電機拖動復(fù)習(xí)資料

期末復(fù)習(xí)5-11解：1）全壓起動時的Ist和Tst：2）若采用串電抗器起動，則可見串電抗器后不能滿足起動轉(zhuǎn)矩的要求，不能采用。3）若采用Y/△起動

<1250故不能采用Y/△起動。4）若采用自耦變壓器起動：應(yīng)滿足：即：取標(biāo)準(zhǔn)抽頭：55%5-27解：同例5-6

1）上升轉(zhuǎn)速

2）

考試注意事項記得帶正確的書本，否則考試就沒法通過！考試題型1.填空題——16個空，16分2.判斷題——10題，10分3.選擇題——8題，16分4.簡答題——3題，18分5.計算題——3大題，40分一、直流電機的重點知識關(guān)鍵名詞1.電樞2.電磁轉(zhuǎn)矩，電樞電動勢，電磁功率3.基本運行方程式關(guān)鍵知識點1.直流電機的優(yōu)缺點和用途2.直流電機的工作原理和基本結(jié)構(gòu)3.直流電機的銘牌4.直流電機的運行原理第一章直流電機直流電機是電能和機械能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)電機之一。直流發(fā)電機：機械能——直流電能直流電動機：直流電能——機械能直流電動機具有良好的調(diào)速性能、較大的起動轉(zhuǎn)矩和過載能力等很多優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，運行維護較困難。主要應(yīng)用于起動和調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機械中，如金屬切削機床，軋鋼機、電力機車、起重機、造紙及紡織行業(yè)等機械中。直流電機的優(yōu)缺點1、直流電機的電勢波形較好，對電磁干擾的影響小。2、直流電機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。3、直流電機過載能力較強，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大。4、直流電機換向困難，還會產(chǎn)生火花，壽命短，要經(jīng)常維護，價格也貴一些所以很多地方都用交流電機取代了。電樞——電機的樞紐電樞：在電機實現(xiàn)機械能與電能相互轉(zhuǎn)換過程中，起關(guān)鍵和樞紐作用的部件。對于發(fā)電機來說，它是產(chǎn)生電動勢的部件，如直流發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子，交流發(fā)電機中的定子對于電動機來說，它是產(chǎn)生電磁力的部件，如直流電動機中的轉(zhuǎn)子。二、直流電機的基本結(jié)構(gòu)靜止部分:定子旋轉(zhuǎn)部分:轉(zhuǎn)子中間有氣隙電磁方面：產(chǎn)生磁場和構(gòu)成磁路。機械方面：整個電機的支撐。作用主要部件：磁極、機座、換向極、電刷、軸承、端蓋等作用感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換主要部件：電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸承和風(fēng)扇等三、直流電機的銘牌數(shù)據(jù)電機型號銘牌數(shù)據(jù)主要有：額定功率額定電壓額定電流額定轉(zhuǎn)速額定勵磁電流勵磁方式出廠數(shù)據(jù)如出廠編號、出廠日期等重點掌握類比于名片直流電機的銘牌數(shù)據(jù)Z2—72

一般用途直流電機

第二次改型設(shè)計

機座號

電樞鐵心長度1、電機型號1號為短鐵心，2號為長鐵心1號最小，12號最大型號表明電機所屬的系列及主要特性。知道了型號，可從相關(guān)手冊中查出電機的許多技術(shù)數(shù)據(jù)。2、額定值(1)額定功率PN

PN(kw)是指在規(guī)定的工作條件下，長期運行允許輸出的功率。對于發(fā)電機來說，是指正負電刷之間輸出的電功率；對于電動機，則是指軸上輸出的機械功率。(2)額定電壓ＵN

UN(V)對發(fā)電機來說，是指在額定電流下輸出額定功率時的端電壓；對電動機來說，是指所規(guī)定的正常工作時，加在電動機兩端的直流電源電壓。(3)額定電流IN

IN(A)是直流電機正常工作時輸出或輸入的最大電流值。對于發(fā)電機，三個額定值之間的關(guān)系為PN=UNIN

對于電動機，三個額定值之間的關(guān)系為PN=UN·IN·

N

(4)額定轉(zhuǎn)速nNnN(r/min)是指電機額定運行時的轉(zhuǎn)速。額定效率；

N=（PN/P1）*%額定功率，額定電壓，額定電流的作用是什么呢？如何根據(jù)相應(yīng)的銘牌數(shù)據(jù)，來選擇驅(qū)動電動機的電源？如何根據(jù)相應(yīng)的銘牌數(shù)據(jù)，來選擇發(fā)電機的可帶的負載？3、勵磁方式直流電機運行性能與勵磁方式密切相關(guān)，因此直流電機的分類以勵磁方式分類電樞繞組與勵磁繞組并聯(lián)電樞繞組與勵磁繞組串聯(lián)勵磁繞組單獨供電有并勵又有串勵繞組第三節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢一、電磁轉(zhuǎn)矩T——對應(yīng)電動機在直流電機中,電磁轉(zhuǎn)矩T是由電樞電流與磁場相互作用而產(chǎn)生的電磁力所形成的。經(jīng)推導(dǎo)電磁轉(zhuǎn)矩可用下式來表示：

T＝CT

Ia

式中ＣT——轉(zhuǎn)矩常數(shù)；ＣT=Np/(2

a)取決于電機的結(jié)構(gòu)，即在制成的電機中，p、N（電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)）、

a均為定值；

——每極下的合成磁通(Wb)；(讀音:fai4聲)

當(dāng)Ia為(A)時,電磁轉(zhuǎn)矩單位為N.m?？梢妼σ阎瞥傻碾姍C,電磁轉(zhuǎn)矩T正比于氣隙每極磁通

及電樞電流Ia。重點掌握轉(zhuǎn)矩定義使機械元件轉(zhuǎn)動的力矩稱為轉(zhuǎn)動力矩，簡稱轉(zhuǎn)矩電機的額定轉(zhuǎn)矩表示額定條件下電機軸端輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩等于力與力臂或力偶臂的乘積第三節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢二、電樞電動勢Ea——對應(yīng)發(fā)電機在直流電機中,感應(yīng)電動勢是由于電樞繞組和磁場之間的相對運動,即導(dǎo)線切割磁力線而產(chǎn)生的。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可推得：

Ea＝Ce

n式中Ce——電動勢常數(shù)，Ce＝Np/(60a)。取決于電機的結(jié)構(gòu)

當(dāng)每極磁通

、轉(zhuǎn)速n的單位分別是Wb、r/min時,電樞電動勢的單位為V。

可見：對已制成的電機,Ea正比于每極磁通

和轉(zhuǎn)速n；另：轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT與電勢常數(shù)Ce之間有固定的比值關(guān)系：

CT／Ce＝(N·p/2

a)/(N·p/60a)=9.55重點掌握例1-6一臺直流發(fā)電機，2p=4，電樞繞組為單疊繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N=216，額定轉(zhuǎn)速nN=1469r/min，每極磁通Φ=2.2×10-2Wb，求：

1）此發(fā)電機電樞繞組的感應(yīng)電動勢。2）此發(fā)電機若作為電動機使用，當(dāng)電樞電流為800A時，能產(chǎn)生多大電磁轉(zhuǎn)矩？解先求出電動勢常數(shù)Pem=EaIa=(pN/60a)

nIa=(pN/2

a)

Ia(2

n/60)=T

第三節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢三、電磁功率Pem

對電動機而言電動勢Ea是反電動勢，電源電壓U必須大于電動勢Ea把電流Ia灌入。從上式的推導(dǎo)過程可見，電動勢Ea與電樞電流Ia的乘積是電功率屬性的電磁功率Pem，經(jīng)過電磁作用轉(zhuǎn)換為等量的機械功率屬性的電磁功率Pem，所以Pem是機電能量轉(zhuǎn)換的橋梁。

為角速度橋梁電功率屬性機械功率屬性Pem重點掌握第四節(jié)直流電動機的運行原理一、直流電動機的基本方程式他勵直流電動機的結(jié)構(gòu)示意圖及電路圖電動機慣例：Ea與Ia反向,T與n同方向TL與n反方向電動機穩(wěn)定運行時的基本方程式：電動勢平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、功率平衡方程式一、直流電動機的基本方程式1、電動勢平衡方程式根據(jù)電路的基爾霍夫定律可以寫出電樞回路的電動勢平衡方程式：

