電機原理與拖動 復習提綱

1、試題類型一、填空題二、單項選擇題三、簡答畫圖題四、計算題第1章 緒論一、基本物理量1按電機供電電源的不同，可以分為直流電機和交流電機兩大類。2把穿過某一截面S 的磁力線根數(shù)被稱為磁通量F。在均勻磁場中，把單位面積內(nèi)的磁通量稱為磁通密度B。磁場強度H是用來計算導磁材料中的磁場引入的物理量。理解B和H的關系和物理意義。3非導磁材料，比如：銅、橡膠和空氣等，具有與真空相近的導磁率，因此在這些材料中，磁場強度H與磁通密度B的關系是線性的。在導磁材料中，磁場強度H與磁通密度B的關系不是線性的。4磁通與電壓之間存在如下關系： 1）如果在閉合磁路中磁通隨時間而變化，那么將在線圈中感應出電動勢； 2）感應電動

2、勢的大小與磁通的變化率成正比。5電機作為一種機電能量轉換裝置能夠將電能轉換為機械能，也能將機械能轉換為電能。由于機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)是兩種不同的系統(tǒng)，其能量轉換必須有一個中間媒介，這個任務就是由氣隙構成的耦合磁場來完成的。6.鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗之和為鐵心損耗。二、磁路的基本定律1安培環(huán)路定理（或稱全電流定理）在磁路中沿任一閉合路徑L，磁場強度H的線積分等于該閉和回路所包圍的總電流即：電流的參數(shù)方向與閉合路徑方向符合右手螺旋關系取正號，反之為負.若沿長度L。磁路強度H處處相等，且閉和回路所包圍的總電流是由通過I的N匝線圈提供，則上式可寫成：HL=Ni 2磁路的歐姆定律若鐵心上繞有通有電流I

3、的N匝線圈，鐵心的截面積為A，磁路的平均長度為L，材料的導磁率為，不計漏磁通，且各截面上的磁通密度為平均并垂直于各截面則： 上式稱為磁路的歐姆定律，與電路歐姆定律形式上相似。注：磁阻Rm與電阻R對應，兩者的計算公式相似，但鐵磁材料的磁導率不是常數(shù)，所以Rm不是常數(shù)。第2章 電力拖動系統(tǒng)動力學1電力拖動系統(tǒng)一般由電動機、生產(chǎn)機械的傳動機構、工作機構、控制設備和電源組成，通常又把傳動機構和工作機構稱為電動機的機械負載。 2電力拖動運動方程的實用形式為 由電動機的電磁轉矩Te與生產(chǎn)機械的負載轉矩TL的關系： 1）當Te = TL 時， dn/dt = 0，表示電動機以恒定轉速旋轉或靜止不動，電力拖動

4、系統(tǒng)的這種運動狀態(tài)被稱為靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)； 2）若Te TL 時， dn/dt 0，系統(tǒng)處于加速狀態(tài)； 3）若TeTL 時， dn/dt 0，系統(tǒng)處于減速狀態(tài)。 也就是一旦 dn/dt 0 ，則轉速將發(fā)生變化，我們把這種運動狀態(tài)稱為動態(tài)或過渡狀態(tài)。3生產(chǎn)機械的負載轉矩特性：4會用機械特性圖分析電力拖動系統(tǒng)是否穩(wěn)定運行，以及工作點的變化軌跡。第3章 直流電機原理1直流電動機主要由定子、轉子、電刷裝置、端蓋、軸承、通風冷卻系統(tǒng)等部件組成。 定子由機座、主磁極、換向極、電刷裝置等組成。轉子（又稱電樞）由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸和風扇等組成。直流電機銘牌數(shù)據(jù)的意義2直流電機的繞組：單疊繞組、單波繞組

