电工电子学-第四章电动机
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电工电子第4章习题答案_完整)
电工电子第4章习题答案_完整）思考题与习题参考答案 4-1 欲将发电机的三相绕组连成星形时,如果误将U2，V1，W2连成一点(中性点)，是否也可以产生对称三线电压？答：不是。
4-2 当发电机的三相绕组连成星形时，设线电压，试写出相电压ｕl 的三角函数。
答： 4-3 什么是三相负载、单相负载和单相负载的三相连接？相交流电动机有三根电源线接到电源的Ll，L2，L3三端．称为三相负载，电灯有两根电源线，为什么不称为两相负载？而称单相负载？答：三相负载是指由三相电源所带的负载，单相负载时指由单相电源带的负载，负载的三相连接是指将单向负载按照特定的连接方式连接成适合三相电路的负载连接形式。
电灯被称为单相负载是因为带动电灯工作的电源只需要一个就可以了。
4-6 为什么电灯开关—定要接在相线(火线)上？答：开关接在火线上才能在开关打开的时候保证每相电源所在回路断开。
4-8 有一次某楼电灯发生故障，第二层和第三层楼的所有电灯突然都暗淡下来，而第一层楼的电灯亮度未变，试问这是什么原因，这楼的电灯是如何连接的?同时又发现第三层楼的电灯比第二层楼的还要暗些.这又是什么原因?画出电路图。
(1)本系统供电线路图A P ´ B C N 三层二层一层–+ (2) 当P处断开时，二、三层楼的灯串联接380V 电压，所以亮度变暗，但一层楼的灯仍承受220V电压亮度不变。
(3) 因为三楼灯多于二楼灯即 R34-9有一台三相发电机，其绕组接成星形，每相额定电压为220V。
在一次试验时，用电压表量得相电压V，而线电压则为V，V试问这种现象是如何造成的？答：12相间有短路。
4-10 在图4-29所示的电路中，三相四线制电源电压为380／220V，接有对称星形联结的白炽灯负载，其总功率为180W。
此外，在L3相上接有额定电压为220V，功率为40W，功率因数的日光灯一支。
试求电流，，及。
设V。
答：图4-29 图4-30 =++ 4-11 图4-30是两相异步电动机的电源分相电路，O是铁心线圈的中心抽头。
《电子电工技术》课件——第四章 三相电路
2
I 3I 30
L3
3
U 31
I
3
I 3
I
U 12
1
I 2 U
I
2 I 3
I L1
23
负载对称时三角形接法的特点
L1
U 31 L2 L3
I L1
U 12
I 1
I
L2
U I
23
L3
I 3
ZZ Z
I 2
每相负载电压=电源线电压
I 3I
l
p
各线电流滞后于相应各相电流30°
第三节 三相负载的功率 每相负载
定子 W2
•
V1 转子
三相电动势 分别称为U、V、W相或1、2、3相
e E sin t
1
m
e E sint 120
2
m
e E sint 240
3
m
Em sin( t 120)
E E0 1
E E 120 2
E3 E 120
三相电动势的特征： 大小相等，频率相同，相位互差120º
称为对称电动势。
e 2
3
L2
L3
L1
e 1
e
L2
2
L3
(2)三相负载
星形负载
Z
Z
Z
三角形负载
Z
Z
Z
(3)三相电路计算
负载不对称时：各相电压、电流单独计算。 负载对称时：电压对称、电流对称，只需计算一相。
电流其余按对称原则，相线电流的关系一一写出。
三相电路的计算要特别注意相位问题。
负载Y形接法
I I
l
P
负载Y形接法有中线时
电工电子技术基础 第四章 申凤琴主编
一相绕组，则可构成四极（
p =2）电动机。
例4-1
已知Y112M－4三相电动机的同步转速 n1 1500
r/min，额定转速为1440r/min，空载时的转差率 S0 0.0026 。 求该电动机的磁极对数 p ， 额定转差率sN 和空载转速 解
n0 。
60 f1 60 50 p 2 n1 1500
电动机刚接通电源,但尚未开始转动（ s =1）的一瞬间，
（2）最大转矩 Tm
Tst K st TN
（4-7）
问题3：电动机一但过载， 电动机能够提供的极限转矩。电动机的最大转矩与额定转矩之
比称为电动机的过载能力，也称过载系数，用 m 表示，即
会很快停转。 停转时，会发生什么？
Tm m TN
PN 一台三相异步电动机的U N =380V，I N =20A， ， =10kW，cos1 0.84，nN 1460r/min，K st 1.8， m 2.2 Tmax TN 试求额定转矩 ，起动转矩 ，T 最大转矩 ，额定效 st 率 N 。 据式（4-5） 解 PN 10 TN 9550 9550 N· m≈65.451N· m nN 1460
2．转子
（1）转子铁心 电动机主磁路的一部分，也用0.5mm厚且相互绝缘的硅钢片 叠压成圆柱体，中间压装转轴，外圆上冲有均匀分布的槽， 用以放置转子绕组。 （2）转轴 支撑转子铁心和输出电动机的机械转矩。 （3）转子绕组 电动机的转子电路部分，其作用是感应电动势、流过电流并 产生电磁转矩。
铜条笼型转 子
