(完整版)电拖期末知识点总结HAUT

1直流电机由哪几个部分组成: 定子（定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。

其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成），转子（电枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。

其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。

电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中），换向器。

2直流发电机的工作原理：直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

3简述直流电动机的工作原理：a、将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。

b、电机内部有磁场存在。

c、载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力f 的作用f=Blia （左手定则）d、所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n(转/分)旋转，以便拖动机械负载。

4改善换向的方法：装置换向极，正确使用电刷，安装补偿绕组。

5换向的概念：直流电机的某一个元件经过电刷，从一条之路换到另一条支路时，元件里的电流方向改变，叫做换向。

6单波绕组的特点：1.同极下各元件串联起来组成一条支路，支路数为1，即a=1，与磁极对数n无关2.当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极的中心线，支路电动势最大。

3.电刷数等于磁极数。

4.电枢电动势等于支路感应电动势5.电枢电流等于两条支路电流之和。

7单叠绕组和单波绕组的区别1.单叠绕组：先串联所有上层边在同一磁极下的元件，形成一条支路，每增加一对主磁极就增加一对支路，2a=2p单叠绕组并联的支路数多，每条支路中串联的元件数少，适应于较大电流，较低电压的电机。

2单波绕组：把全部上层边在相同极性下的元件相连，形成一条支路。

整个绕组只有一对支路，极数的增减与支路数无关，支路数2a=2.波绕组并联的支路少，每条支路中串联的元件数多，适用于较高电压，较小电流的电机。

8直流电机电枢绕组的基本形式有单叠绕组，单波绕组，复叠绕组，复波绕组。

9电机拖动系统主要包括：电动机，传动机构，生产机械，控制设备和电源。

10电机发展的趋势：大型化，微型化，新原理新工艺新材料的电机不断出现。

11发电机能够自励的条件：1.发电机的主磁极必须有一定的剩磁。

2.励磁绕组与电枢的连接要正确，使励磁电流产生的磁场与剩磁同方向。

3.励磁回路的总电阻要小于临界电阻。

12.直流电动机可分为他励，并励，串励，复励直流电动机
直流电动机的电力拖动
1.电力拖动系统组成：电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源。

传动机构和工作机构称为机械负载。

2.运动方程物理意义：表明电力拖动系统的转速变化dn/dt（即速度）由电动机的电磁转矩Te与生产机械的负载转矩TL的关系决定。

（1）当Te=TL，dn/dt=0,电动机恒定转速旋转或者静止不动。

（稳态或静止）
（2）Te>TL,dn/dt>0,系统加速
（3）Te<TL,dn/dt<0，系统减速
3.转矩正负号判断：先规定某一旋转方向为正方向，当电磁转矩Te方向与旋转方向相同时，Te取正方向，反之取负号。

4.生产机械负载特性基本类型：
（1）恒转矩负载特性：指负载转矩TL与转速n无关的特性，即当转速变化时，负载转矩TL保持常值。

A, 反抗性：恒值转矩总是反对运动的方向，转矩作用方向随转动方向改变而改变。

B,位能性：负载转矩有固定方向，不随转速方向改变而改变。

（2）通风机负载特性：凡是按离心原理工作的机械，其负载特性转矩随着转速的增大而增大。

TL=kn^2
（3）恒功率负载转矩：在不同转速下，负载转矩的数值与转速成反比，TL=k/n
5.他励直流电动机的机械特性：电动机在电枢电压、励磁电流、电枢总电阻为恒值的情况下，电动机转速n与电磁转矩Te的关系曲线n=f(Te)或电动机转速n与电枢电流Ia关系曲线n=f （Ia）.后者即转速调整特性
6.固有机械特性：电动机工作在额定电压UN、额定磁通__且电枢回路不串接任何电阻时的机械特性。

，即电动机的自然机械特性。

（一条稍下倾斜的直线）
7.人为机械特性：人为的改变他励直流电动机的参数或电枢而得到的特性，三种：
a.改变电压
b. 电枢回路串接电阻
c.改变磁通__
8.电力系统稳定运行：一电力拖动系统原以某速度运行，由于受外界某种短暂扰动而转速发生变化，离开原来的平衡状态，若在新的运行条件下仍能够达到新的平衡状态或回到原有状态，则该系统可以稳定运行。

