交流电机基础理论
电工理论知识
电工理论知识一、基础知识和基础理论1.1交流电路电压电流关系1.2电阻星形连接与三角形连接等效变换公式：1.3电路分析的基本方法(1)克希荷夫第一定律(克希荷夫电流定律KCL)：在电路任何时刻，对任一结点，所有支路电流的代数和恒等于零，即流出结点的取+号，流入结点的取-号。
N为支路数。
(2)克希荷夫第二定律(克希荷夫电压定律KVL)：在电路任何时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零，即电压的参考方向与指定的绕行方向一致的取+号，相反的取-号。
N为支路数。
(3)支路电流法：应用KCL、KVL列出与支路电流数目相等的方程，求解支路电流的方法。
(4)回路电流法。
(5)结点电压法：对于有几个结点的电路，任选一个结点作为参考点，其余点相对于参考点的之间的电压为结点电压，以结点电压为未知量，应用KVL列出(民N-1)个独立结点电压方程。
(6)叠加定理：在线性电路中，任一支路的电压或电流都是各个独立源单独作用于电路时，在该支路产生的电压或电流的代数和。
(7)戴维南定理：任何有源二端线性网络，可用一个电压源和一个电阻的串联组合等效替代。
其中电动势等于有源二端网络的开路电压U0，电阻为端口内部电源为0零时的开端电阻。
(8)诺顿定理：任何有源二端线性网络，可用一个电流源和一个电阻的并联组合等效替代。
其中电流源等于有源端口的短路电流I0，电阻为端口内部电源为0零时的开端电阻。
1.4运算电路的输入输出电压关系1.5调制：在发送端利用低频信号去控制高频信号的某一个参数，使高频信号的该参数按照低频信号的变化规律而变化的过程。
调幅、调频、调相。
调制信号有模拟和数字信号。
解调：将低频信号从调制信号中分离的过程。
1.6电力变压器的额定容量：变压器二次侧额定输出功率，或称视在功率新系列R10系列为30，50，63，80，1 00，125，160，200，250，315，400，500，630，。
额定电压指相线电压。
额定电流：二次侧额定输出时，一次或二次侧流过的电流称为一次或二侧的额定电流。
交流电机变频调速及其应用第一章 异步电动机变压变频调速理论基础
I
' r
k
s Rr'
Us
n
s n0 n n0
I
' r
额定恒转矩条件下，降压则过载！例如冰箱、空调等。
U I 电动机为非线性负载，不能简单套用欧姆定律。
因此，降压调速的方法仅适用于负载较轻或 调速范围较小的情况。
11
交流力矩电机的机械特性
为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能
在较低转速下运行而不致过热，就要求电机转子有较高
第一章 第一章 异步电动机变频调速理论基础
主讲教师： 崔纳新
1
本章提要 • 1.1 异步电动机运行原理 • 1.2 异步电动机的机械特性 • 1.3 变频调速的基本控制方式 • 1.4 负载转矩特性及其与调速方
式的配合
2
1.2 异步电动机的机械特性
异步电动机不同的调速方式 异步电动机的机械特性
人为地改变
M
Te m a x Ten
ns
M称为过载倍数。 n0 0
a
sm
b
01
Tq TL
Temax Te
图1-7异步电动机固有机械特性
6
1.2 异步电动机的机械特性
• （2）异步电动机的工作区域，一般只能在 s 0 ~ sm 范围内，在该范围内转矩可以近似看成和转差率成正
比，故称为机械特性的线性段，大于sm部分则为机械 特性的非线性段。
电磁转矩与定子电压的平方成正比。 3
1.2 异步电动机的机械特性
• 当电压Us和频率1一定时，机械特性方程式Te= f（s） 是一个二次表达式。在定子电压Us和频率1均为额定
值的情况下，可画出异步电动机的固有机械特性曲线
如图1-7所示。 n s
第06章-交流电机的旋转磁场理论
-11-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
