第二次習(xí)題課(2012版)

第二次習(xí)題課大連海事大學(xué)趙紅第一部分:交流電機的共同理論部分1、典型結(jié)構(gòu)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，一、關(guān)于交流電機的結(jié)構(gòu)abAXNNSSNS+僅小容量或特殊用途同步電機(如勵磁機)采用交流電機指“同步電機”及“異步電機”，典型結(jié)構(gòu)中，它們的定子繞組、交流磁動勢、交流電動勢具有相同的理論，也是本章要討論的3個內(nèi)容、知識點。1、交流電機定子繞組：雙層、空間對稱。2、氣隙中旋轉(zhuǎn)交流磁動勢：波形接近正弦波，可以來自于定子與轉(zhuǎn)子來自于轉(zhuǎn)子（如同步電機）來自于定子（三相對稱繞組中流有三相對稱電流）3、三相定子繞組中感應(yīng)出的交流電動勢：波形接近正弦波，來自于三相定子繞組“反向切割”氣隙中旋轉(zhuǎn)交流磁動勢二、本章的三個主要知識點三、定子繞組、交流磁動勢、交流電動勢的特點1、“同步發(fā)電機”的基本工作原理首先轉(zhuǎn)子繞組通過勵磁電流建立磁場原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在氣隙空間產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場受到三相定子繞組的“反向切割”，于是在三相定子繞組中產(chǎn)生三相感應(yīng)電動勢。四、“同步電機”的基本工作原理2、“同步電動機”的基本工作原理首先轉(zhuǎn)子繞組通過勵磁電流建立磁場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。于是三相定子旋轉(zhuǎn)磁場“拖動”轉(zhuǎn)子磁場共同旋轉(zhuǎn)。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。于是三相定子旋轉(zhuǎn)磁場將“反向切割”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。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，該轉(zhuǎn)子三相對稱電流會在氣隙中產(chǎn)生轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場于是三相定子旋轉(zhuǎn)磁場“拖動”轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場（以及轉(zhuǎn)子）共同旋轉(zhuǎn)。但是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定比定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度慢！（why？）五、“異步電動機”的基本工作原理“交流磁動勢”：氣隙中旋轉(zhuǎn)交流磁動勢，波形接近正弦波，可以來自于定子與轉(zhuǎn)子來自于轉(zhuǎn)子（如同步電機）來自于定子（三相對稱繞組中流有三相對稱電流）六、“交流磁動勢”的主要知識點RealwaveRotorpoleRotorwindingsNS4.3.1No-loadMMFinnonsalientsynchronousgenerator

隱極式同步電機的空載磁動勢基波分量NS+來自于轉(zhuǎn)子（如同步電機）Realwave基波分量RotorpoleRotorwindings4.3.2No-loadMMFinsalientsynchronousgenerator

凸極式同步電機的空載磁動勢NSNS+來自于轉(zhuǎn)子（如同步電機）“交流磁動勢”：氣隙中旋轉(zhuǎn)交流磁動勢，波形接近正弦波，可以來自于定子與轉(zhuǎn)子來自于轉(zhuǎn)子（如同步電機）來自于定子（三相對稱繞組中流有三相對稱電流）定子一相繞組（如A相）通過正弦電流時，產(chǎn)生的是脈振磁動勢。該脈振磁動勢以基波為主，諧波分量可以通過短距線圈及分布繞組去掉。PulsatingMMF脈振磁動勢ωSpatialvectordiagram空間矢量圖A相基波磁動勢是在空間按正弦波分布隨時間按正弦規(guī)律變化的脈振磁動勢，可分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢分量，每個旋轉(zhuǎn)磁動勢的振幅為脈動磁動勢振幅的一半，轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向相反。ωF1F1三（兩）相對稱繞組通過三（兩）相對稱電流時產(chǎn)生的合成磁勢是一個幅值恒定、正弦分布以角速度ω逆時針旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢。三相（兩）對稱繞組通過三（兩）相不對稱電流時產(chǎn)生的合成磁勢是一個幅值變化、正弦分布、橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢。橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場可以分解為兩個轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反，幅值不等的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。12“交流電動勢”（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）三相定子繞組中感應(yīng)出的三相交流電動勢：波形接近正弦波，來自于三相定子繞組“反向切割”氣隙中旋轉(zhuǎn)交流磁動勢削弱交流電動勢高次諧波分量的方法：（1）三相采用星接、角接可以消除三次諧波。（2）采用短距繞組（3）采用分布繞組七、“交流電動勢”的主要知識點八、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)磁場的轉(zhuǎn)速關(guān)系為2、三相同步發(fā)電機額定運行時，定子繞組的基波電勢頻率為f1，轉(zhuǎn)子上直流勵磁磁勢產(chǎn)生的5次諧波磁場在定子繞組中感應(yīng)的電勢頻率為（1）f1

