电工学(第七版)上册秦曾煌第八章
电工学(第七版上册)秦曾煌主编
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1 0 B A S E - T w a ll p la t e
开关
灯泡
电 池
导线 实际电路
开关 S
电
RS
池
US
导线
电路模型灯泡 R源自1.2 电流和电压的参考方向
i(t)limΔqdq Δt0 Δt dt
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电流强度定义说明图
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单位：A（安培） kA、mA、A
1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6A
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电流的参考方向与实际方向的关系：
规定:正电荷的运动方向为电流的实际方向
i 参考方向
i
A
实际方向 B A
i>0
参考方向 实际方向 B
i <0
1. 用箭头表示： 箭头的指向为电流的参考方向。
2.用双下标表示： 如iAB,电流的参考方向由A点指向B点。
i
A
B
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2 .电压
两点之间的电位之差即是两点间的电压。从电场力做功概 念定义，电压就是将单位正电荷从电路中一点移至电路中另 一点电场力做功的大小，如图 所示。用数学式表示，即为
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电流的参考方向设成从a流向b, 电压的参考方向设成a 为高电位端，b为低电位端，这样所设的电流电压参考方向 称为参考方向关联。设在dt时间内在电场力作用下由a点移 动到b点的正电荷量为dq, a点至b点电压u意味着单位正电荷 从a移动到b点电场力所做的功，那么移动dq正电荷电场力 做的功为dw=udq。电场力做功说明电能损耗，损耗的这部 分电能被ab这段电路所吸收。
秦曾煌《电工学电子技术》(第7版)(上册)(考研真题+习题+题库)(直流电动机)【圣才出品】
本章暂未编选名校考研真题，若有最新真题时会及时更新。
一、练习与思考详解8.2.1 试用教材图8.2.1和图8.2.2的原理图来说明：为什么发电机的电磁转矩是阻转矩?为什么电动机的电动势是反电动势?解：（1）发电机由磁场中运动物体产生电流、感生电动势，故用左手定则，导体中电流所受到磁场作用力的方向及其形成的转矩方向与转动方向相反，为阻转矩。
（2）电动机运行时，电枢线圈中要产生感应电动势，由右手定则可知，此电动势的方向与电流或外加电压的方向相反．故称为反电动势。
8.2.2 试分别说明换向器在直流发电机和直流电动机中的作用。
解：（1）因为直流发电机中，N极下产生的感应电动势方向和与S极下产生的感应电动势方向相反，所以导体旋转一周，感应电动势交变一次。
直流发电机中，共有两个换向器，一个在N极下，一个在S极下；一个引出电流，一个引入电流，其两端电压方向不变，为了在负载中获得直流电压和电流，从而起到整流作用。
（2）在电动机中，外部输入的是直流电，为了使导体在不同磁极下形成方向不变的电磁转矩，必须将直流电变成绕组中的交流电，换向器就是使电压方向在一个周期中改变两次，具体分析即为直流发电机的逆变过程。
8.4.1 在使用并励电动机时，发现转向不对，如将接到电源的两根线对调一下，能否改变转动方向?解：电动机转动方向与电磁转矩T的方向一致，根据T＝K TΦI。
可知，若将电源两根线对调，则Φ和I a 方向同时改变，T 的方向不变，因此不能改变转动方向。
8.4.2 分析直流电动机和三相异步电动机起动电流大的原因，两者是否相同?解：二者不相同。
因为起动时，电动机有转速n ＝0，使反电势E f ＝0，从而造成起动电流很大。
8.4.3 采用降低电源电压的方法来降低并励电动机的起动电流，是否也可以?解：不可以。
当电源电压降低时，电枢电压和励磁电压降低了，起动转矩减小，可能无法起动。
如果稍有转动，那么因为磁通很小，则反电动势也很小，将出现很大的起动电流长时间维持的情况，因而烧坏换向器及电枢绕组。
电工学第七版上册秦曾煌
U1
U2 U'1
W'2 U'2
i3
W'1 V'2 W1 W2 V'1
V2
V1
i2
V2 W1
U2
U1 W2
V1
V1 W2 U1
U2
W1
V2
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W1
V2
U1
N
• W2
•
U2 S
V1
S
V1 •
U2
W2 •
N
U1
V2
W1
30 V2
W1
U2 S
•
V1 •
W2 N
U1
U1
n N
cos2
O
1s
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7.4 三相异步电动机转矩与机械特性
7. 4. 1 转矩公式 T Φ , I2 ,cos 2 T KTΦI2 cos 2
常数，与电 旋转磁场
转子电路的
机结构有关 每极磁通 转子电流 功率因数
由前面分析知：
I2 cos 2
sE20
R22
(
sX
R2
E20= 4.44 f 1N2
即E2= s E20
转子静止时 的感应电势
转子转动时 的感应电势
3. 转子感抗X 2
X2 2f2Lσ2 2 s f1Lσ2
当电动机起动瞬间, n = 0, s = 1, f2 = f1 , 则 X2 最大
X20= 2 f1L2
即X2= sX20
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p = 1时
旋转磁场的转速 n0 60 50 3000 (转/分）
电工学第七版上册秦曾煌
20
)2
R22 (sX 20 )2
U1 4.44 f1 N1Φm
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电磁转矩公式
T
K
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
由公式可知
1.
T
与定子每相绕组电压
