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1、电机与电器考题整理 1、 直流电机结构和主要部件作用 定子 主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁芯和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花 部分 转子 换中枢 换向器：与电刷装置配合，完成直流与交流的互换 风扇 电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组 电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分，能量转电刷装置：与换向器配合，完成直流与交流的互换 几座和端盖：起支撑和固定作用；机座也是电机磁路中的一 2直流电机的磁场和电枢反应 空载磁场：指由主磁极单独建立的磁场，电枢电流为零 励磁电流所建立的磁场 负载磁场 电枢电流所建立的磁场 电枢反应：直流电机负载后
2、，电枢绕组有电流通过，该电流所建立的磁场称为电枢磁场，电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应 具体表现：1.使气隙磁场分布发生畸变 2.去磁作用，是磁场总磁通减弱 1 3. 直流电机的感应电势和电磁转矩计算公式，影响因素 直流电机的感应电势： ? ? ? n?Ce?nE a ? 影响因素：电枢电势(V)正比于每极磁通（韦伯)和转速n（r/min), 与磁密分布无关 pNM?Ia 直流电机的电磁转矩： em 2a? ?I a ? C M ? ? ? pN60aCM60?C e2? 影响因素：它的电磁转矩正比于每极磁通和电枢电流。 直流电机的电磁功率 Pem?Ea?Ia?Ce?n?Ia ? 2?CM?
3、n?Ia?Mem?机械功率60 4.直流发电机的外特性（他励和并励） 他励直流发电机：定义：n额定转速， If常数， Uaf（ Ia） Ua=Ea-IaRa=Ce? n- IaRa 外特性下垂原因： 1.电枢回路上的电阻压降增加 2.负载电流增大，电枢反应的去磁作用增强， 电动势减小 并励直流发电机：定义：n额定转速， Rf常数， Uf（ I） 2 外特性下垂原因： 1.电枢回路上的电阻压降增加 2.负载电流增大，电枢反应的去磁作用增强，电动势减小 3.端电压下降，引起励磁电流减小，使U进一步减小 5.并励发电机的自励条件和自励过程 并励直流发电机的自激过程 1）当电机内部有剩磁时，原动机带动
4、电枢旋转时切割剩磁，产生剩磁电动势 2）若励磁绕组与电枢绕组并联极性正确，即使此时励磁绕组中电流所建立的磁动势与原先的剩磁方向一致，则电枢电动势因为磁场的增强而增大，则励磁电流也增大（ U0 If Rf）。若二者方向相反，则磁场抵消，无法建立稳定电压。 3）若Rf 小于某一个值，则在U0 If Rf的同时也满足空载特性U0f（If0）时，则会使空载端电压稳定在某一个数值处。 并励直流发电机的自激条件 1）电机必须有剩磁。 2）励磁绕组与电枢绕组连接极性要正确 3） 励磁回路总电阻小于该转速下的临界电阻。 6.他励直流电动机的机械特性（固有机械特性和人为机械特性），公式和特点 固有机械特性指U?
5、UN,?N,R?Ra时的机械特性， 此时因为Ra小，故为硬特性 n? 3 UNRa?TCe?NCeCT?2N 人为机械特性：通过改变电机的参数所获得的机械特性。有三种： a ）电枢串电阻 Rt 1、电枢串电阻的人为机械特性比固有机械特性软； 2、但理想空载转速不变。串接不同电阻时的机械特性为 交于纵坐标一点的射线族 b）改变电枢电压特点： 1、改变电枢电压时的人为机械特性与固有机械硬度相等； 2、理想空载转速随电枢电压降低而降低，不同电枢电压下 的机械特性为一组平行曲线 c）减弱励磁 1、硬度随磁场减弱而降低； 2、 理想空载转速随磁场减弱而升高 d）堵转与堵转矩 n=0时的状态，称为堵转 7
6、.串励直流电动机的机械特性 8.负载的机械特性 定义：负载转矩与转速之间的关系，由负载性质决定 一、恒转矩负载特性 负载转矩保持常数，不随转速变化而变化。 1）反抗性恒转矩负载：负载转矩大小不变，但方向总是与转速方向 4 相反。 2）位能性恒转矩负载：负载转矩大小不变，方向也保持不变。 二、恒功率负载特性： 负载的功率在运行过程中保持不变，则负载的转矩随转速变化而变化，且二者成反比。 Tz?K/n 三、泵与风机类负载特性： 负载转矩随转速变化而变化，且基本为 Tz?Kn2 9.直流电动机的起动特点和方法 起动时?Ia?U?Ea，又?n?0,则Ea?0 Ra 直接起动时Ia是额定电流的几十倍（解
7、决办法 串联限流电阻Rs） 电流很大，易造成线路电压瞬间降低，对其他设备产生影响。 对电动机起动的基本要求： （1）起动转矩要大； （2）起动电流要小； （3）起动设备要简单、经济、可靠 方法 1.他励直流电机直接起动： 将电动机的电枢投入额定电压的电源上起动。 优点：操作简单，无需另加设备 缺点：冲击电流大，引起换向困难，产生火花； 电源会发生瞬时跌落。适用于容量很小的电动机 5 2.电枢回路串变阻器起动： 将起动电阻串入电枢回路，待转速上升后，逐步将起动电阻切除。 3）他励直流电动机降压起动 开始时，降低端电压，随着转速的上升，逐步提高电枢电压，并使电枢电流限制在一定范围 优点：起动电流小
8、，起动过程平滑、能量损耗少。 缺点：需要一套专用的直流发电机或整流电源，投资费用大。 10. 直流电动机的制动方法，特点，最终状态 他励直流电动机的制动措施主要有三种： 1.能耗制动：将由机械能转化的电能消耗掉。 制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。 n?Ra?RBTem?0?Tem2CeCTN 机械特性 n为正，转矩为负 2.反接制动：制动时使电机的电枢极性反接。 一电压反接制动：反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用 反接制动时,从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率 转变成的电功率一起消耗在电
9、枢回路电阻上 n?R?RBUN?aTem?n0?Tem2CeNCeCTN 二、倒拉反转反接制动 6 3.回馈制动：将由机械能转化的电能回馈给电网。 电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现 n>n0情况，此时Ea>U，Ia 反向，Tem反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态回馈制动状态。 在电机稳定运行和状态改变过程中均有可能出现回馈状态。 a稳定运行：电车下坡时，运行转速可能超过理想空载转速，进入第二象限；电压反接制动带位能性负载进入第四象限。（自己看图） b发生在动态过程中的回馈制动过程有以下两种情况：降压调速时产生的回馈制动；增磁调速时产生的回馈制动 11.