5、。3極距、繞組的節(jié)距（第一節(jié)距）的概念和關系。4單疊繞組把每個主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，因此其主要特點是繞組的并聯(lián)支路對數(shù)a等于極對數(shù)p。單波繞組把同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路。5.直流電機的勵磁方式： 并勵、串勵如何改變電動機的轉向。6.直流電機的電樞電壓方程和電動勢：直流電機電磁轉矩7. 直流電動機功率方程8. 他勵直流電動機的機械特性9. 人為機械特性（1）改變電樞電壓 一組平行曲線（2）減小每極氣隙磁通特性曲線傾斜度增加，電動機的轉速較原來有所提高，整個特性曲線均在固有機械特性之上（3）電樞回路串接電阻n0=Const ；R越大，曲線越傾斜10.直流電動機勵磁回路連接可靠，絕不

6、能斷開一旦勵磁電流 If = 0，則電機主磁通將迅速下降至剩磁磁通，若此時電動機負載較輕，電動機的轉速將迅速上升，造成“飛車”；若電動機的負載為重載，則電動機的電磁轉矩將小于負載轉矩，使電機轉速減小，但電樞電流將飛速增大，超過電動機允許的最大電流值，引起電樞繞組因大電流過熱而燒毀。 典型例題： P58 例題3-9第4章 他勵直流電動機的運行1.他勵直流電動機的啟動為什么啟動電流很大。（1）電樞回路串電阻啟動（2）減壓起動2.他勵直他勵直流電動機的調(diào)速調(diào)速范圍、靜差率、平滑性（1）串電阻調(diào)速特點：1）實現(xiàn)簡單，操作方便；2）低速時機械特性變軟，靜差率增大，相對穩(wěn)定性變差；3）只能在基速以下調(diào)速，

7、因而調(diào)速范圍較小，一般D 2；4）由于電阻是分級切除的，所以只能實現(xiàn)有級調(diào)速，平滑性差；5）由于串接電阻上要消耗電功率，因而經(jīng)濟性較差，而且轉速越低，能耗越大。（2） 調(diào)電壓調(diào)速特點是：1）由于調(diào)壓電源可連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，所以拖動系統(tǒng)可實現(xiàn)無級調(diào)速；2）調(diào)速前后機械特性硬度不變，因而相對穩(wěn)定性較好； 3）在基速以下調(diào)速，調(diào)速范圍較寬，D可達1020；4）調(diào)速過程中能量損耗較少，因此調(diào)速經(jīng)濟性較好；5）需要一套可控的直流電源。（3） 弱磁調(diào)速特點：1）由于勵磁電流I f << Ia ，因而控制方便，能量損耗??；2）可連續(xù)調(diào)節(jié)電阻值，以實現(xiàn)無級調(diào)速；3）在基速以上調(diào)速，由于受電機機械強度和

8、換向火花的限制，轉速不能太高，一般約為（1.21.5）nN ，特殊設計的弱磁調(diào)速電動機，最高轉速為（34）nN ，因而調(diào)速范圍窄。3.他勵直流電動機的制動常用的電氣制動方法有能耗制動、反接制動、回饋制動三種。 （1）能耗制動A 能耗制動過程B能耗制動運行狀態(tài)(2)反接制動A電樞反接制動B 倒拉反接制動(3)回饋制動A 正向回饋制動在調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，電壓降低的幅度稍大時，會出現(xiàn)電動機經(jīng)過第二象限的減速過程電動車下坡時，將出現(xiàn)正向回饋制動運行B 反向回饋制動運行反接電源電壓，帶位能性負載。6 他勵直流電動機的四象限運行典型例題：P73 例題4-2（他勵直流電動機 電動運行）P88 例題4-7（他勵

9、直流電動機 制動）P55例題3-7（并勵直流電動機）提示：不一定按課本例題方法，關鍵是利用機械特性方程式求解：第5章 變壓器1變壓器的基本原理與結構變壓器的主要組成是鐵心和繞組2.變壓器的額定參數(shù) 額定電壓U1N 和U2N 額定電流I1N 和I2N 額定容量 SN 變比k注意：變比k是相電壓之比。 單相變壓器 三相變壓器 3. 一次、二次繞組感應電動勢4. 變壓器負載時的基本方程式和等效電路5. 繞組折算和“T”型等效電路將變壓器二次繞組折算到一次繞組時，電動勢和電壓的折算值等于實際值乘以電壓比k，電流的折算值等于實際值除以k，而電阻、漏電抗及阻抗的折算值等于實際值乘以 k2。這樣，二次繞組經(jīng)

