电机及拖动基础复习提纲.doc

电机与拖动基础复习提纲试题类型一、填空题（每空1分，共20分）二、单项选择题（每题2分，共20分）三、简答题（五题，共20分）四、计算题（三题，共40分）一 电机的基础知识部分电机：是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递电机或机电能量转换的机械。1按电机供电电源的不同，可以分为直流电机和交流电机两大类。2磁场中的基本物理量及其关系F=BS B=H 3. 磁路基本定律：安培环路定律 磁路欧姆定律 或 基尔霍夫第一定律 基尔霍夫第二定律4. 起始磁化曲线分析非导磁材料，比如：铜、橡胶和空气等，具有与真空相近的导磁率，因此在这些材料中，磁场强度H与磁通密度B的关系是线性的。在导磁材料中，磁场强度H与磁通密度B的关系不是线性的。在ab段B与H几乎成正比地增加，过b点后H增加相应B的增加却很少，即饱和现象。b点为膝点。在电机或者变压器的主磁路中，为获得较大的磁通量，又不过分增大磁动势，通常把铁心的工作点的磁通密度选择在膝点附近5.铁心中的磁滞损耗和涡流损耗之和为铁心损耗。6.电力拖动系统一般由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源组成，通常又把传动机构和工作机构称为电动机的机械负载。 7电力拖动运动方程的实用形式为 由电动机的电磁转矩Te与生产机械的负载转矩TL的关系： 1）当Te = TL 时， dn/dt = 0，表示电动机以恒定转速旋转或静止不动，电力拖动系统的这种运动状态被称为静态或稳态； 2）若Te TL 时， dn/dt 0，系统处于加速状态； 3）若TeTL 时， dn/dt 0，系统处于减速状态。 也就是一旦 dn/dt 0 ，则转速将发生变化，我们把这种运动状态称为动态或过渡状态。8生产机械的负载转矩特性：典型应用反抗性恒转矩负载：皮带传送机，电力机车，金属的压延机构、机床的平移机构。位能性恒转矩负载：起重机。通风机负载：离心式通风机、水泵、油泵等。恒功率负载：金属切削机床。9拖动系统稳定运行的充分必要条件: Te=TL且10. 将复杂的多轴传动系统折算成单轴传动系统时转矩的折算原则是系统的传送功率不变 飞轮惯量（飞轮矩）折算原则是系统的存储动能不变二 直流电机原理与拖动1直流电机结构：直流电动机主要由定子、转子、端盖、轴承等部件组成。 定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成。转子（又称电枢）由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。2. 直流电机的特点：调速性能好，起动转矩较大。3直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。4极距、绕组的节距（第一节距、第二节距、合成节距）的概念和关系。5. 单叠绕组把每个主磁极下的元件串联成一条支路，因此其主要特点是绕组的并联支路对数a等于极对数p。6. 直流电机的励磁方式：a他励，bcd自励7. 电枢反应：直流电机在主极建立了主磁场，当电枢绕组中通过电流时，产生电枢磁动势，也在气隙中建立起电枢磁场。这时电机的气隙中形成由主极磁场和电枢磁场共同作用的合成磁场。这种由电枢磁场引起主磁场畸变的现象称为电枢反应。8. 电枢反应的影响(1)使气隙磁场发生畸变(2)对主磁场起去磁作用 9.直流电机的电枢电压方程和电动势：直流电机电磁转矩10. 直流电动机功率方程11.直流电机工作特性12. 直流电动机励磁回路连接可靠，绝不能断开一旦励磁电流 If = 0，则电机主磁通将迅速下降至剩磁磁通，若此时电动机负载较轻，电动机的转速将迅速上升，造成“飞车”；若电动机的负载为重载，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电机转速减小，但电枢电流将飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，引起电枢绕组因大电流过热而烧毁。 13. 自励发电方式能否建立空载电压是有三个条件（1）电机必须有剩磁，如果没有须事先进行充磁；（2）励磁绕组的极性必须正确，也就是励磁绕组与电枢并联时接线要正确；（3）励磁回路的电阻不能太大，即其伏安特性的斜率U/If 不能太陡，否则如果伏安特性的斜率太陡，与发电机空载特性交点很低或无交点，就无法建立空载电压。总之，自励发电机的运行首先要在空载阶段建立电压，然后才能带负载运行。 14.他励直流发电机的外特性随着电流的增大，其输出电压下降。这是因为： 随着发电机的负载增加，其电枢反应的去磁效应增强，使每极磁通量减小，导致电枢电动势下降。 电枢回路电阻上的电压将随着电流上升而增大，使发电机的输出电压下降。