电机与拖动基础 第六章 赵君有 中国水利水电出版社
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《电机与拖动基础》习题解答.docx《电机与抱助基珊》习题解答第一章直流电机原理P33 1-21-台并励肓流发电机P V = 16W, S=230V,/厂69.6A,g=1600r/min,电枢冋路电阻R 厂0.128Q,励磁冋路电阻心=1500,额定效率仏=85.5%. 试求额定T 作状态下的励磁电流、电枢电流、电枢电动势、电枢铜耗、输入功率、电磁功率。
解：/炉=字=瞥R.53A仃厂/斗+/外=69.6+1.53=71.13/1K （ 1J\JE (I N =U N + I aN R a =230+ 71.13x0.128 =239.1 VPcua = /^2 /?a = 71.132 x0.128=647.6W E aN 7,jV = 239.1 x 71.13 = 17kW1-29并励有流发电机P N =7.5kW, U N =220V, I n =40.GA, n N =3000r/min,Ra=0.213定励磁电流/刖=0.683A,不计附加损耗，求电机工作在额定状态下的电枢电流、额定效率、输出转矩、电枢铜耗、励磁铜耗、空载损耗、电磁功率、电磁转矩及空载转矩。
解：I a = I N ? /刖=40.6-0.683=40/1Pi=U N g = 220 X 40.6 =8932W^=7X 100%=^X ,00%=84%p (^=//Ra=402x0.213=341 IVp cuf =［建? R 『=U “= 220 x 0.683 =1501^P O = P\—P N — %厂 P 呵=8932 - 7500-341-150 = 941P 厂 P\— P cua 一 Pc U f = 8932 - 341 -150 = 8441 W C9550 也~=9550 冬丝=27N -mzz v 3000 7； =T-T 2 =27-24=3 N ? m第二章电力拖动系统的动力学P482-9负载的机械特性又哪几种主要类型？各有什么特点？答：负载的机械特性有：恒转矩负载特性、风机、泵类负载特性以及恒功率负载特性，其中恒转矩负载特性又有反抗性恒转矩负载与位能性恒转矩负载，反抗性负载转矩的特点是它的绝对值大小不变，但作用方向总是与旋转方向相反，是阻碍运动的制动性转矩，而位能性转矩的特点是转输出功率p 1N = ^L16 1685.5% 85.5%7； =9550厶 5 =9550x^-=24/V ?加3000 Rf220-0.683= 322Q矩绝对值大小恒定不变，而作用方向也保持不变。
电机及拖动第四版第6章同步电机及同步电动机的电力拖动
教学目的与要求：
1 2 3 掌握同步发电机的基本工作原理和分类 了解同步电机的主要结构 掌握同步电机的额定值,了解励磁方式
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
６.1.1 同步电机的基本工作原理与分类
Operating principle and classify of synchronous generator
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
６.1同步电机的基本工作原理与结构 Basic operating principle and structure of synchronous generator
教学内容：
6.1.1 同步电机的基本工作原理和分类 6.1.2 同步电机的基本结构 6.1.3 同步电机的额定值及励磁方式
6.1 同步电机的基本工作原理与结构 6.2 同步发电机的空载运行 6.3 同步发电机的电枢反应与机电能量转换 6.4 同步发电机的负载运行 6.5 同步发电机的并联运行 6.6 同步电动机和同步调相机 6.7 同步电动机的电力拖动 思考题与习题
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
基本要求： 1.掌握同步电机的基本工作原理，了解凸极机和隐极机的基本 结构特点并熟悉同步电机的额定值； 2.掌握对称负载运行时的电枢反应和机—电能量转换关系； 3.了解同步电机中各种电抗的物理意义及大小关系； 4.了解同步电机的电动势方程式、相量图和等效电路； 5. 掌握三相同步发电机的功率、转矩和运行特性； 6. 掌握三相同步发电机的并联运行的条件与方法，有功功角特 性及有功功率的调节，无功功率的调节及V形曲线； 7. 掌握三相同步电动机的功角特性、矩角特性与V形曲线； 8. 对同步调相机作一般了解； 9. 了解同步电动机的起动、调速。
电机与拖动基础6
三相同步电机的电磁关系
