第一節(jié)

磁場(chǎng)與電磁感應(yīng)第二節(jié)

電機(jī)基本原理第三節(jié)

變壓器第四節(jié)

直流電機(jī)第五節(jié)

異步電機(jī)第六節(jié)

交流同步電機(jī)第七節(jié)特種電機(jī)第一節(jié)磁場(chǎng)與電磁感應(yīng)一、磁場(chǎng)的基本概念 二、磁場(chǎng)的基本物理量 三、磁路及其基本定律 四、電磁力 一、磁場(chǎng)的基本概念1．磁場(chǎng)與磁力線磁力線是無頭無尾的空間閉合回線，用磁力線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，用磁力線的方向表示磁場(chǎng)的方向。2．電流的磁效應(yīng)右手螺旋定則ii二、磁場(chǎng)的基本物理量1．磁通Φ與磁感應(yīng)強(qiáng)度BB：磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量T（磁通密度）

：穿過垂直于B方向的面積S中的磁力線總數(shù)Wb=V?s2．磁場(chǎng)強(qiáng)度H（單位：安培/米（A/m)）電流流過線圈時(shí)在線圈內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)的強(qiáng)度H

：介質(zhì)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與介質(zhì)磁導(dǎo)率

之比。3．磁導(dǎo)率（亨/米（H/m））表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量，衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。B=ΦST=Wb/m2

環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均勻的，磁導(dǎo)率為

，半徑為x處各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為Sx

HxIN匝線圈匝數(shù)與電流的乘積NI，稱為磁通勢(shì)，用字母F=NI表示船用電機(jī)、變壓器、接觸器等繞組都采用銅導(dǎo)體繞在鐵心鐵芯材料上以增加磁感應(yīng)強(qiáng)度。鐵心鐵芯材料由磁性材料，即主要是鐵、鎳鈷及其合金組成。銅等用于導(dǎo)電的金屬為非磁性材料任意一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率μ和真空的磁導(dǎo)率μ。的比值，稱為該物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率μr。非磁性物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率

μr

≈1三、磁路及其基本定律1．磁路與氣隙磁通的絕大部分經(jīng)過鐵心形成閉合通路，磁通的閉合路徑稱為磁路。磁路有氣隙，其磁導(dǎo)率近真空μ。+–NIfNSS1）安培環(huán)路定律Sx

HxIN匝Sx

HxIN匝環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均勻的，磁導(dǎo)率為

根據(jù)安培環(huán)路定律，有設(shè)磁路的平均長(zhǎng)度為l，則有式中：F=NI

為磁通勢(shì)，由其產(chǎn)生磁通；

Rm

稱為磁阻，表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用；

l為磁路的平均長(zhǎng)度；

S

為磁路的截面積。2）磁路的歐姆定律3）磁路與電路的比較

磁路磁通勢(shì)F磁通

磁阻電路電動(dòng)勢(shì)E電流密度J

電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度B電流I

NI+_EIR2．電磁感應(yīng)定律1）直導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=Blvsinα

右手定則2）線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

–+e+–uNi線圈鐵心3）電感與匝數(shù)、形狀和材料的關(guān)系由于磁通φ是由線圈本身電流i產(chǎn)生的，故線圈的總磁通鏈

，其比例常數(shù)用L表示:電感元件日光燈電路4）互感現(xiàn)象

變壓器當(dāng)一個(gè)線圈的電流引起的變化磁通除在本線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)外，如果該磁通的一部分或全部穿過相鄰的線圈時(shí)，在相鄰線圈中同樣引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象即為互感現(xiàn)象，在相鄰線圈中所感生的電動(dòng)勢(shì)稱為互感電動(dòng)勢(shì)。同樣也可用來確定互感電動(dòng)勢(shì)的大小和方向。四、電磁力1. 載流直導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的力效應(yīng)與左手定則(a)垂直導(dǎo)體（b）平行導(dǎo)體（c）斜向?qū)w電流和磁場(chǎng)間的作用力的關(guān)系

磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的作用力(左手定則)2.電磁鐵直流電磁鐵接到直流電源上，當(dāng)電壓恒定時(shí)，電流I=U/R也恒定，所以磁動(dòng)勢(shì)IN恒定，即直流電磁鐵是一恒磁勢(shì)元件。交流電磁鐵與直流電磁鐵不同，當(dāng)交流電源電壓恒定時(shí)，在其它參數(shù)不變的情況下，Φm不變，所以交流電磁鐵是一恒磁通元件。由于磁通恒定，其吸力F也恒定（平均值）。平行導(dǎo)體間的作用力

電磁鐵3.電磁鐵吸力的計(jì)算

電磁鐵吸力的大小與氣隙的截面積S0及氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的平方成正比?；竟饺缦拢菏街校築0的單位是特[斯拉]；

S0的單位是平方米；

F的單位是牛[頓]（N）。（1）直流電磁鐵的吸力直流電磁鐵的吸力依據(jù)上述基本公式直接求取。UIΦBFδ

RmΦBF隨著電磁鐵的氣隙的減小（Rm減?。┒黾樱鸥袘?yīng)強(qiáng)度Bm也隨著增加，其吸力大大增加。往往串接經(jīng)濟(jì)電阻來減小工作電流（2）交流電磁鐵的吸力交流電磁鐵的吸力依據(jù)上述基本公式直接求取。UEΦBFδ

RmIueΦbf銜鐵被卡住后，為了平衡恒定的磁通或吸力，電流就增大，時(shí)間稍長(zhǎng)，線圈則燒毀。（2）交流電磁鐵的吸力交流電磁鐵中磁場(chǎng)是交變的，設(shè)則吸力瞬時(shí)值為:式中：為吸力的最大值。吸力的波形:吸力平均值為:tFmfO交流電磁鐵的吸力在零與最大值之間脈動(dòng)。銜鐵以兩倍電源頻率在顫動(dòng)，引起噪音，同時(shí)觸點(diǎn)容易損壞。為了消除這種現(xiàn)象，在磁極的部分端面上套一個(gè)分磁環(huán)（或稱短路環(huán)）。U

Φ1

短路環(huán)e

短路環(huán)i

Φ1x

Φ1+Φ1x=Φ2

f2e落后Φ190°，Φ1x

落后Φ190°f1x落后f1180°f2始終大于0噪音（3）交流電磁鐵中的短路環(huán)