条件：生产机械的负载特性与电动机的机械特性必须配合得当。

充分：只要电动机具有下降的机械特性
必要：dTe/dn<dTL/dn.
9.直流电动机启动要求：a要有足够大的起动转矩Tst b.起动电流Ist不超过允许值 c.起动设备要简单可靠。

最基本原则是要保证足够大的起动转矩和限制电流。

电枢串电阻起动和减压起动
10.不能直接起动原因（和后果）：要使电动机的转速从0逐步加速到稳定的运行速度，在起动时电动机要克服负载转矩才行，所以电动机必须产生足够大的电磁转矩。

由于起动瞬间n=0，电枢电动势E=0，而电枢电阻又很小，所以起动电流Ist=UN/R将达到很大的数值。

过大的电流会引起电网电压的波动，影响其他用户的正常用电，并且会使电动机轴上受到很大的冲击。

11.减压起动：起动时，降低电源电压，起动电流便随着电压的降低而成正比的减小，电动机起动后，再逐步提高电源电压，使电磁转矩维持在一定数值，保证电动机按需要的加速度升速。

（需要专用电源）
12.电动机的制动状态和电动状态的区别：电动状态时，电动机电磁转矩的方向与转动的方向相同；制动状态时，电磁转矩方向与转动方向相反。

13.3种制动方法：
A,能耗制动：
电动机先是处于电动工作状态，制动时，保持励磁电流不变，电枢回路不只是断电，而且将电枢立即接到制动电阻Rz上（为限制电流过大）。

瞬间由于磁通和转速都没变化，因此电动势E没变，利用转子感应电流与转速方向相反而起制动作用。

特点：操作简单但制动转矩在转速减到较低时变得很小。

多用于稳定的制动运行状态。

B,反接制动：电枢反接
电动机先是处于电动工作状态，以稳定转速n运行，维持励磁电流不变，若突然改变电枢两端外加电压极性，由原来的正值变为负值，则电流为负值，电磁转矩也为负值，与旋转方向相反，其制动作用。

倒拉反接：起重机提升重物
C,回馈制动：
电动状态时，电枢电流由电网流向电动机，而在回馈制动时，电流由电枢流向电网，这时电动机将机车下坡失去的位能变为电能反馈回电网。

与其他相比由于有功率回馈到电网，因此较经济。

14.调速指标
a.调速范围：电动机在额定负载时可能达到的最高转速n max 与最低转速n min之比。

b.静差率（相对稳定性）：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落___与理想空载转速n0之比。

s (%)
机械特性越硬，静差率越小，相对稳定性越高。

与机械特性硬度区别：一般调速调压系统在不同转速下的机械特性是相互平行的，对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。

硬度相等的两条机械特性，理想空载转速越高，静差率越小。

c.调速的平滑性
在一定调速范围内，调速的级数越多就认为调速越平滑，两个相邻转速之比k，k值越接近1，调速平滑性越好。

d.调速的经济性
设备投资和调速过程能量损耗电动机在调速时能否得到充分利用
15.他励直流电机调速方法
A串电阻调速
特点：实现简单低速时机械特性变软静差率增大相对稳点性差只能在基速一下调速只能实现有级调速，平滑性差电阻要消耗功率，经济性差
B调压调速
可连续平滑性调节，所以拖动系统可以实现无极调节调速前后硬度不便稳定性较好调速范围较宽调速过程中能量损耗较少，经济性较好需要一套可控直流电源
C弱磁调速
控制方便，能量损耗小可连续调节电阻值，实现无极调速
16.他励直流电机调速方式
a.恒转矩调速指在整个过程中保持电动机电磁转矩Te不变
b.恒功率调速方式调速过程中保持电动机电磁功率Pem不变
17.负载类型与电动机调速方式的匹配
1，恒转矩负载配恒转矩调速方式
2，恒功率负载配配功率调速方式
3，恒转矩负载培恒功率调速方式
4恒功率负载配恒转矩调速方式
5，风机泵类负载与两种调速方式配合
18.在电力拖动系统分析中，对于一个复杂的多轴电力拖动系统，比较简单且实用的方法是用折算的方法把它等效成一个简单的单轴拖动系统来处理，并使两者的动力学性能保持不变。

