大同电机学.docx
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大同电机学
电力机车学习司机中专学历教育
教学指导内容
第六篇
《电力机车电机》
第一部分
《电力机车电机》课程教学大纲
一、课程简介
本课程是电力机车的专业基础课,主要讲授电机学的工作与原理,电机的启动、反转、调速和制动。
重点讲述机车脉流串励电动机,讲述其主要结构以及其特点、换向的改善、脉流牵引电动机的发热以及通风冷却;掌握变压器的结构与工作原理,主要讲述SS4改电力机车主变压器的基本结构;平波电抗器的作用与原理;重点讲述三相异步电动机的工作原理、启动、调速、反转以及制动;劈相机的工作原理和启动。
为以后从事电力机车的从业人员打好理论基础。
二、课程教学目标
知识结构目标:
1.掌握SS4改电力机车脉流牵引电动机的结构与工作原理。
2.掌握SS4改电力机车的主变压器基本结构及工作原理。
3.掌握平波电抗器和劈相机的工作原理和在机车上的主要用途。
4.掌握异步电动机的结构和工作原理,SS4改电力机车的辅助电机的作用。
素质能力培养目标:
1.了解电机的启动、调速、反转、制动原理。
2.了解异步电动机的无级调速原理。
3.为以后学习控制电路打好基础和司机实践学习奠定理论基础。
思想培养目标:
1.了解电磁学的系统知识。
2.根据电磁学理论掌握电机学的结构和原理。
3.让学员了解所学电机专业是铁路重要先进知识体系,是铁路技术创新的重要领域,树立爱岗敬业精神。
三、电机学课题与课时分配
序号
课程内容
学时分配
理论讲授
习题讨论
实践实验
现场教学
1
直流电机的基本知识
2
1
2
直流电动机的特性
2
1
1
3
脉流牵引电动机的换向通风冷却
2
1
1
1
4
脉流牵引电动机的基本结构额定数据
2
1
5
变压器的基本知识
2
1
1
1
6
主变压器平波电抗器
2
1
1
7
异步电动机基本知识
2
1
8
异步劈相机
1
1
1
9
交流辅助电动机
1
1
1
10
三相交流异步电动机
2
1
1
1
合计
20
10
6
4
机动
2
总计
40
四、课程内容及要求
第一章直流电机
1.直流电机的基本工作原理。
2.直流电机的基本结构。
3.直流电机的感应电动势和电磁转矩。
第二章直流牵引电动机的特性
1.直流牵引电动机的工作特性。
2.直流牵引电动机的特性分析。
3.直流牵引电动机的启动、反转、调速和制动。
4.直流串励牵引电动机的磁场削弱。
第三章脉流牵引电动机的换向以及通风冷却
1.换向的基本概念。
2.改善脉流牵引电动机的换向方法。
3.脉流牵引电动机的发热以及通风冷却。
第四章脉流牵引电动机的结构
1.牵引电动机的定额和额定数据。
2.脉流牵引电动机的基本结构。
第七章变压器的基本知识
1.变压器的基本结构。
2.变压器的工作原理。
3.其他用途变压器。
第八章主变压器及平波电抗器
1.主变压器的基本结构。
2.平波电抗器。
第九章异步电动机的基本知识
1.异步电动机的基本结构。
2.三相异步电动机的工作原理。
3.三相异步电动机的启动、调速、反转以及制动。
第十章异步劈相机
1.劈相机的工作原理。
2.劈相机的启动。
第十一章交流辅助电动机
1.SS4改电力机车的辅助电机。
第十二章三相异步牵引电动机
1.三相交流牵引电动机概述。
2.异步电动机的特性调速。
3.总结复习。
五、考核要求
理论作业考查,百分制。
六、大纲说明
1.电机学课程教学大纲是教学指导性文件,根据电力机车中专学历教育的教学计划进行编制,适用于招收高中毕业的复退军人。
2.讲授以SS4改型电力机车为基础,对其他型电力机车有关内容进行适当补充。
3.本课程的实践性较强,必须参加现场教学,在电力机务段开展现场实践性教学教学最为适宜。
4.讲授中重在强调原理和结构与实际的联系。
5.教学中应在注重铁路新技术、新装备、新工艺的收集,补充和更新教学内容。
6.注意改革学习成绩的考核手段和办法,探索新的科学的评价方法。
7.建议:
教材使用铁路职业教育铁道部规划教材,中国铁道出版社张龙主编的《电力机车电机》。
先修课程:
《机车总体》、《电力电子技》。
后修课程:
《电力机车控制》
第二部分教学指导内容
第一章直流电机
一、教学目标
1.能力目标:
能够简明扼要的叙述直流电机的基本结构和工作原理。
2.知识目标:
掌握直流电机的基本结构,掌握直流电机的基本工作原理;掌握直流电机的感应电动势和电磁转矩。
3.素质目标:
了解直流电机在工业生产中的应用,重点了解在铁路中的应用。
二、授课要点
(一)概述
直流电机是直流发电机和直流电动机的总称,具有可逆性。
(二)直流电机基本工作原理
直流电动机的工作原理:
直流电动机电枢绕组接通直流电后,电枢绕组通有电流,在磁场的作用下,受到电磁力的作用,电枢绕组旋转,输出电磁转矩。
直流发电机工作原理:
直流电机的电枢被原动机拖动,电枢绕组旋转,切割定子磁场,电枢绕组中产生感应电动势,输出电流发电。
(三)直流电机的基本结构
直流电机的基本结构由定子和转子组成。
定子的组成:
机座、主磁极、换向极、电刷装置。
转子的组成:
转轴、电枢铁芯、电枢绕组、换向器。
(四)掌握直流电机的感应电动势和电磁转矩,为直流电机的调速、制动、启动、反转原理和概念做铺垫。
感应电动势公式Ea=CeФn电磁转矩公式T=CTФIa
三、习题训练(见书P:
4)
(一)填空题
1.将机械能转换为直流电能的电机称为______;将直流电能转换为机械能的电机称为______。
2.直流电机具有可逆性,既可作______运行,也可作______运行。
3.作直流发电机使用时,将机械能转换成______输出;作直流电动机使用时将直流电能转换成______输出。
4.直流电机的励磁方式有______、______、______和______。
(二)简答题
1.简述直流电机的可逆性。
2.简述直流电机主磁极的作用。
3.简述直流电机电枢绕组的作用。
4.何为直流对电动机的电磁转矩?
第二章直流牵引电动机的特性
一、教学目标
1.能力目标:
掌握直流牵引电动机的启动、调速、反转和制动原理;掌握直流串励牵引电动机的磁场削弱。
2.知识目标:
通过公式了解直流牵引电动机的启动、调速、反转和制动原理;掌握直流串励牵引电动机的磁场削弱。
3.素质目标:
能够初步了解直流电动机特性在机车上的重要用途。
二、授课要点
(一)直流串励牵引电动机的特性
直流串励牵引电动机的牵引力和速度能够按照机车运行条件自动进行调节,在重载和上坡时,随着机车速度的降低,直流串励牵引电动机的转矩自动增大,使机车发挥较大的牵引力;在轻载和平道运行时,机车牵引力减小,使机车具有较高的速度,即直流串励牵引电动机自调节性好。
(二)直流牵引电动机的启动、调速、反转和制动
1.启动方法:
1)降低电源电压启动。
2)电枢回路串电阻启动。
2.反转方法:
1)改变励磁电流方向。
2)改变电枢电流方向。
3.调速方法:
1)电枢回路串接电阻调速。
2)改变电源电压调速。
3)改变主磁通调速。
4.制动方法:
1)能耗制动。
2)回馈制动。
(三)直流串励牵引电动机的磁场削弱
串励牵引电动机常用主级绕组两端并联数级分路电阻,减少励磁电流和磁通。
磁场削弱的程度取决于分路电阻的大小,改变分路电阻值,就能获得不同的磁场削弱。
n=U∕CeΦ。
恒压时,磁通越小,速度越高。
ZD105型脉流牵引电动机有三个磁场削弱级,分别是:
70%、54%、45%。
三、习题训练(见书P:
38)
(一)填空题
1.作为机车的牵引动力,串励牵引电动机具有自调节性能______,功率利用______并联工作时负载分配______,受网压波动影响______等优点。
2.改变电动机转向的方法有两种:
一是____________二是____________。
若同时改变磁通方向及电枢电流的方向,则直流电动机转向___________。
3.调节直电动机转速的方法有三种,即:
___________、___________和___________。
4.直流牵引电动机的电气制动可分为__________和__________。
5.直流牵引电动机广泛采用改变__________和__________的调速方法。
(二)简答题
1.何谓磁场削弱?
