直流电机.docx

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直流电机

直流电机

1、直流电机的结构，工作原理及机械特性

1、结构静止部分：

定子（主磁极，换向磁极，机座，电刷）作用：

建立磁场。

转动部分：

转子或电枢（电枢铁心，电枢绕组，换向器，风扇，转轴）作用：

是电能变为机械能的枢纽。

2、直流电机的工作原理：

假设电刷A与电源的正级相连，电刷B与电源的负极相连，电流经A-d-c-b-a-B形成回路。

根据左手定则，线圈ab受力向左，线圈cd受力向右。

这样就形成了一个转矩。

使电枢逆时针方向旋转。

当电枢转过90°时，此时通电线圈随受电磁力作用，但转矩为零，由于电枢机械惯性的作用，电枢能转过一定的角度，这时线圈中的电流方向发生了变化。

当电枢转过180°时，电流经A-a-b-c-d-B形成回路。

根据左手定则，线圈ab受力向左，线圈cd受力向右。

任然形成逆时针转动的转矩，电枢按同一方向转动，这样电动机可以连续转动了。

3、直流电机的机械特性：

2、直流电机的分类

他励电机，并励电机，串励电机，复里电机。

3、直流电机调速方案及优缺点。

1、电枢回路串联电阻调速

可在电源电压不变的情况下，改变电枢回路中的电阻，达到调速的目的。

调速的机械特性如下图所示。

当电枢回路中串联的电阻越大，直线的倾斜率越小。

电枢回路串联电阻调速优缺点

1、由于电阻智能分段调节，因此调速的平滑性比较差。

2、低速时，调速电阻上有较大电流，损耗大，电机效率低。

3、轻载时调速范围比较小。

4、串入电阻阻值越大，机械特性越软，稳定越差。

2、降低电源电压调速

根据直流电动机机械特性方程式可以知道，改变电额定电压，因此电枢电压只能在额定电压一下进行调节。

降低电源电压调速的优点

1、电压便于平滑性调节，调速平滑性好，可实现无级调速。

2、调速前后机械斜率不变，机械特性硬度高，稳定性好，调速范围广。

3、调速是损耗小，调速经济性好。

3、改变励磁磁通道调速

根据机械特性方程可以知道，当u为恒定时，调节励磁磁通，也可以实现电动机转速的目的。

额定运行的电动机，其磁通已基本饱和，因此改变磁通只能从额定值往下掉。

改变励磁磁通道调速的优点

1、调节平滑，可实现无级调速。

2、励磁电流小，能量损耗小，调节前后电动机的效率不变，经济性好。

3、机械特性较硬，转速稳定。

4、直流电机制动方案及其工作原理

1、能动制动：

当开关打到2时，制动瞬间转速任为n1，电动机此时作为发电机运行，电枢绕组中产生感应电动势Ea，在闭合回路中产生与制动方向相反的感应电流。

形成于转速相反的电磁转距，从而达到制动的目的。

2、反接制动：

反接制动就是制动时将电压的极性反接产生制动转矩的制动方法。

3、反馈制动：

电机在运行时，由于某种客观的原因使时机转速超过原来的空载转速，电机运行在发电状态，从而产生于转速相反的电磁转距，达到制动目的。

4、计算题

P11例1-1、P14例1-2

步进电机

1、步进电机的结构、工作原理。

一、三相异步电动机主要结构：

静止的定子、旋转的转子以及两者之间的气隙。

1、定子—定子铁心、定子三相或单相绕组、机座；

2、转子—转子铁心、转子绕线或鼠笼绕组、轴；

3、气隙—0.2mm~1.5mm。

二、工作原理

定子三相对称绕组通入三相对称电流，产生同步转速旋转的气隙磁场。

转子导体运动（相对磁场，磁场转速快）切割磁力线，产生感应电动势，进而产生感应电流。

电流与气隙磁场的相互作用产生与定子转向相同的拖动转矩。

电机从电网吸收电功率，经过气隙的耦合作用从轴上输出机械功率。

2、三相交流电机为什么又称为异步电机或感应电机。

1.转子的转速与同步转速不同步故异步

2.三相异步电机的转子导体切割旋转磁场产生感应电动势故称感应电机

