電機學(xué)完整全套教學(xué)課件2

《電機學(xué)》ElectricalMachinery

電氣工程系第三章直流電機3.1直流電機的工作原理和基本結(jié)構(gòu)3.2直流電機電樞繞組

3.3空載和負(fù)載時直流電機的磁場

3.4電樞的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩3.5直流電機的基本方程

3.6直流發(fā)電機的運行特性3.7直流電動機的運行特性3.8直流電動機的起動、調(diào)速和制動3.9換向3.1直流電機的結(jié)構(gòu)和工作原理由于直流電動機具有良好的啟動和調(diào)速性能，常應(yīng)用于對啟動和調(diào)速有較高要求的場合，如大型可逆式軋鋼機、礦井卷揚機、賓館高速電梯、龍門刨床、電力機車、內(nèi)燃機車、城市電車、地鐵列車、電動自行車、造紙和印刷機械、船舶機械、大型精密機床和大型起重機等生產(chǎn)機械中，如圖所示是其應(yīng)用的幾種實例。軋鋼機電力機車造紙機直流電機用途直流電機的用途直流發(fā)電機主要用作各種直流電源，為直流電動機、電解、電鍍等提供直流電源。中鋁貴州分公司電解鋁車間電鍍車間直流電機的優(yōu)點和缺點優(yōu)點調(diào)速范圍寬廣、平滑、經(jīng)濟；過載能力強；起動、制動轉(zhuǎn)矩大；直流發(fā)電機發(fā)電質(zhì)量高。缺點存在換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高；可靠性較差。各種直流電機外形變電站的大型變壓器換流變壓器1直流電機的結(jié)構(gòu)主磁極換向磁極電刷裝置機座端蓋電樞繞組電樞鐵心換向器轉(zhuǎn)軸磁極鐵心勵磁繞組電刷刷握絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置定子轉(zhuǎn)子直流電機（產(chǎn)生勵磁磁場）（產(chǎn)生電動勢，流過電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩）1直流電機的結(jié)構(gòu)直流電機結(jié)構(gòu)—定子、轉(zhuǎn)子1直流電機的結(jié)構(gòu)勵磁繞組套在主磁極極身上直流電機電樞鐵心是轉(zhuǎn)子的主磁路，也是嵌放電樞繞組的部件；直流電機電樞鐵心一般用0.5mm且沖有齒、槽的硅鋼片疊壓夾緊而成。直流電機換向器和電刷配合使用起整流或逆變作用；直流電機換向器由很多具有鴿尾形的換向片排列成一個圓筒，片間用云母片絕緣。直流電機電樞鐵心直流電機電樞鐵心直流電機換向器均勻開槽兩個主要部分：①靜止部分—定子：主磁極、換向極、機座、電刷、端蓋及軸承等。②旋轉(zhuǎn)部分—轉(zhuǎn)子(電樞)：轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、換向器等。1直流電機的結(jié)構(gòu)繞組特點：電樞繞組首尾相連，構(gòu)成一個閉合回路；電刷把電樞繞組平分為兩個支路；電刷接電源，導(dǎo)體中有電流；載流導(dǎo)體處在磁場中受電磁力，電機轉(zhuǎn)動，可用左手判斷電樞在轉(zhuǎn)動時，每個支路中導(dǎo)體不停發(fā)生變化，但支路中導(dǎo)體電流方向不變。每個極下導(dǎo)體中電流方向一致；電刷是電樞表面導(dǎo)體電流分界線。導(dǎo)體切割磁力線，導(dǎo)體產(chǎn)生電動勢，電動勢方向與電流方向相反（右手定則）如果FLASH無畫面，則右擊鼠標(biāo)選擇播放2直流電機工作原理兩極直流電機的物理模型2直流電機工作原理

發(fā)電機如右圖，當(dāng)原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)時，線圈abcd將感應(yīng)電動勢，方向為dcba;電刷A極性為正，電刷B極性為負(fù)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周后，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢方向為abcd;電刷A極性為正，電刷B極性為負(fù)。2直流電機工作原理線圈電動勢的波形2直流電機工作原理電刷間的電動勢波形

發(fā)電機電樞線圈內(nèi)電勢、電流方向是交流電；電樞線圈中感應(yīng)電勢與電流方向一致；電刷間為直流電勢，輸出直流電。思考：直流發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速方向相同還是相反？電動機把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負(fù)極。此時電樞線圈中將電流流過，在磁場作用下，轉(zhuǎn)子受電磁力逆時針旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周后：線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。2直流電機工作原理電流方向abcd電流方向dcba直流電機工作原理小結(jié)單個線圈中，電動勢是交變的；通過換向器與電刷的配合，可以將交流電通過機械“整流”的作用，轉(zhuǎn)換成脈動的直流電；為了減小脈動影響，實際的電樞繞組由多個線圈串聯(lián)構(gòu)成。直流電機的勵磁方式并勵串勵復(fù)勵他勵自勵直流電機的額定值額定功率PN（W，kW）額定電壓UN（V，kV）額定電流IN

（A，kA）額定轉(zhuǎn)速nN

（r/min）額定勵磁電壓UfN（V，kV）額定效率ηN額定轉(zhuǎn)矩TN（單位N·m）額定狀態(tài)下電機的輸出功率發(fā)電機：PN=UNIN（電功率）電動機：PN=UNINηN（機械功率）3.1小結(jié)直流電機及其用途直流電機的工作原理直流發(fā)電機直流電動機直流電機的主要結(jié)構(gòu)直流電機的額定值3.2直流電機電樞繞組作用旋轉(zhuǎn)電機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。構(gòu)成原則在一定的導(dǎo)體數(shù)下，能夠產(chǎn)生盡可能大的感應(yīng)電動勢，承擔(dān)足夠大的電流、電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率；在承擔(dān)一定的電流、電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率情況下，導(dǎo)體數(shù)盡可能少；結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，便于維護(hù)、檢修。3.2直流電機電樞繞組直流電機電樞鐵心表面加工有槽，電樞繞組放在槽內(nèi)。電樞鐵芯1—元件上層邊；2—元件下層邊；3—后端接；4—前端接。3.2直流電機電樞繞組單疊繞組復(fù)疊繞組單波繞組復(fù)波繞組蛙繞組波繞組疊繞組混合繞組疊繞組波繞組直流電機電樞繞組直流電機電樞繞組直流電機電樞繞組特點1N、S主磁極交替放置，間隔相等；2線圈兩條導(dǎo)體邊分別放在相臨磁極正下方；3一對導(dǎo)體邊稱為一個元件；4每個元件接在一個換向片上，并與電刷相連。每個元件有兩個元件邊，分別放置在兩個不同的槽中；如果每槽只有上下兩個元件邊，那么：S＝Q（槽數(shù)）。虛槽：如果每槽分別有u個上元件邊和u個下元件邊，那么一個“實槽”就相當(dāng)于u個“虛槽”。用Qu來表示“虛槽數(shù)”。元件：兩端分別與兩個換向片連接的單匝線圈或多匝線圈每個元件與兩個換向片相連，每個換向片接兩個元件，因此：S（元件數(shù)）＝K（換向片數(shù)）Qu＝uQS＝K＝Qu電樞繞組的基本概念y1NSy1NSNSy2y2yy換向器節(jié)距：yc

yc=yycyc電樞繞組的基本概念單疊繞組1234單疊繞組（左行）1234單疊繞組實例分析實例分析：

P=2，S=K=16.畫出單疊繞組展開圖。分別計算線圈的第一節(jié)距、合成節(jié)距：單疊繞組實例分析11.槽展開2.繞組放置3.安放磁極電刷123456789101112131416152345678910111213141615槽展開繞組放置安放磁極、電刷NSNSττττ+－++－－NSNSττττ1234電樞轉(zhuǎn)向eeee虛槽號元件號換向片號567891011121314單疊繞組小結(jié)單疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，也等于電刷的組數(shù)。2a=＝2p；為了使正負(fù)電刷間引出的電動勢最大，電刷應(yīng)該放在不同支路的交接處，與電動勢為零的元件接觸；每條支路由不相同的電刷引出，電刷數(shù)等于磁極數(shù);由正負(fù)電刷引出的電樞電流Ia為各支路電流之和；當(dāng)元件端接線對稱時，電刷的軸線正好位于主極中心線下。上例瞬間單疊繞組的電路圖電刷將閉合的電樞繞組分為若干條并聯(lián)支路單疊繞組與單波繞組單疊繞組：疊繞組并聯(lián)的支路數(shù)多，每條支路中串聯(lián)元件數(shù)少，2a＝2p，適應(yīng)于較大電流、較低電壓的電機。