10、過折算后，變壓器的基本方程式變?yōu)?分析變壓器內(nèi)部的電磁關系可采用三種方法：基本方程式、等效電路和相量圖。6. 變壓器的參數(shù)測定(1) 空載試驗調(diào)壓器TC加上工頻的正弦交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓使其等于額定電壓U1N ，然后測量U1 、I0 、U20 及空載損耗P0 由于空載電流 I0 很小，繞組損耗 I02R 很小，所以認為變壓器空載時的輸入功率P0 完全用來平衡變壓器的鐵心損耗，即 P0 pFe 。勵磁阻抗 勵磁電阻勵磁電抗 電壓比(2) 短路試驗短路試驗時， 用調(diào)壓器TC 使一次側電流從零升到額定電流 I1N，分別測量其短路電壓 Ush 、短路電流 Ish 和短路損耗Psh ，并記錄試

11、驗時的室溫（）。由于短路試驗時外加電壓很低，主磁通很小， 所以鐵耗和勵磁電流均可忽略不計，這時輸入的功率（短路損耗）Psh 可認為完全消耗在繞組的電阻損耗上，即 Psh pCu 。由簡化等效電路，根據(jù)測量結果，取 Ish I1N 時的數(shù)據(jù)計算室溫下的短路參數(shù)。短路阻抗 短路電阻短路電抗8.三相變壓器繞組的聯(lián)結法9.三相變壓器聯(lián)結組的判斷方法10. 三相變壓器的并聯(lián)運行變壓器并聯(lián)運行時有很多的優(yōu)點：1）提高供電的可靠性。2）提高運行的經(jīng)濟性。3）可以減小總的備用容量。變壓器并聯(lián)運行的理想情況是：1）空載時并聯(lián)運行的各臺變壓器之間沒有環(huán)流；2）負載運行時，各臺變壓器所分擔的負載電流按其容量的大小成

12、比例分配，使各臺變壓器能同時達到滿載狀態(tài)，使并聯(lián)運行的各臺變壓器的容量得到充分利用；3）負載運行時，各臺變壓器二次側電流同相位，這樣當總的負載電流一定時，各臺變壓器所分擔的電流最小；如果各臺變壓器的二次側電流一定，則承擔的負載電流最大。為達到上述理想的并聯(lián)運行，需要滿足下列三個條件：1）并聯(lián)運行的各臺變壓器的額定電壓應相等，即各臺變壓器的電壓比(變比)應相等；2）并聯(lián)運行的各臺變壓器的聯(lián)結組別必須相同；3）并聯(lián)運行的各臺變壓器的短路阻抗（或阻抗電壓）的相對值（標幺值）要相等。習題：5.5 某單相變壓器鐵心的導磁截面積為90cm2 ,取其磁密最大值為1.2T,電源頻率為50Hz。現(xiàn)要用它制成額定

13、電壓為1000/220V的單相變壓器, 計算一、二次繞組的匝數(shù)應為多少 (注: E=4.44 f NBS×10-4 ,式中E,f,B,S 的單位分別為 V,Hz,T和cm2)?解:變壓器一次繞組匝數(shù)變壓器二次繞組匝數(shù)5.19 兩臺變壓器并聯(lián)運行,其中變壓器額定容量S N為20000kV·A, Zk=0.08,變壓器容量SN為10000kV·A, Zk=0.06,如果一次側總負載電流為I1=200A,試求兩臺變壓器的一次側電流各為多少。解:兩變壓器額定電流之間的關系為根據(jù)變壓器并聯(lián)運行負載分配規(guī)律, 即得負載總電流為I1 =200A, 由兩臺變壓器共同承擔, 即I

