电机与拖动第6章异步电动机
电力拖动自动控制系统-运动控制系统习题解答第6、7章
第6章习题解答6-1 一台三相笼型异步电动机铭牌数据为：额定电压V U N 380=，额定转速m in /960r n N =，额定频率Hz f N 50=，定子绕组Y 联接。
由实验测得定子电阻Ω=35.0s R ，定子漏感H L s 006.01=，定子绕组产生气隙主磁通的等效电感H L m 26.0=，转子电阻Ω=5.0'r R ，转子漏感H L r 007.0'1=，转子参数已折合到定子侧，忽略铁心损耗。
（1）．画出异步电动机T 型等效电路和简化等效电路；（2）．额定运行时的转差率N s ，定子额定电流N I 1和额定电磁转矩；（3）．定子电压和频率均为额定值时，理想空载时的励磁电流0I ；（4）．定子电压和频率均为额定值时，临界转差率m s 和临界转矩m T ，画出异步电动机的机械特性。
解：（1）．异步电动机T 型等效电路和简化等效电路R L 'LL 'L（2）．额定运行时的转差率100096041000100N s -==根据简化等效电路，定子额定电流1N I =额定电磁转矩'2113pr e NNn R T Is ω=，其中，160605031000N p f n n ⨯===，12N f ωπ=（3）．定子电压和频率均为额定值时，理想空载时的励磁电流0I =（4）．定子电压和频率均为额定值时，临界转差率2'212')(lr ls s r m L L R R s ++=ω和临界转矩em T =异步电动机的机械特性eT ns n 1emms 06-2 异步电动机参数如6-1题所示，画出调压调速在12N U 和23N U 时的机械特性，计算临界转差率m s 和临界转矩m T ，分析气隙磁通的变化，在额定电流下的电磁转矩，分析在恒转矩负载和风机类负载两种情况下，调压调速的稳定运行范围。
解：调压调速在12N U 和23N U 时的机械特性T en s临界转差率2'212')(lr ls s r m L L R R s ++=ω12N U 时，临界转矩em T=气隙磁通1ΦSm s N≈23N U 时，临界转矩em T=气隙磁通1ΦSm s N ≈带恒转矩负载L T 工作时，稳定工作范围为0m s s <<，带风机类负载运行，调速范围01s <<。
电机与拖动考试试题及答案
《电机与拖动》试题库第一部分直流电机一、填空题：1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。
(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确,使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同;励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态,当_______时为发电机状态。
（E a<U；E a>U）3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组.(叠绕组；波绕组;叠）4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______,直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。
（相反;相同）5、单迭和单波绕组，极对数均为p时,并联支路数分别是_______,_______.（2p；2）6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。
（每极气隙磁通量；电枢电流)7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______,物理中性线朝_______方向偏移。
(电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁;气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）二、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（）(F）2、一台直流发电机,若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（）（T）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（F）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的,因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（)（F）三、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）（1）电枢绕组；(2)励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上,如果磁路不饱和,这时电械反应是（）(3）(1）去磁；（2)助磁;（3）不去磁也不助磁.3、如果并励直流发电机的转速上升20%,则空载时发电机的端电压U0升高（）。