U
2 1
成正比。U
1
T
2. R2 的大小对 T 有影响。绕线型异步电动机可外
接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
f2
n0 n 60
p
n0 n n0
n0 p 60
s
f1
定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2 通常, f2 = 0.5 ~ 4.5Hz (f1 = 50Hz)
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2. 转子感应电动势E 2
E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2
当电动机起动瞬间, n = 0, s = 1, f2 = f1 , 则 E2 最大
(2) Tst与 R2 有关， 适当使
R2 Tst 。对绕线式型
电机改变转子附加电阻
R´2 , 可使Tst =Tmax 。
n0 n
O
T
Tst
Tst体现了电动机带
载起动的能力。
若 Tst > T2电机能起 动，否则不能起动。
起动能力 st
Tst TN
一般st 1 ~ 1.2
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例1：一台三相异步电动机，其额定转速
n = 975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的 极对数和额定负载下的转差率。
解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速
秦曾煌《电工学
第8章直流电动机8.1复习笔记一、直流电机的构造直流电动机优点表现在调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。
直流电机主要由下列三个部分组成：磁极、电枢和换向器（整流子），如图8-1所示。
1．磁极磁极用来在电机中产生磁场，大体可分为两种。
（1）永磁式：由永久磁铁做成；（2）励磁式：磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成电磁铁。
2．转子（电枢）转子由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。
图8-1直流电机的组成部分二、直流电机的基本工作原理1．工作原理电机具有一对磁极，电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别连在两个换向片上，换向片上压着电刷A和B。
图8-2直流发电机的工作原理图图8-3直流电动机的工作原理图（1）直流电机作发电机运行时，如图8-2所示，①电枢由原动机驱动而在磁场中旋转，在电枢线圈的两根有效边（切割磁通的部分导体）中便感应出电动势。
②换向器的作用在于将发电机电枢绕组内的交变电动势换成电刷之间的极性不变的电动势。
③当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路中产生一定方向的电流。
（2）直流电机电刷间的电动势常用下式表示直流电机作电动机运行时，如图8-3所示，①将直流电源接在两电刷之间而使电流通入电枢线圈。
②线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。
由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。
③直流电机电枢绕组中的电流（电枢电流，I a）与磁通Φ相互作用，产生电磁力和电磁转矩。
直流电机的电磁转矩常用下式表示2．比较表8-1发电机运行电动机运行E和I a方向相同E和I a方向相反E——电源电动势E——反电动势T——阻转矩T——驱动转矩T1＝T＋T0T＝T2＋T0三、直流电动机的机械特性1．分类直流电动机按励磁方式分为他励、并励、串励和复励四种。
（1）他励电动机的励磁绕组与电枢是分离的，分别由两个直流电源，即励磁电源电压U f和电枢电源电压U供电；（2）而在并励电动机中两者是并联的，由同一电压U供电，如图8-4所示；（3）串励电动机的励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上；（4）复励电动机的励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。
电工学(第七版上册)秦曾煌主编汇总
4.旋转磁场的转速
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数 p=1时
n0 60 f1 (转/分） 0 o 工频： f1 50 Hz
Im I m
i i A
i B iC
t
A
n0 3000 (转/分）
A Y C
N
Z Y B
A
S
C N
Z
Y B C
N
Z B
S
S
X
X
X
p=2时
C
X
Y
A
30
N
n (1 s )n0 异步电动机运行中: s (1 ~ 9)%
n0 n s 转差率s n 100% 0 转子转速亦可由转差率求得
例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的 极对数和额定负载下的转差率。 解： 根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知：n0=1000 r/min , 即 p=3 额定转差率为
第8章 交流电动机
本章要求：
1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。 2. 理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握 起动和反转的基本方法, 了解调速和制动的 方法。 3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。
第8章 交流电动机
电动机的分类： 同步电动机 交流电动机 电动机 直流电动机 异步电动机 三相电动机 单相电动机
8.2 三相异步电动机的转动原理
8. 2. 1 旋转磁场
