[电机与电气控制技术]部分知识点

张明金教授所著《电机与电气控制》2011年第1版部分知识点（赵成民老师整理）变压器部分第1页

101、变压器和电动机是以电磁感应原理为工作基础的。

102、变压器在电力线路中用于电能的传输；在电子电路中用于信号的变换。103、变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电气设备。

104、用变压器可以把某一电压下的交流电能变换为同频率的另一电压下的交流电能。105、变压器的基本作用是在交流电路中变电压、变电流、变阻抗以及用作电气隔离。

第2页106、发电厂欲将P

ULILCOS的电功率输送到用电的区域，在P、COS一定时，所用的

电压愈高，则输电线路中的电流愈小，因而可以节约导电材料和减少输电线路上的损耗。

发电机输出的电压有：3.15KV、6.3KV、10.5KV、15.75KV等几种，要经过升压变压器升高才能远距离输送。

107在用电方面，多数用电器所需要的电压是380V、220V或36V，少数电机也采用3KV、6KV等，这就需要降压变压器。升压降压都有需要变压器。108变压器的基本结构主要由铁芯和绕组两部分组成。

109铁芯是变压器的主磁路，它有时绕组的支撑骨架。铁芯由铁芯柱和铁轭两部分构成。铁芯用0.35~0.5mm厚的涂有绝缘漆的硅钢片冲制叠合而成。110、铁芯的基本结构形式由心式和壳式两种。心式的结构是绕组包围铁芯，壳式的结构是铁芯包围绕组。

第3页

111、绕组变压器绕组的作用时构成电路，它一般用绝缘七宝铜线或铝绞线绕指而成。

112、通常把接于电源的绕组叫做一次绕组（或者叫做：原绕组、初级绕组）；接于负载的绕组称为二次绕组（或者：副绕组、次级绕组）；或者把电压高的线圈称为高压绕组，电压低的线圈称为低压绕组。

113、根据高低压绕组在铁芯柱上的不同排列方式，变压器的绕组可以分为同心式和交叠式。同心式的，高低压绕组铜线套在铁芯柱上，低压绕组在内，高压绕组在外层，二者之间绝缘隔开；交叠式的高低压绕组交替套在铁芯柱上。低压绕组靠近铁轭，高压绕组夹在低压绕组层间。

第4~5页

114、变压器的种类很多，可以按用途、结构、相数、容量、调压方式、冷却方式进行分类115、变压器的一次绕组匝数为N1，二次绕组匝数为N2。当原绕组外加电压为u1的交流电源时，原绕组中流过交流电流，产生交变磁通势，使铁芯中产生交变磁通

；此交变磁通交链于原、副

绕组，使原、副绕组中产生交流电动势e1和e2。

116、若变压器的二次绕组开路（不接负载），叫做变压器的空载运行；若变压器的二次绕组接负载，叫做变压器的负载运行。

117、变压器的原边副边电压、一次二次绕组匝数、原边副边绕组感生电动势有效值之间有：

U1E1N1

1.3）U2E2N2

118、变压器的空载运行，是指变压器的一次绕组接在额定频率、额定电压的交流电源上，而二次绕组开路时的运行状态。

119、变压器的空载运行，原绕组加上交流电压u0时，便有交变电流i0（叫做空载电流）通过

原绕组，大中型变压器的空载电流约为原边额定电流的3%~8%。

120、变压器空载时，原绕组近似为纯电感电路，故i0较u0滞后90°，此时原绕组的交变磁动势为i0N1，这个磁动势产生交变磁通，其中绝大部分通过铁芯磁路交链原副绕组，称为主磁通或工作磁通；还有少量磁通串出绕组通过空气或变压器油而闭合，这部分磁通只与原绕组交链，叫做漏磁通，漏磁通量很小。

第6页121、若外加电压按正弦规律变化，则i0和也按正弦规律变化

msint，交变磁通在原

绕组和副绕组中产生感生电动势e1、e2。e1、e2都比主磁通滞后90°，主磁通与空载电流同相，空载电流滞后电源电压90°，所以感生电动势比电源电压相位滞后180°，就是反相位关系。122、原副绕组中感生电动势的有效值：E14.44fN1m123、

E24.44fN2m

U1EN

11k（变比）U20E2N2

这反映了变压器的变换电压作用

124、

第7页

变压器的负载运行是指原绕组加额定电压，副绕组与负载相接通时的运行状态。这时副绕

组中有了电流i2。i2的大小由副绕组电动势和副边电路的总的阻抗来决定。变压器负载运行时，可以近似认为U1E14.44fN1m

这是反映变压器基本原理的重要公式，它说明：只要加在

变压器原绕组的电压U1及其频率f都保持一定，铁芯中磁通的幅值就基本保障持不变，铁芯中

的磁动势也基本不变。

125、空载时，铁芯磁路中的磁通是由原边磁动势i0N1产生和决定的。负载时，原边和副边绕组中的电流是i1、i2，这时候，铁芯中流通的磁通是由原副绕组的磁通势共同决定的。

I1N1I2N2I0N1

时的磁动势。

...

(1.8)

铁芯磁路中的磁动势基本不变，负载时的磁动势近似等于空载

(1.8)式可以改写成：I1N1I0N1（-）I2N2

含义是：原绕组磁动势包括空载磁动势和用于平

衡副绕组的磁动势。因为空载电流很小，不考虑相位关系，原副绕组电流关系：（1.9）

这反映了变压器的变换电流作用。

ZLk2ZL

I1N21

I2N1k

126、变压器的变换阻抗作用(1.10)

127、变压器的外特性是指电源电压和负载的功率因数为常数时，二次侧电压随负荷变化的规律:U2=f(I2).变压器内部存在电阻和漏抗，负载运行时，在变压器内部产生阻抗压降；电阻性负载、电容性负载、电感性负载的不同，外特性曲线也会不同。【容翘、阻低、感垂

128、电压变化率U%

U20U2

100%U2N

反映了变压器供电电压的稳定性与电能质量，是

变压器运行性能的重要数据之一。

129、变压器损耗。变压器实际输出的【有功】功率P2不仅决定于副边的实际电压U2电流I2，而且还与负载的功率因数COS

有关，即

P2U2I2COS2

变压器的输入功率是

【注意：这里的输出、输入功率，都是指单相变压器或单相绕组的功率！】变P1U1I1COS1

压器的输入功率中I1的变化跟随输出功率中I2的变化【第7页下，变压器运行时的磁动势平衡

方程】，也就是说，变压器的输入功率决定于输出功率。变压器输入功率大于输出功率，多出的部分就是损耗。

130、变压器的铜损耗Pcu是发生在绕组上的功率损耗，又可分为基本铜损耗----电流在一、二次绕组电阻上的损耗；附加铜损耗---集负效应引起的导线等效截面积变小增加的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗【电阻损耗、涡流损耗。】铜损耗与负载电流的平方成正比，是可变损耗。

131、变压器的铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗是指铁芯中涡流和磁滞损耗，取决于磁通密度、磁通交变频率、硅钢片质量；附加铁损耗是指铁芯叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗和主磁通在结构部件中引起的涡流损耗。变压器的铁损耗与外加电源电压的大小有关，与负载的大小无关；如果电源电压不变，铁损耗不变，又称不变损耗。

第10~13页

132、变压器的效率和效率特性变压器的效率是指输出功率占输入功率的百分比



P2P2

100%100%PP2PFePcu1

PPFePcuPFePcuPFePcu2100%(1100%

p2pFepcuP2PFePcu

计算变压器的效率时，可以采用

2个假设：以额定电压下的空载损耗作为铁损耗；并认为铁损耗不随负载变化；一额定电流时的

短路损耗作为额定电流时的铜损耗，并认为铜损耗与负载电流的平方成正比；变压器最高效率的条件是：铜损耗=铁损耗。

133、自耦变压器，原副绕组公用一部分绕组，原副绕组除有磁的耦合外，又有电的直接联系。实质上自耦变压器就是利用一个绕组抽头的方法来实现改变电压的一种变压器。工作原理与普通变压器一样。不能用自耦变压器作为36V以下安全电压的供电电源。134、电焊变压器是一种双绕组变压器，在副绕组电路中串联一个可变电抗器，调节其电抗就可调节焊接电流的大小。

135、专供测量仪表、控制和保护设备用的变压器称为仪用互感器：电压互感器和电流互感器。电压互感器和电流互感器将电压或电流按一定的比例减小以便于测量，而且将高压电路与测量仪表电路隔离，以保证安全。为防止互感器原副绕组见绝缘损坏造成危险，互感器的铁芯及副绕组的一端应当接地。

136、137、钳形电流表利用电流互感器原理工作。第20页变压器绕组同极性端的测定138、

交流电压表（分别测三处）

U13

交流电压表（分别测三处）

如果得到：U13=U12-U34

即U12=U13+U34如果得到：U13=U12+U34即：U12=U13-U34

+US

交流电源（电压较低）

U12

U34

“2”、“4”短接，同电位；所以，如果U12=U13+U34

则“1”端电位高时“3”端电位也高。

第24~31页

139、三相变压器在对称负载下运行时，各相电压。电流大小相等，相位上彼此相差120°。140、三相变压器组-------把三台完全相同的单相变压器的绕组按一定方式接成三相，三相之间只有电的联系没有磁的联系；如果外加电压时三相对称的，则三相磁通也是对称的，又如果三相磁阻相等，三相空载电流也是对称的。

141、三相心式变压器的特点是把三台单相变压器的铁芯合并成一个整体，三相磁路彼此关联。当外加三相对称电压时，三相主磁通是对称的。

142、在工程上，取三相空载电流的平均值作为空载电流值。

143、超高压大容量的巨型变压器采用三相组式变压器；中小容量的变压器都采用三相心式变压器。

144、变压器高压绕组及出线端标记：首端U1；U1V1W1；末端U2;U2V2W2145、变压器低压绕组及出线端标记：首端U1；U1V1W1；末端U2;U2V2W2

146、变压器中压绕组及出线端标记：首端U1mU1mV1mW1m末端U2m;U2mV2mW2m147、变压器中性点标记：高压绕组的N,低压绕组的n,中压绕组的Nm

148、新的国家标准中规定，变压器绕组星形连接时，高压绕组用大写的Y表示，低压绕组用小写的y表示；变压器绕组三角形连接时，高压绕组用大写的D表示，低压绕组用小写的d表示；变压器绕组星形连接时，高压绕组中性线用N表示，低压绕组中性线用小写的n表示；

W2U1

VUW222

U1--U2V1---V2W1---W2U1或u1--u2v1---v2w1---w2u1UVW222U1--U2W1---W2V1---V2U1或u1--u2w1---w2v1---v2u1

三相绕组逆序三角形连接三相绕组顺序三角

形连接

新国标（GB1004-1996）中只有顺序连接

149、三相变压器的连接组别三相变压器的各相绕组之间可以采用不同的连接方式【星形连接、三角形连接、星形连接有中线无中线；原变绕组和副边绕组连接方式相同或不同】使得高低压绕组中的线电动势具有不同的相位差，按照高低压绕组线电动势的相位关系，把变压器绕组的连接方式分成不同的组合，称为三相变压器的连接组标号。

