电机与拖动掌握要点

-1-第一张绪论（总体上侧重于定义和概念部分）1.电机、电力拖动的定义。2.电机分类（电动机、发电机、变压器和控制电机）。3.右手螺旋，左手定则和右手定则的使用4.安培环路定律的公式和含义（磁压降，磁势，安匝）5.铁磁材料的三种特性（非线性，饱和特性，磁滞特性）。6.按照磁滞回线的形状不同，铁磁材料分为软磁和硬磁材料。7.感应电动势按照其产生原理不同分为运动电动势（切割电动势）和变压器电动势。8.铁芯损耗与交变频率的1.3次方，与磁通密度峰值的平方成正比。注意，在铁磁材料中当磁场发生交变时才会存在铁芯损耗。铁芯损耗分磁滞损耗和涡流损耗。铁磁材料越厚，涡流损耗越大。第二章电力拖动系统动力学（运动方程，负载特性即负载的机械特性曲线，电力拖动系统稳定运行的条件）1.两个运动方程公式（转动惯量J与飞轮矩GD2的关系：J=（GD2）/（4g），动转矩的概念）2.三种典型的负载特性曲线（学会在n-T坐标系中画出负载特性曲线）（反抗型和位能型恒转矩负载）3.当给出电动机的机械特性曲线和负载特性曲线时，会判断其交点是否为稳定运行点。4.对于一个电力拖动系统，稳定运行的充要条件是T=TL，且在该交点处满足LdTdTdndn第三章直流电机原理（直流电机结构，工作原理，空载和有负载时的气隙磁场波形，双层单叠绕组，电动势和电磁转矩公式，电动机和发电机的电压方程和电路图，电动机的机械特性和工作特性，换向）1.直流电机结构（定子：定子磁极、励磁绕组和电刷，转子：电枢铁芯，电枢绕组和换向器，转轴）2.能够阐述直流电动机和发电机的工作原理对于直流电动机：当电枢绕组通过电刷接到直流电源时，会产生电枢电流。Æ根据电-2-磁力定律电枢绕组中的每个元件边产生电磁转矩，方向根据左手定则判断。Æ在该电磁转矩作用下，根据运动方程，转子带机械负载旋转，旋转方向与电磁转矩方向相同。因电磁转矩与转速方向相同，所以电机会输出机械能。当转速稳定时，根据运动方程，负载转矩的方向与电磁转矩相反，即与转速方向相反，故负载在吸收机械能。Æ因电枢绕组的元件边切割气隙磁场，故在电枢绕组中产生运动电动势，方向可根据右手定则判断。此时该电动势的方向与电流方向相反，故也叫做反电动势。因电动势与电流方向相反，说明电枢绕组吸收电能（从直流电源）。3.电枢电流是直流，电枢绕组中的元件电流是交流，电枢电动势是直流，元件电动势是交流。直流电机中铁芯损耗产生于电枢铁芯，而定子磁极中不发生铁芯损耗。4.直流电机中电刷和换向器的作用是？（整流/逆变）5.励磁电流产生的主磁场沿着电枢表面的分布曲线（即空载时的气隙磁场形状）是平顶波。电枢电流产生的电枢反应磁场（沿着电枢表面）的分布曲线是马鞍型。6.在直流电机中，为什么定子铁芯可以采用整块铁磁材料构成，而电枢铁芯必须采用很薄的导磁性能好的硅钢片叠压而成？7.空载磁化特性的含义。在直流电机中，为什么额定磁通选在电机磁化特性曲线中的临界饱和点上？8.在直流电机中额定功率与额定电压、额定电流之间的关系，额定功率与额定转矩、额定转速之间关系。注意：电动机和发电机情况不同9.在直流电机中，不管是电动机还是发电机运行，都需要给励磁绕组供电，以便在气隙中产生主磁场。直流电机按照给励磁绕组供电的方式不同，分为哪几种？画出各自电路图和参考方向。注意：参考方向分电动机和发电机惯例10.元件是构成电枢绕组的最基本单元，一个元件是两端分别接在不同换向片的线圈，可以是单匝，也可以是多匝。一个元件有两个元件边，放在不同槽里，若是双层绕组，两个元件边各自放在上下层，放在上层的元件边叫做上元件边，放在下层的元件边叫做下元件边。在直流电机中，当电流流过元件边时会产生电磁转矩，电枢绕组的所有元件边产生的电磁转矩加起来就是电机的电磁转矩；当转子旋转，元件边旋转时，因它切割气隙磁场，产生运动电动势，电枢绕组的所有元件边产生的电动势按照每个元件的不同连接方式形成电枢绕组的电动势；这时电机电磁转矩*转速=电枢绕组电动势*电枢电流=电机电磁功率。