电磁力 感应电流 电磁转矩 图4-9 三相异步电动机旋转原理图
结论：转子的转向和旋转磁场的转向一致。若改变旋转磁
场的转向，则可改变转子的转向。
《电工电子技术基础》第4章 电动机
比，即：
T K T I 2 cos 2
式中 KT 是 一 个与 电动 机 结构 有关 的 常数 。将 I2 、 cos 2 的表达式及 与 U1 的关系式代入上式，得三相异步
电动机电磁转矩公式的另一个表示式：
T
K
R22
sR2U
2 1
(sX 20 ) 2
式中 K 是一常数。可见电磁转矩 T 也与转差率 s 有关，
n0
1500
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i1
i2
u1 i1R1 (e1) (e1)
i1R1
L 1
di1 dt
N1
d dt
+
u1 －
e1 eσ1
e2 eσ2
U1 I1R1 (E1) (E1) I1R1 jI1X1 (E1)
忽略R1和X1上的压降，则：U1 E1
U1 E1 4.44 f1N1m
为1%~9%。
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例：有一台 4 极感应电动机，电压频率为 50 Hz，
转速为 1440 r／min，试求这台感应电动机的转差率。 解：因为磁极对数 p 2 ，所以同步转速为：
no
60 f1 p
60 50 2
1500 r/min
转差率为：
s no n 100% 1500 1440 100% 4%
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三相异步电动机的结构及转动原理 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性 n 4.3 三相异步电动机的运行与控制 n 4.4 三相异步电动机的选择与使用 n 4.5 单相异步电动机 n 4.6 直流电动机
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三相异步电动机由定子和转子构成。定子和转
子都有铁心和绕组。定子的三相绕组为AX、 BY、CZ。转子分为鼠笼式和绕线式两种结构。 鼠笼式转子绕组有铜条和铸铝两种形式。绕线
电工电子第四章
二 磁性物质的基本性能 1. 高导磁性 在外磁场的作用下，磁性物质被强烈磁化 在外磁场的作用下， 而呈现出很强的磁性。 而呈现出很强的磁性。 2. 磁滞性 B 的变化落后于 H。
B 剩磁 Br Hm 矫顽力 H
–Hm –HC
3. 磁饱和性
B Br –Hm
H 增加，B 增加很小的现象。 增加， 增加很小的现象。
电阻 R 和漏磁通 Φ σ 都很小，R 上的电压和漏感电动势
eσ 也很小，与主磁电动势比较可以忽略不计。于是： dΦ u ≈ −e = u ′ = N dt 表明在忽略线圈电阻 R 及漏磁通 Φ σ 的条件下，当线圈
匝数 N 及电源频率 f 为一定时，主磁通的幅值Φm 由励磁线 圈外的电压有效值 U 确定，与铁心的材料及尺寸无关。
= − N 1 ωΦ m cos ω t = E 1 m sin (ω t − 90 ° )
有效值: 有效值
E1 = 4.44 fΦmN1
E 1 m 2π fN 1 Φ m E1 = = 2 2
同 理： e2 = E2msin (ω t − 90°)
E2 = 4.44 fΦmN2
（2）原、副边电压关系 ） 根据交流磁路的分析 可得： 可得：
Φ
e2
i10 产生磁通ϕ
（交变） 交变） 产生感应电动势
N1
N2
dΦ e1 = − N 1 dt
（
e、 φ
dΦ e2 = − N 2 dt
方向符合右手定则） 方向符合右手定则）
电磁关系
i0
e1– – u1 e + 1 – +σ 一次侧接交流电源， 一次侧接交流电源， N1 二次侧开路。 二次侧开路。
变压器应用举例
电工电子学基础第4章课后习题答案
U2 U12 =U1 +U2
练习题解答
· · ·
L2 首末端接反的相量图如图所示:
U12 = 6.06 kV U23 = 6.06 kV U31= 10.5 kV
返 回 下一题
4.2.1 有一电源和负载都是星形联结的对称三相电路,已 知电源相电压为 220 V,负载每相阻抗模 Z 为10Ω,试求负载的
只白织灯的功率都是 100 W,求三个线电流和中线电流的有效 值。 4.2.5 在如图所示三 相电路中, R = XC= XL = L1 R
I1
·
jXL
25Ω，接于线电压为 220V
线中的电流。
的对称三相电源上,求各相 L2 L3
返 回
· I
2
· I
-jXC
3
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4.3.1. 有三个相同的电感性单相负载,额定电压为 380 V, 功率因素为 0.8，在此电压下消耗的有功功率为 1.5 kW。把它 接到线电压为 380 V 的对称三相电源上，试问应采用什么样的 联结方式？负载的 R 和 XL 是多少?