2

1tFmf1

1

2

2f1x直流電磁鐵的勵(lì)磁電流僅與線圈電阻有關(guān)，在吸合過程中，勵(lì)磁電流不變。但是

與動(dòng)作間隙有關(guān)。(3)在交流電磁鐵中，線圈電流是變化的。因?yàn)椋河蒛=4.44fN

，當(dāng)電源電壓恒定時(shí)，磁通

恒定，吸力F也恒定，當(dāng)氣隙減小，

=IN/Rm,因

恒定，則I減小。(1)交流電磁鐵中,為了減少鐵損，鐵心由鋼片疊成；直流電磁鐵的磁通不變，無鐵損，鐵心用整塊軟鋼制成；4.交直流接觸器在電磁機(jī)構(gòu)上的區(qū)別(2)交流電磁鐵有短路環(huán)，而直流電磁鐵不需要交流接觸器的吸引線圈因具有較大的交流阻抗，故線圈匝數(shù)比較少，且繞制的銅線較粗。直流接觸器的線圈匝數(shù)較多，且繞制的銅線較細(xì)。交流接觸器的電磁鐵鐵芯上必須裝有短路環(huán)。交流電磁鐵中,為了減少鐵損，鐵心由鋼片疊成；直流電磁鐵的磁通不變，無鐵損，鐵心用整塊軟鋼制成；交流電磁鐵：恒磁通U=4.44fNΦm；直流電磁鐵恒磁勢(shì)U=IR，磁動(dòng)勢(shì)F=IN；交流電磁鐵直流電磁鐵U=4.44fNΦmU=IR，F(xiàn)=IN,

=IN/Rm線圈匝數(shù)少、粗線圈匝數(shù)多、細(xì)短路環(huán)鋼片疊成，有鐵損整塊軟鋼，無鐵損氣隙Φm、吸力不變，I氣隙，I不變，Φm吸力4.交直流接觸器在電磁機(jī)構(gòu)上的區(qū)別第二節(jié)電機(jī)基本原理一、常用鐵磁材料的性能 二、電機(jī)的基本概念 三、電機(jī)的發(fā)熱與冷卻形式四、電機(jī)在船上的應(yīng)用場(chǎng)合一、常用鐵磁材料的性能1.常用鐵磁材料及分類2.鐵磁材料的高導(dǎo)磁性3.磁飽和性4.磁滯性與剩磁5.鐵芯損耗的產(chǎn)生及常見解決措施磁性材料主要指鐵、鎳、鈷及其合金等。磁性物質(zhì)

磁疇

磁化在外磁場(chǎng)作用下

1.常用鐵磁材料及分類軟磁材料較小的矯頑磁力，磁滯回線較窄。一般用來制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。硬磁材料較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。一般用來制造永久磁鐵。碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等矩磁材料較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。鎂錳鐵氧體磁滯回線OHB????BrHc2.鐵磁材料的高導(dǎo)磁性磁性材料的磁導(dǎo)率通常都很高，即

r1(如坡莫合金，其

r可達(dá)2

105)

。磁性材料能被強(qiáng)烈的磁化，具有很高的導(dǎo)磁性能。電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵心。在這種具有鐵心的線圈中通入不太大的勵(lì)磁電流，便可以產(chǎn)生較大的磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度。3.磁飽和性BJ

磁場(chǎng)內(nèi)磁性物質(zhì)的磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線；B0

磁場(chǎng)內(nèi)不存在磁性物質(zhì)時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度直線；B

BJ曲線和B0直線的縱坐標(biāo)相加即磁場(chǎng)的B-H

磁化曲線。OHBB0BJB?a?b磁化曲線OHB,

B

B和

與H的關(guān)系也不是常數(shù)4.磁滯性與剩磁磁滯:B的變化總是滯后于H的變化矯頑力He剩磁:Br5.鐵芯損耗的產(chǎn)生及常見解決措施磁滯損耗Ph渦流損耗Pe磁滯回線OHB????BrHc-He

銅損耗使線圈發(fā)熱，鐵損耗使鐵心發(fā)熱。常見解決措施Φ①使用軟磁材料減小Ph

。②增大鐵心的電阻率，減小渦流及其損耗

。③用很薄的硅鋼片疊成鐵心，減小渦流及其損耗

。Φ0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm二、電機(jī)的基本概念1.電機(jī)的定義依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置2.電機(jī)的分類直流與交流，單相、三相、多相，異步、同步驅(qū)動(dòng)用和控制用電動(dòng)機(jī)籠型感應(yīng)和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高速、低速、恒速、調(diào)速電動(dòng)機(jī)防護(hù)型式：開啟、防塵、防水、防爆3.電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)和材料定子、轉(zhuǎn)子和其它附件組成鐵芯、繞組、機(jī)座、轉(zhuǎn)軸、軸承、風(fēng)扇4.電機(jī)的銘牌額定功率(kW)：額定電流(A)：額定電壓(V)：額定轉(zhuǎn)速(r／min或rpm)：極數(shù)、接法、絕緣等級(jí)、溫升、工作制和使用條件等三、電機(jī)的發(fā)熱與冷卻形式1.電機(jī)的損耗與效率1）機(jī)械損耗2）電氣損耗銅耗鐵耗2.電機(jī)的發(fā)熱與溫升電機(jī)的能量損耗最終都要轉(zhuǎn)換成熱能散發(fā)掉，這會(huì)引起電機(jī)的溫度上升。容許達(dá)到的最高溫度由繞組的絕緣材料所決定。絕緣材料的耐熱程度稱為絕緣等級(jí)，電動(dòng)機(jī)中常用的絕緣材料分為五個(gè)等級(jí)：A---105

℃E---120

℃B---130

℃F---155

℃H---180

℃四、電機(jī)在船上的應(yīng)用場(chǎng)合船舶的工作環(huán)境和條件與在陸地上相比相差很大，船舶電機(jī)長(zhǎng)期工作在高溫、高濕、鹽霧、霉菌的環(huán)境中，電機(jī)的絕緣易受損害。船舶工作環(huán)境環(huán)境的溫度變化大，且船舶的振動(dòng)、顛簸、傾斜等直接影響到電機(jī)的運(yùn)行。因此，對(duì)船用電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣性能提出了比陸用電機(jī)更高的要求。船用電機(jī)的要求一般要比同類型陸用電機(jī)高一到二個(gè)等級(jí)。第三節(jié)變壓器一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理二、變壓器的運(yùn)行特性 三、三相變壓器的組成與應(yīng)用四、特殊變壓器的應(yīng)用與要求五、變壓器的使用1.變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵芯硅鋼片疊成繞組絕緣圓導(dǎo)線或扁導(dǎo)線繞成冷卻外殼、油箱、油、油枕、絕緣套管一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理鐵鐵鐵心軛柱軛11222.變壓器的銘牌額定容量SN：額定電壓U1N/U2N：副邊開路時(shí)其輸出的端電壓，線電壓如銘牌上標(biāo)注:電壓10000/230V額定電流I1N/I2N：線電流額定頻率、額定效率、溫升、三相接法等3.變壓器的工作原理4.變壓器的分類（1）根據(jù)用途不同可分為：電力變壓器和特種變壓器。電力變壓器又可分為升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器和聯(lián)絡(luò)變壓器等；特種變壓器又可分為試驗(yàn)用變壓器、儀用變壓器、電爐變壓器、電焊變壓器和整流變壓器等。（2）根據(jù)相數(shù)不同可分為：?jiǎn)蜗嘧儔浩?、三相變壓器和多相變壓器。?）根據(jù)冷卻介質(zhì)和冷卻方式不同可分為：油浸變壓器、干式變壓器和充氣式冷卻變壓器。（4）根據(jù)鐵芯結(jié)構(gòu)不同可分為：心式變壓器和殼式變壓器。（5）根據(jù)繞組數(shù)目不同可分為：?jiǎn)卫@組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。（6）根據(jù)調(diào)壓方式不同可分為：無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。二、變壓器的運(yùn)行特性1.變壓器的外特性及電壓變化率2.變壓器的效率(

