电机与拖动基础考点总结.

考点总结

第四章

e T L T —生产机械的阻转矩 n —转速(r/min)】

第五章

一、直流电机的励磁方式：

I

I

I f I I f1图5-15直流电机的励磁方式

a) 他励式 b) 并励式 b) 串励式 b) 复励式

a)

b)

c)

d)

按励磁绕组的供电方式不同，直流电机分4种：

○

1他励直流电机 ○2并励直流电机 ○3串励直流电机 ○4复励直流电机 二、基础公式 1. 额定功率N P

N P （N T 为额定输出转矩，N n 为额定转速） 直流发电机中，N P 是指输出的电功率的额定值：

N N N I U P ?=

2. 电枢电动势a E

直流电机的电动势：n C E e a ?Φ?=（单位 V ） e C 为电动势常数

a

Z

n C P e 60?=

（P n —磁极对数，Z —电枢总有效边数，a —支路对数）

3. 电磁转矩e T

直流电机的电磁转矩：a T e I C T ?Φ?= （单位m N ?） T C 为转矩常数

a

Z

n C P T ??=

π2 （P n —磁极对数，Z —电枢总有效边数，a —支路对数）

4. 常数关系式

由于

55.9260

≈=π

e T C C 故 e T C C ?=55.9

三、直流电机

(一) 分类：直流电动机和直流发电机。 直流电动机：直流电能→→机械能 直流发电机：机械能→→直流电能

(二) 直流电动机(考点：他励直流电动机【如下图】)

I 图5-18直流电动机物理量的正方向与等效电路

a) 物理量的参考正方向 b) 等效电路

a)

b)

1. 电压方程：

励磁回路：f f f I R U =

电枢回路：a a a a I R E U += (特点：a a E U >) (a R ——包括电枢绕组和电刷压降的等效电阻 a E ——直流电机感应电动势)

其中 Φn

C E e a =

2. 转矩方程：0L e T T T +=

3. 功率方程：

○

1输入电功率→电磁功率 输入电功率1P =励磁回路输入电功率f P +电枢回路输入电功率a P

(注意：一般题目没有给出励磁信息，那么输入电功率=电枢回路输入电功率)

电枢回路输入电功率a P =电磁功率em P +铜耗功率Cua p ? 励磁回路输入的电功率：2f f f f f I R I U P == 电枢回路输入的电功率：()Cua em 2a a a a a a a a a a a p P I R I E I I R E I U P ?+=+=+==

(2a a Cua I R p =?——电枢回路的铜耗 a a em I E P =——电机的电磁功率)

且有ωωωe a p a p a p a a π2π2606060T ΦI a

Z

n ΦI a Z n ΦnI Z n I E ==?

== 即ωe a a T I E =

（原本基础公式为a e ΦI C T T =）

而由上式可得电动机电磁转矩的另一种计算公式：

n P

n P P T em em em

e 55.9π2==

=

ω

em P 的取值单位为w 才适用）

em P 的取值单位为kW 才适用） 2 电磁功率=机械功率=机械空载功率(损耗)+机械负载功率(输出功率)

由于0L e T T T +=和ωe T P em = 故 ωωωL 0e T T T += L 0em P p P +?=

L P ——电机的机械负载功率

0p ?——电机的空载损耗，包括机械摩擦损耗m p ?和铁心损耗Fe p ?

○3输入电功率1P →输出机械功率2P

电功率

电磁功率

机械功率

P P P

图5-19直流电动机的功率图

p P P p p p p P p p P P P ∑?+=+?+?+?+?=+?+?=+=22add m Fe Cu em Cua Cuf a f 1 式中2P ——电动机的输出功率，有P2=PL ；

add p ?——电动机的附加损耗，是未被包括在铜耗、铁耗和机械损耗之内的其他损耗； p ∑?——电动机的总损耗，并有

add 02a a 2Cua Cuf p p I R I R p p p p p p ?+?++=?+?+?+?+?=∑?

