电机与电气控制技术教案.docx

第1、2课时课题:电磁学基础知识教学目的和要求：补充了解磁场的基本物理量以及铁磁材料的性质和磁路欧姆定律，掌握交 流铁心线圈电路中的电磁关系并了解其功率损耗情况。重点与难点：掌握铁磁材料的性质、交流铁心线圈电路中的电磁关系及其功率损耗。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析，应用介绍，案例教学。预复习任务：复习前期学的电工技术基础相关知识。一、磁路的基本物理量磁场可由电流产生，用磁感线来描述。磁场的强弱可用磁感线的疏密程度 来表示。磁感线可以看成是无头无尾的闭合曲线。1）磁感线的回转方向和电流方向之间的关系遵守右手螺旋法则。2）磁感线总是闭合的，既无起点，也无终点。3）磁场中的磁感线不会相交，因为磁场中每一点的磁感应强度的方向都是 确定的、唯一的。a)a)b)1.磁通磁场中穿过某一截面积A的总磁线数称为通过该面积的磁通量，简称磁通,重点是空载运行时电动势平衡方程式,空载电流的作用。 难点是变压器空载运行时的相量图。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析。预复习任务：复习电工基础相关知识，题解正弦量的正方向的规定。变压器的空载运行是指变压器的一次绕组接在额定电压的交流电源上，而二次统组开二次统组开路时的工作情况，如图1-4所示。所示。图1-4单相变压器空载运行原理图、空载运行时各物理量正方向的规定正弦量的正方向通常规定如下：1）电源电压U正方向与其电流/正方向采用关联方向，即两者正方向一致。2）绕组电流/产生的磁通势所建立的磁通6,这二者的正方向符合右手螺旋定则。3）由交变磁通”产生的感应电动势产，二者的正方向符合右手螺旋定则， 即它的正方向与产生该磁通的电流正方向一致。由上述规定，在图4中标出各电压、电流、磁通、感应电动势的正方向如图中 所示。二、感应电动势与漏磁电动势.感应电动势若主磁通，6二at,则一、二次绕组感应电动势瞬时值为:=Emsin(a)t - 90°) d。2 = - N2 = £72mSin( cut 9(/0 de其有效值为：E产4.44中m(1-5)E2=4.442ra(1-6)相量表不为：g=-J4.44/N机(1-7)E2=-j4A4fN2i, (1-8).漏磁电动势变压器一次绕组漏磁感应电动势/为：三、变压器空载运行时的电动势平衡方程式和电压比一次纱组里动学平.衡方程声:.? = 一 g 以 + 4 K =£ + 4 K + ”0 X| (1-9)6 尸-石=_/4.4441封”(1-10)二次强组日端电压等于其感应电动势：u20 = e2 (1-11)变压器一次绕组的匝数与二次绕组匝数N2之比称为变压器的电压比k,即 12121112(1 12)当一>。时,k<l,则U2>U1,为升压变压器；若/VN1, k>l,则U2VU1, 为降压变压器。若改变电压比k,即改变一次或二次绕组匝数，则可达到改变 二次绕组输出电压时目的。四、空载电流和空载损耗变压器空载运行时，空载电流廉分解成两部分：1 .无功分量阪，用来建立磁场，起励磁作用，其与主磁通同相位；2 .有功分量Ie,用来供给变压器铁心损耗，其相位超前主磁通约90°。 即 J - J + /2 10 -210P五、变压器空载运行时的相量图第7、8课时课题:单相变压器的负载运行教学目的和要求：与空载运行时相比较，掌握单相变压器的负载运行特性，强调变压器的三 个变换特性以及运行特性。重点与难点：重点是负载运行时的磁通势平衡方程式和电动势平衡方程式，变压器的作 用，电压变化率。难点是负载运行时的基本方程式，变压器负载运行时的相量图。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析。预复习任务：复习单相变压器空载运行时的特性，预习本节内容，作比较分析。变压器的负载运行：是指变压器在一次绕组加上额定正弦交流电压，二次 绕组接负载的情况下的运行状态，如图6所示。