11.元件数S=换向片数K=虚槽数z。12.电枢绕组的连接方式有叠（又分单叠和复叠）绕组、波（又分单波和复波）绕组和-3-混合绕组。13.极距2zpτ=（虚槽数），第一节距1yτε=∓=整数，第二节距2y，合成节距12yyy=+，换向器节距kyy=（注意：值相同，单位不同。yk单位是换向片数，y单位是虚槽数）。对于右行单叠绕组，1y=；对于左行单叠绕组，1y=−。14.对于单叠绕组，电刷应放在主磁极轴线位置（仅适用于元件端部对称的单叠绕组）对于单叠绕组，电刷个数等于极数（2p）对于单叠绕组，并联支路对数a=极对数p15.taTCIΦ=，aeECnΦ=。转矩常数2tpzCaπ=是电动势常数60epzCa=的9.55倍16.空载时，直流电机的气隙磁场沿着电枢表面的分布是平顶波；而当接有负载时，电枢电流产生的电枢反应磁势必然影响到气隙磁场，这个影响叫做直流电机的电枢反应。直流电机电枢反应按照电枢反应磁场与主磁场（d轴）之间的夹角，分为交轴电枢反应和直轴电枢反应。其中，交轴（q轴）电枢反应磁场与主磁场之间夹角为90电角度；而直轴（d轴）电枢反应磁场与主磁场方向一致。17.交轴和直轴电枢反应的具体影响18.不计磁路饱和时，交轴电枢反应不会影响到每极磁通量Φ，即Φ保持不变。考虑磁路饱和时，交轴电枢反应使得每极磁通量Φ略微减小，即有一定的去磁作用。19.交轴电枢反应使得沿着电枢表面分布的气隙磁场波形由原先的平顶波发生畸变，物理中性线位置也由电枢表面的几何中性线偏移某一角度，具体为…直轴电枢反应使得每极磁通量发生变化，即或去磁或增磁，具体为…20.对于直流发电机和直流电动机，必须掌握各自电路连接图画法、基本方程、功率平衡方程和转矩平衡方程。21.不管是直流电机还是交流电机，根据运行环境不同，可由电动机运行切换到发电机运行，也可由发电机运行切换到电动机运行，这个叫做电机的可逆原理。对于直流电机，当aUE时为电动机运行，此时电枢绕组进行电能到机械能的转换；当aUE时为发电机运行，此时电枢绕组进行机械能到电能的转换；当aUE=时为理想空载运行，此时电枢电流等于0，电磁转矩也等于0，无电能和机械能的交换。22.直流电动机的工作特性（转速，转矩，效率与输出功率或电枢电流的关系曲线）-4-23.他励或并励直流电动机的机械特性表达式和曲线（固有和人为）aeteRUnTCCCΦΦΦ=−他励或并励直流电动机的固有机械特性曲线为什么呈现硬特性？三种直流电机人为机械特性曲线通过铭牌数据，怎么得到电动机的固有机械特性表达式和曲线？24.串励和复励直流电动机的机械特性曲线与他励（并励）直流电动机的区别，为什么？25.他励（并励）直流电动机正常运行过程中，不允许出现励磁绕组断开的情况。串励直流电动机不允许空载运行。26.直流电机的换相极在定子的什么位置？换相极由换相极磁极和换相极绕组构成。换相极绕组与电枢绕组串联，换相极绕组电流方向是使换相极绕组电流产生的磁场与电枢反应磁场方向相反。第四章他励直流电动机的运行（不能直接启动原因，启动方法，调速方法，恒转矩和恒功率调速，调速性能指标，制动方法）1.直流电动机直接启动时，启动电流sI近似为10~20倍的额定电流（因/saIUR=），随之启动转矩也会远大于额定转矩。因电流太大，….；且因转矩过大，….，故除微型直流电机以外，直流电机通常不允许直接启动，须采取措施降低启动电流。2.降低启动电流措施即启动方法：降压启动和电枢回路串电阻启动3.电枢回路串电阻启动方法中典型的有三点启动器。它不但可以降低启动电流还可以起着励磁回路断开时的保护作用。当给定启动电流或启动转矩时候，会计算所需启动电压（降压启动时）或所需串联电阻值（电枢回路串电阻启动）4.调速分为机械调速和电气调速。他励直流电动机的电气调速方法有降压调速、电枢回路串电阻调速和弱磁调速。其中，降压和串电阻调速是基速往下调速方式，是属于恒转矩调速方式（为什么？）；弱磁调速是基速往上调速方式，属于恒功率调速方式（为什么？）。