電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)課件

電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)課件第1頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月一、關(guān)于能量1.能量的運(yùn)動(dòng)方式風(fēng)能變換一種形式另一種形式2.能量的基本存在形式機(jī)械能電能熱能核能磁能光能關(guān)于能量化學(xué)能第2頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月二、關(guān)于電機(jī)一種能量變換

裝置集電能、磁能

和機(jī)械能

為一體一種典型的機(jī)電一體化

設(shè)備可控性

越來越強(qiáng)關(guān)于電機(jī)第3頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月電機(jī)的應(yīng)用分類電動(dòng)方式消耗電能

發(fā)電方式產(chǎn)生電能二、關(guān)于電機(jī)第4頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于本課程(一)三、關(guān)于本課程專業(yè)目的研究電機(jī)，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)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）電磁學(xué)（電磁效應(yīng)）運(yùn)動(dòng)力學(xué)（力矩，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）學(xué)習(xí)內(nèi)容電動(dòng)勢(shì)，電勢(shì)平衡，電磁轉(zhuǎn)矩，相量圖及其分析；工作特性，機(jī)械特性，機(jī)械負(fù)載，功率損耗，有功功率，無功功率；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；第5頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月三、關(guān)于本課程學(xué)習(xí)方式以物理概念領(lǐng)先，數(shù)學(xué)描述隨后；突出主要知識(shí)點(diǎn)，以點(diǎn)帶面；注意知識(shí)的持續(xù)性、關(guān)聯(lián)性；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)課堂教學(xué)：參與和互動(dòng)；成績?cè)u(píng)價(jià)體系：課堂記錄實(shí)驗(yàn)記錄作業(yè)記錄理論考試四部分60%左右40%左右關(guān)于本課程(二)第6頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章磁路

基本定律及物理概念

磁場與電流

磁路與電路第一章磁路第7頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月1-1磁路的基本定律一、（電）磁場存在的基本要素磁場源，勵(lì)磁源，勵(lì)磁電流磁路，磁通路徑二、（電）磁場的基本物理量磁通

描述通過一定橫截面積的磁力線總數(shù)

符號(hào)

類型

矢量量綱

Wb

；1Wb=108lines

磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁通密度

描述通過單位面積的磁力線數(shù)量

符號(hào)B；B=

/A(面積)

類型矢量

量綱

Wb/m2面積A磁力線單位面積1-1磁路的基本定律（一）Ф第8頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月

磁勢(shì)（磁動(dòng)勢(shì)）描述衡量磁場源的基本強(qiáng)度符號(hào)FF=i

N

類型

矢量量綱A·turn(安匝)

磁場強(qiáng)度描述在單位長度的磁力線上磁場源所分配的勵(lì)磁磁勢(shì)大小符號(hào)HB=

μ

H

類型

矢量

量綱

T（特斯拉）或

A

/m或A·turn/m磁導(dǎo)率描述衡量指定物質(zhì)導(dǎo)磁能力大小的物理量符號(hào)

μ

類型

標(biāo)量量綱H/m在真空介質(zhì)中μo=4π

10-7H/m1-1磁路的基本定律1-1磁路的基本定律（三）提示：磁勢(shì)不僅與流過電流載體的安培強(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：亨每米第9頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月1-1磁路的基本定律（四）1-1磁路的基本定律三、磁與電的聯(lián)系磁場與電流

安培環(huán)路定律P7

右手定則+_繞組N匝磁性鐵心

橫截面A鐵心平均長度lci

磁勢(shì)的大?。?/p>

F=iN=Hclc第10頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月磁路的基本定律（六）1-1磁路的基本定律磁路與電路

磁路歐姆定律P7

磁路與電路的區(qū)別P9

+_VRIF+_Rm

電路

磁路第11頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月思考（一）1-1磁路的基本定律磁導(dǎo)率（H/m）的量綱H是即電感量的量綱，解釋1H

的物理含義是什么?預(yù)測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？試寫出可能的物理描述。—思考題

—第12頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的鐵磁材料及其特性1-2常用的鐵磁材料及其特性一、鐵磁物質(zhì)的磁化很多鐵磁材料在常態(tài)下不顯磁性，只有通過外磁場的激勵(lì)，才表現(xiàn)出很強(qiáng)的磁性。

磁疇未加激勵(lì)狀態(tài)激勵(lì)磁化狀態(tài)一般用于電機(jī)的鐵磁材料其μFe=(2000—6000)μ0，因而采用鐵磁材料構(gòu)成磁路——鐵心，再由電場激勵(lì)磁場成為產(chǎn)生電機(jī)電磁場的必然途徑。

第13頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月、鐵磁材料的磁化特性1-2常用的鐵磁材料及其特性二、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)到一定臨界值，磁感應(yīng)能力開始下降磁滯回線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環(huán)特點(diǎn)。第14頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月三、鐵磁材料的分類和損耗1-2常用的鐵磁材料及其特性三、鐵磁材料的分類和損耗鐵心損耗P12