ZlZl图1-6变压器负载运行示意图一、负载运行时的各物理量负到运行时一、二次电流关系 =-(NjN2)J2(1-14)上式表明变压器负载运行时，二次电流的变化同时引起一次电流的变化。二、变压器负载运行时的基本方程式.磁通势平衡方程式a)客压器负载运行时磁通势平衡方程式为汴+力/二/12(1-15)(2)电流平衡方程式为1 = /io +1 = /io +，2k7=10+ L(a _1忽略110时，一、二次绕组电流有效值关系为112(1-17)2.电动势平衡方程式二次绕组中漏磁电动势线2即：(1-18)Ed2 =jl2L2 =-jI2X2107负载运行时的一、二次绕组的电动势平衡方程式为U = - E +1 & + Xx =_= + / ZxU 2 = E2 一 12 R2 一 J12 X 2 = E<2 12 Z?fl _9U2 =Zl八-9综上所述，变压器负载运行时的基本方程式有/1 ni2 n2 = z10 N6 = £ + ；与+"X =£ + i 4Un = E? - 12 R? j 12 X 2 = E2 _ 12 Z?E = kE?，2TU2 =，2 Zl三、变压器负载运行时的相量图四、变压器的作用通过对变压器负载运行的分析，可以清楚地看出变压器具有变电压、 流、变阻抗的作用。1 .变换电压Ui2 G£12122 .变换电流变电3.3.变换阻抗I12N21=1图18变压器的阻抗变换原理等效电路U (Ni/N2)U2二二 l = 2l/、 c/ (N2/NDI2 nJ 1 L| 1 L| C" 上式表明，经变宸器把负载阻抗尉|变换为Z； o通过选择合适的电压比k,可把实际负载阻抗变换为所需的阻抗值，这就是变压器的变换阻抗作用。五、变压器的运行特性变压器运行特性主要有：(1)外特性(2)效率特性。1 .变压器的外特性和电压变化率(1) 变压器的外特性：是指在一次绕组加额定电压，负 率因数3为额定值时，二次绕组端 压小随负载电流L的变化关系，即 曲线，如图9所示。在纯电阻负我时，电压变化较小;图1-9变压器的外特性为感性负我时，电压变化较大；而在容性负载时，端电在可能出现随负载电流的增加反而上升，如图9中曲线3所示。 电压变化率.变压器的效率特性变压器的效率特性：是指负载功率因数42不 变的情况下，变压器效率随负载电流变化的的关 系，即曲线n=f (L),如图10所示。对于电力变压器，最大效率出现在12二(0. 5 0. 75) Ln时，其额定效率=0.95 0. 99。第9、10课时课题:三相变压器教学目的和要求：掌握三相变压器的联结组别和变压器的并联运行条件，会用试验方法来确 定绕组的同名端。重点与难点：重点是掌握三相变压器绕组的联结法，会确定绕组的同名端。难点是用时钟法来分析判别三相变压器的联结组别，掌握三相变压器的并联 运行条件。教学方法：以三相变压器的广泛应用为切入点，以图片和实例为依托说明其工作原理, 绘图说明三相变压器的同名端的确定、联结组别的判定。预复习任务：复习单相变压器的工作原理、结构，预习三相变压器的相关内容，比较归纳。三相变压器组：是由三个单相变压器按一定方式连接在一起组成的。三相心式变压器：将三个铁心柱用铁辄连在一起来构成三相心式变压器。一、三相变压器的磁路系统ABC二、三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统是指三相变压器各相的一次统组、二次绕组的连接 情况。三相变压器绕组的首端和尾端的标志规定如表1所示。表三相变压器绕组首端和末端的标志绕组名称首端尾端中性点一次绕组A、B、CX、Y、ZN二次绕组a、b、cx、y、zn三相变压器绕组的联结有星形和三角形两种联结方式。如图13a所示。a)a)b)c)图1-13三相变压器绕组的联结方式a)星形联结b)星形联结中点引出c)三角形联结用字母Y或y分别表示一次绕组或二次绕组的星形联结。若同时也把中点 引出，则用或表示，用字母D或d分别表示一次统组或二次绕组的三角形联结。我国生产的电 力变压器常用、等四种联结方式，其中大写字母表示一次绕组的联结方式， 小写字母表示二次绕组的联结方式。高低压绕组相电动势的相位关系：1 .同名端两个绕组中电动势极性相同的两个端点2 .