《電機與拖動基礎(chǔ)》課程輔導(dǎo)系統(tǒng)

1、電機與拖動基礎(chǔ)課程輔導(dǎo)系統(tǒng)第一章 直流電機原理一、內(nèi)容提要本章主要介紹直流電機的工作原理及其基本結(jié)構(gòu)。直流電機的工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律和電磁力定律的基礎(chǔ)上的。 在不同的外部條件下， 電機中能量轉(zhuǎn)換的方向是可逆的。 如果從電機軸上輸入機械功率，電樞繞組中感應(yīng)電動勢大于端電壓，即 Ea U 時，電機運行于發(fā)電機狀態(tài)，將機械能轉(zhuǎn)化為電能，從電刷兩端輸出電能； 如果從電樞輸入電功率， 電樞繞組中感應(yīng)電動勢小于外加端電壓，即 Ea U 時，電機運行于電動機狀態(tài)，將電能 轉(zhuǎn)換為機械能，從軸上輸出機械能。直流電機的結(jié)構(gòu)可以分為定子、轉(zhuǎn)子兩大部分。定子部分包括：機座、主磁極（包括勵磁繞組） 、換向極（包

2、括換相極繞組）和電刷裝置。定子主要用來建立磁場。轉(zhuǎn)子部分包括：電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和軸承等。轉(zhuǎn)子主要通過電樞繞組傳遞電磁功率，是電動機的核心部件。常用的電樞繞組有單疊繞組和單波繞組。 單疊繞組是將上層邊位于同一磁極下的元件先串聯(lián)成一條支路， 不同磁極下的支路再并聯(lián)， 故并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)； 單波繞組是將上層邊位于同極性磁極下的元件串聯(lián)成一條支路， 由于磁極只有 N、 S 兩種，故并聯(lián)支路數(shù)為 2。繞組元件中感應(yīng)電動勢和元件中流過的電流都是交變的， 但經(jīng)過換向器和電刷的機械整流作用，使在電刷和電刷接通的外電路上，電動勢、 電壓和電流都變?yōu)橹绷鳌Ｖ绷麟姍C能量變換是依靠氣隙磁場進行的。

3、 空載時， 直流電機的氣隙磁場由勵磁繞組的磁動勢產(chǎn)生； 負載時， 氣隙磁場由勵磁繞組和電樞繞組的磁動勢共同產(chǎn)生。電樞磁動勢對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。當電刷位于幾何中性線時，只有交軸電樞反應(yīng)。交軸電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生畸變，對電動機來說， 其磁場的物理中性線逆轉(zhuǎn)偏離幾何中性線。 在磁路飽和時， 交軸電樞反應(yīng)具有去磁效應(yīng)，使每極磁通量減少。直流電機的能量變換可用電磁功率來表征，即 EaIaTem。對直流電動機，感應(yīng)電動勢是反電動勢，其方向與電樞電流方向相反。而對于電動機而言， 電磁轉(zhuǎn)矩是拖動轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速方向一致。換向是指繞組元件從一條支路經(jīng)過電刷轉(zhuǎn)入另一條支路時， 元件中電流方向改變的過程。按

4、換向的電磁理論分析， 直線換向不會產(chǎn)生火花， 延遲換向有可能出現(xiàn)火花，造成換向不良。為改善換向，直流電機一般都裝設(shè)換向極，使換向元件在換向區(qū)感應(yīng)電動勢抵消元件的電抗電動勢和電樞反應(yīng)電動勢， 力求實現(xiàn)直線換向。直流電動機的工作特性與勵磁方式密切相關(guān)。 他、 并勵直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩基本上正比于電樞電流，當負載變化時，轉(zhuǎn)速變化很小，特性較硬。串勵直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩近似與電樞電流的平方成比例， 因此串勵電動機的起動力矩較大，負載變化時，轉(zhuǎn)速變化較大，特性較軟，在使用時注意不準空載或輕載工作, 以免轉(zhuǎn)速過高。復(fù)勵直流電動機的特性介于二者之間。、基本要求學(xué)習(xí)本章應(yīng)主要掌握以下幾個方面的內(nèi)容：1、掌握在

5、磁場里運動導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和載流導(dǎo)體受力這兩個基本規(guī)律。 這兩個規(guī)律是直流電機工作的理論基礎(chǔ)。2、了解直流電機的主要結(jié)構(gòu)和各部分的主要作用。要求知道直流電機的兩 大組成部分：定子和轉(zhuǎn)子。3、知道直流電機的銘牌中有哪些主要的額定數(shù)據(jù)及其含義以及在使用電機 時應(yīng)當注意的事項。4、電樞繞組是直流電機的核心。(a)理解單疊繞組和單波繞組各節(jié)距的計算方法。(b)能夠看懂繪制好的繞組展開圖(c) 了解各繞組的主要特點：知道什么情況下用單疊繞組，什么情況下用單波繞5、了解什么叫電樞反應(yīng)；電樞反應(yīng)對電機的影響；如何抵消電樞反應(yīng)的影I6、熟練掌握電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計算公式和性質(zhì)。(1)在恒定磁場中轉(zhuǎn)動的電

6、樞繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電動勢的大小可用下式計Neav2aCe n式中：Ce 型，當電機制造好后僅與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)，稱為電動勢常數(shù)；N是電60a樞導(dǎo)體總數(shù)。(2)在恒定的磁場內(nèi)通電的電樞繞組產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的計算由下式給出：TemC T n式中：CT衛(wèi)N僅與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)，成為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。2a(3)兩個常數(shù)之間的關(guān)系為CT 9.55Ce。以上兩個計算公式是直流電機中的最基本公式，貫穿直流電機及直流電機拖動分析的始終，應(yīng)當牢記。7 、 了解直流電機的換向過程。什么叫直線換向？如何改善直流電機的換 向？8 、了解直流發(fā)電機的勵磁方式。9 、掌握電磁功率的關(guān)系式 Pem TemEaI a ,這個公式說明了

7、直流電機中機電能量是可以彼此相互轉(zhuǎn)換的。10 、掌握并勵直流發(fā)電機電壓建立的三個條件：電機主磁路有剩磁；并勵繞 組極性連接正確；勵磁繞組回路電阻小于臨界電阻值。11 、掌握直流發(fā)電機的他外特性。12 、了解什么叫電機的可逆原理。13 、掌握如何判斷一臺電機是處于電動狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)。14 、 掌握分析直流電機用的電動機慣例、發(fā)電機慣例，能根據(jù)慣例寫出直流電機穩(wěn)態(tài)運行的基本方程式。15 、掌握他勵直流電動機運行時，電機內(nèi)的功率關(guān)系16 、掌握他勵直流電動機的機械特性。三、重點與難點分析（一）直流電機結(jié)構(gòu)與基本工作原理直流電機由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 定子主要作用是產(chǎn)生一定空間分布的磁場。定子由