)U2

I2OU2Nλ2=1λ2=0.8(電感性)λ2=0.8(電容性)

I2N

U2VR=U2N－U2U2N×100%

95%三、三相變壓器的組成與應(yīng)用1.三相變壓器的組成三相組合變壓器三臺(tái)變壓器組成，有冗余結(jié)構(gòu)“V”形聯(lián)接的三相變壓器組三相變壓器星形、副邊三角形，則輸入線電壓與輸出線電壓之比為k：1

2.三相變壓器的同名端與聯(lián)接組同名端當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱為同極性端。或者說，當(dāng)鐵心中磁通變化時(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩端為同極性端。??AXax?AXax增加+–+++–––?聯(lián)接

2－3??1324??1324

聯(lián)接

1－3，2－4當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：+–+–電源電壓為110V時(shí)：方法一：交流法把兩個(gè)線圈的任意兩端(X-x)連接,然后在AX上加一低電壓uAX

。測(cè)量：

若說明A與x

或X與a

是同極性端.若

說明A與a或X與x

為同極性端。

結(jié)論：VaAXxV同極性端的測(cè)定方法+–V方法二：直流法設(shè)S閉合時(shí)

增加。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，阻止

的增加。

如果當(dāng)S閉合時(shí)，電流表正偏，則A-a為同極性端；結(jié)論：Xx電流表+_Aa+–S

如果當(dāng)S閉合時(shí)，電流表反偏，則A-x為同極性端。??AXax+_S+–三相變壓器的連接組別

連接方式高壓繞組低壓繞組

星形聯(lián)結(jié)有中性線YNyn

星形聯(lián)結(jié)無中性線Yy

三角形聯(lián)結(jié)DdGB:

Y,yn、Y,d、YN,d、Y,y、YN,y最常用的三種上海海事大學(xué)輪機(jī)工程系標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組Y，yn0、Y，d11、YN，d11、Y，y0、YN，y0?！?lián)結(jié)組的判斷方法EWEUEVU1V1W1EUVu1v1w1EuEvEwEuvY,yn6EU

EV

EWU1

V1

W1●

●●U2

V2

W2u1

v1

w1n●

●●u2

v2

w2Eu

Ev

EwD，y11

EUVEUEWEVU1(W2)V1(U2)W1(V2)EvEuEwv1(w2)w1(u2)u1(v2)w2u2

v2EuvD,d2EU

EV

EWEwEuEvU1

V1

W1●

●●U2

V2

W2w1u1v1●

●●當(dāng)變壓器為Y，d連接時(shí)，則3.三相變壓器在船舶中的應(yīng)用變壓器主要應(yīng)用于照明、應(yīng)急照明、廚房照明、控制電源以及各種儀用互感器中；在采用電力推進(jìn)船舶中，變壓器還用于動(dòng)力主回路的升壓和降壓。照明變壓器副邊D接法電推變壓器：變壓、諧波抑制、整流變壓器四、特殊變壓器的應(yīng)用與要求1.電壓互感器原理與使用要求U2N=100V二次繞組禁止短路。二次繞組與鐵心必須接地。2.電流互感器原理與使用要求I2N=5A二次繞組禁止開路二次繞組與鐵心必須接地u1~Vu1u2

~Ai2i1I1I2=N2N1U1U2=N1N2二次側(cè)接地防漏電防靜電抗干擾電壓互感器3.自耦變壓器

I

降壓自耦變壓器N1N2+U1－I1E1E2－

U2＋I(xiàn)2=U1U2E1E2=N1N2=kI1I2N2N1=1k=I=

I1＋I(xiàn)2

五、變壓器的使用變壓器銘牌參數(shù)：U2N、Dy11變壓器同名端的判定：目測(cè)、直流法、交流法電壓、電流互感器的使用：短路、開路、接地?cái)U(kuò)大量程第四節(jié)直流電機(jī)一、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 二、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 三、直流電機(jī)的銘牌 四、直流電機(jī)的工作原理 五、直流電機(jī)的運(yùn)行分析 六、直流電機(jī)的典型應(yīng)用七、直流電動(dòng)機(jī)的常見保養(yǎng)一、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 定子由主磁極、換向磁極、機(jī)座、端蓋和電刷裝置等組成電機(jī)機(jī)座

電刷裝置

電刷2.轉(zhuǎn)子部分電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇換向器二、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式自勵(lì)他勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)并勵(lì)GIf+Uf－Ia+Ua－GIa+U－IfIG+U－IfIIaGIfIa+U－I三、直流電機(jī)的銘牌1.額定電壓UN2.額定電流IN3.額定功率PN

發(fā)電機(jī)的PN

：指輸出電功率的額定值(UNIN)。電動(dòng)機(jī)的PN

：指輸出機(jī)械功率的額定值(UNINηN)。4.額定轉(zhuǎn)速nN5.額定勵(lì)磁電壓UfN6.額定勵(lì)磁電流IfN※額定狀態(tài)：指U、I、P、n

均為額定值的狀態(tài)?！鶟M載狀態(tài)：指I=IN的狀態(tài)。+–NIfNSS四、直流電機(jī)的工作原理

直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流方向如圖所示。由于電刷和電源固定聯(lián)接，無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是N極有效邊的電流方向向里,S極有效邊的電流方向向外。電動(dòng)機(jī)電樞繞組通電后中受力(左手定則)按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的交流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。FFU+–NS電刷換向片IIEE電樞：在電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換過程中，起關(guān)鍵和樞紐作用的部件電樞一般指電機(jī)需要外接電源的部分。直流電機(jī)電樞為轉(zhuǎn)子，交流電機(jī)電樞為定子對(duì)于發(fā)電機(jī)來說，它是產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的部件，如直流發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子，旋轉(zhuǎn)磁極式交流發(fā)電機(jī)中的定子對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說，它是產(chǎn)生電磁力的部件，如直流電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子FFU+–NSIIEE發(fā)電機(jī)FFU+–NSIIEE電動(dòng)機(jī)

