电气工程师通用技能培训

培训内容 1 电路 2 电机与电力拖动基础 3 传感器原理及应用 4 三菱PLC及特殊模块应用 5 三菱机器人应用

电路 由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路称为电路。 电路导通叫做通路，只有通路才有电流通过。 电路在某一处位置断开，叫做断路或开路。 电源之间没有负载而是直接接通叫做短路。短路是绝对不允许的，这样会导致用电器及电源的损坏。

自锁电路

目 录 第一章 直流电机原理 第二章 电力拖动系统的动力学基础 第三章 直流电动机的电力拖动 第四章 变压器 第五章 三相异步电动机原理 目 录 第一章 直流电机原理 第二章 电力拖动系统的动力学基础 第三章 直流电动机的电力拖动 第四章 变压器 第五章 三相异步电动机原理 第六章 三相异步电动机的电力拖动 第七章 同步电动机 第八章 控制电机 第九章 电力拖动系统中电动机的选择

1、性质：在工业电气自动化专业中，《电机原理及拖动》是一门十分重要的专业基础课或称技术基础课。 本课程的性质、任务及学习方法 1、性质：在工业电气自动化专业中，《电机原理及拖动》是一门十分重要的专业基础课或称技术基础课。 2、任务：我们所从事的专业决定了我们是从使用的角度来研究电机的。因此，我们着重分析各种电机的工作原理和运行特性，而对电机设计和制造工艺涉及得不多。但对电机的结构还要有一定深度的了解。 3、学习方法：要注意它既有基础理论的学习，又有结合工程实际综合应用的性质。要逐渐地培养学员的工程观点，掌握工程问题的处理方法。

第一章 直流电机原理 1.1 直流电机的用途、结构及工作原理 磁轭 线圈 极身 极掌 一、直流电机的用途 第一章 直流电机原理 1.1 直流电机的用途、结构及工作原理 一、直流电机的用途 1.直流电动机的用途:在工业生产中,利用电动机的轴上转矩拖动生产机械,对产品进行加工. 2.直流发电机的用途:作为电源设备 二、直流电机的结构 1.静止部分 (1)主磁极:由极身和极掌组成,固定在磁轭 (机座)上.在磁极上套入激磁绕 组(线圈).主磁极总是偶数,且N 极和S极相间出现.极掌对激磁 绕组起支撑作用,且使磁通在气 隙中有较好的分布波形. 极身 磁轭 线圈 极掌

(2)换向极:它位于相邻两主磁极之间,构造与主磁极相似,其 作用是为了消除在运行过程中换向器产生的火花. (3)机座:一般把厚钢板弯成圆筒形,然后再焊成机座,也可采 用铸钢件.其作用一方面是作为各磁极间的磁路,故 又称为磁轭,另一方面机座作为电机的机械支架,主 磁极和换向极就固定在磁轭上. (4)端盖:附有轴承的端盖安装在机座上以支持电枢,它可以 保持电枢表面和极掌表面相隔一个气隙,使电枢可 以自由旋转. (5)电刷装置:电刷是由石墨做成的导电块,将它套入刷握内, 用弹簧以一定压力将电刷压在换向器的表面 上.在电枢旋转时可以保持电刷固定不动.电刷 的作用是使电枢绕组和外电路接通,同时通过 换向器进行电流的换向.

(1)电枢铁心:电枢铁心由0.5毫米厚且冲有齿和槽的硅钢 片迭成.铁心钢片沿轴向迭装,以降低电枢铁 心在磁场中旋转时所产生的磁滞和涡流损 2.转动部分 (1)电枢铁心:电枢铁心由0.5毫米厚且冲有齿和槽的硅钢 片迭成.铁心钢片沿轴向迭装,以降低电枢铁 心在磁场中旋转时所产生的磁滞和涡流损 耗,从而提高电机的效率.电枢铁心一方面作 为电机磁路的一部分,另一方面便于将电枢 绕组安装在电枢铁心的槽内,起着固定电枢 绕组的作用. (2)电枢绕组:电枢绕组是电机产生感应电势和电磁转矩以 实现机电能量转换的重要部件.绕组是由绝 缘的圆形或矩形铜线绕成,嵌放于电枢铁心 的槽中.必须采用层间绝缘和绕组与铁心槽避 之间的槽绝缘.

(3)换向器:其作用是使电枢绕组的绕组元件中的电流 进行 方向的交换,起着电流换向作用.电枢绕组元件 的引线就焊在换向片上. 3.气隙 在极掌和电枢之间有一空气隙.气隙是电机的重要 组成部分,它的大小和形状对电机 性能有很大的影响. 4.其他部分 (1)转轴和轴承:转子必须有转轴,以便电机 和生产机械 或原动机进行联接传递转矩和功率.中小型电机 一 般采用滚动轴承,大容量电机 ,采用支架式滑动轴承. (2).通风装置:作用是冷却电机.

S a n b N b2 b1 三、直流电机的基本工作原理 1.直流发电机的基本工作原理 为了说明方便,作下列规定: (1)N导体和S导体:在N极下的导体称为N导体;在S极下的 导体称为S导体. (2)符号 和符号 :导体中电势(电流)的方向进入纸面时用 表示;导体中电势(电流)的方向由纸面出来时用 表示. N b2 b1 S a b n

基本原理: 由于导体切割了磁力线,因而在导体内将产生感应电动势.根据右手定则,N导体中电势方向为 ;而S导体中电势方向为 ;即二者方向相反. N导体和S导体在交换(a和b位置),但是,b 1和b2极性是恒定的,即b1恒为正,b2恒为负,故在电刷两端输出脉动的直流电压. 综上所述:线圈中的交变电势已变成刷间直流电压.通过换向器使电刷b1仅能接通S导体,而S导体的电势方向恒为 故电刷b1的极性恒为正;同理电刷b2的极性恒为负. t e

a、b导体中电流方向如左所示，由左手定则可知S导体和N导体受力均为逆时针方向,因而使电枢逆时针方向旋转. 2.直流电动机的基本工作原理 S a b n N a、b导体中电流方向如左所示，由左手定则可知S导体和N导体受力均为逆时针方向,因而使电枢逆时针方向旋转. 通过换向器的作用，使与电源负极相接的电刷仅能接通S导体，故S导体中的电流方向恒为流出纸面，而与电源正极相接电刷仅能接通N导体，电流流入纸面。故电机恒逆转。

1.2 直流电机的空载磁场 发电机:由主磁极产生的气隙磁通与电枢绕组切割而产生电势. 电动机:电枢电流与气隙磁通相互作用而产生电磁转矩. 1.2 直流电机的空载磁场 发电机:由主磁极产生的气隙磁通与电枢绕组切割而产生电势. 电动机:电枢电流与气隙磁通相互作用而产生电磁转矩. 分析电机磁场是分析电机运行状态的必要步骤. 空载磁场:电枢无电流时的磁场.它是电机中最基本的磁场. 一、电机的磁化曲线 主磁通(通过气隙进入电枢) 激磁磁势所产生的磁通 漏磁通(不经过电枢) 漏磁通不能在电枢中产生电势也不产生电磁转矩,但它存 在却增加了磁极和磁轭的饱和程度. 主磁通是实现机电能量转换所必需的.

2 If 主磁通Φ所经磁路:两个气隙、两个电枢齿、一个电枢轭、 两个主磁极铁心和一个 主磁极轭等五段。 由磁路中的欧姆定律： wf If = ΣФRm Φ If 2 1 wf —— 一个主磁极上激磁绕组的匝数； If —— 激磁绕组中的激磁电流； Rm —— 该段的磁组； Ф—— 磁通量 说明:当I较小时磁路的磁阻为气隙 磁阻且为常数,故If与Φ是线性的 If较大时铁心饱和,磁阻加大Φ增 加变慢If与Φ为非线性关系. 电机的饱和程度对电机的性能有很 大的影响.

δ Bδ τ 二、主磁极磁势产生的气隙磁密在空间的分布 气隙磁密的概念： 是指穿过气隙进入电枢表面或由电枢表面出来的磁通。 因而气隙磁密实际上是指电枢表面的磁通密度。 气隙磁密=主磁极作用产生部分+电枢磁势作用部分 主磁极磁势单独作用（电枢电流为零时）： 气隙在极掌下大致 是均匀的。但在极 尖以外时，主磁通所 经气隙加大，磁密减 小，并在两主磁极中 间的几何中线上下降 为零。 δ τ Bδ

1.3 直流电机的电枢绕组 一、概述 电机的电枢绕组是电机的主要组成部件。 电机必须通过电枢绕组与气隙磁场相互作用才能实现 能量转换。 1.3 直流电机的电枢绕组 一、概述 电机的电枢绕组是电机的主要组成部件。 电机必须通过电枢绕组与气隙磁场相互作用才能实现 能量转换。 绕组类型：（1）单迭绕组；（2）复迭绕组；（3）单 波绕组；（4）复波绕组；（5）混合绕组。 其中，单迭和单波绕组是最基本的直流电枢绕组，是了解其他绕组的基础。 二、单迭绕组 1 有关技术名词 （1）极轴线：它是将主磁极平分为左右两部分的直线。

（2）极距：它是相邻两主磁极极轴线之间的距离，在相邻主磁极之间，与上述距离大小相等的距离，也叫极距。 （3）几何中线：是在相邻两 极轴线之间并且与这两极轴线等距离的直线，两相邻主磁极以几何中线为轴作位置上的对称分布。以n—n表示。 N N 极轴线 n N S . τ 极距

2.单迭绕组元件 单迭绕组由迭绕组元件按一定规律排列联接而成.绕组元件实际上是一个线圈,可以是多匝,也可以的单匝的. 绕组元件结构原理: a1b1及a2b2部分称为元件边, 用后端匝a1ma2及前端匝b1nb2 将元件边联结起来,使两元件 边中电势在元件中迭加. 端线c1d1及c2d2 称为引线,d1为 元件的首端,d2为末端.元件 的首端和末端分别焊接在 不同的换向上. a1b1称为第一元件边,右边a2b2称为第二元件边. m n d2 a1 b1 a2 b2 c1 d1 V N S

3.单迭绕组展开图 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 N1 N2 S1 S2 A1 A2 B1 B2 _ + τ n

图中四个方框代表四个主磁极,相同极性的两个电刷均用导线并联后引往出线端 图中四个方框代表四个主磁极,相同极性的两个电刷均用导线并联后引往出线端.四个电刷均安放在相应的四个主磁极的极轴线处的换向片上,电刷宽度等于一个换向片宽.电枢铁心槽数、元件数以及换向片数均相等且为16。 元件的第一元件边嵌在槽的上层—— 上层边；而元件的第二元件边总是嵌在槽的下层—— 下层边。 上层边用实线表示，下层边用虚线表示。 以元件上层边所在槽的号码作为该元件的号码。 元件联接次序表： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 . . . . . 号码上打“.”的,表示被电刷短路的元件 .当元件的两元件边的距离恰是一个极距时,由于电刷放在极轴线处的换向片上,故被电刷短接的元件的两个元件边正处在两相邻 几何中线上.

A2 + ⌒ _ A1 B1 B2 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 4.绕组电路分析: 元件2、3、4电势方向相同组成一个支路，元件6、7、8电势方向相同组成一个支路，但方向与2、3、4组成支路电势相反。 元件10、11、12与2、3、4支路电势方向相同故将电刷A1、A2接在一起；14、15、16与6、7、8支路电势方向相同故将B1、B2接在一起，引出正、负两个电极。 并联支路图: 每个主磁 极下的元件 串联成一条 支路,共有四 条并联支路 a=b=p ,输出电 流Ia=2aia ,a为并联 支路数、ia为去路 电流；p为主磁极 对数；b为电刷对数。 A2 + ⌒ _ 2 3 4 8 7 6 10 11 12 16 15 14 1 9 5 13 A1 B1 B2 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒

⊕ 1.4 直流电机的电枢反应 N S 电枢反应:电枢磁动势对主磁极所建立的气隙磁场的影响。 电枢磁动势不仅与电枢电流大小有关，它还受 1.4 直流电机的电枢反应 电枢反应:电枢磁动势对主磁极所建立的气隙磁场的影响。 电枢磁动势不仅与电枢电流大小有关，它还受 电刷位置的影响。 一、电枢磁动势与电枢磁场 二极直流电机电刷在几何中性线上时的电枢磁场分布图。 几点说明： 1.因电刷接触的换向片与几何中 性线处的导体相连,故把电刷画在几 何中性线处的导体上. 2.绕组只画一层,都在电枢表面上. 3.电流方向以电刷为分界线. 4.电枢磁场以电刷为极轴线,电刷 处磁势最强,主磁极的极轴线处 电枢磁势为零.电枢磁势与主磁极 磁势正交,称交轴电枢磁势 . ⊙ ⊕ N S

⊕ 把电枢圆周从电刷处切开展成 直线并以主磁极轴线与电枢表面 的交点为空间坐标的起点,这点的 n 电枢磁动势为零. N S 电枢磁动势沿空间的分布: 电枢线负荷--- 电枢圆周表面单位 长度上的安培导体数. A= 应用全电流定律,有ΣHl=2Ax 认为总磁势全部降在两段气隙上 2Fax=2Ax 即 Fax=Ax 磁密 Bax=μ0Hax=µ0Fax /δ ⊕ n N S Fax x ⊙ Bax N ia π D

⊕ N S n m B0x Bax Bδx 二、电刷位于几何中性线上时的电枢反应 此时电枢磁动势刚好与主磁极磁动势正交，故称这 ⊙ ⊕ N S n 几何中线 发电机 电动机 m 物理中线 B0x Bax Bδx 二、电刷位于几何中性线上时的电枢反应 此时电枢磁动势刚好与主磁极磁动势正交，故称这 电枢反应为交轴电枢反应。 电机合成磁场Bδx= B0x+Bax 正方向规定：磁力线进入转子 为负,出来为正. 所以,主磁极磁通密度在N极 下为负,在S极下为正. 可知:磁场波形发生了畸变. (1)发电机:前极尖增磁,后极 尖去磁. (2)电动机:前极尖去磁,后极 尖增磁. 如不考虑磁路饱和,则增去磁量相等 总磁通量不变. (3)物理中线移到m-m

⊕ 当磁路饱和时因磁势和磁通密度之间不再成线性关系在磁场相加的区域磁密下降.所以交轴电枢反应总有一些去磁作用. 三、电机上偏离几何中性线时的电枢反应 电枢磁势分为两部分：交轴磁势和顺轴磁势。_ Fa = Faq + Fad 当发电机顺旋转方向移动电刷或电动机逆移时顺轴电势 Fad去磁，反之顺轴电势助磁。 右图为发电机电刷 顺移或电动机电刷逆 移后的电枢反应。 ⊙ ⊕ Fa Fad Faq N S A C B D nf nd

1.5 直流电机的电枢电动势与电磁转矩 eav 一、直流电机的电枢电动势 电枢电势是指电机正常工作时电枢绕组切割气隙磁通产生的刷间电动势 。 1.5 直流电机的电枢电动势与电磁转矩 一、直流电机的电枢电动势 电枢电势是指电机正常工作时电枢绕组切割气隙磁通产生的刷间电动势 。 刷间电动势等于其中一条支路的电动势。 推导过程: 设绕组为整距元件,电刷在几何中线上. 如电枢绕组总导体数为N, 并联电路数为2a 则绕组每条支路的导体数为N/(2a). 如每根导体的平均电动势eav,则支路电动势即刷间电动势, N 一根导体的平均电动势为 eav =BavlV Bav---为一个极下的平均磁密, Bav = 2a eav Ea = τ l Ф

导体切割磁场的速度v用每分钟转速表示有V=2pτn/60 所以, Ea =(N/2a) 2pФn/60 =(pN/60a) Фn =Ce Фn 这是一个十分重要的公式 ,式中Ce = pN/(60a)为电动势常数,是一个决定于电机结构的参数. ※ 电枢电动势与每极磁通成正比,与转速正比. B---wb(韦伯) n--- r/min (每分钟.转) Ea--- V(伏特)

二、直流电机的电磁转矩 电磁转矩：电枢导体在磁场中受力所形成的总转矩。 先求每根导体平均受力 fav =Bavιia ι--- 导体有效长度 ia--- 导体电流 每根导体平均转矩为 Tav = Bavιia D--- 电枢直径 电枢总转矩为 T= N ι = =CTФIa Ia为电枢电流 ia=Ia/(2a) 单位为A(安培);CT=pN /(2πa) 是与 电机结构有关的常数,称为转矩常数.单位 N m ,CT =9.55Ce D2 Ia 2Pτ2π Ф ιτ 2a 2πa pN ФIa

1.6 直流发电机 G Ia U Ea ⌒ If Uf 他励 一、直流发电机的分类 G U Ia If I ⌒ 并励 G U If ⌒ 串励 1.6 直流发电机 G Ia U Ea ⌒ If Uf 他励 一、直流发电机的分类 1.他励直流发电机:励磁电流由另外的 独立直流电源供给. 2.自励直流发电机:它用自已发出的电 给自已的励磁绕组励磁. (1) 并励发电机：它的励磁绕组 跨接在电枢两端,与电枢并联. (2) 串励发电机励磁绕组与电枢 串联,励磁电流 就是电枢电流. (3) 复励发电机:既有并励绕组又 有串励绕组. 励磁消耗的功率一般只 占直流发电机额定功率的1%——3% G U Ia If I ⌒ 并励 G U If ⌒ 串励

】 ⊕ 二、直流发电机的基本方程式 三大平衡方程式：电压平衡、转矩平衡、功率平衡。 （一）电压平衡方程式 U =Ea – IaRa U--- 电枢电压 Ra--- 电枢回路总电阻 (二) 转矩平衡方程式 Ia方向和Ea一致. 当发电机稳定运行时 T1 =T + T0 T1为原动机拖动转矩. T为发电机电磁转矩. T0 为空载转矩. 】 ⊙ ⊕ T1 n T T0 N S

(三) 功率平衡方程式 P1 =PM + p0 P1为原动机从轴上送入直流发电机的机械功率. PM 为电磁功率. P0 空载损耗功率. P0 =pm + pFe +ps pm:机械摩擦损耗 pFe :铁损耗 ps:附加损耗 电磁功率多数转为电功率P2 因PM =TΩ =CTФIa Ω = =

P2 =UIa pCu= I2aRa P2= PM －pCu 即电枢输出功率P2为电磁功率PM 减去电 枢回路的电阻铜损耗pCu ． 由电压平衡方程 U =Ea – IaRa 得 UIa =EaIa－I2aRa 即 综合后得 P1 =P2 + pCu + pm + pFe +ps = P2 +Σp 直流发电机功率流程图 注:没有把励磁功率计算 在P1之内. P2= PM －pCu P2 =UIa P1 PM= EaIa pm + pFe +ps pCu= I2aRa

三、他励直流发电机特性 研究条件：保持转速n不变且等于额定转速nN. 三个物理量：电枢电压U、电枢电流Ia、励磁电流If (一）空载特性U=f(If) n=c .Ia=0 因 Ea=CeФn, Ce和n为常数，所以 Ea与Ф成正比。即 U=f(If)曲线与磁化曲线Ф=f (If )形状相同。 U 发电机的额定电压工作点一般 选在开始饱和的弯曲处C点， 当If=0时，U≠0，这是剩磁所致 称为剩磁电压Us=2% ~ 4% UN If UN IfN c