• Fa的分布波形，可以了解到磁密波形的畸变是由于凸极结 构造成的 • 将Fa分解成为直轴分量Fad和 交轴分量Faq。相应的电流 为直轴电流Id和交轴电流Iq。Fa Fad Faq I I d I q • 直轴和交轴磁动势产生相应磁通和感应电动势，有 Ead jId x ad Eaq jI q xaq xad xaq
额定数据之间满足下列关系式：
对于三相同步发电机：
PN S N cos N 3U N I N cos N
对于三相同步电动机：
PN 3U N I N cos N N
三相同步电机的电磁关系
• 同步电动机的磁动势 • 当同步电动机的定子三相对称绕组连接到三相对称电源上 时，就会产生三相合成旋转磁动势，简称电枢磁动势，用 空间矢量Fa表示。 • 设电枢磁动势Fa 的转向为逆时针方向，转速为同步转速。 在同步电动机负载运行时，其转子也是逆时针方向以同步 转速旋转。由直流励磁电流If 产生的磁动势称为励磁磁 动势，用Ff 表示，它也是一个空间矢量。电枢磁动势Fa 与励磁磁动势Ff ，两者都以同步转速按逆时针方向旋转， 但是两者在空间的位置不一定相同。 • 这里规定两个轴方向：转子N极和S极的中心线称为直 轴或纵轴，简称d 轴；与直轴相距90空间电角度的方向 称为交轴或横轴，简称q 轴。直轴和交轴随转子一同旋转
三相同步电机的电磁关系
• 电动势平衡方程式
U E 0 E a E I ra E 0 j I xa j I x I ra • E0—励磁电动势；Ea—电枢反应电动势；Eδ—漏磁电动 势 • 根据电动势平衡方程，可以作出同步电机相矢图
电机及拖动基础第六章B
电机与拖 动基础
21世纪高等学校规划教材 张方 谢胜利 世纪高等学校规划教材
电机与拖 动基础
利用变压器设定电磁量正方向的方法 对每相定子电路含有的各个量（ 对每相定子电路含有的各个量（ Ù1、 Đ01Rl、 öσ1、ö1 ）的正方向予以设定 后，根据回路电压定律可列出定子电 路的相电压方程为 & & & & （6—32） ） U1 = − E1 − E1 + I1R1 式中－ 、－ö 是两个物理量， 式中－ö1 、－ σ1是两个物理量，工 程计算不方便，故要用等效法将其变 程计算不方便， 换成电路模型元件上的压降。 换成电路模型元件上的压降。
额定负载时的转差率
n1 − n 600 − 570 s= = = 0 .05 n1 600
三相异步电动机的空载运行指定子加 额定电压，转轴上不接负载时的运行， 额定电压，转轴上不接负载时的运行， 即电机在空转。 即电机在空转。
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电机与拖 动基础
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2．异步电动机转子静止时的电磁关系 ．
电机与拖 动基础
异步电动机三相对称的定子绕组接 三相对称电源后构成三相对称电路， 三相对称电源后构成三相对称电路， 在电动机的定子绕组中流过对称的 三相电流， 三相电流，并在电动机的气隙中建 立旋转磁场。 立旋转磁场。 三相之间互差1200电角度，因此对 电角度， 三相之间互差 其中一相电路（可以设为U1U2相） 其中一相电路（可以设为 相 进行研究就可以了。 进行研究就可以了。
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《电机与电力拖动基础》教学大纲.doc
《电机与电力拖动基础》教学大纲课程名称：电机与电力拖动基础适用专业：电气工程及其自动化、自动化专业学时数：64 (48) 讲课：54 (42) 实验：10 (6) 学分：4 (3)编写人：段振刚审核刘翠玲一、课程的，性质和目的本课程是电气工程及其自动化、自动化专业的一门专业技术基础课。
包括“电机学”，和“电力拖动”等基础课的主要内容、既研究电机与电力拖动系统的主要内容，又研究其联系生产实践的实际问题。
本课程的目的是使学生掌握常用的直流电动机、交流电机、变压器的基本结构、工作原理以及电力拖动系统的运行性能、分析方法与实验技能，为学习” 电气控制与PLC”等专业课准备必要的基础。
二、课程教学内容和要求第1章绪论主要内容：电机技术的发展概述、本课程的性质及内容安排、本课程常用物理概念和定律要求：了解电机技术的发展概述，本课程的性质及内容安排，掌握本课程常用物理概念和定律。
第2章直流电机原理主要内容：直流电机的用途及工作原理、直流电机的结构与型号、直流电机的磁路、空载磁势的气隙磁密与空载磁化特性、直流电机的电枢绕组、电枢电动势与电磁转矩、直流发电机和直流电动机运行原理、他励直流电动机的机械特性、串励和复励电动机、直流电机的换向问题。
要求：了解直流电机的主要结构。
理解直流电机的基本工作原理，额定值及重要系列产品。
了解直流程电机的磁路：空载时气隙磁通密度的分析波形与空载磁化特性，直流电机的电枢绕组：单叠绕组，单波绕组。
掌握直流发电机的运行原理；直流发电机的运行特性。