14、+ I = I1=200解以上兩式, 得I = 120A,I = 80A5.20 一次側及二次側額定電壓相同、連接組別一樣的兩臺變壓器并聯(lián)運行, 其中變壓器的SN=30kV·A,uk=3% ;變壓器的SN=50kV·A,uk=5%。當輸出70kV·A的視在功率時, 求兩臺變壓器各自的負載系數(shù)是多少? 各輸出多少視在功率?解：根據(jù)變壓器并聯(lián)運行負載分配規(guī)律,得輸出的70kV·A 視在功率由兩臺變壓器共同承擔, 即S + S = 70解以上兩式, 得兩臺變壓器輸出視在功率S = S = 35kV·A負載系數(shù)第6章 交流電機電樞繞組的電動勢與磁動勢交

15、流電機包括:（1）異步電機（2）和同步電機6.1 交流電機電樞繞組的電動勢電氣角度和機械角度的區(qū)別；分布系數(shù)kd：基波分布系數(shù)短距系數(shù)kp: 基波短距系數(shù)q個短距分布線圈的基波感應電勢為：Kw1稱為繞組系數(shù)6.2 交流電機電樞繞組極距t、槽距角a、每極每相槽數(shù)q6.3交流電機電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢1 單相電樞繞組的磁動勢（脈振磁動勢）2 旋轉磁場的基本特點(1)三相對稱繞組通入三相對稱電流所產(chǎn)生的三相基波合成磁動勢是一個圓形旋轉磁動勢；如果通入不對稱電流，產(chǎn)生的是橢圓形旋轉磁動勢。 (2)旋轉磁場的旋轉方向是從電流超前的相轉向電流滯后的相，改變?nèi)嗬@組的相序即可改變旋轉磁場的方向； (3)旋轉磁

16、場的轉速n1與電源頻率f1、電機極對數(shù)P之間保持嚴格的關系，即： 第7章 異步電動機原理1 異步電動機的優(yōu)缺點 異步電動機的優(yōu)點：結構簡單、容易制造、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高。 異步電動機的缺點：功率因數(shù)較差，異步電動機運行時，必須從電網(wǎng)里吸收滯后性的無功功率，它的功率因數(shù)總是小于1。2 異步電動機的分類 按定子相數(shù)分：單相異步電動機；三相異步電動機。 按轉子結構分：繞線式異步電動機；鼠籠式異步電動機，其中又包括單鼠籠異步電動機、雙鼠籠異步電動機、深槽式異步電動機3 異步電動機的轉差率：4 異步電機的運行方式 5 異步電動機的電壓方程(1)定子電壓方程(2)轉子電壓方程 6

17、異步電動機的電磁關系7 三相異步電動機單相等效電路f2=sf18 T型等效電路和意義上邊的等效電路經(jīng)過繞組折算和頻率折算后，可得到T型等效電路。9 異步電動機的功率10異步電動機的電磁轉矩電磁轉矩與每極磁通和轉子電流有功分量的乘積成正比。11 異步電動機的工作特性 l 異步電動機的轉速特性為一條稍向下傾斜的曲線l 隨著負載的增大，轉子轉速下降，轉子電流增大，定子電流及磁動勢也隨之增大，抵消轉子電流產(chǎn)生的磁動勢，以保持磁動勢的平衡。定子電流幾乎隨 P2 按正比例增加。l 當負載增加時，轉子電流的有功分量增加，定子電流的有功分量也隨之增加，即可使功率因數(shù)提高。在接近額定負載時，功率因數(shù)達到最大。l

