電機及拖動基礎知識要點復習

電機復習提綱

第一早：

一、概念：主磁通，漏磁通，磁滯損耗，渦流損耗

磁路的基本定律：

安培環(huán)路定律：HL=Ni

磁路的歐姆定律作用在磁路上的磁動勢F等于磁路內的磁

通量◎乘以磁阻而

磁路與電路的類比：與電路中的歐姆定律在形式上十分相似。E=IR

磁路的基爾霍夫定律

(1)磁路的基爾霍夫電流定律

穿出或進入任何一閉合面的總磁通恒等于零

(2)磁路的基爾霍夫電壓定律

沿任何閉合磁路的總磁動勢恒等于各段磁路磁位差的代數(shù)

和。

第二節(jié)常用鐵磁材料及其特性

一、鐵磁材料

1、軟磁材料：磁滯回線較窄。剩磁和矯頑力都小的材料。軟磁材

料磁導率較高，可用來制造電機、變壓器的鐵心。

2、硬磁材料：磁滯回線較寬。剩磁和矯頑力都大的鐵磁材料稱為

硬磁材料，可用來制成永久磁鐵。

二、鐵心損耗

1、磁滯損耗一一材料被交流磁場反復磁化，磁疇相互摩擦而消耗

的能量。

2、渦流損耗一一鐵心內部由于渦流在鐵心電阻上產生的熱能損耗。

3、鐵心損耗一一磁滯損耗和渦流損耗之和。

第二章：

一、盡管電樞在轉動，但處于同一磁極下的線圈邊中電流方向應始終

不變，即進行所謂的“換向”。

二、一臺直流電機

作為電動機運行——在直流電機的兩電刷端上加上直流電壓，

電樞旋轉，拖動生產機械旋轉，輸出機械能；

作為發(fā)動機運行——用原動機拖動直流電機的電樞，電刷端引

出直流電動勢，作為直流電源，輸出電能。

三、直流電機的主要結構(定子、轉子)

定子的主要作用是產生磁場

轉子又稱為“電樞”，作用是產生電磁轉矩和感應電動勢

要實現(xiàn)機電能量轉換，電路和磁路之間必須在相對運動，所以旋

轉電機必須具備靜止的和轉動的兩大部分，且靜止和轉動部分之間要

有一定的間隙(稱為：氣隙)

四、直流電機的銘牌數(shù)據

直流電機的額定值有：

1、額定功率PN(kW)

2、額定電壓t/N(V)

3、額定電流7N(A)

4、額定轉速?N(r/min)

5、額定勵磁電壓UM(V)

