《電機學(xué)(I)》自學(xué)指導(dǎo)大綱和自學(xué)指導(dǎo)書

1、電機學(xué)（I）自學(xué)指導(dǎo)大綱和自學(xué)指導(dǎo)書學(xué)時數(shù)：64 適用專業(yè)：電氣工程及其自動化學(xué)分?jǐn)?shù)：4 執(zhí)筆人： 武惠芳 編寫日期：2003年5月一、課程的性質(zhì)和任務(wù)課程性質(zhì)：電機學(xué)（I）是電氣工程及其自動化專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，是必修課。主要任務(wù)：學(xué)生通過學(xué)習(xí)該課程，應(yīng)掌握變壓器、交流異步電動機和同步電機的基本知識、基本理論、基本計算方法和一般運行分析問題，為學(xué)習(xí)電機學(xué)（II）、控制電機、自動控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速、電傳動控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)分析、電力系統(tǒng)繼電保護和電力系統(tǒng)自動化等課程準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識。二、本課程的基本要求首先要清楚機械實物的具體結(jié)構(gòu)(Construction)；其次要弄清電機內(nèi)主要電物理量和磁物

2、理量的特性及相互關(guān)系，并能用方程式(Equation)、等效電路(Equivalent Circuit)和向量圖(Phasor Diagram)這三種主要方式表示之；最后要能運用這些特性和關(guān)系結(jié)合具體條件對電機的運行進行初步的分析（Analysis）。這就是本課程的主要任務(wù)或總的要求三、課程教學(xué)內(nèi)容、要求和自學(xué)指導(dǎo)緒論 緒論是學(xué)習(xí)一門課程的重要環(huán)節(jié)。通過緒論的學(xué)習(xí)，首先要了解課程的主要內(nèi)容和電機在國民經(jīng)濟各行各業(yè)中的作用，明確電機學(xué)課程在電氣工程及其自動化專業(yè)中的地位，從而明確學(xué)習(xí)目的；其次要了解本課程的性質(zhì)、任務(wù)、特點和電機理論的一般分析方法，克服畏難思想，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方法；最后要對電機常用的電

3、磁定律進行復(fù)習(xí)，并要求學(xué)生熟練掌握。 重點：本課程的性質(zhì)、任務(wù)、特點和一般分析方法難點：常用的電磁定律在電機中的應(yīng)用主要內(nèi)容：1、課程簡介本課程的內(nèi)容、特點、一般分析方法（學(xué)習(xí)方法）、考核方法、參考書和任課教師；2、緒論電機的分類、發(fā)展概況、應(yīng)用和本課程的性質(zhì)及任務(wù)；3、常用的基本電磁定律。學(xué)習(xí)要求：1、了解本課程的內(nèi)容和考核方法；2、了解電機的分類和在國民經(jīng)濟各行各業(yè)中的應(yīng)用，明確電機學(xué)課程在電氣工程及其自動化專業(yè)中的地位；3、掌握本課程的性質(zhì)、任務(wù)、特點和一般分析方法（學(xué)習(xí)方法）；4、掌握常用的基本電磁定律，特別是磁路歐姆定律和磁化曲線自學(xué)指導(dǎo)：1、本課程的內(nèi)容變壓器、交流繞組及其電動勢和

4、磁動勢、感應(yīng)電機和同步電機2、本課程的特點：（1）研究的對象是實物，是一個電的、磁的、機械的綜合體，與工程實踐聯(lián)系非常緊密；（2）課程前后的連貫性強；（3）課程以定性分析為主，概念多，理論性強；（4）時空觀強。3、本課程的一般分析方法和學(xué)習(xí)方法本課程的一般分析方法：首先介紹電機的基本知識（包括基本工作原理簡介和基本結(jié)構(gòu)），其次通過電機內(nèi)的電磁物理過程分析找出各物理量的關(guān)系、并用方程式(Equation)、等效電路(Equivalent Circuit)和向量圖(Phasor Diagram)這三種主要方式表示之，最后利用等效電路對電機的運行進行初步分析。本課程的學(xué)習(xí)方法：（1）首先要熟悉電機的

5、基本工作原理年、清楚機械實物的具體結(jié)構(gòu)(Construction)，其次要掌握電機內(nèi)主要電物理量和磁物理量的特性及相互關(guān)系，并能用方程式(Equation)、等效電路(Equivalent Circuit)和向量圖(Phasor Diagram)這三種主要方式表示之，最后要能運用這些特性和關(guān)系結(jié)合具體條件對電機的運行進行初步的分析（Analysis）；這就是本課程的主要任務(wù)或總的要求（2）在學(xué)習(xí)過程中要善于比較各類電機找出其共同處和不同點，以便更好地掌握各類電機的特點；（3）要注意課后的及時復(fù)習(xí)和鉆研教材，重點掌握電機中各主要物理量和參數(shù)的名稱、符號、物理意義及相互關(guān)系。4、電機的分類（1）一

