电机与电气控制技术教案.docx

《电机与电气控制技术教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机与电气控制技术教案.docx（100页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、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，

2、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

3、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, (

4、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,kU1,为升压变压器；若/VN1, kl,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

5、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

6、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.

7、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 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 =(Pcl+Pc2+Pad)+ (PFe + Pmec),负载继续增加,

8、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

9、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.

10、 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 % = arctan2b 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%02）式中，金=2泮；=吗如nJ,称为异步电动机转矩常数J2 J2

11、（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)

12、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,2

13、7max = 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，

14、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

15、、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，

16、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

17、低定子端电压的人为机械特性nnUzUU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

18、，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

19、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 = I

20、L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