《電機(jī)學(xué)期末復(fù)習(xí)》課件

電機(jī)學(xué)期末復(fù)習(xí)學(xué)期結(jié)束，復(fù)習(xí)準(zhǔn)備。知識(shí)點(diǎn)，考點(diǎn)梳理。模擬練習(xí)，查漏補(bǔ)缺。復(fù)習(xí)大綱繞組與磁路包括繞組基本概念、結(jié)構(gòu)、參數(shù)計(jì)算、磁路概念以及參數(shù)計(jì)算等內(nèi)容。變壓器包括變壓器原理、理想變壓器特性、實(shí)際變壓器特性、參數(shù)測(cè)量、損耗和效率等內(nèi)容。異步電機(jī)包括異步電機(jī)工作原理、轉(zhuǎn)矩特性、啟動(dòng)特性、速度調(diào)速、損耗和效率等內(nèi)容。同步電機(jī)包括同步電機(jī)工作原理、轉(zhuǎn)矩特性、并網(wǎng)運(yùn)行、勵(lì)磁系統(tǒng)、損耗和效率等內(nèi)容。1繞組與磁路繞組是電機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)的關(guān)鍵部件，磁路則是磁場(chǎng)流通的路徑。理解繞組和磁路是學(xué)習(xí)電機(jī)理論的基礎(chǔ)。1.1繞組基礎(chǔ)概念1線圈繞組的基本單元是線圈，由導(dǎo)線繞制而成，形成閉合回路。2匝數(shù)線圈的匝數(shù)是指導(dǎo)線繞制在磁芯上的圈數(shù)，是繞組的重要參數(shù)。3導(dǎo)線尺寸導(dǎo)線截面積決定了繞組的電流容量和電阻，影響電機(jī)的性能。4繞組類(lèi)型常用的繞組類(lèi)型包括單層繞組和多層繞組，根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用場(chǎng)景選擇。1.2繞組結(jié)構(gòu)單層繞組所有線圈都分布在定子或轉(zhuǎn)子的單個(gè)槽內(nèi)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造。雙層繞組每個(gè)線圈的兩個(gè)線圈邊分別位于相鄰的兩個(gè)槽內(nèi)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可以提高繞組的利用率和效率。1.3繞組參數(shù)計(jì)算繞組匝數(shù)繞組匝數(shù)是繞組的基本參數(shù)，直接影響電機(jī)的電磁性能。繞組電阻繞組電阻會(huì)影響電機(jī)的效率和發(fā)熱。繞組電感繞組電感會(huì)影響電機(jī)的啟動(dòng)特性和運(yùn)行穩(wěn)定性。1.4磁路概念磁路是磁力線通過(guò)的路徑。磁路通常包含鐵芯，以增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度。磁通量表示穿過(guò)磁路的磁力線條數(shù)。1.5磁路參數(shù)計(jì)算磁阻磁阻是磁路中阻礙磁通建立的阻力，由磁路長(zhǎng)度、橫截面積和磁導(dǎo)率決定。磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)是指產(chǎn)生磁通的驅(qū)動(dòng)力，由線圈電流和匝數(shù)決定，反映了線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的能力。磁通磁通是指穿過(guò)閉合曲面的磁力線數(shù)量，與磁動(dòng)勢(shì)和磁阻成正比，反映了磁場(chǎng)強(qiáng)度。磁密磁密是指單位面積上的磁力線數(shù)，反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，與磁通和橫截面積有關(guān)。2.變壓器變壓器是電機(jī)學(xué)中重要的電力元件。它可以改變交流電壓和電流，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。2.1變壓器原理1電磁感應(yīng)原理變壓器基于電磁感應(yīng)原理工作，利用變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2電壓變化變壓器通過(guò)改變線圈匝數(shù)比，實(shí)現(xiàn)電壓升降，用于配電系統(tǒng)中。3能量傳輸變壓器可以將高壓低電流轉(zhuǎn)換為低壓高電流，提高輸電效率，降低輸電損耗。4磁通耦合變壓器工作時(shí)，兩個(gè)線圈的磁通相互耦合，實(shí)現(xiàn)能量傳遞。2.2理想變壓器特性電壓比理想變壓器無(wú)損耗，輸入電壓與輸出電壓之比等于匝數(shù)比。電流比理想變壓器電流比與匝數(shù)比成反比，即輸入電流與輸出電流之比等于匝數(shù)比的倒數(shù)。功率理想變壓器無(wú)損耗，輸入功率等于輸出功率，即功率守恒。2.3實(shí)際變壓器特性銅損由于繞組電阻，電流流過(guò)繞組會(huì)產(chǎn)生熱量，造成銅損。鐵損由于鐵芯磁化，交變磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，造成鐵損。漏磁變壓器繞組之間存在的漏磁會(huì)導(dǎo)致能量損失，降低效率。2.4變壓器參數(shù)測(cè)量空載試驗(yàn)測(cè)量變壓器空載時(shí)的電流和電壓，用于確定變壓器空載損耗和勵(lì)磁電流。短路試驗(yàn)測(cè)量變壓器短路時(shí)的電流和電壓，用于確定變壓器銅損和短路阻抗。阻抗測(cè)量測(cè)量變壓器繞組的電阻，用于計(jì)算變壓器的銅損和短路阻抗。2.5變壓器損耗和效率1銅損銅損是繞組電阻產(chǎn)生的熱量，主要取決于電流平方和繞組電阻。2鐵損鐵損是鐵芯中磁滯損耗和渦流損耗的總和，主要取決于磁通密度和頻率。3效率變壓器效率定義為輸出功率與輸入功率的比值，通常用百分?jǐn)?shù)表示。4計(jì)算變壓器效率的計(jì)算需要考慮銅損、鐵損和其他損耗，例如漏磁損耗。3異步電機(jī)異步電機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)中廣泛應(yīng)用的電機(jī)類(lèi)型之一。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備和電氣系統(tǒng)中。3.1異步電機(jī)工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定子繞組通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁力矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)低于同步轉(zhuǎn)速，兩者之間的差值稱(chēng)為滑差，滑差決定了轉(zhuǎn)矩的大小。3.2異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩-滑差特性異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩與滑差之間存在非線性關(guān)系，主要分為三種區(qū)域：?jiǎn)?dòng)、穩(wěn)定、過(guò)載。啟動(dòng)區(qū)域轉(zhuǎn)矩較小，隨著滑差增加，轉(zhuǎn)矩逐漸上升至最大值，此后逐漸減小。