對(duì)直流電動(dòng)機(jī)，由右手定則，電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與電樞電流或外加電壓方向總是相反，所以稱反電動(dòng)勢(shì)。對(duì)直流發(fā)電機(jī)，…

FFU+–NS電刷換向片IIEECe:

與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n:

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

：磁通1.電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

E=Cen電動(dòng)機(jī)式中：U—外加電壓

Ra

—繞組電阻2.電樞回路電壓平衡式–RaIaE+–+UM電動(dòng)機(jī)式中：U—向外供出的電壓

Ra

—繞組電阻發(fā)電機(jī)EMIf+Uf－+U－IaRaCT:與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)

:

線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流2.電磁轉(zhuǎn)矩單位:

(韋伯)，Ia

(安)，T(牛頓?米)

直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組中的電流(電樞電流Ia)與磁通

相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式為T=CT

Ia驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩FFU+–NS電刷換向片IIEEFFU+–NSIIEE發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)阻轉(zhuǎn)矩3.功率平衡關(guān)系P1=P2+

∑PP1Pme+PadPFePePCuP2總損耗Pal

=PCu＋PFe＋Pme＋Pad

=×100%P2P1空載損耗：P0=PFe＋Pme＋Pad五、直流電機(jī)的運(yùn)行分析EMIf+Uf－+Ua－Ia勵(lì)磁電壓Uf→If→Φ電樞電壓Ua→Ia↓→T→n→E1.電壓平衡方程式勵(lì)磁電路：

Uf=Rf

If電樞電路：

Ua

=E+Ra

IaT

=CTΦ

IaE=Cen直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性當(dāng)T

時(shí)，n下降不多

——特性硬；n下降多

——特性軟勵(lì)磁電路斷電的后果當(dāng)If=0，Φ=Φr

很小，n不能突變，E很小→T=

CTΦrIa小，但仍有一定數(shù)值。(1)若T＞TL→n

→飛車！(2)但如T＜TL→n

→n=0→悶車！六、直流電機(jī)的典型應(yīng)用1.直流電機(jī)的起動(dòng)Tst=CTΦIst大1）降壓起動(dòng)2）電樞回路中串電阻起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.直流電機(jī)的調(diào)速1）調(diào)壓調(diào)速2）弱磁調(diào)速直流電機(jī)的降壓起動(dòng)及調(diào)速過程直流電機(jī)的弱磁調(diào)速特性3.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與被拖動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)向相反。電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)時(shí)，可以使能量回饋到電網(wǎng)，節(jié)約能源消耗。七、直流電動(dòng)機(jī)的常見保養(yǎng)1）絕緣檢查和恢復(fù)2）電刷與刷架的檢查3）換向器的檢查堅(jiān)硬的深褐色薄膜，能夠保護(hù)換向器表面不受磨損，因此要保護(hù)好這層薄膜。4）活動(dòng)部件檢查5）電刷的更換：原長(zhǎng)度的1/3第五節(jié)異步電機(jī)一、異步電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)二、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理三、三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系四、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性五、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)六、單相異步電動(dòng)機(jī)一、異步電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)1.交流異步電機(jī)的分類單相、三相、多相臥式、立式連續(xù)、短時(shí)和斷續(xù)工作制冷卻、保護(hù)：開啟、防護(hù)、封閉和防爆式2.交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子定子風(fēng)扇

冷空氣流

罩殼（非驅(qū)動(dòng)端）端蓋（驅(qū)動(dòng)端）定子基座、定子鐵芯、定子繞組、端蓋和接線盒0.5mm厚的硅鋼片，空間相差120°電角度星形接法(Y)和三角形接法(D)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸軸承、滑環(huán)（僅限線繞式電機(jī)特有）和風(fēng)葉氣隙0.2～1.5mm

勵(lì)磁電流（40%IN）

，電機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)3.交流異步電機(jī)的銘牌“Y”：異步電動(dòng)機(jī)“YR”：繞線式電動(dòng)機(jī)“S”：短機(jī)座“M”：中機(jī)座“L”：長(zhǎng)機(jī)座“4”：電機(jī)定子繞組的極數(shù)工作制S1、S2、S3

絕緣等級(jí)與溫升IP1.定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)二、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理W2

W1V2

V1U1U2

三相(多相)電流

→三相(多相)繞組→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相繞組橫截面U1U2V1V2W2W1U1V1

W1U2V2

W2

流出

流入U(xiǎn)←V←W←U1U2V1V2W2W1i1=Imsin

ti2=Imsin(

t－120O)i3=Imsin(

t＋120O)

t=0O

時(shí)i1=0，i2＜0，i3

＞0××NSi1

i2

i3Im

tOi11）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

t=0O

時(shí)i1=0，i2＜0，i3＞0U1U2V1V2W2W1NS

t=120O

時(shí)i1＞0，i2=

0，i3＜

0U1U2V1V2W2W1NSi1

i2

i3Im

tOiU1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NS

t=240O

時(shí)i1＜

0，i2＞0，i3=0

t=360O

時(shí)i1=0，i2＜0，i3＞0NSi1

i2

i3Im

tOi2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向三相電壓中，任意交換兩根電源進(jìn)線U(i1)→V(i2)→W(i3)※由超前相轉(zhuǎn)向滯后相?！赏ㄈ肜@組中的電流的相序決定的。

怎樣改變n1的方向?V(i1)→U(i2)→W(i3)旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相YZCBXA3）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與磁極對(duì)數(shù)U1U2V1V2W2W1每相繞組由一個(gè)線圈組成U1V1W1U2V2

W2U3V3

W3U4V4

W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組由兩個(gè)線圈串聯(lián)組成（a）ωt=0°

（b）ωt=60°

（c）ωt=90°兩對(duì)極時(shí)三相定子繞組及其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分布U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××

t=0O

時(shí)

i1=0，i2＜0，i3

＞0NSNS

磁極對(duì)數(shù)p

p=2

電流變化一周→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)半圈

n1

=1500

當(dāng)磁極對(duì)數(shù)p=3時(shí)

n1

=100060f12=60f13=60f1pn1=三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速極對(duì)數(shù)每個(gè)電流周期磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速

機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)起來對(duì)稱三相繞組通入對(duì)稱三相電流旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（磁場(chǎng)能量）

磁感線切割轉(zhuǎn)子繞組

轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生e和

i

轉(zhuǎn)子繞組在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)

三相交流電能2.異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的工作原理n1n1NSn1n11.電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生×

××

×轉(zhuǎn)子電流有功分量與e2同方向轉(zhuǎn)子電流有功分量與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用NS××××轉(zhuǎn)子電流無功分量滯后e290o轉(zhuǎn)子電流無功分量與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速:電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向一致，但

