電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)課件-第四版(全)

1、緒論 電機(jī)、電力拖動(dòng)的基本概況關(guān)于能量關(guān)于能量關(guān)于電機(jī)關(guān)于電機(jī)關(guān)于本課程關(guān)于本課程一、一、關(guān)關(guān) 于于 能能 量量1. 能量的運(yùn)動(dòng)方式能量的運(yùn)動(dòng)方式風(fēng)能風(fēng)能變換變換一種形式另一種形式2. 能量的基本存在形式能量的基本存在形式機(jī)械能機(jī)械能電能電能熱能熱能核能核能磁能磁能光能光能化學(xué)能化學(xué)能二、二、關(guān)關(guān) 于于 電電 機(jī)機(jī)一種能量一種能量裝置裝置集集、和和為一體為一體一種典型的一種典型的設(shè)備設(shè)備越來(lái)越強(qiáng)越來(lái)越強(qiáng)電機(jī)的應(yīng)用分類電機(jī)的應(yīng)用分類電動(dòng)方式電動(dòng)方式 消耗電能消耗電能 發(fā)電方式發(fā)電方式 產(chǎn)生電能產(chǎn)生電能二、二、關(guān)關(guān) 于于 電電 機(jī)機(jī)三、三、關(guān)關(guān) 于于 本本 課課 程程專業(yè)目的專業(yè)目的u 研究電機(jī)，

2、對(duì)其實(shí)施預(yù)想的控制（后續(xù)課程：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)）預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)u 電路原理（電動(dòng)勢(shì)，電勢(shì)平衡，復(fù)阻抗，電路的相量分析）u 電磁學(xué)（電磁效應(yīng)）u 運(yùn)動(dòng)力學(xué)（力矩，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容u 電動(dòng)勢(shì)，電勢(shì)平衡，電磁轉(zhuǎn)矩，相量圖及其分析；u 工作特性，機(jī)械特性，機(jī)械負(fù)載，功率損耗，有功功率，無(wú)功功率；u 空載運(yùn)行，負(fù)載運(yùn)行，電機(jī)起動(dòng)，電動(dòng)運(yùn)行，制動(dòng)運(yùn)行；三、三、關(guān)關(guān) 于于 本本 課課 程程學(xué)習(xí)方式學(xué)習(xí)方式u 以物理 概念領(lǐng)先，數(shù)學(xué)描述隨后；u 突出主要知識(shí)點(diǎn)，以點(diǎn) 帶面；u 注意知識(shí)的持續(xù) 性、關(guān)聯(lián) 性；u 擯棄“按例解題”學(xué)習(xí)模式，建立獨(dú)立的、發(fā)散的 和思辯的 思維方式；教與學(xué)教與學(xué)u 課堂教學(xué)：

3、參與和互動(dòng)；u 成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系：課堂記錄課堂記錄實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)記錄作業(yè)記錄作業(yè)記錄理論考試?yán)碚摽荚囁乃牟坎糠址?0%左右左右40%左右左右關(guān)于本課程關(guān)于本課程(二二)第一章 磁路基本定律及物理概念基本定律及物理概念磁場(chǎng)與電流磁場(chǎng)與電流磁路與電路磁路與電路1-1 1-1 磁路的基本定律磁路的基本定律一、（電）磁場(chǎng)存在的基本要素一、（電）磁場(chǎng)存在的基本要素磁場(chǎng)源，勵(lì)磁源，勵(lì)磁電流磁場(chǎng)源，勵(lì)磁源，勵(lì)磁電流磁路，磁通路徑磁路，磁通路徑二、（電）磁場(chǎng)的基本物理量二、（電）磁場(chǎng)的基本物理量磁通磁通 描述描述 通過(guò)一定橫截面積的磁力線總數(shù)通過(guò)一定橫截面積的磁力線總數(shù) 符號(hào)符號(hào) 類型類型 矢量矢量 量綱量綱 Wb

4、 ； 1 Wb = 108 lines 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 ，磁通密度，磁通密度 描述描述 通過(guò)單位面積的磁力線數(shù)量通過(guò)單位面積的磁力線數(shù)量 符號(hào)符號(hào) B ；B = / A(面積面積) 類型類型 矢量矢量 量綱量綱 Wb/m2面積A A磁力線單位面積 磁勢(shì)（磁動(dòng)勢(shì)）磁勢(shì)（磁動(dòng)勢(shì)） 描述描述 衡量磁場(chǎng)源的基本強(qiáng)度衡量磁場(chǎng)源的基本強(qiáng)度 符號(hào)符號(hào) F F = i N 類型類型 矢量矢量 量綱量綱 Aturn(安匝安匝) 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度 描述描述 在單位長(zhǎng)度的磁力線上磁場(chǎng)源所分配的勵(lì)磁磁勢(shì)大小在單位長(zhǎng)度的磁力線上磁場(chǎng)源所分配的勵(lì)磁磁勢(shì)大小 符號(hào)符號(hào) H B = H 類型類型 矢量矢量 量綱量綱 T

5、（特斯拉）（特斯拉） 或或 A / m 或或 Aturn / m磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 描述描述 衡量指定物質(zhì)導(dǎo)磁能力大小的物理量衡量指定物質(zhì)導(dǎo)磁能力大小的物理量 符號(hào)符號(hào) 類型類型 標(biāo)量標(biāo)量 量綱量綱 H / m 在真空介質(zhì)中在真空介質(zhì)中 o= 4 10-7 H/m 1-1 1-1 磁路的基本定律磁路的基本定律提示：磁勢(shì)不僅與流過(guò)電流載體的安培強(qiáng)度有關(guān)，還與電流載體圍繞磁路的匝數(shù)有關(guān)提示：此量綱稱為：亨每米1-1 1-1 磁路的基本定律磁路的基本定律三、磁與電的聯(lián)系三、磁與電的聯(lián)系磁場(chǎng)與電流 安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律 P 7 右手定則右手定則L Li iH Hd dl l+_繞組 N 匝磁性鐵心 橫截

6、面A鐵心平均長(zhǎng)度 lci磁勢(shì)的大?。捍艅?shì)的大?。?F = i N = HclcRVI mRF1-1 1-1 磁路的基本定律磁路的基本定律磁路與電路磁路與電路 磁路歐姆定律磁路歐姆定律 P 7 磁路與電路的區(qū)別磁路與電路的區(qū)別 P 9 +_VRIF+_Rm電路電路 磁路磁路1-1 1-1 磁路的基本定律磁路的基本定律磁導(dǎo)率 （H/mH/m）的量綱 H H是即電感量的量綱，解釋 1H1H 的物理含義是什么? ?預(yù)測(cè)電磁元件的電感量受哪些參量的影響？在假定每種磁介質(zhì)的 為常數(shù)的前提下，如何解釋磁導(dǎo)率 （H/m）的物理意義？試寫(xiě)出可能的物理描述。 思考題 1-2 1-2 常用的鐵磁材料及其特性常用的鐵