3、三相异步电机运行特性、工作特性及机械特性。

1）三相异步电机的工作特性（P51）

三相异步电机的工作特性是指在额定电压和额定频率时，电机的转速、输出转矩、定子电流、定子功率因数以及效率与输出功率的关系。

1、转速特性

2、转矩特性

3、定子电流特性

4、定子功率因数特性

5、定子效率特性

2）机械特性

4、三相异步电机调速、制动

1、调速

1.改变电源频率

采用变频设备、变频技术进行调速。

2.改变转差率

改变转子绕组的电阻，在绕线转子异步电动机的转子电路中，接入一个调速变阻器进行调速。

3.改变定子绕组的磁极对数

2、异步电动机的制动

1、反接制动

停车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的。

注意：

反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。

即切割磁力线的速度很大，造成I2增加，引起I1变大。

为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。

当电动机转速接近于零时，应立即切断电源，以免电动机反向旋转。

2、能耗制动

如图2-41所示，当制动时，扳下开关S，使电动机定子绕组脱离三相电源，接通直流电。

这种制动方法是将电动机轴上的旋转动能转变为电能，消耗在制动电阻上，故称为能耗制动。

5、P47例2-4、P50例2-5。

三、步进电机

1、步进电机的结构、工作原理。

1、工作原理

下图为一台三相六拍反应式步进电动机，定子上有三对磁极，每对磁极上绕有一相控制绕组，转子有四个分布均匀的齿，齿上没有绕组。

当A相控制绕组通电，而B相和C相不通电时，步进电动机的气隙磁场与A相绕组轴线重合，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电机转子受到一个反应转矩，在步进电机中称之为静转矩。

在此转矩的作用下，使转子的齿1和齿3旋转到与A相绕组轴线相同的位置上，如图所示，此时整个磁路的磁阻最小，此时转子只受到径向力的作用而反应转矩为零。

如果B相通电，A相和C相断电，那转子受反应转矩而转动，使转子齿2齿4与定子极B、B′对齐，此时，转子在空间上逆时针转过的空间角q为30°，即前进了一步，转过这个角叫做步距角.如此按顺序不断地接通和断开控制绕组，电机便按一定的方向一步一步地转动，若按反向序顺序通电，则电机反向一步一步转动。

2、能够描述三相六极反应时步进电机单三拍、双三拍、单双六拍工作方式的通电顺序。

1、单三拍：

U-V-W-U

2、双三拍：

UV-VW-WU-UV

3、单双六拍：

U-UV-V-VW-W-WU-U

四、变压器

了解变压器的基本结构和工作原理。

1、电力变压器的基本结构

（一）铁心、

（二）绕组、（三）绝缘套管、（四）油箱及附件

2、变压器的基本工作原理

四、常用低压电器和继电器解除其控制电

路。

图6.5单向点动控制电路图6.6单向连续运转控制电路

一、理解自动控制系统中闭环控制与开环控制的区别。

简单地说：

有反馈环节的为为闭环系统，无反馈环节的为开环控制系统。

二、掌握自动控制系统性能指标有哪些及其含义

1.稳定性

2.稳态性

3.动态性

三、掌握系统框图化简求取传递函数的方法并熟练掌握PPT中例题。

四、掌握稳定性的定义和充要条件。

系统稳定的充要条件是：

稳定系统的特征根必须全部具有负实部；反之，若特征根中有一个或一个以上具有正实部时，则系

统必为不稳定

稳定性的定义：

若系统在使它偏离稳定平衡位置的扰动消除之后，能够以足够的精度逐渐恢复到原来的平衡位置，如图（a）所示，则该系统是稳定的；反之，若系统在扰动消除后的时间响应随时间的推移呈发散的过程，如图（b）所示，则该系统是不稳定的；若呈等幅振荡的过程，如图（c）所示，则该系统为临界稳定。

