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1、 电电 机机 学学第一章第一章 导论导论1.电机的定义电机的定义2.电机的分类及作用电机的分类及作用3.电机中的基本电磁关系电机中的基本电磁关系4.电机中的铁磁材料特性电机中的铁磁材料特性5.磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法6.电机的机电能量转换过程电机的机电能量转换过程7. 总结总结电机：依据电磁感应定律和电磁力定律实现电机：依据电磁感应定律和电磁力定律实现机电能量转换和信号传递与转换的装置机电能量转换和信号传递与转换的装置什么是什么是电机？电机？泛指所有实施电能泛指所有实施电能生产、传输、使用生产、传输、使用和电能特性变换的和电能特性变换的机械或装置机械或装置电机的定义电机的定
2、义电机的分类电机的分类电机电机静止的电气设备静止的电气设备变压器变压器旋转电机旋转电机交流电机交流电机直流电机直流电机直流发电机直流发电机直流电动机直流电动机同步电机同步电机异步电机异步电机同步发电机同步发电机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机异步发电机异步发电机使用中的变压器使用中的变压器水轮发电机水轮发电机电动机电动机汽轮发电机组汽轮发电机组电机类型电机类型电能的生产、传输和分配电能的生产、传输和分配返返 回回返返 回回驱动生产装置和机械驱动生产装置和机械控制系统和智能化装置的重要元件控制系统和智能化装置的重要元件返返 回回电机的作用电机的作用 电电 机机电能的生产、传输和分配电能的
3、生产、传输和分配控制系统和智能化装置的重要元件控制系统和智能化装置的重要元件驱动生产机械和装置驱动生产机械和装置发电机、变压器发电机、变压器电电 动动 机机控制电机控制电机电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律1.全电流定律全电流定律电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律2.电磁感应定律电磁感应定律变压器电动势运动电动势电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律 变变 压压 器器 电电 动动 势势 变压器电动势的方向可根据楞次定律来判断变压器电动势的方向可根据楞次定律来判断运运 动动 电电 动动 势势eBv电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律3.电
4、磁力定律电磁力定律Bfi铁磁材料的特性铁磁材料的特性铁磁材料包括铁铁磁材料包括铁、钴钴、镍以及它们的合金镍以及它们的合金1.1.铁磁材料的导磁率铁磁材料的导磁率1.1.所有非导磁材料的磁导率所有非导磁材料的磁导率均为常数，接近真空磁导率均为常数，接近真空磁导率2.2.铁磁材料的磁导率远大于铁磁材料的磁导率远大于非导磁材料的磁导率非导磁材料的磁导率3.3.铁磁材料的磁导率在较大铁磁材料的磁导率在较大范围内变化，铁磁材料是非范围内变化，铁磁材料是非线性的线性的H/m铁磁材料的特性铁磁材料的特性在外磁场的作用下，铁磁材料内部的磁筹重在外磁场的作用下，铁磁材料内部的磁筹重新排列，使得内部磁效应不能抵消
5、，因而在新排列，使得内部磁效应不能抵消，因而在宏观上对外显示磁性。宏观上对外显示磁性。铁磁材料的特性铁磁材料的特性铁磁材料磁化过程铁磁材料磁化过程oaoa段：段：H H较弱，较弱，B B缓慢增加缓慢增加abab段：段：H H较强，较强，B B迅速增加迅速增加bcbc段：段：H H继续加强，继续加强，B B增加增加变慢（饱和段）变慢（饱和段）c c段：段：H H继续加强，继续加强，B B增增加缓慢（深度饱和段）加缓慢（深度饱和段）铁磁材料的特性铁磁材料的特性2.2.磁滞与磁滞损耗磁滞与磁滞损耗磁滞损耗：磁滞损耗：P1819铁磁材料的特性铁磁材料的特性3.3.涡流与涡流损耗涡流与涡流损耗4.4.交
6、流铁心损耗交流铁心损耗铁磁材料的特性铁磁材料的特性公式中各量纲见公式中各量纲见P20磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法磁磁 路路 基基 本本 定定 律律 欧姆定律欧姆定律基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 A AN Ni i磁阻磁阻磁导磁导磁路的基磁路的基尔尔霍夫第一定律霍夫第一定律A AN Ni i定律内容定律内容: 穿出穿出(或进入或进入)任一闭和面的总磁通量恒等于零任一闭和面的总磁通量恒等于零(或者说，或者说， 进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量)，这就是磁通
7、连续性定律。这就是磁通连续性定律。磁路的基磁路的基尔尔霍夫第二定律霍夫第二定律定律内容定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。 磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法磁路与电路的主要区别磁路与电路的主要区别电路电路磁路磁路电阻率恒定电阻率恒定导磁率变化导磁率变化电压、电流线性电压、电流线性磁势、磁通非线性磁势、磁通非线性不存在饱和现象不存在饱和现象有磁路饱和有磁路饱和磁路和电路的比拟仅是一种数学形式上的磁路和电路的比拟仅是一种数学形式上的 类似、类似、而不是物理本质的相似。而不是物理本质的相似。 电路电路磁路磁
8、路电流电流I I磁通磁通电动势电动势E E磁动势磁动势F F电压降电压降IEIE磁压降磁压降R Rm m电阻电阻R R磁阻磁阻R Rm m电导电导g g1/R1/R磁导磁导m m=1/R=1/Rm m基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律i i0 0基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律0 0基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律U Ue e基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律HlHlNINI欧姆定律欧姆定律I IU/RU/R欧姆定律欧姆定律U Um m/R/Rm m磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法铁心磁路计算铁心磁路计算是电机分析和设计过程中的一项重要工作是电机分析和设计过程中的一项重要工作已知磁通确
9、已知磁通确定磁动势定磁动势已知磁动势已知磁动势确定磁通确定磁通磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法1.串联磁路计算串联磁路计算将磁路分段，保证每段磁路的均匀性将磁路分段，保证每段磁路的均匀性计算每段磁路的截面积和等效长度计算每段磁路的截面积和等效长度根据给定磁通，确定每段磁路磁密根据给定磁通，确定每段磁路磁密由磁密确定每段磁路的磁场强度由磁密确定每段磁路的磁场强度计算每段磁路的磁压降计算每段磁路的磁压降由基尔霍夫第二定律计算磁动势由基尔霍夫第二定律计算磁动势磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法计算实例计算实例已知数据：已知数据：1.硅钢片的磁化曲线硅钢片的磁化曲线2.铁心尺寸：
10、铁心尺寸：3.气隙尺寸：气隙尺寸：4.线圈砸数：线圈砸数：N5005.给定磁通：给定磁通：计算数据：计算数据： 1.1.励磁磁动势励磁磁动势F F 2.2.励磁电流励磁电流I I 磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法将磁路分为铁心段和气隙段将磁路分为铁心段和气隙段铁心段的磁场强度，由磁化曲线查得：铁心段的磁场强度，由磁化曲线查得：磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法第二类问题求解：给定磁动势大小，求磁通和磁密第二类问题求解：给定磁动势大小，求磁通和磁密假定一个磁通值，计算出相应得磁动势，迭代完成假定一个磁通值，计算出相应得磁动势，迭代完成假定一个磁通假定一个磁通计算出磁动势计算
11、出磁动势F F重新假定重新假定YN磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法2.并联磁路计算并联磁路计算将磁路分段，保证每段磁路的均匀性将磁路分段，保证每段磁路的均匀性计算每段磁路的截面积和等效长度计算每段磁路的截面积和等效长度列出节点方程和电压方程求解列出节点方程和电压方程求解确定每段磁路磁密和磁场强度确定每段磁路磁密和磁场强度计算磁动势计算磁动势 磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法计算实例计算实例已知数据：已知数据：求：求：励磁磁动势励磁磁动势F F2 2 磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法 磁路分段磁路分段3.交流磁路的特点交流磁路的特点磁路基本定律及计算方法磁路基
12、本定律及计算方法1.交流磁路存在磁滞损耗和涡流损耗交流磁路存在磁滞损耗和涡流损耗2.交流磁路中电压平衡关系中比直流磁交流磁路中电压平衡关系中比直流磁路多了感应电动势路多了感应电动势3.交流磁路存在交流磁通，电流的波形交流磁路存在交流磁通，电流的波形和相位问题和相位问题电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程1.理想模型理想模型2.实际机电能量转换系统实际机电能量转换系统电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程发电机发电机电动机电动机电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程P33电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程P34电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量
13、转换过程电磁转矩和电磁功率在机电能量转换中起重要电磁转矩和电磁功率在机电能量转换中起重要 用，用，而它们都是通过气隙磁场的作用而产生而它们都是通过气隙磁场的作用而产生电磁功率电磁功率电磁转矩电磁转矩总总 结结第一节第一节 磁路的基本定律磁路的基本定律 机电能量转换的媒介是磁场，磁场的路径称机电能量转换的媒介是磁场，磁场的路径称为磁路。在工程中，通常将磁场问题简化为为磁路。在工程中，通常将磁场问题简化为磁路问题。磁路问题。电机是进行机电能量转换的装置电机是进行机电能量转换的装置 一一. 磁场的几个常用量磁场的几个常用量磁感应强度（又称磁通密度）磁感应强度（又称磁通密度）B 表征磁场强弱及表征磁场
14、强弱及方向的物理量。单位：方向的物理量。单位：Wb/m2磁通量磁通量 垂直穿过某截面积的磁力线总和。垂直穿过某截面积的磁力线总和。 单位：单位：Wb 磁场强度磁场强度H 计算磁场时引用的物理量。计算磁场时引用的物理量。 B=H ，单位：单位：A/m磁通所通过的路径称为磁路磁通所通过的路径称为磁路 二二. . 磁路的概念磁路的概念三、磁路的基本定律三、磁路的基本定律1 1、安培环路定律、安培环路定律 沿任何一条闭合回线沿任何一条闭合回线L，磁场强度，磁场强度H的线积分等于该闭合回线的线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和所包围的电流的代数和 如果在均匀磁场中，沿着回线如果在均匀磁场中，沿着回线
15、 L 磁场强度磁场强度H 处处相等，则处处相等，则2 2、磁路的欧姆定律、磁路的欧姆定律 作用在磁路上的磁动势作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量等于磁路内的磁通量 乘以乘以磁阻磁阻 Rm磁通量磁通量等于磁通密度乘以面积等于磁通密度乘以面积 磁场强度等于磁场强度等于磁通密度除以磁导率磁通密度除以磁导率 于是于是3、磁路的基尔霍夫定律、磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫电流定律）磁路的基尔霍夫电流定律或或（2）磁路的基尔霍夫电压定律）磁路的基尔霍夫电压定律磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别：点差别：1）电路中有电流）电路中有电流I 时，
16、就有功率损耗；而在直流磁路时，就有功率损耗；而在直流磁路 中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。2）电路中的电流全部在导线中流动；而在磁路中，总）电路中的电流全部在导线中流动；而在磁路中，总 有一部分漏磁通。有一部分漏磁通。3）电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁）电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁 路中铁心的导磁率随着饱和程度而有所变化。路中铁心的导磁率随着饱和程度而有所变化。4）对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路）对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路 中，中，B和和H之间的关系为非线性，因此计算时不可以之间的
17、关系为非线性，因此计算时不可以 用叠加原理。用叠加原理。第二节第二节 常用铁磁材料及其特性常用铁磁材料及其特性 一、铁磁物质的磁化一、铁磁物质的磁化 在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，显示出磁性。列整齐，显示出磁性。二、磁化曲线和磁滞回线二、磁化曲线和磁滞回线1、起始磁化曲线、起始磁化曲线 将一块未磁化的铁磁将一块未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强材料进行磁化，当磁场强度度H由零逐渐增加时，磁由零逐渐增加时，磁通密度通密度B将随之增加。用将随之增加。用B=f (H)描述的曲线就称为描述的曲线就称为起始磁化曲线。起始磁化曲线。2、磁滞
18、回线、磁滞回线剩磁剩磁当当H从零增加到从零增加到Hm时，时，B相应地从零增加到相应地从零增加到Bm；然后再逐渐减小；然后再逐渐减小H，B值将值将沿曲线沿曲线ab下降。当下降。当H=0 时，时，B值并不等于零，而是值并不等于零，而是Br。这。这就是剩磁。就是剩磁。磁滞回线磁滞回线当当H在在Hm和和 Hm之间反复变化之间反复变化时，呈现磁滞现时，呈现磁滞现象的象的BH闭合曲线，称为磁滞闭合曲线，称为磁滞回线。回线。3、基本磁化曲线、基本磁化曲线 对同一铁磁材料，选择不同的对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同反复磁化，得到不同的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为的磁滞回线。
19、将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为基本磁化曲线。基本磁化曲线。三、铁磁材料三、铁磁材料1、软磁材料、软磁材料2、硬磁材料、硬磁材料四、铁心损耗四、铁心损耗1、磁滞损耗、磁滞损耗材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩 擦而消耗的能量。擦而消耗的能量。2、涡流损耗、涡流损耗铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的 热能损耗。热能损耗。3、铁心损耗、铁心损耗磁滞损耗和涡流损耗之和。磁滞损耗和涡流损耗之和。第三节第三节 直流磁路的计算直流磁路的计算 磁路计算正问题磁路计算正问题给定磁通量，计算所需的励磁磁动势给定磁通量，计算所需的励磁磁动势