18、 異步電動機的負載不超過額定值時，角速度w 變化很小。而空載轉矩T0 又可認為基本上不變，所以電磁轉矩特性近似為一條斜率為 1/ w 的直線。l 異步電動機中的損耗也可分為不變損耗和可變損耗兩部分。當輸出功率P2 增加時，可變損耗增加較慢，所以效率上升很快。當可變損耗等于不變損耗時異步電動機的效率達到最大值。隨著負載繼續(xù)增加，可變損耗增加很快，效率就要降低。12 機械特性的三種表達式（1）物理表達式（2）參數(shù)表達式（3）實用表達式最大電磁轉矩與電壓的平方成正比，與漏電抗成反比；臨界轉差率與轉子電阻成正比，與電壓大小無關。 異步電動機機械特性的三種表達式，其應用場合各有不同。一般物理表達式適用于

19、定性地分析電磁轉矩T與 及 間的關系；參數(shù)表達式多用于分析各參數(shù)變化對電動機運行性能的影響；實用表達式最適用于進行機械特性的工程計算。13 機械特性機械特性的直線部分他機械特性的曲線部分 起動轉矩穩(wěn)定運行問題：（1）降低定子端電壓的人為機械特性特點：1）固有特性的同步轉速不變。2）最大轉矩隨電壓的降低而按二次方規(guī)律減小。）最大轉矩對應的臨界轉差率Sm保持不變（2）定子回路串三相對稱電阻的人為機械特性定子回路串入電阻并不影響同步轉速，但是最大電磁轉矩、起動轉矩和臨界轉差率都隨著定子回路電阻值的增大而減小。（3）定子回路串三相對稱電抗的人為機械特性（4）轉子回路串三相對稱電阻的人為機械特性特點：（

20、）同步轉速n1、最大電磁轉矩Tem不變。 （）臨界轉差率sm增大。（）起動轉矩增大當所串入的電阻滿足 時，起動轉矩為最大電磁轉矩。典型例題：p246 例題7-10、例題7-11第8章 三相異步電動機的啟動與制動1 異步電動機的起動起動要求：（）足夠大的起動轉矩。起動電流倍數(shù)KI=Ist / IN（）不要太大的起動電流。起動轉矩倍數(shù)KT=Tst /TN。l 普通的異步電動機 如果不采取任何措施 而直接接入電網(wǎng)起動時，往往起動電流Ist 很大，而起動轉矩Tst 不足。在起動初始，n = 0，轉差率s = 1，轉子電流的頻率f2=sf1 50Hz ，轉子繞組的電動勢sE20=E2，比正常運行時（s

21、= 0.010.05）的電動勢值大20倍，則此時轉子電流I2很大，定子電流的負載分量也隨之急劇增大，使得定子電流（即起動電流）很大；轉子漏磁sX20>>R2，使得轉子內(nèi)的功率因數(shù)cos2很小，所以盡管起動時轉子電流I2 很大，但其有功分量I2cos2并不大。而且，由于起動電流很大，定子繞組的漏阻抗壓降增大，使得感應電勢E2和與之成正比的主磁通Fm減小，因此起動轉矩Tst并不大。異步電動機在起動時存在以下兩種矛盾：1）起動電流大，而電網(wǎng)承受沖擊電流的能力有限；2）起動轉矩小，而負載又要求有足夠的轉矩才能起動。（1）小容量電動機的輕載起動直接起動直接起動也稱為全壓起動。（.5kW）優(yōu)點：操作簡便、起動設備簡單；缺點：起動電流大，會引起電網(wǎng)電壓波動。（2）中、大容量電動機輕載起動降壓起動（A）星形-三角形（Y-）換接起動 （3）小容量電動機重載起動籠型異步電動機的特殊形式主要矛盾：起動轉矩不足。解決方法有：（）按起動要求選擇容量大一號或更大些的電動機； （）選用起動轉矩較高的特殊形式的籠型電動機。 (A)深槽式異步電動機(B) 雙籠型異步電動機（4）中、大容量電動機重載起動繞線轉子異步電動機的起動起動的兩種矛盾（起動轉矩小，起動電流大）同時起作用。 如果上述特殊形式的籠型電動機還不能適應，則只能采用繞線轉子異步電動機了。在繞線轉子異步電動機的轉子上串接電阻時，如果阻值選