直流电机的可逆性；直流电动机的基本方程式；直流电动机的工作特性；他励直流电动机的机械特性；串励和复励直流电动机。
了解直流电动机的换向理论；改善换向的措施。
第3章直流电机的电力拖动主要内容：电力拖动系统动力学、他励直流电动机的起动、他励直流电动机调速、他励直流电动机的电动与制动运行、电力拖动系统的过渡过程。
要求：理解电力拖动系统的运动方程式，工作机构转矩和飞轮矩的折算。
课程开始
• 对同步发电机、变压器的分析要求较深入， 又考虑了电气技术、自动化专业方向后续 课程“电力拖动控制系统”、“现代电气 控制技术”等课程对电力拖动知识要求较 高的需要。
• 本书可作为电气工程与自动化、自动 化等专业“电机与拖动基础” 课程或电气 工程及其自动化“电机学”课程的教材， 也可供有关科技人员参考。
•
本课件的制作指导思想是：借助计算机 多媒体工具，忠实体现教材的教学思想和主 要内容，以丰富教师的教学手段，丰富学生 的课堂感官，更好地实现寓教于乐，为学生 更好地学习和理解教材的内容提供帮助。
在内容上，本课件适用于80学时左右的 课堂教学，欢迎使用者提出宝贵意见。
电机与拖动基础
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多媒体课件
• 西华大学电气信息学院
• 《电机与拖动基础》课程组制作
前
言
本书为普通高等教育“十二五”规划教 材，由张广溢、祁强、李伟编写，中国水 利水电出版社出版。 全书包括“电机学”、“电力拖动基 础”和“控制电机”三门课程的主要内容， 合并称为《电机与拖动基础》，是专为电 气工程与自动化专业而编写的，它既考虑 了电力系统及其自动化专业方向后续课程 “电力系统分析”、“电力系统继电保护” 等课程
主要内容
绪论 第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章
直流电机的运行原理 他励直流电动机的起动、制动和调速 变压器的运行原理 变压器的不对称运行和瞬变过程 交流电机电枢绕组的电动势与磁动势 异步电动机的运行原理
第7章 第8章 第9章 第10章第11章 附录
三相异步电动机的起动、制动与调速 同步电机的运行原理 同步发电机的不对称运行和突然短路 电力拖动系统电动机的选择 微特电机与控制电机 MATLAB/SIMULINK及其应用简介
汪沟煤矿9号煤层可采性分析
沉积岩中所特有的同生变形构造——重荷模构造 。 Ｋ 石灰岩的新鲜面深灰色 ， 隙面 、 裂 底面为浅土黄 色、 浅褐黄色 ， 质硬 ， 裂隙发育 ， 尤其以 Ｎ Ｅ向裂隙发 育， 裂隙延伸长 ， 隙间距 ４ ～０ｃ 裂 ０ ｍ ８ ｃ ｍ不等 ， 间 其 发育有延伸较短的 Ｎ 向相问裂隙。 Ｗ
不膨 胀 ， 硬 。 质 ２４ ９号煤 层和 １ ． ０号煤层 关 系
Ｋ 石灰岩为 ９ 号煤层直接顶板 ， 巷道揭露处所
９ 号煤层 与 １ 号煤层间距 １ ０ ０ ． １ ｍ左右 。对于
收稿 日期 ：０ ０— ８ ２ １－ ２ ２ １
作 者简介 ： 交成（ ９ ８ ） 男 ， 贾 １６ ～ ， 山西运 城人 ， 本科 ， 工程师 ， 事煤 田地质 工作 。 从
摘
要： 通过 井下实地调查 ， 综合分析 了汪沟煤矿 ９号煤层原始沉积厚度 、 后期煤层 自燃、 下伏 １ ０号煤层开采
起 冒落综 合 影 响 ， 导致 ９号煤 层 不 可 采 。 关键词 ： 汪沟 煤 矿 ； 煤 层 ； 采性 ９号 可 中 图 分 类 号 ：Ｄ１３．；４ ３８ Ｔ ６＋ Ｆ０ ． １ 文 献标 识 码 ： Ａ
２３ ９号煤 层直接 底 板 ： 岩 ． 泥
接揭露 ９号煤层到 Ｋ 石灰岩底 ， 巷高 ３ ０ ． ２ ｍ左右 ，
揭 露 中发现 ９号 煤层 厚度 ０～０９ 成为不 连续 的 ． ｍ， ５
串珠状 ， 局部变 为灰 白色煤灰 ， 大部有煤层燃烧 的 痕迹 ， 使其 变为不 可采煤层 ， ９ 且 号煤层底板 泥岩 裂 隙由发育到极度发育 ， 裂隙极度发育处裂隙面多
炭质 泥岩 ０６ ． ５ｍ。２烘烤 过 的煤层 样 ： ） 黑色 ， 黑 褐
色 ， 玻璃 光 泽 ， 块状 ， 隙发 育 ， 弱 碎 裂 条带 状 结 构 ， 以 半 亮煤 为主 。顶 部煤 层变 为黑 色粉 末状 夹灰 白色 细 线， 无光 泽 。 煤层厚 度 ０４ ３燃烧 过 的煤层 样 ： ． ｍ。 ） ５ 灰 黑 色 ， 末状 ， 粉 夹灰 白色 细线 ， 光 泽 。厚度 ０２ 无 ．０ｍ 左右 ， 已经 过燃烧 ， 为 高灰炭 泥 。 变
绪论-《电机与拖动基础》
3.电磁力定律：
载流导体在磁场中要受到力的作用，方向 用左手定则判定。
f=Bil 在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力 将使转子受到一个力矩，我们称之为电磁转矩。 电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。