ZD105型脉流牵引电动机有三个磁场削弱级分别是多少?
(三)综合题
1.直流电机有几种启动方法?
试分析各种方法的优缺点。
第三章直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却
一、教学目标
1.能力目标:
掌握牵引电动机的改善换向的方法;掌握牵引电动机的通风冷却方法。
2.知识目标:
掌握牵引电动机的换向概念;掌握牵引电动机发热的原因
3.素质目标:
对牵引动力安全运行有一个初步的认识。
二、授课要点
(一)直流和脉流牵引电动机的换向以及改善方法
换向的概念:
当旋转的电枢元件从电枢绕组一条支路经过碳刷进入电枢绕组另一条支路时,该元件的电流从一个方向换到了另一个方向。
电枢绕组元件中电流方向的改变称为换向。
改善换向的方法是设置换向极。
(二)直流和脉流牵引电动机的通风冷却
直流牵引电动机在实现能量转换的过程中,电机内部将产生机械损耗、铁耗、铜耗和附加损耗。
使电机效率低,损耗变成热能,使电机的温度升高,引起电机发热。
直流牵引电动机采用强迫独立通风冷却的。
三、习题训练(见书P:
62)
(一)简答题
1.什么叫换向?
改善换向的方法有哪些?
(二)综合题
1.电机为什么会发热?
直流牵引电动机通常采用什么方式冷却通风?
第四章脉流牵引电动机的结构
一、教学目标
1.能力目标:
了解脉流牵引电动机的额定数据,掌握流牵引电动机的基本结构。
2.知识目标:
掌握流牵引电动机的各元件的功能和作用。
3.素质目标:
能读懂牵引电动机的铭牌。
二、授课要点
(一)牵引电动机的额定数据
1.定额:
是由电机制造厂按国家技术标准要求,对电机全部的电量和机械量的数值以及运行方式的规定,表示了电机的运行特点和工作能力。
2.额定数据:
在规定定额下,制造厂对电机的每个电量或机械量所规定的数值,称为电机的额定数据。
掌握脉流牵引电动机额定连续功率、额定电压、额定电流、额定转速的概念。
额定连续功率:
牵引电动机连续额定功率下工作,经过较长时间运行后,电机温升在允许范围内不再增加,电动机轴上输出的有效机械功率。
额定电压:
是指额定运行时电机的端电压。
额定电流:
是指电机在额定运行时,允许从电源输入的电流。
额定转速:
是指电机在额定运行时的转速。
(二)脉流牵引电动机的基本结构
主要由静止的定子和旋转的转子两大部分组成。
定子的作用:
产生磁场、提供磁路和机械支撑。
转子的作用:
产生感应电动势和电磁转矩,从而实现能量转换。
定子的组成:
机座、主磁极、换向极、端盖、轴承。
转子的组成:
转轴、电枢铁芯、电枢绕组和换向器。
三、习题训练(见书P:
94)
(一)填空题
1.在牵引电动机产品代号中,J代表_______,Z代表_____,F代表______,D代表________,P代表什么_________。
2.ZD105型脉流牵引电动机的额定功率是_______额定电压是_______,极对数是_______,励磁方式_______,传动方式_______。
(二)简答题
1.何为电机的定额?
2.简述ZD105型牵引电动机的基本结构。
(三)综合题
1.何为额定数据?
牵引电动机有哪些额定数据?