3 I p, 3 RI p2
P P
在 N 处断线 在 M 处断线
I l 1 I l 1 I l 2 I l 2 I l 3 I l 3 I p 1 I p 1 I p 2 3Up Ip cos = 3×220 × 44 × 0.8 W = 23 232 W
= 3×220 × 44 × 0.6 var = 1742 var Q = 3Up Ip sin
S = 3Up Ip = 3×220 × 44 V· A = 29 040 V· A
返 回 上一题 下一题
L1 L2 L3 N
日光灯
3~ 电动机
练习题解答
· · ·
L2 首末端接反的相量图如图所示:
U12 = 6.06 kV U23 = 6.06 kV U31= 10.5 kV
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4.2.1 有一电源和负载都是星形联结的对称三相电路,已 知电源相电压为 220 V,负载每相阻抗模 Z 为10Ω,试求负载的
只白织灯的功率都是 100 W,求三个线电流和中线电流的有效 值。 4.2.5 在如图所示三 相电路中, R = XC= XL = L1 R
I1
·
jXL
25Ω，接于线电压为 220V
线中的电流。
的对称三相电源上,求各相 L2 L3
返 回
· I
2
· I
-jXC
3
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4.3.1. 有三个相同的电感性单相负载,额定电压为 380 V, 功率因素为 0.8，在此电压下消耗的有功功率为 1.5 kW。把它 接到线电压为 380 V 的对称三相电源上，试问应采用什么样的 联结方式？负载的 R 和 XL 是多少?
3 I p, 3 RI p2
P P
在 N 处断线 在 M 处断线
I l 1 I l 1 I l 2 I l 2 I l 3 I l 3 I p 1 I p 1 I p 2 3Up Ip cos = 3×220 × 44 × 0.8 W = 23 232 W
= 3×220 × 44 × 0.6 var = 1742 var Q = 3Up Ip sin
S = 3Up Ip = 3×220 × 44 V· A = 29 040 V· A
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L1 L2 L3 N
日光灯
3~ 电动机
[电工电子技术]-第四章 常用电机-PPT文档资料
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《 电工电子技术基础》
赵承荻、周玲主编
高等教育出版社
3.电动机铭牌
(1) 型号 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。 例如： Y2- 132 M－4
磁极数( 极对数 p = 2 ) 机座长度代号
机座中心高（mm） 设计序号 异步电动机
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《 电工电子技术基础》
8. 绝缘等级 指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分 为A、E、B、F、H五级，A级最低(105º C)，H 级最高(180º C)。
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三、三相异步电动机的工作原理
1.旋转磁场及其产生
向在空间位置各相差120O的定
iU I m sint
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4. 额定电流 电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。 例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结 下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电 流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A 5. 额定功率与效率 。 额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机 械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。
他励、并励电动机
串励、复励电动机
笼型异步电动机授课内容： 基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法
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第二节 三相异步电动机
一、异步电动机的旋转原理 二、三相异步电动机的结构 三、三相异步电动机的工作原理 四、三相异步电动机的运行特性
电子电工第四章课件NEW
4
4.1.1 三相电源的产生
eU eV eW
Em
相序： 三相交流电动势依次出现正的最大值的顺序,称 为三相电源的相序。U-V-W称为正（顺）相序。 U-W-V称为负（逆）相序
以后如果不加说明，一般都认为是正相序。
5
4.1.1 三相电源的产生
eU eV eW
Em
•
EW
•
EU
•
EU E0 E
•
1 3
EV
E 120
E
2
j
2
•
EW
E120
E
1 2
j
3
2
•
EV
•
•
•
EU EV EW 0
eU eV eW 0
6
4.1.1 三相电源的星形连接
U
相线(火线)
三相四 线制
eU
+ _
ZX
N
u+U_
+_ uUV
中性线(零线)
eW
+
W
_Y _
eV
+
uV
V
uW
+
+
+_
_ uVW
uWU +
火线 火线
120O
UU
UVW 3UV (V 30)
UV
UWU 3UW (W 30)
9
4.1.1 三相电源的星形连接
