电机学PPT演示课件

电机学* 电机的定义 电机的分类及作用 电机中的基本电磁关系 电机中的铁磁材料特性 磁路基本定律及计算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 电机的机电能量转换过程7.总结****返回*返回*返回****变压器电动势变压器电动势的方向可根据楞次定律来判断*运动电动势**H/m**oa段：H较弱，B缓慢增加ab段：H较强，B迅速增加bc段：H继续加强，B增加变慢（饱和段）c－段：H继续加强，B增加缓慢（深度饱和段）*P18~19**公式中各量纲见P20*磁路基本定律欧姆定律*磁阻磁导*定律 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 :穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒等于零(或者说，进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量)，这就是磁通连续性定律。*定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。** 电路 磁路 电阻率恒定 导磁率变化 电压、电流线性 磁势、磁通非线性 不存在饱和现象 有磁路饱和磁路和电路的比拟仅是一种数学形式上的类似、而不是物理本质的相似。* 电路 磁路 电流I 磁通Φ 电动势E 磁动势F 电压降IE 磁压降ΦRm 电阻R 磁阻Rm 电导g＝1/R 磁导Λm=1/Rm 基尔霍夫第一定律Σi＝0 基尔霍夫第一定律ΣΦ＝0 基尔霍夫第二定律ΣU＝Σe 基尔霍夫第二定律ΣHl＝ΣNI 欧姆定律I＝U/R 欧姆定律Φ＝Um/Rm******求：励磁磁动势F2*****P33*P34*电磁转矩和电磁功率在机电能量转换中起重要用，而它们都是通过气隙磁场的作用而产生*第一节磁路的基本定律 机电能量转换的媒介是磁场，磁场的路径称为磁路。在 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中，通常将磁场问题简化为磁路问题。 电机是进行机电能量转换的装置*一.磁场的几个常用量磁感应强度（又称磁通密度）B——表征磁场强弱及方向的物理量。单位：Wb/m2磁通量Φ——垂直穿过某截面积的磁力线总和。单位：Wb磁场强度H——计算磁场时引用的物理量。B=μH，单位：A/m*磁通所通过的路径称为磁路二.磁路的概念*三、磁路的基本定律1、安培环路定律沿任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和如果在均匀磁场中，沿着回线L磁场强度H处处相等，则2、磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量Φ乘以磁阻Rm*磁通量Φ等于磁通密度乘以面积*3、磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫电流定律*（2）磁路的基尔霍夫电压定律*磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别：1）电路中有电流I时，就有功率损耗；而在直流磁路中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。2）电路中的电流全部在导线中流动；而在磁路中，总有一部分漏磁通。3）电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁路中铁心的导磁率随着饱和程度而有所变化。4）对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路中，B和H之间的关系为非线性，因此计算时不可以用叠加原理。*第二节常用铁磁材料及其特性一、铁磁物质的磁化在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，显示出磁性。*二、磁化曲线和磁滞回线1、起始磁化曲线将一块未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增加时，磁通密度B将随之增加。用B=f(H)描述的曲线就称为起始磁化曲线。*2、磁滞回线剩磁——当H从零增加到Hm时，B相应地从零增加到Bm；然后再逐渐减小H，B值将沿曲线ab下降。当H=0时，B值并不等于零，而是Br。这就是剩磁。磁滞回线——当H在Hm和－Hm之间反复变化时，呈现磁滞现象的B－H闭合曲线，称为磁滞回线。*3、基本磁化曲线对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为基本磁化曲线。*三、铁磁材料1、软磁材料2、硬磁材料四、铁心损耗1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗的能量。2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。*第三节直流磁路的计算磁路计算正问题——给定磁通量，计算所需的励磁磁动势磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量磁路计算正问题的步骤：1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段；2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk；3）计算各段磁路的平均磁通密度Ak，Bk=Φk/Ak；4）根据Bk求出对应的Hk；5）计算各段磁位降Hklk，最后求出F=∑Hklk。磁路计算逆问题——因为磁路为非线性的，用试探法。*第四节交流磁路的特点交流磁路除了会在铁心中产生损耗外，还有以下两个效应：1）磁通量随时间变化，在励磁线圈中产生感应电动势。2）磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸变。本章作业：1.1~1.7*本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流电动机的工作特性。第二章直流电机*2.1概述与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。*2.1.1直流电机的主要结构2.1直流电机的基本工作原理和结构主磁极换向磁极电刷装置机座端盖电枢铁心电枢绕组换向器转轴轴承直流电机具体结构参看P46***2.1.2直流电机的工作原理2.1直流电机的基本工作原理和结构一、直流发电机工作原理右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。*2.1.2直流电机的工作原理2.1直流电机的基本工作原理和结构一、直流发电机工作原理电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的导体总是位于S极下*2.1.2直流电机的工作原理2.1直流电机的基本工作原理和结构一、直流发电机工作原理可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。***2.1.2直流电动机的工作原理2.1直流电机的基本工作原理和结构二、直流电动机工作原理把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右图。直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。*2.1.2直流电动机的工作原理2.1直流电机的基本工作原理和结构二、直流电动机工作原理原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。