《电机学》学习笔记
总体基础：
导线的感应电动势：e=Blv 电机感应电动势E=C Eφn=pN
60a
*φn
导线所受电磁力：f=Bxli 电磁转矩Tem=pN
2πa
φIa=C TφI a
电机内气隙磁场：F m=F a+F f1
第一部分直流电机
一、结构：
定子为永磁极，为电机提供一个固定的磁场，成对出现。绝大多数不采用永磁体，由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。
转子上面为电枢绕组。电动机时，转子通以直流电压，经过换向器变在转子内部体现为每根导体上的交变电流，用以驱动旋转。发电机时，由于转子切割磁场，电枢内每根导线上产生交变电流，通过换向器对外体现为直流电。
换向器通过电刷连接外电路。
电枢铁心用于固定支撑电枢绕组和导通磁路。为了减少涡流损耗，采用0.5~0.35的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。
额定值：额定功率P N（W），额定电压U N（V），额定电流I N（A），额定转速n N（r/min）,额定效率η，额定转矩T N。
发电机：P N=U N*I N 电动机：P N=U N*I N*η
额定值是电机运行的基本依据，一般希望电机按照额定值运行。运行于额定值时称为满载。运行时超过额定容量，称为过载。运行远低于额定容量，称为轻载。过载使电机过热，降低使用寿命，甚至损坏电机，应避免。轻载浪费容量和降低了效率，不建议采用。
二、直流电机分类和通用方程
1、分类：
他励：励磁电流和电枢电路采用不同电源。
并励：励磁绕组和电枢并联
串励：励磁绕组和电枢串联
复励：电机里同时存在并励绕组和串励绕组。
并励和串励绕组磁动势相加称积复励，相减称差复励。
并励绕组与电枢绕组并接，串励绕组与电枢串接，称短复励。
并励绕组与串励绕组串联后与电枢绕组并联，称长复励。
2、直流电机可逆性：
当电机以较高转速n旋转时，产生E>U，则电机电枢电流与E同向，电磁转矩Tem与n反向，电机为发电机运行状态。
当电机以较低转速n旋转时，产生E 在不同的外部条件下，一台电机的转换能量方向可以改变的性质，无论是交流电机还是直流电机都具有这种性质，称为电机的可逆性。 3、直流电机方程： （1）电动势平衡方程： 发电机： E=U+Ia*Ra 电动机：U=E+Ia*Ra （2）功率平衡方程: 电磁功率的概念：电枢绕组感应电动势E 与电枢电流Ia 的乘积。 P em =E*Ia 发电机： EI a =UI+UI f +I a 2R a EI a ——发电机电磁功率 UI ——发电机输出功率 UI f ——发电机励磁回路电阻损耗 I a 2R a ——发电机电枢回路内电阻损耗，即铜损 电动机： P= U （Ia+If ）= EI a +UI f +I a 2R a (3)转矩平衡方程： 发电机： P1Ω=Pem Ω+P0Ω 电动机： Pem Ω =P2Ω+P0Ω （4）效率： η=P2P1=P1−Σp P1 三、几种电机的运行特征 运行特征：讨论端电压U 0、电枢电流I 或者输出电流I 、励磁电流I f 与转速n 之间的三 个量中其余不变时，任意两个量之间关系。 1、他励发电机 （1）空载特性曲线为n=常数，I=0时，U0=f(I f)的关系曲线。当励磁电流I f=0时，发电机仍然有一个很小的电压，称为剩磁电压，值约为额定电压的2%~4%。 （2）负载特性曲线为n=常数，I=常数时，U0=f(I f)的关系曲线。 两条曲线在同一励磁电流下，电压不等。产生原因是：1、电枢反映的去磁（或助磁）作用；2、电枢回路总电阻引起的电压降。 （3）外特性曲线为n=常数，I f=常数时，U=f（I）的关系曲线。随着负载电流增大，输出端电压下降。这是由于电枢回路总电阻引起的电压降和电枢反映的去磁效应。当负载电流大大超过额定值时，发电机端电压降的很低。极端时，负载电阻为零，由于电枢电阻很小，短路电流很大，使发电机损坏。需要设置短路保护设备。 （4）调节特性为n=常值，U=常值时，I f= f（I）的关系曲线。当负载电流增大时，要保持端电压不变，需要增大励磁电流，以补偿电阻压降以及电枢反应增加的去磁作用。 2、并励发电机 并励发电机的自励条件（同样适用于复励发电机）： （1）电机应有剩磁。即主磁极存在部分磁场，使电枢在旋转过程中产生电压。 （2）励磁绕组并接到电枢的连接方法与电枢的旋转方向正确配合。剩磁产生电压能够使励磁绕组磁场增加。这样可以使主磁极磁场增大。 （3）励磁回路电阻小于电机运行转速对应的临界电阻。在发电机正常转速下，电枢绕组产生的电压足以激发足够的磁场，使发电机工作稳定。即U0>I f R f时，自己可以成立。 外特性曲线见图。当负载电流增加时，并励发电机端电压比 他励发电机下降快。因为他励发电机在负载电流增加爱时，端电压下降是由于电枢回路电阻压降和电枢反应的去磁作用。而并励发电机要加上端电压下降造成励磁电流的减小。并空载和负载特征曲线 外特性曲线调节特性 励发电机电压调整率一般为20%左右。外特性曲线的意义包括：当负载电阻下降时，I=U/R 增大，电机磁路接近饱和状态，I=I a+I f，I f的减小对于U作用不大。当电流I增大到临界电流I cr后，I f减小到不足以使磁路饱和，其减小使U降低很快，导致I进一步减小， 一般并励发电机临界电流I cr约为（2~3）I N。 并励发电机稳定短路电流很小，当负载短路时，电枢里只有剩磁产生的电动势。但是，当发生突然短路时，由于励磁线圈并联于电枢绕组两端，由于其电感效应，是励磁电流和 励磁磁通不能立即为零，短路电流将达到（8~12）I N。故并励发电机需要安装短路保护设备。 3、复励发电机 复励发电机中并励绕组起主要作用，以保证空载时产生额定电压，串励绕组用来补偿负载时电枢回路的电压降和电枢反应的去磁作用。若要求额定负载时端电压保持为额定电压，称为平复励。串励绕组过度补偿，使负载时端电压比额定电压高，称过复励。差复励电机中，由于负载时串励绕组的磁动势是电机磁通和电动势进一步减小，使得外特性急剧下降，可以作为恒电流电源使用，如直流电焊机。 4、直流电动机 4.1 并励电动机 令U=U N=常数，I f=I fN=常数。 1、速度特性：n=U−IaRa Ceφ 转速调整率：Δn= n0−nN nN ×100% 由于U与If为常值，影响转速的两个因素（电枢回路电阻压降造成转速下降，电枢反应的去磁作用是转速上升）互相抵消，使并励电动机转速变化很小，具有略为下降的速率特征。 并励电动机，转速调整率通常为Δn=3%~4%，基本上为恒速电动机。 并励电动机运行时，励磁绕组绝对不能断路。在重负载下断开励磁绕组，导致磁通急剧减小，Tem= C TφI a急剧减小，电动机停转，反电动势为零，电枢电流很大，电机过热以至烧毁。在轻载下断开励磁绕组，根据速度特性方程，转速急剧上升，造成电动机“飞速”，损坏转动部件。 2、转矩特性：U=U N=常值，I f=I FN=常值时，T em=f（P2）的关系曲线 T em=T0+T2=T0+P2/Ω 其中：T0为空载转矩，T2= P2/Ω=P2/(2πn/60)为一条通过坐标原点的直线，由于P2增加时，n稍有下降，故而直线略微向上弯曲。 4.2串励电动机注意If=Ia 1、速率特性：负载增加时，转速下降的很快 串励电机不允许空载运行。串励电动机空载或轻载时，Ia=If很小，φ也很小，由转速公式可知，转速将非常高而引起危险，俗称“飞速”。物理过程是：由于磁通量很小，电枢必须以非常高的转速才能产生足够的反电动势来 与端电压平衡。为了防止意外，规定：串励电动机与生产机械连接时，不允许采用皮带等容易发生滑脱的传动机构，应使用齿轮或直轴联轴器传动。 由于串励电动机不允许空载运行。根据规定，串励电动机的转速调整率定义为1/4负载（不是空载）时转速与额定转速的差值。 2、转矩特性： 串励电动机的转速n 随着P2的增加而迅速下降，电磁转矩Tem 将随着负载的增加而很快上升。 一般情况下，转矩按照大于电流一次方的比例增加。 串励电动机有较大的起动转矩。过载时，转速n 自动下降，输出功率P2变化不大，保护电动机不至于因过载而损坏。负载减轻时转速会自动上升。 3、复励电动机：为了避免运行不稳定现象，通常接成积复励形式。 复励电动机中的并励绕组起主要作用时，它的工作特性接近于并励电动机。当电枢反应的去磁作用较强时，仍能够获得下降的速率特性，从而保证了电动机的稳定运行，这种复励电动机的复励电动机的串励绕组常称之为“稳定绕组”；复励电动机中的串励绕组起主要作用时，它的工作特性接近于串励电动机，但空载时不会出现“飞速”的危险。 5、直流电动机机械特性 U=U N =常值，励磁和电枢回路电阻不变时，转速与电磁转矩之间关系曲线n=f （Tem ）称为直流电机的机械特性。其中电枢回路不串调节电阻使称为自然机械特性，串入调节电阻时，称为人工机械特性。 n=U Ce φ-Ia （Ra+Rj ） Ceφ=U Ce φ-Ra+Rj CeCTφ2Tem 并励电动机中，自然机械特性很接近于水平线，Tem 增加时，n 下降不多，称为硬机械特性。 串励电动机中，电磁转矩Tem 增大时，转速迅速下降。称为软机械特性 四、直流电动机的起动、调速和制动 （一）、起动 1、直接起动（用在容量很小的电动机中） 起动电流Ist=U−e Ra ≈U Ra 起动转矩 Tst=C T φIst 优点：不必增加起动设备，操作简单，起动转矩很大 缺点：起动电流很大，可达10~20倍额定电流，影响电网电压并使换向器产生强烈火花。 2、电枢回路串接变阻器起动（用于小容量电动机中） 起动时将起动电阻串入电枢回路以限制启动电流，当转速上升后再逐步将启动电阻切除。 起动电流Ist=U Ra+Rast 3、降压启动（用于经常启动的大容量直流电动机中） 通过降低电动机的电枢端电压来限制起动电流。 降压启动要求有专用的直流电源，过去采用发电机——电动机组形式，现多采用可控硅整流器——电动机组形式。起动过程中，可以逐步提升电源电压，使电动机组转速按照需要的加速度上升，以控制启动时间。 降压启动电动机应采用他励，使启动时电动机的励磁电流不受端电压影响，启动转矩不致于过小。 优点：起动电流小，起动过程中能量消耗少，能够达到调速和正反转的目的。 缺点：机组投资费用较大。 4、改变电动机转向：将励磁绕组或电枢绕组两极对调。如同时两个对调，则转向不变。 （二）调速 n=U Ceφ-Ia（Ra+Rj） Ceφ =U Ceφ -Ra+Rj CeCTφ2 Tem 1、改变励磁电流调速，改变φ。 由于负载转矩不变，则电磁转矩不变，电枢电流与磁通成反比例。减小励磁电流时可以使电动机转速升高，电枢电流将增加，则输入、输出功率将同时增加，电动机的效率几乎不变。 优点：效率高，设备简单，调节方便 缺点：随着转速和电枢电流的增加，电抗电动势增加，使换向条件恶化。 2、改变电枢端电压调速，改变U 在一定负载转矩下，转速可以升高也可以降低，并可以配合调节励磁，使电动 机在极宽广范围内平滑的调速，调速比可达25：1，甚至可以利用反向开关使电动机反转，并且可以作为降压启动使用。 3、改变串入电枢回路电阻Rj调速。 调速前后电枢电流不变，输入功率不变，输出功率正比于转速n，很不经济。电枢回路由于串入电阻使得机械特性变软，转速调整率变大。轻负载时由于电枢电流较小，调整范围小。只有在不得已的情况下使用，如老式无轨电车和实验室。 （三）制动 制动的实质是在电动机转轴上施加一个与旋转方向相反的力矩。如果采用机械力矩，称为机械制动，如抱闸。如采用电磁力矩，称为电磁制动。 电磁制动的方式有能耗制动、反接制动、回馈制动 1、能耗制动：保持励磁电流不变，电枢两端从电网断开，接到一个制动电阻上。电枢由于转子惯性继续旋转，电动机变成他励发电机，产生的电磁转矩方向与转子转向相反，产生制动作用。操作简单，但低速时制动转矩变小，停转较慢，可以增加机械抱闸。 2、反接制动：保持励磁电流不变，将电枢两端利用反向开关反接到电网上，使电动机产生一个很大的反电动势，引起强烈制动作用。 优点：很快使机组停转。 缺点：电枢电流很大，对电机产生冲击，甚至引起电网电压降低。反接时必须串入足够的电阻，使电枢电流在允许值以下。电网的功率和机组动能均消耗在电枢电阻和串接电阻上，很不经济。另外，转速达到零值时，要及时断开电源，否则电动机反转。 3、回馈制动：串励电动机拖动的电车或机车下坡时，如不制动，会越来越快，形成危险。此时将串励改为并励或他励，以保证有适度励磁电流，仍然让电枢接在电网上，当转速升高到一定时，电动机反电动势大于电网电压，电动机进入发电机运行状态。电磁转矩起到制动作用，限制转速上升。 第二部分交流电机 交流旋转电机分为同步电机和感应电机（又称异步电机），同步电机分为凸极同步电机和隐极同步电机，感应电机分为鼠笼型感应电机、绕线转子感应电机和换向器型感应电机。同步电机主要用作发电机，少数用作电动机和调相机。感应电机主要做电动机，少数用作发电机。 一、交流电机工作原理 1、同步发电机： 电枢绕组安装在定子上，向外输出电压。励磁绕组安装在转子上，由直流励磁。机械力带动转子旋转，使磁场切割电枢绕组产生电动势。 频率的确定：电机转子有p对磁极。旋转一周，电枢上感应电动势交变p次。转子转速n r/min，每秒为n/60，则频率f=pn/60。电网电压为50Hz,则电机级数与转速成反比。也就是说电网频率一定，发电机一定，转速不变。 2、感应电动机： 电枢绕组安装在定子上，输入交流电压产生旋转磁场。转子为闭合绕线或鼠笼，由于磁场切割导体产生电磁力，推动定子旋转。 感应电动机的转速不可能达到定子旋转磁场转速（同步转速）。如果达到同步转速，旋转磁场不切割转子导体，不产生电磁力。因此，感应电动机转速总是低于同步转速。 二、感应电机 1、电机分类和结构： 1.1分类：主要是鼠笼型和绕线型，有少量换向器型。 1.2结构： 定子绕组：作用是感应电动势，在电机里产生旋转磁场，带动转子旋转，通过电流以实现机电能量转换。 转子绕组：作用是感应电动势、流过电流和产生电磁转矩。结构上分为鼠笼型和绕线型。 1.3感应电动机的额定值：额定功率，额定电压，额定频率，额定电流，额定转速。 P N=√3U N I NηN cosφ 1.4铭牌标识：要求标注各个额定值之外，还应该标注定子相数，绕组接法，绝缘等级。绕线转子电动机还要标注转子绕组接法，转子电压，额定运行时转子电流。 2、感应电机的运行状态：电动机状态、发电机状态、电磁制动状态 转子转速n与同步转速n1的差额对同步转速n1的比值称为转差率s S=n1−n n1 2.1电动机状态：转子转向与旋转磁场转向相同而转速n小于同步转速n1（即0 2.2发电机状态：用原动机（外力）将感应电机转子加速，转子转速n高于同步转速n1。转子转向与定子旋转磁场转向相同，n>n1，转差率s为负。定子绕组向电网输出功率。理论上，转子转速可以任意高于旋转磁场转速。N1 2.3电磁制动状态：外力产生的转矩T1把感应电机的转子拖向反着旋转磁场的方向转动，则旋转磁场以高于同步转速的速度切割转子导体，切割方向与电动机状态相同。外力克服主动转矩拖动转子转动，定子从电网吸收电功率，二者都变成电机内部的损耗而变成热能。理论上，转子逆着定子旋转磁场，而转速可以从零到无穷大。转速范围为-∞ 3、感应电动机负载变化时的物理过程： 当感应电动机空载运行时，只需要很小的转子电流，以产生不大的电磁转矩来克服电机自身的机械损耗和附加损耗引起的制动转矩。因为这时转差率很小，转速n接近于同步转速n1；气隙中的旋转磁场B m以很低的相对转速（n1-n）切割转子绕组，转子感应电动势E2很小，而产生很小的转子电流I2和相应的电磁转矩，以维持转子空转。这是的定子电流称为空载电流，用I0表示。I0中除了一个很小的负载分量I1L抵消转子电流I2的作用外，主要是励磁电流I m，用来产生主磁通φm。由于感应电机存在气隙，要求较大的励磁电流来产生所需的主磁通φm。因此一般感应电机的空载电流I0在额定电流的20%~40%范围内，电机容量越小，I0的百分数越大，小型电机可达60%。 当电机在正常负载变化范围内时，定子漏阻抗压降I1Z1较小。在外施电压U1保持一定时，定子电动势E1=-（U1- I1Z1）的大小变化很小。在分析负载变化的过程时，近似的认为E1不变，进而由其产生的磁场等各值均不变。 电动机加上机械负载时，电机的电磁转矩暂时小于负载制动转矩，转速n 降低，转差率s增大，气隙中旋转磁场以较大的相对转速（n1-n）切割转子绕组，使转子电动势E2和电流I2增大。I2增大时便产生较大的电磁转矩，当电机的电磁转矩和作用与轴上的负载制动转矩相平衡时，电动机便在比空载转速稍低的转速下稳定运行。另外，I2增加则转子磁动势F2跟着变大，于是破坏了F1和F2原有的平衡关系，为了维持他们的合成磁动势F m不变，F1必然要增大，即定子电流I1必须增加。另外电动机的功率因数相应提高，随之电动机便从电网吸取更大的电功率P1=m1U1I1cosφ1来供给电机内部的损耗和轴上输出的机械功率。 以上为感应电动机增加负载的物理过程。减小负载时，发生相反的过程。 4、感应电动机的工作特性： 4.1电磁转矩与转子电流： 电磁转矩是由转子电流I2和气隙中的旋转磁场的基波磁通φm相互作用产生的。 电磁转矩与气隙磁通和转子电流的有功分量乘积成正比。 4.2电磁转矩与转速差： 感应电机作为电动机运行时，转差率s在0~1之间。当s=0时，转子转速等于同步转速，定转子见电磁感应作用消失，转子电动势、电流等于零，电磁转矩也等于零。随着s 的变大，Tem成比例增加，当s较大时，由于漏电抗比电阻大很多，Tem增加不多。当Tem 达到最大值后，随着s的增大，Tem反而减小，直到s=1（n=0）时。 感应电机作为发电机运行时，转差率s为负值。因此电磁转矩也变为负值，对原动机（外机械力矩）起制动作用。曲线与电动机详细，但是最大转矩不等。发电机时最大转矩比电动机的稍微大些。 感应电机作为电磁制动时，s>1，曲线为电动机转矩曲线的延长。 当s>>正负无穷时，电磁转矩Tem=0. 4.3最大电磁转矩 1、当电源频率f和电机参数不变时，最大电磁转矩与电源电压的平方成正比。 2、最大电磁转矩的大小和转子回路电阻无关。 3、由于一般感应电机中电枢电阻远小于漏电抗，故当电源电压和频率一定时，最大电磁转矩近似地与漏电抗成反比。 4、当电源电压和电机参数一定时，最大电磁转矩随电源频率的增加而减小。 最大电磁转矩与额定转矩之比称为电动机的过载能力，用k M表示。 k M=T max/T N 4.4起动转矩： 1、当电源频率和电机参数不变时，启动转矩与电源电压的平方成正比。 2、当电源频率和电压一定时，漏电抗越大，则启动转矩越小。 3、对于绕线转子感应电动机，在转子回路内串入适当的附加电阻，可以提高启动转矩，当转子回路的总电阻折算值（R2’+R st’）等于电机的总漏抗(X1σ+X2σ’)时，起动转矩达到最大值，等于最大电磁转矩。 4、启动转矩随电源频率的提高而减小。 通常用额定转矩的倍数来表示启动转矩。一般鼠笼型感应电动机中，K st=1.0~2.0 K st=T st/T N 4.5转差率特性s=f（P2） S=f(P2)是一条稍微上翘的曲线，随着负载功率的增加，转子电流增加，铜损增加，但是铜损（与电流I2平方成正比）比电磁功率（近似与I2成正比）增加的快。为了保证电动机有较高效率，负载时转子铜耗不大，因此负载时转差率很小，一般额定负载时 s N=0.01~0.05 由n=（1-s）/n1可知，对于常用的感应电动机，额定负载时的转速n N=（1-s N）n1=（0.99~0.95）n1，与同步转速很接近。那么转速特性n=f（P2）是一根对横轴稍微下降的曲线。 4.6效率特性： η=P2 P1=1-Σp P1 Σp=p cu1+p cu2+p Fe+p mec+p ad 从空载运行到额定负载运行，由于主磁通和转速变化很小，铁耗p Fe和机械损耗p mec变化很小，可以看成不变损耗，而定p cu1、转子损耗p cu2和附加损耗p ad是随 负载变化的损耗。空载时P2=0,则η=0。当负载从零慢慢增加时，总损耗增加较慢，效率曲线上升很快。直到随负载变化的损耗等于不变损耗时，效率达到最大值。负载计算增大的话，由于定转子铜耗增加很快，效率慢慢有所下降。常用的中小型感应电动机，效率约在3/4~4/4倍的额定负载范围内达到最大值，而且在此范围内效率变化不大。对于小型 感应电动机，额定负载的效率ηN=74%~90%，对于中型感应电动机，ηN=89%~94%，容量越大，效率越高。 4.7功率因数特性 感应电动机和变压器都是从电网吸取滞后电流来励磁的。空载运行时，定子电流基本上为励磁电流I m，其主要分量是无功的磁化电流，因此空载时功率因数很低，通常不超过0.2。加上负载后，随着负载的增加，定子电流的有功分量增加，功率因数逐步上升，在额定负载附近，功率因数达到最大值。