電機學(xué)簡要總結(jié)(學(xué)生版)

1、電機學(xué)電機分類 1 磁路1.1 磁路基本定律磁路：磁通所通過的路徑。主磁通：由于鐵心的導(dǎo)磁性能比空氣要好得多，絕大部分磁通將在鐵心內(nèi)通過，這部分磁通稱為主磁通。漏磁通：圍繞載流線圈、部分鐵心和鐵心周圍的空間，還存在少量分散的磁通，這部分磁通稱為漏磁通。Ø 安培環(huán)路定律全電流定律：磁場強度沿任意的閉合回路的線積分等于閉合回路包圍的導(dǎo)體電流的代數(shù)和。意義：電流是產(chǎn)生磁場的源。，Ø 磁路的歐姆定律磁動勢：磁阻：磁導(dǎo)：磁通：Ø 磁路的基爾霍夫第一定律穿出(或進入)任一閉和面的總磁通量恒等于零(或者說進入任一閉合面的磁通量恒等于穿出該閉合面的磁通量)，這就是磁通連續(xù)性定律。

2、Ø 磁路的基爾霍夫第二定律 定律內(nèi)容：沿任何閉合磁路的總磁動勢恒等于各段磁路磁位降的代數(shù)和。1.2 常用的鐵磁材料及其特性鐵磁物質(zhì)的磁化：鐵磁材料在外磁場中呈現(xiàn)很強的磁性，此現(xiàn)象稱為鐵磁物質(zhì)的磁化。1.2.1磁化曲線和磁滯回線將一塊尚未磁化的鐵磁材料進行磁化，當磁場強度H由零逐漸增大時，磁通密度B將隨之增大，曲線B=f(H)就稱為起始磁化曲線。隨著磁場強度H的增大，飽和程度增加，F(xiàn)e減小，Rm增大，導(dǎo)磁性能降低。設(shè)計電機和變壓器時，為使主磁路內(nèi)得到較大的磁通量而又不過分增大勵磁磁動勢。通常把鐵心內(nèi)的工作磁通密度選擇在膝點（磁化曲線開始拐彎的點）附近。1）磁滯回線 剩磁：去掉外磁場之后

3、，鐵磁材料內(nèi)仍然保留的磁通密度Br 。矯頑力：要使B值減小到零，必須加上相應(yīng)的反向外磁場，此反向磁場強度稱為矯頑力。2）基本磁化曲線 對同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強度進行反復(fù)磁化，可得一系列大小不同的磁滯回線，再將各磁滯回線的頂點聯(lián)接起來，所得的曲線。(a) 磁滯回線 (b) 基本磁化曲線1.2.2鐵磁材料1）軟磁材料 磁滯回線窄、剩磁和矯頑力Hc都小的材料。常用軟磁材料：鑄鐵、鑄鋼和硅鋼片等。 2）硬磁(永磁)材料 磁滯回線寬、和Hc都大的鐵磁材料稱為硬磁材料。1.3 鐵心損耗 1.3.1磁滯損耗 定義： 鐵磁材料置于交變磁場中時，磁疇相互間不停地摩擦、消耗能量、造成損耗，這種損耗稱為磁滯

4、損耗。由于硅鋼片磁滯回線的面積較小，故電機和變壓器的鐵心常用硅鋼片疊成。1.3.2渦流損耗渦流：鐵磁材料在交變磁場將有圍繞磁通呈蝸旋狀的感應(yīng)電動勢和電流產(chǎn)生，簡稱渦流。渦流損耗：渦流在其流通路徑上的等效電阻中產(chǎn)生的I2R損耗稱為渦流損耗。渦流損耗與磁場交變頻率f，厚度d和最大磁感應(yīng)強度Bm的平方成正比，與材料的電阻率成反比。要減小渦流損耗，首先應(yīng)減小厚度，其次是增加渦流回路中的電阻。電工硅鋼片中加入適量的硅，制成硅鋼片，可以顯著提高電阻率。1.3.3鐵心損耗 定義：鐵心中磁滯損耗和渦流損耗之和。，思考題：1,2,3,4,52 變壓器2.1 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值2.1.1基本結(jié)構(gòu)變壓器大致由

5、鐵心、繞組及其他部件構(gòu)成。鐵心：由心柱和鐵軛兩部分組成，心柱用來套裝繞組，鐵軛將心柱連接起來，使 之形成閉合磁路為減少鐵心損耗，鐵心用厚0.300.50mm的硅鋼片疊成，片上涂以絕緣漆，以避免片間短路。心式變壓器：心柱被繞組所包圍；心式結(jié)構(gòu)的繞組和絕緣裝配比較容易，所以電力變壓器常常采用這種結(jié)構(gòu)。殼式變壓器：鐵心包圍繞組的頂面、底面和側(cè)面；殼式變壓器的機械強度較好，常用于低壓、大電流的變壓器或小容量電訊變壓器。繞組：變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁線或圓線繞成。 一次繞組：輸入電能的繞組；二次繞組：輸出電能的繞組。2.1.2額定值額定容量：在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下變壓器輸出視在功率的保證值

