電機與拖動基礎復習(2011)

1、一、直流電機原理1電樞反應：直流電機在主極建立了主磁場，當電樞繞組中通過電流時，產(chǎn)生電樞磁動勢，也在氣隙中建立起電樞磁場。這時電機的氣隙中形成由主極磁場和電樞磁場共同作用的合成磁場。這種由電樞磁場引起主磁場畸變的現(xiàn)象稱為電樞反應。2 直流電機的勵磁方式： 3直流電機的電樞電壓方程和電動勢：直流電機電磁轉矩4直流電動機功率方程5直流電機工作特性6自勵發(fā)電方式能否建立空載電壓是有三個條件（1）電機必須有剩磁，如果沒有須事先進行充磁；（2）勵磁繞組的極性必須正確，也就是勵磁繞組與電樞并聯(lián)時接線要正確；（3）勵磁回路的電阻不能太大，即其伏安特性的斜率U/If 不能太陡，否則如果伏安特性的斜率太陡，與發(fā)

2、電機空載特性交點很低或無交點，就無法建立空載電壓。總之，自勵發(fā)電機的運行首先要在空載階段建立電壓，然后才能帶負載運行。 7他勵直流發(fā)電機的外特性隨著電流的增大，其輸出電壓下降。這是因為： 隨著發(fā)電機的負載增加，其電樞反應的去磁效應增強，使每極磁通量減小，導致電樞電動勢下降。 電樞回路電阻上的電壓將隨著電流上升而增大，使發(fā)電機的輸出電壓下降。8效率他勵直流發(fā)電機帶負載運行時，其損耗中僅電樞回路的銅耗與電流 Ia 的平方成正比，稱為可變損耗；其他部分損耗與電樞電流無關，稱為不變損耗。當負載較小時，Ia 也較小，此時發(fā)電機的損耗是以不變損耗為主，但因輸出功率小而效率低；隨著負載增加，P2增大而效率上

3、升，當可變損耗與不變損耗相等時效率達到最大值。二、直流電機拖動1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)。2生產(chǎn)機械的負載轉矩特性：3拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件: Te=TL且4他勵直流電動機的機械特性5人為機械特性（

4、1）改變電樞電壓 （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6 他勵直流電動機的起動起動瞬間轉速n=0，電動勢Ea=Cen=0，最初起動電流。若直接起動，由于Ra很小，Ist會達到十幾倍 甚至幾十倍的額定電流，造成電機無法換向，同時也會過熱，因此不能直接起動。一般直流電動機拖動負載順利起動的條件是： 1)限制Ist（Ist l IN， l 為電機的過載倍數(shù)）； 2) Tst （1.11.2）TN ； 3) 起動設備簡單、可靠。（1）電樞回路串電阻起動（2）減壓起動7 他勵直他

5、勵直流電動機的調速調速范圍、靜差率、平滑性（1）串電阻調速（2） 調電壓調速（3） 弱磁調速8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 正向回饋制動在調壓調速系統(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9他勵直流電動機的四象限運行三、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

6、 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)過折算后，變壓器的基本方程式變?yōu)?分析變壓器內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 變壓器帶負載時的相量圖7 變壓器的參數(shù)測定(1) 空載試驗調壓器TC加上工頻的正弦交流電源，調節(jié)調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

7、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 Uk 、短路電流 Ik 和短路損耗Pk ，并記錄試驗時的室溫（）。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）Pk 可認為完全消耗在繞組的電阻損耗上，即 P k pCu 。由簡化等效電路，根據(jù)測量結果，取 Ik 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變壓器

8、的效率特性變壓器的總損耗為短路損耗（銅損耗）Pk 空載損耗 P0 變壓器效率的實用計算公式當可變損耗與不變損耗相等時，效率達最大值10 三相變壓器繞組的聯(lián)結法判別11三相變壓器的并聯(lián)運行并聯(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應相等；2）并聯(lián)運行的各臺變壓器的聯(lián)結組號必須相同；3）并聯(lián)運行的各臺變壓器的短路阻抗（或阻抗電壓）的相對值要相等。四、異步電機原理1 單相電樞繞組的磁動勢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旋轉行波； (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，改變三

9、相繞組的相序即可改變旋轉磁場的方向； (3)旋轉磁場的轉速n1與電源頻率f1、電機極對數(shù)np之間保持嚴格的關系，即 3異步電動機的轉差率：4異步電動機的電磁關系5三相異步電動機單相等效電路6相量圖虛擬電阻的損耗，實質上表征了異步電動機的機械功率7異步電動機的功率9異步電動機的電磁轉矩與每極磁通和轉子電流有功分量的乘積成正比10 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

10、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 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。五、交流電機拖動1 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

11、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定性地分析 Te 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。2 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。）最大轉矩對應的轉差率保持不變（4）轉子回路串三相對稱電阻的人為機械特性特點：（）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3 異步電動機的起動

12、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sEr0=Er0，比正常運行時（s = 0.010.05）的電動勢值大20倍，則此時轉子電流Ir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sXr0Rr，使得轉子內的功率因數(shù)cos2很小，所以盡管起動時轉子電流Ir 很大，但其有

13、功分量Ircos2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Es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（B）自耦降壓起動電動機端電壓: Us=U2 = 定子電流:Is=I2= 從電網(wǎng)上吸取的電流:I1 =Ist起動轉矩與起動電流降低同樣的倍數(shù)。 (3)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，如果阻值選擇合適，可以既增大起動轉矩，又減小起動電流，兩種矛盾都能得到解決。轉子串接電阻起動方法在起動時，在轉子繞組中串接適當?shù)钠饎与娮?，以減小起動電流，增加起動轉矩。待轉速基本穩(wěn)定時，將起動電阻