20、磁路计算逆问题磁路计算逆问题给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量磁路计算正问题的步骤：磁路计算正问题的步骤：1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段；）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段；2）计算各段磁路的有效截面积）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度和平均长度lk；3）计算各段磁路的平均磁通密度）计算各段磁路的平均磁通密度Ak ，Bk=k/Ak；4）根据）根据Bk求出对应的求出对应的Hk；5）计算各段磁位降）计算各段磁位降Hklk，最后求出，最后求出 F= Hklk。磁路计算逆问题磁路计算逆问题因为磁路为非线性的，用试探法因为磁路为非线性的，用试探法。第四节第四
21、节 交流磁路的特点交流磁路的特点 交流磁路除了会在铁心中产生损耗外，还有以下两交流磁路除了会在铁心中产生损耗外，还有以下两个效应：个效应：1 1）磁通量随时间变化，在励磁线圈中产生感应电磁通量随时间变化，在励磁线圈中产生感应电动势。动势。2 2）磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸变。变。本章作业：本章作业：1.11.7 本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流电动机的工作特性。第二章第二章 直流电机直流电机2.1 概述概述与异步电动机相比，直流电
22、动机的结构复杂，使与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。直流电机的优点：直流电机的优点：（1）调速性能好）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。调速范围广，易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3）易于控制。）易于控制。应用：应用：（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。）用蓄电池做电源的地方，如汽
23、车、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具2.1.1直流电机的主要结构2.1 直流电机的基本工作原理和结构主磁极换向磁极电刷装置机座端盖定子转子电枢铁心电枢绕组换向器转轴轴承直流电机具体结构参看P462.1.2 直流电机的工作原理2.1 直流电机的基本工作原理和结构一、直流发电机工作原理 右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行
24、的。2.1.2 直流电机的工作原理2.1 直流电机的基本工作原理和结构一、直流发电机工作原理 当原动机驱动电机转子逆时针旋转 后 ，如右图。电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的导体总是位于S极下2.1.2 直流电机的工作原理2.1 直流电机的基本工作原理和结构一、直流发电机工作原理 可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。 实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极
25、交替旋转多对。2.1.2 直流电动机的工作原理2.1 直流电机的基本工作原理和结构二、直流电动机工作原理 把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右图。 直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。 在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。2.1.2 直流电动机的工作原理2.1 直流电机的基本工作原理和结构二、直流电动机工作原理原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力
26、形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。 当电枢旋转到右图所示位置时 同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。2.1.3 直流电机的铭牌数据2.1 直流电机的基本工作原理和结构额定条件下电机所能提供的功率指电刷间输出的额定电功率发电机指轴上输出的机械功率电动机发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机出线端的平均电压在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速2.1.3 直流电机的铭牌数据2.1 直流电机的基本工作原理和结构 此外，电机铭牌上还标有其它
27、数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。 电机运行时，所有物理量与额定值相同电机运行于额定状态。电机的运行电流小于额定电流欠载运行；运行电流大于额定电流过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流指直流电机的励磁线圈与电枢线圈的连接方式励磁方式空载时直流电机的磁场空载时直流电机的磁场( (提前介绍提前介绍) )P622.2.1 直流枢绕组基本知识2.2 直流电机的电枢绕组简介元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。元件的首
28、末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用 表示。叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。2.2.1 直流枢绕组基本知识2.2 直流电机的电枢绕组简介合成节距合成节距 ：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。第一节距第一节距 ： 一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。第二节距第二节距
29、：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边与第二：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边与第二个元件的上层边间的距离。个元件的上层边间的距离。单叠绕组单叠绕组单波绕组单波绕组ykyk单叠绕组元件的连接单叠绕组元件的连接2.2.2 单叠绕组2.2 直流电机的电枢绕组简介 单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向节距均为1，即： 。 单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的所有元件取出来画在一张图里，展示元件相互间的电气连接关系及主磁极、换向片、电刷间的相对位置关系。2.2.2 单叠绕组2.2 直流电机的电枢绕组简介根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图
30、(下图)。单叠绕组的的特点：1） 同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。2）电刷数等于主磁极数，电刷间电动势等于并联支路电动势。3）电枢电流等于各支路电流之和。 参看参看P592.3 直流电机的磁场 2.3.12.3.2直流电机的空载磁场 右图为一台四极直流电机空载时的磁场示意图。当励磁绕组的串联匝数为 ，流过电流为 ，每极的励磁磁动势为：详细参见详细参见P622.3.2直流电机的空载磁场 直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得多，大约是主磁通的20%。磁力线由N
31、极出来，经气隙、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、气隙进入S极，再经定子铁轭回到N极主磁通主磁通主磁路磁力线不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定子铁轭形成闭合回路漏磁通漏磁通漏磁路 空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的大小和形状。 磁极中心及附近的气隙小且均匀，磁通密度较大且基本为常数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小；极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减少，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零。无齿电枢表面的气隙磁密分布无齿电枢表面的气隙磁密分布直流电机的化曲线 为了感应电动势或产生电磁转矩，直流电机气隙中
32、需要有一定量的每极磁通 ，空载时，气隙磁通 与空载磁动势 或空载励磁电流 的关系，称为直流电机的空载磁化特性。如右图所示。 为了经济、合理地利用材料，一般直流电机额定运行时，额定磁通 设定在图中A点，即在磁化特性曲线开始进入饱和区的位置。2.3.3 直流电机的电枢磁场 直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生的磁动势称为电枢磁动势。电枢磁动势的出现使电机的磁场发生变化。 右图为一台电刷放在几何中性线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。 假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴磁动势。2.3.3 直流电机负载时的负载磁场2.3 直
33、流电机的电枢反应 如果认为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，则电枢磁动势在气隙圆周方向空间分布呈三角波，如图中 所示。 由于主磁极下气隙长度基本不变，而两个主磁极之间，气隙长度增加得很快，致使电枢磁动势产生的气隙磁通密度为对称的马鞍型，如图中 所示。2.3.4 直流电机的电枢反应2.3 直流电机的电枢反应 当励磁绕组中有励磁电流，电机带上负载后，气隙中的磁场是励磁磁动势与电枢磁动势共同作用的结果。电枢磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应与电刷的位置有关。1、当电刷在几何中性线上时，将主磁场分布和电枢磁场分布叠加，可得到负载后电机的磁场分布情况，如图（a）所示。2.3.4 直流电机的电枢
34、反应2.3 直流电机的电枢反应主磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场磁通密度分布曲线两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线2.3.4 直流电机的电枢反应2.3 直流电机的电枢反应由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点： 2)、对主磁场起去磁作用1)、使气隙磁场发生畸变 空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理中性线偏离几何中性线 角，磁通密度的曲线与空载时不同。 磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提
35、高，铁心磁阻增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。直流电机的电枢电动势2.3.5 直流电机的电枢电动势和电磁转矩产生产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电枢电动势。大小:性质性质: : 发电机电源电势(与电枢电流同方向); 电动机反电势(与电枢电流反方向).P72)(电动势常数为电机的结构常数其中可见，直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通及转速有关。直流电机的电磁转矩2.3.5直流电机的电枢电动势和电磁转矩产生产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。大小:性质性
36、质: : 发电机制动(与转速方向相反)； 电动机驱动(与转速方向相同)。 P73可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电流成正比。为电机的转矩常数，有其中二、直流电机的电磁转矩当直流电机带上负载时，电枢绕组中就有电流流过，载流的电枢绕组在气隙磁场中将受到电磁力作用而产生电磁转矩，电磁力的大小可以利用电磁力定律来计算。假定电刷放在几何中性线上，元件为整距，则一个极下载流导体的电流方向均相同；另外，每个极下的气隙磁场，除极性不同外，其分布情况也相同。因此，只要计算一根导体在一个磁极范围内气隙磁场中所受到的平均电磁力和电磁转矩，然后再乘以总导体数，就可得到作用在整个电枢上的电磁转矩。2.4
37、.1 2.4.1 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1 2.4.1 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1 2.4.1 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1 2.4.1 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1 2.4.1 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1 2.4.1 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1 2.4.1 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1 2.4.1 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1 2.4.1 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1 2.4.1 直流发
38、电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1 2.4.1 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1 2.4.1 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1 2.4.1 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性 2.4.2 直流发电机的运行特性直流发电机的运行特性1.了解直流电动机的励磁方式，掌握其特点2.掌握直流电动机的基本方程式3.掌握直流电动机的工作特性4.掌握直流电动机的机械特性5.掌握直流电动机的起动和调速方法6.了解直流电动机的制动本节主要内容2.5 直流电动机的基本特性l直流电动机具有良好的起动性能和调速性能，广泛应用于对起动和调速性能要求高的场合l直流电动机按励
39、磁方式可分为：他励、并励、串励和复励四种2.5 直流电动机的基本特性1 直流电机的可逆原理l直流电机l直流电机的可逆原理：一台电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行。l感应电动势“发电作用” 电磁转矩“电动作用”l发电机： 主电动势 反转矩 电动机： 反电动势 主转矩原动机 EaU 电负载电源 EaU 机械负载发电机电动机2.5 直流电动机的基本特性2.5.1 直流电动机的基本方程式2.5 直流电动机的基本特性一、电压平衡方程式2 直流电动机的基本方程式二、功率平衡方程式2.5 直流电动机的基本特性2 直流电动机的基本方程式三、转矩平衡方程式稳态运行转矩方程动态运行转矩方程2.5 直流电动