6、。額定電壓：銘牌規(guī)定的各個繞組在空載、指定分接開關(guān)位置下的端電壓。額定電流：根據(jù)額定容量和額定電壓算出的電流稱為額定電流。額定頻率：我國的標準工頻規(guī)定為50赫茲(Hz)。2.2 變壓器的空載運行空載電流：1）作用和組成一方面：用來勵磁，建立磁場-無功分量二方面：供變壓器空載損耗-有功分量2）性質(zhì)和大小性質(zhì)：主要是感性無功性質(zhì)-也稱勵磁電流；大小：與電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)。2.2.1主磁通、激磁電流、激磁阻抗主磁通：激磁電流：激磁阻抗：，強調(diào) Zm不是常數(shù)，而是隨著工作點的飽和程度的增加而減小。 (a)鐵心線圈并聯(lián)等效電路 (b)串聯(lián)等效電路2.3 變壓器的負載運行磁動

7、式平衡：，能量傳遞方程：通過一次、二次繞組的磁動勢平衡和電磁感應(yīng)關(guān)系，一次繞組從電源吸收的電功率，通過耦合磁場為媒介，就傳遞到二次繞組，并輸出給負載這就是變壓器進行能量傳遞的原理。磁動勢方程：漏磁通：在實際變壓器中，除了通過鐵心、并與一次和二次繞組相交鏈的主磁通之外，還有少量僅與一個繞組交鏈且主要通過空氣或油而閉合的漏磁通。 ，漏磁電抗：，2.4 變壓器的基本方程和等效電路2.4.1基本方程，；。2.4.2等效電路繞組歸算：把二次繞組的匝數(shù)變換成一次繞組的匝數(shù)，而不改變一次和二次繞組原有的電磁關(guān)系。歸算：在功率和磁動勢保持不變的條件下，對繞組電流和電壓的一種線性變換。歸算后的基本方程：變壓器T

8、型等效電路：變壓器的近似等效電路：變壓器的簡化等效電路：2.5 等效電路參數(shù)的測定開路試驗開路試驗亦稱空載試驗。試驗時，二次繞組開路，一次繞組加以額定電壓，測量此時的輸人功率、電壓和電流，由此即可算出激磁阻抗。短路試驗短路試驗亦稱為負載試驗。試驗時，把二次繞組短路，一次繞組上加一可調(diào)的低電壓。調(diào)節(jié)外加的低電壓，使短路電流達到額定電流，測量此時的一次電壓輸入功率和電流,由此即可確定等效漏阻抗。阻抗電壓用額定電壓的百分值表示時有：意義：(1) 反映變壓器在額定負載運行時，漏阻抗壓降的大??；(2) 從運行角度希望阻抗壓降小些，使變壓器輸出電壓隨負載變化的波動小些；(3) 從安全角度，阻抗電壓太小，變

9、壓器一旦短路時電流太大，可能損壞變壓器。2.6 三相變壓器三相變壓器對稱運行時，其各相的電壓、電流大小相等，相位互差120°。因此在運行原理的分析和計算時，可以取其中的一相來研究。2.6.1三相變壓器的磁路1)三相變壓器組的磁路彼此獨立，三相各有自己的磁路。2)如果把三臺單相變壓器的鐵心拼星形磁路，則當三相繞組外施三相對稱電壓時，由于三相主磁通也對稱，故三相磁通之和將等于零，即2.6.2三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)三相心式變壓器的三個心柱上分別套有A相、B相和C相的高壓和低壓繞組，三相共六個繞組為絕緣方便，常把低壓繞組套在里面、靠近心柱，高壓繞組套裝在低壓繞組外面。三相繞組常用星形聯(lián)結(jié)(用Y

10、或y表示)或三角形聯(lián)結(jié)(用D或d)表示。高、低壓繞組線電壓的相位關(guān)系 :三相繞組采用不同的聯(lián)結(jié)時，高壓側(cè)的線電壓與低壓側(cè)對應(yīng)的線電壓之間可以形成不同的相位。為了表明高、低壓線電壓之間的相位關(guān)系，通常采用“時鐘表示法”，即把高、低壓繞組兩個線電壓三角形的重心重合，把高壓側(cè)線電壓三角形的一條中線作為時鐘的長針，指向鐘面的12，再把低壓側(cè)線電壓三角形中對應(yīng)的中線作為短針。它所指的鐘點就是該聯(lián)結(jié)組的組號。2.7 標么值對于電路計算而言，四個基本物理量U、I、Z和S中，有兩個量的基值可以任意選定，其余兩個量的基值可根據(jù)電路的基本定律導(dǎo)出。一次和二次電壓的標幺值為：，一次和二次相電流的標幺值為：，歸算到一

11、次側(cè)等效漏阻抗的標幺值為：。標幺值的特點：(1) 不論變壓器或電機容量的大小，用標幺值表示時，各個參數(shù)和 典型的性能數(shù)據(jù)通常都在一定的范圍以內(nèi)，因此便于比較和分析。 (2) 用標幺值表示時，歸算到高壓側(cè)或低壓側(cè)時變壓器的參數(shù)恒相等，故用標幺值計算時不必再進行歸算。(3) 標幺值的缺點是沒有量綱，無法用量綱關(guān)系來檢查計算結(jié)果。2.8 變壓器的運行性能(1) 電壓調(diào)整率 當一次側(cè)電壓保持額定、負載功率因數(shù)為常數(shù)，從空載到負載時二次側(cè)電壓變化的百分值。反應(yīng)二次側(cè)電壓隨負載變化的程度,也反應(yīng)了供電電壓的穩(wěn)定性。實際計算中常用：。(2) 效率和效率特性變壓器運行時將產(chǎn)生損耗，變壓器的損耗分為銅耗和鐵耗兩