当前转速下，当给定目标转速时，会计算所需电压值（采取降压调速时）或所需串联电阻值（采用串电阻调速时）或所需磁通（或所需励磁电流）（采用弱磁升速时）5.调速系统的三种性能指标，通过这个指标会分析三种调速方法的优缺点-5-6.直流电动机工作时，若电磁转矩与转速方向相同，则属于电动运行；反之属于制动运行。它们又各自分为正向和反向的电动或制动运行。7.电磁制动分为能耗制动、反接制动、倒拉反转制动和回馈制动。能耗制动时的机械特性曲线经过T-n坐标系原点的直线，斜率随串联电阻不同而不同，该曲线经过第2和第4象限，第2象限内工作时属于正向能耗制动，第4象限内工作时属于反向能耗制动。其它制动方法也按照类似做法递推。当前转速下，当给出最大电流或最大转矩时，会计算所需串联电阻值（能耗制动或反接制动或倒拉反转制动时）或所需电压值（回馈制动时）。当前转速，且在位能性负载下，给出目标转速时，会计算所需串联电阻值（能耗制动或反接制动或倒拉反转制动时）。8.会做书中4.13题（第104页）的类似题。第五章变压器（变压器结构，工作原理，空载和有负载时的电磁关系的区别，等效电路和基本方程，标幺值，变压器等效电路的参数测定，运行特性，连接组别，并联运行）1.变压器结构和分类（铁芯和原付边绕组，双绕组和多绕组变压器，三相变压器组和心式变压器）。2.相比于低压侧绕组，高压侧绕组导线细（因额定电流小）、匝数多（因电动势与匝数成正比）3.在变压器中的额定容量与原边额定电压、原边额定电流之间的关系是？额定容量与付边额定电压、付边额定电流之间的关系是？注意三相与单相时的区别。注意额定电压、额定电流指的默认是额定线电压和额定线电流。注意在变压器中额定付边电压和额定付边电流的定义。4.能够阐述变压器的工作原理（要点：怎么实现电压的变化，怎么传递电能）5.由于电力变压器主磁路无气隙，漏磁相比于其他电机很小。空载电流（近似为励磁电流）不超过额定电流的10%6.变压器中电动势的公式主磁路同时交链原付边绕组，产生变压器电动势。原付边的主电动势与主磁通之间关系为114.44mEjfN=−Φ224.44mEjfN=−Φ1212//EENNk==（变比）-6-原边漏磁路仅与原边绕组交链，进而产生原边漏电动势。同理付边漏磁路也仅与付边绕组交链，进而在付边产生付边漏电动势。原付边漏电动势与各自的漏磁通之间的关系为1114.44ssEjfN=−Φ2224.44ssEjfN=−Φ7.变压器中原付边漏电动势与各自绕组电流之间关系由于不管是原边还是付边，漏磁路不存在饱和，故原付边漏磁通1sΦ、2sΦ与产生它的原付边绕组电流1I、2I之间保持着某一比例关系，而1sΦ、2sΦ与各自的原付边漏电动势1sE、2sE成正比且超前90°，故1sE、2sE各自正比于1I、2I，且滞后90°，具体为111ssEjXI=−222ssEjXI=−1sX叫做原边漏电抗；2sX叫做付边漏电抗8.变压器中原边主电动势与励磁电流之间关系同时交链原付边的主磁通mΦ由原付边电流1I、2I共同产生。若忽略铁芯损耗，mΦ与12mFFF+=（11221mNININI+=，1I、2I产生的合成磁势）成正比，且同相位，而mΦ与原边主电动势1E成正比，且超前90°，故1E正比于励磁电流mI。且滞后90°，即1mmEjXI=−若铁芯损耗不能忽略，则mΦ滞后于合成磁势12mFFF+=某一角度，不是同相位。故1E与励磁电流mI之间关系为1()mmmERjXI−=+9.磁势平衡方程当对比空载和有负载时，主磁通mΦ几乎相等，进而产生它的磁势也应近似相等，即可得到如下磁势平衡方程120FFF+=或112210NININI+=或120III′+=（空载时：010FNI=；有负载时：1211221mmFFNININIF+=+==）10.变压器付边绕组往原边绕组的折算折算原则：折算前后，磁势保持不变（能量守恒）。具体为22EkE′=22/IIk′=222RkR′=222ssXkX′=11.变压器的T型和简化等效电路，基本方