结论 Y连接的对称三相电源 (1) 相电压对称，则线电压也对称 (2) 线电压是相电压的 倍3 ， Ul 3Up (3) 线电压超前对应的相电压30o。
U l 3Up(p 30)
日常生活与工农业生产常用电压等级: UP 220V;Ul 380V
电工电子技术模块四电动机课件
电枢由外缘带槽的硅钢片（电枢叠片）叠成的铁芯、嵌装在铁 芯槽内的电枢绕组、电枢轴和换向器等组成
图4-9 电枢结构图 1-换向器；2-电枢铁芯；3-电枢绕组；4-电枢轴；5-电枢铁芯；6-电枢叠片
磁极由固定在壳体内圆周上的铁芯和绕在铁芯上的磁场绕组组 成
图4-11 磁极与磁路图
a）四个励磁绕组相互串联再和电枢绕组串联 b）两个励磁绕 组串联后再并联和电枢绕组串联
图4-12 磁场绕组的连接方式
（2）传动机构(或称啮合机构)
传动机构的作用是在启动发动机时,使启 动机驱动齿轮啮入飞轮齿圈，将启动 机的转矩传递给发动机曲轴；在发动 机运转后，使驱动齿轮打滑或与飞轮 齿圈自动脱开,单向传递启动机的转 矩。
（3）控制装置(或电磁开关)
控制装置作用是用来接通和切断直流串 励式电动机与蓄电池之间的电路。并 将传动机构的驱动齿轮啮入或退出飞 轮齿圈。
图4-6 直流电 动机的励磁方 式
四、分析启动机中串励式直流电动机的工作特性
1.启动机的组成 启动机如图。一般由三部分组成：串励式直流电动机、传动机
构、电磁开关。 （1）串励式直流电动机
图 启动机的组成
图4-8 直流串励式电动机的组成
1-电刷端盖；2-电刷和电刷架；3-磁场绕组；4-磁极铁芯；5机壳；6-电枢；7-驱动端盖
图4-14 反应式步进电动机工作示意图
单三拍：
把从一相绕组A通入脉冲信号转换到另一相绕组B通电称 为一拍，象这种反应式步进电动机每经过一拍，转子就前 进一步的通电方式就称为“单三拍”（转子回到A—A′轴线 的位置通电需要转换三次）。所谓“单”是指每次只有一 个绕组单独通电。
2．六拍
如果在A相不断电的情况下又接通B相（不是单独通 电），此时，定子A相绕组产生的磁场和B相绕组产生的磁 场共同作用，使转子不能顺时针旋转60°，只能转30°， 这时步进角将会减小一半。此时如果按A—AB—B—BC— C—CA方式顺序通电、断电，则转子将按θ/2步进角以顺时 针旋转。这种通电方式称为“六拍”。
电工电子4-电机及其控制
可控硅整流器（SCR）
SCR是一种大功率的半导体开关器件，通过控制阳极和阴极 间的电压，实现开关状态的控制。SCR具有高耐压、大电流 、开关速度快等优点，广泛应用于电机控制领域。
电力电子技术在电机控制中的应用
调速控制
通过改变电机输入电压或电流的幅值、相位或频率，实现对电机速度的精确控制。电力电 子技术可以实现电机的高效、快速、平稳调速，广泛应用于数控机床、机器人等领域。
调频调速
通过改变电机输入电源的频率，调节 电机的转速，实现调速。
转子电阻调速
通过在电机的转子回路中串入电阻， 调节电机的转速，实现调速。
矢量控制技术
通过控制电机的磁通量和转矩，实现 高精度的速度和位置控制。
电机驱动与调速的应用实例
工业自动化生产线
电动汽车
利用电机驱动传送带、机械臂等装置，实 现自动化生产。
03
电机驱动与调速
电机驱动系统的组成与原理
电机驱动系统的组成
01
电机、控制器、传动装置和负载。
电机驱动系统的原理
02
通过控制器产生电信号，驱动电机转动，进而带动负载运动。
电机类型
03
直流电机、交流电机、步进电机等。
电机的调速方法与技术
调压调速
通过改变电机输入电压，调节电机的 输入功率，实现调速。
电机控制系统的设计
电机控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两个方面。硬件设计包括选择合适的电机、驱动器 、传感器等器件，设计合理的电路和机械结构，以确保电机控制系统的性能和稳定性。软件设计包括 编写控制算法、调试程序和优化系统性能等，是实现电机控制系统智能化的关键环节。
在进行电机控制系统的设计时，还需要考虑系统的可扩展性和可维护性，以满足未来升级和改造的需 求。同时，应遵循安全、可靠、高效的原则，确保电机控制系统在实际应用中的稳定性和可靠性。
SCR是一种大功率的半导体开关器件，通过控制阳极和阴极 间的电压，实现开关状态的控制。SCR具有高耐压、大电流 、开关速度快等优点，广泛应用于电机控制领域。
电力电子技术在电机控制中的应用
调速控制
通过改变电机输入电压或电流的幅值、相位或频率，实现对电机速度的精确控制。电力电 子技术可以实现电机的高效、快速、平稳调速，广泛应用于数控机床、机器人等领域。
调频调速
通过改变电机输入电源的频率，调节 电机的转速，实现调速。
转子电阻调速
通过在电机的转子回路中串入电阻， 调节电机的转速，实现调速。
矢量控制技术
通过控制电机的磁通量和转矩，实现 高精度的速度和位置控制。
电机驱动与调速的应用实例
工业自动化生产线
电动汽车
利用电机驱动传送带、机械臂等装置，实 现自动化生产。
03
电机驱动与调速
电机驱动系统的组成与原理
电机驱动系统的组成
01
电机、控制器、传动装置和负载。
电机驱动系统的原理
02
通过控制器产生电信号，驱动电机转动，进而带动负载运动。
电机类型
03
直流电机、交流电机、步进电机等。
电机的调速方法与技术
调压调速
通过改变电机输入电压，调节电机的 输入功率，实现调速。
电机控制系统的设计
电机控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两个方面。硬件设计包括选择合适的电机、驱动器 、传感器等器件，设计合理的电路和机械结构，以确保电机控制系统的性能和稳定性。软件设计包括 编写控制算法、调试程序和优化系统性能等，是实现电机控制系统智能化的关键环节。
在进行电机控制系统的设计时，还需要考虑系统的可扩展性和可维护性，以满足未来升级和改造的需 求。同时，应遵循安全、可靠、高效的原则，确保电机控制系统在实际应用中的稳定性和可靠性。
电工电子技术基础第4章 电动机
2020/11/21
第4章 电动机
• ③定子绕组：是电机的电路部分,一般采用高强度聚 脂漆包铜线或铝线绕制而成。三相定子绕组对称分 布在定子铁心槽中，可根据需要接成星型（Y）或 三角型（△）。