当电枢旋转到右图所示位置时同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。*2.1.3直流电机的铭牌数据2.1直流电机的基本工作原理和结构*2.1.3直流电机的铭牌数据2.1直流电机的基本工作原理和结构此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行于额定状态。电机的运行电流小于额定电流——欠载运行；运行电流大于额定电流——过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。*空载时直流电机的磁场(提前介绍)P62*2.2.1直流枢绕组基本知识2.2直流电机的电枢绕组简介元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。*2.2.1直流枢绕组基本知识2.2直流电机的电枢绕组简介yk**yk单叠绕组元件的连接*2.2.2单叠绕组2.2直流电机的电枢绕组简介单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的所有元件取出来画在一张图里，展示元件相互间的电气连接关系及主磁极、换向片、电刷间的相对位置关系。*2.2.2单叠绕组2.2直流电机的电枢绕组简介根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图(下图)。单叠绕组的的特点：1）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。2）电刷数等于主磁极数，电刷间电动势等于并联支路电动势。3）电枢电流等于各支路电流之和。参看P59*2.3直流电机的磁场2.3.1*2.3.2直流电机的空载磁场右图为一台四极直流电机空载时的磁场示意图。详细参见P62*2.3.2直流电机的空载磁场直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得多，大约是主磁通的20%。**空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的大小和形状。磁极中心及附近的气隙小且均匀，磁通密度较大且基本为常数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小；极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减少，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零。无齿电枢表面的气隙磁密分布*直流电机的化曲线*2.3.3直流电机的电枢磁场直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生的磁动势称为电枢磁动势。电枢磁动势的出现使电机的磁场发生变化。右图为一台电刷放在几何中性线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴磁动势。*2.3.3直流电机负载时的负载磁场2.3直流电机的电枢反应*2.3.4直流电机的电枢反应2.3直流电机的电枢反应当励磁绕组中有励磁电流，电机带上负载后，气隙中的磁场是励磁磁动势与电枢磁动势共同作用的结果。电枢磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应与电刷的位置有关。1、当电刷在几何中性线上时，将主磁场分布和电枢磁场分布叠加，可得到负载后电机的磁场分布情况，如图（a）所示。*2.3.4直流电机的电枢反应2.3直流电机的电枢反应主磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场磁通密度分布曲线两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线*2.3.4直流电机的电枢反应2.3直流电机的电枢反应由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：2)、对主磁场起去磁作用1)、使气隙磁场发生畸变磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。*直流电机的电枢电动势2.3.5直流电机的电枢电动势和电磁转矩产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电枢电动势。性质:发电机——电源电势(与电枢电流同方向);电动机——反电势(与电枢电流反方向).P72可见，直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通及转速有关。***直流电机的电磁转矩2.3.5直流电机的电枢电动势和电磁转矩产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。性质:发电机——制动(与转速方向相反)；电动机——驱动(与转速方向相同)。P73可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电流成正比。*二、直流电机的电磁转矩当直流电机带上负载时，电枢绕组中就有电流流过，载流的电枢绕组在气隙磁场中将受到电磁力作用而产生电磁转矩，电磁力的大小可以利用电磁力定律来计算。假定电刷放在几何中性线上，元件为整距，则一个极下载流导体的电流方向均相同；另外，每个极下的气隙磁场，除极性不同外，其分布情况也相同。因此，只要计算一根导体在一个磁极范围内气隙磁场中所受到的平均电磁力和电磁转矩，然后再乘以总导体数，就可得到作用在整个电枢上的电磁转矩。**2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.1直流发电机的基本特性*2.4.2直流发电机的运行特性****************1.了解直流电动机的励磁方式，掌握其特点2.掌握直流电动机的基本方程式3.掌握直流电动机的工作特性4.掌握直流电动机的机械特性5.掌握直流电动机的起动和调速方法6.了解直流电动机的制动本节主要内容2.5直流电动机的基本特性* 直流电动机具有良好的起动性能和调速性能，广泛应用于对起动和调速性能要求高的场合 直流电动机按励磁方式可分为：他励、并励、串励和复励四种2.5直流电动机的基本特性*1直流电机的可逆原理 直流电机 直流电机的可逆原理：一台电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行。 感应电动势——“发电作用”电磁转矩——“电动作用” 发电机：主电动势反转矩电动机：反电动势主转矩原动机Ea>U电负载电源Ea<U机械负载发电机电动机2.5直流电动机的基本特性*2.5.1直流电动机的基本方程式2.5直流电动机的基本特性一、电压平衡方程式*2直流电动机的基本方程式二、功率平衡方程式2.5直流电动机的基本特性*2直流电动机的基本方程式三、转矩平衡方程式稳态运行转矩方程动态运行转矩方程2.5直流电动机的基本特性*2.5.2直流电动机的工作特性 定义：U＝UN，If＝IfN（并励）时，转速n、电磁转矩Tem、效率η与电枢电流Ia（或输出功率P2）的关系。即n＝f(Ia),Tem＝f(Ia),η＝f(Ia)或n＝f(P2),Tem＝f(P2),η＝f(P2)的关系曲线 工作特性因励磁方式而异，可计算求得，但大多用实验方法确定。2.5直流电动机的基本特性*一、并励电动机的工作特性1、转速特性：U＝UN＝常数，If＝IfN＝常数时，n＝f(Ia)的关系曲线励磁回路不允许断开！