6、般分類： 變壓器 電機 直流電機 旋轉(zhuǎn)電機 同步電機 交流電機異步電機（2）按功能分：發(fā)電機(Generators)將機械能轉(zhuǎn)換為電能；電動機(Motors)將電能轉(zhuǎn)換為機械能；微型控制電機不以功率傳遞為主要職能，而在電氣機械系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)、放大和控制作用；變壓器、變流機、變頻機、移相器將一種形式的電能轉(zhuǎn)化為另一種形式的電能其共同的特點是： 根據(jù)電磁感應(yīng)定律和電磁力定律進行能量轉(zhuǎn)換5、本課程的性質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)課是架于工科大學(xué)公共基礎(chǔ)課和專業(yè)技術(shù)課之間的一座橋梁。6、常用的基本電磁定律：（1）磁物理量：磁感應(yīng)強度、磁通、磁場強度、磁動勢（重點）和磁阻（磁導(dǎo)）（2）基本電磁定律：磁路歐姆定律和磁化曲線、

7、電磁感應(yīng)定律（兩種表達形式）、電磁力定律。作業(yè)及思考題：教材P20 1-1、1-2、1-3、1-4第一部分 變壓器（略）第二部分 交流電機的繞組及其電勢與磁勢 交流電機的繞組及其電勢與磁勢是交流電機的公共理論部分。通過本章學(xué)習(xí)，首先要掌握交流電機的基本工作原理和特點，其次了解交流繞組的術(shù)語，認(rèn)識展開圖，懂得三相繞組空間對稱的道理，掌握相電勢有效值公式，知道其中各物理量的物理意義，了解消除、削弱電勢高次諧波的方法；最后要掌握單相磁勢和三相磁勢的性質(zhì)和特點，了解時、空相量和時空相量圖。 重點：交流電機的基本工作原理、相電勢公式和三相旋轉(zhuǎn)磁勢的特點 難點：三相旋轉(zhuǎn)磁勢的特點關(guān)鍵：空間相量的分析主要內(nèi)

8、容：1、交流電機的工作原理同步發(fā)電機的發(fā)電原理和感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)動原理2、交流繞組的構(gòu)成原則和分類；3、三相雙層迭繞組；4、交流繞組的感應(yīng)電動勢；5、單相交流繞組的磁動勢；6、三相交流繞組的磁動勢。學(xué)習(xí)要求：1、 掌握交流電機的基本工作原理和特點；2、 了解交流繞組的術(shù)語，認(rèn)識展開圖，懂得三相繞組空間對稱的道理；3、掌握相電勢有效值的公式，知道其中各物理量的物理意義，了解消除、削弱電勢高次諧波的方法；4、掌握單相磁勢和三相磁勢的性質(zhì)和特點；5、知道時空相量圖。自學(xué)指導(dǎo)：1、 同步發(fā)電機的發(fā)電原理：（1）基本組成：定子定子鐵心，定子繞組（又稱電樞繞組，是交流繞組）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子繞組（又稱勵磁繞

9、組，是直流繞組）（2）發(fā)電原理：轉(zhuǎn)子繞組中通入直流勵磁電流，產(chǎn)生恒定磁場；原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，形成機械旋轉(zhuǎn)磁場；定子繞組切割該磁場感應(yīng)電勢。若定子三相繞組沿定子鐵心內(nèi)圓對稱分布，則感應(yīng)三相對稱的電勢；感應(yīng)電勢的相序由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向和定子三相繞組沿定子鐵心內(nèi)圓分布決定；感應(yīng)電勢的波形與磁場沿空間的分布的波形有關(guān)；感應(yīng)電勢的大小交流繞組的電勢。特點：感應(yīng)電勢的頻率與轉(zhuǎn)子磁場的極對數(shù)p和轉(zhuǎn)速n有恒定關(guān)系，即。2、 感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)動原理：（1）基本組成：定子定子鐵心，定子繞組（又稱一次繞組，是交流繞組）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子繞組（又稱二次繞組，是閉合繞組，也是交流繞組）（2）轉(zhuǎn)動原理：當(dāng)在感應(yīng)電動機三相對稱

10、的定子繞組上外加三相對稱的電壓時，則在繞組中流過三相對稱的電流，三相電流聯(lián)合產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場；則自成閉合回路的轉(zhuǎn)子繞組切割定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流；該電流又在定子磁場中受力產(chǎn)生電磁力并形成電磁轉(zhuǎn)矩，則轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來了。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向一致。特點：轉(zhuǎn)子繞組是閉合繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。3、交流繞組的構(gòu)成原則三相對稱 電動勢和磁動勢最大 正弦波（1）三相繞組對稱，即每相繞組結(jié)構(gòu)相同，阻抗相等，在空間相距120°電角度，以獲得對稱的三相感應(yīng)電動；（2）在導(dǎo)體數(shù)一定的情況下，力求產(chǎn)生較大的電動勢和磁動勢；（3）繞組的電動勢和磁動勢盡可能接近正弦波。4、交流繞

11、組的分類：同心式 單層 交叉式 鏈?zhǔn)剑?雙層 迭繞組 波繞組5、交流繞組的基本術(shù)語：（1）機械角度與電角度：機械角度一圓周360度； 電角度一對磁極占有的空間角度是360度電角度 關(guān)系： 電角度 = p * 機械角度 （ p為極對數(shù)）（2）極距：沿定子內(nèi)圓每個磁極所占有的距離。 （Z為定子總槽數(shù)）（3）線圈與節(jié)距y1：線圈：由一匝或多匝導(dǎo)線串聯(lián)而成，有兩個引出線，一個稱首端，一個為尾端。節(jié)距y1：線圈兩個有效邊沿定子內(nèi)圓的距離。分為：整距（y1 = ）、短距（y1 < ）、長距t（y1 >）（4）槽距角：相鄰兩槽之間的電角度 （電角度）（5）每極每相槽數(shù)q：每相繞組在每一磁極下所占