U=Ea＋IaRa

式中Ra——電樞回路總電阻

Ia——他勵電動機Ia=I；并勵電動機Ia=I-If對于電動機：U>Ea，Ea與Ia反方向重點掌握一、直流電動機的基本方程式2、功率平衡方程式

電機在機電能量轉(zhuǎn)換中，一部分能量不能被利用，這部分能量稱為損耗。直流電機的損耗可分為：

pm：由各類摩擦引起的機械損耗

pFe：鐵心損耗(磁滯與渦流之和)pcua：電樞回路銅耗pcua=Ia2Rapf：勵磁回路銅耗pf（=UIf=RfIf2）；ps：附加損耗空載損耗p0即不變損耗因此，功率平衡方程式，就是扣除損耗的過程。——可變損耗重點掌握一、直流電動機的基本方程式2、功率平衡方程式

P1=UI=UIa=(Ea＋IaRa)Ia=EaIa＋Ia2Ra=Pem＋pcua上式說明：當(dāng)他勵直流電動機接上電源U時,電樞繞組中流過電流Ia,電網(wǎng)向電動機輸入的電功率P1=UI=UIa中的小部份消耗于電樞銅耗，大部份作為電磁功率轉(zhuǎn)換成了機械功率。但轉(zhuǎn)變成機械屬性的Pem還要扣除鐵耗、機械損耗、附加損耗才是輸出的機械功率P2

P2=Pem－pFe－pm－ps=Pem－p0

一、直流電動機的基本方程式2、功率平衡方程式

注意：他勵電動機的勵磁銅耗pf由其他電源提供。而并勵電動機的pf由同一電源提供，所以并勵電動機的功率平衡方程式中還應(yīng)包括勵磁銅耗pf。上述的功率平衡關(guān)系可用功率流程圖形象的表示：一、直流電動機的基本方程式3、轉(zhuǎn)矩平衡方程式由：P2/

=Pem/

-p0/

得：T2=T-T0或T=T2+T0T2—電動機軸上輸出的機械轉(zhuǎn)矩。它與軸上所帶的負載轉(zhuǎn)矩TL

相平衡,即T2=TL。T0—電動機空載轉(zhuǎn)矩,與轉(zhuǎn)向相反；由空載損耗產(chǎn)生,數(shù)值很小。

電動機穩(wěn)定運行時，拖動性質(zhì)的T與制動性質(zhì)的TL+

T0相平衡電動機轉(zhuǎn)矩的常用計算公式：負載轉(zhuǎn)矩：T2=P2/

=P2/(2n/60)=9.55P2/n(N·m)在額定情況下,TN=9.55×PN/nN

(N·m)同理：T=9.55Pem/n(N·m)重點掌握例1-7一臺他勵直流電機接在220V電網(wǎng)上運行，已知，求：1）此電機是發(fā)電機運行還是電動機運行？2）電磁轉(zhuǎn)矩、輸入功率和效率各為多少？解1）判斷一臺直流電機是何種運行狀態(tài)，可比較電樞電動勢和端電壓的大小，即因為故此電機是電動機運行狀態(tài)。

2）求

根據(jù)

則

電磁轉(zhuǎn)矩輸入功率輸出功率效率例1-8一臺Z2-17型直流電動機，額定數(shù)據(jù)為：空載時測得電流為10A。求：

1）空載損耗（忽略空載銅耗）。2）空載轉(zhuǎn)矩。3）額定負載下的電磁轉(zhuǎn)矩。解1）空載損耗

2）空載轉(zhuǎn)矩3）額定負載下的電磁轉(zhuǎn)矩二、直流電動機的工作特性直流電動機的工作特性是指U=UN=常數(shù),電樞回路不串入附加電阻,勵磁電流If=IfN時,電動機的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率

與輸出功率P2之間的關(guān)系,即：當(dāng)P2P1IIa所以，工作特性也可看成n、T、與Ia的關(guān)系。二、直流電動機的工作特性1、轉(zhuǎn)速特性當(dāng)電機軸上的機械負載增大時,輸出的機械功率P2隨之增大,輸入功率P1和電樞電流Ia也隨之增加,電樞電阻壓降增大,使轉(zhuǎn)速n降低。但隨著電樞電流的增加,電樞反應(yīng)的去磁作用使氣隙磁通減小,又使轉(zhuǎn)速n上升。一般情況,電樞電阻壓降的影響較大,所以,轉(zhuǎn)速特性是一條略微向下傾斜的曲線,

如曲線1所示。二、直流電動機的工作特性2、轉(zhuǎn)矩特性T=T2+T0=9.55P2/n+T0如果n不變,則輸出轉(zhuǎn)矩T2與P2成正比關(guān)系。T2=f(P2)特性曲線是一條過坐標(biāo)原點的直線。考慮到P2增大時,n略有下降,故T2=f(P2)曲線呈略為上翹趨勢。而T=f(P2)特性曲線與比T=f(P2)曲線高一個空載轉(zhuǎn)矩T0,如圖所示的曲線2。二、直流電動機的工作特性3、效率特性當(dāng)P2從零,Ia值很小,可變損耗Ia2Ra很小,電機損耗以不變損耗p0為主，損耗小。這樣,輸出功率P2的增大比P1增大的快，效率

上升很快。隨后因可變損耗Ia2Ra隨電流按平方關(guān)系增大，使總損耗的增加很快,P2的增大比P1增大的慢，效率有所下降，如圖曲線3所示?？梢娦是€存在最大值，電機在空載、輕載時效率低,因此在使用和選擇電機上應(yīng)盡量使電機工作在高效率的區(qū)域。

二、直流電動機的電力拖動的重點知識關(guān)鍵名詞1.固有機械特性2.人為機械特性關(guān)鍵知識1.他勵電動機的起動和反轉(zhuǎn)2.他勵電動機的制動3.他勵電動機的調(diào)速第二章直流電動機的電力拖動凡是由電動機拖動生產(chǎn)機械，并完成一定工藝要求的系統(tǒng)，都稱為電力拖動系統(tǒng)。生產(chǎn)機械稱為電動機的負載。電力拖動系統(tǒng)一般構(gòu)成如圖所示。本章首先介紹電力拖動系統(tǒng)的運動方程式，然后介紹電動機和生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)矩特性，最后主要研究他勵電動機應(yīng)用的四大問題——起動、反轉(zhuǎn)、制動、調(diào)速第二節(jié)生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性不同生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩TL隨轉(zhuǎn)速n變化規(guī)律不同，用負載轉(zhuǎn)矩特性來表征，即n=f(TL)。各種生產(chǎn)機械的特性大致可分為以下三種類型恒轉(zhuǎn)矩負載特性

恒功率負載特性

通風(fēng)機型負載特性

恒轉(zhuǎn)矩負載特性TL=常數(shù)，與轉(zhuǎn)速n無關(guān)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載特性位能性恒轉(zhuǎn)矩負載特性負載轉(zhuǎn)矩的方向始終與生產(chǎn)機械運動的方向相反，總是阻礙電動機的運轉(zhuǎn)，如軋鋼機、機床的平移機構(gòu)、電力機車等。當(dāng)下放重物時負載轉(zhuǎn)矩變?yōu)轵?qū)動轉(zhuǎn)矩，其作用方向與電動機旋轉(zhuǎn)方向相同，促使電動機旋轉(zhuǎn)。起重設(shè)備提升重物時，負載轉(zhuǎn)矩TL為阻力矩，與電動機旋轉(zhuǎn)方向相反位能性負載轉(zhuǎn)矩由重力作用產(chǎn)生，其大小和方向始終不變恒功率負載特性通風(fēng)機型負載特性

PL=常數(shù),TL=9.55P/nTL=Kn2

例：車床切削粗加工時,切削量大(TL大)，用低速檔；精加工時，切削量小(TL小)，用高速檔如電扇、水泵、油泵等

注意：以上三類是典型的負載特性，實際生產(chǎn)機械的負載特性常為幾種類型負載的綜合。

第三節(jié)他勵直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性就是指在穩(wěn)定運行情況下，電動機的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即n=f(T)。機械特性是電動機的主要特性，是分析電動機起動、調(diào)速、制動等問題的重要工具。下面以他勵直流電動機為例討論機械特性。他勵直流電動機的機械特性理想空載轉(zhuǎn)速機械特性的斜率轉(zhuǎn)速降斜率β越小，特性越平，稱為硬特性。反之稱為軟特性機械特性曲線實際空載轉(zhuǎn)速一般表達式他勵電動機的接線圖一、他勵直流電動機的機械特性1、他勵電動機的固有機械特性U=UN、Φ=ΦN，Rpa=0的機械特性稱固有機械特性Rpa=0,Ra很小，

=

N數(shù)值最大，機械特性斜率β最小，他勵直流電動機的固有機械特性是硬特性。一、他勵直流電動機的機械特性2、人為機械特性如果人為地改變固有機械特性中的氣隙磁通