超过额定负载后，由于转速降低，转差率增大，转子电流与电动势间相位角较大，转子的功率因数下降的较多，转子的无功电流分量增大，引起定子中预期平衡的无功电流分量增大，是电动机的功率因数趋于下降。 感应电动机功率因数和效率曲线基本一致，都在额定负载附近达到最大值，因此选用电动机时应使电动机容量与负载配合得当。选择过小，则电动机运行时过载，致使温升较高影响使用寿命。选择过大，价格较高，且电动机长期运行在低负荷下，效率和功率因数较低，不经济。 4.8转矩特性 感应电动机轴端输出转矩T2=P2/Ω。由于空载到额定负载之间转速n变化很小，所以转矩曲线近似为一条直线。 4.9定子电流特性 定子电流I1=I m+I1L=I m+（-I2’）。空载时，转子电流基本为0，定子电流主要为励磁电流。随着负载增大，转子电流增加，与之平衡的定子电流负载分量增加，故I1随着P2增大。 5、感应电动机的起动方法及性能 Tst TN =(Ist IN )2*s N 由于一般感应电动机的s N 很小（0.01~0.05），因此若要画的较大的起动转矩倍数，则必须有更大的起动电流倍数。对于同一台电动机来说，如果起动电流降到1/k 倍，则起动转矩降到只有原来的1/k 2倍。这说明降低起动电流将使起动转矩显著减小。 5.1直接起动 优点：操作和起动设备简单。 缺点：起动电流很大。 从电机本身讲，所有电动机都运行直接起动，直接起动的应用主要受电网容量限制。一般情况下，起动电流在电网中引起的电压降不超过10%~15%时，允许直接起动。 5.2定子电路串入电抗降压起动 起动时由于电抗上降掉了一部分电压，加在电机上的端电压降低了，因此减小了起动电流。同时由于起动转矩平方倍降低，故此方法只适用于空载起动。 也可以用电阻代替电抗。但是由于电阻消耗较多电能，很不经济。另外由于起动时功率因数较低，用电阻降压不如用电抗降压效果好。 5.3用自耦变压器降压起动 自耦变压器接入电动机的为变压器二次侧输出电流，其值为一次侧的1/k’倍，这样电动机起动电流降为原来的1/k*k’倍，起动转矩降为直接起动时的1/(k*k’)^2倍。起动后，自耦变压器逐渐提高输出电压，直到二次侧等于一次侧电压，然后将自耦变压器切换出回路。 起动转矩倍数为电网运行提供的起动电流倍数、直接起动电流倍数和电动机额定转差率三者乘积。一般sN 很小，故而这种方法起动转矩不大，但是比电抗降压起动优越的多。 5.4星角起动 当定子绕组接成三角形，在额定电压下直接起动时，电网电流（电动机线电流）等于定子相电流的√3倍，即I st Δ’=√3 I stN 。当定子绕组改为星型联结时，在相同的额定电压（线电压）下起动时，由于定子相绕组上电压只有额定电压的1/√3倍，定子相电流变为I stN /√3，而电网电流I stY ’等于定子相电流，故而得到I stY ’= I stN /√3.可见，星形接法起动时电网电流与原来三角形接法起动时的电网电流之比为 I stY’st Δ’ =1/3 即星角换接起动使电网提供的起动电流减小到只有原来用三角形接法时的1/3。由于起动转矩与相电压的平方成正比，因此起动转矩也减小的只有原来的(1√3 ⁄)2 =1/3倍。 综上所述，星角起动相当于电压比为1/√3的自耦变压器降压起动，同时比自耦变压器附加设备少，操作简便，所以小型感应电动机常采用这种方法起动。 5.5绕线转子感应电动机起动 鼠笼型感应电动机无论采用哪种起动方式来减小起动电流，起动转矩都跟着减小。所以对于不仅要求起动电流小，而且要求起动转矩大的场合，就不得不采用起动性能较好的绕线转子感应电动机。 绕线转子感应电动机的特点是，可以在转子回路中串入起动电阻。在绕线转子感应电动的转子回路中串入适当的起动电阻时，可以降低起动电流，有可以提高起动转矩。 当R2’+R st’= X1σ+X2σ’时起动转矩等于电动机的最大电磁转矩，从而最大限度的满足负载对于起动转矩的要求。 起动电阻通常采用金属电阻丝或铸铁电阻片制成，也有使用水电阻。一般来说，启动电阻按照短时运行设计，如果长期流过大电流，将会过热而损坏。起动完毕后，应及时切除。 6、感应电动机的调速 (1-s) n=n1(1-s)=60f p S=f(U1,R1,X1σ,R2’,X2σ’) 改变转速的方法有： 1）改变电动机定子绕组的极对数p，以改变电子旋转磁场的转速n1，及所谓变极调速。 变极调速适用于鼠笼型转子。方法包括双绕组变极调速（定子上绕两套绕组，但是浪费材料，分为倍极比、非倍极比）、单绕组变极调速（只装一套定子绕组，通过改变绕组接法来得到） 2）改变电动机电源频率f1来改变n1,即所谓变频调速。 3）改变电动机转差率s调速。 调整转差率s的方法： 1）调整定子端电压，为此需要用调压器 2）调整定子电阻或漏电抗，为此需要在定子串联外加电阻或电抗器 3）调整转子电阻，为此粗腰采用绕线转子电动机，在转子回路串入外加电阻。 4）调整转子电抗，为此需要在转子回路里串入电抗或电容器。 5）在转子回路引入一个转差频率f2=sf1的外加电动势，为此需要利用另一台电机来供给所需的外加电动势，该电机可以与原来电动机共轴，或不共轴，这样将几台电机在电方面串联在一起达到调速目的，称为串级调速。现在串级调速利用晶闸管调速来代替。其方法是利用晶闸管进行交——直——交变频处理，改变加于回路中的电动势，从而实现调速的目的。 7、电机发热、绝缘、温升、冷却 7.1绝缘材料及耐热 A级：浸油的棉纱、丝、纸等有机物或其组合物，包括普通漆包线。最高容许工作温度105℃。 E级：聚酯树脂、环氧树脂等，包括高强度漆包线。最高容许工作温度为120℃。 B级：云母、石棉、玻璃丝等无机物与有机漆制成的材料或组合物。最高最高容许工作温度130℃。 F级：云母、石棉、玻璃丝等无机物与树脂漆制成的材料或组合物。最高最高容许工作温度155℃。 H级：云母、石棉、玻璃丝等无机物与硅有机漆制成的材料或组合物。最高最高容许工作温度155℃。 7.2绝缘系统 感应电动机的绕组绝缘包括匝间、相间、槽绝缘（对地绝缘）、端部绝缘等所有带电部位与不带电部位间的绝缘。 一般而言，小型电机的线圈用高强度漆包线绕成，槽绝缘用聚酯薄膜绝缘纸复合箔构成，属于E级绝缘。对于大中型电机用B级绝缘。轧钢、冶金等特殊场合电机，采用F 和H级绝缘。 7.3温升 电机运行时，电机中的损耗转变为热量，使电机各部分温度升高，使电机温度高于周围介质温度。电机内温度与周围冷却介质的温度差称为该部位的温升。国家标准规定：电机周围冷却空气的最高温度为40℃。 温升限度是指国家标准规定的允许温升。电机运行时各部位的温升不能超过温升限度。 7.4发热 电机中损耗产生的热量，从内部由传导作用传到部件的表面，然后通过对流和辐射作用传到周围冷却介质中。 电机稳定温升公式： Τw=Q λS 其中:τW为稳定温升,Q为电机单位时间内产生的热量，λ为表明散热系数，S为散热表面积 7.5冷却。包括外部冷却和内部冷却，外部冷却介质大多为空气。内部冷却大多采用氢气或水作为冷却介质。 1、自然冷却：不装任何专门的冷却装置，只靠空气在电机中的自然流通来冷却。仅用于几百瓦以下小电机中。 2、自扇冷却：电机转子上装有风扇，用以鼓风，使冷却空气进入电机并经过发热部件表面将热量带走。 3、他扇冷却：冷却空气由专门的鼓风机通过管道供给，又称管道通风式。根据负载大小来调节鼓风机转速，以控制供给电机的风量，减小低负载是通风损耗。 4、内部冷却：绕组用空心导线绕成，冷却介质进入空心导线，直接将绕组导体的热量吸收并带走。内部冷却效果要比外部冷却好得多，它的应用促进了现代巨型电机的发展，提高了单机容量。但是内部冷却方式使电机的结构很复杂。 8、感应电动机的维护 8.1启动前检查 1、检查电动机和起动设备的接地装置是否良好完整，接线是否正确，接触是否良好，电动机铭牌所标的电压、频率应与电源电压、频率相等。 2、对于新安装或长期停用的电动机，使用前应检查电动机定子、转子绕组各相间和绕组对地的绝缘电阻。 3、绕线型转子电动机，应检查集电环上的电刷和电刷提升机构是否处于正常工作状态。 4、检查轴承是否有润滑油。 8.2起动后检查 合闸起动后，如发现不转、起动很慢、声音不正常，要立即停电检查。 8.3日常运行中维护 1、电动机运行时应经常注意监视各部分的温升情况，不应超过温升限度。 2、监视电源电压、频率的变化和电压的不平衡度 3、监视电动机的负载电流、不应超过铭牌上所规定的额定电流值。 4、注意电动机的气味、振动和噪声。在闻到焦味、发现不正常振动或碰擦声、特大的嗡嗡声或其它杂声时应立即停电检查。 5、经常检查轴承发热、漏油情况，定期更换润滑油。 6、对绕线型转子电动机，应检查电刷与集电环之间的接触、电刷磨损和火花情况，如出现严重火花，应及时处理。 7、注意保持电动机内部的清洁，不允许有水滴、油污、杂物落入电动机内部。电动机进风口、出风口必须保持畅通无阻。 第三部分同步电机 一、结构和额定值 1、结构形式：按照结构形式可以分为旋转电枢式和旋转磁极式。旋转电枢式只用于小容量同步电机中，旋转磁极式是同步电机的基本结构形式。旋转磁极式电机又分为隐极式和凸极式两种。隐极机气隙均匀，转子机械强度高，多用于高速同步电机，如汽轮发电机。凸极机气隙不均匀，转子结构比较简单，用于中速或低速场合，如水轮发电机。 2、额定值（铭牌值）包括如下内容： 1）额定容量S N或额定功率P N：额定容量指出线端额定视在功率，单位为KVA或MVA。而额定功率是指发电机输出的额定有功功率，或电动机轴上输出的机械功率，单位为KW或MW。对于同步调相机，用线端的额定无功功率表示容量，以Kvar或Mvar为单位。 2）额定电压U N：额定运行时定子的线电压，单位为V或KV 3）额定电流I N：额定运行时定子的线电流，单位为A 4）额定功率因数cosφN：额定运行时电机的功率因数 5）额定效率ηN：电机额定运行是的效率。 综上可知，对于三相交流发电机可得： P N=S N*cosφN=√3*U N*I N*cosφN 对于三相交流电动机来说，则为 P N=√*U N*I N*cosφN*ηN 3、同步电机的一个基本特点是电枢电流的频率和转速之间的严格关系，而直流电机和感应电机的转速是可调的。同步电机与直流电机相比，另一个结构特点就是它基本上都采用旋转磁极式而直流电机却是旋转电枢式。 汽轮发电机由于转速高和容量大等特点，必须采用隐极结构，且转子直径不能太大，各零部件机械强度要求高。