（2）5f1（3）1/5*f1

（4）f15（2）3、三相交流電機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（1）漏磁通（2）主磁通（3）總磁通（2）4、試比較單相交流繞組與三相交流繞組所產(chǎn)生的磁動勢的區(qū)別？與直流繞組磁勢又有何區(qū)別？單相交流繞組通過交流電流后所產(chǎn)生的磁勢為脈振磁勢，三相交流繞組通過對稱三相電流后所產(chǎn)生的磁勢為旋轉(zhuǎn)磁勢，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)。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。5、某臺三角形接線的交流電機定子繞組，當(dāng)電機運行時有一相繞組斷線，產(chǎn)生的基波磁動勢是（1）脈振磁動勢（2）圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢（3）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5次及7次諧波電勢，則節(jié)距y與極距τ的關(guān)系為（1）y=4/5τ

（2）y=5/6τ

（3）y=6/7τ

（2）7、三相交流繞組中，采用雙層短距繞組，欲消除5次則節(jié)距y與極距τ的關(guān)系為（1）y=4/5τ

（2）y=5/6τ

（3）y=6/7τ

（1）8、三相交流繞組中，采用雙層短距繞組，欲消除7次則節(jié)距y與極距τ的關(guān)系為（1）y=4/5τ

（2）y=5/6τ

（3）y=6/7τ

（3）9、電角度與機械角度之間的關(guān)系？10、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？極對數(shù)大連海事大學(xué)趙紅第二部分:同步電機19同步電機兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（凸極、隱極）特點、應(yīng)用場合（高速、低速，水輪機、汽輪機？）類型隱極式凸極式定子鐵芯+三相對稱繞組鐵芯+三相對稱繞組轉(zhuǎn)子磁極細長圓柱形，圓周上銑有大齒、小齒（1：2）矮胖凸極形狀轉(zhuǎn)子繞組分布集中氣隙均勻極弧下小、極間大速度離心力小—高速離心力大—低速應(yīng)用汽輪發(fā)電機（p≤2)水輪發(fā)電機(p≥3)20P167同步電機的勵磁方式，P168無刷勵磁機的概念，無刷勵磁的工作原理、過程？無刷勵磁中如何調(diào)整勵磁電流大??？（通過調(diào)整勵磁繞組（轉(zhuǎn)子）直流回路中的電阻）P170同步電機定子結(jié)構(gòu)特點：雙層、分布式與短距繞組，原因如何？3、5、7、9次諧波分別通過何種方式進行抑制或去除？（抑制諧波），（3、9次通過星接、角接抑制，5、7次通過分布繞組和短距繞組抑制）21P172式（3-34），（注意：電機轉(zhuǎn)速與電源頻率的關(guān)系式要會背，卷面不會給出）P177同步發(fā)電機的KVL方程式（4-11），P179圖4-12同步發(fā)電機的等效電路及其中各個元件參數(shù)的含義、物理意義22P1804.5同步發(fā)電機在各種負載（阻、容、感性負載）的相量圖，作業(yè)中的相量圖的繪制22AlaggingPFAleadingPF23Conclusion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。帶容性負載時,隨著負載電流的增加,勵磁電流可能減少cosφ=0.8laggingcosφ=1cosφ=0.8leadingcosΦ=0.8laggingcosΦ=1cosΦ=0.8leading23AlaggingPFAleadingPF24P182同步發(fā)電機的能流圖，P183式（4-20）最大輸出功率的概念及出現(xiàn)條件？、式（4-21）、P184最大輸出轉(zhuǎn)矩（失步轉(zhuǎn)矩）的概念及出現(xiàn)條件？式（4-22）25P184，同步發(fā)電機開路實驗、短路實驗的目的、實驗步驟及各個參數(shù)的取得方法。P191同步電動機的KVL方程式（4-27）、（4-28），同步電動機的等效電路P192圖4-22十.P195，圖4-25同步電動機的機械特性及其理解（注意：失步轉(zhuǎn)矩）26Thespeedislockedtotheappliedelectricalfrequency,sothespeedofmotorwillbeconstantregardlessoftheload.最大轉(zhuǎn)矩或失步轉(zhuǎn)矩27十一.P196、197負載變化對同步電動機的影響，P200勵磁電流對同步電動機的影響。P200同步電動機V形曲線的理解？什么是過磁鏈？欠勵磁？正常勵磁？上述三種情況下，容性、感性還是阻性？原因？當(dāng)負載增加時，如果勵磁電流不變，則定子電流將會增加。且功率因數(shù)角越來越滯后（容性減弱，感性增強）電樞電流IA隨著勵磁電流IF變化的曲線叫做V形曲線。當(dāng)勵磁電流IF調(diào)整在某一個值時，電樞電流IA最小，這時功率因數(shù)為1。也可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流IF