磁滯損耗：鐵心的磁能熱耗散渦流損耗：鐵心的電熱損耗軟磁和硬磁材料的分類P12

第15頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章直流電機(jī)

原理與構(gòu)造

基本物理量與工作特性

數(shù)學(xué)描述第二章直流電機(jī)第16頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月一、直流電動(dòng)機(jī)的電磁力運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象（左手定則）2-1工作原理及結(jié)構(gòu)2-1工作原理及結(jié)構(gòu)恒定磁場，帶電導(dǎo)體（相互垂直）

f=Bil皮——

薩電磁力定律ax、by段雖然有電流，由于其平行于磁力線，無切割運(yùn)動(dòng)，故不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)力而影響旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)NSlaxby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)。第17頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)Q向器——連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)2-1工作原理及結(jié)構(gòu)由于通電導(dǎo)線的空間位置不斷變化，如何保證旋轉(zhuǎn)方向恒定不變？外電源固定極性電流第18頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月三維圖示+_2-1工作原理及結(jié)構(gòu)外電源固定極性電流換向片一個(gè)電樞繞組電機(jī)旋轉(zhuǎn)體電樞換向電刷電樞結(jié)構(gòu)示意第19頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-1工作原理及結(jié)構(gòu)2-1工作原理及結(jié)構(gòu)直流電源導(dǎo)電體電磁場左手定則瞬間旋轉(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：第20頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-1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，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)2-1工作原理及結(jié)構(gòu)第21頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-1+U_+Ea_+_+Ea_+_電動(dòng)運(yùn)行發(fā)電運(yùn)行2-1工作原理及結(jié)構(gòu)直流電機(jī)電氣原理圖第22頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-1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)子部分主磁極換向極機(jī)座電刷裝置電樞鐵心電樞繞組換向器電氣結(jié)構(gòu)勵(lì)磁回路電樞回路主磁極換向極電刷裝置電樞繞組換向器三、直流電機(jī)結(jié)構(gòu)第23頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-1工作原理及結(jié)構(gòu)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工作原理及結(jié)構(gòu)第24頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月NS123784652-3直流電機(jī)的繞組結(jié)構(gòu)特征直流電機(jī)電樞繞組的基本結(jié)構(gòu)特征2-3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。+?單繞組結(jié)構(gòu):優(yōu)：增加線圈數(shù)量，在旋轉(zhuǎn)一周過程中始終有一個(gè)繞組產(chǎn)生均衡的電磁力或發(fā)電電勢(shì)。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，效能差。第25頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月多繞組結(jié)構(gòu)NS14328567+?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，以繞組端排序表示。多繞組結(jié)構(gòu):繞組1-2，3-4，5-6，7-8共四組。利用換向片將繞組端1和8，3和2，4和5，6和7永久短接。優(yōu)：通過繞組串并聯(lián)，增加通電線圈的數(shù)量（匝數(shù)），大大提高了在旋轉(zhuǎn)一周過程中產(chǎn)生的電磁力或發(fā)電電勢(shì)。2-3直流電機(jī)的繞組第26頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月多對(duì)極勵(lì)磁12378465++NNSS__極對(duì)數(shù)：P=22-3直流電機(jī)的繞組多對(duì)勵(lì)磁極結(jié)構(gòu):第27頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-4直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場+

+

+

+

并勵(lì)方式他勵(lì)方式串勵(lì)方式2-4勵(lì)磁方式復(fù)勵(lì)方式一、直流電機(jī)的基本勵(lì)磁結(jié)構(gòu)第28頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月空載和負(fù)載勵(lì)磁狀態(tài)2-4直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場二、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：無負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)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)磁作用不可忽略電樞反應(yīng)：去磁作用第29頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-6感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩在電機(jī)的物理量中：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

主要的電氣特征量電磁轉(zhuǎn)矩

主要的機(jī)械特征量一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea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)

；Ce電動(dòng)勢(shì)常數(shù)

Ea=Ce

n

；

合成磁通

；n電機(jī)轉(zhuǎn)速2-6感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩第30頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月ia,Ф

t0π2πP=2的直流電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析2-6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NNSS14328567++__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,使電樞元件邊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)生半周變化即π時(shí)，元件邊切割的磁通也正好發(fā)生半周變化即π。電角度+Ф-Ф第31頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-6感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩P=1：設(shè)定電樞繞組每一邊支路經(jīng)過磁通變化半個(gè)周期π時(shí)，需要的時(shí)間為Δt：P=2：導(dǎo)出P38(2-18)式電樞支路邊電流的電角速度ω與電樞的機(jī)械轉(zhuǎn)速n的關(guān)系：n：轉(zhuǎn)/分（rpm）第32頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-6感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩求Δt時(shí)間內(nèi)最后感應(yīng)電勢(shì)平均值，最后考慮電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：磁鏈第33頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)推導(dǎo)線索電磁感應(yīng)定律單位繞組以速度n旋轉(zhuǎn)時(shí)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)考慮總量2-6感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩第34頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁轉(zhuǎn)矩二、電磁轉(zhuǎn)矩Tm2-6感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩量綱：牛頓米具有矢量特征（順反兩種方向）。直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