(二）外特性 U = f ( Ia ) n =c =nN常数 If =常数 调励磁If和负载Ia 。使U =UN，电机工作在额定状态 调Ia测U得外特性 U = f ( Ia ) 曲线 是一条略微向下倾斜的曲线 U=Ea – IaRa U Ia IaRa U 国家标准规定：用发电机由额定 状态过渡到空载时的电压升高 对额定电压的比率表示电压变化率ΔU % = ΔU % = 5% ~ 10% ≈常数。 Ia UN IN U0 Ea (电枢反应去磁） U

四、并励直流发电机 （一）并励直流发电机的自励条件 （1）发电机必须有剩磁，如果无剩磁，必须用另外的直流电源充磁。 （2）励磁绕组并联到电枢两端，线端的接法应与旋转方向配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁的磁场方向一致。 （3）励磁回路的总电阻 必须小于临界电阻。 在建立正常电枢电压的过程 中，励磁电流 If一直在上升 励磁回路电压平衡方程为： 励磁回路场阻线 空载特性 If U A Uo=

在A点之前Uo - Rf if>0 if 当达到A点时，U0=RfIf, Lf dif/dt=0, If不再变化，电压稳定在A点，发电机能建立起正常电压。 （二）外特性 n=常数 、励磁回路总电阻不变时 U =f (I )关系曲线。 并励比它励电机外特性下降得快 原因有三：（1）电阻压降 （2）电枢反应去磁 （3）U If 磁路退饱 和，导致励磁电流下 降电压降低，使负载电流不再增加 反而减小。 并励 它励 U I

【 1.7 直流电动机 一、直流电机的可逆原理 一台直流电机，在满足一定条件下它可以作发电机运行，也可以作为电动机运行。称为可逆性原理。 1.7 直流电动机 一、直流电机的可逆原理 一台直流电机，在满足一定条件下它可以作发电机运行，也可以作为电动机运行。称为可逆性原理。 过程分析：发电机状态到电动机状态的过渡。 假设开始时发电机向直流电网供电，电网电压U恒定不变。 各量方向如图所示。 发电机中电流与电势方向一致，电机的电磁转矩T为顺时 针方向。与原动机拖动转矩T1方向相反。 U 稳定运行时 T1 = T+T0 电动势 Ea > U 电流顺电动势方向流向电网。 能量关系：T1 Ω EaIa Uia 机械功率 电功率 输出电功率 T1 【 ⊙ e i Ia Ea N S n T T0

【 ⊕ 当撤掉原动机后 n Ea Ia T 稳定运行时 T= T0 +Tm 反电势 Ea < U U =Ea + IaRa 能量关系 IaU EaIa T2Ω 电机从电网 电磁功率 输出机械功率 吸收电功率 U>Ea Ia变向 T变逆时针 电机运行在电动状态 【 N S Ea Ia T n T0 Tm ⊙ ⊕ e i U

二、直流电动机基本方程式 (一) 电压平衡方程式 U = Ea + IaRa Ea---- 反电动势 Ia---- 电枢回路电流 Ra---电枢回路电阻 (二) 转矩平衡方程式 当电机稳定运行时 T = T0 + T2 或 T= T0 + Tm 当T2 = Tm 时转速稳定 (三) 功率平衡方程式 P1 = Pm + pcu UIa =EaIa + I2aRa T--- 电磁转矩 T0 --- 空载转矩 Tm--- 负载转矩 T2---- 输出转矩

电机从电网吸收的电功率 P1 =UIa 减去电枢绕组铜损 Pcu=I2aRa 余下的为电枢的电磁功率PM =EaIa. 而 PM =EaIa = TΩ=T0 Ω +T2 Ω=p0 + P2 所以 P1= Pcu + p0 + P2 功率流程图: PM =EaIa = TΩ P1 =UIa P2=T2 Ω P0=pm+pFe+ps Pcu=I2aRa Pf (励磁功率)

（一）转速特性 U=UN If=IfN 电枢无外串电阻即RΣ=Ra 因 Ea=UN-IaRa=CeФn 所以 三、他励直流电动机特性 目的：为正确使用电动机。 几种靜特性： （1）转速特性 ；（2）转矩特性 ； （3）效率特性 ；（4）机械特性 从使用电动机的角度，机械特性是电动机最重要的一种特性 （一）转速特性 U=UN If=IfN 电枢无外串电阻即RΣ=Ra 因 Ea=UN-IaRa=CeФn 所以

n n0 Ia IaN η、T （二）转矩特性T=CTФIa 为一过原点直线 Ia=0时 n=n0 为理想空载转速;Δn=βIa=IaRa/CeФ 为转速降. 所以,机械特性为略微向下倾斜的一条直线. (三) 效率特性 当U=UN、If=IfN、电枢无外串 电阻，即RΣ=Ra时 效率特性η=f(Ia)= η= 令dη/dIa =0可求得效率最高条件 当电动机中不变损耗等于可变损耗 时，效率最高。且通常出现在 Ia=75% ~ 100% 区域内。 n n0 Ia IaN η、T

（四）机械特性 U=常数、If =常数、RΣ =Ra +Rc =常数时,n=f (T)变化关系. 当U=UN、If= IN、Ra=0时，称n=f (T)为自然机械特性。 否则，称为人造机械特性。 由直流电动机电压平衡方程可知： U=Ea+Ia( Ra + Rc) Ea =CeФn T =CT Фia 联解得： 人造特性。 自然特性。 n n0 T Ta ΔnN n=

机械特性上的两个特殊点: (1) 理想空载点 T=0,n=n0 ; (2) 额定工作点 T =TN, n =nN . 电动机工作在额定状态时,转速降为 一般根据额定时的数据 (UN、IN、nN 、Ra) ,求出 CeФN 和CT ФN，进而对工作点进行计算。

四、串励直流电动机及复励直流电动机 串励直流电动机的励磁电流就是电枢电流，它随负载 的变化而变化。复励电动机是并励直流电动机和串励直 流电动机的结合，它兼有两者的特点。 （一）串励直流电动机的转矩特性n= f (Ia) 经变换得 分磁化曲线的不饱和和饱和两部分讨论： （1）Ia较小、磁路不饱和磁通与电流成正比， R0 为电枢回路总电阻 一条非线性曲线

将Ф=K1Ia代入后得 为一条双曲线 当电动机空载、电流很小时，可能引起“飞车”事故，所 以串励直流电动机不允许空载运行， 也不允许用皮带传动。 （2）当Ia较大、磁路饱和时： Ф=K2 为一常数，这时 为一条稍有下降的直线，但转速降 比他励直流电动机稍大 。如特性1 n Ia o 1 2

（二）串励直流电动机的转矩特性 T =f (Ia) 由转矩公式 T =CTФIa , 及磁化曲线Ф = f (Ia)---- 非线性 （1）Ia较小、磁路不饱和时 Ф= K1 Ia Ф与Ia成正比， T = CT K1Ia2 ----抛物线 （2）Ia很大、磁路饱和时 Ф=K2 为一常数与Ia无关， T =CTK2Ia --- 为一直线 特性如曲线2所示。 串励直流电动机适用于起动比较困难，且不空载的生产机械。如电力机车。 （三）串励直流电动机的机械特性 n=f(T) 一般表达式 不饱和时 饱和时

机械特性曲线如右图1所示。 特点：（1）轻载时特性软，重载时为一条略微下倾的直线。 （2）轻载时转速很高，曲线与纵坐标轴无交点。 串励电动机不允许空载运行。 （四）复励直流电动机的机械特性 复励：既有并励绕组又有串励绕组。 复励电动机兼有并励和串励两种电 动机的优点。 串励绕组使起动转矩增加，并励 绕组使复励电动机可以轻载运行 和空载运行。不存在“飞车”的问题。 机械特性介于并励和串励之间。如 图2所示。 图1 n nN TN T n nN TN T 图2

换向：直流电机在运行过程中，旋转的电枢绕组中一些 元 件从一条支路经过电刷进入另一条支路，在这 第八节 直流电机换向简介 换向：直流电机在运行过程中，旋转的电枢绕组中一些 元 件从一条支路经过电刷进入另一条支路，在这 一过程中，元件电流改变方向，这一过程称为换向。 换向的过程正是元件被电刷短路的过程，元件短路 过程结束就是换向结束，这时元件完全进入另一条支路。 一、换向过程 1 2 2ia ia va 1 2 3 ia va 1 2 3 2ia 1 2 ia va 1 2 3 2ia 1 2

分三个阶段:(1)开始,电刷与1号换向片完全接触,元件1和元 件2属右面支路,电流为+ia. (2)电刷同时与换向片1和2接触,元件1被电刷短 路,元件1中的电流在从+ia向-ia变化. (3)电刷完全与换向片1脱离,完全与换向片2接 触,元件1完全进入左支路,电流为-ia. 16 2 1 2ia 2ia 1 16 2 2 16 1 2ia

二、直线换向、延迟换向与超越换向 （一）直线换向 直线换向是一种最基本的换向过程，换向元件中的电 流按直线规律变化。 条件：换向元件中无电势，且只考虑电刷接触电阻。 特点：（1）在换向过程中，电刷下不会产生火花。因为 换向元件中的电流由+ia连续 变化至-ia，没有换向电流必 须通过空气而造成火花。 （2）在换向过程中， 电刷两左右两侧电流密度是均匀 的。故电刷左右两侧发热也是均 匀的。 TK -ia +ia 1 2 t i

(二)延迟换向 电机正常运行时换向元件中产生以下几种电势使Σe≠0 (1)自感电动势eL 换向元件中电流变化时产生的eL eL = - Ldi/dt (2)互感电动势eM 同时换向的几个元件之间产生的互感电动势 eM= - Mdi/dt 称 er= eL+ eM 为电抗电势,其方向与+ia相同. (3)电枢反应电势ea 换向元件切割电枢磁场产生的感应电势,其方向与er一致,也是反对换向电流变化的. 结果使电流不能随时间成线性关系变化且变化较慢. 曲线2所示.称之为延迟换向. 延迟换向使电刷的前刷边电流密度小,后刷边电流密 大,因此后刷边出现较大的火花.

三、改善换向的方法 方法：在换向元件中产生与er和ea方向相反的电势ek. 方法一：在主磁极的几何中性处加一换向磁极。极性与 电枢磁场的极性相反，其绕组 一般与电枢绕组串联 方法二：移刷改善换向。发电机顺移，电动机逆移。 移动的角度β>α（物理中线与几何中线之夹角） 四、火花、环火及补偿绕组 换向不良电刷下产生火花，严重时影响电机工作。 环火是处于最大磁密处的元件电压出现最大值，在元件 连接的两个换向片间产生电弧短路而形成环火。 补偿绕组与电枢绕组串联以消除电枢反应进而消除环火。

第二章 电力拖动系统的动力学基础 第一节典型生产机械化的运动形式及转矩 一、电力拖动系统的基本概念 第二章 电力拖动系统的动力学基础 第一节典型生产机械化的运动形式及转矩 一、电力拖动系统的基本概念 电力拖动:以电动机为原动机拖动生产机械运转的拖动方 式. 电力拖动系统:由电动机、机械传动机构、生产机械的工 作机构、电动机的控制设备以及电源等五 部分组成的综合机电装置。 电源 电动机 传动机构 工作机构 控制设备

二、典型生产机械的运动形式和转矩 （一）运动形式 1、单轴旋转系统 特征：电动机的转子与负载轴通过联轴器连接在一起。 所有运动运动部分均以同一转速旋转。如通风机。 2、多轴旋转系统 特征：各轴转速不同，主轴转速比电动机转速低。电动机 转子通过皮带轮和减速机与主轴相连接。如车床。 3、多轴旋转和平移运动系统 特征：负载既有旋转运动又有平移运动。如起重机的起重 小车。 4、多轴旋转和升降运动系统 特征：负载既有旋转又有升降运动。如起重机的提升机构。

（二）生产机械的转矩性质 两种类型：1、摩擦力产生的转矩--- 反抗性转矩 特点--- 转矩方向总是与旋转方向相反。 2、重力作用产生的转矩--- 位能性转矩 特点--- 作用方向与生产机械的旋转方向无关 电力拖动系统的运动规律的分析主要研究作用在电动机 轴上的转矩与电动机转速变化之间的关系n= f(T). 分析方法：先对单轴运动系统进行分析，得出一般规律 对多轴运动系统，则通过折算等效成单轴运 动系统后再运用单轴运动系统的规律。

作用在电机轴上的转矩: 电动机的电磁转矩T 电动机的空载转矩T0 生产机械转矩Tm 第二节 电力拖动系统和运动方程式 一、单轴电力拖动系统的运动方程式 作用在电机轴上的转矩: 电动机的电磁转矩T 电动机的空载转矩T0 生产机械转矩Tm T0+Tm =TL为电动机的负载转矩,Ω为轴的角速度.J为对转轴的总转动惯量J=JR+Jm. 根据力学刚体转动定律及各量参考方向得转动方程式 T Ω TL T Ω T0 Tm 电动机 JR 生产机械Jm

转矩单位为N m;J为Kgm2 ;Ω为rad/s 该式是研究电力拖动系统各种运转 状态的基础。 在工程计算中，常用n代替Ω；用飞轮力矩GD2代替J。 其关系为 m---- 转动部分的质量，kg; G---- 转动部分的重力，N； ρ---- 转动部分的回转半径，m; D---- 回转直径，m; g---- 重力加速度，取g=9.81m/s2 运动方程式变为实用形式 GD2总飞轮惯量 T- TL=Td为动态转矩

Td=0,dn/dt=0,电动机以恒定转速旋转或静止不动.称静止状 态. Td>0,dn/dt>0---- 系统处于加速状态 Td<0,dn/dt<0----系统处于减速状态 称动态或过渡状态. 规定n及T的参考方向:对观察者而言逆时针为正,反之为负. TL的参考方向: ------------------顺------------------------. 二、电力拖动系统的转动惯量及飞轮力矩 飞轮惯量GD2 GDR2（电机转子部分） GDm2 (生产机械部分） 转动惯量J J =mρ2 ρ---- 查表 实际计算时由 GD2 =4gJ=4gmρ2 =4Gρ2 求出J或GD2 可查得

三、功率平衡方程式 运动方程式两端同乗Ω即得功率平衡方程式 判断电动机是输出机械功率还是从拖动系统中吸收功率， 完全取决于电磁转矩T和速度Ω的方向。 T与Ω同方向时 T Ω>0, 电动机输出功率; T与Ω反方向时 T Ω <0,电动机从旋转的拖动系统中 吸收机械功率. TL与Ω反方向时 TL Ω>0, 生产机械从拖动系统中吸收 能量;反之表示放出机械功率给系统.

第三节 多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩的折算 一、多轴旋转系统负载转矩及飞办力矩的折算 （一）负载转矩的折算 折算的原则：保持折算前后系统传递的功率不变。 设 折算前多轴系统中负载功率为TmΩm, 折算后等效单轴系统的功率为TmeqΩ 则有 TmΩm =TmeqΩ 故 Tmeq GDR2 T Ω j1 j2 Ωm Tm GDm2 GD12 生产机械 电动机 Ω1 等效负载 GD2eq T Ω Tmeq 电动机

j=Ω/Ωm=n/nm ---- 传动机构的总速比。j为各级速比积。 j=j1j2 实际中考虑传动效率ηc时： ηc为各级传动效率之积 （二）飞轮力矩的折算 折算原则：折算前后系统总动能不变。 方程式 得单轴系统等效转动惯量Jeq,即

上式两边同乗以4g得折算到电动机轴上的飞轮力矩GD2eq，即两个中间轴: n个中间轴: 主体部分 占比重很小 故有估算公式 δ= 1.1---1.25

多轴系统折算到电动机轴上时的等效单轴系统的运动方程 式可写成 TL= T0 +Tmeq 二、平移运动系统的折算 桥式起重机的起重小车、龙门刨床等， 其工作机构作平移运动。 工作台 刨刀 工件 Fm T n T0 Teq nm 电动机 vm

（一）阻力Fm的折算 折算原则：折算前后功率不变。 切削时切削功率为 Pm =Fm vm Fm反映到电动机轴上，表现为负载转矩Tmeq,电动机轴上的 切削功率为TmeqΩ。不考虑传动机构的损耗时，可得 TmeqΩ = Fm vm 考虑传动机构的损耗时 Fm为平移部件的阻力， 单位为N

二、平移运动部件质量的折算 折算原则：折算前后系统贮存动能不变。 运动部件的动能为 折算到电动机轴上后，等效飞轮力矩为GD2meq,其动能为 另上二式相等得

注意：求总飞轮力矩时还需计算传动机构各旋转轴飞轮 力矩的折算值。方法与多轴旋转系统飞轮力矩折算方法同。 三、工作机构为升降运动时转矩与飞轮力矩的折算 等效负载转矩和 等效飞轮力矩 T n T0 Tm nm vm 2R 等效负载 N Teq

第四节 负载的机械特性 负载的机械特性：生产机械工作机构的转矩与转 速之间的函数关系。 一、恒转矩负载特性 （一）反抗性恒转矩负载 特点：转矩由摩擦力产生的，它的绝对值大小不变，但作 用方向总是与旋转方向相反，是阻碍运动的制动转矩. Tm nm

（二）位能性恒转矩负载 由重力作用产生。 特点：是工作机构的转矩绝对值大小恒定不变，而且 作 用方向也保持不变。 特性位于第一、第四象限 且与纵轴平行的直线。 二、风机、泵类负载机械特性1 均为流体机械，其转矩与转速 的二次方成正比，只能单方向旋转。 三、恒功率负载机械特性2 常数 Tm nm n T 1 2

第三章 直流电动机的电力拖动 第一节 他励直流电动机的机械特性 一、他励直流电动机机械特性的一般概念 第三章 直流电动机的电力拖动 第一节 他励直流电动机的机械特性 一、他励直流电动机机械特性的一般概念 条件：电源电压U、气隙磁通Ф、电枢回路总电阻RΣ均为 常数。电动机转速与电磁转矩之关系 n =f( T ) 推导过程： 由电枢回路电压平衡方程式 将Ea=CeФn , T =CT ФIa代入后得 = n0 - βT

特性曲线 两个特殊点： A点（T=0，n=n0=U/CeФ) 理想空载转速 B点（n=0,T=Tk=CTФIk) =U/(Ra+Rc)--- 堵转电流 堵转转矩 在A点和B点，因电动机的电磁功率PM=EaIa=0,无能量转换。 第一象限内：T>0 ,n>0 方向一致,T为拖动转矩,T n Δn 原因 U、 Ф、Ra+Rc均为常数条件下，T Ia = T/CT Ф A Δn n T B n0 Tk Ea =U – Ia(Ra+Rc) n =Ea/Ce Ф

在第二象限内：n> 0,且n> n0, 所以Ea>0,且Ea>U,电枢电流 成为阻碍运动的制动转矩。Ia与Ea方向一致，电机输出能 量，电源吸收能量。 在第三象限内：n<0,电机反转，Ea<0,变为与U同方向 二、固有机械特性及人为机械特性 （一）固有机械特性 条件：U=UN、Ф= ФN、R=Ra即为额定参数时 T=CT ФIa 改变方向，且与n相反 T>0,与n反方向成为制动转矩

表达式 如T=TN时 nN= n0 - ΔnN 称ΔnN 为额定转速降 因电枢电阻Ra很小,所以ΔnN 很小故固有特性属于硬特性。 为一条略微向下倾斜的直线 ΔnN n n0 nN TN T

ఋ （二）人为机械特性 当人为改变参数U、Ф、电枢外串电阻Rc时的机械特性 三种人为机械特性： 1. 电枢串电阻的人为机械特性 M UN IfN rst1 rst2 rst3 KM1 KM2 KM3 Ra Rst1 Rst2 Rst3 g Rst3 Rst2 Rst1 Ra n T1 T Ia TL T2 a b d f w c e n0 I2 I1

