电机学基础 · 随身解题手册第4版教材配套

直流电机学基础 + 直流电机

Ea = CEΦn  Te = CTΦIa  CT = 9.55CE
Pem = EaIa = TeΩ  Te = 9.55Pem/n  TN = 9550PN/nN
电动机:Ea = U − IaRa | 发电机:Ea = U + IaRa
并励:Ia = IN − If,If = U/Rf 串励:Ia = If = IN
n = (U − IaRa)/(CEΦ)  n₀ = U/(CEΦ)
η = P₂/P₁ = 1 − Σp/P₁  Σp = PCua+PCuf+Pc+Pmech+PFe+Padd

变压器变压器

k = N₁/N₂ = U₁/U₂  E = 4.44fNΦm  I₁ ≈ I₂/k
空载:Zm=U₀/I₀,Rm=P₀/I₀²,Xm=√(Zm²−Rm²)
短路:Zk=Uk/IN,Rk=Pk/IN²,Xk=√(Zk²−Rk²)
ΔU% = β(urcosφ₂ + uxsinφ₂)×100%
η = 1 − (P₀+β²PkN)/(βSNcosφ₂ + P₀ + β²PkN)  βm=√(P₀/PkN)

绕组交流绕组

n₁ = 60f/p  τ = Q/(2p)  α = p·360°/Q  q = Q/(2pm)
ky1 = sin(y₁/τ·90°)  kq1 = sin(qα/2)/(q·sin(α/2))  kw1 = ky1kq1
EΦ = 4.44 f N kw1 Φ₁
单相脉振 FΦ1 = 0.9Nkw1I/p | 三相旋转 F₁ = 1.35Nkw1I/p

异步异步电机

s = (n₁−n)/n₁  f₂ = sf₁  n = (1−s)n₁
Pem : PCu2 : Pmech = 1 : s : (1−s)  PCu2 = sPem
T = 2Tmax/(s/sm + sm/s)  sm = sN(km+√(km²−1))
I₂′ = U₁/√[(R₁+R₂′/s)² + (X₁+X₂σ′)²]
Y–Δ:Ist、Tst 均降为 1/3  Tmax ∝ U²,sm ∝ R₂
转子串电阻:s′/s = (R₂+Rc)/R₂  R₂ = sNU₂N/(√3I₂N)

同步同步电机

n = n₁ = 60f/p  Pem = mUE₀sinθ/Xt
隐极 θ=90°:Pmax = mUE₀/Xt  km = Pmax/PN
凸极附加:+ mU²(1/Xq − 1/Xd)·sin2θ/2

拖动电力拖动

Te − TL = J·dΩ/dt  Te − TL = (GD²/375)·dn/dt
折算:TL′ = TL/(jη)  GD²′ = GD²/j²
他励:n = U/(CEΦ) − Ra/(CECTΦ²)·T = n₀ − βT
起动:γ = m√(UN/(I₁Ra)),R₁=γRa,R₂=γR₁ …
能耗:n₀=0 反接:n₀′=−U/(CEΦ) 回馈:n>n₀

常数常用数值

2π/60 = 0.1047 | 60/(2π) = 9.55 | 9550 = 9.55×1000 | √3 = 1.732

50Hz 同步转速:p=1→3000,2→1500,3→1000,4→750,5→600,6→500

电刷接触压降 2ΔU ≈ 2V(石墨电刷);附加损耗 Padd = 1%PN

直流电机

Q 为什么直流电机要装换向器?
把电枢内的交变电动势/电流经电刷换向,使外电路的电流方向恒定;同时保证同一磁极下导体电流方向不变,转矩方向一致。
Q 电枢反应是什么?对电机有何影响?
电枢磁动势使气隙磁场畸变(交轴电枢反应),物理中性线偏移;若电刷不在几何中性线还有直轴分量,起去磁或助磁作用,使端电压下降、换向变坏。
Q 并励发电机如何自励?条件是什么?
剩磁产生小电动势→建立小励磁电流→磁通增强→电动势升高,正反馈直至饱和点稳定。条件:有剩磁、励磁绕组接法使磁通与剩磁同向、励磁电阻小于临界电阻。
Q 串励电动机为什么不能空载运行?
Ia=If,空载时 Ia 很小→Φ 很小→n≈U/(CEΦ) 急剧升高,造成"飞车"损坏电机。

