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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