2.5直流电动机的基本特性*一、并励电动机的工作特性2、转矩特性：U＝UN＝常数，If＝IfN＝常数时，Tem＝f(Ia)的关系曲线考虑去磁，曲线有所下降。2.5直流电动机的基本特性*一、并励电动机的工作特性3、效率特性：U＝UN＝常数，If＝IfN＝常数时，η＝f(Ia)的关系曲线可变损耗=不变损耗时，效率最高。2.5直流电动机的基本特性*一、并励电动机的工作特性2.5直流电动机的基本特性*二、串励电动机的工作特性1、转速特性：U＝UN＝常数，n＝f(Ia),的关系曲线U＝UN＝常数时，转速n、电磁转矩Tem、效率η与电枢电流Ia（或输出功率P2）的关系曲线2.5直流电动机的基本特性*二、串励电动机的工作特性1、转速特性：串励电动机绝对不允许空载运行，以避免发生“飞速”现象。2、转距特性：Tem＝f(Ia)2.5直流电动机的基本特性*直流发电机与直流电动机的区别转矩平衡方程功率平衡方程特性：2.5直流电动机的基本特性*2.5.3直流电动机的机械特性 定义：U＝UN＝常数时，励磁和电枢回路电阻保持不变时，转速n与电磁转矩Tem的关系n＝f(Tem)Rj为串入电枢回路的调节电阻，用于改变机械特性的形状。Rj=0时为自然机械特性，Rj≠0为人工机械特性。2.5直流电动机的基本特性* 并励直流电动机的机械特性机械特性接近于一水平线，称为硬特性。反之特性软2.5直流电动机的基本特性2.5.3直流电动机的机械特性* 串励直流电动机的机械特性软特性：因为转矩增大，电枢增大，磁通增大，内阻压降均增大，故转速下降很快2.5直流电动机的基本特性2.5.3直流电动机的机械特性*2.6直流电力传动二、电动机组稳定运行的条件 典型负载的机械特性n＝f(TL)（1）恒转矩负载：TL=const（2）风机类负载：TL∝n2（3）恒功率负载：PL=const* 下垂的机械特性2.6直流电力传动二、电动机组稳定运行的条件* 上翘的机械特性 稳定条件2.6直流电力传动二、电动机组稳定运行的条件*2.6.2直流电动机的起动 起动的基本要求：①起动转矩足够大；②起动电流限制在允许范围内；③起动时间短，符合生产技术要求；④起动设备简单、经济、安全、可靠。 起动过程：直流电动机接电源后，转速从零达到稳定转速的过程 大电流对电网的影响：①电网电压下降，影响其他用电设备②电机绕组发热，受大电磁力的冲击2.6直流电力传动* 起动瞬间： 起动的根本原则：①足够大的电磁转矩②限制起动电流 起动时的磁场：磁通最大（励磁回路调节电阻为零） 常用起动方法：①全压起动；②电枢回路串变阻器起动；③降压起动。2.6直流电力传动*一、全压起动 直接加额定电压起动 优点：操作简单，无需另加设备 缺点：冲击电流大；电源电压会突然降低，影响其他用电设备；产生很大的冲击电磁力和转矩 应用：适用于容量很小的电动机。2.6直流电力传动2.6.2直流电动机的起动*二、电枢回路串变阻器起动 在电枢回路串可变电阻，以限制起动电流，待转速上升后，逐步切除起动电阻 损耗增加，不经济2.6直流电力传动2.6.2直流电动机的起动*三、降压起动 开始时，降低端电压，随着转速的升高，逐步提高电枢电压，并使电枢电流限制在一定范围内。 采用他励 优点：起动电流小，起动过程平滑、能量损耗少。 缺点：需要一套专用的直流发电机或整流电源，投资费用大。 实例：发电机－电动机组；整流器－电动机组2.6直流电力传动2.6.2直流电动机的起动*2.6.3直流电动机的调速调速方法：（1）改变励磁电流（主磁通）调速；（2）改变串入电枢回路中的电阻调速（3）改变电枢端电压调速2.6直流电力传动*一、改变励磁电流调速 优点：设备简单，调节方便，能耗小，效率基本不变，经济性好，调速平滑，可实现无级调速 缺点：只能向上单方向调节，转速高时，换向性能差，机械特性的斜率变大，特性变软； 机械特性：理想空载转速增大；斜率增大2.6直流电力传动2.6.3直流电动机的调速*一、改变励磁电流调速 调速过程：2.6直流电力传动2.6.3直流电动机的调速*一、改变励磁电流调速 调速过程：调节磁场前工作点弱磁瞬间工作点A→A′弱磁稳定后的工作点2.6直流电力传动2.6.3直流电动机的调速*一、改变励磁电流调速 调速过程：减弱磁通调速前、后转速变化曲线减弱磁通前、后的电枢电流变化曲线结论：磁场越弱，转速越高。因此电机运行时励磁回路不能开路。2.6直流电力传动2.6.3直流电动机的调速* 优点：设备简单，操作方便。 缺点：只能向下单方向调节；低速时，机械特性很软，调速范围不大,稳定性差；负载变化时，转速调整率变大；速度调节不平滑，属有级调速；电阻消耗的能量大，调速时效率低，效率与转速成正比。 机械特性：理想空载转速不变；斜率增大二、改变串入电枢回路的电阻调速2.6直流电力传动2.6.3直流电动机的调速*2.6.3直流电动机的调速 适用于恒转矩调速 对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使Tem和Ia不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。 调速过程：二、改变串入电枢回路的电阻调速2.6直流电力传动* 调速过程：二、改变串入电枢回路的电阻调速未串电阻时的工作点串电阻Rj1后,工作点由A→A′→B2.6直流电力传动2.6.3直流电动机的调速* 调速过程：二、改变串入电枢回路的电阻调速调速过程电流变化曲线调速前、后电流不变调速过程转速变化曲线结论：带恒转矩负载时,串电阻越大,转速越低。2.6直流电力传动2.6.3直流电动机的调速* 优点：电源电压能够平滑调节，可实现无级调速；调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好；无论轻载还是负载，调速范围相同；电能损耗较小。 缺点：只能向基速下单方向调节；需要一套电压可连续可调的直流电源，较复杂。 机械特性：理想空载转速减小；斜率不变，是一组平行直线。三、改变电枢端电压调速2.6直流电力传动2.6.3直流电动机的调速* 适用于恒转矩调速 对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使Tem和Ia不变。 调速过程：三、改变电枢端电压调速2.6直流电力传动2.6.3直流电动机的调速* 调速过程：三、改变电枢端电压调速调速压前工作点A降压瞬间工作点稳定后工作点降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间变化的曲线也相似。2.6直流电力传动2.6.3直流电动机的调速*2.6.4直流电动机的制动 分类：机械制动和电磁制动 电磁制动 定义：使电动机产生一个与旋转方向相反的电磁转矩，阻碍电动机转动 特点：产生的转矩大，易于控制，操作方便 方法：能耗制动、反接制动、回馈制动2.6直流电力传动*2.6.4直流电动机的制动一、能耗制动 保持励磁电流的大小及方向不变，电动机从电网脱离接至制动电阻RL。 实际上是一台向制动电阻供电的他励直流发电机。轴上的机械能转化成电能，全部消耗于电枢回路的电阻上，2.6直流电力传动*2.6.4直流电动机的制动一、能耗制动 特点：1）操作简单，停车准确2）能耗制动产生的冲击电流不会影响电网；3）低速时制动转矩小，停转慢；4）动能大部分都消耗在制动转矩上。2.6直流电力传动*2.6.4直流电动机的制动二、反接制动 电枢回路串入制动电阻后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流，进而产生反向制动电磁转矩。 从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路电阻上。1、正转反接2.6直流电力传动*2.6.4直流电动机的制动二、反接制动1、正转反接 特点：1）可以很快使机组停机。2）需要加入足够的电阻，限制电枢电流；3）转速至零时，需切断电源。