第七章变压器的基本知识
一、教学目标
1.动机的基本结构能力目标:
掌握变压器的各种用途。
2.动机的基本结构:
掌握变压器的基本结构和工作原理,自耦变压器的结构特点,互感器的用途。
3.动机的基本结构.素质目标:
通过电磁感应定律,掌握变压器的工作原理,了解变压器的广泛用途。
二、授课要点
(一)变压器的基本结构
变压器的基本结构由铁芯、绕组、油箱及附件等组成。
铁芯:
采用电工钢片叠装而成。
既作为变压器的磁路,又作为变压器的机械骨架。
绕组:
一般是用绝缘的铜线绕制而成。
是变压器的电路部分,用来传输电能,一般分为高压绕组和低压绕组。
油箱:
把变压器的运行绕组和铁芯产生的热量,迅速散发到周围空气中,可采用增加散热面积的方法。
(二)变压器的工作原理
变压器的工作原理是在原边绕组加上交流电压,产生交流电流,在铁芯中激励出交变磁通,根据电磁感应定律,交变的磁通会在副边绕组上产生感应电动势,副边绕组接上负载,就会有电能输出。
变压器的变压比:
(三)变压器的额定值
变压器的额定值是指制造工厂对变压器正常工作时所做的使用规定。
额定电压:
额定运行时规定加在原边绕组的端电压。
三相变压器中额定电压是指线电压。
额定电流:
在额定运行时,原边绕组、副边绕组所能承担的电流,分别为原边绕组、副边绕组的额定电流。
在三相变压器中,额定电流是线电流。
额定容量:
原边绕组或副边绕组额定电流与额定电压的乘积,称为额定容量。
用SN表示。
单位是kV▪∙A。
额定频率:
在我国交流电的额定频率是50HZ。
(四)其他用途变压器
1.自耦变压器:
是原副边共用一部分绕组的变压器,只有一个绕组,低压绕组是高压绕组的一部分。
使用时外壳必须接地。
特点:
节约材料,节能环保。
2.互感器:
有电流互感器和电压互感器。
3.电压互感器:
实质上是一台降压变压器,将高电压转换成低电压以供测量,也可作控制信号使用。
电压互感器副边的一般电压为100V。
4.电流互感器:
是一台升压变压器,将大电流换成小电流,送到电流表和功率表以供测量,也可作为控制信号使用。
电流互感器副边额定电流一般为5A或1A。
三、习题训练(见书P:
170)
(一)填空
1.变压器的绕组一般分为_______和_______,接在较高电压上的绕组称为_______,接在较低电压上的绕组称为_______。
2.电压互感器是一个把______________运行的单相_______变压器,其副边的额定电压为_______。
3.电流互感器是一个把______________运行的单相_______变压器,其副边的额定电流为_______。
(二)简答题
1.简述变压器的工作原理。
2.电压互感器使用中应注意那些事项?
3.电流互感器使用中应注意那些事项?
(三)综合题
1.变压器有哪些部件?
各部件作用是什么?
第八章主变压器及平波电抗器
一、教学目标
1.能力目标:
掌握主变压器及平波电抗器在机车上的原理。
2.知识目标:
掌握主变压器及平波电抗器的基本结构。
3.素质目标:
掌握主变压器及平波电抗器在机车上的作用。
二、授课要点
(一)主变压器的基本结构
由器身、油箱、保护装置、冷却系统、出线装置组成。
TQB8型主变压器绕组由:
高压绕组、牵引绕组、励磁绕组和辅助绕组。
高压绕组AX匝数1438匝,额定电压25kV。
变压器保护装置专门设置:
储油柜、吸湿器、净油器等保护装置。
TQB型主变压器采用独立的强迫导向油循环风冷系统。
(二)平波电抗器
窜接在牵引电动机回路中的大电感装置,可用来减小整流脉流的脉动,用于改善牵引电动机的换向和限制过高的温升。
TXP7型平波电抗器由:
铁芯组装、绕组、引线、油道隔板组成。
三、习题训练(见书P:
190)
(一)填空题
1.TQB8型主变压器是用于_______电力机车上的主变压器。
绕组有_______、_______、_______和_______。
2.TQB8型主变压器采用_______冷却系统。
为了防止变压器油的迅速老化和受潮,专门设置了_______、_______、_______等保护装置。
3.平波电抗器由_______、_______、_______和_______组成。
二简答题
1.主变压器的基本结构有哪些?