；合成磁通Tm=CM

Ia

；CM

轉(zhuǎn)矩常數(shù)

；Ia電機(jī)電樞電流推導(dǎo)線索電磁力定律

——單個(gè)元件所受電磁力

；Ny每個(gè)元件的匝數(shù)第35頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁轉(zhuǎn)矩元件所受電磁轉(zhuǎn)矩2-6感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩

；Da電樞轉(zhuǎn)軸直徑每極下的電磁轉(zhuǎn)矩由于每個(gè)磁極下的磁通為第36頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁轉(zhuǎn)矩電樞（P對(duì)磁極）總電磁轉(zhuǎn)矩為2-6感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩Tem

的大小與每極磁通和電樞電流的乘積成正比—思考—當(dāng)電樞回路電流為零時(shí)，是否能確定Ea為零？當(dāng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，是否能斷定Tem為零？第37頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)電能量的關(guān)系三、機(jī)電能量的關(guān)系2-6感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩EaIa：通過電磁感應(yīng)輸送到電機(jī)的電功率Tem

：通過電樞轉(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P38~39第38頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-7直流電機(jī)的運(yùn)行原理2-7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(以電樞回路為主)電動(dòng)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

第39頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月

—思考—

一臺(tái)直流電機(jī)，勵(lì)磁磁場恒定，電樞電阻Ra=1

，當(dāng)作為電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，外加Ua=200V直流電壓，電樞電流為10A；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20A。估算其輸出的發(fā)電電壓UF=？第40頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)矩平衡方程式2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)2-7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)為零第41頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月能量平衡方程式2-7直流電機(jī)的運(yùn)行原理3.能量平衡方程式(以電動(dòng)機(jī)為例)PCufPCuaPFePCPmecP1PemP2電功率機(jī)械功率第42頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)速特性2-7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P43~45定義：在U=UN，If=IfN，電樞回路無外串電阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)的n，Tem，

=f(P2或Ia)關(guān)系。轉(zhuǎn)速特性(以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例)n=f(Ia

)負(fù)斜率項(xiàng)n0nIaNIa第43頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)速特性的特殊工作點(diǎn)2-7直流電機(jī)的運(yùn)行原理n0nINIan0：電機(jī)在電樞電流為0時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱為電機(jī)在該工作條件下的理想空載轉(zhuǎn)速。當(dāng)n=nNIa=IN時(shí)：電機(jī)工作在額定工作點(diǎn)。理想空載點(diǎn)額定工作載點(diǎn)第44頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)矩特性2-7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(以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例)Tem=f(Ia

)正斜率項(xiàng)Tem0TemIaNIa第45頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月效率特性效率特性(以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例)=f(Ia

)所有的損耗和2-7直流電機(jī)的運(yùn)行原理第46頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題2-7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n,,Tem0n

TemIaNIa第47頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月第八章動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)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

負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性

第48頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月8-1運(yùn)動(dòng)方程式8-1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)電源受控電源電動(dòng)機(jī)機(jī)械負(fù)載二、運(yùn)動(dòng)方程式直線運(yùn)動(dòng)：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：；J=GD2/4g第49頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)動(dòng)方程式電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)方程式：8-1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)T=TZ時(shí)，dn/dt=0，穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，無加速度，穩(wěn)態(tài)T>TZ

時(shí)，dn/dt>0，加速運(yùn)動(dòng)，正加速度，動(dòng)態(tài)T<

TZ

時(shí)，dn/dt<0，減速運(yùn)動(dòng)，負(fù)加速度，動(dòng)態(tài)n第50頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月二維坐標(biāo)系的建立8-4生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性確立描述轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速函數(shù)的二維坐標(biāo)系：主體物自身轉(zhuǎn)矩（力矩）與其旋轉(zhuǎn)速度的特性關(guān)系。n0Tem(Ia)-Tem(Ia)-nnmgⅠⅢⅡⅣ轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩方向相同轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩方向相同轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩方向相反轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩方向相同第51頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)載特性8-4生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性電動(dòng)機(jī)負(fù)載：通過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子主軸向電動(dòng)機(jī)施加阻力轉(zhuǎn)矩作用的物理主體稱為電動(dòng)機(jī)的負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性：指從電動(dòng)機(jī)一側(cè)觀察到的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系（負(fù)載自身機(jī)械特性關(guān)于縱軸的投影）一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性特點(diǎn)：指負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小恒定，與轉(zhuǎn)速的大小無關(guān)；代表：位能負(fù)載，反作用負(fù)載等；描述：

Tz

=常數(shù)nTzo反作用負(fù)載位能負(fù)載位能特性第52頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)載特性8-4生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性二、恒功率負(fù)載特性特點(diǎn)：負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低；反之，轉(zhuǎn)速越高；代表：機(jī)床負(fù)載等；描述：

Tz=K/nnTzo恒功率負(fù)載通風(fēng)機(jī)負(fù)載三、通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性特點(diǎn)：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比；代表：風(fēng)扇負(fù)載等；描述：