12、有的槽數(shù)。 分為：整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽（6）相帶和極相組（線圈組）：每一極下，每相繞組所占有的電角度（q=60°）60度分相法 極相組：由每一極下屬于同一相的q個線圈相串聯(lián)構(gòu)成。（7）槽電勢星形圖：反映定子各槽內(nèi)導(dǎo)體的感應(yīng)電勢相位關(guān)系的矢量星形圖。（定子槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電勢在時間相位上互差電角度。）6、交流繞組的相電勢公式： 其中：N為一相一條支路的串聯(lián)匝數(shù)；為基波的繞組因數(shù)；為基波的磁通； 為基波的節(jié)距因數(shù)，；為基波的分布因數(shù)，。7、諧波電勢的削弱方法：（1） 因感應(yīng)電勢的波形與磁場的分布有關(guān)，首先使磁場分布接近正弦波；（2）三相采用Y接，消除線電勢中3次及其倍數(shù)諧波；（3）采用短距，使諧波

13、的節(jié)距因數(shù)接近于零；（4）采用分布，使諧波的分布因數(shù)減小。8、單相磁動勢的性質(zhì)和特點：*性質(zhì)：單相脈動磁勢*特點：（1）單相繞組中流過交流電流建立脈動磁勢；它既是時間函數(shù)，又是空間函數(shù)；它在空間上按余弦規(guī)律分布，各點大小又按余弦規(guī)律變化。（2）單相脈動基波磁勢最大幅值：；幅值位置在相繞組的軸線上；其脈動頻率為電流的頻率。（3）分布和短距對磁勢幅值起削弱作用。由于各對極下磁勢只作用在各自的磁路上，故每對極下某相線圈組的磁勢也就是相磁勢。9、三相合成磁勢的性質(zhì)和特點：三相對稱的電流流過三相對稱的繞組所建立的合成磁勢的基波是一個幅值不變的旋轉(zhuǎn)磁勢，其特點為：（1）三相基波合成磁動勢的幅值等于單相基波

14、磁動勢最大幅值的3/2倍；（2）三相基波合成磁動勢的幅值位置總是與電流達最大值的那一相繞組的軸線重合；（3）三相基波合成磁動勢的轉(zhuǎn)向取決于電流的相序，即總是從超前電流相轉(zhuǎn)向滯后電流相；（4）三相基波合成磁動勢的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速：10、時空向量圖：為了便于分析，將時間向量和空間向量畫在同一向量圖中。當(dāng)取時間向量的參考軸與空間向量的參考軸重合，若選在A相繞組的相軸上，則A相電流和三相合成磁勢始終重合。作業(yè)及思考題：教材P129 4-8、4-13、4-17、4-19、4-20、4-21、4-27和4-29第三部分 感應(yīng)電動機第一章 感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)本章是對感應(yīng)電動機的初步認(rèn)識。通過本章學(xué)習(xí)，首

15、先要掌握感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)差率的概念，并會計算轉(zhuǎn)差率；其次要熟悉感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)部件和銘牌參數(shù)。 重點：感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)差率的概念 難點：轉(zhuǎn)差率計算關(guān)鍵：明確額定轉(zhuǎn)速和同步速接近主要內(nèi)容：1、 感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)；2、 感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)差率和運行狀態(tài)；3、 感應(yīng)電動機的銘牌；4、 鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的分析。學(xué)習(xí)要求：1、 熟悉感應(yīng)電動機主要結(jié)構(gòu)部件的名稱、作用及材料；2、 掌握感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)差率的概念，并會計算；3、 熟悉感應(yīng)電動機額定值的含義和它們之間的關(guān)系；4、 知道鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的極數(shù)、相數(shù)、繞組匝數(shù)和繞組系數(shù)。自學(xué)指導(dǎo)：1、 轉(zhuǎn)差率：同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速的比值，即。計算特點：感應(yīng)電動機的運行

16、轉(zhuǎn)速與同步速很接近。2、 運行狀態(tài)與轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率的取值：（1）電動狀態(tài)：0<n<ns 1>s>0（2）發(fā)電狀態(tài)：ns<n 0> s（3）電磁制動狀態(tài)：n<0 s>13、 鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的極數(shù)與定子繞組相同；鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)：；鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)：；鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的因數(shù)：。作業(yè)及思考題：教材P177 5-1、5-2第二章 三相感應(yīng)電動機的基本原理 本章是感應(yīng)電動機的重點內(nèi)容。通過本章分析，將感應(yīng)電動機這個具體實物抽象為模型。本章分析可運用變壓器的理論。通過本章學(xué)習(xí)，首先要掌握感應(yīng)電動機運行時內(nèi)部的電磁關(guān)系，定、轉(zhuǎn)子間的磁勢平衡關(guān)系，轉(zhuǎn)子頻率特

