电机学

1《电机学》自学指导书一、课程编码及适用专业课程编码：045922211总学时：136面授学时：48自学学时：88适用专业：电气工程及自动化专业（函授专科）二、课程性质本课程是高等学校专科强电类专业的一门专业基础课。目前电能在国民经济和生产中已是不可缺少的能量，而拖动生产机械的原动机一般都是采用电动机，所以发电机、电动机的应用十分广泛，它们在国民经济建设中起着重要的作用。三、本课程的地位和作用《电机学》是研究电力系统理论和应用的技术基础课程。电力技术的发展十分迅速，应用非常广泛，现代一切新的科学技术无不与电有着密切的关系。因此，《电机学》是高等学校强电类各专业的一门重要课程。作为技术基础课程，它具有基础性、应用性和先进性。基础性是指基本理论、基本知识和基本技能。电机学是为后续专业课程打基础，是为学生毕业后从事有关电的工作打基础，也就是为自学、深造、拓宽和创新打基础。四、学习目的与要求通过本课程的学习，使学生受到爱国注意和辩证唯物主义的教育，掌握常用的交、直流电机及变压器的基本结构及工作原理、运行性能、分析计算、电机选择及试验方法，为学习《工厂电气控制设备》，《自动调速系统》，《工厂供电》及《电力系统》等课程准备必要的基础知识。为学好电路这门课，学习时应注意以下几点：（一）要抓主要矛盾，有条件地略去一些次要因素，找出问题的本质。（二）要抓住重点，即应牢固掌握基本概念、基本定理和主要公式。（三）要有良好的学习方法，可运用对比或比较的学习方法，找出直流和交流、同步和异步的共性和差异，以加深对各种电机的工作原理和结构的理解。五、本课程的学习方法为了学好本课程，首先要具有正确的学习目的和态度。在学习中要刻苦钻研、踏踏实实、虚心求教、持之以恒。在学习时要抓住物理概念、基本理论、工作原理和分析方法；要理解问2题是如何提出和引申的，又是怎样解决和应用的；要注意各部分内容之间的联系，前后是如何呼应的。通过习题可以巩固和加深对所学理论的理解，并培养分析能力和运算能力，所以应按要求完成布置的作业题。除学习规定教材外，应参阅相关的参考书。六、自学内容与指导第一章直流电机（一）本章重点1.直流电机的可逆原理：直流电机既可作发电机使用，又可作电动机使用．在两种工作状态下，机电能量转换的方向相反，要能分析不同情况下转矩、转速、电势、电流、电压各量的大小和方向。2.电枢感应电势和电磁转矩的计算公式。3.电枢反应：直流电机在负载时，电枢磁势使气隙磁场发生畸变而且有一定的去磁作用，影响工作特性。4.直流电动机和直流发电机的工作特性。5.并励直流发电机建立电压的过程和条件。（二）本章难点本章的难点是电枢绕组展开图的画法、电枢反应和换向等概念。（三）本章考点1.直流电机电磁转矩、电枢电势的计算。2.直流电机铭牌数据的计算、功率的计算。3.直流电机的电势平衡方程式和有关的概念。（四）自学指导1.直流电机是一种机电能量转换元件，直流发电机将机械能转换为电能，直流电动机则是将电能转换为机械能，我们在学习过程中要始终注意直流电机的这种可逆原理。直流电机的工作原理是建立在电磁感应定律和电磁力定律所描述的电磁规律上。2.直流电机在结构上具有两大部分：静止的磁极与电刷，转动的电枢绕组与换向器，通过二者相对运动实现机电能量转换。从直流电机的外部看，它的电压、电流和电势都是直流的，但每个电枢绕组元件中的电压、电流和电势都是交流的，这一转换过程是通过换向器与电刷实现的．3.电枢绕组是直流电机的主要电路，机电能量变换就是在这里进行，因此电枢绕组可以说3是直流电机的“心脏”。直流电机的电枢绕组是由许多完全相同的绕组元件以一定的规律通过换向片联接起来的一种闭合电路，按绕组元件串联方式的特点与端接部分的形状分为迭绕组和波绕组两大类，单迭绕组和单波绕组是两种基本形式，学习中要注意了解它们的联接规律与电路特点．4.直流电机中的气隙磁场是机电能量转换的耦合介质，磁场与电枢绕组元件间的相对运动产生感应电势，磁场与绕组元件中的电流相互作用产生电磁转矩．电枢绕组的感应电势nCEea，对于任何既定的电机来说，感应电势E的大小仅取决于每极磁通Φ和转速n。