第9章+三相同步电机的电力拖动
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。
电机及电力拖动
《电机及电力拖动》习题第一章直流电机1.直流电机有哪些主要部件？各用什么材料制成？起什么作用？2.一直流电动机，已知P N=13kw，U N=220V，n N=1500r/min，η=0.85，求额定电流I N。
3.一直流发电机，已知P N=90kw，U N=230V，n N=1450r/min，η=0.89，求额定电流I N。
4.一台p对极的直流发电机，若将电枢绕组由单叠改为单波（导体数不变），问额定电压、额定电流和额定功率如何变化？5.计算下列各绕组的节距y1、y2和绘制绕组展开图，安放主磁极和电刷，并求出支路对数。
1）单叠绕组2p=4，S=K=18；2）单波绕组2p=4，S=K=19。
6.一台4极直流发电机，电枢绕组为单叠整距绕组，每极磁通φ=3.5×102 wb，电枢总导体数N=152，求当转速n=1200r/min时的空载电动势E。
若改为单波绕组，其他条件不变，则当空载电动势为210V时，发电机转速应为多少？若保持每条支路的电流I=50A不变，求电枢绕组为单叠和单波时，发电机的电磁转矩T em各为多少？7.什么叫电枢反应？电枢反应的性质与哪些因素有关？一般情况下，发电机的电枢反应的性质是什么？对电动机呢？8.什么叫换向？为什么要改善换向？改善换向的方法有哪些？9.说明装置换向极改善换向的原理，一发电机改作电动机或转向改变时，换相极绕组是否需要改接？为什么？10.一台4极80kw、230V、930r/min的并励发电机，在75℃时的电枢回路电阻R a=0.0259Ω，励磁绕组电阻R f=22.8Ω，额定负载时励磁回路串入调节电阻R pf=3.5Ω，电刷压降2ΔU b=2V，铁耗和机械损耗p fe+pΩ=2.3kw，附加损耗p s=0.05PN。
求额定负载时，发电机的输入功率、电磁功率、电磁转矩和效率。
11.一台并励直流电动机，在额定电压U N=220V，额定电流I N=80A的情况下运行，75℃的电枢电阻R a=0.01Ω,电刷接触压降2ΔU b=2V，励磁回路总电阻R rf+R pf=110Ω，附加损耗p s=0.01PN，效率η=0.85。
电机与拖动基础——绪论
0.3 课程的性质与任务
课程组成
《电机学》+《电力拖动基础》
课程性质 专业基础课
课程任务
❖ 各种类型的电机基本运行原理、结构、内部电磁 关系及其数学描述、机械性及外特性的分析与 计算
❖ 1829年亨利（Henry）制造了第1台实用的直流电 机；
❖ 1837年，直流电机真正成为商业化产品； ❖ 1887年特斯拉（Tesla）发明了三相异步电动机
❖电大机型发化展趋势
❖ 微型化 ❖ 新原理、新工艺、新材料的电机不断涌现
电力拖动系统的发展概况
• 成组拖动（即单台电机拖动一组机械） • 单电机拖动（即单台电机拖动单台机械） • 多电机拖动 (即单台设备中采用多台电机）
电机与拖动
刘锦波 山东大学 控制科学与工程学院
2006.11
--------绪论--------
图0.1 典型电力拖动系统的组成框图
电机的分类
电力拖动系统的分类
0.1 电机与电力拖动技术的发展概况
电机发展史
❖ 1820年，法拉第(Faraday) 提出电磁感应定律，并 组装了第1台直流电机样机；
❖ 各类电机拖动不同负载的起、制动与调速性能等
0.4 本课程的学习方法
❖ 以物理概念为主、工程计算为辅 ❖ 重点应掌握各类电动机的机械特性以及其与
生产机械配合时的起、制动方法与调速方案. ❖ 实验和仿真并重 ❖ 理论联系实际
0.4 本课程的学习内容
❖ 电机与拖动II（48学时）：
❖ 学习教材的第3、7、8、13章
电机与拖动技术完整版课件全套ppt教学教程
第1章 绪论
1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标
（2）课程目标 本课程是一门用电磁理论解决复杂的、具体的、综合的实际问题的课程 。在电机运行中，电机内同时存在电、磁、力的相互作用。因此本课程的目 标是使学生牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性，学会结合电机的具体 结构、应用电机基本理论分析电机及拖动的实际问题，应掌握一定的电磁计 算方法，培养学生运算能力。 要求学生重视在教学过程中安排的实验、实 习，包括参观电机厂等实践教学环节。 具体要求是：