10、电机拖动系统稳定运行的条件 .必要条件：电动机的机械特性与负载转矩特性有交点 .充分条件：干扰消除后，拖动系统必须有能力使转速恢复到原来的稳定点 12.异步电机的结构和工作原理（三相异步电机的磁场形式） ? 结构：定子铁心-导磁部分；定子绕组-产生磁场；机座；转子 铁心-电机磁路的组成部分，固定转子绕组；转子绕组；端盖；风扇；吊环；出线盒 ? 异步电动机磁场旋转磁场获得条件及特点： 1. 三相对称电流通过三相对称绕组产生旋转磁场 2. 磁场转向由超前电流的相转向带有滞后电流的相改变转 向：调换接在电源上的任意两根线 7 3. 旋转磁场转速与电源频率成正比，与磁极对数成反比 n=60f/p 4.
11、 当某一相电流达到最大值时，合成磁场的幅值恰好在该相绕 组的轴线上 ? 工作原理： 1. 三相对称电流通过三相对称绕组后，在电机内部产生一个转 速为n1的旋转磁场 2. 转子导体在旋转磁场中被磁力线切割产生感应电动势e=blv 3. 转子自成闭合回路，在内部产生感应电流，从而在磁场中受 安培力f=bil 4. 该力作用于转子产生电磁转矩，于磁场旋转方向同向，驱动 转子旋转 13.异步电机的固有机械特性和人为机械特性 固有机械特性： 人为机械特性： 1、 降低定子端电压时的人为机械特性 特点 1） 同步转速不变 2） 最大转矩与成正比，临界转差率Sm不变 8 3） 启动转矩与成正比 2、 绕线式
12、异步电机转子回路串三相对称电阻时的人为机 械特性： 1） 同步转速不变 2） 临界转差率随电阻增加而增加，最大电磁转矩不变 3） 临界转差率小于1时，启动转矩随电阻的增加而增加， 临界转差率大于1时，启动转矩随电阻增加而减小 14.异步电机的起动特点和起动方法 特点：启动电流大，启动转矩不大 启动方法：直接启动；降压启动（定子绕组端电压）；转子绕组串电阻启动（提高启动转矩） 15.异步电机的调速方法和调速特点 转速公式n=n1(1-s)= 变极调速：1.变极调速时，转速几乎成倍变化，调速的平滑性较差，不能实现无级调速 2.具有较硬的机械特性，稳定性好，可用于恒功率和恒转矩负载 变频调速：1.机
13、械特性硬，调速范围广，可实现无级调速 2.基频以下调速为恒转矩调速方式；基频以上调速为恒功率调速 3.控制精度高，调速性能好 改变转差率调速：1.改变定子电压调速：同步转速不变，最大转矩减 9 小，Sm不变 2.绕线式电机转子串电阻调速：同步转速不变，最大转矩不变，Sm增大 16.交流伺服电动机的磁场形式和工作原理 圆形旋转磁场：两绕组产生磁势相等 椭圆形磁场：可分解为转向相反的两个圆形磁场 此时相当于两个旋转磁场共同作用与转子上，产生的合成转矩使转子转动，磁场大小取决于电流幅值比 17.交流伺服电动机的机械特性 不同有效信号系数 时的机械特性 M=M正M反 由于磁场相当于正反两个磁场之和，所以有 （见最后一图） 当0<S正<1时，有1<S反<2，合成转矩为两磁 场产生转矩之和，因为磁场转向相反，因此 相当于一个驱动转矩一个制动转矩。 18.交流伺服电动机的控制原理 幅值控制：保持Uj不变，改变Uk的幅值以改变转速 相位控制：通过改变Uk与Uj之间的