ఋ 外串电阻的机械特性方程式 特点：理想空载转速不变且与外串电阻无关， 外串电阻越大特性斜率越大，特性越软。 2.改变电源电压的人为机械特性 R=Ra,Ф= ФN,调U <UN(只能在额定电压以下调节) 特点: 理想空载转速与电源电压 成正比,各条特性相互平行 RΣ为电枢回路总电阻 If n T U1 U2 U3 UN UN>U1>U2>U3 Ia ఋ G M U IfG UfG Uf

机械特性方程式 3.减弱气隙磁通的人为机械特性 U=UN,R=Ra, 调Ф< ФN(弱磁) 减磁时理想空载转速升高,斜率 增大,特性变软. Ra为电枢内阻 n T Ф3 Ф2 Ф1 Ф= ФN n03 n02 n01 n0

n T PN为电动机的 额定功率。 三、电枢反应对机械特性的影响 电枢电流较大时，电枢反应加大，使气隙磁通下降较多 电动机转速升高。机械特性上翘。 防翘办法：在主磁极加稳定绕组 使其磁势与主磁极方向 相同。 四、他励直流电动机机械特性的绘制 公式 计算固有机械特性的步骤：1.计算Ra, 2.计算CeФN 3.求n0=UN/ CeФN 4.计算TN = 9.55CeФNIN 人为机械特性的绘制: 求出n 0,再求出稳定转速 n T PN为电动机的 额定功率。

五、电力拖动系统稳定运行的条件 稳定含意：当电力拖动系统在工作点上稳定运行 时，若突然出现了于拢，使轴上转矩 失去平衡，电动机转速发生变化时， 系统仍能在新的工作点上稳定运行； 于拢消失后，系统又能回到原来的工 作点稳定运行。 电网电压波动时稳定分析： 右图1为负载机械特性；2、 3为电压波动前后的电动机 机械特性。 C A B D n T TL 2 3 1

原在A点运行，转速为nA 在A点 T=TL 无加速转矩 dn/dt =0，系统在A点稳定 运行。 如电源电压突然升高： 瞬间A B，nA=nB Ia=（U- Ea）/Ra T >TL n Ia ( T ) 当上升到C点时T=TL 达到新的平衡,此时n=nc 当于拢消失,系统将由C到D A回到原工作点. 故该系统能稳定运行.A点是稳定的工作点. A B D n T TL 2 3 1 C

可以证明,一个电力拖动系统能稳定运行的 充分必要条件是: 1、电动机的机械特性与负载的机械选择性必须相交，在交点处T=TL，实现了转矩平衡。 2、在交点处（dT/dt）<(dTL/dt) 如右图: 电动机机械特性为上翘特性 在A点处(dT/dt）>(dTL/dt)=0 不符合第二个条件,系统不能 稳定运行.如负载减小转速增 加,T增加最终损坏电机. A TLB TLA

第二节 他励直流电动机的起动和反转 一、他励直流电动机的起动 起动电动机时，应当先给电动机的励磁绕组加入额定励磁电流，以便在气隙中建立额定磁通，然后再接通电枢回路。 电动机一般不允许把电枢直接接到额定电压的 电源上即直接起动。以防电机烧坏和机械损坏。 》IN，故必须把起动电流限 制在允许范围之内。一般最大允许电流为 (1.5—2)IN

ఋ 间接起动的两种方法: 1、降压起动， 2、串电阻起动 （一）降压起动 降压起动方法在起动过程中能量损耗小,起动平稳, 1、降压起动， 2、串电阻起动 （一）降压起动 降压起动方法在起动过程中能量损耗小,起动平稳, 便于实现自动化,但需要一套直流电源,增加了设备投资. 1 U=UN TN 1.2TN 2TN n T 2 3 4 5 6 ఋ Uf If Ia U 调压电源 M

ఋ (二) 电枢回路串电阻起动 串电阻是为了限制起动电流不超过允许值.以Rst或 rst表示. 电枢回路中应串入的起动电阻值为 M UN IfN rst1 rst2 rst3 KM1 KM2 KM3 Ra Rst1 Rst2 Rst3 Rst3 Rst2 Rst1 Ra n T1 T Ia TL T2 a b d f w c e n0 I2 I1

I1=1.5----2IN I2=1.1----1.2IN 起动过程中应分段逐步切除起动电阻.最终全部切 除Rst,电动机运行在自然特性上. (三) 起动电阻的计算 各级起动电阻的计算,应以在起动过程中最大起动电流I1及切换电流I2不变为原则. 常取 令I1/I2 =λ 称为起动电流比.因切换前后瞬间电枢电 阻压降相等,即 I2RST3=I1Rst2 或 Rst3= λRst2 I2Rst2 = I1Rst1 Rst2= λRst1 I2 Rst1 = I1 Ra Rst1= λRa I2=1.1----1.2IN I1=1.5----2IN

Rstm=UN/I1 ,λ=I1/I2 Rstm= λmRa 推广到一般情况,如起动级数为m,则 计算起动电阻时可能有以下两种情况:

应把m凑成整数m/ 要求起动时间短时，取较大的I1；要求起动转矩 平稳、起动冲击小时，需要较多的起动级数，这 时应取较小的λ值。 （3）由Ra、Rstm及λ，按下式计算起动级数： （4）由m/求出新的λ/ (5)计算各段起动电阻 rst1=Rst1-Ra= λ/ Ra-Ra=(λ/-1) Ra rst2=Rst2-Rst1= λ/ Rst1- Rst1= λ/ rst1 应把m凑成整数m/

rSTm= λ/rst(m-1) 推广到一般情况: 2.起动级数m已知 这时可根据电动机最大允许电流确定I1并计算λ 如I2过大或过小,说明级数m确定得不合理,应减 小或增加级数. 最后按第(5)计算各段起动电阻. rSTm= λ/rst(m-1)

ఋ （1）磁场反向 （2）电枢反向 二、他励直流电动机的反转 电动机反向运转电磁转矩T必须反向 。而 T=CTФIa 故方法有二 1.电枢反向接线图 2.机械特性 3.机械特性方程式 （1）磁场反向 （2）电枢反向 -n0 n0 T F R Rc1 Rc2 Rc3 K1 k2 k3 ఋ If Rf + -

有级调速 无级调速 第三节 他励直流电动机的调速 一.电动机调速的基本概念 调速 机械调速:改变传动机构的速比,属有级调速 调速 机械调速:改变传动机构的速比,属有级调速 电气调速:人为地改变电动机的参数 从机械特性上,改变工作点, 电动机的转速就能改变 两种情况:1.负载变但机械特性 不变, 2.负载不变而变电机参数 有级调速 无级调速 A B 1 3 2 n T TL nB nA n0 TL/

调电枢回路外串电阻 调电源电压U 调气隙磁通Ф 几个术语: 基速:电动机的额定转速nN, 上调速:额定转速nN以上的调速, 下调速:基速以下的调速. 无级调速:电机的转速可平滑地加以调节. 有级调速:不能平滑调节,只能给出几种速度. 二.他励直流电动机的调整方法 由机械特性方程式 ※ 调电枢回路外串电阻 调电源电压U 调气隙磁通Ф

(一)电枢串电阻调速 U=UN, Ф= ФN 调Rc 故属基速以下调节.且为有级调速. 3.串电阻越大,稳定转速越低. 4.若为恒转矩负载,则稳定运行时 T=TL 电枢电流Ia=T/CT ФN =常数,即与转速无关. 缺点: 1.不能实现无级调速, 2.能耗大效率低. 3.特性软,转速的稳定性差.

Δn= (二)降低电源电压调速 Rc=0 , Ф= ФN ,调U≤UN 机械特性方程式 特点:1.各条特性互相平行, 2. 在负载相同时转速 有特性相同,即 3.对恒转矩负载Ia=C,与转速无关.铜耗 为 与转速无关且数值很小,故 效 率高. n T U=UN U1 U2 U3 UN>U1>U2>U3 TL A B C D n0 nA nB nc nD Δn=

ФN>Ф2>Ф1 Ф1 Ф2 ФN 4.能实现平滑无级高速 该调速方法是基速以下调速,能提供的最高转 速,特性硬,转速的稳定性好,故是一种性能优越的 调速方法,广泛应用于要求较高的系统中. (三)减弱磁通调速 U=UN, R=Ra , 调Ф< ФN 减弱磁通 Ф时,n0与Ф成反比地 增加; Δn与Ф2成反比地增加. n0增加多, Δn增加少,转速升高. ФN>Ф2>Ф1 A B C TL ФN Ф1 Ф2 T/ n

T=CT ФIa(Ia增加多于Ф的减少)>TL n 到C点稳定.T=TL 但Ia增加了. 升速过程: 设原工作在B点,T=TL,Ф= Ф2 现减小Ф=Ф1 Ea=Ce Ф1nB 特点:1.弱磁调速只能在基速以上的范围内调节. 即.n nN ФN>Ф2>Ф1 A B C TL ФN Ф1 Ф2 T/ n Ia=(U-Ea)/Ra T=CT ФIa(Ia增加多于Ф的减少)>TL n 到C点稳定.T=TL 但Ia增加了.

2.在电流较小的励磁回路内进行调节,方便功耗小. 3.便于实现无调速. 4.由于转速越高,电机换向困难,机械强度也不准许 转速太高.一般升到1.2～1.5nN,特殊电机3～4 nN, 在实际生产中,通常把降压调速和弱磁调整结合 起来使用,以实现双向调速.扩大调速范围. 三、调速的性能指标 用性能指标来比较各种调速方法的优劣. 主要的调速指标: 1.调速范围D nmax,nmin为在额定 负载时的数值.

nmax nmin 2.静差率δ 在某一调节转速下,电动机从理想空载到额定负载时转速的变化率. 静差率小,转速的相 对稳定性好. D和δ由生产加工部门提出具体要求,由于转速越低 δ越大.所以,对δ的要求 也是对最低转速的要求. δ确定了D也同时被确 定下来了. ΔnN nmax nmin D n01

(三)调速系统的平滑性 用调速时相邻两级转速之比来说明,即 K值越接近1,调速的平滑性就越好.k=1时为 无级调速. (四)经济指标 四、电动机调速时允许输出的转矩和功率 表示电动机在调速时所具备的带负载能力.它的前题条件是合理地使用电动机. 合理意指保证电动机长期运行时Ia=IN不变.

Ia=IN不变 (一)恒转矩调速方式 指在某种调速方法中,若保持Ia=IN不变时,电动机允许的转矩也保持T=TN不变,与转速无关. 下, T=Ce ФN IN =TN也不变,与n无关,属恒转矩调速. (二)恒功率调速方式 指在某种调速方法中,若保持Ia=IN不变,则电动 机允许输出的功率也基本保持不变,与转速无关. 在他励直流电动机弱磁调速方法中U=UN,保持 时,T=C2/n,电动机输出功率P=T n/9550 与n无关,属恒功率调速方式. Ia=IN不变

五、电动机的调速方式与负载类型的配合 当电动机的负载为恒转矩负载时，应采用恒转矩 调速方式与其匹配。 当电动机的负载为恒功率负载时，应采用恒功率

第四节 他励直流电动机的制动 一、制动的一般概念 所谓制动，就是使拖动系统从某一稳定转速开始减速到停车，或使其在某一转速下稳定运行。 机械制动：机械抱闸属外加力。 制动 电气制动：使电动机产生与原转动方向 相反的电磁转矩来实现制动。 自由停车：拉断电源靠摩擦使电机慢慢停车。 在制动过程中电动机是吸收来自负载侧的能量， 此时电动机工作在发电机状态。

电动和制动状态的判定： 电动状态 TΩ>0 ,输出功率 制动状态 TΩ<0,吸收功率 制动状态在实际应用中有两种情况: (1)用于拖动系统的减速停车 电动机的制动状态仅出现在降速过程中,是一个过渡过程,常称为制动过程. (2)用于位能负载限速运行 电磁转矩T与靠重力使物体下放的负载转矩相抗恒.当T=TL时重物稳速下放.称之为制动运行. T Ω TL

二、能耗制动 （一）能耗制动过程 K1闭合，K2断开系统处 于正转电动运行 当K1断开， K2闭合时Ia反向，制动开始。 n Ea =0 制动过程结束，n=0，Ia=0，T=0 UN K1 K2 Ia Ea If Uf Rc n T TL Ea If Uf Rc Ia n T TL

P0 能耗制动时的机械方程式 U=0，Ф= ФN 能耗制动过程的功率流程图： 电机从轴上输入功率P2 扣除空载损耗后转为 电功率PM，都消耗在电 阻Ra+Rc上。 A B TL TB n T P2 PM=TΩ=EaIa Ia2（Ra+Rc） P0

制动电流越大制动效果越好,但最大制动电流同时 受换向条件和过载能力限制.由下式决定: Ea为制动开始时电动 机的电枢电动势. 为了加快制动过程工程中常采用分级能耗制动. A B,C D,E F切换 瞬间电动机转速不变. 每次切换后瞬间均应 保证 Ia=Iamax 使平均制动转矩增加,制动时间缩短. Ra+Rc1+Rc2 Ra+Rc2 Ra A B C D F E T TL

(二)能耗制动运行 只能在拖动位能性负载时才可能发生. 最终在C点稳定运行 n=nc<0(反转下放重物) 电动机将位能转化为电 磁能并都消耗在电阻上. TL TL/ T n A B C UN Ia Ea G n T Va V Rc Vc

三、反接制动 （一）电压反接制动 1.接线图 K1为正转开关, K2为反转开关 Rc为限流电阻. 2.机械特性方程式 3.机械特性曲线 K1 K2 Rc UN Uf C T TL n A B n0 -n0 TB -TL D

电压反接制动时,U=UN<0,n>0,Ea>0,电枢电流 由电枢回路电压平衡方程式 能量平衡关系:电网供给的电能UNIa>0,电功率 PM=EaIa=TΩ<0 ,说明电功率输出,电动机轴上功率 P2=T2 Ω<0,说明从轴上输入功率,再扣除空载损耗 P0即为PM. UNIa 和 EaIa两部分能量都消耗在回路电阻上.

P1=UNIa P2=T2 Ω PM=EaIa=TΩ 功率流程图 P0 外串电阻Rc最小值的计算: 约为能耗制动的2倍 电压反接制动当转速降到零时如T>TL则电动机要 反方向启动,故当转速降到零时应拉断电源. PM=EaIa=TΩ P2=T2 Ω P1=UNIa P0

(二)电势反接制动 只有他励直流电动机拖动位能性负载时才会发生. 1.电压平衡方程式 UN- Ea=Ia(Ra+Rc) 在第一 限内为正转电动 停车过程A B C 在第四 限内C点处因TL>T 故电动机开始反转,直 到TL=T在D点稳定运行. 此时Ea以反向与UN共同 产生制动转矩与TL相抗衡. T TL n A B c D -nD nA Ea G n T Va UN K Rc Ia Vd

由于电动势反接制动可以在第四象限稳定运行 所以是制动运行状态.主要用于起重机提升机构低 速下放重物. 电动势反接制动时电动机输入的机械能是由位能负载减少的位能提供. 四、回馈制动 （一）他励直流电动机回馈制动的基本概念 电动状态时： 电动机从电源输入电 功率UIa>0,即,电源输出能量,电动机 吸收能量.并供给机械负载. 能量从电源侧流向电动机

PM=EaIa 回馈制动状态时: Ia改变方向,电磁转矩也由 原拖动转矩变为制动转矩. UIa<0,即,电源从电机吸收 能量并回送电网. 能量从负载侧流向电源侧. 平衡关系: 电机轴上功率P2=T2Ω扣除穿载损耗p0 后即转变为电功率PM=EaIa,其中一小部分消耗在 电枢电阻上,其余大部分 回馈电网 此时电动机已成为与电网并联运行的发电机. U Ea Ia P2 PM=EaIa P1=UIa p0

Ia反向流向电源侧 何时会出现回馈制动? (二)降低电源电压的回馈制动 U U1, Ea>U1(BC段) n 到C点时U1=Ea, Ia=0回馈制动过程结束. CD段又回到电动状态,D点为稳定工作点. A U=UN U=U1 B C D n T Ia反向流向电源侧

反转电动(A B) (三)位能负载下放重物时的回馈制动 被吊在空中的重物,在松开机械闸后反向起 动电动机 Ea G n T TL Vc Ia Rc A B C n T -n0 UN 反转回馈制动(B C) 反转电动(A B)

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 五、他励直流电动机四象限运行的分析方法 电动机的固有机械特性及人为机械特性位于直角 坐标的四个象限之中 在Ⅰ、Ⅲ象限内为电动状态 。 Ⅱ、Ⅳ象限内为制动状态。 A，B，C，D，E 为电动机的工 作点。 新状态： （1）停车 （2）在新 的工作点上稳定运行。 n T Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ A B C D E 正向回馈制动 电压反接制动过程 正向电动运行 反向电动运行 反向回馈制动运行 能耗制动 能耗制动运行 电势反接制动运行

第五节 电力拖动系统的过渡过程 一、电力拖动系统的过渡过程的一般概念 电力拖动系统的过渡过程是指拖动系统从一个 稳定状态到另一个稳定状态中间的过程。 产生原因：系统中存在机械惯性和电磁惯性，即 飞轮力矩和电感、电容储能元件。 研究的问题：求电力拖动系统的动态特性，即 T、n、Ia等随时间变化的规律。 方法：建立系统的微分方程式并求解。

直流他励电动机微分方程组： 为了满足生产机械对过渡过程的不同要求， 需要对电力拖动系统过渡过程的规律进行 分析，以正确地选择及合理使用电力拖动装置，提高生产率、质量，减轻劳动强。

二、他励直流电动机拖动系统过渡过程的数学分析 （一）机械过渡过程的一般表达式 1.转速的变化规律n=f ( t ) 系统运动方程式为 电动机的机械特性方程式 稳态转速ns 机电机时间常数 TM

变为标准型: 它的通解为 C由初始条件确定,当t=0 时,n=ni得 C=ni-ns 代入后得 n的解析式 n0 ns ni Ts=TL Ti

2.电磁转矩的变化规律T=f ( t ) 3.电枢电流的变化规律Ia=f(t) 由T=CTΦIa 得

(二)机械过渡过程解析式的讨论 1.n=f ( t ) T=f ( t ) Ia=f(t)三式具有相同的形式,都有 两个分量,即稳态分量和自由分量(动态分量). 按指数规律变化,起始于初始值,终止于稳态值. T n t tx Ts Tx Ti ns nx ni

2.过渡过程时间的长短取决于TM的大小. 3.初始值、稳态值和机电时间常数是决定机械过渡过程的三个要素。可由机械特性求得，再利用机械过渡过程的解析式计算过渡过程曲线。 4.过渡过程时间的计算: 达到稳态值的时间:理论上为t=∞,实算取 t=4TM

达到某一数值时所需时间: n=nx所需时间 T=Tx或Ia=Ix时所经时间 或 三、起动的过渡过程 （一）起动过渡过程曲线的计算 串电阻起动时（一级）：初始转速ni=0， 初始转矩Ti=Tst；稳定转速ns=na，Ts=TL 机电时间常数

把三要素代入相关式得： （三）逐级切除电阻 时过渡过程的计算 1.n=f(t)曲线的计算 以三级起动为例 第一级: 初始转速 ni1=0,稳定转速为ns1 斜率 故机电时间常数 n T t A TL B Tst n0 t=4TM Ia

解析式 第一级经历的时间为 nx1为切除第一级起动电阻瞬间电动机的 转速. n n ns ns2 ns1 nx2 nx1 T t tst

任意级: 转速解析式 各段时间通式: 2.T=f(t)曲线的计算

四、能耗制动过渡过程 （一）拖动反抗性恒转矩负载 能耗制动机械特性与负载机械特性交于C点 视C点为假想的 稳定工作点。 满足了TL=常数 的条件。 实际能耗制动 的起始点为B点， 到坐标原点0结束。 TB TL n t A B C T t0

起始值 ：ni=nA，Ti=TB<0; 稳态值 : ns=nc， Ts=TL 得过渡过程解析式： 取B0段后（n>0) (T<0) 0C段并未出现,故对应的过渡过程用虚线表示. 过渡过程时间t0的计算: 将t0时n=0代入n=f(t)

nD nC 注意:利用以上公式计算时,nc及TB应代负值. (二)拖动位能性恒转矩负载 与反抗性 负载相同. 所需时间为t0. 初始值为n=0,T=0; 稳态值为n=nD<0, T=TL2,代入一般公式 nD nC D A B n t T B 0 0 D t0 TL1 TL2 TB B 0 TL2 t0 TB C

得到: 注:上式中的时间t是从t=t0算起的.所需时间 为t=4TM. 过渡过程总时间为两段所需时间之和,即 tΣ=t+4TM 五、反接制动过渡过程 （一）拖动反抗性恒转矩负载 1.如只用于停车而不需要反转. 当过渡过程进行到n=0时,应立即断电抱闸.