2.简述平波电抗器在电力机车中的作用。
第九章异步电动机基本知识
一、教学目标
1.能力目标:
掌握三相异步电动机的工作原理,掌握三相异步电动机的启动、调速、反转、制动的措施。
2.知识目标:
掌握三相异步电动机的结构和工作原理。
3.素质目标:
进一步认识三相异步电动机优特点,在现代机车上的广泛应用的前景。
二、授课要点
(一)异步电动机的基本结构
异步电动机的基本结构:
由定子和转子组成,定子和转子之间有气隙。
定子由三相绕组、定子铁芯和机座组成。
定子主要作用是产生旋转磁场。
转子有转子铁芯、转子绕组及转轴组成。
转子主要作用是:
切割定子磁场,产生感应电动势和感应电流,并在磁场作用下受力而使转子转动,输出转矩即机械能。
(二)异步电动机的铭牌和额定数据
额定功率:
异步电动机在铭牌所规定额定运行状态下运行时,轴端输出的机械功率,单位为W和kW。
定子额定电压UN:
指电机额定运行状态下运行时,定子绕组上加的线电压,单位为V或kV。
定子额定电流IN:
电机额定电压下运行时,定子绕组上的电流,单位为A。
额定转速nN:
指电机额定运行状态下运行时,转子的转速,单位为r∕min。
额定频率fN:
我国工频频率50HZ。
(三)三相异步电动机的工作原理
三相异步电动机的定子绕组对称的安装在定子铁芯上,当定子绕组接到三相对称交流电上时,产生了一个同步旋转磁场,转子绕组在切割磁场下产生感应电动势,产生感应电流。
带电的转子绕组在磁场下产生电磁转矩,拖动转子旋转,其速度小于同步转速。
异步电动机产生电磁转矩的必要条件时:
磁场的同步转速和转子的转速不相等。
(四)三相异步电动机的启动、调速、反转以及制动
1.三相异步电动机的启动:
一般衡量三相异步电动机启动性能的好坏,主要有以下四点:
启动电流尽可能小;启动转矩要足够大;启动所需要的设备简单、经济、操作方便;启动过程中的功率损耗要尽量小。
小容量电动机空载或轻载直接启动,中大容量电动机空载或轻载降压启动。
2.三相异步电动机的调速:
根据公式n=60f1(1-s)∕p,调速方法有:
变极调速;变转差率调速;变频调速。
1)变极调速:
改变电机极对数。
优点是设备简单,运行可靠;缺点是不平滑调速,以及一级的分段式调速。
2)变转差率调速:
常用方法是在转子回路中串电阻,电阻增加,转差率变大。
优点是:
方法简单,小容量电动机用得多;缺点是:
接入电阻,曾加损耗,降低了电动机效率。
3)变频调速:
改变供电电源的频率f1来调速。
优点是:
调速范围广,平滑性好,;缺点是:
需要一套专门的变频设备,投入设备增多,成本增大。
三相异步电动机的反转:
改变磁场旋转方向,将三相接线中的任意两相接线对调。
三相异步电动机的制动:
反接制动;回馈制动;能耗制动。
回馈制动的经济性能好,需要原动机拖动。
能耗制动的优点是:
制动力强、制动平稳;缺点是需要一套直流电源装置,做磁场。
三、习题训练(见书P:
222)
(一)填空题
1.异步电动机按定子相数可分为_______、_______和_______异步电动机;按照转子形式可分为______和_______。
2.额定功率是________________________。
(二)简答题
1.什么叫三相异步电动机的制动?
制动有哪些方法?
2.三相异步电动机的调速方法有哪些?
(三)综合题
1.异步电动机基本结构有哪些?
其作用是什么?
