面积通过的磁通量。从场的角度看，磁通就是磁感应强度在某个面积上的积分（求总和）。2、磁场强度索引

磁场强度H是反映磁场本身所具有的磁力或磁能大小的物理量，它与磁场介质无关（也就是说，与磁力存在的物质导磁能力大小无关）。也是矢量，根据安培环路定律：式中磁场强度H的单位是安培/米（A/M）；电流I的单位是安培（A）；均匀的磁路的平均长度L的单位是米（M）。

3、磁导率μ铁磁材料的磁导率通常很高，而非铁磁材料的磁导率则与真空的磁导率差不多，真空的磁导率μ0=4π×10-7≈1/800000（H/m）。材料的磁导率与真空的磁导率之比称为相对磁导率，用μr表示。铁磁材料的相对磁导率μr＞＞1，非铁磁材料的的相对磁导率μr≈1。单位第一节

磁场基本物理量

主要内容有

1.磁场：主要掌握磁场的概念和特点

2.磁场基本物理量：磁场场度3.磁导率：概念和特点第二节

铁磁材料及铁损

在电气工程上，材料按其磁导率不同可划分为两类：铁磁材料和非铁磁材料，铁磁材料具有高磁导率，如铁、钴、镍及其合金等；非铁磁材料：是指磁导率近似等于真空的磁导率μ0的材料，如铜、银、绝缘物等。材料不同，其导磁能力也不相同，在相同的电流下，通电铁心线圈产生的磁通比空心的线圈产生的磁通大得多。可见，在相同的磁场强度作用下，不同的磁路的材料其磁感应强度是不一样的，为了增加磁感应强度，在船用电机、变压器、接触器等绕组上都采用铜导体绕在高导磁铁芯材料上。

磁化曲线：在铁心线圈通入励磁电流，将在磁路产生磁场强度H，并产生磁通密度B，增大励磁电流H增大，B也同时增大。B随H增大的曲线就叫磁化曲线。1。铁磁材料的性能索引

铁心磁化开始时，根据铁心有无剩磁，B随H增大的情况有两种：铁磁材料的性能

在磁路中，能够使磁通大量通过的导磁能力高的材料称为铁磁材料。铁磁材料主要是由铁、镍、钴及其合金等构成。

性能：铁磁材料主要性能（特性）有：

①.高导磁率；

②.磁饱和；

③.剩磁和磁滞。索引

磁化曲线：若铁心存在剩磁，磁化曲线开始部分有一很小的死区，然后B随H变化曲线几乎为直线（ab段）；进入bc段，变化再次变缓；达到cd段，随

铁磁材料的性能H的增大，B的变化很小。

ab段为不饱和区，磁导率μ最大；bc段为半饱和区，μ变小；cd段称为饱和区，μ变得很小。

磁化曲线：若忽略剩磁和死区，开始段的磁化曲线几乎为直线是不饱和区；进入bc段，变化再次变缓，进入半饱和区；达到cd段，随着H的增大，B变化很小，为饱和区。

铁磁材料的性能

磁导率μ在不饱和区最大，然后逐渐减小。也就是说，随着磁场强度H的增大，磁导率μ不断减小。

磁饱和：

与导电材料的最大不同是，铁磁材料存在饱和现象，这是因为磁导率不够高。

铁磁材料的性能

电导体的导电能力相对比铁磁材料磁导率高很多。因此导体不会出现饱和现象而铁磁材料则会出现饱和现象，即H增大，B增大不明显或基本不增大。

分类：根据磁滞回线的不同，铁磁材料可分为三种：软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。

二、常见的铁磁材料及分类索引

软磁材料硬磁材料矩磁材料

铁磁材料：常见的铁磁材料主要有铁、镍、钴及其合金。

1、软磁材料一般作为电机、电器铁心（减少损耗）；

2、硬磁材料则用做永久磁铁，可保证持久的剩磁；

3、矩磁材料用来制作早期的计算机存储器，现在基本不用于存储器制造。

常见的铁磁材料及分类索引

磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化的性质。磁滞回线OHB••••BrHc剩磁感应强度Br(剩磁)：

当线圈中电流减小到零(H=0)时，铁心中的磁感应强度。注意：高温与振动可使剩磁消失。磁滞回线OHB••••BrHc但剩磁也存在着有害的一面，例如，当工件在平面磨床上加工完毕后，由于电磁吸盘有剩磁，还将工件吸住。为此要通入反向去磁电流，去掉剩磁，才能取下工件。矫顽磁力Hc：

使B=0所需的H值。

磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。

定义：

铁心损耗是指在交变磁通作用下工作的铁心，其本身产生的损耗。铁心损耗主要包含两个部分：涡流损耗和磁滞损耗。铁心只有在交变磁通作用下才会产生损耗，直流电磁铁稳定工作时不产生损耗。铁心损耗最终以热量的形式在铁心中贮留。

三、铁心损耗索引

铁磁材料在交变磁通的作用下也会产生感应现象，也会感应电势和感生电流。铁心感生电流称为涡流，是一圈圈的同心圆形状的电流。1、涡流损耗

铁心有电阻，在涡流作用下将消耗能量，消耗的这些能量就是涡流损耗。铁心感应电势一定时，铁心电阻越大，涡流损耗越小。∵p=i2R，R大则i小，涡流损耗就小。

增加铁磁材料的电阻可以有效减小涡流，从而有效地减小涡流损耗。实际通常采用硅钢片叠压制作铁心。2、铁损的解决措施

硅钢片的两面都涂有绝缘，铁心感生的涡流不能直接在两片硅钢片之间流通，只能在片内流通。这样涡流回路电阻增大，可以达到减小涡流损耗的目的。

电机、电器的铁芯之所以用软磁材料，就是因为其磁滞回线狭窄，剩磁和矫顽力小，磁滞损耗减小。第三节磁路

磁路的概念：

定义：磁路是磁通集中通过的、由具有良好导磁能力的材料构成的闭合路径。

两层含义：第一层含义是磁的通路，第二层含义是用“路”的方法对磁进行分析。从路的角度看，磁路是均匀的，或者至少是分段均匀的。因此，磁路的物理量与磁场物理量有所区别，磁路的分析方法也简单很多。