Tz=Kn2第53頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題8-4生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性——思考——

用直流發(fā)電機(jī)作電動(dòng)機(jī)（他勵(lì)）的負(fù)載：該負(fù)載特性具有什么特征？試畫出特性示意圖；若要求在同樣轉(zhuǎn)速下的負(fù)載強(qiáng)度增加1倍（忽略速度受負(fù)載強(qiáng)度變化的影響），該如何調(diào)整發(fā)電機(jī)回路的參數(shù)？負(fù)載特性如何變化？試畫出特性示意圖。Fn+U_+Ea_nKdRFKf+Uf_RfDA1n第54頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)分析和應(yīng)用

他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的的制動(dòng)分析和應(yīng)用第55頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月8-1機(jī)械特性9-1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性一、電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的定義和數(shù)學(xué)描述；R=R

+Ra電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性：

n=f(T)；T=Td+To(電動(dòng)運(yùn)行)一般情況下可忽略空載損耗轉(zhuǎn)矩To，TTd+U_+Ea_+Uf_R

RfRa第56頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械特性由于CT=9.55Ce特殊工作點(diǎn)：理想工作點(diǎn)，（0，no）實(shí)際工作點(diǎn)，（Io，n’o）額定工作點(diǎn)，（IN，nN）9-1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性nI0INZIao理想空載點(diǎn)實(shí)際空載點(diǎn)額定負(fù)載點(diǎn)顯然，機(jī)械特性是描述電動(dòng)機(jī)在一定工作條件下穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)能力(轉(zhuǎn)速指標(biāo))與負(fù)載強(qiáng)度的關(guān)系負(fù)斜率變化趨勢(shì)磁場恒定的條件下,Tem可由Ia替代第57頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月人為機(jī)械特性電樞串聯(lián)電阻的機(jī)械特性：

U=UN，

=N，R

=R

+Ra固有機(jī)械特性在U=UN，

=N，R

=0的條件下二、固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性9-1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性人為機(jī)械特性人為改變電機(jī)外部工作條件：nIao理想空載點(diǎn)R=RaR=Ra+R1R=Ra+R1+R2第58頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月習(xí)題解答改變電樞電源的機(jī)械特性：

=N，R

=Ra,改變U的大小9-1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性nIao理想空載點(diǎn)U=U1U=U2U=U3nIao理想空載點(diǎn)

=

1

=

2

=

3改變勵(lì)磁強(qiáng)度的機(jī)械特性：U=UN，R

=Ra,改變的大小理想空載點(diǎn)理想空載點(diǎn)第59頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定運(yùn)行自學(xué)9-1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三、電力拖動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，即穩(wěn)態(tài)：

dn/dt=0或T=Tz電動(dòng)機(jī)從一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)的過程稱為暫態(tài)：

dn/dt

0或T

Tz閱讀P25-27頁，判斷下述電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)能否工作在穩(wěn)定狀態(tài)，標(biāo)明可以穩(wěn)定運(yùn)行的工作點(diǎn)。其中綠色曲線為電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性，蘭色曲線為負(fù)載特性。第60頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月圖例9-1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不能穩(wěn)定能穩(wěn)定不能穩(wěn)定能穩(wěn)定能穩(wěn)定nTemonTemonTemonTemo第61頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定運(yùn)行條件9-1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性穩(wěn)定運(yùn)行的充要條件nTz1Tz2Tzo第一負(fù)載點(diǎn)(Tz1，n1)第二負(fù)載點(diǎn)(Tz2，n2)必要條件：當(dāng)Tz1突變?yōu)門z2(Tz2>Tz1)dn/dt<0nEIT直到T=Tz2dn/dt=0n=n2當(dāng)負(fù)載變化后,機(jī)械特性與負(fù)載特性仍有交點(diǎn)第62頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定運(yùn)行條件9-1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性充分條件：當(dāng)U1突變?yōu)閁2(U2>U1)I

TT>Tzdn/dt>0直到T=Tzdn/dt=0n=n2nTzTemo第一工作點(diǎn)(Tz，n1)第二工作點(diǎn)(Tz，n2)當(dāng)U2又變回到U1(U2>U1)ITT<Tzdn/dt<0直到T=Tz

dn/dt=0n=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：交點(diǎn)以上同一速度有T<Tz交點(diǎn)以下同一速度有T>Tz第63頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月9-2啟動(dòng)問題一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的安全起動(dòng)要求9-2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)問題的存在在電樞回路中：忽略L，起動(dòng)時(shí)，Ea=0:結(jié)果ia

往往過大超越電氣和機(jī)械強(qiáng)度的極限改善方案：降壓啟動(dòng)電阻分壓分級(jí)起動(dòng)可變電源降壓起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)1.5KW，220V，8.7A，0.8?，1450rpm275A>>8.7A第64頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月起動(dòng)方法9-2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)Ra+U_+Ea_+Uf_R1R2