17、點以及基本方程式；其次要熟練掌握轉(zhuǎn)矩特性、最大轉(zhuǎn)矩及起動轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)；最后能理解感應(yīng)電動機工作特性。 重點：轉(zhuǎn)矩特性 難點：頻率折算關(guān)鍵：運用“等效”的原則主要內(nèi)容：1、空載運行時的磁動勢和磁場；2、負(fù)載運行時的磁動勢和磁場；3、三相感應(yīng)電動機的電壓方程和等效電路；4、 感應(yīng)電動機的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程；5、感應(yīng)電動機的參數(shù)測定；6、感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率曲線；7、感應(yīng)電動機的工作特性學(xué)習(xí)要求：1、 能對比變壓器來分析感應(yīng)電動機的電磁物理過程；2、 掌握感應(yīng)電動機負(fù)載運行時轉(zhuǎn)子各物理量與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系；3、 能理解定、轉(zhuǎn)子磁勢空間相對靜止、彼此同步的道理；4、 能畫出感應(yīng)電動機的等效電路，并說明各參

18、數(shù)的名稱、符號和物理意義；5、 熟悉感應(yīng)電動機的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程；6、 熟練掌握感應(yīng)電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的公式和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率特性；7、 了解感應(yīng)電動機的工作特性。自學(xué)指導(dǎo)：1、 重要結(jié)論：無論轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速為多少，轉(zhuǎn)子磁動勢和定子磁動勢在空間始終保持相對靜止。2、 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢的頻率為：；轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢的的大小為：其中：轉(zhuǎn)子繞組的漏抗為： 其中：3、 等效電路：見教材P142 圖5-18等效電路參數(shù)的名稱和物理意義： 定子繞組的電阻； 定子繞組的漏抗，三相定子電流聯(lián)合產(chǎn)生的漏磁場在一相電路中引起的電抗； 折算到定子側(cè)轉(zhuǎn)子繞組的電阻；折算到定子側(cè)轉(zhuǎn)子繞組的漏抗，轉(zhuǎn)子多相電流聯(lián)合產(chǎn)生的漏磁場在

19、一相電路中引起的電抗；激磁電阻，代表鐵損的等效電阻；激磁電抗，與主磁通對應(yīng)的電抗；折算定子側(cè)轉(zhuǎn)子側(cè)的負(fù)載模擬電阻，模擬軸上總的機械功率輸出。4、 電磁轉(zhuǎn)矩公式：（1） 常用于定性分析，如啟動轉(zhuǎn)矩分析；（2） 常用于電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率特性分析，見教材P152 圖5-29最大轉(zhuǎn)矩：大小與電源電壓的平方成正比，與轉(zhuǎn)子電阻值無關(guān)；但臨界轉(zhuǎn)差率隨轉(zhuǎn)子電阻的增大而增大。轉(zhuǎn)子電阻變化時的電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率特性曲線見教材P153 圖5-30。機械特性：見教材P153 圖5-31（3） 電磁轉(zhuǎn)矩的實用計算公式。作業(yè)及思考題：教材P177 5-3、5-4；P178 5-6、5-7、5-9、5-10、5-12、5-14（1

20、）、5-16、5-17、5-19第三章 三相感應(yīng)電動機的機械特性及運行狀態(tài)（選學(xué)） 本章是感應(yīng)電動機的重點內(nèi)容。通過本章的學(xué)習(xí)，首先要掌握三相感應(yīng)電動機機械特性的三種表達式；其次要掌握三相感應(yīng)電動機的固有和人為機械特性；最后要掌握三相感應(yīng)電動機的各種運行狀態(tài)重點：機械特性的三種表達式難點：三相感應(yīng)電動機的各種運轉(zhuǎn)狀態(tài) 關(guān)鍵：機械特性的物理表達式第四章 感應(yīng)電動機的起動與調(diào)速本章是三相感應(yīng)電動機的重點內(nèi)容。通過本章的學(xué)習(xí)，首先要掌握三相感應(yīng)電動機的起動特點，了解三相感應(yīng)電動機常用的起動方法；其次要了解深槽式或雙鼠籠式感應(yīng)電動機的工作原理；最后要掌握三相感應(yīng)電動機的各種調(diào)速方法的基本原理、方法和特

21、性。重點：三相感應(yīng)電動機的各種調(diào)速方法的基本原理 難點：變頻調(diào)速關(guān)鍵：三相感應(yīng)電動機的各種調(diào)速方法的基本原理實驗三：三相感應(yīng)電動機綜合實驗主要內(nèi)容：1、 感應(yīng)電動機的啟動；2、 深槽式或雙鼠籠式感應(yīng)電動機；3、 感應(yīng)電動機的調(diào)速4、 單相感應(yīng)電動機（選學(xué)）學(xué)習(xí)要求：1、 掌握三相感應(yīng)電動機直接起動的特點；2、 了解三相感應(yīng)電動機常用的起動方法；3、 了解深槽式或雙鼠籠式感應(yīng)電動機的工作原理；4、 掌握三相感應(yīng)電動機的各種調(diào)速方法的基本原理、方法和特性自學(xué)指導(dǎo)：1、 感應(yīng)電動機直接起動的特點（啟動電流大，啟動轉(zhuǎn)矩并不大）及原因分析。2、 鼠籠式感應(yīng)電動機的常用啟動方法及特點。3、 繞線式感應(yīng)電動