五、直流電機電樞繞組的基本形式有兩種：

一種叫單疊繞組，另一種叫單波繞組。

單疊繞組的特點：元件的兩個端子連接在相鄰的兩個換向片上。

元件的跨距：上層元件邊與下層元件邊的距離稱為跨距，元件跨距稱

為第一節(jié)距yl(用所跨的槽數(shù)計算)。一般要求元件的跨距等于電機的

極距。上層元件邊與下層元件邊所連接的兩個換向片之間的距離稱為

換向器節(jié)距yc(用換向片數(shù)計算)。

直流電機的電樞繞組除了單疊、單波兩種基本形式以外，還有其

他形式，如復疊繞組、復波繞組、混合繞組等。

各種繞組的差別主要在于它們的并聯(lián)支路，支路數(shù)多，相應地組成每

條支路的串聯(lián)元件數(shù)就少。

原則上，電流較大，電壓較低的直流電機多采用疊繞組；

電流較小，電壓較高，就采用支路較少而每條支路串聯(lián)元件較多

的波繞組。

所以大中容量直流電機多采用疊繞組，而中小型電機采用波繞

組。

六、直流電機的勵磁方式

1、他勵直流電機——勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關系，而是由其他

直流電源對勵磁繞組供電。

2、并勵直流電機——勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。

3、串勵直流電機——勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。

4、復勵直流電機——兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組并聯(lián)，

另一個與電樞繞組串聯(lián)。

七、直流電機負載時的磁場及電樞反應

當直流電機帶上負載以后，在電機磁路中又形成一個磁動勢，

這個磁動勢稱為電樞磁動勢。此時的電機氣隙磁場是由勵磁磁動勢和

電樞磁動勢共同產生的。

電樞磁動勢對氣隙磁場的影響稱為電樞反應。

第五節(jié)感應電動勢和電磁轉矩的計算

一、感應電動勢的計算

先求出每個元件電動勢的平均值，然后乘上每條支路中串聯(lián)元件

數(shù)。

工=C=CKln=G

感應電動勢的計算公式為aecJfJfajJ

直流電機的感應電動勢的計算公式是直流電機重要的基本公式之一。

感應電動勢Ea的大小與每極磁通中（有效磁通）和電樞轉速的乘

積成正比。如不計飽和影響，它與勵磁電流If和電樞機械角速度乘

積成正比。

二、電磁轉矩的計算

Zpz

Te=2pla0

4na271a

<244-J-.UTST-主eoffa-tF-c丫了

電磁轉矩計算公式是直流電機的重要基本公式，

它表明：電磁轉矩Te的大小與每極磁通①和電樞電流/a的乘積

成正比。

或：如不計飽和影響，它與勵磁電流"和電樞電流的乘積成

正比。

三、幾個重要關系式

直流電機感應電動勢計算公式：E

a=CeOn

直流電機電磁轉矩計算公式：Te=CT^la

P7

電動勢常數(shù)：0=詈

60。

轉矩常數(shù)：CT呼

2兀。

電動勢常數(shù)與轉矩常數(shù)的關系：Q=9.55Ce

電動機電樞回路穩(wěn)態(tài)運行時的電動勢平衡方程式。

U-Ea+RalaEa-Ce①n

四、直流電動機的工作特性是指其端電壓U=UN（額定電壓），電樞

回路中無外加電阻、勵磁電流為加（額定勵磁電流）時，電動機的

轉速n、電磁轉矩Te和效率H三者與輸出功率P2之間的關系。

（一）并勵直流電動機的工作特性

1.轉速特性”卷一卷/〃

2.轉矩特性7；=5◎4=44

3.效率特性〃=（尸2/Pl）X100%

電機勵磁損耗、機械損耗、鐵耗等于電樞銅耗時，效率最大。

（二）串勵直流電動機的工作特性

串勵電機不允許在空載或負載很小的情況下運行。

五、直流發(fā)電機的工作特性直流電動機的固有機械特性

1、空載特性

當他勵直流發(fā)電機被原動機拖動，n=nN時，勵磁繞組端加上勵磁電

壓矽■，調節(jié)勵磁電流?，得出空載特性曲線UO=f（IO）a

2、負載運行

無論他勵、并勵還是復勵發(fā)電機，建立電壓以后，在〃=〃N的條件

下，加上負載后，發(fā)電機的端電壓都將發(fā)生變化。

第七節(jié)直流電機的換向

元件內電流方向改變的過程就是換向。直流電動機換向器節(jié)距單

位是換向片數(shù)。

一、換向的電磁現(xiàn)象

1、電抗電動勢

在換向過程中，元件中電流方向將發(fā)生變化，由于電樞繞組是電感元

件，所以必存自感和互感作用。換向元件中出現(xiàn)的由自感與互感作用

所引起的感應電動勢，稱為電抗電動勢

2、電樞反應電動勢

由于電刷放置在磁極軸線下的換向器上，在幾何中心線處，雖然主磁

場的磁密等于零，可是電樞磁場的磁密不為零。換向元件切割電樞磁

場，產生一種電動勢，稱為電樞反應電動勢ea=2Nyfia/v。

二、改善換向的方法

改善換向一般采用以下方法：

裝設換向磁極——位于幾何中性線處裝換向磁極。換向繞組與電樞繞

組串聯(lián)，在換向元件處產生換向磁動勢抵消電樞反應磁動勢。

大型直流電機在主磁極極靴內安裝補償繞組，補償繞組與電樞繞組串

聯(lián)，產生的磁動勢抵消電樞反應磁動勢。

第二章課后習題2-15、2-19、2-21

第三章變壓器

一、變壓器的工作原理

變壓器的主要部件——鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁

耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產生交鏈一、二次繞組

的交變磁通，在兩繞組中分別感應電動勢。

電動勢平衡方程式：

u

i=-G=—u2=e2=-N2—

一次、二次繞組電壓、電動勢的有效值與匝數(shù)的關系:

幺一旦一小一女

瑪電而tk（由鳳世）

變壓器的額定值

額定容量為變壓器的視在功率（用SN表示，單位kV-A,V-A）

額定電壓（一次和二次繞組上分別為U1N和。2N,單位V,kV）

額定電流（一次和二次繞組上分別為/IN和/2N，單位A,kA）

二、負載運行時的基本方程式

1、磁動勢平衡方程式

2、電動勢平衡方程式

變壓器負載運行基本方程式

i'Ni+，2愀=JN]EJE2=NX/N2=k

"=-&+碣u2=E^j2Z2-E1=ImZm

第四節(jié)變壓器的等效電路

歸算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組來等效，同時，

對該繞組的電磁量作相應的變換，以保持兩側的電磁關系不變。

目的：用一個等效的電路代替實際的變壓器。

歸算原則：

1）保持二次側磁動勢不變；

2）保持二次側各功率或損耗不變。

一、繞組歸算

（一）電動勢和電壓的歸算

二次繞組歸算后，變壓器一次和二次繞組具有同樣的匝數(shù)，即

要把二次側電動勢歸算到一次側，只需要乘以電壓比上即可。E\=kE?

7,_12

（二）電流的歸算=—

（三）阻抗的歸算

二、近似等效電路圖

考慮到一般變壓器中，Zm?Zl,若把勵磁支路前移，認為在一

定的電源電壓下，勵磁電流7m=常數(shù)，不受負載變化影響，同時，忽

略7m在一次繞組中產生的漏阻抗壓降。這樣的電路稱為“T”形等

電路。根據這種電路對變壓器的運行情況進行定量計算，所引起的誤

差是很小的。

由于一般變壓器Zm?7N,可以進一步把勵磁電流Im忽略不計。

得到變壓器的近似等效電路。（要求會畫）

第五節(jié)等效電路的參數(shù)測定

一、空載試驗

由空載試驗可以測定變壓器的電壓比底鐵耗以及等效電路

中的勵磁阻抗Zmo

二、負載試驗（又稱短路試驗）

負載試驗是以額定頻率的額定電流通過變壓器的一個繞組，另一

個繞組的端子接成短路。讀取pk、t/k、7k數(shù)據來計算變壓器的短路

電壓百分數(shù)“k%、銅損pk和短路阻抗Zk。

標么值，就是指某一物理量的實際值與選定的同一單位的基準值

標么值—實際值

的比值（通常以額定值為基準值），即稱么值一基準值

第六節(jié)三相變壓器

決定三相變壓器聯(lián)結組標號的步驟為：（要求會畫）

1）按規(guī)定的繞組端子標志，連接成所規(guī)定的聯(lián)結組，畫出聯(lián)結

圖。

2）標明繞組的同名端和相電壓的方向。

3）判斷同一相的相電壓相位，畫出高、低壓對稱邊三相電勢的

相量圖，將相量EAX與Eax的頭A和a畫在一起。

4）根據高、低壓線電勢的相位差確定聯(lián)結組的標號。

第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運行

描述變壓器運行特性的主要指標有兩個：電壓調整率和效率

第三章課后習題3-13、3-16

第四章異步電機（一）

一三相異步電動機的基本原理

交流電機有兩大類：異步電機和同步電機。

第一節(jié)三相異步電動機的工作原理及結構

三相異步電動機實現(xiàn)機電能量轉換的前提是產生一種旋轉磁場。

1、旋轉磁場的產生

當三相對稱繞組接上三相對稱電源，就產生旋轉磁場。對稱三相

電流通入對稱三相繞組時，必然會產生一個大小不變、轉速一定的旋

轉磁場。

2、三相異步電動機的工作原理

3、三相異步電動機的轉速與運行狀態(tài)