2.6直流电力传动*2.6.4直流电动机的制动三、回馈制动（发电机制动） 回馈制动过程中，有功功率回馈电源。从电能消耗看，回馈制动是最经济的一种制动方式。 转速高于理想空载转速是回馈制动运行状态的重要特点。 当电动机转速高于理想空载转速，即n＞n0时，电枢电动势Ea大于电枢电压U，电机进入发电状态，电磁转矩起制动作用，限制转速上升，电动机向电源回馈电能。2.6直流电力传动*2.6.4直流电动机的制动 形式三、回馈制动（发电机制动） 稳定运行：1、电压反接制动带位能性负载进入第四象限；2、电车下坡时，运行转速超过理想空载转速，进入第二象限。当电车下坡时，运行转速可能超过理想空载转速,进入第二象限2.6直流电力传动作业：2-7、11、27、40、51简述：直流伺服电机、直流测速发电机内容*变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。变压器的主要功能有：在能量传输过程中，当输送功率P=UIcos及负载功率因数cos一定时：电能损耗小节省金属材料（经济）概述UIP=I²RlIS*电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：**变压器的磁路变压器的电路**变压器的铭牌和技术数据*额定电压U1N、U2N变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值额定电流I1N、I2N变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。*额定容量SN传送功率的最大能力。容量SN输出功率P2一次侧输入功率P1输出功率P2注意：变压器几个功率的关系（单相）效率变压器运行时的功率取决于负载的性质*一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。**(1)空载运行情况一次侧接交流电源，二次侧开路。空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁通势产生的。*(2)带负载运行情况一次侧接交流电源，二次侧接负载。有载时，铁心中主磁通是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。*2.电压变换（设加正弦交流电压）有效值:同理：(1)一次、二次侧主磁通感应电动势*根据KVL：变压器一次侧等效电路如图(2)一次、二次侧电压*对二次侧，根据KVL：结论：改变匝数比，就能改变输出电压。变压器空载时:式中U20为变压器空载电压。故有*(一次、二次侧电流关系)有载运行可见，铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时近似保持不变。即有不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有由上式，若U1、f不变，则m基本不变，近于常数。*结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。1.提供产生m的磁势空载磁势有载磁势*3.1.2变压器的外特性与效率1.变压器的外特性当一次侧电压U1和负载功率因数cos2保持不变时，二次侧输出电压U2和输出电流I2的关系，U2=f(I2)。U20：一次侧加额定电压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2变化不大），电压变化率约在5%左右。电压变化率：*为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠成。变压器的损耗包括两部分：铜损(PCu)：绕组导线电阻的损耗。涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感应电流(涡流)造成的损耗。铁损(PFe)：变压器的效率为一般95%,负载为额定负载的(50~75)%时，最大。输出功率输入功率*当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。•••1.同极性端(同名端)或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端用“•”表示。增加+–+++–––同极性端和绕组的绕向有关。3.1.3变压器绕组的极性•*当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法现接，带上三相对称负载，原边加上对称的三相电压时，因为三相对称电压本身大小相等、相位互差1200，因此求得一相的电压、电流，其它两相按对称关系求出。3.2三相变压器*一、组式变压器三个独立的单相变压器组成,在电路上互相联接，三相磁路互相完全独立。各相主磁通有各自的铁心磁路，互不影响。各相铁芯、磁通、磁阻等一致 3.2.1三相变压器磁路* 具有共同铁芯;中柱（中间铁芯柱）磁通为三相磁通之和，对称时中柱磁通为零，可省去;又称三相三铁芯柱式变压器（三相铁芯式变压器）;平面，磁路不完全对称，各相If不完全相同，但相差很小，忽略区别。3.2.1三相变压器磁路*（1）高、低压绕组中电动势相位关系（单相绕组） 单相变压器中，高压绕组首端为“A”、末端为“X”；低压绕组首端为“a”、末端为“x”。 原、副绕组被同一主磁通交链，感应电动势在任一瞬间原边绕组一端点为高电位，副边绕组也有一端点为高电位。这两个端点为“同名端”3.2.1三相变压器磁路***1、三相变压器连接法高压绕组首端由A、B、C表示，末端由X、Y、Z表示；低压绕组首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。 一相绕组末端与另一相绕组首端相连，依次得到一闭合回路，为三角形连接“”，有顺、逆之分。*分析：P147~148Yy0、yd11连接组* 负荷容量很大，一台变压器不能满足要求。 负荷变化较大，用多台变压器并联运行可以随时调节投入变压器的台数。 可以减少变压器的储备容量。*1.自耦变压器手柄接线柱*2.自耦变压器的工作原理(1)电压关系忽略漏阻抗，则*(2)电流关系公共绕组的电流* 在降压变压器中，I1<I2 在升压变压器中，I1>I2(3)功率关系变压器容量SN=U2NI2N=U1NI1NS2=U2I2在降压变压器中=U2(I＋I1)=U2I＋U2I1=Si＋St*在升压变压器中S1=U1I1=U1(I＋I2)=U1I＋U1I2=Si＋St降压变压器升压变压器感应功率Si传导功率StU2IU1IU2I1U1I2 在SN一定时，k越接近1，Si越小，St所占比例越大，经济效果越显著。*一、电压互感器=ku 国产互感器：U2N=100V 使用注意：①二次绕组禁止短路。②二次绕组与铁心必须接地。空载运行的降压变压器。3.3特殊变压器*→E2二、电流互感器 N1很小。 短路运行的升压变压器。=ki 国产互感器：I2N=5A 使用注意：①二次绕组禁止开路。开路时：I2=0，I1不变→Φ②一次绕组工作电压较高时，二次绕组与铁心必须接地。2.10仪用互感器* 二次侧不能短路，以防产生过流；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现高压。使用注意事项：被测电压=电压表读数N1/N22.电压互感器实现用低量程的电压表测量高电压*被测电流=电流表读数N2/N1 二次侧不能开路，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现过压。使用注意事项：3.