由于高低压绕组之间的线电动势相位差是30°的倍数，因此采用时钟表示法表示其相位差。把高压绕组线电动势的相量用分针表示而且始终指向12点钟位置；低压绕组线电动势的相量用时针表示。1点钟位置表示副边比原边滞后30°，2点钟位置表示副边比原边滞后60°...例如”（Y,d7)”表示：该变压器的连接组标号是“7”，高压绕组是星形连接，低压绕组是三角形连接，低压绕组的线电动势滞后于高压绕组线电动势210°。150、三相变压器连接组标号的确定办法。151、变压器的技术数据（31页）

额定容量--额定输出的视在功率；单相变压器额定视在功率SNUNIN

三相变压器额定视在功率SN

额定电压---线电压；额定电流---线电流；额定频率：50HZ

短路电压；空载电流；空载损耗；短路损耗；变压器效率

电动机部分第41~48页

201、实现机械能与电能相互转换的旋转机械称为电机。把机械能转化为电能的电机称为发电机，把电能转化为机械能的电机称为电动机。

202、电动机按种类的不同分为交流电动机和直流电动机。交流电动机又分为异步电动机和同步电动机。异步电动机又可分为鼠笼式和绕线转子式。

203、三相异步电动机的结构主要由定子和转子两大部分组成。定子和转子之间有一空气间隙，称为气隙。【虽然气隙不是电动机的实质结构】本质上，气隙也是电动机的重要组成部分。204、定子部分主要由机座、定子铁心和定子绕组这三部分组成。

205、三相异步电动机的机座起固定和支撑定子铁芯和端盖、保护电动机的绕组和旋转部分的作用。

206、定子铁芯是构成电动机磁路的一部分，用来固定定子绕组，用硅钢片叠压而成。

207、定子绕组是电动机的电路部分，随三相交流电流的变化产生一定磁极数的旋转磁场。三相定子绕组是对称绕组，在定子铁芯内圆周面上相差120°电角度布置。

每相绕组的两端分别用U1--U2，V1--V2，W1---W2表示。三相绕组的6个出线端引到接线

盒上，在接线盒内与三相电源相连接，可以根据需要接成星形或三角形。

UNIN

目前我国生产的三相异步电动机，功率在4KW以下的定子绕组一般均采用星形接法，4KW以上的一般采用三角形接法。

208、转子铁芯的作用，一方面作为电动机磁路的一部分，另一功能是用来安放转子绕组。209、转子绕组分为鼠笼型与绕线型两种。相应地是鼠笼型电动机和绕线型电动机。210、绕线型转子绕组是一个三相绕组，一般接成星形，三相转子绕组的引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环（滑环）上，滑环与电刷摩擦接触，再由电刷装置与外电路相连。一般绕线型转子电路通过串接电阻来改善电动机的启动性能或用来调速。（45）

211、电动机的转轴用来输出机械转矩。

212、气隙是指异步电动机的定子铁心内圆表面与转子铁芯外圆表面之间的间隙。气隙是均匀的，气隙大小对电动机的运行性能和参数影响较大。

213、三相异步电动机的铭牌及主要技术参数（45~46）额定功率--额定状态下运行时，转子轴上输出的机械功率。额定电压--额定状态下运行时，三相绕组应届的线电压。额定电流--额定状态下运行时，三相定子绕组的线电流值

额定功率、额定电压、额定电流、功率因数、效率之间的关系：PN额定转速；额定频率；接法；温升及绝缘等级；防护等级

214、三相异步电动机绕组首尾端的测定

3UNINCOSNN。

三相交流电动机的三相绕组中流动的电流是按按正弦规律变化的，要有正确的电流方向组合。如果绕组的首尾端接错，电流的流动就会起冲突，导致电动机

启动困难、转速低、振动大、响声大、三相电流严重不平衡。

万用表判别法。

（1）用欧姆档分辨出三相绕组。（2）假定三相绕组为U、V、W相。

（3）假定三相的首尾U1-U2;V1-V2;W1-W2

（4）用1.5v电池一节、开关一个、万用表（微安档）同电动机绕组的六个线头按右图的形式连接。假定微安表（档）正极与假定的W1（首端）连接；而电池的负极与假定的U1连接

在开关S闭合的瞬间，如果电流表指针向大于0的一方摆动，则U相和W相的首尾假定是正确的，如果摆动方向相反，应当把假定的W1、W2对调。再把电流表的正、负极分别同假定的V1、V2端连接，同理确定之。

电池

U1W1

万+用表

µA微

安-档

U2W2

215、旋转磁场的产生

iUiA

假定三相电流的正方向（不是同时）是由始

端流向末端(流进）；假定U相的初相角为0°（V、W依次滞后120°相位）于是：

iWC

iVB

W22V

B11

iuIivIiwI

sint

2

sin(t)

32

sin(t)

三相对称定子绕组的嵌放

三相对称定子绕组的Y型连接

定子绕组的电流随时间变化，所以电流产生的磁场分布情况也随时间而变化。三相电流产生合成磁场。

三相绕组通入三相电流时，产生旋转磁场。如果绕组对称、电流对称，所产生的旋转磁场的大小恒定不变（称为圆形旋转磁场）否则将产生椭圆形旋转磁场。

216、旋转磁场的旋转方向总是与定子绕组中三相电流的相序一致（49下）。如果将接到定子绕组的三根电源线中的任意两根对调一下，旋转磁场的方向就会改变。

217、若旋转磁场的磁极对数是P,电流的频率是f1，则旋转磁场每分钟旋转n1周

n1

60f1

(r/min)p

（2.2）

218、三相异步电动机的运转原理：（1）电生磁。定子绕组正弦交流电流产生旋转磁场。（2）（动）磁生电。定子旋转磁场切割转子绕组，在转子绕组中产生感应电动势和感应电流。其方向用右手螺旋定则判断。（3）产生电磁力矩。转子绕组感应电流在定子旋转磁场的作用下产生电磁力。其方向有左手定则判断。

219、三相异步电动机转子转速恒小于定子磁场转速时异步电动机旋转的必要条件。220转差率S。

S

n1nn1

转差率时分析异步电动机运行的一个重要参数，它的大

小与负载情况有关。启动瞬间，S=1，S在1~0的范围内变化。

额定转速时的转差率叫额定转差率SN，额定转速时的转速记作座nN

n

60f1

(1S)p

SN

n1nN

221、三相异步电动机的定子和转子之间只有磁的耦合，没有电的联系，它是靠电磁感应作用，将能量从定子传递到转子。这一点和变压器完全相似。三相异步电动机的定子绕组相当于变压器的一次绕组，转子绕组相当于变压器的二次绕组。分析变压器内部电磁关系的基本方法也同样适用于异步电动机。（66页下）

222、定子绕组和转子绕组是两个隔离的电路，由磁路把它们联系起来，这和变压器一、二次绕组之间通过磁路相互联系的情况相似，因此定子电路中的电动势、电流与转子电路中的电动势、电流之间有着与变压器相类似的关系式。（67上）223、每相定子绕组感应电动势E14.44K1f1mN1

（2.8）（1.15）

U1E14.44K1f1mN1

的每极磁通m也基本不变。224、转子电路的电动势

当外加电压不变时，定子电路的感应电动势基本不变，旋转磁场

E24.44K2f2mN2转子静止时，转子感应电动势的频率与定子磁场

E204.44K2f1mN2n1nn1npn1

sf1

60n160

E24.44K2sf1mN2sE20

感抗值

等于

频率（外接电源频率）相等转子运转起来以后，f2p

225、转子电路的电流。转子电路含有电阻和感抗。其

X22f2L22sf1L2s2f1L2sX20

转子电路的电流

I2

sE20

2R2(sX20)2

226、转子电路的功率因数。

COS2

Z2

2R2(sX20)2

227、

cos2

2

启动时，启动电流很大，功率因数很小。

228、定子电路电流I1与变压器相似，定子电路电流与转子电路电流的比值也近似等于常数

（68页下）

当负载很大时，电流很大，转速接近于零，叫做堵转。这时要立即停电以防烧坏电动机。229、三相异步电动机的电磁转矩（69）有三种：物理表达式、参数表达式和实验表达式转矩是一种力矩，力矩在物理中的定义是：力矩＝力×力臂（N.m)

电动机的转距与旋转磁场的强弱和转子笼条中的电流成正比．和电源电压的平方成正比所以转距是由电流和电压的因素所决定的

转子电流有功分量(1)物理表达式.

TcI2cos2

(2.17)

电磁转矩

计算转矩的结构常数

转子回路的功率因数

需要明确的是：转矩与转子电流的有功分量I2a成正比，而不是与转子电流I2成正比。

‘

TcUT

(2)参数表达式.

sR2(X

(2.18)

X20，转子不转时，转子绕组的漏感抗s,转差率

R2,转子绕组的电阻值U1,电源电压

计算转矩的结构常数

在这个表达式右侧，在S一定时，只有U1是变量，也就是说，转矩正比于电源电压的平方。换言之，电源电压的波动对电动机转矩的影响很大！这是异步电动机的主要缺点之一。（69）

（3）实用表达式（71页下~72页）：利用电动机的技术数据和名牌数据求得的电动机的电磁转矩。

电磁转矩的实用表达

2Tmax

T

cscs

TmaxmTN

式中：

scsN(m

2m1)

230、三相异步电动机转矩与转差率的关系。

转差率是转动“速度”的问题；

转矩是电动机工作“力气”的问题。

图2-32三相异步电动机的T--S曲线

TTmax

'''

R2R2R2

0同步

状态

''2

SCSS

''C

静止状态

绕线转子异步电动机，就是通过改变启动时的R

值，使低速时就有了最大（启动）转矩。231、三相异步电动机的机械特性（70），指电动机在一定运行条件下（电源电压一定），电动机的转速与转矩之间的关系。电动机的机械特性分为固有机械特性和认为机械特性。

232、固有机械特性，是指在额定电压和额定频率下，定子、转子外接电阻为零时，n=f(T)曲线。注意此曲线上的四个关键点（ABCD）和两个区段（稳定工作区、非稳定工作区）。

（1）非稳定工作区AB段：（2）稳定工作区BD段：

稳定工作区

n1nN

SC对应的是nc

AB段：启动转矩Tst大于负载转矩TL，转速从零起步；转速上升的同时电磁转矩也上升，直到临界工作点,转矩达到最大Tmax。

稳定工作区BD段。转速继续上升，转矩逐渐减小，直到转矩等于负载转矩（图中所表示，负载转矩等于额定转矩）处，稳定运行于C点。负载转矩的变化会导致转速的变化，工作点在BD区段上移动。

TTstN

三相异步电动机的机械特性曲线

非稳定工作区

Tmax

DB间的速降很小，叫做硬机械特性。

233、启动转矩系数Kst(71页)启动转矩必须足够地大于负载转矩，电动机才能够启动起来。

但是负载转矩不是定值，不确定，因此，采用启动转矩与额定转矩的比值来表示启动启动转矩系数：Kst

Tst

（2.21）

TN9550

PNnN

（N.m)

启动转矩系数是异步电动机的一项重要指标。一般的电动机要求Kst=1.8~2.2；

对起重机要求Kst=2.8~3.0

过载系数：最大转矩Tmax是电动机能够提供的最大转矩，只要负载转矩不超过最大转矩，电动机就能承受负载转矩的变化。采用过载系数更能合理表示电动机的承受过载能力：m（2.23）