異步電動(dòng)機(jī)無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)無轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流推理：如果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時(shí)針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E20旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF異步電機(jī)運(yùn)行中:S=0.01—0.09

轉(zhuǎn)差率S用來表明轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n

相對(duì)于同步轉(zhuǎn)速n1的差別程度。即：異步電動(dòng)機(jī)的三種工作狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)電磁制動(dòng)n=0S=1n=n1S=0n>n1S<0n<0S>1

轉(zhuǎn)差率及運(yùn)行狀態(tài)空載堵轉(zhuǎn)n<n10<S<1異步電動(dòng)機(jī)的三種工作狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)電磁制動(dòng)n=0S=1n=n1S=0n>n1S<0n<0S>1空載堵轉(zhuǎn)n<n10<S<1n1轉(zhuǎn)差率:s=×100%n1－nn1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速:n=(1－s)n1

起動(dòng)時(shí)n=0，s=1

理想空載時(shí)n=n1，s=0

正常運(yùn)行時(shí)0＜n＜n1，1＞s＞0

額定運(yùn)行時(shí)sN=0.01~0.093.異步電機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)

狀態(tài)制動(dòng)狀態(tài)堵轉(zhuǎn)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)理想空載狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率n＜0s＞1n=0s=10＜n＜n1

1＞s＞0n=n1s=0n＞n1s＜03.三相異步電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)1～9％電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向：電動(dòng)、制動(dòng)當(dāng)n=0時(shí)，s=1，堵轉(zhuǎn)狀態(tài)（或啟動(dòng)的瞬間）；當(dāng)n=n1時(shí)，s=0，理想空載運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)n>n1時(shí)，s<0，發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)n<0時(shí)，s>1，電磁制動(dòng)狀態(tài)。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系1.空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組通入三相對(duì)稱交流電時(shí)，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，該磁通勢(shì)產(chǎn)生的磁通絕大部分穿過氣隙并同時(shí)交鏈于定、轉(zhuǎn)子繞組，這部分磁通稱為主磁通，除主磁通外的磁通稱為漏磁通2.轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子定子風(fēng)扇

冷空氣流

罩殼（非驅(qū)動(dòng)端）端蓋（驅(qū)動(dòng)端）3.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系f2=p(n1－n)60=s

f1=pn160n1－nn1＋U1－I1R1jX1－E1＋－

E2＋jX2R2I2f1f1m1、

kw1N1m2、

kw2N21－sR2s＋U1－I1R1

jX1－E1＋－

E2s＋jX2s

R2I2sf1f2m1、

kw1N1m2、

kw2N2＋U1－I1R1

jX1－E1＋－

E2＋jX2

R2I2f1f1m1、

kw1N1m2、

kw2N21－sR2s＋U1－I1R1jX1－E1＋－

E2＋jX2R2I2f1f1m1、

kw1N1m2、

kw2N21－sR2s

用一個(gè)靜止的、電阻為R2

/s的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為R2的實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。

R2s=R2+1－ssR2轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的機(jī)械功率相對(duì)應(yīng)的等效電阻－

E1=E2'＋＋U1－I1R1jX1jX2'

R2'I2'1－sR2'sRmjXmI0空載靜止（起動(dòng)瞬間或堵轉(zhuǎn)）

∞

0四、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1）

轉(zhuǎn)矩公式

轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。P1=3U1I1Pe=m2E2I2cosφ2

=m2(4.44sf1N2Ф)I2cosφ2Pe=ΩTm2為轉(zhuǎn)子相數(shù)；

轉(zhuǎn)子角速度，運(yùn)行時(shí)近似等于同步角速度。常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)將I2，cosφ2帶入2）異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

得轉(zhuǎn)矩公式：得轉(zhuǎn)矩公式：轉(zhuǎn)矩公式：E20正比于，正比于U1得特性曲線：轉(zhuǎn)矩公式：AB在OA段，s很小，因此sE20<<R2,則在AB段，隨s增大，sE20>>R2,則特性曲線：n=n1(1-s)3）固有機(jī)械特性

當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的電源電壓及頻率為額定值，電動(dòng)機(jī)本身參數(shù)亦不變時(shí)，其特性稱為固有機(jī)械特性。軟特性：負(fù)載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)特性好。

硬特性（R2?。┸浱匦裕≧2大）

不同場(chǎng)合應(yīng)選用不同的電機(jī)。如金屬切削，選硬特性電機(jī)；重載起動(dòng)則選軟特性電機(jī)。硬特性：負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。電動(dòng)機(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力

電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。常用特性段n0nT

自適應(yīng)負(fù)載能力是電動(dòng)機(jī)區(qū)別于其它動(dòng)力機(jī)械的重要特點(diǎn)。（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，必須由操作者加大油門，才能帶動(dòng)新的負(fù)載。）直至新的平衡。此過程中，時(shí)，電源提供的功率自動(dòng)增加。n1Tn

電機(jī)在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，輸出額定功率

時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。（牛頓?米）nN2.三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩

如果電機(jī)將會(huì)因帶不動(dòng)負(fù)載而停轉(zhuǎn)。電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)載的能力。n0Tn求解3.最大轉(zhuǎn)矩（或臨界轉(zhuǎn)矩）Tmax可得臨界轉(zhuǎn)差率有兩點(diǎn)值得注意:(1)Tmax∝U12(2)最大轉(zhuǎn)矩值與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)在OA段，s很小，因此sE20<<R2,則

一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過載倍數(shù)

m=1.6~2.5.最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比

m,稱為過載倍數(shù),即Tst=1.0~2.2Tn則當(dāng)定子接通電源轉(zhuǎn)子未動(dòng)時(shí)：n=0（S=1）n0TnTL可見，并且與R2有關(guān)。一般三相鼠籠電動(dòng)機(jī)的kT

=1.0~2.2.當(dāng)轉(zhuǎn)子電路外串電阻使R2=X20時(shí),則起動(dòng)時(shí)s=1(n=0),起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)kT

，即4.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩五、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)1.三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)瞬間定子電流約為額定電流的5～7倍。1）直接起動(dòng)在發(fā)電機(jī)單機(jī)容量60％以下的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)幾乎都可采用全電壓直接啟動(dòng)。30千瓦以下的異步電動(dòng)機(jī)一般都采用直接起動(dòng)。2)降壓起動(dòng)：星形-三角形(Y－

)

換接起動(dòng)自耦降壓起動(dòng)（適用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)）3)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)（適用于繞線式電動(dòng)機(jī)）Y形連接時(shí)啟動(dòng)電流是Δ形連接時(shí)啟動(dòng)電流的

設(shè)：電機(jī)每相阻抗為Y－

換接起動(dòng)

