《电机与电力拖动》第三版,国防工业出版社

总复习2.2常用的基本定律与定则2.2.1电机磁场的描述电流→磁场←用磁场线描述磁通Φ:S——与磁场线垂直的某面积（m2)ΦSB=（T）通过磁场中某一面积的磁场线的总数。单位：Wb。(1)磁感应强度BB：矢量。其数值B表示磁场的强弱，其方向表示磁场的方向。在均匀磁场中：——磁通密度H：矢量。μ0=4π×10－7H/mBHμ=方向与B的方向相同。※单位：A/m。※磁导率μ：※真空中的磁导率:(2)磁场强度HH的大小：只与产生该磁场的电流大小成正比，与介质的性质无关。B的大小：不仅与产生该磁场的电流大小有关，还与介质的性质有关。（H/m）HB铁磁材料的磁性能1.高导磁性2.3铁磁材料的特性高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性铁磁物质的磁化铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁物质的磁化。0※铸钢：μ≈1000μ0※硅钢片：μ≈(6000~7000)μ0当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，磁化磁场的磁感应强度BJ达到饱和值。2.磁饱和特性注BH图0.2铁磁材料的磁化曲线abcd)(HfB)(HfFeHB0当有磁性物质存在时B与H不成比例，与I也不成比例。3.磁滞特性磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。磁滞回线:呈现磁滞现象的B-H闭合回线.BH0HmBr剩磁－HC矫顽力－Hm－BrHC图0.3铁磁材料的磁滞回线BHO基本磁化曲线一、直流电动机的工作原理E+–NS电刷换向片直流电源电刷换向器线圈IaIaAB12abcd电枢线圈注意：换向片和线圈固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。FFE+–NS电刷换向片IaIaAB12abdc用右手定则判感应电动势e的方向电枢绕组电阻RaaaRIEU输出电压eeNSAB12二、直流发电机的工作原理abcdaIFF+-直流电动机的各种主要部件图他励电机：励磁绕组与电枢绕组的电源分开。并励电机：励磁绕组与电枢绕组并联到同一电源上。串励电机：励磁绕组与电枢绕组串联接到同一电源上。复励电机：励磁绕组与电枢绕组的联接有串有并，接在同一电源上。M并励UIfM串励UM复励U直流电机的励磁方式M他励UfIfIaU3.3直流电机的磁场和基本方程式avaeaNE2nCnapNe60avNTTaIapN2aTICU=Ea+-IaRamecPCuapCufpFepTIEPaaMUIP13.6.2并励直流电动机的工作特性NUUfNfIIaIfnaNaNNICeRCeUnaIfNfII直流电动机的工作特性，是指在U=UN，时,转速n、电磁转矩T和效率随电枢电流而变化的关系。1转速特性条件：2转矩特性aIfaIfT3效率特性思考：并励直流电动机的励磁绕组可否允许开路运行？为什么？3.6.3串励直流电动机的工作特性faII特点：)af(I)f(Ina1.转速特性当Ia较小时，afIKΦaeaeIΦCRΦCUn可得根据eaaefeaafeCRICUKCRIKCUn思考：串励直流电动机可否允许空载运行？为什么？串励UIf+_IaMEaRaRf3.8.3并励直流发电机的自励过程和自励条件自励过程：并励发电机建立电压的过程。定义：自励条件：满足建压的条件。1、自励过程：U)(foIfUfI1234foIA由以上分析可知并励发电机的自励条件：1）电机必须有剩磁。2）励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致。3）励磁回路的电阻应小于与电机运行转速下相对应的临界电阻。2、自励条件：对于旋转运动，方程式为dtdJTTLgGDmrJ422又因为惯性转矩（或称加速转矩）602n所以dtdnGDTTL3752式中GD2－飞轮转矩N·m2二、运动方程式对于直线运动，方程式为dtdvmFFZ式中F－拖动力FZ－阻力－惯性力m的单位为kgdtdvm电动机的工作状态可由运动方程式判断（1）当T=TL，0dtdn电力拖动系统稳定运行（2）当TTL，0dtdn电力拖动系统加速运行（3）当TTL，0dtdn电力拖动系统减速运行三、运动方程的物理意义一、恒转矩负载特性特点：负载转矩TZ与转速n无关。即当转速变化时，负载转矩TZ保持常值。1.反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载的特点：恒值转矩Tz总是反对运动方向摩擦负载转矩，如金属的压延、机床的平移机构等2.位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载的特点：转矩Tz具有固定的方向，不随转速方向改变而改变如起重机类型负载中的重物位能性恒负载转矩2.直流电动机的起动方法•降压起动——适用于电动机的直流电源是可调的，投资较大，但起动过程中能量损耗较少。•电枢串电阻起动——起动过程中有能量损耗，现在很少用。1R2R直流电动机电枢串电阻起动LIUNUfIf+–R运行制动KaIaI4.2他励直流电动机的制动1.能耗制动在制动时，将闸刀合向下方，这时电机实际处于发电机运行状态，将转动部分的动能转换成电能消耗在电阻和电枢回路的电阻上，所以称为能耗制动。2）机械特性分析NU,0TCCRRnNTea21)原理aELTLTAnUUfIf+–Rf运行制动aIaIaE1)电压反接制动过程分析：将正在正向运行的他励直流电动机电枢回路的电压突然反接，电枢电流也将反向，主磁通不变，则电磁转矩反向，产生制动转矩。机械特性分析：反接前：aaaREUI反接后：UfaaaRREUI'限流电阻：aaafRIEURmaxmin2.反接制动3.