磁路概念

（1）磁路的概念：从路的角度看，在磁路中的磁场物理量就变成相对简单的物理量。这些物理量是平均量，各点的物理量方向相同，大小一样。虽然这些物理量主要还是B、H和Φ，它们的单位仍然与从磁场角度分析时的单位相同，但这些物理量的定义式却发生一定的变化。尤其是磁感应强度B和磁场强度H这两个物理量。

磁路概念

励磁电流建立磁路的磁场强度H，磁场强度要在磁路中产生磁通Φ。然而，不同材料和不同尺寸构成的磁路对磁通具有不同的阻碍作用。反映磁路对磁通阻碍作用的参数定义为磁阻Rm：Rm=l/(μS)其中，l是磁路的长度，单位为m；μ为磁路材料的磁导率，单位是H/m；S是磁路的横截面，单位是m2。索引根据安培环路定律，有设磁路的平均长度为l，则有Sx

HxIN匝式中：F=NI

为磁通势，由其产生磁通；

Rm

称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；

l为磁路的平均长度；

S

为磁路的截面积。（2）

磁路的欧姆定律

若某磁路的磁通为，磁通势为F

，磁阻为Rm，则即有：此即磁路的欧姆定律。（3）

磁路与电路的比较

磁路磁通势F磁通

磁阻电路电动势E电流密度J

电阻磁感应强度B电流I

NI+_EIR第四节电磁感应

本节主要内容有

1、电磁感应

2、电流在磁场中的力效应

3、自感

一、电磁感应现象1、磁铁和线圈的实验

索引2、线圈和线圈的实验

为了增加磁感应强度，把两个线圈C1和C2分别套在铁心中，其中一个线圈C2与电流计连接，另一个经开关S与电池E连接，并将两个线圈如图1-15对准放置。索引二、电磁感应定律电磁感应定律是由法拉第和楞次共同发现的。因此，电磁感应定律包含着法拉第电磁感应定律和楞次定律。法拉第电磁感应定律说明的主要是感应电势大小与磁通变化率大小的关系。楞次定律说明的主要是感应电势方向与磁通变化方向的关系。

电磁感应

（1）法拉第电磁感应定律：电磁感应定律指出：与线圈交链（穿过线圈）的磁通发生变化时，线圈将感应电动势。感应电势的大小正比于线圈的匝数和线圈磁通变化率。即：其中，N为线圈的匝数；Φ为与线圈交链的磁通；t为时间。dΦ/dt表示磁通变化率。（2)楞次定律楞次定律指出：与线圈交链的磁通发生变化时，线圈感应电势力图使线圈交链磁通不变。意思是若感应电势的线圈构成闭合回路，则线圈因感应电势引起的电流（称为感生电流）所产生的磁通将阻止线圈交链磁通变化。线圈交链磁通增加，感生电流产生磁通方向与交链磁通方向相反，反之亦然。即“增反减同”(增加时相反，减少时相同)。

电磁感应

楞次定律：楞次定律确定方向可用“右手定则”进行判别。磁通增加阻碍增加

电磁感应

线圈的电磁感应定律：结合法拉第电磁感应定律和楞次定律，线圈的电磁感应定律可表示为：式中，N为线圈的匝数；dΦ/dt为与线圈交链的磁通对时间的变化率；e为感应电势；负号“-”表示感应电势方向总是阻碍磁通Φ变化的。5、电感与匝数、形状和材料的关系

导体的电磁感应定律：电磁感应定律还有另一种表示形式，就是导体切割磁力线感应电势的形式（电路包围的磁通量也发生变化）：

切割磁场时，导体、连接线及测量仪表等构成的闭合电路所包围的磁通量也发生变化。如右图，导体向右切割，包围的磁通增加。(1)自感

磁链的概念：

线圈与磁通交链称为磁通链，简称为磁链，等于穿过线圈磁通与线圈匝数的乘积，用字母ψ表示，即：

ψ=N×Φ式中，N为线圈的匝数，Φ为与线圈交链的磁通。磁链的单位与磁通一样，也是Wb。磁链这个概念，在分析线圈工作时的电磁关系时要用到。索引(2)自感系数

线圈储存磁场能量的能力可采用一个参数进行表示，这个参数就是电感量，简称为电感。自感系数就是：线圈中通过单位电流所产生的自感磁链，其值为线圈的总磁链与线圈通过的电流之比，用字母L表示，单位为亨利，简称亨（H）：(3)自感电势

引入自感系数L后，就可用L对线圈自感电势进行描述：

上式表明：线圈感应的自感电势是由通过线圈的变化电流引起的，只要线圈通过的电流发生变化，线圈将感应自感电势。自感电势的大小正比于线圈的电感量L，正比于流过线圈的电流的变化率。6、互感现象若引起某线圈交链的磁通变化是因为另一线圈的电流变化所致，某线圈感应的电称为互感电势。