40、机的基本特性2.5.2 直流电动机的工作特性l定义：UUN，IfIfN（并励）时，转速n、电磁转矩Tem、效率与电枢电流Ia（或输出功率P2）的关系。即 nf(Ia), Tem f(Ia), f(Ia)或nf(P2), Tem f(P2), f(P2)的关系曲线并励电动机并励电动机 试验接线图试验接线图l工作特性因励磁方式而异，可计算求得，但大多用实验方法确定。 2.5 直流电动机的基本特性一、并励一、并励电动电动机的工作特性机的工作特性转速调整率 1 1、转转速特性：速特性：UUN 常数，IfIfN 常数时，nf(Ia)的关系曲线Ian励磁回路励磁回路不允许断开！不允许断开！2.5 直流电动
41、机的基本特性一、并励电动机的工作特性2、转矩特性： UUN 常数，IfIfN 常数时，Temf(Ia)的关系曲线IaTe考虑去磁， 曲线有所下降。2.5 直流电动机的基本特性一、并励一、并励电动电动机的工作特性机的工作特性3 3、效率特性：、效率特性： UUN 常数，IfIfN 常数时，f(Ia)的关系曲线Ia可变损耗=不变损耗时 ，效率最高。2.5 直流电动机的基本特性一、并励一、并励电动电动机的工作特性机的工作特性2.5 直流电动机的基本特性二、串励二、串励电动电动机的工作特性机的工作特性1 1、转转速特性：速特性： UUN 常数， nf(Ia),的关系曲线UUN常数时，转速n、电磁转矩T
42、em、效率与电枢电流Ia（或输出功率P2）的关系曲线串励电动机串励电动机 试验接线图试验接线图 2.5 直流电动机的基本特性二、串励二、串励电动电动机的工作特性机的工作特性1 1、转转速特性：速特性：串励电动机绝对不允许空载运行，以避免发生“飞速”现象。 2 2、转转距特性：距特性： Temf(Ia)2.5 直流电动机的基本特性直流发电机与直流电动机的区别转矩平转矩平衡方程衡方程功率平功率平衡方程衡方程特性特性：空载特性空载特性：外特性：外特性：调整特性：调整特性：转速特性转速特性：转矩特性转矩特性：效率特性效率特性：2.5 直流电动机的基本特性2.5.3 2.5.3 直流直流电动电动机的机械
43、特性机的机械特性l定义：UUN常数时，励磁和电枢回路电阻保持不变时，转速n与电磁转矩Tem的关系nf(Tem)Rj为串入串入电枢回路的枢回路的调节电阻，用于改阻，用于改变机械特性的形状。机械特性的形状。Rj =0时为时为自然机械特性自然机械特性，Rj0为为人工机械特性人工机械特性。 2.5 直流电动机的基本特性l l并励直流电动机的机械特性并励直流电动机的机械特性机械特性接近于一水平线，机械特性接近于一水平线，称为硬特性。反之特性软称为硬特性。反之特性软2.5 直流电动机的基本特性2.5.3 2.5.3 直流直流电动电动机的机械特性机的机械特性l l串励直流电动机的机械特性串励直流电动机的机械
44、特性软特性：软特性：因为转矩增大，电枢增因为转矩增大，电枢增大，磁通增大，内阻压大，磁通增大，内阻压降均增大，故转速下降降均增大，故转速下降很快很快 2.5 直流电动机的基本特性2.5.3 2.5.3 直流直流电动电动机的机械特性机的机械特性2.6 直流电力传动二、二、电动电动机机组稳组稳定运行的条件定运行的条件l l典型负载的机械特性典型负载的机械特性nf(TL)（1 1）恒转矩负载：）恒转矩负载： T TL L = = constconst（2 2）风机类负载：）风机类负载：T T L Ln n2 2（3 3）恒功率负载：）恒功率负载：P P L L= = constconstl下垂的机械
45、特性的机械特性2.6 直流电力传动二、二、电动电动机机组稳组稳定运行的条件定运行的条件l上翘的机械特性的机械特性l稳定条件2.6 直流电力传动二、二、电动电动机机组稳组稳定运行的条件定运行的条件2.6.2 直流电动机的起动l起动的基本要求：起动转矩足够大；起动电流限制在允许范围内；起动时间短，符合生产技术要求；起动设备简单、经济、安全、可靠。l起动过程：直流电动机接电源后，转速从零达到稳定转速的过程l大电流对电网的影响：电网电压下降，影响其他用电设备电机绕组发热，受大电磁力的冲击 2.6 直流电力传动l起动瞬间：l起动的根本原则：足够大的电磁转矩 限制起动电流l起动时的磁场：磁通最大（励磁回路
46、调节电阻为零）l常用起动方法： 全压起动； 电枢回路串变阻器起动； 降压起动。2.6 直流电力传动一、全压起动直接加额定电压起动优点：操作简单，无需另加设备缺点：冲击电流大；电源电压会突然降低，影响其他用电设备；产生很大的冲击电磁力和转矩应用：适用于容量很小的电动机。2.6 直流电力传动2.6.2 直流电动机的起动二、电枢回路串变阻器起动在电枢回路串可变电阻，以限制起动电流，待转速上升后，逐步切除起动电阻损耗增加，不经济2.6 直流电力传动2.6.2 直流电动机的起动三、降压起动开始时，降低端电压， 随着转速的升高，逐步提高电枢电压，并使电枢电流限制在一定范围内。采用他励优点：起动电流小，起动
47、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。实例：发电机电动机组；整流器电动机组2.6 直流电力传动2.6.2 直流电动机的起动2.6.3 直流电动机的调速调速方法：（1）改变励磁电流（主磁通）调速 ；（2）改变串入电枢回路中的电阻调速（3）改变电枢端电压调速2.6 直流电力传动一、改变励磁电流调速l优点：设备简单，调节方便，能耗小，效率基本不变，经济性好，调速平滑，可实现无级调速l缺点：只能向上单方向调节，转速高时，换向性能差，机械特性的斜率变大，特性变软；l机械特性：理想空载转速增大；斜率增大2.6 直流电力传动2.6.3 直流电动机的调速一、改变励磁电流调
48、速l调速过程：2.6 直流电力传动2.6.3 直流电动机的调速一、改变励磁电流调速l调速过程：A BTMTLA调节磁场前工作点弱磁瞬间工作点AA弱磁稳定后的工作点2.6 直流电力传动2.6.3 直流电动机的调速一、改变励磁电流调速l调速过程：减弱磁通调速前、后转速变化曲线减弱磁通前、后的电枢电流变化曲线tt=t0n结论结论：磁场越弱，转速越高。因此电机运行时励磁回路不能开路。2.6 直流电力传动2.6.3 直流电动机的调速l优点：设备简单，操作方便。l缺点：只能向下单方向调节；低速时，机械特性很软，调速范围不大,稳定性差；负载变化时，转速调整率变大；速度调节不平滑，属有级调速；电阻消耗的能量大
49、，调速时效率低，效率与转速成正比。l机械特性：理想空载转速不变；斜率增大二、改变串入电枢回路的电阻调速2.6 直流电力传动2.6.3 直流电动机的调速2.6.3 直流电动机的调速l适用于恒转矩调速l对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使Tem和Ia不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。l调速过程：二、改变串入电枢回路的电阻调速2.6 直流电力传动l调速过程：二、改变串入电枢回路的电阻调速nTMTLRan0n1A0ABn2Ra+Rj1未串电阻时的工作点串电阻Rj1后,工作点由AAB2.6 直流电力传动2.6.3 直流电动机的调速l调速过程：二、改变串入电枢
50、回路的电阻调速调速过程电流变化曲线调速前、后电流不变调速过程转速变化曲线tt=t0n2n1Ia1ianian结论：带恒转矩负载时,串电阻越大,转速越低。2.6 直流电力传动2.6.3 直流电动机的调速l优点：电源电压能够平滑调节，可实现无级调速；调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好；无论轻载还是负载，调速范围相同；电能损耗较小。l缺点：只能向基速下单方向调节；需要一套电压可连续可调的直流电源，较复杂。l机械特性：理想空载转速减小；斜率不变，是一组平行直线。三、改变电枢端电压调速2.6 直流电力传动2.6.3 直流电动机的调速l适用于恒转矩调速l对恒转矩负载，调速前、后因增
51、通不变而使Tem和Ia不变。l调速过程：三、改变电枢端电压调速2.6 直流电力传动2.6.3 直流电动机的调速l调速过程：三、改变电枢端电压调速TMTLAAB调速压前工作点A降压瞬间工作点稳定后工作点 降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间变化的曲线也相似。2.6 直流电力传动2.6.3 直流电动机的调速2.6.4 直流电动机的制动l分类：机械制动和电磁制动l电磁制动定义：使电动机产生一个与旋转方向相反的电磁转矩，阻碍电动机转动特点：产生的转矩大，易于控制，操作方便方法：能耗制动、反接制动、回馈制动2.6 直流电力传动2.6.4 直流电动机的制动一、能耗
52、制动保持励磁电流的大小及方向不变， 电动机从电网脱离接至制动电阻RL。实际上是一台向制动电阻供电的他励直流发电机。轴上的机械能转化成电能， 全部消耗于电枢回路的电阻上， 并励电动并励电动并励电动并励电动机能耗制机能耗制机能耗制机能耗制动接线图动接线图动接线图动接线图2.6 直流电力传动2.6.4 直流电动机的制动一、能耗制动特点：1）操作简单，停车准确2）能耗制动产生的冲击电流不会影响电网；3）低速时制动转矩小，停转慢；4）动能大部分都消耗在制动转矩上。机械特性2.6 直流电力传动2.6.4 直流电动机的 制动二、反接制动电枢回路串入制动电阻后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流，
53、进而产生反向制动电磁转矩。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枢回路电阻上。1、正转反接并励电动并励电动机反接制机反接制动接线图动接线图2.6 直流电力传动2.6.4 直流电动机的制动二、反接制动1、正转反接特点：1）可以很快使机组停机。2） 需要加入足够的电阻， 限制电枢电流；3）转速至零时， 需切断电源。机械特性2.6 直流电力传动2.6.4直流电动机的制动三、回馈制动（发电机制动）回馈制动过程中，有功功率回馈电源。从电能消耗看， 回馈制动是最经济的一种制动方式。转速高于理想空载转速是回馈制动运行状态的重要特点。当电动机转速高于理想空载转速，即nn0时，电枢电
54、动势Ea大于电枢电压U，电机进入发电状态， 电磁转矩起制动作用， 限制转速上升，电动机向电源回馈电能。2.6 直流电力传动2.6.4 直流电动机的制动l形式三、回馈制动（发电机制动）稳定运行：1、电压反接制动带位能性负载进入第四象限；2、电车下坡时，运行转速超过理想空载转速，进入第二象限。当电车下坡时，运行转速可能超过理想空载转速,进入第二象限2.6 直流电力传动作业：作业：2-7、11、27、40、51简述：直流伺服电机、直流测速发电机内容简述：直流伺服电机、直流测速发电机内容第三章第三章 变压器变压器 变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线
55、路中应用广泛。子线路中应用广泛。变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流：变电流：电流互感器电流互感器 变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有： 在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及及负载功率因数负载功率因数cos 一定时：一定时：电能损耗小电能损耗小节省金属材料（经济）节省金属材料（经济）概述概述U I P = I RlI S 电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能电力工业中
56、常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下： 发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压仪器仪器36V降压降压实验室实验室380 / 220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压变压变压器的分器的分类类电压互感器电压互感器电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器 按用途分按用途分按用途分按用途分电力变压器电力变压器电力变压器电力变压器 ( (输配电用输配电用输配电用输配电用) )仪用变压器仪用变压器仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器整流变压器整流变压器
57、 按相数分按相数分按相数分按相数分三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器单相变压器单相变压器 按制造方式按制造方式按制造方式按制造方式壳式壳式壳式壳式心式心式心式心式变压器符号变压器符号变压器符号变压器符号变压变压器的器的结结构构变压器的磁路变压器的磁路绕组：绕组：绕组：绕组：一次绕组一次绕组一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组二次绕组二次绕组单相变压器单相变压器+由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心变压器的电路变压器的电路变压器的电路变压器的电路一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心变压器的结构变压器的结构变压器的铭牌和
58、技术数据变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据1 1 1 1） 变压变压变压变压器的型号器的型号器的型号器的型号S J L 1000/10S J L 1000/10 变压器额定容量变压器额定容量(KVA) 铝线圈铝线圈铝线圈铝线圈 冷却方式冷却方式冷却方式冷却方式J:J:油浸自冷式油浸自冷式油浸自冷式油浸自冷式F:F:风冷式风冷式风冷式风冷式相数相数相数相数S:三相三相D:单相单相 高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压(KV)(KV) 变压变压变压变压器器器器额额额额定定定定值值值值 额定电压额定电压额定电压额定电压 U U1N1
59、N、U U2N2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值绕组允许的电压值绕组允许的电压值绕组允许的电压值单相：单相：单相：单相：U U1N 1N ，一次侧电压，一次侧电压，一次侧电压，一次侧电压， U U2N2N，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压三相：三相：三相：三相：U U1N1N、U U2N2N，一次、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压 额定电流额定电流额定电流
60、额定电流 I I1N1N、I I2N2N 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。电流值。电流值。电流值。单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流 额定容量额定容量额定容量额定容量 S SN N 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率
61、的最大能力。单相：单相：单相：单相：三相：三相：三相：三相：容量容量容量容量 S SN N 输出功率输出功率输出功率输出功率 P P2 2 一次侧输入功率一次侧输入功率一次侧输入功率一次侧输入功率 P P1 1 输出功率输出功率输出功率输出功率 P P2 2注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）效率效率效率效率容量：容量：一次侧输入功率：一次侧输入功率：输出功率：输出功率： 变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的性质性质变压变压变压变压器器器器额额额额定定定定值值值值3.13
62、.1 变压变压器的工作原理器的工作原理单相变压器单相变压器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。(1) 空载运行情况空载运行情况1. 1. 1. 1. 电电电电磁关系磁关系磁关系磁关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路。二次侧开路。+ 1 i0 ( i0N1) 1空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由一次绕由一次绕组磁通势组磁通势产生的。产生的。(2) 带负载运行情带负载运行情况况1.