我国的电机工业，从新中国成立以来的50多年间，建立了独立自主的完整 体系。早在1958年我国就研制成功当时世界上第一台1.2万kW双水内冷汽轮 发电机，显示了我国电机工业的迅速掘起。近些年来，随着对电机新材料的研 究以及计算机技术在电机设计、制造工艺中的应用，普通电机的性能得到提高 ，而控制电机的高可靠性、高精度、快速响应使控制系统完成各种人工无法完 成的快速复杂的精巧工作。
从20世纪20年代起，开始采用由一台电动机拖动一台生产机械的系 统，称为单电动机拖动系统。与成组拖动相比，它省去了大量的中间传动 机构，使机械结构大大简化，提高了传动效率，增强了灵活性。由于电机 与生产机械在结构上配合密切，因而可以更好地满足生产机械的要求。
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
电能是现代能源中应用最广的二次能源，它的生产、变换、传输、分配 、使用和控制都比较方便经济，而要实现电能的生产、变换和使用等都离不 开电机。电机就是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。因此，电 机一般有两种应用形式。第一种是把机械能转换为电能，称之为发电机，它 通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后再把机械能转 换为电能，最后经输电、配电网络送往城市各工矿企业、家庭等各种用电场 合。第二种是把电能转换为机械能，称之为电动机，它用来驱动各种用途的 生产机械和其他装置，以满足不同的要求。电机是利用电磁感应原理工作， 它应用广泛，种类繁多，性能各异，分类方法也很多。常见的分类方法为： 按功能用途分，可分为常规电机和控制电机两大类。按照电机的结构或转速 分类，可分为变压器和旋转电机。根据电源的不同，旋转电机又分为直流电 机和交流电机两大类。交流电机又分为同步电机和异步电机两类。
《电机与电力拖动》学习指南
学习指南1.课程的目标和任务《电机与电力拖动》是机电一体化技术、电气自动化技术专业的一门主要专业课，在高职高专专业人才培养计划中，该课程的主要任务是使学生掌握“适度、够用”的电机理论和电力拖动的有关基础知识，掌握各类电机工作原理，了解其结构特点和基本特性，了解直流电动机、三相异步电动机、变压器、同步电机、控制电机的运行特性和分析方法，掌握各类电机的机械特性以及起动、制动和调速的基本技能。
该课程是集理论教学、实践教学与应用为一体的专业基础课程，它不仅为学生实训和毕业设计奠定理论和实践基础，而且为电气自动化技术专业学生考高级电工资格证书、职业能力培养做准备。
2.学习内容3.学习的重点和难点本课程的突出特点是理论教学与工程实践并重，要求理论必须与实际操作密切结合，强调技术的应用。
课程改革的重点是：转变强调课程理论的系统性和完整性的教学观念，将原来较为单一的“理论教学+验证实验”的课程教学模式，转变为“应用性理论讲授＋课程实验＋技能实训”的课程教学模式，逐步形成以职业能力培养为核心的课程体系。
课程的重点：课程的重点是使学生掌握“适度、够用”的电机理论和电力拖动的有关基础知识，掌握各类电机工作原理，了解其结构特点和基本特性，了解直流电动机、三相异步电动机、变压器、同步电机、控制电机的运行特性和分析方法，掌握各类电机的机械特性以及起动、制动和调速的基本技能。
课程的难点：课程的难点为直流电机、三相异步电动机、变压器的工作原理及结构特点；变压器联结组和三相异步电动机三相绕组的基本知识和结构。
电机的运行分析(电机的起动、制动、调速的过程分析)与生产实际的结合。
4.单元教学目标与任务4.1单元一直流电机（1）教学基本要求本单元主要介绍直流电机的工作原理及其基本结构。
学习本单元应主要掌握以下几个方面的内容：1）掌握直流电动机的基本工作原理。
掌握在磁场里运动导体产生感应电动势和载流导体受力两个基本规律，这两个规律是直流电机工作的理论基础。
第6章同步电机的电力拖动
6.1 三相同步电动机的机械特性
同步电动机的过载能力 当 I1L = IN 时，满载。 当 I1L＞IN 时，过载。 不允许长期过载，允许短时过载。短时过载 时要求 TL＋T0＜TM 。 过载能力（当U1L = UN，If = IfN时）： TM αMT = T = 2 ~ 2.5 N TM 1 ※ 三相隐极同步电动机： = TN sinN
大连理工大学电气工程系
6.3 三相同步电动机的调速