B E ( C ) 过渡过程为B E ( C )段. 起始点: ni=nA ,Ti=TB C点为虚稳 定点: ns=nC<0,Ts=TC =TL 制动到n=0的时间 n T TL n A B n0 -n0 TB -TL D B E ( C ) t E t0 E D nD nc C (n>0,T<TL,t<t0)

t0+4TM 2.如反接制动用于电动机反转 过渡过程分成两段: 第一段:B E ,计算方法与反接制动停车同. 第二段:E D,D点为稳定运行工作点,起始 值ni=0,Ti=TE<0,稳态值 ns=nD,Ts=TL 机电时间常数TM不变. 式中时间t的起算点为t0 总时间为: 解析式 t0+4TM

(二)拖动位能性恒转矩负载 D点为稳定 运行工作点 分两段组成: 1.从B E 与反抗性负载 反接制动停车 时相同. 2.从E D,初始点为E(ni=0,Ti=TE<0),稳态点 为D(ns=nD<0,Ts=TL2>0) n n B A B E E TL2 t0 TL1 t E D D C

解析式: T的起始点 为t0 六、过渡过程中的能量损耗 （一）过渡过程能量损耗的一般情况 总损耗Δp=p0+pCua ，其中铜损pCua =Ia2Ra Ia在过渡过程中较大，故pCua 占比重大可认 为Δp≈ pCua。

假定： 1.Ф= ФN. 2.U=常数. 3.电枢回路总电阻为Ra1 =Ra+Rc. 4.电动机为理想空载,即TL=T0+Tm=0. 在拖动系统的过渡过程中,电动机电压方程 电枢回路电感小可怱略 故有: 电磁功率EaIa=TΩ; 输入功率UIa= 而T-TL=J dΩ/dt, TL=0,故电磁转矩T=JdΩ/dt

于是有: 设过渡过程从t1时刻到t2时刻,相应Ω由Ω1到 Ω2,则该段的能量损耗为: 表明:过渡过程中的能量损耗仅取决于J、Ω0 及开始和终了时的Ω1、 Ω2，与过渡过程 的时间无关。

（二）理想空载起动过程中的能量损耗 特性1：初始Ω1=0， 终止Ω2= Ω0 能耗 说明： 输入到电枢回路的能量J Ω02有一半 消耗掉了，另一半转变为系统的动 能贮存起来。 （三）理想空载能耗制动过程的能量损耗 Ω Ω0 1 2 3 T -Ω0

特性2： 电机与电网没有能量转换关系 A=0 初始Ω1= Ω0，终止Ω2=0,能耗 ΔA= （四）理想空载反接制动过程中的能量损耗 特性3： 初始Ω1= Ω0<0,终止Ω2=0,因此 A=J Ω02 AK= 能耗ΔA= 说明:电源输入的能量A和系统释放的能量AK 全部消耗掉了.

(五)理想空载反转过程中的能量损耗 Ω0<0; Ω1= Ω0; Ω2= -Ω0 能耗ΔA=4 J Ω02 其中3份为制动时损耗,另1份为反转起动损 耗. (六)减少过渡过程中能量损耗的方法 1.减小J (1)选电枢细而长的电动机; (2)采用双电机拖动.相当于电枢细 而长. 2.降低Ω0 Ω0 正比于U,故可降低电源电压 分级起动,可大减小能耗. 1 2

第四章 变压器 电机原理及拖动 第一节 变压器的用途、工作原理及结构 一、变压器的用途 第一节 变压器的用途、工作原理及结构 一、变压器的用途 变压器是一种静止电器，主要用于将一种电压等级的交流电能变换为同频率的另一种电压等级的交流电能。 电力变压器 变压器 特殊变压器 仪用互感器 二、变压器的简单工作原理 降压变压器 升压变压器 电炉变压器 整流变压器 电焊变压器 电压互感器 电流互感器 电机原理及拖动

U2 ～ 交流电源 一次绕组 铁心 二次绕组 负载 U1 I1 N1 N2 I2 Φ 原理示意图 1.接电源的线圈 为一次绕组 2.接负载的线圈 为二次绕组 3.一次和二次各量U、I、N等用下标加以区分

简单原理： 电源电压U 磁势F 磁通Φ 感应电势 e1、e2 令 为匝数比又称电压比 当二次侧空载时：U1≈E1,E2=U20.有U1/U20 ≈ E1/ E2 =k 改变变压器的变比(匝数N)就可以改变二次输出电压从而满足各种不同用户的要求. 三、变压器的分类

按铁心结构分：心式和壳式。 按绕组数目分：双绕组、三绕组、多绕组及自耦 按相数分：单相和三相。 按冷却方式分：空气冷却的干式和油冷却的油浸 式变压器。 四、变压器的基本结构 由铁心、绕组、油箱、绝缘套管及附件组成。 1.铁心 铁心是变压器的磁路,由铁心柱和铁轭两部分 组成.铁心柱上安放绕组,铁轭使磁路闭合. 由两面涂有绝缘漆的硅钢片叠成.有心式和壳 式两种结构.

2.绕组 绕组是变压器的电路,它由绝缘扁导线或圆导线 绕成,多为铜或铝线.高低压绕组均绕在同一铁心 柱上,低压绕组在里侧靠铁心,以利绝缘. 3.油箱及变压器油 油箱内放铁心.其余空间用变压器油充满.其作用,一是绝缘、二是散热。 （四）绝缘套管及其它附件 绕组引出线穿过油箱盖时，需用瓷绝缘套管将其与油箱绝缘。 附件：测量装置、气体继电器、分接开关等。

五、变压器的额定值 铭牌上标有： 1.额定容量SN 为变压器的额定视在功率,KV.A 三相变压器指三相总容量,一次和二 次绕组的额定容量设计相等. 2.额定电压U1N和U2N U1N 是电源加到一次绕组上的额定电压. U2N是一次加额定电压,二次空载时,二次绕组的空 载电压.V或KV.三相变压器指线电压. 3.额定电流I1N和I2N 根据SN和U1N和U2N算出的额定线电流,A

电流计算: 单相变压器 三相变压器 (4)额定频率 我国规定标准工业用电频率为50HZ. 此外铭牌上还有相数、联结组别、短路电 压、运行方式、冷却方式及温升等。

第二节 变压器的空载运行 空载运行：一次接额定电压和额定频率电网，二 次绕组开路。即不带负载，I2=0。 一、空载运行时的电磁状况 Φ是主磁通、 Φσ1是漏磁通 电磁关系 Φσ1 eσ1 u1 i0 N1i0 Φ e1 e2 Φ i0 u1 e1 eσ1 e2 u20 i2=0 σ1 i0 r1

i0的正方向与其产生的磁通Φ和Φσ1 的正方向符合 右手螺旋定则;e和Φ正方向也符合右手螺旋定则. 二、变压器中各量正方向的规定 变压器的一次绕组相当于用电器,按用电惯例规 定各量的正方向. 即 i0的正方向与产生它的电源电压u1正方向相同 e1与i0同方向.按上述正方向的规定: 一次绕组的电压方程式: i0的正方向与其产生的磁通Φ和Φσ1 的正方向符合 右手螺旋定则;e和Φ正方向也符合右手螺旋定则.

二次绕组各量正方向的规定按发电惯例. 即 e2与Φ符合右手螺旋定则; i2正方向与e2正方向一致; 输出电压U2的正方向与i2相同. 空载时: i2=0, u2=u20=e2 三、磁通、电动势与空载电流 （一）磁通Φ 空载时 eσ1和i0r1在数值上比e1小得多，故有： u1≈-e1 反向 而电压为正弦波，所以反电势也为正弦波，又 所以磁通按正弦规律变化。

一般以磁通为参考相量,故写成: (二)电动势e1和e2 有效值: 同理: e2

的相量形式: 可得 e 空载时 u1≈-e1 所以E1 ≈U1, u20=e2 E2=U20 有 变压器一次和二次绕组的电压比可认为是二者的匝数比k 的相量形式: 可得

i0 iμ i0 ih (三)空载电流i0 I0的主要作用是在磁路中产生磁动势建立磁通. 故又称励磁电流. i0的波形: Φ t Φ i0 ih

等效成相应的正弦波,则有: I0引前于Φ一个小角度称为磁滞角α. 四、电动势平衡方程式、等效电路及相量图 由一次电压瞬时值方程式 写出相量形式 引入一个漏电感系数Lσ1 则E σ1用漏抗压降的形式 表示为 可得

r1 x1 r1 x1 xm rm (空载时一次侧等效电路) 式中，Z1=r1+jx1 是一次侧的漏阻抗。 把 也用电路参数表示: 把 也用电路参数表示: Zm=rm+jxm 励磁阻抗 铁心损耗pFe=I02rm 有功损耗 一次绕组电压平衡方程的相量形式变为: 空载时 r1 x1 r1 x1 xm rm (空载时一次侧等效电路)

α 变压器空载时的相量图: 以磁通为参考相量 即 方程式、等效电路和 相量图都是分析变压 器和交流电机电磁关 系的重要工具，三者 是完全一到的。 α

第三节 变压器的负载运行 一、负载运行时的电磁状况 Φ σ2 i1 u1 e1 eσ1 e2 i2 σ1 u2 ZL eσ2

二、基本方程式 （一）磁动势平衡方程式 因带负载时一次阻抗Z1=r1+jx1很小，故 仍可认为 所以带负载时和空载时主磁通 从而认为： 变换后得: 二次增加多少磁势,一次相应就减少多少磁势,从而保持总磁势为空载时的磁势不变.

(二)电动势平衡方程式 三、折算 目的：把变压器一次和二次用一个等效电路表示。 折算的原则：保证二次侧磁动势关系不变、功率 关系不变。 方法：用一台变比为1的变压器，这样一次和二次 的 就可以把一次和二次联在一起了。

二次侧各量折算值的求法 （一）二次侧电流的折算 因变比k=1，二次侧等效匝数为N2/=N1，依折算前 后磁势不变原则有 （二）二次侧电动势、电压的折算 因折算后 所以有 同理：

一次侧折算到二次侧的规律，只要把电压比换为 比 即可。 （三）二次侧电阻、电抗及阻抗的折算 依据折算前后在次侧铜耗和无功功率不变： 即 注: 得 一次侧折算到二次侧的规律，只要把电压比换为 比 即可。 N2 N1

四、等效电路及相量图 （一）等效电路 折算后的基本方程式形式： 解得： 等效电路图 ண r1 r2/ x1 x2/ xm rm T 型

（二）相量图 绘制步骤： 1.画出参考相量. 2.画出 3.由 和 画出 和 4.由 画出

r1 x1 r2/ xk rk ண ண rm xm Г形 5.由 画出I1 6.由 画出U1 五、Г形等值电路与简化等值电路 （一） Г形等值电路 ‘T’型电路较复杂，不便计算。工程实际中，在精度要求不高的情况下可把电路进一步简化。 ண r1 r2/ x1 xm rm X2/ xk ண rk Г形

短路电阻 短路参数 短路电抗 短路阻抗 φ xk ண rk 感性负载 图中 短路参数可由短路实验求得，十分重要。 （二）简化等效电路 对Г形等值电路作进一步简化，完全略去励磁支 路，认为I0=0 短路电阻 短路参数 短路电抗 短路阻抗 φ xk ண rk 感性负载

第四节变压器参数的试验测定 测定参数目的：对变压器运行性能进行具 体的分析与计算。 需测参数:r1、r2/、x1、x2/、rm、xm。 以上各参数厂家铭牌和产品目录中均不给出，所 以，参数测定在工程实践中具有重要的实际意义。 一、空载试验 测变比，铁心损耗p0，励磁参数rm、xm、Zm 方法及注意事项： 1、 从安全角度考虑，一般在低压侧进行。即在低压侧加电源并测量U2 、I0、p0，高压侧短路。

空载时xm>>x1 rm>>r1 从而Z0≈Zm 2、所得参数为低压侧的参数，如果需要画折算到 高压侧的等效电路，还要按折算规律折算到高 压侧。 3、空载实验应在额定电压下进行，所得参数更反 映真实情况。 4、对于三相变压器，必须将测得数据换算成每相 值，即相电压、相电流和每相功率。 计算公式 空载时xm>>x1 rm>>r1 从而Z0≈Zm

二、短路试验 用于测量变压器的铜损耗，并据测得数据计算 变压器的短路参数Zk、rk、xk。 方法及注意事项： 1、短路试验常在高压进行。即将低压侧短路， 在高压侧加电压并测量电压、电流和功率。 2、用调压器由零开始上调直到电流达到额定时止。测量并记录Uk、Ik和pk。 3、此时I0很小，故铁损耗小可忽略。测得的功耗 为绕组上的铜耗。

计算公式 式中各量为每相的数值 绕组换算到750时的阻值 Θ为实验时的室温. 阻抗换算后变为 短路试验可以在高压侧 进行也可以在低压侧进 行高压侧和低压侧的参 数值符合折算规律.

额定短路电压 UkN=I1NZk刚好等于变压器额定工 作时的阻抗压降,是变压器的一个重要数据,标在 变压器的铭牌上,用标么值表示. 标么值=实际值/基值. 一般选额定值为基值. 符号:在右上角加“*”号,如U1* 当选U1N为电压基值、ZN= U1N/ I1N为阻抗基值时， 即额定短路电压的标么值与短路阻抗的标么值相 等。在变压器铭牌上标 和 是一致的。

第五节变压器的运行特性 运行特性是指外特性U2=f (I2)及效率η= f (I2) 一、外特性与电压调整率 外特性不仅与漏阻抗和负载电流有关，而且与负 载的性质有关。 外特性是在一次电压和负载性质不变时，输出电 压随负载变化的关系曲线。即U1=C，cosφ2=C。 纯电阻性负载特性较平直；电感性负载电压下 降较纯电阻时大；电容性负载特性上翘。

电压调整率：U1=C， cosφ2=C 时，二次侧空载 电压与负载电压之差对空载电压的 比值，常用百分数表示，也可用标 么值表示。 百分数表示 折算到一次侧 电压调整率与短路阻抗、负载电流及负载性质有 关。计算公式如下：

设ΔU为电压调整率 如带额定负载时I1=I1N，有 用标么值表示则有 如电流不为额定值，并定义I1/I1N=β为负载系数，则

电压调整率除与负载及短路参数有关以外，还 与负载性质有关。 常用电力变压器β=1，cosφ2=0.8时, 二、变压器的效率与效率特性 变压器输出有功功率与输入有功功率之比称为 变压器的效率，用符号η表示，有 将输出功率用损耗表示

式中铁损耗pFe≈p0，铜损耗 额定负载时有 任意负载下有 又如不计负载电流引起的二次侧端电压的变化， 代入原式中得 对三相变压器，p0、pkN和SN均为三相之值。

βm β η ηm ηm 变压器的效率特性曲线 最大时的条件为： 可变损耗等于不变损耗 即 或 时pkN为p0的3---4倍. 由于变压器并不经常满载运行,铜损耗随昼夜和季 节的变化而变化,铁损耗只要投入运行就基本保持 不变,因此把铁损耗设计小些是合理的. βm β η ηm ηm

第六节 三相变压器 注:前述的单相变压器的基本方程式、等效电路、相量图以及各项性能的分析完全适用于三相变压器。由于负载对称，故取一相按单相分析。 一、三相变压器的磁路系统 两类：各相磁路互不相关，如组式变压器； 各相磁路相互关联，如心式变压器。 1.三相组式变压器 由三个独立的单相变压器组成,磁路各相彼此无 关,自成回路. 优点:制造运输方便,备用变压器容量小. 缺点:占地面积大、所用硅钢片多、成本高。

Φv Φu Φw U1 V1 W1 U2 V2 W2 u1 v1 w1 Φu Φv Φw 磁路系统图 2.三相心式变压器 磁路结构特点: 三相磁路相互关联,每 相磁通都要经过另两相 磁路闭合. Φv Φu Φw U1 V1 W1 U2 V2 W2 u1 v1 w1 Φu Φv Φw

二、三相变压器的电路----绕组联结图 联结组：用来表示变压器一次和二次侧对应电动 势的相位关系。 （一）三相绕组的联结法 主要有三种类型：星形联结、三角形联结和曲折 形联结。 符号表示：高压绕组用大写Y、D和Z表示，低压 绕组分别用小写y、d和z表示。 高压绕组的首端分别用大写字母U1、V1、W1 表示，尾端以U2、V2、W2表示。 低压绕组的首端用小写字母u1、v1、w1表示， 尾端以u2、v2、w2表示

u1、v1、w1 u1、v1、w1 u2、v2、w2 u2、v2、w2 星形‘Y” 三角形‘ Δ’ 曲折‘Z’ 绕组联结的三种类型示意图 曲折‘Z’ u1、v1、w1 u2、v2、w2 星形‘Y” u1、v1、w1 u2、v2、w2 三角形‘ Δ’ 有中性线 引出‘YN’ 无中性线引出‘Y’ 顺序:u1u2---v1v2---w1w2 u1u2---w1w2---v1v2

(二)单相变压器联结组 由于一次绕组和二次绕组套在同一铁心柱上,交 链一个主磁通,所以一次和二次绕组电动势的相位 关系只有两种:1.同相, 2.反相,即相位差1800. 决定因素: 1. 绕组绕制方向, 2.首尾端标号的标法. 四种具体情况: (1)绕向相同,标号也相同 (2)绕向相同,标号位置不同 (3)绕向不同,标号位置相同 (4)绕向不同,标号位置也不同

U1 u1 u2 U2 图2 反相位 U1 U2 u1 u2 U1 u1 u2 U2 图3反相位 U1 U2 u1 u2 图4同相位 图1 同相位 U1 u1 u2 U2 图2 反相位 U1 U2 u1 u2 U1 u1 u2 U2 图3反相位 U1 U2 u1 u2 图4同相位

结论: 单相变压器一次和二次绕组的电动势的相位是 同相还是相反,决定于两绕组的首端(或尾端)是 否是同名端,如是同名端则电动势相位相同,如不 是同名端,电动势相位相反,差180. 变压器的联结组: 用时钟表示法来表示一次绕组和二次绕组对应 的相位关系.使一次绕组电动势相量指向时钟表面 的“12”,这时对应的二次绕组电动势相量指向时钟 的几,就是第几组. 注:单相变压器是相电势之相位关系,三相变压器是线电压之相位关系.

