電機(jī)學(xué)簡(jiǎn)要總結(jié)(學(xué)生版)

1、電機(jī)學(xué)電機(jī)分類 1 磁路1.1 磁路基本定律磁路：磁通所通過(guò)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(guò)，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(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)的源。，Ø 磁路的歐姆定律磁動(dòng)勢(shì)：磁阻：磁導(dǎo)：磁通：Ø 磁路的基爾霍夫第一定律穿出(或進(jìn)入)任一閉和面的總磁通量恒等于零(或者說(shuō)進(jìn)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(dòng)勢(shì)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(chǎng)中呈現(xiàn)很強(qiáng)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(jìn)行磁化，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H由零逐漸增大時(shí)，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(chǎng)強(qiáng)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(jì)電機(jī)和變壓器時(shí)，為使主磁路內(nèi)得到較大的磁通量而又不過(guò)分增大勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。通常把鐵心內(nèi)的工作磁通密度選擇在膝點(diǎn)（磁化曲線開始拐彎的點(diǎn)）附近。1）磁滯回線 剩磁：去掉外磁場(chǎng)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(chǎng)，此反向磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力。2）基本磁化曲線 對(duì)同一鐵磁材料，選擇不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)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(diǎn)聯(lián)接起來(lái)，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(chǎng)中時(shí)，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(jī)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(chǎng)將有圍繞磁通呈蝸旋狀的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流產(chǎn)生，簡(jiǎn)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(chǎng)交變頻率f，厚度d和最大磁感應(yīng)強(qiáng)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(lái)套裝繞組，鐵軛將心柱連接起來(lái)，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(jī)械強(qiáng)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(gè)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(guó)的標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為50赫茲(Hz)。2.2 變壓器的空載運(yùn)行空載電流：1）作用和組成一方面：用來(lái)勵(lì)磁，建立磁場(chǎng)-無(wú)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(wú)功性質(zhì)-也稱勵(lì)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(qiáng)調(diào) Zm不是常數(shù)，而是隨著工作點(diǎn)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(fù)載運(yùn)行磁動(dòng)

7、式平衡：，能量傳遞方程：通過(guò)一次、二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)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(guò)耦合磁場(chǎng)為媒介，就傳遞到二次繞組，并輸出給負(fù)載這就是變壓器進(jìn)行能量傳遞的原理。磁動(dòng)勢(shì)方程：漏磁通：在實(shí)際變壓器中，除了通過(guò)鐵心、并與一次和二次繞組相交鏈的主磁通之外，還有少量?jī)H與一個(gè)繞組交鏈且主要通過(guò)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(dòng)勢(shì)保持不變的條件下，對(duì)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(jiǎn)化等效電路：2.5 等效電路參數(shù)的測(cè)定開路試驗(yàn)開路試驗(yàn)亦稱空載試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，二次繞組開路，一次繞組加以額定電壓，測(cè)量此時(shí)的輸人功率、電壓和電流，由此即可算出激磁阻抗。短路試驗(yàn)短路試驗(yàn)亦稱為負(fù)載試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，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(dá)到額定電流，測(cè)量此時(shí)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(shí)有：意義：(1) 反映變壓器在額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，漏阻抗壓降的大??；(2) 從運(yùn)行角度希望阻抗壓降小些，使變壓器輸出電壓隨負(fù)載變化的波動(dòng)小些；(3) 從安全角度，阻抗電壓太小，變

9、壓器一旦短路時(shí)電流太大，可能損壞變壓器。2.6 三相變壓器三相變壓器對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，其各相的電壓、電流大小相等，相位互差120°。因此在運(yùn)行原理的分析和計(jì)算時(shí)，可以取其中的一相來(lái)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(dú)立，三相各有自己的磁路。2)如果把三臺(tái)單相變壓器的鐵心拼星形磁路，則當(dāng)三相繞組外施三相對(duì)稱電壓時(shí)，由于三相主磁通也對(duì)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(gè)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(gè)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(shí)，高壓側(cè)的線電壓與低壓側(cè)對(duì)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(shí)鐘表示法”，即把高、低壓繞組兩個(gè)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(shí)鐘的長(zhǎng)針，指向鐘面的12，再把低壓側(cè)線電壓三角形中對(duì)應(yīng)的中線作為短針。它所指的鐘點(diǎn)就是該聯(lián)結(jié)組的組號(hào)。2.7 標(biāo)么值對(duì)于電路計(jì)算而言，四個(gè)基本物理量U、I、Z和S中，有兩個(gè)量的基值可以任意選定，其余兩個(gè)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(biāo)幺值為：，一次和二次相電流的標(biāo)幺值為：，歸算到一