、電源電壓Ｕ和電樞回路電阻Rpa中的任意一個參數(shù)，這樣的機械特性稱為人為機械特性。（1）電樞回路串電阻時的人為機械特性斜率β

增加電阻增加n0不變2、人為機械特性(2)改變電源電壓的人為機械特性(3)改變磁通的人為機械特性磁通減小電壓降低U降低，β不變，n0減小(2)改變電源電壓的人為機械特性

減小，β增大，n0增大二、電力拖動穩(wěn)定運行的條件電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，是指在某種外界因素(如電網(wǎng)電壓波動或負載的微小變化)的擾動下，系統(tǒng)離開原來的平衡狀態(tài)，達到新的平衡狀態(tài)；或當(dāng)外界因素消失后，仍能恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。前面分析了生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性n＝f(TL)和電動機的機械特性n=f(T)，把兩種特性配合起來，就可以研究電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行問題。電動機在電力拖動系統(tǒng)中運行時，會使系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定運行和不穩(wěn)定運行兩種情況。電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件：電動機的機械特性與負載轉(zhuǎn)矩特性有交點：即T=TL

電力系統(tǒng)要穩(wěn)定運行的充分條件：兩條特性配合恰當(dāng)，即在交點處滿足：dT/dn<dTL/dn二、電力拖動穩(wěn)定運行的條件電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的分析結(jié)論：下斜的機械特性與恒轉(zhuǎn)矩負載配合,系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行;上翹的機械特性與恒轉(zhuǎn)矩負載配合,系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行。恒轉(zhuǎn)矩負載特性在A點的斜率：dn/dTL=∞,則dTL/dn=0下斜的機械特性在A點其dn/dT<0,則dT/dn<0，在A點滿足dT/dn<dTL/dn上翹的機械特性在A點其dn/dT>0,則dT/dn>0，在A點不滿足dT/dn<dTL/dn穩(wěn)定運行不穩(wěn)定運行系統(tǒng)電壓波動機特系統(tǒng)電壓波動機特1、全壓起動第四節(jié)他勵電動機的起動和反轉(zhuǎn)起動：電動機接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。一、他勵直流電動機的起動方法額定電壓加于電動機的電樞兩端，由于起動瞬間n=0，Ea=0，由U=Ea＋IaRa故起動電流和轉(zhuǎn)矩分別為：他勵電動機的全壓起動先合Q1再合Q2例2-2一臺Z2-61他勵直流電動機，計算：1）全壓起動時的起動電流。2）在額定磁通下起動的起動轉(zhuǎn)矩。

解1）求起動電流：起動電流是額定電流的14.3倍2）求起動轉(zhuǎn)矩：略空載轉(zhuǎn)矩T0

當(dāng)不考慮電樞反應(yīng)去磁的影響，磁通Φ不變,則Tst

Ist，所以

后果引起電網(wǎng)電壓下降，影響電網(wǎng)上其他用戶

使電動機的換向嚴(yán)重惡化，甚至?xí)龎碾妱訖C過大的沖擊轉(zhuǎn)矩，機械軸過度沖擊，損壞傳動機構(gòu)從上例可以看出，由于電樞電阻Ra阻值很小，額定電壓下直接起動的起動電流很大，通?？蛇_額定電流的（10～20）倍。起動轉(zhuǎn)矩也相當(dāng)大。

所以，直流電動機一般不允許全壓起動。起動設(shè)備簡單、操作方便的全壓起動只適用于容量很小的直流電動機。（1）要有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩(Tst>TL)。（2）起動電流要限制在一定的范圍內(nèi)。（3）起動設(shè)備簡單、可靠，操作方便，起動時間短。對直流電動機的起動的要求：電樞回路串電阻起動減壓起動注意：起動時應(yīng)保證電動機的磁通為最大值，以在限制起動電流的情況下使轉(zhuǎn)矩較大。對于容量較大的電機，為限制起動電流，可用2、減壓起動

減壓起動即起動前將電源電壓降低，以減小起動電流Ist。為獲得足夠的起動轉(zhuǎn)矩（Tst>TL），起動時電流通常限制在(1.5～2)IN內(nèi)，則起動電壓應(yīng)為：

Ust=IstRa=(1.5～2)INRa

當(dāng)n↑，Ea↑Ia↓,Tst↓——須U↑保證起動電流和轉(zhuǎn)矩保持在一定的數(shù)值上。至U=UN，起動結(jié)束。3、電樞回路串電阻起動

電樞回路串電阻起動時，電源電壓為額定值且恒定不變，在電樞回路中串接一起動電阻Rst，達到限制起動電流的目的。例2-3上例中的電動機若限制起動電流不超過100Ａ，求1)采用減壓起動，起動電壓是多少？2)采用電樞回路串電阻起動，則開始時應(yīng)串入多大電阻？解：1)起動電壓Ust＝IstRa＝100×0.286V＝28.6V2)起動電阻Rst＝UN／I'st-Ra＝220/100-0.286

＝1.914可見串入一個不到2的電阻，就可將電流從769.2A降至100A，限流效果十分明顯。電樞串電阻起動后，n↑，Ea↑Ia↓Tst↓——加速減慢，為了縮短起動時間，保持電動機在起動過程中的加速不變，理論上應(yīng)將起動電阻平滑地切除，但實際中把起動電阻分成2~4段逐級切除（稱分級起動），最后使電動機轉(zhuǎn)速達到運行值。下面以4

級起動為例進行分析。采用4級起動時電動機的電路接線圖及其機械特性

串入全部電阻逐級切除電阻穩(wěn)定運行點轉(zhuǎn)速逐步上升切換轉(zhuǎn)矩TSt2起動點Ist1和Tst1為最大值二、他勵直流電動機的反轉(zhuǎn)

要使電動機反轉(zhuǎn)，必須改變電磁轉(zhuǎn)矩T的方向。只要將磁通

和Ia任意一個參數(shù)改變方向，電磁轉(zhuǎn)矩即改變方向。在自動控制中，通常直流電動機的反轉(zhuǎn)實施方法有兩種：由：

1、改變勵磁電流方向：保持電樞兩端電壓極性不變，將勵磁繞組反接，使勵磁電流反向，磁通

即改變方向。

2、改變電樞電壓極性：保持勵磁繞組兩端的電壓極性不變，將電樞繞組反接，電樞電流Ｉa即改變方向。實際應(yīng)用中大多采用改變電樞電壓極性的方法來實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)。

第五節(jié)他勵直流電動機的制動電動機的兩種運行狀態(tài)：電動狀態(tài)：T與n方向相同，機特Ⅰ、Ⅲ象限制動狀態(tài)：T與n方向相反，機特Ⅱ、Ⅳ象限制動方法：能耗制動反接制動回饋制動制動目的：快速停車（反向）或限速。一、能耗制動制動原理：電動機靠生產(chǎn)機械慣性力的拖動切割磁場而發(fā)電，將生產(chǎn)機械儲存的動能轉(zhuǎn)換成電能，并消耗在繞組及電阻上，直到電動機停止轉(zhuǎn)動為止。能耗制動U=0運行時KM1常開閉合，與電源連接；

制動前的電動狀態(tài)T與n方向一致制動時連接電阻Rbk制動時，T與n方向相反原運行于a點制動時，對于反抗性負載將經(jīng)b點到達O點停下來。能耗制動時的機械特性

U=0,機特過原點斜率取決于限流電阻Rbk一般限流：IbK

(2～2.5)IN

對位能性負載將達到C點。

二、反接制動1.電樞反接制動制動原理：Ibk產(chǎn)生很大的反向電磁轉(zhuǎn)矩T，從而產(chǎn)生很強的制動作用，n快速下降。U=-UN,R=Ra+Rbk機械特性過-n0機械特性：制動過程當(dāng)制動的目的為停車時，在電機n≈0時，須立即斷開電源。為了限制過大的電樞電流，反接制動時必須在電樞回路中串接制動電阻Rbk

一般：Ibk≤(2～2.5)IN

故制動電阻的計算：電樞反接制動過程中，電動機一方面向電源吸取電功率P1＝UI，另一方面將系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電磁功率Pem＝EaIa，這些電功率全部消耗在電樞電路的電阻(Ra＋Rbk)上。其能量損耗很大。電機的能耗：

二、反接制動2.倒拉反接制動只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負載，下放重物

U=UN，電樞串大電阻Rbk機械特性過+n0，與負載特性的交點落在第Ⅳ象限n0從提升重物至下放重物過程：a—b—c—d，Rbk越大，下放轉(zhuǎn)速也越大。三、回饋制動

