电机与拖动基础知识重点.doc

电机与拖动基础总复习
试题类型
一、填空题（每题1分，共20分）
二、判断题（每题1分，共10分）
三、单项选择题（每题2分，共20分）
四、简答题（两题，共15分）
五、计算题（三题，共35分）
电力拖动系统动力学基础
1．电力拖动系统一般由电动机、生产机械得传动机构、工作机构、控制设备与电源组成，通常又把传动机构与工作机构称为电动机得机械负载。
2．电力拖动运动方程得实用形式为
由电动机得电磁转矩Te与生产机械得负载转矩TL得关系：
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，电力拖动系统得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Te＜TL 时， dn/dt ＜0，系统处于减速状态。
也就就是一旦 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。
3．生产机械得负载转矩特性：

直流电机原理
1．直流电动机主要由定子、转子、电刷装置、端盖、轴承、通风冷却系统等部件组成。 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、转轴与风扇等组成。
2．直流电机得绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组与蛙绕组（叠绕与波绕混合绕组）。
3 极距、绕组得节距（第一节距、第二节距、合成节距）得概念与关系。
4 单叠绕组把每个主磁极下得元件串联成一条支路，因此其主要特点就是绕组得并联支路对数a等于极对数np。
5 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。这时电机得气隙中形成由主极磁场与电枢磁场共同作用得合成磁场。这种由电枢磁场引起主磁场畸变得现象称为电枢反应。
6 直流电机得励磁方式：

7直流电机得电枢电压方程与电动势：
直流电机电磁转矩

8 直流电动机功率方程

9直流电机工作特性
当U=UN ,IfIfN时，η=f(Ia)得关系曲线

10 直流电动机励磁回路连接可靠，绝不能断开
一旦励磁电流为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，电动机得转速将迅速上升，造成“飞车”；若电动机得负载为重载，则电动机得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，超过电动机允许得最大电流值，引起电枢绕组因大电流过热而烧毁。
11效率
她励直流发电机带负载运行时，其损耗中仅电枢回路得铜耗与电流 Ia 得平方成正比，称为可变损耗；其她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，此时发电机得损耗就是以不变损耗为主，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。
直流电机拖动基础
1她励直流电动机得机械特性

2人为机械特性
（1）改变电枢电压 ： 一组平行曲线
（2）减小每极气隙磁通：特性曲线倾斜度增加，电动机得转速较原来有所提高
（3）电枢回路串接电阻
3 她励直流电动机得起动
一般直流电动机拖动负载顺利起动得条件就是：
1)限制Ist（Ist ≤l IN， l 为电机得过载倍数）；
2) Tst ≥（1、1～1、2）TN ；
（1）电枢回路串电阻起动

（2）减压起动

4她励直流电动机得调速
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）由于电阻就是分级切除得，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

特点就是：
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10~20；
4）调速过程中能量损耗较少，因此调速经济性较好；
5）需要一套可控得直流电源。
（3） 弱磁调速

特点：
1）由于励磁电流I f << Ia ，因而控制方便，能量损耗小；
2）可连续调节电阻值，以实现无级调速；
3）在基速以上调速，由于受电机机械强度与换向火花得限制，转速不能太高，一般约为（1、2~1、5）nN ，特殊设计得弱磁调速电动机，最高转速为（3~4）nN ，因而调速范围窄。
5 她励直流电动机得制动
常用得电气制动方法有能耗制动、反接制动、回馈制动三种。
（1）能耗制动
A 能耗制动过程

B能耗制动运行状态

(2)反接制动
A电枢反接制动

B 倒拉反接制动

(3)回馈制动
A 正向回馈制动
在调压调速系统中，电压降低得幅度稍大时，会出现电动机经过第二象限得减速过程

电动车下坡时，将出现正向回馈制动运行

B 反向回馈制动运行

6 她励直流电动机得四象限运行

变压器
1变压器得基本原理与结构
变压器得主要组成就是铁心与绕组

2 变压器得额定参数
额定电压U1N 与U2N 额定电流I1N 与I2N 额定容量 SN
单相变压器
三相变压器
3 一次、二次绕组感应电动势

4 变压器负载时得基本方程式与等效电路

5绕组折算与“T”型等效电路
将变压器二次绕组折算到一次绕组时，电动势与电压得折算值等于实际值乘以电压比k，电流得折算值等于实际值除以k，而电阻、漏电抗及阻抗得折算值等于实际值乘以 k2。这样，二次绕组经过折算后，变压器得基本方程式变为
分析变压器内部得电磁关系可采用三种方法：基本方程式、等效电路与相量图。