过载系数是异步电动机的一个很重要指标。一般的电动机要求

TmaxTN

m1.8~2.2；

对起重机要求还要大些

234、额定转差率SN电动机的额定工作点不宜太靠近临界点（nc,Tmax），以便留有足够的承受过载能力。一般取SN=0.02~0.06

235、人为机械特性（72）：人为地改变电源参数或电动机的参数所得到的机械特性。（1）降低定子电压所得到的人为机械特性。

0.8UN

变陡

0.25Tst

0.25Tmax

0.64Tst

Tst

0.64Tmax

Tmax

电源电压变小，最大转矩、启动转矩都变小、机械特性曲线变陡---特性变软。

sOSCSC1SC21O

nRst3Rst2Rst1

RRT

增大转子阻值，临界转速点向s=1的方向移动、人为机械特性曲线比固有特性线变软。

所以启动结束后，要把所串对称电阻短路掉。

236、转子电路串接对称电阻是的人为机械特性。对绕线转子异步电动机，当转子电路的电阻在一定范围内增加时，可以增大电动机的启动转矩。

237、三相异步电动机的运行特性：转速特性、转矩特性、定子电流特性、定子功率特性、效率特性。

238、三相异步电动机的启动（78页）电动机接上电源，转速由零开始运转，直至稳定运转状态的过程称为启动。对启动的要求是：启动电流要小---减小对电网的冲击；启动转矩要大，以加速启动过程，缩短启动时间。转子电流：,I2



sE20R(sX20)

。启动的瞬间，S=1，I2st



sE20R(sX20)



E20RX

220

启动电流可达到额定电流的4~7倍。启动电流是电动机气动性能的重要指标之一。

239、转子电流I2大，电动机的启动转矩并不大，因为功率因数小。

TcI2cos

(2.17)

电磁转矩

计算转矩的结构常数转子回路的功率因数

240、三相异步电动机直接（全压）启动。把电动机三相定子绕组直接加上额定电压的启动叫做直接启动。启动时间短、投资少、启动时间短、启动可靠，但是启动电流大。是否可以采用直接启动？取决于电动机的容量（7,5KW以下）及启动频繁的程度。对较大容量的电动机，而且电源容量也较大，如果电动机启动电流倍数KI、容量和电网容量满足以下经验公式，就可以采用直接启动方式。否则应当采用降压启动。

Ist1电源容量（KV.A)KI3IN4启动电动机的容量（KW）

（2.29）79页

241、三相异步电动机降压启动。（1）电动机容量较大（大于7.5KW；或者KI较大），不允许

直接启动，应当采用降压启动。（2）有时，虽然允许直接启动，但是为减小或限制启动时对机械设备的冲击，也采用降压启动。降压启动时，减小了启动电流，但是启动转矩也减小了，所以降压启动多用于空载或轻载启动。（79页中）

降压启动方式：星三角降压、自耦变压器降压、延边三角形降压启动等。

242、星三角降压启动时，启动电流为三角形连接直接启动时的三分之一，启动转矩也降为三角形直接启动时的三分之一。4~100KW电动机均设计成380VΔ形连接，以便采用Y--Δ启动。

243、自耦变压器降压启动（79下）。对定子绕组星形或三角形额定连接的都适应。采用自耦变压器降压启动时，启动电流将为直接启动时的1/K，启动转矩也降为直接启动时的

1/K

244、三相绕线式异步电动机的启动（81页中）。鼠笼式异步电动机采用降压启动方式，虽然可以减小启动电流，但是同时也减小了启动转矩，只能用于空载或轻载启动，有局限性。绕线转子异步电动机，在启动时转子回路串入电阻，既限制启动电流有增大了启动转矩，适应于大、中容245、转子串电阻启动。多级对称电阻、逐级减小，最后从转子回路中切除。246、转子串频敏变阻器启动。频敏变阻器的等效电阻Rp是随频率f2的变化而自动变化的，它相当于一种无触点变阻器，在启动过程中，它能自动、无级地减小电阻，使启动过程平稳、快速。启动完成后，从转子回路中切除。

247、三相异步电动机反转。三根端线，任意调换两根，电动机转向反向。

248、三相异步电动机调速（82来改变电动机的转速。60f

n

(1s)

从这个式子看，电机转速与电压频率f1及磁极对数P相关。因此，有了变极调速和变频调速和变转差率S调速这三种途径。

变极调速-----------改变磁极对数P变频调速-----------改变电源频率f1

变转差率S调速----绕线转子串电阻调速、串级调速、改变定子电压调速。

为了提高产品质量和生产效率，要求从最低速到最高速，调速范围宽、调节过程变速平滑。

249、变极调速定子绕组压特殊设计，利用外部接线改变极对数，是有级调速；只适用于鼠笼式异步电动机（因为鼠笼式转子的极数能随定子极数自动改变，绕线转子则不能）。需要注意的是，在变极调速的同时，必须改变电源的相序，否则电动机将反转。250、变频调速（84页）

三相异步电动机正常运行时，每相电压1111m1

UE4.44KfN

m

将随之增电动机温升过

若电源电压U1不变，而降低电源频率f1时，磁通铁芯过饱和→导致励磁电流和铁损耗的大量增加→如果是增加电源频率，

m

会减小，电磁转矩和最大转矩减小，电动机的过载能力下降。

电动机温升过高、过载能力下降，都是不能允许的。

为了保证m不变，f1变高时，电压也要变高；f1变低时，电压也要变低；变频调速的调速性能优越、调速平滑、调速范围广、效率高。

251、变转差率调速（85页）。电源频率不变、定子旋转磁场极数不变，同步转速n1就不变。所以改变电压调速、转子串电阻调速同时也是变转差率调速。还有在绕线转子电动机转子回路串联外加电势的“串级调速”

252、三相异步电动机的电气制动。（87页）电动机的制动分机械制动和电气制动。电动机工作于电动状态时，电磁转矩与转速方向相同；制动时的电磁转矩与转速方向相反。制动可以使电动机快速停车，或者忽的稳定的下降速度。

电动机电气制动分能耗制动、反接制动、回馈制动。

252、电动机的能耗制动。在切断电源的同时，在定子两相绕组间通入直流电流，于是定子绕组产生恒定磁场，惯性旋转的转子切割定子磁场产生制动转矩，使转子转速下降，直至停转。

能耗制动的优点是：制动力强、制动较平稳、停车准确，消耗电能少；

缺点是：需要专门的直流电源。253、反接制动。制动时，将电源开关由运转位置切换到制动位置，定子旋转磁场方向与转子旋转方向相反，转子感生电流的转矩成为制动转矩。

如果制动的目的是停车，则在转速接近于零时，要切断电源，否则电动机将反转。

反接制动时，转子以（n+n1)的速度切割旋转磁场，定子及转子中的电流较正常运行时大十几倍。

通常用于启动不频繁、功率小于10KW的中小型机床及辅助性的电力拖动中。

254、回馈制动。回馈制动发生在电动机转速大于磁场转速的时候。比如，起重机下放重物时，定子磁场的旋转方向是下放重物，由于重物主动向下牵拉，转子转速快于磁场转速，转子电流反向，产生制动转矩。制动转矩随下降速度加快而增大，当转矩平衡时，重物匀速下降。

245、单相异步电动机（93页）单相异步电动机是使用单相交流电源供电的异步电动机。结构简



单、使用方便，只需要单相电源。

246、单相异步电动机，如果只有一套绕组，则没有启动转矩，无法自行启动。其根本原因是气隙中没有形成旋转磁场；如果在空间相差90°的两相对称绕组中通入互相插90°的两相交流电流，结果也产生旋转磁场，转速为n=60f1/p，旋转磁场的幅值不变，称为圆形旋转磁场。如果不对称，产生椭圆形旋转磁场。（94~95）

247、电容分相式单相异步电动机。定子上有两个绕组，一个为主绕组（工作绕组），另一个为启动绕组（辅助绕组），两绕组在空间相差90°。启动绕组与电容器串联。启动绕组电流比主绕组相位超前将近90°。

QFU主绕组

当转速接近额定值时，离心开关S能够自动断开，这时只留下主绕S

组，电动机仍可继续带负载C运转。

启动绕组

QFU主绕组

电容运行式.分相电容器在启动和运行时一直起作用C

启动绕组

电容运行式

电容启动式电动机接线图

QFU主绕组

启动绕组

C1S

两只电容，一只称为启动电容（电容量较大），它仅参与启动，启动结束后，由离心开关将其切除与启动绕组的连接；另一只称为工作电容（电容量较小），一直与启动绕组连接。

电容启动与运行式

电阻分相式单相异步电动机

如果在启动绕组中串接电阻，也可以使启动绕组电路性质呈近乎电阻性质（当电阻成分远大于感抗成分时），也使得两个绕组之间形成了接近90度的相位差。

QFU主绕组

启动绕组

248、电容分相式单相异步电动机的反转（98）将主绕组或副绕组的两根出线端对调即可。

vv249、单相异步电动机的调速串电抗器调速，绕组抽头调速。

250、三相异步电动机的选择（108）

选用电动机应以实用、合理、经济、安全为原则，根据拖动机械的需要和工作条件进行选择。

（1）选类型（鼠笼型？还是绕线型？）

鼠笼型电动机结构简单、价格便宜、运行可靠、实用维护方便。如果没有特殊要求，应当尽量选用鼠笼型电动机。

绕线型电动机启动转矩大，启动电流小，并可在一定范围内平滑调速。但结构复杂、价格较高、实用维护不便，并且故障率较高。

在只有单相交流电源或功率表很小的场合的，选用单相电动机。

在有特殊要求的场合，可以选用特种异步电动机，例如：力矩电动机、伺服电动机、步进电动机、直线电动机

（2)容量（额定功率）的选择。电动机的额定功率是由生产机械所需的功率决定的。大马拉小车、小马拉大车都不可。

选择电动机的额定功率时，一定要和工作制相对应。（连续、短时、断续三种工作制）

251、连续工作制（S1)。对于连续工作的生产机械，如水泵、风机等，所选电动机额定功率等于或少大于生产机械所需的功率，电动机的温升就不会超过允许值。

PN

m



12

252、短时工作制（S2)。当电动机在恒定负载下按给定时间运行而未达到热稳定时即停机，使电动机再冷却至与冷却介质温度之差在2℃之内。我国规定的短时工作制持续时间有：10、30、60、

PL90min四种。

PN

12

253、断续工作制（S3)（109）是一种周期性重复短时运行的工作方式，每一周期包括一段恒定运

行时间和一个间歇时间。标准的周期时间是10min.在此周期中，工作时间所占的比例叫做负载持续率，如果不加说明，以25%为准。【我国规定的标准持续率有15%、25%、40%、60%】（3）选额定电压（110页）电动机的额定电压，依据所使用场所的电压电压和电动机的功率来决定【电动机的电压等着选择】。一般情况，三相的电机选380V额定电压，单相电动机选220V额定电压。如果电动机额定功率大于100KW，而且使用电动机的场所有3KV、6KKV或10KV三相交流电源和技术条件，可以选对应的高压电动机。

（4）选额定转速。根据生产机械的要求、设备的投资以及传递系数的可靠性来决定。

同一类型、额定功率相同的电动机，高转速的比低转速的体积小、重量轻、效率高、成本低。如果生产设备要求低速，选高速反而要增加变速装置，不合适。

所选电动机的转速等于或略大于生产机械的转速、不使用减速装置或低传速比的减速装置为好。比较常用的转速为1500r/min.