8、主磁極、機座、換向磁極、電刷裝置和端蓋等部分組成。轉(zhuǎn)子主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢， 直流電機中的能量轉(zhuǎn)換均發(fā)生在轉(zhuǎn)子中， 轉(zhuǎn)子是直流電機的核心。轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、電機轉(zhuǎn)軸和軸承等部分組成。在磁場里，運動導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢eBxlv該式說明，電機要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢必須具備三個條件：即要有磁場的存在； 金屬導(dǎo)體 l 處于磁場中；導(dǎo)體l 與磁場間產(chǎn)生相對運動。在磁場中，載流導(dǎo)體受力：f BxlI該式說明，在磁場中的有電電流流過的導(dǎo)體將受到電磁的作用產(chǎn)生電磁力。為保證電機能夠安全可靠穩(wěn)定運行，根據(jù)國家標準和電機數(shù)據(jù)及實驗數(shù)據(jù)，電機制造者規(guī)定了電機正常運行時的工作狀態(tài)即電機的銘牌數(shù)

9、據(jù)， 該數(shù)據(jù)也稱為額定數(shù)據(jù)，具體意義如下：額定功率PN ：也稱為額定容量，指在額定條件下電機所能供給的功率。額定電壓U N ：在額定運行條件下，電機出線端的平均電壓。額定電流I N ：運行于額定電壓、額定功率時對應(yīng)的電樞電流值稱為電機的額定電流。額定轉(zhuǎn)速nN ：對應(yīng)于額定電壓、額定電流，幾電機運行于額定功率時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。額定勵磁電流I fN ：指電機運行于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流。轉(zhuǎn)子繞組也稱為電樞， 是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的核心部件。 直流電機的轉(zhuǎn)子繞組是由一定形狀的繞組元件按照一定的規(guī)律組成的閉合繞組， 其連接規(guī)律主要有單疊繞組和單波繞組兩種。 單疊繞組并聯(lián)支路

10、數(shù)多， 允許通過的總電樞電流大， 每個支路里的元件少，支路合成感應(yīng)電動勢較低，因此單疊繞組適合用于低電壓、大電流的直流電機。對于單波繞組，支路對數(shù)永遠等于 1，在支路電流與單疊繞組支路電流相同的情況下， 單波繞組能允許通過的總電樞電流就較小； 由 于每個支路里含的元件較多，合成感應(yīng)電動勢較高，所以單波繞組適用于較高電 壓、較小電樞電流的直流電機。（二）直流電機的磁場與電樞反應(yīng)為研究電樞反應(yīng)對直流電機特性的影響，首先要研究直流電機的空載磁場。當忽略主磁路中鐵磁性材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決 于氣隙 的形狀和大小。磁極中心及附近的氣隙較小且均勻不變，磁通密度較大且基本為常數(shù)；靠近

11、兩邊極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減小；超出極尖以 外，氣隙明顯增大磁通密度顯著減小，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密 度變?yōu)榱?。因此空載時的氣隙磁通密度分布為一平頂波。氣隙中由電樞電流產(chǎn)生的磁通密度分布為對稱的馬鞍形波。電樞反應(yīng)是由于電樞磁場的存在， 電樞磁場對空載磁場的作用。電樞反應(yīng)分 為電刷在幾何中性線上時的電樞反應(yīng)和電刷不在幾何中性線上時的電樞反應(yīng)兩 種。當電刷在幾何中性線上且負載時，由于電樞反應(yīng)的影響，氣隙磁場發(fā)生畸變， 對于直流發(fā)電機而言，每一磁極下，電樞要進入的主磁極磁場一端的磁場被削弱， 而另一端則被加強。磁場為零的位置由空載時的幾何中性線順轉(zhuǎn)向移動一個 角。物理中性線與幾

12、何中性線不再重合， 使磁場的分布曲線發(fā)生畸變。同時使每 極磁通比空載時的每極磁通略為減少，這種去磁作用完全由磁路的飽和引起，稱 為附加的去磁作用。當電刷不在幾何中性線時，電樞反應(yīng)將分為交軸電樞反應(yīng)和直軸電樞反應(yīng)兩 部分。交軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)同電刷在幾何中性線上時的性質(zhì)。直軸電樞反應(yīng)對于發(fā)電機而言，當電刷順轉(zhuǎn)向移動時Fad起去磁作用；當電刷逆轉(zhuǎn)向移動時，F(xiàn)ad起增磁作用。而對直流電動機而言，當電刷順轉(zhuǎn)向移動時Fad起增磁作用；而當電刷逆向轉(zhuǎn)動時，F(xiàn)ad起去磁作用。電樞反應(yīng)的結(jié)果在磁場飽和的情況下， 將使磁場減弱，使電樞感應(yīng)電動勢降 低，同時電樞反應(yīng)使磁場發(fā)生畸變， 使電機的換向困難，有時會產(chǎn)生換向

13、火花或 環(huán)火。因此應(yīng)盡可能減少電樞反應(yīng)的影響。不論是發(fā)電機還是電動機，在其運行時均在電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電 磁轉(zhuǎn)矩。感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩是電機進行能量轉(zhuǎn)換的重要因素。電機的感應(yīng)電動勢可用下式計算：Ea Ce n式中：Ce 幽是一個僅與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，稱為電動勢常數(shù)60a上式表明當電機制造好后，感應(yīng)電動勢與氣隙磁通和電機轉(zhuǎn)速三者間的關(guān) 系。對于發(fā)電機當轉(zhuǎn)速不變時，可通過改變勵磁電流改變發(fā)出電壓的大小或當勵 磁電流不變時通過改變電機轉(zhuǎn)速改變發(fā)出電壓的大??；對于電動機，當外加電樞電壓不變時，通過改變勵磁電流改變轉(zhuǎn)速的大小或當勵磁電流不變時通過改變外 加電壓改變電機的轉(zhuǎn)速。上式是發(fā)電機調(diào)整輸

