电机学总复习(2016)..

电机学REVIEW电机学REVIEW直流电机及其电力拖动第一部分电机学REVIEW机械整流装置与电枢同轴旋转空间静止不动（即与磁极相对静止）电枢线圈电动势（交流）电枢电动势（刷间电势）（直流）换向器电刷机械逆变装置电枢线圈电流（交流）电枢电流（刷间电流）（直流）（发电机）（电动机）一、直流电机基本工作原理直流电源方向恒定的电磁转矩注意：电刷两端电枢电动势、电枢电流为直流单个线圈内电动势、电流为交流电机学REVIEW二、直流电机的磁场1、励磁方式2、空载磁场(主极磁场、定子磁场）Ff由定子上的励磁绕组通直流励磁电流If建立，为主磁场。4、负载磁场（气隙合成磁场）Fδ1）电枢反应的概念他励（包括永磁）\并励\串励\复励Fa-Fa气隙磁场由定子励磁电流和转子电枢电流共同建立。Ff2）电枢反应的影响（交轴、直轴助磁、直轴去磁）3）电枢反应的补偿3、电枢磁场(转子磁场）Fa由转子上的电枢电流Ia建立，为电枢反应。电枢反应:电机学REVIEW思考一下问题：电枢是旋转的，电枢电流建立的电枢磁场为什么是空间静止的呢？尽管电枢是旋转的，但电刷空间静止，电枢表面电流是以电刷为分界线的，保证空间同一极下所有导体中的电流方向不变，因而从空间来看，电枢电流产生的磁动势和磁场也是静止的。电机中定、转子磁场相对静止具有普遍性，只有这样才能产生不等于零的平均电磁转矩。电枢磁场（空间静止）Fa转子磁场（电枢磁场Fa）性质：恒定定子磁场（主极磁场Ff）性质：恒定相对静止5、直流电机磁场性质电机学REVIEW三、直流电机电枢绕组单叠绕组单波绕组并联支路数电刷放置电枢电流2p2（与p无关）元件几何形状对称时电刷应放在与主极中心线对准位置，使空载时正、负刷间感应电势最大，被电刷短路的元件感应电势最小。Ia=2pi支路Ia=2i支路联接方式：上元件边处于同一个磁极下的元件串联成一条支路上元件边处于所有同极性磁极下的元件串联成一条支路元件几何形状对称时电刷应放在与主极中心线对准位置，使空载时正、负刷间感应电势最大，被电刷短路的元件感应电势最小。电机学REVIEW四、直流电机的基本公式（要求定量计算课件、作业）电枢电动势：电磁转矩：电磁功率：nCEeaapNCe60电动势常数:aMemICT转矩常数:apNCM2aeaaemInCIEP)(602nTTPemem五、直流电机的基本方程（他励、并励）（定量计算课件、作业）1、电动势平衡方程式)(RRIEUaaaffffRIrrIU)(电枢回路：励磁回路：eMCC55.9发电机：电动机：)(RRIUEaaaffffRIrrIU)(电机学REVIEW2、功率平衡方程式（定量计算）pcuapFepmecpadP1PemP2输入功率输出功率电磁功率pcubpcuf（并励）（可忽略）发电机：电动机：0pP1PemP2pcuapFepmecpadpcub（可忽略）pcuf（并励）0p电机学REVIEWT0（空载制动转矩）直流发电机原动机T1（驱动转矩），n3、转矩平衡方程式T0（空载转矩）Tem（电磁转矩），n直流电动机机械负载T2（负载转矩）Tem（电磁转矩）发电机电动机稳态恒速旋转时：空载时：稳态恒速旋转时：理想空载时：实际空载时：MaCTI0额定转矩：NNNPT2电机学REVIEW六、直流电机的工作特性空载特性:负载特性:外特性:调整特性:目的是保持U不变电压变化率：空载特性负载特性)(afII特性三角形1、他（并）励发电机的工作特性电机学REVIEW2、电动机的工作特性（他、并励、串励）转速特性:转矩特性:效率特性:理想空载转速、转速变化率“飞车”现象（串励）交直两用（串励）可变损耗、不变损耗电机学REVIEW七、直流电机的换向1、换向的概念3、改善换向的方法—装换向极2、换向火花产生的电磁原因目的：抵消换向元件中感应电动势位置：极间几何中心线上极性：与电枢反应磁动势相反aF换向极绕组联接方法：与电枢绕组串联电抗电动势er、ea旋转电动势产生原因电机学REVIEW八、直流电机的电力拖动1.