第6章_6.3三相异步电机的各种控制电路
多重互锁
电气互锁较可靠，但不能直接反 向起动（需先停车后才能反向起动）； 机械互锁虽能直接反向起动，但却不 太可靠，因此将电气互锁和机械互锁 组合在一起则成为多重互锁。 特点：既可直接反向，又较可靠 （主触头粘连时也能起到互锁作用）。 注意：主令控制器互锁，应采用 多重互锁（避免主令触头故障使互锁 失效）。
§6-3、电动 机的各种控制电路
§6-3、电动机的各种控制电路
一、电气控制原理图和安装接线图
在电气控制系统中，各种电机、电器等元件是按照生产工艺的要求，按照一定的 规律，由导线等联成电气线路，而表示电气电路图的方法有两种，即原理图和安 装接线图。
绘制原理图的原则
（1）所有电机、电器等元件都应采用统一规定的图形符号和文字符号来 表示。 （2）原理图一般分主电路和辅助电路两大部分。 （3）在原理图中，同一电器的不同部分（如线圈、触点）分散在图内不 同的部位，为易于识别，规定使用同一文字符号标明。 （4）在原理图中所有的触点均表示“正常状态”，所谓正常状态是指各 种电器在没有通电和没有外力作用时的状态。 （5）为安装和维修方便，电机和电器的各接线端都要用数字编号。
1175.空压机总是在空气压力低时能正常起动，但未到足够的高压值就停机。下述原因 哪种最可能______。 C A．低压继电器整定值太高 B．冷却水压低，此压力继电器动作 C．高压继电器整定值太低 D．低压继电器接到高压继电器的位置 1176.在被控对象的控制精度要求不高时，例如：海水柜水位控制只要保证水位在柜高 的3/4-1/2即可，常采取的最为简单、经济易行的控制方案______。 C A．计算机控制 B．随动控制 C．双位控制 D．模拟控制 1177.冷藏系统中的压缩机的起停控制是由双压力继电器（俗称“压力开关”）参与的 B 。当压力达到整定值下限时，压缩机应______。 A．起动 B．停止 C．报警 D．高压保护动作
第六章：三相异步电动机的电力拖动
图6-6 定子串三相对称电阻人为机械特性
4、改变极对数时的人为机械特性 5、改变频率时的人为机械特性
图6-4 三相异步电动机变频时的人为机械特性
三、三相笼型异步电动机的起动方法
1、生产机械对异步电动机起动性能的要求 起动电流要小；起动转矩大。
2、直接起动——全压起动
起动一瞬间，相当于堵转运行，S=1；
结论
可以看成是Y-Δ起动的推广； 起动转矩大于Y-Δ起动，适用于重载起动；
采用不同的抽头比例，可以改变相电压；
体积小、质量小、可以经常起动、价格低廉，将 取代自耦变压器起动；
内部接线复杂。
仅适用于正常运行时定子绕组为Δ连接的电动机， 即额定电压为380/660V的笼型异步电动机。
在确定起动方法时，应根据电源允许的最大起动电流、 负载对起动转矩的要求及起动设备的复杂程度、价格 等条件综合考虑。
2）最大转矩Tm与定子电压的平方成正比，与频率的 平方成反比，与r2无关；
③ 过载倍数
m
Tm TN
④ 起动转矩
1.6-2.2（普通异步电动机）
2.2-2.8（起重、冶金用异 步电动机）
开始起动时，电机转速n=0，转差率s=1。
s=1
Tem
2
f1[(r1
m1 pU12r2' / s r2' / s)2 (x1
Ist =
U1
= U1
(r1 r2' )2 (x1 x2' )2 Zk
中大容量的笼型异步电动机若不满足直接起动的条 件，则必须通过降压，把Ist降到电源的允许电流值。
① 定子回路串电阻或电抗起动
•
Ist
rst xst rk
xk
•
《电机原理及拖动》交流部分习题答案要点
第五章 三相异步电动机原理5-1 什么是空间电角度，它与空间几何角度有什么关系？答：一个圆的空间几何角度（也称机械角度）是360度。
但从电磁的观点来说：电机转子在旋转时每经过一对磁极，其绕组感应的电量（如感应电动势）就相应地变化一个周期，因此，将一对磁极对应的空间几何角度定义为360度电角度。
空间电角度与电机的极对数P 有关，即：空间电角度=空间几何角度⨯P 。
例：一台6极异步电机（P=3），其转子转一周就经过3对磁极，转子绕组中感应电动势交变3个周期，即：空间电角度=360⨯3=1080度电角度。
5-2 绕组的短矩和分布为什么能消减高次谐波？ 答：短距系数：基波： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅=90sin τy k y 谐波：⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅⋅=90sin τννyk y 短距对于基波电动势的影响很小，但对于高次谐波的短距系数可能很小，甚至为零，因此，短距能有效地消减高次谐波。
分布系数：基波：⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=2sin 2sin ααq q k p谐波：⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=2sin 2sin νααννq q k p相临元件所夹空间电角度对基波来说是α，对于ν次谐波则为να，因此相临元件的ν次谐波电动势相位差很大，完全可能使相量和大为减小，甚至为零。
所以，分布能有效地消减高次谐波。