22、機的常用啟動方法及優(yōu)點。4、 簡述深槽式或雙鼠籠式感應(yīng)電動機的工作原理。5、 三相感應(yīng)電動機的調(diào)速方法及基本原理。作業(yè)及思考題：教材P179 5-22、5-23、5-24、5-25、5-26、5-27第四部分 同步電機第一章 同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)本章是對同步電機的初步認(rèn)識。通過本章學(xué)習(xí)，首先要了解同步發(fā)電機和同步電動機的的基本結(jié)構(gòu)和銘牌參數(shù)的定義及相互關(guān)系。主要內(nèi)容：1、同步發(fā)電機的分類和冷卻方式；2、同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)；3、同步電機的勵磁方式；4、同步發(fā)電機的銘牌。學(xué)習(xí)要求：1、知道同步電機的兩大分類和常用的冷卻方式；2、熟悉同步電機主要結(jié)構(gòu)部件的名稱、作用及材料；3、了解同步電機的幾種勵

23、磁方式；4、掌握額定值的含義和它們之間的關(guān)系。作業(yè)及思考題：教材P230 6-1、6-2第二章 同步電機的基本原理 本章是同步電機的重點內(nèi)容。通過本章分析，將同步電機這個具體實物抽象為模型，并且對其運行特性進行了分析。通過本章學(xué)習(xí)，首先要掌握電樞反應(yīng)的概念和不同角時電樞反應(yīng)的性質(zhì)、作用和對電機的影響；其次要熟練掌握同步電機對稱穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程、等效電路和相量圖；最后要掌握同步發(fā)電機的運行特性的定義和曲線，并能解釋曲線形狀。 重點：電樞反應(yīng)、各電磁量的關(guān)系、各電抗參數(shù)、方程式、相量圖及等效電路 難點：電樞反應(yīng)關(guān)鍵：明確時空相量圖的關(guān)系主要內(nèi)容：1、同步發(fā)電機空載運行時的磁場；2、同步發(fā)電機負(fù)

24、載運行時的電樞反應(yīng)；3、隱機同步發(fā)電機的電壓方程、向量圖和等效電路；4、凸機同步發(fā)電機的電壓方程和向量圖；5、 同步發(fā)電機的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程；6、同步電機的參數(shù)測定；7、同步電機的運行特性。學(xué)習(xí)要求：1、 知道同步發(fā)電機空載運行時的磁場分布；2、 掌握電樞反應(yīng)的概念和不同角時電樞反應(yīng)的性質(zhì)、作用和對電機的影響；3、 熟練掌握同步電機對稱穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程、等效電路和相量圖；4、 掌握同步發(fā)電機的運行特性的定義和曲線，并能解釋曲線形狀。自學(xué)指導(dǎo)：1、 空載運行：原動機拖動轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子通入直流勵磁，電樞繞組開路的狀態(tài)，稱為同步發(fā)電機的空載運行。此時，氣隙磁場只有轉(zhuǎn)子直流勵磁磁動勢產(chǎn)生

25、的機械旋轉(zhuǎn)磁場主磁場主磁場產(chǎn)生的磁通分為：主磁通穿過氣隙，同時匝鏈定、轉(zhuǎn)子繞組 漏磁通只匝鏈轉(zhuǎn)子（勵磁）繞組2、對稱負(fù)載運行：對稱負(fù)載運行時，定子三相對稱繞組（電樞繞組）流過三相對稱電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢（電樞磁動勢）交流繞組的磁動勢；電樞磁動勢的基波與轉(zhuǎn)子勵磁磁動勢同轉(zhuǎn)向、同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則氣隙磁場由電樞磁動勢和勵磁磁動勢共同產(chǎn)生。電樞反應(yīng)：對稱負(fù)載運行時，電樞磁動勢的基波在氣隙中所產(chǎn)生的磁場就稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的性質(zhì)：取決于電樞磁動勢和主磁場在空間的相對位置。如何研究？ 主磁場（以同步速旋轉(zhuǎn)） 電樞磁動勢（以同步速旋轉(zhuǎn)） 空間相對靜止取任一瞬間：A相感應(yīng)電勢為最大值時影響因數(shù)：電樞磁動勢的空間

26、位置與電樞電流有關(guān)交流繞組的磁動勢主磁場的空間位置與激磁電動勢有關(guān)交流繞組的電動勢即電樞磁動勢和主磁場的空間相對位置與激磁電動勢與電樞電流的時間夾角有關(guān)定義：激磁電動勢與電樞電流的夾角稱為內(nèi)功率因數(shù)角（與功率因數(shù)角j不同）（1）=0時的電樞反應(yīng)分析步驟：(a)假定正方向：激磁電動勢與電流尾進首出為正； 磁動勢與電流符合右手螺旋定則； 相繞組軸線正方向與正向電流符合右手螺旋定則；(b)轉(zhuǎn)子參考軸正方向：直軸（d軸）兩相鄰主磁極軸線的連線，N極磁力線穿出的方向； 交軸（q軸）兩相鄰主磁極軸線連線的中線，逆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)過90；(c)選時刻：A相感應(yīng)電勢為正最大值瞬間確定轉(zhuǎn)子位置；(d)確定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向