互感电势可以采用了互感系数作为参数，用字母M表示，其单位也与自感系数的单位相同，也为亨利(H)。索引第五节电磁铁

一、铁心线圈的电与磁铁心线圈分为两种：一种是通直流电励磁的直流铁心线圈，如直流电机的励磁线圈、电磁吸盘及各种直流电器的线圈；另外一种是通交流电励磁的交流铁心线圈，如交流电机、变压器及各种交流电器的线圈。铁心线圈的交流电路索引铁心线圈的交流电路索引铁心线圈的交流电路索引二、电磁铁（一）电磁铁的工作我们以电磁制动器为例，如图1-30所示。当电动机运转时，电磁铁励磁线圈通电，产生吸力克服弹簧的反作用力，将圆盘或衔铁吸向铁心，与电动机带动的可旋转摩擦盘脱离转盘，使电动机可自由起动和运行。索引二、电磁铁（二）电磁吸力电磁吸力的大小与经过气隙进入衔铁的磁力线的多少及分布有关，它与气隙的磁密B0（磁通Φ）的平方、气隙截面S0成正比，索引三、交流、直流电磁铁的特点1、直流恒压电磁铁是恒磁势型2、交流恒压电磁铁是恒磁通型3、交、直流电磁铁的结构不同索引第二章

直流电机

主要内容2.1直流电机的工作原理2.2直流电机的构造、励磁方式2.3直流电机的运行特性2.4无刷直流电机IU–+SbNacd

直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里,N极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。U–+U–+电刷换向片U–+IFFTn换向器作用：将外部直流电转换成内部的直流电，以保持转矩方向不变。一、直流电机的工作原理U–+EETnSbNdFFacII换向片电刷

线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。CE:

与电机结构有关的常数n:

电动机转速

：磁通1.电枢感应电动势

E=CEnU–+EETnSbNdFFacII换向片电刷

由图可知，电枢感应电动势E与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称反电势。式中：U—外加电压

Ra

—绕组电阻2.电枢回路电压平衡式–RaIaE+–+UMCT:与电机结构有关的常数

:

线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流3.电磁转矩单位:

(韦伯)，Ia

(安)，T(牛顿•米)

直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia)与磁通

相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的电磁转矩公式为4.转矩平衡关系

电动机的电磁转矩T为驱动转矩,它使电枢转动。在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡，即T=CT

Ia

当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。转矩平衡过程T2:机械负载转矩T0:空载转矩例：设外加电枢电压U一定，T=T2

(平衡)，此时，若T2突然增加，则调整过程为达到新的平衡点(Ia

、P入

)

。T2

n

Ia

T

E

当直流发电机带负载时P1=P2+∑p输入的机械功率P1应与输出的电功率P2和电机内部各种损耗∑p相平衡1．直流电机的构成及作用

基本结构：定子和转子两大部分。定子和转子的主要部件都为铁心和绕组。因为属于旋转电机，因此定子和转子之间有一定的间隙，称为气隙，保证转子可以灵活转动。

定子的主要作用是产生工作磁场。

转子为电的主要通路，称为电枢。所谓“电枢”，可理解为电的主要部件。

电枢回路通过的是大电流，励磁回路的电流相比较，小很多。二、直流电机的构造、励磁方式索引

结构示意图：（1）定子部分

结构说明：

主磁极至少一对，各磁极的绕组串联后组成励磁绕组。工作时励磁绕组通入励磁电流，其作用是产生主磁通Φ，并使磁密按一定形状分布在电枢表面和气隙。

换向极与主磁极相似，也是由铁心和绕组构成，安装在两个主磁之间。换向极一般为成对出现，个数与主磁极数相同，有时为了简化结构，也可采用主磁极个数的一半，换向极用于改善换向，减少因电磁原因而引起的电刷火花。

结构说明：

电刷装置的主要作用是将电枢绕组与外部电路连接起来，电刷与换向器配合，可将转子的交流电变成外部电路的直流电。

电刷一般由碳制成，因此又称碳刷。电刷装置由刷杆座、刷杆、刷握、弹簧压板、电刷和铜丝辫等组成。刷握装在刷杆上，刷杆固定在刷杆座。刷握结构有多种，但电刷都是放在刷握的刷盒内，并用弹簧压板压在换向器上。

（2）转子部分

转子结构说明：

电枢转子主要组成有：电枢（铁心和绕组）、换向器、转轴、风扇（未画出）等。

电枢转子主要作用有：①.作为电机磁路的一部分；②.安放电枢绕组。

换向器和电刷是直流电机典型标志，是普通直流电机在结构上与其它电机最主要的区别。其作用是将电枢绕组交流电与电枢外部直流电进行变换。被电刷短接的元件称为换向元件，就是组成电枢绕组的单个线圈，是电枢绕组最基本的部件。