【扩展：高转速经过减速机构变为低转速，可以使输出力量加大】（5）选结构。

开启式---无特殊防护装置，通风散热好，价格便宜，适用于干燥无灰尘的场所。

防护式---在机壳或端盖处有通风孔，一般可防雨、防溅、防止杂物电动机内部，但是不防尘、不防潮，适用灰尘不多比较干燥的地方。

封闭式---外壳严密封闭，能防止灰尘和潮气进入，适用于潮湿、多尘或含有酸性气体的场所。防爆式---整个电动机（包括接线端）全部密封，适用于有爆炸性气体的场所。254、三相异步电动机的维护检修要点（110下）（1）绝缘电阻--500V兆欧表测量，不低于0.5MΩ（2）轴承润滑油量

（3）电刷压力为0.015~0.025MPa（4）轴承温度不超过95℃

（5）电源电压与额定值比不超过+-5%（频率恒定），频率偏差不超过+-1%（电压恒定）。（6）负载电流不超过铭牌额定电流。（7）监视电动机的振动、噪声和气味。（8）电动机温升不超过允许值。

电动机的故障检查方法-----电动机的故障分为机械故障和电气故障。先外部后内部，线机械后电气，先控制部分后机组部分。采用“问、看、闻、模”的方法调查取证分析

直流电动机部分

301(120页)、将机械能转变为电能的是发电机，将直流电能转变为机械能的是直流电动机。直流电动机的优点：具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力。302、直流电动机的结构：定子、转子、气隙、电刷装置、风扇。

303、直流电动机的定子。定子由主磁极、换向磁极、电刷装置、端盖组成。

304、主磁极。产生恒定的、有一定空间分布形状的气隙磁通，也是磁路的一部分。主磁极有永磁式和电磁式两种。主磁极铁芯分成机身和极靴，极靴的作用是使气隙空间分布均匀并且减小气隙磁阻。主磁极上的线圈用于产生主磁通，叫做励磁绕组。相邻两个主磁极是N、S交替出现的。305、换向极。作用时改善直流电动机的换向性能。换向极装安在相邻的两个主磁极之间，换向极绕组一般与电枢绕组串联（122上）

306、电刷装置。是直流电动机的重要组成部分，通过该装置把电枢电流与外部电路相连接。307、转子。直流电动机的转子又称电枢。由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、电动机转轴和轴承组成。

308、电枢铁芯。嵌放电枢绕组作为直流电动机磁路的一部分。

309、电枢绕组。由带绝缘的导体绕指而成。每一个线圈称作一个元件，多个元件有规律第连接起来形成绕组。元件分为有效部分和短接部分。

310、换向器。又叫整流子。直流电动机的换向器，是把外接供给的直流电流转变为绕组中的交变电流，已使电动机旋转。换向器有换向片组合而成，是电动机的关键部件之一。也是最薄弱的部分。

311、气隙。定子和转子之间留有一定的空气间隙。气隙大小【圆筒状，厚薄】与电动机容量有关。312、直流电动机分类：按励磁方式分：永磁式和电磁式。电磁式又分为它励直流电动机和自励直313、按结构形式还可分为开启式、防护式、封闭式和防爆式。314、直流电动机的铭牌数据：

额定容量（功率）---直流电动机带额定负载时，转轴上输出的机械功率；额定电压-----------直流电动机安全运行时的最高电压。额定电流----按照规定的工作方式运行时允许输入的电流...

作用，转子线圈中流过方向交变的电流，在定子产生的磁场中受电磁力，产生方向恒定不变的电磁转矩，使电动机朝确定的方向连续运转。

316、直流电动机的转向，用左手定则确定；作用在线圈导体上的电磁力FBlI

317、电刷中性线位置及其调整（129等）

直流电动机在出厂前或在检修之后均须进行性能测试,其测试项目之一便是确定电刷几何中性线位置.因电刷一旦偏离中性线,刷下火花就比较严重,可能导致电枢绕组和励磁绕组发热,甚至造成整流不正常,故直流电动机的电刷必须与磁感应强度为零的线圈连接,即必须在几何中性线上.

电刷中性线位置的测定

电电S

几何中性线

两极直流电动机的几何中性（一条）线位置

四极直流电动机的几何中性线（两条）位置

318、直流电动机的电枢电动势（134页）。直流电动机的磁场是由主磁极产生的励磁磁场和电枢绕组电流产生的电枢磁场合成的气隙磁场。当转子旋转时，转子导体切割气隙合成磁场，产生转子电动势Ea.ci次电动势与转子电流方向相反，称为反电动势。

C

（3.8）

直流电动机转子的转速（r/min)气隙每极磁通（Wb)

电动势常数（仅与电动机的结构有关)电枢感应电动势（V)

319、它励、并励直流电动机的电压平衡方程

UE

IaR

电压平衡方程式（3.9）

320、功率和效率

直流电动机的运转，需要励磁供电和电枢供电两部分。因此对于它励和并励的直流电动机，电源供给的总功率，包括电枢的功率和励磁的功率

P1UIU（IaIf)P1aPfcuPemPacuPfcuP0P2PacuPfcu

直流电动机的空载损耗

直流电动机输出的机械功率

直流电动机电枢铜损耗

直流电动机励磁铜损耗

100%

321、电磁转矩。电枢绕组的产生电磁力，电磁力对转轴产生转矩。转子的总的电磁转矩值：

TemCTIa

（3.15）

电枢电流(A)

气隙每极磁通(Wb)

转矩常数（只与电动机的结构有关）总的电磁转矩（N.m）

电磁转矩的大小正比于与转子电流和每极磁通。

电磁转矩的方向由主磁极磁场方向和转子电流方向决定，使用左手定则来确定。322、在同一台电动机中，转子电动势常数和转矩常数之间关系:

CT9.55CE

323、稳态运行的直流电动机轴上有3个转矩：

电磁转矩Tem。电动时，方向与转速方向相同【制动时，相反】，是驱动转矩；空载损耗转矩T0。是直流电动机空载运行时的制动转矩，与转速方向相反；轴上输出转矩T2。与电动机轴上拖动的生产机械负载转矩TL相平衡。

TemT2T0TLT0

Tem9550

Pemn

T09550

（3.17)

P0n

T29550

。。。。。。。

2

P2T2T2n0.105T2n

。。。

324、他励直流电动机的机械特性（136页）。直流电动机的机械特性是指直流电机的转速n与

电磁转矩Tem之间的关系。机械特性是直流电动机机械性能的主要表现，是直流电动机最重要的特性。

用电流表示的机械特性方程：

Ia=Tem/CTØ

把电流与转矩的关系引入机械特性方程

TemCTIa

UIaRaRaUnTemn0Temn0n2

CECECECT

用电流表示的机械特性

用转矩表示的机械特性

理想空载转速

(3.15)

转速降

325、固有机械特性。当转子两端加额定电压，气隙磁通为额定值、转子回路不串电阻时的机械特性。

n

RaUTem

CECECT

nn0nN

随着转矩Tem的增大，转速n降低；

当Tem等于零时，n=n0为理想空载转速；机械特性曲线斜率很小，称之为硬特性；

当Tem=TN时，转速n=nN，磁点为额定运行点。

TNTem

图3-17直流电动机的固有机械特性

326、人为机械特性。一台直流电动机如果只有一条固有机械特性是不行的，也就是说：它的U、

、Ra均不变，一个转矩值对应一个转速，生产中转矩一变转速就被动地变；转速也不能人为

地改变。通过改变U、“Ra”、的办法实现调速，其特性曲线叫做人为机械特性曲线。

（1）转子回路串电阻所获得的人为机械特性曲线。转子加额定电压，每极磁通为额定值，转子回路另外串电阻。所获得的特性曲线n0点不变，曲线斜率变化，串联的附加电阻愈大，特性线倾斜愈厉害。

（2）改变转子电压所获得的人为机械特性曲线。每极磁通额定值不变，转子回路电阻不变，改变电动势电枢电压。所得特性线是平行于固有机械特性曲线的直线，电压愈低，n0点于向下平移。（3）减弱磁通所获人为机械特性曲线。理想空载转速n0随磁通的减弱而上升，原固有特性曲线向上移动，n0一端移动得比右端多，特性变软。

。。。

nn0

理想空载转速不变，转子回路传入的电阻愈大，特性曲线倾斜愈加厉害

RaRpa1RaRpa2

Tem

图3-18转子串电阻获得的人为机械特性

nn0N

n01n02

n1n1

UNU1U2

特点：

理想空载转速n0与转子电压U成正比；而且当U为负值时，n0也为负值；

特性线的斜率不变，与固有机械特性（就是加额定电压时的特性）时斜率相同。这一特点，为通过改变电枢电压调转速、转向提供了途径，是生产中基本使用方法。

U1U2UN

0图3-19

改变转子电压人为机械特性

Tem

n02n01

21

n0N特点：

理想空载转速随磁通的减弱而上升；减弱磁通时，机械特性变软；

对于一般直流电动机，当Ø=ØN时，磁路已经饱和，再要增加磁通已不容易，所以在磁通上做文章时，人为机械特性只能是在额定值的基础上减弱磁通。

TNTem

327、串励直流电动机的机械特性（140）

1,固有特性曲线

2、3，电枢回路串入不同阻值电阻后得到的人为机械特性特性很软。绝不允许空载启动和空载运行。

n

CTKUNCEKem

Ra

CEK

328、换向火花与改善换向（142）电动机运行时几何中心线处的气隙磁场不再是零，电刷与换向片之间产生换向火花。产生换向火花的原因是：在换向过程中产生了换相电动势。

解决办法之一是在主磁极之间安装换向极。换向极线圈通过电枢电流，使换向相极绕组产生的磁动势方向与转子反应磁动势方向相反，大小则略大，。

办法之二是增加幻想贿赂的电阻；办法之三是安装补偿绕组。329、直流电动机的启动（145）。

是指转子从静止状态开始，转速逐渐上升，最后达到稳定运行状态的过程。

启动开始的瞬间，转速等于零，此时的转子电流称为启动电流Tst,对应的电磁转矩叫启动转矩Tst，

直流电动机的启动转矩应大于静态转矩，才能使直流电动机获得足够大的动态转矩和加速而运行起来。

从电磁转矩公式：看来，要使Tem足够大，就要求磁通、转子电emTa流Ia要足够大。

足够大，并不是越大越好。过大的启动电流会使电网电压波动，换向困难，甚至产生环火；再者启动转矩过大可能损坏直流电机的传动机构。

（1）直接启动。就是在直流电动机转子上直接加上额定电压的启动。在启动开始的瞬间，转速为零，电枢绕组的感生电动势为零。.......................

TCI

EaCEn0

.........

据电压平衡方程:

U=Ea+IaRa

启动电流为：启动转矩为：

Ist===UN/Ra

TemCTIst

除个别容量很小的直流电机外，不允许直接启动。

330、降低电源电压启动（146）。启动前，先调好励磁，将施加在直流电动机转子两端的电压降低。当最低电压所对应的人为特性上的启动转矩大于负载转矩一定值时，直流电动机就开始启动。直流电动机启动后，再逐渐提高转子电压。....