三种负载转矩特性TZ=f(n)恒转矩负载恒功率负载风机/泵类负载反抗性位能性电机学REVIEW2.他励直流电机的机械特性T=f(n)固有机械特性TnTCCRCUnNNMeaNeN02NTn0Nβ很小，为“硬特性”，即转矩变化时，转速变化很小。QT特点Tn下斜直线电机学REVIEW人为机械特性电枢回路串电阻降低端电压减弱主磁通0n不变，调速Rn0n，不变（平行）调速Un0n调速fIn起动、调速NZTTNNUNZTT2UNNZTT0nN20nN电机学REVIEW3.他励直流电机的起动三种起动方法（直接起动、降压起动、电枢回路串电阻）4.他励直流电机的制动(四象限运行）三种制动方法制动原理电压平衡方程式机械特性表达式能量关系能耗、反接、回馈各自实现方法、优缺点1）画机械特性，并标出运行点；2）电压平衡方程式；注意运行点对应的电压、转速（电枢电势）、电磁转矩（电流）的正负号；电机学REVIEW正向电动能耗制动（下放）电动势反向反接制动（低速下放）回馈制动（下坡、调压调速）反向电动电压反向反接制动（快速停机）能耗制动（停机）回馈制动（高速下放）三种制动方法共同点保持磁场大小、方向不变，改变Ia的方向（T的方向）或改变n的方向，使T与n方向相反，获得制动转矩。n0-n0直流电动机四象限运行电机学REVIEW5.他（并）励直流电机的调速电枢回路串电阻降低端电压减弱主磁通6.电力拖动系统稳定运行条件电动机机械特性n=f(Tem)生产机械负载特性n=f(TZ)交点处满足画机械特性、标出运行点、对运行点求解)(emTfn)(CTfnnAAnBBTB电机学REVIEW变压器第二部分电机学REVIEWdtdNdtde(e的正方向与φ的正方向符合右手螺旋）mmfNfNE1144.422(有效值）一、变压器的工作原理1、变压器的磁场主磁通：沿铁心闭合，同时交链原、副边绕组，是非线性磁路，与励磁电抗Xm对应；在原、副绕组中感应主电势，将电磁功率从原边传递到副边。漏磁通：沿非磁性材料闭合，仅交链一边绕组，是线性磁路，与漏电抗X1σ、X2σ对应；只起电抗压降作用，不直接参与能量传递。变比：主磁通在原、副边产生的感应电势的比。2121NNEEk电机学REVIEW2、磁动势平衡电源U1、f不变，主磁通不变。变压器通过磁势平衡，将原、副边没有电气联系的电路联系起来。在电源电压不变的情况下，主磁通基本保持不变。如果由于负载变化引起副边电流变化，立即反应到原边，原边电流立即发生相应变化，自动调节输入功率满足输出功率的要求。电机学REVIEW二、变压器的稳态运行1、六个基本方程式变压器的绕组折算：将副边绕组匝数折算到原边。折算原则：保持折算前后不变。2F电机学REVIEW空载损耗：基本为铁耗可忽略空载等效电路（分析空载运行）满足激磁电阻激磁电抗激磁阻抗反映铁心损耗的等效电阻（并非实际电阻）对应于主磁通引起的电抗等效漏阻抗UΦmI0Zm饱和程度Zm对应于漏磁通引起的电抗空心线圈有铁心线圈2、等效电路(T型\空载\短路适用范围、参数意义)电机学REVIEW短路损耗：基本为铜耗可忽略短路等效电路（分析短路和额定运行）AX短路电阻短路电抗稳态短路电流：短路电压（阻抗电压）定义：当变压器短路电流达到额定电流，即Ik=I1N时，外施电压Uk=I1NZk75°C称为短路电压（阻抗电压）。反映了变压器在额定负载时的漏阻抗压降的大小。uk过大，则变压器负载变化时，输出电压波动较大；uk过小，变压器故障短路时，短路电流较大。