哈工大電機(jī)學(xué)期末復(fù)習(xí)題集-電機(jī)學(xué)課件-湯蘊(yùn)

哈工大電機(jī)學(xué)期末復(fù)習(xí)題集本課程由湯蘊(yùn)教授主講，旨在幫助學(xué)生更好地掌握電機(jī)學(xué)知識。電機(jī)學(xué)概述能量轉(zhuǎn)換電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或反之。電磁原理電機(jī)的工作基于電磁感應(yīng)和電磁力。應(yīng)用廣泛電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、家用電器等領(lǐng)域。電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁學(xué)的基本定律之一，它揭示了變化的磁場產(chǎn)生電場，并由此產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象。這個定律是電機(jī)學(xué)的基礎(chǔ)，也是理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的關(guān)鍵。法拉第電磁感應(yīng)定律指出，閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小等于穿過該電路的磁通量的變化率。感應(yīng)電動勢的方向可以用楞次定律來判斷，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化。電磁感應(yīng)規(guī)律及感應(yīng)電動勢法拉第電磁感應(yīng)定律當(dāng)穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小等于磁通量變化率的負(fù)值。楞次定律感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化。感應(yīng)電動勢的計(jì)算感應(yīng)電動勢的大小可以用公式E=N*dΦ/dt來計(jì)算，其中N為線圈匝數(shù)，Φ為磁通量，t為時間。交流電機(jī)的基本原理1電磁感應(yīng)利用電磁感應(yīng)原理，使定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。2電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子繞組中的電流與定子磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。3能量轉(zhuǎn)換將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動功能。同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)同步電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、勵磁繞組和電樞繞組組成。定子為固定部分，轉(zhuǎn)子為旋轉(zhuǎn)部分。定子繞組通入交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子繞組通入直流電產(chǎn)生磁場，轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)，從而帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。工作原理同步電機(jī)的工作原理是基于電磁感應(yīng)定律，當(dāng)定子繞組通入交流電時，會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場會切割轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體，從而在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度相同時，電機(jī)處于同步狀態(tài)，此時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比。異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理異步電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、機(jī)座、軸承等組成。定子由定子鐵芯和定子繞組組成。轉(zhuǎn)子可分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。異步電機(jī)工作原理基于電磁感應(yīng)原理，定子繞組通入交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，所以稱為異步電機(jī)。異步電機(jī)的特性1轉(zhuǎn)速特性異步電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩有關(guān)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速下降。2轉(zhuǎn)矩特性異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，轉(zhuǎn)差率越大，轉(zhuǎn)矩越大。3效率特性異步電機(jī)效率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩有關(guān)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，效率升高至最大值后下降。4功率特性異步電機(jī)功率與轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的乘積有關(guān)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，功率增大。電機(jī)的轉(zhuǎn)矩--滑差曲線1最大轉(zhuǎn)矩電機(jī)能夠產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩，與電機(jī)參數(shù)有關(guān)。