2020/11/21
第4章 电动机
• （2）转子 • 转子由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。 • ①转子铁心 也是电机磁路的一部分，它常用0.5mm
气隙中产生一个转速为的旋转磁场。
• （2）旋转磁场n1的转速： • 定子旋转磁场每分钟的转速n1、定子电流频率f1
及磁极对数p之间的关系是
n1
60 f1 p
2020/11/21
第4章 电动机
• (3)旋转磁场n1的转向 • 旋转磁场的转向由定子
绕组中通入的电流的相 序来决定，欲改变旋转 磁场的转向，只需要改 变通入三相定子绕组中 电流的相序，即把三相 定子绕组首端的任意两 根与电源相连的线对调， 就改变了定子绕组中电 流的相序，旋转磁场的 转向也就改变了。
2020/11/21
第4章 电动机
• HK2系列开启式负荷开关（瓷底胶盖刀开关），它 的闸刀装在瓷制底座上，每相还附有熔体，主要用 作照明电路和功率小于5.5kW电动机的主电路中不 频繁通断的控制开关。
2020/11/21
第4章 电动机
2. 组合开关 • 组合开关又名转换开关，也是一种刀开关，不过
2020/11/21
第4章 电动机
• ⑤额定转速：指电动机在额定电压、额定频率及 额定输出功率的情况下，转子的转速。单位为转/ 分（r/min）。
• ⑥接法：指电动机定子绕组的连接方式，常用的 接法为星形（Y）和三角形（△）两种。
• ⑦绝缘等级：指电动机绕组所采用的绝缘材料的 耐热等级，它表明了电动机所允许的最高工作温 度。
第4章 电动机
• ③定子绕组：是电机的电路部分,一般采用高强度聚 脂漆包铜线或铝线绕制而成。三相定子绕组对称分 布在定子铁心槽中，可根据需要接成星型（Y）或 三角型（△）。
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第4章 电动机
• （2）转子 • 转子由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。 • ①转子铁心 也是电机磁路的一部分，它常用0.5mm
气隙中产生一个转速为的旋转磁场。
• （2）旋转磁场n1的转速： • 定子旋转磁场每分钟的转速n1、定子电流频率f1
及磁极对数p之间的关系是
n1
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第4章 电动机
• (3)旋转磁场n1的转向 • 旋转磁场的转向由定子
绕组中通入的电流的相 序来决定，欲改变旋转 磁场的转向，只需要改 变通入三相定子绕组中 电流的相序，即把三相 定子绕组首端的任意两 根与电源相连的线对调， 就改变了定子绕组中电 流的相序，旋转磁场的 转向也就改变了。
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第4章 电动机
• HK2系列开启式负荷开关（瓷底胶盖刀开关），它 的闸刀装在瓷制底座上，每相还附有熔体，主要用 作照明电路和功率小于5.5kW电动机的主电路中不 频繁通断的控制开关。
2020/11/21
第4章 电动机
2. 组合开关 • 组合开关又名转换开关，也是一种刀开关，不过
2020/11/21
第4章 电动机
• ⑤额定转速：指电动机在额定电压、额定频率及 额定输出功率的情况下，转子的转速。单位为转/ 分（r/min）。
• ⑥接法：指电动机定子绕组的连接方式，常用的 接法为星形（Y）和三角形（△）两种。
• ⑦绝缘等级：指电动机绕组所采用的绝缘材料的 耐热等级，它表明了电动机所允许的最高工作温 度。
电工电子技术第四章ppt课件
4.1 动态电路
动态电路: 含有电容或电感,在分析计算时涉及到微分
方程来描述的电路。 分析：开关闭合前：
I S(t=0) R
I=0, Uc=0,稳定状态 开关闭合后：
+
Us 10V －
I=0, Uc =10V,新的稳定状态
UC + C －
动态电路从一个稳定状态到另一个新的稳定状 态，需要有一个过渡过程。
电感元件的储能 WL 12LiL2 iL(0+)= iL(0–)
不能跃变 ，即
换路定则: uC(0+)= uC(0–) iL(0+)= iL(0–)
例4.1 已知iL(0- )=0,uC(0- )=0,试求S闭合瞬间,电路中各电 压、电流的初始值。
解: 根据换路定则及已知
条件可知，
+
SC
R
+–
t=0 uC
iL(0+)=iL(0-)=0 uC(0+)=uC(0-)=0
Us–
L
iL
电路中各电压电流的初 始值为:
i(0+) +uC(0–+) +uR(0+–)
i(0+)=iL(0+)=0 uR(0+)=i(0+) R =0
+
Us
–
R iL(0+)
相当于相当于 短路开路
uL(0+)
+ –
uL(0+)= US
t=0+时的等效电路
R1 2
后的电容电压uC(t)。 解：用三要素法
+ 25V–
C+
S(t=0) R2
0.25F
电子电工学 第四章知识点
di U XL u L dt I u i ωL
U jω C I
U 1 I jω C
单一参数正弦交流电路的分析计算小结
电路 电路图 基本 参数 (参考方向) 关系 阻抗 i 设 + u i
电压、电流关系 瞬时值 有效值
功 相量图 相量式
率
有功功率 无功功率
(2) 平均功率(有功功率)P：瞬时功率在一个周期内的平均值
P 1 T
P 单位:瓦（W）
T
0
p dt
1 T
T
0
u i dt
1 T
T
0
UI (1 cos2 ω t )d t UI
二、 电感元件的交流电路 1. 电压与电流的关系 设： i
2 I sin ω t d( I msinω t ) uL 2 Iω L sin(ω t 90) 2 U sin( ω t 90) dt
XL
I 0 I i 2 I si n ω t 可得： 根据： U U 90 Iω L 90 u 2 I ω L sin ( ω t 90 )
则：
U U I I
90 jL
电感电路复数形式的欧姆定律