转子结构说明：

直流电机电枢绕组主要作用是用来导通电流，感应电势，产生电磁转矩。常采用展开图来说明电枢绕组的连接规律。

展开图是用一个假想平面沿电枢轴向切开，并将其拉成平面。两条展开线在电枢表面原为同一条线。展开图上还可画出磁极并标出极距τ，磁极位置在绕组上面。

直流电机电枢绕组形式主要有：叠绕组、波绕组，大型电机还有蛙形绕组（仅要求了解即可）。2、直流电机的名牌

铭牌参数：

直流电机铭牌上标注的有型号、额定值和有关技术数据等称为铭牌参数或铭牌数据。

主要额定值：

①.额定功率，②.额定电压，③.额定电流，④.额定转速，⑤.额定效率，⑥.额定励磁电压，⑦.额定励磁电流等。

注意：额定功率是指额定输出功率，额定电压和额定电流都是指电机端部的额定电压（与电网或用电器连接处的电压），和通过端部的额定电流。索引3、直流电机的励磁方式

（1）直流发电机

励磁方式，就是指产生磁场的方式，通常可按励磁绕组与电枢绕组连接关系，分为：他励、并励、串励和复励等。

并励匝多线细，串励匝少线粗；复励还有差复励、积复励(过、平、欠)。

发电机无串励。

（2）直流电动机

直流电动机可分为：他励（或称它励）、并励、串励和复励4种。电动机不能用差复励第二节、直流电机的运行特性

直流发电机的运行特性是指其工作时的端电压、负载电流和励磁电流等物理量之间的关系曲线。（一）直流发电机的运行特性1、空载特性

当保持发电机的转速不变，负载电流时（发电机主开关处于断开状态），发电机的电枢电势（或空载电压）与励磁电流之间的关系，即曲线称为空载特性。

2、自励发电机建压条件（1）发电机要有剩磁。若剩磁消失，可用外电源充磁。（2）励磁电流磁场与剩磁场方向相同。这与并励绕组和电枢电路的连接极性及电枢的转动方向有关。在固定转动方向下，主要决定于两并联电路的连接极性。（3）励磁电路的电阻要小于建压临界电阻。励磁电阻过大或发生断路时，不能自励建立正常电压。当然转速过低，空载特性曲线变低也使两曲线的交点变低，而无法建立起正常的电压。3、外特性

直流发电机的外特性是指在保持额定转速不变和并励总电阻不变的条件下，改变负载大小时，发电机的端电压U随负载电流I而变化的特性，即U=f(I)（二）直流电动机的运行特性特点:

励磁绕组与电枢并联由图可求得由上分析可知：

当电源电压U和励磁回路的电阻Rf一定时,励磁电流If和磁通

不变，即

=常数。则IaUM+_If+_IE（1）机械特性令：T=CT

Ia

=CT

Ia

即：并励电动机的磁通

=常数，转矩与电枢电流成正比。

由以下公式求得IaUM+_If+_IE式中：n=f(T)

特性曲线n0nNTN

并励电动机在负载变化时，转速n的变化不大—硬机械特性（自然特性）。改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线n0T

n

应该说明的是：不同的励磁方式，机械特性中的参数Ф随负载的变化规律不同，因此机械特性的形状就不一样。特性中的复励是积复励。2、直流电机的电枢反应和换向

（1）电枢反应：电枢磁场对主磁极磁场的影响称为电枢反应。

（2）直流电机的换向

随转子转动，电枢绕组元件从一条支路转到另外一条支路，流过其的电流方向发生改变的过程称为换向。通过换向，将电枢绕组元件内部的交流电量变换为外部电路的直流电。换向器与电刷配合，起机械整流器的作用。

换向时，换向元件所连接的两个换向片被电刷短接，为了保证短接时不产生火花，换向元件换向时感应的电势最好为零，因此换向元件的两个边一般处于几中线（最好是物中线）。

电枢绕组结构归纳：

①.直流电机电枢绕组是一个闭合绕组；

②.电刷与换向器滑动接触，电枢绕组被分成若干条并联支路，每条支路由若干个元件串联组成；

③.组成每条并联支路的绕组元件，都位于相同磁极或相同极性磁极下；

④.电机运行，电枢转子转动，绕组元件随转子从一条支路转到另外一条支路；

⑤.不管绕组元件随转子如何移动，在每条支路中元件上层边与磁场之间的相对位置总体不变。②电刷位置：电枢表面对应于两磁极之间的中线，称为几何中性线；通过电枢表面磁通为零的线称为物理中性线。电枢绕组无电流时，几中线和物中线重合。

电刷的正确位置是保证电枢绕组的每个支路感应电势最大，由上面分析可见：应该将两边位于几中线的元件短接，元件端接对称时，电刷中心线与磁极中心线重合。但在示意图中，为表示“将两边位于几中线的元件短接”，直接放在几中线上。③改善换向的方法

不论是发电机还是电动机，带负载运行时，电枢绕组都将有电流流过，产生电枢磁场，对气隙磁场产生影响，称为电枢反应。电枢反应的结果是物中线偏离几中线，引起换向火花。改善换向(减小火花)的方法是：①.将电刷移动到物中线上；②.采用换向极抵消电枢磁场。

移动电刷时，发电机顺转向移动；电动机逆转向移动，但难于适应各种负载。在定子主磁极之间换向极用于改善换向，换向极绕组与电枢绕组串联。设置换向极时，换向极与主磁极顺转向的排列顺序是：发电机为NsSn；电动机为NnSs。1、起动直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。Iast太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器；起动时,n=0

(1)起动电流大(2)起动转矩大

起动时，起动转矩为(10~20)TN,造成机械冲击，使传动机构遭受损坏。一般Iast限制在(1.5~2.5)IN。第三节直流电动机的起动、制动及调速（2）起动方法

（3）注意事项①

电枢串电阻起动法②降压起动法：

直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通,不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：在满磁下将Rst置最大处，逐渐减小Rst使n升高。最大起动电压Ust为(1)如果电动机是静止的，由于转矩太小(T=KT

Ia),

电机将不能起动，这时反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组有被烧坏的危险。

(2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势

E立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的

转矩不满足负载的需要，电动机必将减速而停转，更加促使电枢电流的增大，以至烧毁电枢绕组和换向器。

(3)如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭受严重的机械损伤，而且因电枢电流过大而将绕组烧坏。（

E

Ia

T>>

T0

n

飞车）2.