(三)三相变压器联结组 几点说明: 1.同一相一次绕组和二次绕组电动势的相位关系, 用是否为同名端来判断.符号---在首(尾)端处打“.” 2.三相变压器的一次绕组和二次绕组的联结方式用 Y, y、Y，d、D，y、D，d、Z….等标号表示. 其中大写字母表示一次绕组的联结法,小写字母表 示二次绕组的联结法. 3.一次侧的线电动势相量指向时钟的12(视为分针) 相应二次侧的线电动势相量指向时钟的几点(视为 时针)就称为第几联结组.

. . . . . Y,y6 U1 V1 W1 U2 V2 W2 U1 V1 W1 U2 V2 W2 Y,y0 u1 v1 w1 w2 v2 具体情况如下: 1.Y,y联结 U2 V2 W2 U1 V1 W1 Y,y6 U1 V1 W1 U2 V2 W2 . U1 V1 W1 U2 V2 W2 . U2 V2 W2 U1 V1 W1 Y,y0 u1 v1 w1 w2 v2 u2 . u1 v1 w1 w2 v2 u2 . u2 w2 v2 V1 u1 w1 . w2 v2 V1 u1 w1 u2

. . U2 V2 W2 U1 V1 W1 比 超前1200 1200 w1 u1 v1 v2 u2 w2 和 同相位 比 滞后1200 Y,y4和Y,y8联结组: Y,y4联结组:将Y,y0联结组二次侧标号改成:w1,u1,v1 Y,y8联结组: 将Y,y0联结组二次侧标 号改成v1,w1,u1 这时 U2 V2 W2 . U1 V1 W1 比 超前1200 1200 w1 u1 v1 . v2 u2 w2 和 同相位 比 滞后1200

EU1V1(12点) Eu1v1 (10点) EU1V1 Eu1v1 (2点) 注意:在推移的过程中,二次侧的相序不能改变必 须与一次侧相序保持一致. Y,y10 和Y,y2联结: Y,y10联结: 将Y,y6二次推移为w1,u1,v1则Eu1v1 相位引前于EU1V1600 Y,y2联结: 将Y,y6二次推移为 V1,w1,u1则Eu1v1相位 滞后于EU1V1600 , 时针指向2点钟. 600 (10点) EU1V1(12点) Eu1v1 (2点) 600 EU1V1 Eu1v1

. . (2) Y,d1联结组 U2 V2 W2 U1 V1 W1 u1 v1 w1 w2 v2 u2 2.Y,d联结 一次不变, 二次三角形的联 结顺序为 u1u2---v1v2--w1w2 (2) Y,d1联结组 U2 V2 W2 . U1 V1 W1 u1 v1 w1 w2 v2 u2 . V1

12点 E（一次） 3点 E（二次） 7点 (3)Y,d3联结组 把Y,d11二次u、v、w推移为w、u、v。即二次 线电势顺时针旋转1200（由原11点转到现在3点） （4）Y，d7联结组 把Y,d3二次w、u、v推移为v、w、u。则相量由原3点转到现在的7点。 E（一次） E（二次） 12点 3点 7点

12点 E（一次） 9点 1500 顺转1200 E（二次）5点 （5）Y，d5联结组 把Y，d11二次同名端改标法，其它不变则二 次相量顺时针转1800即由原11点转到5点。 （6）Y，d9联结组 把Y，d5联结组二次推移为w、u、v即可。 12点 E（一次） E（二次）5点 1500 9点 顺转1200

I0为正弦波 三、三相变压器绕组联结方式和磁路系统对电动 势波形的影响 在三相变压器中，励磁电流I0和波形为尖顶波还 是正弦波，取决于三相绕组的联结方式。 I0为尖顶波 E（Φ）为正弦波； I0为正弦波 E （Φ）为平顶波（含有 三次谐波）或为正弦波。 一次绕组为YN或D联结时 I0为尖顶波； 一次绕组为Y,y时 三相变压器组(各相磁路独立) Φ= Φ1+ Φ3 使e的峰值过大 不利绝缘 I0为正弦波

Φ为平顶波,其中Φ3 e23 i23 Φ23. Φ23与Φ3 相位差1800.即电动势接近正弦波. 如为三相心式变压器Y,y I0为正弦波 e=e1+e3≈ e1.即电 动势波形接近正弦波 各相Φ3同相位走磁阻大 的漏磁路故值很小 一次绕组为Y,d联结 Φ为平顶波,其中Φ3 e23 i23 Φ23. Φ23与Φ3 相位差1800.即电动势接近正弦波. I0为正弦波 结论: 1. Y,y联结中存在的问题 (1) e中含有较大的三次谐波的成份,即为平顶波,且对绝缘不利(组式和壳式);(2)e中只有很小的三次谐波成份,但铁损加大效率降低.

2.三相变压器只要有一侧联结成三角形,就不存在Y,y联结中所出现的问题.即三次谐波分量带来的问题. 四、Y，yn联结 与Y，y联结基本一样，在三铁心柱变压器中可 以采用，在三相变压器组中不宜采用。

I1N U1 N1-N2 I2N u1 U1N N2 U2N I12 U2 u2 第七节 特殊变压器 一、自耦变压器 是一种单绕组变压器。 第七节 特殊变压器 一、自耦变压器 是一种单绕组变压器。 特点:二次绕组是一次绕组 的一部分,u1u2部分为 公共部分. 数量关系: 变比 U1N U1 U2 I1N I12 I2N U2N N2 N1-N2 u1 u2

传导容量 电磁容量 I12=I2N-I1N 额定容量: 自耦变压器的优点: 节省原材料、体积小、重量轻、安装运输方便、价格低、损耗小、效率高。 缺点： 一次和二次绕组有电的联系，故低压方用电设备的绝缘强度及过电压保护均需按高压方考虑。 传导容量 电磁容量

I1=(N2/N1)I2 二、电流互感器 是用于测量的变压器。把电网大电流变换为适于测量的量级，一般为5A。 特点： 1. 一次匝数少，二次匝数多属升压变压器。 2. 二次直接接电流表(内阻很小)相当于短路. 3.普通变压器属恒电压器件,而电流互感器属恒电流器件(一次侧串联在被测电路中),即一次电流为常数不受二次电流的影响. 测量原理: 由 知如I0很小 则 I1=(N2/N1)I2

I1 Φ I2 A I0越小计算出的I2误差也越小.具体办法是减少铁 心磁通密度. 使用注意事项: 1.为了安全,二次侧应牢固地接地. 2.二次侧不允许开路.在换接 电流表时要先按下短路开关, 以防二次绕组开路. 3.二次绕组回路接入的阻抗 不能超过允许值,否则会使 电流互感器的精度下降. A I1 I2 Φ

i1 i2 id ud u2 u1 RL 计算容量 三、整流变压器 作为整流装置的电源变压器，用来把电网电压 转换成整流装置所需的电压。 （一）单相半波整流电路中的变压器 1.输出的直流平均电压 2.一、二次电流有效值 3.一,二次侧容量 i1 i2 id ud u2 u1 RL 计算容量

(二)单相桥式整流电路中的变压器 利用系数均为0.815 i2 id ud u2 u1 u2 ud id i2 ωt

利用系数: 直流输出功率对各容量之比. 一次侧为0.372,二次侧为0.286,平均利用系数0.324

第五章 三相异步电动机原理 第一节 异步电动机的用途、结构及其本工作原理 一、异步电动机的用途 发电机（主要用途） 交流电机 同步电机 电动机（变频调速） 异步电机 电动机（有多种调速方法） 同步和异步： 看转子转速与旋转磁场转速是否相同，相同为同步机，相异为异步机。

异步电动机应用最为广泛： 显著优点：结构简单、价格低廉、运行可靠、坚 固耐用并有较好的工作特性。 主要缺点：功率因数稍差。 二、三相异步电动机的结构 由定子和转子组成，定转间有气隙（小好）。 按转子结构不同分笼型和绕线转子两种。定子同。 （一）定子 由定子铁心、定子绕组和机座三个主要部分组成。 铁心内圆周槽安放定子三相对称绕组。

(二)转子 异步电动机转子由转子铁心、转子绕组的转轴组 成。转子铁心的外圆周上槽内安放转子绕组。 绕线型：常接成Y形，可串入电阻 启动和调整速时用。 转子绕组 笼 型：由槽内导条和端环构成三相 对称闭合绕组。 三、异步电动机的基本工作原理 定子加三相对称电压后，定子三相对称绕组流过 三相对称电流，在气隙圆周上产生一个旋转磁场。

同步转速：旋转磁场的转速称为同步转速n1。 基本原理：旋转磁场切割转子绕组并在绕组回路 中产生电流，电流在磁场中受力是使转 子沿旋转磁场方向旋转。 稳定运行：当电磁转矩与负载转矩相等时，电动机 稳定在某一转速下运行。 异步：在正常电动运行下，转子的转速n2一定小于 同步转速n1，即存在转速差，故称异步。 正是有转速差Δn才会产生转子的电磁转矩 电机才能转起来。

转差率S： S是异步电动机的一个 重要参数,Se=0.02--- 0.05之间. 1 >s>0 电动状态;s<0,n>n1 再生发电制动; s>1,n<0 反接制动. 四、异步电动机的铭牌数据 （1）额定功率PN：指电动机额定运行时轴端输 出的机械功率，单位一般为KW。 （2）额定电压UN：电机额定运行时定子所加的 线电压。V或KV

（3）额定电流IN：定子加额定电压，轴端输出额 定功率时的定子线电流，单位A。 （4）额定频率f1：我国工频为50HZ。 （5）额定转速nN：额定运行时转子的转速，单 位为r/min。 五、国产异步电动机的主要系列 （1）JO2系列 老式一般用途小型笼型异步电动机，封闭自扇冷式。 （2）Y系列 取代JO系列的新系列小型通用笼型异步电动机。 （3）YR系列 新系列绕线转子异步电动机。

第二节 交流电机的绕组和它的感应电动势 三相异步电动机和同步电机它们的三相对称绕组 产生的感应电动势是完全一样的。 一、导体电动势 以二极同步发电机为例 （一）导体电动势的频率 二极时，转子转一圈导体 电动势变化一个周期。 如极对数为P，转子转速为n1 导体电势频率 U1 N n1 S

（二）导体电动势的波形 导体电动势为 故波形决定于磁密B 气隙磁密沿空间分布的波形 B的波形不是标准的正弦波. 电动势波形与磁密相一致. 注: B是空间位置或空间电 角度α的函数,而导体电动势 eU1是ωt的函数. 空间电角度是空间几何角度 的P(磁极对数)倍. （二）导体电动势的波形 导体电动势为 故波形决定于磁密B 气隙磁密沿空间分布的波形 B的波形不是标准的正弦波. 电动势波形与磁密相一致. 注: B是空间位置或空间电 角度α的函数,而导体电动势 eU1是ωt的函数. B α N S eU1 ωt

电角度和电动势变化的时间是一致的. 结论:绕组中含有高次谐波. 消除办法:采用矩绕组和分布的形式. (三)导体基波电动势的有效值 瞬时值表达式 有效值为

. . . . . 二、匝电动势及元件电动势 线匝：把N极下的导体和S极下的导体连成一个单 匝线圈。 节距y：两个导体之间的距离，用槽数或弧长表 示。 整距线匝：y=τ（极距），y< τ称短距线匝. (一)整距线匝的电动势 N . U1 EU1 . EU2 . EU1 . EU1U2 S EU2 . U2 U1 U2

. EU1U2γ EU1 EU1γ EU1U2 EU2γ EU2 匝电动势的有效值是导体电动势有效值的2倍. EU1U2=2EU1=4.44fΦm 而一个绕组元件由Ny个线匝串联组成,则一个整距 元件的电动势为: Eτ=4.44 Ny fΦm (二)短距线匝、短距元件的电动势 U1处于N极中心下时，另一边U2不是正好在S极 下中心线下，而是离开一个小的角度。 EU1U2γ N . U1 EU1 EU1γ EU1U2 β β EU2γ S γβ EU2 U2

节距y用空间电角度β表示有: 短节距线匝电动势 式中2EU1为整距时的匝电动势,ky=sin(y/τ)×900称 为短距系数. 如元件匝数为Ny,则它的基波电动势有效值为 γ次谐波磁场在线匝中产生的感应电动势为

⊕ 因kyγ可能很小,甚至为零(如β=120,γ=3),故EU1U2γ=0 三、元件组电动势 把相邻的几个元件串联成元件组，元件组中元 件的电动势有效值相同，但相位不同。 ⊙ ⊕ S 1 2 3 1/ 2/ 3/ n 1 2 3 1/ 2/ 3/ α Ey1 Ey2 Ey3 ΣE N N α Ey1 Ey2 Ey3 槽距角α=2pπ/Z

设元件组由q个元件串联而成，则 Kp绕组的分布系数. 元件组电动势有效值为 Kw为绕组系数. 绕组的分布也有消减谐波的作用. γ次谐波对应的分布系数和电 动势

三、三相单层对称绕组 单层:每个槽内只放一个元件边. 三相对称绕组:把电机绕组均分成三部分,在三相绕 组中感应电动势幅值相等、相位互 差120度。 举例说明：假定有一台电机，定子槽数Z=24，极 数为2P=4，问题是元件怎样组成，又怎 样把它们联成三相对称绕组。 电机模型图和电动势星形图： 先求槽距角α

电机模型图： 槽电势星形图： 131 142 153 4 16 5 17 6 18 7 19 8 20 21 9 22 10 23 11 24 12 α 1 3 5 6 8 9 10 12 13 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2 4 N n1 S S 7 N 11 14

互差1800电角度的槽内放一个元件。如1---7、2---8 要把相邻的元件（此题为2个元件）1---7、2---8串 联起来成一个元件组；另一磁极13---19、14---20串 联成为另一元件组，该两组中电动势幅值相等，相 位也相同，故可将这两元件组串联或并联起来构成 一相绕组。 连接顺序：（串联：元件组间尾首相接） U1 （1---7）（2---8）（13---19）（14---20） U2 V1 （5---11）（6---12）（17---23）（18---24） V2 W1 （9---15）（10---16）（21---3）（22---4） W2 规律：槽1，5，9相差120度电角度，其引出端分别为三相对称绕组的首端。20 ，24，4为尾端。

U相绕组展开图 U1 U2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 串联 并联

绕组的相电势Ep Ep=p4.44fqNykwΦm 上式p为极对数,q为元件组中的元件数.并联时取p=1. 五、三相双层对称绕组 双层绕组每个槽分为上下两层，每层放一个元件边 ，中间加有层间绝缘。元件数等于总槽数。 实例分析： 一交流电机，定子槽数Z=24，极对数p=2，试安排三相对称双层绕组，并使并联支路数a=1、节距y=5。 用电势星形图。先算出槽距角α=2pπ/Z=4 π/24=300 由y=5知第一元件两个元件边分别放在1和6槽中，第 二元件放在2和7槽中，按此规律放下去，共放24个。

α 24个元件的电动势相量构成一个大小相等、相位 互差30度的元件电动势星形图。 131 142 153 4 16 5 17 6 18 7 4 16 5 17 6 18 7 19 8 20 21 9 22 10 23 11 24 12 α

方法一： 每个元件组由相邻的两个元件组成，共组成12 个元件组，每相四个元件组，连接顺序表： U1（1、2）（7、8）（13、14）（19、20） U2 V1 （5、6）（11、12）（17、18）（23、24） V2 W1 （9、10）（15、16）（21、22）（3、4） W2 下划线所示元件组表示元件组需反向串联。

双层绕组U相展开图 600相带. 24 1 2 7 8 12 14 19 U1 U2

方法二: 把相邻四个元件连成一个元件组,24个元件分成六 个元件组,每相两个元件组.如并联去路数a=1,连接 顺序表为: U1 (1、2、3、4) (13、14、15、16) U2 V1 （5、6、7、8）（17、18、19、20） V2 W1 （9、10、11、12）（21、22、23、24） W2 两种方法中方法一对应的基波电动势的分布系数 大于方法二，即在有效消减高次谐波的同时，方法 一中基波被消减的少。 一般取y：τ =0.8---0.9, 绕组的分布避免120相带.

⊕ 第三节 交流电机绕组的磁动势 一、单相绕组的脉振磁动势 三相对称电流产生的旋转磁动势是由三个单相绕组磁动势合成的. 第三节 交流电机绕组的磁动势 一、单相绕组的脉振磁动势 三相对称电流产生的旋转磁动势是由三个单相绕组磁动势合成的. (一)全距集中绕组的磁动势 单相绕组流过交流电流时,产生的是一个脉振磁 动势,它既是空间位置的函数,又是时间的函数. f（ α） O （1/2）Ni U1 ⊕ ⊙ O U2 U1 U1 U2 X、α 展开方向 ⊙

α-为气隙上某点到坐标原点的空间电角度， X为该点到原点的距离按弧长计算。 矩形波表达式 （二）单相绕组的基波脉振磁动势 考虑时间变化时，并令电流是时间的余弦函数， 即 则有时空函数

⊕ ⊕ 实际中有短矩和分布原因，磁势中基本无高次谐波 分量。消减程度由绕组系数决定。则时空函数变为： 当时间为某一瞬时时磁动势在空间分布为正弦波， 当考虑时间变化时各点的幅值是脉振的。 一对磁极下一相绕组的匝数 f（ α） f（ α） U2 U2 ⊕ X、α ⊙ ⊙ ⊕ ⊙ ⊙ X、α U1 U1 U1 U1 ωt= 6o ωt= o

脉振频率为绕组中电流的频率。 （四）脉振磁动势的分解 一个脉振磁势可分解成为两个幅值相等、转速相 同、转向相反的旋转磁动势。幅值为脉振磁势最 大幅值的一半。 行波向右旋转 行波向左旋转

二、三相绕组的旋转磁动势 设三相对称电流为 空间坐标原点选在U1U2绕组的轴线上，则 三相对称绕组产生的三基波脉振磁动势为

⊕ ⊕ 合成磁动势为： 合成磁动势是沿α轴正方向向前旋转的旋转磁动势 。其幅值是单相脉振磁动势幅值的1.5倍. 三、磁动势的空间矢量表示法 Fm f（ α） α Fm U2 ⊕ ⊕ ⊙ ⊙ ⊙ α U2 f（ α） U1 U1 U1 f（ α）=FmCOSα

再考虑到时间变化，Fm是一个空间正弦量用Fm表 示。随时间变化为Fmcosωt 空间旋转矢量： 用空间矢量乘以算子ejωt可表示一空间正弦波的 旋转。 空间脉振磁动势表示为： Fmcosωt=0.5Fm ejωt+0.5Fm e-jωt 合成磁动势:

第四节 转子不转时的异步电动机 一、转子开路时的异步电动机 （一）电磁状况 由于三相对称，所以只讨论一相即可。 转子绕组的相电势 第四节 转子不转时的异步电动机 一、转子开路时的异步电动机 （一）电磁状况 由于三相对称，所以只讨论一相即可。 转子绕组的相电势 注：转子不转f1=f2=f1 异步电动机的电动势比 折算时用到

定子漏电动势： 定子电阻压降： 转子开路时：转子无电流 转子开路时电磁关系 转子开路电压

φ （二）F与 F为空间旋转矢量， 为绕组所链磁动势时间相量 二者的关系： 是F在相绕组轴线上的投影。 物理意义：绕组上产生的感应电动势是由链磁动 势产生的。这时 与E1、E2的大小和 相位关系符合e=- N（dφ/dt）公式。 为与链磁动势 对应的链磁通。 φ F// F/ U2 U1

