電機與電力拖動期末重點復(fù)習點及習題

磁路知識點：1、若設(shè)想用假想的曲線表示磁場的分布，規(guī)定曲線上每一點的切線方向就是該點的磁感應(yīng)強度的方向，這樣的曲線叫做磁感應(yīng)線或磁力線。2、磁力線總是閉合的，且圍繞著產(chǎn)生它的電流，其方向與產(chǎn)生它的電流方向滿足右手螺旋定則。3、若磁場內(nèi)各點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向也相同，稱該磁場為均勻磁場。4、穿過某一截面的磁感應(yīng)向量的通量稱為磁通，由

可知磁感應(yīng)強度又稱為磁通密度。5、磁場強度H與磁感應(yīng)強度B的區(qū)別和聯(lián)系。6、鐵磁材料的重要特征是磁飽和性和磁滯性，其導磁率

不是常數(shù)。7、鐵磁材料根據(jù)磁滯回線的形狀可分為三類：軟磁材料、硬磁材料、矩磁材料。8、常用的軟磁材料有硅鋼片、鑄鐵、鑄鋼等，主要用來制造電機、變壓器、電磁鐵等的鐵芯。9、交變磁通下的鐵芯損耗有磁滯損耗和渦流損耗10、磁路的基本概念和定律：安培環(huán)路定律、磁路的歐姆定律、磁路的基爾霍夫第一第二定律。11、磁路定律的應(yīng)用：簡單磁路的計算。第二節(jié)電力拖動系統(tǒng)的運動方程一、單軸電力拖動系統(tǒng)的運動方程電動機生產(chǎn)機械TemnTmT0

研究運動方程,以電動機的軸為研究對象，電動機運行時的軸受力如圖示。軸TemTLn

電力拖動系統(tǒng)正方向的規(guī)定：先規(guī)定轉(zhuǎn)速n的正方向，然后規(guī)定電磁轉(zhuǎn)矩的正方向與n的正方向相同，規(guī)定負載轉(zhuǎn)矩的正方向與n的正方向相反。上下軸TemTLn

電動機運行時的軸受力如圖示，由力學定律可知,其必須遵守下列動力學方程式:Tem-TL=JddtTem：電磁轉(zhuǎn)矩；TL：負載轉(zhuǎn)矩,N.mJ：電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，kg.m2：電動機角速度,rad/s

在工程計算中,常用n代替表示系統(tǒng)速度,用飛輪力矩GD2代替J表示系統(tǒng)機械慣性。上下m：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量，KgG：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的重量，N

：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動半徑，mD：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動直徑，mg：重力加速度=9.8m/s2Tem-TL=Jddt上下TemTLnMDGD2：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的總飛輪慣量（飛輪矩）系數(shù)375具有m/min.s量綱電力拖動系統(tǒng)的運動狀態(tài)：上下TemTLnM1、恒轉(zhuǎn)矩負載機械特性（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載特性

負載轉(zhuǎn)矩由摩擦力產(chǎn)生，其特點：大小恒定（與n無關(guān)）；作用方向與運動方向相反。nTm0Tm-Tm上下第四節(jié)生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性工作機械的機械特性：n=f(TL)（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負載特性其特點：絕對值大小恒定；作用方向與n無關(guān)，不變nTL0TL提升時：n>0,TL>0阻轉(zhuǎn)矩下放時：n<0,TL>0拖動轉(zhuǎn)矩2、變轉(zhuǎn)矩負載機械特性

負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系TL=kn2。例如通風機、水泵等，負載的性質(zhì)與氣體或液體的流速有關(guān)。nTm0風力發(fā)電機上下負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的符號相同，負載轉(zhuǎn)矩的作用方向與轉(zhuǎn)速相反。3.恒功率負載機械特性負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系TL=k/nnTL0負載功率它與n無關(guān)，稱恒功率負載。下上1、直流發(fā)電機原理（機械能->直流電能）定子（不動部件）上的勵磁繞組通過直流電流(稱為勵磁電流If)時產(chǎn)生恒定磁場（勵磁磁場，主磁場）；線圈中的電動勢及電流的方向是交變的，只是經(jīng)過電刷和換向片的整流作用，才使外電路得到方向不變的直流電。直流發(fā)電機實質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機。2、直流電動機的工作原理（動畫）:

上一張下一張在直流電動機中，加在線圈上的電流是恒定的，但產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向卻是交變的，所以在這里，經(jīng)過換向器作用將直流逆變成了交流電，是一個逆變過程。3、電機的可逆原理：一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不同而已。如果用原動機拖動電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端引出直流電動勢而作為直流電源對負載供電；如果在電刷端外加直流電壓，則電動機就可以帶動軸上的機械負載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機械能。這種同一臺電機能作電動機或作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆原理。上一張下一張3.2.2直流電機的額定數(shù)據(jù)1、額定功率PN：電機額定工作狀況下的輸出功率KW發(fā)電機是出線端輸出的電功率。PN=UNIN電動機是軸上輸出的機械功率。PN=UNIN

N2、額定電壓UN

（V）3、額定電流IN

（A）4、額定轉(zhuǎn)速nN

（rpm）上一張下一張5、勵磁方式6、額定工作制任何電機包括三大部分：定子、轉(zhuǎn)子和氣隙。電機內(nèi)部的氣隙較小，但所有電磁功率都是通過氣隙傳遞的，而且電機內(nèi)部的大部分磁場能量均集中在氣隙中，是電機的重要組成部分直流電機按勵磁方式分類他勵直流電機UUfIaIL并勵直流電機UUfIaILIf串勵直流電機UUfIaILIf復(fù)勵直流電機UIaILIf1電樞繞組電勢Ea為：n:電機轉(zhuǎn)速N:繞組總導體數(shù)p:極對數(shù)a:繞組并聯(lián)支路對數(shù)上一張下一張叫電勢常數(shù):每極磁通量書p50例3--1（二）電樞繞組總電磁力矩摩擦損耗鐵損耗附加損耗上下上下U=Ea+IaRaTem=T2+T0功率:P1=pcuf+pcu+p0+P2上下例3.2已知一臺他勵直流電動機的數(shù)據(jù)為電樞回路總電阻求額定運行時：（1）電磁轉(zhuǎn)矩；（2）輸出轉(zhuǎn)矩；（3）輸入功率；（4）效率。解：電樞感應(yīng)電動勢為電磁功率為電磁轉(zhuǎn)矩為輸出轉(zhuǎn)矩為輸入功率為效率為例3.3（+p53）、一他勵直流電動機：PN=40KW，UN=220V,IN=210A,nN=1000rpm,Ra=0.078。求額定時:P1、p;pcu、Pem、p0;T、T2、T0.解：上下UEaIaK1Rc例3.4一并勵直流電動機：PN=96KW，UN=440V,IN=255A,If=5A,nN=500rpm,Ra=0.078。求額定時:P1、p、;pcua、Pem、p0;T、T2、T0.解：上下UEaIaIfIN第一節(jié)他勵直流電動機的機械特性一.一般概念

電動機的機械特性指：電壓、磁通、電樞回路總電阻均為常數(shù)，Tem與n的關(guān)系，即n=f(Tem).有自然特性和人工特性兩種。上下1、自然機械特性nTem0n0TNnN2、人工機械特性1）電樞串電阻串電阻特性與自然特性比較，斜率變大了，n0未變2）減小磁通3）降低電樞端電壓U降低U，n0減小K不變，特性向下平移減小，n0和K都增加，特性上移，且變軟三、電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件電動機生產(chǎn)機械TemnTL

穩(wěn)定運行必須滿足Tem=TL，且能抗干擾。0nTn0TLAB

判斷電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定工作點的條件：1）電動機的機械特性與負載機械特性的交點（Tem=TL）；2）在交點處必須滿足:上下負載瞬間波動上下第二節(jié)他勵直流電動機的起動和正反轉(zhuǎn)一、直流電動機的起動電動機的起動指接通UN，轉(zhuǎn)速從n=0到n=nN起動要求：1）Tst大2）Ist小滿足Tst足夠大的條件下，盡量減少Ist上下電動機生產(chǎn)機械TemnTLUEaIaK1上下