二、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， 合成磁动势的幅值是单相电枢绕组脉
振磁动势幅值的3/2倍。同理可以证明，对于m相对称绕组通入 m相对称电流，所产生的基波合成磁动势也是一个旋转行波， 其幅值为每相脉振幅值的m/2倍。
-13-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
第三节 交流电机的主磁通和漏磁通
一、主磁通
当交流电机的定子绕组通入三相对称电流时， 便在气隙中
建立基波旋转磁动势，同时产生相应的基波旋转磁场。 与基波
旋转磁场相对应的磁通称为主磁通，用m表示。由于旋转磁场
是沿气隙圆周的行波，而气隙的长度是非常小的， 所以相应的
-8-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
图6-3说明 Fs (x,t) 是一个幅 值恒定、正弦分布的行波。
由于 Fs (x,t) 又 表示三相电
枢绕组基波合成磁动势沿气隙圆
F sm
F ( x, t) s
v1
et
周的空间分布，所以它是一个沿
气隙圆周旋转的行波，其相对于
定子的速度是
v1
e
π
（6-8）
0
FA1( x, t ) FB1 ( x, t ) FC1 ( x, t )
Fm
1
c
oset
c
os
πx
Fm
1
c
os
(et
2π 3
)
Fm 1
cos(et
2π 3
)
cos(πx
cos(πx
2π ) 3 2π ) 3
（6-5）
式中，Fm1是每相磁动势基波分量的幅值，其精确的计算需要考 虑绕组分布及短距等因素。
机电专业知识点
机电专业知识点一、知识概述《电机原理》①基本定义：电机嘛，简单说就是把电能和机械能互相转换的一种装置。
电能进来，能让它转起来输出机械能，像家里的风扇电机就是这样；反过来，给它个外力让它转起来，又能发电，风力发电机就是这种。
②重要程度：在机电专业里那可太重要了。
各种机电设备都离不开电机，从小小的电动玩具到大的工业设备，没有电机很多东西都动不起来。
③前置知识：需要了解一些电学的基础知识，像电流、电压是咋回事儿，还有简单的电路知识，知道啥是串联、并联电路这些。
④应用价值：生活中到处都是应用，比如说电梯，电机转动带着轿厢上下，还有工厂里的机床，电机驱动刀具或者工件的运动。
二、知识体系①知识图谱：电机原理在机电专业里面算基础中的基础，很多其他知识都是围绕电机展开或者和电机协同工作的知识相关。
②关联知识：和电路原理、电磁学知识联系很紧密。
比如说电机里需要电流产生磁场，这就和电磁学有关了；电机要接入电路工作，肯定和电路原理脱不了关系。
③重难点分析：- 掌握难度：说实话有点难。
对于电机的内部磁场分析、转矩产生的原理理解起来不太容易，因为很抽象。
比如磁场这个东西看不见摸不着，要理解它和电流、转子、定子之间的相互关系得费点劲。
- 关键点：把握住电磁感应原理在电机中的体现。
就是电流产生磁场，磁场又对电流或者运动电荷有力的作用这个关系。
④考点分析：- 在考试中的重要性：非常重要。
各种测试里都会有电机原理的题目。
- 考查方式：有考概念的，像让你解释电机的基本工作原理；也有计算类的，比如计算电机的转速、转矩等。
三、详细讲解【理论概念类】①概念辨析：- 电机有直流电机和交流电机这两大主要类型。
直流电机呢，是靠直流电工作的，电流方向基本不变。
交流电机是用交流电工作的，电流方向是周期性变化的。
好比直流电机是个老实干活按一种方式走的人，交流电机就像个多变的人，按一定节奏变换工作方式。
②特征分析：- 直流电机：它的转速调节比较容易，通过改变电压等方法就能实现，而且启动转矩比较大。
简易电动机原理
简易电动机原理
电动机是将电能转换为机械能的设备。
其工作原理基于电磁感应现象，主要由磁场和导电线圈组成。
磁场可以由永磁体或电磁铁产生。
当电流通过导电线圈时，会在其周围产生磁场。