水轮发电机则由于水轮机多为立式低转速的，因此一般采用立式凸极结构，且级数很多，体积较大。一般用途的同步电动机多数为卧式凸极结构，同步调相机则采用高速隐极结构。 二、电枢反应 对称负载时电枢磁动势的基波对主极磁场基波的影响（即助磁、去磁、交磁效果），简称为对称负载时的电枢反应。 同步电机定子的对称三相绕组中流过三相对称负载电流时所产生的电枢磁动势的基波是一个与转子同方向同转速的圆形旋转磁动势，因而与由励磁电流所产生的基波励磁磁动势在空间上相对静止。电枢反应的性质（助磁、去磁、交磁）取决于电枢磁动势基波与励磁磁动势的空间相对位置。而这一相对位置仅与励磁电动势E0和电枢电流I之间的相位差ψ有关。 1、励磁电动势与电枢电流同相时 当ψ=0时，电枢磁动势F a滞后于F f190度，即与转子磁极轴线正交，故称F a为交轴电枢磁动势，它对主极磁场的影响称为交轴电枢反应。交轴电枢反应使气隙合成磁场幅值增加，而其轴线从主极轴线逆转子转向后移一个锐角。合成磁动势： Fδ=F f+F a 2、电枢电流滞后励磁电动势一个锐角ψ时的电枢反应。 一般情况下，电枢电流滞后于励磁电动势一个锐角。此时电枢电流产生的电枢磁动势可以分解为交轴分量和直轴分量。其中交轴分量Faq效果与ψ=0时效果相同，为增加气隙合成磁场幅值。而直轴分量Fad将产生对气隙磁场的去磁作用。 F a=F ad+F aq 其中Fad= Fa*sinψFaq= Fa*cosψ 三、电枢反应电抗和同步电抗 1、当定子三相绕组通过三相电流时所建立的三相合成磁动势称为电枢磁动势F a。由F a产生的电枢反应磁通φa对电枢各相绕组所产生的电枢反应电动势Ea，在不考虑磁路饱和的情况下，电枢反应电动势Ea与电枢电流I成正比，而相位上滞后90度，故而可以写成复数形式 E a=-jIX a 其中Xa称为电枢反应电抗 2、在凸极同步电机中，由于电枢磁动势在不同位置相差很大，磁场波形复杂。为了便于计算，布朗代尔（blondel）提出“双反映理论”，将电枢磁动势分为直轴分量Fad和交轴分量Faq，分别计算其电枢反应Ead和Eaq，最后进行向量叠加。相应的电枢反应也可以写成复数格式： E ad=-jIX ad E aq=-jIX aq 其中Xad称为直轴电枢反应电抗，Xaq称为交轴电枢反应电抗 由于凸极电机的直轴气隙较小，因此X ad>X aq 3、同步电机的定子绕组流过励磁电流时产生的磁通，一部分不进入转子，只是在定子内部链接，称为定子漏磁通φs，漏磁通对应的漏磁电动势Es写成复数形式为 E s=-jIX s 其中，Xs成为同步电机的漏电抗 4、同步电抗 电机的同步电抗等于漏电抗和电枢反应电抗之和，由于隐极同步电机的气隙均匀，其直轴电枢反应电抗与交轴电枢反应电抗相等，都等于电枢反应电抗，即 X ad=X aq=X a 所以，隐极同步电机的同步电抗为 X c=X s+X a 由于凸极同步电机的气隙不均匀，利用双反应理论分析，其电枢反应电抗分为直轴与交轴两个部分，因此存在直轴和交轴两个同步电抗，即 X d=X s+X ad X q=X s+X aq 同时Xd>Xq，凸极电机的同步电抗等于电枢漏电抗与电枢反应电抗之和， 5、同步电机的电动势平衡方程 把各个部分的电枢电动势表示为电抗形式后，电动机的电动势平衡方程就可以列出了。 5.1隐极同步发电机电动势平衡方程为 E0=U+Ir a+jIX c 其中：U为电枢一相绕组的端电压 ra为电枢一相绕组的电阻 由于Xc》ra，一般把ra相忽略不计。 5.2凸极同步发电机的电动势平衡方程为 E0=U+jIX d+jIX q 5.3隐极同步电动机的电动平衡方程式为 U=E0+jIX c 5.4同步电机向量角 I和U之间相位差φ为功率因数角；I与E0之间相位差ψ是内功率因数角；U与E0之间的相位差θ称为功率角，简称功角，三者之间的关系为ψ=θ+φ 四、同步发电机并网条件和方法 1、并网条件： 1）发电机的频率和电网频率相同，允许偏差0.2%~0.5% 2）发电机和电网的电压波形相同 3）发电机和电网电压大小、相位相同，允许偏差10% 4）发电机和电网的相序相同 不满足现象： 1）频率不同时，两者电压之间有相对运动，将产生数值一直变化的环流，引起发电机功率振荡。 2）电压波形不同，高次谐波分量将在电机和电网内产生高次谐波环流，增加运行损耗，使电机温升增高，效率降低。 3）电压大小、相位不同，在发电机和电网间产生一个环流，最大可达（20~30）I N，会使电机遭到损坏。 4）相序不同，将存在巨大的电位差而产生无法消除的环流，危害电机的安全运行。 2、并网方法： 1）准同步法： 即准确同步法。操作人员利用同步指示器监测，将待并发电机调整到上述并网条件后并入电网。此方法对于并网条件要求严格，并网时间长，先励磁后并网，对电机的冲击电流小。2）自同步法： 将待并发电机的励磁绕组先不励磁，经过一个电阻短路，调节发电机的转速到接近同步转速时并入电网，然后接入励磁，利用定子、转子间的电磁力，使发电机自动牵入同步。这种方法，操作简单、并网迅速、先并网后励磁，但是冲击电流较大。 五、同步发电机功率调节 1、有功调节： 1）功角特性： 当励磁电流If不变时，励磁电动势E0不变。则凸极同步发电机电磁功率为 Pem≈P2=mUIcosφ=mUIcos(ψ-θ) =mUI(cosψcosθ+sinψsinθ) =mIqUcosθ+mIdUsinθ =m E0U Xd sinθ+m U2 2 (1 Xq -1 Xd )sin2θ 在隐极同步发电机中，Xq=Xd=Xt，故只剩余前一项。 2）根据功角特性可知，发电机有功功率通过调节原动机对发电机的输入功率来实现。调解过程中，发电机的有功功率变化是按照发电机的功角特性变化。输出功率大，功角θ增大；输出功率小，功角θ减小，但是功角的变化不能超过允许的数值。 根据功角特性可知，同步发电机的电磁功率P m随着功角θ按正弦函数规律变化，当θ=90度时，P m达到最大值，这是发电机的输出功率的极限，当超过这个极限后，将导致发电机的失步，因此P mmax称为发电机静态稳定极限。实际运行中，为了供电的可靠性，要使极限功率P mmax比额定功率P N大一定的倍数，称为静态过载倍数或静态过载能力，用k M表示。一般k M>1.7,额定功角θN一般为25°~35°。 2、同步发电机无功功率调节 调节同步发电机的无功功率，通过调节发电机的励磁电流来实现。在调节励磁电流If 的过程中，发电机的有功功率将保持不变，而电枢电流I和功率因数cosφ都随之改变。 根据同步发电机的V形曲线（实验测量结果）可得如下结论： 调节励磁电流I使cosφ=1时，电枢电流最小，输出全为有功分量，这一点的励磁就是“正常励磁”。 降低励磁电流I，则cosφ降低并超前输出，即输出功率为“有功功率+j无功功率”，此时称为欠励。 升高励磁电流I，则cosφ降低并滞后输出，即输出功率为“有功功率-j无功功率”，此时称为过励。 六、同步电动机的运行特性 1、功角特性与同步发电机相同。实际运行中，最大电磁功率P mmax保持比额定功率P N大一定的倍数k M，一般k M=2~3，则θN=30°~20° 功角θ具有双重物理意义：时间上，表示电压向量U与励磁电动势E之间的夹角；空间上，表示定子等效磁极轴线与转子磁极轴线之间的夹角。由于电动机运行时，一定是定子等效磁极在前面拖着转子磁极同步旋转，输出功率的大小就反映在功角θ的大小上。 定子等效磁极：假想的一个定子上面的磁极，代表励磁磁通、电枢反应磁通、电枢漏磁通三者之和的综合磁通对应的表现在定子上的等效值。 2、V形曲线。同步电动机的V形曲线与电动机相似，但是方向相反。 当cosφ=1时，电枢电流I全部为有功电流，电动机只从电网吸收有功功率。，此时励磁电流为正常励磁。 在此基础上增大If，则cosφ降低并吸收超前功率，即输入功率为“有功功率+j无功功率”，此时称为过励，从电网吸取容性无功功率，可以改善电网的功率因数。 在此基础上减小If，则cosφ降低并吸收滞后功率，即输入功率为“有功功率-j无功功率”，此时称为欠励，从电网吸取感性无功功率。 3、同步电动机的起动（异步起动法） 同步电动机只有在同步转速运行时才能产生恒定的电磁转矩，而起动过程中不是同步运行状态，故而不能自行起动。异步启动法是在同步电动机磁极的极靴上装置鼠笼型绕组称为起动绕组，起动时靠起动绕组产生的电磁转矩作为异步电动机起动。为了励磁绕组的安全，起动时需要把励磁绕组经过一个电阻接成闭路，然后按照异步电动机的起动方法来起动电动机。待转速上升到接近同步转速时，将励磁绕组换接到励磁电源上，借助产生的同步转矩将转子牵入同步完成起动。 七、同步发电机绝缘、温升、冷却 1、绝缘： 匝间绝缘采用聚酯漆包双玻璃丝包线或聚酰亚胺薄膜包双玻璃丝包线。 层间绝缘用玻璃布板做成层间垫条 对地绝缘采用环氧玻璃坯布或醇酸云母板制成。 连接线、引出线绝缘低压采用黄玻璃套管，高压要在通风槽口和端部出槽口进行防电晕和防电腐蚀处理。 2、温升（B级绝缘时）： 定子绕组温升限度80℃（电阻法） 励磁绕组温升限度80℃（电阻法） 铁芯温升限度80℃（温度计法） 集电环温升限度80℃（温度计法） 3、冷却：空冷、氢气冷却、水冷 八、同步发电机运行和维护 1、运行监督包括： 1）电压监督：电压变动范围不大于额定电压的±5%。 2）频率监督：频率变动范围不超过±1% 3）功率因数监督：在满足电压、频率的情况下，功率因数为额定值时可以保证输出额定功率。当发电机在运行中功率因数变动时，应使其定子、转子电流不超过在当时进风温度下所允许的数值。 4）负荷监督： 4.1正常运行时，发电机定子电流不允许超过额定值。当电压降至额定值的95%~99%时，定子电流可允许达到额定值的105%。 4.2三相负荷不对称时，要满足所规定的发电机承受负序分量电流的数值，并且定子每相电流不超过额定值时应能继续运行。 4.3发生不对称故障时，应满足 (I2 IN ) 2 ×t≤8 4.4温度监督：检查各主要部位的温度，包括定子绕组、定子铁芯、转子绕组、集电环、轴瓦、进风口介质温度。 2、维护检查： 控制盘上表针指示位置是否在允许范围内运行；励磁机的声音是否正常；滑环、电刷、刷握情况是否正常，有无冒火、跳动现象；轴承的绝缘垫、油管是否清洁，有无短路现象；冷却系统各部位是否严密、紧固，有无泄漏现象；发电机的出线及封闭母线各接头螺栓应紧固，无过热现象，瓷瓶是否清洁无裂纹。 