3. 调速性能 n a (1) 调速范围广。 ' n0 f1' (2) 调速方向： b " n0 f1 " f1 → n ， f1 → n 。 O TL T (3) 调速的平滑性好，为无级调速。 (4) 调速的稳定性好，静差率 = 0。 (5) 调速的经济性：初期投资大，运行费用不大。 (6) 调速时的允许负载：f1＜fN 时为恒转矩调速， f1＞fN 时为恒功率调速。
大连理工大学电气工程系
6.3 三相同步电动机的调速
整理后得 pkw1N1 U1 3 TM = Φ0 Ls f1 2 2 结论： U1 ① 在恒定励磁时， 若保持 = 常数， f1 则可以保持调速时过载能力不变。 ② 调节 If 实现过载能力和功率因数的调节。 ③ 当 f1 降得较低时，R1的影响不可忽略， TM 将 随着 f1 的降低而降低。为了保持过载能力不 变，应适当提高 U1 与 f1 的比值。
大连理工大学电气工程系
＜
6.3 三相同步电动机的调速
二、自控式变频调速
采用自控式变频调速的同步电动机称为自控 式同步电动机，又称为无换向器电动机。 (1) 直流自控式同步电动机 (直流无换向器电动机) (2) 交流自控式同步电动机 (交流无换向器电动机)
精品课件-精品课件--电机与拖动基础-9第九章异步电机启动PPT
I2
I1
2
1 1
I1
KA
I2
KA
I st
（9—7）
2020/11/24
上海理工大学电气工
18
自耦变压器降压起动
另外根据式(9—5)，当使用自耦变压器
为起 到 转动矩时与K1，起A 电动2 T压电st（降流低降Tst到低为同U样1的时倍的U数起2 ，动时K即转1A，矩U起1）动，转可矩见降起低动
W2 1 80% W1 K A
2020/11/24
上海理工大学电气工
20
自耦变压器起动原理线路
异步电动机串自耦变压器起动原 理线路，由三相自耦变压器和接触器加上 适当的控制线路组成，如图9-3所示。
起动时，先闭合接触器KM2和 KM3，使自耦变压器的一次侧加全电压， 降压后的二次侧电压加到电动机的定子绕 组上，当转速上升到一定值后，将KM2和 KM3断开，KMl闭合，则异步电动机在全压 下运行，自耦变压器切除，起动结束。
图9—1 笼型异步电动机串电阻
减压起动原理接线图
2020/11/24
上海理工大学电气工
12
定子串电阻或串电抗降压起动
电动机起动时，接触器KM1闭合， KM2断开，则定子绕组串入电阻后接到电 源上去，降低了加在定子绕组上的电压， 减少了起动电流。
起动结束后，KM2闭合，电源直接与 电机联接。
2020/11/24
上海理工大学电气工
13
定子串电阻分析
起 流和动起电动流转和如矩起果，动用根转I s据矩t 、式，T（用st 9表-1示、 ）全和压（表9示-电5U起）压1动有降（至直接Ts't起时动的I s'）t起时动的电
U 1'
电力拖动课后习题思考题答案
一、可以作为填空题或简答题的2-1 简述直流电动机的调速方法。
答：直流调速系统常以（调压调速）为主，必要时辅以（弱磁调速），以（扩大调速范围），实现（额定转速以上调速）。
2-2 直流调压调速主要方案有（G-M 调速系统，V-M 调速系统，直流PWM 调速系统）。
2-3 V-M 调速系统的电流脉动和断续是如何形成的？如何抑制电流脉动？11-12 答：整流器输出电压大于反电动势时，电感储能，电流上升，整流器输出电压小于反电动势时，电感放能，电流下降。
整流器输出电压为脉动电压，时而大于反电动势时而小于，从而导致了电流脉动。
当电感较小或电动机轻载时，电流上升阶段电感储能不够大，从而导致当电流下降时，电感已放能完毕、电流已衰减至零，而下一个相却尚未触发，于是形成电流断续。
2-4 看P14 图简述V-M 调速系统的最大失控时间。
14 答：t1 时刻某一对晶闸管被触发导通，触发延迟角为α1，在t2>t1 时刻，控制电压发生变化，但此时晶闸管已导通，故控制电压的变化对它已不起作用，只有等到下一个自然换向点t3 时刻到来时，控制电压才能将正在承受正电压的另一对晶闸管在触发延迟角α2 后导通。
t3-t2 即为失控时间，最大失控时间即为考虑t2=t1 时的失控时间。
2-5 简述V-M 调速系统存在的问题。
16 答：整流器晶闸管的单向导电性导致的电动机的不可逆行性。
整流器晶闸管对过电压过电流的敏感性导致的电动机的运行不可靠性。
整流器晶闸管基于对其门极的移相触发控制的可控性导致的低功率因数性。
2-6 简述不可逆PWM 变换器（无制动电流通路与有制动电流通路）各个工作状态下的导通器件和电流通路。