直流电动机的调速并励(他励)电动机与异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上由其独特的优点。

1.调速均匀平滑，可以无级调速(注：异步机改变极对数调速的方法叫有级调速)。

2.调速范围大，调速比可达200以上(调速比等于最大转速和最小转速之比）,因此机械变速所用的齿轮箱可大大简化。主要优点：由转速公式:可见直流电机调速方法有三种。（1）改变电压调速由转速公式知：调电压U，n0变化，但斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。n0"n0'电压降低Tc特性曲线n0nT0改变电压调速的特点:(a)工作时电压不允许超过UN

，而n

U,所以调速只能向下调。(b)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性好。(c)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。(d)调速幅度较大。调速过程:保持If

为额定,减小电枢电压。

U

Ia

T

T

=TC稳定n

E

Ia

T

改变电压调速需要用电压可以调节的专用设备，投资费用较高。近年来已普遍采用晶闸管整流电源对电动机进行调压和调磁，以改变它的转速。可见：在U一定的情况下，改变

可改变转速n。(2)改变磁通调速

保持电枢电压U不变，改变励磁电流If(调R´f)以改变磁通

。由式Rf

If

n

一般只采用减少励磁电流(减弱磁通)的方法调速,即

改变磁通调速的方法：减小磁通，n只能上调。改变

时的机械特性如图。TLTn（

减小）R

f增加

O调速过程:直至T=TC达到新的平衡。电压U保持一定,减小磁通

。

Rf

E

Iａ

n

Ia

E

瞬间T

>T２T

(1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受机械本身强度所限，n不能太高。(2)调速设备简单，经济，电流小，便于控制。(3)机械特性较硬，稳定性较好。(4)对专门生产的调磁电动机,其调速幅度可达3~4,

例如530~2120r/min及310~1240r/min。

减小

调速的特点：(1)若调速后Ia

保持不变，电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。(2)这种调速方法只适用于恒功率调速(如用于切削机床)。使用调磁调速时应注意：(3)

电枢回路串电阻调速

电枢中串入电阻,使

n

、

n0不变，即电机的特性曲线变陡(斜率变大)，在相同力矩下,n

。特性曲线如图。Rann0T

电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，因此n只能下调。特点：(1)设备简单，操作方便。(2)机械特性软，稳定性差。(3)能量损耗大，只用于小型直流机。Ra

+

R电阻增大3、直流电动机的制动（1）运行状态（2）制动种类

所谓制动，就是指写电动机转子提供一个方向与转速相反的转矩，对电动机转子起阻碍转子转动的作用。电磁制动的目的：①.快速停车；②.快速减速；电动机制动，可分为：①靠摩擦转矩进行的机械制动；②靠电磁转矩进行的电磁(电气)制动。③“匀速下落”(并加速为等速)。电磁制动的方法有①.能耗制动；②.反接制动；③.回馈制动(再生制动、发电制动)。

直流电动机的制动

（1）能耗制动：

能耗制动时，保持电机励磁，转子的动能转换成电能，消耗在转子回路电阻R上。特点：n0=0。

能耗制动后期，T很小，可限时断电。能耗制动可用于快速停车或低速匀速下落。

转子回路所串联的电阻R，其作用是限制电流，调节制动强度。

注意：电动机的U=0，其电枢电流Ia≠0。

直流电动机的制动

（2）回馈制动：

回馈制动又称为再生或发电制动。制动时电动机转子动能转变成电能送给电网，特点是：n＞n0。

回馈制动时，电动机转子动能转换成电能回馈给电网，是三种制动最节能的一种。注意：右图中，电压从U1降为U2时，2～3之间为回馈制动，3～4之间为电动状态。此时虽然电机继续减速，但T、n同向。

直流电动机的制动

（3）反接制动：

反接制动时，转子动能转换成电能与电源提供电能一起，消耗在电枢回路，是耗能最大的制动。有电源反接和倒拉反接两种。特点：n与n0反向。

电源反接制动结束时，应及时切断电源，否则将反向起动。电源反接有2条特性，倒拉反接只有1条。4、直流电动机的反转

反转控制的方法：由转矩公式可见，电枢电流或励磁磁通单独变反，电动机产生的电磁转矩方向也变反，因此反转控制的方法有两个：①.单独改变电枢绕组两端电压的方向；②.单独改变励磁绕组两端电压的方向。

改变电枢端电压反转，要求控制容量大，但因电枢绕组电感小，控制迅速。改变励磁电压反转，控制容量小，但励磁绕组电感大，影响控制速度。且励磁变反过程Ф有过0点，对于轻空载电动机，容易出现“飞车”，实际可根据要求进行选择。例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供电均可。电磁转矩：T=CT

Ia

(1)改变励磁电流的方向。

(2)改变电枢电流的方向。注意：改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两者的方向不能同时变。改变直流电机转向的方法有两种：第四节无刷直流电动机

无刷直流电动机是随着电子技术迅速发展而出现的一种新型微特电机，它以电子换向装置代替了一般直流电动机的机械换向装置，因此保持了有刷直流电动机的优良控制特性，又克服了电刷机械摩擦引起的噪声、火花、无线电干扰和寿命短的致命弱点。

一、无刷直流电动机的基本结构无刷直流电动机的原理如图2-18所示，是一台由电子开关电路、永磁式同步电动机以及位置传感器三者组成的“电动机系统”，

一、无刷直流电动机的基本结构无刷直流电动机基本组成

一、无刷直流电动机的基本结构1.电动机本体

一、无刷直流电动机的基本结构2、转子位置传感器

一、无刷直流电动机的基本结构光电式位置传感器

一、无刷直流电动机的基本结构光电式位置传感器

一、无刷直流电动机的基本结构光电式位置传感器

二、无刷直流电动机的基本原理三相无刷直流电动机半控桥电路

二、无刷直流电动机的基本原理三相无刷直流电动机半控桥电路

二、无刷直流电动机的基本原理三相无刷直流电动机半控桥电路

三、无刷直流电动机正反转控制方法星形三状态各相绕组导通第三章变压器

主要内容

1、变压器的基本结构原理

2、三相变压器的组成和连接组别

3、电压互感器和电流互感器

变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。变电压：电力系统

变阻抗：电子线路中的阻抗匹配变电流：电流互感器

变压器的主要功能有：

在能量传输过程中，当输送功率P=UIcos

及负载功率因数cos

一定时：电能损耗小节省金属材料（经济）第一节变压器的基本结构和铭牌数据U

I

P=I²

RlI

S单相变压器+–+–

Z

一、变压器的结构变压器的磁路绕组：一次绕组二次绕组由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁心变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心