电磁转矩aTMICT，仅取决于每极磁通Φ和电枢电流Ia。5.当电机有负载时，气隙磁场由主磁极的励磁磁势和电枢电流所产生的电枢磁势共同建立，电枢磁势对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应分为直轴电枢反应和交轴电枢反应。电枢反应不仅使气隙磁场发生畸变，而且有一定的去磁作用(当磁路饱和时)，因此电枢反应直接影响感应电势和电磁转矩的大小，它对电机的运行性能关系很大，所以对电枢反应的形成原因和补偿方法都要给予足够的注意。6.电动机的工作特性和发电机的工作特性是选用电机的一个重要依据。它表征了直流电机运行时各物理量之间的关系。不同的励磁方式工作特性有很大的差别，要很好地加以比较和理解。在分析工作特性时，要很好掌握不同励磁方式和不同运行状态的电势平衡方程式，功率平．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．衡方程式和转矩平衡方程式。．．．．．．．．．．．．．7.并励直流发电机没有另外的电源提供励磁电流，他的磁场是由发电机本身建立起来的，因此学习时要注意并励直流发电机建立电压的过程和条件。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8.直流电机的换向是指电枢绕组元件从一条支路退出经过电刷短路而进入另一条支路时，换向元件内电流由ai变为零，再变到ai的整个过程。在讨论换向问题时着重分析换向中可能产生火花的电磁原因和改善换向的方法。第二章直流电动机的电力拖动（一）本章重点1.直流电动机的机械特性：机械特性在电力拖动理论中是很重要的概念，电力系统能否稳定运行取决于电动机的机械特性和负载的配合，即要满足电力系统稳定运行的条件。机械特性分固有特性和人为特性。2.他励直流电动机的调速方法和特点。3.直流电动机的起动和制动。（二）本章难点1.工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算。42.调速方法与负载特性的配合。（三）本章考点1.直流电动机各种机械特性的计算。2.他励直流电动机的调速方法和特点。3.电力拖动的有关概念。（四）自学指导1.直流电动机的机械特性是个非常重要的公式，大家一定要熟练地掌握。要注意固有特性和不同情况下人为特性的计算，特别要注意NaaNNNenRIUC，由于数值较小，计算时至少要保留三位小数。同时当电路参数发生变化时，eC的变化：对于电枢回路串电阻和降低电枢电压的人为特性，在参数变化的前后NeeCC；对于减弱磁通的认为特性，eC将随着的变化而成正比的变化。2.要注意电力系统稳定运行的条件：在电动机的机械特性和负载特性的交点所对应的转速之上，应保证ZMTT；而在这一转速之下，应保证ZMTT。若用数学表达式表示，在工作点上，若dndTdndTZM，则系统能稳定运行，该式称为电力系统稳定运行的条件。3.直流电动机的起动：直流电动机由于在起动瞬间转速为零，而电枢电阻很小，所以起动电流aNstRUI，有很大的值过大的起动电流使电机的换向恶化，并引起电网电压波动，还会对机械系统产生很大的冲击，因此一般直流电动机是不允许直接起动的。直流电动机常用的起动方法有电枢串电阻起动和降压起动两种方法。应注意不论采用那一种起动方法，起动时均应保证电动机的磁通达到最大值，因为在一定的起动电流的情况情况下磁通大起动转矩也大。4.直流电动机的调速：直流电动机的调速方法有三种：改变电枢电压、电枢回路串电阻、减弱磁通调速。注意三种方法的不同之处，当电动机带恒转矩负载时，改变电枢电压和电枢回路串电阻调速前后电枢电流不变，而弱磁调速前后电枢电流将要变化。改变电枢电压调速一般是将转速由高速往低速调，电枢回路串电阻调速将随着电枢电阻的加大而逐渐降低，而弱磁调速一般是将转速由低速往高速调。在调速时还要注意各种调速方法与负载的配合。改变电枢电压和电枢回路串电阻调速属于恒转矩调速，，而弱磁调速属于恒功率调速。