电机学REVIEW3、功率平衡原边输入有功功率P1电磁功率Pem副边输出有功功率P2pcu2功率平衡方程式：pcu1P1AXpcu1pFepcu2PemP2pFe电机学REVIEW三、变压器基本工程计算1、变压器的额定数据计算单相双绕组三相双绕组NNNNNIUIUS2211NNNNNIUIUS221133(线电压、线电流、额定容量）注意副边额定电压U2N的定义2、变压器的参数计算空载试验:短路试验：测取Rm、Xm及空载损耗注意：短路试验时输入的有功率主要补偿原、副边铜耗（电压很低，很小，铁耗忽略）注意：空载试验时输入的有功率主要补偿铁耗（I0很小，定子铜耗忽略）测取Rk、Xk及短路损耗空载等效电路短路等效电路m(额定容量）电机学REVIEW定义式参数计算公式222222201%100%100UUUUUUUuNNN)sincos(222kkXRIu3、变压器的工作特性计算电压变化率负载系数漏阻抗大小负载性质I2U20I2NU20（导前）（滞后）电阻电容负载电阻电感负载纯电阻负载1）外特性（电压变化率的计算）电机学REVIEW2）效率特性（效率计算）%100)cos1(22022220kNkpIpSIpIp空载损耗:短路损耗:21cucukpppFepp0)1(*2I(空载损耗主要是铁耗)(短路损耗主要是原、副边铜耗)2P变压器额定运行时，效率不是定值，与负载性质（cosφ2）有关；负载性质一定时，效率与负载大小（I2*）有关;若变压器负载为纯电阻，则cosφ2=1，一定负载电流下，效率最高;若变压器负载为纯电感或纯电容，即cosφ2=0，则变压器输出有功功率P2=0，此时η=0。电机学REVIEW三、三相变压器1、三相变压器的联接组会画相量图和联接组（作业、课件）线电势方向为A指向B，方向为a指向b；ABEabE同一铁心柱上的高、低压绕组，首端为同名端时，相电动势同相，首端为非同名端时，相电动势反相；相量图中A、B、C与a、b、c的排列同为顺时针，且A、a重叠。2、三相变压器的空载电动势波形绕组连接方式（Y、Δ）三相磁路结构（组式、芯式）三次谐波电流能否流通是否φ0非正弦φ0正弦i0尖顶波i0正弦注意：线电势中三次谐波抵消，仍为正弦。eφ正弦eφ非正弦电机学REVIEW交流电机共同理论第三部分电机学REVIEW一、交流绕组掌握交流绕组基本数据),,,,,,,(11111wqykkkNqy二、交流绕组的感应电动势(定量计算)一相感应电动势的计算三、交流绕组磁动势(定量计算)1、单相绕组建立的磁动势—脉振磁动势2、三相绕组的合成磁动势—旋转磁动势最大幅值的计算、幅值位置、脉振频率幅值计算、幅值位置、转速、转向概念+公式（定量计算）电机学REVIEW交流绕组中的感应电动势（基波、谐波）产生原因：气隙旋转磁场切割定（转）子绕组而在定（转）子绕组中感应产生。相电动势有效值：频率：削弱高次谐波电动势的方法：合理的磁极形状对称三相绕组接成Y或Δ采用分布和短距绕组三相基波电动势：对称（幅值大小相等，频率相同，相位互差120°）(同步)(异步)电机学REVIEW单相磁动势三相合成磁动势表达式性质旋转脉振幅值位置空间固定不动（相轴）幅值大小随时间交变最大幅值恒定不变脉振角频率:角速度:交流绕组建立的磁动势（基波）电流超前相轴电流滞后相轴脉振频率:转速:电流在时间上经过多少电角度，三相合成基波磁动势在空间上就转过相同的电角度。电机学REVIEW四、两组概念空间矢量:空间按正弦分布，幅值随时间变化。时间相量：幅值随时间按正弦规律变化。B、FI、U、、E空间电角度时间电角度t3、产生旋转磁动势的条件（课后习题）绕组在空间上不同相（不是0°或180°）电流在时间上不同相（不是0°或180°）旋转磁动势圆形旋转磁动势对称某相电流达到正最大值时，三相合成基波磁动势矢量（正波幅）与其相轴重合。电流在时间上经过多少电角度，三相合成基波磁动势在空间上就转过相同的电角度。),(t)(t电机学REVIEW三相异步电动机及其电力拖动第四部分电机学REVIEW一、三相异步电动机的工作原理空载：mIIIInn0121,0,负载：转速下降，转差率增大，旋转磁场与转子相对