當(dāng)電動機的nn0時，Ea>U，Ia方向與電動運行狀態(tài)相反，T的方向與電動運行狀態(tài)時相反，為制動性質(zhì)，P1<0，電機向電源回饋電能，此時電機的運行狀態(tài)稱為回饋制動。當(dāng)位能性負載進行電樞反接制動，當(dāng)n=0時，如不切除電源，電機便在電磁轉(zhuǎn)矩和位能負載轉(zhuǎn)矩的作用下，迅速反向加速，至

n

n0

時，電機進入反向回饋制動狀態(tài)，此時因n為負，T為正，機械特性位于第IV象限，最終穩(wěn)定下放重物運行于d點反向回饋制動對位能性負載下放時起限速作用。所串電阻Rbk越大，下放速度越高，安全性越差。所以常切除電阻，稱在固有機特上，下放重物。例2-4一臺他勵直流電動機，PN=5.6KW，UN=220V，IN=31A，nN=1000r/min，Ra=0.4

，負載轉(zhuǎn)矩TL=49N·m，電樞電流不得超過2倍額定電流。試計算：(略T0）1).電動機拖動反抗性負載，采用能耗制動停車，電樞回路應(yīng)串入的制動電阻最小值是多少？若采用電樞反接制動停車，電阻最小值是多少？2).電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載，要求以300r/min速度下放重物，采用倒拉反接運行，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？若采用能耗制動運行，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？3).想使電機以n=－1200r/min速度，在反向回饋制動運行狀態(tài)下，下放重物，電樞回路應(yīng)串多大的電阻？若電樞回路不串電阻，在反向回饋制動狀態(tài)下,下放重物的轉(zhuǎn)速是多少？4)定性畫出各種制動情況的機械特性。

解1）計算能耗制動電阻和電樞反接制動電阻

電動狀態(tài)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速能耗制動電阻電樞反接制動電阻2)計算倒拉反接運行和能耗制動運行時，電樞回路應(yīng)串入電阻倒接反接穩(wěn)定制動時的電樞電流為倒拉反接制動穩(wěn)定運行時的電阻能耗制動穩(wěn)定運行時的電阻3）反向回饋制動運行計算反向回饋制動運行時電阻反向回饋制動不串電阻時的轉(zhuǎn)速

4）畫各機械特性第六節(jié)他勵直流電動機的調(diào)速調(diào)速：機械調(diào)速:電氣調(diào)速:改變傳動機構(gòu)速比改變電動機參數(shù),人為地改變電動機的機械特性，從而使負載工作點發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速隨之變化。由得調(diào)速方法：降壓U減弱磁通φ電樞回路串電阻一、調(diào)速指標(biāo)1.調(diào)速范圍電動機在額定負載下可能運行的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，通常又用D表示:受電動機的機械強度、換向條件、電壓等級等方面的限制受到低速運行時轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性的限制不同的生產(chǎn)機械對調(diào)速范圍的要求不同，例如車床Ｄ＝20～120，龍門刨床Ｄ＝10～40，軋鋼機Ｄ＝3～120，造紙機Ｄ＝3～20等。

顯然，在相同的n0情況下，電動機的機械特性愈硬，Δn愈小，靜差率就愈小，相對穩(wěn)定性就愈好。生產(chǎn)機械調(diào)速時，要求靜差率小于一定值，以使負載發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化，保持一定的穩(wěn)定程度，生產(chǎn)機械容許的靜差率用

r

表示。例如，普通車床要求

r

30

，一般設(shè)備要求r

50

，高精度的造紙機要求r

0.1

。靜差率與調(diào)速范圍兩個指標(biāo)是相互制約,要統(tǒng)疇考慮。2.調(diào)速的相對穩(wěn)定性（靜差率）負載變化時，轉(zhuǎn)速變化的程度。轉(zhuǎn)速變化小，其相對穩(wěn)定性好3.調(diào)速的平滑性在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)越多，即調(diào)速越平滑，相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比稱為平滑系數(shù)：φ→1，則平滑性好，當(dāng)φ

=1時，稱為無級調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時，級數(shù)有限，稱為有級調(diào)速。4.調(diào)速的經(jīng)濟性對調(diào)速設(shè)備的投資和電能消耗等經(jīng)濟效果的綜合比較。

二、改變電樞電路串電阻的調(diào)速電樞回路串電阻的機特，Rpa愈大，特性愈軟，轉(zhuǎn)速愈低。調(diào)速過程：電動機原穩(wěn)定運行在固有機械特性的a點上，當(dāng)Ｒpa接入瞬間，因n不能突變，工作點從a點跳至人為機械特性的b點，這時，Ia↓→T↓→Ｔ<ＴL，n↓

，Ea↓→Ｉa↑→

Ｔ↑，直到Ｔ＝ＴL，電動機在低速的c點穩(wěn)定運行。

電樞串電阻調(diào)速的特點：

(1)串入電阻后轉(zhuǎn)速只能降低，由于機械特性變軟，靜差率變大，特別是低速運行時，負載稍有變動，電動機轉(zhuǎn)速波動大，因此調(diào)速范圍受到限制。Ｄ＝1～3。(2)調(diào)速的平滑性不高；輕載時調(diào)速不明顯。(3)由于電樞電流大，調(diào)速電阻消耗的能量較多，不夠經(jīng)濟。(4)調(diào)速方法簡單，設(shè)備投資少。例2-5一臺直流他勵電動機，其額定數(shù)據(jù)為：ＰN＝100KＷ，ＩN＝511A，ＵN＝220Ｖ，nN＝1500r/min，電樞電路總電阻Ｒa=0.04

，電動機拖動額定恒轉(zhuǎn)矩負載運行，現(xiàn)用電樞串電阻的方法將轉(zhuǎn)速調(diào)至600r/min，應(yīng)在電樞電路內(nèi)串多大電阻？由且為額定恒轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩：Ia=IN得解三、降壓調(diào)速Un0nn01n02n03調(diào)速過程：a-b-c降壓調(diào)速的特點1)無論高速還是低速，機械特性硬度不變，靜差率小，調(diào)速性能穩(wěn)定，故調(diào)速范圍廣。2)電源電壓能平滑調(diào)節(jié)，故調(diào)速平滑性好，可達到無級調(diào)速。3)降壓調(diào)速是通過減小輸入功率來降低轉(zhuǎn)速的，低速時，損耗減小，調(diào)速經(jīng)濟性好。4)調(diào)壓電源設(shè)備較復(fù)雜。降壓調(diào)速的性能好，目前被廣泛用于自動控制系統(tǒng)中。如軋鋼機，龍門刨床等。降壓較大時，會出現(xiàn)回饋制動

例2-6例題2-5的電動機，現(xiàn)在用調(diào)節(jié)電樞電壓的方法調(diào)速，將電樞電壓降低至額定電壓的50%，即U=110V求電動機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是多少？

解調(diào)速后，因負載轉(zhuǎn)矩未變，磁通也未變，故電樞電流也未變，即Ia=IN；由電動勢平衡方程式得電動機降壓后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速四、弱磁調(diào)速在電動機勵磁電路中，串接可調(diào)電阻Rpf，If，Φ,n調(diào)速過程：a-b-c弱磁調(diào)速的特點：1)弱磁調(diào)速機械特性較軟，受電機換向條件和機械強度的限制，轉(zhuǎn)速調(diào)高幅度不大，因此調(diào)速范圍Ｄ＝1～2。2)調(diào)速平滑性較好。3)在功率較小的勵磁回路中調(diào)節(jié)，能量損耗小。4)控制方便，控制設(shè)備投資少。在突然增磁中，會出現(xiàn)回饋制動例2-7例2-5的電動機，用弱磁的方法調(diào)速，磁通減小10%時。試求：1）調(diào)速瞬間的電樞電流。2）調(diào)速后的穩(wěn)定電樞電流和轉(zhuǎn)速。解1）求調(diào)速瞬間的電樞電流因為瞬間轉(zhuǎn)速來不及變，即n=1500r/min，磁通降為額定時的90%

，有：可見磁通減小10%的瞬間，電樞電流增大一倍。同時電磁轉(zhuǎn)矩也增大，電動機加速。2）求調(diào)速后的穩(wěn)定電樞電流和轉(zhuǎn)速因為調(diào)速前后的負載轉(zhuǎn)矩不變，故調(diào)速前后的電磁轉(zhuǎn)矩也不變，即調(diào)速后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為從以上計算可知，弱磁調(diào)速后，電動機的轉(zhuǎn)速提高，對于恒轉(zhuǎn)矩負載來說，同時電樞電流比調(diào)速前大。若調(diào)速前是在額定狀態(tài)運行，則調(diào)速后電樞電流會大于額定電流，變成過載運行，電動機不允許長期過載運行。