14、出電壓和電動機調(diào)整輸出轉(zhuǎn)速的基 礎(chǔ)。電磁轉(zhuǎn)矩可用下式計算：Tem CT I a式中：CT 型是僅與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 2 a從Ce與Ct的表達式可以看出：CT 9.55Ce或Ce 0.105CT從中可看出，制造好的直流電機具電磁轉(zhuǎn)矩僅與電樞電流和氣隙磁通之積成 正比。（三）換相問題直流電機電樞繞組中一個元件經(jīng)過電刷從一個支路轉(zhuǎn)換到另一個支路里時， 電流方向改變的過程稱為換向。換向不良會產(chǎn)生電火花或環(huán)火，嚴重時將燒毀電刷導(dǎo)致電機不能正常運行， 甚至引起事故。直流電機的火花等級見表 2。改善電機換向的最有效方法是裝上換向極。 換向極裝在兩個相鄰的主磁極之 問的幾何中性線上，同時為防

15、止環(huán)火出現(xiàn)有時在主磁極上還安裝補償繞組，從而抵消電樞反應(yīng)的影響。此外選用適當?shù)碾娝ⅲ灿欣趽Q向。在使用維修過程中， 欲更換電刷時，必須選用與原來同一型號的電刷， 如果實在配不到相同牌號的電 刷，應(yīng)盡量選擇特性與原來相接近的電刷，并全部更換。（四）直流機基本方程式直流發(fā)電機的方程式包括：電壓平衡方程式、電磁轉(zhuǎn)矩平衡方程式和功率平 衡方程式。在列寫直流電機的基本方程式時，應(yīng)按照發(fā)電機慣例確定各物理量問 的參考方向，然后根據(jù)各物理量間的相互關(guān)系寫出關(guān)系式或方程式。表2直流電機火花等級表火花等級電刷下的火花程度換向器與電刷狀態(tài)1無火花換向器上沒有黑痕；電刷上沒有灼 痕1 14電刷邊緣僅有微弱的點狀火

16、花，或有 非放電性的紅色火花112電刷邊緣大部分或全部有輕微火花換向器上有黑痕，不可擦除；電刷 上后輕微灼痕2電刷邊緣大部分或全部有較強烈的 火花換向器上有黑痕但不擴大，用汽油 可擦除；電刷上有灼痕，如短時出 現(xiàn)該級別火化則換向器上不出現(xiàn) 灼痕，電刷不被燒焦或損壞3電刷整個邊緣有強烈的火花，同時有 大火花6出黑痕相當嚴重，/、口擦除；電刷上 有灼痕，如在該級火花卜運行，換 向器將出現(xiàn)灼痕，電刷將被燒焦或 損壞根據(jù)直流發(fā)電機慣例及基爾霍夫電壓定律可寫出電壓平衡方程式：Ea U 2 Ub R Ia式中：R Ia項為電樞電流在電樞回路串聯(lián)的各繞組 （包括電樞繞組、換向極繞組和補償繞組等）總電阻上的電

17、壓降。2 Ub為正、負電刷與換向器表面的接觸壓降，實際應(yīng)用中，把2 Ub的作用歸人電樞回路總電阻中， 此時電樞回路總電阻表示為Ra ,上式可重寫為Ea U Raia該式說明直流發(fā)電機的感應(yīng)電動勢一部分消耗在電樞繞組電阻（發(fā)電機內(nèi)阻）上,另一部分向外輸出給負載。作用在直流發(fā)電機軸上的轉(zhuǎn)矩有三個：即發(fā)電機的拖動轉(zhuǎn)矩T1、電磁轉(zhuǎn)矩Tem和空載轉(zhuǎn)矩T。電磁轉(zhuǎn)矩、空載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速n的方向相反，是阻轉(zhuǎn)矩。穩(wěn)態(tài)運行時 拖動轉(zhuǎn)矩和阻轉(zhuǎn)矩相平衡，據(jù)此可寫出穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為TiTemTo將上式的兩端同乘以電樞軸上機械角速度，得出TiTemTo式中Ti為原動機輸人給發(fā)電機的機械功率;TemPem,為電磁功

18、率;To P。為空載損耗。因此，上式又可寫成:P該式即為發(fā)電機的功率平衡方程式。Pem P。式中p。為空載損耗，包括機械摩擦損耗pm和鐵損耗因此空載損耗P。又可表小為Popm PFe從形式上看，PemTem是屬于機械性質(zhì)的功率，對PemTem的右邊進行變換可得:nIaCe nI aEa 1 aP T C 12n pN 12n pNem em T a 6。2 a a 6。60該式說明：Rm一方面代表電動勢為Ea的電源輸出電流Ia時所發(fā)出的電功率, 方面又代表轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時克服電磁轉(zhuǎn)矩Tem所消耗的機械功率對電壓方程式兩邊分別乘以電樞電流I a得：2 EaI a UI a Ra I a P2

19、pCua式中：P2是直流發(fā)電機輸出給負載的電功率；Pcua是電樞回路繞組電阻及電刷與 換向器表面接觸電阻上的電損耗，稱為銅損耗。除上述各種損耗之外，還有雜散損耗 Pad （自勵發(fā)電機還有勵磁損耗，用Pf表示）。因此，發(fā)電機的功率平衡方程為：PlPemP0PadP2PcuaPmPFePadP2P式中：P為發(fā)電機的總損耗。直流發(fā)電機的功率平衡關(guān)系可用圖 7表示。馬4不c> 也J3#k A圖7直流發(fā)電機功率陸程圖直流電機在一定的條件下，可作為發(fā)電機運行，把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄┙o直 流負載；而在另外的條件下又可把電能轉(zhuǎn)換為機械能拖動機械負載， 這就是直流 電機的可逆原理。直流電機的運行狀態(tài)取決于電

20、磁轉(zhuǎn)矩與拖動轉(zhuǎn)矩及電磁功率與機械功率之 問的關(guān)系。當電磁轉(zhuǎn)矩大于機械轉(zhuǎn)矩時，電磁功率轉(zhuǎn)換為機械功率拖動機械負載， 電機作為電動機運行；當電磁轉(zhuǎn)矩小于機械轉(zhuǎn)矩時，機械功率轉(zhuǎn)換為電磁功率供 給直流電負載，電機作為發(fā)電機運行。 當電機作為電動機運行時，電磁轉(zhuǎn)矩為拖 動性轉(zhuǎn)矩；當電機作為發(fā)電機運行時，電磁轉(zhuǎn)矩為制動性轉(zhuǎn)矩。根據(jù)電動機慣例，電動機的基本方程如下：U Ea RaIaTem T2 To式中：T2為負載轉(zhuǎn)矩；To為空載轉(zhuǎn)矩。把式電壓方程式兩邊同時乘以I a可得功率平衡方程：P1 Pem PCua式中：P UI a ,為直流電源輸人給電動機的電功率；Pem EaIa,為電磁功率；PCuaRaI2