变压器的基本组成是铁心和绕组，铁心是闭合的磁路，绕组一般有原副两个，同套在铁心上。索引

变压器有多种分类方法，其用途很广泛。船上主要用做照明的三相照明变压器和各种小型单相电源变压器。船用变压器为干式变压器。1、基本结构结构特点

单相变压器有心式和壳式两种，壳式外边有铁轭，心式则无铁轭。变压器的绕组有筒式和盘式两种，为了节约绝缘，筒式低压绕组靠铁心，盘式绕组变压器。靠上下铁轭的绕组为低压绕组。

注意：船用变压器应采用B级以上绝缘。1)变压器的型号2、变压器的铭牌SJL1000/10

变压器额定容量(KVA)

铝线圈

冷却方式J:油浸自冷式F:风冷式相数S:三相D:单相

高压绕组的额定电压(KV)2)额定值额定电压U1N、U2N

变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值单相：U1N，一次侧电压，

U2N，二次侧空载时的电压三相：U1N、U2N，一次、二次侧的线电压

额定电流I1N、I2N

变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。单相：一次、二次侧绕组允许的电流值三相：一次、二次侧绕组线电流

额定容量

SN

传送功率的最大能力。单相：三相：容量SN

输出功率P2

一次侧输入功率P1

输出功率P2注意：变压器几个功率的关系(单相)效率容量：一次侧输入功率：输出功率：变压器运行时的功率取决于负载的性质此外，还有

额定频率fN、额定温升τN、连接组别等。fN一般为工业频率(简称工频)；额定温升是指额定运行时变压器最高温度与标准环境温度之差。我国规定标准环境温度陆地为40℃，船上为45℃。B级绝缘耐热为130℃，其τN=85℃。

第二节变压器的基本工作原理和运行特性空载运行：变压器原边接电源，有电流流过原绕组，原绕组产生磁通，与原副绕组同时交链。在原副绕组同时感应电势，平衡电源，并向负载供电。

与原副绕组同时交链的磁通称为主磁通，是工作磁通。只和一个绕组交链的磁通称为漏磁通，漏磁通在电路中的作用是产生压降。

变压器的基本原理

（1）变压器的作用：双绕组变压器的主要作用有：①.变压、②.变流、③.变换阻抗。有的书还说：双绕组变压器具有电气隔离作用，有的还说具有相位变换作用。

变压、变流和变换阻抗变换，实际都是一样的，都是利用不同匝数的绕组与交变磁通交链，感应电势大小不同实现的。此前，我们曾学过，感应电势的大小正比于线圈的匝数和线圈磁通变化率：e=N×|dΦ/dt|，经过推导即为：

E=4.44fNΦ(即4.44公式，4.44≈π×√2)

变压器的基本结构原理

忽略原绕组的漏磁通(一般只为主磁通的百分之几)，认为U1≈E1。空载时I2=0，∴U2=E2。而两绕组感应电势分别为：U1≈E1=4.44f1N1Φ和U2=E2=4.44f1N2Φ

。因此，有：

其中，k为变压器的变压比，简称为变比。合理选择N1和N2，可得不同副边电压。但应注意：U1≯UN。

变压器的基本结构原理

（2）变流原理：变压器是静止的电机，没有机械损耗，而铁损和铜损相对其额定传输容量而言较小，若忽略损耗，原边输入的视在功率等于副边输出的视在功率，则有S1≈S2，U1I1≈U2I2。

将U1/U2=k代入，经过整理可得：

式中，kI为变压器的电流变换比或简称电流变比。即变压器不仅可变压，同时也能变流。不过电压高的一端，电流小；电压低则电流大。（3）阻抗变换由图可知：

结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K2倍。+–+–+–(1)

变压器的匝数比应为：解:例1:

如图，交流信号源的电动势E=120V，内阻R0=800

，负载为扬声器，其等效电阻为RL=8

。要求:(1)当RL折算到原边的等效电阻时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（2）当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？R0+–+–RL信号源+–R0RL信号源的输出功率：电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。原因：满足了最大功率输出的条件：（2）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：

变压器的基本结构原理

工作原理说明：变压器原绕组通电后，原绕组在磁路产生交变磁通，同时与原、副绕组交链，本感应电势。原绕组感应的电势用于平衡电源电压，副绕组感应电势可作为负载的电源，输出电压和电流。当负载增大(Z减小)时，I2增加，产生的磁势具有去磁性质，Фm有下降趋势。于是I1增加，以补偿Фm。变压器就是通过对Фm的补偿，使副边I2的增加反映到原边I1的增加。只要原边电源电压不变，变压器磁路的磁通将基本保持不变。索引

二、变压器基本方程和等效电路1、原、副边电压平衡方程：

索引

二、变压器基本方程和等效电路2、变压器的等效电路

索引三、变压器的运行特性

当一次侧电压U1和负载功率因数cos

2保持不变时，二次侧输出电压U2和输出电流I2的关系，U2=f(I2)。U20：一次侧加额定电压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。

一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2

变化不大），电压变化率约在5%左右。电压变化率：cos

2=0.8(感性）U2I2U20I2Ncos

2=1O变压器的效率(

)变压器的损耗包括两部分：铜损(

PCu)：绕组导线电阻的损耗。与负载大小（正比于电流平方）有关。

铁损(

PFe)：变压器的效率为一般

95%,负载为额定负载的(50~75)%时,

最大。输出功率输入功率磁滞损耗：涡流损耗它与铁心内磁感应强度的最大值Bm的平方成正比。与负载大小无关。第三节三相电压器1、三相变压器的组成高压绕组：U2、V2

、W2:尾端U1、V1

、W1:首端低压绕组：u1、v1

、w1:首端u2、v2

、w2:尾端U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w22、三相变压器的变换：三相电压的变换，应使用三相变压器。船用照明变压器有两种方案：①.两台三相芯式变压器；②.三台单相变压器。

两台芯式变压器互为备用：一台运行，一台备用。三台单相变压器为△/△连接，即D，d连接；故障时，可将故障变压器的原副绕组同时切除，采用V，v连接，应急向三相负载供电。

当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。••AXax•AXax（1）同极性端(同名端)

或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。

同极性端用“•”表示。增加+–+++–––

同极性端和绕组的绕向有关。2.