5-3 何谓相带，在三相电机绕组中为什么常采用600相带，而很少采用1200相带？ 答：按每相绕组在圆周上连续占有空间的电角度（俗称相带）分类：有120°相带、60°相带和30°相带等绕组。
通常三相交流电机采用 60°相带绕组。
在相同串联导体数下,60°相带绕组感应电动势约比120°相带绕组的感应电动势大 15％以上。
30°相带绕组虽然可以进一步提高绕组利用率，但由于其绕组制造复杂，而感应电动势提高不多，故仅用在一些有特殊要求的场合，例如用于高效率电动机中。
电机与拖动基础答案(第四版)6-12章
ww 学 生 w. dx 必 sb 备 b.c 网 om
和
大
空间机械角，也就是相差 分别为两根导体的
位相差
相量图如图 所示。图中，
和
分别
为一个线圈两个边的感应电动势， 图 6.2 根据相量图， α 决定,为 可得
为线圈电动势。
短距系数 。相邻两个线圈的电动势相位差由槽距角 。三个相邻线圈电动势及合成电动势相量图如图 6.3 所示。 分布系数
ww 学 生 w. dx 必 sb 备 b.c 网 om
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；
电机及电力拖动课程《教案》
教师教案( 2006 —2007 学年第1 学期)课程名称：电机与拖动基础授课学时：54授课班级：电气04123********教师职称：副教授教师所在学院：信息工程学院北京工商大学第一章直流电机原理授课时数：9一、教学目的1 .掌握直流电机的基本工作原理、电枢电势与电磁转矩、他励直流电动机的机械特性2 .了解直流电机的结构、磁路与磁化特性、电枢绕组3 .了解串励和复励直流电动机二、教学内容1. 直流电机的结构2. 直流电机的用途及基本工作原理3. 直流电机的磁路与磁化特性4．直流电机的电枢绕组5．电枢电势与电磁转矩6．直流发电机7．直流电动机运行原理8. 他励直流电动机的机械特性9. 串励和复励直流电动机三、教学重点和难点重点：直流电机的基本工作原理电枢电势与电磁转矩他励直流电动机的机械特性难点：直流电机的结构、磁路与电枢绕组四、教学方法板书和多媒体、视频录像相结合的教学方法。
形象地讲解直流电机的的结构、基本工作原理、电枢电势与电磁转矩、他励直流电动机的机械特性。
讲解磁路与磁化特性、电枢绕组的特点、应用和发展。
介绍串励和复励直流电动机。
第一讲(2学时)第一节直流电机的结构录像片(50分钟)问题:A.定子主要包括那些部分?B. 转子主要包括那些部分?第二节直流电机的用途及基本工作原理1.简单介绍直流电机的用途2.讲解直流电机的物理模型3.讲解直流发电机的工作原理.对照直流电机的物理模型重点讲解判断感应电势的右手定则及感应电势e = B l v.对照直流电机的物理模型重点讲解电刷和换向器的作用.讲解直流发电机机械能变成直流电能的原理和过程问题: A. 判断在磁场中运动的导体中感应电势方向应使用什么定则?B. 直流发电机中电刷和换向器的作用是什么?C. 直流发电机是将什么能转换成什么能的电磁装置?第二讲(2学时)第二节直流电机的用途及基本工作原理1.简单复习直流发电机的工作原理2.讲解直流电动机的工作原理.对照直流电机的物理模型重点讲解判断磁场中载流导体受力方向的右手定则及所受电磁力大小f = Bli a.对照直流电机的物理模型重点讲解电刷和换向器的作用.讲解直流电动机直流电能变成机械能的原理和过程问题: A. 判断磁场中载流导体受力方向应使用什么定则?B. 直流电动机中电刷和换向器的作用是什么?C. 直流电动机是将什么能转换成什么能的电磁装置?3.讲解电机的可逆运行原理4.直流电机的工作原理小结弄清下列问题：.最简单的直流发电机、直流电动机的物理模型.判断感应电势的右手定则.判断导体(电流)受力方向的左手定则.直流发电机:导体中电势方向与电流方向相同,端电压方向与电流方向相反,转子转动方向与所受电磁力方向相反,导体中为交变电势,电刷端为直流电势,机械能变为电能。
电机与拖动基础试题及答案
第二部分 直流电动机的电力拖动一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。
（U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem2、直流电动机的起动方法有____ ___。
（降压起动、电枢回路串电阻起动）3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。
（2）4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。
（理想空载转速）5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。
（降压或电枢回路串电阻；弱磁）1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。
（ ）（F ）2、直流电动机串多级电阻起动。
在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。
（ ） （T ）3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。