63、 1. 1. 1. 电电电电磁关系磁关系磁关系磁关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧接负载接负载接负载接负载。+ 1 1i1 ( i1N1) i1i2 ( i2N2) 2有载时，铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由一次、二次由一次、二次绕组磁通势共绕组磁通势共同产生的合成同产生的合成磁通。磁通。 2i2+e2+e 2+u2 Z Z 2. 2. 电压变换电压变换电压变换电压变换（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）有效值有效值:同同 理：理：主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律
64、变化，设为 则则则则(1) (1) 一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势根据根据KVL：变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图+(2) (2) 一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压+u u2 2+ i i1 1i i2 2+e e2 2+e e 2 2（匝比）（匝比）（匝比）（匝比）K K为为为为变比变比变比变比对二次侧，对二次侧，对二次侧，对二次侧，根据根据KVL：结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。式中式中式中式中 R R2 2 为为为为二次
65、二次二次二次绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻; ;X X2 2= = L L 2 2 为为为为二次二次二次二次绕组的感抗；绕组的感抗；绕组的感抗；绕组的感抗； 为为为为二次二次二次二次绕组的端电压。绕组的端电压。绕组的端电压。绕组的端电压。变压器空载时变压器空载时变压器空载时变压器空载时: :+u u2 2+ i i1 1i i2 2+e e2 2+e e 2 2式中式中式中式中U U2020为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。故有故有故有故有3. 3. 3. 3. 电电电电流流流流变换变换变换变换( (一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系一次、
66、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系) )有载运行有载运行有载运行有载运行 可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值 mm在变压器空载在变压器空载在变压器空载在变压器空载和有载时近似保持不变。即有和有载时近似保持不变。即有和有载时近似保持不变。即有和有载时近似保持不变。即有 不论变压器空载还是不论变压器空载还是不论变压器空载还是不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻有载，一次绕组上的阻有载，一次绕组上的阻有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有由上式，若由上式，若由上式，若
67、由上式，若U U1 1、 f f 不变，则不变，则不变，则不变，则 m m 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。空载空载空载空载：有载：有载：有载：有载：+|Z |+一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可很小可忽忽略。略。或或结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：或：1 1. .提供产生提供产生提供产生提供产生 mm的磁势的磁势的磁势的磁势2 2. .提供用于补偿提供用于补偿提供用于补偿提供用于补偿 作用作用作用作用 的磁势的磁势的磁势的磁势磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：空载磁势
68、空载磁势有载磁势有载磁势3.1.2 变压器的外特性与效率变压器的外特性与效率1. 1. 变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性 当一次侧电压当一次侧电压当一次侧电压当一次侧电压 U U1和负载功率因数和负载功率因数和负载功率因数和负载功率因数 coscos 2保持不变时，保持不变时，保持不变时，保持不变时，二次侧输出电压二次侧输出电压二次侧输出电压二次侧输出电压 U U2和输出电流和输出电流和输出电流和输出电流 I I2的关系，的关系，的关系，的关系，U U2 = = f f ( (I I2)。 U U2020：一次侧加额定：一次侧加额定：一次侧加额定：一次侧加额定电压、二次
69、侧开路时，电压、二次侧开路时，电压、二次侧开路时，电压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。二次侧的输出电压。二次侧的输出电压。二次侧的输出电压。 一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随I I2 2的变化，的变化，的变化，的变化，U U2 2 变变变变化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在5%5%左右。左右。左右。左右。电压变化率：电压变化率：电压变化率：电压变化率：coscos 2 =0.8=0.8( (感性）感性）感性）感性）U2I2U20I2Ncoscos 2
70、=1=1O2. 2. 2. 2. 变压变压变压变压器的效率器的效率器的效率器的效率( ( ( ( ) ) ) )为减少涡流损耗，铁心一为减少涡流损耗，铁心一为减少涡流损耗，铁心一为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠成。般由导磁钢片叠成。般由导磁钢片叠成。般由导磁钢片叠成。 变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损铜损铜损 ( ( P PCuCu) ) ：绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的
71、感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感 应电流应电流应电流应电流( (涡流涡流涡流涡流) )造成的损耗。造成的损耗。造成的损耗。造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造 成的损耗。成的损耗。成的损耗。成的损耗。 铁损铁损铁损铁损( ( P PFeFe ) )：变压器的效率为变压器的效率为变压器的效率为变压器的效率为一般一般一般一般 95959595% , , , ,负载为额定负载的负载为额定负载的负载为额定负载的负载为额定负载的(50(50(50(5075)%75)%时，时，时，时， 最大
72、。最大。最大。最大。输出功率输出功率输出功率输出功率输入功率输入功率输入功率输入功率 当电流流入当电流流入当电流流入当电流流入( (或流出）两个线圈时，若产生的磁通方或流出）两个线圈时，若产生的磁通方或流出）两个线圈时，若产生的磁通方或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入向相同，则两个流入向相同，则两个流入向相同，则两个流入( (或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。 AXax AX Xax1. 1. 同极性端同极性端同极性端同极性端 ( ( 同名端同名端同名端同名端 ) ) 或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的或
73、者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。感应电动势极性相同的两端为同极性端。感应电动势极性相同的两端为同极性端。感应电动势极性相同的两端为同极性端。 同极性端用同极性端用“”表示表示。增加增加+ 同极性端同极性端同极性端同极性端和绕组的绕和绕组的绕和绕组的绕和绕组的绕向有关。向有关。向有关。向有关。3.1.3 变压器绕组的极性变压器绕组的极性 当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法现接，当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法现接， 带上三相对称负载，带上三相对称
74、负载， 原边加上对称的三相电压时原边加上对称的三相电压时 ，因，因为三相对称电压本身大小相等、相位互差为三相对称电压本身大小相等、相位互差1201200 0，因此求，因此求得一相的电压、电流，得一相的电压、电流， 其它两相按对称关系求出。其它两相按对称关系求出。 3.2 三相三相变压器变压器一、组式变压器组式变压器三个独立的单相变压器组成三个独立的单相变压器组成,在在电路上互相路上互相联接，三相磁接，三相磁路互相完全独立。路互相完全独立。 各相主磁通有各自的各相主磁通有各自的铁心磁路，心磁路， 互互不影响。不影响。各相铁芯、磁通、磁阻等一致3.2.1 三相三相变压器磁路变压器磁路具有共同铁芯;
75、中柱（中间铁芯柱）磁通为三相磁通之和，对称时中柱磁通为零，可省去;又称三相三铁芯柱式变压器（三相铁芯式变压器）;平面，磁路不完全对称，各相If不完全相同，但相差很小，忽略区别。二、芯式变压器二、芯式变压器3.2.1 三相三相变压器磁路变压器磁路三三 、连连接接组组（1）高、低压绕组中电动势相位关系（单相绕组）高、低压绕组中电动势相位关系（单相绕组）单相变压器中，单相变压器中， 高压绕组首端为高压绕组首端为“A”、末端、末端为为“X”；低压绕组首端为；低压绕组首端为“a”、末端为、末端为“x”。AXaxAXax原、副绕组被同一主磁通原、副绕组被同一主磁通 交链，交链， 感应电动势感应电动势在任一
76、瞬间原边绕组一端点为高电位，副边绕在任一瞬间原边绕组一端点为高电位，副边绕组也有一端点为高电位。组也有一端点为高电位。 这两个端点为这两个端点为“同名同名端端”3.2.1 三相三相变压器磁路变压器磁路3.2.2 3.2.2 三相三相变压变压器器绕组绕组的的联联接法和接法和联联接接组组1、三相变压器连接法、三相变压器连接法ABCXYZ星形连接星形连接ABCXYZ三角形连接三角形连接高压绕组首端由高压绕组首端由A、B、C表示，表示， 末端由末端由X、Y、Z表示；低压绕组首端由表示；低压绕组首端由a、b、c表示，末端由表示，末端由x、y、z表示。表示。 一相绕组末端与另一相绕组首端相连，一相绕组末端
77、与另一相绕组首端相连， 依次得到依次得到一闭合回路，一闭合回路， 为为三角形连接三角形连接“ ”， 有顺、逆之有顺、逆之分。分。 3.2.2 3.2.2 三相三相变压变压器器绕组绕组的的联联接法和接法和联联接接组组分析：分析：P147148 Yy0 、yd11连接组连接组3.2.3 3.2.3 三相变压器的并联运行三相变压器的并联运行 负荷容量很大，一台变压器不能满足要求。负荷容量很大，一台变压器不能满足要求。 负荷变化较大，用多台变压器并联运行可以随负荷变化较大，用多台变压器并联运行可以随 时调节投入变压器的台数。时调节投入变压器的台数。 可以减少变压器的储备容量。可以减少变压器的储备容量。
78、 u1 u2 T1 T2 1.1.1.1.自耦变压器自耦变压器自耦变压器自耦变压器3.3 3.3 特殊变压器特殊变压器手手柄柄接接线线柱柱2. 自耦变压器的工作原理自耦变压器的工作原理(1) 电压关系电压关系 忽略漏阻抗，则忽略漏阻抗，则= U1 U2E1 E2=N1 N2= k I 降压自耦变压器降压自耦变压器 N1N2+ +U1I1E1E2 U2I2 I+ +U2I1E1E2 U1I2 升压自耦变压器升压自耦变压器 (2) 电流关系电流关系 N1I1N2I2 = N1I0 N1I1N2I2 = 0 I1 = I2 N2N1I1 I2 N2 N1 =I1与与 I2 相位相反。相位相反。 1
79、k =I = I1I2 公共绕组的电流公共绕组的电流忽略忽略 I0，则，则 在降压变压器中，在降压变压器中， I1 I2 (3) 功率关系功率关系 变压器容量变压器容量 SN = U2NI2N = U1NI1N S2 = U2I2在降压变压器中在降压变压器中 = U2 (II1 )= U2IU2I1= SiStI = I1 I2 在升压变压器中在升压变压器中S1 = U1I1= U1 (II2 )= U1IU1I2= SiSt 降压变压器降压变压器 升压变压器升压变压器 感应功率感应功率 Si传导功率传导功率 StU2I U1IU2I1 U1I2 在在 SN 一定时，一定时， k 越接近越接近
80、 1，Si 越小，越小， St 所占所占 比例越大，经济效果越显著。比例越大，经济效果越显著。2 2、仪用互感器、仪用互感器一、电压互感器一、电压互感器U1 U2=N1 N2= ku 国产互感器：国产互感器： U2N = 100 V 使用注意：使用注意：二次绕组禁止短路。二次绕组禁止短路。二次绕组与铁心必须接地。二次绕组与铁心必须接地。空载运行的降压变压器。空载运行的降压变压器。u1 Vu1u2电压互感器电压互感器 3.3 特殊变压器特殊变压器 E2 二、电流互感器二、电流互感器 N1很小。很小。 短路运行的升压变压器。短路运行的升压变压器。 I1 I2 =N2 N1 = ki 国产互感器：国
81、产互感器： I2N = 5 A 使用注意：使用注意： 二次绕组禁止开路。二次绕组禁止开路。 开路时：开路时：I2 = 0，I1 不变不变 一次绕组工作电压较高时，一次绕组工作电压较高时， 二次绕组与铁心必须接地。二次绕组与铁心必须接地。 Ai2i12.10 仪用互感器仪用互感器1.二次侧不能短路，二次侧不能短路，二次侧不能短路，二次侧不能短路， 以防产生过流；以防产生过流；以防产生过流；以防产生过流；2. 2. 铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二绝缘
