电机学总复习(2016).ppt

1、总复习,直流电机及其电力拖动,第一部分,机械整流 装置,与电枢同轴旋转,空间静止不动（即与磁极相对静止）,电枢线圈电动势 （交流）,电枢电动势（刷间电势） （直流）,换向器,电 刷,机械逆变 装置,电枢线圈电流 （交流）,电枢电流（刷间电流） （直流）,（发电机）,（电动机）,一、直流电机基本工作原理,直流电源,方向恒定的电磁转矩,注意：电刷两端电枢电动势、电枢电流为直流,单个线圈内电动势、电流为交流,二、直流电机的磁场,1、励磁方式,2、空载磁场(主极磁场、定子磁场 ）Ff,由定子上的励磁绕组通直流励磁电流If建立，为主磁场。,4、负载磁场（气隙合成磁场）F,1）电枢反应的概念,他励（包括永

2、磁）并励串励复励,Fa,-Fa,气隙磁场由定子励磁电流和转子电枢电流共同建立。,Ff,2）电枢反应的影响（交轴、直轴助磁、直轴去磁）,3）电枢反应的补偿,3、电枢磁场(转子磁场）Fa,由转子上的电枢电流Ia建立，为电枢反应。,电枢反应:,转子磁场（电枢磁场Fa）性质：恒定,定子磁场（主极磁场Ff）性质：恒定,相对静止,5、直流电机磁场性质,三、直流电机电枢绕组,并联支路数,电刷放置,电枢电流,2p,2 （与p无关）,元件几何形状对称时电刷应放在与主极中心线对准位置，使空载时正、负刷间感应电势最大，被电刷短路的元件感应电势最小。,Ia=2pi支路,Ia=2i支路,联接方式：,上元件边处于同一个磁

3、极下的元件串联成一条支路,上元件边处于所有同极性磁极下的元件串联成一条支路,元件几何形状对称时电刷应放在与主极中心线对准位置，使空载时正、负刷间感应电势最大，被电刷短路的元件感应电势最小。,四、直流电机的基本公式（要求定量计算 课件、作业 ）,电枢电动势：,电磁转矩：,电磁功率：,电动势常数:,转矩常数:,五、直流电机的基本方程（他励、并励）（定量计算 课件、作业 ）,1、电动势平衡方程式,电枢回路：,励磁回路：,发电机：,电动机：,2、功率平衡方程式（定量计算 ）,（可忽略）,发电机：,电动机：,P1,Pem,P2,（可忽略）,T0（空载制动转矩）,直流发电机,原动机,T1（驱动转矩），n,

4、3、转矩平衡方程式,Tem（电磁转矩），n,直流电动机,机械负载,Tem（电磁转矩）,发电机,电动机,稳态恒速旋转时：,空载时：,稳态恒速旋转时：,理想空载时：,实际空载时：,额定转矩：,六、直流电机的工作特性,空载特性:,负载特性:,外特性:,调整特性:目的是保持U不变,电压变化率：,1、他（并）励发电机的工作特性,2、电动机的工作特性（他、并励、串励）,转速特性:,转矩特性:,效率特性:,理想空载转速、转速变化率,“飞车”现象（串励）,交直两用（串励）,可变损耗、不变损耗,七、直流电机的换向,1、换向的概念,3、改善换向的方法装换向极,2、换向火花产生的电磁原因,目的：抵消换向元件中感应电

5、动势,位置：极间几何中心线上,极性：与电枢反应磁动势 相反,换向极绕组联接方法：与电枢绕组串联,电抗电动势er、ea旋转电动势产生原因,八、直流电机的电力拖动,1.三种负载转矩特性TZ=f(n),恒转矩负载,恒功率负载,风机/泵类负载,反抗性,位能性,2.他励直流电机的机械特性T=f(n),固有机械特性,n0,N,很小，为“硬特性”，即转矩变化时，转速变化很小。,特点,人为机械特性,电枢回路串电阻,降低端电压,减弱主磁通,不变，,调速,，,不变（平行）,调速,调速,起动、调速,3.他励直流电机的起动,三种起动方法（直接起动、降压起动、电枢回路串电阻）,4.他励直流电机的制动(四象限运行）,三种

