电机与拖动基础复习汇总.docx
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电机与拖动基础复习汇总
一、直流电机原理
1.电枢反应:
直流电机在主极建立了主磁场,当电枢绕组中通过电流时,产生电枢磁动势,也在气隙中建立起电枢磁场。
这时电机的气隙中形成由主极磁场和电枢磁场共同作用的合成磁场。
这种由电枢磁场引起主磁场畸变的现象称为电枢反应。
2直流电机的励磁方式:
3直流电机的电枢电压方程和电动势:
UaEaRaIaEaCeΦn直流电机电磁转矩TeCTΦIa
4
直流电动机功率方程
P1PfPapCufpCuaPempCupFepmpaddP2P2p
6自励发电方式能否建立空载电压是有三个条件
(1)电机必须有剩磁,如果没有须事先进行充磁;
(2)励磁绕组的极性必须正确,也就是励磁绕组与电枢并联时接线要正确;
(3)励磁回路的电阻不能太大,即其伏安特性的斜率U/If不能太陡,否则如果伏安特性
的斜率太陡,与发电机空载特性交点很低或无交点,就无法建立空载电压。
总之,自励发电机的运行首先要在空载阶段建立电压,然后才能带负载运行。
7他励直流发电机的外特性随着电流的增大,其输出电压下降。
这是因为:
①随着发电机的负载增加,其电枢反应的去磁效应增强,使每极磁通量减小,导致电枢电动势下降。
②电枢回路电阻上的电压将随着电流上升而增大,使发电机的输出电压下降。
8效率
他励直流发电机带负载运行时,其损耗中仅电枢回路的铜耗与电流Ia的平方成正比,称为可变损耗;其他部分损耗与电枢电流无关,称为不变损耗。
当负载较小时,Ia也较小,此
时发电机的损耗是以不变损耗为主,但因输出功率小而效率低;随着负载增加,P2增大而
效率上升,当可变损耗与不变损耗相等时效率达到最大值。
2
二、直流电机拖动GDdn
TeTL1.电力拖动运动方程的实用形式为375dt
由电动机的电磁转矩Te与生产机械的负载转矩TL的关系:
1)当Te=TL时,dn/dt=0,表示电动机以恒定转速旋转或静止不动,电力拖动系统的这种运动状态被称为静态或稳态;
2)若Te>TL时,dn/dt>0,系统处于加速状态;
3)若Te 也就是一旦dn/dt≠0,则转速将发生变化,我们把这种运动状态称为动态或过渡状态。 2.生产机械的负载转矩特性: 5人为机械特性 (1)改变电枢电压 (2)减小每极气隙磁通 特性曲线倾斜度增加,电动机的转速较原来有所提高,整个特性曲线均在固有机械特性之 (3)电枢回路串接电阻n0=Const;R越大,曲线越倾斜 6他励直流电动机的起动 起动瞬间转速n=0,电动势Ea=CeΦn=0,最初起动电流IstUNRa。 若直接起动, 由于Ra很小,Ist会达到十几倍甚至几十倍的额定电流,造成电机无法换向,同时也会过热,因此不能直接起动。 1)电枢回路串电阻起动 2)减压起动 7他励直他励直流电动机的调速调速范围、静差率、平滑性 2)调电压调速 8他励直流电动机的制动常用的电气制动方法有能耗制动、反接制动、回馈制动三种。 (1)能耗制动nRaRebT A能耗制动过程nCeΦNCTΦNTe RaReb CeΦN B能耗制动运行状态 (2)反接制动 A电枢反接制动 Un CeΦN B倒拉反接制动 UNRaRrbT CeΦNCeCTΦN2Te (3)回馈制动 A正向回馈制动 在调压调速系统中,电压降低的幅度稍大时,会出现电动机经过第二象限的减速过程 电动车下坡时,将出现正向回馈制动运行 B反向回馈制动运行 9他励直流电动机的四象限运行 变压器 1变压器的基本原理与结构变压器的主要组成是铁心和绕组 2变压器的额定参数 额定电压U1N和U2N额定电流I1N和I2N额定容量 单相变压器 SNU2NI2NU1NI1N 三相变压器 SN3U2NI2N3U1NI1N 3一次、二次绕组感应电动势 E1j4.44f1N1Φm E2j4.44f1N2Φm 4变压器负载时的基本方程式和等效电路 N1I0N1I1N2I2 U1E1I1Z1 U2E2I2Z2 E1I0Zf E1kE2 U2I2ZL 5绕组折算和“T”型等效电路 将变压器二次绕组折算到一次绕组时,电动势和电压的折算值等于实际值乘以电压比k,电 流的折算值等于实际值除以k,而电阻、漏电抗及阻抗的折算值等于实际值乘以k2。 这样, 二次绕组经过折算后,变压器的基本方程式变为 I0I1I2 U1E1I1Z1 U2E2I2Z2E1I0Zf E1E2U2I2ZL 分析变压器内部的电磁关系可采用三种方法: 基本方程式、等效电路和相量图。 6变压器带负载时的相量图 7变压器的参数测定 (1)空载试验 调压器TC加上工频的正弦交流电源,调节调压器的输出电压使其等于额定电压U1N,然 后测量U1、I0、U20及空载损耗P0 由于空载电流I0很小,绕组损耗I02R很小,所以认为变压器空载时的输入功率P0完全 用来平衡变压器的铁心损耗,即P0≈ΔpFe。 由于短路试验时外加电压很低,主磁通很小,所以铁耗和励磁电流均可忽略不计,这时输入的功率(短路损耗)Pk可认为完全消耗在绕组的电阻损耗上,即Pk≈ΔpCu。 