轉差的存在是異步電動機運行的必要條件。轉差表示為同步

轉速的百分值，稱為轉差率，用s表示。

s=2一—x1OO%

n>nss<0發(fā)電機狀態(tài)

n<0S>1電磁制動狀態(tài)

n<ns0<5<l電動機狀態(tài)

第二節(jié)三相異步電動機的銘牌數(shù)據

一、交流繞組的一些基本知識和基本量

1、電角度與機械角度

電機圓周按電角度計算就為pX360°,而機械角度總是360°o

電角度=pX機械角度

2、線圈

3、節(jié)距

一個線圈的兩個邊所跨定子圓周上的距離稱為節(jié)距，用yl表示,

一般用槽數(shù)計算。節(jié)距應該接近極距

4、槽距角a一相鄰槽之間的電角度稱為槽距角

若。1為定子槽數(shù)，p為極對數(shù)，則槽距角

5、每極每相槽數(shù)q——每一極每相繞組所占槽數(shù)，用符號q表示

（m——相數(shù)）

第四節(jié)三相異步電動機的定子磁動勢及磁場

一、單相繞組的磁動勢-脈振磁動勢

整距線圈所形成的磁動勢在任何瞬時，空間的分布總是一個矩

形波，而在空間上任意一點的大小隨電流的變化而變化。這種從空間

上看位置固定，從時間上看，大小在正負最大值之間變化的磁動勢，

稱為脈振磁動勢。脈振磁動勢的頻率就是交流電流的頻率。

對于單相繞組磁動勢，可以歸納以下幾點：

1）單相繞組的磁動勢是一種空間位置上固定、幅值隨時間變化的

脈振磁動勢。

2）單相繞組的基波磁動勢幅值的位置與繞組的軸線相重合。

3）單相繞組脈振磁動勢中的基波磁動勢幅值為；而v次

諧波磁動勢幅值為：；諧波次數(shù)越高，幅值越小。

二、三相繞組的磁動勢-旋轉磁動勢

三相基波合成磁動勢具有以下特性：

1）是一個旋轉磁動勢，轉速均為同步轉速，旋轉方向

決定于電流的相序。

2）幅值尸1不變，為各相脈振磁動勢幅值的3/2倍，旋轉幅值軌

跡是一個圓。

3）三相電流中任意一相電流瞬時值達到最大值時，三相基波合

成磁動勢的幅值，恰好在這一組繞組的軸線上。

第五章異步電機（二）

一三相異步電動機運行原理及單相異步電動機

第一節(jié)三相異步電動機運行時的電磁過程

空載的情況下：n=ns,12^0

當電機帶有機械負載后：n<ns,這時，氣隙中以同步轉速旋轉和主

磁場與轉子之間的相對轉速增大，于是在轉子繞組中感應電動勢E2s

和轉子電流/2都增大。不能再認為及12p0,而且72也形成

了磁動勢F2。

第五章課后習題5-13、5-14、5-15

第七章控制電機

這些電磁元件就是各式各樣的小功率電動機，根據它們的作用，

我們統(tǒng)稱其為控制電機。

第一節(jié)伺服電動機

伺服電動機具有服從控制信號的要求而動作的職能，在信號來之

前，轉子靜止不動；信號來到之后，轉子立即轉動；當信號消失，轉

子能及時自行停轉。

按照自動控制系統(tǒng)的要求，伺服電動機必須具備可控性好、穩(wěn)定

性高和適應性強等基本性能。常用的伺服電動機有：交流伺服電動機、

直流伺服電動機

一、交流伺服電動機

（一）控制方法

交流伺服電動機的控制方法有以下三種方式：

1、幅值控制——保持控制電壓相位不變，改變其幅值進行控制；

2、相位控制一一保持控制電壓幅值不變，改變其相位進行控制；

3、幅一相控制一一同時改變控制電壓的幅值和相位來進行