4. 工作特性：

5. 如何避免造成“飞车”？ 答：直流电动机在使用时一定要保证励磁回路连接可靠，绝不能断开。 原因：一旦励磁电流 If = 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。因此，在闭合电动机电枢电路前应先闭合励磁电路，保证电动机可靠运行。

(三) 直流发电机(考点：他励直流发电机【如下图】)

I 原动机

图5-21直流发电机物理量的正方向与等效电路

a) 物理量的参考正方向 b) 等效电路

a)

b)

1．电压方程：a a a a I R U E += (特点：a a E U <) 式中Φn

C E e a =

2．转矩方程：0e m T T

T +

=

3．功率方程：

○

1输入机械功率→电磁功率 输入机械功率m P (原动机)=电磁功率em P

+克服空载功率0p ? 0em 0e m m 1)(p P T T T P P ?+=+===ωω ○

2电磁功率→输出电功率 电磁功率em P =输出电功率2P +铜耗功率Cua p ? Cua 22a a a a a em p P I R UI I E P ?+=+== ○3输入机械功率1P →输出电功率2P

机械功率

电磁功率

电功率

P 1图5-23直流发电机的功率图

e p p p P p P P F m Cua 20em 1?+?+?+=?+=

式中p ∑?——add Cua Fe m p p p p p ?+?+?+?=∑?

四、考题解答

1．某他励直流电动机的额定数据为N P =17kW, N U =220V, N n =1500r/min ，N η=83%。计算额定电枢电流N I 、额定电磁转矩和额定负载时的输入电功率。

分析：电机的额定功率指的是输出功率，电动机的额定功率N P 指的是机械功率（没有空载损耗=电磁功率）（发电机的额定功率N P 指的是电功率）

解：(1) 额定电枢电流

N I =A 93.10=220

83.010173

N A U P N N ??=?η

(2) 额定电磁转矩

）（）（m N m N n P P P T N ?=???====23.1081500101755.955.960π23

N N N

eN

ω

(3) 额定负载时输入电功率 法一：kW W I U P N 48.2020482

10.93220N 1==?=?= 法二：kW W P P N N

48.2083

.0101731=?==

η 2．有一他励直流发电机的额定数据为：N P =46kW ，N U =230V, N n =1000r/min ，a R =0.1Ω，已知0p ?=1kW ，add p ?=0.01N P ，求额定负载下1P 、em P 和N η。

分析：电机的额定功率指的是输出功率，发电机的额定功率N P 指的是电功率；

解：kW P p N 46.001.0add ==?

A A U P I N N 200230

10463

N =?==

kW W R I p a 440002

N Cua ===?

kW p p p p 46.5446.01Cua add 0=++=?+?+?=∑?

(1) 额定负载下输入功率

kW kW p P P N 46.51)46.546(1=+=∑?+=

(2) 额定负载下电磁功率

kW kW p P P N 50)446(Cua em =+=?+=

(3) 额定负载下发电机效率

法一: %39.89%10046.5146

1

N =?==P P N η 法二：%39.89%61.101%10046

.54646

.511N =-=?+-=∑?+∑?-=p P p N η

_ +

U a

R f

图6-1他励电动机接线图

第六章

一、他励直流电动机的机械特性： 1．机械特性的一般形式

e

0e 2T e a e a T e

e a e

a e a a a )(T n T ΦC C R

R ΦC U Φ

C T ΦC

R R ΦC U ΦC R R I U n β-=+-=+-

=+-=

式中n ——直流电机的理想空载转速，

β——直流电机机械特性的斜率，

2．固有机械特性(特点：电枢电压、励磁电压均为额定值)

图6-2 他励电动机固有机械特性

○

10=e T 时，N

ΦC U n n e a

0==是理想空载转速，由a e ΦI C T T =可知，同时0=a I ，

a N E U =。

○

2固有机械特性硬：斜率2

T e a

N

ΦC C R =β较小，表示固有转速的变化小，所有固有机械特性比较硬。

○

3电动机起动时n=0，由n C E e a ?Φ?=，感应电动势0=a E ，这时电枢电流为起动电流st a

N

a I R U I ==

；

电磁转矩为启动转矩 st N st a N e I ΦC T I ΦC T T T ===；又因为电枢电阻a R 很小，在额定电压的作用下， 起动电流将非常大，远远超过电动机所允许的最大电流， 会