五、能够用劳斯判据分析系统稳定性。

并熟练掌握PPT中例题2

。

六、掌握稳态性的概念，掌握系统型别和输入信号对稳态性的影响。

1、输入信号对稳态性的影响。

1）同一种输入信号，对于结构不同的系统产生的稳态误

差不同。

2）系统型别愈高，误差愈小，即跟踪输入信号的无差能力

愈强。

所以系统的型别反映了系统无差的度量，故又称无差

度。

系统的型别从系统本身结构的特征上，反映了系统跟踪

输入信号的稳态精度。

另一方面，型别相同的系统输入不同

信号所引起的稳态误差不同，即同一系统对不同信号的跟踪

能力不同，从另一角度反映了系统消除稳态误差的能力。

七、掌握系统动态性能指标有哪些，他们是怎样定义的。

性能指标有：

八、理解系统校正的概念，掌握常用的校正方法，能够对系统做简单校正。

反馈校正

校正环节联结在系统的局部反馈通道中，或者说，通过增加一反馈回路。

如图所示。

为保证局部回路的稳定，校正环节所包围的环节不宜太多（2个或是3个）。

顺馈校正

通过校正环节增加一条前向通道。

如图所示。

顺馈校正亦称顺馈补偿。

根据补偿采样信号源的不同，又分为输入顺馈补偿和扰动顺馈补偿。

图为输入顺馈补偿方式。

顺馈校正既可作为反馈控制系统的附加校正而组成复合控制系统，也可单独用于开环控制。

电机复习题

一、选择题

1、他励直流电动机要让它反转（c）

a.增大电枢绕组上的电压b.增大励磁绕组上的电压c.让电枢绕组上的电压反接

2、他励直流电动机要让它反转（c）

a.增大电枢绕组上的电压b.增大励磁绕组上的电压c.让励磁绕组上的电压反接

3、他励直流电动机要让它增速（a）

a.增大电枢绕组上的电压b.增大励磁绕组上的电压c.让励磁绕组上的电压反接

4、他励直流电动机要让它增速（b）

a.降低电枢绕组上的电压b.略微降低励磁绕组上的电c.让励磁绕组上的电压反接

5、他励直流电动机要让它减速（a）

a.降低电枢绕组上的电压b.略微降低励磁绕组上的电压c.让励磁绕组上的电压反接

6、他励直流电动机要让它减速（a）

a.电枢回路中串入合适的外接电阻b.略微降低励磁绕组上的电压

c.让励磁绕组上的电压反接

7、一台他励直流电动机,如果其当前转速大于理想空载转速,则该电机处于（b）

a.电力拖动状态b.反馈制动状态c.反接制动状态

8、一台他励直流电动机,如果其当前转速介于零和理想空载转速之间,则该电机处于（a）

a.电力拖动状态b.反馈制动状态c.反接制动状态

9、一台他励直流电动机,如果其当前转速小于零的反转状态则该电机处于（c）

a.电力拖动状态b.反馈制动状态c.反接制动状态

10、一台他励直流电动机采用降压调速,则其机械特性的硬度（c）

a.变硬b.变软c.硬度不变

11一台他励直流电动机,如果励磁回路改变电压,则其机械特性曲线的硬度（b）

a.变硬b.变软c.硬度不变

12、一台他励直流电动机,如果电枢回路串入外接电阻,则机械特性曲线的硬度（b）

a.变硬b.变软c.硬度不变

13、一台他励直流电动机采用电枢回路串入外接电阻启动,其遵守的原则是过渡过程中电枢电流（a）

a.≤2INb.≥2INc.没有要求,可以≤2IN或者≥2IN

14、一台他励直流电动机采用降压启动,其遵守的原则是过渡过程中电枢电流（a）

a.≤2INb.≥2INc.没有要求,可以≤2IN或者≥2IN

15一台交流绕线式异步电动机,转子回路串入外接电阻,则机械特性曲线的硬度（b）

a.变硬b.变软c.硬度不变

16一台交流绕线式异步电动机,采用调压调速,则其机械特性曲线的硬度（b）

a.变硬b.变软c.硬度不变

17一台交流绕线式异步电动机,采用变频调速,则其机械特性曲线的硬度（c）