331、电枢回路串电阻启动。转子回路串电阻启动，就是在转子回路中串接附加电阻启动，启动结束后再将附加电阻切除。启动开始瞬间，串入全部电阻，是启动电流不超过允许值。

332、直流电动机的反转（148）。只要改变磁通和电枢电流二者中任意的方向，就可以改变电磁转矩的方向。

333、直流电动机的调速（149），。为了提高劳动生产率和保证产品质量，要求生产机械在不同的情况下有不同的工作速度。这种改变速度的过程称为调速。

调速包含两方面的含义：一是使转速发生转变，二是使转速保持不变。

调速，是使用直流电动机的重要内容。调速的质量好坏直接关系到生产过程质量。

（1）调速范围。电动机拖动额定负载时，所能达到的最高转速与最低转速之比：D轧钢机D=3~120，龙门刨床D=10~40，车床D=20~120，造纸机D=3~20.

电动机的最高转速受电动机的机械强度、换向条件、电压等级等方面的限制；

最低速受低速运行时转速的相对稳定性的限制。

（2）静差率（相对稳定性).是指负载转矩发生变化时，直流电动机转速随之变化的程度。

nmaxnmin

理想空载转满载0nNn

%100%100%

n0n0

静差率越小，转速的相对稳定性越高。

调速的平滑性。直流电动机的相邻两级转速之比称为调速的平滑性（149下）



ni1

（3）调速的经济性，由调速设备的投资和电动机运行时的能量消耗来决定。（4）调速时的直流电动机的容许输出。调速过程中所能输出的功率和转矩。............

334、直流电动机调速方法。

直流电动机的速度公式：n=[U-Ia(Ra+Rpa)]/CEØ

降压调速（150）电动机的工作电压不得超过额定电压！

降压调速的优点是：当电枢电压连续变化时，转速变化也是连续的，故这种调速是无级调速；调速前后机械特性的斜率不变，机械特性应当较高，负载变化时，速度稳定性好，无论轻载还是重载，调速范围相同。调速经济性好。调速范围在额定转速和零速之间。（1）电枢回路串电阻调速。保持电源电压及主磁通为额定值不变。

串电阻越大，稳定运行转速越低。此方法只能在低于额定转速范围内调速。多用于对调速性能要求不高，而且不经常调速的设备上，如起重机、运输牵引机械等。不能连续调节。

（2）减弱主磁通调速（152）。保持电源电压和电枢电阻不变。弱磁调速范围是在额定转速与电动机所允许的最高转速之间进行调节。优点是：设备简单，调节方便，运行效率高，适用于恒功率负载。缺点是特性弱，转速稳定性差。

电气制动的方法有：能耗制动、反接制动（倒拉反接制动，电源反接制动）、回馈制动（又称再生反接制动）

电气制动的优点是制动转矩大，制动强度比较容易控制。335、它励直流电动机的能耗制动（153）

保持励磁电源不变，把正在做电动运行的电动机电枢从电源上断开，再接上一个外加制动电阻组成控制回路，将机械能转变为热能消耗在电枢和制动电阻上。

能耗制动时，电枢回路中的电流方向改变，形成的电磁转矩是制动性质。

初始制动时，因为磁通保持不变，电枢存在惯性，其转速不能马上降为零，而是保持原来的方向旋转，n和Ea的方向均不改变，这时的电枢电流由Ea产生，Ea施加到电枢电阻及制动电阻之上产生电流形成的电磁转矩与电动转矩相反。

-电动

Rbk

制动

Rbk如果负载是反抗性负载，能耗制动转速降到零时，电动机转子停转。

如果负载是位能性负载（下坠），能耗制动转速降到零后，电动机转子倒转、加速；电动机处于发电状态，加速到“C”点时，电枢电流产生的电磁转矩（制动转矩）与重物下坠产生的负载转矩平衡，重物匀速下降。

能耗制动时的机械特性，就是在U=0，Ø=ØN,R=Ra+Rbk

条件下的一条人为机械特性。即：

n

RRbkRaRbkU

aT0Temem22

CECECTCECT

二象限内的关系，转矩为负，转速为正；四象限内的关系，转矩为正，转速为负

采用能耗制动方式，重要的是恰当选择制动电阻值大小。以便在限制制动电流的基础上，获得制动的平稳和短暂。

Rbk愈小，特性曲线的斜率越小（线较平）；

起始制动转矩越大，制动时间则越短，但是导致制动电流大。通常限制不超过2~2.5倍额定电流。

能耗制动方式，系统简单，但是制动转矩逐渐变小（原点前的那一段），效果变差。336、他励直流电动机的反接制动（154）

U电

动Rbk

-B

M+制动前+U

-D，如不停电，反向电动工作点。

RaRbk

TC

C，反接制

动停止点。

Lem

Rbk

制动

制动时

反接制动适合于要求频繁正反转的电力拖动系统。先用反接制动达到迅速停车，然后接着反向启东并进入反向稳态运行。

对于只是要求准确停车的系统，反接制动不如能耗制动方式。

337、他励直流电动机的回馈制动（155）

回馈制动，是由于非驱动原因（如位能负载拖动电动机）使电动机的实际转速大于理想空载转速n0。这时，电枢产生的（反）电动势大于电源电压，于是电枢电流反向，外力作用所产生的电磁转矩与原驱动方向相反，呈发电机作用，外力能源转换的电能向电网回馈，同时使电动机处于制

动状态。

(b)负回馈制动的机械特性

TL

Tem

(a)正回馈制动的机械特性

-n0

-Temst

电磁转矩、负载转矩和转速方向都是向下。从n=0加速

emst

Tem

n向下增大到（-n0)、Ea增大到绝对值等于UN、Tem减小到0

物体继续加速下降，

电动机在重物的拖动下发电运行，Ia产生的电磁制动转矩Tem自0增加，到F点与负载转矩TL平衡，物体进入匀速下降状

338、直流电动机的选用（163页）。直流电动机的主要优点是启动性能和调速性能好，过载能力大。主要缺点是存在电流换向问题。

合理选择直流电动机是保证电动机安全、可靠、经济运行的重要环节。

选什么？选电动机的：额定功率、额定电压、额定转速；种类、结构形式。

选择原则：要满足生产机械在拖动的各个环节（启动、调速、制动）对功率和转矩的要求，并在此基础上使直流电动机得到充分利用。

选择方法：根据该电动机需要拖动的生产机械工作时的负载（包括转矩、功率、电流）大、小变化特点

细节见教材第163页~168页。

第四部分特种电动机（教材170~187页）

401、伺服电动机的作用是将输入的电压信号转换成电动机轴上的角位移或者角速度输出。在控制系统中作为执行元件。伺服电机可使控制速度、位置非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。

伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

最大特点是：

有控制电压时立即旋转，无控制电压时立即停转。

转轴的转速转向由控制电压的大小和方向决定。

402、直流伺服电动机是指使用直流电源工作的伺服电动机。实质就是一台他励直流电动机传统型直流伺服电动机和普通直流电动机基本相同，有定子和转子两大部分构成。

按照励磁方式的不同，又可以分成永磁式（代号SY）和电磁式（代号SZ）两种。403、各种直流伺服电动机的工作原理与直流电动机相似。其转速公式为：

n

IaRCE

（4.1）

与（3.18）相同

通过改变电枢电压来控制电动机转速叫做电枢控制通过改变磁通控制电动机转速，叫做磁极控制。404、直流伺服电动机运行特性(172)

n

URTemKEKEKT

Tem

Uam图4-6电枢控制直流伺服电动机的

调节特性0

TL3TL20

TL1=0

图4-5电枢控制直流伺服电动机的机械特性

U1U2

405、交流伺服电动机的结构与单相异步电动机相似，它的定子绕组分为主绕组和控制绕组，主绕组起励磁作用，接到电源Uf上；副绕组作为控制绕组，输入控制电压UK。两者电源频

率相同、相位相差90°电角度。工作时在气隙中产生一个旋转磁场使转子受力旋转。

当负载转矩一定时，可以通过调节控制电压的大小或相位达到改变电动机转速

406、（1）幅值控制。是指：保持控制电压和励磁电压之间相位差90度，只改变控制电压的幅值

407、（2）相位控制。

采用相位控制时，控制电压和励磁电源均为额定电压，通过改变控制电压和励磁电源的

相位差来实现对伺服电动机的控制。

408、（3）幅相控制（或称电容控制）。在励磁绕组回路中串联一个电容器。

能够实现对控制电压的幅值、对控制电压与励磁电压之间的相位差同时控制

409、对伺服电动机的基本性能要求是：

运行可靠性高、特性参数精度高、响应速度灵敏度高等等。410、伺服电动机的特点

（1）有广泛的无级调速范围。

（2）机械特性和调节特性的线性度好，能提高自动控制系统的动态精度。（3）无自转现象，当控制信号为零时能立即停止。

（4）响应速度快，机电时间常数小，转动惯量小，能随着控制型号的变化而迅速变化。411、伺服电机主要用在自动控制系统和计算机装置中，参与对机电信号的检测、解算、放大、传递、执行或转换

412、在自动控制系统中，测速发电机作为检测元件，可以将电动机轴上的机械转速转换为电压信号输出。所输出的电压信号大小与机械转速成正比关系；输出电压的极性反映了电动机机械旋转方向。

测速发电机有交流和直流的两种。

要求用于自动控制系统的测速发电机输出的电压反映转速变化必须跟随迅速、量值精确。413、同步测速发电机

交流同步测速发电机分为：永磁式、感应子式和脉冲式。

永磁式和感应式测速发电机，其感应电动势随转速变化而变化，可以用来测速。414、异步测速发电机

交流异步测速发电机分为：笼形转子和杯形转子两种。

笼形转子异步测速发电机的线性度较差，相位差较大，剩余电压较高，多用于对精度要求不高的控制系统。

杯形转子异步测速发电机输出特性有较高的精度，又因为它的转子转动惯量小，可以满足快速性要求，所以在自动控制系统中应用广泛。

415、直流测速发电机是一种微型它励直流发电机，他与直流伺服电动机基本相同，有独立的励磁磁场或永久磁铁作为磁场，其工作原理与一般发电机相同。

416、自动控制系统的对测速发电机的要求是：

（1）输出特性与输入量成正比，而且不随外界条件的变化而变化。（2）电动机转子的转动惯量要小，方能保证快速响应。

（3）电动机灵敏度要高，就是要求输出特性曲线的斜率要大417、步进电机------采用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行

器。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度。如果停机后某些绕组仍保持通电状态，则还有自锁能力。最大缺点是：在重负载和高速的情况下，容易发生失步。

418、三相反应式步进电动机的工作原理（1）三相单三拍工作方式三相单三拍的特点：

（1）每来一个电脉冲，转子转过的空间角度（这里是30）称为步距角。

（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。（3）转速取决于控制绕组与电源接通和断开的频率。接通和断开电源的过程，由电子逻辑电路来控制

UU2U相

V相UU2

222222→→W相

419、随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用越来越广泛。在数控机床、绘图机、计算机外围设备、自动记录仪表、钟表、数/模转换装置等都有应用。