21、,為電樞回路銅損耗把電磁轉(zhuǎn)矩方程式兩端同時乘以機械角速度可得：Pem P2 P0式中：P2 丁2 ,為電機輸出的機械功率；P0 TO ,為空載損耗。綜合上述各式可得：P1PempCuaP2pCuapmpFepadP2p式中：Pad為附加損耗。直流電動機的功率平衡關(guān)系可用圖 8表示。馬rL?Nc p -%圖s直流電動機功率流程圖第二章電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)一、內(nèi)容提要本章主要電力拖動系統(tǒng)的基本基本概念；典型生產(chǎn)機械的運動形式及轉(zhuǎn)矩； 電路拖動系統(tǒng)運動方程式；多軸電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩及飛輪矩的折算， 負載的機械 特性等內(nèi)容。二、基本要求1 . 了解電力拖動系統(tǒng)的組成。2 . 了解典型生產(chǎn)機械的運動形

22、式。3 .掌握電力拖動系統(tǒng)的運動方程式。4 .掌握多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的折算。5 .掌握平移運動系統(tǒng)的折算。6 .掌握升降運動系統(tǒng)的折算。三、重點與難點分析（一）電力拖動系統(tǒng)的運動方程式1 .電力拖動系統(tǒng)的基本運動方程式2 d GD dn I I z J dt 375 dt上式是針對單軸系統(tǒng)列出的，式中T為電動機驅(qū)動性質(zhì)電磁轉(zhuǎn)矩，Tz為軸上制動性質(zhì)總負載轉(zhuǎn)矩（包括生產(chǎn)機械負載轉(zhuǎn)矩 T2和電動機本身的空載轉(zhuǎn)矩T。）。(1)轉(zhuǎn)矩單位用NI - m轉(zhuǎn)速用r/min,飛輪矩GD2用NI - m2;(2)以電動狀態(tài)轉(zhuǎn)速n方向為正方向，則當T方向與n正方向一致時T取 正，Tz方向與n正方向相反時Tz取正。(3)運

23、動狀態(tài)的判別：當T Tz時dn 0,系統(tǒng)穩(wěn)定；當T Tz時空 0, dtdt系統(tǒng)加速；當T TZ時dn 0,系統(tǒng)減速。dt2 .多軸系統(tǒng)的運動方程式對于多軸或具有直線運動部件的系統(tǒng)， 可用上述的單軸系統(tǒng)等效代替，只需 將實際系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩Tz ,各軸的飛輪矩及平移部件質(zhì)量 m折算到等效單軸系統(tǒng)。(1)負載轉(zhuǎn)矩的折算：電動狀態(tài)時：Tz三發(fā)電制動狀態(tài)時：Tz豆式中：j -jlj2L jn為總傳動比，等于各軸速比的乘積，1 2L n為電動nz為發(fā)電制動時傳動機GD22 nnz狀態(tài)時傳動機構(gòu)總效率，等于各級傳動部件效率的乘積 構(gòu)總效率。(2)飛輪矩的折算： 22ci ci GDiGD2 .GD GDd

24、22 Lnnn1n2(3)平移質(zhì)量m的折算：GDZ365G2Z式中直線運動部件質(zhì)量G用N,直線運動線速度vz用m/s(二)生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性 n f TZ1 .恒轉(zhuǎn)矩負載特性當轉(zhuǎn)速變化時，負載轉(zhuǎn)矩的大小保持不變，稱為包轉(zhuǎn)矩負載。(1)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載：Tz的大小與n無關(guān)，但是Tz的方向始終與n相反。（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負載：Tz的大小及方向均與n無關(guān)，而且Tz方向始終指向使位能部件的勢能減小的方向。2 .恒功率負載特性1負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，即TZ - 0則負載功率Pz Tz 常數(shù),故稱為恒功 n率負載。3 .通風(fēng)機負載特性負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比，即 Tz n2,對應(yīng)風(fēng)機、泵類負載，故稱為

25、通風(fēng)機負載。第三章直流電動機的電力拖動一、內(nèi)容提要本章主要他勵直流電動機的機械特性； 他勵直流電動機的起動和反轉(zhuǎn)；他勵 直流電動機的調(diào)速；他勵直流電動機的制動；電力拖動系統(tǒng)的過渡過程等內(nèi)容。二、基本要求1 .掌握他勵直流電動機的固有機械特性和人為機械特性。2 .掌握他勵直流電動機的主要起動方法。3 .掌握他勵直流電動機的主要調(diào)速方法。4 .了解他勵直流電動機的制動原理和制動方法。5 .掌握他勵直流電動機在四象限中的運行狀態(tài)。三、重點與難點分析（一）他勵（并勵）直流電動機的機械特性2.URaCeCeCM固有特性RT ,理想空載轉(zhuǎn)速n。UCeLT n T2 般形式n。n Ce nCeCMnnNnT

26、n 很是一條通過理想空載轉(zhuǎn)速 n。的硬特性，額定負載時的轉(zhuǎn)速降小。固有特性可用理想空載點 n no,T 0和額定工作點nN,TN兩點來確定3 .人為機械特性(1)電樞回路用電阻人為特性：n 土與T no TCe n CeCM N也是一條下降的直線，其n。跟固有特性相同；斜率 n,特性變軟，且R越大時特性越軟。(2)改變端電壓人為特性：n 口Jt nonTCe n CeCM n一般用降壓特性，當U降低時，no n°,且U越低是理想空載轉(zhuǎn)速越低；但N 與固有特性一樣，故降壓人為特性與固有特性平行。(3)減弱磁通人為特性：n乜叢Ra 2T noTCe CeCM當 n弱磁時，no n

27、6;理想空載轉(zhuǎn)速比固有特性高，且n特性比固有特性軟。4 .電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行條件(1)必要條件是：電動機的機械特性與生產(chǎn)機械負載轉(zhuǎn)矩特性必須相交，只有交點處T Tz系統(tǒng)才處于平衡狀態(tài)。(2)充分條件是：在交點處必須滿足 三 dZ ,所以具有上翹機械特性的 dn dn拖動系統(tǒng)運行是不穩(wěn)定的。(二)他勵直流電動機的起動1 .起動方法(1)直接起動起動時n o,Ea 。，起動初瞬的電樞電流Ia UN 1o 2。In ,太大的起 Ra動電流使換向惡化，甚至產(chǎn)生環(huán)火；很大的電磁力將損壞繞組；大的起動電流使直流電網(wǎng)電壓波動而影響電網(wǎng)上其它電氣設(shè)備的正常工作；過大的轉(zhuǎn)矩沖擊傳動機構(gòu)損壞。為此，除小容量電