变压器

Q 为什么空载试验在低压侧做、短路试验在高压侧做?
空载:电压低侧加压更容易、更安全;短路:加的是很小的电压,电流却达到额定,在高压侧做所需电源电压更低、电流更小。
Q 并联运行的条件?不满足会怎样?
变比相同、联结组相同、短路阻抗标幺值基本相同。变比不同→环流;组别不同→相位差大→巨大环流(严禁);zk*不同→负载分配不均、容量不能充分利用。
Q 电流互感器为什么二次不许开路?
二次开路时一次电流全部变成励磁电流,铁心高度饱和、铁耗剧增而过热,并在二次绕组感应危险高压。

异步电机

Q 为什么异步电机必须"异步"?
n=n₁ 时转子与旋转磁场无相对运动,无感应电动势、无转子电流、无转矩,无法维持运转,所以必须 n<n₁。
Q 转子串电阻为什么既降起动电流又增起动转矩?
串电阻使转子回路阻抗增大→Ist 减小;同时 sm 随之增大,起动点 s=1 更接近 sm,转矩反而上升(直到 sm=1 为最大)。
Q 为什么轻载时功率因数低?
轻载时转子电流小、有功分量小,而定子励磁电流(无功分量)基本不变,所以 cosφ 降低。
Q 变频调速为什么要保持 U/f 恒定?
Φ ≈ U/(4.44fN),保持 U/f 恒定即保持磁通恒定;否则 f 降而 U 不降会磁路饱和、励磁电流激增。

控制电机 + 拖动

Q 伺服电机为什么必须消除"自转"?
自转=控制电压消失后仍继续转动,等于失控,控制系统不允许;靠增大转子电阻使 sm≥1 消除。
Q 步进电机单拍制与双拍制区别?
单拍:每次一相通电,步距角大、转矩小、易振荡;双拍:两相同时通电,步距角减半、转矩大、运行平稳。
Q 拖动系统稳定运行的判据?
在交点处 dTe/dn < dTL/dn(电动机特性比负载特性更"硬");扰动后能自动回到平衡点。
Q 起重机下放重物三种方式怎么选?
回馈制动:转速高于理想空载、快且回馈电能;倒拉反接:转子串大电阻,低速下放;能耗制动:用于停车、不能长时间稳速下放。

教材:孙建忠、刘凤春《电机与拖动》第4版(机工社)

章节页对应题型
第1章 电机学基础知识1磁路、电磁感应、4.44
第2章 直流电机22结构、电枢反应、Ea/Te
 2.5 直流电动机运行分析35题型1~8 全部
 2.6 直流发电机运行分析39并励自励、外特性
 思考题与习题44作业题源
第3章 变压器47变比、等效电路
 3.5 参数测定71空载/短路试验
 3.6 运行特性77ΔU、η
 3.7 三相变压器与联结组82Yy0 / Yd11
 3.8 并联运行87并联条件、负载分配
 思考题与习题99作业题源
第4章 异步电机103原理、结构
 4.2 三相交流绕组111τ、α、q、绕组因数
 4.3 绕组磁动势1150.9 / 1.35
 4.4 绕组感应电动势125E=4.44fNkw1Φ
 4.5 等效电路128折算、T形/简化
 4.6 功率和转矩134PCu2=sPem、T-s
 4.7 工作特性与参数测定142空载/堵转试验
 思考题与习题153作业题源
第5章 同步电机156结构、电枢反应
 5.3 稳态分析168E₀、Xd/Xq
 5.4 功率和转矩176功角特性、Tmax
 5.6 与电网并联运行181并网条件、V形曲线
 5.7 同步电动机188功率因数调节、补偿机
 思考题与习题198作业题源
第6章 控制电机202伺服、步进、测速、自整角机
 思考题与习题217简答题源
第7章 电力拖动基础219运动方程、折算、稳定
第8章 他励直流电动机拖动233机械特性
 8.2 起动和反转235分级起动电阻
 8.3 调速237串阻/降压/弱磁
 8.4 制动242能耗/反接/回馈
 8.5 四象限运行248象限判断
第9章 异步电动机拖动252机械特性
 9.2 起动257Y–Δ、自耦、串阻
 9.3 调速267变极/变频/调压/串阻
 9.4 制动280回馈/反接/能耗
第10章 同步电动机拖动291起动、调速
第11章 电动机的选择306发热、工作制、容量
你 E 盘那份 339 页的 电机与拖动_.pdf 就是这本,扫描页码与上表一致(PDF 第 1 页 = 封面,正文从 PDF 第 15 页左右开始,差 14 页左右)。

① 并励/他励直流电动机 额定点

② 三相异步电动机 额定点

③ 变压器 效率 / 电压调整率

④ 多轴拖动折算 + 他励起动电阻级数

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公式以教材为准;老师有特殊约定时以课堂为准