0.5电机中所用的主要材料：
已经知道电机是进行机电能量转换或信号转换的机 械电磁装置，由此，电机中所用的材料无外乎： 1）导电材料：构成电机中的电路系统，为了减少损 耗，要求材料的电阻率小，常用的有紫铜和铝。 2）导磁材料：构成电机中的磁路系统，要求材料具 有较高的导磁率和较底的铁耗系数，常用硅钢片、 钢板和铸钢。 3）绝缘材料：作为带电体之间及带电体与铁心间的电 气隔离，要求耐热好，介电性能高。
磁路的材料不同，其导磁性能也不同。
铁磁材料的特点：
（1）磁导率随着外加磁场的变化而发生相应的变化， 存在磁饱和现象。 （2）在交变磁场的作用下，存在磁滞和涡流现象， 在铁磁物质内产生能量损耗，即铁耗。
绪论
0.1 电机及电力拖动系统概述
电机是利用电磁感应原理工作的机械。 电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有发电机、 电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分， 有变压器和旋转电机。
两种方法归纳如下：
电机
变压器 直流电机
交流电机
控制电机
直流发电机
直流电动机 同步电机
同步发电机 同步电动机
e d N d
dt
dt
分类：根据原因的不同，感应电动势可分为以 下 两类： 1）切割（运动）电动势：指线圈不动，跨接在线 圈上的导体运动，使得穿过线圈的磁通随着时间 的变化而变化。此时的e叫做切割电动势e=Blv,方 向由右手定则判定。
电机与拖动基础习题1(第3-6章)
电机与拖动基础习题1（第3-6章）第三章：直流电机原理一、简答题：1、换向器在直流电机中起什么作用在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。
在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。
2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值3、直流电机主磁路包括哪几部分磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁轭。
磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。
4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向如何改变他励直流电动机空载运行时的转向通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。
改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。
5、直流发电机的损耗主要有哪些铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗电枢铜损耗随负载变化吗直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。
铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。
这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。
当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。
它与负载的变化几乎没有关系。
电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。
电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。
6、他励直流电动机的电磁功率指什么在直流发电机中，电磁功率指的是由机械功率转化为电功率的这部分功率。
《电机与拖动基础》课程教学大纲
《电机与拖动基础》课程教学大纲课程代码：0806303022课程名称：电机与拖动基础英文名称：Fundamentals of Electric Machinery and Drive总学时：56 讲课学时：48 实验学时：8学分：3.5适用对象：自动化专业先修课程：高等数学、大学物理、电路原理一、课程的性质、目的和任务本课程是自动化专业各专业方向的专业基础必修课程。
通过本课程的教学，使学生掌握常用交、直流电动机，部分控制电机及变压器等的基本结构与工作原理、电力拖动系统的运行原理及性能，训练和培养学生使用电机、控制电机和选择电机的能力。
为学生学习后续课程以及从事与本专业有关的工程技术和科学研究打下必要的基础。