7、磁材料及其特性一、鐵磁物質(zhì)的磁化一、鐵磁物質(zhì)的磁化很多鐵磁材料在常態(tài)下不顯磁性，只有通過(guò)外磁場(chǎng)的激勵(lì)，才表現(xiàn)出很強(qiáng)的磁性。 磁疇未加激勵(lì)狀態(tài)未加激勵(lì)狀態(tài)激勵(lì)磁化狀態(tài)激勵(lì)磁化狀態(tài)一般用于電機(jī)的鐵磁材料其FeFe=(2000 6000)0，因而采用鐵磁材料構(gòu)成磁路鐵心，再由電場(chǎng)激勵(lì)磁場(chǎng)成為產(chǎn)生電機(jī)電磁場(chǎng)的必然途徑。 1-2 1-2 常用的鐵磁材料及其特性常用的鐵磁材料及其特性二、鐵磁材料的磁化特性二、鐵磁材料的磁化特性磁化曲線 P10 鐵磁材料的磁化特性具有非線性的特點(diǎn)，當(dāng)磁化強(qiáng)度達(dá)到一鐵磁材料的磁化特性具有非線性的特點(diǎn)，當(dāng)磁化強(qiáng)度達(dá)到一定臨界值，磁感應(yīng)能力開(kāi)始下降定臨界值，磁感應(yīng)能力開(kāi)始下降磁滯

8、回線 P10 當(dāng)鐵磁材料受到周期性的交變磁化時(shí)，磁化特性具有滯后回當(dāng)鐵磁材料受到周期性的交變磁化時(shí)，磁化特性具有滯后回環(huán)特點(diǎn)。環(huán)特點(diǎn)。1-2 1-2 常用的鐵磁材料及其特性常用的鐵磁材料及其特性三、鐵磁材料的分類和損耗三、鐵磁材料的分類和損耗鐵心損耗 P12 磁滯損耗：鐵心的磁能熱耗散磁滯損耗：鐵心的磁能熱耗散渦流損耗：鐵心的電熱損耗渦流損耗：鐵心的電熱損耗 軟磁和硬磁材料的分類 P12 第二章第二章 直流電機(jī)直流電機(jī)原理與構(gòu)造基本物理量與工作特性數(shù)學(xué)描述一、直流電動(dòng)機(jī)的電磁力運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象（左手定則）2-1 2-1 工作原理及結(jié)構(gòu)工作原理及結(jié)構(gòu)恒定磁場(chǎng)，帶電導(dǎo)體（相互垂直） f = Bil皮皮 薩

9、電磁力定律薩電磁力定律ax 、by段雖然有電流，由于其平行于段雖然有電流，由于其平行于磁力線，無(wú)切割運(yùn)動(dòng)，故不會(huì)產(chǎn)生感磁力線，無(wú)切割運(yùn)動(dòng)，故不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)力而影響旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)應(yīng)力而影響旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)l laxby通電后，導(dǎo)體ab段受到向左的電磁力作用，導(dǎo)體ab段受到向右的電磁力作用，整個(gè)導(dǎo)體框產(chǎn)生以虛線為軸心得逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2-1 2-1 工作原理及結(jié)構(gòu)工作原理及結(jié)構(gòu)由于通電導(dǎo)線的空間由于通電導(dǎo)線的空間位置不斷變化，如何位置不斷變化，如何保證旋轉(zhuǎn)方向恒定不保證旋轉(zhuǎn)方向恒定不變變？外電源固定極性外電源固定極性電流電流+_2-1 2-1 工作原理及結(jié)構(gòu)工作原理及結(jié)構(gòu)外電源固定外電源固定極性電流極性電流換向片

10、換向片一個(gè)電樞一個(gè)電樞繞組繞組電機(jī)旋轉(zhuǎn)體電機(jī)旋轉(zhuǎn)體電樞電樞換向電刷換向電刷電樞結(jié)構(gòu)示意2-1 2-1 工作原理及結(jié)構(gòu)工作原理及結(jié)構(gòu)直流電源導(dǎo)電體電磁場(chǎng)左手定則瞬間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)換向器持續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)的能量變換途徑：2-1 2-1 工作原理及結(jié)構(gòu)工作原理及結(jié)構(gòu)二、直流發(fā)電機(jī)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象（右手定則）恒定磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體（單方向運(yùn)動(dòng)）借助換向器，保證輸出為直流電壓直流電源導(dǎo)電體電磁場(chǎng)右手定則交變感應(yīng)電勢(shì)換向器直流感應(yīng)電勢(shì)輸入轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)+U_ +Ea _+_ +Ea _+_電動(dòng)運(yùn)行發(fā)電運(yùn)行2-1 2-1 工作原理及結(jié)構(gòu)工作原理及結(jié)構(gòu)直流電機(jī)電氣原理圖直流電機(jī)電氣原理圖2-1

11、 2-1 工作原理及結(jié)構(gòu)工作原理及結(jié)構(gòu)三、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)定子部分轉(zhuǎn)子部分主磁極主磁極 換向極換向極 機(jī)座機(jī)座 電刷裝置電刷裝置電樞鐵心電樞鐵心 電樞繞組電樞繞組 換向器換向器電氣結(jié)構(gòu)勵(lì)磁回路電樞回路主磁極主磁極 換向極換向極 電刷裝置電刷裝置電樞繞組電樞繞組 換向器換向器電樞（繞組）電刷換向器電源接線端機(jī)械連結(jié)軸主磁極，勵(lì)磁繞組2-1 2-1 工作原理及結(jié)構(gòu)工作原理及結(jié)構(gòu)NS1237846 5直流電機(jī)電樞繞組的基本結(jié)構(gòu)特征2-3 2-3 直流電機(jī)的繞組直流電機(jī)的繞組為產(chǎn)生足夠的電磁力或發(fā)電電動(dòng)勢(shì)需要將均勻分布的多個(gè)電樞線圈相互并串聯(lián)，形成繞組。需要將均勻分布的多個(gè)電樞線圈相互并串聯(lián)

12、，形成繞組。+單繞組結(jié)構(gòu)單繞組結(jié)構(gòu):優(yōu)：增加線圈數(shù)量，在旋轉(zhuǎn)一周優(yōu)：增加線圈數(shù)量，在旋轉(zhuǎn)一周過(guò)程中始終有一個(gè)繞組產(chǎn)生均衡過(guò)程中始終有一個(gè)繞組產(chǎn)生均衡的電磁力或發(fā)電電勢(shì)。的電磁力或發(fā)電電勢(shì)。劣：任何時(shí)刻只有一個(gè)繞組產(chǎn)生劣：任何時(shí)刻只有一個(gè)繞組產(chǎn)生電磁效應(yīng)，結(jié)構(gòu)利用率低，效能電磁效應(yīng)，結(jié)構(gòu)利用率低，效能差。差。NS14328567+該繞組結(jié)構(gòu)工作時(shí)有幾條電流支該繞組結(jié)構(gòu)工作時(shí)有幾條電流支路？圖示狀態(tài)的電流路徑如何，路？圖示狀態(tài)的電流路徑如何，以繞組端排序表示。以繞組端排序表示。多繞組結(jié)構(gòu)多繞組結(jié)構(gòu):繞組繞組 1-2，3-4，5-6，7-8 共四組。共四組。利用換向片將繞組端利用換向片將繞組端 1和