單波繞組：波繞組并聯(lián)的支路數(shù)少，每條支路中串聯(lián)元件數(shù)多，2a＝2，適用于較高電壓、較小電流的電機。3.3空載和負(fù)載時直流電機的磁場磁場是電機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的媒介。直流電機中除主極磁場外，當(dāng)電樞繞組中有電流流過時，還將會產(chǎn)生電樞磁場。電樞磁場與主磁場的合成形成了電機中的氣隙磁場，它直接影響電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩大小?？蛰d磁場：當(dāng)電樞電流為零或很小時，由勵磁電流單獨建立的磁場?？蛰d磁通用Φm表示。Φm＝Φ0＋Φfσ主磁通：經(jīng)過氣隙，同時交鏈勵磁繞組和電樞繞組的磁通，用Φ0表示，它是機電能量轉(zhuǎn)換的橋梁。漏磁通：不經(jīng)過氣隙，僅與勵磁繞組交鏈的磁通，用Φfσ表示。它不參與機電能量轉(zhuǎn)換。主磁場分布：氣隙磁密在一個極下按平頂波規(guī)律分布。Φm1.空載時直流電機的磁場＋＝勵磁電流形成的磁場電樞電流形成的磁場負(fù)載時的磁場2.負(fù)載時電樞磁動勢和電樞反應(yīng)電樞磁動勢：電樞電流產(chǎn)生的磁動勢。電樞反應(yīng)：電樞磁動勢對主磁場的影響。直軸（d軸）：主極軸線。dq交軸（q軸）：與直軸正交的軸線。幾何中性線：相鄰兩主極之間的中心線，也就是交軸。物理中性線：電樞圓周上通過圓心和磁通密度為0點的直線。幾何中性線物理中性線2.負(fù)載時電樞磁動勢和電樞反應(yīng)基本概念：設(shè)：電刷位于幾何中性線，電樞繞組流過電流ia，則：電樞磁動勢只有交軸分量；

電刷位置是電樞表面電流分布的分界線，建立Na和Sa兩極電樞磁場。即：當(dāng)電刷位于幾何中性線上時，電樞磁動勢是一個交軸磁動勢交軸電樞磁動勢交軸電樞磁動勢設(shè)Za為電樞繞組的總導(dǎo)體數(shù)，ia為

導(dǎo)體內(nèi)的電流（支路電流），則一

個極下電樞的安培導(dǎo)體數(shù)為：Zaia/2p;這些載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁動勢即是一對極的交軸磁動勢。則：一個極下交軸電樞磁動勢的幅值

Faq(安/極)為：fa(x)Ba(x)結(jié)論：電樞磁動勢是一個三角形波，其軸線位置與電刷的軸線位置重合。電樞磁動勢波形的位置在空間保持不變。當(dāng)電刷位于幾何中性線上時，電樞磁動勢為交軸電樞磁動勢。交軸電樞磁密是一個馬鞍形波。交軸電樞磁動勢交軸電樞反應(yīng)交軸電樞磁動勢產(chǎn)生交軸氣隙磁場，并影響到原來氣隙磁場的大小和分布，這種影響稱為交軸電樞反應(yīng)。交軸電樞反應(yīng)：交軸電樞磁動勢對主磁場的影響交軸電樞反應(yīng)b0ba(x)bδ(x)O結(jié)論1：每個主極下，主磁場一半被削弱、另一半被加強，交軸電樞反應(yīng)使氣隙磁場bδ發(fā)生畸變，物理中性線偏離幾何中性線一個α角度。α結(jié)論2：對發(fā)電機，物理中性線順著電機的旋轉(zhuǎn)方向偏離幾何中性線一個α角度；對電動機，物理中性線逆著電機的旋轉(zhuǎn)方向偏離幾何中性線一個α角度。結(jié)論3：不計鐵心飽和時，主磁場一半被削弱、另一半被加強，去磁作用與助磁作用恰好相等，使得每極總磁通量不變，Φδ＝Φ0。結(jié)論4：考慮鐵心飽和時，交軸電樞反應(yīng)的去磁作用大于助磁作用，使得每極總磁通量略有減小，Φδ<Φ0。+++············+++++++++＝＋β·······+++++++bβbβ+++·····++bβbβFaqFaFad直軸電樞磁動勢當(dāng)電刷不在幾何中性線上時，電樞反應(yīng)不僅有交軸分量，還有直軸分量。直軸電樞反應(yīng)：直軸電樞磁動勢對主磁場的影響。直軸電樞反應(yīng)的作用為：運行狀態(tài)電刷順旋轉(zhuǎn)方向移動一個角度電刷逆旋轉(zhuǎn)方向移動一個角度發(fā)電機去磁效應(yīng)助磁效應(yīng)電動機助磁效應(yīng)去磁效應(yīng)直軸電樞反應(yīng)如若使直軸電樞反應(yīng)產(chǎn)生助磁作用，則引起換向困難等。所以直流電機的電刷要嚴(yán)格放在交軸位置，避免產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)。3.4電樞的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩1.電樞繞組的感應(yīng)電動勢電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞導(dǎo)體“切割”氣隙磁場，電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。電樞繞組電動勢Ea＝電刷兩端的電動勢＝一條并聯(lián)支路的合成電動勢。每根導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢：1.電樞繞組的感應(yīng)電動勢電樞感應(yīng)電動勢：注意：該公式對發(fā)電機和電動機都適用；電樞電動勢與每極氣隙磁通量和轉(zhuǎn)速成正比；只要有磁通量和轉(zhuǎn)速，電樞內(nèi)就有電動勢。其中，電動勢常數(shù)：2.電樞的電磁轉(zhuǎn)矩分析思路：直流電機的轉(zhuǎn)矩公式：其中，轉(zhuǎn)矩常數(shù)：1.電壓方程---發(fā)電機情況下電樞總電阻電樞電阻電刷壓降3.5直流電機的基本方程注意：Ia=I+If

（并勵），Ia=I（他勵、串勵）3.5直流電機的基本方程1.電壓方程---電動機情況下電樞總電阻電樞電阻電刷壓降注意：Ia=I-If（并勵），Ia=I（他勵、串勵）發(fā)電機：Ea與Ia方向一致，發(fā)電機向負(fù)載輸出電功率。Ia=I+If電動機：Ea與Ia方向相反，Ea為反電動勢，電動機從電源吸收電功率。I=Ia+IfIfUEaI+-IaRfRL發(fā)電機IfUEaI+-IaRf電動機并勵直流電機直流電機的電磁功率直流電動機：從電源吸收的電功率，通過電磁感應(yīng)作用，轉(zhuǎn)換成軸上的機械功率；直流發(fā)電機：原動機克服電磁轉(zhuǎn)矩的制動作用所做的機械功率等于通過電磁感應(yīng)作用在電樞回路所得到的電功率。電路系統(tǒng)機械系統(tǒng)3.5直流電機的基本方程2.功率方程---發(fā)電機情況下P0：克服機械摩擦、風(fēng)阻、鐵心損耗等所需的功率?！鷦畲陪~耗：pCuf=UfIf空載損耗:p0P2=UIP2=UIP1=T1ΩP1=T1Ω直流發(fā)電機功率圖基本銅耗：pCua=Ia2R電刷損耗：ps=2ΔUsIa3.5直流電機的基本方程2.功率方程---電動機情況下→直流電動機功率圖P2=T2ΩP1=UIP2=T2ΩP1=UI勵磁銅耗：pCuf=UfIf空載損耗:p0基本銅耗：pCua=Ia2R電刷損耗：ps=2ΔUsIaP1＝Pe＋p0T1Ω＝TeΩ＋T0ΩT1＝Te＋T0制動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩3.直流發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩方程TeT1T0n3.直流電動機的轉(zhuǎn)矩方程T2TeT0nPe＝P2＋p0TeΩ＝T2Ω＋T0ΩTe＝T2＋T0驅(qū)動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)電機的運行是可逆的；一臺直流電機，既可以作發(fā)電機運行，也可以作電動機運行。判別直流電機運