12、類。每一類又包括基本損耗和雜散損耗。當銅耗（可變損耗）等于鐵耗（不變損耗）時效率最大。工程上常用間接法來計算效率：2.9 變壓器并聯(lián)運行并聯(lián)運行條件：（1）各變壓器的原、副邊的額定電壓分別相 等，即變比相等；（2）各變壓器的聯(lián)接組號相同。（嚴格保證）（3）各變壓器的短路阻抗標么值相等，且短路阻抗角也相同。變比不同引起的環(huán)流計算：變比相同、等效漏阻抗不同時的負載分配：并聯(lián)運行實際條件：（1）各變壓器的聯(lián)接組號相同；（2）電壓比偏差要嚴格控制（<±0.5%）；（3）短路阻抗標么值不要相差太大（<10%）,阻抗角可以有一定差別。思考題：1,2,6,11,12,14習(xí)題：17,1

13、9,22,263 直流電機(1) 直流電動機以其良好的啟動性能和調(diào)速性能著稱。(2) 直流發(fā)電機供電質(zhì)量較好，常常作為勵磁電源。 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜直流電機 成本較高 使其應(yīng)用受到限制 可靠性較差3.1 直流電機的工作原理和基本結(jié)構(gòu)主磁極：建立磁場機座：主磁路的一部分，電機結(jié)構(gòu)框架電刷：電樞電路的引出裝置轉(zhuǎn)子3.1.1基本結(jié)構(gòu)電樞鐵心：主磁路的一部分；電樞繞組的支撐部件電樞繞組：電機電路部分換向器：起整流或逆變作用定子直流電機3.1.2工作原理在直流電動機中，外加電壓并非直接加于線圈，而是通過電刷、和換向器再加到線圈上的。導(dǎo)體中的電流將隨其所處磁極極性的改變而同時改變其方 向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終

14、保持不變。（1）電機內(nèi)部（電刷為界）線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢、流過的電流是交流量。（2）電機外部（電刷兩端）電動機運行外加直流電；發(fā)電機運行輸出直流電。發(fā)電機電動機交流內(nèi)電路 直流外電路（旋轉(zhuǎn)電路） （靜止電路）因此說，直流電機實質(zhì)上是一臺帶有換向裝置的交流電機。3.1.3勵磁方式他勵：勵磁繞組由其他電源供電自勵：利用自身發(fā)出的電流勵磁 并勵磁：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)自勵 串勵磁：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián) 復(fù)勵磁：串勵和并勵都存在3.1.4直流電機的額定值（1）額定功率PN：指電機在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運行時，電機的輸出功率，以kW表示。對電動機，額定功率是指輸出的機械功率；對發(fā)電機，額定功率是指輸

15、出的電功率。（2）額定電壓UN：指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以V表示。（3）額定電流IN：指電機運行在額定時，線端的電流，以A表示。（4）額定轉(zhuǎn)速nN：指額定運行時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min表示。（5）額定勵磁電壓UfN（僅對他勵電機）。3.2 直流電機電樞繞組電樞繞組是直流電機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。電樞繞組的構(gòu)成原則是，能夠產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電動勢，并允許通過一定的電樞電流，從而產(chǎn)生所需要的電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率?；靖拍睿涸簶?gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。元件的首末端：每一個元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的

16、端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之 間的距離，用表示。第一節(jié)距y1 ：一個元件的兩個有效邊在電樞表 面跨過的距離。第二節(jié)距y2 ：連至同一換向片上的兩個元件中第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊間的距離。合成節(jié)距y：連接同一換向片上的兩個元件對應(yīng)邊之間的距離。3.2.1單疊繞組單疊繞組的特點是相鄰元件(線圈)相互疊壓，合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即：y=yc=1單疊繞組的的特點：1）同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)

17、，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。3）電樞電流等于各支路電流之和。3.3 空載和負載時直流電機的磁場3.3.1空載時的直流電機磁場空載磁場也叫主磁場，是當電樞電流為零，僅由勵磁電流建立的磁場，空載磁場對稱分布。主磁通：經(jīng)過氣隙，且同時與勵磁繞組和電樞繞組交鏈的磁通，亦稱為工作磁通。主極漏磁通：不經(jīng)過氣隙，僅與繞組自身交鏈的磁通，不參與機電能量轉(zhuǎn)換?？蛰d時電機磁場為平頂波3.3.2負載時的電樞磁動勢和電樞反應(yīng)當電樞電流Ia不是零時（負載時電樞輸出或輸入電流），繞組中的電流也會產(chǎn)生磁場，稱其為電樞磁場。此時，氣隙磁場就由主機磁動勢和電樞磁動勢兩者合成的磁動勢建立磁場。交

18、軸電樞反應(yīng) (a) 負載時的合成磁場 (b) 交軸電樞磁場和氣隙合成磁場分布影響：(1) 引起氣隙磁場畸變，使電樞表面磁密等于零的位置（物理中性 線）偏離幾何中性線。(2) 不計飽和時，交軸電樞反應(yīng)既無增磁、亦無去磁用；計及飽和時，交軸電樞反應(yīng)具有一定的去磁作用直軸電樞反應(yīng)(a)電樞磁動勢 (b)交軸分量 (c)直軸分量發(fā)電機：電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動，電樞反應(yīng)為去磁；電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動，電樞反應(yīng)為增磁。電動機：電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動，電樞反應(yīng)為增磁；電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動，電樞反應(yīng)為去磁。3.4 直流電機的電樞感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩3.4.1電樞感應(yīng)電動勢產(chǎn)生：電樞旋轉(zhuǎn)時，主磁場在電樞繞組中