限制Ist的方法有：降壓起動；電樞回路串電阻起動。直接起動Ist太大，須限制Ist=(2~2.5)IN二他(并)勵直流電動機的反轉(zhuǎn)Tem=CTIa改變氣隙磁通或電樞電流Ia的方向,可改變轉(zhuǎn)向電動機生產(chǎn)機械TemnTL上下具體做法：將勵磁繞組接到直流電源的倆端對調(diào)，或?qū)㈦姌欣@組接到直流電源的兩端對調(diào)。注意，若同時改變勵磁磁通及電樞電流方向，則電機轉(zhuǎn)向不變二、他勵電動機的調(diào)速方法（一）電樞串電阻調(diào)速nTTLRaR2R1ACDTem<TLn,電機開始減速.隨著n減小,EaIaTem,（二）降壓調(diào)速nTTLUNU1ACTem<TLn,電機開始減速.隨著n減小,EaIaTem,（三）減少磁通調(diào)速Tem>TLn,電機開始加速.隨著n增加,Ea上升

Ia下降

Tem

下降

,nTTLN1AC第四節(jié)他勵直流電動機的制動電動機生產(chǎn)機械TemnTL電動機生產(chǎn)機械TemnTL

電動狀態(tài)

制動狀態(tài)電動機制動的目的：停車；限速電動機制動的方法有：機械制動；電磁制動電磁制動分類：能耗制動；回饋制動；反接制動。注意：正方向是電動狀態(tài)正方向。上下電磁制動的概念：讓電動機產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁力矩來實現(xiàn)制動。

特征：電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速方向相反四、他勵電動機四象限機械特性URa+Rcn=CeCTCe2TemnTTLAn0-n0電動運行能耗制動運行倒拉反轉(zhuǎn)運行發(fā)電制動運行能耗制動電壓反接制動上下一、變壓器的用途

變壓器是一種靜止的交流電器，它可以將一個等級的交流電壓變換成另一個等級的交流電壓。五、變壓器的工作原理變壓器利用電磁感應(yīng)原理從一個電路向另外一個電路傳遞電能或信號。

變壓器的主要部件——鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動勢，各電量參考方向如圖所示。六、變壓器的額定值1.額定容量為變壓器的視在功率（用SN

表示，單位kV·A，V·A）2.額定電壓（一次和二次繞組上分別為U1N

和U2N

，單位V,kV）3.額定電流（一次和二次繞組上分別為I1N

和I2N

，單位A,

kA）單相變壓器三相變壓器4.額定頻率fN

——我國的規(guī)定為50Hz三相TR中：U1N,U2N,I1N,I2N都為線值上下第二節(jié)

變壓器的空載運行任務(wù)：分析空載運行內(nèi)部電磁關(guān)系，求等效電路。重點：空載運行時的物理過程；分析方法。一、空載運行含義

變壓器原繞組接通電源，副繞組開路的工作狀態(tài)。+-

原邊：接電源一側(cè)。稱初級側(cè)、一次側(cè)。

副邊：接負載一側(cè)。稱次級側(cè)、二次側(cè)。原邊不一定是高壓邊。上下注意!ZL′r1jx1rmjxm+-r2′jx2′′′′+-輸入：S1=U1I1；P1=U1I1cos1電磁功率：Sem=E2′I2′；Pem=E2′I2′cos2=E2I2cos2輸出：S2=U2I2；P2=U2′

I2′

cosL=U2I2cosL原邊銅耗：pcu1=I12r1

；副邊銅耗：pcu2=I2′2

r2′

=I22r2

鐵耗：pFe=Im2rm

；上下4、型等效電路ZL′r1jx1rmjxm+-r2′jx2′′′′+-ZL′r1jx1rmjxm+-r2′jx2′′′′+-上下2、三相繞組的連接方法Y、D（）接兩種Y接，將末端連在一起接，將三相繞組串聯(lián)在一起三相繞組連接的表達方式：Y,d;Y0,d;Y,y等一次邊連接方法,二次邊連接方法0：表示中線國標：Y,d;D,d;YN,yn等表示N(n)：表示中線上下U1V1W1U2V2W2U1V1W1U2V2W2電勢頻率或二、繞組基本知識極距是指每一磁極所占定子內(nèi)圓周的距離，即有