最大轉(zhuǎn)矩異步電機(jī)在滑差為一定值時(shí)，可以產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，稱(chēng)為最大轉(zhuǎn)矩，也稱(chēng)為臨界轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。最大轉(zhuǎn)矩與電機(jī)參數(shù)相關(guān)。3.3異步電機(jī)啟動(dòng)特性啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是指異步電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小取決于電機(jī)參數(shù)和負(fù)載特性。啟動(dòng)電流啟動(dòng)電流是指異步電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)流過(guò)的電流。啟動(dòng)電流通常很大，可能會(huì)超過(guò)額定電流的幾倍，甚至引起電壓下降。啟動(dòng)時(shí)間啟動(dòng)時(shí)間是指異步電機(jī)從靜止到達(dá)到額定速度所需的時(shí)間。啟動(dòng)時(shí)間與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、負(fù)載大小、電機(jī)參數(shù)和啟動(dòng)方式有關(guān)。3.4異步電機(jī)速度調(diào)速轉(zhuǎn)速控制異步電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，通過(guò)改變電源頻率可控制轉(zhuǎn)速。電壓控制改變異步電機(jī)定子電壓可以影響轉(zhuǎn)速，但這種方法僅適用于小范圍調(diào)速。轉(zhuǎn)子電阻控制通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻可以改變轉(zhuǎn)矩特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，適用于籠型異步電機(jī)。變頻器控制變頻器是目前最常用的異步電機(jī)速度控制方法，可實(shí)現(xiàn)精確、穩(wěn)定的速度控制。3.5異步電機(jī)損耗和效率銅損定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中的電流引起的損耗，與電流的平方成正比。鐵損定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗，與磁通密度的平方成正比。機(jī)械損耗包括軸承摩擦、風(fēng)扇冷卻等機(jī)械部件的損耗，與轉(zhuǎn)速和負(fù)荷有關(guān)。附加損耗包括電刷損耗、集電環(huán)損耗等，一般較小，可以忽略。4同步電機(jī)同步電機(jī)是一種重要的電機(jī)類(lèi)型，在工業(yè)生產(chǎn)、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電源頻率同步，具有穩(wěn)定運(yùn)行、效率高等優(yōu)點(diǎn)。4.1同步電機(jī)工作原理同步電機(jī)結(jié)構(gòu)同步電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁系統(tǒng)組成。定子包含繞組，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子帶有永磁體或電磁鐵，提供磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)。同步電機(jī)工作原理同步電機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)保持同步旋轉(zhuǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，可以控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和輸出功率。同步電機(jī)可用于發(fā)電和驅(qū)動(dòng)負(fù)載。4.2同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性同步轉(zhuǎn)矩同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩，由定子電流和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)強(qiáng)度決定。轉(zhuǎn)矩特性曲線同步轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線，反映了同步電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的出力能力。最大轉(zhuǎn)矩同步電機(jī)所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩，取決于定子電流和磁場(chǎng)強(qiáng)度。同步轉(zhuǎn)速同步電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，由電源頻率和極對(duì)數(shù)決定。4.3同步電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行11.電壓和頻率匹配同步電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行需要保證電壓和頻率與電網(wǎng)一致，避免電網(wǎng)出現(xiàn)過(guò)電流或電壓波動(dòng)。22.相位同步同步電機(jī)需要與電網(wǎng)保持相位同步，以確保電機(jī)輸出的電流與電網(wǎng)電流一致，防止電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定。33.勵(lì)磁控制同步電機(jī)需要通過(guò)勵(lì)磁控制來(lái)調(diào)節(jié)輸出的功率和電流，以滿足電網(wǎng)的需求。4.4同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)直流勵(lì)磁傳統(tǒng)方法，采用獨(dú)立的直流電源為勵(lì)磁繞組提供電流，優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單。靜態(tài)勵(lì)磁利用半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流控制，優(yōu)點(diǎn)是效率高、體積小、易于控制。無(wú)刷勵(lì)磁勵(lì)磁繞組由永磁體提供磁場(chǎng)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。4.5同步電機(jī)損耗和效率1銅損定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中的電流產(chǎn)生的熱量損失。2鐵損定子和轉(zhuǎn)子鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗。3機(jī)械損耗電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力和風(fēng)阻力造成的能