82、损坏时，在二次侧出现高压。次侧出现高压。次侧出现高压。次侧出现高压。使用注意事项：使用注意事项：使用注意事项：使用注意事项：电压表电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N22.2.2.2.电压互感器电压互感器电压互感器电压互感器 实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压VR N1（匝数多（匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少（匝数少）u（被测电压）（被测电压）电流表电流表被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N11.二次侧不能开路，二次侧不能开路，二次侧不能开路，二次侧不能开路， 以防产生高电压
83、；以防产生高电压；以防产生高电压；以防产生高电压；2. 2. 铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二次侧出现过压。次侧出现过压。次侧出现过压。次侧出现过压。使用注意事项：使用注意事项：使用注意事项：使用注意事项：3.3.3.3.电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流（被测电流）（被测电流）N N1 1（匝数少（匝数少（
84、匝数少（匝数少）N N2 2（匝数多（匝数多（匝数多（匝数多）ARi1i2作业：作业：4、35、36异步电机 : 异步电动机异步发电机同步电机：同步发电机同步电动机第四章第四章 交流电机绕组的基本理论交流电机绕组的基本理论引入引入“同步同步”与与“异步异步”的概的概念念同步交流发电机原理图同步交流发电机原理图 （P=1）结合下图引入结合下图引入“电角度电角度”及及“交流频率交流频率”的概的概念念 同步交流发电机原理图同步交流发电机原理图 （P=2）VVWUUW定子定子转子转子1 1、绕组产生的电动势（磁动势）接近、绕组产生的电动势（磁动势）接近正弦波正弦波 -谐波分量少。谐波分量少。2 2、三
85、相绕组的感应电动势、三相绕组的感应电动势对称对称3 3、一定导体数下，产生、一定导体数下，产生尽可能大的基波电动势尽可能大的基波电动势4.1 4.1 交流绕组的基本要求交流绕组的基本要求一、基本要求一、基本要求( (电气要求电气要求) )：2 交流绕组的基本概念交流绕组的定义感应交流电的绕组叫交流绕组同步电机电枢绕组和异步电机定子、转子绕组结构相同，因此统称为“交流电机绕组”，简称为交流绕组。 1 交流绕组的基本概念对交流绕组的要求1）良好的导电性能；2）一定导体数下，获得较大的基波电动势和基波磁动势；3）在三相绕组中，对基波而言，三相电动势必须对称，即三相的幅值相等而相位互差120度电角度，
86、并且三相的阻抗也要求相等； 4）电动势和磁动势波形力求接近正弦波，为此要求电动势和磁动势中的谐波分量尽量小；5）用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好；6）制造工艺简单，检修方便。 1 交流绕组的基本概念关于交流绕组的基本概念实用的交流绕组是分布地嵌在定子槽内的许多线圈组成，一个线圈有Nc匝，每匝有两根导体,线圈的直线部分放在槽里，因它切割气隙磁场产生感应电动势，故称有效边，露在槽外的前后端连接线，称为端部，它不切割气隙磁场，仅起连接有效边的作用。1 交流绕组的基本概念关于交流绕组的基本概念1）电角度（槽间角） 因磁场每转过一对磁极时，导体的基波电动势变化一个周期，在电路理论中，定义一个
87、期为360度时间电角度或2 电弧度，所以把一对极所张的空间角度称为360 度空间电角度或空间电弧度，若电机有P对极，则整个定子内圆有p360电角度，而在几何学中把一个圆周的空间角度称为360 度机械角度，所以电角度1和机械角度的关系应为 机械角机械角槽间角槽间角1 交流绕组的基本概念关于交流绕组的基本概念2）每极每相槽数q 三相电机中，为了保持电气上的对称，每相绕组所占的槽数应该相等，并且均匀分布，因此，要形成2p个极的电机，应将定子总槽数Z分为2p个等分，每极下的槽数为z2p，每极下的槽数再按m相分，(一般m=3)，所以每极每相槽数为 1 交流绕组的基本概念关于交流绕组的基本概念3）相带 每
88、极下一相绕组所占的宽度称为相带，相带用电角度表示。由于每极每相所占的槽数为q，而槽间角为1 ， 对于三相绕组 ，一个相带所占的电角度为 称为60度相带绕组。1 交流绕组的基本概念关于交流绕组的基本概念4）极距 沿电枢表面相邻两个磁极轴线之间的距离称为极距，极距有三种表示法： 1）用电枢圆周长表示，单位为米或厘米； 2）用电枢槽数表示，单位为槽/极； 1 交流绕组的基本概念5）节距y 一个线圈两有效边之间的距离称为节距，一般用槽数表示。 如图所示线圈，若它的一个边放在第1槽，另一个边放在第10个槽，则节距y9，为了使线圈电动势最大或接近最大，线圈的节距应等于或近于极距。 整距绕组：y 短距绕组：
89、 y ，端接较长，较少采用。 单层绕组单层绕组:一个槽中放一个槽中放一个一个元件边；元件边； 双层绕组双层绕组:一个槽中放一个槽中放两个两个元件边。元件边。单层绕组单层绕组和双和双层绕组层绕组 均匀原则：均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相绕每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相绕组在每个极域内所占的槽数应相等；组在每个极域内所占的槽数应相等； 对称原则：对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空间互相错开间互相错开120电角度。电角度。 电势相加原则电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线圈：线圈两个圈边的感应电势应该相加；
90、线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。与线圈之间的连接也应符合这一原则。 如线圈的一个边在如线圈的一个边在N极下，另一个应在极下，另一个应在S极下。极下。二、交流二、交流绕组绕组的构成原的构成原则则交流绕组交流绕组单层绕组单层绕组双层绕组双层绕组同心式绕组同心式绕组链式绕组链式绕组交叉链式绕组交叉链式绕组等元件式整距叠绕组等元件式整距叠绕组双层叠绕组双层叠绕组双层波绕组双层波绕组交流交流绕组绕组的形式的形式4.2 4.2 三相三相单层绕组单层绕组1.分极分相分极分相 将总槽数按给定的极数均匀分开（将总槽数按给定的极数均匀分开（N、S极相邻分布）极相邻分布） 并标记假设的感应电势方向。并标记假设
91、的感应电势方向。 实例：实例：Z24（槽）、（槽）、m3（相）、（相）、2p4（极）的单层叠绕组（极）的单层叠绕组基本步骤：基本步骤：每极每相槽数每极每相槽数将每个极域的槽数按三相均匀分开。将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开三相在空间错开120电角度。电角度。分极分相分极分相2. 连线圈和线圈组连线圈和线圈组 将将一对极域一对极域内属于内属于同一相同一相的的两个线圈边两个线圈边连成一个线圈，连成一个线圈，共有共有q个线圈。个线圈。 将将一对极域一对极域内属于内属于同一相同一相的的q个线圈个线圈连成一个线圈组；连成一个线圈组；（共有多少个线圈组？）（共有多少个线圈组？） 以上连接应符
92、合电势相加原则。以上连接应符合电势相加原则。 连线连线圈和圈和线线圈圈组组线圈组连接线圈组连接3. 3.连连相相绕组绕组绕组绕组串联连接串联连接(1)串联连接串联连接(2)并联连接并联连接绕组绕组并联连接并联连接 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组；将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组； 接法或接法或Y接法；接法；4. 4.连连三相三相绕组绕组三相三相绕组绕组连接连接实例：实例：Z Z1 1=36=36，2p=42p=4，整距，整距，m=3 m=3 双层叠绕组双层叠绕组 1.分极分相分极分相： 将总槽数按给定的极数均匀分开（将总槽数按给定的极数均匀分开（N、S极相邻分布）极相邻分布）
93、并标记假设的感应电势方向；并标记假设的感应电势方向； 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。电角度。 4.3 4.3 三相双三相双层绕组层绕组每极每相槽数每极每相槽数36槽内导体感应电动势的相量图即槽电动势星形图槽内导体感应电动势的相量图即槽电动势星形图.槽电势星形图槽电势星形图 根据给定的线圈节距连线圈（上层边与下层边合一个线圈）；根据给定的线圈节距连线圈（上层边与下层边合一个线圈）； 以以上层边上层边所在槽号标记所在槽号标记线圈编号线圈编号； 将将同一极域同一极域内属于内属于同一相同一相的某的某两个线圈边两个线圈边连成一个
94、连成一个线圈线圈（共有（共有q个线圈，为什么？）；个线圈，为什么？）； 将将同一极域同一极域内属于内属于同一相同一相的的q个线圈个线圈连成一个连成一个线圈组线圈组（共有多（共有多少个线圈组？）；少个线圈组？）； 以上连接应符合电势相加原则以上连接应符合电势相加原则 。2. 2.连线连线圈和圈和线线圈圈组组 将将A相的相的2p个线圈组连成一相绕组，标记首尾端。个线圈组连成一相绕组，标记首尾端。 串联与并串联与并联，依照电势相加原则。最大并联支路数联，依照电势相加原则。最大并联支路数a2p 按照同样的方法构造其他两相。按照同样的方法构造其他两相。 3. 3.连连A A相相绕组绕组 将三个构造好的单
95、相绕组连成完整的三相绕组。将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组。4.连三相绕组连三相绕组1 35 7 9 11 13151719 21232527 293133351 2 310 11 1219 20 2128 29 30A A相绕组的连接相绕组的连接P190等元件式整距单层叠绕组等元件式整距单层叠绕组同心式同心式绕组绕组双层叠绕组双层叠绕组 感应电势随时间时间变化的波形和磁感应强度在空间空间的分布波形相一致。 只考虑基波磁场时，感应电势为正弦波正弦波。 一、一、导导体中的感体中的感应电势应电势 感应电势的波形 说明相位关系 磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期； 磁场旋转一周，转
96、过p（电机的极对数）对磁极； 转速为n（r/min)的电机，每秒钟转过(pn/60)对极； 导体中感应电势的频率f=(pn/60)Hz. 问题：四极电机，要使得导体中的感应电势为50Hz,转速应为多少？ 感感应电势应电势的的频频率率感感应电势应电势的大小的大小 导体感应电势最大值： 导体与磁场的相对速度： 磁感应强度峰值和平均值之间的关系： 感应电势最大值： 感应电势的有效值：绕组中均匀分布着许多导体，这些导体中的感应电势有效值，频率，波形有效值，频率，波形均相同；但是他们的相相位位不相同。 导导体感体感应电势应电势小小结结：整距线圈中的感应电势 二、二、线线圈中的感圈中的感应电势应电势 线圈
97、的两个有效边处于磁场中相反的位置，其感应电势相差180电角度。 整距线圈的感应电势： 考虑到线圈的匝数后： 线圈的两个有效边在磁场中相距为y1,其感应电势相位差是180-电角度。 短距短距线线圈中的感圈中的感应电势应电势 短距角： 短距线圈的感应电势： 短距系数： 短距系数小于1，故短距线圈感应电势有所损失；但短距可以削弱高次谐波.y1 每对极下属于同一相的q个线圈，构成一个线圈组。图中q=3 每个线圈的感应电势由两个线圈边的感应电势矢量相加而成。 整个线圈组的感应电势由所有属于该组的导体电势矢量相加。 三、三、线线圈圈组组的感的感应电势应电势 矢量式 分布系数： 线圈组的电势：线线圈圈组组的
98、感的感应电势应电势四、相四、相绕组绕组的的电动势电动势单层绕组的相电势 单层绕组每对极每相q个线圈，组成一个线圈组，共p个线圈组。 若p个线圈组全部并联则相电势=线圈组的电势 若p个线圈组全部串联则相电势=p 倍 线圈组电势 实际线圈组可并可串，总串联匝数 相电势： 双层绕组每对极每相有2q个线圈，构成两个线圈组，共2p个线圈组； 这2p个线圈组可并可串，总串联匝数 双双层绕组层绕组的的电势电势 双层绕组要考虑到短距系数： 为绕组系数： 三相绕组由在空间错开120电角度对称分布的三个单相绕组构成，三相相电势在时间上相差120度电角度。 三相线电势与相电势的关系： 三角形接法，线电势=相电势；
99、星形接法，三相三相绕组绕组的的电势电势 正弦分布的以转速n旋转的旋转磁场，在三相对称交流绕组中会感应出三相对称交流电势； 感应电势的波形同磁场波形，为正弦波； 感应电势的频率为 f=(pn/60)Hz ； 相电势的大小为 绕组系数三相三相绕组电势总结绕组电势总结（短距系数）（分布系数）一、主极磁一、主极磁场产场产生生 次次谐谐波的性波的性质质 极对数为基波的倍，极距为基波的1/ ，随主极一起以同步转速在空间移动。即 谐波频率： 谐波电动势的有效值：为次谐波的磁通量， 为次谐波的绕组系数，相相电动势电动势和和线电动势线电动势大小大小 相电动势的有效值： 线电动势的有效值： 三相绕组接成Y或， 对
100、于对称的三相系统， 各相电动势的三次谐波时间上同相， 幅值相等。 Y连接， 三次谐波互相抵消； 连接， 三次谐波形成环路， E3完全消耗。 线电动势：二、二、谐谐波的弊害波的弊害高次谐波： 对于发电机，电动势波形变坏， 降低供电质量； 本身杂散损耗增大， 效率下降， 温升增高；高次谐波电流产生的磁场对通讯电路的干扰 输电线路可能电感和电容的谐振产生过压。三、削弱三、削弱谐谐波波电势电势的方法的方法根据减小 或 可降低谐波。（1）采用短距绕组适当地选择线圈的节距， 使得某一次谐波的短距系数等于或接近零， 达到消除或减弱该次谐波的目的。 主极形状短距绕组往往采用 , 主要考虑同时减小5次、7次谐波
