第二次習(xí)題課(2012版)

1、第二次習(xí)題課第二次習(xí)題課大連海事大學(xué)大連海事大學(xué) 趙紅趙紅第一部分第一部分: :交流電機的共同理論部分交流電機的共同理論部分1、中，直流電機的電樞繞組位于轉(zhuǎn)子鐵心槽中，中，直流電機的電樞繞組位于轉(zhuǎn)子鐵心槽中，而交流電機的電樞繞組位于定子鐵心槽中，而交流電機的電樞繞組位于定子鐵心槽中，一、關(guān)于交流電機的結(jié)構(gòu)一、關(guān)于交流電機的結(jié)構(gòu)abAXNSSNS+僅小容量或僅小容量或特殊用途同特殊用途同步電機步電機(如如勵勵磁機磁機)采用采用交流電機指交流電機指“同步電機同步電機” 及及“異步電機異步電機”，中，中，它們的它們的、具有相同的理具有相同的理論，也是本章要討論的論，也是本章要討論的3個內(nèi)容、知識點。

2、個內(nèi)容、知識點。1、交流電機、交流電機：雙層、空間對稱。：雙層、空間對稱。2、氣隙中旋轉(zhuǎn)、氣隙中旋轉(zhuǎn)：波形接近正弦波，可以來自：波形接近正弦波，可以來自于定子與轉(zhuǎn)子于定子與轉(zhuǎn)子）3、三相定子繞組中感應(yīng)出的、三相定子繞組中感應(yīng)出的：波形接近正弦：波形接近正弦波，來自于三相定子繞組波，來自于三相定子繞組“”氣隙中旋轉(zhuǎn)氣隙中旋轉(zhuǎn)二、本章的三個主要知識點二、本章的三個主要知識點三、三、的特點的特點1、“” 的基本工作原理的基本工作原理u首先轉(zhuǎn)子繞組通過勵磁電流建立磁場首先轉(zhuǎn)子繞組通過勵磁電流建立磁場u原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在氣隙空間產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在氣隙空間產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場場u旋轉(zhuǎn)磁場

3、受到三相定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場受到三相定子繞組的“反向切割反向切割”，于是，于是在三相定子繞組中產(chǎn)生三相感應(yīng)電動勢。在三相定子繞組中產(chǎn)生三相感應(yīng)電動勢。四、四、“同步電機同步電機” 的基本工作原理的基本工作原理2、“” 的基本工作原理的基本工作原理u首先轉(zhuǎn)子繞組通過勵磁電流建立磁場首先轉(zhuǎn)子繞組通過勵磁電流建立磁場u三相定子繞組加入三相對稱電壓于是在其中產(chǎn)生三三相定子繞組加入三相對稱電壓于是在其中產(chǎn)生三相對稱電流，故產(chǎn)生幅值恒定的正弦波旋轉(zhuǎn)磁場。相對稱電流，故產(chǎn)生幅值恒定的正弦波旋轉(zhuǎn)磁場。u于是三相定子旋轉(zhuǎn)磁場于是三相定子旋轉(zhuǎn)磁場“拖動拖動”轉(zhuǎn)子磁場共同旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子磁場共同旋轉(zhuǎn)。SRindBBku首先

4、三相定子繞組加入三相對稱電壓于是在其中產(chǎn)生首先三相定子繞組加入三相對稱電壓于是在其中產(chǎn)生三相對稱電流，故產(chǎn)生幅值恒定的正弦波旋轉(zhuǎn)磁場。三相對稱電流，故產(chǎn)生幅值恒定的正弦波旋轉(zhuǎn)磁場。u于是三相定子旋轉(zhuǎn)磁場將于是三相定子旋轉(zhuǎn)磁場將“反向切割反向切割”轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組，在三相對稱轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。三相對稱轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。u由于異步電機轉(zhuǎn)子回路是閉環(huán)的，于是在三相轉(zhuǎn)子電由于異步電機轉(zhuǎn)子回路是閉環(huán)的，于是在三相轉(zhuǎn)子電流中產(chǎn)生三相對稱電流，該流中產(chǎn)生三相對稱電流，該轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子三相對稱電流會在氣隙三相對稱電流會在氣隙中產(chǎn)生中產(chǎn)生轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場SRindBBku于是三相定子旋轉(zhuǎn)磁