行狀態(tài)的條件是：

Ea>U（發(fā)電機）Ea<U

（電動機）4.直流電機的可逆性3.6直流發(fā)電機的運行特性直流發(fā)電機的四個基本物理量：U、I、If、n。（n由原動機拖動，保持不變）運行特性：在U、I、If之間，保證其中一個量不變，另外兩個物理量之間的函數(shù)關(guān)系。主要特性：（1）n＝常數(shù)，I＝常數(shù)，U＝f（If）；空載特性（2）n＝常數(shù)，If＝常數(shù)，U＝f（I）；外特性（3）n＝常數(shù)，U＝常數(shù)，If＝f（I）；調(diào)節(jié)特性（4）n＝常數(shù)，U＝常數(shù)，η＝f（P2）；效率特性注意：運行特性與電機的勵磁方式有關(guān)。以下分他勵、并勵分別介紹。當(dāng)n=nN，I=0時：U0=f(If)Ea=CenNΦ=U+IaRa=U0U0∝Φ，Φ=f(If)剩磁電壓U0r≈(2～4)%UN1.他勵直流發(fā)電機的空載特性空載特性實質(zhì)上就是電機的磁化曲線。當(dāng)n=nN，If=C時：U=f(I)U=Ea-IaRa=CenNΦ-IaRa隨著I的增加，有兩個因素使端電壓U下降：（1）I↗→IaRa↗→U↘（2）I↗→Ia↗→Fa↗→交軸電樞反應(yīng)↗→去磁效應(yīng)使Φ↘→U↘IUO1.他勵直流發(fā)電機的外特性IUOU0UNIN負(fù)載變化時，端電壓的變化不大，基本上屬于恒壓的直流電源；由于電樞總電阻很小，他勵發(fā)電機在額定勵磁下發(fā)生短路時，短路電流Ik=(20-30)IN，盡量避免。1.他勵直流發(fā)電機的電壓調(diào)整率額定電壓調(diào)整率If0定義：當(dāng)n=nN，U=UN時：If=f(I)分析：U=Ea-IaRa=CenNΦ-IaRa隨著電樞電流I的增加，端電壓U有下降的趨勢。為了維持U=UN，必須使：If↗→Φ

↗→Ea↗IIfOIfNIN1.他勵直流發(fā)電機的調(diào)整特性不變損耗p0＝機械損耗pΩ＋基本鐵耗pFe可變損耗pI＝基本銅耗pCua＋電刷損耗ps

＋勵磁銅耗pCuf

＋雜散損耗pΔP2ηOPNηN1.他勵直流發(fā)電機的效率特性AIf0U0O勵磁電阻線U=Ea-IaRa=CenNΦ-IaRaUf=U=RfIfΦ=f(If)IfU0EaI+-IaRfU0r磁化曲線2.并勵直流發(fā)電機的自勵過程并勵的勵磁是由發(fā)電機本身的端電壓提供的，而端電壓是在勵磁電流作用下建立的。原動機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，主磁極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通產(chǎn)生電流，電流產(chǎn)生磁通與剩磁方向相同，不斷使電動勢增大，直到達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點A。AIf0U0O勵磁電阻線（1）電機必須有剩磁；U0r磁化曲線臨界電阻線（2）勵磁磁動勢的方向必須與剩磁的方向一致；（3）勵磁回路的總電阻必須小于臨界電阻。ΦrΦf2.并勵直流發(fā)電機的自勵條件定義：當(dāng)n=nN，Rf=C時：U=f(I)分析：U=Ea-IaRa=CenNΦ-IaRa與他勵發(fā)電機比較，隨著I的增加，還有第三個因素使端電壓U下降：U↘→If↘→Φ↘→Ea↘→U↘↘并勵直流發(fā)電機：ΔuN≈20％IfUEaI+-IaRfRLUNINIkIUOU0他勵并勵負(fù)載運行時：根據(jù)：I=U/RL≈Ea/(Ra+RL)(1)RL↘→I↗→U↘(2)RL↘↘→U↘↘→If↘↘→Ea↘↘→I↘→拐彎(3)短路運行時：U=0，勵磁電流為0，電樞短路電流僅由剩磁電動勢引起，I=Ik，穩(wěn)態(tài)短路電流不大。2.并勵直流發(fā)電機的外特性復(fù)勵：既有并勵繞組，又有串勵繞組的勵磁方式。積復(fù)勵：串勵磁動勢與并勵磁動勢的方向相同。差復(fù)勵：串勵磁動勢與并勵磁動勢的方向相反。IfEaI+-IaUUIOINUN差復(fù)勵欠復(fù)勵平復(fù)勵過復(fù)勵積復(fù)勵3.復(fù)勵直流發(fā)電機的外特性工作特性速率特性：n＝f(P2)轉(zhuǎn)矩特性：Te＝f(P2)效率特性：η＝f(P2)機械特性：n=f(Te)電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行條件備注：運行特性與電動機的勵磁方式（并勵、串勵、他勵）有很大的關(guān)系，下面依次介紹。3.7直流電動機的運行特性定義：U=UN，If=IfN(Rf=C)；分析：n,Te,η=f(P2)n0n=f(P2)T0Te=f(P2)T2=f(P2)P2Oη=f(P2)1.并勵直流電動機的運行特性—工作特性注意：并勵勵磁回路不允許斷開！1.并勵直流電動機的運行特性—機械特性I’fTeNTeOnn0RaR’aR”aIf=CRa<R’a<R”an0IfI”fRa=CIf>I’f>I”fTeOnTeN結(jié)論：增加電樞回路電阻Ra，機械特性變軟，轉(zhuǎn)速下降。增加勵磁回路電阻Rf，機械特性變軟，轉(zhuǎn)速升高。定義：U=UN，Ia=Is=I；分析：n,Te,η=f(Ia)n=f(Ia)IaOTe=f(Ia)η=f(Ia)2.串勵直流電動機的運行特性—工作特性Te,n注意：串勵電動機不允許空載運行。定義：U=UN，Ia=Is=I；分析：n=f(Te)n=f(Te)TeOn2.串勵直流電動機的運行特性—機械特性結(jié)論：隨著電磁轉(zhuǎn)矩Te的增加，串勵電動機的轉(zhuǎn)速n迅速下降，其機械特性為軟特性。串勵回路電阻Rs越大，機械特性越軟。定義：If=C；分析：n＝f(Te)TeOnU1>UN>U2>U3UNTeNU1U2U3一組平行線3.他勵直流電動機的運行特性—機械特性直流電動機機械特性固有特性人為特性電樞串電阻降低電源電壓調(diào)節(jié)勵磁電流如果FLASH無畫面，則右擊鼠標(biāo)選擇播放直流電動機的機械特性總結(jié)勵磁方式他勵(變U)并勵(變Ra、Rf)串勵(變Rs)主要特點優(yōu)點1：機械特性硬度不變。優(yōu)點2：轉(zhuǎn)速可調(diào)高、也可調(diào)低。缺點：需專用調(diào)壓直流電源。優(yōu)點：調(diào)速簡單、方便。缺點1：能耗大。缺點2：增加Ra只能調(diào)低轉(zhuǎn)速，增加Rf只能調(diào)高轉(zhuǎn)速。且機械特性會變軟。優(yōu)點：起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強。缺點1：軟機械特性。缺點2：輕載時容易飛速。直流電動機的機械特性對比電力拖動系統(tǒng)電動機機械負(fù)載電源控制設(shè)備4.電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定性（1）電力拖動系統(tǒng)的組成4.電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定性（2）電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定性必要條件：電動機的機械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性必須有交點，即存在Tem=TL充分條件：在交點的轉(zhuǎn)速以上存在Tem＜TL，而在交點的轉(zhuǎn)速以下存在Tem＞TL。不穩(wěn)定運行穩(wěn)定運行有一臺17kW、220V的并勵電動機，額定轉(zhuǎn)速nN=1450r/min，額定線電流和勵磁電流分為IN=95A和IfN=4.3A，電樞電阻R=0.09，試求額定負(fù)載時電動機的下列數(shù)據(jù)：（1）電樞電流和電樞電動勢；（2）電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩；（3）輸入功率和效率。解：（1）IaN=IN-IfN=95-4.3=90.7AEaN=UN-IaNR-2△Us=220-90.7×0.09-2=209.8V(2)PeN=EaNIaN=209.8×90.7=19028W

TeN=125.3N.m(3)P1N=UI=220×95=20900W例題3-1直流電動機的起動起動的定義起動的方法直流電動機的調(diào)速調(diào)速的定義調(diào)速的方法直流電動機的制動制動的定義制動的方法3.8直流電動機的起動、調(diào)速和制動起動過程：