1.旋转磁场的产生 定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接)
iA
i A I m sint iB I m sint 120 iC I m sint 120
电工学 电子技术(第七版) 秦曾煌CHAPTER8
n0 = 3000 (转 分） /
A
N
Y C
Z Y B
A
A Z Y B C X
S
C N
N
Z B
S
X
S
X
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
Im
A Z X Y B
i i A
iB iC
t
iC C
iB
o
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
ii i i C A B Im
o
(×)电流入 × 电流入 Y
A
n0
iC
C
iB
B′ Z′
A′ Y
C
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
iA
A X A' Z' X' C' Y' Y B' Z B
C′
X′
Y′
A
N
Z
iC
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
4.旋转磁场的转速 旋转磁场的转速取决于磁场的极对数 N p=1时 时
n 0 = 60 f 1 ( 转 / 分） 工频： 工频： f1 = 50 Hz
Im Im
0 o
i i A
iB iC
S
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第8章 交流电动机
8.1 三相异步电动机的构造 8.2 三相异步电动机的转动原理 8.3 三相异步电动机的电路分析 8.4 三相异步电动机转矩与机械特性 8.5 三相异步电动机的起动 8.6 三相异步电动机的调速 8.7 三相异步电动机的制动 8.8 三相异步电动机铭牌数据 8.9 三相异步电动机的选择 8.10 同步电动机(略) 同步电动机( 8.11 单相异步电动机
电工学简明教程秦曾煌8电工测量
第8章 电工测量
8.5.2 数字式万用表
(5)电阻分六挡：200 ，2 k，20 k，200 k，2 M ， 20 M 。 此外，还可检查二极管的导电性能，并能测量晶体管的 电流放大系数和检查线路通断。
2．面板说明 (1)显示器 显示四位数字，最高位只能显示 1 或不显示 数字，算半位，故称三位半。最大指示值为 1999 或 1999。 当被测量超过最大指示值时，显示“1”或“– 1” 。 (2)电源开关使用时置于“ON”；使用完毕置于“OFF”。 (3)转换开关根据被测的电量选择相应的功能位；按被测 量的大小选择适当的量程。
磁电式万用表由磁电式 微安表、若干分流器和倍压 器、半导体二极 管及转换开 关等组成，可用来测量直流 电流、直流电压、交流电压 和电阻等。
测量直流电流原理电路
– A + R
RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 5mA 50mA 0.5mA 50 A 500mA – +
第8章 电工测量
8.5.1 磁电式万用表
直流及工频与较高 频率的交流
3．按照电流的种类分类 电工测量仪表可分为直流仪表、交流仪表和交直流两用 仪表。
第8章 电工测量
4．按照准确度分类
准确度是电工测量仪表的主要特性之一。仪表的准确度与 其误差有关。一种是基本误差，另一种是附加误差。 仪表的准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。相对 额定误差是指仪表在正常工作条件下进行测量可能产生的最大 基本误差与仪表的最大量程 (满标值 )之比，用百分数表示，则 为 A 100% Am 目前我国直读式电工测量仪表按准确度分为 0.1，0.2，0.5， 1.0，1.5，2.5 和 5.0 七级。 例如有一准确度为 2.5 级的电压表，其最大量程为 50 V， 则可能产生的最大基本误差为
电工学(七版_秦曾煌)_第8章_直流电动机
电 压 降 低
0
Tc
特性曲线
T
(1)工作时电压不允许超过UN ，而n U, 所以调速只能向下调 。 (2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性好。
(3)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。
(4)调速幅度较大。 调速过程:
保持If 为额定,减小电枢电压。 U Ia
动、反转和调速的基本原理和基本方法。
8.1 直流电机的构造
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不 便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速 要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采 用直流电动机驱动。 直流电机的优点：
(1) 调速性能好, 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。 (3) 易于控制。 应用: (1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机 以及起重设备等调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
（4）反电动势 E U Ra Ia 110 0.04 234 100.6 V
8.4 并励电动机的起动与反转
8.4.1 起动 直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。
UN E 1. 起动问题 Ia N Ra (1) 起动电流大 起动时,n =0 E K E nΦ 0
PfCu Rf I 2f 27.5 42 440 W
总损失功率
P P1 P2 26190 22000 4190W
空载损耗功率
P0 P PaCu 4190 2190 2000W
（3）额定转矩
T 9550 P2 22 9550 210 N . m n 1000
电工学(第七版上)电工技术课后答案(秦曾煌)编(最全)
