电机与电力拖动 第9章 同步电机及同步电动机的电力拖动
2021年电机拖动知识点概要
电机拖动知识点概要1、直流发电机工作原理当原动机拖动电枢以恒定方向旋转式，线圈边将切割磁力线并感应出交变电动势，由于电刷和换向器的“整流”作用，使电刷极性保持不变，在电刷间产生直流电动势。
2、直流电动机的工作原理在电刷两端加直流电压，经电刷和换向器作用使同一主磁极下线圈边中的电流方向不变，该主磁极下线圈边所受电磁力的方向亦不变，从而产生单一方向的电磁转矩，使电枢沿同一方向连续旋转。
3、直流电机的可逆原理同一台电机既能作电动机亦能作发电机运行的现象。
4、直流电机的结构主要由静止的定子和旋转的转子构成，定子和转子之间存在气隙。
①定子由主磁极、换向极、机座、端盖、轴承、电刷装置等组成。
②转子转子的作用是感应电动势并产生电磁转矩；它包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴和风扇等。
5、直流电机电枢绕组（基本形式叠绕组和波绕组）分类单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组及混合绕组等。
单叠绕组特点同一个元件的出线端连接于相邻的两个换向片上，相邻元件依次串联，后一个元件的首端与前一个元件的尾端连在一起并接到同一个换向片上，最后一个元件首端与第一个元件尾端连在一起，形成一个闭合回路。
【注支路对数a等于电机的极对数p，即a=p】单波绕组特点同一个元件的两个出线端所接的两个换向片相隔接近于一对极距，元件串联后形成波浪形，所以称为“波绕组”。
【注并联支路数总是2，即极对数a=1】★单叠与单波绕组区别单叠绕组可通过增加磁极对数来增加并联支路对数，适用于低电压、大电流的电机。
单波绕组的并联支路对数a=1，每条并联支路数串联的元件数较多，适用于小电流、较高电压的电机。
6、直流电机分类（按励磁方式分）他励、并励、串励、复励7、主磁通和漏磁通定义及其作用同时与电枢绕组（即转子绕组）和励磁绕组（即定子绕组）相交链的磁通称为主磁通；只与励磁绕组（即定子绕组）相交链的磁通称为漏磁通。
主磁通与通电的转子绕组相作用产生电磁转矩，使电机转动；漏磁通无用。
电机拖动基础试卷及答案
《电机与拖动》试题库第一部分直流电机一、填空题：1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。
(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。
（Ea 〈U；Ea〉U）3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。
（叠绕组；波绕组；叠）4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。
（相反；相同）5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。
（2p；2）6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。
（每极气隙磁通量；电枢电流）7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。
（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）二、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（）（F）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（）（T）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（F）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（）（F）三、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。
电机与拖动基础试题及答案
第二部分 直流电动机的电力拖动一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。
（U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem2、直流电动机的起动方法有____ ___。
（降压起动、电枢回路串电阻起动）3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。
（2）4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。
（理想空载转速）5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。
（降压或电枢回路串电阻；弱磁）1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。
（ ）（F ）2、直流电动机串多级电阻起动。
在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。
（ ） （T ）3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。
（ ） （T ）4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。
（ ） （F ）5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。
（ ） （T ）三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2）（1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。
2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3）（1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。
3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。
4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。
电机和电力拖动
电机与电力拖动【出现的是单选题，出现的是多选题。
请注意区分！】一、单选题(共20题，100.0分)1、一台他励电动机，装拆不慎，以致负载增大时转速越来越高，其原因是（）。