27、：根據(jù)定子繞組空間位置確定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向感應(yīng)正序電動勢；(e)確定轉(zhuǎn)子磁極極性：根據(jù)右手螺旋定則確定轉(zhuǎn)子磁極極性即確定勵磁磁動勢的方向；(f)確定電樞電流方向：根據(jù)確定電樞電流方向；(g)確定電樞磁動勢方向：根據(jù)電樞電流方向確定電樞磁動勢方向。見教材188頁圖6-14結(jié)論：電樞反應(yīng)的性質(zhì)交軸電樞反應(yīng)（電樞磁動勢為交軸磁動勢）電樞反應(yīng)的作用使氣隙磁場發(fā)生偏移電樞反應(yīng)對同步發(fā)電機運行的影響：有功分量電流產(chǎn)生的交軸電樞磁動勢與勵磁電流相互作用產(chǎn)生制動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩，影響同步發(fā)電機的有功功率轉(zhuǎn)換。（見圖12-11）（2） = 90°時的電樞反應(yīng)：分析步驟同上結(jié)論：電樞反應(yīng)的性質(zhì)直軸去磁電樞反應(yīng)

28、（電樞磁動勢為直軸磁動勢）電樞反應(yīng)的作用使氣隙合成磁場被削弱電樞反應(yīng)對同步發(fā)電機運行的影響：不影響同步發(fā)電機的有功功率轉(zhuǎn)換；但由于氣隙合成磁場被削弱。使同步發(fā)電機的端電壓下降。（見圖12-12）（感性無功分量電流產(chǎn)生的直軸電樞磁動勢與勵磁電流相互作用產(chǎn)生電磁力，不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩）（3） = 90°時的電樞反應(yīng)：分析步驟同上結(jié)論：電樞反應(yīng)的性質(zhì)直軸助磁的電樞反應(yīng)（電樞磁動勢為直軸磁動勢）電樞反應(yīng)的作用使氣隙合成磁場被增強電樞反應(yīng)對同步發(fā)電機運行的影響：不影響同步發(fā)電機的有功功率轉(zhuǎn)換；但由于氣隙合成磁場被增強。使同步發(fā)電機的端電壓上升。（見圖12-13）（容性無功分量電流產(chǎn)生的直軸電樞磁動

29、勢與勵磁電流相互作用產(chǎn)生電磁力，不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩）（4）0< < 90°時的電樞反應(yīng)：見教材189頁圖6-15此時，電樞磁動勢Fa可分解為：直軸電樞磁動勢（Fad = Fa sin）其性質(zhì)為直軸去磁電樞反應(yīng)； 作用為削弱氣隙合成磁場。 交軸電樞磁動勢（Faq= Fa cos）其性質(zhì)為交軸電樞反應(yīng)； 作用為使氣隙磁場發(fā)生偏移。同理，電樞電流也可分解為：直軸電樞電流IAd、Id、Id聯(lián)合產(chǎn)生直軸電樞磁動勢Fad交軸電樞電流IAq、Iq、 Iq聯(lián)合產(chǎn)生交軸電樞磁動勢Faq3、隱極同步發(fā)電機的方程式、等效電路和相量圖（1）不考慮飽和的分析由于認(rèn)為磁路線性，可應(yīng)用疊加原理電磁物理過程

30、： 漏磁通勵磁電流If ®建立勵磁磁動勢Ff ®產(chǎn)生主磁通®感應(yīng)激磁電動勢電樞電流®建立電樞磁動勢Fa ®產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通®感應(yīng)電樞反應(yīng)電動勢 電樞電流還產(chǎn)生漏磁通®感應(yīng)漏電動勢（=-j） 電樞電流還在電樞繞組電阻上產(chǎn)生壓降 發(fā)電機端電壓其中：勵磁磁動勢Ff和電樞磁動勢Fa合成氣隙磁動勢F 主磁通和電樞反應(yīng)磁通合成氣隙磁通激磁電動勢和電樞反應(yīng)電動勢合成氣隙電勢 漏電動勢可用漏電抗壓降的形式取代即=-j；稱為電樞繞組漏抗（其物理意義見異步電動機的定子繞組的漏抗）方程式、等效電路和相量圖方程式由電磁物理過程分析可得：+=；將=-

31、j代入整理得：+（+ j）=又電樞反應(yīng)電動勢（若不計定子鐵耗）也可用電抗壓降的形式取代，即=- j；稱為電樞反應(yīng)電抗，與電樞反應(yīng)磁通相對應(yīng)，則=+ j+ j=+ j其中=+，稱為同步電抗；它是同步電機在對稱穩(wěn)態(tài)運行時電樞漏磁場和電樞反應(yīng)磁場對電路作用的一個綜合參數(shù)。（參數(shù)的標(biāo)幺值* = 0.00234、* = 0.167、* = 1.72 2.4）等效電路和相量圖：見教材190頁圖6-17（2）考慮飽和的分析特點：由于磁路非線性，不能采用疊加原理電磁物理過程： 漏磁通勵磁電流If ®建立勵磁磁動勢Ff 合成氣隙磁動勢F®產(chǎn)生氣隙磁通®感應(yīng)氣隙電勢電樞電流®

32、;建立電樞磁動勢F/a 電樞電流還產(chǎn)生漏磁通®感應(yīng)漏電動勢（=-j） 電樞電流還在電樞繞組電阻上產(chǎn)生壓降發(fā)電機端電壓其中：F/a = Ka Fa 因Ff波形為非正弦波，如對隱極機為階梯波，而Fa是正弦波，因此，F(xiàn)f和Fa疊加時，需先將Fa換算為等效階梯波F/a，再疊加。方程式、等效電路和相量圖方程式由電磁物理過程分析可得：+=將=-j代入整理得：（+ j）= 或 =+（+ j）等效電路和相量圖：見教材191頁圖6-184、凸極發(fā)電機的方程式和相量圖（1）雙反應(yīng)理論：考慮到凸極機氣隙不均勻，把電樞反應(yīng)分解為直軸電樞反應(yīng)和交軸電樞反應(yīng)分別研究再疊加的方法。（2）不考慮飽和的分析電磁物理過