（二）機械特性和調節(jié)特性

1、機械特性

機械特性是指控制電壓信號一定時，電磁轉矩隨轉速變化的關系。

2、調節(jié)特性

調節(jié)特性是指輸出轉矩一定時，轉速與控制電壓信號變化的關系。

二、直流伺服電動機

由直流電動機的調速方法可知，改變電樞電壓或改變勵磁電流調速

時，特性有所不同。所以直流伺服電動機可由勵磁繞組勵磁，用電樞

繞組進行控制；或由電樞繞組勵磁，用勵磁繞組進行控制。

由于直流伺服電動機的功率不大，可以用永久磁鐵制磁極，省去勵磁

繞組。

直流伺服電動機多采用電樞控制方式。

第二節(jié)測速發(fā)電機

測速發(fā)電機是一種檢測元件，其基本任務是將機械轉速轉換為

電氣信號。按照測速發(fā)電機的職能，對它的要求是：

1）輸出電壓與轉速成嚴格的線性關系，以達到高的精確度；

2）輸出電動勢斜率要大，即轉速變化所引起的電動勢的變化要

大，以滿足靈敏度的要求。

測速發(fā)電機也有交、直流兩大類。

第三節(jié)自整角機

第四節(jié)旋轉變壓器

第八章電力拖動系統(tǒng)的動力學基礎

第一節(jié)電力拖動系統(tǒng)的運動方程式

電力拖動裝置可分為電動機、工作機構、控制設備及電源等四

個組成部分

一、運動方程式電動機在電力拖動系統(tǒng)必須遵循兩個基本方程

對于直線運動F-F_=m—

T小,(1/2

T-T.=J——

dr

對于旋轉運動

T=TZ電動機靜止或等速旋轉，電力拖動

dn八

,比T>T——>0

zdt曲力痂劫案穌孫干加葆湫木

T,Td"

比T〈T,—<0由力拓劫案除外千滿葆球太

dt

二、運動方程式中轉矩的正負符號分析

運動方程式的一般形式±丁_（±《）=GD2dn

375dt

式中正、負號的規(guī)定，預先規(guī)定某一旋轉方向為正方向，如果

轉矩T的方向與參考方向相同取正號，相反取負號；而阻轉矩Tz的

方向如果與參考方向相同時取負號，相反取正號。

第四節(jié)生產機械的負載轉矩特性

在運動方程式中，阻轉矩（或稱負載轉矩）Tz與轉速n的關

系Tz=f（n）即為生產機械的負載轉矩特性。大多數(shù)生產機械的負載轉

矩可歸納為以下三種類型

一、恒轉矩負載特性

恒轉矩負載特性，就是指負載轉矩Tz與轉速〃無關的特性，即當轉

速變化時，負載轉矩Tz保持常值。

二、通風機負載特性

通風機負載的轉矩與轉速大小有關，基本上與轉速的平方成正已,

為反抗性負載。

三、恒功率負載特性

第九章直流電動機的電力拖動

第一節(jié)他勵直流電動機的機械特性

電動機的機械特性是指電動機的轉速n與電磁轉矩T的關系

一、固有機械特性與人為機械特性

當他勵電動機電壓及磁通均為額定值時，電樞沒有串聯(lián)電阻時的機械

特性稱為固有機械特性。"=號

（一）電樞串聯(lián)電阻時的人為機械特性

（二）改變電壓時的人為機械特性

（三）減弱電動機磁通時的人為機械特性

四、電力拖動穩(wěn)定運行的條件

對于恒轉矩負載，要得到穩(wěn)定運行，電動機需要具有向下傾斜的

機械特性，如果電動機的機械特性向上翹，則不能穩(wěn)定運行。

第二節(jié)他勵直流電動機的起動

一、他勵直流電動機的起動方法

第三節(jié)他勵直流電動機的制動

他勵直流電動機有兩種運轉狀態(tài)