2.简述三相异步电动机的工作原理。
第十章异步劈相机
一、教学目标
1.能力目标:
掌握异步劈相机的工作原理与起动方法
2.知识目标:
掌握异步劈相机的结构与工作原理
3.素质目标:
了解也不劈相机在机车上的用途
二、授课要点
1.劈相机的工作原理
异步劈相机是一种结构特殊、用途特殊的三相异步电机。
实现单三相变换的异步电机。
是一台单相异步电动机与三相异步发电机的组合体。
2.劈相机的启动:
有辅助电机启动法和分相启动法。
分相启动又分为电阻分相起动和电容分相启动。
电阻分相启动线路简单,设备成本低。
三、习题训练
(一)简答题(见书P:
255)
1.劈相机的实质是什么?
2.简述劈相机的启动方法。
第十一章交流辅助电动机
一、教学目标
1.能力目标:
掌握SS4电力机车辅助电机的功能与作用。
2.知识目标:
掌握SS4电力机车辅助电机的的基本结构。
3.素质目标:
了解SS4电力机车辅助电机在机车上的基本功能。
二、授课要点
(一)SS4改电力机车的辅助电机
其结构都是三相异步电动机。
1.压缩机电动机作用是用来驱动空气压缩机以产生供机车和列车制动装置及气动件所使用的压缩空气,与普通三相鼠笼式异步电动机相似。
2.通风机电动机按冷却对象不同分为:
牵引通风机电动机;制动电阻通风机电动机;变压器通风机电动机。
3.牵引通风机电动机用来冷却牵引电动机、硅整流柜及平波电抗器,所需风量大,风道长。
4.制动电阻通风机电动机:
用来冷却制动电阻柜。
需要风量大,风道短。
安装位置限制,轴流式通风机。
5.变压器通风机电动机:
用来冷却主变压器油散热器,轴流式通风。
6.变压器油泵机组:
用来强迫变压器油的循环,提高变压器油的散热能力。
是一种驱动电机和油泵组合为一体的特殊电动油泵,简称潜油泵。
三、习题训练(见书P:
268)
(一)综合题
1.简述SS4改电力机车辅助电机的用途以及结构特。
第十二章三相异步牵引电动机
一、教学目标
1.能力目标:
三相交流牵引电动机变频调速基本原理。
2.知识目标:
三相交流牵引电动机结构和工作原理概述。
3.素质目标:
了解三相交流异步电动机在铁路牵引中的广泛运用。
二、授课要点
(一)三相交流牵引电动机概述
三相交流异步电动机再制造成本,单位功率重量、运行维修比直流电机好。
结构简单,运行可靠,具有优越的防空转性能。
由于电子技术的发展。
研制出体积小、功率大、效率高的变频装置逆变器。
三相异步电动机在铁路电力牵引中取得了突破性进展。
三相交流电传动机车在铁路电力牵引具有更大的牵引能力,更好的牵引特性,更高的技术指标。
三相交流牵引电动机主要有:
交流异步电动机和交流同步电动机。
(二)三相交流牵引电动机变频调速基本原理
变频调速是改变电动机定子电源的的频率,从而改变其同步转速的方法。
变频调速系统主要设备是提提供变频电源的变频器,变频器可分为交-直-交变频器和交-交变频器两大类。
目前主要采用:
交-直-交变频器。
特点是:
效率高,调速过程中没有附加损耗,应用范围广;调速范围大,特性好,精度高;技术复杂,造价高,维护检修困难。
主要由整流器、直流环节和逆变器三部分组成。
逆变器的主要作用是将直流电逆变为可调的三相交流电。
实质是根据六个电子开关元件每隔600导通一个,依次导通,控制导通的时间和电压。
(三)异步电动机的特性调速。
一般来说电力机车的的牵引运行可分为:
启动加速区、恒功率输出区、提高速度区或恒压区。
见书上图331页12-17。
三相异步电动机采用变频调节启动时,是异步电机在低频下启动,此时定转子漏抗很小,改善了转子的功率因数,增大了起动转矩。
随着电动机转速的上升,电机输出功率增大,异步电动机以恒功率输出为条件进行电压和频率的调节,调节转矩调速。
分为:
恒功率变电压变频率调节和恒功率恒电压变频调节。
4.总结复习
三、习题训练(见书P:
316)
(一)填空题
1.三相交流电动机可分为_______和_______两种;
2.三相交流电传
- 配套讲稿:
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- 大同 电机
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