6 变压器带负载时得相量图

7 变压器得参数测定
(1) 空载试验
调压器TC加上工频得正弦交流电源，调节调压器得输出电压使其等于额定电压U1N ，然后测量U1 、I0 、U20 及空载损耗P0

由于空载电流 I0 很小，绕组损耗 I02R 很小，所以认为变压器空载时得输入功率P0 完全用来平衡变压器得铁心损耗，即 P0 ≈ ΔpFe 。

励磁阻抗 励磁电阻

励磁电抗 电压比
(2) 短路试验
短路试验时， 用调压器TC 使一次侧电流从零升到额定电流 I1N，分别测量其短路电压 Ush 、短路电流 Ish 与短路损耗Psh ，并记录试验时得室温θ（℃）。
由于短路试验时外加电压很低，主磁通很小， 所以铁耗与励磁电流均可忽略不计，这时输入得功率（短路损耗）Psh 可认为完全消耗在绕组得电阻损耗上，即 Psh ≈ΔpCu 。由简化等效电路，根据测量结果，取 Ish ＝ I1N 时得数据计算室温下得短路参数。

短路阻抗 短路电阻
短路电抗
8 变压器得外特性与电压变化率

电压变化率得实用计算公式
变压器得负载系数
9变压器得效率特性
变压器得总损耗为
短路损耗（铜损耗）Psh 空载损耗 P0
变压器效率得实用计算公式

当可变损耗与不变损耗相等时，效率达最大值，由此可得到产生变压器最大效率时得负载系数bm为
10 三相变压器绕组得联结法

11三相变压器联结组得判断方法

三相变压器得并联运行

交流电机得旋转磁场理论
交流电机包括:（1）异步电机（2）与同步电机
1 单相电枢绕组得磁动势

2 旋转磁场得基本特点
(1)三相对称绕组通入三相对称电流所产生得三相基波合成磁动势就是一个旋转行波；
(2)旋转磁场得旋转方向就是从电流超前得相转向电流滞后得相，改变三相绕组得相序即可改变旋转磁场得方向；
(3)旋转磁场得转速n1与电源频率f1、电机极对数P之间得关系，即

异步电机原理
1 异步电动机得优缺点
• 异步电动机得优点：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高。
• 异步电动机得缺点：功率因数较差，异步电动机运行时，必须从电网里吸收滞后性得无功功率，它得功率因数总就是小于1。
2 异步电动机得分类
• 按定子相数分：单相异步电动机；三相异步电动机。
• 按转子结构分：绕线式异步电动机；鼠笼式异步电动机，其中又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机、深槽式异步电动机
3 异步电动机得转差率：
4 异步电机得运行方式

5 异步电动机得电压方程
(1)定子电压方程
(2)转子电压方程

6 异步电动机得电磁关系

6 三相异步电动机单相等效电路

7等效电路与相量图

虚拟电阻得损耗，实质上表征了异步电动机得机械功率

8 异步电动机得功率

9异步电动机得电磁转矩
与每极磁通与转子电流有功分量得乘积成正比
10 异步电动机得工作特性
l 异步电动机得转速特性为一条稍向下倾斜得曲线
l 随着负载得增大，转子转速下降，转子电流增大，定子电流及磁动势也随之增大，抵消转子电流产生得磁动势，以保持磁动势得平衡。定子电流几乎随 P2 按正比例增加。

l 当负载增加时，转子电流得有功分量增加，定子电流得有功分量也随之增加，即可使功率因数提高。在接近额定负载时，功率因数达到最大。
l 异步电动机得负载不超过额定值时，角速度w 变化很小。而空载转矩T0 又可认为基本上不变，所以电磁转矩特性近似为一条斜率为 1/ w 得直线。
l 异步电动机中得损耗也可分为不变损耗与可变损耗两部分。当输出功率P2 增加时，可变损耗增加较慢，所以效率上升很快。当可变损耗等于不变损耗时异步电动机得效率达到最大值。随着负载继续增加，可变损耗增加很快，效率就要降低。
同步电机原理
1 同步电机得结构与运行方式
同步电机静止得转子与旋转得定子组成
同步电机得转子有两种结构形式：凸极式、隐极式
2同步电动机得功率因数及Ｖ形曲线
交流电机拖动基础
1 机械特性得三种表达式
（1）物理表达式