（三）等效电路、方程式与相量图 1.等效电路 2.相量图 与变压器空载时相同. 3.方程式 I0 I0

注:在分析异步电动机时仍可认为 即,在外加电压和频率不变时,异步电动机可按磁通恒 定的恒电压系统来进行分析. 二、转子堵转时的异步电动机 这时转子短路，转子不转，相当于变压器短路。 特点： （1）I1>I0, 转子有电流I2并产生转子旋转 磁动势F2,又f1=f2其它条件也相同,故 （2）F1和F2同向、同速旋转,合成为气隙圆 周上的磁动势F0。 （3）F0产生E1和E2

（一）电磁关系 定子侧 转子侧

电压方程式 磁动势方程式 等效电路

（二）转子绕组的折算 折算原则：折算前后磁动势关系不变，各种功率 关系不变。 （1）电动势的折算E2 E2/ 折算前后应有 Ke为异步电动机定、转子电动势比，它等于定、 转子绕组等效匝数比。

（2）电流的折算 按折算前后保持转子磁动势不变原则进行。 （3）阻抗的折算 折算前后功率不应变化的原则。 定、转子相数比，绕线型m1=m2 定、转子电流比

注：如外加额定电压，电流很大，可能烧坏电机。 （三）折算 后的方程式、等效电路和相量图 方程式 等效电路图 注：如外加额定电压，电流很大，可能烧坏电机。 r1 x1 r2/ x2/ rm I2/ I1 U1 E！ I0 xm

第五节 转子转动时的异步电动机 正常工作时，异步电动机转子绕组是闭合的，转 子是旋转的，轴上输出机械功率。 一、转子电路 由于转子频率发生了变化，所以 发生变化 （一）转子频率 n为转子转速 电势阻抗电流 S是电机的转差率

（二）转子电动势 （三）转子阻抗 转子电阻基本不变 r2S= r20= r2 转子阻抗与频率f2有关且成正比x2S=2πsfL2=sx20 （四）转子电流 E20是转子不转时的电势

二、定、转子的磁动势平衡关系 定子磁动势F2对定子的相对转速为 结论： 无论转子转速n为何值，转子旋转磁动势F2与定子旋转磁动势 F1总是同速同向旋转，两个磁动势相对静止。 磁动势平衡方程式 产生E1 ,E2 F1+F2=F0 合成磁势 或 F1=F0-F2

上式说明:无论电动机是理想空载还是带负载运 行合成磁势F0不变. 理解为 只要U1不变E1就不变,则磁通 和F0基本不变. 三、折算与等效电路 特点：异步电动机转动时，转子电动势与定子电 动势不仅数值不同，频率也不等。 折算后应使

折算方法、步骤： 1.先把电动机折算成假想的不转的电动机. 这时 f1=f2 旋转方向和转速 F2折算前后不变原则,含义有二 幅值和相位 因F2和I2成正比,所以可视为I2折算前后不变. 折算前转子电流 f2 f1 折算前实际转子电流 不转的假想转子电流

f1=f2 频率折算后定、转子等效电路 S 2.把转子折算到定子电路 方法与异步电动机转子不转时的折算完全相同. 因此,折算后转子电动势方程式为 S f2 f1 f1=f2

等效电路

工程上常用简化后的Г型等效电路: 它是把励磁电路移到输入端,并在励磁回路串Z1

第六节异步电动机的功率传递与转矩平衡 一、异步电动机的功率传递与损耗 pcu1 pFe pcu2 pm+ps P2 P1 PM Pm

电磁功率PM（通过磁场经过气隙传到转子） 或 总机械功率Pm 转子回路总电阻 称转差功率 一般很小 占电磁功率大部分

轴头上实际输出的功率P2 二、电磁转矩 两种表达方式 物理表达式 高次谐波和漏磁引起 轴承摩擦和风阻摩擦

Tm T0 整理后 三、转矩平衡关系 异步电动机稳定运行时，有三个转矩作用于系统。 1.拖动系统转动的电磁转矩T; 轴上实输出转矩

第七节 异步电动机的参数测定 由空载试验测励磁参数,由短路试验测短路参数. 一、空载试验 空载是电动机输出轴上不带机械负载。（不是 第七节 异步电动机的参数测定 由空载试验测励磁参数,由短路试验测短路参数. 一、空载试验 空载是电动机输出轴上不带机械负载。（不是 转子开路） 特点：转子转速与理想空载转速相同，I2=0 实测 的功耗p0主要包括pCu1、pFe1和pm。

空载参数的计算 励磁参数计算

二、短路试验（堵转试验） 机械损耗为零，铁损耗和附加损耗很小，测得的 功率损耗只有定转子铜损耗。 短路参数计算 对大中型电机r1= r2/=（1/2）rk x1= x2/=（1/2）xk

第八节 异步电动机的工作特性 指在定子电压额定、频率额定时，n=f（P2）、 I1=f（P2）、cosφ1（P2）、T=f（P2）和η=f（P2） 的关系曲线。 一、 n=f（P2）是一条稍微向下倾斜的近似直线。 P2由空载到满载PN转速变化很小S=0.015---0.05 二、 I1=f（P2）近似正比关系。 三、 cosφ1（P2）空载时最低，接近额定时最大，负载过大反而降低。 四、 T=f（P2）近似正比关系。 五、 η=f（P2）当可变损耗与不变损耗相等时，效率最高，一般出现在0.7---1.1PN

第六章 三相异步电动机的电力拖动 电机原理及拖动 第一节 三相异步电动机的机械特性 第二节 笼型异步电动机的起动 第三节 绕线转子异步电动机的起动 第四节 三相异步电动机的调速 第五节 三相异步电动机的各种运行状态 第六节 异步电动机拖动系统的机械过渡过程 及能量损耗 电机原理及拖动

第一节 三相异步电动机的机械特性 定义: 当定子电压、频率及绕组参数都 固定时，电 动机的转速与电磁转矩之间的函数关系n=f（T）。 因S=（1-n/n1）又机械选择性呈非线性，故常写成 T=f（s）形式。 物理表达式 T=f（s） 参数表达式 实用表达式

一、机械特性的物理表达式 由转矩公式 式中Φm、I2和cosφ都是s的函数，故可定性分析出 机械特性曲线的大致形状。 （一） Φm与s的关系 E1与Φm关系为 E1与U1关系为

Φm ΦmB 0.5ΦmB S 1 气隙磁通Φm 当S较小时(空载到满载) Φm= ΦmB= C(常数) 当S增大,I1要增大,而E1减小 1

(二)I2/与S的关系 由异步电动机等效电路知 当S很小(空载到满载时) 成正比 以后随s增大,I2增长缓慢 I2/ S 0.5 1

cosφ S 0.5 1 . (三)cosφ与s的关系 S很小时cosφ=1 S增大, cosφ减小 结论: S较小时,T随s成正比增大; 出现. cosφ S 0.5 1 .

机械特性曲线大致形状 二、机械特性的参数表达式 因电磁转矩还可表示为 由简化等效电路知 T S Tmax 1 0 n 0 1

s<0 s n 回馈制动 A s=0,n=n1 0 n1 0<s<1 n1 B 电动状态 sm n n1-n 1 0 C 综合后得参数表达式 参数指: U1,f1及结 构参数 特性曲线 s n T A 0 n1 Tmax 1 0 B C s=0,n=n1 0<s<1 n1 n n1-n 电动状态 s<0 回馈制动 s>1 反接制动 sm

A B C T s n 0 n1 1 0 sm 讨论第一象限的机械特性 三个特殊点A、B、C： 1.同步运行点A s=0,T=0 无机电能量转换 2.最大转矩点B s=0 sm T s 斜率为负;s> sm 时T s 斜率为正 称sm为临界转差率,其值计算为 令dt/ds=0,求出 A B C T s n 0 n1 1 0 sm

最大电磁转矩Tmax 结论: 1.最大电磁转矩Tmax与定子电压U1的平方成正比 2.增大转子电阻r2/时Tmax不变sm增加,即特性斜率变软 3. Tmax、 sm与(x1+x2/)成反比

3.起动点C 该点s=1,n=0,电磁转矩为初始起动转矩Tst. 其值为 结论: (1) 在给定的定子频率及电动机参数的条件下, Tst与电压U1的平方成正比. (2) 在一定的范围内,增加转子回路电阻r2/,可以增大起动转矩Tst. (3) 当U1、f1一定时，（x1+x2/）越大， Tst就越小

. . 三、机械特性的实用表达式 是一种不必知道绕组参数也可写出机械特性的 实用方法。目的是为了便于工程上分析和计算. 用参数表达Tmax除以T并归算后有 考虑到一般情况下sm=0.1---0.2; r1=r2/,因此q=0.2---0.4,式中分子中q<<2;分母中(sm/s +s/sm)> 2 . .

额定功率KW 额定转速转/分钟 最后得出实用表达式 说明: (1) λ为电动机的过载倍数,可从产品目录上查到. (2)TN为电动机的额定电磁转矩,由下式近似求得 额定功率KW 额定转速转/分钟

额定转差率(n1-nN)/n1 (3)临界转差率sm.如果知道机械特性上某点的T和相应的s 例如,当T=TN时, s=sN 则

可进一步简化为 说明在0<s<sm的范围内三相异步电动机的机械特 性呈线性关系,具有与他励直流电动机相似的特性 四、固有机械特性 条件：定子加额定电压和频率，转子绕组短路（绕线型转子不串电阻）时的机械特性。

T s n 0 n1 Tmax sm Tst TN sN nN 1 0 A B C Tmax Tmax 固有机械特性曲线 注： 1 0 A B C 固有机械特性曲线 注： 1.A点为额定工作点, 其对应的转速、转矩、 电流及功率等即为额定值 2.B点为最大转矩点,最大转矩 是三相异步电 动机的主要性能指标之一,标致着电机的过载能力. λm= /TN 3.堵转点C 对应的Tst规定为堵转转矩.堵转电流为定子电流有效值IkN Tmax Tmax

五、人为机械特性 所谓人为机械特性就是改变机械特性的某一参数 后所得到的机械特性。 由参数表达式可知: 调U1、f1、p、r1、 r2/、x1、x2/ 均可改造固有特性为人造机械特性。 （一）降低定子电压的人为机械特性 其它参数不变只调节U1<UN,在相同的转差率s下, 电动机产生的电磁转矩将与(U1/UN)2成正比.

s sm A B T U1 UN Tmax Tst 表达式 特点: (1)同步转速不变. (2)临界转差率sm与定子电压无关. 电压的平方成正比地降低。 连续改变定子电压即可得到连续变化的一族人 造机械特性曲线。 s sm A B T U1 UN Tmax Tst

s sm T s sm T xc =0 Rc Rc=0 xc 1 1 （二）定子回路外串三相对称电阻或电抗的人为 机械特性 特点： 临界转差率、最大转矩、初始起动转矩都随外串电阻或电抗的增大而减小。同步转速不变。 s sm T s sm T xc =0 Rc Rc=0 xc 1 1

s s r2 sm s r2+Rc sm 1 TL T （三）转子回路串三相对称电阻时的人为机械特性 特点： （1）最大电磁转矩不变 （2）人为特性都通过同 步运行点 （3）临界转差率增大 （4）初始起动转矩增大 转差率的比例推移： 在同一负载转矩下，两条特性上转差率之比与转 子回路电阻之比相等。 s s A r2 sm s B r2+Rc sm 1 TL T

转子绕组Y联结 关系式 表明当转子回路串入附加电阻时,若保持电磁转 矩不变,则串入附加电阻后电动机的转差率将与转 子回路中的电阻成正比地增加. 如取最大转矩,则 转子绕组Y联结

第二节笼型异步电动机的起动 使电网电压下降转矩减小起动困难 影响电网其它用电设备工作 一、对笼型异步电动机起动的要求 （1）起动电流不能太大 电机堵转时电流最大I1=IKN=4---7IN （2）要有足够的起动转矩 在起动过程中电动机产生的最小 转矩应满足 使电网电压下降转矩减小起动困难 影响电网其它用电设备工作

n 加速转矩 TLmax Tmin TKN T TLmax 注： 为最大负载转矩 KV=0.85---0.95为电压波动 系数; Ks=1.15---1.2为保证有足够 转矩所采用的安全系数 (3)起动设备要简单,价格低廉,便于操作及维护. 加速转矩 TLmax Tmin TKN T TLmax

二、笼型异步电动机的直接起动 把电动机经开关或接触器直接接到具有额定电 压的电网上。 从笼型电动机本身来说都允许直接起动，原则 上只要起动电流对电网造成的电压降不超过允许 值，应优先采用直接起动方法起动。 三、笼型异步电动机的减压起动 目的：限制起动电流以满足直接起动电网电压降 的要求。

初始起动电流Ist 因s=1 时I0可忽略,所以I1 =Ist=-I2,由等效电路可知 由于堵转电流IkN=UN/ZK,因此有 说明为使初始起动电流降至Ist=α IkN,只需将定子电压减至U1= α UN即可.

1KM RSt 2KM M 缺点: 起动的初始转矩降低到TSt=α2TK.因此减压起动的方法仅适用于对初始起动转矩要求不高的场合. 方法一:定子串电阻或电抗减压起动. 1.原理和接线图 起动电流在外串的 电阻或电抗上产生压 降,降低了定子绕组上 的电压,从而减小了起 动电流. 1KM RSt 2KM M

2.电阻和电抗的工程计算 确定减压系数α 校验最小转矩Tmin 电阻或电抗计算 堵转电流倍数 加速系数

定子星形联结 定子三角形联结 式中 方法二:Y----D起动 1.原理 起动过程中定子绕组采用Y形联接,每相电压减小至 ,当起动结束后再接成D形,电动机在UN下稳定运行. 定子星形联结 定子三角形联结

U UN Ist W V U UN Ist W V IKN （b） （a） 星形起动时,初始起动电流为 如用三角形起动时,初始起动电流为 因此有 减压系数 U UN Ist W V U UN Ist W V IKN （b） （a）

由于 所以Y---D起动时,堵转转矩TK、最小转矩Tmin都 降低为额定电压时的1/3。 Y---D起动的优点： 起动电流小、起动设备简单、价格便宜、操作方便。 不足之处：起动转矩小。 适用范围：仅适用于30KW以下的小功率电动机 空载或轻载起动。 （三）自耦变压器减压起动 以自耦变压器的一相电路为例说明。

Ist Ist UN N1 N2 U 设电压比为kA=N1/N2 减压系数α=U/UN=1/KA 电动机的起动电流 电网供给的初始起动电流 初始起动转矩 优点：起动电流较小，起动转矩较大。 Ist Ist UN N1 N2 U

第三节 绕线转子异步电动机的起动 对于大功率重载起动的情况，或频繁起制动， 一般采用绕线转子异步电动机，转子串电阻或转 子串频敏变阻器起动，以限制起动电流和增大起 动转矩，缩小起动时间减少电动机发热。 一、转子串三相对称电阻分级起动 一般采取分级切除起动电阻的方法，以提高平 均起动转矩和减小电流与转矩的冲击。

S n j r2 f g R3 d e R2 b c R1 a 1 0 TL T2 Tmax T T1 起动过程 切换转矩T2>TL J点为起动结束后的稳定 运行点.T=TL 起动电阻计算 依据 如已知sm和该机械特性上某点的转矩T,则对应的s j r2 f g R3 d e R2 b c R1 a 1 0 TL T2 Tmax T T1

即 T=T1时 T=T2时 σ---为转矩函数

转矩函数比 由特性1可知a点的sa=sm1σ1,在b点sb=sm1 σ2,因此有 对特性曲线1及2,当T=T1时,按比例推移关系可知: 考虑到sb=sc,则 同理可推导出 转子回路总电阻之间存在等比级数关系,公比为q. 转矩函数比

如起动为m级,则各起动级转子回路总电阻为 q的计算: 在g点和a点,按比例推移关系可知 在固有特性上,sg和sN之间有

由上两式可知 为T=TN时的转矩函数 计算起动电阻的步骤: 1.已知起动级数m (1)计算sN,σN及TN

(2)确定σ1,一般取最大起动转矩T1=(0.8---0.9) (3)计算q (4)校验切换转矩T2. (5)计算各级总电阻R1---Rm以及各段电阻 rc1---rcm.

m凑整后为m 2.级数m尚没确定 (1)确定T1和T2并计算σ1和σ2及q= σ1/ σ2 (2)计算m (3)按m计算q并校验T2

二、转子串频敏变阻器起动 其为电阻大小随转子频率（或转速）自动变化而不必逐级切除电阻而实现无级起动的起动设备。 结构：是由厚钢板叠成铁心，在铁心柱上绕有线圈的电抗器。 特点：漏电阻Rm大与频率成正比。 不足之处： 功率因数低、起动转矩较小，最大转矩有所下降。适用于频繁起制动的机械。

第四节三相异步电动机的调速 S=Ps/PM 调Ps即可调速 转差功率 TΩ1=常数 一、三相异步电动机调整方法概述 由 调速方法： （1）改变转差率调速 因 S=Ps/PM 调Ps即可调速 转差功率 TΩ1=常数

改变ps的方法： 一种是把全部转差功率都转换成热能的形式消耗掉，是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低。如降定子电压调速、转子串电阻调速等。 此法的缺点：是系统的效率低，且转速越低效率 越低。 第二种是能将转差功率的绝大部分回馈电网的绕线型异步电动机的串级调速。突出优点是系统运行效率高。 （2）改变同步转速

四极电机 N u1 u2 两线圈正向串联 N S N S S S u1 u2 u3 u4 u4 u3 N 1U2 1U1 (一)变极原理 1.异步电动机的同步转速n1与极对数p成反比. 2.变极调速仅适用于笼型转子异步电动机. 3.三相异步电动机定子绕组产生的极对数是由定子绕组的接线方式决定的.用改变绕组联接方法来获得两种或多种极对数.又称倍极比. 变极原理: 四极电机 N u1 u2 两线圈正向串联 N S N S S S u1 u2 u3 u4 u4 u3 N 1U2 1U1

N N N S S u3 u4 u1 u2 u3 u4 u1 u2 1U2 1U1 1U1 1U2 S 二极线圈反向串联 二极线圈反向并联 把定子每相绕组的线圈等分为两组,每组线圈称 为半相绕组.使其中一个半相绕组电流反向即变极. N N N S S u3 u4 u1 u2 u3 u4 u1 u2 1U2 1U1 1U1 1U2 S 二极线圈反向串联 二极线圈反向并联

注:在改变定子绕组联结使电动机的极对数改变以后,必须倒换加在定子绕组上电源的相序,否则电机将反转. (二)变极电动机三相绕组的联结方法 三相之间一般可采用单Y(每相一条支路)、双Y （每相两条支路）和D（每相一条支路）三种联 结方法。 从少极数到多极数一般采用YY/D、YY/Y联结 方法。 1.YY/Y联结方法

YY 2n1 I1 2I1 I1 I1 Y n1 I1 I1 T 电动机定子绕组有六个出线端. 说明: (1).低速运行时接成Y,即1U,1V,1W接三相电源,2W,2V,2U断开.这时每相的两个半相绕组正向串联,电流方向相同,对应转速为n1极对数为p. (2).高速运行时接成YY,即1U,1V,1W短接,2W,2V,2U接三相电源(已改相序),每相的半个绕组反向并联 2W 2V 2U 1U 1V 1W YY 2n1 I1 1U 1V 1W 2I1 I1 I1 Y n1 2U 2V 2W I1 I1 T

PD/PYY=0.866 YY D TD/TYY= YY联接 D联接 联结,其中半相绕组电流反向,故极对数减一半为p/2,转速提高一倍为2n1. (3).变极前后电磁转矩不变,输出功率减小1/2. 2.YY/D联结方法 此法接近于恒功率调速方式. PD/PYY=0.866 2W 2V 2U YY 1U 1V 1W 1U 1V 1W 2I1 D I1 2W 2V 2U I1 TD/TYY= YY联接 D联接

(三)变极调速的优缺点 优点: 设备简单、运行可靠、机械特性硬、损耗小、采用不同联结方法可获得恒转矩或恒功率调速特性。 缺点： 只能分级调节转速，而且只能有两个或三个转速。 三、三相异步电动机的变频调速 基本原理： 当极对数p一定时，三相异步电动机的同步

转速n1与定子电源的频率f1成正比，改变f1即可改 变同步转速，达到调速的目的。 基频： 定子的额定频率称为基频。变频调速可从基频向下调节，也可向基频以上调节。 （一）向基频以下调节的变频调速 定子每相电压U1≈E1，气隙磁通为 如在调f1 时仍保持U=UN不变，则Φm要增大，主 磁路必然过饱和，而使励磁电流急剧增大，铁

损耗增加，cosφ下降。 解决办法： 采用定子电压与频率配合控制，即在下调f1时同时下调定子电压U1。 两种具体方法 1.保持E1/f1=C(常数) 为恒磁通控制方式,这时气隙磁通为常值. 电磁转矩为

常数 机械特性方程 机械特性特点: 上式中除sf1之外其余都是常数,在负载一定的情况 下有 结论:在不同频率下由负载转矩TL产生的转速降仅由TL决定,与f1无关.故在不同的f1值时各条机械特性是相互平行的. 常数

临界转差率和最在电磁转矩的计算 令dT/ds=0,求得 再将sm代入T=f(s)方程中可求得最大电磁转矩 结论: 调定子频率不影响最大电磁转矩,但临界转差率与定子频率成反比.

n n1 f1 f2 f3 f1>f2>f3 TL Tmax T 机械特性曲线 优点: 恒磁通变频调速的 调速方法与直流他励 机械特性曲线 优点: 恒磁通变频调速的 调速方法与直流他励 电动机的降压调速相似. 1.机械特性硬、调速范 围宽、低速运行时稳定 性好。 2.由于频率可连续调节,所以变频调速为无级调速,调速的平滑性好. 3.转差率小,因此转子铜耗小,效率高.