13、和8，3和和2 ，4和和5，6和和7 永久短接。永久短接。優(yōu)：通過(guò)繞組串并聯(lián)，增加通電優(yōu)：通過(guò)繞組串并聯(lián)，增加通電線圈的數(shù)量（匝數(shù)），大大提高線圈的數(shù)量（匝數(shù)），大大提高了在旋轉(zhuǎn)一周過(guò)程中產(chǎn)生的電磁了在旋轉(zhuǎn)一周過(guò)程中產(chǎn)生的電磁力或發(fā)電電勢(shì)。力或發(fā)電電勢(shì)。2-3 2-3 直流電機(jī)的繞組直流電機(jī)的繞組1237846 5+NNSS_極對(duì)數(shù)：P=22-3 2-3 直流電機(jī)的繞組直流電機(jī)的繞組多對(duì)勵(lì)磁極結(jié)構(gòu)多對(duì)勵(lì)磁極結(jié)構(gòu):2-4 2-4 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場(chǎng)直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場(chǎng)+ + + + 并勵(lì)方式并勵(lì)方式他勵(lì)方式他勵(lì)方式串勵(lì)方式串勵(lì)方式復(fù)勵(lì)方式復(fù)勵(lì)方式一、直流電機(jī)的基本勵(lì)磁結(jié)構(gòu)2-4 2-4

14、 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場(chǎng)直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場(chǎng)二、直流電機(jī)的空載勵(lì)磁狀態(tài) P30直流電機(jī)的空載狀態(tài)定義：無(wú)負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)直流電機(jī)的空載狀態(tài)定義：無(wú)負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)主磁通取決于勵(lì)磁電流強(qiáng)度主磁通取決于勵(lì)磁電流強(qiáng)度三、直流電機(jī)的負(fù)載勵(lì)磁狀態(tài) P32直流電機(jī)的負(fù)載達(dá)到一定強(qiáng)度后，其電樞電流的勵(lì)磁作直流電機(jī)的負(fù)載達(dá)到一定強(qiáng)度后，其電樞電流的勵(lì)磁作用不可忽略用不可忽略電樞反應(yīng)：去磁作用電樞反應(yīng)：去磁作用2-6 2-6 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩在電機(jī)的物理量中：在電機(jī)的物理量中：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 主要的電氣特征量主要的電氣特征量電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 主要的機(jī)械特征量主要的機(jī)械特征量一、感

15、應(yīng)電動(dòng)勢(shì) Ea量綱：伏特量綱：伏特?zé)o論導(dǎo)體是否帶電，只要按一定方向切割磁力線，導(dǎo)體都將無(wú)論導(dǎo)體是否帶電，只要按一定方向切割磁力線，導(dǎo)體都將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ；Ce 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)電動(dòng)勢(shì)常數(shù) Ea = Ce n ； 合成磁通合成磁通 ；n 電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速ia , t0 2P=2的直流電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析2-6 2-6 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩元件的指定支路邊電流變化波形NNS S14328567+_ _電樞空間位置與電角度的關(guān)系由于磁極與換向電刷的配合由于磁極與換向電刷的配合, ,使電使電樞元件邊的電流極性與磁極極性總樞元件邊

16、的電流極性與磁極極性總保持相對(duì)一致性。當(dāng)電流相角度發(fā)保持相對(duì)一致性。當(dāng)電流相角度發(fā)生半周變化即生半周變化即時(shí)，元件邊切割的時(shí)，元件邊切割的磁通也正好發(fā)生半周變化即磁通也正好發(fā)生半周變化即。電角度電角度 + -2-6 2-6 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩n602P=1：設(shè)定電樞繞組每一邊支路經(jīng)過(guò)磁通變化半個(gè)周期時(shí)，需要的時(shí)間為t： tn604P=2：導(dǎo)出導(dǎo)出P38 (2-18)P38 (2-18)式式電樞支路邊電流的電角速度與電樞的機(jī)械轉(zhuǎn)速n n的關(guān)系：nP602n：轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)/分分（rpm）2-6 2-6 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩求t時(shí)間內(nèi)最后感應(yīng)電勢(shì)平均值，最后考慮電

17、樞繞組總有效元件電勢(shì)總量值。式2-21由電磁感應(yīng)定律，匝數(shù)為 Ny 的元件的感應(yīng)電勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)結(jié)果：dtdNdtdey磁鏈磁鏈dtdNydtdetaedttE011nCenaPZEa60推導(dǎo)線索推導(dǎo)線索電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律單位繞組以速度單位繞組以速度n旋轉(zhuǎn)時(shí)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)時(shí)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)考慮總量考慮總量2-6 2-6 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩axyxilBNf二、電磁轉(zhuǎn)矩 Tm2-6 2-6 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩量綱：牛頓米量綱：牛頓米具有矢量特征（順?lè)磧煞N方向）。具有矢量特征（順?lè)磧煞N方向）。直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 ； 合成磁通合

18、成磁通Tm = CM Ia ；CM 轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù) ；Ia 電機(jī)電樞電流電機(jī)電樞電流推導(dǎo)線索推導(dǎo)線索電磁力定律電磁力定律 單個(gè)元件所受電磁力單個(gè)元件所受電磁力 ；Ny 每個(gè)元件的匝數(shù)每個(gè)元件的匝數(shù)2axemDfTldxBIaZTxaem04ldxBx0元件所受電磁轉(zhuǎn)矩元件所受電磁轉(zhuǎn)矩 2-6 2-6 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 ；Da 電樞轉(zhuǎn)軸直徑電樞轉(zhuǎn)軸直徑每極下的電磁轉(zhuǎn)矩每極下的電磁轉(zhuǎn)矩 由于每個(gè)磁極下的磁通為由于每個(gè)磁極下的磁通為 amaemICIaZpT42電樞（P對(duì)磁極）總電磁轉(zhuǎn)矩為 2-6 2-6 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 Tem 的

19、大小與每極磁通和電樞電流的乘積成的大小與每極磁通和電樞電流的乘積成正比正比 思考思考 當(dāng)電樞回路電流為零時(shí)，是否能確定Ea為零？1. 當(dāng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，是否能斷定 Tem 為零？aaaaaemIEnIaPZIaPZIaPZT60260602三、機(jī)電能量的關(guān)系2-6 2-6 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 EaIa： 通過(guò)電磁感應(yīng)輸送到電機(jī)的電功率通過(guò)電磁感應(yīng)輸送到電機(jī)的電功率Tem ：通過(guò)電樞轉(zhuǎn)軸輸送的機(jī)械功率：通過(guò)電樞轉(zhuǎn)軸輸送的機(jī)械功率轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ce見(jiàn) P38392-7 2-7 直流電機(jī)的運(yùn)行原理直流電機(jī)的運(yùn)行原理一、描述運(yùn)行規(guī)律的一般數(shù)學(xué)表達(dá)1. 電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電動(dòng)勢(shì)