步进电动机的主要优点是整个系统简化，运行可靠、准确。420、直线电动机与普通旋转电动机都是实现能量转换的机械，普通旋转电动机将电能转换成旋转运动的机械能，直线电动机将电能转换成直线运动的机械能。直线电动机应用于要求直线运动的某些场合时，可以简化中间传动机构，使运动系统的响应速度、稳定性、精度得以提高。直线电动机在工业、交通运输等行业中的应用日益广泛

421、直线异步电动机有平板形、管形等结构型式。平板形直线异步电动机可以看做将普通鼠笼转子三相异步电动机沿径向剖开后展平而成，如图所示。对应于旋转电动机定子的一边嵌有三相绕组，称为初级；对应于旋转电动机转子的一边称为次级。

422、为了抵消初级磁场对次级的单边磁吸力，平板形直线异步电动机通常采用双边结构，即有两个初级将次级夹在中间的结构形式。

423、

如果把圆柱形的鼠笼电动机定子、转子沿轴向剖开展平，就成为直线形电动机；

然后再把这个直线形电动机沿

新的轴线卷起来，就成为管形直线电动机，次级在内，初级在外，次级在

管内做直线运动。

424、

转轴

圆弧形直线异步电机是将平板形直线电机的初级沿运动方向改成弧型，并安放于圆柱形次级的柱面外侧

圆柱形

次级

425、圆盘形直线异步电机是将次级做成一个大圆盘

（使用铜、铝，或者铝与铁复合制成），将初级放在次级圆盘靠近外缘的平面上。

426、给直线电动机的初级通入三相正弦交流电，会产生气隙磁场。这个磁场将按U1、V1、W1次序沿直线移动。

次级

绕组

图4-29直线电动机基本作原理

427、把三相旋转异步电动机展开成直线电动机，知其同步线速度是：

v12p

2

pn60

2f1(cm

/s)

次级的速度与同步速度之间有转差率：

改变极距或电源频率，就可改变次级的移动速度。改变相序，就可改变次级的移动方向。

v2f1(1s)

428、直线电机主要应用于三个方面：

1、用于自动控制系统，这类应用场合比较多2、作为长期连续运行的驱动电机；

3、应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。

张明金教授所著《电机与电气控制》2011年第1版部分知识点（赵成民老师整理）变压器部分第1页

101、变压器和电动机是以电磁感应原理为工作基础的。

102、变压器在电力线路中用于电能的传输；在电子电路中用于信号的变换。103、变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电气设备。

第2页106、发电厂欲将P

ULILCOS的电功率输送到用电的区域，在P、COS一定时，所用的

电压愈高，则输电线路中的电流愈小，因而可以节约导电材料和减少输电线路上的损耗。

发电机输出的电压有：3.15KV、6.3KV、10.5KV、15.75KV等几种，要经过升压变压器升高才能远距离输送。

第3页

111、绕组变压器绕组的作用时构成电路，它一般用绝缘七宝铜线或铝绞线绕指而成。

第4~5页

；此交变磁通交链于原、副

绕组，使原、副绕组中产生交流电动势e1和e2。

116、若变压器的二次绕组开路（不接负载），叫做变压器的空载运行；若变压器的二次绕组接负载，叫做变压器的负载运行。

117、变压器的原边副边电压、一次二次绕组匝数、原边副边绕组感生电动势有效值之间有：

U1E1N1

1.3）U2E2N2

118、变压器的空载运行，是指变压器的一次绕组接在额定频率、额定电压的交流电源上，而二次绕组开路时的运行状态。

119、变压器的空载运行，原绕组加上交流电压u0时，便有交变电流i0（叫做空载电流）通过

原绕组，大中型变压器的空载电流约为原边额定电流的3%~8%。

第6页121、若外加电压按正弦规律变化，则i0和也按正弦规律变化

msint，交变磁通在原

E24.44fN2m

U1EN

11k（变比）U20E2N2

这反映了变压器的变换电压作用

124、

第7页

变压器的负载运行是指原绕组加额定电压，副绕组与负载相接通时的运行状态。这时副绕

组中有了电流i2。i2的大小由副绕组电动势和副边电路的总的阻抗来决定。变压器负载运行时，可以近似认为U1E14.44fN1m

这是反映变压器基本原理的重要公式，它说明：只要加在

变压器原绕组的电压U1及其频率f都保持一定，铁芯中磁通的幅值就基本保障持不变，铁芯中

的磁动势也基本不变。

I1N1I2N2I0N1

时的磁动势。

...

(1.8)

铁芯磁路中的磁动势基本不变，负载时的磁动势近似等于空载

(1.8)式可以改写成：I1N1I0N1（-）I2N2

含义是：原绕组磁动势包括空载磁动势和用于平

衡副绕组的磁动势。因为空载电流很小，不考虑相位关系，原副绕组电流关系：（1.9）

这反映了变压器的变换电流作用。

ZLk2ZL

I1N21

I2N1k

126、变压器的变换阻抗作用(1.10)

128、电压变化率U%

U20U2

100%U2N

反映了变压器供电电压的稳定性与电能质量，是

变压器运行性能的重要数据之一。

129、变压器损耗。变压器实际输出的【有功】功率P2不仅决定于副边的实际电压U2电流I2，而且还与负载的功率因数COS

有关，即

P2U2I2COS2

变压器的输入功率是

【注意：这里的输出、输入功率，都是指单相变压器或单相绕组的功率！】变P1U1I1COS1

压器的输入功率中I1的变化跟随输出功率中I2的变化【第7页下，变压器运行时的磁动势平衡

方程】，也就是说，变压器的输入功率决定于输出功率。变压器输入功率大于输出功率，多出的部分就是损耗。

第10~13页

132、变压器的效率和效率特性变压器的效率是指输出功率占输入功率的百分比



P2P2

100%100%PP2PFePcu1

PPFePcuPFePcuPFePcu2100%(1100%

p2pFepcuP2PFePcu

计算变压器的效率时，可以采用

2个假设：以额定电压下的空载损耗作为铁损耗；并认为铁损耗不随负载变化；一额定电流时的

短路损耗作为额定电流时的铜损耗，并认为铜损耗与负载电流的平方成正比；变压器最高效率的条件是：铜损耗=铁损耗。

136、137、钳形电流表利用电流互感器原理工作。第20页变压器绕组同极性端的测定138、

交流电压表（分别测三处）

U13

交流电压表（分别测三处）

如果得到：U13=U12-U34

即U12=U13+U34如果得到：U13=U12+U34即：U12=U13-U34

+US

交流电源（电压较低）

U12

U34

“2”、“4”短接，同电位；所以，如果U12=U13+U34

则“1”端电位高时“3”端电位也高。

第24~31页

141、三相心式变压器的特点是把三台单相变压器的铁芯合并成一个整体，三相磁路彼此关联。当外加三相对称电压时，三相主磁通是对称的。

142、在工程上，取三相空载电流的平均值作为空载电流值。

143、超高压大容量的巨型变压器采用三相组式变压器；中小容量的变压器都采用三相心式变压器。

144、变压器高压绕组及出线端标记：首端U1；U1V1W1；末端U2;U2V2W2145、变压器低压绕组及出线端标记：首端U1；U1V1W1；末端U2;U2V2W2

146、变压器中压绕组及出线端标记：首端U1mU1mV1mW1m末端U2m;U2mV2mW2m147、变压器中性点标记：高压绕组的N,低压绕组的n,中压绕组的Nm

W2U1

VUW222

U1--U2V1---V2W1---W2U1或u1--u2v1---v2w1---w2u1UVW222U1--U2W1---W2V1---V2U1或u1--u2w1---w2v1---v2u1

三相绕组逆序三角形连接三相绕组顺序三角

形连接

新国标（GB1004-1996）中只有顺序连接

额定容量--额定输出的视在功率；单相变压器额定视在功率SNUNIN

三相变压器额定视在功率SN

额定电压---线电压；额定电流---线电流；额定频率：50HZ

短路电压；空载电流；空载损耗；短路损耗；变压器效率

电动机部分第41~48页

201、实现机械能与电能相互转换的旋转机械称为电机。把机械能转化为电能的电机称为发电机，把电能转化为机械能的电机称为电动机。

202、电动机按种类的不同分为交流电动机和直流电动机。交流电动机又分为异步电动机和同步电动机。异步电动机又可分为鼠笼式和绕线转子式。

205、三相异步电动机的机座起固定和支撑定子铁芯和端盖、保护电动机的绕组和旋转部分的作用。

206、定子铁芯是构成电动机磁路的一部分，用来固定定子绕组，用硅钢片叠压而成。

每相绕组的两端分别用U1--U2，V1--V2，W1---W2表示。三相绕组的6个出线端引到接线

盒上，在接线盒内与三相电源相连接，可以根据需要接成星形或三角形。

UNIN

目前我国生产的三相异步电动机，功率在4KW以下的定子绕组一般均采用星形接法，4KW以上的一般采用三角形接法。

211、电动机的转轴用来输出机械转矩。

212、气隙是指异步电动机的定子铁心内圆表面与转子铁芯外圆表面之间的间隙。气隙是均匀的，气隙大小对电动机的运行性能和参数影响较大。

额定功率、额定电压、额定电流、功率因数、效率之间的关系：PN额定转速；额定频率；接法；温升及绝缘等级；防护等级

214、三相异步电动机绕组首尾端的测定

3UNINCOSNN。

启动困难、转速低、振动大、响声大、三相电流严重不平衡。

万用表判别法。

（1）用欧姆档分辨出三相绕组。（2）假定三相绕组为U、V、W相。

（3）假定三相的首尾U1-U2;V1-V2;W1-W2

电池

U1W1

万+用表

µA微

安-档

U2W2

215、旋转磁场的产生

iUiA

假定三相电流的正方向（不是同时）是由始

端流向末端(流进）；假定U相的初相角为0°（V、W依次滞后120°相位）于是：

iWC

iVB

W22V

B11

iuIivIiwI

sint

2

sin(t)

32

sin(t)

三相对称定子绕组的嵌放

三相对称定子绕组的Y型连接

定子绕组的电流随时间变化，所以电流产生的磁场分布情况也随时间而变化。三相电流产生合成磁场。

217、若旋转磁场的磁极对数是P,电流的频率是f1，则旋转磁场每分钟旋转n1周

n1

60f1

(r/min)p

（2.2）

219、三相异步电动机转子转速恒小于定子磁场转速时异步电动机旋转的必要条件。220转差率S。

S

n1nn1

转差率时分析异步电动机运行的一个重要参数，它的大

小与负载情况有关。启动瞬间，S=1，S在1~0的范围内变化。

额定转速时的转差率叫额定转差率SN，额定转速时的转速记作座nN

n

60f1

(1S)p

SN

n1nN

（2.8）（1.15）

U1E14.44K1f1mN1

的每极磁通m也基本不变。224、转子电路的电动势

当外加电压不变时，定子电路的感应电动势基本不变，旋转磁场

E24.44K2f2mN2转子静止时，转子感应电动势的频率与定子磁场

E204.44K2f1mN2n1nn1npn1

sf1

60n160

E24.44K2sf1mN2sE20

感抗值

等于

频率（外接电源频率）相等转子运转起来以后，f2p

225、转子电路的电流。转子电路含有电阻和感抗。其

X22f2L22sf1L2s2f1L2sX20

转子电路的电流

I2

sE20

2R2(sX20)2

226、转子电路的功率因数。

COS2

Z2

2R2(sX20)2

227、

cos2

2

启动时，启动电流很大，功率因数很小。

228、定子电路电流I1与变压器相似，定子电路电流与转子电路电流的比值也近似等于常数

（68页下）

电动机的转距与旋转磁场的强弱和转子笼条中的电流成正比．和电源电压的平方成正比所以转距是由电流和电压的因素所决定的

转子电流有功分量(1)物理表达式.