0同步轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度，與電源頻率和電機(jī)極數(shù)有關(guān)。100%滑差同步轉(zhuǎn)速與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速之差，反映電機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率。異步電機(jī)的啟動特性和制動特性1啟動電流啟動時電流很大，可能造成電源電壓下降和燒毀電機(jī)。2啟動轉(zhuǎn)矩啟動轉(zhuǎn)矩的大小決定了電機(jī)能否帶動負(fù)載啟動。3啟動時間電機(jī)從靜止到穩(wěn)定運(yùn)行的時間，過長會導(dǎo)致啟動過程過長。4制動特性制動特性是指電機(jī)停止運(yùn)行時的速度變化和能量消耗特性。異步電機(jī)的速度調(diào)節(jié)方法轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速通過改變轉(zhuǎn)子回路的電阻值來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速利用變頻器改變電源頻率來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速?；顦O調(diào)速通過改變定子繞組極數(shù)來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。磁場調(diào)速改變勵磁電流的大小來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。同步電機(jī)的特性分析同步轉(zhuǎn)速同步電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，不受負(fù)載變化的影響。功率特性同步電機(jī)具有較高的功率因數(shù)，可實(shí)現(xiàn)無功功率補(bǔ)償。穩(wěn)定性同步電機(jī)具有良好的穩(wěn)定性，能承受較大負(fù)載變化。同步電機(jī)的并網(wǎng)及并網(wǎng)條件1頻率一致同步電機(jī)和電網(wǎng)頻率相同2電壓一致同步電機(jī)和電網(wǎng)電壓大小和相位相同3相序一致同步電機(jī)和電網(wǎng)相序相同同步電機(jī)的勵磁系統(tǒng)和調(diào)壓系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)為同步電機(jī)提供勵磁電流，控制電機(jī)磁場強(qiáng)度。調(diào)壓系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)勵磁電流，控制同步電機(jī)輸出電壓。直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理直流電機(jī)是一種以直流電為電源，利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的電機(jī)。它主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子部分通常包含電磁鐵或永久磁鐵，用來產(chǎn)生磁場。轉(zhuǎn)子部分包含繞組和換向器，用來接收電流并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。直流電機(jī)的工作原理是，當(dāng)電流流過轉(zhuǎn)子繞組時，會產(chǎn)生磁場，與定子磁場相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。換向器的作用是，根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，不斷改變轉(zhuǎn)子繞組中的電流方向，使轉(zhuǎn)子能夠持續(xù)旋轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的分類及特性分類按勵磁方式分：他勵、自勵、復(fù)合勵磁按電樞繞組類型分：并繞、串繞、復(fù)繞按電刷位置分：單電刷、雙電刷、多電刷特性直流電機(jī)具有以下特性：轉(zhuǎn)速可調(diào)啟動轉(zhuǎn)矩大運(yùn)行平穩(wěn)控制精度高直流電機(jī)的啟動和制動啟動直流電機(jī)啟動過程是一個將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，需要克服電機(jī)的靜摩擦力和負(fù)載阻力。制動直流電機(jī)制動是將電機(jī)動能轉(zhuǎn)化為電能或熱能，從而減速或停止電機(jī)旋轉(zhuǎn)。方法常用的啟動和制動方法包括電阻啟動、反接制動、再生制動等。直流電機(jī)的串勵和并勵特性串勵電機(jī)電樞繞組和勵磁繞組串聯(lián)連接，勵磁電流等于電樞電流，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載電流增加而下降。并勵電機(jī)電樞繞組和勵磁繞組并聯(lián)連接，勵磁電流與負(fù)載電流無關(guān)，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載電流增加而輕微下降。復(fù)合勵磁電機(jī)兼具串勵和并勵特性的電機(jī)，具有較好的啟動特性和穩(wěn)定性。直流電機(jī)的調(diào)速方法1改變勵磁電流通過調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，可以改變直流電機(jī)電樞回路的磁通量，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。2改變電樞電壓通過改變電樞回路的電壓，可以改變電樞電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。3改變電樞回路的電阻通過調(diào)節(jié)電樞回路中的電阻，可以改變電樞電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它由定子、轉(zhuǎn)子、控制電路等部分組成。定子通常由多個繞組組成，每個繞組對應(yīng)一個磁極。