5、場于是三相定子旋轉(zhuǎn)磁場“拖動拖動”轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場（以及轉(zhuǎn)子）共同轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場（以及轉(zhuǎn)子）共同旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。u但是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定比定子磁但是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定比定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度慢?。▓龅男D(zhuǎn)速度慢?。ǎ┪?、五、 “” 的基本工作原理的基本工作原理“ ”：氣隙中旋轉(zhuǎn)：氣隙中旋轉(zhuǎn)，波形接近，波形接近，可以來自于定子與轉(zhuǎn)子，可以來自于定子與轉(zhuǎn)子）六、六、 “ ”的主要知識點的主要知識點圖12-13 隱極同步電機轉(zhuǎn)子磁勢Ff1FfxReal waveRotor poleRotor windingsNSfffNIF4.3.1 No-load MMF in nonsalient synchronous gener

6、ator 隱極隱極式同步電機的空載磁動勢式同步電機的空載磁動勢基波分量基波分量NS+Ff1fFfx圖12-14 凸極同步電機轉(zhuǎn)子磁勢Real wave基波分量基波分量Rotor poleRotor windings4.3.2 No-load MMF in salient synchronous generator 凸極凸極式同步電機的空載磁動勢式同步電機的空載磁動勢NSNS+“ ”：氣隙中旋轉(zhuǎn)：氣隙中旋轉(zhuǎn)，波形接近，波形接近，可以來自于定子與轉(zhuǎn)子，可以來自于定子與轉(zhuǎn)子）Spatial vector diagram A相基波磁動勢是在空間按相基波磁動勢是在空間按正弦波分布隨時間按正弦規(guī)正弦波分布

7、隨時間按正弦規(guī)律變化的律變化的脈振磁動勢脈振磁動勢，可分，可分解為兩個解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢旋轉(zhuǎn)磁動勢分量，分量，每個旋轉(zhuǎn)磁動勢的振幅為脈每個旋轉(zhuǎn)磁動勢的振幅為脈動磁動勢動磁動勢振幅的一半，轉(zhuǎn)速振幅的一半，轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向相反相等、轉(zhuǎn)向相反。FFatFatFatFfmmmA)cos(21)cos(21coscos1111F1F1RFFFF12“ ”（可通常用于解釋同步發(fā)電機的發(fā)電原理（可通常用于解釋同步發(fā)電機的發(fā)電原理及異步電動機轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生原因）及異步電動機轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生原因）u三相定子繞組中感應(yīng)出的三相定子繞組中感應(yīng)出的：波形接近正：波形接近正弦波，來自于三相定子繞組弦波，來自于三相定子繞組“

8、”氣隙中旋轉(zhuǎn)氣隙中旋轉(zhuǎn)u削弱削弱高次諧波分量的方法：高次諧波分量的方法：（1）三相采用）三相采用星接、角接可以消除三次諧波。（星接、角接可以消除三次諧波。（2）采用短距繞組（）采用短距繞組（3）采用分布繞組采用分布繞組七、七、 “ ”的主要知識點的主要知識點八、一些習(xí)題練習(xí)八、一些習(xí)題練習(xí) 1、三相定子繞組中的基波電流頻率與其產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場、三相定子繞組中的基波電流頻率與其產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速關(guān)系為的轉(zhuǎn)速關(guān)系為60mepnf pfnnorem601:2、三相、三相額定運行時，定子繞組的基波電勢頻額定運行時，定子繞組的基波電勢頻率為率為f1，轉(zhuǎn)子上直流勵磁磁勢產(chǎn)生的，轉(zhuǎn)子上直流勵磁磁勢產(chǎn)生的5次

9、諧波磁場在定子次諧波磁場在定子繞組中感應(yīng)的電勢頻率為繞組中感應(yīng)的電勢頻率為（1） f1 （2） 5f1（3） 1/5*f1 （4） f15（2）3、三相、三相定子繞組通過對稱三相電流后所產(chǎn)生的定子繞組通過對稱三相電流后所產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁場可以被稱為基波旋轉(zhuǎn)磁場可以被稱為（1） 漏磁通漏磁通（2）主磁通（）主磁通（3） 總磁通總磁通（2）4、試比較單相交流繞組與三相交流繞組所產(chǎn)生的磁動勢、試比較單相交流繞組與三相交流繞組所產(chǎn)生的磁動勢的區(qū)別？與直流繞組磁勢又有何區(qū)別？的區(qū)別？與直流繞組磁勢又有何區(qū)別？u單相單相繞組通過交流電流后所產(chǎn)生的磁勢為脈振磁勢，繞組通過交流電流后所產(chǎn)生的磁勢為脈振磁勢，三