电流和磁场之间存在一种力的相互作用，称为洛伦兹力。
洛伦兹力的大小和方向取决于电流方向和磁场方向。
在电动机内部，当电流通过导电线圈时，洛伦兹力会作用在导线上，使其开始运动。
导线环绕在定子内，导线和定子之间的相互作用力导致导线沿着旋转方向转动。
由于导线是通过交流电供电的，因此导线会交替地受到洛伦兹力的作用，导致不断的旋转运动。
为了使运动持续进行，电流需要不断改变方向。
这通常是通过交流电源提供的。
通过合理设计导线的形状和排列方式，可以实现更高效的电动机。
著名的电动机设计包括直流电动机和交流异步电动机等。
虽然简单的电动机原理只是电动机复杂工作的一部分，但它提供了电动机工作的基础理论。
通过掌握这一简易原理，我们可以更加深入地理解电动机的工作原理和性能特点。
电机学
《电机学》讲授提要第一章 导论§1.概述一、电机的物理概念发电机Blv e =电动机Bli f = 变压器dtd Ne Φ-= 以磁场为媒介，实现机电能量相互转换或传递电能的装置。
二、电机的分类：变压器 交流（旋转）电机直流电机控制电机三、电机工业的发展§2.研究电机的基础理论一、磁场1、磁场的建立——磁势Ni F =2、表证磁场的物理量： Φ——磁通量，总的磁场的大小B ——磁通密度)(AB dA d B Φ=Φ= μBH =——磁场强度二、磁场的基本定律：1、磁通连续性原理0=∑Φ2、全电流定律（安培环路定律）⎰∑=Ni Hdl3、磁路的欧姆定律同步电机异步电机Al R R FM Mμ==Φ三、电磁感应定律：1、dt d N e Φ-=——变压器电势设t M ωsin Φ=Φ)90sin( -=t E e M ωE ：大小波形频率相位2、Blv e =——运动电势3、自感电势4、互感电势四、电磁力定律：Bli f =——电磁力r f t em ⋅=em em t T ε=——电磁转矩Ω⋅=em em T P ——电磁功率五、电路诸定律：)00(0=∑=∑∑=∑=∑=e u u e i Rei 或或§3.铁磁材料的特性1、易于磁化2、B ——H 为饱和曲线3、磁滞、剩磁现象4、交变磁化时，有磁滞、涡流损耗——铁耗Fe P第二章 电力变压器§1.变压器的基本工作原理与主要结构一、基本工作原理dtd Ne dt d N e 122111Φ-=Φ-= 二、主要构件1、铁心——磁路系统闭合铁心硅钢片迭装而成2、绕组——电路系统3、套管及绝缘4、油箱5、冷却系统6、其它三、额定值：S NU 1N /U 2NI 1N /I 2Nf Nu ky,d 11§2.空载运行一、电磁状态：02=It U u m ωsin 11=全电流定律 电磁感应定律的具体应用0101i N i u N ⇒⇒二、感生电势：t m ωsin Φ=Φ1、)90sin(1 -=t E e m ω大小：m mm f N N E E Φ=Φ==111144.422ω波形：正弦形频率：f πω2=相位：滞后 90Φ2、m f N E e Φ=22244.4:3、正方向惯例4、电势比：k ——变比2121N N E E k == 三、电磁关系：)(11011σjx r I E U ++-= m m m jx R Z +=——激磁阻抗mZ I E 01 -= 不计01)(1I jx r σ+ m f N E U Φ=≈11144.41144.4fN U m =Φ 说明Φ仅与11,,N f U 有关。
2024版年度高级电工培训交直流传动系统课件
介绍电枢控制、磁场控制等调速方式的原理 和应用。
2024/2/3
14
交流电机与变频器
交流电机的基本结构和工作原理
包括定子、转子、轴承等部件的作用和相互关系。
变频器的组成与功能
阐述整流、滤波、逆变等电路的作用，以及频率、 电压等控制功能。
ABCD
2024/2/3
交流电机的分类与特点
根据电源相数、转子结构等分类，介绍各类交流 电机的性能特点。
控制回路故障
控制回路接线错误、元件损坏等，可能导致系统控制功能失效。