降壓起動(dòng)時(shí)的電流為直接起動(dòng)時(shí)的+－

起動(dòng)U1U2V1V1W1W2

+－正常運(yùn)行U1U2V1V2W1W2(a)僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。

(b)Y－

起動(dòng)Y－

換接起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場(chǎng)合Y-

換接起動(dòng)應(yīng)注意的問題

正常運(yùn)行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起動(dòng)+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V12.三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率s

改變U、改變轉(zhuǎn)子R2定子繞組磁極對(duì)數(shù)p電源頻率f來實(shí)現(xiàn)人為機(jī)械特性

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，電源電壓或頻率改變，定子串電阻或電抗，以及電動(dòng)機(jī)本身參數(shù)改變，得到的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性（1）電源電壓降低時(shí)的機(jī)械特性U

Tm

Tst

T2TO（2）轉(zhuǎn)子回路電阻增大時(shí)的人為機(jī)械特性TOR2

Tst

n

硬特性：負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。軟特性：R2增大，負(fù)載增加時(shí)轉(zhuǎn)速下降較快，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)特性好。

1.變頻調(diào)速(無級(jí)調(diào)速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調(diào)+–~變頻調(diào)速方法恒轉(zhuǎn)距調(diào)速（f1<f1N）恒功率調(diào)速（f1>f1N）頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲三種電氣調(diào)速方法異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性曲線（f’’>f’>fN>f1>f2>f3>f4>f5）2.變極調(diào)速

(有級(jí)調(diào)速)

變頻調(diào)速方法可實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii??P=1

采用變極調(diào)速方法的電動(dòng)機(jī)稱作雙速電機(jī)，由于調(diào)速時(shí)其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對(duì)調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合，如銑床、鏜床、磨床等機(jī)床上。A1··A2X1X2SN(a)(b)(c)異步電動(dòng)機(jī)雙速繞組的Y、△以及YY的接線

To3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

(無級(jí)調(diào)速)

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動(dòng)機(jī)特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑、設(shè)備簡(jiǎn)單投資少，缺點(diǎn)是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。nn'??TLTLs

′s??Tso3.三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)1）反接制動(dòng)（1）電源反接制動(dòng)制動(dòng)方法機(jī)械制動(dòng)電氣制動(dòng)能耗制動(dòng)反接制動(dòng)發(fā)電反饋制動(dòng)M3~運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)?nF轉(zhuǎn)子T

n1電機(jī)運(yùn)行中，將接入電動(dòng)機(jī)的三相電源線中的任意兩相對(duì)調(diào)，使電動(dòng)機(jī)定子產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而獲得所需的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）倒拉反接制動(dòng)繞線式異步電動(dòng)機(jī)的倒拉反接制動(dòng)

nF轉(zhuǎn)子T

n1n與

n1相反2）能耗制動(dòng)nF轉(zhuǎn)子T

n1=0M3~+-運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)?RP

在斷開三相電源的同時(shí)，給電動(dòng)機(jī)其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場(chǎng)與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)距（制動(dòng)轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。nF轉(zhuǎn)子T

n1n>n1發(fā)電反饋制動(dòng)(再生制動(dòng)）

當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距作用方向發(fā)生變化，由驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)距。電動(dòng)機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速過程中的回饋制動(dòng)3）回饋制動(dòng)3）回饋制動(dòng)

位能性負(fù)載作用下產(chǎn)生的回饋制動(dòng)（1）反向再生制動(dòng)（同再生制動(dòng)，即反方向的再生制動(dòng)）（2）繞線式串電阻反接再生制動(dòng)（前述）六、單相異步電動(dòng)機(jī)1.單相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)：定子放單相繞組（其中通單相交流電）；轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。轉(zhuǎn)子

定子繞組

定子中通入單相交流電后，形成脈動(dòng)磁場(chǎng)。其磁感應(yīng)強(qiáng)度按正弦分布，且隨時(shí)間按正弦變化。定子六、單相異步電動(dòng)機(jī)1.單相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理單相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：（1）自身沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

....F轉(zhuǎn)子導(dǎo)條及電流

當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)增加時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（2）轉(zhuǎn)子借助其它力量轉(zhuǎn)動(dòng)后，外力去除后仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

定子繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)（

），可用正、反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)合成而等效。即：

+

-=

+

-=

mt

m

脈動(dòng)磁場(chǎng)的分解④④⑥⑥⑧⑧

②②

-

+③③⑦⑦⑨⑨⑤⑤①①

+

-

開始脈振停止脈振返回初態(tài)單相脈振磁場(chǎng)的特點(diǎn)：

1.

轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，單相脈振磁場(chǎng)無驅(qū)動(dòng)力矩；

2.

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，單相脈振磁場(chǎng)可產(chǎn)生一定的驅(qū)動(dòng)力矩，保持轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行。關(guān)于單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)論：

1.

單相異步電動(dòng)機(jī)不能自行起動(dòng)，應(yīng)采取其它方法才能起動(dòng)。

2.單相異步機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩比較小，轉(zhuǎn)差率較大，電機(jī)電流較大。

單相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=f(T)(或T=f(s))就是同向和反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分別產(chǎn)生的機(jī)械特性的合成。

當(dāng)單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子在外力作用下向某一方向(設(shè)向B'm的順時(shí)針方向)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)子相對(duì)于兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)差率是不同的.轉(zhuǎn)子對(duì)于與其同向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)差率為而與反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)差率則為

-

+正反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的合成轉(zhuǎn)矩合成轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零。（正向）（反向）正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反

起動(dòng)結(jié)束后，單相電流產(chǎn)生的脈振磁場(chǎng)仍然使電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

（正向）（反向）正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反2.單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法為了獲得所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，單相異步電動(dòng)機(jī)的定子進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。常用的單相異步電動(dòng)機(jī)有電容分相式異步電動(dòng)機(jī)和罩極式異步電動(dòng)機(jī)。都采用鼠籠式轉(zhuǎn)子，但定子結(jié)構(gòu)不同。1.電容分相式異步電動(dòng)機(jī)

電容分相式異步電動(dòng)機(jī)的定子中放置有兩個(gè)繞組，一個(gè)是工作繞組A–A'，另一個(gè)是起動(dòng)繞組B–B',兩個(gè)繞組在空間相隔90o。起動(dòng)時(shí)，B–B'繞組經(jīng)電容接電源，兩個(gè)繞組的電流相位相差近90o，即可獲得所需的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。電容分相式異步電動(dòng)機(jī)iAS??ABB'???A

~iB設(shè)兩相電流為兩相電流正弦波形如圖所示。工作繞組iBiAO起動(dòng)繞組ABB'A'ABB'A'ABB'A'兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)450900iBiAOS???ABB'???iAiBA