单相变压器的联结组063 .三相变压器联结组标号的确定观察绕组联结图，判断联结方式；(1) 联结图上标出高低压绕组的相电动势和线电动势参考方向： 末端指向首端(2) 画出高压绕组的电动势相量图_绕组为星形时，先确定相电动势，再确定线电动势，相电动势相量画成星形; 绕组为三角形时，先确定线电动势，再确定相电动势，相电动势相量画成三 角形。(3) 画出低压绕组的电动势相量图都先画相电动势，再画线电动势相量，星形联结时，相电动势相量画成星形;三角形联结时，相电动势相量画成三角形。(4) 判断联结组号，写出联结组三、变压器的并联运行变压器并联运行条件：1. 并联运行的各台变压器的额定电压与电压比要相等。2. 并联运行变压器的联结组别必须相同。3. 并联运行的各变压器的短路阻抗的相对值要相等。第11、12课时课题：其他用途的变压器教学目的和要求：掌握自耦变压器的工作原理和应用。掌握电压互感器、电流互感器的使用。掌握弧焊变压器的使用条件。重点与难点：重点是自耦变压器的工作原理和电压互感器、电流互感器使用时的注意事项 和要求。难点是带电抗器和带磁分路的弧焊变压器的调节电流原理。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析。预复习任务：课后习题的完成。本节介绍常用的自耦变压器、仪用互感器和弧焊变压器的工作原理及特点。 一、自耦变压器1.自耦变压器的结构特点是：一、二次绕组共用一个绕组。如图1 20所示。 对于降压自耦变压器，一次绕组的一部分充当二次绕组；对于升压自耦变压器, 二次绕组的一部分充当一次绕组。因此自耦变压器一、二次绕组之间既有磁的联系，又有电的直接联系。将 一、二次绕组共用部分的绕组称为公共绕组。下面以降压自耦变压器为例分析 其工作原理。2.自耦变压器的电压比3.4.5.自.耦变压器的.变流公式i =-(愀/乂)。=-1/左(1-24)自耦变压器的输出视在功率(即容量)为2122 (1) 22I12I2 (1 1) 211 (125)使用注意事项图1-20降压自耦变压器原理图(1)在低压侧使用的电气设备应有高压保护设备，以防过电压；(2)有短路保护措施。6.种类：自耦变压器有单相和三相两种。一般三相自耦变压器采用星形接法。图1-21为三相自耦变压器原理图。如果将自耦变压器的抽头做成滑动触头，就成为自耦调压器，常用于调节 试验电压的大小。图1-22为常用的环形铁心单相自耦调压器原理图。图1-22单相自耦调压器原理图图121三相自耦变压器原理图a)结构示意图b)电路原理图二、仪用互感器仪用互感器：供测量用的变压器。可分为电压互感器和电流互感器。1 .电压互感器压器。压器。图1-23电压互感器原理图(1)电压互感器：实质上是一个降压变图23为电压互感器原理图。单位。磁场中穿过某一截面积A的总磁线数称为通过该面积的磁通量，简称磁通 ，单位。当线圈中通以电流后，大部分磁感线沿铁心、衔铁和工作气隙构成回路，这部 分磁通称为主磁通；还有一部分磁通，没有经过气隙和衔铁，而是经空气自成 回路，这部分磁通称为漏磁通。磁通经过的闭合路径叫磁路。磁路和电路一样，分为有分支磁路和无分支 磁路两种类型。2 .磁感应强度B描述磁介质中实际的磁场强弱和方向的物理量，是矢量，用B表示。均匀 磁场中，若通过与磁感线垂直的某面积A的磁通为，则B =/ A所以磁感应强度也称磁通密度，单位TA.磁场强度H是进行磁场计算时引进的一个物理量，电流产生磁场外，介质被磁化后还 会产生附加磁场。单位安每米。H代表电流本身产生的磁场的强弱，反映了电流的励磁能力，大小只与该 电流的大小成正比，与介质的性质无关；B代表电流所产生的以及介质被磁化所产生的总磁场的强弱，其大小不仅 与电流的大小有关，还与介质的性质有关。3 .磁导率u磁感应强度B与磁场强度H之比，是衡量物质导磁能力的物理量。U二 B / H“为导磁物质的磁导率。真空的矶手率为。4»4才料的，例铸钢的u约为 的1000仅0，各种硅钢片的口约为的60007000倍。4 .磁场储iA/加 磁场能够储存能量，这些能量是在磁场建立过程中由其他能源的能量转换而来 的。