电机与拖动基础知识重点讲解学习

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。2．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Te＜TL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。3．生产机械的负载转矩特性：tnGDTTdd3752Le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、转轴和风扇等组成。2．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）。3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。4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。6直流电机的励磁方式：dndTdndTLe7直流电机的电枢电压方程和电动势：直流电机电磁转矩eaffaTGII8直流电动机功率方程9直流电机工作特性ΦnCEeaaTeΦICTaaaIREUa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。11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增大当U=UN,If=IfN时，η=f(Ia)的关系曲线2FemecCufaaac21af2Δ100%1()pppIRIUPPUIIaaeeRUnICC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他励直流电动机的机械特性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，电动机的转速较原来有所提高（3）电枢回路串接电阻3他励直流电动机的起动一般直流电动机拖动负载顺利起动的条件是：1)限制Ist（Ist≤IN，为电机的过载倍数）；2)Tst≥（1.1～1.2）TN；（1）电枢回路串电阻起动e0e2Teaeaeaaa)(TnTΦCCRRΦCUΦCRRIUnaNstRUIstNTstIΦCT（2）减压起动4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；eTΦCCRRΦCUn2NTeaNeN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）需要一套可控的直流电源。（3）弱磁调速特点：1）由于励磁电流IfIa，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和换向火花的限制，转速不能太高，一般约为（1.2~1.5）nN，特殊设计的弱磁调速电动机，最高转速为（3~4）nN，因而调速范围窄。5他励直流电动机的制动常用的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eNTNeebaTΦCΦCRRnaNeebaIΦCRRn(2)反接制动A电枢反接制动B倒拉反接制动e2NTerbaNeNTΦCCRRΦCUnNNrb2IURe2NTerbaNeNTΦCCRRΦCUnNNrb2IUR(3)回馈制动A正向回馈制动在调压调速系统中，电压降低的幅度稍大时，会出现电动机经过第二象限的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他励直流电动机的四象限运行变压器1变压器的基本原理与结构变压器的主要组成是铁心和绕组2变压器的额定参数kNNEEUU212121额定电压U1N和U2N额定电流I1N和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变压器负载时的基本方程式和等效电路5绕组折算和“T”型等效电路将变压器二次绕组折算到一次绕组时，电动势和电压的折算值等于实际值乘以电压比k，电流的折算值等于实际值除以k，而电阻、漏电抗及阻抗的折算值等于实际值乘以k2。这样，二次绕组经过折算后，变压器的基本方程式变为1N1N2N2NNIUIUSN11NN2N2N33IUIUSm212m1114.44j4.44jΦNfEΦNfEL2221f0122221111221101ZIUkEEZIEZIEUZIEUINININL2221f0122221111210ZIUEEZIEZIEUZIEUIII分析变压器内部的电磁关系可采用三种方法：基本方程式、等效电路和相量图。6变压器带负载时的相量图7变压器的参数测定(1)空载试验调压器TC加上工频的正弦交流电源，调节调压器的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的输入功率P0完全用来平衡变压器的铁心损耗，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和短路损耗Psh，并记录试验时的室温θ（℃）。010fIUZZ20020FefIPIpR201UUk2f2ffRZX由于短路试验时外加电压很低，主磁通很小，所以铁耗和励磁电流均可忽略不计，这时输入的功率（短路损耗）Psh可认为完全消耗在绕组的电阻损耗上，即Psh≈ΔpCu。由简化等效电路，根据测量结果，取Ish＝I1N时的数据计算室温下的短路参数。短路阻抗短路电阻短路电抗8变压器的外特性和电压变化率电压变化率的实用计算公式变压器的负载系数9变压器的效率特性变压器的总损耗为短路损耗（铜损耗）Psh空载损耗P0变压器效率的实用计算公式1NshshshshIUIUZ21Nsh2shCushIPIpR2sh2shshRZX%100)sincos(%2sh2sh1N1NXRUIUN22N11IIII0shN2FeCuPPppP%100cos1shN202NshN20PPSPP0.601.01.00.20.40.60.80.40.20.8/maxm图5-15变压器的效率特性曲线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的负载系数m为10三相变压器绕组的联结法11三相变压器联结组的判断方法三相变压器的并联运行交流电机的旋转磁场理论交流电机包括:（1）异步电机（2）和同步电机1单相电枢绕组的磁动势shN0mPP2旋转磁场的基本特点(1)三相对称绕组通入三相对称电流所产生的三相基波合成磁动势是一个旋转行波；(2)旋转磁场的旋转方向是从电流超前的相转向电流滞后的相，改变三相绕组的相序即可改变旋转磁场的方向；(3)旋转磁场的转速n1与电源频率f1、电机极对数P之间的关系，即异步电机原理1异步电动机的优缺点•异步电动机的优点：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。1160fnp•异步电动机的缺点：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的无功功率，它的功率因数总是小于1。2异步电动机的分类•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异步电动机的转差率：4异步电机的运行方式5异步电动机的电压方程(1)定子电压方程(2)转子电压方程11nnnssssssssssssssssssj(j)UEEIREIXIREIRXEIZ)j(jrrrrrrrrrrrrrrXRIERIXIERIEEU)j(rrrrXRIE6异步电动机的电磁关系6三相异步电动机单相等效电路7等效电路和相量图sUsIsFssRIfFmrFsrrIsErEsErEsssssXRIEUrrrrXRIE图7-11异步电动机的电磁关系frsr0rrr0r0sfffssssss)j()j()(IIIXsRIEEEXRIEjXRIEUW22W11r0sekNkNEEkW22W11'22ikNkNIIk'r0'rr0ie'r0rie'rsXXXkkXRkkR虚拟电阻的损耗，实质上表征了异步电动机的机械功率8异步电动机的功率9异步电动机的电磁转矩与每极磁通和转子电流有功分量的乘积成正比10异步电动机的工作特性异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线随着负载的增大，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，抵消转子电流产生的磁动势，以保持磁动势的Rss12rmTecosICT平衡。定子电流几乎随P2按正比例增加。当负载增加时，转子电流的有功分量增加，定子电流的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。异步电动机的负载不超过额定值时，角速度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/的直线。异步电动机中的损耗也可分为不变损耗和可变损耗两部分。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的效率达到最大值。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同步电机的结构和运行方式20ePTT同步电机静止的转子和旋转的定子组成同步电机的转子有两种结构形式：凸极式、隐极式2同步电动机的功率因数及Ｖ形曲线交流电机拖动基础1机械特性的三种表达式（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的平方成正比，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的三种表达