19、感應(yīng)的電動勢簡稱為電樞電動勢。大?。浩渲校?，為電機的電動勢常數(shù)。性質(zhì)：發(fā)電機電源電勢(與電樞電流同方向)；電動機反電勢(與電樞電流反方向)。3.4.2直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生：電樞繞組中有電樞電流流過時，在磁場內(nèi)受電磁力的作用，該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。大?。浩渲校?，為電機的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有CT=9.55Ce。性質(zhì)：發(fā)電機制動(與轉(zhuǎn)速方向相反)；電動機驅(qū)動(與轉(zhuǎn)速方向相同)。3.5 直流電機的基本方程(1)電壓方程他勵：，（發(fā)電機慣例）（電動機慣例）并勵：其電樞回路的電壓方程與他勵時相同，但有勵磁電壓為電樞端電壓。電流方程：發(fā)電機； 電動機。串勵：其電樞回路的電壓方程與他勵時亦相同，但因勵

20、磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)有，電壓方程應(yīng)加入串勵繞組的電阻壓降。(2)轉(zhuǎn)矩方程發(fā)電機：電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，其中T1為原動機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，T0為電機本身機械阻力轉(zhuǎn)矩，Te為電磁轉(zhuǎn)矩。電動機：電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，其中T2為電動機軸上負載轉(zhuǎn)矩。(3)電磁功率方程電磁功率Pe就是能量轉(zhuǎn)換過程中電能轉(zhuǎn)換為機械能或相反轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換功率。發(fā)電機：機械能轉(zhuǎn)化為電能；電動機：電能轉(zhuǎn)化為機械能。(4)直流電機的可逆性電機的可逆性：從原理上講，任何電機既可作為發(fā)電機、亦作為電動機運行。 發(fā)電機運行； 電動機運行。3.6 直流電動機的起動、調(diào)速和制動(1)啟動直流電動機接到電源以后，轉(zhuǎn)速從零到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過程稱為起動過程。起動

21、方法：1）直接起動2）接入變阻器起動3）降壓起動(2)調(diào)速1）電樞控制，即調(diào)節(jié)電樞電壓或者在電樞回路中接入調(diào)速電阻。2）磁場控制，即調(diào)節(jié)勵磁電流。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。(3)制動1)能耗制動優(yōu)點：操作簡便缺點：能量利用率低，低速制動轉(zhuǎn)矩小2)反接制動優(yōu)點：制動迅速缺點：電樞電流大，轉(zhuǎn)速過零會反轉(zhuǎn)3)回饋制動優(yōu)點：能量利用率高缺點：一般要求電樞電壓可控思考題：1,7,8,11習(xí)題：9,12,184 交流電機理論的共同

22、問題機械旋轉(zhuǎn)磁場是通過原動機拖動磁極旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生機械旋轉(zhuǎn)磁場；電氣旋轉(zhuǎn)磁場是三相對稱的交流繞組通入三相對稱的交流電流時會在電機的氣隙空間產(chǎn)生電氣旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場是交流電機工作的基礎(chǔ)。4.1 交流繞組的構(gòu)成原則和分類(1)交流繞組的基本要求a) 合成電動勢和合成磁動勢波形接近正弦、各諧波分量要小，幅值要大；b) 三相繞組基波電勢、基波磁勢對稱，電阻、電抗要平衡；c) 繞組的銅耗要小，用銅量要??；d) 絕緣要可靠，機械強度、散熱條件好，制造方便。(2)交流繞組的分類 相數(shù)：單相和多相繞組； 根據(jù)槽內(nèi)層數(shù)：單層繞組和雙層繞組； 每極下每相槽數(shù)：整數(shù)槽和分數(shù)槽。 按繞法：疊繞組和波繞組；4.2 三相

23、雙層繞組主要優(yōu)點1）可以選擇最有利的節(jié)距，并同時采用分布繞組，以改善電動勢和磁動勢波形；2）所有線圈具有相同的尺寸，便于制造；3）端部形狀排列整齊，有利于散熱和增強機械強度。4.2.1基本概念1)機械角度：一個圓周幾何角度是360°，在電機分析中稱為機械角度。2)電角度：在電路理論中，隨著時間按正弦規(guī)律變化的物理量交變一次經(jīng)過360°時間電角度。在電機中，導(dǎo)體經(jīng)過一對磁極，其感應(yīng)電動勢交變一次，因此一對磁極所對應(yīng)的空間電角度稱為360°空間電角度(或者 2空間電弧度)。3)電角度和機械角度的關(guān)系：若電機極對數(shù)為p，則一個圓周代表p×360°空間