一、主要内容 磁场、磁感应强度，磁场强度、磁导率，全电流定律，磁性材料的B-H 曲线，铁心损耗与磁场储能，电感，电磁感应定律，电磁力与电磁转矩。 二、基本要求 牢固掌握以上概念对本课程学习是必须的。 三、注意点 1、欧姆定律：作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通m F Φ=Λ，1m m S R l μΛ== 2、22 22m S fN S N l X L N l μμωωπω==Λ== 3、随着铁心磁路饱和的增加，铁心磁导率μFe 减小，相应的磁导、电抗也要减小。 一、主要内容 额定值，感应电动势、电压变比，励磁电流，电路方程、等效电路、相量图，绕组归算，标幺值，空载实验、短路实验及参数计算，电压变化率与效率。 三相变压器的联接组判别。三相变压器绕组的联接法和磁路系统对相电势波形的影响。 二、基本要求 熟练掌握变压器的基本电磁关系，变压器的各种平衡关系。 三种分析手段：基本方程式、等效电路和相量图。正方向确定，基本方程式、相量图和等效电路间的一致性。 理解变压器绕组的归算原理与计算。熟练掌握标幺值的计算及数量关系。 熟悉变压器参数的测量方法，运行特性分析方法与计算。 掌握三相变压器的联接组表示与确定。 三、注意点 1、变压器的额定值对三相变压器来说电压、电流均为线值，功率是三相视在功率，计算时一定要注意。三相变压器参数计算时，必须换成单相数值，最后结果再换成三相值。 2、励磁阻抗的物理意义，与频率和铁心饱和度的关系。 3、变压器的电势平衡、磁势平衡和功率平衡（功率流程图）。 4、变压器参数计算（空载试验一般在低压侧做，短路实验一般在高压侧做。在哪侧做实验，测出来的就是哪侧的数值，注意折算！） 5、变压器的电压调整率和效率的计算（负载因数1I β*=）。 6、单相变压器中励磁电流、主磁通和感应电势的波形关系，三相变压器的铁心结构和电势波形。 7、联接组别的判别。 8、变压器负载与二次侧接线方式要一致，若不一致，必须将负载?-Y 变换。 电机学学习笔记 一、绪论 电机：指应用电磁感应作用而运行的机械，用于电能的转换与不同形式电能之间的变换电机按照功能的分类：有电动机，发电机，变压器与控制电机 按照结构特点分类：有变压器与旋转电机，旋转电机分为交流电机与直流电机，交流电机分为同步电机与异步电机 磁路欧姆定律、磁路基尔霍夫第一定律（KCL）、磁路基尔霍夫第二定律（kvl） 安培环路定律、电磁感应定律 3)电路与磁路相关概念的对比： 磁动势：就是所有电流产生磁场，公式为F=Ni 磁位降：就是在安培换路定律中的Hl，也等于在这段磁路里面的磁阻乘于磁通，也就是抵消掉磁动势的东西 磁路中的损耗为铁耗，铁耗包括滞磁损耗和涡流损耗 二、变压器 变压器：实现相同频率的交流电能之间的转换 几种绕组的分类：高压绕组，低压绕组；一次绕组，二次绕组 变压器按照绕组数目分类：双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器按照冷却方式分类：油浸式变压器、干式变压器 按照铁芯结构分类：心式变压器、壳式变压器 变压器的基本构成：1、必须有电路部分跟磁路部分；2、绕组套在铁芯上，构成器身（变压器的核心部分） 变压器的额定值： 额定容量SN：输出视在功率的保证值，规定一次二次绕组的视在功率相同 一次绕组额定电压U1N：正常运行时一次绕组应该加的电压的有效值 二次绕组额定电压U2N：一次绕组加额定电压时二次绕组空载时的输出电压有效值一次、二次绕组额定电流I1N、I2N：正常运行时一二次绕组能够承担的电流的有效值，可以通过额定容量来计算 额定负载：就是当二次绕组电流I2达到其额定值I2N时的负载，也成为满载 单向变压器的额定容量计算：就是拿该相的电压乘以该相的电流（额定值） 三相变压器的额定容量计算：要注意，这里给出的额定电压都是线电压，因此虽然三相变压器的额定容量就是三个相的容量加起来，但是每个相的容量的计算中已经用到了线电压除以根号三，所以总的是线电压乘以线电流乘以根号三： 参考方向的问题：考虑电路中电压、电动势、电流、磁通的参考方向。 一次绕组的电压电流参考方向：按照电动机惯例，呈现负载特性 二次绕组的电压电流参考方向：按照发电机惯例，向外看符合负载特性 电流与磁通的参考方向：右手螺旋法则，就是高中学的那个；记住，电流是因，磁通是果； 磁通与电动势的参考方向：也是满足右手螺旋法则，这里想象电动势也像电流那样沿着线路流动，然后四个手指跟着电动势的方向，拇指指向磁通的方向，磁通是因，电动势是果； 变压器的空载运行问题： 电机学复习资料 一、 填空题 1、磁感应线的回转方向和电流方向之间的关系遵守右手螺旋定则。 2、设有一线圈位于磁场中 ，当该线圈中的磁链发生变化时，线圈中将有感应电势 产生。 3、通过学习研究电机的 原理 、结构、特性和应用来掌握电机学的内容。 4、磁通Φ是垂直穿过某截面积的磁力线总和，单位Wb 。 5、磁场强度H 沿任何一条闭合回线L 的线积分，等于L 所包围的电流的代数和-安培环路定理。 6、铁心内通过的绝大部分磁通成为主磁通 。 7、电机最基本的考核标准能量转换能力。在单位时间内，尽可能在小的体积内实现多的能量转换（比功率概念）。 8、在各种电机、变压器的主磁路中，为了获得较大的磁通，但又不过分的增大励磁电流，通常把铁心内工作点选择在膝点附近。 9、直流电动机的工作原理用公式表示为 Bli f = ，直流发电机的工作原理用公式表示为 Blv e = 。 10、 电枢绕组是由许多按照一定规律连接的线圈组成，它是直流电机电路的主要部分，是通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换的关键部件。 11、第一节距是线圈两个有效边的距离 ，c y 是 同一个线圈两端链接的换向器的距离 12、直流电机电枢绕组感应电动势的计算公式是n C E e a Φ=，其中e C 是 电动势常数 ， e C = a pZ 60 。 13、当电机可变损耗等于不变损耗 时，电机的效率达到最高。 14、直流电机电磁转矩的计算公式是a t I C Φ=T ，其中t C 是电磁转矩常数，t C = a pZ π2 。它和电动势常数的关系是e t C C 55.9=。 15、变压器变比2 1N N k =，其中1N 是指 原边绕组匝数（一次侧绕组匝数）。 16、两台变压器，除了匝数一次侧不一样外（一个多，一个少），其余参数完全相同，现将两台变压器接到220V ，50赫兹交流电上。 匝数少的变压器的损耗较大。 17、有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，联结0,;160yn Y A kV S N ?=，kV kV U U N N 4.0/35/21=，则一次绕组的额定电流 2.64A ，二次绕组的额定电流 230.9A 。 18、变压器感应电势有效值的表达式为 Φ=fN E 44.4 。 19、变压器试验中空载试验的时候仪表接在低压侧，负载试验的时候仪表接在高压侧。 20、在电动机中物理中心线逆着旋转方向偏移。在发电机中则顺着电机旋转方向偏移。 总体基础： 导线的感应电动势：e=Blv 电机感应电动势E=C Eφn=pN 60a *φn 导线所受电磁力：f=Bxli 电磁转矩Tem=pN 2πa φIa=C TφI a 电机内气隙磁场：F m=F a+F f1 第一部分直流电机 一、结构： 定子为永磁极，为电机提供一个固定的磁场，成对出现。绝大多数不采用永磁体，由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。 转子上面为电枢绕组。电动机时，转子通以直流电压，经过换向器变在转子内部体现为每根导体上的交变电流，用以驱动旋转。发电机时，由于转子切割磁场，电枢内每根导线上产生交变电流，通过换向器对外体现为直流电。 换向器通过电刷连接外电路。 电枢铁心用于固定支撑电枢绕组和导通磁路。为了减少涡流损耗，采用0.5~0.35的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。 额定值：额定功率P N（W），额定电压U N（V），额定电流I N（A），额定转速n N（r/min）,额定效率η，额定转矩T N。 发电机：P N=U N*I N 电动机：P N=U N*I N*η 额定值是电机运行的基本依据，一般希望电机按照额定值运行。运行于额定值时称为满载。运行时超过额定容量，称为过载。运行远低于额定容量，称为轻载。过载使电机过热，降低使用寿命，甚至损坏电机，应避免。轻载浪费容量和降低了效率，不建议采用。 二、直流电机分类和通用方程 1、分类： 他励：励磁电流和电枢电路采用不同电源。 并励：励磁绕组和电枢并联 串励：励磁绕组和电枢串联 复励：电机里同时存在并励绕组和串励绕组。 并励和串励绕组磁动势相加称积复励，相减称差复励。 并励绕组与电枢绕组并接，串励绕组与电枢串接，称短复励。 并励绕组与串励绕组串联后与电枢绕组并联，称长复励。 2、直流电机可逆性： 当电机以较高转速n旋转时，产生E>U，则电机电枢电流与E同向，电磁转矩Tem与n反向，电机为发电机运行状态。 当电机以较低转速n旋转时，产生E 对电机学的认识与理解 电机学是研究电动机及其工作原理、结构与性能的学科领域。电动机是将电能转化为机械能的装置，广泛应用于工业、交通、家用电器等领域。电机学的研究内容包括电机的分类、工作原理、结构设计、性能参数和控制方法等方面。 电机可以根据其工作原理的不同进行分类。最常见的分类方法是根据电机中产生磁场的方式，分为直流电机和交流电机。直流电机是通过直流电流在电枢和磁极之间产生磁场，从而产生力矩驱动电机转动。交流电机则是利用交流电的磁场变化来产生力矩，推动电机运转。交流电机又可以分为异步电机和同步电机，异步电机是利用磁场的旋转速度略小于转子的旋转速度来产生力矩，而同步电机则是磁场的旋转速度等于转子的旋转速度。 电机的结构设计也是电机学中的重要内容。电机的结构设计与电机的工作原理密切相关。电机的主要部分包括转子、定子和磁极等。转子是电机中旋转的部分，定子是固定的部分。电机通过转子和定子之间的磁场作用，产生力矩，驱动电机运动。电机的结构设计需要考虑转子和定子之间的磁路设计、绕组布置、轴承选型等因素，以确保电机能够正常工作。 电机的性能参数也是电机学中的重要内容。电机的性能参数包括额定功率、额定电压、额定电流、转速、效率等。