10、相三相繞組通過對稱三相電流后所產(chǎn)生的磁勢為旋轉(zhuǎn)磁繞組通過對稱三相電流后所產(chǎn)生的磁勢為旋轉(zhuǎn)磁勢，勢，u脈振磁勢在空間的位置固定，而幅值隨時間正弦規(guī)律變脈振磁勢在空間的位置固定，而幅值隨時間正弦規(guī)律變化，旋轉(zhuǎn)磁勢的幅值不變，但在空間隨時間旋轉(zhuǎn)?；?，旋轉(zhuǎn)磁勢的幅值不變，但在空間隨時間旋轉(zhuǎn)。u而直流繞組產(chǎn)生的磁勢不僅在空間位置固定不變，且其而直流繞組產(chǎn)生的磁勢不僅在空間位置固定不變，且其幅值大小也不隨時間變化，為恒定磁勢。幅值大小也不隨時間變化，為恒定磁勢。5、某臺三角形接線的交流電機定子繞組，當電機運行時、某臺三角形接線的交流電機定子繞組，當電機運行時有一相繞組斷線，產(chǎn)生的基波磁動勢是有一相繞組斷線

11、，產(chǎn)生的基波磁動勢是（1） 脈振磁動勢脈振磁動勢（2）圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢）圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢（3） 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢（3）6、三相交流繞組中，采用雙層短距繞組，欲同時削弱、三相交流繞組中，采用雙層短距繞組，欲同時削弱5次次及及7次諧波電勢，則節(jié)距次諧波電勢，則節(jié)距y與極距與極距的關(guān)系為的關(guān)系為（1） y=4/5 （2） y=5/6 （3） y=6/7 （2）7、三相交流繞組中，采用雙層短距繞組，欲消除、三相交流繞組中，采用雙層短距繞組，欲消除5次則節(jié)次則節(jié)距距y與極距與極距的關(guān)系為的關(guān)系為（1） y=4/5 （2） y=5/6 （3） y=6/7 （1）8、三相交流繞組中，采用雙層短距

12、繞組，欲消除、三相交流繞組中，采用雙層短距繞組，欲消除7次則節(jié)次則節(jié)距距y與極距與極距的關(guān)系為的關(guān)系為（1） y=4/5 （2） y=5/6 （3） y=6/7 （3）9、電角度與機械角度之間的關(guān)系？、電角度與機械角度之間的關(guān)系？mep10、交流電機每相繞組的電勢有效值表達式？直流電機電、交流電機每相繞組的電勢有效值表達式？直流電機電樞繞組的電勢表達式？樞繞組的電勢表達式？11144. 4:ewNfkEvaluermsThe交流 KEA:直流pem極對數(shù)極對數(shù)大連海事大學(xué)大連海事大學(xué) 趙紅趙紅第二部分第二部分: :同步電機同步電機19類型類型隱極式隱極式凸極式凸極式定子定子鐵芯鐵芯+ +三相對

13、稱繞組三相對稱繞組鐵芯鐵芯+ +三相對稱繞三相對稱繞組組轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)子磁極細長圓柱形，圓周上銑細長圓柱形，圓周上銑有有大齒、小齒（大齒、小齒（1 1：2 2）矮胖凸極形狀矮胖凸極形狀轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組分布分布集中集中氣隙氣隙均勻均勻極弧下小、極間大極弧下小、極間大速度速度離心力小離心力小高速高速離心力大離心力大低速低速應(yīng)用應(yīng)用汽輪發(fā)電機（汽輪發(fā)電機（p2)p2)水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機(p3)(p3)202160pnfmepfnnorem601:AAASAIRIjXEV2222AEAARIVASIjX AIAARIASIjXAIAEA lagging PFA leading PF V23Conclus

14、ionu帶純電阻負載或感性負載時，隨著負載電流的增加，勵帶純電阻負載或感性負載時，隨著負載電流的增加，勵磁電流必須同時增加才能維持端電壓不變。磁電流必須同時增加才能維持端電壓不變。u帶容性負載時帶容性負載時,隨著負載電流的增加隨著負載電流的增加,勵磁電流可能減少勵磁電流可能減少AIVNIONVcos=0.8laggingcos=1cos=0.8leadingAIfIcos=0.8laggingcos=1cos=0.8leadingO0fINI23AEAARIVASIjX AIAARIASIjXAIAEA lagging PFA leading PF V24183)204(sin3PXEVPSA