24、電角度，因此與機械角度對應(yīng)的空間電角度為p。4)槽距角：表示相鄰兩個槽之間距離的空間電角度。同時也是相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的相位差。5) 極距 ：一個磁極在電樞表面的位置稱為極距。它可用長度，所占槽數(shù)，電角度或者電弧度表示?；蛘?)線圈元件：由兩根相距一定距離的元件邊和端接線相連構(gòu)成線匝，Nc匝串聯(lián)構(gòu)成線圈。7)線圈節(jié)距y1：線圈的兩個有效邊相距槽數(shù)，稱為線圈節(jié)距。整距y1= t；短距y1<t。8)每極每相槽數(shù)q：表示每極下每相所占槽數(shù)。9)槽電動勢星形圖：把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動勢用矢量表示，構(gòu)成的圖。10)相帶：每極下每相所占的區(qū)域360度的星形圖圓周分成三等分，每等分占120度，

25、成為120度相帶；獲得的電動勢較小。若分成六等分，則稱60度相帶；這種分法同樣可以保證電勢對稱，且合成感應(yīng)電動勢較大，是常用的方法。4.2.2疊繞組繞組嵌線時，相鄰得兩個串聯(lián)線圈中，后一個線圈緊“疊”在前一個線圈上。極相組A和X的電動勢、電流方向相反，為避免電動勢或電流所形成的磁場互相抵消，串聯(lián)時應(yīng)將極相組A和X反向串聯(lián)，即首首相連把尾端引出，或尾尾相連把首端引出。由于每相的極相組數(shù)等于極數(shù)，所有雙層疊繞組的最多并聯(lián)支路數(shù)等于2p。實際支路數(shù)a通常小于2p，且2p必須是a的整數(shù)倍。疊繞組的優(yōu)點是，短距時端部可以節(jié)約用銅量。缺點是一臺電機的最后幾個線圈的嵌線較為困難，極間連線較長，在極數(shù)較多時相

26、當費銅。4.3 正弦磁場下交流繞組的感應(yīng)電動勢(1)導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢電動勢波形：感應(yīng)電動勢頻率：同步轉(zhuǎn)速：（f=50Hz）導(dǎo)體電動勢有效值：(2)整距線圈電動勢單匝電勢：單匝電勢有校值：Nc匝線圈電動勢：(3)節(jié)距因數(shù)、分布因數(shù)基波節(jié)距因數(shù)：基波分布因數(shù)：繞組因數(shù)：(4)相電動勢和線電動勢其中：。4.4 通有正弦電流時單相繞組的磁動勢交流繞組中流過電流，根據(jù)安培環(huán)路定律，將產(chǎn)生磁動勢和磁場。交流繞組連接時，應(yīng)使它所形成的定、轉(zhuǎn)子磁場極數(shù)相等。(1) 整距線圈的磁動勢(2) 分布繞組的磁動勢雙層整距分布繞組的磁動勢： 雙層短距繞組的磁動勢：(3) 單相繞組的磁動勢一相繞組磁動勢：改寫為：其中：單

27、相繞組產(chǎn)生的基波磁勢仍然是余弦脈振磁勢，磁勢幅值位置與繞組軸線重合，時間上按余弦規(guī)律脈振。 4.5 通有三相對稱電流時三相繞組的磁動勢三相繞組合成磁動勢：其中：性質(zhì)：是一個正弦分布、以同步轉(zhuǎn)速向前推移的正向旋轉(zhuǎn)磁動勢波。a) 轉(zhuǎn)速： b) 幅值位置：當某相電流達到交流的最大值時，基波合成旋轉(zhuǎn)磁動勢波的幅值。c) 方向：取決于交流電流的相序。思考題：5，14，16，17，18，22習(xí)題：115 感應(yīng)電機感應(yīng)電機在轉(zhuǎn)子內(nèi)感生電動勢，流通電流后實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的感應(yīng)電機，感應(yīng)電機一般用作電動機，在少數(shù)場合下用作發(fā)電機。感應(yīng)電機是異步電機。定義：凡是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與所接交流電源的頻率沒有嚴格不變關(guān)系的交流電

28、機稱為異步電機。優(yōu)點：具有結(jié)構(gòu)簡單運行可靠，效率高，制造容易，成本低而且堅固耐用等優(yōu)點。缺點：不能經(jīng)濟地在較廣范圍內(nèi)調(diào)速，必須從電網(wǎng)吸收滯后電流，使電網(wǎng)功率因數(shù)降低。5.1 感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)(1)結(jié)構(gòu) 定子鐵心 定子 定子繞組 機座 感應(yīng)電機 轉(zhuǎn)子鐵心 繞線型 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子繞組 轉(zhuǎn)軸 籠型籠型繞組：是一個端部自行閉合的繞組，它由插入每個轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)條和兩端的環(huán)形端環(huán)構(gòu)成，如果去掉鐵 心，整個繞組形如一個圓籠。繞線型繞組：轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌有用絕緣導(dǎo)線組成的三相繞組，繞組的出線端通過滑環(huán)，再經(jīng)過電刷引出?？稍谵D(zhuǎn)子繞組中接入外接電阻，改善電動機起動和調(diào)速。(2)運行狀態(tài)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速ns與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

29、n之差稱為轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)差n與同步轉(zhuǎn)速ns的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示， 即： 。轉(zhuǎn)差率是表征感應(yīng)電機運行狀態(tài)的一個基本變量。 按照轉(zhuǎn)差率的正負和大小，感應(yīng)電機有電動機、 發(fā)電機和電磁制動三種運行狀態(tài)。(3)感應(yīng)電動機的額定值額定功率PN ：單位為千瓦(kW) 機械功率定子額定電壓UN ：單位為伏(V) 線電壓定子額定電流IN ：單位為安(A) 線電流額定頻率fN ：中國工頻規(guī)定為50赫茲(Hz) 額定轉(zhuǎn)速nN ：單位為轉(zhuǎn)/分(r/min)5.2 三相感應(yīng)電動機的磁動勢和磁場(1)空載運行時的磁動勢和磁場氣隙中的主磁場以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，在定子繞組中感生：若采用線性化的磁化曲線，則主磁通正比于激磁電流：上

