哈工大电机学期末复习题集--电机学课件--汤蕴

哈工大电机学期末复习题集本课程由汤蕴教授主讲，旨在帮助学生更好地掌握电机学知识电机学概述能量转换电磁原理电机将电能转换为机械能或反之电机的工作基于电磁感应和电磁力应用广泛电机广泛应用于工业、交通、家用电器等领域电磁感应定律法拉第电磁感应定律是电磁学的基本定律之一，它揭示了变化的磁场产生电场，并由此产生感应电动势的现象这个定律是电机学的基础，也是理解电磁感应现象的关键法拉第电磁感应定律指出，闭合电路中感应电动势的大小等于穿过该电路的磁通量的变化率感应电动势的方向可以用楞次定律来判断，即感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量变化电磁感应规律及感应电动势法拉第电磁感应定律楞次定律感应电动势的计算当穿过闭合电路的磁通量发生变化时感应电流产生的磁场方向总是阻碍引感应电动势的大小可以用公式，电路中就会产生感应电动势，其大起感应电流的磁通量变化Φ来计算，其中为线圈匝E=N*d/dt N小等于磁通量变化率的负值数，Φ为磁通量，为时间t交流电机的基本原理电磁感应1利用电磁感应原理，使定子绕组产生旋转磁场，从而驱动转子转动电磁转矩2转子绕组中的电流与定子磁场相互作用，产生电磁转矩，推动转子旋转能量转换3将电能转换为机械能，实现电机的驱动功能同步电机的结构及工作原理结构特点工作原理同步电机由定子、转子、励磁绕组和电枢绕组组成定子为固定部同步电机的工作原理是基于电磁感应定律，当定子绕组通入交流电分，转子为旋转部分定子绕组通入交流电产生旋转磁场，转子绕时，会产生旋转磁场，该磁场会切割转子绕组的导体，从而在导体组通入直流电产生磁场，转子磁场与定子磁场同步旋转，从而带动中产生感应电动势，使转子旋转当转子的转速与定子磁场的旋转转轴旋转速度相同时，电机处于同步状态，此时转子的转速与电源频率成正比异步电机的结构及工作原理异步电机主要由定子、转子、转轴、机座、轴承等组成定子由定子铁芯和定子绕组组成转子可分为鼠笼式转子和绕线式转子异步电机工作原理基于电磁感应原理，定子绕组通入交流电产生旋转磁场，切割转子导体产生感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用产生转矩，驱动转子旋转转子的转速小于定子旋转磁场的同步转速，所以称为异步电机异步电机的特性转速特性转矩特性12异步电机转速与负载转矩异步电机转矩与转差率有有关，负载转矩增大，转关，转差率越大，转矩越速下降大效率特性功率特性34异步电机效率与负载转矩异步电机功率与转矩和转有关，负载转矩增大，效速的乘积有关，负载转矩率升高至最大值后下降增大，功率增大电机的转矩滑差曲线--10最大转矩同步转速电机能够产生的最大转矩，与电电机转子旋转的速度，与电源频机参数有关率和电机极数有关100%滑差同步转速与电机实际转速之差，反映电机能量转换效率异步电机的启动特性和制动特性启动电流1启动时电流很大，可能造成电源电压下降和烧毁电机启动转矩2启动转矩的大小决定了电机能否带动负载启动启动时间3电机从静止到稳定运行的时间，过长会导致启动过程过长制动特性4制动特性是指电机停止运行时的速度变化和能量消耗特性异步电机的速度调节方法转子电阻调速变频调速通过改变转子回路的电阻值利用变频器改变电源频率来来调节转速调节转速滑差极调速磁场调速通过改变定子绕组极数来调改变励磁电流的大小来调节节转速转速同步电机的特性分析同步转速功率特性同步电机转速与电源频率成正比同步电机具有较高的功率因数，，不受负载变化的影响可实现无功功率补偿稳定性同步电机具有良好的稳定性，能承受较大负载变化同步电机的并网及并网条件频率一致1同步电机和电网频率相同电压一致2同步电机和电网电压大小和相位相同相序一致3同步电机和电网相序相同同步电机的励磁系统和调压系统励磁系统调压系统为同步电机提供励磁电流，控制电机磁场强度通过调节励磁电流，控制同步电机输出电压直流电机的基本结构与工作原理直流电机是一种以直流电为电源，利用电磁感应原理实现电能转换的电机它主要由定子和转子两部分组成定子部分通常包含电磁铁或永久磁铁，用来产生磁场转子部分包含绕组和换向器，用来接收电流并产生转矩直流电机的工作原理是，当电流流过转子绕组时，会产生磁场，与定子磁场相互作用，产生转矩，从而带动转子旋转换向器的作用是，根据转子的旋转方向，不断改变转子绕组中的电流方向，使转子能够持续旋转直流电机的分类及特性分类特性按励磁方式分他励、自励、复合励磁直流电机具有以下特性•按电枢绕组类型分并绕、串绕、复绕•转速可调•按电刷位置分单电刷、双电刷、多电刷•启动转矩大•运行平稳•控制精度高•直流电机的启动和制动启动直流电机启动过程是一个将电能转化为机械能的过程，需要克服电机的静摩擦力和负载阻力制动直流电机制动