28、機之外，直流電動機不允許直接起動。(2)限制起動電流的方法首先應(yīng)滿勵磁，據(jù)T Cm Ia ,當采取措施限制起動電流Ia (1.5 2.o)In時,為保證有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，起動時應(yīng)保證 If IfN使 N。據(jù)起動電流Ia U可知，減小起動電流的途徑有降低端電壓 U或電Ra R樞回路用電阻R2.電樞回路分級起動電阻的計算 起動時各級電樞回路總電阻為：RiRaR22RaMm 1 -R 2 R 1RaRm 1RaRmmRaR m Rmi L各級起動電阻為:R 1 (1)Ra2R 1m2R1Rmm 1R 1RmRm1式中起動電流比“ T1 , m為起動分級數(shù)，I1或T1為最大起動電流或起I2 T2動轉(zhuǎn)

29、矩，I2或T2為切換電流或切換轉(zhuǎn)矩。一般可取I1 (1.5 2.0)In或Ta(1.5 2.0)TN,而 I2 (1.1 1.2)In 或 I2 (1.1 1.2)Iz ,式中 Iz 為負載(穩(wěn)定)電流。(三)他勵直流電動機的制動1 .制動運行一般保持N大小與方向不變，使電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反，其特點是從軸上吸收機械能(動能或位能)轉(zhuǎn)換成電能而消耗在電機內(nèi)部或反饋電網(wǎng)。他勵直流電動機的制動狀態(tài)的分析方法，可以仍采用電動狀態(tài)時的正方向， 將所采用的制動方法的參數(shù)特點代入電動狀態(tài)的基本方程式或機械特性求解即 可，負值的解答表示其物理意義或方向與電動狀態(tài)時相反。2,能耗制動(1)方法：保持If大小方向不

30、變，將電樞回路從電網(wǎng)脫離經(jīng)制動電阻 Rz閉合。(2)參數(shù)特點：U 0,N,電樞回路總電阻RRaRz。因而有:CeCMNzT0 Ea Ia(Ra R)RaRz(3)能耗制動的機械特性是一條通過原點安全無害第二和第四象限的直線，對應(yīng)兩種制動狀態(tài)：能耗制動停機過程，對應(yīng)第二象限。設(shè)制動初瞬轉(zhuǎn)速為 nA,則制動初瞬最大電流ii Ce NnA ,可根據(jù)ii允許值來選取Rz。當n時T ,制動效果變差， Ra Rz然而，當n 0時T 0,對反抗性負載言，能耗制動可到可靠停機，不會反向起 動。位能性負載穩(wěn)速下放，對應(yīng)第四象限。穩(wěn)定下放轉(zhuǎn)速 nz Ra-zlz,式Ce N中Iz為穩(wěn)定運行時電樞電流。計算結(jié)果 /

31、為負值，表示重物下放，與提CM N升狀態(tài)(電動狀態(tài))時轉(zhuǎn)向相反。3。反接制動(1)電壓反向的反接制動用于快速停機方法：保持If大小方向不變，令電樞經(jīng)制動電阻 Rz而反接于電網(wǎng)。參數(shù)特點:N，UUn,電樞回路總電阻R RaRz,因而有:機械特性是Un E u n Ce N條穿過第二、Ia(Ra Rz)Ra Rz一Tn0CeCM NRaRz TCeCMN三、四象限的直線，其理想空載轉(zhuǎn)速為n。 n。,對應(yīng)三處運行狀態(tài)：第二象限為反接制動停機過程。反接初瞬最大電樞電流為Ii源,Un Ce NnA。當n o時，t 0,所以制動效果好，但停機時若不切斷電Ra Rz系統(tǒng)有可能反向起動。第三象限為反向電動狀態(tài)

32、。對于反抗性負載若打通關(guān)節(jié)接制動至n 0時不切斷電源，系統(tǒng)會反向起動，而穩(wěn)定運行于第三象限，其n 0且T 0, n與T方 向一致，故仍為電動狀態(tài)。第四象限為回饋制動狀態(tài)。對于位能性負載，反接后最終穩(wěn)定運行于第四象 限，以|n| 1noi的高速將重物穩(wěn)速下放，由下可知，這時|n| 1noi屬于回饋制動。(2)電動勢反向的反接制動用于位能負載穩(wěn)定低速下放RZ。參數(shù)特點:方法：保持If及端電壓不變，僅在電樞回路用入足夠大的制動電阻,U Un,電樞回路總電阻R Ra Rz,且Rz足夠大機械特性：與電樞回路用電阻人為特性相同。只是其 R R2很大,使CeCM N其人為特性與負載特性相交于第四象限，穩(wěn)定下

33、放轉(zhuǎn)速為：n no Ra-Tz no R上?？梢娍梢猂z選擇得當，可使|n| 0以極低轉(zhuǎn) CeCM nCe n速下放。(3)反接制動時的運行特點制動運行時實際轉(zhuǎn)向與其理想空載轉(zhuǎn)速方向相反 ；制動過程中一方面從電網(wǎng)吸收電功率，另方面又從軸上輸入機械功率，兩者都轉(zhuǎn)換成電功率而消耗在電樞回路電阻 Ra Rz上。4。回饋制動(1)電壓反向的回饋制動方法：保持If大小方向不變，將電樞反接，從而使位能性負載以較高的轉(zhuǎn) 速穩(wěn)速下放。參數(shù)特點與機械特性與電壓反向反接制動相同，只是對應(yīng)第四象限部分,為此，回饋制動使重物穩(wěn)速下放的轉(zhuǎn)速為：nzUnRaRzICeNCeN可見|nz| |n0| ,為使下放轉(zhuǎn)速不至于太