R3

Ras1

s2

s3

ianIzI1I2Iao負(fù)載點(diǎn)(Tz，nz)電樞電阻分級(jí)起動(dòng)：第一級(jí)

s1，s2，s3開路第二級(jí)

s1閉合，s2，s3開路第三級(jí)

s1，s2閉合，s3開路第四級(jí)

s1，s2，s3閉合轉(zhuǎn)折點(diǎn)(T2，0）轉(zhuǎn)折點(diǎn)(T1，n1）第65頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月案例——案例

——已知：U=200v，Ce=0.2v/rpm，Ra=1要求：電動(dòng)機(jī)從n=0開始起動(dòng)，每增加300rpm切換一次起動(dòng)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）。設(shè)計(jì)各級(jí)分級(jí)電阻；畫出起動(dòng)過程的機(jī)械特性n=f(Ia)(并標(biāo)注各轉(zhuǎn)折點(diǎn)坐標(biāo))；畫出電動(dòng)機(jī)電樞回路原理圖，說明分級(jí)控制步驟。9-2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)第66頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月n900600300Iz10AIao案例解析1在約定工作條件下電動(dòng)機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速：實(shí)際空載轉(zhuǎn)速：9-2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)參考解答：(1A，995rpm)(0A，1000rpm)第67頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月R1=20Ωn900600300Iz10AIao案例解析2設(shè)第一級(jí)總電阻為R1(含Ra)，切換后分別為R2，R3，R4…對(duì)應(yīng)外串電阻為RΩ1，RΩ2，RΩ3，RΩ4…9-2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)此后電機(jī)加速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到300rpm時(shí)：（7,300）一般認(rèn)為：動(dòng)態(tài)過程中，電樞電流的響應(yīng)遠(yuǎn)快于轉(zhuǎn)速的響應(yīng)電機(jī)通電后，第一級(jí)總電阻為R1

第68頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月R2=14Ωn900600300Iz10AIao（7,300）案例解析49-2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)切換電阻由R1→R2，速度不變，電流增加再次達(dá)10A：（5.7,600）此后電機(jī)加速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到600rpm時(shí)：第69頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月R3=8Ω（7,300）（5.7,600）n900600300Iz10AIao案例解析59-2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)切換電阻由R2→R3，速度不變，電流增加再次達(dá)10A：此后電機(jī)加速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到900rpm時(shí)：（2.5,900）第70頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月案例解析69-2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)切換電阻由R3→R4，速度不變，電流增加再次達(dá)10A：此后速度已沒有300rpm的增加余地，為保證切除最后一級(jí)外串電阻時(shí)電流能達(dá)到10A，切換點(diǎn)的坐標(biāo)如何確定？（7,300）（5.7,600）n900600300Iz10AIao（2.5,900）第71頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月R4=2Ω（2.5,900）n1000900Iz10AIao案例解析79-2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)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)：切換點(diǎn)電流I4：（5,950）最后，電機(jī)進(jìn)入自然特性直至穩(wěn)定于（1A,995rpm）(1A，995rpm)第72頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月案例解析3n900600300Iz10AIao（7,300）（5.7,600）（2.5,900）（1,995）（5,950）9-2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)Ra+U_+Ea_Ras1

s2

s3S4ia6Ω

6Ω

6Ω

1Ω第73頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月9-3制動(dòng)9-3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與轉(zhuǎn)速n方向相反時(shí)，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)提示：制動(dòng)過程不一定是減速過程制動(dòng)過程是外部機(jī)械能進(jìn)入電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^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第74頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月能耗制動(dòng)9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能耗制動(dòng)應(yīng)用：減速，剎車或抑制速度案例：當(dāng)K

左端，電動(dòng)運(yùn)行，T與n同向當(dāng)K

右端，U=0n，Ea大小、方向不變T與n反向，處于制動(dòng)運(yùn)行，+U_+Ea_+Uf_RzRanK第75頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月能耗制動(dòng)9-3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室訧a2(Ra+Rz)方式消耗掉，所以稱之為能耗制動(dòng)

機(jī)械特性方程提示：特性為斜率等于（Ra+Rz）/Ce的斜線最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1可調(diào)節(jié)Ra+RzT1oIzIaRanno第76頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月oIz1Iz2Ia案例二9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)RaRa+Rznno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1負(fù)載2第77頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月反接制動(dòng)9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)反接制動(dòng)應(yīng)用：吊車重物下放等案例：電動(dòng)運(yùn)行，R

=0，重物向上提升；制動(dòng)運(yùn)行，R

增大，使T<Tz，重物下放。+Uf_R

Ra+U_+Ea_Ra制動(dòng)機(jī)械特性n_+轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)Ia第78頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月反接制動(dòng)9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)提示：由于速度n反向,使T與n方向相反,稱為轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng);由于Ea極性改變,電樞同時(shí)吸收外部輸入的機(jī)械功率和電源輸入的電功率RaRa+R

oIzIanno下放工作點(diǎn)第79頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月能耗制動(dòng)案例分析9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)案例分析假定，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電梯穩(wěn)速上升時(shí)為正運(yùn)轉(zhuǎn)，穩(wěn)速下降時(shí)（采用反接制動(dòng)）為負(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。試?yán)L出電梯下降時(shí)反接制動(dòng)機(jī)械特性示意圖；如需減慢下降速度，應(yīng)如何調(diào)整制動(dòng)參數(shù)？能否利用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)停車？第80頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月反接制動(dòng)案例9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)案例分析已知起重機(jī)直流電動(dòng)機(jī)工作條件：Ce=0.5v/rpmU=200v，以n=360rpm的速度穩(wěn)定提升貨物，其等效位能負(fù)載為Iz=50A。當(dāng)需要以同樣速率下放同樣的貨物時(shí)，需配置的轉(zhuǎn)速反接制動(dòng)電阻R