，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。(P209)28正常勵磁超前PF欠勵/欠激underexcited滯后PF過勵/過激overexcited不穩(wěn)定區(qū)SynchronousmotorVcurve(P200)隨著勵磁電流的增加，電樞電流幅值IA先減少，然后增加29正常勵磁超前PF欠勵/欠激underexcited滯后PF過勵/過激overexcited不穩(wěn)定區(qū)SynchronousmotorVcurve(P200)當(dāng)勵磁電流較小時,電樞電流滯后端電壓,同步電動機相當(dāng)于一個感性負載(R、L串聯(lián)組合),消耗無功功率Q。30正常勵磁超前PF欠勵/欠激underexcited滯后PF過勵/過激overexcited不穩(wěn)定區(qū)SynchronousmotorVcurve(P200)隨著勵磁電流的增加，電樞電流與端電壓同相，同步電動機相當(dāng)于一個純阻性負載。當(dāng)勵磁電流繼續(xù)增加,電樞電流超前端電壓,同步電動機相當(dāng)于一個容性負載(R、C串聯(lián)組合),此時同步電動機為系統(tǒng)提供無功功率Q。31十二.P207同步調(diào)功機的概念，用途，P208圖4-35（b）同步調(diào)功機的相量圖Condenserisanoldnamefor

capacitor.

Asynchronousmotoroperatingoverexcitedatnoload,simplyforpowerfactorcorrection.十三.并網(wǎng)運行中同步發(fā)動機有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)RealpowerPadjustment(同步發(fā)動機有功功率調(diào)整)Qout