34、高，通常取 Rz 0。(2)電壓不反向的回饋制動 電動下坡時，若電機參數(shù)都不變，則最后穩(wěn)定運行于機械特性向第二象限 延伸段。 突然降低端電壓的初瞬，電機工作于降壓人為特性向第二象限的延伸段，在轉(zhuǎn)速降至no之前的降速過程屬回饋制動。(3)回饋制動的運行特點 回饋制動時，電機實際轉(zhuǎn)向與其理想空載轉(zhuǎn)速方向一致，且 n n。因而Ea U且Ea與I a方向一致。 電機將軸上輸入的機械功率(即系統(tǒng)所儲的動能或位能)轉(zhuǎn)換成電能而送 回電網(wǎng)。(四)他勵直流電動機的調(diào)速1。調(diào)速方法據(jù)n U 1a(Ra R)可知,改變u、R、及(即If)可以方便地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。Ce(1)電樞回路用電阻調(diào)速對于同一個負載，R越大則n越

35、低。這種方法簡單，但只能應(yīng)用于調(diào)速性 能要求不高的場合。因為： 機械特性變軟，負載變化時轉(zhuǎn)速波動大，所以靜態(tài)穩(wěn)定性差，調(diào)速范圍不大； 輕載時調(diào)速效果不明顯； 有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差； 調(diào)速時R上損耗大，效率低。(2)降壓調(diào)速降低電樞端電壓時，轉(zhuǎn)速也是向低于 nN方向調(diào)節(jié)，且U越低時n也越低。降低調(diào)速雖然需增加一套可調(diào)壓電源，但它由于具備以下優(yōu)點，所以被廣泛應(yīng)用 于對調(diào)速、起動與制動要求較高的場合。 人為特性與固有特性平行，硬度不變， 所以不僅滿載或輕載時都有明顯的調(diào)速效果，而且負載變化時轉(zhuǎn)速波動小，靜態(tài)穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍大 ； 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)平滑，可實現(xiàn)無級調(diào)速；調(diào)速時能量損失小，效率高。(3)弱磁

36、調(diào)速減小I f以減弱磁通 時，轉(zhuǎn)速向高于nN方向調(diào)節(jié)，且If越小n越高。但 是nmax受機械強度與換向的限制，一般只能 nmax (1.22)nN,調(diào)速范圍不大；由于弱磁調(diào)節(jié)也可做到高效無級調(diào)速，所以一般是與降壓調(diào)速配合使用以擴大調(diào)速 范圍。2。調(diào)速指標評價調(diào)速方法主要技術(shù)經(jīng)濟指標有：(1)調(diào)速范圍：在Tn條件下，調(diào)速系統(tǒng)能達到的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，nmax0nnN0 nomin(2)靜差度：Tn時的轉(zhuǎn)速降nN與其理想空載轉(zhuǎn)速之比，即越大，轉(zhuǎn)速波動越大，為了使系統(tǒng)保持運行運行的相對穩(wěn)定性，必須小于給定的允許值。所以 與D是相互聯(lián)系又相互制約的兩個調(diào)速指標。(3)調(diào)速平滑性好。(4)調(diào)速時的

37、電動機的容許輸出。在整個調(diào)速范圍內(nèi)，如果使其電流始終等于 In ,則電機既能充分利用又能安全運行，此時電動機的輸出功率與轉(zhuǎn)矩分別稱為調(diào)速時容許輸出功率P與允許輸出轉(zhuǎn)矩T。對于降壓調(diào)速與電樞回路用電阻調(diào)速，調(diào)速，調(diào)速過程中 T為常數(shù)，幫稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，此時P n ;1對于弱磁調(diào)速，調(diào)速過程中P為常數(shù)，故稱為恒功率調(diào)速方式，此時T - o n(5)經(jīng)濟性，包括調(diào)速裝置初投資、調(diào)速時能耗及運行維護費用等。3。調(diào)速方式與負載性質(zhì)的配合(1)恒轉(zhuǎn)矩負載采用包轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式時，只要電動機的TN Tz,則在整個調(diào)速范圍內(nèi)都做到T Tz Tn Ti ,電機既能安全又充分利用，是最理想的配合。此時 nN nm

38、ax , PN Pzmax 0(2)恒轉(zhuǎn)矩負載采用恒功率調(diào)速方式時，應(yīng)使 nmax對應(yīng)的最小Ti與Tz相等，即有：nN nmin , Pn PZmax G DTz,可見除n hmax之外的所有n hmax都 9550是T T|,電機不能充分利用。(五)他勵直流電動機的過渡過程1。當電力拖動系統(tǒng)的負載、參數(shù)或運行方式等發(fā)生變化時，由于系統(tǒng)具有 慣性(機械慣性、電磁慣性與熱慣性等)，使之從一個穩(wěn)定運行狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€ 穩(wěn)定運行狀態(tài)時，系統(tǒng)各物理量的改變不可能瞬時完成， 必須經(jīng)一個連續(xù)變化的 過程，稱為過渡過程。在此過程中，各物理量隨時間的變化規(guī)律稱為拖動系統(tǒng)的 動態(tài)特性。通常機械慣性比電磁慣性大得多

39、， 而熱慣性又比機械慣性大得多。因此，在 研究過渡過程中，可以不考慮熱慣性的影響，認為過程中溫度不變，因而電阻也不變；同時，還可以不考慮電磁慣性的影響，認為當機械過渡過程開始時(即轉(zhuǎn) 速剛開始變化時)電磁過渡過程已經(jīng)結(jié)束。這種只考慮機械慣性的過渡過程稱為 電力拖動系統(tǒng)的機械過渡過程。研究機械過渡過程的主要工具是電力拖動系統(tǒng)的基本運動方程式。2。他勵直流電動機械過渡過程的一般解電樞電流變化規(guī)律：1a Iz (IQ Iz)et/TM Iz(1 et/TM) IQet/TM電磁轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律：T Tz (TQ Tz)et/TM轉(zhuǎn)速變化規(guī)律:n nz (nQ nz)e Mnz(1et/TM)rQe t/

40、TM加速度變化規(guī)律:dn nz nQ -M- edtTM過渡過程時間：tx Tm ln IQTm In nQIx Iznx nz2以上各式中，Tm GD （Ra R2）為電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)；Iz 工和 375CeCM 2CmU "Rz R）為電動機械特性與負載轉(zhuǎn)矩特性的交點所對應(yīng)的電樞電流 Ce和轉(zhuǎn)速（常為穩(wěn)態(tài)值）；Iq、Tq、nQ為過渡過程起始初瞬的電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的起始值；tx為從過渡過程開始t 0至所考慮的某終了點所需時間，Ix與之為電流 與轉(zhuǎn)速的終了值。3。他勵直流電動機各種方法的起動、制動、調(diào)速、負載變化或反轉(zhuǎn)等的機 械過渡過程均可以利用以上各通式求解其動態(tài)特性，只是