TcI2cos2

(2.17)

电磁转矩

计算转矩的结构常数

转子回路的功率因数

需要明确的是：转矩与转子电流的有功分量I2a成正比，而不是与转子电流I2成正比。

‘

TcUT

(2)参数表达式.

sR2(X

(2.18)

X20，转子不转时，转子绕组的漏感抗s,转差率

R2,转子绕组的电阻值U1,电源电压

计算转矩的结构常数

（3）实用表达式（71页下~72页）：利用电动机的技术数据和名牌数据求得的电动机的电磁转矩。

电磁转矩的实用表达

2Tmax

T

cscs

TmaxmTN

式中：

scsN(m

2m1)

230、三相异步电动机转矩与转差率的关系。

转差率是转动“速度”的问题；

转矩是电动机工作“力气”的问题。

图2-32三相异步电动机的T--S曲线

TTmax

'''

R2R2R2

0同步

状态

''2

SCSS

''C

静止状态

绕线转子异步电动机，就是通过改变启动时的R

（1）非稳定工作区AB段：（2）稳定工作区BD段：

稳定工作区

n1nN

SC对应的是nc

AB段：启动转矩Tst大于负载转矩TL，转速从零起步；转速上升的同时电磁转矩也上升，直到临界工作点,转矩达到最大Tmax。

TTstN

三相异步电动机的机械特性曲线

非稳定工作区

Tmax

DB间的速降很小，叫做硬机械特性。

233、启动转矩系数Kst(71页)启动转矩必须足够地大于负载转矩，电动机才能够启动起来。

但是负载转矩不是定值，不确定，因此，采用启动转矩与额定转矩的比值来表示启动启动转矩系数：Kst

Tst

（2.21）

TN9550

PNnN

（N.m)

启动转矩系数是异步电动机的一项重要指标。一般的电动机要求Kst=1.8~2.2；

对起重机要求Kst=2.8~3.0

过载系数是异步电动机的一个很重要指标。一般的电动机要求

TmaxTN

m1.8~2.2；

对起重机要求还要大些

234、额定转差率SN电动机的额定工作点不宜太靠近临界点（nc,Tmax），以便留有足够的承受过载能力。一般取SN=0.02~0.06

235、人为机械特性（72）：人为地改变电源参数或电动机的参数所得到的机械特性。（1）降低定子电压所得到的人为机械特性。

0.8UN

变陡

0.25Tst

0.25Tmax

0.64Tst

Tst

0.64Tmax

Tmax

电源电压变小，最大转矩、启动转矩都变小、机械特性曲线变陡---特性变软。

sOSCSC1SC21O

nRst3Rst2Rst1

RRT

增大转子阻值，临界转速点向s=1的方向移动、人为机械特性曲线比固有特性线变软。

所以启动结束后，要把所串对称电阻短路掉。

236、转子电路串接对称电阻是的人为机械特性。对绕线转子异步电动机，当转子电路的电阻在一定范围内增加时，可以增大电动机的启动转矩。

237、三相异步电动机的运行特性：转速特性、转矩特性、定子电流特性、定子功率特性、效率特性。



sE20R(sX20)

。启动的瞬间，S=1，I2st



sE20R(sX20)



E20RX

220

启动电流可达到额定电流的4~7倍。启动电流是电动机气动性能的重要指标之一。

239、转子电流I2大，电动机的启动转矩并不大，因为功率因数小。

TcI2cos

(2.17)

电磁转矩

计算转矩的结构常数转子回路的功率因数

Ist1电源容量（KV.A)KI3IN4启动电动机的容量（KW）

（2.29）79页

241、三相异步电动机降压启动。（1）电动机容量较大（大于7.5KW；或者KI较大），不允许

降压启动方式：星三角降压、自耦变压器降压、延边三角形降压启动等。

1/K

247、三相异步电动机反转。三根端线，任意调换两根，电动机转向反向。

248、三相异步电动机调速（82来改变电动机的转速。60f

n

(1s)

从这个式子看，电机转速与电压频率f1及磁极对数P相关。因此，有了变极调速和变频调速和变转差率S调速这三种途径。

变极调速-----------改变磁极对数P变频调速-----------改变电源频率f1

变转差率S调速----绕线转子串电阻调速、串级调速、改变定子电压调速。

为了提高产品质量和生产效率，要求从最低速到最高速，调速范围宽、调节过程变速平滑。

三相异步电动机正常运行时，每相电压1111m1

UE4.44KfN

m

将随之增电动机温升过

若电源电压U1不变，而降低电源频率f1时，磁通铁芯过饱和→导致励磁电流和铁损耗的大量增加→如果是增加电源频率，

m

会减小，电磁转矩和最大转矩减小，电动机的过载能力下降。

电动机温升过高、过载能力下降，都是不能允许的。

为了保证m不变，f1变高时，电压也要变高；f1变低时，电压也要变低；变频调速的调速性能优越、调速平滑、调速范围广、效率高。

电动机电气制动分能耗制动、反接制动、回馈制动。

能耗制动的优点是：制动力强、制动较平稳、停车准确，消耗电能少；

如果制动的目的是停车，则在转速接近于零时，要切断电源，否则电动机将反转。

反接制动时，转子以（n+n1)的速度切割旋转磁场，定子及转子中的电流较正常运行时大十几倍。

通常用于启动不频繁、功率小于10KW的中小型机床及辅助性的电力拖动中。

245、单相异步电动机（93页）单相异步电动机是使用单相交流电源供电的异步电动机。结构简



单、使用方便，只需要单相电源。

QFU主绕组

当转速接近额定值时，离心开关S能够自动断开，这时只留下主绕S

组，电动机仍可继续带负载C运转。

启动绕组

QFU主绕组

电容运行式.分相电容器在启动和运行时一直起作用C

启动绕组

电容运行式

电容启动式电动机接线图

QFU主绕组

启动绕组

C1S

电容启动与运行式

电阻分相式单相异步电动机

QFU主绕组

启动绕组

248、电容分相式单相异步电动机的反转（98）将主绕组或副绕组的两根出线端对调即可。

vv249、单相异步电动机的调速串电抗器调速，绕组抽头调速。

250、三相异步电动机的选择（108）

选用电动机应以实用、合理、经济、安全为原则，根据拖动机械的需要和工作条件进行选择。

（1）选类型（鼠笼型？还是绕线型？）

鼠笼型电动机结构简单、价格便宜、运行可靠、实用维护方便。如果没有特殊要求，应当尽量选用鼠笼型电动机。

绕线型电动机启动转矩大，启动电流小，并可在一定范围内平滑调速。但结构复杂、价格较高、实用维护不便，并且故障率较高。

在只有单相交流电源或功率表很小的场合的，选用单相电动机。

在有特殊要求的场合，可以选用特种异步电动机，例如：力矩电动机、伺服电动机、步进电动机、直线电动机

（2)容量（额定功率）的选择。电动机的额定功率是由生产机械所需的功率决定的。大马拉小车、小马拉大车都不可。

选择电动机的额定功率时，一定要和工作制相对应。（连续、短时、断续三种工作制）

PN

m



12

PL90min四种。

PN

12

253、断续工作制（S3)（109）是一种周期性重复短时运行的工作方式，每一周期包括一段恒定运

（4）选额定转速。根据生产机械的要求、设备的投资以及传递系数的可靠性来决定。

所选电动机的转速等于或略大于生产机械的转速、不使用减速装置或低传速比的减速装置为好。比较常用的转速为1500r/min.

【扩展：高转速经过减速机构变为低转速，可以使输出力量加大】（5）选结构。

开启式---无特殊防护装置，通风散热好，价格便宜，适用于干燥无灰尘的场所。

防护式---在机壳或端盖处有通风孔，一般可防雨、防溅、防止杂物电动机内部，但是不防尘、不防潮，适用灰尘不多比较干燥的地方。

（3）电刷压力为0.015~0.025MPa（4）轴承温度不超过95℃

直流电动机部分

303、直流电动机的定子。定子由主磁极、换向磁极、电刷装置、端盖组成。

308、电枢铁芯。嵌放电枢绕组作为直流电动机磁路的一部分。

309、电枢绕组。由带绝缘的导体绕指而成。每一个线圈称作一个元件，多个元件有规律第连接起来形成绕组。元件分为有效部分和短接部分。

作用，转子线圈中流过方向交变的电流，在定子产生的磁场中受电磁力，产生方向恒定不变的电磁转矩，使电动机朝确定的方向连续运转。

316、直流电动机的转向，用左手定则确定；作用在线圈导体上的电磁力FBlI

317、电刷中性线位置及其调整（129等）

电刷中性线位置的测定

电电S

几何中性线

两极直流电动机的几何中性（一条）线位置

四极直流电动机的几何中性线（两条）位置

C

（3.8）

直流电动机转子的转速（r/min)气隙每极磁通（Wb)

电动势常数（仅与电动机的结构有关)电枢感应电动势（V)

319、它励、并励直流电动机的电压平衡方程

UE

IaR

电压平衡方程式（3.9）

320、功率和效率

直流电动机的运转，需要励磁供电和电枢供电两部分。因此对于它励和并励的直流电动机，电源供给的总功率，包括电枢的功率和励磁的功率

P1UIU（IaIf)P1aPfcuPemPacuPfcuP0P2PacuPfcu

直流电动机的空载损耗

直流电动机输出的机械功率

直流电动机电枢铜损耗

直流电动机励磁铜损耗

100%

321、电磁转矩。电枢绕组的产生电磁力，电磁力对转轴产生转矩。转子的总的电磁转矩值：

TemCTIa

（3.15）

电枢电流(A)

气隙每极磁通(Wb)

转矩常数（只与电动机的结构有关）总的电磁转矩（N.m）

电磁转矩的大小正比于与转子电流和每极磁通。

电磁转矩的方向由主磁极磁场方向和转子电流方向决定，使用左手定则来确定。322、在同一台电动机中，转子电动势常数和转矩常数之间关系:

CT9.55CE

323、稳态运行的直流电动机轴上有3个转矩：

TemT2T0TLT0

Tem9550

Pemn

T09550

（3.17)

P0n

T29550

。。。。。。。

2

P2T2T2n0.105T2n

。。。

324、他励直流电动机的机械特性（136页）。直流电动机的机械特性是指直流电机的转速n与

电磁转矩Tem之间的关系。机械特性是直流电动机机械性能的主要表现，是直流电动机最重要的特性。

用电流表示的机械特性方程：

Ia=Tem/CTØ

把电流与转矩的关系引入机械特性方程

TemCTIa

UIaRaRaUnTemn0Temn0n2

CECECECT

用电流表示的机械特性

用转矩表示的机械特性

理想空载转速

(3.15)