電動機接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。起動的要求：起動轉(zhuǎn)矩大；起動電流小；滿足Tst足夠大的條件下，盡量減少Ist起動方法：直接起動；電樞回路串電阻；降低電壓起動。1.他勵直流電動機的起動tOnnN全壓起動：起動電流太大將會對電機造成一定影響；只適應(yīng)與小型直流電機的起動。直接起動Ist太大，須限制Ist=(1.5~2)IN限制Ist的方法有：降壓起動；電樞回路串電阻起動。1.直流電動機的起動--直接起動電樞回路串電阻Rst起動時，使得起動電流為：Rst1k1Rst2k2Rst3k3U+-k3k2k11.直流電動機的起動—電樞回路串變阻器特點：可以有效抑制起動電流Ist=U/(Ra+Rst)；需要附加起動設(shè)備產(chǎn)生額外的電阻損耗；適應(yīng)于小容量并勵電動機電樞回路串電阻機械特性1.直流電動機的起動--—電樞回路串變阻器需要可調(diào)壓的直流電源；起動過程:先建立勵磁,再給電樞加低壓,并隨轉(zhuǎn)速逐漸加大U。

特點：設(shè)備投資較大，但起動平穩(wěn)，起動過程能量損耗小。nT0TN1.直流電動機的起動—降壓起動調(diào)速：負(fù)載不變情況下的速度改變。調(diào)速方法：

電樞控制：改變電壓，電樞串電阻；磁場控制：改變勵磁電流。調(diào)速要求：

調(diào)速范圍：D=nmax/nmin；平滑性；經(jīng)濟性；調(diào)速設(shè)備簡單、可靠、操作方便。2.直流電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)注意：調(diào)速前后，電動機工作在不同的機械特性上，如果機械特性不變，因負(fù)載變化而引起轉(zhuǎn)速的變化，則不能稱為調(diào)速。tOnn1t1nNnTemTLRan0nNA0A’Bn1Ra+Rs1未串電阻時的工作點串電阻Rs1后,工作點由A→A’→B2.直流電機調(diào)速--電樞回路串電阻調(diào)速優(yōu)點：調(diào)速設(shè)備簡單、操作方便，轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)節(jié)。缺點：耗能，只能調(diào)低轉(zhuǎn)速，輕載時調(diào)速范圍不大。調(diào)速過程電流變化曲線調(diào)速前、后電流不變調(diào)速過程轉(zhuǎn)速變化曲線tt=0n1nNIaNianian結(jié)論：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時,串電阻越大,轉(zhuǎn)速越低。2.電樞回路串電阻調(diào)速—機械特性Te=CTΦIa優(yōu)點操作方便；轉(zhuǎn)速可上、下連續(xù)調(diào)節(jié)；節(jié)能；機械特性硬度不變。缺點調(diào)速設(shè)備復(fù)雜，價格高。TeOnU1>UN>U2>U3UNTeNU1U2U32.直流電機調(diào)速—調(diào)壓調(diào)速備注：降壓調(diào)速過程與電樞串電阻調(diào)速過程很相似，調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速和電樞電流（或轉(zhuǎn)矩）隨時間變化的曲線也相似。優(yōu)點：調(diào)速設(shè)備簡單，操作方便、控制靈活，轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)節(jié)，節(jié)能，效率高。缺點：機械特性變軟，只能調(diào)高轉(zhuǎn)速，有“飛車”的危險。If2n0If1If3If1>If2>If3TeOnTeNnnNn1IaNIa1iatOTe=CTΦIa2.直流電機調(diào)速—調(diào)勵磁電流調(diào)速n01n02注意：磁場越弱，轉(zhuǎn)速越高。因此電機運行時勵磁回路不能開路。Rs1TeOnRs2Rs3Rs1<Rs2<Rs3TLU1TeOnU2U3U1>U2>U3TL調(diào)速方式主要優(yōu)點主要缺點改變Rs簡單只能調(diào)低轉(zhuǎn)速改變U轉(zhuǎn)速可調(diào)低、可調(diào)高復(fù)雜串勵電動機的調(diào)速某臺他勵直流電動機，額定功率PN=22kW,額定電壓UN=220V，額定電流IN=115A,額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min,電樞回路總電阻Ra=0.1歐姆，忽略空載轉(zhuǎn)矩T0,電動機帶額定負(fù)載運行時，要求把轉(zhuǎn)速降到1000r/min，計算：（1）采用電樞串電阻調(diào)速調(diào)速需串入的電阻值；（2）采用降低電源電壓調(diào)速需把電源電壓降到多少；（3）上述兩種調(diào)速情況下，電動機的輸入功率與輸出功率。例題分析例題分析例題分析

1）電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)——電動機轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相同，此時電網(wǎng)向電動機輸入電能，轉(zhuǎn)化為機械能。2）制動運轉(zhuǎn)狀態(tài)——電動機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，此時，電動機吸收機械能轉(zhuǎn)化為電能。3.直流電動機的制動制動：從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或限制位能負(fù)載下降速度的一種運行過程。電動機制動的目的：停車；限速；電動機制動的方法有：機械制動；電磁制動。電磁制動：讓電動機產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁力矩來實現(xiàn)制動。電磁制動分類：能耗制動；回饋制動；反接制動。3.直流電動機的制動電動狀態(tài)能耗制動+-+-3.直流電動機的制動—能耗制動電動機狀態(tài)工作點制動瞬間工作點制動過程工作段電動機拖動反抗性負(fù)載，電機停轉(zhuǎn)。若電動機帶位能性負(fù)載,穩(wěn)定工作點3.直流電動機的制動—能耗制動1、電壓反接制動電樞反接的反接制動電路圖Ia為負(fù)值，T為負(fù)值，T與n反向。一般用于反抗性負(fù)載。3.直流電動機的制動—反接制動工作點變化為：

1、電壓反接制動機械特性3.直流電動機的制動—反接制動3.直流電動機的制動—反接制動2、倒拉反轉(zhuǎn)反接制動倒拉反轉(zhuǎn)反接制動時的機械特性方程就是電動狀態(tài)時電樞串電阻時的人為特性方程倒拉反轉(zhuǎn)反接制動只適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。由于串入電阻很大，所以：電樞回路串入大電阻后特性曲線正向電動狀態(tài)提升重物(A點)負(fù)載作用下電機反向旋轉(zhuǎn)(下放重物)電機以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速下放重物D點3.直流電動機的制動—反接制動2.倒拉反轉(zhuǎn)反接制動機械特性電動狀態(tài)下運行的電動機，在某種條件下會出現(xiàn)n>n0

情況，此時Ea>U，Ia反向,Tem反向，由驅(qū)動變?yōu)橹苿?。從能量方向看，電機處于發(fā)電狀態(tài)——回饋制動狀態(tài)。回饋制動時由于有功功率回饋到電網(wǎng)，因此與能耗和反接制動相比，回饋制動是比較經(jīng)濟的。3.直流電動機的制動—回饋制動3.直流電動機的制動—回饋制動發(fā)生在動態(tài)過程中的回饋制動過程有以下兩種情況1）降壓調(diào)速時產(chǎn)生的回饋制動；2）增磁調(diào)速時產(chǎn)生的回饋制動降壓調(diào)速時產(chǎn)生的回饋制動增磁調(diào)速時產(chǎn)生的回饋制動4.直流電動機反轉(zhuǎn)方法：

改變氣隙磁通；改變電路的電樞流方向。實質(zhì)：通過改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向，從而使電機反轉(zhuǎn)。其中，電樞電壓反接使電樞電流反向從而改變電機轉(zhuǎn)速方向比較常見。換向的概念

電樞旋轉(zhuǎn)時，被電刷短路的元件從短路開始到短路結(jié)束，從一條支路轉(zhuǎn)換到另一條支路，電流改變了方向。

換向元件中電流的這種變化過程，稱為換向過程；

從換向開始到換向結(jié)束所需時間，稱為換向周期。

換向不利會產(chǎn)生換向火花，損壞直流電機。3.9直流電機的換向1.電流的換向過程元件1從電刷A右邊轉(zhuǎn)到左邊，電流方向改變。1′·······1········NSA1′·······1·SNA1.電流的換向過程設(shè)電刷寬度等于換向片寬度12vkia2ia換向開始t=012vkiai1i22ia正在換向t=(0～Tk)2iaia12vk2ia換向結(jié)束

t=Tk直線換向如果換向元件中電勢為零，則在被電刷短路的閉合回路中不會有環(huán)流。換向元件中的電流由電刷與相鄰兩換向片的接觸面積決定。變化曲線是一條直線，稱為直線換向。換向周期TK：即一元件被電刷短路開始到短路完畢所經(jīng)歷的時間。iTki+ia-iat0理想換向（直線換向）即換向元件中感應(yīng)電動勢為零。換向元件中的感應(yīng)電勢（1）電抗電勢er