电机就是借助磁场储能来实现机电能量转换的。它的一次绕组M匝数很多，直接并接在被测的高压线路上，二次统组岫匝数较少，接电压表或其他仪表的电压线圈。(2)使用电压互感器时，应注意以下几点：a.电压互感器在运行时二次绕组绝不允许短路，否则短路电流很大，会将 互感器烧坏。为此在电压互感器二次侧电路中应串联熔断器作短路保护。b.电压互感器的铁心和二次绕组的一端必须可靠接地，以防一次高压绕组 绝缘损坏时，铁心和二次绕组带上高电压而触电。c.电压互感器有一定的额定容量，使用时不宜接过多的仪表，否则将影响 互感器的准确度。2.电流互感器(1)电流互感器：一次绕组匝数很少，一般只有一匝到几匝；二次绕组匝数很 多。使用时一次绕组串接在被测线路中，流过被测电流，而二次绕组与电流表 或仪表的电流线圈构成闭合回路，如图1 24所示。图1-24电流互感器原理图八-97由于电流互感器二次绕组所接仪表阻抗很 小，二次绕组相当于短路，因此电流互感器运行 情况相当于变压器短路运行状态。(2)使用电流互感器时，应注意以下几点：a.电流互感器运行时二次绕组绝不许开路。 电流互感器的二次绕组电路中绝不允许装熔断 器。在运行中若要拆下电流表，应先将二次绕组 短路后再进行。b.电流互感器的铁心和二次绕组的一端必须可靠接地。以免绝缘损坏时, 高压侧电压传到低压则，危及仪表及人身安全。C.电流表内阻抗应很小，否则影响测量精度。三、弧焊变压器弧焊变压器实质上是一台特殊的降压变压器。1 .对弧焊变压器提出以下要求：1)为保证容易起弧，空载电压应在60 75V之间。2)负载运行时具有电压迅速下降的外特征，如图1 25所示。一般在额定 负载时输出电压在30V左右。3）焊接电流可在一定范围内调节。4）短路电流不应过大，且焊接电流稳定。2 .如何满足上述要求：弧焊变压器具有较大的电抗，且可以调节。为此弧焊变压器的一、二次绕 组分装在两个铁心柱上。为获得电压迅速下降的外特性，以及弧焊电流可调， 可采用串联可变电抗器法和磁分路法，由此滋生出带电抗器的弧焊变压器和带 磁分路的弧焊变压器。第13、14课时课题:三相异步电动机的结构与原理教学目的和要求：掌握三相异步电动机的基本结构与工作原理，电动机的铭牌数据。会用转速 与转差率的公式计算有关参数。重点与难点：重点是掌握三相异步电动机的基本结构与工作原理。难点旋转磁场的理解。教学方法：以三相异步电动机的广泛应用为切入点，以多媒体课件图片和实例为依托 掌握三相异步电动机的结构，绘图说明三相异步电动机的工作原理，介绍旋转 磁场的建立，转子转动的条件，转向、转速等问题。预复习任务：课后复习理解旋转磁场的转速、电机转速的区别；完成课后作业。旋转电机分类：按工作方式不同，可分为品电机品电机直流发电机直流电动机感应（异步）电动机Y旋转机交流电机感应电机（异步电机）感应（异步）发电“同步电机同步发电机Y同步电动机、同步补偿机其中，异步电动机按相数不同，可分为三相异步电动机和单相异步电动机; 按转子结构不同，可分为笼型和绕线转子型，其中笼型三相异步电动机由于具 有结构简单、运行可靠、效率高、制造容易、成本低等优点得到广泛应用。一、三相异步电动机的结构：三相异步电动机主要结构包括：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、定子绕组、机座1）定子铁心：作用：形成磁路组成：0.5硅钢片叠制。直径大于1米的铁心用扇形片拼成槽型：半闭口槽（小型电机）、半开口槽（低压中型）、开口槽（大型）2）定子绕组：作用：电路部分，感应电势组成：圆铜线或扁铜线，导线线径小于1.53,散下线；成形线圈（大电 机）。3）机座:作用:机械支撑结构：中小型电机铸铁；大型用钢板焊接。4）气隙0. 21. 5,作用是磁场耦合因为磁势大部分都消耗在气隙上，气隙小则电机的空载磁化电流就小， 功率因数高。考虑到机械的原因，气隙又不能太小。2 .转子转子铁心、转子绕线或鼠笼绕组、轴1）转子铁心作用：磁路的一部分组成：0.5硅钢片叠制。中小型电机转子铁心直接叠装在轴上；大电机则 用转子支架。