節(jié)距y是指線圈兩有效邊之間的距離。單層繞組是整距繞組，即有y=τ每極每相槽數(shù)q是指一個磁極

下一相繞組所占有的槽數(shù)，即有：每極每相槽數(shù)q=總槽數(shù)Z2pmm：相數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場由旋轉(zhuǎn)磁動勢決定，這個旋轉(zhuǎn)磁動勢實際上是由單相繞組磁動勢合成的一、單相繞組的脈振磁動勢

脈振磁動勢（單相）與旋轉(zhuǎn)磁動勢（三相）諧波次數(shù)越高，其幅值就越小。為了改善波形，除基波以外，考慮消除三、五、七次諧波，由于三次諧波及三的倍數(shù)次諧波在繞組連接成三相對稱繞組時就已相互抵消，而五、七次諧波可通過短距和分布繞組來基本消除。因此當連成三相繞組后，只考慮基波磁勢就可以了。

一個脈振磁勢可以分解為兩個幅值相等，轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反的兩個旋轉(zhuǎn)磁勢，它們的幅值是原脈振磁勢最大幅值的一半。結(jié)論：1、單相繞組的磁動勢是一種在空間位置固定、幅值隨時間變化的脈振磁動勢；幅值位置始終在繞組的軸線處。FΦA(chǔ)XXAFA1+-2、F1可分解為兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)波，幅值為F1一半。上下it0AX3、基波磁動勢的幅值最大，諧波次數(shù)愈高，幅值愈小。結(jié)論：1、三相對稱繞組通入對稱交流電流，在空間產(chǎn)生基波磁勢合成F1是旋轉(zhuǎn)磁勢，振幅為單相脈振磁勢的3/2倍。2、F1的旋轉(zhuǎn)方向與通電相序一致：順序轉(zhuǎn)向為：ABC

3、F1的轉(zhuǎn)速：電流頻率極對數(shù)上下4、三相電流哪相電流最大時，合成基波磁勢的振幅也恰好位于該相繞組的軸線處。三、產(chǎn)生圓形磁勢的條件端點軌跡為圓的空間磁勢。產(chǎn)生圓形磁勢的條件：1、對稱繞組通入對稱交流電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)圓形磁勢；旋轉(zhuǎn)方向與通電相序一致。

常見：三相對稱繞組通入三相對稱電流（互差120）；或兩相對稱繞組通入兩相對稱電流（互差90），產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)圓形磁勢。上下2、對稱繞組通入有相位差的非對稱交流電流；或非對稱繞組通入對稱交流電流，產(chǎn)生橢圓旋轉(zhuǎn)磁勢。3、繞組通入無相位差的交流電流產(chǎn)生脈振磁勢。ABCiAiBiC脈振磁勢ABCiAiBiC圓形磁勢上下AB電容iAiB~u

旋轉(zhuǎn)磁勢，若電流差90o為圓形磁勢。上下三相基波合成磁動勢這是一個振幅為單相基波磁勢振幅的3/2倍，在空間按正弦規(guī)律分布且隨時間向+x方向前進的旋轉(zhuǎn)磁勢波。1.轉(zhuǎn)動原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉(zhuǎn)子導體右手定則感應(yīng)電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF二、異步電動機的工作原理電生磁：三相對稱繞組通往三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導體感應(yīng)電動勢和電流。電磁力：轉(zhuǎn)子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機械能。異步電動機運行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。

由前面分析可知，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機例1：一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速n=975r/min，電源頻率f1=50Hz，空載轉(zhuǎn)差率為0.003。試求電動機的極對數(shù)、空載轉(zhuǎn)速和額定負載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n1=1000r/min,即額定轉(zhuǎn)差率為p=3空載轉(zhuǎn)速為三、轉(zhuǎn)差率與三種運行狀態(tài)三、異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)及應(yīng)用額定功率PN：電動機軸的輸出機械功率。額定電壓UN

：定子線電壓。額定電流IN：定子線電流。額定頻率fN、額定轉(zhuǎn)速nN

等。銘牌上還標明繞組的相數(shù)與接法、絕緣等級及允許溫升等。繞線式電機還標轉(zhuǎn)子的額定電動勢及額定電流。4、相量圖′r1jx1rmjxm+-r2′jx2′′′+-輸入：P1=m1U1I1cos1電磁功率：Pem=m1E2′I2′cos2=m1