變壓器是一種靜止的交流電氣設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理，將一種等級的交流電壓和電流轉(zhuǎn)變成同頻率的另一種等級的交流電壓和電流。它對電能的經(jīng)濟傳輸、靈活分配和安全使用具有重要的意義；同時，它在電氣的測試、控制和特殊用電設(shè)備上也有廣泛的應(yīng)用。第三章變壓器本章主要敘述一般用途的電力變壓器有工作原理、分類、結(jié)構(gòu)和運行特性。第一節(jié)變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)

一次繞組N1二次繞組N2互相絕緣且匝數(shù)不同只有磁的耦合而沒有電的聯(lián)系

e2u1i0F0Φe1可向負載供電u2根據(jù)電磁感應(yīng)原理改變N1、N2，就可達到改變電壓的目的。

一、變壓器的基本工作原理電力系統(tǒng)中應(yīng)用的變壓器稱作電力變壓器，它是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備。如果輸電線路輸送的電功率Ｐ及功率因數(shù)cosφ一定，Ｕ越高時，則線路電流Ｉ越小，輸電線的截面積，節(jié)省材料，達到減小投資和降低運行費用的目的。由于發(fā)電廠的交流發(fā)電機受絕緣和工藝技術(shù)的限制，通常輸出電壓為10.5千伏或16千伏，而一般高壓輸電線路的電壓為110、220、330、500或750千伏，因此需用升壓變壓器將電壓升高后送入輸電線路。當(dāng)電能輸送到用電區(qū)后，為了用電安全，又必須用降壓變壓器將輸電線路上的高電壓降低為配電系統(tǒng)的配電電壓，然后再經(jīng)過降壓變壓器降壓后供電給用戶。電力系統(tǒng)的多次升壓和降壓，使得變壓器的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。1、變壓器的應(yīng)用二、變壓器的應(yīng)用和分類2、變壓器的分類（1）按用途分類（2）按繞組構(gòu)成分類（3）按相數(shù)分類前面所述的應(yīng)用就是按用途分類，如電力變壓器

有單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。雙繞組、三繞組、多繞組、自耦變壓器。另外，變壓器的應(yīng)用還有，測量系統(tǒng)中使用的儀用互感器（可將高電壓變換成低電壓，或?qū)⒋箅娏髯儞Q成小電流，以隔離高壓和便于測量）；自耦調(diào)壓器（可任意調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，以適應(yīng)負載對電壓的要求）；在電子線路中用的電源變壓器；變壓器還用來耦合電路、傳遞信號、實現(xiàn)阻抗匹配。作為焊接電源的電焊變壓器；專供大功率電爐使用的電爐變壓器；將交流電整流成直流電時使用的整流變壓器等。1、變壓器的應(yīng)用

干式變壓器、油浸自冷變壓器、油浸風(fēng)冷變壓器、強迫油循環(huán)變壓器、充氣式變壓器等。（4）按冷卻方式分類

盡管變壓器種類繁多，但它們皆是利用電磁感應(yīng)的原理制成的。三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)儲油柜安全氣道線圈鐵心油箱放油閥門油浸式電力變壓器分接開關(guān)信號式溫度計吸濕器油表高壓套管低壓套管變壓器的主要組成是鐵心和繞組（俗稱為器身）。為了改善散熱條件，大、中容量的電力變壓器的鐵心和繞組浸入盛滿變壓器油的封閉油箱中，各繞組對外線路的聯(lián)接由絕緣套管引出。為了使變壓器安全、可靠地運行，還設(shè)有儲油柜、安全氣道和氣體繼電器等附件。四、變壓器的銘牌和額定值為了使變壓器安全、經(jīng)濟、合理地運行，每一臺變壓器都安裝了一塊銘牌，上面標(biāo)明了變壓器型號及各種額定數(shù)據(jù)，只有理解銘牌上的各種數(shù)據(jù)的含義，才能正確、安全地使用變壓器。重點掌握銘牌1、變壓器的型號與冷卻方式型號：冷卻方式：（1）額定電壓U1N和U2N

U1N：加在一次繞組上的正常工作電壓值（kV)。根據(jù)變壓器的絕緣強度和允許發(fā)熱等條件規(guī)定U2N：一次繞組加上額定電壓后，額定分接，二次繞組的空載電壓值（kV)。注意：U2N不等于額定負載時的負載電壓額定電壓在三相變壓器中是指線電壓。2.變壓器的額定值（2）額定電流I1N和I2N

根據(jù)變壓器允許發(fā)熱的條件而規(guī)定的滿載電流值（A）。在三相變壓器中額定電流是指線電流。（3）額定容量SN變壓器在額定工作條件下變壓器輸出能力即視在功率（kV·A）。單相變壓器的額定容量三相變壓器的額定容量例3－1：一臺三相油浸自冷式變壓器，已知SN＝560kV·A，U1N/U2N=10000V/400V，試求一次、二次繞組的額定電流I1N、I2N各是多大?解：第四節(jié)變壓器參數(shù)的測定

通過前面分析可知，我們可用基本方程式、等效電路等方法分析和計算變壓器的運行性能，但這需要知道變壓器的繞組電阻、漏電抗及勵磁阻抗等參數(shù)。

對于一臺已制成的變壓器，可以通過實驗的方法來求取各個參數(shù)，即可以通過空載實驗和短路實驗測量并計算變壓器的參數(shù)（一）空載試驗

求變比k、空載電流I0、空載損耗P0以及等效電路中的勵磁阻抗參數(shù)Zm。目的：變壓器的空載試驗是在變壓器空載運行的情況下進行測量的，試驗時，一般在變壓器低壓側(cè)加電壓，測量高壓側(cè)對應(yīng)的電壓、電流和功率。（一）空載試驗

空載試驗時，調(diào)壓器加上工頻的正弦交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓，使其等于低壓側(cè)的額定電壓Ｕ2N，然后測量Ｕ1、Ｉ0及空載損耗（即空載輸入功率）ｐ0。因空載時功率因數(shù)很低，一般采用低功率因數(shù)表。

變壓器空載試驗電路圖高壓側(cè)空載低壓側(cè)加壓計算：

總阻抗Z0=Z1+Zm≈Zm注意：若空載試驗在低壓側(cè)進行，要獲得高壓側(cè)參數(shù)時，必須進行折算,即乘以k2。（一）空載試驗

空載時，空載損耗p0是鐵耗和空載銅耗之和。不過因I0、r1很小，因此空載銅耗Pcu0可忽略不計，因此空載損耗p0近似為鐵耗pFe

。高壓側(cè)加電壓（二）短路試驗短路試驗線路圖

變壓器的短路試驗是在二次繞組短路的條件下進行的，其目的是測定變壓器短路損耗、短路電壓Uk和短路阻抗rk、Xk、

Zk低壓側(cè)短路試驗電壓從零開始升高，當(dāng)高壓側(cè)短路電流Ik達到額定電流I1N時，測量對應(yīng)的短路電壓Uk、短路損耗pk。（二）短路試驗因為短路電壓很低，磁通小,鐵耗很小，故短路損耗pk近似為銅耗pCu。計算：

注意:對三相變壓器而言：變壓器的參數(shù)，采用相電壓、相電流、一相的功率（損耗），即每相的數(shù)值進行計算例3-4有一臺三相電力變壓器，空載及短路試驗的試驗數(shù)據(jù)如下：

聯(lián)結(jié)，試驗名稱電壓/V電流/A功率/W備注空載4009.37600電源加在低壓側(cè)短路3259.632014電源加在高壓側(cè)試求折算到高壓側(cè)的勵磁參數(shù)和短路參數(shù)（不計溫度影響）。解

由于為三相變壓器，因此應(yīng)采用相值進行計算。由空載試驗數(shù)據(jù)，先求低壓側(cè)的勵磁參數(shù)折算到高壓側(cè)的勵磁參數(shù)，因由短路試驗數(shù)據(jù)，計算高壓側(cè)室溫下的短路參數(shù)第六節(jié)三相變壓器現(xiàn)代電力系統(tǒng)均采用三相制供電，因而廣泛使用三相變壓器三相變壓器組三相心式變壓器由三個獨立的單相變壓器在電路上聯(lián)接組成，三相磁路彼此獨立由三相變壓器組的鐵心合在一起演變而來，三相磁路彼此相關(guān)一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)