由空载到负载，电压下降的程度用电压变化率来表示，即式中空载时的端电压。一般他励直流电机的电压变化率约为。15效率他励直流发电机带负载运行时，其损耗中仅电枢回路的铜耗与电流 Ia 的平方成正比，称为可变损耗；其他部分损耗与电枢电流无关，称为不变损耗。当负载较小时，Ia 也较小，此时发电机的损耗是以不变损耗为主，但因输出功率小而效率低；随着负载增加，P2增大而效率上升，当可变损耗与不变损耗相等时效率达到最大值。16他励直流电动机的机械特性17人为机械特性（1）改变电枢电压 一组平行曲线（2）减小磁通特性曲线倾斜度增加，电动机的转速较原来有所提高，整个特性曲线均在固有机械特性之上（3）电枢回路串接电阻R越大，曲线越倾斜18 他励直流电动机的起动一般直流电动机拖动负载起动的条件是： 1)限制Ist（Ist k IN， k 为电机的过载倍数）； 2) Tst （1.11.2）TN ； 3) 起动设备简单、可靠。（1）电枢回路串电阻起动（2）减压起动19 他励直他励直流电动机的调速调速范围、静差率、平滑性（1） 串电阻调速特点： 1）实现简单，操作方便； 2）低速时机械特性变软，静差率增大，相对稳定性变差；3）只能在基速以下调速，因而调速范围较小，一般D 2；4）由于电阻是分级切除的，所以只能实现有级调速，平滑性差；5）由于串接电阻上要消耗电功率，因而经济性较差，而且转速越低，能耗越大。（2） 调电压调速特点是： 1）由于调压电源可连续平滑调节，所以拖动系统可实现无级调速；2）调速前后机械特性硬度不变，因而相对稳定性较好； 3）在基速以下调速，调速范围较宽，D可达1020；4）调速过程中能量损耗较少，因此调速经济性较好；5）需要可控的直流电源。（3） 弱磁调速特点： 1）由于励磁电流I f R2，使得转子内的功率因数cos2很小，所以尽管起动时转子电流Ir 很大，但其有功分量Ircos2并不大。而且，由于起动电流很大，定子绕组的漏阻抗压降增大，使得感应电势Es和与之成正比的主磁通Fm减小，因此起动转矩Tst并不大。异步电动机在起动时存在以下两种矛盾：1）起动电流大，而电网承受冲击电流的能力有限；2）起动转矩小，而负载又要求有足够的转矩才能起动。（1）小容量电动机的轻载起动直接起动直接起动也称为全压起动。（.5kW）优点：操作简便、起动设备简单；缺点：起动电流大，会引起电网电压波动。（2）中、大容量电动机轻载起动降压起动（A）星形-三角形（Y-）起动（B）自耦降压起动电动机端电压: Us=U2 = 定子电流:Is=I2= 从电网上吸取的电流:I1 =Ist起动转矩与起动电流降低同样的倍数。 （C）串电阻（抗）起动方法优点:起动电流冲击小，运行可靠，起动设备构造简单；缺点:起动时电能损耗较多。(4)中、大容量电动机重载起动绕线转子异步电动机的起动起动的两种矛盾（起动转矩小，起动电流大）同时起作用。 如果上述特殊形式的笼型电动机还不能适应，则只能采用绕线转子异步电动机了。在绕线转子异步电动机的转子上串接电阻时，如果阻值选择合适，可以既增大起动转矩，又减小起动电流，两种矛盾都能得到解决。（A） 转子串接电阻起动方法在起动时，在转子绕组中串接适当的起动电阻，以减小起动电流，增加起动转矩。待转速基本稳定时，将起动电阻从转子电路中切除，进入正常运行。 4 异步电动机的调速从定子传入转子的电磁功率Pem可分成两部分：一部分为拖动负载的有效功率；另一部分是转差功率 ， 与转差率成正比。(1)调转差(功率消耗型)异步电动机调速方法 (A) 改变定子电压调速 (B)转子电路串接电阻调速 (3) 转差功率不变型异步电动机调速方法（A）变极调速多速异步电动机有极调速 n=60f/pYY-Y（恒转矩调速）YY- （近似恒功率调速）两种常用改变联结方法。YY联结（半绕组并联）对应的极对数p为Y和（半绕组串联）的1/2由p的变化可知n的变化。因p和2p两种情况下相序相反，引出端子V，W需对调（B）变频调速 1） 基频以下调速 变频调速时要求保持不变，由于U=E=4.44f1N1K为使在f变化时保持不变，则U/f必须为定值，所以f下降时U同时下降。同时U/f不变可保持Tmax不变则过载能力不变U/f不变同样使得T保持不变为恒转矩调速2）基频以上调速 U不变与f成反比即与n成反比而T = CTm I2N cosj2 所以T与n成反比，因而P不变为恒功率调速若满足可使Tmax不变。*5 异步电动机的制动（1）异步电动机的能耗制动（2）异步电动机的反接制动（A） 转速反向的反接制动（B）定子两相对调反接制动两种反接制动电动机的转差率都大于1能量：从电网吸收电能；从旋转系统获得动能（定子两相对调反接制动）或势能（转速反向反接制动）转化为电能。这些能量都消耗在转子回路中。（3）异步电动机的回馈制动两种回馈制动电动机的转差率都小于0能量：从旋转系统获得势能转化为电能，并回馈给电网。6 异步电动机运行状态小结32