41、式中的Tm值、終了值、穩(wěn)定值應(yīng)根據(jù)實際情況而定。第四章變壓器一、內(nèi)容提要本章主要介紹變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)；單相變壓器的空載運行和負載 運行；變壓器參數(shù)的測定方法；標么值的表示方法；變壓器的運行特性；三相變 壓器的磁路系統(tǒng)、電路系統(tǒng)及電動勢波形問題；其他用途的變壓器等內(nèi)容。二、基本要求1 .掌握變壓器的基本工作原理、基本結(jié)構(gòu)與額定值。2 .通過對變壓器空載時磁通、電動勢的分析，掌握變壓器的電動勢、電壓和 磁通的關(guān)系。3 .通過對變壓器空載電流和空載損耗的分析，掌握勵磁阻抗的物理意義。4 .通過對變壓器負載運行的分析，熟練掌握變壓器的方程式、相量圖和等效 電路。5 .通過實驗，掌握變壓器的參

42、數(shù)測定方法。6 .掌握標么值的概念與計算方法。7 .熟練掌握變壓器的運行性能及其計算方法。8 .熟練掌握變壓器聯(lián)接組別的判定方法。9 . 了解自耦變壓器和儀用互感器的工作原理和特點。三、重點與難點分析（一）變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)1 .基本工作原理由電磁感應(yīng)原理可知，一次繞組（原繞組）、二次繞組（副繞組）交鏈于同一磁通，在相同的磁通變化率 d下，e N ,因此，只需改變一次、二次繞組 dt的匝數(shù)，就能達到改變電動勢（電壓）的目的。匝數(shù)多的一側(cè)電動勢就高，匝數(shù) 少的一側(cè)電動勢就低?！霸吒钡汀保ㄒ淮卫@組匝數(shù)多，二次繞組匝數(shù)少）為降壓 變壓器，“原低副高”（一次繞組匝數(shù)少，二次繞組匝數(shù)多）為升壓

43、變壓器。從物理意義上理解：單位匝數(shù)上的感應(yīng)電動勢相等，因此，匝數(shù)多電動勢高，匝 數(shù)少電動勢就低。2 .型號與額定值要求掌握變壓器型號中各字母和數(shù)字所表示的含義。變壓器的額定容量用視在功率 Sn表示，單位為kV Ao變壓器二次額定電壓U2N定義為：變壓器一次加額定電壓時，二次空載時的端電壓（并非是二次加額定負載時的電壓）。對三相變壓器而言，額定電壓和額定電流指的是線電壓和 線電流。（二）單相變壓器的空載運行1 .空載運行時的電磁關(guān)系變壓器空載運行時，一次側(cè)（原邊）加額定電壓，二次側(cè)（副邊）開路。在.U1民作用下，一次繞組中將產(chǎn)生I 0入，I0建立磁動勢F0, F0作用磁路上將產(chǎn) 生磁通，根據(jù)路徑

44、不同，分主磁通和漏磁通。要求掌握主、漏磁通在性質(zhì)、大小 和作用上的不同點。主磁通感應(yīng)的電動勢：.Ei j4.44fN1 m.E2j4.44fN2 m由上式可知，（1）感應(yīng)電動勢E與f、N、 m成正比；（2）磁通為正弦波形時，電動勢也為正弦波形（3）在相位上電動勢滯后于磁通90。漏磁通感應(yīng)的電動勢可用漏電抗壓降來表示。即.Ei jX 1 I oS式中：X 2 fN2-,Xio, Xi很小且為常數(shù)。2 .空載電流和空載損耗（1）空載電流.空載電流的作用與組成Io Ioa I or,其中Ioa （有功分量）供給.鐵心損耗；I or （無功分量）建立主磁通。空載電流的大小及性質(zhì)Io% (210)% ,

45、大型電力變壓器I。 1%由m 用l可知，I 0的大小主要與磁路的飽和程度 Bm( m)、一次繞組匝數(shù) 1/ FeSN1、鐵心材質(zhì)Fe和磁路的幾何尺寸有關(guān)系。因為10rLa,故I。 Ior,空載電流基本為一無功性質(zhì)電流?？蛰d電流波形 對于單相變壓器而言，由于磁路飽和，當中。為正弦波形 時，I。就為尖頂波。(2)空載損耗變壓器損耗包括銅損耗Pcu和鐵損耗PFe空載時銅損耗為RlI<2,由于I。和R均很小，則有P。 PFe，即空載損耗可近似等于鐵損耗。3 .空載時的電動勢方程、等效電路和相量圖(1)電動勢平衡方程.UiEi (Ri jXi)I。.U 2 E2.由于漏阻抗壓降(Ri jXi)I。

46、很小，可忽略，則有：Ui Ei 4.44 fN i mUi m 4.44 fNi由上式可知，變壓器主磁通的大小與NiUi fi有關(guān)。其中Ni為結(jié)構(gòu)因素，Ui和fi 為電源因素。它的大小與鐵心材質(zhì)和幾何尺寸基本無關(guān)。 那么變壓器為什么還要 米用鐵心呢？由磁路歐姆定律(0 IoNi/Rm，而Rm 1 / S)可知，當電源電壓和匝數(shù)Ni 一定，則主磁通 0也一定，I0 Rm,即主磁路磁阻的大小(鐵心的材質(zhì)和幾何尺寸)影響變壓器空載電流的大小，所以采用鐵磁材料，磁阻小，所需空載電流小。(2)空載時的等效電路和相量圖 .主磁通0在一次繞組中感應(yīng)的主電動勢E可以用一個阻抗壓降的形式來表示，即： .Ei Z

47、mI0 (Rm jXm)I0式中Rm是對應(yīng)于鐵心損耗的等效電阻； Xm是對應(yīng)于主磁通的電抗。變壓器空載時的相量圖反應(yīng)了空載時各電磁量之間的相位關(guān)系。（三）單相變壓器的負載運行1 負載運行時的電磁關(guān)系在學(xué)習(xí)單相變壓器的負載運行時， 首先應(yīng)弄清楚負載時的電磁關(guān)系。 即在鐵.心中有主磁通0通過，分別在一次、二次繞組中感應(yīng)電動勢E1和E2。主磁通0.將由合成磁動勢（Fl F2）產(chǎn)生。F1和F2還分別產(chǎn)生只交鏈于各自繞組的漏磁通.1 和 2 并分別在一次、二次繞組中感應(yīng)電動勢.E1和E2此外，電流I1和I2。還在一次、二次繞組中分別產(chǎn)生電阻壓降Ri I1和.R2 I 2 。2負載運行時的基本方程式負載運