20、平衡方程式(以電樞回路為主以電樞回路為主)dtdiLRiEuaaaaaadtidLRiEuaaaaa)()(電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)+U_ +Ea _+Uf_LaRaia電動(dòng)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)時(shí)為零 Tem T2 Tl 思考思考 一臺(tái)直流電機(jī)，勵(lì)磁磁場(chǎng)恒定一臺(tái)直流電機(jī)，勵(lì)磁磁場(chǎng)恒定，電樞電阻，電樞電阻 Ra=1Ra=1 ，當(dāng)，當(dāng)作為電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，外加作為電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，外加 Ua=200VUa=200V直流電壓，電樞直流電壓，電樞電流為電流為10A10A；當(dāng)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，外力拖動(dòng)其穩(wěn)定運(yùn)；當(dāng)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，外力拖動(dòng)其穩(wěn)定運(yùn)行于同一轉(zhuǎn)速，發(fā)電輸出電流為行于同一轉(zhuǎn)速，發(fā)電

21、輸出電流為 20A20A。 估算其輸出的發(fā)電電壓估算其輸出的發(fā)電電壓 UF =？2. 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)dtdJTTTem02d dt td dJ JT TT TT T0 0e em m1 12-7 2-7 直流電機(jī)的運(yùn)行原理直流電機(jī)的運(yùn)行原理+U_+Uf_ia電動(dòng)運(yùn)行 Tem T2 Tl 穩(wěn)態(tài)時(shí)為零2-7 2-7 直流電機(jī)的運(yùn)行原理直流電機(jī)的運(yùn)行原理3. 能量平衡方程式能量平衡方程式(以電動(dòng)機(jī)為例以電動(dòng)機(jī)為例 )emcCuaCufPppp affUIIUUIP1mecFe20202ppPPP)T(T e em me em mT TP

22、PPCufPCuaPFePCPmecP1PemP2電功率機(jī)械功率2-7 2-7 直流電機(jī)的運(yùn)行原理直流電機(jī)的運(yùn)行原理二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性電機(jī)為使用者提供的典型運(yùn)行規(guī)律電機(jī)為使用者提供的典型運(yùn)行規(guī)律 P4345定義：在定義：在U = UN，If = IfN，電樞回路無(wú)外串電阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)的，電樞回路無(wú)外串電阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)的 n，Tem， = f ( P2 或或 Ia )關(guān)系。關(guān)系。轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 (以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例 ) n= f ( Ia )aeaeICRCUn負(fù)斜率項(xiàng)n0nIaN Ia轉(zhuǎn)速特性的特殊工作點(diǎn)轉(zhuǎn)速特性的特殊工作點(diǎn)nnICRCUnaeae0 2-7 2-7 直流電機(jī)

23、的運(yùn)行原理直流電機(jī)的運(yùn)行原理n0nIN Ian0：電機(jī)在電樞電流為：電機(jī)在電樞電流為0時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱為電機(jī)在該工作條時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱為電機(jī)在該工作條件下的理想空載轉(zhuǎn)速。件下的理想空載轉(zhuǎn)速。當(dāng)當(dāng) n = nN Ia = IN時(shí)：電機(jī)工作在額定工作點(diǎn)。時(shí)：電機(jī)工作在額定工作點(diǎn)。理想空載點(diǎn)理想空載點(diǎn)額定工作載點(diǎn)額定工作載點(diǎn)aTemICT忽忽略略電電樞樞反反應(yīng)應(yīng)的的影影響響2-7 2-7 直流電機(jī)的運(yùn)行原理直流電機(jī)的運(yùn)行原理 思考 電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)定空載運(yùn)行時(shí)，大致在該特性的哪個(gè)位置點(diǎn)？轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性 (以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例 ) Tem= f ( Ia )正斜率項(xiàng)Tem0TemIaN Ia100%

24、100%) )I IU(IU(IU U2I2IR RI Ip pp pp p- -1 1 100%100%) )P Pp p(1(1 100%100%P PP Pf fa ac ca aa a2 2a aCufCufmecmecFeFe1 11 12 2效率特性效率特性 (以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例 ) = f ( Ia )所有的損耗和2-7 2-7 直流電機(jī)的運(yùn)行原理直流電機(jī)的運(yùn)行原理2-7 2-7 直流電機(jī)的運(yùn)行原理直流電機(jī)的運(yùn)行原理（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)工作特性（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)工作特性n,Tem0nTemIaN Ia第八章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)方程式運(yùn)動(dòng)方程式負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載

25、轉(zhuǎn)矩特性dtdJTTdtdvmFFzz8-1 8-1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)電網(wǎng)電源電網(wǎng)電源受控電源受控電源電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)機(jī)械負(fù)載機(jī)械負(fù)載二、運(yùn)動(dòng)方程式直線運(yùn)動(dòng)：直線運(yùn)動(dòng)：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：；J = GD2/4g）（dtdndtddtdnGDTTz6023762電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)方程式：電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)方程式：8-1 8-1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式運(yùn)動(dòng)方程與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)方程與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)u T = TZ 時(shí)，時(shí)，dn/dt = 0，穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，無(wú)加速度，穩(wěn)態(tài)無(wú)加速度，穩(wěn)態(tài)u T TZ 時(shí)，時(shí)，dn/dt 0，加速運(yùn)動(dòng)，加速運(yùn)動(dòng)

26、，正加速度，動(dòng)態(tài)正加速度，動(dòng)態(tài)u T TZ 時(shí)，時(shí)，dn/dt Tz1)dn/dt U1)I T T Tz dn/dt 0 直到直到 T = Tz dn/dt = 0 n = n2nTz Tem o第一工作點(diǎn)(T Tz z，n n1 1) )第二工作點(diǎn)(T(Tz z，n n2 2) )當(dāng)當(dāng) U2又變回到又變回到 U1 (U2 U1)I T T Tz dn/dt 0 直到直到 T = Tz dn/dt = 0 n = n1分析前提：電樞的電氣慣性大大小于機(jī)械慣性電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性具有：電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性具有：交點(diǎn)以上同一速度有交點(diǎn)以上同一速度有TTzdtdiLERiUaaaaaaRUi 一、他勵(lì)直流電動(dòng)

27、機(jī)的安全起動(dòng)要求一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的安全起動(dòng)要求9-2 9-2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)問(wèn)題的存在問(wèn)題的存在 在電樞回路中：在電樞回路中：忽略忽略 L，起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)時(shí)，Ea = 0:結(jié)果結(jié)果 ia 往往過(guò)大往往過(guò)大超越電氣和機(jī)械強(qiáng)度的極限超越電氣和機(jī)械強(qiáng)度的極限改善方案：改善方案：降降壓?jiǎn)?dòng)壓?jiǎn)?dòng) 電阻分壓分級(jí)起動(dòng)電阻分壓分級(jí)起動(dòng) 可變電源降壓起動(dòng)可變電源降壓起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)1.5KW1.5KW，220V220V，8.7A8.7A，0.80.8，1450rpm1450rpmAVIQ2758 . 0220275A 8.7A275A 8.7Aa3212RRRRUIC)RRR

