電機與電力拖動期末重點復習點及習題

磁路知識點：1、若設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強度的方向，這樣的曲線叫做磁感應線或磁力線。2、磁力線總是閉合的，且圍繞著產生它的電流，其方向與產生它的電流方向滿足右手螺旋定則。3、若磁場內各點的磁感應強度大小相等，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向量的通量稱為磁通，由

可知磁感應強度又稱為磁通密度。5、磁場強度H與磁感應強度B的區(qū)別和聯系。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。7、鐵磁材料根據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)定轉速n的正方向，然后規(guī)定電磁轉矩的正方向與n的正方向相同，規(guī)定負載轉矩的正方向與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：電磁轉矩；TL：負載轉矩,N.mJ：電動機軸上的總轉動慣量，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)轉動部分的質量，KgG：系統(tǒng)轉動部分的重量，N

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

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

負載轉矩與轉速成平方關系TL=kn2。例如通風機、水泵等，負載的性質與氣體或液體的流速有關。nTm0風力發(fā)電機上下負載轉矩與轉速的符號相同，負載轉矩的作用方向與轉速相反。3.恒功率負載機械特性負載轉矩與轉速成反比關系TL=k/nnTL0負載功率它與n無關，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，但產生的電磁轉矩方向卻是交變的，所以在這里，經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，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，從而把電能轉變成機械能。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直流電機的額定數據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、轉子和氣隙。電機內部的氣隙較小，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復勵直流電機UIaILIf1電樞繞組電勢Ea為：n:電機轉速N:繞組總導體數p:極對數a:繞組并聯支路對數上一張下一張叫電勢常數: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據為電樞回路總電阻求額定運行時：（1）電磁轉矩；（2）輸出轉矩；（3）輸入功率；（4）效率。解：電樞感應電動勢為電磁功率為電磁轉矩為輸出轉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，Tem與n的關系，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一、直流電動機的起動電動機的起動指接通UN，轉速從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Tem=CTIa改變氣隙磁通或電樞電流Ia的方向,可改變轉向電動機生產機械TemnTL上下具體做法：將勵磁繞組接到直流電源的倆端對調，或將電樞繞組接到直流電源的兩端對調。注意，若同時改變勵磁磁通及電樞電流方向，則電機轉向不變二、他勵電動機的調速方法（一）電樞串電阻調速nTTLRaR2R1ACDTem<TLn,電機開始減速.隨著n減小,EaIaTem,（二）降壓調速nTTLUNU1ACTem<TLn,電機開始減速.隨著n減小,EaIaTem,（三）減少磁通調速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機械TemnTL電動機生產機械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：讓電動機產生一個與旋轉方向相反的電磁力矩來實現制動。

特征：電磁轉矩T與轉速方向相反四、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系。在一次繞組中加上交變電壓，產生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應電動勢，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：分析空載運行內部電磁關系，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。稱初級側、一次側。

副邊：接負載一側。稱次級側、二次側。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q是指一個磁極

下一相繞組所占有的槽數，即有：每極每相槽數q=總槽數Z2pmm：相數。旋轉磁場由旋轉磁動勢決定，這個旋轉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）與旋轉磁動勢（三相）諧波次數越高，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，轉速相同，轉向相反的兩個旋轉磁勢，它們的幅值是原脈振磁勢最大幅值的一半。結論：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。FΦAXXAFA1+-2、F1可分解為兩個轉向相反的旋轉波，幅值為F1一半。上下it0AX3、基波磁動勢的幅值最大，諧波次數愈高，幅值愈小。結論：1、三相對稱繞組通入對稱交流電流，在空間產生基波磁勢合成F1是旋轉磁勢，振幅為單相脈振磁勢的3/2倍。2、F1的旋轉方向與通電相序一致：順序轉向為：ABC

3、F1的轉速：電流頻率極對數上下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、產生圓形磁勢的條件端點軌跡為圓的空間磁勢。產生圓形磁勢的條件：1、對稱繞組通入對稱交流電流，產生旋轉圓形磁勢；旋轉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），產生旋轉圓形磁勢。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，產生橢圓旋轉磁勢。3、繞組通入無相位差的交流電流產生脈振磁勢。ABCiAiBiC脈振磁勢ABCiAiBiC圓形磁勢上下AB電容iAiB~u

旋轉磁勢，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方向前進的旋轉磁勢波。1.轉動原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉子導體右手定則感應電動勢E20旋轉磁場感應電流I2旋轉磁場左手定則電磁力FF電磁轉矩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生圓形旋轉磁場。磁生電：旋轉磁場切割轉子導體感應電動勢和電流。電磁力：轉子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，將電能轉化為機械能。異步電動機運行中:轉子轉速亦可由轉差率求得轉差率s

旋轉磁場的同步轉速和電動機轉子轉速之差與旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率。

由前面分析可知，電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但轉子轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速相等，即異步電動機例1：一臺三相異步電動機，其額定轉速n=975r/min，電源頻率f1=50Hz，空載轉差率為0.003。試求電動機的極對數、空載轉速和額定負載下的轉差率。解：根據異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉速的關系可知：n1=1000r/min,即額定轉差率為p=3空載轉速為三、轉差率與三種運行狀態(tài)三、異步電動機的銘牌數據及應用額定功率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、額定轉速nN

等。銘牌上還標明繞組的相數與接法、絕緣等級及允許溫升等。繞線式電機還標轉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系′r1jx1rmjxm+-r2′jx2′′′+-三相電機m1=3轉子銅耗：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、異步電動機的轉矩關系電動機生產機械TemnTL=T2+T0

穩(wěn)定運行必須滿足受力平衡。1、轉矩平衡方程Tem=TL=T2+T0其中T0=Tmec+Ts摩擦損耗轉矩附加損耗轉矩2、電磁轉矩轉子機械角速度：磁場同步角速度：2、輸出轉矩、空載轉矩三、電磁轉矩公式例、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)轉子電流產生的磁場相對于轉子的速度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)異步電動機的調速一、調速方法1、變極調速；2、變頻調速；3、變轉差率S調速1)改變定子電壓U1調速；2)在定子繞組中串入阻抗，改變Z1調速；3)在繞線式，轉子繞組中串入電阻，改變r2調速；4)在繞線式，轉子繞組中串入f2=sf1的外加電動勢，叫串級調速。例:計算一臺籠型轉子異步電動機的固有特性。電動機的銘牌數據:PN=60kW,UN=220V,nN=720r/min,λ=2.2.解:(1)電動機額定轉矩為:(2)最大轉矩為:(4)臨界轉差率為:(3)額定轉差率為:(5)固有機械特性為:取不同的s值,得出對應的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機械TemnTL電動機生產機械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