30、式表明氣隙越小，激磁電抗就越大，在相同的定子電壓下，激磁電流就越小。定子漏磁通和漏抗定子漏磁通將在定子繞組中感生漏磁電動勢，把當做負壓漏抗壓降來處理：上式表明定子槽形越深越窄，槽漏磁磁導(dǎo)越大，槽漏抗越大。(2)負載運行時的轉(zhuǎn)子磁動勢和磁動勢方程定子磁場以的相對速度切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和電流的頻率f2為：轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁動勢，相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n2：而轉(zhuǎn)子本身又以轉(zhuǎn)速n在旋轉(zhuǎn)，因此從定子側(cè)觀察，在空間的轉(zhuǎn)速為：負載時的磁動勢方程：，其中5.3 三相感應(yīng)電動機的電壓方程和等效電路5.3.1電壓方程定子電壓方程：轉(zhuǎn)子電壓方程：其中：為轉(zhuǎn)子電流，為轉(zhuǎn)子每相電阻。5.3.2等效電路由于定轉(zhuǎn)子頻率

31、不同，相數(shù)和有效匝數(shù)不同，故定轉(zhuǎn)子不能直接聯(lián)在一起，為了得到定、轉(zhuǎn)子統(tǒng)一的等效電路：1) 必須把轉(zhuǎn)子頻率變換為定子頻率；2) 轉(zhuǎn)子的相數(shù)、有效匝數(shù)變換為定子的相數(shù)、有效匝數(shù)。頻率歸算之后，轉(zhuǎn)子靜止!頻率歸算用一個靜止的電阻為的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為R2的實際轉(zhuǎn)子，等效轉(zhuǎn)子與實際轉(zhuǎn)子具有相同的轉(zhuǎn)子磁動勢F2。R2是轉(zhuǎn)子本身電阻，代表與轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的機械功率相對應(yīng)的等效電阻，消耗在此電阻中的功率代表實際電機中產(chǎn)生的總機械功率。繞組歸算就是用一個與定子繞組的相數(shù)和有效匝數(shù)相同的等效轉(zhuǎn)子繞組，去代替相數(shù)為m2有效匝數(shù)為N2 kw2的實際轉(zhuǎn)子繞組。(1) 電流歸算(2) 電勢歸算(3) 阻抗歸算歸算后的電壓

32、和磁動勢方程感應(yīng)電動機的T形等效電路(1) 空載時，轉(zhuǎn)子相當于開路；(2) 負載時，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子和定子電流增大；(3) 負載時，E1和相應(yīng)的主磁通比空載時略?。?4) 起動或者堵轉(zhuǎn)時，E1和主磁通顯著減小，僅為空載時60%。感應(yīng)電動機的近似等效電路5.4 感應(yīng)電動機的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程5.4.1功率方程其中：，其中：，為機械損耗， 為雜散損耗。電磁功率的分配規(guī)律可見，從氣隙傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率分為兩部分，一小部分變?yōu)檗D(zhuǎn)子銅損耗，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榭倷C械功率。轉(zhuǎn)差率越大，轉(zhuǎn)子銅損耗就越多，電機效率越低。正常運行時電機的轉(zhuǎn)差率均很小。5.4.2轉(zhuǎn)矩方程和電磁轉(zhuǎn)矩其中：。5.5 感應(yīng)電動機參數(shù)的測定

33、5.5.1空載試驗空載試驗的目的是確定電動機的激磁參數(shù)Rm 、Xm ，以及鐵耗 和機械損耗?？蛰d功率減去定子銅耗，即得鐵耗和機械損耗兩項之和：空載時，轉(zhuǎn)差率，認為轉(zhuǎn)子開路，根據(jù)等效電路有：定子空載電抗X0為：式中：，。由堵轉(zhuǎn)實驗確定。5.5.2堵轉(zhuǎn)試驗堵轉(zhuǎn)實驗?zāi)康氖菫榱舜_定感應(yīng)電動機的樓阻抗堵轉(zhuǎn)時S=1。對于大型感應(yīng)電動機，一般來說，堵轉(zhuǎn)時激磁電流忽略不計，近似認為：，于是有：，5.6感應(yīng)電動機的起動和調(diào)速5.6.1啟動籠型感應(yīng)電機的起動(1) 直接起動(2) 降壓起動A. 星三角起動，起動電流是原來的1/3B.自耦變壓器起動，起動電流是原來的繞線型感應(yīng)電動機的起動繞線型感應(yīng)電動機為了減小啟動