101、。 对于5次谐波， 选用对于7次谐波， 选用（2）采用分布绕组就分布绕组来说， 每极每相槽数q越多， 抑制谐波电动势的效果越好， 但q增多， 意味总槽数增多， 电机成本提高。 采用分布采用分布绕组绕组4.6 4.6 交流交流绕组绕组建立的磁建立的磁动势动势和气隙磁和气隙磁场场电势的分析前提同步，感应电机磁场简化：sin,电流，气隙，不饱和4.64.6单单相相绕组绕组的磁的磁动势动势-脉振磁脉振磁动势动势一、一、单单个整距集中个整距集中绕组绕组的磁的磁动势动势 改变旋转磁场转向的方法：调换任意两相电源线（改变相序） 旋旋转转磁磁场场 当某相电流达到最大值时，旋转磁势的波幅刚好转到该相绕组的轴线上
102、，旋转磁势的转向:由超前电流的相转向滞后电流的相。见动画演示见动画演示 同步转速的概念：电源频率f=50Hz,旋转磁势的转速为某些固定值，如二极电机为3000r/min;这些固定的转速叫同步转速。 同步同步转转速速见动画演示见动画演示4.6 交流交流绕组的磁的磁势圆形和椭圆形旋转磁场圆形和椭圆形旋转磁场作业：作业：15、19第五章第五章 异步电机异步电机5.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性三相异步电动机的电磁转矩与机械特性5.3 三相异步电动机的启动、调速和制动三相异步电动机的启动、调速和制动5.1 三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理交流电动机交流电动机电动机电
103、动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式异步机异步机他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励鼠笼式异步交流电动机授课内容：鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法机械特性、控制方法 电动机的分类电动机的分类同步机同步机绕线式绕线式5.1 三相异步电动机的结构及工作原理三相异步电动机的结构及工作原理VVWUUW三相异步机的结构三相异步机的结构定子定子转子转子5.1.1 三相异步机的结构三相异步机的结构VVWUUW转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座转子：在旋转磁场作用下，产转子：在旋转磁场作用下，产 生感应电动势或电流。生
104、感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场三相定子绕组：产生旋转磁场线绕式线绕式鼠笼式鼠笼式鼠笼转子鼠笼转子 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理-旋转磁场的产生旋转磁场的产生UVWVW异步机中异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极()电流出电流出( )电流入电流入U5.1.25.1.2异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理- 异步电动机的转动原理异步电动机的转动原理1. 转子电动势和转子电流转子电动势和转子电流2. 电磁转距和转子旋转方向电磁转距和转子旋转方向定子绕组通入电流后，产生旋转磁场定子绕组通入电流后，产生旋转磁场 ，与转子绕组间产生相，与转子绕组间产生相对运
105、动对运动 ，由于转子电路是闭合的，产生转子电流。根据左手，由于转子电路是闭合的，产生转子电流。根据左手定则可知在转子绕组上产生了电磁力。定则可知在转子绕组上产生了电磁力。电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转距电磁转距 T ，电磁，电磁转距的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁转距的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁场的旋转方向转动起来。场的旋转方向转动起来。5.1.2 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理- 异步电动机的转动原理异步电动机的转动原理3. 转子转速和转差率转子转速和转差率转子转速转子转速 n 与旋转磁场的转速与旋
106、转磁场的转速 n1 的方向一致，但不能相等的方向一致，但不能相等（应保持一定的转差）。（应保持一定的转差）。 n1 又称为同步转速。又称为同步转速。常用转差率常用转差率 s 来表示来表示n 与与 n1 相差的程度，即相差的程度，即4. 异步电动机带负载运行异步电动机带负载运行轴上加机械负载，轴阻力轴上加机械负载，轴阻力，转速，转速，转子与旋转磁场相对，转子与旋转磁场相对切割速度切割速度，转子感应电流，转子感应电流，输入电流，输入电流。此种接法下，合成磁场此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对只有一对磁极，则极对数为数为 1 。又称两极机。又称两极机。即：即：UXYWVZ当磁极对数当磁极对数P
107、=1时，一个电流周期，旋转磁场在空间转过时，一个电流周期，旋转磁场在空间转过360n1称为称为同步转速同步转速当当P = 1时时5. 电动机的极对数、极数和转速电动机的极对数、极数和转速5.1.2异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理- 异步电动机的转动原理异步电动机的转动原理异步电机运行中异步电机运行中:转差转差 为旋转磁场同步转为旋转磁场同步转速与电动机转速之差。速与电动机转速之差。电动机起动瞬间电动机起动瞬间:（转差率最大）（转差率最大）转差率转差率 S 的概念的概念转差率转差率S 为：为：由由转子感生电流的频率转子感生电流的频率转子感生转子感生电流频率电流频率例例1：三相异步电动机：
108、三相异步电动机 p=3，电源，电源f1=50Hz，电机额定，电机额定 转速转速nN=960r/min。求：转差率求：转差率s，转子电动势的频率，转子电动势的频率f2同步转速：同步转速：转差率：转差率：5.2 三相异步电动机的等效电路及参数三相异步电动机的等效电路及参数i2R1R2i1u1e1e2等效电路（一相）等效电路（一相） ：主磁通产：主磁通产生的感应电动势。生的感应电动势。e1e2、转子电路转子电路定子电路定子电路5.2.15.2.2三相异步电动机的主要运行参数三相异步电动机的主要运行参数定子感应电动势定子感应电动势E1的频率与定子电流同频的频率与定子电流同频即：即：12转子电流频率转子
109、电流频率旋转磁场与转子间的相旋转磁场与转子间的相对转速为对转速为3主磁通主磁通旋转磁场与定子间相对转速为旋转磁场与定子间相对转速为 n1456转子电流转子电流转子功率因数转子功率因数定子电流和定子功率因数定子电流和定子功率因数空载时，转子电流约为零，空载时，转子电流约为零，定子电流定子电流很小主要用来励磁。很小主要用来励磁。当带上负载后，转子电流增加，当带上负载后，转子电流增加，定子电流定子电流随之增加，这随之增加，这一点与变压器类似。一点与变压器类似。电动机的功率因数电动机的功率因数即为定子功率因数，功率因数角即为即为定子功率因数，功率因数角即为 U1 与与 I1 的夹角。的夹角。一、三相异
110、步机铭牌与技术数据一、三相异步机铭牌与技术数据1. 型号型号 Y 132M4 磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)转差率转差率2. 转速转速: 电机轴上的转速（电机轴上的转速（n)。 如：如： n =1440 转转/分分异步电动机异步电动机3. 联接方式联接方式 ： Y/ 接法接法 7. 额定电压：额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压定子绕组在指定接法下应加的线电压. 一般规定一般规定: 运行电压不能高于或低于额定值的运行电压不能高于或低于额定值的 5 。例：例：380/220 Y/ 是指：线电压是指：线电压380V时时Y接；线电压接；线电压220V时时 接接8. 额定电流：额定电流：定
111、子绕组在指定接法下的线电流定子绕组在指定接法下的线电流。9. 额定功率：额定功率：指电机在额定运行时轴上输出的指电机在额定运行时轴上输出的 功率功率（P2 ）鼠笼电机鼠笼电机 =729310. 功率因数功率因数(cos 1)：额定负载时一般为额定负载时一般为0.7 0.9， 空载时约为空载时约为0.2 0.3额定负载时最大额定负载时最大注意：容量适当，防止注意：容量适当，防止“大马大马”拉拉“小车小车”此外还有此外还有绝缘等级绝缘等级等参数，不一等参数，不一 一介绍。一介绍。P2PNcos 1电磁转矩电磁转矩 Tem：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电
112、受到电磁力对于转轴所形成的转距之总和，是反映电动机做功能量磁力对于转轴所形成的转距之总和，是反映电动机做功能量的一个量。的一个量。常数常数每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的转矩公式转矩公式（牛顿（牛顿 米）米）5.3 异步电动机的电磁转矩与机械特性异步电动机的电磁转矩与机械特性5.3.1将如下参数将如下参数 代入上式：代入上式：得到得到转矩公式转矩公式 单位单位（N .m）10n1Tn得特性曲线：得特性曲线：启动时启动时n=0最大转速最大转速n=n1时时5.3.2在在U1 及及R 2 一定时，一定时， T 仅随仅随 S 变化变化得特性曲线：得特性曲线：机械特性机械特性三个重要
113、转矩三个重要转矩n1Tn（牛顿（牛顿米）米）nN电机在额定电压下，以额定转电机在额定电压下，以额定转速速nN 运行，输出额定功率运行，输出额定功率PN 时，电机转轴上输出的转矩。时，电机转轴上输出的转矩。额定转矩额定转矩TN :TN、Tmax、Tst1负载转矩用负载转矩用 TL 表示表示TstTmax最大转矩最大转矩 ：电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。2n1nnNTstTmax过载系数过载系数3启动转矩启动转矩Ts t : 一般一般电动机启动时的转矩电动机启动时的转矩 Ts t 体现了电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若Ts t TL电动机能起动，否则将起动不
114、了。电动机能起动，否则将起动不了。如果如果TL Tmax电动机将会电动机将会因带不动负载而停转。因带不动负载而停转。启动系数启动系数n1TnTmTstTL启动：启动：TstTL (负载转矩负载转矩)，电机启动，电机启动转速转速n ，转矩，转矩T cc点：转矩达最大点：转矩达最大Tm ，转速，转速n继续继续 ，T ，沿，沿cb走走bb点：点：T=TL，转速，转速n不再上升，稳定运行不再上升，稳定运行 若若TL ，暂时，暂时T TL,n s I2 T n 电动机的自适应负载能力电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可以随负电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。载
115、的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。常用特常用特性段性段s=0s=1正常工作正常工作条件：条件：TLTL 否则电动机不能启动。否则电动机不能启动。注注意意 例例3： 三相异步电动机，额定功率三相异步电动机，额定功率P2N=10kW，额定转速，额定转速nN=1450r/min，启动能力启动能力Tst/TN=1.4，过载系数过载系数 =2.0，效率为，效率为87.5%。求额定转矩、启动转矩、最大转矩及额定输入功率。求额定转矩、启动转矩、最大转矩及额定输入功率。（1）额定转矩）额定转矩TN（2）启动转矩）启动转矩Tst（3）最大转矩）最大转矩Tm解：解：所求量：所求量： TN、 Tst、
116、Tm、 P1N（4）输入功率）输入功率P1N机械特性的软硬机械特性的软硬 硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。动特性好。 硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性（R2大）大） 不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。电机；重载起动则选软特性电机。起动电流起动电流 ：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍。倍。大
117、电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 影响其他负载工作影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累 电机过热电机过热影响：影响：原因：起动时原因：起动时 n=0 ，转子导条切割磁力线速度很大。，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流定子电流定子电流5.4 三相异步电动机的启动、调速和制动三相异步电动机的启动、调速和制动一、一、三相异步机的起动三相异步机的起动（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。采用直接起动。（2） 降压起动。降压起动。Y 起动起动自耦降压起动自耦降压起动（3）转子
118、串电阻起动。）转子串电阻起动。先减小定子电压先减小定子电压-减小启动电流，减小启动电流，待启动完毕后再加上额定电压待启动完毕后再加上额定电压降压起动降压起动下面主要介绍下面主要介绍Y 启动方法启动方法二、三相异步机的起动方法二、三相异步机的起动方法：Y 起动起动 正常正常运行运行UwVvuW 起动时起动时ABCXYZ设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为主要目的：减小启动电流主要目的：减小启动电流启动电流只有原来的启动电流只有原来的1/3AZBYXC正常正常运行运行UPABCXYZ起动起动UP（2）Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。）仅适用于正常接