換向元件中由于換向電流的變化所引起的自感電勢和互感電勢之和，稱為電抗電勢。Lr：換向元件的電抗系數(shù)，包括自感和互感er的平均值：設(shè)電刷寬度bs等于換向片寬度bk，換向片數(shù)為K，則：換向元件中的感應(yīng)電勢電抗電勢的特點：

電機負(fù)載越重或轉(zhuǎn)速越高，電抗電勢越大。

電抗電勢的方向阻止換向電流的變化，因此er的方向必與換向前的元件電流ia的方向一致。

換向元件所處的幾何中線處，主磁場幾乎為零；電樞反應(yīng)磁勢所產(chǎn)生的磁通Φa正好穿過換向元件。電樞旋轉(zhuǎn)時，換向元件切割Φa

所生電勢ea稱為旋轉(zhuǎn)電勢。ΦaeaNSner（2）旋轉(zhuǎn)電勢換向元件中的感應(yīng)電勢換向元件中的感應(yīng)電勢旋轉(zhuǎn)電勢的特點：

設(shè)換向元件匝數(shù)為Wk，電樞反應(yīng)磁勢在換向元件處所生的磁密為Ba，則ea的平均值：

，負(fù)載越重或者轉(zhuǎn)速越高，旋轉(zhuǎn)電勢也越大。

根據(jù)右手定則，ea的方向總是與換向前元件中的電流方向相同，ea與er方向一致，也是阻礙換向的。電刷下產(chǎn)生火花的原因換向元件中存在兩個方向相同的電勢er和ea，合成電勢：合成電勢在換向元件閉合回路中產(chǎn)生的環(huán)流：由閉合轉(zhuǎn)為斷開時，由ik建立的電磁能量以火花的形式釋放出來。tiik電樞換向器NS電樞繞組與換向片焊接電樞繞組電動機工作原理演示2.改善換向的方法

由于附加換向電流ik的存在，引起電磁性換向火花。所以，消除換向火花的措施有：1、增大Rb

：選用合適的電刷，改善環(huán)境促使氧化膜的形成。2、減小∑e

：安裝換向磁極、移刷等。其中最有效的辦法是安裝換向極。2.改善換向的方法安裝換向極：抵消電樞反應(yīng)磁勢，使ea＝0換向極磁勢建立Bk，產(chǎn)生ek，使合成感應(yīng)電動勢為0換向極極性的確定：+-------+++++nNkSk電動機發(fā)電機X..Xerekerek對發(fā)電機對電動機NS安裝換向極的要求

換向極應(yīng)裝在幾何中性線上;

換向極的極性使產(chǎn)生的Bk方向與電樞反應(yīng)磁勢的方向一致。

換向極繞組必須與電樞繞組串聯(lián)，使在任何時候，ek＝-er。加換向極后的結(jié)構(gòu)圖3.環(huán)火及其防止措施

電位差火花與換向火花連成一片，構(gòu)成環(huán)火。

防止環(huán)火的措施：在主磁極的極靴裝補償繞組，并與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁勢方向與電樞反應(yīng)磁勢相反。

電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生畸變，使處于處的元件的感應(yīng)電勢增大。當(dāng)片間電壓Uk超過一定值時，換向片間產(chǎn)生火花，稱為電位差火花。思考換向極繞組應(yīng)與電樞繞組相串聯(lián)；補償繞組應(yīng)與電樞繞組相串聯(lián)；勵磁繞組與電樞繞組如何聯(lián)接？課堂練習(xí)1.直流電機電樞繞組導(dǎo)體中流過的電流是（）。(A)直流電流(B)交流電流(C)脈動的直流電流(D)無法確定答案：B課堂練習(xí)2.他勵直流電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行在額定狀態(tài)下，現(xiàn)減小勵磁電流，則電動機轉(zhuǎn)速將（）。(A)升高(B)降低(C)不變(D)先升高后降低答案：A課堂練習(xí)3.并勵直流發(fā)電機的額定輸出功率可表達(dá)為（）。答案：A課堂練習(xí)4.一臺他勵直流發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降10%，而勵磁電流和電樞電流均不變，則（）。(A)電樞電勢下降10%(B)電磁轉(zhuǎn)矩下降10%(C)電樞電勢和電磁轉(zhuǎn)矩都下降10%(D)電樞電勢和電磁轉(zhuǎn)矩都不變答案：A5.一臺并勵直流電動機，運行在額定電壓下，則當(dāng)電樞電流增大時，電磁轉(zhuǎn)矩將

。A增大；B減小；C不變；D先增大后減小答案：A課堂練習(xí)110V課堂練習(xí)130發(fā)電機：Ea=U+IaR+2ΔUs=U+IaRaIa=I+If（并勵），Ia=I（他勵、串勵）電動機：U=Ea+IaR+2ΔUs=Ea+IaRaIa=I-If（并勵），Ia=I（他勵、串勵）直流電機穩(wěn)態(tài)電壓方程式同學(xué)們再見！

《電機學(xué)》ElectricalMachinery

電氣工程系第4章交流電機理論的共同問題4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類4.2三相雙層繞組4.3三相單層繞組4.4氣隙磁場正旋分布時交流繞組的感應(yīng)電動勢4.5感應(yīng)電動勢中的高次諧波4.6通有正旋電流時單相繞組的磁動勢4.7通有對稱三相電流時三相繞組的磁動勢4.8三相交流繞組所產(chǎn)生的氣隙磁場和相應(yīng)電抗4.9交流電機的電磁轉(zhuǎn)矩

交流電機概述交流電機：交流電能?機械能旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速為固定值，稱為同步轉(zhuǎn)速感應(yīng)電機，或異步電機同步電機交流電機結(jié)構(gòu)定子：同步電機與異步電機結(jié)構(gòu)幾乎完全相同鐵心三相交流繞組機殼、機座等如果FLASH無畫面，則右擊鼠標(biāo)選擇播放交流電機三相交流繞組感應(yīng)電動勢脈振磁動勢旋轉(zhuǎn)磁動勢本章學(xué)習(xí)重點及思路交流繞組的構(gòu)成原則：電動勢和磁動勢的勢波形要盡量接近正弦波，諧波含量要盡量小；三相繞組的電動勢、磁動勢要對稱，電阻、電抗要平衡；繞組利用率要高。在繞組用銅量一定時，要獲得較大的基波電動勢和磁動勢；在電動勢、磁動勢要求一定時，用銅量要節(jié)省，銅耗要小；絕緣可靠，機械強度高，散熱條件好，制造方便。4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類交流繞組的分類：按繞法分類：疊繞組、波繞組按槽內(nèi)層數(shù)分類：單層繞組、雙層繞組按相數(shù)分類：單相繞組、三相繞組、多相繞組按每極每相槽數(shù)分類：整數(shù)槽繞組、分?jǐn)?shù)槽繞組4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類A相軸CABZYXB相軸C相軸ABC三相交流繞組模型4.2三相雙層繞組節(jié)距y1=τ：整距線圈節(jié)距y1<τ：短距線圈節(jié)距y1>τ：長距線圈疊繞組線圈波繞組線圈y1y1三相交流繞組的線圈多匝線圈單匝線圈散嵌線圈成型線圈疊繞組線圈→1個線圈