12~實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的電路

改變電容C的串聯(lián)位置，可使單相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。

將開關(guān)S合在位置1，電容C與B繞組串聯(lián)，電流iB較iA超前近90

；當(dāng)將S切換到位置2，電容C與A繞組串聯(lián)，電流iA

較iB

超前近90

。這樣就改變了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來后，利用離心力將開關(guān)S斷開(S是離心開關(guān))，使起動(dòng)繞組B–B′斷電。M~2.罩極式單相異步電機(jī)~~i

1

2定子繞組鼠籠式轉(zhuǎn)子短路環(huán)極掌(極靴)

當(dāng)電流i流過定子繞組時(shí)，產(chǎn)生了一部分磁通

1，同時(shí)產(chǎn)生的另一部分磁通與短路環(huán)作用生成了磁通

2。由于短路環(huán)中感應(yīng)電流的阻礙作用，使得

2在相位上滯后

1，從而在電動(dòng)機(jī)定子極掌上形成一個(gè)向短路環(huán)方向移動(dòng)的磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子獲得所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，轉(zhuǎn)向不能改變，常用于電風(fēng)扇、吹風(fēng)機(jī)中；電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)向可改變，故常用于洗衣機(jī)等電器中。

三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，若其中一相與電源斷開，就成為單相電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。此時(shí)電動(dòng)機(jī)仍將繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。若此時(shí)還帶動(dòng)額定負(fù)載，則勢(shì)必超過額定電流，時(shí)間一長(zhǎng)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)燒壞。這種情況往往不易察覺，在使用電動(dòng)機(jī)時(shí)必須注意。如果三相異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)前就斷了一線，則不能起動(dòng)，此時(shí)只能聽到嗡嗡聲，這時(shí)電流很大，時(shí)間長(zhǎng)了，也會(huì)使電動(dòng)機(jī)燒壞。

三相異步電動(dòng)機(jī)的單相運(yùn)行

解：電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T

U12，當(dāng)電源電壓下降低時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩減小，使轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率增加，轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)子電流和定子電流也增大。穩(wěn)定時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩等于機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩，但轉(zhuǎn)速降低了，定、轉(zhuǎn)子電流卻增大了。過程如下：使T=TC。

例：三相異步電動(dòng)機(jī)在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下運(yùn)行時(shí)，如電源電壓降低，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、電流及轉(zhuǎn)速有無變化？七、 異步電機(jī)結(jié)構(gòu)、銘牌識(shí)別與接線（實(shí)訓(xùn)）1.

異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)識(shí)別2.異步電機(jī)的銘牌識(shí)讀電流、轉(zhuǎn)速、功率、效率3.異步電機(jī)的接法第六節(jié)交流同步電機(jī)一、三相交流同步電機(jī)的構(gòu)造與工作原理

二、同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行及特性

三、同步發(fā)電機(jī)的外特性及調(diào)節(jié)特性

四、同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

五、同步電動(dòng)機(jī)的功率與功率因數(shù)

六、船用同步電機(jī)的應(yīng)用一、三相交流同步電機(jī)的構(gòu)造與工作原理

1.基本結(jié)構(gòu)1）

定子（電樞）2）

轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊成。對(duì)稱三相繞組。(1)定子鐵心：(2)定子繞組：(3)機(jī)座和端蓋等。(1)轉(zhuǎn)子鐵心：由整塊鑄（鍛）鋼制成。(2)勵(lì)磁繞組：工作時(shí)施加直流勵(lì)磁。(3)阻尼繞組和轉(zhuǎn)軸等。阻尼繞組NS+－3~×3~·····×××××+－NS2.三相同步發(fā)電機(jī)的工作原理NSSNn1n1θ電動(dòng)機(jī)狀態(tài)NSSNn1n1理想空載狀態(tài)SNn1NSn1θ發(fā)電機(jī)運(yùn)行勵(lì)磁方式1.直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁勵(lì)磁繞組由小型直流發(fā)電機(jī)供電。2.靜止整流器勵(lì)磁交流勵(lì)磁機(jī)→整流→直流電3.旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁交流勵(lì)磁機(jī)→整流→直流電→勵(lì)磁繞組。電刷集電環(huán)勵(lì)磁繞組。1.按能量轉(zhuǎn)換的方式不同：同步發(fā)動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。2.按相數(shù)的不同:三相、單相。3.按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同：隱極式、凸極式。主要種類NS+－3~×3~·····×××××+－NS勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)水輪機(jī)

臥式、立式。5.按原動(dòng)機(jī)的不同：汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)。4.按安裝方式的不同：燃燒室燃料鍋爐的爐膛循環(huán)水汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)3600r/min升壓變壓器超熱高壓蒸汽電能輸出電能的產(chǎn)生三相同步電機(jī)小型同步電機(jī)3.同步電機(jī)的銘牌參數(shù)1.額定電壓UN：線電壓的額定值。2.額定電流IN：線電流的額定值。3.額定功率PN：輸出功率的額定值。三相同步電動(dòng)機(jī)：PN

=√3UNIN

N

N三相同步發(fā)電機(jī)：PN

=√3UNIN

N4.額定轉(zhuǎn)速

nN：額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。5.額定頻率fN

：50Hz。

保持發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速不變時(shí),空載電動(dòng)勢(shì)隨勵(lì)磁電流變化的關(guān)系曲線稱為空載特性曲線.Er：剩磁電壓（在額定轉(zhuǎn)速下使If=0時(shí)所測(cè)得的電樞開路電壓）。二、同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行及特性1.同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行特性1）同步發(fā)電機(jī)的自勵(lì)起壓

自勵(lì)發(fā)電機(jī)靠剩磁建立電壓。非線性的空載特性曲線(E=f(If))與線性的場(chǎng)阻線(Zf=E/If)的交點(diǎn)即為自勵(lì)的穩(wěn)定電壓。EE=IfZfE=f（If）Er0Ifα（2）要使自勵(lì)過程構(gòu)成正反饋。自勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)起壓條件:（1）發(fā)電機(jī)要有足夠大的剩磁；EE=IfRfE=f（If）Er0Ifα（3）必須適當(dāng)整定自勵(lì)回路阻抗。2）同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行與空載特性分析

當(dāng)同步發(fā)電機(jī)接負(fù)載時(shí),電樞繞組的三相電流將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

a,這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)稱為電樞反應(yīng)磁場(chǎng)。電樞反應(yīng)：電樞磁場(chǎng)對(duì)磁極（勵(lì)磁）主磁場(chǎng)的影響電樞反應(yīng)效應(yīng)與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。2．同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行及電樞反應(yīng)同步發(fā)電機(jī)對(duì)稱負(fù)載運(yùn)行時(shí)，同步發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。1）同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行特點(diǎn)

交軸電樞反應(yīng)：使合成磁場(chǎng)

的軸線從主磁極軸線方向往后偏斜了一個(gè)角度

。2）同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)分析

交軸電樞反應(yīng)：使合成磁場(chǎng)