对于不同的负载正确的选择调速方法，可以使电动机得到充分利用。5第三章变压器的类别和结构（一）本章重点1.变压器的主要结构、类别、基本工作原理。2.额定值的意义和计算。（二）本章考点额定值的计算和变压器的工作原理。（三）自学指导1.变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电器，它具有变换电压、电流和阻抗的作用，变压器的工作原理、结构和分类比较简单。2.变压器的额定值计算是变压器计算的基础，要正确使用公式，注意单相和三相之间的不同之处，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。．．．．．．．对单相变压器：NNNNNIUIUS2211对三相变压器：NNNNNIUIUS221133第四章变压器的电路理论（一）本章重点1．变压器空载运行和负载运行的主要区别在于原绕组电流大小的变化。空载时原绕组电流为0I．负载时原绕组中的电流变为1I，电流变化的目的是为了维持铁心中的主磁通保持不变，使变压器原、副绕组在负载时的电磁平衡达到一种新的状态，因此要分析并理解在不同运行状态下，0I、1I和2I等参数的物理意义。2．基本方程式、等值电路、相量图是分析变压器内部电磁关系的有效工具，可借助于它们来分析变压器各种运行状态。3.变压器的空载试验和短路试验是求解参数的重要手段，在变压器的计算中很重要。4.变压器的电压变化率和效率计算也是变压器计算的重点。（二）本章难点变压器空载电流的波形和变压器参数折算的概念。6（三）本章考点1.变压器参数计算、电压变化率的计算、效率的计算。2.变压器空载和负载时的基本概念和基本理论。（四）自学指导1．变压器是一种电磁耦合元件，通过磁路的耦合作用把交流电能从原边传递到副边，利用绕制在同一铁心上的原绕组和副绕组之间的匝数不等，把电压从原绕组的某一数量等级改变为副绕组的另一数量等级。2．变压器主要由铁心和绕组组成，绕组可分为原绕组和副绕组，铁心磁路同时穿过原、副绕组形成闭合回路，两绕组分别与电源或负载形成独立电路。3．在研究变压器的运行情况时，先分析空载运行，然后再分析负载运行。因为空载运行时副绕组开路且电流为零，此时变压器运行情况比较简单，易于理解。而负载运行时副边有电流，运行情况较为复杂，按照这样的顺序来分折，可以由简到繁，由特殊到一般地认识整个变压器的内部电磁关系。4．本章对变压器的运行分析都是针对单相变压器进行的，但在三相对称负载下，对单相变压器分析的结论完全适用于三相变压器．此外，在稳态时求得变压器等值电路中的各参数均应为相参数，所以在作三相变压器参数计算时，也必须换成每相数值。5.通过单相变压器空载运行分析，初步掌握变压器内部的电磁物理过程和空载时的基本方程式．6.通过变压器负载运行分析，深入理解负载运行时变压器各物理量之间的关系，绕组折算的物理意义及其计算方法，掌握负载运行时的等效电路、相量图及参数测定，求解电压变化率和效率，分析变压器的运行性能。第五章三相变压器（一）本章重点1.三相变压器联接组别的确定是分析变压器相位的关键，它关系到变压器能否并联运行。2.三相磁路系统的不同结构和连接组别对相电势的波形有较大的影响。3.变压器并联运行是日常使用中常见的问题，它们必须满足三个条件方可进行并联运行。（二）本章难点三相变压器绕组的连接法和磁路系统对相电势波形的影响。（三）本章考点7三相变压器绕组的连接组别的判定和三相变压器的并联运行。（四）自学指导1.三相变压器的磁路系统分为彼此相关和彼此无关两种。在电力变压器中广泛采用三相芯式变压器。2.熟悉变压器的联接组别，并能根据绕组接线图判别其联接组别，或按照给出的联接组别．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．画出绕组接线图。．．．．．．．．三相变压器的连接组别既是电路连接问题，又关系到变压器中的谐波电势，变压器的并联运行等问题。连接组别是表示高、低压绕组对应线电势之间的相位关系，用钟点数表示。学习时应注意连接组别不