119、法为三角形接法的电机。 所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合Y 起动起动。(2) (2) (2) (2) 自耦降自耦降自耦降自耦降压压压压起起起起动动动动L1L3L2FUQ Q Q2 2下合：下合：下合：下合： 接入自耦变接入自耦变接入自耦变接入自耦变 压器，降压压器，降压压器，降压压器，降压 起动。起动。起动。起动。 Q Q2 2上合：上合：上合：上合： 切除自耦变切除自耦变切除自耦变切除自耦变 压器，全压压器，全压压器，全压压器，全压 工作。工作。工作。工作。合刀闸开关合刀闸开关合刀闸开关合刀闸开关QQQ2 自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自
120、耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成联成联成联成 Y Y形不能采用形不能采用形不能采用形不能采用Y Y 起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。设自耦变压器的变设自耦变压器的变设自耦变压器的变设自耦变压器的变比为比为比为比为 k k降压后起动转距降压后起动转距降压后起动转距降压后起动转距T Tst st为为为为分析：分析：分析：分析：ABP+启动电流：启动电流：启动电流：启动电流：启动转距：启动转距：启动转距：启动转距：若降压启动若降压启动若降压启动若降
121、压启动 由电流电压关系：由电流电压关系：直接启动直接启动直接启动直接启动 折算到变压器原方折算到变压器原方折算到变压器原方折算到变压器原方 RRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动时将适当的起动时将适当的起动时将适当的起动时将适当的R R 串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将R R 短路。短路。短路。短路。起动电阻起动电阻 (3)(3)绕线绕线式式电动电动机机转转子子电电路串路串电电阻起阻起动动 若若若若R R2 2选得选得选得选得适当适当适当适当，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以，转子电
122、路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。R2 Tst TO转转转转子子子子电电电电路串路串路串路串电电电电阻起阻起阻起阻起动动动动的特点的特点的特点的特点 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。 电动机电动机电动
123、机电动机正转正转正转正转电动机电动机电动机电动机反转反转反转反转(4)(4)(4)(4)三相异步三相异步三相异步三相异步电动电动电动电动机的正、反机的正、反机的正、反机的正、反转转转转电电电电 源源源源U UV V WWM3U UV V WW电电电电 源源源源M31、 变频调速变频调速 f=50Hz逆变器逆变器逆变器逆变器M3 整流器整流器整流器整流器f f1 1、U U1 1可调可调可调可调+变频调速方法变频调速方法:f1f1N时，应采用恒功率调速：保持时，应采用恒功率调速：保持U1 U1N频率调节范围：频率调节范围：频率调节范围：频率调节范围：0.50.5几几几几百赫兹百赫兹百赫兹百赫兹三
124、种电气三种电气三种电气三种电气调速方法调速方法调速方法调速方法三、三、三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速(可实现无级调速可实现无级调速)通过改变旋转磁场级对数通过改变旋转磁场级对数 p 实现调速实现调速A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSS2 2、变变极极调调速速 ( (有有级调级调速速) )改变级对数的方法：改变绕组的接法改变级对数的方法：改变绕组的接法A1X1A2X2iiP=1采用变极调速方法的电动机称作双速电机采用变极调速方法的电动机称作双速电机A1A2X1X2SN变级后，变级后，n0增加一倍，转速约增加一倍增加一倍，转速约增加一倍缺点缺点:TLs sTso绕线式电动机
125、转子串联电阻绕线式电动机转子串联电阻3 3、变转变转差率差率调调速速优点优点:调速平滑、设备简单投资少，调速平滑、设备简单投资少，能耗较大。能耗较大。四、四、三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动1、 能耗制动能耗制动电气制动电气制动: 电磁转距与转向相反电磁转距与转向相反 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组绕组通入直流电流通入直流电流。nF转子转子T n0=0MM33+-运转运转制动制动RP 停车时，将接入电动机的三相电源线中的任停车时，将接入电动机的三相电源线中的任停车时，将接入电动机的三相电源线中的任停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意
126、两相对调，旋转磁场反向。意两相对调，旋转磁场反向。意两相对调，旋转磁场反向。意两相对调，旋转磁场反向。2 2、反接制反接制动动MM33运转运转制动制动制动制动nF转子转子转子转子T n0转子接近停止转动时，应迅速切断电源。转子接近停止转动时，应迅速切断电源。转子接近停止转动时，应迅速切断电源。转子接近停止转动时，应迅速切断电源。注意：注意： 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。距变为制动转距。3 3、反反馈馈制制动动 电动机进入发电状态，将
127、外力作用于转子的能量转电动机进入发电状态，将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。换成电能回送给电网。nF转子转子T n0n n0 单相异步电动机使用单相交流电源，主要应用于电动单相异步电动机使用单相交流电源，主要应用于电动单相异步电动机使用单相交流电源，主要应用于电动单相异步电动机使用单相交流电源，主要应用于电动工具、洗衣机、冰箱、空调、电扇等小功率电器中。工具、洗衣机、冰箱、空调、电扇等小功率电器中。工具、洗衣机、冰箱、空调、电扇等小功率电器中。工具、洗衣机、冰箱、空调、电扇等小功率电器中。定子定子定子定子绕组绕组转子转子AA NS5.155.15 单相异步电动机单相异步电动机 单相异
128、步电动机的单相异步电动机的单相异步电动机的单相异步电动机的定子中放置单相工作绕组定子中放置单相工作绕组定子中放置单相工作绕组定子中放置单相工作绕组, , , ,转子转子一般用鼠笼式一般用鼠笼式。 电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，1 1、 电电容分相式异步容分相式异步电动电动机机BBAA 一个是工作绕组一个是工作绕组一个是工作绕组一个是工作绕组 A A A A ，另一个是起动绕组，另一个是起动绕组，另一个是起动绕组，另一个是起动绕组 B B B B ,
129、,两个绕组在空间相隔两个绕组在空间相隔两个绕组在空间相隔两个绕组在空间相隔9090 。 起动时，起动时，起动时，起动时， B B B B 绕组经电容接电源，两个绕组的电绕组经电容接电源，两个绕组的电绕组经电容接电源，两个绕组的电绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相差近流相位相差近流相位相差近流相位相差近9090 ，即可获得所需的旋转磁场。，即可获得所需的旋转磁场。，即可获得所需的旋转磁场。，即可获得所需的旋转磁场。电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机iAS SABBA iB设两相电流为设两相电流为设两相电流为设两相电流为正弦波形如图所示。正弦波形如
130、图所示。工作绕组工作绕组工作绕组工作绕组起动绕组起动绕组起动绕组起动绕组两相电流两相电流两相电流两相电流iBiAOABBAABBAABBA两相旋转磁场两相旋转磁场450900iBiAOS SABBiAiBA 12实现正反转的电路实现正反转的电路实现正反转的电路实现正反转的电路 改变电容改变电容改变电容改变电容C C的串联位置，可使的串联位置，可使的串联位置，可使的串联位置，可使单相异步电动机反转。单相异步电动机反转。单相异步电动机反转。单相异步电动机反转。 将开关将开关S合在位置合在位置1，电容，电容C与与B绕组串联，电流绕组串联，电流 iB较较iA超前近超前近90 ；当；当将将S切换到位置切
131、换到位置2，电容，电容C与与A绕组串联，电流绕组串联，电流iA 较较iB 超超前近前近90 。这样就改变了旋转磁。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的场的转向，从而实现电动机的反转。反转。 电动机转子转动起来后，利用电动机转子转动起来后，利用电动机转子转动起来后，利用电动机转子转动起来后，利用离心力将开关离心力将开关离心力将开关离心力将开关S S断开断开断开断开(S(S是离心开是离心开是离心开是离心开关关关关) )，使起动绕组，使起动绕组，使起动绕组，使起动绕组B B B B 断电。断电。断电。断电。MM 2、 罩极式单相异步电机罩极式单相异步电机i 1 2定子绕组定子绕组鼠笼式转子鼠
132、笼式转子短路环短路环极掌极掌(极靴极靴) 当电流当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁流过定子绕组时，产生了一部分磁通通 1 ，同时产生的另一部分磁通与短路环作用，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通生成了磁通 2 。由于短路环中感应电流的阻碍。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得作用，使得 2在相位上滞后在相位上滞后 1 ，从而在电动机，从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。使转子获得所需的起动转矩。 罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇
133、、吹风机中；电容分相不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。故常用于洗衣机等电器中。例例5 有一三相异步电动机，有一三相异步电动机，连结，连结，P2N=28 kw，U1N=380V，I1N=58A，cos1N=0.88，nN=1445r/min，Ist=6IN , Kst=1.1, =2.3,TL=73.5N.m , 要求要求Ist150A, 问采用什么方法启动？问采用什么方法启动？解：解：主要看主要看两点两点1.是否满足是否满足 Ist TL不满足要求不满足要求满足要求满足要求显然不
134、能直接启动显然不能直接启动不满足要求不满足要求满足要求满足要求显然也不能采用显然也不能采用Y 方法启动方法启动采用采用Y 方法启动：方法启动：要求：要求：续例续例5采用自耦变压器启动：采用自耦变压器启动：常用抽头常用抽头55%，64%，73%等等抽头抽头55%时：时：抽头抽头64%时：时：续例续例5要求：要求：不满足要求不满足要求满足要求满足要求例例6 已知已知Y90S-4型异步电动机的下列技术数据：型异步电动机的下列技术数据：1.1KW、50HZ 、380V、联结、联结、=0.78、cos=0.78、1400r/min。试求：。试求： 1）线电流和相电流的额定值；）线电流和相电流的额定值；2
135、）电磁转距额定值；）电磁转距额定值；3）转差）转差率和转子频率的额定值。率和转子频率的额定值。 解：解： 1）根据根据得得2）电磁转距电磁转距3）转差率转差率转子频率转子频率电源频率电源频率50HZ ，试求，试求额定状态下的转差率额定状态下的转差率sN , 电流电流I1N和转距和转距TN, 以及起动电流以及起动电流I st、起动转矩、起动转矩T st和最大转矩和最大转矩 Tmax功率功率转速转速电压电压效率效率功率因数功率因数5.5KW1440r/min380V0.8550.84Ist/INTst/TNTm/TN72.22.5例例7 已知已知Y132S-4型三相异步电动机的额定技术数据如下：型
136、三相异步电动机的额定技术数据如下：转差率转差率作业：作业：5.5 、5.21 、5.38V1V2W2W1U1U2NS6.1 同步电机的工作原理及结构同步电机的工作原理及结构定子定子+UfIf转子转子励磁励磁绕组绕组1. 三相同步电动机三相同步电动机 定子定子 旋转磁场。旋转磁场。 转子转子 直流磁极。直流磁极。 转子转速转子转速同步同步60 f1pn = ns= 第六章第六章 同步电机同步电机2. 主要部件主要部件由硅钢片叠成。由硅钢片叠成。对称三相绕组。对称三相绕组。定子铁心：定子铁心：定子绕组：定子绕组：机座和端盖等。机座和端盖等。转子铁心：转子铁心： 由整块铸（锻）钢制成。由整块铸（锻）
137、钢制成。励磁绕组：励磁绕组： 工作时施加直流励磁。工作时施加直流励磁。阻尼绕组和转轴等。阻尼绕组和转轴等。阻尼绕组阻尼绕组(2) 转子转子(1) 定子（电枢）定子（电枢）3. 励磁方式励磁方式(1) 直流励磁机励磁直流励磁机励磁 励磁绕组由小型直流发电机供电。励磁绕组由小型直流发电机供电。(2) 静止整流器励磁静止整流器励磁 交流励磁机交流励磁机整流整流直流电直流电(3) 旋转整流器励磁旋转整流器励磁 交流励磁机交流励磁机整流整流直流电直流电励磁绕组。励磁绕组。电刷电刷集电环集电环励磁绕组。励磁绕组。 (1) 按能量转换的方式不同：按能量转换的方式不同： 同步发动机、同步电动机。同步发动机、同