二、教学基本要求通过本课程的学习，学生应达到下列要求：1．能够了解不同电机的工作原理，熟悉电机的基本公式，等效电路，具有把变压器和三相异步电动机转化为等效电路的能力。
2．掌握交直流电动机的机械特性和分析电动机运行状态的方法与基本理论。
3．掌握交直流电动机调速的基本原理、方法、应用及经济指标。
4．掌握交直流电动机起动的原理、方法及应用。
5．掌握选择和应用电机的原理与方法。
6．掌握电机及电力拖动系统的实验方法与技能，并且有熟练的运算能力。
7．了解电机及电力拖动的发展方向。
三、教学内容及要求1．绪论部分了解本课程的性质和任务；认识电机及拖动在国民经济中的地位、作用及国内外发展概况；了解电机的典型使用方法；了解电机的主要分类和机电能量转换的基础知识；熟悉并巩固本课程中常用的基本电磁定律并掌握铁磁材料的基本特性。
2．直流电机部分（1）理解直流电动机的工作原理，了解直流电动机的结构。
（2）掌握直流电动机的铭牌数据，了解直流电动机的主要系列。
（3）掌握直流电动机电磁转矩和电枢电势的计算方法和计算公式并能够熟练运用。
（4）理解直流电动机的空载磁场，负载磁场和电枢反应。
（5）掌握直流电动机的平衡方程，了解直流电动机的运行原理，对电动机运行过程中负载、电枢电流、转速及效率等物理量的关系有一定的了解，为学习电机拖动打下基础。
电机与拖动第6章
（2）绘制槽电动势星形图
C
32 31 14
13
30 12
X 2911
33
15 34 16
Y
35
17
18 36
28 10
27 9
8 26
B
7 25 6
24
20° 1 19
2 20
3
A
21
4
5 22
23
Z
36
交流电机电枢绕组
（2）绘制槽电动势星形图 在双层绕组中，上层线圈边的电动势星形图与下
层边的电动势星形图是相似的，其差别在于下层边的 电动势相量相对于其对应的上层边的电动势相量位移 了 y11 电角度。
将各线圈上层边的电动势相量减去其对应的下层 边的电动势相量就构成了所有线圈的电动势星形图。 在该电动势星形图中，相邻两线圈的电动势相量的相 角差仍然是 1 。
37
交流电机电枢绕组
（2）绘制槽电动势星形图
假定所有线圈以上层边来编号，并与槽号一致， 则槽电动势星形图与线圈电动势星形图一致，
所不同的是单位相量所代表的电
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Y
B
41
交流电机电枢绕组
（5）绘制绕组展开图 将A相绕组右移240°电角度（即12槽），可得到
C相绕组。
C
动势的值变了，但对于画展开图 无影响。 （3）分相
按60°相带法分相。
32 31 14
13
30 12
X 2911
28 10
27 9
电机与拖动基础答案(第四版)6-12章
图 6.1 6.4 交流电机电枢绕组的导体感应电动势有效值的大小与什么有关？与导体 在某瞬间的相对位置有无关系？ 答 根据一根导体基波电动势有效值的计算公式 Φ 可以知道， 它与交流频率 及气隙每极基波磁通量 Φ 的大小成正比，与导体在某瞬 间的相对位置无关。 6.5 六极交流电机电枢绕组有 54 槽，一个线圈的两个边分别在第 1 槽和第 8 槽， 这两个边的电动势相位相差多少？两个相邻的线圈的电动势相位相差多少？画 出基波电动势相量图，并在相量图上计算合成电动势，从而算出绕组短距系数 和分布系数。 答 电机的槽距角为 α 空间电角 度。一个线圈的两个边分别放在第 1 槽和第 8 槽，相距 7 个槽，节距 α 空间电角度)，因此，这两个边的电动势相
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大
(5)
最大幅值为 F 的两极脉振磁通势，空间正弦分布，每秒钟脉振 50 次。可
以把该磁通势看成由两个旋转磁通势 和 的合成磁通势：旋转磁 通势幅值 和 的大小为，转向，转速为 极数为，每个瞬间 与 的位置相距脉振磁通势 F·的距离（电角度）. (6) 三相对称绕组通入电流为 ω ω ω 。合成磁通势的性质是, 转向是从 绕组轴线转向转向。若 f=ω π 电机是六极的，磁通势转速 为 。当 ω 瞬间，磁通势最大幅值在轴线处。 (7) 某交流电机电枢只有两相对称绕组，通入两相电流。若两相电流大小相等， 相位差 电机中产生的磁通势性质是。若两相电流大小相等，相位差 磁通势性质是。若两相电流大小不等，相位差 磁通势性质 为。在两相电流相位相同的条件下，不论各自电流大小如何，磁通势的性质为. (8) 某交流电机两相电枢绕组是对称的，极数为 2。通入的电流 领 ，合成磁通势的转向便是先经绕组轴线转 电角度后到绕 先 组轴线,转速表达式为 (9) 某三相交流电机电枢通上三相交流电后，磁通势顺时针旋转，对调其中的 两根引出线后，再接到电源上，磁通势为时针转向，转速变。 (10) 某两相绕组通入两相电流后磁通势顺时针旋转，对调其中一相的两引出线 再接电源，磁通势为时针旋转，转速变。 答 (1) 9.66; π 脉振； 两极，50 次； 12F，相反，3000, 2，相等； 旋转磁通势， 、C、 相绕组； 圆形旋转磁通势，椭圆形旋转磁通势，椭圆形旋转磁通势，脉振磁通势；