(Nc匝)→1個線圈組

(q個線圈)→

1相繞組

(2p個線圈組)→單匝線圈

(2根導(dǎo)體)1根導(dǎo)體AXNc=4q=32p=21相繞組總匝數(shù)＝2p×q×Nc極相組三相交流繞組構(gòu)成相數(shù)：m=3槽數(shù)：Q=36極數(shù)：2p=4極距：τ=Q/2p=9（槽）每極每相槽數(shù)：q=Q/2mp=τ/m=3（槽）機械角度：實際幾何角度電角度：電角度=p×機械角度槽距機械角度：α0=360°/Q=10°槽距電角度：α=p×360°/Q=20°三相繞組的基本概念相帶：每極下每相所占的區(qū)域。將360度圓周分成六等分，每等分占60度，稱為60度相帶。這種分法可以保證三相感應(yīng)電動勢對稱，且合成電動勢較大，應(yīng)用較廣。將360度圓周分成三等分，每等分占120度，稱為120度相帶，但這種分法獲得的電動勢較小，不常用。槽電動勢星形圖：把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動勢用矢量表示，所構(gòu)成的星狀圖。三相繞組的基本概念1.槽電動勢星形圖和相帶劃分以三相、四級、36槽的定子為例：分析：每極每相槽數(shù)：3相鄰兩槽間的電角度為20°（相鄰兩槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的相位差）60°相帶繞組，對應(yīng)的槽電動勢星形圖如圖所示：三相四極，采用雙層疊繞組形式，定子槽數(shù)為36，并聯(lián)支路數(shù)a=1.其繞組展開圖繪制過程如下：1、計算極距、每極每相槽數(shù)、槽距角：2.三相雙層疊繞組相帶槽號極

對ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,1819,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,36第一對極下（1槽~18槽）第二對極下（19槽~36槽）分極、分相：雙層疊繞組60°相帶排列表如下：2.三相雙層疊繞組畫出A相繞組展開圖：1357911131517192123252729313335123101112192021282930雙層疊繞組的A繞組2.三相雙層疊繞組A相繞組不同的連接方式組成不同的等效電路2.三相雙層疊繞組單層繞組每槽只有一個線圈邊，整個繞組線圈總數(shù)等于總槽數(shù)的1/2。單層繞組常用在10KW以下的小型交流電機中。單層繞組包括交叉式、同心式和鏈?zhǔn)嚼@組。4.3三相單層繞組123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536AXA相繞組的連接順序為：A-2-10-3-11-19-12-20-28-21-29-1-30-X4.3三相單層繞組—交叉式繞組交叉式繞組由不同節(jié)距的線圈組成，主要用于q為奇數(shù)的四極或六極三相小型感應(yīng)電動機的定子中。123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536AZBCXYA相繞組的連接順序為：A-1-12-2-11-3-10-19-30-20-29-21-28-X4.3三相單層繞組—同心式繞組同心式繞組由不同節(jié)距的線圈組成，主要用于兩極的小型感應(yīng)電機中。123456789101112131415161718192021222324AX4.3三相單層繞組—鏈?zhǔn)嚼@組鏈?zhǔn)嚼@組的線圈具有相同的節(jié)距，且恒為奇數(shù)，一般用在每極每相槽數(shù)為偶數(shù)的四極、六極感應(yīng)電動機中。集中式繞組:集中式繞組一般僅有一個或幾個矩形框線圈組成。繞制后用紗帶包扎定型，再經(jīng)浸漆烘干處理后嵌裝在凸磁極的鐵心上；分布式繞組：采用分布式繞組的電動機定子沒有凸性的極掌，每個磁極都是由一個或幾個線圈按照一定的規(guī)律嵌裝布線組成線圈組。集中式繞組和分布式繞組集中繞組的電動勢EE/3E/3E/3合成電動勢小于E分布繞組的電動勢說明：分布繞組雖然發(fā)出的電壓小一些，但可以抑制諧波電動勢，使得發(fā)出的電壓接近正弦波。集中式繞組和分布式繞組節(jié)距y1=9的單層整距繞組×××213456897213456897NS123456789101112131415161718（個槽）整距繞組和短距繞組節(jié)距y1=8的單層短距繞組213213NS1234567891011121314151617181整距繞組和短距繞組EE2EEE<2E整距線圈的感應(yīng)電動勢短距線圈的感應(yīng)電動勢紅線所示為整個線圈的感應(yīng)電動勢說明：采用短距可以消除感應(yīng)電動勢中的指定次諧波。E——線圈一條邊的感應(yīng)電動勢。整距繞組和短距繞組主要內(nèi)容：正弦分布的氣隙磁場一根導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢單匝整距線圈的感應(yīng)電動勢一個整距線圈的感應(yīng)電動勢（Nc匝）一個短距線圈的感應(yīng)電動勢（y1<τ）一個短距線圈組的感應(yīng)電動勢（q個線圈）一相繞組的感應(yīng)電動勢（2p個線圈組）三相繞組的感應(yīng)電動勢4.4氣隙磁場正弦分布時交流繞組的感應(yīng)電動勢重點，記憶1.導(dǎo)體中的基波感應(yīng)電動勢4.4氣隙磁場正弦分布時交流繞組的感應(yīng)電動勢設(shè)主極磁場在氣隙內(nèi)按正弦規(guī)律分布，則：Oωt360°180°e1極對數(shù)123同步轉(zhuǎn)速300015001000f=50Hz同步轉(zhuǎn)速Oωt360°180°e1bOαπ2πB1Bav一根導(dǎo)體電動勢的有效值E”1·y1=τE”1·E’1·E’1·-E”1·Ec1·NS一個整距線圈如果有Nc匝：2.整距線圈的感應(yīng)電動勢E”1·y1<τE”1·E’1·E’1·NS一個短距線圈如果有Nc匝：-E”1·Ec1·基波節(jié)距因數(shù)3.短距線圈的感應(yīng)電動勢集中線圈q個線圈分布線圈q個線圈α4.線圈組的感應(yīng)電動勢當(dāng)q個線圈組成分布繞組例如q=3,相量圖如右圖所示：RRR4.線圈組的感應(yīng)電動勢基波分布因數(shù)基波繞組因數(shù)一個線圈組有qNC匝：一相繞組每支路有N匝：雙層繞組：N=2pqNC/a單層繞組：N=pqNC/a(N為一相繞組的總串聯(lián)匝數(shù))5.相電動勢三角形聯(lián)結(jié)：星形聯(lián)結(jié)：變壓器相電動勢：交流電機相電動勢：符號含義符號含義變壓器N1一相繞組的實際匝數(shù)Φm主磁通幅值交流電機Nkw1一相繞組的等效匝數(shù)Φ1每極磁通量交流電機與變壓器相電動勢的區(qū)別和聯(lián)系同步電機的主極磁場氣隙中不一定是正弦分布，此時繞組中感應(yīng)電動勢除了有基波電動勢外，還有一系列高次諧波電動勢。1.高次諧波電動勢2.高次諧波的危害3.高次諧波的抑制4.5感應(yīng)電動勢中的高次諧波αbOb1bb3b51.高次諧波電動勢相電動勢：線電動勢：Δ連接：Ｙ連接：abcEa3·Eb3·Ec3·I3Δ·交流發(fā)電機一般采用1.高次諧波電動勢使發(fā)電機的電動勢波形變壞，影響供電質(zhì)量；使發(fā)電機附加損耗增加，效率降低，溫升增高；使感應(yīng)電動機產(chǎn)生有害的附加轉(zhuǎn)矩和損耗；對附近的通訊線路產(chǎn)生電磁干擾；可能引起輸電線路的過電壓。2.高次諧波的危害改善主極磁場分布：使磁極磁場沿電樞表面盡量呈正弦波規(guī)律分布；發(fā)電機三相繞組采用Ｙ連接；采用短距繞組；采用分布繞組。3.高次諧波的抑制為了兼顧削弱5次和7次諧波電動勢，一般取：y1≈5τ/6短距繞組削弱高次諧波kpνy1/τν18/95/64/5110.9850.9660.951510.6430.25907-1-0.3420.2590.588短距繞組削弱高次諧波kdνqν1234110.9660.960.958510.2590.2170.20571-0.259-0.177-0.158分布繞組削弱高次諧波4.6通有正弦電流時單相繞組的磁動勢基本原理：繞組中流過電流，產(chǎn)生磁動勢分析方法（整距）線圈磁動勢分布繞組磁動勢單相（短距分布）繞組磁動勢為便于分析所作的假設(shè)1、線圈磁動勢通有單相交流電的單匝線圈（整距）定子取某一時刻進(jìn)行研究電流流向線圈所產(chǎn)生的磁場磁場的極數(shù):2極定子的磁極性ti定子1、線圈磁動勢氣隙磁動勢分析沿任意一條磁力線,應(yīng)用磁路基爾霍夫定律定子展開時的氣隙磁動勢分布1、線圈磁動勢磁場極數(shù):2p=4包圍電流數(shù)氣隙磁動勢大小用相電流表示串聯(lián)總匝數(shù)N氣隙磁動勢1、線圈磁動勢矩形波的分解基波磁動勢諧波