电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流作业：4、35、36*异步电机:异步电动机异步发电机同步电机：同步发电机同步电动机引入“同步”与“异步”的概念*同步交流发电机原理图（P=1）结合下图引入“电角度”及“交流频率”的概念*同步交流发电机原理图（P=2）*转子*****1、绕组产生的电动势（磁动势）接近正弦波---谐波分量少。2、三相绕组的感应电动势对称3、一定导体数下，产生尽可能大的基波电动势一、基本要求(电气要求)：*2交流绕组的基本概念 交流绕组的定义感应交流电的绕组叫交流绕组同步电机电枢绕组和异步电机定子、转子绕组结构相同，因此统称为“交流电机绕组”，简称为交流绕组。**1交流绕组的基本概念 对交流绕组的要求1）良好的导电性能；2）一定导体数下，获得较大的基波电动势和基波磁动势；3）在三相绕组中，对基波而言，三相电动势必须对称，即三相的幅值相等而相位互差120度电角度，并且三相的阻抗也要求相等；4）电动势和磁动势波形力求接近正弦波，为此要求电动势和磁动势中的谐波分量尽量小；5）用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好；6）制造工艺简单，检修方便。**1交流绕组的基本概念 关于交流绕组的基本概念实用的交流绕组是分布地嵌在定子槽内的许多线圈组成，一个线圈有Nc匝，每匝有两根导体,线圈的直线部分放在槽里，因它切割气隙磁场产生感应电动势，故称有效边，露在槽外的前后端连接线，称为端部，它不切割气隙磁场，仅起连接有效边的作用。** 此后在分析绕组和电机原理时，本 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 都用电角度，而不用机械角度，只有在计算电机转子的角速度时才用机械角度。1交流绕组的基本概念 关于交流绕组的基本概念1）电角度（槽间角）　因磁场每转过一对磁极时，导体的基波电动势变化一个周期，在电路理论中，定义一个期为360度时间电角度或2π电弧度，所以把一对极所张的空间角度称为360度空间电角度或空间电弧度，若电机有P对极，则整个定子内圆有p×360·电角度，而在几何学中把一个圆周的空间角度称为360度机械角度，所以电角度α1和机械角度α的关系应为机械角槽间角** 此后在分析绕组和电机原理时，本书都用电角度，而不用机械角度，只有在计算电机转子的角速度时才用机械角度。1交流绕组的基本概念 关于交流绕组的基本概念2）每极每相槽数q　三相电机中，为了保持电气上的对称，每相绕组所占的槽数应该相等，并且均匀分布，因此，要形成2p个极的电机，应将定子总槽数Z分为2p个等分，每极下的槽数为z／2p，每极下的槽数再按m相分，(一般m=3)，所以每极每相槽数为**1交流绕组的基本概念 关于交流绕组的基本概念3）相带　每极下一相绕组所占的宽度称为相带，相带用电角度表示。由于每极每相所占的槽数为q，而槽间角为α1，对于三相绕组，一个相带所占的电角度为称为60度相带绕组。** 还有一种划分相带的方法是把一对极下的槽数分为三等分，每一相带占120度·电角度．这种捧列的绕组称为120度相带绕组，由于这种绕组的每相合成电动势较60相带绕组的为小，实用中仅在单绕组多速电机中采用。1交流绕组的基本概念 关于交流绕组的基本概念4）极距τ沿电枢表面相邻两个磁极轴线之间的距离称为极距，极距有三种表示法：1）用电枢圆周长表示，单位为米或厘米；2）用电枢槽数表示，单位为槽/极；**1交流绕组的基本概念5）节距y一个线圈两有效边之间的距离称为节距，一般用槽数表示。如图所示线圈，若它的一个边放在第1槽，另一个边放在第10个槽，则节距y＝9，为了使线圈电动势最大或接近最大，线圈的节距应等于或近于极距。整距绕组：y＝τ短距绕组：y<τ长距绕组：y>τ，端接较长，较少采用。** 单层绕组:一个槽中放一个元件边； 双层绕组:一个槽中放两个元件边。* 均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相绕组在每个极域内所占的槽数应相等； 对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空间互相错开120电角度。 电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。 如线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。*交流绕组同心式绕组链式绕组交叉链式绕组等元件式整距叠绕组* 分极分相将总槽数按给定的极数均匀分开（N、S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向。实例：Z＝24（槽）、m＝3（相）、2p＝4（极）的单层叠绕组基本步骤：*将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。分极分相*2.连线圈和线圈组将一对极域内属于同一相的两个线圈边连成一个线圈，共有q个线圈。将一对极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组；（共有多少个线圈组？）以上连接应符合电势相加原则。*线圈组连接*绕组串联连接(1)串联连接*(2)并联连接绕组并联连接*将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组；接法或Y接法；三相绕组连接*实例：Z1=36，2p=4，整距，m=3双层叠绕组1.分极分相： 将总槽数按给定的极数均匀分开（N、S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向； 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。*36槽内导体感应电动势的相量图即槽电动势星形图.槽电势星形图* 根据给定的线圈节距连线圈（上层边与下层边合一个线圈）； 以上层边所在槽号标记线圈编号； 将同一极域内属于同一相的某两个线圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什么？）； 将同一极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈组？）； 以上连接应符合电势相加原则。* 将A相的2p个线圈组连成一相绕组，标记首尾端。串联与并联，依照电势相加原则。最大并联支路数a＝2p 按照同样的方法构造其他两相。将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组。4.连三相绕组*1357911131517192123252729313335123101112192021282930A相绕组的连接P190*等元件式整距单层叠绕组*同心式绕组*双层叠绕组* 感应电势随时间变化的波形和磁感应强度在空间的分布波形相一致。 只考虑基波磁场时，感应电势为正弦波。 感应电势的波形说明相位关系* 磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期； 磁场旋转一周，转过p（电机的极对数）对磁极； 转速为n（r/min)的电机，每秒钟转过(pn/60)对极； 导体中感应电势的频率f=(pn/60)Hz. 问题：四极电机，要使得导体中的感应电势为50Hz,转速应为多少？* 导体感应电势最大值： 导体与磁场的相对速度： 磁感应强度峰值和平均值之间的关系： 感应电势最大值： 感应电势的有效值：*绕组中均匀分布着许多导体，这些导体中的感应电势有效值，频率，波形均相同；但是他们的相位不相同。*整距线圈中的感应电势 线圈的两个有效边处于磁场中相反的位置，其感应电势相差180电角度。 整距线圈的感应电势： 考虑到线圈的匝数后：* 线圈的两个有效边在磁场中相距为y1,其感应电势相位差是180-β电角度。 