（2）参数表达式

（3）实用表达式

最大电磁转矩与电压得平方成正比，与漏电抗成反比；临界转差率与转子电阻成正比，与电压大小无关。

异步电动机机械特性得三种表达式，其应用场合各有不同。一般物理表达式适用于定性地分析 Te 与 及 间得关系；参数表达式多用于分析各参数变化对电动机运行性能得影响；实用表达式最适用于进行机械特性得工程计算。
2 机械特性

机械特性得直线部分她机械特性得曲线部分

起动转矩
稳定运行问题：
（1）降低定子端电压得人为机械特性特点：
• 1）固有特性得同步转速不变。
• 2）最大转矩随电压得降低而
按二次方规律减小。
• ３）最大转矩对应得转差率保持不变．

（2）定子回路串三相对称电阻得人为机械特性

定子回路串入电阻并不影响同步转速，但就是最大电磁转矩、起动转矩与临界转差率都随着定子回路电阻值得增大而减小。
（3）定子回路串三相对称电抗得人为机械特性
（4）转子回路串三相对称电阻得人为机械特性
特点：（１）同步转速n1、
最大电磁转矩Tem不变。
（２）临界转差率sm增大。
（３）起动转矩增大．
当所串入得电阻满足

起动转矩为最大电磁转矩
3 异步电动机得起动
起动要求：
（１）足够大得起动转矩。起动电流倍数KI=Ist / IN
（２）不要太大得起动电流。起动转矩倍数KT=Tst /TN。
l 普通得异步电动机 如果不采取任何措施 而直接接入电网起动时，往往起动电流Ist 很大，而起动转矩Tst 不足。

在起动初始，n = 0，转差率s = 1，转子电流得频率f2=sf1 ≈ 50Hz ，转子绕组得电动势sEr0=Er0，比正常运行时（s = 0、01～0、05）得电动势值大20倍，则此时转子电流Ir很大，定子电流得负载分量也随之急剧增大，使得定子电流（即起动电流）很大；
转子漏磁sXr0>>Rr，使得转子内得功率因数cosφ2很小，所以尽管起动时转子电流Ir 很大，但其有功分量Ircosφ2并不大。而且，由于起动电流很大，定子绕组得漏阻抗压降增大，使得感应电势Es与与之成正比得主磁通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得能力有限；
2）起动转矩小，而负载又要求有足够得转矩才能起动。
（1）小容量电动机得轻载起动——直接起动
直接起动也称为全压起动。（７、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-Δ）换接起动

（B）自耦降压起动

电动机端电压:
Us=U2 =
定子电流:
Is=I2=
从电网上吸取得电流:
I1 =Ist
起动转矩与起动电流降低同样得倍数。
（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。
　（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得起动电阻，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 异步电动机得调速
从定子传入转子得电磁功率Pem可分成两部分：一部分为拖动负载得有效功率　　　　　　；另一部分就是转差功率 ， 与转差率成正比。
把异步电动机得调速方法分为三类：
1）转差功率消耗型 — 全部转差功率转换成热能消耗掉。效率最低。
2）转差功率回馈型 — 转差功率得一部分消耗掉，大部分则通过变流装置回馈电网，其效率比功率消耗型高。
3）转差功率不变型 —转差率保持不变，所以转差功率得消耗也基本不变，因此效率最高。
(1)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

(2)转差功率回馈型异步电动机调速方法——串级调速
1、 串级调速得基本原理

2、 串级调速得控制方式
(1) 次同步调速方式 (2) 超同步调速方式
3、 串级调速得机械特性

(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

（B）变频调速
1） 基频以下调速

2）基频以上调速

5 异步电动机得制动
（1）异步电动机得能耗制动

（2）异步电动机得反接制动

（A） 转速反向得反接制动

（B）定子两相对调反接制动

两种反接制动电动机得转差率都大于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）异步电动机得回馈制动

两种回馈制动电动机得转差率都小于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