这些参数反映了电 机的工作能力和效率。额定功率是电机能够持续输出的功率，额定电压和额定电流是电机正常工作所需的电压和电流。转速是电机旋转的速度，效率是电机将输入的电能转化为有用的机械能的比例。电机的性能参数对于电机的选型和应用非常重要。 电机的控制方法也是电机学中的重要内容之一。电机的控制方法包括电机的启动、制动、调速、转向等。电机的启动通常通过控制电流的大小和方向来实现，制动是通过改变电机的工作状态来使电机停止。调速是电机运行过程中改变转速的方法，常见的调速方法有电压调速、电流调速和频率调速等。转向是改变电机旋转方向的方法，可以通过改变电流的方向或改变转子和定子之间的磁场方向来实现。 电机学是研究电动机及其工作原理、结构与性能的学科领域。它涉及电机的分类、工作原理、结构设计、性能参数和控制方法等方面。电机学的研究对于电机的设计、应用和维护都具有重要的意义。通过深入学习电机学的知识，我们能够更好地理解电动机的工作原理，提高电机的效率和可靠性，推动电机技术的发展。 第一章基础理论 一、学习目标： 掌握磁场分析基本量，磁路的基本定律；掌握常用铁磁材料及其磁化特性；掌握简单串联、并联磁路计算；了解交流磁路中的激磁电流和磁通；掌握能量转换基本定律。 二、模块导学： 1、绪论 讲述了电机的概念、电机的主要作用、电机的分类、电机的主要发展和本课程的主要任务。 2、磁路和磁性材料 讲述了磁场中基本物理量和磁路的基本概念，磁路的基本定律，磁性材料的分类及其特性，简单磁路的计算以及交流铁心磁路中的激磁电流、磁通和感应电动势的波形关系。 2、能量转换基本定律 讲述了法拉第电磁感应定律、毕—萨电磁力定律和能量守恒原理。 三、重点难点指导： 重点：磁路的基本概念和基本定律，铁磁材料及其磁化特性，能量转换基本定律 难点：磁场与磁路的等效，磁路与电路的类比，交流磁路中的激磁电流和磁通。 讲清磁场作为能量转换的媒介的作用，说明集中参数与分布参数的特点，并在此基础上引出磁路的概念，使学生建立起磁路与电路的类比关系，画图说明交流磁路中的激磁电流和磁通的波形关系。 四、参考资料目录： [1] 汤蕴璆，罗应立，梁艳萍. 电机学[M]. 第三版. 北京：机械工业出版社，2008 [2] 李哲生，刘迪吉，戈宝军. 电机学[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997 [3] 潘再平，章玮、陈敏祥. 电机学[M]. 杭州：浙江大学出版社，2008 [4] 李发海. 电机学[M]. 北京：科学出版社，2001 [5] 胡虔生，胡敏强. 电机学[M]. 北京：中国电力出版社，2005 [6] 汪国梁. 电机学[M]. 北京：机械工业出版社，2007 [7] 朱东起，王岩，李发海. 电机学[M]. 北京：中央广播电视大学出版社，1987 [8] 冯欣南. 电机学[M]. 北京：机械工业出版社，1985 [9] 辜承林，陈乔夫，熊永前. 电机学[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2005 [10] 刘锦波，张承惠. 电机与拖动[M]. 北京：清华大学出版社，2006 [11] 马宏忠，方瑞明，王建辉. 电机学[M]. 北京：高等教育出版社，2009 [12] 唐任远. 现代永磁电机理论与设计[M]. 北京：机械工业出版社，1997 [13] 王秀和. 永磁电机[M]. 北京：中国电力出版社，2007 [14] A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley. Electric Machinery (Sixth Edition). McGRAW-HILL 电机学复习资料 第一章 基本电磁定律和磁路 电机的基本工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律、磁路定律和电 磁力定律等定律的基础上的，掌握这些基本定律，是研究电机基本理论的基础。 ▲ 全电流定律 全电流定律 ∑⎰=I Hdl l 式中，当电流方向与积分路径方向符合右手螺旋关系时，电流取正号。 在电机和变压器的磁路计算中，上式可简化为 ∑∑=Ni Hl ▲电磁感应定律 ①电磁感应定律 e=- dt d N dt d Φ-=ψ 式中，感应电动势方向与磁通方向应符合右手螺旋关系。 ②变压器电动势 磁场与导体间无相对运动，由于磁通的变化而感应的电势称为变压器电动势。电机中的 磁通Φ通常是随时间按正弦规律变化的，线圈中感应电动势的有效值为 m fN E φ44.4= ③运动电动势 e=Blv ④自感电动势 dt di L e L -= ⑤互感电动势 e M1=- dt di 2 e M2 =-dt di 1 ▲电磁力定律 f=Bli ▲磁路基本定律 ① 磁路欧姆定律 Φ=A l Ni μ=m R F =Λm F 式中，F=Ni ——磁动势，单位为A ； R m =A l μ——磁阻，单位为H -1； Λm = l A R m μ=1——磁导，单位为H 。 ② 磁路的基尔霍夫第一定律 0=⎰s Bds 上式表明，穿入（或穿出）任一封闭面的磁通等于零。 ③ 磁路的基尔霍夫第二定律 ∑∑∑==m R Hl F φ 上式表明，在磁路中，沿任何闭合磁路，磁动势的代数和等于次压降的代数和。 磁路和电路的比较 第二章 直流电动机 一、直流电机的磁路、电枢绕组和电枢反应 ▲磁场是电机中机电能量转换的媒介。穿过气隙而同时与定、转子绕组交链的磁通为主磁通；仅交链一侧绕组的磁通为漏磁通。直流电机空载时的气隙磁场是由励磁磁动势建立的。空载时，主磁通Φ0与励磁磁动势F 0的关系曲线Φ0=f （F 0）为电机的磁化曲线。从磁化曲线可以看出电机的饱和程度，饱和程度对电机的性能有很大的影响。 ▲ 电机的磁化曲线仅和电机的几何尺寸及所用的材料有关，而与电机的励磁方式无关。 电机的运行特性与磁化曲线密切相关。设计电机时，一般使额定工作点位于磁化曲线开始弯曲的部分，这样既可保证一定的可调节度，又不至于浪费材料。 ▲ 直流电机电枢绕组各元件间通过换向器连接，构成一个闭合回路，回路内各元件的电 动势互相抵消，从而不产生环流。元件内的电动势和电流均为交变量，通过换向器和电刷间的相对运动实现交直流转换。电刷的放置原则是：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。因此，电刷应放在换向器的几何中性线上。对端接对称的元件，换向器的几何中性线应与主极轴线重合。 ▲ 不同型式的电枢绕组均有①S=K=Z ；②y 1=Z i /2p ε=整数；③y=y 1+y 2。其中，S 为元件 数，K 为换向片数，Z i 为虚槽数，p 为极对数，y 1为第一节距，y 2为第二节距，y 为合成节距，ε为小于1的分数，用来把y 1凑成整数。对单叠绕组，y=±1，y 2小于0，并联支路对数a=p ，即每极下元件串联构成一条支路。对单波绕组，y 2大于零，a=1，即所有同极性下元件串联构成一条支路。 ▲ 当电枢绕组中通过电流时，产生电枢磁动势，此时气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动i 《电机学（下）》同步电机复习提纲 第二十章 同步电机概述 1.同步电机的定子——称电枢，电枢铁心嵌放三相对称绕组； 转子——称主磁极，由直流电励磁，分为隐极式和凸极式【P193图20-2】； 隐极转子：气隙均匀，多用于高速电机，如：汽轮发电机，通常极对数p=1，由于转速高， 汽轮发电机直径较小、长度较长； 凸极转子：气隙不均匀，多用于低速电机，如：水轮发电机均采用凸极式，特点是直径大、 长度短； 转子除励磁绕组外，还常装有与感应电机笼型绕组相似的闭合绕组，在发电机称为阻尼绕组，在电 动机称为起动绕组。 2.同步电机定子三相对称绕组通进三相对称电流产生的旋转磁场，与转子旋转磁极的转速恒为同步速s n ， 定、转子旋转磁场轴线之间的夹角为转矩角sr δ，通常认为sr δδ≈【P195图20-6】 δ——称为功率角，是转子磁场轴线超前于定、转子合成磁场轴线的夹角； 当0δ>，相当于转子磁极拖着定、转子合成旋转磁场转，转子输入的机械功率转变为定子输出的电功率——发 电机运行状态；此时机械转矩为驱动转矩、电磁转矩为制动转矩； 当0δ<，相当于定、转子合成旋转磁场拖着转子磁极转，定子输入的电功率转变为转子输出的机械功率——电动机运行状态；此时电磁转矩为驱动转矩、机械转矩为制动转矩； 当0δ=，相当于转子与合成旋转磁场轴线重合，电机内没有有功功率转换——空载运行状态；电磁转矩为零。 3.同步电机的励磁系统有：直流励磁机励磁、交流整流励磁、晶闸管自励恒压励磁等 4.同步电机的额定值（铭牌数据）： N U 、N I ——指电枢（定子）线电压、线电流； N S ——发电机的额定容量，指三相视在功率； N P ——指额定运行时的输出三相有功功率，故对发电机是电功率、对电动机是机械功率； ∴N N N S I = 单位：VA 、KVA 发电机：cos N N N N P I ? 电动机： cos N N N N N P I ?η= 单位：KW 同步电机的转子转速n 与电枢电流频率f 、电机极对数p 存在严格不变的关系： 60s f n n p = @——称为同步速，单位：/min r （转/分钟）； 我国电网频率 50f Hz =，故：p=1，n S =3000r/min ；p=2，n S =1500r/min ；p=3，n S =1000r/min ....... 第二十一章 同步发电机运行原理 （一）同步发电机空载运行和负载时的电枢反应 1.同步发电机空载运行——励磁绕组通入直流励磁电流f I ，原动机拖动转子磁极以同步速n S 旋转，定子电枢绕组开路。 空载时只有f I 建立的励磁磁势f F ，产生空载磁通0φ，以n S 速度切割定子三相对称绕组感生三相空载电势0 E &； 2.同步发电机接上三相对称负载后，电枢三相对称绕组通过三相对称电流I &，产生一个旋转磁势，称为电枢磁势 《电机学》复习（重点） 第一篇变压器 第一章概述 3、S N＝√3U1N I1N=√3U2N I2N 式中：额定容量S N——指变压器的视在功率，单位为KV A或V A； 额定电压U1N/U2N——指线值，单位为V或KV。