短距角： 短距线圈的感应电势： 短距系数小于1，故短距线圈感应电势有所损失；但短距可以削弱高次谐波.y1* 每对极下属于同一相的q个线圈，构成一个线圈组。图中q=3 每个线圈的感应电势由两个线圈边的感应电势矢量相加而成。 整个线圈组的感应电势由所有属于该组的导体电势矢量相加。* 矢量式 分布系数： 线圈组的电势：*单层绕组的相电势 单层绕组每对极每相q个线圈，组成一个线圈组，共p个线圈组。 若p个线圈组全部并联则相电势=线圈组的电势 若p个线圈组全部串联则相电势=p倍线圈组电势 实际线圈组可并可串，总串联匝数 相电势：* 双层绕组每对极每相有2q个线圈，构成两个线圈组，共2p个线圈组； 这2p个线圈组可并可串，总串联匝数 双层绕组要考虑到短距系数：为绕组系数：* 三相绕组由在空间错开120电角度对称分布的三个单相绕组构成，三相相电势在时间上相差120度电角度。 三相线电势与相电势的关系：三角形接法，线电势=相电势；星形接法，* 正弦分布的以转速n旋转的旋转磁场，在三相对称交流绕组中会感应出三相对称交流电势； 感应电势的波形同磁场波形，为正弦波； 感应电势的频率为f=(pn/60)Hz； 相电势的大小为（短距系数）（分布系数）* 极对数为基波的倍，极距为基波的1/，随主极一起以同步转速在空间移动。即 谐波频率：* 谐波电动势的有效值：为次谐波的磁通量，为次谐波的绕组系数，* 相电动势的有效值： 线电动势的有效值： 三相绕组接成Y或，对于对称的三相系统，各相电动势的三次谐波时间上同相，幅值相等。 Y连接，三次谐波互相抵消；连接，三次谐波形成环路，E3完全消耗。*高次谐波： 对于发电机，电动势波形变坏，降低供电质量； 本身杂散损耗增大，效率下降，温升增高； 高次谐波电流产生的磁场对通讯电路的干扰 输电线路可能电感和电容的谐振产生过压。*根据（1）采用短距绕组适当地选择线圈的节距，使得某一次谐波的短距系数等于或接近零，达到消除或减弱该次谐波的目的。主极形状*（2）采用分布绕组就分布绕组来说，每极每相槽数q越多，抑制谐波电动势的效果越好，但q增多，意味总槽数增多，电机成本提高。*电势的分析前提同步，感应电机磁场简化：sin,电流，气隙，不饱和** 改变旋转磁场转向的方法：调换任意两相电源线（改变相序） 当某相电流达到最大值时，旋转磁势的波幅刚好转到该相绕组的轴线上，旋转磁势的转向:由超前电流的相转向滞后电流的相。*见动画演示*（2）旋转磁场①产生原理（2）旋转磁场①产生原理（2）旋转磁场①产生原理NS（2）旋转磁场①产生原理NSiWiVNS（2）旋转磁场①产生原理NSiWiVNSiWiViUNS（2）旋转磁场①产生原理NSiWiVNSiWiViUNSiWiVNS（2）旋转磁场①产生原理NSiWiVNSiWiViUNSiWiVNSiWiViUNS（2）旋转磁场①产生原理（2）旋转磁场①产生原理（2）旋转磁场①产生原理（2）旋转磁场①产生原理重复继续（2）旋转磁场①产生原理重复继续（2）旋转磁场①产生原理 同步转速的概念：电源频率f=50Hz,旋转磁势的转速为某些固定值，如二极电机为3000r/min;这些固定的转速叫同步转速。见动画演示*4.6交流绕组的磁势**圆形和椭圆形旋转磁场*作业：15、19*第五章异步电机5.2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性5.3三相异步电动机的启动、调速和制动5.1三相异步电动机的结构与工作原理*交流电动机电动机直流电动机鼠笼式异步机他励、异励、串励、复励鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、机械特性、控制方法电动机的分类同步机绕线式5.1三相异步电动机的结构及工作原理*三相异步机的结构转子*5.1.1三相异步机的结构转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场*异步电动机的工作原理-----旋转磁场的产生UV’WVW’异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极(•)电流出()电流入U’5.1.2*5.1.2异步电动机的工作原理---异步电动机的转动原理1.转子电动势和转子电流2.电磁转距和转子旋转方向定子绕组通入电流后，产生旋转磁场，与转子绕组间产生相对运动，由于转子电路是闭合的，产生转子电流。根据左手定则可知在转子绕组上产生了电磁力。电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转距T，电磁转距的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁场的旋转方向转动起来。*5.1.2异步电动机的工作原理---异步电动机的转动原理3.转子转速和转差率转子转速n与旋转磁场的转速n1的方向一致，但不能相等（应保持一定的转差）。n1又称为同步转速。常用转差率s来表示n与n1相差的程度，即4.异步电动机带负载运行轴上加机械负载，轴阻力↑，转速↓，转子与旋转磁场相对切割速度↑，转子感应电流↑，输入电流↑。*此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。又称两极机。即：当磁极对数P=1时，一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°n1称为同步转速当P=1时5.电动机的极对数、极数和转速5.1.2异步电动机的工作原理---异步电动机的转动原理*转差为旋转磁场同步转速与电动机转速之差。转差率S的概念转差率S为：由转子感生电流的频率转子感生电流频率*例1：三相异步电动机p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速nN=960r/min。求：转差率s，转子电动势的频率f2*5.2三相异步电动机的等效电路及参数等效电路（一相）：主磁通产生的感应电动势。转子电路定子电路5.2.1*5.2.2三相异步电动机的主要运行参数定子感应电动势E1的频率与定子电流同频即：12转子电流频率旋转磁场与转子间的相对转速为3主磁通旋转磁场与定子间相对转速为n1*456转子电流转子功率因数定子电流和定子功率因数空载时，转子电流约为零，定子电流很小主要用来励磁。当带上负载后，转子电流增加，定子电流随之增加，这一点与变压器类似。电动机的功率因数即为定子功率因数，功率因数角即为U1与I1的夹角。*一、三相异步机铭牌与技术数据1.型号Y132M－4磁极数(极对数p=2)转差率2.转速:电机轴上的转速（n)。如：n=1440转/分异步电动机3.联接方式：Y/接法*7.额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.一般规定:运行电压不能高于或低于额定值的5％。例：380/220Y/是指：线电压380V时Y接；线电压220V时接8.额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。9.额定功率：指电机在额定运行时轴上输出的功率（P2）10.功率因数(cos1)：额定负载时一般为0.7~0.9，空载时约为0.2~0.3额定负载时最大注意：容量适当，防止“大马”拉“小车”此外还有绝缘等级等参数，不一一介绍。*电磁转矩Tem：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力对于转轴所形成的转距之总和，是反映电动机做功能量的一个量。常数每极磁通转子电流转矩公式（牛顿米）5.3异步电动机的电磁转矩与机械特性5.3.1*将如下参数代入上式：得到转矩公式单位（N.m）*得特性曲线：启动时n=0最大转速n=n1时5.3.2在U1及R2一定时，T仅随S变化得特性曲线：机械特性*三个重要转矩n1Tn电机在额定电压下，以额定转速nN运行，输出额定功率PN时，电机转轴上输出的转矩。