19.折算：一般把负载轴上的转矩、转动惯量、或质量折算到电动机轴上，而中间传动机构的传动比在折算过程中就相当于变压器的匝数比。

等效原则：保持两个传动系统的功率及储存的动能相同。

双闭环直流调速系统启动过程的三个特点是什么?
饱和非线性控制转速超调准时间最优控制
1、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
性质是什么？对电动机呢？
2、答：负载时电枢磁动势对主磁场的影响称为电枢反应。

电刷反应的性质
与电刷的位置有关系。

当电刷位于几何中性线上时，发电机的电枢反应性质是
交轴电枢反应，此时物理中性线由几何中性线顺转向移动了一个角度，而电动机
的电枢反应也是交轴电枢反应，但物理中性线由几何中性线逆转向移动一个角度。

2、在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们起到什么作用？
答：在直流发电机中，电刷和换向器起到整流的作用，将电枢绕组中的交流电整
流成出线端的直流电。

直流发电机中，起到逆变的作用，将端口的输入的直流电
变成电枢绕组中的交变电流。

3、什么叫换向？为什么要换向？改善换向的方法有哪些？答：元件从一条
支路转入另一条支路时，元件的电流将改变一次方向，这种元件中电流改变方向
的过程就称为〝换向〞。

改善换向的目的在于消除电刷下的火花。

常用的改
善换向方法有两种：（1）装置换向极；（2）正确选用电刷
4、为什么P WM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？
答：PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：
（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。

（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。

（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000 左右。

（4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。

（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。

（6 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

6、转速单闭环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果
给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机
的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？
答：（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征
①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。

②反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。

扰动性能是反馈控制系统最突出的特征
之一。

③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。

（2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。

（3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化，它
不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。

反馈控制系统所能抑制的只是被
反馈环包围的前向通道上的扰动。

7、在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？为什么？
答：当电网电压发生变化时，系统对其有调节能力。

因为电网电压是系统的给定反馈控制系统完全服从给定。

负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时系统对其有调节能力。

因为他们的变化最终会影响到转速，都会被测速装置检测出来。

再通过反馈控制作用，减小它们对稳态转速的影响。

测速发电机励磁各量发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。

反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。

8、在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精
度的影响？并说明理由。

答：系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。

因此转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。

9、何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？答：直流电机在空载运行时，气隙磁场仅有励磁磁动势产生，而负载运作时，气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的，显然与空载时不同，因此把电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应. 电枢反应结果可能使气隙磁场畸变，同时还可能使气隙磁场削弱或增强.
10、造成换向不良的主要电磁原因是什么？采取什么措施来改善换向？
答：电磁原因主要是换向瞬间，在换向元件中的电流由正ai变成ai，产生电抗电动势和电枢反应电动势，会产生以电火花等不良现象，造成换向不良。

不良换向会引起火花和环火，使电机遭到损坏。

改善换向的方法有：装设换向极。

在电机大容量和工作繁重时，在主磁极极靴上嵌放补偿绕组。

11、如何判断直流电机运行于发电机状态还是运行于电动机状态？它们的功率关系有什么不同？答：用感应电动势和端电压的大小来判断。

当U>Ea时为发电机状态，由原动机输入
的机械功率，空载损耗消耗后，转换为电磁功率，再扣除电枢和励磁损耗后，以电功率UI的形式输出；当U<Ea时，为电动机运行状态，电源输入的功率UI，扣除电枢和励磁铜耗后，转变为电磁功率，再扣除空载损耗后，输出机械功率。

11、单叠绕组的特点：①并联支路数等于磁极数，即2a=2p；②每条支路由不同的电刷引出，电刷数等于磁极数。

单波绕组的特点：①同极性下各元件串联起来组成一条支路，支路对数a=1，与磁极对数p无关；②从理论上讲，单波绕组只需安置一对正负电刷就够了。

在连接方式上，叠绕组元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上，y=yk=1；波绕组的特点是每个绕组元件的两端所接的换向片相隔较远，互相串联的两个元件相隔较远(y=yk≈2τ)。

12相控整流—电动机V—M 脉宽调制—电动机PWM—M
13、直流电动机有两个输入量1 施加在电枢上的理想空载电压2负载电流前者控制输入量后者扰动输入量
14、
15、对调速系统的一般要求是：①调速，②稳速，③加、减速。