（ ） （T ）4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。
（ ） （F ）5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。
（ ） （T ）三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2）（1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。
2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3）（1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。
3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。
4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。
电机与拖动课程教学大纲
电机与拖动》课程教学大纲英文名称： Motors and Electric Drives一、课程说明1．课程性质：学科基础选修课。
2．课程的目的和任务本课程的目的和任务是使学生掌握常用的交、 直流电机， 控制电机及变压器等的 基本结构与工作原理以及电力拖动系统的运行性能、 分析计算及电机选择与实验方法 等，为学习《机床电气控制》及《机电一体化系统设计》等后续课程准备必要的基础 知识。
3． 适应专业：本大纲适用于机械电子工程、电气化与自动化等非电机制造类专业的 本科课程教学。
4． 学时与学分总学时 80学时，其中理论教学 66 学时，实验教学 14学时，共 4.5 学分。
教学 学时分配见第四部分。
先修课程：电路分析基础、模拟电子技术、电力电子技术等。
推荐教材或参考书目：（含教材名，主编，出版社，出版年份） 推荐使用由电子工业出版社出版，邱阿瑞主编的《电机与电力拖动》教材。
主要参考书目： （1）（2） （3） （4） （5） （6） 主要教学方法与手段本课程采用课堂教学与模型、实验教学相结合的方法。
共开设有关实验 14 个学 时，具体实验内容与所需实验仪器、设备等见实验大纲要求。
8．考核方式：（说明，成绩评定办法）理论考试成绩占 70％，实验及平时作业等占 30％。
9．课外自学要求 （ 包含作业要求 ）5．6．7．唐介主编 . 电机与拖动 . 北京：高等教育出版社， 2003顾绳谷主编 . 电机及拖动基础（第二版） . 北京：机械工业出版社， 1997 朱东起主编 . 电机学（上、下册） . 北京：中央广播电视大学出版社， 1995 李发海等编著 .电机学（上、下册 ）. 北京：科技出版社， 1991 杨兴瑶编 . 电动机调速的原理及系统 . 北京：水利电力出版社， 1979 丛望，郭镇明编 . 电机学 .哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 1996课前需要预习，课后看书复习。
每一章后留适量的作业，要求按时完成。
电机及拖动基础第6章 三相异步电动机的电力拖动
73
6.5.2 异步电动机的反接制动分定子两相反接制动和 (1) (2)
74
图6.40 定子两相反接制动的电路图与机械特性
75
图6.41 转速反向反接制动电路图
76
图6.42 转速反向反接制动时的机械特征
77
78
79
6.5.3 回馈制动 当异步电动机在外力的作用下，使其转速n高 于同步转速n1，即n＞n1时，电动机就进入回馈制
68
图6.38 电磁转差离合器机械特性
69
6.5 三相异步电动机的电磁转矩T与转速n方向相 同时，电动机处于电动状态，此时，电机从电网 吸收电能并转换为机械能向负载输出，电机运行 于机械特性的一、三象限。电动机在拖动负载的 工作中，只要电磁转矩T与转速n的方向相反，电 动机就处于制动运行状态，此时电机运行于机械 特性的二、四象限。
28
图6.13 异步电动机软启动器主电路原理图
29
6.2.4 为了改善鼠笼式异步电动机的启动性能，可以 改变转子槽形，利用“集肤效应”使启动时转子电 阻增大，从而增大启动转矩并减小启动电流，在正 常运行时转子电阻又能自动变小，基本上不影响运 行性能。
30
（1 （2
31
图6.14
32
图6.15 双鼠笼转子的结构与漏磁通
36
6.3.1 转子回路串电阻启动 绕线式异步电动机转子回路串电阻启动，线 6.17 过滑环和电刷串接对称电阻，然后将定子绕组接 通电源使电动机启动，随电动机转速的上升分段 减小电阻，直至电阻完全切除。待转速稳定后可
37
图6.18 异步电动机的转子电路及启动特性图
38
39
40
41
6.3.2 绕线式异步电动机转子回路串电阻启动，每级 都要同时切除一段三相电阻，所需开关和电阻器较 多，控制线路复杂，当级数较多时，设备更为复杂 和庞大，不仅增大投资，且维护麻烦。如果采用频
运动控制第5版 第6章 异步电动机稳态控制1
图6-10 异步电动机变压变频调 速的控制特性
34
6.3.2 变压变频调速时的机械特性
基频以下采用恒压频比控制, 异步电动机机 械特性方程式(6-5)改写为
Te
3n
p
Us
1
2
R 'T 2
P = sP = 1 e ?