回馈制动：1)正向回馈制动：2）反向回馈制动：他励直流电动机拖动负载运行，电机将系统具有的动能反馈回电网，且电机仍为正向转动，称之为正向回馈制动。如图反向回馈制动LTF正向回馈制动LT1UNU1LT2LTB他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载运行，采用电压反接制动，电机将系统具有的动能反馈回电网，电机为反向转动，称之为反向回馈制动。如图二、他励直流电动机的调速方法电枢回路串电阻调速改变电枢电压调速改变气隙磁通调速aeaeIΦCRRΦCUnT2ΦCCRRΦCUnTeae依据：1.电枢回路串电阻调速电枢回路串联电阻越大，机械特性的斜率越大，因此在负载转矩恒定时，即为常数，增大电阻，可以降低电动机的转速。2RRaLTaRanbna1RRabcde电枢串电阻调速特点电流的变化：负载TL不变，平衡状态要求T不变，Ia不变——平衡时电枢电流由负载决定。优点：设备简单、操作简单。缺点：特性变软，只能降速，不易连续调速，有损耗。2.降低电枢电压调速降低电枢电压时，电动机机械特性平行下移。负载不变时，交点也下移，速度也随之改变。电流的变化：负载TL不变，平衡状态要求T不变，Ia不变——平衡时电枢电流由负载决定。优点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。缺点：只能下调，且专门设备，成本大。（可控硅调压调速系统）LT3.弱磁调速特点：LT1）由于励磁回路的电流很小，只有额定电流的（1～3）%，能量损失很小；2）可无级(平滑)调速；3）转速只能由额定磁通时对应的速度向高调，而电动机最高转速要受到电机本身的机械强度及换向的限制。空载运行：原绕组加额定电压，副绕组开路的运行情况称为空载运行1U1E1E20U0I)(2I11U2U1u2u02E10RI1U0I100NIF1E011E2E5.3变压器的空载运行N1N2一、空载运行的物理过程主磁通：以铁心为磁路，同时交链着一次绕组和二次绕组漏磁通：以空气或变压器油为磁路，只与一次绕组相交链0I：空载电流、励磁电流1）性质上：与成非线性关系；与成线性关系；2）数量上：占99%以上，仅占1%以下；3）作用上：起传递能量的作用，起漏抗压降作用。000I0I1101主磁通与漏磁通的区别图3.7变压器负载运行原理图1IΦN1N2121U+-1E+-2E-+2U-+1E+-LZ2E-+2I1U2U1u2u5.4.1负载运行时的物理过程11E11IR22E22IR综合分析，变压器稳态运行时的六个基本方程式各电磁量之间同时满足这六个方程利用，k，Z1，Z2，Zm，ZL求解出1U1I2I2ULmmZIUZENININIkEEZIEUZIEU221122112122221111mI1.变压器的绕组归算所谓把二次侧归算到一次侧是指：在不改变变压器电磁关系和能量传递关系的前提下，把二次绕组的匝数变成与一次绕组的匝数相同，相当于一台变比k=1的变压器。2.变压器的等效电路二次侧归算到一次侧后，二次侧的电势和电压应乘以k倍，电流乘以1/k倍，阻抗乘以k2倍。归算后基本方程mmmIIIZIEEkEZIUEEZIU'21'221'2'2'2'21111（a）（b）（c）A.T形等效电路变压器的等效电路和相量图B.近似等效电路1U1I'21EE'2I'2U'2R'2X1R1XmR1U1ImI'2I'2U'21RRRk'21XXXkmXmR1U'21II'2U'21RRRk'21XXXkC.简化等效电路（变压器满载及短路时）变压器的端头标号绕组名称单相变压器三相变压器中性点首端末端首端末端高压绕组AXA、B、CX、Y、ZN低压绕组axa、b、cx、y、zn中压绕组AmXmAm、Bm、CmXm、Ym、ZmNm三相绕组的联结方式：星形连接方式：以高压绕组为例，把三相绕组的３个末端X、Y、Z连在一起，结成中点，而把它们的三个首端A、B、C引出，便是星形连接，以符号Y表示；三角形连接方式：如果把一相的末端和另一相首端连接起来，顺序形成一闭合电路，称为三角形连接，用D表示。注意：相应的对于低压侧而言，用y,d表示。绕组的极性••••••••3、变压器的联结组：1）变压器的联结组：三相变压器高、低压绕组对应的线电动势之间的相位差，通常用时钟法来表示，称为变压器的联结组。2）时钟法：即把高压绕组的线电动势相量作为时钟的长针，且固定指向12的位置，对应的低压绕组的线电动势相量作为时钟的短针，其所指的钟点数就是变压器联结组的标号。5.6.2三相变压器的联结组三相变压器的联结组——高、低绕组对应线电动势之间的相位差，不仅与绕组的极性（绕法）和首末端的标志有关，而且与绕组的连接方式有关。1）、Y，y接法如图所示：当各相绕组同铁心柱时，Y，y接法有两种情况。1）、高、低压绕组同极性端有相同的首端标志，高、低压绕组相电动势相位相同，则高、低压绕组对应线电动势和也同相位，其联结组为Y，y0。2）、同极性端有相异的端点标志，高、低压绕组相电动势相位相反，则对应的线电动势和相位也相反，因此其联结组为Y，y6。如果高低绕组的三相标记不变，将低压绕组的三相标记依次轮换，如b→a，c→b，a→c；y→x，z→y，x→z，则可得到其他联结组别，例如Y，y4；Y，y8；Y，y10；Y，y2等偶数联结组。2）、Y，d接法三相异步电动机的基本结构NS（二）工作原理（1）电磁转矩的产生*用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向*用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向电磁力→电磁转矩TT与n1同方向。n1n三相异步电动机的同步转速601pf1nmin）r/(p123456n1/(r/min)30001500100075060050050Hz时,不同极对数时的同步转速如下f1表4.3.1同步转速p为任意值时T型等效电路1R1jX2R2XjmjXmR2R10I21EE6