高中物理电动机原理

高中物理中的电动机问题

河南省信阳高级中学 陈庆威 2016.12.02

UU22由W?UIt根据欧姆定律I?可推导得到W?IRt和W?t，但欧RRUU22姆定律公式I?只适用于纯电阻电路，所以W?IRt和W?t只对RRU2纯电阻电路适用，即W?UIt适用于所有电路，W?IRt和W?t只适R2用于纯电阻电路。 如果电路中还包含有电动机、电解槽等用电器，这时电能除部分转化为热能外，还要转化为机械能、化学能等，这时电功只能用W?UItU2计算，而不能用W?IRt，W?t计算了。 R2从能量转化的角度看，纯电阻电路是将电能全部转化为热能，即电功等于电热。例如：日常生活中的白炽灯、电炉子、电饭锅等纯电阻电路工作时W=Q。而非纯电阻电路是电流做功将电能主要转化为其他形式的能量，但还有一部分电能转化为了热能，此时电功大于电热。例如：在电动机转动、电铃、蓄电池(充电)等这些非纯电阻的电路中W>Q。特别是涉及非纯电阻电路的有关电功、电热、电功率和发热功率的计算，学生极容易混淆。 该类题目在中考中较为常见，高中的试题中也有出现，虽说在高考中不是重点，但这类题目高中的学生也很头痛。比如以下几题： 例题1：如图所示，电阻R=20Ω，电动机的绕组电阻

许大中,贺益康,电机控制,电子教案

5.3 开关磁阻电动机原理

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一、开关磁阻电动机的工作原 理关磁阻电动机传动系统(简称 SRD系统) 是最近20年来开发成功的一种新型电气传 动系统，它由开关磁阻电动机(简称 SR电 机或 SRM)、功率变换器、转子位臵检测 器和控制器所组成，如图 5-21所示。

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图5-21 开关磁阻电动机传动系统结构

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基本结构

定子和转子均为凸极结构 定子和转子的齿数不等，转子齿数一般比定 子少两个 定子齿上套有集中线圈，两个空间位臵相对 的定子齿线圈相串联，形成一相绕组 转子由铁心叠片而成，其上无绕组 如图5-22所示

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图5-22 开关磁阻电动机的基本结构

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工作机理

开关磁阻电机的工作机理与磁阻(反应)式步进电动 机一样，基于磁通总是沿磁导最大的路径闭合的原 理。 当定、转子齿中心线不重合、磁导不为最大时，磁 场就会产生磁拉力，形成磁阻转矩，使转子转到磁 导最大的位臵。 当向定子各相绕组中依次通入电流时，电机转子将 一步一步地沿着通电相序相反的方向转动

《电动机》复习（2课时）

一．学习目标

考试内容 （1）通电（导体）线圈在磁场中受力方向的影响因素 要求 年份 题型 分值3 3 4 7 7 07 知道 08 选择题 选择题 选择题 计算 计算 （2）电动机工作时的能量转化 （3）能用能量转化的思想进行电动机的相关计算 知道 会用 12 11 12 设计意图：虽然分析了2006年到2012年的试卷发现考到电动机的次数不多，不属于物理中的常考题，但是最近两年都有出现，而且是以计算题的形式出现，很多学校都复习了这块内容，但是考试的得分率还是很低。所以我想按照考纲较系统完整的复习电动机的内容。 二．重要知识梳理

考点1：磁场对通电导体的作用

1.通过课堂实验再次体验通电导体在磁场中受到力的作用。（后者为前者的改进实验） 2．力的方向：跟 方向和 有关。若导体中电流的方向或磁感线的方向有一个改变，则导体的受力方向也随之改变；若上述两个方向同时改变，则导体的受力方向不变。

【注意】 (1)磁场不是对任意放置的通电直导线都有力的作用，当直导线与磁感线平行放置时，受到的力为零；

(2)当通电直导线与磁感线方向垂直时，受到的

【实验名称】

三相鼠笼异步电动机实验

【实验目的】

1. 掌握三相异步电机的负载试验的方法。

2. 用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。 3. 测定三相鼠笼型异步电动机的参数

【预习要点】

1. 异步电动机的工作特性指哪些特性？

2. 异步电动机的等效电路有哪些参数？其物理意义是什么？ 3. 工作特性和参数的测定方法。

【实验项目】

1. 测量定子绕组的冷态电阻。 2. 判定定子绕组的首末端

3. 测取三相异步电动机的运行特性

【实验设备及仪器】

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 电机教学实验台 三相笼型异步电动机 电机导轨及测功机 转矩、转速测量及控制平台 交流表 三相可调电阻器 直流电压、毫安、安培表 直流电机仪表电源 旋转指示灯及开关 型号和规格 NMEL-II M04 NMEL-13 NEEL-001 NMEL-03 NMEL-06 NMEL-18 NMEL-05 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 【实验方法及步骤】

1．测量定子绕组的冷态直流电阻。

准备：将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁芯的温度。当所测温度与冷动介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕

电动机 一、填空题

1. 6KV 电动机测量绝缘应使用（2500 V）伏的摇表测量，测得的绝缘电阻应大于（6）MΩ。 2. 在正常情况下鼠笼式转子的电动机允许在冷态下启动（2）次，且每次时间间隔不小于

（5）分钟，允许在热态时启动（1）次，只有在事故处理或起动时间不超过（2～3）秒的电动机可以多启动一次。

3. 6KV 高压厂用电动机的绝缘电阻，在相同的环境及温度下测量，如本次测量低于上一

次测量值的（1/3～1/5）倍时，应检查原因，并必须测量吸收比R60″/R15″，此值应大于（1.3）。

4. 电动机可以在额定电压下，电源频率（±l％）变化内运行，其额定出力不变。 5. 380V 以下交、直流低压厂用电动机用（500）V 摇表测量绝缘电阻。电动机的绝缘电

