电机与拖动基础知识重点
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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T e 与生产机械的负载转矩T L 的关系： 1）当T e = T L 时， d n /d t = 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T e ＞T L 时， d n /d t ＞0，系统处于加速状态； 3）若T e ＜T L 时， d n /d t ＜0，系统处于减速状态。 也就是一旦 d n /d t ≠ 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：
t
n
GD T T d d 3752L e =
-
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n p 。
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：
dn
dT dn dT L
e
7直流电机的电枢电压方程和电动势：
直流电机电磁转矩
e a
f f a T G I I =
8 直流电动机功率方程
9直流电机工作特性
Φn
C E e a =a
T e ΦI C T =a a a I R E U a +=
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 I a 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，I a 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，P 2增大
当U=U N ,I f =I fN 时，η=f (I a )的关系曲线
2
Fe mec Cuf a a a c 2
1a f 2Δ100%1()p p p I R I U P P U I I ??++++η=?=-??
+??a a
e e R U
n I C C =+ΦΦ
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I st （I st ≤λ I N ， λ 为电机的过载倍数）； 2) T st ≥（1.1～1.2）T N ； （1）电枢回路串电阻起动
e
0e
2T e a e a e a a a )(T n T ΦC C R R ΦC U ΦC R R I U n β-=+-=+-=a
N
st R U I =
st
N T st I ΦC T =
（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；
e
T ΦC C R R ΦC U n 2N
T e a N e N +-=
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I f<< I a，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）n N，特殊设计的弱磁调速电动机，最高转速为（3~4）n N，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
e
N
T
N
e
eb
a T
Φ
C
Φ
C
R
R
n
+
-
=
a
N
e
eb
a I
Φ
C
R
R
n
+
-
=
(2)反接制动
A 电枢反接制动
B 倒拉反接制动
e
2N
T e rb
a N e N T ΦC C R R ΦC U n +--=N
N
rb 2I U R λ≥
e
2N
T e rb
a N e N T ΦC C R R ΦC U n +-=N
N
rb 2I U R λ≥
(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
k
N
N
E
E
U
U
=
=
=
2
1
2
1
2
1
额定电压U 1N 和U 2N 额定电流I 1N 和I 2N 额定容量 S N 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 k 2。这样，二次绕组经过折算后，变压器的基本方程式变为
1N
1N 2N 2N N I U I U S ==N
11N N 2N 2N 33I U I U S ==m
2
1
2
m 111 4.44 j 4.44 j ΦN f E
ΦN f E -=-=??
???
???
???==-=-=+-=+=L 222
1f
012
22211112
21101Z I U kE E Z I E Z I E U Z I E U I N I N I N ??
???
?
??
???''=''=-=''-'='+-='+=L 222
1f
01222211112
10Z I U E E Z I E Z I E U Z I E U I I I
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U 1N ，然后测量U 1 、I 0 、U 20 及空载损耗P 0
由于空载电流 I 0 很小，绕组损耗 I 02R 很小，所以认为变压器空载时的输入功率P 0 完全用来平衡变压器的铁心损耗，即 P 0 ≈ Δp Fe 。
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 I 1N ，分别测量其短路电压 U sh 、短路电流 I sh 和短路损耗P sh ，并记录试验时的室温θ（℃）。
1
0f I U Z Z =
≈ 20
20Fe f I P I p R ≈?=20
1U U k ≈
2
f 2f f R Z X -=
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）P sh 可认为完全消耗在绕组的电阻损耗上，即 P sh ≈Δp Cu 。由简化等效电路，根据测量结果，取 I sh ＝ I 1N 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）P sh 空载损耗 P 0 变压器效率的实用计算公式
1N
sh sh sh sh
I U I U Z ==
21N
sh
2sh Cu sh I P I p R ≈?=2
sh
2sh sh R Z X -=%
100)sin cos (%2sh 2sh 1N
1N ?+=???βX R U I U N
22
N 11I I I I =
=β∑+=?+?=0
shN 2
Fe Cu P P p p P β%
100cos 1shN 202N shN
20????? ?
?+++-=P P S P P β?ββη
0.6
1.0
β
1.0 0.2
0.4 0.6 0.8 0.4
0.2
0.8
η/ηmax
m
β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βm 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
shN
m P P =
β
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n 1与电源频率f 1、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。
1160f n p