因转子电流 若T=常数,sf1也为常数,由上式知I2也为常数.与f1 无关,当T=TN时, I2= I2N. 故恒磁通变频调速属于恒转矩调速方式. 2.保持U1/f1=常数 此种方法的配合方式为近似恒磁通控制方式.是异 步电动机变频调速常采用的一种配合控制方式.

机械特性方程式 最大电磁转矩

n fN f1 T 临界转差率 机械特性曲线 特点: 1.最大电磁转矩随定子频 率的降低而减小.尤其是 频率较低时更明显. 2.临界转差率与定子频率 成反比. 3.此法因Φm≈常数,故属于近似的恒转矩调速方式 n T fN f1

常数 (二)向基频以上调节的变频调速 当f1>fN上调时,因若保持Φm不变必需使U1>UN,这 是不允许的,故保持U1=UN,上调f1, Φm< ΦN,相当于 弱磁调速方法. 当f1>FN ,r1和其它各项比可忽略,则得 最大转矩时的转速降 常数

n f n1 fN 近似为常数 机械特性曲线 特点: 1.稳定运行区段各曲线 相互平行. 2.最大电磁转矩随频率 增加成平方减小,临界 转差率与频率成反比. 3.因电磁功率 正常运行时s很小 故 近似为常数

n n1 UN U T 此法属于近似恒功率调速方式. 四、降低定子电压调速 （一）原理及机械特性 特点: 各条特性有相同的理想 空载点;最大转矩时的转速 nm不变;在同一转速下, 电磁转矩正比于电压的平方. 问题: 调速范围窄,如不采取措施则无实用价值. UN U n T n1

当 时T∝1/s，这种调速方法不属于恒转矩调速方式，也不是恒功率调速方式。 降低定子电压调速是一种消耗转差功率的调速方法. U1 Φ (< Φm) 若维持T=TL不变必I2 而转差功率 说明对恒转矩负载,降压调速时转速越低,转差率越大 ,定、转子电流也越大，消耗的转差功率也越大。 降压调速时异步电动机的电磁转矩为 当 时T∝1/s，这种调速方法不属于恒转矩调速方式，也不是恒功率调速方式。

（二）降压调速的特点及应用 1.只适用于高转差率笼型电动机或绕线转子电动机.最适合拖动风机及泵类负载. 2.损耗大,效率低.拖动恒转矩负载在低速下长期运行时,会导致电动机严重发热. 3.低速运行时,转速稳定性差. 4.调速装置简单,价格便宜.还可作笼型电动机的起动设备. (三)扩大降压调速稳定运行范围的方法 方法1: 采用转速负反馈控制.

调压器 交流电网 A AT Ugd 给定 ΔU α Uf UN U1 α U1 T n 原理示意图 调节过程: 当负载增加时 放大器 触发器 电动机 测速机 A AT 放大器 触发器 Ugd 给定 ΔU α Uf UN U1 原理示意图 调节过程: 当负载增加时 α U1 T n

n a b U1 T TL 机械特性 特性a---a为有转速 负反馈时的机械特性 较无反馈时a---b为硬 即提高了运行时的 稳定性,扩大了调速 范围. (四)变极调压调速 原理: 靠变极给出不同的转速层次,靠调压实现在不同转 速层间的平滑无级调节. a b U1 T n TL

T n n1 r2 r2+Rc3 TL=TN r2+Rc1 r2+Rc2 r2+Rc2 五、绕线转子异步电动机转子串电阻调速 根据比例推移，在A、 B、C、D点有 电磁转矩 当I2=I2N，T=TN，与s无关，属于恒转矩调速方法。 T n n1 r2 r2+Rc3 TL=TN r2+Rc1 r2+Rc2 r2+Rc2

因转差功率 故转速越低，s越大，消耗在转子回路中的转差功 率就越大。调速系统的效率也越低。 此法的不足： 1.在低速运行时机械特性很软,转速稳定性不好.当要求的静差率较小时,调速范围就不能太宽. 2.只能分级调节转速. 3.适用于对调速精度要求不高的生产机械.如起重机、通风机等。

. . . sE2 r2 I2 Ead x2 六、绕线转子异步电动机串级调速 （一）串级调速原理 在异步电动机转子回路中串入一个与转子电动势 sE2频率相同、相位相同或相反的附加电动势Ead， 利用调节Ead的大小来调节转速的一种调速方法。 当定子电压及负载 转矩都保持不变时， I2为常数。又正常运行时s小，则sE2+ Ead≈常数 即改变Ead可调s，实现电动机转速的调节。 . . sE2 . r2 I2 Ead x2

忽略转子回路铜损耗后Ps=Pad 次同步串级调速： 若式中取负号，则当Ead在0----E2之间变化时，即 可在同步转速以下调节电动机的转速。 超同步串级调速： 式中取正号，增大Ead时s减小，n提高。当增大到某一值时，s=0、n=n1,达到同步转速,如再增大Ead,则s<0,n>n1,电机在高于同步转速下运行. 从功率关系 当在次同步串级调速中Ead将吸收功率 忽略转子回路铜损耗后Ps=Pad

因此,改变Ead即可调节转差功率,从而改变了转差 率s,达到调速的目的. Ead吸收的功率不再转化为损耗 而是加以利用或者回馈电网,所以串级调速是属于转差功率回收型的调速方法,效率较高. (二)晶闸管次同步串级调速 方法:将转子电势进行整流,然后在直流回路中串入一个与整流后的转子电动势极性相反的直流附加电动势. 优点: 避免了随时改变附加电动势频率的麻烦.

原理示意图 Ud Uβ Id 负载 电机 整流器 逆变器 变压器 电网

n β=90 β 串调系统的机械特性 当Id=0时,转差率和相应转速 当Id不太在时,T=KtId成线性关系,这时 当负载转矩不大时,串调系统 的机械特性与他励直流电动机 降压调速时报机械特性相似. β β=90 n

(三)串级调速的效率 1.能量流图 2.能量关系式 P P1 PM Pcu1+pFe Pm+ps Pm P2 Ps Pcu2+pB PB

3.系统的效率 电动机低速运行时,因s较大,所以Ps大,电网实际输 入的功率P减小,故系统效率高. 系统的主要优缺点 优点:调速平滑无级,机械特性硬,效率高. 缺点:功率因数低尤其在深调速时更为严重. 系统的功率因数cosφ∝cosβ,而调速是靠调 Uβ=f(β). 调速范围不能太宽,否则将增大设备容量,不经济,通常调速范围在1.5----2之间比较合理.

n n1 -TL T TL -n1 电动机的过载能力下降,大约减小17%左右. 第五节 三相异步电动机的各种运行状态 一、电动运行状态 第五节 三相异步电动机的各种运行状态 一、电动运行状态 如拖动反抗恒转矩负载 正转电动时位于第1象限 反转时要改变 相序，n1和T 均改变方向 电机反转， 位于第3象限。 电动机吸收电能，输出机械能给生产机械。 TL T n -TL n1 -n1

n n1 -TL A B C 二、反接制动 定子任意两 相 绕组对调后 接入电源， 同时在转 子回路串入三相 对称电阻Rc。 动状态.反接制 动时的转差率 s>1 电磁功率,机械功率,转差功率 U V W T TL n n1 Rc -TL A B C

功率关系 说明在反接制动时,电动机既要从电网吸取电功率,又要从轴上输入机械功率.电磁功率和机械功率都转变为转差功率,消耗于转子回路的电阻中. 当转速降到C点n=0,电动机是否能停车或反转视 T和TL的比较结果而定,如 T < TL 停车,反之反向 起动.在第三象限稳定运行.

n B A C T D (二)转子反向的反接制动 在拖动位能性负载时会发生. 在A点稳定提升重物 现想下放重物,在转子回路 因T<TL2,电机在位能负载作 用下反转并到D点时稳定下放 重物. 在第四象限因T>0,n<0,是制动 状态.转差率 s>1.与定子两相 反接制动时相同,故能量关系 也一样. A C B D T n

三 、回馈制动 当笼型转子异步电动机拖动位能性负载高速下放重物时，可将电动机定子绕组按反相序接入电网。 反接前重物 停在空中 nA=0，反接后 n1改变方向 T改变方向， 电动机在反向电磁转矩 和负载转矩共同作用 下快速反向旋转。A B B -n A C TL1 TL2 n -n1

在B点，T=0，在负载转矩的作用下将继续升速， 并T>0,直到C点T=TL2高速下放重物.B C 在第四象限C点因T>0,n<0,为制动状态s<0 因机械功率 电磁功率 说明在下放重物时位能负载能量减小的同时把能量反送给电动机并回馈给电网.

四、能耗制动 原理: 制动时将定子交流电源断开,然后立即使定子两相绕组经限流电阻接到直流电源上,在气隙中建立一个固定磁场.旋转的转子中产生感应电势和电流,产生的电磁转矩T与转子旋转方向相反. 电动机轴上的功率P2=TΩ<0 说明电动机吸收机械能,并将 其转变为电功率,消耗在转子 电阻上,故称为能耗制动. ⊕ ⊙ N S T n

机械特性 能耗制动停车过程 能耗制动运行 Tm Vm

第七章 同步电动机 第一节 同步电机的基本结构与工作原理 同步发电机:广泛应用于发电. 同步电动机:调节励磁可改善电网功 率因数,采用变频调速 方法 同步补偿机:空载运行的同步电动机, 用来改善电网的功率因数. 同步电机

⊕ 一、同步电机的基本结构 （一） 定子 由铁心、电枢绕组、机座和端盖等部分组成。 （二） 转子 它的的转子有固定的磁极，由通过电刷和滑环送入的直流励磁，产生固定极性的磁极。 凸极式：结构简单，制造方便，制成多极比较容易，但机械强度低 ， 适用于低速、多极的同步电机。 ⊕ ⊙ + - S N

隐极式:转子呈圆柱形,无明显磁极,在整块铸铁上的三分之二部分铣有槽和齿,槽中有分布式直流励磁绕组. 优点：气隙均匀， 电抗无变化。 特点: 机械强度高,适 用于极数少、 速度高的同步 电动机。 N S ⊕ ⊙

二、同步电机的简单工作原理 1、同步发电机 作用： 把机械能转变成电能，它由原动机拖动旋转。 原理： 转子上的固定磁极切割定子三相对称绕组，产生感生三 相对称电动势，成为三相交流电源。 我国电网频率为50HZ，故由 f= pn / 60可知 原动机的转速应为 3000、1500、1000等同步转速。 2、同步电动机 作用： 把电能转换为机械能，带动生产机械完成生产任务。 原理：定子三相绕组接入三相电网将产生旋转磁场，它与转子 异性磁极的磁拉力牵引转子与旋转磁场同速旋转。

同步电动机原理示意图 同步电动机转子转速 与旋转磁场转速必须 相等,不能有转速差. 否则电动机不能运转. S N n1 T

定子旋转磁动势Fa与转子直流磁动势F0相互叠加形成一个合成磁动势 ΣF， 即 ΣF= F0+ Fa 第二节 同步电动机的电动势相量 一、隐极同步电动机电动势相量图 定子旋转磁动势Fa与转子直流磁动势F0相互叠加形成一个合成磁动势 ΣF， 即 ΣF= F0+ Fa 磁动势切割定子绕组，在绕组中感生相应的电动势， 即 定子一相绕组的电动势方程式

电动势相量图 电流引前于外加电压,这是同步电动机经常工作的状态,它可以通过调节直流励磁电流得到,目的是使同步电动机在拖动负载做功的同时,对电网又呈电容性,从而提高电网的功率因数.

二、凸极同步电动机的电动势相量图 由于凸极同步电动机气隙不均匀，电枢磁动势处于气隙圆周的不同位置时遇到的磁阻不同，故相应的电抗都不是常数。 采用双反应原理： 把电枢磁动势分成直轴和交轴两个分量，分别来处理。 即. Fad和 Faq以n1速度旋转 在空间正交 与主磁极磁动势同轴 在转子磁极的几何中线上 Ead Eaq Ea

把电动势用电抗和电流来表示后得电动势方程式为: 直轴和交轴电枢反应电抗

电动势相量图 为功率因数角 φ

第三节 同步电动机的功率、转矩和功（矩）角特性 第三节 同步电动机的功率、转矩和功（矩）角特性 任务：找出同步电动机转矩的变化规律，弄清它与负载 转矩怎样 平衡。 一、同步电动机的功率传递与转矩平衡 转矩平衡方程式 由 得到 轴上输出的机械功率 空载损耗

在外加电压和励磁电流不变的条件下，电磁功率随功角θ的变化关系曲线。 二、同步电动机的功（矩）角特性 （一）功（矩）角特性 在外加电压和励磁电流不变的条件下，电磁功率随功角θ的变化关系曲线。 推导过程： 因同步电动机功率较大，故定子铜损占比例很小，则有 又 将Id代入

代入后得： 对于隐极式xd=xq=xc， 上式第二项为零，故有 T/ T// T （P） θ T

（二） 功角特性的物理意义 Θ角可视为合成磁动势和转子 主磁极磁动势之间的夹角 ΣF对应的磁极对转子磁极所 形成的转矩即为T Θ=0时，磁拉力最大，但转矩为0。当θ=90时，转矩最大 S N n1 T θ ΣF F0

增大E0可以增加同步电动机的最大转矩，从而提高电动机的过载能力。 (三) 同步电动机的静态稳定问题 a、b两点都是系统的平衡点 但a点是稳定的平衡点， 而b点不是稳定的平衡点。 因负载转矩增加时，突然 有个增量ΔTL，这时TL>T, 电机减速, θ角拉大,T增加, 电动机可能在新的平衡点A运行. 0< θ<900是隐极同步电动机的稳 定工作区. 过载倍数λ=2~3 Θ=20~30度 T θ a A b B ΔTL

第四节 同步电动机的励磁调节与U形特性曲线 一、概述 同步电动机不仅可以输出机械功率，同时还可以向电网提供一定数量的无功功率，对其他调备所需的无功功率进行补偿，可有效地提高电网的功率因数，解决了用电单位功率因数低的问题。 二、同步电动机的电流轨迹 1、同步电动机的电流及相量图 电流方程式

相量图 θ K C O D E F B A 分析负载转矩变化时定子电流的变化： 设定子电压和直流励磁不变 当负载增加时TL n θ Ia不变（大小和方向） 而Ib方向变化（大小不变） I1将以C为园心以Ib为半径 随负载增加而增加。 当达到E点时，COSφ=1，呈阻性 当达到F点时， θ=90，虽有最大转矩 和最大功率输出，但λ=1太低 θ K C O D E F B A

三、有功功率恒定时的励磁调节及U形特性曲线 当U1、f1、负载TL恒定时，I1与直流励磁电流If之关系曲线---U形特性曲线。------以隐极同步电动机为例 略去定子铜损时：定子输入功率近似等于电磁功率，即 =常数 由上式可知，调节励磁电流时 I1cosφ1=常数，E0sinθ =常数 即当励磁电流减少时（E0减少） θ增大，B点垂直向下移动， D点水平向右移动，I1减小 在D~D/之间电机仍呈容性， 到D/时cosφ1=1，电机呈阻性 当进一步减小If，电机呈感性 θ O D B A φ1 D/

U形特性曲线 励磁电流的调节: 曲线最低点是正常励磁点， Cosφ1=1，以此点为界，左面 是欠励磁状态，右面是过励磁 状态。 当负载变为另一个大的恒定负载 时，U曲线向右上移动。 励磁电流的调节: 1、如果电网功率因数很高，则同步电动机工作在正常励磁最为理 想， Cosφ1=1，I1最小，铜耗最小，效率最高。 2、如果电网功率因数很低，则同步电动机工作在过励磁状态，且 使励磁电流尽可能调到最大，以定子电流不超过允许值为限。 If If1 I1 If2

使用目的：为电网提供无功功率，提高电网的功率因数。 即为提高电网功率因数的专用设备。 作用：可以根据电网需要的无功功率自动调节直流励磁 四、同步补偿机 同步补偿机实际上就是一台空载运行的同步电动机。 使用目的：为电网提供无功功率，提高电网的功率因数。 即为提高电网功率因数的专用设备。 作用：可以根据电网需要的无功功率自动调节直流励磁 电流，为电网提供所需的无功功率。一般工作在 过励磁状态。

例7—1，P256 题意：某企业变电所，变压器容量为1000KVA，二次电压为6000V。 已用的容量为有功功率400KW、无功功率400KVAR（感性） 现在企业要增加一台异步电动机：PN=500KW，UN=6000V nN=370r/min，cosφN=0.78,η=0.92。选用一台同步电动机进 行功率补偿：PN=550KW，UN=6000V，IN=64A nN=375r/min， η=0.92。 1、不增加变电所容量是否可行。 2、调节If向电网提供无功功率，调到I1额定时，求同步电动机输入 的有功功率；向电网提供的无功功率；电动机此时的功率因数； 再求出此时电源变压器的有功功率；无功功率及视在功率。

解 一、选用异步机时它正好运行在额定状态(不加同步机时) 解 一、选用异步机时它正好运行在额定状态(不加同步机时) 1.异步机输入的有功功率为 2.异步机从电网吸收的无功功率为 3.变压器输出的总有功功率为 4.变压器输出的总无功功率为 5.变压器的总视在功率为

视在功率已超过变压器容量,如不采取措施就不能正常工作. 二、选用同步电动机时，假定输出功率仍为500KW，效率仍为0.92 1.同步电动机从电网吸收的有功功率为 2.调节If使I1额定,此时电动机的视在功率为 3.同步机向电网提供的无功功率为 4.同步电动机功率因数为

可见,选用同步电动机时,由于补偿了无功功率,使变压器总的视在功率未能超过变压器容量,不用增加变压器容量,可以工作. 5. 变压器输出的总有功功率为 6. 变压器的无功功率为 7. 变压器的视在功率为 可见,选用同步电动机时,由于补偿了无功功率,使变压器总的视在功率未能超过变压器容量,不用增加变压器容量,可以工作.