传动系统故障
传动机构卡滞、磨损等，可能导致传动系统无法正常工作。
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故障排除技巧与实例分享
01
02
03
故障排除步骤
观察故障现象、分析故障 原因、确定故障部位、采 取排除措施。
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常用故障排除方法
电阻法、电压法、电流法、 替换法等。
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培训目标
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掌握交直流传动系统基 本原理和构成。
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交直流传动系统概 交直流传动系统基 交直流传动系统设 交直流传动系统安 交直流传动系统故
阐述安装位置选择、校准调试等方法和注意 事项。
16
设备维护与保养
电动机基础理论知识点总结
电动机基础理论知识点总结电动机是一种将电能转换为机械能的装置。
它广泛应用于工业生产、家庭生活和交通运输等领域。
在电动机的运行原理和性能特点方面，有一些基础的理论知识点是十分重要的。
本文将对电动机的基础理论知识点进行总结，包括电动机的分类、运行原理、性能特点及应用等方面。
一、电动机的分类电动机主要分为直流电动机和交流电动机两大类。
根据电动机的不同工作原理和结构特点，又可细分为多种类型。
1. 直流电动机直流电动机是直流电源为其提供电能转换为机械能的装置。
直流电动机具有线圈绕组和永磁体两种类型。
线圈绕组又可分为电枢绕组和励磁绕组两部分。
直流电动机的性能稳定，调速范围广，应用范围广泛。
2. 交流电动机交流电动机是交流电源为其提供电能转换为机械能的装置。
根据其工作原理和结构特点，交流电动机又分为异步电动机、同步电动机和感应电动机等多种类型。
交流电动机的结构简单、成本较低，适用于大部分家用电器和工业设备。
二、电动机的运行原理电动机的运行原理是将电能转化为机械能。
其基本原理是根据洛伦兹力和法拉第电磁感应定律的相互作用原理。
电动机在运行过程中，通过电流在磁场中受到洛伦兹力的作用，产生转矩，从而驱动电机的转子旋转。
1. 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理是基于直流电源的电流在磁场中受到洛伦兹力的作用，产生转矩，从而驱动电机的转子旋转。
直流电动机的工作原理简单清晰，可以通过改变电枢电流的方向和大小来实现电动机的调速和逆转。
2. 交流电动机的运行原理交流电动机的运行原理是基于交流电源产生的旋转磁场对电动机转子产生感应电动势，从而产生转矩，驱动电机的转子旋转。
交流电动机的工作原理相对复杂，需要通过外部电路控制来实现电机的调速和逆转。
三、电动机的性能特点电动机的性能特点是评价其工作状态和品质的重要指标。
主要包括额定功率、额定转速、起动性能、效率和功率因数等方面。
1. 电动机的额定功率和额定转速电动机的额定功率是指电机在额定工况下能够持续输出的功率。
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交流电机基础理论
常用的交流电动机有三相异步电机（感应电机）和同步电机。
异步电机可用于一般场所和无特殊性能要求的各种机械设备；同步电机既可作发电机使用，也可作电动机使用。
Y 系列三相异步电机
三相稀土永磁同步电机
4.1 交流电机基础理论 电磁场理论
4.1.1 交流电机的基本工作原理
原理：
基于定子旋转磁场（定子绕组内三相电流所产生的合成磁场）和转子电流
（转子绕组内的感应电流）的相互作用。
工作原理
定子绕组与电源的连接
4.1.2 交流电机的基本电路分析