额定转矩TN:TN、Tmax、Tst1负载转矩用TL表示TstTmax*2n1nTstTmax过载系数3启动转矩Tst:电动机启动时的转矩Tst体现了电动机带载起动的能力。若Tst>TL电动机能起动，否则将起动不了。如果TL>Tmax电动机将会因带不动负载而停转。启动系数*启动：Tst>TL(负载转矩)，电机启动转速n，转矩Tcc点：转矩达最大Tm，转速n继续，T，沿cb走bb点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行若TL，暂时T<TL,nsI2Tn电动机的自适应负载能力电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。s=0s=1正常工作条件：TL<Tmax，否则电机将停转。启动条件：Tst>TL否则电动机不能启动。注意*例3：三相异步电动机，额定功率P2N=10kW，额定转速nN=1450r/min，启动能力Tst/TN=1.4，过载系数=2.0，效率为87.5%。求额定转矩、启动转矩、最大转矩及额定输入功率。（1）额定转矩TN（2）启动转矩Tst（3）最大转矩Tm解：所求量：TN、Tst、Tm、P1N（4）输入功率P1N*机械特性的软硬硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。*原因：起动时n=0，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子电流定子电流5.4三相异步电动机的启动、调速和制动一、三相异步机的起动*（1）直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。（3）转子串电阻起动。先减小定子电压--------减小启动电流，待启动完毕后再加上额定电压降压起动下面主要介绍Y－启动方法二、三相异步机的起动方法：*Y－起动主要目的：减小启动电流启动电流只有原来的1/3**L1L3L2FUQQ2下合：接入自耦变压器，降压起动。Q2上合：切除自耦变压器，全压工作。合刀闸开关QQ2自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成Y形不能采用Y－起动的鼠笼式异步电动机。*设自耦变压器的变比为k降压后起动转距Tst´为分析：启动电流：启动转距：若降压启动直接启动折算到变压器原方*RRR定子转子起动时将适当的R串入转子电路中，起动后将R短路。起动电阻•*若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。R2­ÞTst­*方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。电动机正转电动机反转*1、变频调速变频调速方法:f1<f1N时，应采用恒转距调速：保持f1／U1不变f1>f1N时，应采用恒功率调速：保持U1≈U1N频率调节范围：0.5~几百赫兹(可实现无级调速)*通过改变旋转磁场级对数p实现调速P=2改变级对数的方法：改变绕组的接法*P=1采用变极调速方法的电动机称作双速电机变级后，n0增加一倍，转速约增加一倍*缺点:绕线式电动机转子串联电阻优点:调速平滑、设备简单投资少，能耗较大。*1、能耗制动电气制动:电磁转距与转向相反在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流。*停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，旋转磁场反向。转子接近停止转动时，应迅速切断电源。注意：*当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入发电状态，将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。n>n0*单相异步电动机使用单相交流电源，主要应用于电动工具、洗衣机、冰箱、空调、电扇等小功率电器中。定子定子绕组转子单相异步电动机的定子中放置单相工作绕组,转子一般用鼠笼式。*电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，一个是工作绕组A–A'，另一个是起动绕组B–B',两个绕组在空间相隔90º。起动时，B–B'绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相差近90º，即可获得所需的旋转磁场。*正弦波形如图所示。工作绕组起动绕组*两相旋转磁场*实现正反转的电路改变电容C的串联位置，可使单相异步电动机反转。将开关S合在位置1，电容C与B绕组串联，电流iB较iA超前近90；当将S切换到位置2，电容C与A绕组串联，电流iA较iB超前近90。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的反转。电动机转子转动起来后，利用离心力将开关S断开(S是离心开关)，使起动绕组B–B´断电。M~*2、罩极式单相异步电机定子绕组鼠笼式转子短路环极掌(极靴)*当电流i流过定子绕组时，产生了一部分磁通1，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通2。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得2在相位上滞后1，从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。*例5有一三相异步电动机，△连结，P2N=28kw，U1N=380V，I1N=58A，cosφ1N=0.88，nN=1445r/min，Ist=6IN,Kst=1.1,λ=2.3,TL=73.5N.m,要求Ist<150A,问采用什么方法启动？解：主要看两点 是否满足Ist<150A2.是否满足Tst>TL不满足要求满足要求显然不能直接启动*不满足要求满足要求显然也不能采用Y－方法启动采用Y－方法启动：要求：续例5*采用自耦变压器启动：常用抽头55%，64%，73%等抽头55%时：抽头64%时：续例5要求：不满足要求满足要求*例6已知Y90S-4型异步电动机的下列技术数据：1.1KW、50HZ、380V、△联结、η=0.78、cosφ=0.78、1400r/min。试求：1）线电流和相电流的额定值；2）电磁转距额定值；3）转差率和转子频率的额定值。解：1）根据得2）电磁转距3）转差率转子频率*电源频率50HZ，试求额定状态下的转差率sN,电流I1N和转距TN,以及起动电流Ist、起动转矩Tst和最大转矩Tmax例7已知Y132S-4型三相异步电动机的额定技术数据如下：转差率作业：5.5、5.21、5.38*NS6.1同步电机的工作原理及结构定子转子励磁绕组1.三相同步电动机 定子旋转磁场。 转子直流磁极。 转子转速同步第六章同步电机*2.主要部件由硅钢片叠成。对称三相绕组。①定子铁心：②定子绕组：③机座和端盖等。①转子铁心：由整块铸（锻）钢制成。②励磁绕组：工作时施加直流励磁。③阻尼绕组和转轴等。阻尼绕组(2)转子(1)定子（电枢）*3.励磁方式(1)直流励磁机励磁励磁绕组由小型直流发电机供电。(2)静止整流器励磁交流励磁机→整流→直流电(3)旋转整流器励磁交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组。*(1)按能量转换的方式不同：同步发动机、同步电动机。(2)按相数的不同:三相、单相。(3)按转子结构的不同：凸极式、隐极式。4.主要种类NS+－×+－NS******励磁机发电机水轮机卧式、立式。(2)按原动机的不同：汽轮发电机、水轮发电机。