re
s
m
n p
3n
p
骣 çççç桫Uw1s
2
÷÷÷÷
与转速无关，故称作转差功率不变型。
37
基频以上调速
电压不能从额定值再向上提高，只能保持 不变，机械特性方程式(6-5)可写成
Te
3npUsN 2
1
(sRs
Rr' )2
sRr'
s212 (Lls
L'lr )2
6.1.2 异步电动机的调速方法与气隙磁通
1. 异步电动机的调速方法 所谓调速，就是人为地改变机械特性
的参数，使电动机的稳定工作点偏离固有 特性，工作在人为机械特性上，以达到调 速的目的。
13
由异步电动机的机械特性方程式
Te
1
sRs
3npU
2 s
Rr'
s
Rr'
2
s
2 2 1
Lls L'lr
临界转矩可写为
Tem
3 2
n
pU
sN
2
1
Rs
1
Rs2
12 (Lls
L'lr )2
38
临界转差律与(6-6)相同:
异步电动机《电机与拖动基础》第三版林瑞光主编
2
2、一组双层短距分布绕组的基波磁动势 双层短距分布绕组的基波磁动势为两个等效绕组基波磁动 势的相量和，用短距系数计及绕组短距的影响： F1(p1) 2 Fq1k y1 0.9(2 qN y ) k y1I
k y1 sin
y1
90。
第4章 三相异步电动机
4.2.2
三相单层绕组
单层绕组的每个槽内只放一个线圈边，电机的线圈总数等于 定子槽数的一半。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。 一、单层链式绕组 单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而 成，整个外形如长链。 链式绕组的每个线 圈节距相等并且制造方 便；线圈端部连线较短 并且省铜。主要用于 q=2的4、6、8极小型三 相异步电动机。
双层绕组分双层叠绕组（如图2a=1）和双层波绕组（略）。
第4章 三相异步电动机
双层绕组的特点：
1）线圈数等于槽数； 2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数；
3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。 可组成较 多的并联 支路 可以选择最有利的节 距，使电动势和磁动 势波形更接近正弦波 端部排列整齐 机械强度高 嵌线 困难
E y1(y ) Nc Et1 4.44 fNc 1
第4章 三相异步电动机
三、短距线圈的电动势 每个短距线圈的电动势:
Ey1( y ) 4.44 fNcΦ1k y1
k y1
E y 1(y τ) E y 1(y τ)
y 0 sin( 90 ) τ
称为短距系数： 线圈短距时电动 势比整距时打的 一个折扣．
广泛应用于10kW以下的 异步电动机定子绕组 电动势和磁动 势波形较差 起动性 能较差
电机与拖动基础(第2版)(复习题解答)
电机与拖动基础第一章电机的基本原理 (1)第二章电力拖动系统的动力学基础 (6)第三章直流电机原理 (12)第四章直流电机拖动基础 (14)第五章变压器 (29)第六章交流电机的旋转磁场理论 (43)第七章异步电机原理 (44)第八章同步电机原理 (51)第九章交流电机拖动基础 (61)第十章电力拖动系统电动机的选择 (73)第一章 电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。
答：电与磁存在三个基本关系，分别是（1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。
感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即 tΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。
（2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。
这种导体在磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出Blv e =而感应电动势的方向由右手定则确定。
（3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力。
载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l 以及通电电流i 成正比，即Bli F =电磁力的方向可由左手定则确定。
1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。
答：磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人为造成的磁通闭合路径就称为磁路。
而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电回路，也可以说电路是电流所流经的路径。
磁路与电路之间有许多相似性，两者所遵循的基本定律相似，即KCL：在任一节点处都遵守基尔霍夫第一定律约束；KVL：在任一回路中都遵守基尔霍夫第二定律；另外，磁路与电路都有各自的欧姆定律。
电力拖动自动控制系统运动控制系统课后参考答案第五六七章
思考题5-1对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范围越大吗？答：对于恒转矩负载，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为o<s<s m 所以调速范围不大。
电动机机械特性越软，调速范围不变，因为S m不变。
5-2异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制？在整个调速范围内，保持电压恒定是否可行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保存电压恒定？答：当异步电动机在基频以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。
由此可见，最好是保持每极磁通量为额定值不变。
当频率从额定值向下调节时，必须同时降低E g使) 4.44 N S金讪常值，即在基频以下应采用电动势频率比为恒值的控f 1制方式。
然而，异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。
当电动势值较高时，可忽略定子电阻和漏感压降，而认为定子相电压U s E g。
在整个调速范围内，保持电压恒定是不可行的。
在基频以上调速时，频率从额定值向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态5-3 异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什么？所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定？若不是，那么恒功率或恒转矩调速究竟是指什么？答：在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速” 方式；在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，输出功率基本不变，属于“近似的恒功率调速”方式。