=？當(dāng)貨物下放到位時(shí)需穩(wěn)定停車，試設(shè)計(jì)電氣停車方案。第81頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月反接制動(dòng)案例分析19-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)RaRa+R

oIzIanno下放工作點(diǎn)堵轉(zhuǎn)點(diǎn)第82頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月反接制動(dòng)案例分析29-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電動(dòng)提升時(shí)制動(dòng)下放時(shí)制動(dòng)停車時(shí)Ra=0.4ΩRz=7.2ΩRz=3.6Ω第83頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電樞反接的反接制動(dòng)案例：

電動(dòng)運(yùn)行，開關(guān)K擲左，R

=0;

制動(dòng)運(yùn)行，R

增大，開關(guān)K擲左，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生反向電流，制動(dòng)并反轉(zhuǎn)。Ia

+R

+U_+Ea_+Uf_RanK應(yīng)用：正反雙向運(yùn)轉(zhuǎn)拖動(dòng)系統(tǒng)Ia第84頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月電樞反接機(jī)械特性提示：由于電樞電源反接導(dǎo)致電流Ia反向,使T與n方向相反,稱為電樞反接的反接制動(dòng);由于U極性突然改變,電樞回路出現(xiàn)兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)源電勢(shì)疊加，必須加入較大制動(dòng)電阻限制制動(dòng)電流.n

no-noRaT1oIzIaRa+R

9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第85頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月回饋制動(dòng)9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)制動(dòng)機(jī)械特性制動(dòng)電流第86頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用設(shè)計(jì)：9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，恒定磁通，通過改變電樞電源極性實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反方向。采用2套三相全控橋電路向電樞供電：1.設(shè)計(jì)合理的電樞供電電路；討論可控電源的控制方式；分析電機(jī)從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的電路工作過程。～第87頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月回饋制動(dòng)9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)回饋制動(dòng)電動(dòng)制動(dòng)電動(dòng)電機(jī)控制問題：能否穩(wěn)定下坡行駛？第88頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)載分析9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電動(dòng)制動(dòng)負(fù)載分析：如何判斷水平前行和下坡時(shí)負(fù)載機(jī)械特性？條件約定：路面摩擦阻力為理想反作用負(fù)載（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）由車體質(zhì)量決定的位能負(fù)載大于摩擦阻力的作用電機(jī)驅(qū)動(dòng)力摩擦阻力重力第89頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月n

no

Iz1

IzoIz2Ia位能分量負(fù)載合成負(fù)載回饋制動(dòng)機(jī)械特性9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)反作用負(fù)載當(dāng)水平電動(dòng)前行時(shí)：反作用負(fù)載與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩平衡當(dāng)下坡前行時(shí)：合成負(fù)載（位能、反作用負(fù)載）第90頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月回饋制動(dòng)機(jī)械特性9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)合成負(fù)載n

no

Iz1

IzoIz2Ia制動(dòng)機(jī)械特性制動(dòng)電流第91頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月回饋制動(dòng)機(jī)械特性9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)Ia

++U_+Ea_+Uf_RanIa提示：由于電樞反電動(dòng)勢(shì)超過電樞電源大小，導(dǎo)致電流Ia反向,使T與n方向相反,并出現(xiàn)電能回饋電源現(xiàn)象，稱為回饋制動(dòng);在電動(dòng)機(jī)工作條件不變的情況下，回饋時(shí)的運(yùn)行速度高于理想空載轉(zhuǎn)速no.第92頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月思考9-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電動(dòng)制動(dòng)電動(dòng)——思考題——若要求下坡時(shí)的行進(jìn)速度保持與水平行進(jìn)的速度不變，如何考慮制動(dòng)控制策略？假定使用三相橋式相控變流電路為電樞供電，試?yán)脵C(jī)械特性示意圖進(jìn)行說明。第93頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章變壓器第三章變壓器

電磁結(jié)構(gòu)、工作原理

空載運(yùn)行

基本方程式第94頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月電機(jī)與變壓器電機(jī)變壓器電能機(jī)械能電能電能電磁能電磁能第95頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-1結(jié)構(gòu)與原理鐵心與繞組