电动机及拖动基础件课件第6章同步电动机
3、同步电动机功角和矩角特性的应用：从上图 可见：调节功角的大小，可以调节电动机和发电 机的最大输出功率和转矩。以及电机的稳定运行。
23
6。4。4 同步电动机和发电机的稳定运行
24
1、由上图可见:同步电动机和同步发 电机分别在-90<θ<0度和0< θ<90度 之间进行功率和转矩的调节都是稳定 增加的.在此范围之外随着θ的减小或 增加,功率和转矩超过最大值Tmax、 Pmax后，就将不断下降，使工作不 稳。
A）当调节励磁电流If,使cosΦ=1,U、I同相 时，电动机从电网吸收无功能量，称为 正常励磁状态，对应反电动势-E0。
29
（B）当增加If时，-E0也增加，cosφ= cos（+φ） <1,I超前 U，电动机从电 网吸收超前的无功分量。则提供滞后 的无功分量。起到补偿电网功率的作 用。称为过励磁状态。
不变磁场在气隙中的影响，称为该同步 电动机的电枢反应。 2、电枢反应的作用和影响 1）设电枢电流为I，电枢反应产生的电动 势与每相电枢绕组的合成气隙的电动势 为E0，
10
2）当I和E0(合成电动势)同相时，有 交轴反应
3）当I超前-E0时。直轴反应起去磁作 用。
4）当I滞后-E0时，直轴反应起增磁作 用。
P2 100 % P2 100 %
P2 P
P1
P1 m 1U N I cos N
27
6。5 同步电动机的功率因数的调节 6.5.1 功率因数的调节 1、为什么要调节功率因数？
当同步电动机或发电机和大电网连 接时，由于大电网中有变压器、大 母线的电抗Xe=XT+XL存在。
28
大电抗使电流、电压相位产生超前滞后等 作用，使进入电动机的（励磁）电流I变 为有功和无功两种分量（Id和Iq）。所以 电动机不仅要从电网吸收有功功率P1， 还要从电网吸收无功功率PQ。因而使电 网的功率因数降低，而且对电动机的励 磁不利，产生欠励磁；因而需要补偿。 维护电动机的正常运行。
电机与拖动 第六章
第六章 交流电机电枢绕组的电动势与磁通势同步电机（同步发电机、同步电动机）交流电机异步电机（异步发电机、异步电动机-感应电动机）同步电机与异步电机的定子绕组结构相同，转子结构不同。
本章介绍交流电机的共同点：电动势、磁通势、电枢绕组6.1交流电机电枢绕组的电动势以交流同步发电机为例，所得结论都能应用于异步电机。
6.1.1导体电动势同步发电机模型定子（固定不动），安放电枢绕组，图中导体A 转子（可以旋转），安放主磁极，N 极与S 极原动机拖动主磁极以转速n 相对于定子逆时针方向旋转，相当于导体A 相对于主磁极顺时针方向旋转，根据电磁感应定律导体A 中会感应电势。
将电机展开得到气隙磁通密度沿转子磁极表面的分布气隙磁通密度波形取决于转子磁极形状， 在同步发电机中尽量使得气隙磁通密度波 形为正弦形，磁极采用不均匀气隙。
αsin m x B B =, m B −气隙磁密幅值（最大值）α−距离坐标原点x 处的电角度，一对极距离为360o or 2π α=ωt,lv B E m m = −感应电动势幅值, E −感应电动势有效值常用物理量的计算1.机械角度β与电角度α的关系机械角度β是空间实际角度， 电机转一圈，β=360o ； 电角度α=p β； 2极电机p =1电机转一圈α=β=360o 4极电机p =2电机转一圈α=2β=720o 2.电动势频率f （每秒基波电动势变化的周波数）Hz （周/秒）3.电角速度ω与机械角速度Ω的关系（每秒钟转过的孤度或电角度） 4.电动势频率f 与电角速度ω的关系ω=2πf rad/s 也是导体A 感应基波电动势变化的角频率。
5.基波电动势幅值E mlv B E m m =,6.1.2整距线匝电动势eA 与eX 空间位置相距一个极距，一个在N 极下，另一个在S 极下，大小相等。
整距线匝基波电动势为：X A T e e e -=∙∙∙-=X A T E E EΦ==f E E A T 44.426.13整距线圈电动势N y 匝串联组成一个线圈，整距线圈基波电动势为：Φ=y y fN .E 4446.14短距线圈电动势设线圈节距 τπy y y ==1,短距:10<<y ，整距:1=y基波短距系数，整距 k y =16.1.5整距分布线圈组的电动势相邻线圈的槽距角（电角度）∙∙∙∙++=321y y y q E E E E整距集中绕组的电动势整距分布线圈组的电动势k q 为基波分布系数若有q 个线圈分布，基波分布系数为d y q k E q E ⋅⋅=,称为每极每相槽数 分布线圈组的基波电动势为: Φ⋅⋅⋅⋅=d y q k qN f .E 444 分布短距线圈组的基波电动势为:Φ⋅⋅⋅⋅=Φ⋅⋅⋅=dp y d p y q k qN f .k k qN f .E 444444 p d dp k k k = 称为绕组基波系数举例：p=2,Z=36 每线圈基波电动势E=15V y , 求k d , E q分布线圈组的基波系数分布线圈组的基波电动势 V ..E k q E y d q 5431596703=⨯⨯=⋅⋅= 相绕组的感应电动势Φ⋅⋅⋅⋅=Φdp k N f .E 444 N 为每相绕组的串联匝数对于单层绕组对于双层绕组a 为绕组并联支路数6.2交流电机电枢绕组 6.2.1三相单层绕组 1. 