a.变硬b.变软c.硬度不变

18一台交流绕线式异步电动机,如果转子回路串入外接电阻,则其最大转矩（c）

a.变大b.变小c.大小不变

19一台交流绕线式异步电动机,如果转子回路串入外接电阻,则其临界转差率（a）

a.变大b.变小c.大小不变

19一台交流绕线式异步电动机,采用调压调速,则其最大转矩（b）

a.变大b.变小c.大小不变

20、一台交流绕线式异步电动机,采用调压调速,则其临界转差率（c）

a.变大b.变小c.大小不变

21、一台交流绕线式异步电动机,转子回路串入外接电阻调速,则速度（b）

a.变快b.变慢c.大小不变

22、一台交流绕线式异步电动机,采用定子电压降压调速,则速度（b）

a.变快b.变慢c.大小不变

23一台三相交流电动机要让它反转（c）

a.增大定子绕组上的电压

b.定子绕组上串入电阻的电压

c.定子绕组上任意交换二相的接线

24一台单相电容运行交流电动机要让它反转（c）

a.增大定子绕组上的电压

b.定子绕组上串入电阻

c.电容接到另一相绕组中去

25一台单相变压器如果空载时的副边电压为U2,接额定负载后其副边电压U2会减小的原因是由于存在（c）

a.原边绕组中有直流电阻r1和漏抗x1

b.副边绕组中有直流电阻r2和漏抗x2

c.原边绕组中有直流电阻r1和漏抗x1和副边绕组中有直流电阻r2和漏抗x2

26一台交流异步电动机,定子上有24个槽,经判断定子上绕组的一个元件的两个元件边之间的跨距为6个槽,则该电机应是（b）

a.2极电机b.4极电机,c.6极电机

27一台交流异步电动机,定子上有24个槽,经判断定子上绕组的一个元件的两个元件边之间的跨距为12个槽,则该电机应是（a）

a2极电机b.4极电机,c.6极电机

28.交流异步电动机,定子极数为2P个极,输入电压的频率为f1，则电机的理想空载转速（同步转速）为：

（a）

an1=60f1/pb.n1=60f1/2p,c.n1=f1/60p

29.交流异步电动机,定子极数为2P个极,输入电压的频率为f1，则电机的理想空载转速（同步转速）为：

n1=60f1/p而电机的转速为（a）

an＜n1=60f1/pb.n=n1=60f1/2p,c.n＞n1=f1/60p

30.交流异步电动机的转差率为：

其额定转差率SN一般为（a）

a0.02~0.05b.0.2~0.5c.0.~0.01

二、填空题

1．直流电动机的定子通的是直流电产生的磁场是极性和大小恒定的。

2．三相交流电动机的定子通的是三相交流电产生的磁场是大小恒定的旋转磁场。

3．单相电容运行电机，电容串联在起动绕组中

4.有一台2极三相鼠笼型异步电动机,额定频率为50赫兹，该电机的同步转速为

3000转/分。

一台6极三相鼠笼型异步电动机,额定频率为50赫兹，该电机的同步转速为1000转/分。

5．有一台三相鼠笼型异步电动机,额定频率为50赫兹，该电机的额定转速为1460r/min

则该电机是4极电机。

其转差率是0.027。

6.直流伺服电动机在某一恒转矩下的调节特性是一条直线,即电压越高,转速越高。

7．在交流电动机的各种调速方案中，只有采用变频调速才能保持电机的机械特性的硬度不变。

而在直流电动机的各种调速方案中，只有采用调压调速才能保持电机的机械特性的硬度不变。

8．为了使交流电动机启动时的定自电流在允许的范围内，可以采用自耦变压器降低电压启动和定子串电阻或电抗器、Y-Δ启动等。

Y型启动时的线电流是Δ启动时的线电流的1/3。

9．变压器主要有原边绕组、副变绕组和铁芯三大部分组成。

10．一台交流绕线式异步电动机,如果转子回路串入外接电阻,临界转差率变大。

11．一台交流绕线式异步电动机,如果转子回路串入外接电阻,最大转矩不变。