15、convmindconvPSmAindXEVsin325AAASAIRIjXEVmnsyncnratedpulloutindThe speed is locked to the applied electrical frequency, so the speed of motor will be constant regardless of the load.最大轉(zhuǎn)矩或最大轉(zhuǎn)矩或失步轉(zhuǎn)矩失步轉(zhuǎn)矩pfnnesyncm60SmApulloutXEV327電樞電流電樞電流隨著勵磁電流隨著勵磁電流變化的曲線叫做變化的曲線叫做V形曲線。當形曲線。當勵磁電流勵磁電流調(diào)整在某一個值時，電樞電流調(diào)整在某一個值

16、時，電樞電流最小，這時功最小，這時功率因數(shù)為率因數(shù)為1。也可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流。也可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流 ，使電機的功率，使電機的功率因數(shù)超前或滯后。這是同步電機的最大優(yōu)點之一。因數(shù)超前或滯后。這是同步電機的最大優(yōu)點之一。28IfI0If00mPemPemPemPemPemPemPemPemPemP正常正常勵磁勵磁超前超前PF欠勵欠勵/ /欠激欠激underexcited滯后滯后PF過勵過勵/過激過激overexcited不穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定區(qū)1cos8 . 0cos8 . 0)cos(AIFISynchronous motor V curve (P200)隨著勵磁電隨著勵磁電流的增加，流的增加，電樞

17、電流幅電樞電流幅值值IA先減少，先減少，然后增加然后增加29IfI0If00mPemPemPemPemPemPemPemPemPemP正常正常勵磁勵磁超前超前PF欠勵欠勵/ /欠激欠激underexcited滯后滯后PF過勵過勵/過激過激overexcited不穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定區(qū)1cos8 . 0cos8 . 0)cos(AIFISynchronous motor V curve (P200)當勵磁電流較當勵磁電流較小時小時,電樞電流電樞電流滯后端電壓滯后端電壓,同同步電動機相當步電動機相當于一個感性負于一個感性負載載(R、L串聯(lián)串聯(lián)組合組合),消耗無消耗無功功率功功率Q。30IfI0If00mP

18、emPemPemPemPemPemPemPemPemP正常正常勵磁勵磁超前超前PF欠勵欠勵/ /欠激欠激underexcited滯后滯后PF過勵過勵/過激過激overexcited不穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定區(qū)1cos8 . 0cos8 . 0)cos(AIFISynchronous motor V curve (P200)隨著勵磁隨著勵磁電流的增電流的增加，電樞加，電樞電流與端電流與端電壓同相，電壓同相，同步電動同步電動機相當于機相當于一個純阻一個純阻性負載。性負載。當勵磁電流繼當勵磁電流繼續(xù)增加續(xù)增加,電樞電電樞電流超前端電壓流超前端電壓,同步電動機相同步電動機相當于一個容性當于一個容性負載負載(R、C

19、串串聯(lián)組合聯(lián)組合),此時此時同步電動機為同步電動機為系統(tǒng)提供無功系統(tǒng)提供無功功率功率Q。31Condenser no loadAEASIjXAIVWhen V=C; If=C, EA=C; if Pout ,thenIA Real power P adjustment(同步發(fā)動機有功功率調(diào)整同步發(fā)動機有功功率調(diào)整)sin3AoutIVQcos3AoutIVP Qout When V=C; Pout=C; If we want Qout then what would happen? and IA EA and If Reactive power Q adjustment(同步發(fā)動機無功功率調(diào)整

20、同步發(fā)動機無功功率調(diào)整)33 90Subtracting flux 去磁去磁Weakening the rotor field 90Adding flux 助磁助磁Strengthening the rotor field0Quadrature flux 交磁交磁Distorting the rotor field900Quadrature flux 交磁交磁Subtracting flux 去磁去磁090Quadrature flux 交磁交磁Adding flux 助磁助磁Internal PF angle ： leads by ，depends on machine itself and

21、 load (In our textbook: ）AEAIAEAARIVASIjX AI1、分析下面幾種情況對同步電抗的影響：、分析下面幾種情況對同步電抗的影響：（1）鐵心飽和度增加）鐵心飽和度增加同步電抗減小同步電抗減?。?）氣隙增加）氣隙增加同步電抗減小同步電抗減?。?）電樞繞組匝數(shù)增加）電樞繞組匝數(shù)增加同步電抗增加同步電抗增加（4）勵磁繞組匝數(shù)增加）勵磁繞組匝數(shù)增加如果沒有飽和，同步電抗不變?nèi)绻麤]有飽和，同步電抗不變2、如果并網(wǎng)發(fā)電機的功率因數(shù)為、如果并網(wǎng)發(fā)電機的功率因數(shù)為1，則電樞反應(yīng)是去磁、，則電樞反應(yīng)是去磁、交磁、還是助磁？交磁、還是助磁？AEAARIVASIjX AI根據(jù)相量圖可