三相单层集中整距绕组∙A E 领先∙B E o 120时间电角度 ∙B E 领先∙C E o 120时间电角度2. 三相单层分布绕组例：Z=24,p=2, 连成三相单层分布绕组 (1) 相邻两槽之间的槽距角α（电角度）o Z p 30243602360=⨯=⨯=α (2) 画基波电动势星形相量图(3)按60o 相带分相每极每相槽数 (4)画绕组连接图(5)确定绕组并联的路数一路串联（实线）: X 1接A 2，A 1头，X 2尾。
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60 f1 n n1 p
TL 磁场拉力增加 Tem
N n1 q T d
45 Tem Tm
θ
d S
T q n1
磁阻电动机不能自 行起动→转子上另 设起动绕组。
二、磁阻电动机的转子结构
转子由非磁性的材料，钢片、铝、铜等 组成。 铝、铜可以起到笼型绕组的作用→作起 动绕组。
N
q
S
双边励磁的同步电动机两种结构
定子 定子
凸极转子
N N n1 S S 集流环 集流环
隐极转 子
n1
S
N
凸极式
隐极式
三、同步电动机电磁功率公式
d
凸极式（转子）
n1
N
当定、转子处于图示位置
n1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
S q N
气隙小，磁阻小，
电抗Xd大 ，转过90º 时，
气隙大，磁阻大， 磁导小→Xq小
S
略去定子绕组电压降：定子电压平衡方 程式
10U d n
r 3 pN1k w1 cos( 0 ) cos 2 2 d I d R r r Ces cos( 0 ) cos 2 2
改变α角，实现调速。
（二）运行特性
1 .转矩特性
P2 ( d I d R ) I d Tem 2n 60 3 3 Tem N1k w1 pI d cos( 0 ) cos 2 2
1.普通直流电机 的工作原理
Ba Bf S N n
2.反装式直流电动机 的工作原理
根据左手定则，电枢绕组产生最大的电 磁转矩，要使电枢绕组顺时针方向转动， 电磁转矩的反作用力，迫使磁极逆时针 方向转。
N n Bf Ba S
n N Bf N Bf Ba S n Ba S
n
Ba与Bf保持垂直→Tem=Tm
I gm I cos( m m )
I dm X d E0 U1 cos m
Pem P mUI cosm 1 mUI cos[( m m ) m ]
I gm X q U1 sin m
Pem m UI cos( m m ) cos m m UI sin( m m ) sin m
Pem1 Pem=0
同步电机过励，
向电网输送无功电流， 提高功率因数。
滞后 超前 If0 过励 If
0 欠励
五、同步电动机的起动
当转子与定子磁场相对静止时，定子磁场 才能拉着转子旋转。
S n1 Tem S n1
N N
N
Tem S
N
S
所以同步电动机不能自行起动。
同步电动机的起动方法
1.变频起动法 起动时让f1从0逐渐增加。 2.同步电动机的转子上装置阻尼绕组 （装在极靴上） 方法：异步起动后，牵入同步运行。
重点：步进电动机的工作原理 矩频特性 矩角特性 负载能力
一、概述
步进电动机：数字控制系统中的一种执 行元件，将脉冲信号转换 为相应的角位移或直线位移。 每输入一个脉冲， 电机前进一步。
1.步进电动机的特点
（1）可用数字信号直接进行开环控制，整体系统 简单、廉价。 （2）位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不 长期积累，可以组成较简单而又具有一定精 度的开环控制系统，也可在要求更高时组成 闭环 控制系统。 （3）电机本身部件少，可靠性高。 （4）易于起动、停止、正反转及变速，响应性好。 （5）停止时，可有自锁能力。
系 统
图
（一）永磁同步电动机— 直流无刷电动机
定子：三相对称绕组，接成Y或△， 称为电枢绕组→产生同步旋转磁场。 转子：高磁能积的稀土磁性材料 →永磁转子。 分类：按定子三相电枢绕组所加电压波形分： 正弦波驱动和方波驱动* 方波驱动控制简单，成本低
（二）定子电枢绕组的开关控制
三相绕组接成Y或△。 由转子位置检测器决定晶体管的导通、关 断。
n
d
3000 2000 1000
60o
45o