6、制动方法,制动原理,电压平衡方程式,机械特性表达式,能量关系,能耗、反接、回馈,各自实现方法、优缺点,1）画机械特性，并标出运行点；,2）电压平衡方程式；注意运行点对应的电压、转速（电枢电势）、电磁转矩（电流）的正负号；,三种制动方法共同点,保持磁场大小、方向不变，改变 Ia的方向（ T的方向）或改变 n的方向，使 T与 n方向相反，获得制动转矩。,直流电动机四象限运行,5.他（并）励直流电机的调速,电枢回路串电阻,降低端电压,减弱主磁通,6.电力拖动系统稳定运行条件,电动机机械特性 n=f(Tem),生产机械负载特性 n=f(TZ),交点处满足,画机械特性、标出运行点、对运行点求解,变压器,

7、第二部分,(e 的正方向与的正方向符合右手螺旋）,(有效值）,一、变压器的工作原理,1、变压器的磁场,主磁通：沿铁心闭合，同时交链原、副边绕组，是非线性磁路，与励磁电抗Xm对应；在原、副绕组中感应主电势，将电磁功率从原边传递到副边。,漏磁通：沿非磁性材料闭合，仅交链一边绕组，是线性磁路，与漏电抗X1、X 2对应；只起电抗压降作用，不直接参与能量传递。,变比：主磁通在原、副边产生的感应电势的比。,2、磁动势平衡,电源U1、f 不变，主磁通不变。,变压器通过磁势平衡，将原、副边没有电气联系的电路联系起来。在电源电压不变的情况下，主磁通基本保持不变。如果由于负载变化引起副边电流变化，立即反应到原边，

8、原边电流立即发生相应变化，自动调节输入功率满足输出功率的要求。,二、变压器的稳态运行,1、六个基本方程式,变压器的绕组折算：将副边绕组匝数折算到原边。,折算原则：保持折算前后 不变。,空载损耗：基本为铁耗,空载等效电路（分析空载运行）,反映铁心损耗的等效电阻（并非实际电阻）,对应于主磁通引起的电抗,对应于漏磁通引起的电抗,空心线圈,有铁心线圈,2、等效电路(T型空载短路 适用范围、参数意义),短路损耗：基本为铜耗,短路等效电路（分析短路和额定运行）,稳态短路电流：,短路电压（阻抗电压）,定义：当变压器短路电流达到额定电流，即 Ik=I1N时，外施电压Uk=I1NZk75C 称为短路电压（阻抗电

9、压）。反映了变压器在额定负载时的漏阻抗压降的大小。,uk过大，则变压器负载变化时，输出电压波动较大；uk过小，变压器故障短路时，短路电流较大。,3、功率平衡,原边输入有功功率P1,电磁功率Pem,副边输出有功功率P2,功率平衡方程式：,三、变压器基本工程计算,1、变压器的额定数据计算,单相双绕组,三相双绕组,(线电压、线电流、额定容量）,注意副边额定电压U2N 的定义,2、变压器的参数计算,空载试验:,短路试验：,测取Rm、Xm及空载损耗,注意：短路试验时输入的有功率主要补偿原、副边铜耗 （电压很低， 很小，铁耗忽略）,注意：空载试验时输入的有功率主要补偿铁耗 （I0很小，定子铜耗忽略）,测取

10、Rk、Xk及短路损耗,空载等效电路,短路等效电路,(额定容量）,定义式,参数计算公式,3、变压器的工作特性计算,电压变化率,负载系数,漏阻抗大小,负载性质,1）外特性（电压变化率的计算）,2）效率特性（效率计算）,空载损耗:,短路损耗:,(空载损耗主要是铁耗),(短路损耗主要是原、副边铜耗),变压器额定运行时，效率不是定值，与负载性质（ cos2）有关； 负载性质一定时，效率与负载大小（I2*）有关; 若变压器负载为纯电阻，则cos2=1，一定负载电流下，效率最高; 若变压器负载为纯电感或纯电容，即cos2=0，则变压器输出有功功率P2=0，此时=0。,三、三相变压器,1、 三相变压器的联接组