1）電動運轉狀態(tài)——電動機轉矩的方向與轉速的方向相同，此時電

網向電動機輸入電能，并變?yōu)闄C械能以帶動負載。

2）制動運轉狀態(tài)——電動機轉矩與轉速的方向相反，此時，電動機

吸收機械能并轉化為電能。

制動的目的是使拖動系統(tǒng)停車，最簡單的方法是斷開電源，使

系統(tǒng)停下來，這叫自由停車，自由停車需要較長的時間。如果希望制

動過程加快，可以使用電磁制動器，也可使用電氣控制方法，常用的

有能耗制動、反接制動、在調速系統(tǒng)減速過程中，還可應用回饋制動。

第四節(jié)他勵直流電動機的調速

采用一定的方法來改變生產機械的工作速度，以滿足生產的需

要，這種方法通常稱為調速。

要改變電動機的轉速，可以改變電樞電壓Ua或改變勵磁磁通

①。但提高電動機的電樞電壓受到繞組絕緣耐壓的限制，根據規(guī)定,

只允許比額定電壓提高30%,因此提高電壓的可能范圍不大，實際上

改變電壓Ua常應用在減壓時，從額定轉速向下調速。

改變勵磁磁通，增加①的可能性也不大，因為一般電動機的額定

磁通已設計得使鐵心接近飽和。因此，改變勵磁磁通一般應用也在減

弱磁的方面，稱為弱磁調速，使轉速從額定值向上調節(jié)。

在調速的范圍要求較寬等情況下，可結合應用上述二種方法，即在額

轉速以下降低電壓，而在額定轉速以上弱磁。

一、調速指標最主要的有兩大指標：即技術指標與經濟指標

（一）調速的技術指標

1.調速范圍D

最大轉速與最小轉速之比，或最大線速度與最小線速度之比。

2.靜差率（或稱相對穩(wěn)定性）

在一條機械特性上運行時，電動機由理想空載加載到額定負載，

所出現(xiàn)的轉降AnN與理想空載轉速比之。

5=ML=X100%=①3x100%

%?0

電動機的機械特性愈硬，則靜差率愈小，相對穩(wěn)定性就愈高。

3.平滑性

在一定的調速范圍內，調速的級數(shù)愈多則認為調速愈平滑。它是相鄰

兩級轉速或線速度之比。上

?i-lVi-X

值愈接近于1,則平滑性愈好。時稱為無級調速，即轉速連續(xù)

可調，級數(shù)接近無窮多，此時調速的平滑性最好。

4.調速時的容許輸出（或調速時的功率與轉矩）

容許輸出是指電動機在得到充分利用的情況下，在調速過程中軸上所

能輸出的功率和轉矩。

（二）調速的經濟指標

調速的經濟指標決定于調速系統(tǒng)的設備投資及運行費用，而運行

費用又決定于調速過程的損耗，它可用設備的效率來說明?！?/p>

二、降低電樞端電壓調速

（一）電樞串聯(lián)電阻

電樞串電阻的調速方法的調速指標不高，調速范圍不大，調速的

平滑性不高，并且是有級調速。

（二）降低電源電壓

三、弱磁調速

弱磁調速的優(yōu)點是，在功率較小的勵磁電路中進行調節(jié)，控制

方便，能量損耗小，調速的平滑性較高。由于調速范圍不大，對于普

通電動機最多為D=2,對于特殊設計的額定轉速較低的調磁電動機

D=3T,因此，常和額定轉速以下的降壓調速配合應用，以擴大調

整范圍。

四、調速時的功率與轉矩

第十章三相異步電動機的機械特性及各種運轉狀態(tài)

第一節(jié)三相異步電動機機械特性的三種表達式

與直流電動機相同，三相異步電動機的機械特性也是由轉速與轉

矩間的關系其表達式有三種形式。

、物理表達式T=coscp；

二、參數(shù)表達式

得異步電動機的機械特性參數(shù)表達式

三、實用表達式

/R,

2&xl+s"

T=I電）

――2sg

SmSR,

第二節(jié)三相異步電動機的固有機械特性與人為機械特性

一、固有機械特性

固有機械特性是指異步電動機工作在額定電壓及額定頻率下，電

動機按規(guī)定的接線方法接線，定子及轉子電路中不外接電阻（電抗或

電容）時所獲得的機械特性