34、電流，通常在轉(zhuǎn)子中接入啟動電阻Rst,此可以是轉(zhuǎn)子功率因數(shù)和轉(zhuǎn)子電流有功分量增大，啟動轉(zhuǎn)矩也將增大。5.6.2調(diào)速方法：(1) 變極調(diào)速：在恒定頻率下改變定子繞組極對數(shù)。只能實現(xiàn)跳躍式調(diào)速。(2) 變頻調(diào)速：通過改變電源頻率調(diào)速，可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)速。(3) 改變轉(zhuǎn)差：轉(zhuǎn)子外加電阻（繞線型）；串級調(diào)速；雙饋電機。思考題：4,5,6,7習(xí)題：15,276 同步電機同步發(fā)電機是一種常用的交流電機，在穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與電網(wǎng)頻率f有固定的關(guān)系，成為同步轉(zhuǎn)速。若電網(wǎng)頻率不變，則穩(wěn)態(tài)運行時同步電機轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)與負載無關(guān)。從原理上看，同步電機既可以作為發(fā)電機，也可以用作電動機或補償機。6.1 同步電機的基

35、本結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)(1) 結(jié)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)電樞式 同步電機 隱極式 旋轉(zhuǎn)磁極式 凸極式隱極式結(jié)構(gòu)特點：轉(zhuǎn)子是長圓柱形，氣隙較為均勻，轉(zhuǎn)子表面有大齒和小齒之分一對極，由汽輪機拖動，高速旋轉(zhuǎn)，稱汽輪發(fā)電機。凸極式結(jié)構(gòu)特點：轉(zhuǎn)子是扁盤狀，轉(zhuǎn)子表面有明顯凸出的磁極，氣隙為不均勻多對極，通常由水輪機拖動，低速旋轉(zhuǎn)，稱水輪發(fā)電機。(2) 運行狀態(tài)定子導(dǎo)體切割磁力線，在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢的頻率：當定子繞組構(gòu)成閉合回路流過三相對稱電流，定子將產(chǎn)生一個以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場，穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)子為同步轉(zhuǎn)速，因此定、轉(zhuǎn)子磁場相對靜止，相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。三種運行狀態(tài)：電動機()把電能轉(zhuǎn)換為機械能；補

36、償機()中沒有有功功率的轉(zhuǎn)換，專門發(fā)出或吸收無功功率，調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)；發(fā)電機()把機械能轉(zhuǎn)換為電能。(3) 勵磁方式直流勵磁機勵磁直流勵磁機通常與同步發(fā)電機同軸，采用并勵或他勵接法。整流器勵磁靜止式和旋轉(zhuǎn)式整流器勵磁又分為靜止式和旋轉(zhuǎn)式兩種。(4) 額定值額定容量SN (或額定功率PN )：指額定運行時電機的輸出功率。單位kVA表示容量，單位kW表示有功功率；額定電壓UN：指額定運行時定子的線電壓；額定電流IN：指額定運行時定子的線電流；額定功率因數(shù)cosN：指額定運行時電機功率因數(shù)；額定頻率fN：指額定運行時電樞的頻率。我國標準工頻規(guī)定為50Hz；額定轉(zhuǎn)速nN：指額定運行時電機的轉(zhuǎn)速，對

37、同步電機而言，即為同步轉(zhuǎn)速。6.2 空載和負載時同步發(fā)電機的磁場6.2.1空載運行空載運行空載運行時，同步電機內(nèi)僅有由勵磁電流所建立的主極磁場。主磁通0通過氣隙并與定子繞組相交鏈，主磁通所經(jīng)過的主磁路包括空氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn)子軛等五部分。漏磁通f不通過氣隙，僅與勵磁繞組相交鏈。當轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，主磁場將在氣隙中形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，它“切割”對稱的三相定子繞組后，就會在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出一組頻率為f的對稱三相電動勢，稱為激磁電動勢。6.2.2對稱負載時的電樞反應(yīng) 、對稱負載時的電樞反應(yīng)當定子接上負載后，電樞繞組將流過對稱三相電流，定子電樞電流將產(chǎn)生電樞磁動勢。電樞磁動勢與勵磁磁

38、動勢相互作用形成負載時氣隙中的合成磁動勢，并建立負載時的氣隙磁場。這時盡管勵磁電流沒有改變，但氣隙磁場已經(jīng)不同于原來的勵磁磁場。對稱負載時電樞磁動勢的基波對主極磁動勢基波的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于電樞磁動勢與勵磁磁動勢的空間相對位置。(1) 和同相 (2) 和不同相電樞反應(yīng)后的同步電機磁場負載后勵磁磁動勢和電樞磁動勢形成了一個合成磁場，交軸電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生畸變。電機的合成磁場在轉(zhuǎn)子內(nèi)部深處沿主極軸線后逐漸傾斜，在進入定子時其軸線已偏到合成磁場的軸線處。氣隙合成磁場扭斜的程度越大，使在磁場間所產(chǎn)生的切向力及電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率就越大。功率角正是來刻劃這種扭斜的程度。6.3 隱極

39、同步發(fā)電機的電壓方程、相量圖和等效電路不考慮磁飽和電樞電壓方程：其中：為同步電抗，它是對稱穩(wěn)態(tài)運行時表征電樞反應(yīng)和電樞漏磁這兩個效應(yīng)的綜合參數(shù)，不計飽和時為常值。等效電路圖：隱極同步發(fā)電機的向量圖：6.4 凸極同步發(fā)電機的電壓方程和相量圖考慮到凸極電機氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分成直軸和交軸電樞反應(yīng)分別來處理的方法，就稱為雙反應(yīng)理論。一般情況下，若電樞磁動勢既不在直軸、亦不在交軸而是在空間任意位置處，可把電樞磁動勢分解成直軸和交軸兩個分量，再用對應(yīng)的直軸磁導(dǎo)和交軸磁導(dǎo)分別算出直軸和交軸電樞反應(yīng)，最后把它們的效果疊加起來。電壓方程：其中：為直軸同步電抗，為交軸同步電抗。它們是表征電樞漏磁和直軸或