2）转子绕组作用：感应电势、流过电流产生转矩结构：中小型电机用铸铝转子鼠笼结构；绕线电机用铜导线，利用滑环和 电刷外接起动设备。3 .接线:对于三相异步电动机定子绕组可以接成星形或三角形。定子接线方式：.分类与用途二、三相异步电动机工作原理：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 生电流。电流与气隙磁场的相互作用产生与转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。（一）三相交流电的旋转磁场.旋转磁场的产生b)二极电动机旋转磁场的产生四极电动机旋转磁场.旋转磁场的转速旋转磁场的转速为同步速.旋转磁场的旋转方向旋转磁场由超前相电流所在的相绕组轴线转向滞后相电流所在的相绕组轴 线。改变电流相序，则旋转磁场改变方向。1 .三相合成磁场的性质：1) 电流变化一个周期，即360电角度时，旋转磁场在空间上转过同样数值的电角度。2) 旋转磁场的转速为同步速旋转磁场由超前相电流所在的相绕组轴线转向滞后相电流所在的相绕组 轴线。3) 改变电流相序，则旋转磁场改变方向。总之，对称三相绕组通过对称三相电流，产生气隙旋转磁场。(二)转子的转动.转子转动的原理转子则切割磁力线而产生电流（右手定电流I方向）电流在磁场中切割磁力线而产 生力及力矩（左手定方向）它与nO方向相同，使转子转动起来在转子转动中，n比nO小1 .转子的转速n、转差率s三、三相异步电动机的铭牌及主要系列。1 .型号.额定值额定功率：电动机在额定情况下运行，由轴端输出的机械功率，单位为肌。额定电压：电动机在额定情况下运行，施加在定子绕组上的线电压,单位为V。额定频率：50o额定电流：电动机在额定电压、额定频率下轴端输出额定功率时，定子绕组 的线电流，单位为A。额定转速：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定功率时，转子的转 速，单位为。对于三相异步电动机，额定功率：Pn =6UnInVnCOS（Pn第15、16课时课题:三相异步电动机的运行教学目的和要求：三相异步电动机负载与空载运行时相比较，掌握三相异步电动机负载运行时的各物理量变化。重点与难点：重点是空载与负载运行时的磁通势平衡方程式和电动势平衡方程式，。难点是运行时的基本方程式，负载运行时转子各物理量与转差率的关系。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析。预复习任务：复习变压器空载与负载运行时的特性，预习本节内容，作比较分析。一、三相异步电动机的空载运行电动机空载运行是指电动机轴上没有带任何负载，故电动机的转速n非常 接近旋转磁场的同步转速nl, nnl,即转子与旋转磁场相对转速接近于零， 因此可认为E2"0,则12处0,空载运行时，电动机定子空载电流10近似等于 励磁电流。其主要作用是产生三相旋转磁通势，同时也提供空载损耗，即定子 绕组铜损、铁心损耗和转子的机械摩擦损耗等。旋转磁场产生的电动机每极磁通m在定子绕组中产生的感应电动势： E4 44f】NK 异步电动机定子电流产生的磁通中除主磁通中m与定子绕组、转子绕组交 链外，还有部分磁通仅与定子绕组交链而不进入转子磁路，这部分磁通称为定 子漏磁通中 它将在定子绕组中产生漏感电动势甘皿用漏感抗压降表示为：E Q 1()X O 1因为loXoKVEl,可忽略不计，则:Ull, U1为El=4. 44fNKim由上式可知，当电源频率一定时，电动机的每极磁通中m仅与外加电压U1 成正比。一般情况，电源电压为额定值，所以每极磁通中m基本是一恒定值， 负载变化时，m也基本不变。三相异步电动机空载运行时的电磁现象，电压平衡方程式与变压器基本相 似，但变压器是静止的不存在机械摩擦损耗，也基本上不存在气隙。所以三相 异步电动机的空载电流比变压器的空载电流大的多。在大、中型容量的异步电 动机中，10占额定电流的10%35%；在小容量的电动机中，则占35%50%, 甚至60%。因此空载时，异步电动机的漏抗压降占额定电压的2%5%,而变压 器的漏抗压降不超过0. 