由简化等效电路,根据测量结果,取Ik=I1N时的数据计算室温下的短路参数。 短路阻抗ZUkUk短路电阻rpCuPk ZkIIrkI2I2 IkI1NIkI1N 短路电抗XkZk2Rk2 8变压器的效率特性 变压器的总损耗为PpCupFe 短路损耗(铜损耗)Pk空载损耗P0 变压器效率的实用计算公式 当可变损耗与不变损耗相等时,效率达最大值 10三相变压器绕组的联结法判别 11三相变压器的并联运行 图5-15变压器的效率特性曲线 并联运行需要满足下列三个条件 1)并联运行的各台变压器的额定电压应相等,即各台变压器的电压比应相等; 2)并联运行的各台变压器的联结组号必须相同; 3)并联运行的各台变压器的短路阻抗(或阻抗电压)的相对值要相等。 四、异步电机原理 1单相电枢绕组的磁动势 2旋转磁场的基本特点 (1)三相对称绕组通入三相对称电流所产生的三相基波合成磁动势是一个旋转行波; (2)旋转磁场的旋转方向是从电流超前的相转向电流滞后的相,改变三相绕组的相序即可改 变旋转磁场的方向; (3) 旋转磁场的转速n1与电源频率f1、电机极对数np之间保持严格的关系,即 4异步电动机的电磁关系 图7-11异步电动机的电磁关系 当负载增加时,转子电流的有功分量增加,定子电流的有功分量也随之增加,即可使功率因数提高。 在接近额定负载时,功率因数达到最大。 异步电动机的负载不超过额定值时,角速度变化很小。 而空载转矩T0又可认为基本上不变,所以电磁转矩特性近似为一条斜率为1/的直线。 异步电动机中的损耗也可分为不变损耗和可变损耗两部分。 当输出功率P2增加时,可变损耗增加较慢,所以效率上升很快。 当可变损耗等于不变损耗时异步电动机的效率达到最大值。 随着负载继续增加,可变损耗增加很快,效率就要降低。 五、交流电机拖动 1机械特性的三种表达式 (1)物理表达式 TeCTΦmI2cos2 2)参数表达式 2' 3U12R2'/s 2' 123npU12R2'/s Te2 2πn1R1R2'/s2X1X2'22πf1R1R2'/s2X1X2' 601212 3)实用表达式 最大电磁转矩与电压的平方成正比,与漏电抗成反比;临界转差率与转子电阻成正比,与 电压大小无关。 异步电动机机械特性的三种表达式,其应用场合各有不同。 一般物理表达式适用于定性地分析Te与Φm及I2cos2间的关系;参数表达式多用于分析各参数变化对电动机运行性能的影响;实用表达式最适用于进行机械特性的工程计算。 2机械特性 机械特性的直线部分他机械特性的曲线部分 稳定运行问题: 0ssm 在起动初始,n=0,转差率s=1,转子电流的频率f2=sf1≈50Hz,转子绕组的电动势sEr0=Er0,比正常运行时(s=0.01~0.05)的电动势值大20倍,则此时转子电流Ir很大,定子电流的负载分量也随之急剧增大,使得定子电流(即起动电流)很大; 转子漏磁sXr0>>Rr,使得转子内的功率因数cosφ2很小,所以尽管起动时转子电流Ir很大,但其有功分量Ircosφ2并不大。 而且,由于起动电流很大,定子绕组的漏阻抗压降增大,使得感应电势Es和与之成正比的主磁通m减小,因此起动转矩Tst并不大。 异步电动机在起动时存在以下两种矛盾: 1)起动电流大,而电网承受冲击电流的能力有限; 2)起动转矩小,而负载又要求有足够的转矩才能起动。 (1)小容量电动机的轻载起动——直接起动直接起动也称为全压起动。 (7.5kW)优点: 操作简便、起动设备简单;缺点: 起动电流大,会引起电网电压波动。 (2)中、大容量电动机轻载起动——降压起动(A)星形-三角形(Y-Δ)换接起动 IstY IstΔ B)自耦降压起动 电动机端电压: Us=U2=N2/N1U1定子电流: Is=I2=N2/N1Ist 从电网上吸取的电流: I1=IstN2/N1 起动转矩与起动电流降低同样的倍数。 (3)中、大容量电动机重载起动——绕线转子起动的两种矛盾(起动转矩小,起动电流大)同时如果上述特殊形式的笼型电动机还不能适应 异 步电 起 作 动机的起动☆ 电动机了。 在 动转矩,又 转子串接电阻起动方法 ,则只能采用绕线转子异绕线转子异步电动机的转子上串接电阻时,如果阻值选择合适,可以减小起动电流,两种矛盾都能得到解决。 在起动时,在转子绕组中串接适当的起动电阻,以减小起动电流,增加起动转矩。 待转速基本稳定时,将起动电阻从转子电路中切除,进入正常运行。 4异步电动机的制动 1)异步电动机的能耗制动 A)转速反向的反接制动 B)定子两相对调反接制动 两种反接制动电动机的转差率都大于1能量: 从电网吸收电能;从旋转系统获得动能(定子两相对调反接制动)或势能(转速反向反接制动)转化为电能。 这些能量都消耗在转子回路中。 (3)异步电动机的回馈制动 两种回馈制动电动机的转差率都小于0 能量: 从旋转系统获得势能转化为电能,并回馈给电网。
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