40、交軸電樞反應(yīng)的一個綜合參數(shù)。虛擬電動勢：，內(nèi)功率因數(shù)角：等效電路圖：向量圖：由于電抗與繞組匝數(shù)的平方和所經(jīng)磁路的磁導(dǎo)成正比，所以，對于凸極電機，由于直軸下的氣隙較交軸下小，>，所以Xad>Xaq，因此在凸極同步電機中，Xd>Xq。對于隱極電機，由于氣隙是均勻的，故XdXqXs。6.5 同步發(fā)電機的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程6.5.1功率方程和電磁功率功率方程：，其中：為發(fā)電機軸上輸入的機械功率；為機械損耗；為定子鐵耗；為電磁功率，也稱轉(zhuǎn)換功率；。電磁功率：要進行能量轉(zhuǎn)換，電樞電流中必須要有交軸電流分量Iq。6.5.2轉(zhuǎn)矩方程其中：為原動機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，為電磁的轉(zhuǎn)矩，為發(fā)電機空載轉(zhuǎn)矩。6.

41、6 同步電機參數(shù)的測定(1) 用空載特性和短路特性確定Xd1）電樞開路(空載)，用原動機把被試同步電機 拖動到同步轉(zhuǎn)速；2）改變勵磁電流If，并記取相應(yīng)的電樞端電壓U0 (空載時即等于E0），直到U01.25UN左右，可得空載特性曲線。3）將被試同步電機的電樞端點三相短路，用原動機拖動被試電機到同步轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵磁電流If使電樞電流I從零起一直增加到1.2IN左右，便可得到短路特性曲線。短路時，有，于是有：，為不飽和值。Xd的飽和值與主磁路的飽和情況有關(guān)。主磁路的飽和程度取決于實際運行時作用在主磁路上的合成磁動勢，因而取決于相應(yīng)的氣隙電動勢；如果不計漏阻抗壓降，則可近似認為取決于電樞的端電壓，所

42、以通常用對應(yīng)于額定電壓時的Xd值作為其飽和值。為此，從空載曲線上查出對應(yīng)于額定端電壓UN時的勵磁電流If0，再從短路特性上查出與該勵磁電流相應(yīng)的短路電流，這樣即可求出Xd (飽和)。，6.7 同步發(fā)電機的運行特性同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)運行特性包括外特性、調(diào)整特性和效率特性。外特性表示發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且勵磁電流和負載功率因數(shù)不變時，發(fā)電機的端電壓與電樞電流之間的關(guān)系：即nnS，If =常值，cos =常值時，U=f(I)。調(diào)整特性調(diào)整特性表示發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、負載的功率因數(shù)不變時，勵磁電流與電樞電流之間的關(guān)系；即nns，U =UN，cos=常值時，If = f (I)。

43、效率特性是指轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、功率因數(shù)為額定功率因數(shù)時，發(fā)電機的效率與輸出功率的關(guān)系；即n=nS，U =UN，cos= cosN時，=f(P2)。6.8 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行單機供電的缺點是明顯的：既不能保證供電質(zhì)量(電壓和頻率的穩(wěn)定性)和可靠性(發(fā)生故障就得停電)，又無法實現(xiàn)供電的靈活性和經(jīng)濟性。這些缺點可以通過多機并聯(lián)來改善。通過并聯(lián)可將幾臺電機或幾個電站并成一個電網(wǎng)?，F(xiàn)代發(fā)電廠中都是把幾臺 同步發(fā)電機并聯(lián)起來接在共同的匯流排(母線)上，一個地區(qū)總是有好幾個發(fā)電廠并聯(lián)起來組成一個強大的電力系統(tǒng)(電網(wǎng))。6.8.1同步發(fā)電機投入并聯(lián)的條件和方法(1) 投入并聯(lián)條件1)

44、雙方應(yīng)有一致的相序；2) 雙方應(yīng)有相等的電壓； 3) 雙方應(yīng)有同樣或者十分接近的頻率和相位。(2) 投入并聯(lián)方法1) 準確整步法燈光明暗法和燈光旋轉(zhuǎn)法。2) 自整步法在相序一致的情況下將勵磁繞組通過適當?shù)碾娮瓒探?，再用原動機把發(fā)電機拖動到接近同步轉(zhuǎn)速(相差25 )，將發(fā)電機接入電網(wǎng)，再接通勵磁，依靠定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場之間的電磁轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子拉入同步轉(zhuǎn)速，并車過程即告結(jié)束。6.8.2與電網(wǎng)并聯(lián)運行時的功角特性現(xiàn)代電力系統(tǒng)容量都很大，其頻率和電壓基本不受負載的變化或其他擾動的影響而保持為常值，當同步發(fā)電機并聯(lián)到無窮大電網(wǎng)之后，其頻率和端電壓將受到電網(wǎng)電壓的約束而與電網(wǎng)一致。功角特性當激磁電動勢E0和端電壓保持不變時，發(fā)電機發(fā)出的電磁功率與功率角之間的關(guān)系Pe=f()。凸極機：隱極機：功角的物理意義恒定勵磁E0不變，恒