目录第1章电路的基本概念与定律3第1.5节电源有载工作、开路与短路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3第1.5.1题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3第1.5.2题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3第1.5.3题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5第1.5.4题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5第1.5.6题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6第1.5.8题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6第1.5.11题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7第1.5.12题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8第1.6节基尔霍夫定律. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9第1.6.2题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9第1.7节电路中电位的概念及计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10第1.7.4题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101List of Figures1 习题1.5.1图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 习题1.5.2图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 习题1.5.8图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 习题1.5.11图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 习题1.5.12图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 习题1.6.2图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 习题1.7.4图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1021 电路的基本概念与定律1.5 电源有载工作、开路与短路1.5.1在图1中,五个元件代表电源和负载。
秦曾煌《电工学电子技术》(第7版)(上册)课后习题-第五章至第八章【圣才出品】
第5章三相电路一、练习与思考详解5.1.1欲将发电机的三相绕组连成星形时，如果误将U 2，V 2，W 1连成一点（中性点），是否可以产生对称三相电压？解：不可以，此时三个电压为：U 1＝U m sin ωtU 2＝U m sin（ωt－120°）W ′1＝U m sin（ωt－240°＋180°）＝U m sin（ωt－60°）这三个电动势大小相等，频率相同，但彼此相位差不相等，因此U 1＋V 1＋W ′1≠0，不是对称的三相电压。
5.1.2当发电机的三相绕组连成星形时，设线电压u 122sin（ωt －30°）V；试写出相电压u 1的三角函数式。
解：向量化U 12，得：由几何关系：1211232220233U U U V =⨯==由线、相电压相位关系：φ1＝φ12－30°＝－60，所以u 12sin（ωt －30°）V。
5.2.1什么是三相负载、单相负载和单相负载的三相连接？三相交流电动机有三根电源线接到电源的L 1，L 2，L 3三端，称为三相负载，电灯有两根电源线，为什么不称为两相负载，而称为单相负载？解：（1）①必须使用三相交流电源的负载称为三相负载，有Y形联结和△形联结两种连接方式。
②只需使用单相电源的负载称为单相负载。
③将单相负载尽量均衡地分别配接到三相电源的三个相上称为单相负载的三相连接。
（2）①因三相交流电动机的三根电源线分别接到电源的三端，即三个相线上。
故称为三相负载；②而电灯的两根电源线中只有一根接在电源的相线上，另根接在中性线上，故称为单相负载。
5.2.2在图5-1的电路中，为什么中性线中不接开关，也不接入熔断器？图5-1解：因为在图5-1所示电路中，不仅有电动机这样的三相对称负载，还有由电灯组成的单相负载的三相连接电路，它们经常处于不对称工作状态。
当中性线上接入开关或熔断器时，一旦开关断开或熔丝烧断，将造成三相电压不对称，某相电压过高可能烧坏灯泡．某相电压过低，日光灯无法启动，这是不允许的。
电工学上册(第七版)PPT 高等教育出版社,秦曾煌主编
应用基尔霍夫电流定律列出 I2－I1－IB＝0
得 IB＝－0.255mA
例： I1
a I2
I6
d
R6
c
R4 I3 b I4 I
应用 U = 0列方程 对网孔abda： I6 R6 – I3 R3 +I1 R1 = 0 对网孔acba： I2 R2 – I4 R4 – I6 R6 = 0 对网孔bcdb：
例1： I1
a I2
IG
dG
c
R4 I3 b I4 I
+E –
支路：ab、bc、ca、… （共6条）
结点：a、 b、c、d
(共4个）
回路：abda、abca、
adbca … （共7 个）
网孔：abd、 abc、bcd （共3 个）
1.6.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律) （应用于节点）
1．定律
在任一瞬间，流入任一结点的电流等于流出该
结点的电流。
I1 a I2
+ R1
R2
E1
I3 R3
b
即: Ｉ入= Ｉ出 或: Ｉ= 0
+ 对结点 a： I1+I2 = I3
E2
或 I1+I2–I3= 0