的軸線從主磁極軸線方向往后偏斜了一個(gè)角度

。（1）電樞電流與空載電勢(shì)同相位時(shí)的電樞反應(yīng)

直軸去磁電樞反應(yīng)：電樞磁場(chǎng)

a與磁極磁場(chǎng)

o在同一軸線上,但方向相反,起去磁效應(yīng)使合成磁場(chǎng)

<

o。（2）電樞電流落后于空載電動(dòng)勢(shì)90

時(shí)的電樞反應(yīng)故：要加大勵(lì)磁——過激輸送電感性無功至電網(wǎng)（2）電樞電流落后于空載電動(dòng)勢(shì)90

時(shí)的電樞反應(yīng)

直軸增磁電樞反應(yīng)：電樞磁場(chǎng)

a與磁極磁場(chǎng)

o在同一軸線上,且方向相同,起增磁效應(yīng)使合成磁場(chǎng)

大于主磁場(chǎng)

o。（3）電樞電流超前于空載電動(dòng)勢(shì)90

的電樞反應(yīng)故：要減少勵(lì)磁——欠激輸送電容性無功至電網(wǎng)上海海事大學(xué)輪機(jī)工程系（a）ψ＝0°（b）ψ＝90°（c）ψ＝-90°交軸電樞反應(yīng)直軸去磁電樞反應(yīng)直軸增磁電樞反應(yīng)同步發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)

通常情況下,發(fā)電機(jī)的負(fù)載多為一般電感性負(fù)載,即電樞電流落后于空載電動(dòng)勢(shì)的角度ψ小于90

一般電感性負(fù)載的電樞反應(yīng)既有去磁效應(yīng)又有交磁效應(yīng)。（4）實(shí)際負(fù)載的電樞反應(yīng)

為保持端電壓不變，應(yīng)增加勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)處于過激狀態(tài)。

當(dāng)保持額定轉(zhuǎn)速不變、保持一定的負(fù)載功率因數(shù)和勵(lì)磁電流不變時(shí),發(fā)電機(jī)的端電壓隨電樞電流變化的特性U=f(I),稱為外特性。1）外特性U=f(I)電壓變化率

同步發(fā)電機(jī)在cosφ=0.8(滯后)的負(fù)載時(shí),其電壓變化率約為20~40％,一般不超過50％。三、同步發(fā)電機(jī)的外特性及調(diào)節(jié)特性

同步發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速和一定的負(fù)載功率因數(shù)下,為保持端電壓基本不變,勵(lì)磁電流If隨負(fù)載電流I而變化的關(guān)系If=f(I)稱為調(diào)節(jié)特性。2）調(diào)節(jié)特性If=f(I)外特性調(diào)節(jié)特性船舶電力系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)作為電源，負(fù)載主要為電感性動(dòng)力負(fù)載。無功功率的變化是引起發(fā)電機(jī)端電壓變化的直接原因，因?yàn)闊o功分量產(chǎn)生直軸去磁電樞反應(yīng)。（3）電壓與無功功率的調(diào)節(jié)（4）頻率與有功功率調(diào)節(jié)fNSnT

定子電流I電磁力f轉(zhuǎn)子阻力矩TIT維持轉(zhuǎn)速增大輸入功率，即油門5.同步發(fā)電機(jī)的效率特性P1PCuPeP0P21.輸入功率（不計(jì)勵(lì)磁功率）

P1=3U1I1cos

2.電樞銅損耗

PCu=3R1I123.電磁功率

Pe

=P1－PCu4.空載損耗

P0

=PFe＋Pme＋Pad5.輸出功率

P2=Pe－P06.總損耗

Pal=

PCu＋PFe＋Pme＋Pad7.功率平衡方程式

P1

－P2=

Pal

8.效率

=×100%

P2P1四、同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)SNSNn1

同步電動(dòng)機(jī)能否在異步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行？SNSNSNSNNSSN

轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的平均值為零。

三相同步電動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)是自身沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即TST=0。因此無法自己起動(dòng)。2.異步起動(dòng)法1.變頻起動(dòng)法3.輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)1）

轉(zhuǎn)矩平衡方程式

T2=T－T04）空載轉(zhuǎn)矩2）

輸出轉(zhuǎn)矩3）電磁轉(zhuǎn)矩T2

=P2Ω==9.55P2n60P22

nT

=PeΩ==9.55Pen60Pe2

nT0

=P0Ω==9.55P0n60P02

n五、同步電動(dòng)機(jī)的功率與功率因數(shù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)T2=TL

忽略T0，

則

T=T2=TL

運(yùn)行特性當(dāng)U1=UN，f1=fN，

If=常數(shù)時(shí)，I1、T、

、

=f(P2)的關(guān)系。當(dāng)U1與E0（即n

和If）為常數(shù)時(shí)：

Pe

=f(θ)

T

=f(θ)——功角特性——矩角特性1．電磁功率與功角特性凸極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性Pe3U1E0Xd

=sin

1Xq＋

(

－

)

sin2

3U1221Xd3U1E0XdΩ

T

=sin

1Xq+(

－

)

sin2

3U122Ω1XdPe=Pe'

＋

Pe"T

=T

＋T

討論：(1)3U1E0Xd

Pe'=sin

Pe'∝E0，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁即If≠0時(shí)存在。

(2)1XqPe"=

(

－

)

sin2

3U1221XdPe"是由于Xd≠Xq

而引起的，與If

是否存在無關(guān)。

結(jié)論：(1)

Pe"使PeM

。(2)

PeM產(chǎn)生在θ＜90o

處。(3)

功角特性與矩角特性不再是正弦波?！痉至??！郊臃至?。OPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)Pe'Pe"U1I1jXs

I1－E0

θΨΨPe

=3sinθ

U1E0XsT

=3sinθ

U1E0XsΩOPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)※當(dāng)θ=90o時(shí):

Pe

=PeM，T

=TM隱極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性代入0Pe/Tθ

90o

a'0Pe/Tθ

90o

aT

T1=T

+

T0a點(diǎn)：

T1

→

→T

…

T1

=T

+T0為止，在b點(diǎn)重新穩(wěn)定運(yùn)行0<<M——穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。bT1'

=T'

+

T0a'

點(diǎn)：

T1

→

→T

···T1更大于T

+T0，n再也回不到n0→失步。

M<<180°——不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行問題過載能力

MP=P2MPN=2~3.5最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定功率角為了滿足過載限制的要求，隱極同步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，凸極同步電動(dòng)機(jī)，額定運(yùn)行時(shí)的功率角還要小一些。。

5．同步發(fā)電機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)

同步電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)

調(diào)節(jié)If

→

調(diào)節(jié)cos

→－90o＜

＜90o(純電容性)