5%o二、三相异步电动机的负载运行三相异步电动机的负载运行时，由于负载转距的影响，实际转速低于理想 同步转速，若负载转距不变，电机稳定运行时个物理量的关系如下：（一）、转子绕组的各电磁量.转子电动势的频率：当二殖；正常运行时，人=0.53法；1 .转子绕组的感应电动势：E2S =4Mf2N2kw2 = sE2;.转子绕组的电阻和漏抗：忽略集肤效应，认为不变G不变；x25 = 2和& = 2时- sx2;4.转子绕组的电流：正常运行时，转子端电压&=0, /2 =4.转子绕组的电流：正常运行时，转子端电压&=0, /2 =E2ss Ei弓 + 扰 2s r2 + JSX2有效值：；结论：转子电流12随S的增加而增加。5 .转子绕组的功率因数：结论：转子功率因数随S的增加而减小。6 .转子磁动势的转速：月相对转子速度：-汕=竺必=5 -p P尸2相对定子速度：% + =叫+ = 1结论：片与反相对静止。（二）、磁动势平衡方程.磁动势形式：f1+f2=f01 .电流形式:/ = Io+ I1L*定性分析方程的物理意义：（三）、电动势平衡方程.方程：U1 =-£ + /6 + jxj0 二 E?s 12（r? + jx?s）Ei =-/（）（r/n += -/（）Zm1 . z,”的物理意义与变压器的相同，但由于气隙的存在，比变压器的小。第17、18课时课题:三相异步电动机的工作特性与电磁转矩特性教学目的和要求：了解三相异步电动机的工作特性，掌握三相异步电动机工作特性中的功率 因数特性、效率特性与电磁转矩的表达式。重点与难点：重点与难点是定性分析工作特性中的功率因数特性、效率特性与电磁转矩表 达式。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析。预复习任务: 电动机效率的计算与电磁转矩的计算。一、三相异步电动机的工作特性工作特性指：额定电压和额定频率下，,77，COS91，%/ =/)的关系。 它可以由电机参数计算出来也可以试验测试出来。1 .转差率特性S3)空载时，P2=0, I20, pcu2 0 , Pc“2=sPem，SO, 口心必负载时，负载电流增加，小二座个叱町厅区 所以巴修,个 => Pern n 472 COS %一般股0. 010. 05) (l)ni=(0. 990. 95 ) nbg)是一条下降曲线。2 .效率特性7 =/(A)空载时，P2=o, 7=0负载时，负载小损耗增加缓慢，效率快速上升，直到不变损耗二可变损耗， 效率达到最大。ZP =(Pc"l+Pc"2+Pad)+ (PFe + Pmec),负载继续增加,两个铜耗增加很快，使效率下降。二、磁性材料的性质.高导磁性磁性物质的内部存在着很多很小的区域，称为“磁畴”，磁化前，无外磁场 的作用，杂乱无章地排列，磁场互相抵消，对外界不显示磁性。若将铁磁材料放入磁场，在外磁场的作用下，磁畴的轴线趋于一致，形成一 个附加磁场，叠加在外磁场上，从而使合成磁场大为增强。变压器和电机中的磁场是由通过线圈的电流来产生，这些线圈都是绕在磁性 物质（称为铁心）上的。采用铁心后，在同样的电流下，铁心中的磁感应强度 B和磁通中将大为增加，且比铁心外的B和中大很多，一方面可用较小的电流 产生较强的磁场，另一方面可使绝大部分磁通集中在由磁性材料限定的空间内。1 .磁饱和性如上图中：段，外磁场H较弱，H的增加主要是与外磁场同方向的磁畴边界 增大的过程，B的增加缓慢；段，外磁场H较强，主要是磁畴沿外磁场的方向 转动的过程，B迅速增大；段，可随外磁场方向转动的磁畴越来越少，H的增加 变慢，出现了磁饱和现象；段，类似于真空中的情况。2 .磁滞性磁性材料都具有保留其磁性的倾向，B的变 化总是滞后于H的变化，称磁滞现象。当H降 为零时，保留的磁感应强度称为剩磁强度，永 久磁铁的磁性就是由产生的。异步电动机效率“70%,效率通常在（1/43/4）时达到最大。3 .功率因数特性 COS0I =/（刍）空载时，定子电流基本上是励磁电流，它是无功电流，所以空载功率因数非常 低，小于0. 2O负载时，随着输出功率增加，定子电流有功分量加大，在额定负载左右达 到最大值。