U1N是电源加到原绕组上的额定电 压，U2N是原边加上额定电压后，副边开路即空载运行时副绕组的端电压； 额定电压I1N/I2N——指线值，单位为A； Y接：U线＝√3 U相△接：U线＝U相 I线＝I相I线＝√3I相 习题1-2 一台三相变压器的额定容量为S N＝3200千伏安，电压为U1N／U2N＝35/10.5千伏，Y，d接法，求：⑴这台变压器原、副边的额定线电压、相电压及额定线电流、相电流。 ⑵若副边负载的功率因数为0.85（感性），则这台变压器额定运行时能输出多少千瓦的有功功率，输出的无功功率又是多少？ 解：（1）额定电压及电流 原边额定线电压U1N＝35 KV 原边额定相电压U1＝35/√3＝20.208 KV 副边额定线电压U2N＝10.5 KV 副边额定相电压U2＝10.5 KV 原边额定线电流I1N＝S N／（√3 U1N）＝3200×103／（√3 ×35×103）＝52.79 A 原边额定相电流I1＝52.79 A 副边额定线电流I2N＝S N／（√3 U2N）＝3200×103／（√3 ×10.5×103）＝175.96 A 副边额定相电流I2＝I2N /√3＝101.59 A （2）若cosψ2＝0.85（感性）额定运行时，ψ2＝35.320，sinψ2＝0.527 输出有功功率P2＝S N cosψ2＝3200×0.85＝2720 KVA 输出无功功率Q2＝S N sinψ2＝200×0.527＝1685.7 Kvar 第二章变压器的运行分析 3、[P28 式（2-7））采用折合算法后，变压器原变量仍为实际值，而副边量都为折合值，其基本方程为： （1）U1＝－E1＋I1 z1 （2）U2’＝－E2’＋I2’ z2’ （3）E1＝－E2’ （4）I1＋I2’＝I0 （5）I0＝－E1／z m （6）U2’＝I2’ z L’ 4、折算后副边的电压、电流、阻抗的关系如何？ U2’＝I2’ z L’ 5、变压器的T型等效电路（图2-9） 1 第二章直流电机学习指导 1．直流电机的电枢绕组的连接规律 2．直流机的电枢反应 3. 电枢绕组电动势及枢绕组电磁转矩的计算公式 4．直流发电机电压方程式、电磁功率及电磁转矩关系 5．直流发电的自励条件 6．直流电动机的电压方程、功率及转矩关系 7．并励、串励直流电动机的机械特性 8．直流电动机起调速的方法 学习重点 1. 电枢绕组电动势及枢绕组电磁转矩的计算公式 2．直流发电机电压方程式、电磁功率及电磁转矩关系 3．直流电动机的电压方程、功率及转矩关系 4．并直流电动机的机械特性 5．直流电动机起调速的方法 学习难点 1．直流电机的电枢绕组的连接规律 第二节直流电机的电枢绕组 单叠绕组有以下特点： 1) 单叠绕组的并联支路数2a应等于电机的极数2p； 支路对数极对数 a p a p 2) 当元件几何形状对称时，电刷应放在主机中心线上，此时正、负电刷间感应电势最大，被电刷所短路元件感应电势为零； 3) 电刷数等于极数； 4) 电刷间引出的电势为每一支路电势，正、负电刷间引出的电流为各支路电流之和。 第三节直流电机的磁动势和磁场 为了弄清稳态运行时直流电机内部的电磁过程，必须了解空载和负载时电机内部的磁场，本节介绍直流电机的磁场。 一、励磁方式 二、负载时的电枢磁动势 三、电枢反应 负载时电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应。如果电枢磁动势有交轴和直轴分量，则电枢反应就相应的称为交轴电枢反应或直轴电枢反应。 1.交轴电枢反应 1）气隙磁场发生畸变，物理中性线偏移 2）去磁作用 2.直轴电枢反应 若电刷不在几何中性线上，除交轴电枢磁动势外，还有直轴电枢磁动势，若为发电机电刷顺电枢旋转方向移β角，直轴电枢反应是去磁的；若发电机电刷逆电枢旋转方向移β角，直轴电枢反应是增磁的。电动机情况与发电机正好相反。 四、直流电动机的感应电动势和电磁转矩 1.电枢绕组的感应电动势 60a e a e E C n pZ C a φ== 2.直流电机的电磁转矩 e T a T C I φ= 2a T pZ C a π= 直流电机 1、直流电机的结构，工作原理及机械特性 1、结构静止部分：定子（主磁极，换向磁极，机座，电刷）作用：建立磁场。 转动部分：转子或电枢（电枢铁心，电枢绕组，换向器，风扇，转轴）作用：是电能变为机械能的枢纽。 2、直流电机的工作原理：假设电刷A与电源的正级相连，电刷B与电源的负极相连，电流经A-d-c-b-a-B形成回路。根据左手定则，线圈ab受力向左，线圈cd受力向右。这样就形成了一个转矩。使电枢逆时针方向旋转。当电枢转过90°时，此时通电线圈随受电磁力作用，但转矩为零，由于电枢机械惯性的作用，电枢能转过一定的角度，这时线圈中的电流方向发生了变化。当电枢转过180°时，电流经A-a-b-c-d-B形成回路。根据左手定则，线圈ab受力向左，线圈cd受力向右。任然形成逆时针转动的转矩，电枢按同一方向转动，这样电动机可以连续转动了。 3、直流电机的机械特性： 2、直流电机的分类 他励电机，并励电机，串励电机，复里电机。 3、直流电机调速方案及优缺点。 1、电枢回路串联电阻调速 可在电源电压不变的情况下，改变电枢回路中的电阻，达到调速的目的。调速的机械特性如下图所示。当电枢回路中串联的电阻越大，直线的倾斜率越小。 电枢回路串联电阻调速优缺点 1、由于电阻智能分段调节，因此调速的平滑性比较差。 2、低速时，调速电阻上有较大电流，损耗大，电机效率低。 3、轻载时调速范围比较小。 4、串入电阻阻值越大，机械特性越软，稳定越差。 2、降低电源电压调速 根据直流电动机机械特性方程式可以知道，改变电额定电压，因此电枢电压只能在额定电压一下进行调节。 降低电源电压调速的优点 1、电压便于平滑性调节，调速平滑性好，可实现无级调速。 2、调速前后机械斜率不变，机械特性硬度高，稳定性好，调速范围广。 3、调速是损耗小，调速经济性好。 3、改变励磁磁通道调速 根据机械特性方程可以知道，当u为恒定时，调节励磁磁通，也可以实现电动机转速的目的。额定运行的电动机，其磁通已基本饱和，因此改变磁通只能从额定值往下掉。 改变励磁磁通道调速的优点 1、调节平滑，可实现无级调速。 2、励磁电流小，能量损耗小，调节前后电动机的效率不变，经济性好。 3、机械特性较硬，转速稳定。 4、直流电机制动方案及其工作原理 1、能动制动：当开关打到2时，制动瞬间转速任为n1，电动机此时作为发电机运行，电枢绕组中产生感应电动势Ea，在闭合回路中产生与制动方向相反的感应电流。形成于转速相反的电磁转距，从而达到制动的目的。 2、反接制动：反接制动就是制动时将电压的极性反接产生制动转矩的制动方法。 3、反馈制动：电机在运行时，由于某种客观的原因使时机转速超过原来的空载转速，电机运行在发电状态，从而产生于转速相反的电磁转距，达到制动目的。 4、计算题 P11例1-1、P14例1-2 步进电机 一、直流电机 A. 主要概念 1. 换向器、电刷、电枢接触压降2 U b 2. 极数和极对数 3. 主磁极、励磁绕组 4. 电枢、电枢铁心、电枢绕组 5. 额定值 6. 元件 7. 单叠、单波绕组 8. 第1节距、第2节距、合成节距、换向器节距 9. 并联支路对数a 10. 绕组展开图 11. 励磁与励磁方式 12. 空载磁场、主磁通、漏磁通、磁化曲线、每级磁通 13. 电枢磁场 14. （交轴、直轴）电枢反应及其性质、几何中性线、物理中性线、移刷 15. 反电势常数C E、转矩常数C T 16. 电磁功率P em 电枢铜耗p Cua 励磁铜耗p Cuf 电机铁耗p Fe 机械损耗p mec 附加损耗p ad 输出机械功率P2 可变损耗、不变损耗、空载损耗 17. 直流电动机（DM）的工作特性 18. 串励电动机的“飞速”或“飞车” 19. 电动机的机械特性、自然机械特性、人工机械特性、硬特性、软特性 20. 稳定性 21. DM的启动方法：直接启动、电枢回路串电阻启动、降压启动 22. DM的调速方法：电枢回路串电阻、调励磁、调端电压 23. DM的制动方法：能耗制动、反接制动、回馈制动 B. 主要公式： 发电机：P N＝U N I N(输出电功率) 电动机：P N＝U N I NηN(输出机械功率) 反电势： 60E a E E C n pN C a Φ== 电磁转矩： em a 2T a T T C I pN C a Φπ== 直流电动机（DM ）电势平衡方程：a a E a a U E I R C Φn I R =+=+ DM 的输入电功率P 1 ： 12 ()()a f a f a a a f a a a f em Cua Cuf P UI U I I UI UI E I R I UI EI I R UI P p p ==+=+=++=++=++ 12em Cua Cuf em Fe mec ad P P p p P P p p p =++=+++ DM 的转矩方程：20d d em T T T J t Ω --= DM 的效率：21112 100%100%(1)100%P P p p P P P p η-∑∑= ⨯=⨯=-⨯+∑ 他励DM 的转速调整率： 0N N 100%n n n n -∆= ⨯ DM 的机械特性：em 2T j a j a a ) (T Φ C C R R ΦC U Φ C R R I U n E E E +-= +-= . 并联DM 的理想空载转速n 0： 二、变压器 A. 主要概念 1. 单相、三相；变压器组、心式变压器；电力变压器、互感器；干式、油浸式变压器 2. 铁心柱、轭部 3. 额定容量、一次侧、二次侧 4. 高压绕组、低压绕组 5. 空载运行，主磁通Φ、漏磁通Φ1σ及其区别，主磁路、漏磁路 空载电流、主磁通、反电动势间的相位关系，铁耗角 6. Φ、i 、e 正方向的规定。 7. 变比、二次侧空载电压、二次侧额定电压 8. 励磁电抗X m 、励磁电阻R m 、一次侧漏电抗X 1σ、二次侧漏电抗X 2σ 电机原理及驱动——电机学基础 1. 引言 1.1 概述 本篇文章旨在探讨电机原理及其驱动的基础知识。电机作为现代工业和家庭设备中广泛应用的关键部件之一，具有重要的作用。了解电机的基本原理以及不同类型的电机分类和特点对于设计、选择和控制电机都至关重要。 1.2 文章结构 本文将按照以下结构逐步介绍电机原理及驱动相关内容： 第二部分将介绍电机的基本原理。我们将探讨电机内部发生的物理现象，并解释与电流、磁场和力之间的关系。 