11、,会画相量图和联接组（作业、课件）,线电势 方向为A指向B， 方向为a指向b；,同一铁心柱上的高、低压绕组，首端为同名端时，相电动势同相，首端为非同名端时，相电动势反相；,相量图中A、B、C与a、b、c的排列同为顺时针，且A、a重叠。,2、 三相变压器的空载电动势波形,绕组连接方式（Y、）,三相磁路结构（组式、芯式）,三次谐波电流能否流通,是,否,0非正弦,0正弦,i0尖顶波,i0正弦,注意：线电势中三次谐波抵消，仍为正弦。,e正弦,e非正弦,交流电机共同理论,第三部分,一、交流绕组,掌握交流绕组基本数据,二、交流绕组的感应电动势(定量计算),一相感应电动势的计算,三、交流绕组磁动势 (定量计

12、算),1、单相绕组建立的磁动势脉振磁动势,2、三相绕组的合成磁动势旋转磁动势,最大幅值的计算、幅值位置、脉振频率,幅值计算、幅值位置、转速、转向,概念+公式（定量计算）,交流绕组中的感应电动势（基波、谐波）,产生原因：,气隙旋转磁场切割定（转）子绕组而在定（转）子绕组中感应产生。,相电动势有效值：,频率：,削弱高次谐波电动势的方法：,合理的磁极形状,对称三相绕组接成Y或,采用分布和短距绕组,三相基波电动势：,对称（幅值大小相等，频率相同，相位互差120）,(同步),(异步),单相磁动势,三相合成磁动势,表达式,性质,旋转,脉振,幅值位置,空间固定不动（相轴）,幅值大小,随时间交变,最大幅值,恒

13、定不变,脉振角频率:,角速度:,交流绕组建立的磁动势（基波）,电流超前相轴,电流滞后相轴,脉振频率:,转速:,电流在时间上经过多少电角度，三相合成基波磁动势在空间上就转过相同的电角度。,四、两组概念,空间矢量 : 空间按正弦分布，幅值随时间变化。,时间相量 ：幅值随时间按正弦规律变化。,空间电角度,时间电角度,3、产生旋转磁动势的条件（课后习题）,绕组在空间上不同相（不是0或180 ）,电流在时间上不同相（不是0或180 ）,旋转磁动势,圆形旋转磁动势,对称,某相电流达到正最大值时，三相合成基波磁动势矢量（正波幅）与其相轴重合。 电流在时间上经过多少电角度，三相合成基波磁动势在空间上就转过相同

14、的电角度。,三相异步电动机及其电力拖动,第四部分,一、三相异步电动机的工作原理,空载：,负载：,转速下降，转差率增大，旋转磁场与转子相对运动加大，I2增大，I1也自动增大。气隙中的旋转磁场由定、转子磁势共同建立，在电源电压不变的情况下，主磁通基本保持不变。,气隙合成磁场转速（同步速）：,转子转速：,转差率：,1、三相异步电机的磁场,额定运行时：,主磁通：同时交链定、转子绕组，是非线性磁路，与励磁电抗Xm对应；在定、转子绕组中感应主电势，将电磁功率从定子传递到转子。,漏磁通：仅交链一边绕组，是线性磁路，与漏电抗X1、X 2对应；只起电抗压降作用，不直接参与能量传递。,2、异步电机的磁动势平衡,异