33、程：If ®建立Ff ®產(chǎn)生®感應(yīng)激磁電動勢 直軸磁動勢Fad®產(chǎn)生直軸電樞磁通®感應(yīng)直軸電樞電動勢®建立Fa分解為交軸磁動勢Faq®產(chǎn)生交軸電樞磁通®感應(yīng)交軸電樞電動勢 電樞電流還產(chǎn)生漏磁通®感應(yīng)漏電動勢（=-j） 電樞電流還在電樞繞組電阻上產(chǎn)生壓降 發(fā)電機端電壓其中：激磁電動勢與直軸電樞電動勢和交軸電樞電動勢合成氣隙電勢方程式、等效電路和相量圖方程式由電磁物理過程分析可得：+（+ j）=與隱極機類似，直、交軸電樞電動勢和（若不計定子鐵耗）分別可用直、交軸電樞電流和在相應(yīng)電抗上的壓降形式取代，即=- j

34、和=- j；稱為直軸電樞反應(yīng)電抗，與直軸電樞磁通相對應(yīng)；稱為交軸電樞反應(yīng)電抗，與交軸電樞磁通相對應(yīng)。再將=+代入，則=+ j+ j+ j=+ j+ j其中=+，稱為直軸同步電抗，它是同步電機在對稱穩(wěn)態(tài)運行時電樞漏磁場和直軸電樞反應(yīng)磁場對電路作用的一個綜合參數(shù)；=+，稱為交軸同步電抗，它是同步電機在對稱穩(wěn)態(tài)運行時電樞漏磁場和交軸電樞反應(yīng)磁場對電路作用的一個綜合參數(shù)相量圖：要畫凸極機的相量圖，首先要將電樞電流分解為直、交軸分量和，即要確定內(nèi)功率因數(shù)角。因此，引入虛擬電動勢= j（），可得：=+ j與同相位，即確定內(nèi)功率因數(shù)角，見教材194頁圖6-22。相量圖見教材194頁圖6-21。（3）直軸、交

35、軸同步電抗的意義：見教材195頁圖6-245、同步發(fā)電機的運行特性同步發(fā)電機對稱穩(wěn)態(tài)運行時，保持轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，端電壓、電樞電流和勵磁電流的變化關(guān)系。（1）空載特性定義：電樞繞組開路（空載），保持轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，電樞端電壓U0（空載時即激磁電動勢E0）隨勵磁電流If的變化曲線。E0 = f（If）空載特性曲線：見教材186頁圖6-13原因分析：交流繞組電動勢公式作用：判斷同步發(fā)電機定子鐵心的性能與故障。（2）短路特性定義：電樞繞組三相短接（短路，端電壓U=0），保持轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，電樞電流I隨勵磁電流If的變化曲線。I = f（If）短路特性曲線：見教材197頁圖6-26原因分析：忽略

36、電樞繞組的電阻，可認(rèn)為短路電流為純感性，即0，0，則：=+ j+ jj，即E0 I；此時，電樞反應(yīng)的性質(zhì)為直軸去磁的電樞反應(yīng)，使氣隙磁場不飽和，即E0 If 。所以，I If 。作用：配合空載特性求見教材198頁圖6-28。求不飽和值，（未）=見教材198頁圖6-29求的飽和值，（飽和）（3）外特性及電壓變化率：定義：保持轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，且勵磁電流If和負(fù)載功率因數(shù)cosj不變，發(fā)電機端電壓U隨負(fù)載電流I的變化曲線，即U = f（I）。外特性曲線：見教材202頁圖6-34。負(fù)載功率因數(shù)不同，外特性曲線不同原因分析：感性負(fù)載（cosj =0.8滯后）和純電阻負(fù)載時，外特性曲線是下降的。這是由

37、于電樞反應(yīng)去磁作用和漏阻抗壓降所引起的。容性負(fù)載（cosj =0.8超前）時，外特性曲線可能上升。這是由于電樞反應(yīng)助磁作用抵消漏阻抗壓降使端電壓下降的影響使端電壓上升。電壓調(diào)整率：調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，使電樞電流為額定電流、功率因數(shù)為額定功率因數(shù)，端電壓為額定電壓，此時的勵磁電流為額定勵磁電流IfN。保持勵磁電流為IfN，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，卸去負(fù)載（即I=0），此時端電壓的升高的百分值即為電壓調(diào)整率，用u表示，即（見教材202頁圖6-35）： u=100%同步電機的電壓調(diào)整率較大，汽輪發(fā)電機通常在（3048）%，水輪發(fā)電機通常在（1830）；而變壓器的僅有（58）。（4）調(diào)整特性：定義：保持