烧坏换向器，因此直流电机一般不允许全电压直接起动。

○

4若转矩0,<>n T T st e ，特性曲线在第四象限；若0,0>

3．人为机械特性

e

图6-3 改变电枢电压的人为的机械特性

n e

图6-5 改变电枢电阻的人为机械 n

e

图6-4 改变磁通的人为机械特性○2减小每极气隙磁通Φ ○3电枢回路串接电阻R

（注意：减小U 或串接R 都使得n 减小，而减小Φ却使得n 增加）

二、他励直流电动机的起动方式（2种） ○

1电枢回路串电阻起动 ○2降压起动

2st

st2st2+R st3 图6-6 他励直流电动机串电阻起动

a) 原理图 b) 机械特性

a)

b)

e 图6-7 他励直流电动机降压起动

a) 电力电子可控整流供电系统 b) 降压起动的机械特性

a)

b)

d4

三、他励直流电动机的调速

1．静差率：是指在同一条机械特性上，从理想空载到额定负载时的

静差率s 0n 有关。当理想空

载转速0n 一定时，机械特性越硬，额定速降N n ?越小，则静差率越小。 2. 他励直流电动机的调速方法(根据3种改变n 的人为机械特性)

○

1串电阻调速 e

T ΦC C R

R ΦC U n 2N

T e a N e N +-= 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；

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。

（电枢串电阻调速的方法多用于对调速性能要求不高的场合，如过去的起重机、电车等，现在已不多见。）

○

2调电压调速 e 2

T e rec

a N e d0T ΦC C R R ΦC U n +-=（整流装置输出电压d0U ；整流装置内阻rec R ） 特点：

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。

（调压调速多用在对调速性能要求较高的生产机械上，如机床、轧钢机、造纸机等。）

○

3弱磁调速 e 2

T e a

e N T ΦC C R ΦC U n -= 特点：

1）由于励磁电流I f <

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）nN ，特殊设计的弱磁调速电动机，最高转速为（3~4）nN ，因而调速范围窄。

（弱磁调速的调速范围小，所以很少单独使用，一般都与调压调速配合，以获得很宽范围的、高效、平滑而又经济的调速。）

3.调速方式

○

1恒转矩调速方式：在整个调速过程中保持电动机电磁转矩e T 不变；

○2恒功率调速方式：在整个调速过程中保持电动机电磁功率em P 不变。

（注意：一般弱磁调速适用于恒功率调速，其余两个适用于恒转矩调速）

相关例题：一台他励直流电动机额定数据为：N P =100kW ，N U =220V ，N I =517A ，

N n =1200r/min ，电枢回路电阻a R =0.044Ω。求：

1）固有机械特性方程式；

2）额定负载时的电枢电势和额定电磁转矩；

3）额定输出转矩和空载转矩；

4）理想空载转速和实际空载转速；

5）电机额定运行，分别求电枢回路外串电阻Ωa R =0.206Ω时的转速、电压U=50V 时的转速和磁通Φ=75%N φ时的转速。 解：（1）固有机械特性方程式 常数164.01200

044

.0517200=?-=?-=

N a N N N e n R I U C φ

T T T C C R C U n N T e a N e N 17.01341164.055.9044.0164.02202

2

-=?-=-=φφ （2）电枢电势和电磁转矩

L

e

图6-11 调压调速时的机械特性

电枢电势为：)(8.1961200164.0V n C E N N e a =?=?=φ

电磁转矩为：)(7.809517164.055.955.9m N I C T a N e e ?=??=?=φ （3）额定输出转矩和空载转矩

输出转矩为：)(8.7951200

1010055.955.93

m N n P T N N L ?=??==

空载转矩为：)(9.138.7957.8090m N T T T L e ?=-=-=

（4）求理想空载转速和实际空载转速

理想空载转速为：min)/(13410r C U n N

e N

==

φ 实际空载转速为：min)/(6.13389.1317.0134117.000r T n n =?-=-=

（5）电枢回路外串电阻Ωa R =0.206Ω时的转速

min)/(5537.809164.055.9206

.0044.01341)(55.92

20r T C R R n n e

N e a a =??+-=+-

=Ωφ

电压U=50V 时的转速

min)/(1667.809164.055.9044.0164.050)(55.92

2r T C R C U n N e a N e =??-=-=

φφ

磁通Φ=75%N φ时的转速

min)/(1542)

164.075.0(55.97

.809044.0164.075.0220)

%75(55.9%752

2

r T C R C U n N e a

N e N =???-?=

-=φφ

四、他励直流电动机的四象限运行

可见，电动机运行状态分成两大类，e T 与n 同方向时为电动运行状态，

e T 与n 反方向时为制动运行状态。

(注意：1.电动状态机械特性分布在

一【正向电动运行】、三【反向电动运行】象限；2.制动状态机械特性分布在二、四象限；)