超过额定负载后，转差变大，尸2个=s Tn % = arctan'2b 个ncos2cos。 J一R24 .转矩特性 L 玛TnaT因为转速变化很小。5 .定子电流特性Z, =f(P2) IQ = IX+I2空载时，P2=o, 120, /. = /0异步电动机工作特性图二、三相异步电动机的电磁转距特性（一）、物理表达式物理表达式描述了电磁转矩与磁通、转子有功电流的关系，即小=。",/3%乙=鲁=弋 E2 cM =2 cos % =金"2 cos %1%0'2）式中，金=2泮；=吗如nJ,称为异步电动机转矩常数J2 " J2（二）、参数表达式参数表达式描述了电磁转矩与参数的的关系，即 心=1 mpU 因为:因为:所以 得上式讨论小= /(s)曲线，即转矩特性：其他参数一定,却”分析：异步电动机转差率S在01之间，但实际上s在。(临界转差率) 时，稳定；S在1之间，不稳定；，处于临界状态。电磁制动状态电动机状态发电机状态转矩特性三个特征转矩额定转矩：额定负载时7；=袅=9.55.生xK)3(n.mn及n*注：之的单位为。最大电磁转矩：ax =ntpU；m、pU；Q zuL+(%1 +x2 )24/区 +x2 )±4胡±八+丫2xx +x2Sm= ±特点：与U；成正比；而与U；无关;与转子电阻无关；而与转子电阻有关；(3)3 一定时，玉+越大，越小。过载能力(或最大转矩倍数) 一般为1.62. 5,越大，过载能力越强。起动转矩o, 1,得乙=学2二2引(公+4)2 +(再+% )2当转子回路电阻为：/+/=匹+/时，起动转矩达到最大电磁转矩。起动转矩倍数：，七t , Tst ,起动能力强。2： 1.01.8； Y： 1.4-2. 2；特殊电机：4.0 以上。(1)电源电压、频率一定时，认为参数不变，电磁转矩只与转差率有关，曲线如右图示。(5. 26)(2) 1起动时，电抗起主要作用，Rz相对较小。(3) s接近零时，R2相对较大起主要作用.(4) s等于零时，到同步速1时01.最大电磁转矩令外.=0得:ds,27max = ±叫pU：4胡土 +jH+(xkT + X2。)2 正号为电动机，负号为发电机通常，电阻值远远小于电抗值，上式简化为:R；Sm = ±X匕 + X2。T 二土 max M(x1cj + x2(t)讨论：（1）频率一定时，最大转矩与电源电压平方成正比。2）最大转矩与转子电阻无关，但出现最大电磁转矩时得转差率s与后成比例。利用这个特点，可以在转子绕组（绕线式）中串电阻改变转差率（速度）。（3）频率一定，最大转矩与漏抗成反比。（4）电机过载能力1.62. 5范围，它是电机的重要性能指标之o2. 起动转矩今 1 得 了 =S，2 胡K+AF+Hb + X?对于绕线式电机，转子回路可以串电阻，使电机起动时获得最大转矩,起动转矩倍数（1.02.0 ）3.异步电动机性能指标包括：经济指标：效率、功率因数技术指标：最大转矩倍数（1.62. 5）、起动转矩倍数（1.02.0）、起动电 流倍数（47）第19、20课时课题:三相异步电动机的机械特性教学目的和要求：三相异步电动机的机械特性的含义，掌握三相异步电动机固有机械特性和 人为机械特性曲线的特点。重点与难点：'重点是分析两种人为机械特性曲线上的转速与转矩的关系。难点是理解机械特性方程的参数变化。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析。预复习任务：课后归纳固有机械特性中的四个关键点、人为机械特性的特点。一、固有机械特性在额定条件下（电压、频率、接线方式）电机的固有T n特性曲线对于曲 线如下页图，它由四个特殊点决定：1、0, 0（0）,电动机处于理想空载点，电动机转速为理想空载转速no.2、（），为电动机额定工作点。这时：（n0- ）/ n0,=9. 55为电机额定功率（W）,电机额定转速（）,额定转差率S = 0. 060.0153、T= n = 0 （S=l）起动工作点：对于起动转矩受如下条件的影响：（1）电源电压，U影响较大，U波动，T平方关系变化（2）转子电阻R2合适有较大值（3）电感X20大下降一般用起动能力系数人来表示电动机起动能力的好坏。