5-4 基频以下调速可以是恒压频比控制、恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。
答：恒压频比控制：恒压频比控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。
第6章三相异步电动机的电力拖动
若回路串电阻，则有
简化等效电路图
若回路串电抗，则有
线图
(2) Y-D降压启动 正常运行时D接，启动时接成Y形 启动时电网供给电动机的启动电流为
若改为D形接法：
Y-D启动接线图
(3) 自耦变压器降压启动 由自耦变压器原理可知：
，自耦变压器启动时，
，
的电流：
启动接线图
启动一相电路图
的三相交流电产生的旋转磁动势等效。若定子绕组采用D形接法，
。
磁动势等效变换前后的相对转速
定子绕组通入直流电时的磁动势
3) 能耗制动----机械特性
能耗制动转差率:
由等效电路可知:
机械特性表达式:
能耗制动机械特性 能耗制动等效电路
4) 能耗制动——制动过程 反抗性负载——实现快速、准确停车。 能耗制动切换瞬间，转速不会突变，工作点AB O，电动机转速降为零。 位能性负载——实现稳速下放。 原点O工作点C，位能性负载稳速下放。电动机轴上输入的机械功率靠重物 下降减少的位能提供，转换为电功率后消耗在转子回路中。
反接制动接线图
电动机既从电网吸收电功率， 又从轴上输入机械功率(由拖动系统转动 部分减少的动能提供）。都转变为转差 功率，消耗在转子回路电阻中。
反接制动机械特性
2）反接制动——定子两相反接制动(制动过程)
反接制动机械特性
3）反接制动——转速反向的反接制动（参照P186） 绕线型异步电动机转子回路串入大电阻，电动机被位能性负 载拖动反转，工作点进入第Ⅳ象限，如图所示工作点G。
6.三相异步电动机的电力拖动
本章主要教学内容 1. 三相异步电动机的机械特性 2. 三相异步电动机的启动 3. 三相异步电动机的制动 4. 三相异步电动机的调速
电机与拖动大学课程 第六章 同步电机
Fa
a
Ea
F E
Ff
1
F
E
Fa
感应电动势的正方向与产生它的磁通 的正方向不符合右手螺旋关系。与电 流方向相反，为反电势。
E0 j4.44 f1N1kw10 Ea j4.44 f1N1kw1a
对吗？
E j4.44 f1N1kw1
E j4.44 f1N1kw1
为便于分析，假设磁路不饱和，不考虑铁耗，转子为隐极，则电
Ea与
a
符合左手螺旋关系，Ea超前
90
a
度电角度，即超前 I 90度电角度。
Fa
a
Ea
I
Ea jIa X a
Xa为电枢反应电抗，相当于感应电机的励磁电抗，当磁路不饱和
气隙磁动势是由电枢磁动势与励磁磁动势的合成，当电机为隐极， 气隙均匀，若不计饱和，可根据气隙磁动势求出气隙磁场的分布。F HB0H0F
当电机为凸极，气隙不均匀，无法用解析表达式来求解。双反应理 论应运而生。
利用合成磁动势的方法走不通，在不计磁路饱和的情况下，先把 交直轴电枢磁动势及励磁磁动势各自形成的磁场分布求出来，然后 把我们所关心的基波磁场的效果进行叠加。这种分别计算交轴和直 轴电枢反应的方法，就是双反应理论。
(5)额定转速nN 是指同步电机的同步转速，单位r/min (6)额定效率ηN 额定运行时的效率 (7)额定功率因数cosφN 额定运行时的同步电机的功率因数
对于三相同步发电机：
PN SN cosN 3UN IN cosN
对于三相同步发电机：
PN 3UN INN cosN
§6-2 同步电机的电枢反应
这种负载时电枢电动势对主极基波磁场的影响称为电枢反应。
电枢反应与电流的大小、主磁路的饱和程度有关，与电枢磁动势与 励磁磁动势在空间中的相对位置有关，还与转子结构有关。
电机与拖动试题库及答案
《电机与拖动》复习题及答案第一章直流电机一、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（×）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（√）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（×）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（×）5、电刷装置是直流电机所特有的部件。
（×）6、电刷装置并不是直流电机所特有的部件。
（√）7、在直流电机中换向极的作用主要是帮助换向（√）8、在直流发电机中换向极的作用主要是帮助换向（√）二、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。
升高（）。
（2）3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U（1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。
三、多项选择题1、下列结构部件中属于直流电动机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷2、下列结构部件中属于直流发电机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷3、下列结构部件中属于直流电机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷四、简答题1、直流发电机的励磁方式有哪几种？（他励；自励（包括并励，串励和复励））2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？（使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。
对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。
换向极绕组与电枢组相串联的原因是：使随着电枢磁场的变化，换向极磁场也随之变化，即任何负载情况下都能抵消电枢反应的影响。
第6章 三相异步电动机
上一页 下一页 返回
6.1 三相异步电动机的基本工作原 理与结构
3.异步电动机的三种运行状态 异步电动机的转差率s在0-1范围内变化。根据转差率的大小 和正负.可得出异步电动机有三种运行状态。 1)电动机运行状态 当定子绕组接至电源.转子就会在电磁转矩的驱动下旋转.电磁 转矩即为驱动转矩.其转向与旋转磁场方向相同. 此时电动机 从电网取得电功率转变成机械功率.由转轴传输给负载。
上一页 返回
6.3 异步电动机的感应电动势
异步电动机气隙中的磁场旋转时.定子绕组切割旋转磁场将产 生感应电动势.经推导可得每相定子绕组的基波感应电动势为 E1 4.44 f1N1kw11 式中f1—定子绕组的电流频率，即电源频率(Hz) ; Ф1—每极基波磁通; N1—每相定子绕组的串联匝数; kW1—定子绕组的基波绕组因数.它反映了集中、整距绕组(如 变压器绕组)变为分布、短距绕组后.基波电动势应打的折扣。
上一页 下一页 返回
6.1 三相异步电动机的基本工作原 理与结构
2.旋转磁场转速 三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场.其转速 为同步转速n1.即: 60 f
n1 p
式中:f—电源频率(Hz) ; p—电动机极对数。 3.旋转磁场的方向 旋转磁场的方向由通人异步电动机对称定子的三相绕组的电 流相序有关.