第六節(jié)三相變壓器比較上面兩種類型的三相變壓器的磁路系統(tǒng)可以看出，三相心式變壓器具有節(jié)省材料、效率高、維護方便、占地面積小等優(yōu)點，但三相變壓器組中的每個單相變壓器具有制造及運輸方便、備用的變壓器容量較小等優(yōu)點，所以現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的是三相心式變壓器，只在特大容量、超高壓及制造和運輸有困難時，才采用三相變壓器組。一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)二、三相變壓器的電路系統(tǒng)——聯(lián)結(jié)組

繞組名稱

單相變壓器

三相變壓器

中性點

首端

末端

首端

末端

高壓繞組

AXA、B、CX、Y、ZN

低壓繞組

axa、b、cx、y、zn

中壓繞組

Am

Xm

Am、Bm、Cm

Xm、Ym、Zm

Nm

為了方便變壓器繞組的聯(lián)結(jié)及標(biāo)記,對繞組的首端、末端的標(biāo)志規(guī)定如下：變壓器首末端標(biāo)志第四章三相異步電動機作業(yè)講評2-6解：(1)

(2)減壓起動即起動前將電源電壓降低，以減小起動電流Ist。為獲得足夠的起動轉(zhuǎn)矩（Tst>TL），起動時電流通常限制在(1.5～2)IN內(nèi)，則起動電壓應(yīng)為：

Ust=IstRa=(1.5～2)INRa Ist=(1.5～2)IN2-11解：

根據(jù)電樞電動勢反求電動勢常數(shù)和磁通量的乘積:帶負載TL時的轉(zhuǎn)速：1）能耗制動瞬時

2）反接制動瞬時異步電機同步電機異步發(fā)電機異步電動機三相異步電動機第四章三相異步電動機交流旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速相等轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速不相等與直流電機的靜止磁場不同，都是旋轉(zhuǎn)的磁場。單相異步電動機用于家用電器和醫(yī)療儀器中用于風(fēng)力發(fā)電機等特殊場合在各種電動機中應(yīng)用最廣、需要量最大。工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)機械化、交通運輸、國防工業(yè)等電力拖動裝置中，有90%采用三相異步電動機。三相異步電動機的特點三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、運行可靠等一系列優(yōu)點；還具有較高的運行效率和較好的工作特性、從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運行，能滿足各行各業(yè)大多數(shù)生產(chǎn)機械的傳動要求。異步電動機運行時，必須從電網(wǎng)吸取感性無功功率以建立旋轉(zhuǎn)磁場，使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞，而且運行時受電網(wǎng)電壓波動影響較大；另外，異步電動機的與調(diào)速性能都要遜色于直流電動機三相異步電動機的應(yīng)用異步電動機還便于派生成各種專用、特殊要求的形式，以適應(yīng)不同生產(chǎn)條件的需要。

三相異步電動機在各種電動機中應(yīng)用最廣、需要量最大。工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)機械化、交通運輸、國防工業(yè)等電力拖動裝置中，有90%采用三相異步電動機初識交流電動機Y、Y2系列三相異步電動機洗衣機電機吸油煙機電機Z3050鉆床三相異步電動機異步電動機的應(yīng)用舉例單相異步電動機第四章三相異步電動機異步電動機運行時，必須從電網(wǎng)吸取感性無功功率以建立旋轉(zhuǎn)磁場，使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞，而且運行時受電網(wǎng)電壓波動影響較大；另外，異步電動機的與調(diào)速性能都要遜色于直流電動機，不過隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)及交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，起動性能、調(diào)速性能等已可與直流電動機媲美。

重點1.電磁功率Pem，額定轉(zhuǎn)差率SN2.電磁轉(zhuǎn)矩P，額定轉(zhuǎn)矩T3.負載轉(zhuǎn)矩TN，空載轉(zhuǎn)矩T0第一節(jié)三相異步電動機的

基本工作原理和結(jié)構(gòu)一、交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場三相交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場是在三相對稱繞組中通以三相對稱電流而產(chǎn)生的。為了簡化分析，可以用軸線互差120°電角度的三個線圈來代表，線圈的首端分別為U1、V1、W1，尾端分別為U2、V2、W2規(guī)定電流為正時，電流從線圈的首端流入（“×”表示），從線圈的尾端流出（“

”表示）；電流為負值時則方向相反，即尾入首出。一、交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場

結(jié)論：三相基波合成磁場具有如下特點：性質(zhì)：三相基波合成磁場其軸線在空間是旋轉(zhuǎn)的，故稱旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)向：當(dāng)某相電流達到最大值時，合成磁場的矢量就轉(zhuǎn)到該相軸方向，磁場轉(zhuǎn)向由電流相序決定。若要改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，將三相電源進線中的任意兩相對調(diào)即可。轉(zhuǎn)速：

又稱：同步轉(zhuǎn)速因從前圖可知電流在時間上變化了ωt＝360°電角度時，即一周期，在兩極(p=1)的情況下，旋轉(zhuǎn)磁場在空間也轉(zhuǎn)過360°電角度，轉(zhuǎn)過的機械角也是360°，即在空間正好轉(zhuǎn)過一圈。電流每秒變化f周期，則旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1=f(r/s)=60f(r/min)。當(dāng)(p=2）時，n1=60f/2(r/min)——見下頁；p對極時，n1=60f/p(r/min)設(shè)起動時旋轉(zhuǎn)磁場方向如圖為順時針，磁場轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)子導(dǎo)體靜止，與旋轉(zhuǎn)磁場之間存在著相對運動，根據(jù)右手定則,轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)電動勢和電流方向如圖：上出下進根據(jù)左手定則，載流轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受力，形成電磁轉(zhuǎn)矩T，方向如圖，驅(qū)動轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動原理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1。所以稱為異步電動機

二、三相異步電動機的基本工作原理二、三相異步電動機的基本工作原理轉(zhuǎn)差率對普通的三相異步電動機，為了使額定運行時的效率較高，通常設(shè)計成使它的額定轉(zhuǎn)速略低于但很接近于對應(yīng)的同步速，所以額定轉(zhuǎn)差率sN一般為1.5%～5%。n=n1(1－s)轉(zhuǎn)差率s是異步電機運行的重要參數(shù)。電動狀態(tài)的轉(zhuǎn)差率s的范圍是：0～1。其中s=0，是理想空載狀態(tài)；s=1，是起動瞬間。例4-1某臺三相異步電動機的額定轉(zhuǎn)速nN=720r/min,試求該機的極對數(shù)和額定轉(zhuǎn)差率；另一臺4極三相異步電動機的額定轉(zhuǎn)差率sN=0.05，試求該機的額定轉(zhuǎn)速。因異步電動機額定轉(zhuǎn)速nN略低于但很接近于對應(yīng)的同步速，因此選擇750r/min的同步速對nN=720r/min的電動機其極對數(shù)為對4極sN=0.05的電動機：額定轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)速

nN=n1(1－s)=1500×(1－0.05)r/min=1425r/min

解三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機有不同的分類方法

按轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)分類：有籠型異步電動機和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機兩類?；\型結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低、運行可靠；繞線轉(zhuǎn)子可通過外串電阻來改善起動性能并進行調(diào)速。

按機殼的防護形式分類：有防護式、封閉式和開啟式。其它分類：還可按電動機容量的大小、冷卻方式等分類。不論三相異步電動機的分類方法如何，各類三相異步電動機的的基本結(jié)構(gòu)是相同的。它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩個基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。右圖是一臺封閉式籠型轉(zhuǎn)子的三相異步電動機的結(jié)構(gòu)圖。封閉式籠型異步電動機結(jié)構(gòu)圖1－軸承2－前端蓋3－轉(zhuǎn)軸4－接線盒5－吊攀6－定子鐵心7－轉(zhuǎn)子8－定子繞組9－機座10－后端蓋11－風(fēng)罩12－風(fēng)扇四、三相異步電動機的銘牌三相異步電動機型號Y2-112M-2編號××××4kW8.23A380V2890r/minLW79dB(A)接法

防護等級IP5450Hz××kgZBK2007-88工作制S1F級絕緣××年××月××電機廠每一臺三相異步電動機，在其機座上都有一塊銘牌，銘牌上標(biāo)注有型號、額定值等重要Y2112M-2

產(chǎn)品代號異步電動機第二次改型設(shè)計

中心高112mm

中機座

1、電機型號2極

英文字母漢語拼音異步電動機型號的表示方法，與其它電動機一樣：一般采用漢語拼音的大寫字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成，可以表示電動機的種類、規(guī)格和用途等中心高越大，電動機容量越大，因此異步電動機按容量大小分類與中心高有關(guān)：中心高63～315mm為小型，315～630mm為中型，630mm以上為大型；在同樣的中心高下，機座長，則容量大。S、M、L分別表示短、中、長機座YR160S2-4WF