138、步电动机。(2) 按相数的不同按相数的不同: 三相、单相。三相、单相。(3) 按转子结构的不同：按转子结构的不同：凸极式凸极式、隐极式隐极式。4. 主要种类主要种类NS+3 3 +NS励磁机励磁机发电机发电机水轮机水轮机 卧式、立式。卧式、立式。(2) 按原动机的不同：按原动机的不同： 汽轮发电机、水轮发电机。汽轮发电机、水轮发电机。(1) 按安装方式的不同：按安装方式的不同：小浪底电站水轮机组安装小浪底电站水轮机组安装三峡电站首台机组安装三峡电站首台机组安装火力发电厂火力发电厂小型同步电机小型同步电机三相同步发电机空载运行时三相同步发电机空载运行时电枢（定子）：电枢（定子）： I1 (Fa
139、) = 0转子每极磁通：转子每极磁通： 0 空载电动势：空载电动势： E0 = 4.44 f1 kw1 N10 电枢相电压：电枢相电压： U1 = E0电枢线电压（电枢线电压（Y 形联结）：形联结）：U1L =3 E0 E0 的频率：的频率：f1 =pn60如果：如果： f1 = 50Hz，则：则： pn = 3 000 三相同步发电机负载运行时三相同步发电机负载运行时 电枢旋转磁通势电枢旋转磁通势 Fa转子旋转磁通势转子旋转磁通势 F0气隙旋转磁通势气隙旋转磁通势 F 同步电动机中的感应电动势同步电动机中的感应电动势 V1V2W2W1U1U2NSF0FaFF0电枢三相电枢三相 绕组中感应绕组
140、中感应 E0F电枢三相电枢三相 绕组中感应绕组中感应 E1E0 在时间上超前于在时间上超前于 E1角角F0 在空间上在空间上 超前于超前于F角角 5. 三相同步电机的可逆运行三相同步电机的可逆运行NSSNnsns电动机状态电动机状态NSSNnsns理想空载状态理想空载状态SNnsNSns发电机运行发电机运行6. 同步电机额定值同步电机额定值(1) 额定电压额定电压 UN ：线电压的额定值。：线电压的额定值。(2) 额定电流额定电流 IN ：线电流的额定值。：线电流的额定值。(3) 额定功率额定功率 PN ：输出功率的额定值。：输出功率的额定值。 三相同步电动机：三相同步电动机： N三相同步发电
141、机：三相同步发电机：(4) 额定转速额定转速 nN ：额定运行时的转速。：额定运行时的转速。(5) 额定频率额定频率 fN ： 50Hz。PN =3 UNINPN =3 UNIN6.2 6.2 空载和负载时同步发电机的磁场空载和负载时同步发电机的磁场一一. 空载运行空载运行转子铁心上装有制成一定形转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励性相间的分布磁场，称为励磁磁场磁磁场( (也称主磁场、转子磁也称主磁场、转子磁场场) )。 空空载载运运行
142、行时时，同同步步电电机机内内仅仅有有由由励励磁磁电电流流所所建建立立的的主主极极磁磁场场。右右图图表表示示一一台台四四极极电电机机空空载载时时的的磁磁通通示示意意图图。从从图图可可见见，主主极极磁磁通通分分成成主主磁磁通通00和和漏漏磁磁通通ff两两部部分分，前前者者通通过过气气隙隙并并与与定定子子绕绕组组相相交交链链，后后者者不不通通过过气气隙隙，仅仅与与励励磁磁绕绕组组相相交交链链。主主磁磁通通所所经经过过的的主主磁磁路路包包括括空空气气隙隙电电枢枢齿齿、电电枢枢轭轭、磁磁极极极极身身和和转转子子轭轭等等五五部分。部分。 当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形当转子以同步转速旋转时，主
143、磁场将在气隙中形成一个旋转磁场，在定子绕组内感应出对称三相电动成一个旋转磁场，在定子绕组内感应出对称三相电动势（激磁电动势）势（激磁电动势） 空载特性是同步电机的一条基本特性。如下图所示。空载特性是同步电机的一条基本特性。如下图所示。.2 .2 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行电磁关系：电磁关系：空载特性：空载特性： 同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流电流电流 ，定子绕组开路的运行称为，定子绕组开路的运行称为空载运行空载运行。空载电动势空载电动势 大小：大小：.3 .3 同步电机的电枢反应同步电机的电枢反应电枢反应电
144、枢反应: :电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化中使气隙磁通的大小及位置均发生变化, , 这种影响称这种影响称为电枢反应为电枢反应. .电枢反应的性质，取决于电枢磁动势基波电枢反应的性质，取决于电枢磁动势基波 和励磁磁动和励磁磁动势基波势基波 之间的相对位置，即与空载电动势之间的相对位置，即与空载电动势 和电枢和电枢电流电流 之间的夹角之间的夹角 有关有关. .定义定义：外特性曲线外特性曲线 当发电机带当发电机带阻性阻性和和感性负载感性负载时，时，外特性是下降的，原因是电枢反应的外特性是下降的，原因是电枢反应的去磁作用和
145、电枢漏阻抗产生了电压降去磁作用和电枢漏阻抗产生了电压降. 带带容性容性负载时且（发电机负载的负载时且（发电机负载的容抗大于同步电抗）时，外特性是上容抗大于同步电抗）时，外特性是上升的，原因是电枢反应的助磁作用和升的，原因是电枢反应的助磁作用和容性电流在漏抗上的压降。容性电流在漏抗上的压降。.4 .4 同步电机的外特性同步电机的外特性定义定义：调整特性曲线调整特性曲线 在在感性感性和和阻性阻性负载时，随着负载电流负载时，随着负载电流的增加，必须增加励磁电流，补偿电枢反的增加，必须增加励磁电流，补偿电枢反应的去磁作用和漏阻抗压降，保持端电压应的去磁作用和漏阻抗压降，保持端电压恒定；对恒定；对容性容
146、性负载，随着负载电流的增加，负载，随着负载电流的增加，必须减小励磁电流。必须减小励磁电流。 在功率因数一定情况下在功率因数一定情况下, ,根据调整特根据调整特性曲线性曲线, ,可确定在负载变化范围内可确定在负载变化范围内, ,维持维持电压不变所需的励磁电流的变化范围。电压不变所需的励磁电流的变化范围。运行人员可利用调整特性曲线运行人员可利用调整特性曲线, ,使系统中使系统中无功功率的分配更合理一些。无功功率的分配更合理一些。.5 .5 同步电机的调节特性同步电机的调节特性6.6 同步电机的功率调节同步电机的功率调节 同步发电机的同步发电机的 V 形曲线形曲线 当当 U1 = UN、f1 = f
147、 N、TL 不变时：不变时： I1 = f (If )OI1IfP2P2欠励欠励 过励过励 If0cos =1并联运行的含义.7 .7 同步电机的并联运行同步电机的并联运行1 1、提高供电的可靠性；、提高供电的可靠性；2 2、提高供电的经济性；、提高供电的经济性；3 3、提高电能的质量。、提高电能的质量。 将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷供电。供电。并联运行的优点6.7.1 6.7.1 并联运行的条件并联运行的条件一、准
148、同期并列的条件1.1.待并发电机的电压与电网电压大小相等；待并发电机的电压与电网电压大小相等；2.2.待并发电机电压相位相同与电网电压相位相同；待并发电机电压相位相同与电网电压相位相同；3.3.待并发电机电压频率与电网电压频率相同；待并发电机电压频率与电网电压频率相同； 4.4.待并发电机的相序与电网的相序相同。待并发电机的相序与电网的相序相同。 上述条件（上述条件（4 4）一般在安装发电机时，根据发电机的转向确）一般在安装发电机时，根据发电机的转向确定了发电机的相序而满足，因此运行人员在并列时只需调节发电定了发电机的相序而满足，因此运行人员在并列时只需调节发电机使其满足其它三个条件即可。机使
149、其满足其它三个条件即可。 不满足任一条件的并列称为非同期并列，将对电机产生严不满足任一条件的并列称为非同期并列，将对电机产生严重的危害。重的危害。步进电动机是一种将步进电动机是一种将电脉冲信号电脉冲信号转换成机械位移的机电执行转换成机械位移的机电执行元件。每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时，其转轴就元件。每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时，其转轴就转过一个转过一个固定的角度固定的角度（步距角步距角），顺序连续地发给脉冲，则电），顺序连续地发给脉冲，则电机轴机轴一步接一步地运转一步接一步地运转。一、步进电动机结构与工作原理一、步进电动机结构与工作原理6.8 特种同步电机特种同步电机步进电
150、机步进电机步进电机的结构分为步进电机的结构分为转子转子和和定子定子两大部分。定子是由定两大部分。定子是由定子铁芯、通电绕组组成的，转子由转子铁芯（硅钢片或子铁芯、通电绕组组成的，转子由转子铁芯（硅钢片或是软磁性材料或是永久性材料做成），但转子本身没有是软磁性材料或是永久性材料做成），但转子本身没有励磁绕组。励磁绕组。步进电机根据转子铁芯的材料分为步进电机根据转子铁芯的材料分为1、反应式步进电动机：、反应式步进电动机：转子铁芯转子铁芯 用硅钢片或是软磁性用硅钢片或是软磁性材料做成，没有励磁绕组；材料做成，没有励磁绕组；2、永磁式步进电动机：、永磁式步进电动机：转子铁芯是用永久性磁铁做的，转子铁芯
151、是用永久性磁铁做的，没有励磁绕组。没有励磁绕组。二、反应式步进电动机的组成二、反应式步进电动机的组成如图所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图如图所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图 定子定子：由定子铁心、绕组、绝缘：由定子铁心、绕组、绝缘材料等组成材料等组成 励励磁磁绕绕组组由由外外部部脉脉冲冲信信号号对对各各相相绕组轮流励磁。如图所示。绕组轮流励磁。如图所示。 转转子子：由由转转子子铁铁心心、转转轴轴等等组组成成。转转子子铁铁心心是是由由硅硅钢钢片片或或软软磁磁材材料叠压而成的齿形铁心。料叠压而成的齿形铁心。1234ABC 工工作作过过程程：通通电电顺顺序序为为A AB B时时，
152、转转子子按按顺顺时时针针方方向向一一步步一一步步转转动动通通电电顺顺序序改改为为A A时时，转转子子按按逆逆时时针针方向一步一步转动。方向一步一步转动。三、步进电动机的通电方式（以三相步进电机为例）三、步进电动机的通电方式（以三相步进电机为例） 1. 1. 单相通电方式：单相通电方式：“单单”指每次切换前后只有一相绕组通电。指每次切换前后只有一相绕组通电。 正转：正转：A AB B时，转子按顺时针方向一步一步转动。时，转子按顺时针方向一步一步转动。 反转：反转：A A时，转子按逆时针方向一步一步转动。时，转子按逆时针方向一步一步转动。 3. 3. 单、双拍工作方式单、双拍工作方式：单双两种通电
153、方式的组合应用单双两种通电方式的组合应用 正转：正转：A-AB-B-BC-C-CA-AA-AB-B-BC-C-CA-A 反转：反转：A-AC-C-CB-B-BA-AA-AC-C-CB-B-BA-A 2. 2. 双拍工作方式：双拍工作方式：“双双”是指每次有两厢绕组通电。是指每次有两厢绕组通电。 正转：正转：AB-BC-CA-ABAB-BC-CA-AB 反转：反转：AC-CB-BA-AC AC-CB-BA-AC 齿距角齿距角=360=360/Z/Z，Z Z为转子的齿数。为转子的齿数。步距角的定义步距角的定义： 由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转
154、子所转过的角度称为动机转子所转过的角度称为步距角步距角。 360360 / /ZKmZKm 其中：其中：Z Z转子齿数，转子齿数，m m定子绕组相数定子绕组相数K K通电系数通电系数 ，当前后通电相数一致时，当前后通电相数一致时K=1K=1，否则，否则K=2K=2例如：例如：若二相步进电动机的若二相步进电动机的Z Z=100=100，单拍运行单拍运行时，其步距角时，其步距角若按若按单、双通电方式单、双通电方式运行时，步距角运行时，步距角四、步进电动机的步距角四、步进电动机的步距角 由此可见，步进电动机的转子齿数由此可见，步进电动机的转子齿数Z Z和定子相数和定子相数( (或运或运行拍数行拍数)
155、 )愈多，则步距角愈小，控制越精确。愈多，则步距角愈小，控制越精确。 当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为进电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f f(HZ)(HZ)，步距角用弧度表示，则步进电动机的转速为：，步距角用弧度表示，则步进电动机的转速为：优点：优点：步进电机能方便地实现步进电机能方便地实现正、反转和调速、定位控制正、反转和调速、定位控制。特别是不需位置传感器或速度传感器就可以在特别是不需位置传感器或速度传感器就可以在开环控制开环控制下精确定位或同步运行。下精确定位或同步运行。缺
156、点缺点：步进电动机的缺点是不能达到很高的转速（一般小：步进电动机的缺点是不能达到很高的转速（一般小于于1000 1000 到到2000 2000 转转/min/min）。存在低频振荡、高频失步等）。存在低频振荡、高频失步等缺陷。另外，步进电机自身的噪声和振动较大。缺陷。另外，步进电机自身的噪声和振动较大。五、步进电机的优缺点五、步进电机的优缺点八、应用八、应用步进电动机广泛应用在步进电动机广泛应用在数字控制数字控制的各个领域。如各种数的各个领域。如各种数控机械（线切割机床）、办公自动化产品（打印机）、控机械（线切割机床）、办公自动化产品（打印机）、工厂自动化机器、计算机外设等。工厂自动化机器、
157、计算机外设等。六、六、 步进电动机的环形分配器和驱动电源步进电动机的环形分配器和驱动电源脉脉冲冲分分配配器器功放电路功放电路三三相相步步进进电电机机负载负载功率电源功率电源分配器电源分配器电源功放电路功放电路功放电路功放电路功率放大器功率放大器步进脉冲步进脉冲方向信号方向信号A AB BC C脉冲分配器脉冲分配器+ +功率放大电路功率放大电路 步进电机的运行要求足够功率的电脉冲信号按一定的顺步进电机的运行要求足够功率的电脉冲信号按一定的顺序分配到各相绕组。所以，与其它旋转电机不同的是步进电序分配到各相绕组。所以，与其它旋转电机不同的是步进电机的工作需要专门的驱动。步进电机的驱动包含机的工作需要专门的驱动。步进电机的驱动包含脉冲分配脉冲分配（环行分配）和（环行分配）和功率放大功率放大两部分。两部分。步进电机驱动器步进电机驱动器步进电机步进电机步进电机步进电机+ +驱动器驱动器步进电机运动控制卡步进电机运动控制卡课程结束！课程结束！ 欢迎同学提出建议和意见欢迎同学提出建议和意见