实质: 节点不能存储电荷。
注意：上面的流入和流出都是指电路的参考方向。
2．推广：从节点到闭合面
电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的
闭合面。在任何一个时刻，流过任何一个闭合面的电流 的代数和为0。
例:
IA
A
广义结点
IB
IC B
C
IA + IB + IC = 0 （1）
左图式（1）可以用基尔霍夫节 点电流定理来证明。
电工学(第七版上)电工技术课后答案(秦曾煌)编(最全)
目录第1xx电路的基本概念与定律3第1.5节电源有载工作、开路与短路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第1.5.1题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3第1.5.2题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3第1.5.3题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5第1.5.4题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5第1.5.6题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6第1.5.8题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6第1.5.11题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7第1.5.12题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8第1.6节基尔霍夫定律. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9第1.6.2题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9第1.7节电路中电位的概念及计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 第1.7.4题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101List of Figures1习题1.5.1图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32习题1.5.2图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43习题1.5.8图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74习题1.5.11图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75习题1.5.12图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86习题1.6.2图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107习题1.7.4图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1021电路的基本概念与定律1.5电源有载工作、开路与短路1.5.1在图1中,五个元件代表电源和负载。
2024版电工学(第七版上册)秦曾煌主编PPT课件
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铁心线圈电路模型和分析方法
铁心线圈电路模型
将铁心线圈等效为一个电阻和一个电 感的串联电路，其中电阻表示线圈的 铜损，电感表示线圈的磁损。
铁心线圈电路的特点
由于铁心的存在，铁心线圈电路具有 非线性、饱和性和磁滞性等特点，使 得电路的分析和计算变得复杂。
2024/1/28
无功功率
比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功 率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场， 就要消耗无功功率。
视在功率
在电工技术中是指将单口网络端钮电压和电流有效值的乘积。只有单口网络完全由电阻混联 而成时，视在功率才等于平均功率，否则，视在功率总是大于平均功率（即有功功率），也 就是说，视在功率不是单口网络实际所消耗的功率。
4
第七版上册内容结构
第七版上册主要包括电路的基本概念和基本定律、电阻电路的分析、动态电路的时域分析、正弦稳态电 路的分析、含有耦合电感的电路分析、三相电路、非正弦周期电流电路和信号的频谱分析等内容。
本册内容在编排上注重系统性、连贯性和实用性，通过大量的例题和习题帮助学生巩固所学知识，提高分 析问题和解决问题的能力。
在并联电路中，总电阻的倒数等于 各电阻倒数之和，即 1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn，同时 电压相等，电流分配与电阻成反比。
13
电源等效变换方法
电压源等效变换
将电压源转换为等效的电流源，使得二者在外部电路中具有相同的电压和电流 表现。具体方法是通过计算电压源的内阻和开路电压，得到等效电流源的电流 和内阻。
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M E
–
–
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3. 电磁转矩 直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia)与磁 通 相互作用，产生电磁力和电磁转矩, 直流电动机 的电磁转矩公式为 T = KT Ia KT: 与电动机结构有关的常数 : 线圈所处位置的磁通 Ia：电枢绕组中的电流 单位: (韦伯)，Ia (安) ，T (牛顿•米) 4. 转矩平衡关系 电动机的电磁转矩T为驱动转矩, 它使电枢转动。 在电动机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空 载损耗转矩相平衡，即