22、以看出，內(nèi)根據(jù)相量圖可以看出，內(nèi)功率因數(shù)角：功率因數(shù)角：0 X1, R1及及Rm, 故故2、異步電動機額定負載運行時，異步電動機額定負載運行時，s很小，很小，R2/s很大，轉(zhuǎn)子很大，轉(zhuǎn)子回路幾乎為純阻性，回路幾乎為純阻性，44When the voltage applied to an induction motor is varied linearly with frequency the flux in the motor will remain approximately constant.基速（頻）基速（頻）以下恒壓頻比調(diào)速以保持磁通為常數(shù)以下恒壓頻比調(diào)速以保持磁通為常數(shù) 4545sy

23、ncnSBmnmsyncnn10 s電動狀態(tài)電動狀態(tài)syncnSBmnmsyncnn0s發(fā)電狀態(tài)發(fā)電狀態(tài)syncnSBmn0mn1s制動狀態(tài)制動狀態(tài)十二、十二、一些習(xí)題練習(xí)一些習(xí)題練習(xí) 1、三相異步電動機正常運行、三相異步電動機正常運行時，定子旋轉(zhuǎn)時，定子旋轉(zhuǎn)磁勢轉(zhuǎn)速為磁勢轉(zhuǎn)速為n1，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢轉(zhuǎn)速為n2，則，則（1） n1=n2 （2） n1n2 （3） n1n2（1）2、三相異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩與（、三相異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩與（ ）成正比）成正比（1） 總轉(zhuǎn)換功率（總轉(zhuǎn)換功率（2）輸出功率）輸出功率（3） 氣隙功率（氣隙功率（4）輸入功率）輸入功率（1）3、一臺三相異步電機

24、的運行轉(zhuǎn)差率為、一臺三相異步電機的運行轉(zhuǎn)差率為0.04，則此時通過，則此時通過氣隙傳遞的功率中，有（氣隙傳遞的功率中，有（ ）（1） 4%是轉(zhuǎn)換功率（是轉(zhuǎn)換功率（2） 4%是輸出功率是輸出功率（3） 4%是轉(zhuǎn)子銅耗（是轉(zhuǎn)子銅耗（4） 4%是定子銅耗是定子銅耗（3）4、三相異步電動機運行時電源電壓降為額定電壓的、三相異步電動機運行時電源電壓降為額定電壓的85%，而負載沒有變，則定子繞組每相電流而負載沒有變，則定子繞組每相電流I1將（將（ ）（1） 不變（不變（2） 增大（增大（3） 減小減?。?）5、三相異步電動機運行時電源電壓降為額定電壓的、三相異步電動機運行時電源電壓降為額定電壓的85%，而

25、負載沒有變，下面各量如何變化？而負載沒有變，下面各量如何變化？ （1）最大失步轉(zhuǎn)矩）最大失步轉(zhuǎn)矩減小減?。?）氣隙磁通）氣隙磁通減小減?。?）轉(zhuǎn)子電流）轉(zhuǎn)子電流增加增加（4）轉(zhuǎn)差率）轉(zhuǎn)差率6、某三相異步電機空載運行，電源電壓降為額定電壓的、某三相異步電機空載運行，電源電壓降為額定電壓的90%，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（ ）（1） 降低降低10%（2）增大）增大10%（3） 變化不大變化不大（3）7、起動籠形三相異步電機時，定子繞組外串聯(lián)電阻以降、起動籠形三相異步電機時，定子繞組外串聯(lián)電阻以降壓起動，當所串聯(lián)電阻增加時，則（壓起動，當所串聯(lián)電阻增加時，則（ ）（1）起動轉(zhuǎn)矩增大和起動電流減小起動轉(zhuǎn)矩增大和起動電流減?。?）起動轉(zhuǎn)矩減小和起動電流減小起動轉(zhuǎn)矩減小和起動電流減小（3）起動轉(zhuǎn)矩增大和起動電流增大起動轉(zhuǎn)矩增大和起動電流增大（4）起動轉(zhuǎn)矩減小和起動電流增大起動轉(zhuǎn)矩減小和起動電流增大（2）8、起動繞線式異步電機時，轉(zhuǎn)子繞組外串聯(lián)電阻進行起、起動繞線式異步電機時，轉(zhuǎn)子繞組外串聯(lián)電阻進行起動，當所串聯(lián)電阻增加時，則（動，當所串聯(lián)電