是将电机动能转化为电能或热能，从而减速或停止电机旋转方法常用的启动和制动方法包括电阻启动、反接制动、再生制动等直流电机的串励和并励特性串励电机并励电机电枢绕组和励磁绕组串联连电枢绕组和励磁绕组并联连接，励磁电流等于电枢电流接，励磁电流与负载电流无，转速随负载电流增加而下关，转速随负载电流增加而降轻微下降复合励磁电机兼具串励和并励特性的电机，具有较好的启动特性和稳定性直流电机的调速方法改变励磁电流改变电枢电压12通过调节励磁电流的大小通过改变电枢回路的电压，可以改变直流电机电枢，可以改变电枢电流的大回路的磁通量，从而实现小，从而实现调速调速改变电枢回路的电阻3通过调节电枢回路中的电阻，可以改变电枢电流的大小，从而实现调速步进电机的基本结构及工作原理步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的执行机构它由定子、转子、控制电路等部分组成定子通常由多个绕组组成，每个绕组对应一个磁极转子通常由永磁体或铁芯组成当控制电路给定子绕组施加脉冲电流时，定子磁场发生变化，转子就会相应的转动一个固定角度，这个角度称为步进角步进电机的基本工作原理是当给定子绕组施加脉冲电流时，定子磁场会发生变化，转子就会相应的转动一个固定角度这个角度称为步进角步进电机的步进角通常为度或度，也有更小的步进角

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80.9步进电机的转动角度与施加的脉冲数量成正比因此，步进电机可以精确控制转动角度步进电机的工作原理简单，易于控制，精度高，因此在自动化领域应用广泛步进电机的特性及应用高精度定位较快的响应速度步进电机可以实现精确的角位移步进电机响应速度快，能够快速控制，适用于高精度定位需求完成位置变化，适合高速应用灵活的控制方式步进电机可以通过脉冲信号进行控制，能够实现多种运动模式电机效率及其测量方法效率输出功率输入功率/测量方法负载法空载法无负载法,,影响因素电机类型负载大小工作状态,,电机的机械特性曲线电机机械特性曲线反映了电机在不同转速下的转矩变化关系它是电机的重要性能指标之一，可以用来分析电机在不同负载下的工作特性电机机械特性曲线通常用转速转矩曲线来表示，横坐标表示电机转速-，纵坐标表示电机转矩曲线的形状取决于电机类型、负载情况以及其他因素电机绕组的绕线方法绕组类型绕组连接电机绕组主要分为单层绕组绕组连接方式包括星形连接和双层绕组两种、三角形连接和混合连接绕组匝数绕组匝数决定了电机的电磁转矩和电压等级电机的冷却方式自然冷却强制风冷水冷通过电机表面的自然对流和辐射散热通过风机强制送风来加速散热适用通过水循环带走热量适用于超大型适用于小型电机或低功率电机于中大型电机或高功率电机电机或功率极高的电机电机绕组的绝缘体系绝缘层绝缘漆电机绕组的绝缘层通常由多种材料组成，例如云母、玻璃纤绝缘漆涂覆在绕组表面，可以增强绝缘强度，防止潮气和灰维、聚酯薄膜等，起到隔离绕组与其他部件的作用，防止短尘侵入，延长绕组使用寿命路和漏电电机的故障诊断与维修故障诊断1确定电机故障的性质和原因维修2对电机进行修理和保养预防性维护3定期检查和维护，避免故障电机故障诊断和维修是电机使用过程中不可或缺的一部分，通过准确的诊断和有效的维修，可以提高电机运行的可靠性和延长其使用寿命预防性维护是防止电机故障的关键，通过定期检查和维护，可以有效降低故障发生的概率，确保电机安全可靠运行电机的选型与电力拖动系统设计负载特性工作环境负载类型、转速、转矩、功环境温度、湿度、粉尘等因率等因素直接影响电机选择素会影响电机性能和寿命运行方式成本因素连续运行、间歇运行、频繁综合考虑电机价格、维护成启动等因素决定电机类型本、能源消耗等因素电机控制系统的基本组成控制单元驱动电路传感器反馈电路控制单元是电机控制系统驱动电路将控制单元的输传感器用于检测电机运行反馈电路将传感器的检测的核心，负责接收指令，出信号放大，并驱动电机状态，如速度、位置、电信号转换为控制单元可以处理数据，并输出控制信运行，实现对电机速度、流等，并将检测到的信息识别的信号，并将其反馈号转矩等参数的控制反馈给控制单元，实现闭给控制单元，完成闭环控环控制制电机控制系统的基本功能控制电机速度，以满足不同应用控制电机转矩，实现平稳启动、需求制动和负载调节控制电机功率，提高效率并节约保护电机安全运行，避免过载、能源过热和短路电机控制系统常见形式及其特点可编程逻辑控制器单片机控制系统PLC体积小巧、成本低廉，适用适用于自动化生产线和工业于小型电机控制和嵌入式系控制应用，提供灵活性和可统编程性数字信号处理器专用集成电路DSP ASIC处理速度快、实时性强，适针对特定功能设计，提供高用于高速电机控制和运动控性能和低功耗，适用于高集制成度应用电机控制系统的基本性能指标。