轉(zhuǎn)子通常由永磁體或鐵芯組成。當(dāng)控制電路給定子繞組施加脈沖電流時，定子磁場發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子就會相應(yīng)的轉(zhuǎn)動一個固定角度，這個角度稱為步進(jìn)角。步進(jìn)電機(jī)的基本工作原理是：當(dāng)給定子繞組施加脈沖電流時，定子磁場會發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子就會相應(yīng)的轉(zhuǎn)動一個固定角度。這個角度稱為步進(jìn)角。步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角通常為1.8度或0.9度，也有更小的步進(jìn)角。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度與施加的脈沖數(shù)量成正比。因此，步進(jìn)電機(jī)可以精確控制轉(zhuǎn)動角度。步進(jìn)電機(jī)的工作原理簡單，易于控制，精度高，因此在自動化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。步進(jìn)電機(jī)的特性及應(yīng)用高精度定位步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)精確的角位移控制，適用于高精度定位需求。較快的響應(yīng)速度步進(jìn)電機(jī)響應(yīng)速度快，能夠快速完成位置變化，適合高速應(yīng)用。靈活的控制方式步進(jìn)電機(jī)可以通過脈沖信號進(jìn)行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動模式。電機(jī)效率及其測量方法效率輸出功率/輸入功率測量方法負(fù)載法,空載法,無負(fù)載法影響因素電機(jī)類型,負(fù)載大小,工作狀態(tài)電機(jī)的機(jī)械特性曲線電機(jī)機(jī)械特性曲線反映了電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩變化關(guān)系。它是電機(jī)的重要性能指標(biāo)之一，可以用來分析電機(jī)在不同負(fù)載下的工作特性。電機(jī)機(jī)械特性曲線通常用轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線來表示，橫坐標(biāo)表示電機(jī)轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩。曲線的形狀取決于電機(jī)類型、負(fù)載情況以及其他因素。電機(jī)繞組的繞線方法繞組類型電機(jī)繞組主要分為單層繞組和雙層繞組兩種。繞組連接繞組連接方式包括星形連接、三角形連接和混合連接。繞組匝數(shù)繞組匝數(shù)決定了電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電壓等級。電機(jī)的冷卻方式自然冷卻通過電機(jī)表面的自然對流和輻射散熱。適用于小型電機(jī)或低功率電機(jī)。強(qiáng)制風(fēng)冷通過風(fēng)機(jī)強(qiáng)制送風(fēng)來加速散熱。適用于中大型電機(jī)或高功率電機(jī)。水冷通過水循環(huán)帶走熱量。適用于超大型電機(jī)或功率極高的電機(jī)。電機(jī)繞組的絕緣體系絕緣層電機(jī)繞組的絕緣層通常由多種材料組成，例如云母、玻璃纖維、聚酯薄膜等，起到隔離繞組與其他部件的作用，防止短路和漏電。絕緣漆絕緣漆涂覆在繞組表面，可以增強(qiáng)絕緣強(qiáng)度，防止潮氣和灰塵侵入，延長繞組使用壽命。電機(jī)的故障診斷與維修1故障診斷確定電機(jī)故障的性質(zhì)和原因2維修對電機(jī)進(jìn)行修理和保養(yǎng)3預(yù)防性維護(hù)定期檢查和維護(hù)，避免故障電機(jī)故障診斷和維修是電機(jī)使用過程中不可或缺的一部分，通過準(zhǔn)確的診斷和有效的維修，可以提高電機(jī)運(yùn)行的可靠性和延長其使用壽命。預(yù)防性維護(hù)是防止電機(jī)故障的關(guān)鍵，通過定期檢查和維護(hù)，可以有效降低故障發(fā)生的概率，確保電機(jī)安全可靠運(yùn)行。電機(jī)的選型與電力拖動系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)載特性負(fù)載類型、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率等因素直接影響電機(jī)選擇。工作環(huán)境環(huán)境溫度、濕度、粉塵等因素會影響電機(jī)性能和壽命。運(yùn)行方式連續(xù)運(yùn)行、間歇運(yùn)行、頻繁啟動等因素決定電機(jī)類型。成本因素綜合考慮電機(jī)價(jià)格、維護(hù)成本、能源消耗等因素。電機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成控制單元控制單元是電機(jī)控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收指令，處理數(shù)據(jù)，并輸出控制信號。驅(qū)動電路驅(qū)動電路將控制單元的輸出信號放大，并驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的控制。傳感器傳感器用于檢測電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如速度、位置、電流等，并將檢測到的信息反饋給控制單元，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。反饋電路反饋電路將傳感器的檢測信號轉(zhuǎn)換為控制單元可以識別的信號，并將其反饋給控制單元，完成閉環(huán)控制。電機(jī)控制系統(tǒng)的基本功能控制電機(jī)速度，以滿足不同應(yīng)用需求?？刂齐姍C(jī)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動、制動和負(fù)載調(diào)節(jié)?？刂齐姍C(jī)功率，提高效率并節(jié)約能源。保護(hù)電機(jī)