38、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機端電壓為額定電壓和負(fù)載功率因數(shù)cosj不變，勵磁電流If隨負(fù)載電流I的變化曲線，即If = f（I）。調(diào)整特性曲線：見教材203頁圖6-36。負(fù)載功率因數(shù)不同，調(diào)整特性曲線不同原因分析：感性負(fù)載（cosj =0.8滯后）和純電阻負(fù)載時，為補償電樞電流所產(chǎn)生的電樞反應(yīng)去磁作用和漏阻抗壓降所引起的端電壓下降，隨電樞電流增大，勵磁電流增大，則調(diào)整特性上升的。同理，容性負(fù)載（cosj =0.8超前）時，調(diào)整特性有可能下降。作業(yè)及思考題：教材P230 6-4、6-5、6-6、6-7、6-9第三章 同步發(fā)電機的并聯(lián)運行 本章是同步發(fā)電機的重點內(nèi)容。通過本章的學(xué)習(xí)，首先要掌握同步發(fā)

39、電機準(zhǔn)同期并列的條件，熟悉不滿足某一條件并列時產(chǎn)生的后果；其次要熟練掌握隱極機的功角特性和有功功率調(diào)節(jié)的理論和方法，掌握無功功率的調(diào)節(jié)方法和U形曲線的分析方法；最后要了解同步電動機的啟動方法和功率因數(shù)提高。 重點：并聯(lián)運行的條件和有功、無功功率的調(diào)節(jié) 難點：功角的雙重物理意義和功率調(diào)節(jié)分析關(guān)鍵：明確時空相量圖的關(guān)系主要內(nèi)容：1、 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行；2、同步電動機和同步補償機。學(xué)習(xí)要求：1、 掌握同步發(fā)電機準(zhǔn)同期并列的條件，熟悉不滿足某一條件并列時產(chǎn)生的后果；2、 熟練掌握隱極機的功角特性和有功功率調(diào)節(jié)的理論和方法；3、 掌握無功功率的調(diào)節(jié)方法和U形曲線的分析方法；4、了解同步電動機的

40、啟動方法和功率因數(shù)提高。自學(xué)指導(dǎo)：1、并網(wǎng)的條件和方法定義：無窮大電網(wǎng)電網(wǎng)的電壓和頻率保持不變，電網(wǎng)的綜合阻抗等零。方法：準(zhǔn)同期并列法和自同期并列法（1）準(zhǔn)同期并列法先激磁，后并網(wǎng)（正常并網(wǎng)采用）條件：待并發(fā)電機的電壓與電網(wǎng)電壓大小相等、相位相同； 待并發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)頻率相等； 待并發(fā)電機的電壓與電網(wǎng)電壓相序相同。不滿足條件的后果以隱極機為例分析電壓大小不等：會產(chǎn)生沖擊電流和沖擊電磁力電壓相位不同：會產(chǎn)生沖擊電流、沖擊電磁力和沖擊電磁轉(zhuǎn)矩頻率不等：若頻差太大，會產(chǎn)生拍振電壓、拍振電流、拍振電磁力和拍振電磁轉(zhuǎn)矩，引起電機振動,但“微小頻差有自整步作用”相序不同：永遠不能拉入同步，且沖擊電流很

41、大。“不允許”并列方法：同期表法自動準(zhǔn)同期并列裝置 燈光法實驗室同期表法：電壓表調(diào)勵磁電流 頻率表調(diào)轉(zhuǎn)速 同期表相位與同期點燈光法：暗燈法：對應(yīng)相相接，見教材207頁圖6-41?，F(xiàn)象：燈不滅表示有壓差 燈明暗變化快表示頻差大 燈光旋轉(zhuǎn)表示相序接錯 全暗時合閘旋轉(zhuǎn)燈光法：B、C相對調(diào)，見教材207頁圖6-42?，F(xiàn)象：燈不滅表示有壓差 燈旋轉(zhuǎn)快表示頻差大 燈光不旋轉(zhuǎn)表示相序接錯 相燈暗時合閘實驗室采用的方法同期表盤（2）自同期并網(wǎng)法先并網(wǎng)，后激磁（事故采用）并網(wǎng)前勵磁回路的狀態(tài)：必須串滅磁電阻見教材207頁圖6-43。條件：沖擊電流小于允許值 沖擊電流引起的壓降及電壓恢復(fù)時間在允許范圍之內(nèi)一般水電

42、廠采用2、功角特性：（1）定義：在激磁電動勢E0和端電壓U保持不變時，電磁功率與功率角之間的關(guān)系Pe=f()。（2）功角特性：忽略電阻，則 PemUIcosj根據(jù)相量圖見教材208頁圖6-44，知j=y-，代入上式，可得 Pe=+式中，第一項Pe1=稱為基本電磁功率；第二項Pe2=稱為附加電磁功率。附加電磁功率與勵磁（或E0）無關(guān)，僅當(dāng)（即交、直軸磁阻互不相等）時存在，故又稱為磁阻功率。凸極同步電機的功角特性見教材209頁圖6-45。由圖可知，0°180°時，電磁功率為正值，對應(yīng)于發(fā)電機狀態(tài)；-180°0°時，電磁功率為負(fù)值，對應(yīng)于電動機狀態(tài)。對于隱極機，由于，則附加電磁功率為零，故Pe就等于電磁功率，即 Pe=對于凸極機，電磁功率Pe也可寫成Pe=（3）功率角（d，簡稱功角）的雙重物理意義：時間上是時間相量與之間的夾角；空間上是轉(zhuǎn)子磁極軸線與定子等效磁極軸線的空間夾角。見