28、(RIUnea321119-2 9-2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)Ra+U_ +Ea _+Uf_R 1 R 2 R 3 Ras1 s2 s3 nIz I1 I2 Iao負(fù)載點(diǎn)負(fù)載點(diǎn)(Tz，nz)電樞電阻分級(jí)起動(dòng)：第一級(jí)第一級(jí) s1，s2，s3 開(kāi)路開(kāi)路第二級(jí)第二級(jí) s1 閉合，閉合，s2，s3 開(kāi)路開(kāi)路第三級(jí)第三級(jí) s1，s2 閉合，閉合，s3 開(kāi)路開(kāi)路第四級(jí)第四級(jí) s1，s2，s3 閉合閉合轉(zhuǎn)折點(diǎn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)(T2，0）轉(zhuǎn)折點(diǎn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)(T1，n1） 案例案例 已知：U = 200v，Ce = 0.2v/rpm，Ra = 1要求：電動(dòng)機(jī)從 n=0 開(kāi)始起動(dòng)，每增加300rpm切換一次起動(dòng)

29、電阻，盡可能使每次切換后的最大加速電流為10A，直到完全除掉外串電阻，使電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于空載點(diǎn)（Io = 1A）。u設(shè)計(jì)各級(jí)分級(jí)電阻；u畫(huà)出起動(dòng)過(guò)程的機(jī)械特性 n = f(Ia)(并標(biāo)注各轉(zhuǎn)折點(diǎn)坐標(biāo))；u畫(huà)出電動(dòng)機(jī)電樞回路原理圖，說(shuō)明分級(jí)控制步驟。9-2 9-2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)n900600300Iz 10A Iaorpm1000CUneorpm995CRIUneaoo在約定工作條件下在約定工作條件下電動(dòng)機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速：電動(dòng)機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速：實(shí)際空載轉(zhuǎn)速：實(shí)際空載轉(zhuǎn)速：9-2 9-2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)參考解答：參考解答：(1A，995rpm)(0

30、A，1000rpm)R1=20n900600300Iz 10A Iao2020R RR RU U10A10A1 11 1設(shè)第一級(jí)總電阻為設(shè)第一級(jí)總電阻為 R1 (含含Ra)，切換后分別為，切換后分別為 R2，R3，R4對(duì)應(yīng)外串電阻為對(duì)應(yīng)外串電阻為R1，R2，R3，R49-2 9-2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)7 7A AI IC CR RI IU U3 30 00 0r rp pm m1 1e e1 11 1此后電機(jī)加速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)此后電機(jī)加速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到到300rpm時(shí)：時(shí)：（7, 300）一般認(rèn)為：動(dòng)態(tài)過(guò)程中，一般認(rèn)為：動(dòng)態(tài)過(guò)程中，電樞電流的響應(yīng)遠(yuǎn)快于轉(zhuǎn)電樞電流的響應(yīng)遠(yuǎn)快于轉(zhuǎn)速

31、的響應(yīng)速的響應(yīng)電機(jī)通電后，第一級(jí)總電電機(jī)通電后，第一級(jí)總電阻為阻為 R1 R2=14n900600300Iz 10A Iao（7, 300）9-2 9-2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)切換電阻由切換電阻由R1R2，速度不變，電流增加再次達(dá)，速度不變，電流增加再次達(dá)10A：1 14 4R RC CR R1 10 0A AU U3 30 00 0r rp pm m2 2e e2 2（5.7, 600）此后電機(jī)加速，當(dāng)轉(zhuǎn)速此后電機(jī)加速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到達(dá)到 600 rpm 時(shí)：時(shí)：5 5. .7 7A AI IC CR RI IU U6 60 00 0r rp pm m2 2e e2 22 2

32、R3=8（7, 300）（5.7, 600）n900600300Iz 10A Iao9-2 9-2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)切換電阻由切換電阻由R2R3，速度不變，電流增加再次達(dá)，速度不變，電流增加再次達(dá)10A：8 8R RC CR R1 10 0A AU U6 60 00 0r rp pm m3 3e e3 3此后電機(jī)加速，當(dāng)轉(zhuǎn)速此后電機(jī)加速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到達(dá)到 900 rpm 時(shí)：時(shí)：A AI IC CR RI IU U9 90 00 0r rp pm m3 3e e3 33 35 .2（2.5, 900）9-2 9-2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)切換電阻由切換電

33、阻由R3R4，速度不變，電流增加再次達(dá)，速度不變，電流增加再次達(dá)10A：2 2R RC CR R1 10 0A AU U9 90 00 0r rp pm m4 4e e4 4此后速度已沒(méi)有此后速度已沒(méi)有300 rpm的的增加余地，為保證切除最后增加余地，為保證切除最后一級(jí)外串電阻時(shí)電流能達(dá)到一級(jí)外串電阻時(shí)電流能達(dá)到10A，切換點(diǎn)的坐標(biāo)如何切換點(diǎn)的坐標(biāo)如何確定？確定？（7, 300）（5.7, 600）n900600300Iz 10A Iao（2.5, 900）R4=2（2.5, 900）n1000900Iz 10A Iao9-2 9-2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)切出最后一級(jí)電阻

34、時(shí)，速度應(yīng)等于自然特性在切出最后一級(jí)電阻時(shí)，速度應(yīng)等于自然特性在 Ia=10A 點(diǎn)：點(diǎn)：r rp pm mn nC CR R1 10 0A AU Un n4 4e ea a4 49 95 50 0切換點(diǎn)電流切換點(diǎn)電流 I4：A AI IC CR RI IU Un n4 4e e4 44 454（5, 950）最后，電機(jī)進(jìn)入自然特性直至穩(wěn)定于（最后，電機(jī)進(jìn)入自然特性直至穩(wěn)定于（1A, 995 rpm）(1A，995rpm)n900600300Iz 10A Iao（7, 300）（5.7, 600）（2.5,900）（1 ,995）（5 ,950）9-2 9-2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

35、的起動(dòng)Ra+U_ +Ea _Ras1 s2 s3 S46 6 6 1 9-3 9-3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)一、電機(jī)制動(dòng)狀態(tài)的定義當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩 T T 與轉(zhuǎn)速 n n 方向相反時(shí)，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)提示：制動(dòng)過(guò)程不一定是減速過(guò)程 制動(dòng)過(guò)程是外部機(jī)械能進(jìn)入電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程 二、電機(jī)制動(dòng)狀態(tài)的分類能耗制動(dòng)回饋制動(dòng)反接制動(dòng)電樞反接制動(dòng)轉(zhuǎn)速反接制動(dòng)nT能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)aaaREUIzaaaRREI9-3 9-3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)u應(yīng)用：減速，剎車或抑制速度應(yīng)用：減速，剎車或抑制速度u案例：當(dāng)案例：當(dāng) K左端，電動(dòng)運(yùn)行，左端，電動(dòng)運(yùn)行，T與與 n