17-18 2-7 调速时一般以电动机的（额定转速）作为最高转速。
2-8 （调速范围）和（静差率）合称调速系统的（稳态性能指标）。
2-8 一个调速系统的调速范围，是指（在最低转速时还能满足所需静差率的转速可调范围）。
2-9 简述转速反馈控制的直流调速系统的静特性本质。
电力拖动试题库带答案
《电力拖动控制线路与技能训练》教学大纲及复习习题库版本：中国电力出版社主编：程建龙定价：29.80元适用班级：13电大二代课人：田芳于长超出题人：田芳于长超制定时间：2014年审核人：电力拖动》教学大纲第一章异步电动机的基本控制线路及常用低压电器掌握：低压电器的使用维护、型号命名、选择、安装。
掌握手动、点动、连续等常规电路的原理、分析方法。
重难点：低压电器的范围及应用、低压电器的分类、常用低压配电电器及其使用注意事项、常用低压控制电器及其使用注意事项，电路原理分析。
第二章直流、同步电动机基本控制线路及控制线路设计方法了解：直流电动机的结构与原理重难点：他励直流电动机的基本控制线路删除：并励直流电动机的基本控制线路、串励直流电动机的基本控制线路第三章常用机械的电气控制线路了解：常用控制线路电路分析、生产机械电器控制设备的维护及检修方法。
重难点：生产机械电器控制设备的原理分析。
第四章电动机的自动调速及其调试与维修概述（删除）电力拖动试题库重点部分绪论一、填空1、电源分交流电源和（）。
二、名词解释2、电力拖动三、简答3、电力拖动装置一般由哪几部分组成？4、电力拖动装置中电动机的作用是什么？5、按电动机的组合数量来分，电力拖动的发展经历了哪几个阶段？第一章异步电动机的基本控制线路及常用低压电器第一节三相异步电动机的手动正转控制线路一、填空6、低压断路器类型品种很多，常用的有（）、框架式、（）、漏电保护式。
7、低压熔断器广泛用于低压配电系统和控制系统中，主要用作（）保护。
8、低压熔断器在使用时（）联在被保护的电路中。
9、负荷开关分为（）负荷开关和封闭式负荷开关两种。
10、负荷开关一般在照明电路和功率小于（）KW的电动控制线路中。
11、低压断路器又称（）。
13、低压控制电器依靠人力操作的控制电器称为( ) 。
14、低压控制电器根据信号能自动完成动作的称为( ) 。
15、断路器的文字符号是( ) 。
17、熔断器文字符号是（）。
电机与拖动技术完整版课件全套ppt教学教程
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用 1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标 1.3电机理论中的基本知识点 1.4电机及拖动基础中常用的定律 1.5电机与拖动系统的MATLAB仿真技术
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
电能是现代能源中应用最广的二次能源，它的生产、变换、传输、分配 、使用和控制都比较方便经济，而要实现电能的生产、变换和使用等都离不 开电机。电机就是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。因此，电 机一般有两种应用形式。第一种是把机械能转换为电能，称之为发电机，它 通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后再把机械能转 换为电能，最后经输电、配电网络送往城市各工矿企业、家庭等各种用电场 合。第二种是把电能转换为机械能，称之为电动机，它用来驱动各种用途的 生产机械和其他装置，以满足不同的要求。电机是利用电磁感应原理工作， 它应用广泛，种类繁多，性能各异，分类方法也很多。常见的分类方法为： 按功能用途分，可分为常规电机和控制电机两大类。按照电机的结构或转速 分类，可分为变压器和旋转电机。根据电源的不同，旋转电机又分为直流电 机和交流电机两大类。交流电机又分为同步电机和异步电机两类。
我国的电机工业，从新中国成立以来的50多年间，建立了独立自主的完整 体系。早在1958年我国就研制成功当时世界上第一台1.2万kW双水内冷汽轮 发电机，显示了我国电机工业的迅速掘起。近些年来，随着对电机新材料的研 究以及计算机技术在电机设计、制造工艺中的应用，普通电机的性能得到提高 ，而控制电机的高可靠性、高精度、快速响应使控制系统完成各种人工无法完 成的快速复杂的精巧工作。
第1章 绪论
1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标