由于转子转速不等于同步转速，把转速差（n0－n）与同步转速n0的比值称为
异步电动机的转差率，用S表示，即
三相异步电动机的结构
按结构分类：
鼠笼式异步电动机：结构简单，坚固，成本低。
绕线式异步电动机：通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能。
4.2.1 三相异步电动机的基本结构
定子
定子由铁心、绕组与机座三部分组成。
定子铁心是电动机磁路的一部分，它是由0.5mm的硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘的。
定子绕组是电动机的电路部分由许多线圈连接而成，每个线圈有两个有效边分别放在两个槽里。
三相对称绕组AX，BY，CZ可连接成星型或三角形。
机座主要用于固定与支撑定子的铁心。
转子
转子有铁心与绕组组成。
异步电动机的转子绕组有鼠笼式、线绕式。
4.3.1 定子电路分析
定子由铁心、绕组与机座三部分组成；定子铁心是电动机磁路的一部分，它是由0.5mm的硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘的。
定子绕组是电动机的电路部分，由许多线圈连接而成，每个线圈有两个有效边分别放在两个槽里。
三相对称绕组AX，BY，CZ可连接成星型或三角形。
定子每相绕组中产生的感应电动势为：
有效值为：
定子电动势或电流的频率：
漏磁电动势：
定子每相绕组上的电压为：
式中，R1和X1（X1＝2πf1LL1）——定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。
4.4.1 三相异步电动机的电磁转矩
三相异步电动机的转矩:
三相异步电动机的转矩是由旋转磁场的每极磁通Φ与转子电流I2相互作用而生成的。
它与Φ和I2 的乘积成正比，此外，它还与转子电路的功率因素cosφ2 有关。
转矩表达式：
式中，K——与电动机结构参数、电源频率有关的一个常数；
U1，U ——定子绕组相电压，电源相电压；
R2——转子每相绕组的电阻；
X20——电动机不动（n＝0）时转子每相绕组的感抗。
4.4.2 三相异步电动机的固有机械特性
固有机械特性：
异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中的不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有（自然）机械特性。
电动机的理想空载转速：
额定转矩及额定转差率：S=(N1-N2)/N1
转矩－转差率特性的实用表达式，即规格化转矩－转差率特性启动转矩：
常见的启动方式：
直接启动（全压启动）
电阻或电抗器将压启动
Y－△将压启动
自耦变压器将压启动
延边三角形启动
4.5.1 直接启动
所谓直接启动，就是将电动机的定子绕组
通过闸刀开关或接触器直接接入电源，再额定下启动，
如图示。
由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么
情况下才允许采用直接启动，主要取决于电动机的果农
功率与供电变压器的容量之比值。
直接启动因无需附加设备，且操作和控
制简单、可靠、所以，在条件允许的情况下应尽量采用
，考虑到目前在大中型厂矿企业中，变压器的容量已经
足够大，因此，绝大数中，小型鼠笼式异步电动机都采
用直接启动。
4.5.2 电阻或电抗器降压启动
异步电动机采用定子串电阻或电抗器的降
压启动原理接线图如图示。
启动时，接触器1KM断开，
KM闭合，将启动电阻RST串入定子电路，时启动电流
减
小；待转速上升到一定程度后再将1KM闭合，RST被短
接
，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。
这种启动方法的缺点是：
启动转距随定子电压的平方关系下降，其机械特
性见图示，故它只适用于空载或轻载启动的场合。