36、 同向同向當(dāng)當(dāng) K右端，右端，U = 0 n，Ea大小、方向不變大小、方向不變 T與與 n 反向，處于制動(dòng)運(yùn)行，反向，處于制動(dòng)運(yùn)行，+U_ +Ea _+Uf_RzRaKaezaICRRn9-3 9-3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)由于機(jī)械能最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β室杂捎跈C(jī)械能最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β室?Ia2(Ra+Rz) 方式消耗掉，所以方式消耗掉，所以稱之為稱之為能能 耗耗 制制 動(dòng)動(dòng)u 機(jī)械特性方程機(jī)械特性方程提示：提示：特性為斜率等于特性為斜率等于 （Ra+RzRa+Rz）/Ce/Ce 的斜線的斜線 最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T T1 1可調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)Ra+RzT1 o Iz Ia Rann

37、o o Iz1 Iz2 Ia 9-3 9-3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)RaRa+Rznno案例分析案例分析如圖：電動(dòng)機(jī)在兩種不同強(qiáng)度的反作用負(fù)載下穩(wěn)定運(yùn)行，若配以相同能耗制動(dòng)電阻Rz，能否判斷兩者停車的快慢？負(fù)載負(fù)載1負(fù)載負(fù)載2a aa aa aR RR RE EU UI Ia ae ea ao oI IC CR RR Rn nn n9-3 9-3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)反接制動(dòng)反接制動(dòng)u應(yīng)用：吊車重物下放等應(yīng)用：吊車重物下放等u案例：案例：電動(dòng)運(yùn)行，電動(dòng)運(yùn)行，R R = 0= 0，重物向上提升；，重物向上提升；制動(dòng)運(yùn)行，制動(dòng)運(yùn)行， R R 增大，使增大，使

38、T TzT 0，i10及電路的純感性特征；及電路的純感性特征；u確立電路工作時(shí)段確立電路工作時(shí)段 t1 t2；uDi1 /dt 0，d /dt 0及及 的方向?yàn)轫槙r(shí)針；的方向?yàn)轫槙r(shí)針；u二次繞組感生電流產(chǎn)生的磁通方向阻礙二次繞組感生電流產(chǎn)生的磁通方向阻礙 的變化；的變化；u判斷出判斷出 i2， u2 的方向。的方向。e13-2 3-2 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行一、空載運(yùn)行的物理分析 1 其中存在少量只與一次繞組交鏈的，經(jīng)過(guò)非磁性物質(zhì)（空氣或其中存在少量只與一次繞組交鏈的，經(jīng)過(guò)非磁性物質(zhì)（空氣或絕緣油）的漏磁通絕緣油）的漏磁通 1 me1e2 u2i0u1N1 N2dtdtd d

39、N Ndtdtd dN Nr ri iu u) )e e( () )e e( (r ri iu um m1 11 11 11 10 01 11 11 11 10 01 1當(dāng)一次繞組施加電壓當(dāng)一次繞組施加電壓u1；i0 一次繞組空載電流一次繞組空載電流；e1 一次繞組漏磁通對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)一次繞組漏磁通對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)；r1 一次繞組電阻一次繞組電阻變壓器總磁通量：變壓器總磁通量： = m + 1 3-2 3-2 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和主磁通近似假定：近似假定： m = msin t 則：則： ；Im 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流；I I 磁化（勵(lì)磁）電流磁化（勵(lì)磁）

40、電流；I IFe Fe 鐵耗電流鐵耗電流22FemIIImII3-2 3-2 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行空載電流分析空載電流分析實(shí)際空載時(shí)，銅耗實(shí)際空載時(shí)，銅耗 P Pcu1cu1相對(duì)很小，若忽略則有：相對(duì)很小，若忽略則有：一般由于一般由于 I IFe， I 是是 Im 的主要分量的主要分量FeImmmfNjEfNjE221144. 444. 4推導(dǎo)見(jiàn)推導(dǎo)見(jiàn) P57P57如何轉(zhuǎn)換為如何轉(zhuǎn)換為相量圖？相量圖？ me1e2 u2i0u1N1 N23-2 3-2 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行1e1如何將電磁效應(yīng)表達(dá)為由如何將電磁效應(yīng)表達(dá)為由電氣參數(shù)電氣參數(shù)組成的方程式？組成

41、的方程式？3-2 3-2 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行m m1 11 1m m1 1m m1 11 1I IjxjxE E同相同相I I與與I IE E漏磁通與漏電抗漏磁通與漏電抗；定義；定義 x1為一次繞組的漏電抗，以為一次繞組的漏電抗，以表征漏磁通對(duì)一次繞組的電磁效應(yīng)。表征漏磁通對(duì)一次繞組的電磁效應(yīng)。二、空載運(yùn)行的電勢(shì)平衡式、相量圖和等效電路二、空載運(yùn)行的電勢(shì)平衡式、相量圖和等效電路P653-2 3-2 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行在假定漏電抗為在假定漏電抗為 x1 的前提下，推算與二次繞組非耦合的的前提下，推算與二次繞組非耦合的等效阻抗等效阻抗) )E E( ()

42、 )E E( (r rI Iu u1 11 11 1m m1 1) )E E( (Z ZI I) )E E( () )x xj j( (r rI I) )E E( (x xI Ij jr rI I1 11 1m m1 11 11 1m m1 11 1m m1 1m m其中，將其中，將 Z1= r1+jx1 認(rèn)定為認(rèn)定為考慮一次繞組的電阻考慮一次繞組的電阻r1一次繞一次繞組漏阻抗組漏阻抗1EmIIFeI3-2 3-2 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行進(jìn)一步定義進(jìn)一步定義 對(duì)應(yīng)的阻抗對(duì)應(yīng)的阻抗 Zm 為耦合于二次繞組的勵(lì)磁電流和磁通為耦合于二次繞組的勵(lì)磁電流和磁通 由由 （鐵耗分量）和（鐵

43、耗分量）和 （勵(lì)磁分量）組成（勵(lì)磁分量）組成mIm定義：定義：一次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)m mm m1 1Z ZI IE E；其中復(fù)阻抗；其中復(fù)阻抗 Zm = rm + jxm重新表達(dá)電勢(shì)平衡關(guān)系：重新表達(dá)電勢(shì)平衡關(guān)系：) )Z Z(Z(ZI IU Um m1 1m m1 1) )j jx x( (r rI I) )j jx x( (r rI IU Um mm mm m1 11 1m m1 11U1mxI j1mrI m mI Im1EmmxI jmmrI1E3-2 3-2 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行相量圖相量圖 （忽略銅耗）（忽略銅耗） 等效電路等效電路r1 x1