三相变压器的同名端与连接组别•联接

2－3

变压器原一次侧有两个额定电压为110V的绕组：（2）线圈的接法

联接

1－3，2－4当电源电压为220V时：+–+–电源电压为110V时：1324••1324

••方法一：交流法把两个线圈的任意两端(X-x)连接,然后在AX上加一低电压uAX

。测量：

若说明A与x

或X与a

是同极性端.若

说明A与a或X与x

为同极性端。

结论：VaAXxV（3）同极性端的测定方法+–方法二：直流法设S闭合时

增加。感应电动势的方向，阻止

的增加。

如果当S闭合时，电流表正偏，则A-a为同极性端;结论：Xx电流表+_Aa+–S

如果当S闭合时，电流表反偏，则A-x为同极性端。••AXax+_S+–（4）三相电压的连接组别

三相变压器的联结方式联结方式：高压绕组接法低压绕组接法三相配电变压器动力供电系统（井下照明）高压、超高压供电系统常用接法:连接组别：连接组别是用来表示变压器原、副绕组极性关系，用“时钟表示法”表示。前半部为连接方法：Yy,Yd,Dy和Dd。后半部为“钟点数”：分针为原边线电势，恒为12点位置；时针为副边线电势位置。如：Yd11，为Y-△连接，副边线电势Eab滞后原边线电势EAB

的电角度为330°。

三相变压器的组成和连接组别

绕组为Y连接，且带中线时，用“YN”或“yn”表示。1)三相变压器Y/Y0联结线电压之比：U1+–+–V2W3w1+–+–v1u12)三相变压器Y0/

联结线电压之比：U1+–+–+–V1W1u1v1w13．三相变压器在船舶中的应用在船舶电力系统和控制系统中，变压器主要应用于照明、应急照明、厨房照明、控制电源以及各种仪用互感器中；在采用电力推进船舶中，变压器还用于动力主回路的升压和降压。

船舶主配电系统中一般使用2台照明变压器，但是平时一台工作，一台备用，需要定时更换以确保变压器正常。仪用互感器：

互感器是用来对电压或电流进行测量的的变压器，常称为仪用变压器。有电压互感器和电流互感器两种。

互感器与普通变压器的最大区别是要求测量精确，因此磁路都应工作在不饱和区。同时为了安全，还对其使用进行相关规定。与变压器V，v连接相似，可采用两个开口三角形连接的互感器测量三相电量，但连接时应注意极性的正确。索引第四节自耦变压器和仪用互感器二次侧不能短路，以防产生过流；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现高压。使用注意事项：电压表被测电压=电压表读数

N1/N21、电压互感器

实现用低量程的电压表测量高电压，我国电压互感器副边标准输出电压为100V。VR

N1（匝数多）保险丝

N2（匝数少）~u（被测电压）电流表被测电流=电流表读数

N2/N1二次侧不能开路，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现过压。使用注意事项：2、电流互感器

实现用低量程的电流表测量大电流，我国电流互感器副边标准输出电流为5A或1A。（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2钳形电流表

使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。3、自耦变压器ABP+–+–第四章

异步电动机

主要内容

1、三相异步电动机结构和铭牌参数

2、三相异步电动机工作原理

3、三相异步电动机的工作特性

4、三相异步电动机的起动

5、三相异步电动机的调速、制动和反转

6、单相异步电动机

三相异步电动机由固定和转动的两个基本部分构成，即由定子和转子构成。定子主要由铁心和绕组组成。

定子铁心是电机磁路的一部分，同时用于嵌放定子绕组。定子绕组是三相交流绕组，是三组完全相同的独立绕组。

转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴组成。铁心也是磁路的一部分，转子绕组是多相短路(闭合)绕组。索引

第一节三相异步电动机的结构与铭牌数据三相鼠笼式异步电动机结构

绕线式鼠笼式1、定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1---U2

V1---V2W1---W2三相绕组机座：铸钢或铸铁

定子铁心：

定子铁心由厚度为0.5mm左右的硅钢片冲制、涂漆，叠压而成带槽的铁心后，嵌放在机壳。

定子绕组：三相交流异步电动机的定子绕组通常采用三相对称交流绕组。所谓“三相对称”，是指三个绕组的尺寸、连接规律完全相同，而且在空间互差120°电角度。绕组参数不对称或互差不是120°电角度的三个绕组，为三相不对称绕组。

交流绕组的种类较多，有单层绕组和多层绕组之分，还有叠式、同心式、链式和交叉式的多种形式，可用展开图说明。

定子绕组的等效：

交流绕组展开图主要用于电机维修等，理解原理可采用如下示意图：将三相交流(分布)绕组看成是由三个线圈(集中绕组)组成。三个线圈的首端(或尾端)之间在空间互差120°电角度。

定子绕组的接线：

三相绕组六个接线端，分别引到电机的接线盒中，既可接成△形，也可接成Y形。正常运行时多为△形连接，起动等场合可为Y形。铭牌上一般还标注有连接方式，“额定电压380/220V，接法Y/△”，表示定子一相绕组可承受的电压为220V。Y系列无连接方式时，3kW以下为Y连接，4kW以上为△连接。