中心高160mm

短機座2號(長)鐵心

1、電機型號4極

戶外、化工防腐

異步電動機、繞線轉(zhuǎn)子

2、額定值(1)額定功率PN

(2)額定電壓UN額定運行時，軸上輸出的機械功率（kW）額定運行狀態(tài)時，定子繞組應(yīng)加的線電壓（V）(3)額定電流IN

電動機在額定電壓下運行,軸上輸出額定功率，流入定子繞組的線電流（A）。

額定值規(guī)定了電動機正常運行狀態(tài)和條件，它是選用、安裝和維修電動機時的依據(jù)。異步電動機的銘牌上標(biāo)注的主要額定值有:2、額定值(4)額定頻率fN

(5)額定轉(zhuǎn)速nN電動機所接的交流電源的頻率。我國電力網(wǎng)的頻率(工頻)規(guī)定為50Hz。電動機在額定電壓、額定頻率和軸上輸出額定功率時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)。銘牌除了型號和額定值外，還標(biāo)明繞組的聯(lián)結(jié)法、絕緣等級及工作制等。對于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，還標(biāo)明轉(zhuǎn)子繞組的額定電壓(指定子加額定頻率的額定電壓而轉(zhuǎn)子繞組開路時集電環(huán)間的電壓)和轉(zhuǎn)子的額定電流，以作為配用起動變阻器等的依據(jù)。例4-3一臺Y160M2-2三相異步電動機的額定數(shù)據(jù)如下：PN=15kW，UN=380V，cos

N=0.88，

N=88.2%，定子繞組

聯(lián)結(jié)。試求：該機的額定電流和對應(yīng)的相電流。

解該機的額定電流為從此題看，在數(shù)值上有IN

≈2PN，這也是額定電壓為380V的電動機的一般規(guī)律。今后在實際中，可以對額定電流進行粗略估算，即每千瓦按2安電流估算。相電流為例4-4已知三相異步電動機的銘牌，如何接用電動機？解接用的原則是：在電動機容量與機械負載功率相配合下，銘牌上的額定電壓與電網(wǎng)的電壓相等，每相繞組的額定電壓不變。例如銘牌上標(biāo)明“電壓380/220V，Y/

聯(lián)結(jié)”的電動機，如果電源電壓為380V，則聯(lián)結(jié)成Y形，這時每相電壓為220V；如電源電壓為220V，應(yīng)聯(lián)結(jié)成

形，則每相電壓仍為220V。如果接錯了，會引起電流過大而損壞電動機。五、三相異步電動機主要系列簡介我國統(tǒng)一設(shè)計和生產(chǎn)的三相異步電動機系列中，產(chǎn)量最大、使用最廣的是一般用途的Y、Y2系列的基本系列。Y系列電動機（B級絕緣、IP23或IP44防護等級）是20世紀(jì)80年代開始替代J2、JO2系列電動機(E級絕緣)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。而Y2系列是在Y系列的基礎(chǔ)上更新設(shè)計的一般用途的異步電動機，產(chǎn)品達到20世紀(jì)90年代的國際先進水平，Y2電動機較Y系列節(jié)能、效率高、起動轉(zhuǎn)達矩大、絕緣等級高（F級絕緣，B級考核)，噪聲低，振動小，防護等級提高為IP54，IP是國際防護的英文縮寫，指外殼結(jié)構(gòu)防護形式，IP后面的第一個數(shù)字代表防塵等級、第二個數(shù)字代表防水等級，數(shù)字越大，防護能力越強。Y、Y2系列其性能指標(biāo)、規(guī)格參數(shù)和安裝尺寸等完全符合國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)，便于進出口產(chǎn)品的配套。第二節(jié)三相異步電動機的定子繞組和

感應(yīng)電動勢一、交流繞組的基本知識1.交流繞組的基本術(shù)語線圈線圈是由單匝或多匝串聯(lián)而成，是組成交流繞組的基本單元。每個線圈放在鐵心槽內(nèi)的直線部分稱為有效邊，槽外部分稱為端部。

1.交流繞組的基本術(shù)語

極距

每個磁極沿定子鐵心內(nèi)圓所占的范圍磁極所占范圍的長度表示定子槽數(shù)表示電角度表示

節(jié)距y線圈的兩個有效邊所跨定子內(nèi)圓上的距離y當(dāng)y=

=Z1

/(2p)時，稱為整距繞組；

當(dāng)y<

時，稱為短距繞組

當(dāng)y>

時，稱為長距繞組。長距繞組端部較長，費銅料，故較少采用1.交流繞組的基本術(shù)語

槽距角

相鄰兩槽之間的電角度稱為槽距角每個極距內(nèi)屬于同相的槽所占有的區(qū)域每極每相槽數(shù)q

每一個極下每相所占有的槽數(shù)稱為每極每相槽數(shù)

相帶一個極距占有180

空間電角度，由于三相繞組均分，每等分為60空間電角度，稱為60相帶

2.對交流繞組的基本要求l)交流繞組通過電流之后，必須形成規(guī)定的磁場極對數(shù)。2)三相繞組在空間布置上必須對稱，以保證三相磁通勢及電動勢對稱。3)交流繞組通過電流所建立的磁場在空間的分布應(yīng)盡量為正弦分布；且旋轉(zhuǎn)磁場在交流繞組中的感應(yīng)電動勢必須隨時間按正弦規(guī)律變化。4)在一定的導(dǎo)體數(shù)之下，建立的磁場最強而且感應(yīng)電動勢最大。5)用銅量少；嵌線方便；絕緣性能好，機械強度高，散熱條件好。四、異步電動機的感應(yīng)電動勢異步電動機氣隙中的磁場旋轉(zhuǎn)時，定子繞組切割該磁場，在定子繞組中將感應(yīng)電動勢。經(jīng)推導(dǎo)，定子繞組每相的基波感應(yīng)電動勢公式如下：基波繞組因數(shù)，它反映了繞組采用分布、短距后，基波電動勢應(yīng)打的折扣,一般：0.9<kN1<1。這樣基波電動勢大小略有損失，但波形接近正弦波。

與定子每相繞組的基波感應(yīng)電動勢E1相似，轉(zhuǎn)子不動時的每相繞組的基波感應(yīng)電動勢E2為第三節(jié)三相異步電動機的空載運行本節(jié)起將對三相異步電動機運行進行電磁分析，分析的方法是與變壓器相似。這是變壓器的一、二次電路，異步機的定、轉(zhuǎn)子電路都是通過交、交勵磁的磁耦合而聯(lián)系的，它們的基本電磁關(guān)系是相似的。不過，異步電動機有它自己的特點。如異步電動機的主磁路有空氣隙存在，磁場是旋轉(zhuǎn)的；定子繞組為分布、短距繞組；異步電動機的轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動的，輸出機械功率，而變壓器的二次側(cè)是靜止的，輸出電功率。所以異步電動機在沿用變壓器的分析方法時，要注意與變壓器的不同之處。同時定、轉(zhuǎn)子各物理量的下標(biāo)分別用“l(fā)”和“2”表示，并規(guī)定各物理量的正方向按變壓器慣例。異步電動機在正常工作時總是要帶機械負載運行的，但一些電磁關(guān)系在空載是就存在。對空載運行的分析將有助于理解負載時的電磁關(guān)系。第三節(jié)三相異步電動機的空載運行一、空載運行時的電磁關(guān)系

當(dāng)異步電動機的定子繞組接入三相電源，電動機軸上不帶機械負載，為空載運行。氣隙中以n1旋轉(zhuǎn)磁通勢F0產(chǎn)生主磁通和漏磁通兩部分具體電磁關(guān)系如下第三節(jié)三相異步電動機的空載運行二、空載運行時的基本方程式三相異步電動機空載時，電磁轉(zhuǎn)矩只需克服很小的空載損耗，對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流很小，I2≈0，因與變壓器空載運行十分相似，空載時的定子側(cè)的基本方程與變壓器一次側(cè)的基本方程是一樣的。如：與變壓器一樣，異步電動機的主磁通的大小由外加電壓大小決定。即頻率不變，外加電壓U1一定時，主磁通基本上是常量。

由于有空氣隙存在，異步電動機的I0比同容量的變壓器要大。如小容量電動機中，I0占35％～50％，甚至占60%。而Xm比變壓器的要小，即磁化能力弱于變壓器。第三節(jié)三相異步電動機的空載運行二、空載運行時的基本方程式由于異步電動機空載運行時，輸出的機械功率P2=0,只需從電網(wǎng)吸取很小的有功功率來平衡電動機的鐵心損耗、定子繞組空載銅耗及機械損耗，因此空載電流I0主要成份是建立旋轉(zhuǎn)磁場的感性無功電流，即與變壓器一樣，空載時功率因數(shù)很低，一般cos