jI ωL I (jX ) U L
220 U 45 V？ 2
• j45
1.已知：
3.已知：
复数 j30 I 4e A
4 2 sin (ω t 30 )A ？
瞬时值
有效值
45 Um 220 e V？
4.已知：
10 60A 2.已知： I
i 10 sin ( ω t 60 )A ？
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设：
U1m N1Φm N1Φm 2f1
E1 U 1 U 1m 2 4.44 f1 N1Φm
3.转子电路
（1）转子频率
N 2 ：转子线圈匝数 f 2 ：转子感应电动势的频率
f2
取决于转子和旋转磁场的相对速度
n0 n n0 n n0 f2 P P Sf1 60 n0 60
sR2U TK 2 R2 (sX 20TN
n n0
nN
O
S N Sm
1 S
O
T f (s ) 曲线
TN Tst Tmax T n f (T ) 曲线
（1）额定转矩 TN ：
电动机在额定电压下，以额
定转速
nN
n
0
n
nN
运行，输出额
定功率P2 时，电动机转轴 上输出的转矩。
第4章
电动机
电动机的作用
电动机：电能转换成机械能 发电机：其他形式的能量转换成电能 鼠笼式 异步机
交流电动机
同步机 直流电动机
绕线式
他励、并励、串励、复励
使用电动机驱动生产机械可：
（1）简化生产机械的结构
（2）提高生产效率和产品质量
（3）能实现自动控制
（4）实现远距离操纵 （1）基本结构 （2）工作原理 （3）机械特性 （4）起动、制动、反转、调速的基本原理 （5）应用场合和正确使用
磁场的转向与定子绕组中的电流相序有关。
取决于三相电流的相序。
iA
iB
iC
Im
iA
iC
iB
t
Im
t
n0
n0
改变电机旋转方向的方法：换接其中两相
3. 旋转磁场的极数
旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关
iA
A
Y
A
N
Z
iC C
iB
Z X Y B
C
B
S
X
此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角， 合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。
（1）Y－ 起动
Ul
I l
C Y
A Z A
Ul
B
X
I lY
C
Z X Y
B
正常运行
设：电机每相阻抗为
起动
I l
I lY
Ul 3 Z Ul 3Z
z
I lY 1 I l 3
Y－ 起动器接线简图
S
L3 L2 L1
U1 + + UP Ul ＿W2 U2
＿
FU
W1 L3 V2 U2 L2 V1 W2 L1 U1
e B l v
（右手定则）
l :导线长 B:磁感应强度 v:切割速度
N
n0 f
f B l i
（左手定则）
n
e i
S
1. 线圈跟着磁铁转
→两者转动方向一致 2. 线圈比磁场转得慢
n n0
异步
4.2.1 旋转磁场
1. 旋转磁场的产生 在三相异步电动机的定子铁心中放有三相对 称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称交流 电流，就可产生一“旋转磁场”代替演示实验中 的磁铁
W1
V2
V1
起动
U1
V1
W1
Y起动
增加。
n
n
0
性段
T
自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要 特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大 油门，才能带动新的负载。）
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 动特性好。 硬特性 （R2小）
n
软特性 （R2大）
T
0
不同场合应选用不同的电动机。如金属切削，选硬特 性电机；重载起动则选软特性电动机。
(2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R´2 , 可使Tst =Tmax 。
若 Tst > T2电机能起 动，否则不能起动。
起动能力 K st
Tst TN
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。 常用特
TL n S I 2 T 直至新的平衡。此过程中，I 2 时， I 电源提供的功率自动 1
U1 和 R2变化对机械特性的影响 (1) U1 变化对机械特性的影响
Tm U
T
T2 Tst
O
n0
n U U U N
R2 sm X 20 U 12 Tm K 2X 20
R2U 12 Tst K 2 2 R2 X 20
sR2 T K 2 U12 (2) R2 变化对机械特性的影响 2 R2 (sX 20 )
T KT mI 2 cos 2
其中：
I2
SE20 R (SX20 )
2 2 2
cos 2
R2
2 R2 ( SX 20 ) 2
U1 4.44 f1 N1Φm
代入可得
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
4. 4. 2 机械特性曲线
根据转矩公式 得特性曲线： T
T
TN
P2 P2 (千瓦) TN 9550 2nN nN (转 / 分) 60
（牛顿•米）
（2）最大转矩 ：Tmax 电机带动最大负载的能力。 如果 TL Tmax 电机将会 因带不动负载而停转。
n
0
n
T
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
求 解
Tmax
（2）转子电动势
E2 4.44 f 2 N2Φm 4.44Sf1 N2Φm
（3）转子电流
I2
其中
E2
2 2 R2 X 2
SE20
2 2 R2 (SX 20 )
X 2 2 f 2 L2 2 Sf1L2 SX20
E2 4.44 f 2 N2Φ 4.44 Sf1 N2Φ SE20 m m
旋转磁场的转速
n0 n 100% s n 0