諧波磁動勢可以通過采取措施對其進(jìn)行抑制,故今后將不再考慮諧波磁動勢磁場與電流的關(guān)系該磁場只與電流位置(分布)有關(guān),與哪幾個導(dǎo)體構(gòu)成一個線圈無關(guān).有時為了研究方便,可認(rèn)為A1與X2為一個線圈.2、分布繞組的磁動勢—雙層分布短距繞組的電流分布三相雙層疊繞組,2p=4,q=3電流流向一致繞組分解電流流出單層整距分布繞組(磁動勢大小)③雙層分布短距繞組_磁動勢合成3、單相繞組的磁動勢即短距分布繞組時的磁動勢瞬時方程幅值通有正弦電流時單相繞組的磁動勢性質(zhì)：單相繞組的基波磁動勢為脈振磁動勢，其脈振頻率取決于電流的頻率。不同瞬間時單相繞組的基波脈振磁動勢波形圖如下：

3、單相繞組的磁動勢4.7通有對稱三相電流時的三相繞組的磁動勢對稱三相電流統(tǒng)一坐標(biāo)下的三個單相基波磁動勢方程1、三相繞組的基波合成磁動勢幅值瞬時方程基波合成磁動勢的分析不同時刻1、三相繞組的基波合成磁動勢1、三相繞組的基波合成磁動勢5、基波合成磁動勢的推進(jìn)速度波峰處電角速度轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一周對應(yīng)電角度同步轉(zhuǎn)速每秒鐘轉(zhuǎn)過的電角度f1磁動勢的轉(zhuǎn)向iAiBt=0°t=120°1、三相繞組的基波合成磁動勢用一個三相單層整距集中繞組代替一個三相雙層短距分布繞組，有效匝數(shù)Nkw1總結(jié)三相繞組基波合成磁動勢為性質(zhì)：是一個沿著氣隙圓周連續(xù)推移的旋轉(zhuǎn)磁動勢波。轉(zhuǎn)速:方向：取決于交流電源的相序。

1、三相繞組的基波合成磁動勢圖解旋轉(zhuǎn)磁動勢2、旋轉(zhuǎn)磁動勢與脈振磁動勢的關(guān)系由A相磁動勢方程分解正向旋轉(zhuǎn)磁動勢反向旋轉(zhuǎn)磁動勢三相不對稱時的合成磁動勢幅值可能是變化的旋轉(zhuǎn)速度不一定恒定3、三相合成磁動勢中的高次諧波磁動勢方程ν=3k,k=1、3、5…時（對應(yīng)ν=3、9、15），fν=0ν=7、13、19時ν=5、11、17時4、三相合成磁動勢的波形1、疊加法2、直接作圖法4、三相合成磁動勢的波形1、疊加法2、直接作圖法5、兩相系統(tǒng)的基波合成磁動勢兩相繞組中通兩相電流時

AXYB⊙⊙旋轉(zhuǎn)磁動勢4.8三相交流繞組所產(chǎn)生的氣隙磁場和相應(yīng)電抗1、三相交流繞組所產(chǎn)生的氣隙磁場2、交流繞組的氣隙電抗4.9交流電機的電磁轉(zhuǎn)矩1、電磁轉(zhuǎn)矩不等于零的一個準(zhǔn)則定轉(zhuǎn)子極數(shù)必須相等2、電磁轉(zhuǎn)矩公式δ稱為轉(zhuǎn)矩角3、產(chǎn)生恒電磁轉(zhuǎn)矩的條件定子磁動勢和氣隙合成磁動勢的幅值及夾角都為恒定。同學(xué)們再見！

《電機學(xué)》ElectricalMachinery

電氣工程系第5章感應(yīng)電機5.1三相感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)5.2三相感應(yīng)電動機的磁動勢和磁場5.3三相感應(yīng)電動機的電壓方程和等效電路5.4三相感應(yīng)電動機的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程5.5籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)、相數(shù)和參數(shù)的歸算5.6三相感應(yīng)電動機參數(shù)的測定5.7三相感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率特性5.8諧波磁場對三相感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率特性的影響5.9三相感應(yīng)電動機的工作特性第5章感應(yīng)電機5.10三相感應(yīng)電動機的起動，深槽和雙籠電動機5.11三相感應(yīng)電動機的調(diào)速5.12三相感應(yīng)電動機在定子電壓不對稱時的運行5.13單相感應(yīng)電動機5.14三相感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子電路不對稱時的運行5.15轉(zhuǎn)子一相斷線時，三相感應(yīng)電動機的運行5.16三相感應(yīng)發(fā)電機和感應(yīng)電動機的制動，直線感應(yīng)電動機感應(yīng)電機一般做為電動機使用，是將交流電能轉(zhuǎn)換為機械能的一種旋轉(zhuǎn)裝置。其作用是作為原動機拖動生產(chǎn)機械。感應(yīng)電機的優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高和具有適用的工作特征。感應(yīng)電機的缺點:功率因數(shù)較差。運行時，必須從電網(wǎng)里吸收落后性的無功功率，它的功率因數(shù)總是小于１，需對功率因數(shù)進(jìn)行補償。不能實現(xiàn)較廣范圍的平滑調(diào)速（變頻器）5.1三相感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)異步電動機定子繞組定子鐵心轉(zhuǎn)子機座籠型轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子繞組繞線型定子1.感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)—組成感應(yīng)電機1.感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)—認(rèn)識感應(yīng)電機1.感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)—定子機座1.感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)—定子定子鐵心和定子繞組1.感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)—定子端蓋圓底槽定子鐵心沖片1.感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)—定子根據(jù)線圈繞制的形狀與嵌裝布線方式不同，可分為集中式和分布式兩類。集中式繞組的繞制和嵌裝比較簡單，但效率較低，運行性能也差。目前的交流電動機定子絕大部分都是應(yīng)用分布式繞組。

1.感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)—定子繞組局部放大籠型和繞線型轉(zhuǎn)子鐵心1.感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)—定子繞組1.感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)—籠型轉(zhuǎn)子繞組籠型繞組是一個自行封閉的短路繞組，它由插入每個轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)條和兩端的環(huán)形端環(huán)構(gòu)成，如果去掉鐵芯，整個繞組形如一個“圓籠”，因此，稱為籠形繞組。為節(jié)約用銅和提高生產(chǎn)效率，小型籠型電機一般都用鑄鋁轉(zhuǎn)子；對中、大型電機，由于鑄鋁質(zhì)量不容易保證，故采用銅條插入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)、再用兩端焊上端環(huán)的結(jié)構(gòu)。

端環(huán)風(fēng)葉鐵心繞組滑環(huán)軸承繞線型轉(zhuǎn)子通過滑環(huán)（集電環(huán)）把三相繞組引出。1.感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)—繞線型轉(zhuǎn)子繞組籠型繞組是一個自行封閉的短路繞組。繞線型繞組屬于三相交流繞組，三個首端通過集電環(huán)和電刷引出到外部電路，用于接電阻等器件，并最終在電機外部短接。1.感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)電生磁磁生電電磁力U2U1W2V1W1V2n2.感應(yīng)電機的運行狀態(tài)—工作原理2.感應(yīng)電機的運行狀態(tài)—工作原理旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速ns與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差稱為轉(zhuǎn)速差；轉(zhuǎn)速差Δn與同步轉(zhuǎn)速ns的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示。轉(zhuǎn)差率是表征感應(yīng)電機運行狀態(tài)的一個基本變量。按照轉(zhuǎn)差率的正負(fù)和大小，感應(yīng)電機有電動機、發(fā)電機和電磁制動三種運行狀態(tài)2.感應(yīng)電機的運行狀態(tài)—轉(zhuǎn)差率2.感應(yīng)電機的運行狀態(tài)—運行狀態(tài)額定功率PN

(kW)

：額定運行時軸端輸出的機械功率；額定電壓UN

(V)

：額定運行時定子繞組的線電壓；額定電流IN(A)：額定電壓下運行，輸出功率為額定值時，定子繞組的線電流；額定頻率fN

(Hz)：定子的電源頻率；額定轉(zhuǎn)速nN(r/min)