三相异步电动机定子绕组接在对称的三相电源上.转子轴上不 带机械负载时的运行.称为空载运行。为了便于分析.根据磁通 经过的路径和性质的不同.异步电动机的磁通可分为主磁通和 漏磁通两大类。 1.主磁通 当三相异步电动机定子绕组通人三相对称交流电时.将产生旋 转磁动势.该磁动势产生的磁通绝大部分穿过气隙.并同时交链 于定、转子绕组.这部分磁通称为主磁通. 2.漏磁通 除主磁通外的磁通称为漏磁通. 包括定、转子绕组的槽部漏磁 通和端部漏磁通.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电势比： ke E1 N1kdp1 E 2 s1 j I 0 x1
定子漏电抗
N1 N2 指绕组每相串联匝数
3、电压方程(单相)
定子：
.
.
.
.
.
U1
U1 I 0 r1 E1 Es1
.
.
.
.
U1 E1 ( j I 0 x1) I 0 r1
.
..
U 1 E1 I 0 Z1
式中r1 : 定子绕组电阻 ;
Z1 : 定子绕组漏阻抗
.
.
转子： E 2 U 2
i0
.
.
.
E1 Es1 E2
Z1 r1 jx1
i2=0
.
U2
4、电流
I0 分解为有功分量I0a和无功分量I0r
I0=(30~50)% IN 变压器I0=(2~10)% IN
4、等效电路和相量图
与变压器的类似
.
.
.
异步电动机中。
2、定子绕组： 高压大、中型容量的异步电动机
定子绕组常采用Y接，只有三根引出线，如图(a)
所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定 子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可
接成Y形或△形，如图(b)所示。定子绕组用绝缘
的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。
结束 上 下
3、机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。如 果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。 因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、 小型异步电动机，通常用铸铁机座。对大型电机， 一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承 都固定在同一个底板上。
异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。
1、定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子 铁心里的铁损耗，定子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在
硅钢片的两面还应途上绝缘漆。下图所示为定子槽,其中(a)是开口 槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；(b)是半开口槽，用 于中型500V以下的异步电动机中；(c)是半闭口槽，用于低压小型
P2增加时，I2增加， I1有功分量增加cos1增。
0
P2
.
+I 1 r1
.
U1
-
.
jx1
I0 rm
jxm
当P2增加一定程
.
I
2´
度时，n变小s变大， r2 /s变小，使cos1减小。
r2´ jx2´
-
..
E1 E2´
1 s r2' s
.
U´2
+
4、转矩特性： T2=f(P2)
T2=P2/ T2
P
2
6.5.2、异步电动机的转矩关系
电动机
Tn
TL =T2 +T0 生产机械
1 、转矩平衡方程 摩擦损耗转矩 T=TL =T2 +T0 其中T0 =Tm +Ts
附加损耗转矩
2、电磁转矩 T Pm (1 s)PM PM (1 s)1 1
转子机械角速度： 2 n 60
磁场同步角速度： 1 2 n1 60
2、磁势平衡方程
F1
n1
定子对称i1(f1) F1
转子对称i2 (f2) F2 F0=F1+ F2 磁势平衡的物理意义：
F0
n1
F2
n1
转子开路时，气隙磁势F0仅由定子电流i10产生。
转子短路堵转时，气隙磁势F0由定转子电流i1 、i2 共同产生。
3、电压方程（单相）
定子：
.