第三部分将涵盖各种常见的电机分类和特点，包括直流电机、交流电机和步进电机。我们将详细讨论它们各自的优缺点以及适用领域。 第四部分将深入讨论电机驱动方式。其中包括直流电机驱动方式、交流电机驱动方式和步进电机驱动方式等。我们将了解每种驱动方式如何实现不同速度和转矩要求。 最后一部分将介绍几种常见的控制方法，包括开环控制和闭环控制。我们还会介绍PWM调速控制策略和矢量控制方法，这些方法使得电机能够更加精确地实现速度和位置控制。 1.3 目的 通过本文，读者将了解到电机工作的基本原理、各种常见电机的分类与特点，以及不同的驱动方式和控制方法。我们希望读者能够在真实应用中根据具体需求选择适合的电机，并了解如何进行有效的驱动和控制，以实现预期的性能。最终，本文旨在提供对电机学基础知识全面而深入的理解，并为相关领域的进一步学习和研究提供良好的基础。 2. 电机原理: 2.1 电机基本原理: 电机是将电能转换为机械能的装置。它是由定子和转子组成的，定子产生旋转磁场，而转子受到这个磁场的作用而产生旋转运动。其工作根据洛伦兹力原理，当电流通过导体时，会在其周围产生一个磁场，与外部磁场发生相互作用从而引起力或力矩作用。 2.2 电机分类及特点: 电机可分为直流电机、交流电机和步进电机等几种类型。直流电机是最常见的一种类型，其特点是便于控制和适应速度变化需求；交流电机具有较高的效率和较大的功率范围，并且无需额外的起动装置；步进电机通过精确控制脉冲信 电机学复习资料 电机学-复习资料 运动学习问题集-电气2022 例如：y112s-6极数6极 核心长度代码：S短基线，L长基线规范代码：基准中心高度112mm产品代码：异步电机I.填空 1.直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是。答：交流的。 2.直流发电机的电磁转矩为转矩，直流电机的电磁转矩为转矩。回答：刹车，开车。 3.串励直流电动机在负载较小时，ia；当负载增加时，t，ia； N随着负载的增加，其下降幅度大于并联电机。答：小，增加，增加，严重。 4.一台p对磁极的直流发电机采用单迭绕组，其电枢电阻为ra,电枢电流为ia,可知此单迭绕组有 有平行的分支，每个分支的阻力都很小。回答：2p，2pra 5.并励直流电动机改变转向的方法有；。 答：励磁绕组接线保持不变，电枢绕组两个端子切换；电枢绕组接线保持不变，励磁绕组的两个端子切换。 6.串励直流电动机在电源反接时，电枢电流方向，磁通方向，转速n的方向。答：反向，反向，不变。 7.当并联直流电机的负载转矩保持不变，且电枢电路中的电阻串联时，电机转速将增加。A:下降。 8.直流电机若想实现机电能量转换，靠电枢磁势的作用。答：交轴。 9.对于直流发电机，电刷沿电枢旋转方向移动一个角度，直轴电枢反应为：；如果是电机，则为直轴 电枢反应是。答：去磁作用，增磁作用。 一 10.磁通恒定的磁路称为，磁通随时间变化的磁路称为。答：直流磁路，交流磁路。 11.三相异步电动机等效电路中的参数 1.sr2？物理意义是模拟异步电动机转子s轴总机械功率输出的等效电阻。 12.电机和变压器常用的铁心材料为。答：软磁材料。 13.异步电动机空载励磁电流大于变压器空载励磁电流的原因是异步电动机磁路中存 在气隙。14.铁磁性材料的磁导率非铁磁性材料的磁导率。答：远大于。 15.直流发电机通过主磁通感应的电势应存在于电枢绕组。16.在磁路中与电路中的电 动势作用相同的物理量是。答：磁动势。 17.异步电动机的功率是指转子的铜损耗。在可变转差速度调节中，如果转差增加， 损失将增加。18.在三相异步电动机的参数测量实验中，定子绕组电阻是预先获得的参数。参数测量实验包括空载实验和堵转实验。 19.三相异步电动机参数测定实验中，空载实验的损耗包括定子铜损、铁损耗 机械损耗。在实验过程中，机械损耗是恒定的。 20.三相异步电动机根据转子结构的不同，分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机；同步电动机 根据转子结构的不同，分为隐极同步电动机和凸极同步电动机。 21.三相交流绕组通入对称的三相交流电流将产生幅值（或转速）不变，空间旋转的 磁动势。如果 如果你想改变磁场的旋转方向，你可以改变电流的相序。22.三相变压器的额定电压 是指线路电压。23.串励直流电动机的主要特性是牛马特性。 24.变压器负载运行时，铁心中的主磁通的大小取决于外加电压的大小。25.在同步电 机的励磁系统中，无刷励磁系统指的是旋转整流器励磁系统。 26.三相异步电动机根据转子结构的不同分为笼型异步电动机和绕线式异步电动机； 同步电动机 根据转子结构的不同分为隐极同步电动机和凸极同步电动机。 27.在同步电动机的励磁系统中，旋转整流器励磁系统也称为无刷励磁系统。28.现代 电网中几乎所有的巨大电能都是由同步发电机提供的。29.从空载到负载，变压器的主磁 通量？这个房间的大小基本上是一样的。 2 30.根据“集肤效应”原理，使用深槽电机可以提高异步电机的起动性能。 《电机学》复习资料 一、填空题 1.同步电机电枢反应的性质取决于内功率因数角，当负载电流滞后于电势时的电枢反应为兼有交磁和去磁的性质。 2.隐极同步发电机最大功率输出时的功率角 ，而凸极同步发电机最大功率输出时的功率角 小于 。 3.同步发电机的短路比与不饱和值的关系为成反比（或 ），若不饱和值大，则小，电压变化率大，静态稳定性差，电机成本较低。 4.在稳定运行范围内，当增大同步发电机有功输出，则功率角增大，同时无功功率输出减小，静态稳定能力降低。 5.并励直流发电机电压建立的条件是气隙中必须有剩磁、励磁磁势与剩磁两者方向必须相同、励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。 6.直流电动机调速的方法主要有改变电枢回路串入的电阻、调磁调速、调压调速，其中，在额定转速以下调节的有电枢回路串电阻调速和降压调速。 7.已知三相六极异步电动机，运行在电网上，转差率，此时，转子电势的频率 1 Hz ，转子磁势相对转子的转速为 2021 ，转子磁势相对定子的转速为 1000 。 8.异步电动机降压起动的方法主要有定子串电阻或电抗器、自耦变压器、星形—三角形（）换接、延边三角形换接，其中，转矩和电流降低倍数不相同的有定子串电阻或电抗器。 9.定子绕组Y 接的三相对称绕组，通入三相对称电流，则三相基波合成磁势为圆形，基波幅值为单相脉振磁势幅值的倍，转向由电流相序、哪一项电流达到正的最大值决定，合成磁势的幅值位置如何确定三相合成磁势的幅值就位于该相绕组轴线上。 10.在直流发电机中，换向器的作用是将绕组中的交流电势转换成电刷上的直流电势。 )*(s 不饱和值d C X K K =Hz f 50=02.0=S min /r min /r ∆-Y 《电机学》复习资料 直流电机单波绕组的并联支路对数等于极对数。（X ） 电刷放在几何中性线上时，电枢反应只有直轴分量。（X ） 考虑饱和时，交轴电枢反应有助磁作用。（X ） 异步电机转子结构有鼠笼式和___绕线 ________式两种。利用变比为KA 的自耦变 压器对鼠笼异步电机进行降压起动时，电网提供的电流与电机直接起动时的电流 之比为 ___ 1 ___________。异步电机恒转矩变频调速时， ____定子电压与定子 K A2 电流频率之比应保持不变，目的是为了保持___磁通 _______不变。 直流电机的反电势正比于电枢绕组的电流。（X ） X ） 直流电机的电刷压降随负载变化而有很大的变化。（ 平复励发电机的电压变化率比较大。（X ） 异步电动机频率归算后转子回路将增加一项附加电阻，其上的电功率代表转子的__总的机械功率 ______功率，该电阻称为 __模拟 ______电阻。 异步电动机的电源电压降低10％，电机的过载能力降低到 ____80%__________ 直流电机应采用尽可能接近整距的绕组。（V ） 直流电机单波绕组的合成节距等于 +1 或－ 1。（ X ） 若同步电机的气隙合成磁场超前于转子主磁场，则电机运行于发电机状态。（）对于隐极同步发电机，其同步电抗等于电枢反应电抗。（） 临界转差率 ___不变 _______，负载不变时，电机的转速将 ___降低 _______。 变压器的空载试验通常在高压侧加电压、测量。（） 电角度＝机械角度× p。 （）2 双层叠绕组的最多并联之路数为２。（）交流电机绕组的短距和分布既可以改善磁动势波形，也可以改善 __ 电势____________波形。设电机定子为双层绕组，极距为12 槽，为同时削弱 5 次和7 次谐波，绕组的节距应取____10__________槽。单层绕组的短距系数为 ____1.0_________。 在直流电动机的电磁功率中，包含电枢电阻的损耗。（× ）直流发电机的外特性是指转速为额定值、励磁电流为额定值（或励磁回路电阻为固定）时，输出电压与输出电流之间的关系。并励发电机具有硬的外特性；而他 励发电机则具有拐弯的外特性。（× ） 并励电动机在轻载时，可能出现“飞车”现象。（× ） 变压器空载接入电网时，存在很大的冲击电流。当考虑铁芯饱和时，这一冲 击电流比不考虑饱和时为小。（× ） 由于铁心饱和特性，施加正弦电压时变压器激磁电流波形通常为______尖顶______波，而铁心的磁滞特性使之为 ___不对称尖顶 ___波。 脉振磁动势可以分解为两个__圆形旋转 ________磁动势，它们的旋转方向相反， 幅值是脉振磁动势的 ____1/2（一半） _________。三相不对称电流流过三相对称 绕组产生 __ 椭圆形 _________磁动势，当它的幅值最小时，速度最_____大 _______。在国际单位制中，磁场强度单位是 ___A/m___________。 正常空载运行的三相感应电动机，忽然一相断线，则必然停转。（） 感应电动机的最大电磁转矩同转子电阻成正比。（）感应电动机的功率因数很高。（）《电机学》复习要点
电机学学习笔记
电机学复习资料(本科)
《电机学》学习笔记
对电机学的认识与理解
《电机学》学习指南
《电机学》复习资料全
《电机学(下)》同步电机复习提纲
《电机学》复习(重点)[1]
电机学下复习
电机学学习大纲
电机学概念及定律公式学习总结
电机原理及驱动——电机学基础
电机学 复习资料
四川大学《电机学》期末考试必备通关指导
《电机学》复习资料