阻值不得低于（0.5）MΩ。

6. 感应电动机原理就是三相定于绕组内流过三相对称交流电流时，产生（旋转）磁场，

该磁场的磁力线切割转子上导线感应出（电流），由于定子磁场与转子电流相互作用,产生电磁（转矩）而转动起来。

7. 感应电动机因某些原因，如所在系统短路、换接到备用电源等，造成外加电压短时（中

断）或（降低），致使转速降低，而当电压恢复后转速又恢复正常，这就叫电动机的自起动。

8. 当电动

【实验名称】

三相鼠笼异步电动机实验

【实验目的】

1. 掌握三相异步电机的负载试验的方法。

2. 用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。 3. 测定三相鼠笼型异步电动机的参数

【预习要点】

1. 异步电动机的工作特性指哪些特性？

2. 异步电动机的等效电路有哪些参数？其物理意义是什么？ 3. 工作特性和参数的测定方法。

【实验项目】

1. 测量定子绕组的冷态电阻。 2. 判定定子绕组的首末端

3. 测取三相异步电动机的运行特性

【实验设备及仪器】

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 电机教学实验台 三相笼型异步电动机 电机导轨及测功机 转矩、转速测量及控制平台 交流表 三相可调电阻器 直流电压、毫安、安培表 直流电机仪表电源 旋转指示灯及开关 型号和规格 NMEL-II M04 NMEL-13 NEEL-001 NMEL-03 NMEL-06 NMEL-18 NMEL-05 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 【实验方法及步骤】

1．测量定子绕组的冷态直流电阻。

准备：将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁芯的温度。当所测温度与冷动介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕

第八章第四节 电动机

教 材 分 析

教学设计说明

1、本节课的处理，打乱了教材原有的顺序，把电动机的结构提前，让学生在联系生活的

基础上，通过认真观察电动机模型，亲身感悟电动机，说出它的主要两个部件，为后面教学的进行奠定基础，力图体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念。

2、注重物理实验教学，尽量运用实验引导学生动手、动脑，去学、去做，使学生成为知识的“发现者”，以此培养学生以实验事实为依据，观察、归纳、概括、想象能力，同时培养学生创造发明的意识。

3、注重培养学生学会研究物理问题的方法，并让学生大胆的运用这些方法去进行探究活动，实现课堂培养学生探究能力和自学能力的目的。

教学流程简案

教学过程实录

师：同学们，生活中有很多用电器，我现在发给每组一张白纸，请将你们所知道的用电器的名称，尽可能多地写在白纸上，看哪一组写得最多？开始！（学生们争先写出）

师：停。第一组同学，你们写出了几个用电器？ 第一组学生：9个

师：有比第一组多的吗？ 第二组学生：（举手抢答）10个

其他组学生：

师：第N组写得最多，让我们一起来看看他们的成果。 师（教师投影展示）：电风扇、洗衣机、电话、电冰箱、电脑、电视、换气扇、排油烟机、电饭锅、电热水器、电炉子 大家有

第三章 永磁同步电动机系统原理

永磁同步电机[2]其本身是一个自控式同步电机，它有定子和转子组成，有的带位置传感器，有的应用场合因安装的不便利及成本上的要求无法安装位置传感器。有的定子是线圈，转子是永磁体，有的转子是线圈，定子是永磁体。但无论哪种方式，电机本身是不能够自己执行旋转控制的，它必须依赖电子换相装置，这也是为什么这种电机需要变频控制的原因。也可以这样说，该种电机系统有电动机，逆变器组成（有的还带位置传感器）。图3.1给出了一个基本系统原理结构图。

图3.1永磁同步电机结构原理图

3.1 永磁同步电动机的基本组成

3.1.1 电动机

同感应电机和直流电机相似，永磁同步电动机也是由转子及定子两大部件所构成，三相交流绕组在定子上；永磁体在转子上。关于电机的基础理论知识部分可参考文献[20]。

定子：

定子通常也称作电枢，它由定子三相绕组、定子铁芯、机座和端盖等零部件所构成。定子铁芯是由冲压后的硅钢片紧密叠装而成。见图3.2。

转子：

转子有两种型式的结构，依据定转子之间的气隙分布有隐极式和凸极式之分。见图3.2a为凸极式，从图可看出转子有明显的凸出磁极，且气隙不均匀分布。图3.2b为隐极式，转子成圆柱形，均匀分布气隙。对这两种转子需要采

1、结构模型

◆同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。

◆图15.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。

◆转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。

◆气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。

◆ 除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。

2、工作原理

◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

◆ 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。

◆ 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。

◆ 交变电势的产生：由于电

异步电机分析

第一节异步电动机的工作原理

1..转差，转差率（为什么叫异步电动机？）

?切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。

?转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线。

?旋转磁场的转速用nl表示，称为同步转速;转子的实际转速用n表示，转差An=nl-no

?转差率：旳

?转差率是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。

O起动瞬间，n二0, s二1

O理想空载运行时：n二nl,s二0

o作为电动机运行时，s的范围在0---1之间。

O转差率一般很小，如S二0.03。

o制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，即nl与n反向，s>l

O发电运行时，n高于同步转速n 1, s<0.

?根据转差率可以区分异步电动机运行状态：

s>l s=l s=O s<0

.制动运彳；电动运行：~发电运行

2.电势平衡方程式

1、定子绕组电势平衡方程式

?定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的电势（压降）包括：

?主电势（感应电势）：

O定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的主磁通，同时被定子绕组和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。

o定子绕组感应电势的有效值：耳=444加啓1札1

?漏磁电势（漏抗压降）

O定子漏磁通：