48、行時的電動勢平衡方程式為.U 1E1 （R1jX 1） I1 E1 Z1 I1.U2 E2 （R2jX2）I2 E2 Z2 I2.由于ZiIi很小，所以有UiEi4.44fNi m,則當Ui、f和Ni不變時，m不變，空載和負載時均外加額定電壓，故空載和負載時的主磁通m 也相等。又因為空載和負載時的鐵心磁阻不變， 所以空載和負載時建立主磁通所需的勵磁磁動勢基本相等，即.Fi F2F0.或NiIi N2I2 NiI0.由教材中式（3.3.2 ）可知，變壓器負載運行時，一次電流Ii包含兩個分量，.一個是勵磁分量I。，用來建立負載時的主磁通。,另一個是負載分量.I iL I 2/K ，用以抵消二次磁動

49、勢的作用。由于負載時， I0 Ii ，可忽略 I0 ，則有 Ii /I2 N2/ Ni ，即一、二次電流的大小近似與繞組匝數(shù)成反比。說明變壓器不僅能變電壓，而且能變電流。3 變壓器的等效電路和相量圖由于變壓器的電磁關(guān)系比較復(fù)雜， 一次、 二次繞組電路間存在磁的耦合關(guān)系，因此有必要找到一個既能正確反映變壓器內(nèi)部電磁過程， 又便于工程計算的等效電路來。要想得到這樣一種三單相變壓器的等效電路， 首先需對變壓器進行折算。折算的實質(zhì)是把一臺變比k不等于1 （N2 M）的變壓器看成是變比k等于1的變壓器。折算的原則是不改變變壓器的電磁效應(yīng)。 即折算時保持折算側(cè)的磁動勢不 變；保持折算側(cè)的各功率損耗不變；保

50、證變壓器的主、漏磁場不改變，保證 功率傳遞不變。折算的方法（低壓側(cè)折算到高壓側(cè)）是：電壓、電動勢乘以 k,電流除以k, 電阻和電抗乘以k20變壓器的等效電路有“ T”形等效電路、近似等效電路和簡化等效電路?！癟”形等效電路為精確等效電路。近似等效電路是將勵磁支路從“T”形電路的中部移到電源側(cè)而得到的。和“ T ”形等效電路相比，相當于在負載回路.忽略了漏阻抗壓降Z1 10 ,在勵磁回路忽略了乙Il壓降。簡化等效電路是將勵磁支路開路，即忽略勵磁電流I。情況下的等效電路。負載時的相量圖能較清晰地反映了負載時各電磁量之間的相位關(guān)系，要求會畫出變壓器帶各種性質(zhì)負載時的相量圖和簡化相量圖。方程式、等效電

51、路和相量圖分析方法是分析變壓器乃至各種交流電機的重要 方法，通常稱為“三要素”分析方法，要求熟練掌握。（四）變壓器參數(shù)的測定變壓器等效電路是一個無源二端口網(wǎng)絡(luò)，其參數(shù)可用空載和短路試驗求取。在本節(jié)中，應(yīng)重點掌握空載和短路試驗的目的、試驗方法、試驗接線以及各 種參數(shù)的計算方法?？蛰d和短路試驗可以在任何一側(cè)進行， 但通?？蛰d試驗在低壓側(cè)進行，而短 路試驗在高壓側(cè)進行。（五）標么值標么值實質(zhì)上是一種用“相對值”表示參數(shù)大小的方法士一/古實際值（任意單位）林么值 在變壓器及其他電機中，基準值常取額定值，故許多額定值的標么值均為1.用標么值計算時，下列各值相等：ZS US,RS USa,XS USr_

52、* * * * , * *S I ,P Ia,Q I*U線U相，1線1相，P三相噓相,等等用標么值表示后，折算后求標么值和未折算“就地”求標么值數(shù)值相等，故 用標么值表示參數(shù)時，可省去折算。（六）變壓器的運行特性變壓器的運行特性主要有外特性和效率特性， 表征運行性能的主要指標有電 壓變化率和效率。1 .外特性和電壓變化率變壓器的外特性是指電源電壓和負載功率因數(shù)不變時，二次端電壓隨負載電流變化的規(guī)律，即U2 fO曲線。為了表示U2隨電流I2變化而變化的程度，引人電壓變化率的概念。電壓變化率的定義式為：'U U2N U2 100% U1N U2- 100%U2NUin電壓變化率的計算式為：

53、*U（Rs cos 2 X s sin 2） 100%U求出后，可通過公式U2（1 U）U2N來求變壓器的二次電壓U2O影響二次端電壓U2 （或U）的因素是：負載的大?。ǎ┘靶再|(zhì)（2）短路 阻抗Rs路電抗Xs參數(shù)2 .變壓器的損耗、效率和效率特性變壓器的損耗主要包括鐵損耗和銅損耗。鐵損耗與一次側(cè)外加電源電壓的 大小有關(guān)，而與負載大小基本無關(guān)，故稱鐵損耗為“不變損耗”。銅損耗與負載電流的平方成正比，故稱銅損耗為“可變損耗”。變壓器的效率可按下式計算：(1P0SN cos 2P。)100%影響效率的因素：負載的大?。ǎ┘靶再|(zhì)（2）；變壓器本身參數(shù)（SN、鐵損P0 （取PFe P0）和銅損耗2PsN

54、）o當P°2PSN,即銅損耗等于鐵損耗時或m，匡時,變壓器效率最高。,PSN（七）三相變壓器本節(jié)只講授三相變壓器的磁路系統(tǒng)、電路系統(tǒng)以及電動勢的波形等幾個特殊 問題。1 .三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)可分為組式磁路和心式磁路。組式磁路由三臺單相變 壓器組成，三相磁路彼此獨立。而心式磁路的特點是三相碰路彼此相關(guān)， 即任何 一相的主磁通都要通過其他兩相磁路作為自己的閉合磁路。2 .三相變壓器的電路系統(tǒng)三相變壓器的電路系統(tǒng)主要是研究變壓器兩側(cè)電動勢（或電壓）問的相位關(guān)系。單相變壓器一次、二次繞組間的相位關(guān)系要么同相位要么反相位，它取決于繞組的繞向和首末端標記。即同極性端子同樣標號，電動勢同相位。三相變壓器的聯(lián)結(jié)組反映三相變壓器兩側(cè)對應(yīng)線電動勢 （線電壓）