异步电机运行中: 电动机起动瞬间:
s 1 ~ 9%
（转差率最大） n 0, s 1
4.3 三相异步电动机的电路分析
1. 三相异步电动机的“电－磁”关系
定子绕组相当于变压器原边绕组，转子绕组相当于副绕组。
T 0 S
Tmax
KU12
1 2 X 20
过载系数： 三相异步机
Tmax TN
1.8 ~ 2.2
（a）三相异步机的 Tmax 和电压的平方成正比，所 以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。 （b）工作时，一定令负载转矩 电机将停转。致使
TL Tmax ，否则
电机严重过热
i A I m sin t
iB I m sin t 120
iC I m sin t＋ 120
iA
A
iA
iB
iC
t
iC
iB
Z X Y
C B
Im
A
Y
N
Z
合成磁场方 向：向下
参考方向：绕组始 端到末端的方向
C
B
S
X
t 0
iA
同理分析，可得 其它电流角度下 的磁场方向
冲击而损坏，应设法减小。
4.5.2.三相异步机的起动方法
1. 直接起动 20-30千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。 方法简单，但起动电流较大，影响电网上其他负 载正常工作。 2. 降压起动 在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以 减小起动电流，鼠笼式电动机常用的降压起动方法有 Y－换接起动和自耦降压起动。
4.2.2 电动机的转动原理
在电动机定子绕组中通入三相对称交流电
流后，产生旋转磁场。
旋转磁场的磁力线切割转子导条，导条中
就感应出电动势。
在电动势的作用下，闭合的导条中就有电流，
该电流与旋转磁场相互作用，使转子导条受到电
磁力作用。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动 起来。
4.2.3 转差率
转差率：
同步转速：
原因：起动时 n 0 ，转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势 转子电流
定子电流
影响：
A 频繁起动时造成热量积累 B 大电流使电网电压降低
电机过热
（2）起动转矩
影响其他负载工作
起动时，虽然转子电流较大，但因转子的功 率因数很低，因此起动转矩并不是很大的，与额
定转矩之比为1.0-2.2。
如果起动转矩过小，就不能满载起动，应设 法提高；如果起动转矩过大，会使传动机构受到
N
S
S
N
Y
X
C
Z' A'
A
30
NZ
C' S
n0
X'
X
N0=60f/2（转/分）
C S
ZN '
t 60
A'
所以，旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1 和磁场的极对数P，可推出：
60 f n0 (转/分） p
极对数
n 每个电流周期 磁场转过的空间角度
( f 50Hz)
e1 、 2 ：主磁通产生 e
的感应电动势。
R1
i2 e2
i1
u1
e 1、 2 ：漏磁通产 e
生的感应电动势。
2.定子电路
e1
e 1
定子电路
e 2
R2
转子电路
U1m N1Φm N1Φm 2f1
E1 U 1 U 1m 2 4.44 f1 N1Φm
3.转子电路
（1）转子频率
N 2 ：转子线圈匝数 f 2 ：转子感应电动势的频率
f2
取决于转子和旋转磁场的相对速度
n0 n n0 n n0 f2 P P Sf1 60 n0 60
sR2U TK 2 R2 (sX 20TN
n n0
nN
O
S N Sm
1 S
O
T f (s ) 曲线
TN Tst Tmax T n f (T ) 曲线
（1）额定转矩 TN ：
电动机在额定电压下，以额
定转速
nN
n
0
n
nN
运行，输出额
定功率P2 时，电动机转轴 上输出的转矩。
第4章
电动机
电动机的作用
电动机：电能转换成机械能 发电机：其他形式的能量转换成电能 鼠笼式 异步机
交流电动机
同步机 直流电动机
绕线式
他励、并励、串励、复励
使用电动机驱动生产机械可：
（1）简化生产机械的结构
（2）提高生产效率和产品质量
（3）能实现自动控制
（4）实现远距离操纵 （1）基本结构 （2）工作原理 （3）机械特性 （4）起动、制动、反转、调速的基本原理 （5）应用场合和正确使用
磁场的转向与定子绕组中的电流相序有关。
取决于三相电流的相序。
iA
iB
iC
Im
iA
iC
iB
t
Im
t
n0
n0
改变电机旋转方向的方法：换接其中两相
3. 旋转磁场的极数
旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关
iA
A
Y
A
N
Z
iC C
iB
Z X Y B
C
B
S
X
此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角， 合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。
（1）Y－ 起动
Ul
I l
C Y
A Z A
Ul
B
X
I lY
C
Z X Y
B
正常运行
设：电机每相阻抗为
起动
I l
I lY
Ul 3 Z Ul 3Z
z
I lY 1 I l 3
Y－ 起动器接线简图
S
L3 L2 L1
U1 + + UP Ul ＿W2 U2
＿
FU
W1 L3 V2 U2 L2 V1 W2 L1 U1
e B l v
（右手定则）
l :导线长 B:磁感应强度 v:切割速度
N
n0 f
f B l i
（左手定则）
n
e i
S
1. 线圈跟着磁铁转
→两者转动方向一致 2. 线圈比磁场转得慢
n n0
异步
4.2.1 旋转磁场
1. 旋转磁场的产生 在三相异步电动机的定子铁心中放有三相对 称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称交流 电流，就可产生一“旋转磁场”代替演示实验中 的磁铁
W1
V2
V1
起动
U1
V1
W1
Y起动