.
.
U1 E1 I1 Z1
第6章
异步电动机
6.1 异步电动机结构、额定数据与工作原理
三相异步电动机：
6.2 转子静止、绕组开路时的电磁关系 6.3 转子堵转时的电磁关系 6.4 转子旋转的电磁关系 6.5 功率与转矩 6.6 工作特性 6.7 参数测定
本章要求： ✓掌握异步电动机的结构、额定数据与工作原理
✓理解掌握三相异步电动机各电磁关系，掌握其等效电路 ✓熟练掌握三相异步电动机的功率和转矩平衡
4、基本方程式
i1
i2s
.
..
.
U1 E1 I（1 r1 I1 x1）
.
U1
.
.
E1 E1
.
E2
.
U2
.
.
E1 I（0 rm jxm）
.
.
E1 E2'
.
E 2'
.
I
2'
(
r2
jx2)
区别
s
..
.
I1 I 2' I 0
5、等效电路（单相）
.
+ I 1 r1
.
U1
-
.
jx1
I0
rm
（二）气隙：
异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小 得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.2 ~1.5mm左右。
定子铁心
结束
定子冲片
定子线圈
铁心和机座
（三）异步电动机的转子：
异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的 。 1、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅 钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子 的外表呈圆柱形。 2、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。 1）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的 每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来， 形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出， 剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图（a) 所示，因此又 叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。
i1
i2
.
U1
.
.
E1 E1
.
E2
.
U2
转子：
.
..
0 U2 E2 I2 Z2
Z 2 r2 jx 2, 转子绕组漏阻抗
4、等效电路（单相）
.
+ I 1 r1
.
.
jx1
I0 rm
U1
jxm
-
.
.
I1
.
I 0
(
I
2)
ki
电流变比： ki I 2 I 2
r2´ jx2´
.
E1
E. ´2
.
I
´2
异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身 短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从 而产生电磁转矩，所以异步电机又叫感应电机。
分类：
1.按供电相数分：单相、三相
2.按转子绕组的结构型式分：绕线式、笼形感应式
6.1.2 异步电动机的结构（主要由定子、转子组成）
（一）定子：
.
U1 I 0 r1 E1 Es1 .
.
.
I 0(rm jxm) ( j I 0 x1) I 0 r1
.
.
.
I 0(rm
jxm)
I 0(r1
jx1)
+ I 0 r1
jx1 rm
.
U 1 激磁电阻
jxm
.
E1
-
激磁电抗
6.3 绕线 转子短路且堵转时电磁关系(相当于转子堵转)
1、电磁关系 UA i1
e2 有功i2
fem T2
6.2 转子静止、转子绕线开路时电磁关系
1、电磁关系
与变压器类似 UA i0 e1
es1
UB UC
定子加 对称U
主磁通
1
i0 F0
漏磁通
s1
e2
e1
e2 I0 --励磁电流
es
F0 --励磁磁通 势
1
2、感应电势 每相电势
.
.
.
.
E1 j4.44 f 1N11 kdp1 E2 j4.44 f 1N 21 kdp2
转子对称i2s(f2=s f1) F2 相对转子转速n1´
n1'
60 f p
2
s60 f p
1
sn1
转子本身转速为n=(1-s) n
1
F2 相对定子转速:n1´+n= n1
F1
n1
F0
n1
F2
n1
F1
n1
n1
F2
F0
n1
F1和F 2在空间相对静止可以合 成
F0 F1 F2
定转子电流通过该磁势平衡方程联系在一起。
定转子都有同
e1
es1 es2
e2i2
频率的电流。 UB
UC
定子漏磁通
定子 对称i1 F1
.
s1
主磁通
.
转子 对称i2
F2 F0=F1+ F2 1
.
转子漏磁通
s2
.
.
Es1 j I1 x1
.
.
E1 j4.44 f 1N11 kdp1
.
.
E2 j4.44 f 1N 21 kdp2
.
.
Es2 j I 2 x2
1、转速特性n=f(P2)
P2 T2
T 2 T0 T CMj1I 2 cos2
E2s n
n
P2 0
2、定子电流特性I1 =f(P2)
..
.
I1 I0 ( I2')
P2 I2´ I1
I1
I0
P2
0
3、功率因数特性：cos1 =f(P2)
P2=0时， I1主要
cos1
为励磁电流 cos1很低。
6.1.5 异步电动机的工作原理
定子通电流产生
N