同步电动机正常工作时是靠合成磁场对转子磁极的磁拉力牵引转子同步旋转的，转子转速只有与合成磁场同步才有稳定的磁拉力， 第五节 同步电动机的起动 一、概述 同步电动机正常工作时是靠合成磁场对转子磁极的磁拉力牵引转子同步旋转的，转子转速只有与合成磁场同步才有稳定的磁拉力， 形成一定的同步转矩。 恒频起动时， θ在0~180之间时， 定、转子磁极相吸引， 转矩起拖动作用 θ在180~360之间时， 转矩起制动作用。 无法使电动机起动。 S N n1 T θ ΣF F0

用一台与同步电动机极数相同和小型异步电动机把同步电动机 同步电动机起动方法： 1、辅助电动机法 用一台与同步电动机极数相同和小型异步电动机把同步电动机 拖动到异步转速,然后投入电网,加入直流,靠同步转矩把转子牵入 同步。 此法投入大、不经济，不适合带负载起动，个别用于起动同步补 偿机。 2、变频起动 在起动之前将转子加入直流,然后使变频器的频率从零缓慢上升 旋转磁场牵引转子缓慢地同步加速,直到额定转速. 此法性能好,起动电流小,对电网冲击小. 3、异步起动 同步电动机转子上都装有笼型绕组,主要靠它在起动的第一阶段 把转子加速到正常的异步转速,其值大于同步转速的95%.准同步.

笼型绕组只在异步起动过程中起作用,同步运行后不切割磁场,无 电流,但在同步电动机出现振荡时,笼型绕组感生的瞬时电流起稳定 作用。 当同步电动机异步起动到准同步转速时，及时给直流励磁绕组加入 励磁电流，由于此时旋转磁场相对于转子转速已经很低，功角 θ在0~180之间，旋转磁场对转子一直是拉力，与异步转矩一起把电机拉入同步转速。————牵入同步阶段。 几点注意事项： 1、异步起动过程中直流励磁不能加入,否则将在定子回路产生与电 源频率不同的电流,与定子绕组起动电流叠加,使定子电流过大,不允 许。 2、直流励磁绕组不能开路,否则在异步起动时其上将产生过高的电动 势,击穿绕组绝缘,对操作人员的人身安全也会构成一定的威胁。 3、直流励磁绕组不能短路,否则将使同步电动机升不到准同步转速。 处理办法是将直流励磁绕组串一电阻闭合。

4.牵入同步进行是否顺利取决于负载大小、转动惯量及加入直流励磁的瞬间。Θ=0时加入最理想，但要在控制回路中加入测量功角的环节。 5.如果牵入同步有困难,可加大直流励磁,有利于牵入同步。 思考题与习题: P260 7—1, 7—5, 7—9, 7—10, 7--13

控制电机是各种自动控制系统中不可缺少的重要元件。 第八章 控制电机 一、控制电机的发展概况 控制电机是各种自动控制系统中不可缺少的重要元件。 国外，二十世纪30年代开始发展，40年代初步形成了基本系列。进入60年代后其结构和性能方面均得到了快速发展和改进。 国内，二十世纪50年代后才发展，60年代后才渐渐形成自己的系列产品，但总体水平与国外先进水平相比还有不小的差距。 二、控制电机的特点与应用 1. 特点 控制电机容量很小,在自动控制系统中作为检测元件或执行元件, 主要完成的是信号传递与转换;速度、转角的测量等任务，能量转 换不是主要的，不太强调它的各项力能指标，而是对它的可靠性、 精度，快速性等要求很高。

在冶金、机械、化工、纺织、造纸等各个行业的各种调速系统、随动系统和一些执行机构中广泛地应用各种控制电机。 2.应用 在冶金、机械、化工、纺织、造纸等各个行业的各种调速系统、随动系统和一些执行机构中广泛地应用各种控制电机。 一枚导弹要用几十台不同种类的控制电机，一架飞机需要上百台不同种类的控制电机。 控制电机已经成为各种自动控制系统中十分重要的关键部件。

测速发电机在自动控制系统中主要用来将机械转速转换成为与之成正比的电压信号，构成速度反馈闭环系统，对电动机进行控制。 第二节 测速发电机 测速发电机在自动控制系统中主要用来将机械转速转换成为与之成正比的电压信号，构成速度反馈闭环系统，对电动机进行控制。 一、直流测速发电机 （一） 基本结构与工作原理 基本结构 与普通小型直流发电机基本相同。定子上装有磁极，按 励磁方式可分为电励磁和永磁式两种。转子上装有电枢绕组。 工作原理 接线图 U I TG Uf Rfz E If

这时测速发电机输出的电压与转速成正比的线性关系. 空载时Rfz= 则有 Φ不变时,C1为 常数 这时测速发电机输出的电压与转速成正比的线性关系. 当Rfz为有限值时 考虑电枢反应有一定的去磁 作用,当速度高到一定程度后,电压有所下降. U n Rfz=

电枢流过电流时,会产生电枢反应,对主磁通产生去磁作用,使Φ减 小，破坏了U和n的线性关系。 (二) 误差和减小误差的方法 误差产生的原因: 1、电枢反应引起的误差 电枢流过电流时,会产生电枢反应,对主磁通产生去磁作用,使Φ减 小，破坏了U和n的线性关系。 n越高，电枢反应的去磁作用越强，引起的误差也越大。故有最 高转速的限制。 负载越大（RFZ越小），电枢反应越强，故有最小负载电阻的限 制。 解决的办法：加一补偿绕组， 使其电流正比于电枢电流。 rw U I TG If Uf Rfz E

励磁绕组电阻随温度变化引起磁通变化,破坏了U与n的线性关系。 2.温度变化引起的误差 励磁绕组电阻随温度变化引起磁通变化,破坏了U与n的线性关系。 解决办法： 把测速发电机的磁路设计得 足够饱和。 3.电刷接触电阻引起的误差 当转速很低时,如电动势小于电刷 压降则可能使输出电压为零,造成死区. 解决办法: 选用耐磨且电阻小的黄铜石墨电刷 或含银电刷。 ΔΦ1 ΔΦ2 ΔI1 ΔI2 Φ If A B

二、交流异步测速发电机 Φd产生的感生电动势称为变压器电动势。 N1 N2 U1 U2 n Φq Φd N1 N2 U1 U2 n Φq 当转子不转时，励磁绕组产生 的脉振磁场在转子中产生感应 电动势，产生短路电流，它产 生脉振磁动势，轴线与定子励 磁绕组轴线重合，定、转子合 成磁动势的方向也在励磁绕组 的轴线上。与输出绕组轴线交 轴，所以此时无输出电压U2。 即 n=0，U2=0 Φd产生的感生电动势称为变压器电动势。 N1 N2 U1 U2 n Φq Φd N1 N2 U1 U2 n Φq Φd

当转子转动后,输出绕组有电压输出,且频率与励磁绕组外加电压相同,大小与转子转速成正比。 Φq 转子除了产生变压器电动势外,由于绕组旋转切割脉振磁场产生一个速率电动势,其方向如图所示。 为由速率电动势产生 的磁场，与输出绕组同轴， U2=4.44f1N2Φq ,又Φq= kEq Eq=K/n,所以 U2=C n 当转子转动后,输出绕组有电压输出,且频率与励磁绕组外加电压相同,大小与转子转速成正比。 Φq N1 N2 U1 U2 n Φq Φd U2 N2 Φq

伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件又称执行电动机。 第三节 伺服电动机 伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件又称执行电动机。 要求：把输入的控制电压信号变为输出的角位移或角速 度。转速高低与控制电压成正比，有控制电压转， 去掉电压应马上停转。 一、直流伺服电动机 1.电枢控制方式: 磁场I f恒定调电枢电压 2.磁场控制方式: 电枢电压恒定调磁场 SM UC I c I f Uf UC I c SM I f Uf

机械特性: 用标么值表示: 或 实际值与该量 的基准值之比. 选 n T TK n0 T* n* 1 0.75 0.5 0.25 α=1 α=0.75 α=0. 5 α=0. 25

调节特性 n = f (UC) T=C 1 α n* 0.75 0.5 0.25 T*=1 T*=0.75 T*=0. 5 T*=0. 25

二、交流伺服电动机 交流伺服电动机是两相异步电动机。它的定子有两相绕组，一个是励磁绕组，一个是控制绕组，两相绕组在空间差900。 两相对称电压是指两个频率相同幅值相等、相位差900的正弦交流电压。交流伺服电动机是两相不对称异步电动机，频率相同而幅值不同。 用对称分量法: 将一组不对称的电压用两组对称分量电压表示,一组为正序两相对称电压,另一组为负序两相对称电压。 加恒定交流电压Uf 加控制交流电压Uc

考虑限定条件： 相当于在电动机的两相绕组中加上一组正序的两相对称电压及一组负序的两相对称电压，分别计算两个对称系统，然后再进行叠加，即得两相对称绕组加不对称电压所得到的最后结果。 得

为一沿α 轴在空间向前传播的圆形旋转磁动势。 讨论： 1.两相对称绕组加两相对称电流时,将产生园形旋转磁动势。 证明： 因两相绕组电流相位差90度，所以各自产生的脉振磁动势也差 90度，即 分解后得 合成磁动势 为一沿α 轴在空间向前传播的圆形旋转磁动势。

波形图： 取励磁 绕组轴线为 α =0的起算点, 也为 ωt =0的起算点. 在同一时刻圆上各点 合成磁势大小不同,且 按正弦规律分布. 如α =0点处,在ωt=0时刻 Σf为最大,而α = 90处, Σf =0 在ωt=90时刻, α = 0处 Σf =0,而α = 90处, Σf为最大 相当于合成磁势在顺时针旋转 Uf If Uc Ic α ff fc Σf ωt 向前传播 α=0 α=90 ωt=0 ωt=90 α

2.两相对称绕组加两相不对称电流,产生椭圆形旋转磁动势 两相不对称电流If和Ic分成两组两相对称电流,则有 正序两相对称电流和负序两相对称 电流分别产生正序和负序圆形旋转 磁动势,将其相加后即得合成磁动势。 合成磁动势矢量端 点轨迹是一个椭圆. Fm+ Fm- Fm

两相绕组产生椭圆形或圆形旋转磁场,转子导条切割磁场产生感应电动势,产生短路电流及电磁转矩,使电动机转动。 工作原理: 两相绕组产生椭圆形或圆形旋转磁场,转子导条切割磁场产生感应电动势,产生短路电流及电磁转矩,使电动机转动。 自转现象的产生和消除: 伺服电动机要求当控制电压Uc=0时,转速n=0. 实际上,当Uc=0时,变成了只有励磁绕组起作用的单相电动机,其产生的单相脉振磁势,可分解为两个大小相等、方向相反的旋转磁场，转子相对正向旋转磁场的转差率为 相对反向旋转磁场的转差率为

因有正向施动转矩T>0,如T>TL 则电动机将会在B点稳定运行 而不会停转。----自转 消除办法： 加大转子笼条电阻。 单相电动机的机械特性： A点为两相运行的稳定工作点， 如单相运行,即UC=0, 因有正向施动转矩T>0,如T>TL 则电动机将会在B点稳定运行 而不会停转。----自转 消除办法： 加大转子笼条电阻。 最大转矩不变，但临界转差率与转子电阻成比例地增大 从而改变了机械特性。 T s- s+ T+ T- TL A B

加大转子电阻后的机械特性: T总是反对转子旋转的起制动作用。 所以，一旦Uc=0，成为单相， 电动机会马上停止。 交流伺服电动机的特性及控制方法： 改变控制电压Uc幅值时的机械特性 正常工作时,Uf=常数,Uc可调节,故为两 相不对称系统。 T s- s+ T+ T-

特性曲线 特点： 1.Uc= Uf=0时,n0<n1 2.Uc越低, n0也越低, 极限情况,当Uc=0, n0=0. 3.如电压对称,则T-=0, T=T+,n0=n1 4.当TL=常数时,调Uc可 改变n, Uc越大,n越高. T s+ s- T- T+ 2 1

保持Uc与Uf相差90度不变，仅改变Uc的幅值大小，结果 可调节转子转速的高低。 （2）相位控制 2.交流异步伺服电动机的控制方法 靠改变Uc实现。 （1）幅值控制 保持Uc与Uf相差90度不变，仅改变Uc的幅值大小，结果 可调节转子转速的高低。 （2）相位控制 保持Uc幅值不变，仅改变Uc的相位，当Uc改变180度时，电机反转。 （3）即 Uc幅值，又改变Uc的相位

旋转变压器是输出电压与转子转角呈某种函数关系的精密感应式微电机。 第四节 旋转变压器 一、概述 旋转变压器是输出电压与转子转角呈某种函数关系的精密感应式微电机。 基本结构与普通绕线转子异步电动机相似，但定、转子绕组都是在空间相差90度电角度的两相对称绕组。 二、正、余弦旋转变压器的工作原理 输出电压与转子转角呈正弦或余弦关系。 （一）空载运行 D1— D2 定子一相 绕组 Z1—Z2 转子一相 Z1 Z2 D1 D2 d1 d2 Z1 D1 D2 d1 d2 θ Z2

1.转角θ=0 定、转子电动势为 2.如转子转过θ 转子电动势为 转子感应电动势与转角的余弦成正比. Z1 Z2 D1 D2 d1 d2 Fs Z1 D1 D2 d1 d2 θ Z2 Fs

如在转子上再加一套与Z1—Z2绕组在空间相差900的绕组 Z3—Z4，则其上感应电动势为 这套绕组感应电动势与转角成正弦关系。 结论： 在空载时，只有定子磁动势、转子输出电压与转角成正、余弦关系。

定、转子绕组产生的磁动势都在定子绕组的轴线方向上。 (二） 正、余弦旋转变压器的负载运行 1.θ=00时 定、转子绕组产生的磁动势都在定子绕组的轴线方向上。 磁势平衡式 磁动势与空载时相同。 2. θ=00时 转子绕组磁动势含有 交轴分量磁势Fq,会改 变磁场,引起误差. Z1 D1 D2 d1 d2 θ Z2 FS Fr Fd Fq

在转子上加上一正弦绕组,如两相对称、负载阻抗也相 3. 转子侧补偿的正、弦旋转变压器 在转子上加上一正弦绕组,如两相对称、负载阻抗也相 同、则两绕组中的交轴 磁动势刚好相互抵消。 4. 定子侧补偿的 正、余弦旋转变压器 当转子绕组交轴磁势 不能完全消除时，靠 定子绕组D3---D4来消除 Z4 D1 D2 D4 D3 Z1 Z2 Z3 Zr Zs

三、线性旋转变压器的工作原理 线性旋转变压器的输出电压与转角成正比。 Ur Z4 D1 D2 D4 D3 Z1 Z2 Z3 θ Us

自整角机是一种对角速度的偏差有自整步能力的控制电机，使机械上互不相连的两根转轴或多根转轴能自动保持相同的转角或同步旋转。 第五节 自整角机 一、概述 自整角机是一种对角速度的偏差有自整步能力的控制电机，使机械上互不相连的两根转轴或多根转轴能自动保持相同的转角或同步旋转。 广泛用于显示装置和随动系统中。 在系统中通常是两台或多台自整角机组合使用。产生信号的一方为发送机，接收信号的一方为接收机。 力矩式自整角机：用于同步指示系统 自整角机 控制式自整角机：用于随动系统

定子有三相对称绕组（同步绕组），转子上安放单相励磁绕组。 θ DUF DWF DVF DVJ DWJ DUJ Z1F Z2F Z2J Z1J 发送机 接收机 二、力矩式自整角机 定子有三相对称绕组（同步绕组），转子上安放单相励磁绕组。 规定,当发送机 和接收机的励 磁绕组轴线与 三相同步绕组 中的U相绕组 轴线重合时为 转子的初始位 置,这时发送机 的偏移转角θ1和 接收机的偏移 转角θ2 都为零。

原理: 当励磁绕组通电,两台自整角机都产生单相脉振磁场。在同步绕组中感应出相应的电动势， 发送机电动势为 接收机电动势为

当偏移角θ1= θ2，则失调角θ= θ1- θ2=00，这时三相绕组回路中没有电流，自整角机中就没有转矩产生。 当偏移角θ1= θ2，自整角机中就有转矩产生。转矩迫使接收机跟随发送机旋转，使θ1= θ2时为止。——自整步作用 三、控制式自整角机 接收机初始位置与发送 机差90度， 当θ1= θ2=00，则失调角 θ= θ1- θ2=00时，Ur =0 DUF DWF DVF DVJ DWJ DUJ Z1F Z2F Z2J Z1J Ur 当偏移角θ1= θ2，

控制式自整角机原理示意图 1200 Ur Z1f DUF

第六节 步进电动机 每输入一个脉冲,电动机转过一个步矩角。也称脉 冲电动机。 第六节 步进电动机 每输入一个脉冲,电动机转过一个步矩角。也称脉 冲电动机。 步进电动机基本工作原理图示 W V U 1 2 3 4 只给V相通电 U W V 3 1 2 4 只给U相通电

1、电动机的发热及温升； 2、电动机的短时过载能力。 第九章 电力拖动系统中电动机的选择 一、正确选择电动机的意义 在首先应满足生产机械的要求的前提下，合理地选择电动机的类型、运行方式、额定转速及额定功率，使电动机在高效率、低损耗的状态下可靠地运行，以达到节能和提高综合经济效益的目的。 中小型三相异步电动机，在我国应用十分广泛，其装机容量达3亿KW，用电量约占总发电量的60%，约3500亿KWh。由于电动机选用不合理，每年浪费的投资约10亿元，浪费电能50KWh以上。 二、决定电动机额定功率的主要因素 主要考虑两个因素： 1、电动机的发热及温升； 2、电动机的短时过载能力。 对于笼型电动机还要考虑起动能力。

电动机的损耗最终转变为热能，而使各部分的温度升高，使与该部件相接触的绝缘材料将迅速老化使其机械强度和绝缘性能很快降低，寿命大大缩短。 铁心和绕组是产生损耗和发出热量的主要部件。 电机中常用的绝缘材料，按其耐热能力，分为A、E、B、F和H等五级。 绝缘级别 A E B F H 最高允许温度（0C） 105 120 130 155 180 最高允许温升（K） 60 75 80 125

三、确定电动机额定功率的方法 最基本的方法： 依据机械负载变化的规律，绘制电动机的负载图，然 后根据电动机的负载图计算电动机的发热和温升曲线，从 而确定电动机的额定功率。 负载图：电动机功率或转矩与时间的关系图。 实用方法： 统计法--- 通过对同类负载所选用的电动机额定功率进 行统计计算和分析，从中找出电动机额定功率与该类负载 主要参数间的关系，得出相应的电动机额定功率的计算公 式。