30o ε0=00。
0
100 200 Ea/V
3.机械特性
n
d
r r C es cos( 0 ) cos 2 2 R Tem r 2 2 2 r CTS cos ( 0 ) cos 2 2
与直流伺服电动机 Ua Ra n T 2 em Ce Ce C r
四、同步电动机的V形曲线 与功率的调整
（一）V 形曲线
U U N，f f N，P2 c I m f ( I f ) 假设：（1）不计P ，PFe，Pm， cu （2）（隐极机） X d X q X t E0U P1 Pem m UI cos m m sin m c Xt E0 sin m c及I cos m c
2.步进电动机的应用 广泛应用于于计算机的磁盘驱动器，绘图仪， 自动记录仪，数控机床。 3.一般工作机械对步进电动机的要求 （1）调速范围宽，尽量提高最高转速以提 高劳动生产率。 （2）动态性能好，能迅速起动、正反转、 停转。 （3）加工精度较高。即要求一个脉冲对应的位 移量小、并要求精确、均匀。这就要求步 进电动机步距角小、步距精度高、不丢步 或失步。 （4）输出转矩大，可直接带动负载。
V6
IC
Ba
BB Ba
BA
BC BC
BA
Bf
Bf
电枢三相绕组的电流波形
三、三相永磁同步电动机的调 速方法及运行特性
（一）转速公式及调速方法 设：
u A 2U sin t 2 u B 2U sin(t ) 3 4 uC 2U sin(t ) 3
Ud
3 6
U cos( 0 r ) cos(r ) 2 2
步进电动机
机床工作台 指令 微电脑及电源 控制电脉冲 丝杠
传动齿轮
二、步进电动机的工作原理
根据 U E0 jI m X t
可得图示特性曲线
Ù jİMxt M İM Ė0 İM
jİMxt Ù
Ė02
Ù
jİMxt
M İM Ė03
M
İqM
M
M
I f I f1 E0 E01 I Im
I f I f 2 I f1 E o 2 E 01 过励 m 0
I f I f 3 I f1 E 03 E 01 欠励 m 0
İqM
I f I f1 E0 E01 I Im
m 0 cos m 1 m
IM
Pem2>Pem1>Pem Pem2
调节If→P1q变→cosM (二）功率因数的调整
不稳定 cosM=1
Bf与Ba同方向→Tem=0
若Bf与Ba之间保持一定的夹角， 电机继续 旋转。
（二）三相永磁同步电动机 的工作原理
转子位置传感器检 测转子的实际位置 →控制电子开关中 晶体管的通断→ 磁场方向变→Tem →电机旋转。
Ud
V1 1b V3 V5 V2
A
V4
n
V6 6b V1b V6b
N
S
B
C
晶体管控制电路 转子位置传感器
S1 A B S2
+ 5~10Rrf
C
第二节 三相永磁同步电动机
三相永磁同步电动机：无换向器电动机 或直流无刷电动机 特点：结构简单，无机械换向器， 具有硬机械特性。 一、永磁同步电动机的基本结构 组成：电机本体、转子位置传感器、电 电源 子开关
控制信号
电子开关
MS 3~
输出
BQ
无刷直流电动机的外形图
１.V2.V3导通，→Ba与Bf垂直→Tem=Tm 2.V4.V5导通， →Ba转过1200→Tem=Tm 3.V6.V1导通， → Ba再转过1200 →Tem=Tm
V1 V2 V1 Bf V4 IB V3
0 Bf N n 0
IA
S
IA Ba I V5 C
0 S
Ba
n N
Bf
IB
S
N
n
Ba
Bf
BB Ba
凸极： U E0 jI dm X d jI gm X q 隐极： U E0 jI m X Xd Xq X
d İdM
İ
M M İqM
Ù jİqMxq jİdMxd q
d 轴
IdM：定子相电流的直流分量。 IqM：定子相电流的交轴分量。 I dm I sin( m m )
重点：同步电动机的工作原理 同步电动机的起动
无刷直流电动机的结构特点
工作原理
步进电动机的工作原理
运行特性
第一节 同步电动机的 工作原理
同步电动机 n=ｎ1= 60f1/p
一、三相异步电动机的同步运行
1. 异步电动机的工作原理： n<n1→E2s→I2s→Tem n=n1→Tem=0 2. 异步电动机的同步运行：
光电二极管（固定）
发光二极管（固定） 遮光盘 （旋转）
A相
B相 R相 （基准）
（２）绝对码式：
光电码盘的码按照 二进制读数设计。 2.旋转变压器 光电码盘易受电气 “噪声”的干扰。 旋转变压器的定子、 转子均有二相交流绕 组。 3.霍尔位置传感器
二、三相永磁同步电动机 的工作原理
（一）反装式直流 电机的工作原理
钢
轴
铝
三、开关磁阻电动机
组成：电机本体，转子位置传感器，电 子开关电路。
电源
控制信号
电子开关电路
RM
输出
BQ
有6个定子磁极，四 个转子磁极 定子1通电，转子的 d轴与定子1的轴线 重合。 改变通电相→转子 位置移动。 改变相电流脉冲频 率→n变化。