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转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电 动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 例：设外加电枢电压 U 一定，T=T2 (平衡)，此时， 若T2突然增加，则调整过程为 E K E Φn E T2 n T
U I a Ra n K E
可知，改变转速常用以下两种方法。
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保持电枢电压U不变，改变励磁电流If (调Rf) 以 改变磁通 。 Ra U T 由式 n 2
8.5.1 改变磁通 调速
K EΦ
KT K EΦ
可见：在U 一定的情况下，改变 可改变转速 n 。 一般只采用减少励磁电流(减弱磁通)的方法调速, 即
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电刷 N a I F I 换向片
b
E
F d T
n
E
c S
– U + 线圈在磁场中旋转, 将在线圈中产生感应电动势。 由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。 1. 电枢感应电动势 KE: 与电机结构有关的常数 E=EK n n: 电动机转速 ：磁通
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n0' 改变时的机械特性如图。n0
Rf If n
n0 n
改变磁通调速的方法： 减小磁通，n只能上调。
O
Rf 增减 加小 ） TL T
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（
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调速过程:
Ra U n T 2 K EΦ KT K EΦ
U Ea Ia Ra
电压U保持一定,减小磁通 。 Rf
例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢 电流两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采 用特别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或 直流电源供电均可。
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8.5 并励(他励)电动机的调速
电动机的调速就是在同一负载下获得不同的转速, 以满足生产要求。 并励(他励)电动机与交流异步电动机相比，虽然 结构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上 由其独特的优点。因此，在对调速性能要求较高的生 产机械，常采用直流电动机。 由并励 (或他励) 电动机的转速公式:
E
E K E Φn
E
Iａ
Ia
n
T > T２
瞬间
T
T K TΦIa
直至T = TC达到新的平衡。
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减小 调速的特点： (1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受 机械本身强度所限，n不能太高。 (2) 调速设备简单，经济，电流小，便于控制。 (3) 机械特性较硬，稳定性较好。 (4) 对专门生产的调磁电动机,其调速幅度可达3 ~ 4, 例如530~2120 r/min及310~1 240 r/min 。 使用调磁调速时应注意： (1) 若调速后Ia 保持不变，电动机在高速运转时其负 载转矩必须减小。 (2) 这种调速方法只适用于恒功率调速(如用于切削机 床)。
Ra U n T n0 n 2 K EΦ KT K EΦ U :理想空载转速 式中：n0 K EΦ Ra n T : 转速降 2 KT K EΦ n
n = f (T) 特性曲线 nN 并励电动机在负载变化 时， 转速 n 的变化不大— 硬机械特性(自然特性)。 O n0
n
R f
并励 2. 并励电动机 励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。
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他励
Rst
Rf
3. 串励电动机 励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
If + U _ M Ia
I
+
U M
Ia
_
串励 复励
4. 复励电动机 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同 一电源上。
电刷 N a I F I 换向片 F
b d T n
c S
– U + 由图可知，电枢感应电动势E与电枢电流或外加 电压方向总是相反，所以称反电势。 Ia Ra 2. 电枢回路电压平衡式 + + U E I R K Φn I R
a a
E
式中：U — 外加电压 Ra — 绕组电阻
a a U
外形 换向器
剖面图
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8.1.2 直流电动机的分类
直流电动机按照励磁方式可分为他励电动机、 并励电动机、串励电动机和复励电动机 1. 他励电动机 励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。
I
+ Uf _ If M Ia
+ U If _
+ I E M a _ Rst
+ U _
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8.1 直流电机的构造