15、步电机通过磁动势平衡，将定、转子上没有电气联系的电路联系起来。在电源电压不变的情况下，主磁通基本保持不变，如果由于负载变化引起转子电流变化，定子电流中的负载分量立即发生相应变化，从而自动调节输入功率以满足输出功率的要求。,相对定子(切割定子）,相对转子(切割转子）,相对定子(切割定子）,相对转子(切割转子）,在空间相对静止,（通电）,（感应）,定子,转子,电源U1、f 不变，主磁通不变。,二、三相感应电动机的稳态运行,1、额定数据计算,(线电压、线电流),等效静止的转子,实际转动的转子,静止的转子,2、转子频率折算和绕组折算（原则：保持折算前后转子磁动势(大小、相位、转速、转向）不变）,(线电

16、压、线电流),额定输入功率:,额定输出功率:,基本方程组与等效电路（与变压器对比）,感应电机与变压器对比,变压器,感应电机,主磁场性质,交变,旋转,感应电势和电流的频率,原、副边同频率( f1 ),定子：,转子：,基本方程组,3、基本方程组与等效电路,变压器,感应电机,附加电阻的物理意义: 三相感应电机的总机械功率P,等效电路,4、功率与转矩计算 (要求：定量计算，作业）,输入电功率P1,电磁功率Pem,总机械功率Pmec,输出机械功率P2,1）功率平衡方程式:,额定运行时：,2）转矩平衡方程式:,5、参数计算,空载试验,短路试验,空载试验输入有功功率: 主要补偿铁耗+机械损耗,短路损耗输入有

17、功功率: 主要补偿定、转子铜耗,三、三相异步电动机的电力拖动,1、机械特性,物理表达式,参数表达式,实用公式,直线近似公式,（与哪些参数有关）,（固有、人为）,（物理意义）,表达式,曲线,（固有、人为）,2、起动,四个关键点,定子串对称三相电抗器,自耦变压器降压,Y-起动,计算下降倍数,鼠笼式,绕线式转子回路串电阻,对起动点求解（令S=1）,起动电流大,起动转矩不大,与要求矛盾，为什么？,直接起动：,机械特性的实用表达式（定量计算),由产品目录查得：,近似直线公式,成对使用,注意：,3、调速,调速方法,变频调速,开环调压调速,绕线式串电阻调速,定量计算：,1）变频调速,（f fN时 , U/f

18、 =常数）,平行特性,(恒转矩负载),2）调压调速,对于恒转矩负载，调速范围：0SSm,通风机负载适用，调速范围宽,3）绕线式串电阻调速,(恒转矩负载),原理、机械特性,（课件例题）,4、制动（四象限运行）,定量计算,停机或反转（摩擦性恒转矩负载）。计算一定转速下停机时，最初制动转矩与制动电阻的关系; 判断停机瞬间不断电系统是否反转。,限速（位能性恒转矩负载）。计算一定负载转矩下，下放速度与制动电阻的关系。,求解方法：用“实用公式”或“直线公式”，对运行点列方程求解。,1）画机械特性，并标出运行点；,2）注意“+”、“-”号，同一转速下，电源反相序时,3）,反接制动,回馈制动,反接、回馈、能耗

19、,制动原理：,（课件例题）,四、单相异步电动机,1、结构特点,定子：布置两相绕组，空间相位差90电角,工作绕组,起动绕组串移相元件,电流在时间上存在相位差,2、工作原理,电阻分相、电容分相、罩极,3、起动,双旋转磁场理论,第五部分,三相同步电动机,一、三相同步电机的工作原理,相对静止,稳态,实现机电能量转换,相互作用,转子：,定子：,1、三相同步电机的磁场,空载:,励磁电流 If 单独建立,负载:,励磁电流 If与电枢电流 I共同建立,2、三相同步电机的电枢反应,交轴电枢反应,产生电磁转矩,直轴电枢反应,去磁、助磁,取决于 和 的夹角,二、三相同步电机的稳态运行,1、电压平衡方程式（隐极）,发电机：,电动机：,发电机：,电动机：,(折算成励磁磁动势),空载特性,不饱和,饱和,1、电压平衡方程式（凸极）,发电机：,电动机：,发电机：,电动机：,不饱和,饱和,空载特性,2、时空矢量图（以发电机为例）,：