不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量大，
不适用于经常启动的电动机，若采用电抗器代替电阻器
所需设备较贵，且体积大
由公式在已知T的条件下可推算出S：
再由公式和公式可得到：
根据上述公式，改变其四个参数（Tmax、Sm、f、p），有如下4种相应的调速方法：
调压调速
转子电路串电阻调速
改变极对数调速
变频调速
4.6.1 改变定子磁极数的调速特性
由式n0=60f/p 可知，如果磁极对数p减小一半，则旋转磁场的转速n0将提高一倍，转子转速n差不多也提高一倍。
因此改变p可以得到不同的转速。
如何改变磁极对数，取决于定子绕组的布置和联接方式。
原理：变换异步电动机绕组极数从而改变同步转速进行调速，其转速是按阶跃方式变化，而非连续变化。
应用：变极调速主要用于笼型异步电动机，变极电动机有转换单绕组接线改变极数的电动机和同一铁芯上设置两个以上极数不同绕组的电动机。
下图是YD系列(IP44)变极多速三相异步电动机。
YD系列(IP44)变极多速三相异步电动机
4.6.2 改变定子回路电压的调速特性
常见的三种制动方式：
能耗制动
反馈制动
反接制动
4.7.1 能耗制动特性
异步电动机的反接制动用于准确停车有一定的困难，因为它容易造成反转，而且电能损耗也比较大；反馈制动虽然是比较经济的制动方法，但它只能在高于同步转速下使用；而能耗制动却是比较常用的准确停车的方法。
原理图如下：
进行能耗制动时，首先将定子绕阻从三相电流电源断开（1KM打开），接着立即将一抵押直流电源统入定子绕阻（2KM闭合）。
直流电流通过定子绕阻后，在电动机内部建立一个固定不变的磁场，由于转子在运动系统存储的机械能维持下继续旋转，转子导体内就产生感应电势和电流，该电流于恒定磁场相互作用产生作用方
向于转子实际旋转方向相反的制动转矩，在它的作用下，电动机转速迅速下降，此时运动系统贮存的机械能被电动机转换成电能后消耗在转子电路的电阻中
单相异步电动机
单向异步电机，是一种容量从几瓦到几百瓦，由单向交流电源供电的旋转电机。
具有结构简单、成本低廉、运行可靠等优点。
被广泛运用于电风扇、洗衣机、电冰箱、吸尘器、医疗器械及自动化控制装置中。
单相异步电机的启动方法：
1、电容分相式异步电动机
2、罩极式单相异步电动机
4.8.1 单相异步电动机的磁场
单相绕组电流建立的脉动磁场：
一个脉动磁场可以分解为两个幅值相等、速度相同、旋转方向相反的两个磁场．
叠加原理：
把一台单相异步电机可以想象成是两台完全相同、旋转方向相反的三相鼠笼式电动机同轴运行，两台三相电机的机械特性完全一样，对称于坐标原点。
当n=0时电动机的转矩为零，即电机无法启动。
结论：
1.在脉动磁场作用下的单相异步电动机没有启动能力，即启动转矩为零；
2.单相异步电动机一旦启动，它能自行加速到稳定运行状态，其旋转方向不固定，完全取决于启动时的旋转方向。
步电动机：
同步电机既可以作发电机运行，亦可以作电动机运行。
同步电动机也是一种三相交流电机，它除了用于电力传动外，还用于补偿电网功率因素。
发电厂中的交流发电机，全部采用同步电机。
4.9.1 同步电动机的结构特点
与同步电机一样，同步电机也分定子和转子两大基本部分。
定子由铁心、定子绕阻（又叫电枢绕阻，通常是三相对称绕阻，并通有对称三相交流电流）、机座以及端盖等主要部件组成。
转子包括主磁极、装在主磁极上的直流励磁绕组、特别设置的鼠笼型启动绕阻、电刷以及集电环等主要部件。
由于同步电动机中作为旋转部分的转子只通以较小的直流励磁功率，故同步电动机特别适用于大功率高电压的场合。
同步电动机分定子和转子两大基本部分。
定子由铁心、定子（电枢）绕组、机座以及端盖等主要部件组成。
转子则包括主磁极、装在主磁极上的直流励磁绕组、特别设置的鼠笼型启动绕组、电刷以及集电环等主要部分。
同步电动机的工作原理
电枢绕组通以对称的三相交流电流后，气隙中便产生一电枢旋转磁场，其旋转速度为同步转。