增加。
n
n
0
性段
T
自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要 特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大 油门，才能带动新的负载。）
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 动特性好。 硬特性 （R2小）
n
软特性 （R2大）
T
0
不同场合应选用不同的电动机。如金属切削，选硬特 性电机；重载起动则选软特性电动机。
(2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R´2 , 可使Tst =Tmax 。
若 Tst > T2电机能起 动，否则不能起动。
起动能力 K st
Tst TN
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。 常用特
TL n S I 2 T 直至新的平衡。此过程中，I 2 时， I 电源提供的功率自动 1
U1 和 R2变化对机械特性的影响 (1) U1 变化对机械特性的影响
Tm U
T
T2 Tst
O
n0
n U U U N
R2 sm X 20 U 12 Tm K 2X 20
R2U 12 Tst K 2 2 R2 X 20
sR2 T K 2 U12 (2) R2 变化对机械特性的影响 2 R2 (sX 20 )
T KT mI 2 cos 2
其中：
I2
SE20 R (SX20 )
2 2 2
cos 2
R2
2 R2 ( SX 20 ) 2
U1 4.44 f1 N1Φm
代入可得
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
4. 4. 2 机械特性曲线
根据转矩公式 得特性曲线： T
T
TN
P2 P2 (千瓦) TN 9550 2nN nN (转 / 分) 60
（牛顿•米）
（2）最大转矩 ：Tmax 电机带动最大负载的能力。 如果 TL Tmax 电机将会 因带不动负载而停转。
n
0
n
T
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
求 解
Tmax
（2）转子电动势
E2 4.44 f 2 N2Φm 4.44Sf1 N2Φm
（3）转子电流
I2
其中
E2
2 2 R2 X 2
SE20
2 2 R2 (SX 20 )
X 2 2 f 2 L2 2 Sf1L2 SX20
E2 4.44 f 2 N2Φ 4.44 Sf1 N2Φ SE20 m m
旋转磁场的转速
n0 n 100% s n 0
异步电机运行中: 电动机起动瞬间:
s 1 ~ 9%
（转差率最大） n 0, s 1
4.3 三相异步电动机的电路分析
1. 三相异步电动机的“电－磁”关系
定子绕组相当于变压器原边绕组，转子绕组相当于副绕组。
T 0 S
Tmax
KU12
1 2 X 20
过载系数： 三相异步机
Tmax TN
1.8 ~ 2.2
（a）三相异步机的 Tmax 和电压的平方成正比，所 以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。 （b）工作时，一定令负载转矩 电机将停转。致使
TL Tmax ，否则
电机严重过热
i A I m sin t
iB I m sin t 120
iC I m sin t＋ 120
iA
A
iA
iB
iC
t
iC
iB
Z X Y
C B
Im
A
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Z
合成磁场方 向：向下
参考方向：绕组始 端到末端的方向
C
B
S
X
t 0
iA
同理分析，可得 其它电流角度下 的磁场方向
冲击而损坏，应设法减小。
4.5.2.三相异步机的起动方法
1. 直接起动 20-30千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。 方法简单，但起动电流较大，影响电网上其他负 载正常工作。 2. 降压起动 在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以 减小起动电流，鼠笼式电动机常用的降压起动方法有 Y－换接起动和自耦降压起动。
4.2.2 电动机的转动原理
在电动机定子绕组中通入三相对称交流电
流后，产生旋转磁场。
旋转磁场的磁力线切割转子导条，导条中
就感应出电动势。
在电动势的作用下，闭合的导条中就有电流，
该电流与旋转磁场相互作用，使转子导条受到电
磁力作用。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动 起来。
4.2.3 转差率
转差率：
同步转速：
原因：起动时 n 0 ，转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势 转子电流
定子电流
影响：
A 频繁起动时造成热量积累 B 大电流使电网电压降低
电机过热
（2）起动转矩
影响其他负载工作
起动时，虽然转子电流较大，但因转子的功 率因数很低，因此起动转矩并不是很大的，与额
定转矩之比为1.0-2.2。
如果起动转矩过小，就不能满载起动，应设 法提高；如果起动转矩过大，会使传动机构受到
N
S
S
N
Y
X
C
Z' A'
A
30
NZ
C' S
n0
X'
X
N0=60f/2（转/分）
C S
ZN '
t 60
A'
所以，旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1 和磁场的极对数P，可推出：
60 f n0 (转/分） p
极对数
n 每个电流周期 磁场转过的空间角度
( f 50Hz)
e1 、 2 ：主磁通产生 e
的感应电动势。
R1
i2 e2
i1
u1
e 1、 2 ：漏磁通产 e
生的感应电动势。
2.定子电路
e1
e 1
定子电路
e 2
R2
转子电路