：額定運行時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。例5-13.額定值3.額定值求四極電機轉(zhuǎn)速分別等于0,1452,1500,1548r/min時的轉(zhuǎn)差率.同步轉(zhuǎn)速ns=1500r/minns1500010轉(zhuǎn)差率計算籠型和繞線型異步電機結(jié)構(gòu)區(qū)別異步電機工作原理異步電機額定值123課堂思考空載運行時，定子磁動勢基本上就是產(chǎn)生氣隙主磁場的激磁磁動勢，定子電流就近似等于激磁電流。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速→ns，轉(zhuǎn)子電流I2≈0；5.2三相感應(yīng)電動機的磁動勢和磁場1、空載運行時電動機內(nèi)的磁動勢和磁場感應(yīng)電機中主磁通所經(jīng)過的磁路1.空載運行時電動機內(nèi)的磁動勢和磁場端部漏磁槽漏磁1.空載運行時電動機內(nèi)的磁動勢和磁場空載時，氣隙中的主磁場以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，主磁通將在定子每相繞組中感生電動勢，其有效值為：假設(shè)磁路為線性，若主磁路的磁化曲線用一條線性化的磁化曲線來代替，則主磁通將與激磁電流成正比；于是可認(rèn)為E1與磁化電流Im之間具有下列關(guān)系：激磁阻抗Zm（表征主磁路電抗和鐵耗的綜合參數(shù)）激磁電抗Xm激磁電阻Rm2.空載運行電壓方程和等效電路定子漏磁通F1s在定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為定子漏感電動勢E1s，由于漏磁通走的磁路主要是氣隙，故它基本不受磁飽和影響，只與定子電流I0成正比，與變壓器分析相似，將其看成定子電流I0在定子漏電抗x1S上的壓降，則有：所以，空載時，定子一相電路的電壓方程為

2.空載運行電壓方程和等效電路定子繞組的漏阻抗。異步電機的激磁阻抗模擬鐵芯鐵耗的激磁電阻激磁電抗，表征鐵芯線圈磁化性能的一個等效電抗定子一相繞組的漏磁電抗（定子漏抗）2.空載運行電壓方程和等效電路2.空載運行電壓方程和等效電路異步電動機的電磁關(guān)系與變壓器相似，其差別如下：1）主磁場性質(zhì)不同：異步電動機為旋轉(zhuǎn)磁場，變壓器為脈振磁場.4）由于存在氣隙,異步電動機漏抗較變壓器的大.5)異步電動機通常采用短距和分布繞組,計算時需考慮繞組系數(shù),變壓器則為整距集中繞組,可認(rèn)為繞組系數(shù)為1.感應(yīng)電機電磁關(guān)系與變壓器電磁關(guān)系感應(yīng)電機的負(fù)載運行:當(dāng)電動機帶上負(fù)載時，電機的轉(zhuǎn)速將從空載轉(zhuǎn)速nS,下降到轉(zhuǎn)速n,定子磁場切割轉(zhuǎn)子繞組,轉(zhuǎn)子繞組上將產(chǎn)生三相感應(yīng)電動勢和電流。轉(zhuǎn)子電動勢和電流相序:若定子旋轉(zhuǎn)磁場為正向旋轉(zhuǎn)（即從A→B→C相），則轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和電流的相序是正相序。轉(zhuǎn)子磁動勢的轉(zhuǎn)向:轉(zhuǎn)子繞組流過三相或多相對稱電流時產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢F2

。幅值3.負(fù)載運行時轉(zhuǎn)子和定子的磁動勢及磁場當(dāng)電動機帶上負(fù)載時，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和電流的頻率f2應(yīng)為轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢F2

相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n2：3.負(fù)載運行時轉(zhuǎn)子和定子的磁動勢及磁場轉(zhuǎn)子本身又以轉(zhuǎn)速n在旋轉(zhuǎn)，因此從定子側(cè)觀察時，F(xiàn)2在空間的轉(zhuǎn)速應(yīng)為：（定、轉(zhuǎn)子磁動勢保持相對靜止是產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件）定、轉(zhuǎn)子磁動勢之間的速度關(guān)系為：3.負(fù)載運行時轉(zhuǎn)子和定子的磁動勢及磁場轉(zhuǎn)子磁動勢波F2氣隙磁場Bm轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子磁動勢與氣隙磁場在空間的相對位置3.負(fù)載運行時轉(zhuǎn)子和定子的磁動勢及磁場三相繞線型轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子磁動勢的空間相位關(guān)系如圖三相繞線型轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子磁動勢的空間相位關(guān)系如圖負(fù)載運行磁動勢平衡方程：負(fù)載時，定子基波旋轉(zhuǎn)磁動勢F1幅值為式中，I1為定子繞組每相電流有效值，N1為定子一相繞組串聯(lián)匝數(shù)，kw1為定子的基波繞組系數(shù)。3.負(fù)載運行時轉(zhuǎn)子和定子的磁動勢及磁場負(fù)載時，在轉(zhuǎn)子三相對稱感應(yīng)電動勢作用下，又會在轉(zhuǎn)子三相繞組中產(chǎn)生對稱的轉(zhuǎn)子電流I2，從而產(chǎn)生合成的轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁動勢F2，其幅值為：式中，I2為轉(zhuǎn)子繞組每相電流有效值，N2為轉(zhuǎn)子一相繞組串聯(lián)匝數(shù)，kw2為轉(zhuǎn)子的基波繞組系數(shù)。氣隙中合成磁動勢為：3.負(fù)載運行時轉(zhuǎn)子和定子的磁動勢及磁場負(fù)載時轉(zhuǎn)子磁動勢的基波對氣隙主磁場的影響，稱為轉(zhuǎn)子反應(yīng)。為了使得氣隙主磁場保持不變：定子磁動勢F1包含兩部分：一部分是用來產(chǎn)生主磁通的分量Fm；另一部分是與F2大小相等、方向相反的以抵消轉(zhuǎn)子磁動勢對主磁通影響的分量－F2。改寫3.負(fù)載運行時轉(zhuǎn)子和定子的磁動勢及磁場其中，3.負(fù)載運行時轉(zhuǎn)子和定子的磁動勢及磁場定子轉(zhuǎn)子定子繞組內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)3.負(fù)載運行時轉(zhuǎn)子和定子的磁動勢及磁場1.定子側(cè)電壓方程5.3感應(yīng)電動機的電壓方程和等效電路2.轉(zhuǎn)子側(cè)電壓方程5.3感應(yīng)電動機的電壓方程和等效電路根據(jù)定轉(zhuǎn)子電壓方程關(guān)系，得出感應(yīng)電動機定、轉(zhuǎn)子耦合電路圖：3.等效電路根據(jù)定轉(zhuǎn)子電壓方程關(guān)系，得出感應(yīng)電動機定、轉(zhuǎn)子耦合電路圖：3.等效電路用靜止的轉(zhuǎn)子代替旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子使定、轉(zhuǎn)子電路的頻率相等歸算原則：歸算前后磁動勢的大小和相位不變。如果要保持磁動勢的大小和相位不變，必須保證歸算前后轉(zhuǎn)子電流的大小和相位不變。歸算前、后轉(zhuǎn)子電流分別為：歸算前歸算后3.等效電路—頻率歸算歸算前后轉(zhuǎn)子電流的大小和相位歸算前后，轉(zhuǎn)子電流的大小和相位均未改變，磁動勢不變。3.等效電路—頻率歸算歸算后轉(zhuǎn)子電阻R2變?yōu)椋?/p>

的物理意義：等效總的機械功率的等效電阻。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后定、轉(zhuǎn)子的電路圖以及經(jīng)過頻率歸算以后的定、轉(zhuǎn)子的電路圖為：

3.等效電路—頻率歸算3.等效電路—頻率歸算—等效電路用一個相數(shù)為m1、匝數(shù)為N1kw1的繞組，代替原來的轉(zhuǎn)子繞組（轉(zhuǎn)子繞組原來的相數(shù)為m2，匝數(shù)為N2kw2）。繞組歸算原則：保持歸算前后電動機磁動勢平衡關(guān)系不變，即F2的大小以及與F1之間的空間位置不變。歸算前、后轉(zhuǎn)子電動勢變化：折算前折算后3.等效電路—繞組歸算折算前、后轉(zhuǎn)子電流變化：定、轉(zhuǎn)子電流之間存在（磁動勢平衡方程）3.等效電路—繞組歸算歸算前、后轉(zhuǎn)子阻抗的變化：頻率和繞組歸算后異步電動機的等效電路如圖：3.等效電路—繞組歸算3.等效電路—繞組歸算—等效電路頻率和繞組折算后的基本方程為：3.等效電路—歸算后基本方程異步電動機相量圖如下圖：3.等效電路—T型等效電路與向量圖異步電動機相量圖