鐵心：由具有高磁導(dǎo)率材料構(gòu)成的閉合磁路繞組：交流電能（或信號(hào)）由一次（初級(jí)）繞組輸入，由二次（次級(jí)）繞組輸出。3-1結(jié)構(gòu)與原理一、電氣結(jié)構(gòu)與工作原理u1u2ZF——思考——復(fù)阻抗ZF=a+jb，其中參量a、b各有什么物理含義？第96頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)與原理3-1結(jié)構(gòu)與原理理想變壓器：一次繞組：二次繞組：二、變壓器的分類P53電力變壓器特種變壓器第97頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月——思考——假設(shè)變壓器一、二次繞組顯純感性，忽略所有非線性因素，標(biāo)注電路在穩(wěn)態(tài)工作二次繞組的輸出i2、u2的瞬時(shí)極性。思考題+u1—u2R3-1結(jié)構(gòu)與原理i1i2第98頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月控制變壓器第99頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月習(xí)題解答3-1結(jié)構(gòu)與原理u1,i10t1t2tu1>0，i1>0及電路的純感性特征；確立電路工作時(shí)段t1~t2；Di1/dt>0，d/dt>0及的方向?yàn)轫槙r(shí)針；二次繞組感生電流產(chǎn)生的磁通方向阻礙的變化；判斷出i2，

u2的方向。第100頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-2空載運(yùn)行eσ13-2單相變壓器的空載運(yùn)行一、空載運(yùn)行的物理分析

1σ

其中存在少量只與一次繞組交鏈的，經(jīng)過非磁性物質(zhì)（空氣或絕緣油）的漏磁通

1σ

me1e2u2i0u1N1

N2第101頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月空載運(yùn)行當(dāng)一次繞組施加電壓u1；i0

一次繞組空載電流；e1σ

一次繞組漏磁通對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)；r1

一次繞組電阻變壓器總磁通量：

=m+1σ

3-2單相變壓器的空載運(yùn)行第102頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和主磁通近似假定：

m=msint

則：

；Im

勵(lì)磁電流；I

磁化（勵(lì)磁）電流；IFe

鐵耗電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和主磁通3-2單相變壓器的空載運(yùn)行空載電流分析實(shí)際空載時(shí)，銅耗Pcu1相對(duì)很小，若忽略則有：一般由于I

>>IFe，I

是Im的主要分量推導(dǎo)見P57如何轉(zhuǎn)換為相量圖？第103頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月

me1e2u2i0u1N1

N2漏電抗的引入3-2單相變壓器的空載運(yùn)行

1σeσ1如何將電磁效應(yīng)表達(dá)為由電氣參數(shù)組成的方程式？第104頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月3-2單相變壓器的空載運(yùn)行漏磁通與漏電抗漏磁通與漏電抗；定義x1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)。第105頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月電勢(shì)平衡式、相量圖二、空載運(yùn)行的電勢(shì)平衡式、相量圖和等效電路P653-2單相變壓器的空載運(yùn)行在假定漏電抗為x1

的前提下，推算與二次繞組非耦合的等效阻抗其中，將Z1=r1+jx1

認(rèn)定為考慮一次繞組的電阻r1一次繞組漏阻抗第106頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月等效電路3-2單相變壓器的空載運(yùn)行進(jìn)一步定義對(duì)應(yīng)的阻抗Zm

為耦合于二次繞組的勵(lì)磁電流和磁通由（鐵耗分量）和（勵(lì)磁分量）組成定義：一次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；其中復(fù)阻抗Zm=rm+jxm重新表達(dá)電勢(shì)平衡關(guān)系：第107頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月相量圖及等效電路3-2單相變壓器的空載運(yùn)行相量圖（忽略銅耗）等效電路r1x1rmxm第108頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題3-2單相變壓器的空載運(yùn)行——思考——1.當(dāng)不忽略一次繞組的電阻r1時(shí)，P58(2-16)式是否適用？2.利用等效電路模型說明變壓器空載運(yùn)行時(shí)電源的功率分配情況.r1x1rmxm第109頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月2-3基本方程式3-3單相變壓器的基本方程式一、負(fù)載后的電磁變化eσ1

1σ

me1e2u2i1u1N1

N2

2σZFi2第110頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月物理分析3-3單相變壓器的基本方程式I1增量與輸出電流I2的關(guān)系：；磁通勢(shì)變化總量為0；總磁勢(shì)不變；一、二次繞組磁通勢(shì)變化量相量和為0；一、二次繞組電流增量的關(guān)系第111頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月基本方程式二、負(fù)載時(shí)的基本方程式3-3單相變壓器的基本方程式磁動(dòng)勢(shì)平衡方程電動(dòng)勢(shì)平衡方程rm

xmr1x1r2x2rm

xmZF一次回路

二次回路第112頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月3-4等效電路3-4單相變壓器的等效電路及相量圖一、目的等效電路：便于工程計(jì)算的無電磁隔離的單純電路二、繞組歸算歸算原則：歸算前的磁勢(shì)平衡關(guān)系和能量平衡關(guān)系保持不變歸算方法：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)歸算結(jié)果：將一個(gè)匝數(shù)與一次繞組相等，電磁效應(yīng)與二次繞組相同的并聯(lián)繞組去代替實(shí)際的二次繞組N2’=N1歸算電動(dòng)勢(shì)與電壓由（3-15）式知，第113頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月繞組歸算3-4單相變壓器的等效電路及相量圖歸算電流