入（一般人三1）异步电机工作的条件是起动2负载4、当T = S=,在临界工作点，这时= 2/2 X20, =R2/ X20由于T, ocU2 ,所以电源波动对扭矩最大值影响很大。在电机工作过程 中：负载变化（冲击）不能。以过载能力系数入m来表示：入一般，鼠笼式为：入m=1. 82. 2线绕式为：入m=2. 52. 2二、人为机械特性：人为地改变异步电动机定子电压U1、电源频率fl、定子极对数P、定子回 路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗中的一个或多个参数，所获得的机械特性, 称为人为机械特性。关于人为机械特性的分析，主要是分析四个公式：同步转速公式临界转差率公式CUI2 sR：一 flR 分（SX2）2CUI2 sR：一 flR 分（SX2）2最大转矩公式起动转矩公式1、降低定子端电压的人为机械特性nnUz>U'>U根据公式，UI下降，nl、不变，、与成正比例降低。2.转子回路串对称三相电阻的人为机械特性根据上述四个公式：nl不变，随的增大面增大（下降），开始随的增大 而增大；当增大到2时2二，继续增大，开始减小，如图中的3时3减小到 1与2之间，大于1。可见，电阻越大，线性段特性越软。第21、22课时课题:三相异步电动机起动教学目的和要求：掌握笼型与绕线式异步电动机的起动方式与特点，学会根据负载的工作情 况选择起动方式。重点与难点：,重点与难点是区分笼型与绕线式异步电动机的起动方法。教学方法：以对起动的要求为切入点，提出问题的解决办法，以多媒体课件为依托， 绘图说明，简单推正，结论分析，应用介绍。预复习任务：课后归纳异步电动机的起动方法及其特点。起动：转子从静止状态到稳定运行的过程。起动要求：1、足够大的起动转矩2、尽可能小的起动电流3、转速平滑上升4、起动设备简便经济5、起动过程的功率损耗尽可能小一、直接起动（全压起动）就是起动时，电动机直接加电网电压，这时起动电流比较大所以不是所有 的电机都可能这样使用。一般的，当有独立的变压器供动力电时且电机功率30% 变压器功率时（频繁）、电机功率20%变压器功率时（不频繁）可以直接起动。 起动电流大：（1）使电网电压降低，前端供电变压器的输出电压下降很大，可 能超过额定允许值，一方面由于与电压的平方成正比，下降更多，负载重时可 能不能起动，另一方面影响同一供电变压器的其它负载，电灯变暗，重载的电 动机可能停转；（2）绕组过热，起动时间长、频繁时发热更严重，加速绝缘老 化，大电流冲击下绕组受电磁力作用易变形，甚至发生短路故障。二、降压起动（一）鼠笼式异步电动机的起动方法1 .定子串电阻或电抗器起动使加在电动机定子绕组上的相电压Um低于电源相电压中中二0中二0b)/ =1/ = l2特点：1）适用于空载起动（轻载）2）电阻耗能（电抗器太贵，体积大），适用于较小容量的电动机。2 .自耦变压器降压起动自耦变压器用作起动补偿器。一、二次电压比为K , K = U12 = N12U1 =中电源相电压U2 = IL中定子绕组相电压380Vb)所以，U1O 中全压起动时电流=中减压是相电流2二U1O -自耦变压器的一次电流】二2U10 二中 / 二 2特点：1、在相同的起动电流下，从电网吸取的电流减小，即T相同时，I下降2、自耦变压器副边有多个抽头，所以起动电压可选3、起动设备多且体积大，成本比较高4、不适于频繁起动（过电流工作）5、有一定的起动转矩（适用轻载）6、用在不能YA起动的场合，（Y形接法工作的电机）. Y-A起动只适用于定子绕组在正常工作时为三解形联接的三相异步电动机。Y起动时，电动机在相电压“百起动 =V3起动时，电动机在相电压（线电压）设每相绕组起动电流为中么，线电流为aGsG/ A 二（G ）/（6 ）= 1/3/ =1/3三、磁路的欧姆定律正如电动势作用在一定电阻的电路上产生的电流遵循欧姆定律一样，一定的 磁动势作用在一定磁阻的磁路上可以产生磁通。磁通的大小同样遵循磁路的欧 姆定律。当磁路中有空气隙存在，磁路的磁阻将显著增加。四、铁心损耗.磁滞损耗磁性材料