I2′2

(r2′/s)產(chǎn)生的總機械功率：定子銅耗：pcu1=m1I12r1

；鐵耗：pFe=m1Im2rm

；一、異步電動機的功率關(guān)系′r1jx1rmjxm+-r2′jx2′′′+-三相電機m1=3轉(zhuǎn)子銅耗：pcu2=m1I2′2

r2′

=sPem

輸出功率：P2=Pmec-pmec-ps

=Pmec-p0

′r1jx1rmjxm+-r2′jx2′′′+-摩擦損耗附加損耗空載損耗功率功率流程圖：P2P1pcu1PempFepcu2Pmecp0

二、異步電動機的轉(zhuǎn)矩關(guān)系電動機生產(chǎn)機械TemnTL=T2+T0

穩(wěn)定運行必須滿足受力平衡。1、轉(zhuǎn)矩平衡方程Tem=TL=T2+T0其中T0=Tmec+Ts摩擦損耗轉(zhuǎn)矩附加損耗轉(zhuǎn)矩2、電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子機械角速度：磁場同步角速度：2、輸出轉(zhuǎn)矩、空載轉(zhuǎn)矩三、電磁轉(zhuǎn)矩公式例、一三相籠型異步電動機Y，PN=7.5KW,UN=380V,f1=50Hz,nN=960rpm,cos1N=0.824,pcu1N=474W,pFe=231W,p0=82.5W.當額定運行時求：1)sN;2)f2;3)Pmec;4)pcu2;5)P1;6)N;7)I1N;8)T2N;9)T0;10)Tem;11)轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁場相對于轉(zhuǎn)子的速度n2;相對于定子的速度n2′。解：n1=1000rpm,sN=(n1-nN)/n1=0.04,f2=sf1=2Hz,Pmec=PN+p0=7.5825KW,Pem=Pmec/(1-s)=7898.4W,pcu2=sPem=316W,P1=Pem+pFe+pcu1N

=8603.4W,N=P2/P1=87.2%,T2N=P2N/N=74.61Nm,T0=p0/N=0.82Nm,Tem=Pmec/N=Pem/1=75.43Nm,n2=sn1=40rpm,n2′=n+n2=1000rpm第五節(jié)異步電動機的調(diào)速一、調(diào)速方法1、變極調(diào)速；2、變頻調(diào)速；3、變轉(zhuǎn)差率S調(diào)速1)改變定子電壓U1調(diào)速；2)在定子繞組中串入阻抗，改變Z1調(diào)速；3)在繞線式，轉(zhuǎn)子繞組中串入電阻，改變r2調(diào)速；4)在繞線式，轉(zhuǎn)子繞組中串入f2=sf1的外加電動勢，叫串級調(diào)速。例:計算一臺籠型轉(zhuǎn)子異步電動機的固有特性。電動機的銘牌數(shù)據(jù):PN=60kW,UN=220V,nN=720r/min,λ=2.2.解:(1)電動機額定轉(zhuǎn)矩為:(2)最大轉(zhuǎn)矩為:(4)臨界轉(zhuǎn)差率為:(3)額定轉(zhuǎn)差率為:(5)固有機械特性為:取不同的s值,得出對應(yīng)的Tem值,可繪出固有機械特性曲線。第六節(jié)異步電動機的制動電動機生產(chǎn)機械TemnTL電動機生產(chǎn)機械TemnTL

電動狀態(tài)

制動狀態(tài)電動機制動的目的：停車；限速。電動機制動的方法有：機械制動；電磁制動。電磁制動分：能耗制動；發(fā)電制動；反接制動。習題課1、三相四極異步機，P1=10.7KW,pcu1=450W,pFe=200W,s=0.029求：Pem，Pmec,pcu2,Tem.2、三相異步機，PN=260KW,UN=380V,nN=722rpm,m=2.13,求：sm;s=0.02時，Tem；0.8TN,時n=?3、三相繞線異步機，U1N/U2N=380/21