0<0.2第四節(jié)三相異步電動機的負載運行

當(dāng)異步電動機從空載到負載瞬時，由于軸上機械負載轉(zhuǎn)矩的突然增加，原空載時的電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o法平衡負載轉(zhuǎn)矩，電動機開始降速，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的相對運動加大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢增加，轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩增加，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩增加到與負載轉(zhuǎn)矩和空載制動轉(zhuǎn)矩相平衡時，電動機就以低于空載時的轉(zhuǎn)速而穩(wěn)定運行。

可見，當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩改變時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n或轉(zhuǎn)差率s隨之變化，而s的變化引起了電動機內(nèi)部許多物理量的變化。第四節(jié)三相異步電動機的負載運行一、轉(zhuǎn)子各物理量與s的關(guān)系1．轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢及電流的頻率f2

可見：轉(zhuǎn)子電動勢及電流的頻率f2與轉(zhuǎn)差率s成正比。當(dāng)n=0，s=1，f2=f1=f2max；n↑→s↓→f2↓當(dāng)n=nN，由于sN=0.015～0.05，所以f2N=f1sN

lHz～3Hz。2．轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子繞組的電動勢E2s

E2s=4.44f2kN2N2

1=4.44sflkN2N2

1=sE2

當(dāng)n=0,s=1，靜止時的E2s=E2為最大，n↑→s↓→E2s↓一、轉(zhuǎn)子各物理量與s的關(guān)系3.轉(zhuǎn)子電抗X2s

X2s=2

f2L2=2f1sL2=sX2

4.轉(zhuǎn)子電流I2s當(dāng)電動機起動瞬間，s=1，I2s為最大；n↑→s↓→I2s↓5.轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁通勢F2相對定子的轉(zhuǎn)速

注意:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，在上面的分析中f2、E2s、X2s、I2s均是轉(zhuǎn)差率s的函數(shù)，而轉(zhuǎn)子繞組的磁通勢F2的轉(zhuǎn)速n1卻是一個與s無關(guān)的量。

F2與F1的轉(zhuǎn)速都是同步速,之間沒有相對運動,它們在空間相對靜止。

當(dāng)n=0,s=1，靜止時的X2s=X2為最大，n↑→s↓→X2s↓F2相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子相對定子的轉(zhuǎn)速二、負載運行時的基本方程式1.磁通勢平衡方程式從前面的分析可知，當(dāng)外加電壓和頻率不變時，主磁通近似為一常量。因此，空載時產(chǎn)生主磁通的磁通勢F0與負載時產(chǎn)生主磁通的合成磁通勢（F1+F2）應(yīng)相等。F1+F2=F0F1=F0

+(-F2)

或所以異步電動機就是通過磁通勢平衡關(guān)系，使電路上無直接聯(lián)系的定、轉(zhuǎn)子電流有了關(guān)聯(lián)，當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩增加時，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)子電流增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大到與負載轉(zhuǎn)矩平衡，同時定子電流增大，經(jīng)過這一系列的自動調(diào)整后，進入新的平衡狀態(tài)。

負載分量，用于抵消F2的去磁作用，保證主磁通基本不變。勵磁分量二、負載運行時的基本方程式2.電動勢平衡方程式異步電動機負載轉(zhuǎn)子電路與變壓器二次電路不同的是：轉(zhuǎn)子電路的頻率為f2，且轉(zhuǎn)子電路自成閉路，對外輸出電壓為零。根據(jù)左側(cè)的異步電動機定、轉(zhuǎn)子電路圖，寫出下列電動勢平衡方程式用基本方程式可分析或計算異步電動機的運行問題。實際電路定子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)：三、負載運行時的等效電路為了更方便的分析異步電動機的運行特性。希望得到一個象變壓器那樣的等效電路，則必須進行兩次折算：一是頻率折算；二是繞組折算。從磁通勢平衡關(guān)系可知，轉(zhuǎn)子對定子的影響是通過轉(zhuǎn)子磁勢通來實現(xiàn)的。所以這兩種折算的原則和變壓器一樣，即折算前后F2不變以保證磁通勢平衡關(guān)系不變及各種功率不變?，F(xiàn)分別討論如下：1.頻率折算頻率折算：將頻率為f2的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電路折算為與定子頻率f1相同的等效靜止轉(zhuǎn)子電路。因轉(zhuǎn)子靜止不動時，s=1，f2=f1。因此，只要利用一個靜止的等效轉(zhuǎn)子電路來代替實際上旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子電路，為此，將實際運行的轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)換成等效靜止的轉(zhuǎn)子電流。1.頻率折算分子、分母同除以s以上兩式中的前者頻率為f2，后者為f1，但電流的數(shù)值仍是相等的，因此頻率折算前后保證F2不變。轉(zhuǎn)子實際電阻模擬電阻，等效負載電阻相應(yīng)的電功率實為軸上的總機械功率頻率折算后的異步電動機電路

2.繞組折算繞組折算：用與定子繞組一樣的m1、N1和KN1新轉(zhuǎn)子繞組等效代替實際參數(shù)m2、N2及KN2的轉(zhuǎn)子繞組。但保證F2不變，功率關(guān)系不變。為了區(qū)別起見，將折算過的各量均用原符號加“’”來表示。電流折算電動勢折算阻抗折算電流比電動勢比,電壓比,有效匝比轉(zhuǎn)子繞組折算到定子繞組的規(guī)律是：單位為[A]的折算量等于折算前的量除以電流比ki；單位為[V]的折算量等于折算前的量乘以電壓比ke；單位為[Ω]的折算量等于折算前的量乘以電壓keki3.T型等效電路

頻率折算繞組折算T型等效電路基本方程式4.等效電路的簡化T型等效電路是一個串并聯(lián)電路，它準(zhǔn)確地反映了異步電動機定、轉(zhuǎn)子電路的內(nèi)在聯(lián)系。但應(yīng)用它進行有關(guān)相量計算還是比較繁瑣的，實際應(yīng)用時可進行簡化。不過因異步電動機的空載電流較大，它不能象變壓器那樣去掉勵磁支路，只能把勵磁支路修改后移到輸入端，稱為簡化等效電路簡化等效電路例4-5有一臺UN=380V，fN=50Hz，nN=1440r/min，Y聯(lián)結(jié)的三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，其參數(shù)為Xm=40

，r1=r’2=0.4

，X1=X’2=1

，忽略rm。已知定轉(zhuǎn)子有效匝比為4，試求額定負載時的：1)額定轉(zhuǎn)差率sN；2)根據(jù)簡化等效電路求出I1、I2、I0和cos

1；3)轉(zhuǎn)子相電動勢E2s的大小；4)轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2N；5)總機械功率Pm

解1)轉(zhuǎn)差率sN根據(jù)nN=1440r/min，估算出同步速n1=1500r/min2)根據(jù)簡化等效電路求出I2、I0、I1和cos

1

由異步電動機簡化等效電路可見轉(zhuǎn)子回路阻抗Z’2

與Z1串聯(lián)阻抗設(shè)相電壓為參考相量，則轉(zhuǎn)子電流勵磁電流定子電流于是各電流的有效值為

繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的定、轉(zhuǎn)子相數(shù)相等，所以該電動機的功率因數(shù)3)轉(zhuǎn)子相電動勢E2s的大小轉(zhuǎn)子電動勢轉(zhuǎn)子實際電動勢4)轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2N

5)總機械功率Pm

四、相量圖

根據(jù)T型等效電路對應(yīng)的基本方程式，可以作出異步電動機負載時的相量圖。三相異步電動機對電網(wǎng)來說永遠是感性負載。它所對應(yīng)的功率中，其無功分量主要是異步電動機為建立旋轉(zhuǎn)磁場，從電源吸收的感性無功功率，其有功分量主要是轉(zhuǎn)子電路中的模擬機械負載的r2(1－s)/s上的有功分量。結(jié)論：定子相電流滯后外加相電壓一個

1角。三相異步電動機的相量圖第五節(jié)三相異步電動機的功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式一、功率轉(zhuǎn)換及功率平衡方程式

從P1到P2是一個不斷扣除損耗的過程P1=m1U1I1cos

1PCu1=m1I12r1

PFe=m1I20rm

Pem=P1?PCu1?PFe

由等效電路的轉(zhuǎn)子側(cè)可知，Pem

還可寫成三相異步電動機功率流程圖定子銅耗定子鐵耗電磁功率輸入電功率從T型等效電路可知一、功率轉(zhuǎn)換及功率平衡方程