16在直流V—M可逆调速系统中，有环流运行的三种方式：①直流平均环流、②瞬时脉动环流③动态环流。

17 、在直流V—M系统中开环机械特性中，转速与Ce、Ud0、Id、R有关。

18调节直流电动机转速的方法有：① 调节电枢供电电压U （调压调速）② 减弱励磁磁通Φ（调磁调速）、③ 改变电枢回路电阻R （调阻调速） 、自动控制的直流调速系统往往以 变压调速 为主。

19调速系统稳态调速性能指标：① 调速范围、② 静差率、③ 额定速降
20直流调速主要的方式：① 调节电枢供电电压U ，② 减弱励磁磁通Φ ，③ 改变电枢回路电阻
21在直流V —M 系统中抑制电流脉动的措施主要是：① 增加整流电路相数 、② 采用多重化技术 、③ 设置电感量足够大的平波电抗器
6、a = b 配合控制的有环流可逆V -M 系统中，①转速调节器ASR 控制转速，设置② 双向输出限幅电路 ，以限制③ 最大起制动电流 。

1、 自动控制系统的动态性能指标：① 上升时间tr 、② 超调量σ与峰值时间tp 、③ 调
节时间ts 、④ 动态降落ΔCmax 、⑤ 恢复时间tv 。

2、 一般来说，典型I 型系统在跟随性能上可以做到① 超调小 ，但② 抗扰性能 稍差；典
型Ⅱ型系统的超调量相对③ 较大 ，抗扰性能却④ 比较好 。

、
23电流负反馈引入的方法：1电枢回路串检测电阻 2 电枢电路接直流互感器 3交流电路接交流互感器 4采用霍尔传感器
24和单闭环直流调速系统相比，双闭环直流调速系统具有更好的动态性能。

最重要的是 抗扰动性能。

主要是 抗负载扰动 抗电网电压扰动性能
25 ．转速调节器的作用 (1)使转速n 跟随给定电压变化，稳态无静差。

(2)突加负载时转速调节器和电流调节器均参加调节作用，但转速调节器处于主导作用，对负载变化起抗扰作用。

(3)其输出电压限幅值决定允许最大电流值。

26．电流调节器的作用 (1)启动过程时保证获得允许最大电流。

(2)在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变化。

(3)电源电压波动时的及时抗扰作用，使电动机转速几乎不受电源电压波动的影响。

(4)当电动汽车电机过载、堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到安全保护作用。

27、自动控制系统的动态性能指标：跟随性能指标① 上升时间r t 、 ② 超调量σ与峰值时间p t 、③ 调节时间s t 、抗扰性能指标④ 动态降落max C ∆ 、⑤ 恢复时间 v t 。

28同步电动机是的调速方法有几种？ 答：同步电动机的转速恒等于同步转速，所以同步电动机的调速 方法只有变频调速一种方法。

29双闭环直流调速系统的起动过程有哪些特点？ 答：双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点： （1）饱和非线性控制 （2）转速超调 （3）准时间最优控制
二、名词解释
1、T m ；电力拖动系统机电时间常数。

m
e m C C R GD T 3752= ,其中，2GD 为电力拖动装置这算到电动机上的飞轮惯量（2m N ⋅），e m C C π30
=为电动机额定励磁下的转矩系数
（A m N /⋅）。

额定励磁下的直流电动机是一个二阶线性环节，时间常数Tm 表示机电惯性，l T 表示电磁惯性。

若l m T T 4>，则n U d ~0间的传递函数可以分解成两个惯性环节，若l m T T 4<， 则直流电动机是一个二阶振荡环节，机械和电磁能量互相转换，使电动机的运动过程带有振荡的性质。

2、K I 电流环开环增益。

电流环开环传递函数： )1()1(/)(+=+=∑∑i I i i S i opi T s K s T s R K K s W τβ ， R K K K i s i I τβ=；在一般情况下，当707.0%,5==ξσ，则i
ci I T K ∑==21ω，ci ω为电流环开环频率特性的截止频率，l
m I ci T T K 13≥=ω； i K 为电流调节器的比例系数；i τ为电流调节器的超前时间常数；β为电流反馈系数系数，s K 为电力电子放大器的放大系数，i τ电流调节器的超前时间常数，R 为电枢回路电阻，oi s i T T T +=∑，为两个小惯性环节合并成一个惯性环节的时间常数。