(1)按安装方式的不同：*小浪底电站水轮机组安装*三峡电站首台机组安装*火力发电厂*小型同步电机* 三相同步发电机空载运行时电枢（定子）：I1(Fa)=0转子每极磁通：Φ0空载电动势：E0=4.44f1kw1N1Φ0电枢相电压：U1=E0电枢线电压（Y形联结）：E0的频率：如果：f1=50Hz，则：pn=3000* 三相同步发电机负载运行时电枢旋转磁通势Fa转子旋转磁通势F0气隙旋转磁通势F 同步电动机中的感应电动势*5.三相同步电机的可逆运行*6.同步电机额定值(1)额定电压UN：线电压的额定值。(2)额定电流IN：线电流的额定值。(3)额定功率PN：输出功率的额定值。三相同步电动机：N三相同步发电机：(4)额定转速nN：额定运行时的转速。(5)额定频率fN：50Hz。*一.空载运行 转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所建立的主极磁场。右图表示一台四极电机空载时的磁通示意图。从图可见，主极磁通分成主磁通Φ0和漏磁通Φfσ两部分，前者通过气隙并与定子绕组相交链，后者不通过气隙，仅与励磁绕组相交链。主磁通所经过的主磁路包括空气隙电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭等五部分。*当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一个旋转磁场，在定子绕组内感应出对称三相电动势（激磁电动势）空载特性是同步电机的一条基本特性。如下图所示。*６.2同步发电机的空载运行电磁关系：空载特性：*６.3同步电机的电枢反应电枢反应:电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化,这种影响称为电枢反应.电枢反应的性质，取决于电枢磁动势基波和励磁磁动势基波之间的相对位置，即与空载电动势和电枢电流之间的夹角有关.*定义：外特性曲线当发电机带阻性和感性负载时，外特性是下降的，原因是电枢反应的去磁作用和电枢漏阻抗产生了电压降.带容性负载时且（发电机负载的容抗大于同步电抗）时，外特性是上升的，原因是电枢反应的助磁作用和容性电流在漏抗上的压降。６.4同步电机的外特性*定义：调整特性曲线在感性和阻性负载时，随着负载电流的增加，必须增加励磁电流，补偿电枢反应的去磁作用和漏阻抗压降，保持端电压恒定；对容性负载，随着负载电流的增加，必须减小励磁电流。在功率因数一定情况下,根据调整特性曲线,可确定在负载变化范围内,维持电压不变所需的励磁电流的变化范围。运行人员可利用调整特性曲线,使系统中无功功率的分配更合理一些。６.5同步电机的调节特性*6.6同步电机的功率调节 同步发电机的V形曲线当U1=UN、f1=fN、TL不变时：I1=f(If)＜*并联运行的含义６.7同步电机的并联运行1、提高供电的可靠性；2、提高供电的经济性；3、提高电能的质量。将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷供电。并联运行的优点*6.7.1并联运行的条件一、准同期并列的条件1.待并发电机的电压与电网电压大小相等；2.待并发电机电压相位相同与电网电压相位相同；3.待并发电机电压频率与电网电压频率相同；4.待并发电机的相序与电网的相序相同。上述条件（4）一般在安装发电机时，根据发电机的转向确定了发电机的相序而满足，因此运行人员在并列时只需调节发电机使其满足其它三个条件即可。不满足任一条件的并列称为非同期并列，将对电机产生严重的危害。*步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时，其转轴就转过一个固定的角度（步距角），顺序连续地发给脉冲，则电机轴一步接一步地运转。一、步进电动机结构与工作原理6.8特种同步电机——步进电机*步进电机的结构分为转子和定子两大部分。定子是由定子铁芯、通电绕组组成的，转子由转子铁芯（硅钢片或是软磁性材料或是永久性材料做成），但转子本身没有励磁绕组。步进电机根据转子铁芯的材料分为1、反应式步进电动机：转子铁芯用硅钢片或是软磁性材料做成，没有励磁绕组；2、永磁式步进电动机：转子铁芯是用永久性磁铁做的，没有励磁绕组。*二、反应式步进电动机的组成如图所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图定子：由定子铁心、绕组、绝缘材料等组成励磁绕组由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。如图所示。转子：由转子铁心、转轴等组成。转子铁心是由硅钢片或软磁材料叠压而成的齿形铁心。1234A’B’C’*工作过程：通电顺序为A—B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动通电顺序改为A－Ｃ－Ｂ－Ａ时，转子按逆时针方向一步一步转动。三、步进电动机的通电方式（以三相步进电机为例）1.单相通电方式：“单”指每次切换前后只有一相绕组通电。正转：A－B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动。反转：A－Ｃ－Ｂ－Ａ时，转子按逆时针方向一步一步转动。3.单、双拍工作方式：单双两种通电方式的组合应用正转：A-AB-B-BC-C-CA-A反转：A-AC-C-CB-B-BA-A2.双拍工作方式：“双”是指每次有两厢绕组通电。正转：AB-BC-CA-AB反转：AC-CB-BA-AC*齿距角τ=360°/Z，Z为转子的齿数。步距角的定义：由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所转过的角度称为步距角。＝360/ZKm其中：Z－转子齿数，m－定子绕组相数K－通电系数，当前后通电相数一致时K=1，否则K=2例如：若二相步进电动机的Z=100，单拍运行时，其步距角若按单、双通电方式运行时，步距角四、步进电动机的步距角*由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行拍数)愈多，则步距角愈小，控制越精确。当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(HZ)，步距角用弧度表示，则步进电动机的转速为：*优点：步进电机能方便地实现正、反转和调速、定位控制。特别是不需位置传感器或速度传感器就可以在开环控制下精确定位或同步运行。缺点：步进电动机的缺点是不能达到很高的转速（一般小于1000到2000转/min）。存在低频振荡、高频失步等缺陷。另外，步进电机自身的噪声和振动较大。八、应用步进电动机广泛应用在数字控制的各个领域。如各种数控机械（线切割机床）、办公自动化产品（打印机）、工厂自动化机器、计算机外设等。*六、步进电动机的环形分配器和驱动电源脉冲分配器+功率放大电路步进电机的运行要求足够功率的电脉冲信号按一定的顺序分配到各相绕组。所以，与其它旋转电机不同的是步进电机的工作需要专门的驱动。步进电机的驱动包含脉冲分配（环行分配）和功率放大两部分。*步进电机驱动器步进电机步进电机+驱动器步进电机运动控制卡*课程结束！欢迎同学提出建议和 意见 文理分科指导河道管理范围浙江建筑工程概算定额教材专家评审意见党员教师互相批评意见 wangzkui@163.com***** 此后在分析绕组和电机原理时，本书都用电角度，而不用机械角度，只有在计算电机转子的角速度时才用机械角度。* 此后在分析绕组和电机原理时，本书都用电角度，而不用机械角度，只有在计算电机转子的角速度时才用机械角度。** 还有一种划分相带的方法是把一对极下的槽数分为三等分，每一相带占120度·电角度．这种捧列的绕组称为120度相带绕组，由于这种绕组的每相合成电动势较60相带绕组的为小，实用中仅在单绕组多速电机中采用。**