φandIA

EAandIf

ReactivepowerQadjustment(同步發(fā)動機無功功率調(diào)整)33Subtractingflux去磁WeakeningtherotorfieldAddingflux助磁StrengtheningtherotorfieldQuadratureflux交磁DistortingtherotorfieldQuadratureflux交磁Subtractingflux去磁Quadratureflux交磁Addingflux助磁InternalPFangle：leadsbyΨ，dependsonmachineitselfandload(Inourtextbook:γ）十三.一些練習(xí)題1、分析下面幾種情況對同步電抗的影響：（1）鐵心飽和度增加同步電抗減?。?）氣隙增加同步電抗減?。?）電樞繞組匝數(shù)增加同步電抗增加（4）勵磁繞組匝數(shù)增加如果沒有飽和，同步電抗不變2、如果并網(wǎng)發(fā)電機的功率因數(shù)為1，則電樞反應(yīng)是去磁、交磁、還是助磁？根據(jù)相量圖可以看出，內(nèi)功率因數(shù)角：0<Ψ<90°,故性質(zhì)為：去磁兼交磁3、并網(wǎng)運行的發(fā)動機，若保持原動機輸入的功率不變，調(diào)節(jié)其勵磁電流，其功角δ是否變化？其輸出的有功功率是否變化？（分析時忽略電機損耗）若原動機輸入功率不變，忽略損耗，則其輸出的有功功率不變！若改變勵磁電流，則EA改變，那么δ必然改變P不變，則EAsinδ不變大連海事大學(xué)趙紅第三部分:異步電機37關(guān)于異步電機的幾個基本公式，要會背38P227P237比較變壓器和異步電機磁路特點，磁化曲線的區(qū)別？原因？InductionmotorTransformer39P241異步電動機等效電路圖5-12中各個元件參數(shù)的物理含義，P242異步電動機能流圖5-13，充分理解其中各個損耗的含義（P243）(coreloss)(PRCL)(PSCL)(Pconv)Theper-phaseequivalentcircuit(P247)Thedashedlineintheequivalentcircuitrepresentstheairgapofthemachine40掌握氣隙功率、轉(zhuǎn)換功率、轉(zhuǎn)子銅耗的概念及其之間關(guān)系(coreloss)(PRCL)(PSCL)(Pconv)41P257異步電動機的機械特性曲線的概念及其充分理解（轉(zhuǎn)子電阻增加與起動轉(zhuǎn)矩關(guān)系？電壓變化會影響臨界轉(zhuǎn)差率嗎？等等）1.00

SInducedtorque42S0143異步電動機起動時，功率因數(shù)大小如何？正常額定工作時，功率因數(shù)大小如何？P267深槽轉(zhuǎn)子和雙籠轉(zhuǎn)子的英文描述及設(shè)計意義？P285異步電動機三種調(diào)速方式，要會用英文寫1、異步電動機空載時，n≈nsync，s≈0，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于開路。定子電流≈勵磁電流，勵磁電抗XM>>X1,R1及Rm,故空載時異步電動機定子側(cè)的功率因數(shù)很低。2、異步電動機額定負載運行時，s很小，R2/s很大，轉(zhuǎn)子回路幾乎為純阻性，故額定負載時定子側(cè)的功率因數(shù)很高，可達0.8~0.85。44變頻調(diào)速方法：基頻以下:恒壓頻比調(diào)速，目的是為了保持磁通不變基頻以上:保持額定電壓不變，弱磁升速Whenthevoltageappliedtoaninductionmotorisvariedlinearlywithfrequencybelowthebasespeed,thefluxinthemotorwillremainapproximatelyconstant.基速（頻）以下恒壓頻比調(diào)速以保持磁通為常數(shù)45十.異步電動機參數(shù)的測定:空載實驗的目的、直流實驗的目的、堵轉(zhuǎn)實驗的目的十一.異步電機三種工作狀態(tài)時同步轉(zhuǎn)速、機械轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)差率的關(guān)系、特點？（如何根據(jù)上述關(guān)系判斷電機是工作在電動機、發(fā)電機還是制動狀態(tài)）？45電動狀態(tài)發(fā)電狀態(tài)制動狀態(tài)十二、一些習(xí)題練習(xí)

1、三相異步電動機正常運行時，定子旋轉(zhuǎn)磁勢轉(zhuǎn)速為n1，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢轉(zhuǎn)速為n2，則（1）n1=n2

（2）n1>n2

（3）n1<n2（1）2、三相異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩與（）成正比（1）總轉(zhuǎn)換功率（2）輸出功率（3）氣隙功率（4）輸入功率（1）3、一臺三相異步電機的運行轉(zhuǎn)差率為0.04，則此時通過氣隙傳遞的功率中，有（）（1）4%是轉(zhuǎn)換功率（2）4%是輸出功率（3）4%是轉(zhuǎn)子銅耗（4）4%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85%，而負載沒有變，則定子繞組每相電流I1將（）（1）不變（2）增大（3）減小（2）5、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，下面各量如何變化？

（1）最大失步轉(zhuǎn)矩減?。?）氣隙磁通減?。?）轉(zhuǎn)子電流增加（4）轉(zhuǎn)差率相當(dāng)于降壓調(diào)速，電壓降低則轉(zhuǎn)速下降，故轉(zhuǎn)差率增加6、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（）