转速降

325、固有机械特性。当转子两端加额定电压，气隙磁通为额定值、转子回路不串电阻时的机械特性。

n

RaUTem

CECECT

nn0nN

随着转矩Tem的增大，转速n降低；

当Tem等于零时，n=n0为理想空载转速；机械特性曲线斜率很小，称之为硬特性；

当Tem=TN时，转速n=nN，磁点为额定运行点。

TNTem

图3-17直流电动机的固有机械特性

326、人为机械特性。一台直流电动机如果只有一条固有机械特性是不行的，也就是说：它的U、

、Ra均不变，一个转矩值对应一个转速，生产中转矩一变转速就被动地变；转速也不能人为

地改变。通过改变U、“Ra”、的办法实现调速，其特性曲线叫做人为机械特性曲线。

。。。

nn0

理想空载转速不变，转子回路传入的电阻愈大，特性曲线倾斜愈加厉害

RaRpa1RaRpa2

Tem

图3-18转子串电阻获得的人为机械特性

nn0N

n01n02

n1n1

UNU1U2

特点：

理想空载转速n0与转子电压U成正比；而且当U为负值时，n0也为负值；

U1U2UN

0图3-19

改变转子电压人为机械特性

Tem

n02n01

21

n0N特点：

理想空载转速随磁通的减弱而上升；减弱磁通时，机械特性变软；

对于一般直流电动机，当Ø=ØN时，磁路已经饱和，再要增加磁通已不容易，所以在磁通上做文章时，人为机械特性只能是在额定值的基础上减弱磁通。

TNTem

327、串励直流电动机的机械特性（140）

1,固有特性曲线

2、3，电枢回路串入不同阻值电阻后得到的人为机械特性特性很软。绝不允许空载启动和空载运行。

n

CTKUNCEKem

Ra

CEK

解决办法之一是在主磁极之间安装换向极。换向极线圈通过电枢电流，使换向相极绕组产生的磁动势方向与转子反应磁动势方向相反，大小则略大，。

办法之二是增加幻想贿赂的电阻；办法之三是安装补偿绕组。329、直流电动机的启动（145）。

是指转子从静止状态开始，转速逐渐上升，最后达到稳定运行状态的过程。

启动开始的瞬间，转速等于零，此时的转子电流称为启动电流Tst,对应的电磁转矩叫启动转矩Tst，

直流电动机的启动转矩应大于静态转矩，才能使直流电动机获得足够大的动态转矩和加速而运行起来。

从电磁转矩公式：看来，要使Tem足够大，就要求磁通、转子电emTa流Ia要足够大。

足够大，并不是越大越好。过大的启动电流会使电网电压波动，换向困难，甚至产生环火；再者启动转矩过大可能损坏直流电机的传动机构。

（1）直接启动。就是在直流电动机转子上直接加上额定电压的启动。在启动开始的瞬间，转速为零，电枢绕组的感生电动势为零。.......................

TCI

EaCEn0

.........

据电压平衡方程:

U=Ea+IaRa

启动电流为：启动转矩为：

Ist===UN/Ra

TemCTIst

除个别容量很小的直流电机外，不允许直接启动。

332、直流电动机的反转（148）。只要改变磁通和电枢电流二者中任意的方向，就可以改变电磁转矩的方向。

调速包含两方面的含义：一是使转速发生转变，二是使转速保持不变。

调速，是使用直流电动机的重要内容。调速的质量好坏直接关系到生产过程质量。

（1）调速范围。电动机拖动额定负载时，所能达到的最高转速与最低转速之比：D轧钢机D=3~120，龙门刨床D=10~40，车床D=20~120，造纸机D=3~20.

电动机的最高转速受电动机的机械强度、换向条件、电压等级等方面的限制；

最低速受低速运行时转速的相对稳定性的限制。

（2）静差率（相对稳定性).是指负载转矩发生变化时，直流电动机转速随之变化的程度。

nmaxnmin

理想空载转满载0nNn

%100%100%

n0n0

静差率越小，转速的相对稳定性越高。

调速的平滑性。直流电动机的相邻两级转速之比称为调速的平滑性（149下）



ni1

334、直流电动机调速方法。

直流电动机的速度公式：n=[U-Ia(Ra+Rpa)]/CEØ

降压调速（150）电动机的工作电压不得超过额定电压！

电气制动的方法有：能耗制动、反接制动（倒拉反接制动，电源反接制动）、回馈制动（又称再生反接制动）

电气制动的优点是制动转矩大，制动强度比较容易控制。335、它励直流电动机的能耗制动（153）

能耗制动时，电枢回路中的电流方向改变，形成的电磁转矩是制动性质。

-电动

Rbk

制动

Rbk如果负载是反抗性负载，能耗制动转速降到零时，电动机转子停转。

能耗制动时的机械特性，就是在U=0，Ø=ØN,R=Ra+Rbk

条件下的一条人为机械特性。即：

n

RRbkRaRbkU

aT0Temem22

CECECTCECT

二象限内的关系，转矩为负，转速为正；四象限内的关系，转矩为正，转速为负

采用能耗制动方式，重要的是恰当选择制动电阻值大小。以便在限制制动电流的基础上，获得制动的平稳和短暂。

Rbk愈小，特性曲线的斜率越小（线较平）；

起始制动转矩越大，制动时间则越短，但是导致制动电流大。通常限制不超过2~2.5倍额定电流。

能耗制动方式，系统简单，但是制动转矩逐渐变小（原点前的那一段），效果变差。336、他励直流电动机的反接制动（154）

U电

动Rbk

-B

M+制动前+U

-D，如不停电，反向电动工作点。

RaRbk

TC

C，反接制

动停止点。

Lem

Rbk

制动

制动时

反接制动适合于要求频繁正反转的电力拖动系统。先用反接制动达到迅速停车，然后接着反向启东并进入反向稳态运行。

对于只是要求准确停车的系统，反接制动不如能耗制动方式。

337、他励直流电动机的回馈制动（155）

动状态。

(b)负回馈制动的机械特性

TL

Tem

(a)正回馈制动的机械特性

-n0

-Temst

电磁转矩、负载转矩和转速方向都是向下。从n=0加速

emst

Tem

n向下增大到（-n0)、Ea增大到绝对值等于UN、Tem减小到0

物体继续加速下降，

电动机在重物的拖动下发电运行，Ia产生的电磁制动转矩Tem自0增加，到F点与负载转矩TL平衡，物体进入匀速下降状

338、直流电动机的选用（163页）。直流电动机的主要优点是启动性能和调速性能好，过载能力大。主要缺点是存在电流换向问题。

合理选择直流电动机是保证电动机安全、可靠、经济运行的重要环节。

选什么？选电动机的：额定功率、额定电压、额定转速；种类、结构形式。

选择原则：要满足生产机械在拖动的各个环节（启动、调速、制动）对功率和转矩的要求，并在此基础上使直流电动机得到充分利用。

选择方法：根据该电动机需要拖动的生产机械工作时的负载（包括转矩、功率、电流）大、小变化特点

细节见教材第163页~168页。

第四部分特种电动机（教材170~187页）

伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

最大特点是：

有控制电压时立即旋转，无控制电压时立即停转。

转轴的转速转向由控制电压的大小和方向决定。

按照励磁方式的不同，又可以分成永磁式（代号SY）和电磁式（代号SZ）两种。403、各种直流伺服电动机的工作原理与直流电动机相似。其转速公式为：

n

IaRCE

（4.1）

与（3.18）相同

通过改变电枢电压来控制电动机转速叫做电枢控制通过改变磁通控制电动机转速，叫做磁极控制。404、直流伺服电动机运行特性(172)

n

URTemKEKEKT

Tem

Uam图4-6电枢控制直流伺服电动机的

调节特性0

TL3TL20

TL1=0

图4-5电枢控制直流伺服电动机的机械特性

U1U2

率相同、相位相差90°电角度。工作时在气隙中产生一个旋转磁场使转子受力旋转。

当负载转矩一定时，可以通过调节控制电压的大小或相位达到改变电动机转速

406、（1）幅值控制。是指：保持控制电压和励磁电压之间相位差90度，只改变控制电压的幅值

407、（2）相位控制。

采用相位控制时，控制电压和励磁电源均为额定电压，通过改变控制电压和励磁电源的

相位差来实现对伺服电动机的控制。

408、（3）幅相控制（或称电容控制）。在励磁绕组回路中串联一个电容器。

能够实现对控制电压的幅值、对控制电压与励磁电压之间的相位差同时控制

409、对伺服电动机的基本性能要求是：

运行可靠性高、特性参数精度高、响应速度灵敏度高等等。410、伺服电动机的特点

（1）有广泛的无级调速范围。

（2）机械特性和调节特性的线性度好，能提高自动控制系统的动态精度。（3）无自转现象，当控制信号为零时能立即停止。

测速发电机有交流和直流的两种。

要求用于自动控制系统的测速发电机输出的电压反映转速变化必须跟随迅速、量值精确。413、同步测速发电机

交流同步测速发电机分为：永磁式、感应子式和脉冲式。

永磁式和感应式测速发电机，其感应电动势随转速变化而变化，可以用来测速。414、异步测速发电机

交流异步测速发电机分为：笼形转子和杯形转子两种。

笼形转子异步测速发电机的线性度较差，相位差较大，剩余电压较高，多用于对精度要求不高的控制系统。

杯形转子异步测速发电机输出特性有较高的精度，又因为它的转子转动惯量小，可以满足快速性要求，所以在自动控制系统中应用广泛。

416、自动控制系统的对测速发电机的要求是：

（1）输出特性与输入量成正比，而且不随外界条件的变化而变化。（2）电动机转子的转动惯量要小，方能保证快速响应。

（3）电动机灵敏度要高，就是要求输出特性曲线的斜率要大417、步进电机------采用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行

器。

418、三相反应式步进电动机的工作原理（1）三相单三拍工作方式三相单三拍的特点：

（1）每来一个电脉冲，转子转过的空间角度（这里是30）称为步距角。

UU2U相

V相UU2

222222→→W相

422、为了抵消初级磁场对次级的单边磁吸力，平板形直线异步电动机通常采用双边结构，即有两个初级将次级夹在中间的结构形式。

423、

如果把圆柱形的鼠笼电动机定子、转子沿轴向剖开展平，就成为直线形电动机；

然后再把这个直线形电动机沿

新的轴线卷起来，就成为管形直线电动机，次级在内，初级在外，次级在

管内做直线运动。

424、

转轴

圆弧形直线异步电机是将平板形直线电机的初级沿运动方向改成弧型，并安放于圆柱形次级的柱面外侧

圆柱形

次级

425、圆盘形直线异步电机是将次级做成一个大圆盘

（使用铜、铝，或者铝与铁复合制成），将初级放在次级圆盘靠近外缘的平面上。

426、给直线电动机的初级通入三相正弦交流电，会产生气隙磁场。这个磁场将按U1、V1、W1次序沿直线移动。

次级

绕组

图4-29直线电动机基本作原理

427、把三相旋转异步电动机展开成直线电动机，知其同步线速度是：

v12p

2

pn60

2f1(cm

/s)

次级的速度与同步速度之间有转差率：

改变极距或电源频率，就可改变次级的移动速度。改变相序，就可改变次级的移动方向。

v2f1(1s)

428、直线电机主要应用于三个方面：

1、用于自动控制系统，这类应用场合比较多2、作为长期连续运行的驱动电机；

3、应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。

[电机与电气控制技术]部分知识点

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