保持二次繞組折算前后磁動(dòng)勢(shì)不變：歸算阻抗

保持二次繞組折算前后有功功率、無功功率不變：第114頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月等效電路三、等效電路3-4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，可將磁路屏蔽掉，直接連接一、二次繞組。rm

xmr1x1x’2r’2Z’F第115頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月簡化等效電路三、簡化等效電路3-4單相變壓器的等效電路P66——思考——1.一臺(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50Hz，試問：1)如誤將220伏端接在380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20%，xm，I0，PFe將如何變化？3)如果將變壓器接在直流電源上，會(huì)有什么情況發(fā)生？第116頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月思考3-4單相變壓器的等效電路在變換功率一定的前提下：1)變壓器的勵(lì)磁電抗xm宜大還是宜小？2)若變壓器用空氣心而不是鐵心，xm如何變化？若增大一次繞組匝數(shù)５％，xm如何變化？第117頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月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

基本物理量

第118頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月4-1三相異步電動(dòng)機(jī)原理4-1三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理一、旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)：靜止磁場+外部輸入電流異步電動(dòng)機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場+內(nèi)部感生電流電磁轉(zhuǎn)矩三相定子繞組互差120o空間分布ABCABCAXCZBY第119頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月三相電源互差120o正弦勵(lì)磁電流iAiCiBi0

tiAiBiC4-1三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理第120頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月i0

t單極旋轉(zhuǎn)磁場AXCZBYiAiBiC360o

t=0120ot=120o240ot=240o

4-1三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理第121頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月顯然，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)）為旋轉(zhuǎn)的。4-1三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理那么，旋轉(zhuǎn)磁場的速度能否確定？第122頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)繞組產(chǎn)生的極對(duì)數(shù)大于1時(shí)P=2AXCZ’BYA’B’Y’C’ZX’多極繞組旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)的定子磁場顯然：旋轉(zhuǎn)磁場的速率與勵(lì)磁電流頻率有關(guān)。4-1三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理AXCZ’BYA’X’B’Y’C’ZSSNNSSNN60ot=0ot=120o第123頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁感應(yīng)現(xiàn)象

二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象4-1三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理顯然，P=2時(shí)勵(lì)磁電流變化一個(gè)周期，磁場旋轉(zhuǎn)0.5周。靜止的轉(zhuǎn)子繞組被旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割（右手定則斷定感生電流方向）；拇指——導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向四指——感生電流方向掌心——朝向磁場N極SNSNnon稱之為同步轉(zhuǎn)速感生電流與磁場作用產(chǎn)生電磁力（左手定則斷定電磁力方向）。拇指——導(dǎo)體受力方向四指——導(dǎo)體電流方向掌心——朝向磁場N極no與n的大小關(guān)系如何?第124頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)差率4-1三相異步電動(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）n與同步磁場轉(zhuǎn)速no的比率關(guān)系

S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n<no，所以0<s<1四、結(jié)構(gòu)P98轉(zhuǎn)子繞線式：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高；易于控制。應(yīng)用面窄轉(zhuǎn)子鼠籠式:制造成本低，壽命長，易維護(hù)；控制復(fù)雜。應(yīng)用廣泛第125頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月9-2銘牌數(shù)據(jù)4-2三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定功率：標(biāo)準(zhǔn)工況下輸出的機(jī)械功率額定電壓：定子繞組的標(biāo)準(zhǔn)線電壓額定電流：定子繞組的標(biāo)準(zhǔn)線電流額定頻率：定子繞組的勵(lì)磁電源標(biāo)準(zhǔn)頻率額定轉(zhuǎn)速：標(biāo)準(zhǔn)工況下的轉(zhuǎn)速第126頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月問題討論——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<no

?電動(dòng)時(shí)是否可能有n=no

？如何使異步電動(dòng)機(jī)正反運(yùn)轉(zhuǎn)？試設(shè)計(jì)一簡單電路實(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；4-2三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)第127頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月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)

等效電路基本方程式

第128頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月5-1電磁過程5-1三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過程一、異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行的物理狀況空載時(shí)：由于空載時(shí)n0

n，負(fù)載時(shí)：AXCZBYnon負(fù)載后，電機(jī)出現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的勵(lì)磁磁通勢(shì)F1、F2，且均為運(yùn)動(dòng)的。第129頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月i0

tiaibicAXCZBYF2的方向5-1三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過程nonF2與F1如何相互作用？F2的旋轉(zhuǎn)方向ayzbxc12轉(zhuǎn)子電流相位轉(zhuǎn)子相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向第130頁，課件共147頁，創(chuàng)作于2023年2月i0

tiaibicF2的方向5-1三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過程AXCZBYayzbxc

no2

轉(zhuǎn)子磁場

2

也旋轉(zhuǎn)120o

但轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流（電勢(shì)）的角速度小于120o——

思考——如上例