44、rm xmmI1U22FemIII3-2 3-2 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行 思考思考 1. 1. 當(dāng)不忽略一次繞組的電阻當(dāng)不忽略一次繞組的電阻r r1 1時(shí)，時(shí)，P58P58(2-16)(2-16)式是否適用？式是否適用？2. 2. 利用等效電路模型說(shuō)明變壓利用等效電路模型說(shuō)明變壓器空載運(yùn)行時(shí)電源的功率分配情器空載運(yùn)行時(shí)電源的功率分配情況況. .r1 x1rm xmmI1U0 0U Ue ee eI I不不變變) )U U( (而而e ed dt td d0 0I Im m1 11 11 1m m1 11 11 1m m2 2m3-3 3-3 單相變壓器的基本方程式單相變壓器的

45、基本方程式一、負(fù)載后的電磁變化e1 1 me1e2 u2i1u1N1 N22ZFi23-3 3-3 單相變壓器的基本方程式單相變壓器的基本方程式 I1 增量與輸出電流增量與輸出電流I2的關(guān)系：的關(guān)系：2 21 12 21 12 22 21 11 1m mI IN NN NI I0 0N NI IN NI I即即0 0N NI I0 0；磁通勢(shì)變化總量為；磁通勢(shì)變化總量為 0 0；總磁勢(shì)不變；總磁勢(shì)不變；一、二次繞組磁通勢(shì)變；一、二次繞組磁通勢(shì)變化量相量和為化量相量和為 0 0；一、二次繞組電流增量；一、二次繞組電流增量的關(guān)系的關(guān)系1 1m m2 22 21 11 1N NI IN NI IN

46、NI I2 22 22 22 21 11 11 11 1Z ZI IE EU UZ ZI IE EU U2U1E二、負(fù)載時(shí)的基本方程式二、負(fù)載時(shí)的基本方程式3-3 3-3 單相變壓器的基本方程式單相變壓器的基本方程式磁動(dòng)勢(shì)平衡方程磁動(dòng)勢(shì)平衡方程電動(dòng)勢(shì)平衡方程電動(dòng)勢(shì)平衡方程1Irm xm1Ur1 x1r2 x2rm xm2I2EZF一次回路一次回路 二次回路二次回路2 22 22 2 1 1 2 21 1 2 2E EK KE EN NN NE EE EE E3-4 3-4 單相變壓器的等效電路及相量圖單相變壓器的等效電路及相量圖一、目的等效電路等效電路：便于工程計(jì)算的無(wú)電磁隔離的單純電路：便于

47、工程計(jì)算的無(wú)電磁隔離的單純電路二、繞組歸算歸算原則歸算原則：歸算前的磁勢(shì)平衡關(guān)系和能量平衡關(guān)系保持不變：歸算前的磁勢(shì)平衡關(guān)系和能量平衡關(guān)系保持不變歸算方法歸算方法：將二次（或一次）繞組的匝數(shù)換算成一次（或二次）：將二次（或一次）繞組的匝數(shù)換算成一次（或二次）繞組的匝數(shù)繞組的匝數(shù)歸算結(jié)果歸算結(jié)果：將一個(gè)匝數(shù)與一次繞組相等，電磁效應(yīng)與二次繞組：將一個(gè)匝數(shù)與一次繞組相等，電磁效應(yīng)與二次繞組相同的并聯(lián)繞組去代替實(shí)際的二次繞組相同的并聯(lián)繞組去代替實(shí)際的二次繞組 N N 2 2 = N = N1 1歸算電動(dòng)勢(shì)與電壓歸算電動(dòng)勢(shì)與電壓 由（由（3-15）式知，）式知，K KI II IN NN NI IN N

48、N NI II IN NI IN N2 22 21 12 22 2 2 22 2 2 22 22 2 2 2 2 22 22 22 22 22 21 12 22 2 2 22 22 2 2 22 22 22 2 2 22 2 2 2r rK Kr r) )N NN N( (r rI II Ir rr rI Ir rI I2 22 22 22 22 21 12 22 2 2 22 22 2 2 22 22 22 2 2 22 2 2 2x xK Kx x) )N NN N( (x xI II Ix xx xI Ix xI I3-4 3-4 單相變壓器的等效電路及相量圖單相變壓器的等效電路及相量圖

49、歸算電流歸算電流 保持二次繞組折算前后磁動(dòng)勢(shì)不變：保持二次繞組折算前后磁動(dòng)勢(shì)不變：歸算阻抗歸算阻抗 保持二次繞組折算前后有功功率、無(wú)功功率不變：保持二次繞組折算前后有功功率、無(wú)功功率不變：三、等效電路三、等效電路3-4 3-4 單相變壓器的等效電路單相變壓器的等效電路由于感生電動(dòng)勢(shì)折算后相等，從電氣效應(yīng)的角度看，可將由于感生電動(dòng)勢(shì)折算后相等，從電氣效應(yīng)的角度看，可將磁路屏蔽掉，直接連接一、二次繞組。磁路屏蔽掉，直接連接一、二次繞組。2U1Irm xmr1 x1x2 r22IZFmI三、簡(jiǎn)化等效電路3-4 3-4 單相變壓器的等效電路單相變壓器的等效電路P66 思考思考 1. 一臺(tái)單相變壓器分兩

50、組輸入端，額定電壓分別為一臺(tái)單相變壓器分兩組輸入端，額定電壓分別為380/220伏，額定頻率為伏，額定頻率為50Hz，試問(wèn)：，試問(wèn)：1)如誤將如誤將220伏端接在伏端接在380伏電源上，會(huì)有什么情況發(fā)生？伏電源上，會(huì)有什么情況發(fā)生？2)如果電源電壓正常，電源頻率提高如果電源電壓正常，電源頻率提高20%，xm，I0，PFe將將如何變化？如何變化？3)如果將變壓器接在直流電源上，會(huì)有什么情況發(fā)生？如果將變壓器接在直流電源上，會(huì)有什么情況發(fā)生？3-4 3-4 單相變壓器的等效電路單相變壓器的等效電路在變換功率一定的前提下：在變換功率一定的前提下：1)變壓器的勵(lì)磁電抗變壓器的勵(lì)磁電抗xm宜大還是宜??？

51、宜大還是宜??？2)若變壓器用空氣心而不是鐵心，若變壓器用空氣心而不是鐵心，xm如何變化？若增大一如何變化？若增大一次繞組匝數(shù)，次繞組匝數(shù)， xm如何變化？如何變化？第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理基本物理量基本物理量4-1 4-1 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理一、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)直流電動(dòng)機(jī)：靜止磁場(chǎng)直流電動(dòng)機(jī)：靜止磁場(chǎng) + + 外部輸入電流外部輸入電流異步電動(dòng)機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)異步電動(dòng)機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) + + 內(nèi)部感生電流內(nèi)部感生電流電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩三相定子繞組三相定子繞組互差互差120120o o空間分布空間分布A B CABCAXCZBY互差互差120