12.一台交流绕线式异步电机，如果转子回路串入外接电阻，启动转矩变大

13．反抗性恒转矩负载的特点是转矩大小不变，转矩与转速方向相反。

14无论交流鼠龙异步电机还是交流绕线式异步电机，定子回路串电阻调速时，启动转

矩变小临界转差率变小最大转矩变小。

三、判断题

1要使他励直流电动机反转，只能使励磁绕组的电压和电枢电压中的一组电压的极性反接。

（√）

2他励直流电动机拖动恒转矩负载时，如果使励磁电流减小，则电机的转速增大，电枢电流也增大。

（√）

3他励直流电动机拖动恒转矩负载时，如果使励磁电流增大，则电机的转速减小，电枢电流减小。

（√）

4他励直流电动机拖动恒转矩负载时，减小电枢电压可以使转速相应减小而电枢电流并不会减小。

（√）

5一台三相鼠笼型异步电动机，铭牌数据为：

Y接法、UN=380V、IN=100A。

则该电机的相电压为220V相电流为100A。

（√）

6一台三相鼠笼型异步电动机，铭牌数据为：

Y接法、UN=380V、IN=100A。

则该电机的线电压为380V线电流为100A。

（√）

7不论是直流电动机还是交流绕线式电动机，只有在位能性负载时才可以通过转子回路外串大电阻使电机稳定运行在转速反向的反接制动运行状态。

（√）

8不论是直流电动机还是交流电动机，在额定运行的拖动情况下，均不可以通过继电器直接施加反向电压使电机反接制动，否则切换的瞬间电流很大，且远超直接启动时的启动电流。

（√）

9电容运行的单相电动机相当于是二相电机，无论电容串在相绕组中的位置不同，电机的转向不同。

（√）

10在相同的供电方式下，二台相数相同的步进电动机的转速有快慢，则转速快的电机的转子齿数比转速慢的电机的转子齿数要多（√）

11一台步进电动机，铭牌数据为1.8°/0.9°，则0.9°表示转子的步距角。

（√）

12一台步进电动机，铭牌数据为1.8°/0.9°，则1.8°表示转子的步距角。

（√）

13选购电机时，通常根据负载的功率PL要考虑加一定的余量。

一般选PN=1.3PL（√）

14要使他励直流电动机反转，使励磁绕组的电压和电枢电压中的极性同时反接。

（X）

15他励直流电动机拖动恒转矩负载时，如果使励磁电流减小，则电机的转速增大，电枢电流减小。

（X）

16他励直流电动机拖动恒转矩负载时，如果使励磁电流增大，则电机的转速增大，电枢电流减小。

（X）

17他励直流电动机拖动恒转矩负载时，减小电枢电压可以使转速相应减小而电枢电流也会减小。

（X）

18一台三相鼠笼型异步电动机，铭牌数据为：

Y接法、UN=380V、IN=100A。

则该电机的相电压为380V相电流为100A。

（X）

19一台三相鼠笼型异步电动机，铭牌数据为：

Δ接法、UN=380V、IN=100A。

则该电机的线电压为380V相电流为100A。

（X）

20不论是直流电动机还是交流绕线式电动机，只有在恒转矩负载时才可以通过转子回路外串大电阻使电机稳定运行在转速反向的反接制动运行状态。

（X）

21不论是直流电动机还是交流电动机，在额定运行的拖动情况下，均可以通过继电器直接施加反向电压使电机反接制动。

（X）

22电容运行的单相电动机相当于是二相电机，电容串在相绕组中的位置不同，电机的转向不变。

（X）

23在相同的供电方式下，二台相数相同的步进电动机的转速有快慢，则转速快的电机的转子齿数比转速慢的电机的转子齿数要多（X）

24在相同的供电方式下，二台相数相同的步进电动机的转速有快慢，则转速慢的电机的转子齿数比转速慢的电机的转子齿数要少（X）

25一台步进电动机，铭牌数据为1.8°/0.9°，则1.8°表示转子一个齿的齿距角。

（X）

四、简答题

1变压器能否改变直流电压?