1.电刷从几何中性线逆着电枢转向移动了β角2.电刷从几何中性线顺着电枢转向移动了β角3.励磁回路电阻太大4.源电压越来越高标准答案：A2、有两个尺寸相同的铁芯线圈，导线粗细和匝数也相同，一个用硅钢片做铁芯，另一个用铸铁做铁芯，接到同一个交流电源上时，两个铁芯中磁通的大小关系为（）1.Ф硅>Ф铁2.Ф硅=Ф铁3.Ф硅<Ф铁4.不能确定标准答案：B3、直流电机中主磁极的作用是（）。
1.改善换向2.产生主磁场3.产生感应电动势4.减少损耗标准答案：B4、在直流发电机中，将交流电动势变换成直流电动势的部件是（）1.电枢绕组2.换向器与电刷3.换向极4.主磁极绕组标准答案：B5、在电力系统中我们常常采用的变压器的等效电路为（）。
1.T型等值电路2.г型等值电路3.一字型等值电路4.任意选择标准答案：B6、变压器带容性载运行时，电压调整率为下列各选项的（）。
1.一定为负值2.一定为正值3.一定为零4.有可能为零标准答案：A7、同步电动机的功角θ=0表示它处于（）1.调相机状态2.发电机状态3.电动机状态4.停止工作标准答案：A8、直流电机在电刷处于几何中性线位置时，由于磁路饱和的缘故，电枢反应对直流电机的每极磁通量的影响是（）。
1.保持不变2.略有增加3.略有减少4.减少很多标准答案：C9、异步电动机外施三相交流电，空载运行时，气隙中每极磁通的大小主要取决于（）1.气隙的大小2.电源电压的大小3.磁路的饱和程度4.定子漏阻抗的大小标准答案：B10、对于自耦变压器，其实际绕组的个数为（）1.02. 13. 44.不确定标准答案：B11、下列变压器的部件是由硅钢片叠压而成的是（）1.铁心2.绕组3.散热器4.油箱标准答案：A12、同步电机主要用作（）。
电机及拖动基础(第5版)课件：三相异步电动机的电力拖动
r1 r2'
s2
X1
X
' 2
2
当s， s0区间，Ts 当s继续至s1区间，T1/s
最 大 转 矩 点
临界转差率
sm
r2,
X1
X
' 2
最大转矩倍数
最大转矩
Tmax
m1 pU12
4f1
X1
X
' 2
过载能力
m
Tmax TN
一般：2.0～2.2
起动时，s=1，代入公式：
起动
转矩
Tst
m1 pU12 r2,
而在分析异步电动机的电力拖动时，是与直流电动 机对比，运用机械特性和基本方程对起动、制动和调速 分析其原理和进行相关计算，得出各种运行状态时的不 同的性能特点。
《电机及拖动基础》(第5版) 三相异步电动机的电力拖 动
第一节 三相异步电动机的电磁转矩表达式
描述电力拖动系统各种运行状态的有效工具是机械特
(3) 制动状态(s >1 )
当n1与n转向相反时，s>1
转子反向 s n1 （ n） 1 n1
产生的T与n转向相反，起制动 作用，此时电机处于制动状态 对应的T- s曲线是电动状态T- s曲线的延伸
三相异步电动机的T-s曲线
《电机及拖动基础》(第5版) 三相异步电动机的电力拖 动
例5-2 一台三相Y联结的绕线转子异步电动机，其UN=380V，fN=50Hz， nN=950r/min，参数r1=r’2=1.4，X1=3.12，X’2=4.25， 不计T0，试求：
定性讨论几种人为机械特性的特点。注意：定性画 人为机械特性时，只要先定性画出固有机械特性，然后 抓住人为机械特性的同步点、最大转矩点、起动点与固 有机械特性比较有何变化，最终通过这三个特殊点，定 性画出人为机械特性。
电机与拖动基础试题及答案
第二部份 直流电动机的电力拖动一、填空题： 一、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。
（U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem二、直流电动机的起动方式有____ ___。
（降压起动、电枢回路串电阻起动）3、若是不串联制动电阻，反接制动刹时的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。
（2）4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。
（理想空载转速）五、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方式，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方式。
（降压或电枢回路串电阻；弱磁）一、直流电动机的人为特性都比固有特性软。
（ ）（F ）二、直流电动机串多级电阻起动。
在起动进程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。
（ ） （T ）3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。
（ ） （T ）4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。
（ ） （F ）五、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。
（ ） （T ）三、选择题 一、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2）（1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。
二、他励直流电动机的人为特性与固有特性相较，其理想空载转速和斜率均发生了转变，那么这条人为特性必然是：（3）（1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。
3、直流电动机采用降低电源电压的方式起动，其目的是：（2）（1）为了使起动进程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。
4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。
电机与电力拖动(伺服电机)PPT
伺服电动机在自动控制系统中作为 执行元件故又称执行电动机，其功能是 把所接受的电信号转换为电动机转轴上 的角位移或角速度的变化。 伺服电动机包括异步伺服电动机和 同步伺服电动机。
异步伺服电动机
异步伺服电动机实质上是一个两相异步 电动机。 定子：励磁绕组和控制绕组（空间相差 90°） 。 运行时，励磁绕组始终加有交流励磁电 压，控制绕组则加有控Biblioteka 电压。异步伺服电动机
(1) 幅值控制，控制电压与励磁电压的相位差保持 90°不变，通过改变控制电压的大小来改变电动机 的转速。 (2)相位控制，控制电压与励磁电压的大小保持额定 值不变，通过改变它们的相位差来改变电动机的转 速。 (3)幅相控制。同时改变控制电压的大小和相位来改 变电动机的转速。
同步电动机
三相桥式整流电路
三相桥式逆变电路
同步伺服电动机
实验室伺服系统组成