转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流2、转子笼型转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。①笼型转子

铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体,

或铸铝形成转子绕组。②绕线型转子

同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。笼型绕线型

转子绕组：三相交流异步电动机的转子也主要由转子铁心、转子绕组和转轴组成。根据转子绕组构成形式不同，异步电动机可分为鼠笼式和绕线式两种。绕线式绕组也是三相交流绕组，可通过滑环与外电路连接或串接电阻。鼠笼式又可分为：导条式和铸铝式。导条式铸铝式

转子绕组说明：不管是鼠笼式还是绕线式，正常运行时转子绕组都是短路绕组。其作用是在定子绕组产生的旋转磁场作用下感应电动势，感生电流，并产生电磁转矩，通过转轴带动机械负载转动。鼠笼式绕组的每根导条都是一相绕组(电流相位不同)，可自动适应定子极对数的变化。绕线式绕组极对数是固定的，应与定子绕组极对数相等，才能正常工作。绕线式绕组的三个绕组接成Y形，可通过滑环串接电阻或直接短接。3、气隙异步电动机定、转子之间气隙很小，中小型电机一般为0.2~2.0mm。气隙的大小直接关系到电动机的运行性能。一般而言，气隙愈小，电机磁路的磁阻就小，因而减小了励磁电流，提高了电动机运行时的功率因数。

4、额定数据（1）型号

磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4

用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机

（2）铭牌参数：①.额定功率PN，②.额定电压UN，③.额定电流IN，④.额定频率fN，⑤.额定转速nN，⑥额定功率因数等。

PN为输出功率，UN、IN分别为定子绕组额定线电压和线电流。

三相异步电动机的结构和铭牌参数

定额：除了前面介绍参数外，铭牌参据还有包括：额定温升，绝缘等级、定额和IP防护等级等。所谓定额，又称为工作制，是指电气设备等的工作方式，一般可分为：连续工作制、短时工作制和重复短时工作制三种。重复短时工作制又称为断续或周期工作制。短时工作制有15、30、60和90min工作制，断续工作制通电工作时间与工作周期之比称为负载持续率FC％，有15、25、40和60％四种。

三相异步电动机的结构和铭牌参数索引

单相磁势：一相定子绕组通入交流电后，将在气隙产生单相脉振磁场。索引

第二节三相异步电动机的工作原理U1V2W1V1W2U2规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。(•)电流出(

)电流入o1、定子旋转磁场U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2

（1）产生合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°600

to

三相绕组产生的磁势：

每相绕组都产生脉振磁势，但三个脉振磁势相位不等，它们叠加后将变成旋转磁势。

结论：三相对称交流绕组，通入三相对称交流电，在气隙将产生圆形旋转磁场，从超前相转向滞后相(相序为：A→B→C→A)，转速n0=60f/p，n0称为同步转速。AU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V2分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°（2）旋转磁场的转向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线(电路如图)U1U2W1W2V1V2取决于三相电流的相序0

to

方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。电动机正转电动机反转电源~UVWM3~UVW电源~M3~三相异步电动机的正、反转注意：不是将三根电源线对调，∵相序复原（3）旋转磁场的极对数P

当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：o

tU1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2

若定子每相绕组由两个线圈串联

，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。W'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'2极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关OW'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'2旋转磁场的转速工频：

旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2Op=2时0旋转磁场转速n0与极对数p的关系旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速4.电动机的工作原理U1U2V2W1V1W2定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针

切割转子导体右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩TnF5.转差率

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。

由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即异步电动机如果:无转子电动势和转子电流

转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率s

例1：一台三相异步电动机，其额定转速

n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为6、三相异步电动机工作状态

转差率与运行状态的关系：

①.电动状态：0＜s＜1；n0＞n＞0；

②.堵转(或起动）状态：s=1；

n=0；

③.理想空载状态：s=0；

n=n0；

④.发电状态：s＜0；

n＞n0；

⑤.反接制动状态：s＞1；

n＜0。

三种运行方式第三节三相异步电动机的工作特性

三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。变压器：

变化

eU1

E1=4.44fN1

E2=4.44fN2

E1、E2频率相同，都等于电源频率。异步电动机每相电路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f21.等效电路（1）旋转磁场的磁通

异步电动机：旋转磁场切割导体e，

U1

E1=4.44

f1N1

每极磁通旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以（2）定子感应电势的频率f1感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f1=电源频率f（3）转子感应电势频率f2∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化

定子感应电势频率f1

转子感应电势频率f2

转子感应电势频率f2

旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同(4)转子感应电动势E2E2=4.44f2N2

=4.44sf1N2

当转速n=0(s=1)时，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2

转子静止时的感应电势即E2=

sE20

转子转动时的感应电势(5)转子感抗X2当转速n=0(s=1)时，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

(6)转子电流I2(7)转子电路的功率因数cos

2转子绕组的感应电流转子绕组的感应电流转子电路的功率因数

结论：转子转动时，转子电路中的各量均与转差率

s有关，即与转速

n有关。I2cos

2s1I2,O2.

三相异步电动机的机械特性

转矩公式

转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数由此得电磁转矩公式由前面分析知：由公式可知电磁转矩公式1.T与定子每相绕组电压成正比。U1

T

2.当电源电压U1一定时，T是

s的函数。3.R2

的大小对

T有影响。绕线型异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2

，从而改变转距。

机械特性曲线OTS根据转矩公式得特性曲线：OT1

固有特性和人为特性：由电动机原本的各种参数获得的机械特性称为固有机械特性或自然机械特性。改变原参数获得的机械特性称为人为机