电机与电气控制技术基础

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1、第15章电机与电气控制技术基础一、基本要求1．了解磁路的概念，理解分析磁路的基本定律，了解铁心线圈电路中的电磁关系、电压电流关系以及功率与能量问题，特别要掌握这一关系式；2．了解变压器的基本构造、工作原理、名牌数据、外特性和绕组的同极性端，掌握其电压、电流、阻抗变换功能，了解电磁铁的吸力以及交流电磁铁与直流电磁铁的异同；3．了解三相异步电动机的基本构造、转动原理、机械特性和经济运行，掌握起动和反转的方法，了解调速和制动的方法，并理解三相异步电动机的名牌数据的意义；4.了解常用控制电器的基本结构、动作原理和控制作用，并具有初步选用的能力；5

2、．掌握三相鼠笼式电动机的直接起动和正反转的控制线路，并了解行程控制和时间控制。二、阅读指导(一)、磁路与铁心线圈电路在学习本章时，要注意如磁路与电路、直流励磁铁心线圈电路与交流励磁铁心线圈电路、交流铁心线圈电路与交流空心线圈电路、直流铁心线圈电路与直流空心线圈电路等的联系与区别，以便理解与掌握。1．磁路与电路的比较在电机、变压器、电磁铁、电磁测量仪表以及其他各种铁磁元件中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题，两者往往是相关联的，只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对上述的各种铁磁元件作全面的分析。磁路和电路有很多相似之处，但分析与处

3、理磁路比电路要有难度，例如：在处理电路时一般不涉及电场问题，而在处理磁路时离不开磁场的概念；在处理电路时一般可以不考虑漏电流(因为导体的电导率比周围介质的电导率大得多)，但在处理磁路时一般都要考虑漏磁通(因为磁路材料的磁导率比周围介质的磁导率大得不太多)；)磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律只是在形式上相似，由于μ不是常数，它随励磁电流而变，所以不能直接应用磁路欧姆定律来计算，它只能用于定性分析；在电路中，当E=0时，I=0，但在磁路中，由于有剩磁，当F＝0时，；在电磁关系、电压电流关系以及功率与能量等问题上，分析交流铁心线圈电路也比分析空心

4、线圈电路复杂得多。2．磁化曲线当线圈中有磁性物质存在时(设磁路由相同截面的单一材料构成)，磁感应强度B与磁场强度H不成正比，由于磁通Φ与B成正比(Φ=SB)，励磁电流I与H成正比()，因此Φ与I也不成正比。于是由下式,可见，在存在磁性物质的情况下，磁导率μ和线圈的电感L都不是常数，它们随线圈中的励磁电流而变，铁心线圈是一个非线性电感元件。这个非线性关系如图15．1所示，两者是对应的。B,μBμHф,LфLI3．磁路的基本定律安培环路定律是确定磁场与电流之间关系的一个基本定律，它是分析与计算磁路的基础，由图15．1它可得出下面两个关系式：（

5、1）由上所示，由于μ不是常数，不能用此式作定量计算，它只能用于定性分析。(2)式中H1l、H2l是磁路各段的磁压降，此式在形式上与基尔霍夫电压定律相似。在实际应用中：(1)如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可使线圈的用铜量大为降低；(2)如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大为降低；(3)当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流(设线圈匝数一定)。此外，通过磁路计算，要学会查用教材图15—11的磁化曲线。4．交流铁心线圈电路交流

6、铁心线圈电路很重要，它是学习交流电机、变压器及各种交流铁磁元件的基础。我们是从电磁关系、电压电流关系及功率损耗三个方面来分析交流铁心线圈电路的，并与交流非铁心线圈电路(即第三章的RL交流电路)比较。(1)电磁关系eΦKMi+-u交流铁心线圈电路中的电磁关系表示如下图15．2上面各物理量在图15．2所示的电路图上的正方向是这样规定标出的：电源电压u的正方向可以任意选定；电流i的正方向与电压的正方向一致，磁动势iN所产生的主磁通Ф和漏磁通Фσ的正方向根据电流的正方向用右螺旋定则确定；规定感应电动势e和eσ的正方向与相应磁通的正方向之间符合右螺

7、旋定则。因此，e、eσ及I三者的正方向一致。在非铁心线圈电路中，电流i与磁通Ф之间成线性关系，线圈的电感L为常数。通常电源电压u是正弦量，由于，而一般，所以磁通Ф可以认为也是正弦量。设,则电流也是正弦量，两者大小成正比，并且是同相的。在铁心线圈电路中，线圈中通过两个磁通：主磁通Ф和漏磁通Фσ。因为Фσ主要不经过铁心，所以励磁电流i与Фσ之间成线性关系，铁心线圈的漏磁电感Lσ为常数。但i与主磁通Ф之间不存在线性关系，铁心线圈的主磁电感不是一个常数。设，则从教材图15-3得出电流i，它和磁通Ф的波形不相似，并且是不同相的。电流i虽非正弦量，但

8、在分析计算时可用一等效正弦电流来代替，因而可用相量表示。(2)电压电流关系根据图15．2的交流铁心线圈电路，应用克希荷夫电压定律可列出电压电流的关系式对交流非铁心线圈电路，其电压电流关系式为比