为什么?

参考答案：

不能，通过交变磁场才能感应电压，因此，变压器原边通直流电不会产生交变磁场，变压器的副边也就不能感应电压。

2什么叫直流电动机的固有机械特性?

什么叫直流电动机的人为机械特性?

参考答案：

他励直流电机的固有机械特性，是指在额定电枢电压、额定磁通、转子回路不串外接电阻情况下，电动机的转速n与电磁转矩T的关系曲线n=f（T）称为电动机的固有机械性。

改变电动机的励磁磁通（或励磁电压）或改变电枢电压或电枢回路串外接电阻时的机械特性称为直流电动机的人为机械特性。

3什么叫交流电动机的人为机械特性?

改变频率时有什么样的前提条件？

参考答案：

交流电动机在定子电源电压、频率均保持额定值和定、转子回路均不串外接阻抗时的机械特性称为交流电动机的固有机械特性。

改变频率时必须保证电机的磁通量不大于额定值。

4．三相异步电动机保持E1/f1=常数，在额定频率以下变频调速时，其不同频率下的机械特性有什么特点？

参考答案：

三相异步电动机保持E1/f1=常数，则电机的定子磁通保持不变。

在额定频率以下变频调速时，其不同频率下的机械特性的硬度与固有机械特性的硬度保持一致。

且最大转矩与固有机械特性的最大转矩相等。

5．三相异步电动机保持U1/f1=常数，在额定频率以下变频调速时，其不同频率下的机械特性有什么特点？

答：

三相异步电动机如保持U1/f1=常数，则电机的定子磁通略为变小。

在额定频率以下变频调速时，在负载转矩较小时其不同频率下的机械特性的硬度与固有机械特性的硬度保持一致。

在负载转矩较大时机械特性的硬度变软。

且最大转矩比固有机械特性的最大转矩略小。

6.大中型三相异步电动机为什么不能直接启动，一般有哪些启动方法？

答：

根据等效电路分析，考虑励磁支路的阻抗较大可忽略。

则启动时的电流就是I1=I2'

从公式上看启动时S=1,而额定运行时的S=0.02～0.05。

因此启动时的电流较大可达额定电流的6～7倍。

一般有下列几种启动方法：

1、定子串启动电阻启动；2、定子串启动电抗器启动；3、定子Y-Δ降压启动

4、定子自藕变压器降压启动；5、绕线式电机转子串电阻启动；

6、绕线式电机转子串频敏电抗器启动等。

7．简述四相（A、B、C、D）步进电动机在单、双四拍和混合八拍工作方式下的通电次序。

参考答案：

单四拍工作方式下的通电次序:

A→B→C→D→A……。

双四拍工作方式下的通电次序:

AB→BC→CD→DA→AB……。

混合八拍工作方式下的通电次序A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A……。

一台并励直流电动机，额定功率2.6kW，额定电压110V，额定电流28A，额定转速1470r/min，电枢总电阻Ra=0.15Ω，励磁电阻RfN=140Ω。

计算该电动机额定运行时的电动势和电磁转矩

1.电枢电势=额定电压-额定电枢电流*电枢总电阻

其中额定电枢电流=额定电流-励磁电流

而励磁电流=额定电压/励磁电阻

2.电磁转矩=转矩常数*额定磁通*电枢电流

转矩常数*额定磁通=9.55电势常数*额定磁通

电势常数*额定磁通=（额定电压-电枢电流*电枢电阻）/额定转速

1.一台60Hz的变压器接到50Hz的电源上运行时，若额定电压不变，问激磁电流，铁耗，漏抗会怎样变化？

2.利用T型等效电路进行实际问题计算时，算出的一次和二次电压，电流和损耗，功率是否均为实际值？

为什么？

1.频率由60HZ变为50HZ时，励磁电抗变小（Xm正比于频率f），励磁电流变大，铁耗变大，而漏抗变大（因为励磁电流增大，漏磁通也相应变