制动方法：机械制动+电气制动 电气制动方法：1、能耗制动；2、

反接制动：○

1电枢反接(用于反抗性负载)○

2倒位反接（用于位能负载）3、回馈制动：○

1正向回馈制动○2反向回馈制动

（着重图形，计算不做要求）

图知：1、与负载L T 有交点称为运行，没有交点则称为过程；

2、电动运行状态分布在一【正向电动运行】、三【反向电动运行】象限；

3、能耗制动分布在二、四象限，且过原点。

4、反接制动过二、三、四（电枢反接）象限或者一、四（倒位反接）象限。（但是制动只分布在二、四象限！）

T e

图6-24 他励直流电动机的四个象限运行

5、回馈制动过一、二（正向回馈制动）象限或三、四（反向回馈制动）象限。（但是制动只分布在二、四象限！）

第七章

一、三相变压器的电路系统——联结组

1．三相变压器绕组的联结法（2种）

1）星形：绕组末端XYZ联结一起，首端ABC引出

(用字母Y或y表示，如果有中线N引出则用YN或yn表示)

2）三角形：各项绕组首末相连(规定A—X—C—Z—B—Y—A联结)

(用字母D或d表示)

2．三相变压器联结组的判断（考点：Yy0和Yd11）

（注意：两个皆为同名端同时作为首端，即A和a作为首端）

（注意：大写为高压侧绕组，小写为低压侧绕组）

（注意：数字填涂看高压绕组EAB和Eab相差多少，逆时针为转向，看Eab到EAB滞后的度数，30度1个点，图2就是滞后330度即11点）

一般采用Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0和Yy0等5种标准联结线。其中的Yyn0联结组是在低压侧引出中性点，便于220V电器用户使用；YNd11主要是供高压输电使用。

例如：Dyn表示高压绕组是三角形联结线；低压绕组是星形联结线，并有中性点引出；YNyn表示高压绕组是星形联结，低压绕组也是星形联结，而且两个绕组都有中性点引出；

第九章

一、异步电动机的分类

1、按定子相数分：单相异步电动机；三相异步电动机。

2、按转子结构分：绕线式异步电动机；鼠笼式异步电动机，其中又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机、深槽式异步电动机

1n —同步转速；n —转子转速）

补充公式p

n f n 1

160=

三、异步电机的运行方式 1、电动机运行方式 2、发电机运行方式 3

、电磁制动运行方式 四、异步电动机的功率

○

1输入电功率→电磁功率（s 为转差率） 电源输入的功率1s s 1cos 3?I U P = 定子铜耗s s R I p 2Cus 3=?

定子铁耗f f R I p 2Fe 3=?（转子铁耗很小，忽略不计）

Fe Cus p p P P ?-?-=1em

○

2电磁功率→输出机械功率（s 为转差率） 转子铜耗em

Cur sP p =?

em Cur em m )1(P s p P P -=?-=

重点：)

1(::1::m Cur em s s P p P -=?

add m m 2p p P P ?-?-=

1ω—旋转磁场的同步角速度)

即02T T T e -=（2T —输出转矩；0T —空载转矩，ω

e P T =

【add m 0p p P ?+?=称空载损耗】

）

第十章

一、同步电动机的功率因数

1、当改变同步电动机的励磁电流时，能够改变同步电动机的功率因数。

2、当改变励磁电流时，同步电动机功率因数变化的规律可以分为三种情况，即正常励磁状态、欠励状态和过励状态。

3、同步电动机拖动负载运行时，一般要过励，至少运行在正常励磁状态，不要让它运行在欠励状态。

第十一章

一、三相异步电动机固有机械特性(书P212固有特性曲线分析)

二、异步电动机起动性能分析（）

比较重要的：

（１）足够大的起动转矩。起动电流倍数K I=I st / I N

（２）不要太大的起动电流。起动转矩倍数K T=T st /T N。

普通的异步电动机，如果不采取任何措施，而直接接入电网起动时，往往起动电流I st很大，而起动转矩T st不足。

异步电动机在起动时存在以下两种矛盾：

1）起动电流大，而电网承受冲击电流的能力有限；

2）起动转矩小，而负载又要求有足够的转矩才能起动。