直流电机是机械能和直流电能相互转换的旋转机 械装置。直流电机用作电机时，它将机械能转换为电 能；用作电动机时，将电能转换为机械能。 直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂 ,维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩 较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较 大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。 直流电机的优点： (1) 调速性能好, 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。 (3) 易于控制。
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8.4 并励电动机的起动与反转
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2.起动方法 (1) 电枢串电阻起动法
UN I ast (1.5 ~ 2.5) I N Ra Rst UN Rst Ra I ast
在满磁下将 Rst 置最大处，逐渐减小Rst使 n 升高。 最大起动电压Ust为 (2) 降压起动法：
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8.2 直流电动机的基本工作原理
换向器作用： 将外部直流电 转换成内部的 交流电，以保 持转矩方向不 变。
电刷
b N a
I
F
n
d T
F
I
换向片
c S
– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流 方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论 线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里, N 极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后 中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。
U st I st Ra (1.5 ~ 2.5) I N Ra
3.注意事项 直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接 通,不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则，磁路 中只有很少的剩磁，可能产生事故：
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(1)如果电动机是静止的，由于转矩太小(T = KT Ia) , 电机将不能起动，这时反电动势为零，电枢电流 很大，电枢绕组有被烧坏的危险。 (2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路, 反电动势 立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的转 矩不满足负载的需要,电动机必将减速而停转,更加 促使电枢电流的增大,以至烧毁电枢绕组和换向器。
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8.1.1 直流电机的构造
直流电机主要由磁极、电枢和换向器三部分构成。
直流电动机的结构
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1. 磁极 用来在电动机中产生磁场。分为极心和极掌两部分。 永磁式: 由永久磁铁做成。 励磁式: 磁极上绕线圈，线圈中通过直流电， 形成电磁铁。 励磁: 磁极上的线 圈通以直流电产生磁 通, 称为励磁。
22 P1 26.19 KW 0.84
P2
额定电流 P1 26.19 103 I 238 A U 110 u 110 额定励磁电流 I f 4A 额定电枢电流 I I I 238 4 234 A a f
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Rf
27.5
(2) 电枢电路铜损
由上分析可知：
UE Ia Ra
I + E M_ Ia Rst Ia If Ia
当电源电压U和励磁回路的电阻 Rf 一定时, 励磁 电流 If 和磁通 不变，即 = 常数。则
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8.3 直流电动机的机械特性
T = KT Ia = KT Ia 即：并励电动机的磁通 = 常数，转矩与电枢电流 成正比。 由以下公式
(3)如果电动机在空载运行, 可能造成飞车，使电动机 遭受严重的机械损伤，而且因电枢电流过大而将绕 组烧坏。 （ E Ia T >> T0 n飞车）
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2. 反转 电磁转矩：T = KT Ia 改变直流电机转向的方法有两种： (1) 改变励磁电流的方向。 (2) 改变电枢电流的方向。 注意：改变转动方向时，励磁电流和电枢电流 两者的方向不能同时变。
TN
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T
改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线
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例: 有一并励电动机，其额定数据如下：P２= 22KW, UN = 110V, nN=1000r/min, = 0.84, 并已知 Rf = 27.5，Ra= 0.04 , 试求: (1) 额定电流 I , 额定 电枢电流Ia及额定励磁电流If ; (2) 损耗功率 PaCu , 及 PO ; (3) 额定转矩T; (4) 反电动势E。 解：(1) P2是输出功率，额定输入功率为