52、o正弦勵(lì)磁電流正弦勵(lì)磁電流iAiCiBi0 tiAiBiC4-1 4-1 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理i0 tAXCZBYiAiBiC360o t = 0120o t =120o240o t = 240o 4-1 4-1 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理顯然，由于三相交流相電流所在的三相繞組的對(duì)顯然，由于三相交流相電流所在的三相繞組的對(duì)稱分布規(guī)律，產(chǎn)生的合成磁通（或磁勢(shì)）為稱分布規(guī)律，產(chǎn)生的合成磁通（或磁勢(shì)）為旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的。的。4-1 4-1 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理那么，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的那么，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的 速度速度 能否確定？能否確定？當(dāng)繞組產(chǎn)生的極對(duì)數(shù)

53、大于當(dāng)繞組產(chǎn)生的極對(duì)數(shù)大于1 1時(shí)時(shí)P = 2P = 2AXCZBYABYCZX旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)顯然：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速率與勵(lì)磁電流頻率有關(guān)。顯然：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速率與勵(lì)磁電流頻率有關(guān)。4-1 4-1 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理AXCZBYAXBYCZSSNNSSNN60o t = 0o t = 120o二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象4-1 4-1 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理顯然，顯然，P = 2 P = 2 時(shí)勵(lì)磁電流變化一個(gè)周期，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)勵(lì)磁電流變化一個(gè)周期，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn) 0.5 0.5 周。周。靜止的轉(zhuǎn)子繞組被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線切靜止的轉(zhuǎn)子繞組被旋轉(zhuǎn)磁

54、場(chǎng)的磁力線切割割 （右手定則右手定則 斷定感生電流方向）；斷定感生電流方向）；u 拇指拇指導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向u 四指四指感生電流方向感生電流方向u 掌心掌心朝向磁場(chǎng)朝向磁場(chǎng) N 極極S NS Nnon( (r r/ /m mi in n) )p p6 60 0f f( (r r/ /s s) )p pf fn n1 11 1o o稱之為同步轉(zhuǎn)速感生電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁力（感生電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁力（左手左手定則定則斷定電磁力方向）。斷定電磁力方向）。u 拇指拇指導(dǎo)體受力方向?qū)w受力方向u 四指四指導(dǎo)體電流方向?qū)w電流方向u 掌心掌心朝向磁場(chǎng)朝向磁場(chǎng)N極極n no o與與n n的大小關(guān)

55、系的大小關(guān)系如何如何? ?4-14-1三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理三、轉(zhuǎn)差率概念轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）n n 與同步磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與同步磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 n no o 的比率關(guān)系的比率關(guān)系 1 10 00 0% %n nn nn ns s( (% %) )o oo oS S 稱為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率稱為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由于在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由于n nn no o ，所以，所以 0 s 10 s 1四、結(jié)構(gòu) P98轉(zhuǎn)子繞線式：轉(zhuǎn)子繞線式：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高；易于控制。應(yīng)用面窄結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高；易于控制。應(yīng)用面窄轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式: : 制造成本低，壽

56、命長(zhǎng)，易維護(hù)；控制復(fù)雜。應(yīng)制造成本低，壽命長(zhǎng)，易維護(hù)；控制復(fù)雜。應(yīng)用廣泛用廣泛4-2 4-2 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定功率：額定功率：標(biāo)準(zhǔn)工況下輸出的機(jī)械功率標(biāo)準(zhǔn)工況下輸出的機(jī)械功率額定電壓：額定電壓：定子繞組的標(biāo)準(zhǔn)線電壓定子繞組的標(biāo)準(zhǔn)線電壓額定電流：額定電流：定子繞組的標(biāo)準(zhǔn)線電流定子繞組的標(biāo)準(zhǔn)線電流額定頻率：額定頻率：定子繞組的勵(lì)磁電源標(biāo)準(zhǔn)頻率定子繞組的勵(lì)磁電源標(biāo)準(zhǔn)頻率額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速：標(biāo)準(zhǔn)工況下的轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)工況下的轉(zhuǎn)速 思考思考 從異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理看，電動(dòng)運(yùn)行時(shí)是否一定存在 n nn no o ?電動(dòng)時(shí)是否可能有n = nn = no o ？如何使異步電動(dòng)機(jī)

57、正反運(yùn)轉(zhuǎn)？試設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單電路實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向的控制。列舉異步電動(dòng)機(jī)與變壓器、直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行原理方面的異同之處；4-2 4-2 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)第五章 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)等效電路等效電路基本方程式基本方程式m0m0m0m010101 11 1F FF FI IU U0 0I I0 0E E2 22s2s2 22 22 22 2s s0 0F FI II I, ,E En n) )( (n nn n5-1 5-1 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程一、異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行的物理狀況一、異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行的物理狀況空載時(shí)

58、空載時(shí)：由于空載時(shí)由于空載時(shí) n0 n，2s2s1 1E EE E負(fù)載時(shí)負(fù)載時(shí)：AXCZBYnon負(fù)載后，電機(jī)出現(xiàn)負(fù)載后，電機(jī)出現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的勵(lì)兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的勵(lì)磁磁通勢(shì)磁磁通勢(shì)F F1 1、F F2 2，且均為運(yùn)動(dòng)的。且均為運(yùn)動(dòng)的。i0 tiaibicAXCZBY5-1 5-1 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程nonF2與與 F1如何相互作用？如何相互作用？F2的旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)方向ayzbxc 1 2轉(zhuǎn)子電流相位轉(zhuǎn)子電流相位轉(zhuǎn)子相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)子相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向動(dòng)方向i0 tiaibic5-1 5-1 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程AXCZBYa

59、yzbxc no 2u 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng) 2 2 也旋轉(zhuǎn)也旋轉(zhuǎn)120120o ou 但轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流（電勢(shì)）的角速度小于但轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流（電勢(shì)）的角速度小于120o 思考思考如上例中定子電流頻率50Hz，則轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的頻率是多少？電機(jī)轉(zhuǎn)速是多少？假定當(dāng)定子磁場(chǎng)假定當(dāng)定子磁場(chǎng) 1 1 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)120120o o時(shí)，轉(zhuǎn)子空間位置旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子空間位置旋轉(zhuǎn)9090o o：答案答案5-1 5-1 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程轉(zhuǎn)子電流頻率：=（30o/120o）*50Hz=12.5Hz電機(jī)轉(zhuǎn)速：=（90o/120o）*3000rpm=2250rpm或=(50Hz-12.5Hz

60、)*60=2250rpmno=60f1/Ps sf fn nn nn n6 60 0P Pn n6 60 0n n) )P P( (n nf f1 10 00 00 00 02 2n nn n6 60 0n n) )p p( (n nP P6 60 0P P6 60 0f fn n0 00 02 2F F2 2的轉(zhuǎn)速大小的轉(zhuǎn)速大小u當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以（n n0 0 - n- n）的速率相對(duì)于轉(zhuǎn)子（繞組）運(yùn)的速率相對(duì)于轉(zhuǎn)子（繞組）運(yùn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子感生電流及電勢(shì)的頻率為：動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子感生電流及電勢(shì)的頻率為：5-1 5-1 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程u由由