3、K N 转速环开环增益。

调速系统的开环传递函数为)1()1()1()1()(22++=++=∑∑s T s s K s T s T C s R K s W n n N n m e n n n n τβττα 。

则m e n n n
N T C R K T h h K βτα=+=∑2221 ，其中n K 诶转速调节器的比例系数，α为转速反馈系数，R 为电枢回路电阻，n τ为转速调节器的超前时间常数，n n hT ∑=τ，中频宽T h τ
=，β为电流反馈系数，e C 为电动机在额定磁通的电
动势系数，m T 为机电时间常数，on I
n T K T +=∑1，为电流环等效后的两个惯性环节合并成一个惯性环节的时间常数。

4、h ；中频宽。

表示了斜率为-20dB/dec 的中频的宽度，是一个与性能指标紧密相关的参数。

1
2ωωτ
==T h .h =5时的调节时间最短，此外，h 减少时，上升时间快，h 增大时，超调量小，
把各项指标综合起来看，以h =5的动态跟随性能比较适中。

5、t v 恢复时间：从阶跃扰动作用开始,到输出量基本恢复稳态，距新稳态值 2∞C 之差进入某基准量b C 的%5±范围内所需的时间。

6、T em 。

异步电动机 的最大转矩，又称临界转矩。

当0=s
e d dT 时求得。

e T 为异步电动机电磁转矩。

最大转矩决定电动机的过载系数，当最大转矩小于过载的阻转矩时，电动机
便停转。

图中，st T 为起动转矩，N T 为额定转矩。

7、恒U S /ω1控制方式恒1/ωs U 控制和恒1/f U s 都为恒压频比控制方式，其中112f πω=。

因为异步电动机绕组的电动势难以直接检测和控制，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压 m NS s m NS s g s K N K N f E U Φ=Φ=≈π
ω244.444.411，使得U S /ω1=常值的控制方式。

恒压频比又分为低频带定子电压补偿（如直线b ）和不带补偿（如直线a ）。

（附恒压频比控制特性图）
8、PI 控制PI 控制即为比例-积分控制，综合了比例控制和积分控制的优点，又克服了它们的缺点，扬长避短，相互补充。

比例部分能迅速响应控制作用，积分部分最终消除稳态误差。

即输出稳态精度高，动态响应快。

其传递函数为：S
K s W P τ1)(+=,其中P K 为PI 调节器的比例放大系数，τ为PI 调节器的积分时间常数。

9、准PI 调节器在实际系统中，为了避免运算放大器长期工作时的零点漂移，常常在R1、C1两端再并接一个电阻'
1R ，其值为若干M Ω，以便把放大系数压低一些。

这样就成为一个准PI 调节器，系统也只是一个近似的无静差调速系统。

如果采用准PI 调节器，其稳态放大系数为0
'1R R K p = 10、准时间最优控制在设备物理上的允许条件下实现最短时间的控制称作“时间最优控制”，而在电动机起动过程中的主要阶段是第II 阶段的恒流升速，它的特征是电流保持恒定。

一般选择为电动机允许的最大电流Idm ，以便充分发挥电动机的过载能力，使起动过程尽可能最快。

这阶段属于有限制条件的最短时间控制。

因此，整个起动过程可看作为是一个准时间最优控制。

11、静差率当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n0之比：0n n S N ∆=，用百分数表示%1000
⨯∆=n n S N 。

静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定性的。

对不同硬度机械特性，硬度越硬，静差率越小，转速的稳定性越高；对于相同硬度的机械特性，转速越大，静差率越大，转速的稳定性越差。

12、α=β配合控制；为消除直流平均电流，而采取使VF 和VR 的触发延迟角相等的控制方式。

在正组处于整流状态、f d U 0为正时，强迫让反组处于逆变状态，使dor U 为负，且幅值与f d U 0相等，则直流平均环流为零。

按照式r f βα=来控制，称作α=β配合控制。

（f d U 0：输出理想空载整流电压；dor U ：逆变电压；f α：正组的触发延迟角；r β：反组逆变角。

）
13、转差功率 转差频率是定子传入转子的一部分电磁功率，与转差率s 成正比。

转差功率s
P。