Ethernet/IP
人机操作平台 PanelView 600
计算机
ControlNet
电 源 C E C P N N U B B
S E R C O S
ControlLogix系统
SERCOS
伺服驱动器
制动 模块
伺服驱动器
制动 模块
编 码 器 编 码 器
伺服驱动器
制动 模块
编 码 器
伺服电 动机
伺服电 动机
伺服电 动机
三轴精密定位平台
ControlLogix 系统
伺服驱动器Ultra3000-SE
三轴精密定位平台
创建工程Motion-control
控制器项目管理器
轴的参数设置
运动控制指令
伺服监控系统
SEW发展历史 德国SEW集团成立于1931年，坐落在德国巴登符腾堡州 的Bruchsal，是专业生产各种系列电机、减速机和变频控制 设备的跨国性国际集团。 SEW集团拥有世界上最先进的生产 设备，是世界同行业中水平最高、技术最先进的跨国公司， 产品营销全世界。目前在全世界设立10个制造中心，58个组 装厂及200多个销售服务办事处，遍布世界五大洲和几乎所 有的工业化国家，可以方便快捷地为世界各地的客户提供高 质量的产品及优质服务。 自从1995年进入中国以来，SEW公司得到了迅猛的发展， 先后在天津、苏州、广州、沈阳等地区建立制造中心和装配 基地业务涵盖多种行业和国家重点工程，为中国动力传动技 术的发展做出了巨大的贡献。
6.3 同步电机的电枢反应与机电能量转换
900
Fa
N
S
电枢反应性质：
Ff
U1
既有交轴,还有直轴去
磁电枢反应
V轴
U2
W2 V1
W轴
第6章 同步电机及同步电动机的电力拖动
一般情况下的电枢反应
第6章 同步电机及同步电动机的电力拖动
此种情况下
I& I&d I&q
Id I sin Iq I cos
---直轴分量 ---交轴分量
第6章 同步电机及同步电动机的电力拖动
电枢反应性质：
电枢磁动势位于直轴上，且与Ff1同向，故称直轴助磁 （增磁）电枢反应。
特点：
1）对转子磁场起增磁作用，使发电机端电压上升。 若保持端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相 应减少励磁电流，此时电机为欠励磁运行状态。
2）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。
一般情况下的电枢反应（总结）
00 900 900
Fa F f Fa
位置 夹角
q轴
Fa
记作
F aq
d轴
F ad
d轴 900 F ad
00 900 d、q
轴
900 00 d、q
轴
F ad F aq F ad F aq
时的00电枢反应
第6章 同步电机及同步电动机的电力拖动
此时电枢反应性质： 电枢磁动势位于交轴，故称交轴电枢反应。
特点：
1）交磁作用，使磁场轴线改变位置；
2）电磁转矩为制动转矩；
•
•
3）相量 I与E同0相，表明发电机向电网输送有功，同步
发电机处于发电运行状态。
第6章 同步电机及同步电动机的电力拖动
电机拖动
最早的电力拖动控制系统是继电器-接触器自动控制系统，属于有触点断续控制系统。 接着，出现了发电机-电动机组，使得直流电动机得到了广泛的应用。并且在这个基础 上，发展成为采用电力电子器件组成的自动化直流电力拖动系统，并且正向大容量方向发 展；自动化元件已有成套标准控制单元，控制装置集成化、小型化、微型化，设备可靠性 高，维护简便，许多设备都可做到自动运行，不需要监视和维护。
20 世纪 20 年代以来，生产机械上广泛采用一种“单电机拖动系统”，即一台生产机 械用一台单独的电动机拖动。简化了机械结构，且易于实现生产设备运转的全部自动化。 但是，由于是一台电动机拖动具有多个工作机构的生产机械，需要负责能量传递的机械传 动机构。
所以，从 20 世纪 30 年代起，广泛采用了“多电动机拖动系统”，即每个工作机构由 单独的电动机拖动，因而生产机械的机械结构可以大大简化，提高了机械机构的可靠性。
·2·
电机与拖动
中实现了比人的手脚更复杂而精巧的运动。古老的电机学已经和电力电子学、计算机、控 制论结合起来，发展成了一门新的学科。
在我国，电机制造业也发生了巨大的变化。我国的电机生产从 1917 年至今已有 80 多 年的历史，经过改革开放 20 多年的发展，特别是近 10 年的发展，有了长足的进步，令世 人瞩目。目前已经形成比较完整的产业体系，电机产品的品种、规格、性能和产量满足了 我国国民经济发展的需要。而且一些产品已经达到或接近世界先进水平。近来世界上电机 行业专家纷纷预测，中国将会成为世界电动机的生产制造基地。
同步发电机的电枢反应
转轴上产生制动性质的电磁转矩Tem .
输出的有功功率越大，有功分量电流就越 大，交轴电枢反应越强，Tem越大，这就要 求原动机输入更大的驱动转矩，维持电机 的转速不变。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
当 900( 或 900） 时,直轴电枢反应磁动势是与E0成900的Id 产生
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负 载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流 的变化影响发电机的电压。
为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变 化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。
综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机——电能量转 换的关键。
特点：既交磁又增磁， 1）使气隙磁场轴线位置发生改变；2）导致端电压上升。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.4 一般情况下的电枢反应（总结）
00 900 900
Fa F f Fa
位置 夹角
q轴
Fa
记作
F aq
d轴
F ad
d轴 900 F ad
00 900 d、q
端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相应增大励磁 电流，此时电机为过励磁运行状态。
2）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。
3）发电机发出有功功率为零，仅发出感性无功功率。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.3 900时的电枢反应
空载电动势 E0滞后电 枢电流 I900
q轴 U轴
R、C
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.5 电枢反应与机--电能量转换