11、次側(cè)等效漏阻抗的標(biāo)幺值為：。標(biāo)幺值的特點(diǎn)：(1) 不論變壓器或電機(jī)容量的大小，用標(biāo)幺值表示時(shí)，各個(gè)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(biāo)幺值表示時(shí)，歸算到高壓側(cè)或低壓側(cè)時(shí)變壓器的參數(shù)恒相等，故用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)不必再進(jìn)行歸算。(3) 標(biāo)幺值的缺點(diǎn)是沒有量綱，無(wú)法用量綱關(guān)系來(lái)檢查計(jì)算結(jié)果。2.8 變壓器的運(yùn)行性能(1) 電壓調(diào)整率 當(dāng)一次側(cè)電壓保持額定、負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)，從空載到負(fù)載時(shí)二次側(cè)電壓變化的百分值。反應(yīng)二次側(cè)電壓隨負(fù)載變化的程度,也反應(yīng)了供電電壓的穩(wěn)定性。實(shí)際計(jì)算中常用：。(2) 效率和效率特性變壓器運(yùn)行時(shí)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(dāng)銅耗（可變損耗）等于鐵耗（不變損耗）時(shí)效率最大。工程上常用間接法來(lái)計(jì)算效率：2.9 變壓器并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)運(yùn)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(hào)相同。（嚴(yán)格保證）（3）各變壓器的短路阻抗標(biāo)么值相等，且短路阻抗角也相同。變比不同引起的環(huán)流計(jì)算：變比相同、等效漏阻抗不同時(shí)的負(fù)載分配：并聯(lián)運(yùn)行實(shí)際條件：（1）各變壓器的聯(lián)接組號(hào)相同；（2）電壓比偏差要嚴(yán)格控制（<±0.5%）；（3）短路阻抗標(biāo)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(jī)(1) 直流電動(dòng)機(jī)以其良好的啟動(dòng)性能和調(diào)速性能著稱。(2) 直流發(fā)電機(jī)供電質(zhì)量較好，常常作為勵(lì)磁電源。 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜直流電機(jī) 成本較高 使其應(yīng)用受到限制 可靠性較差3.1 直流電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)主磁極：建立磁場(chǎng)機(jī)座：主磁路的一部分，電機(jī)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(jī)電路部分換向器：起整流或逆變作用定子直流電機(jī)3.1.2工作原理在直流電動(dòng)機(jī)中，外加電壓并非直接加于線圈，而是通過(guò)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(shí)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(jī)內(nèi)部（電刷為界）線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)、流過(guò)的電流是交流量。（2）電機(jī)外部（電刷兩端）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行外加直流電；發(fā)電機(jī)運(yùn)行輸出直流電。發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)交流內(nèi)電路 直流外電路（旋轉(zhuǎn)電路） （靜止電路）因此說(shuō)，直流電機(jī)實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)帶有換向裝置的交流電機(jī)。3.1.3勵(lì)磁方式他勵(lì)：勵(lì)磁繞組由其他電源供電自勵(lì)：利用自身發(fā)出的電流勵(lì)磁 并勵(lì)磁：勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)自勵(lì) 串勵(lì)磁：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián) 復(fù)勵(lì)磁：串勵(lì)和并勵(lì)都存在3.1.4直流電機(jī)的額定值（1）額定功率PN：指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率，以kW表示。對(duì)電動(dòng)機(jī)，額定功率是指輸出的機(jī)械功率；對(duì)發(fā)電機(jī)，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(jī)運(yùn)行在額定時(shí)，線端的電流，以A表示。（4）額定轉(zhuǎn)速nN：指額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min表示。（5）額定勵(lì)磁電壓UfN（僅對(duì)他勵(lì)電機(jī)）。3.2 直流電機(jī)電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)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(dòng)勢(shì)，并允許通過(guò)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(gè)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(gè)元件總是后一個(gè)元件的

16、端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。波繞組：指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場(chǎng)下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來(lái)，象波浪式的前進(jìn)。極距：相鄰兩個(gè)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(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表 面跨過(guò)的距離。第二節(jié)距y2 ：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)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(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。3.2.1單疊繞組單疊繞組的特點(diǎn)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(diǎn)：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(dòng)勢(shì)最大，電刷間電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)。3）電樞電流等于各支路電流之和。3.3 空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)3.3.1空載時(shí)的直流電機(jī)磁場(chǎng)空載磁場(chǎng)也叫主磁場(chǎng)，是當(dāng)電樞電流為零，僅由勵(lì)磁電流建立的磁場(chǎng)，空載磁場(chǎng)對(duì)稱分布。主磁通：經(jīng)過(guò)氣隙，且同時(shí)與勵(lì)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(guò)氣隙，僅與繞組自身交鏈的磁通，不參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換?？蛰d時(shí)電機(jī)磁場(chǎng)為平頂波3.3.2負(fù)載時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)和電樞反應(yīng)當(dāng)電樞電流Ia不是零時(shí)（負(fù)載時(shí)電樞輸出或輸入電流），繞組中的電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，稱其為電樞磁場(chǎng)。此時(shí)，氣隙磁場(chǎng)就由主機(jī)磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)兩者合成的磁動(dòng)勢(shì)建立磁場(chǎng)。交

18、軸電樞反應(yīng) (a) 負(fù)載時(shí)的合成磁場(chǎng) (b) 交軸電樞磁場(chǎng)和氣隙合成磁場(chǎng)分布影響：(1) 引起氣隙磁場(chǎng)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(jì)飽和時(shí)，交軸電樞反應(yīng)既無(wú)增磁、亦無(wú)去磁用；計(jì)及飽和時(shí)，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(dòng)勢(shì) (b)交軸分量 (c)直軸分量發(fā)電機(jī)：電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，電樞反應(yīng)為去磁；電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，電樞反應(yīng)為增磁。電動(dòng)機(jī)：電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，電樞反應(yīng)為增磁；電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，電樞反應(yīng)為去磁。3.4 直流電機(jī)的電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩3.4.1電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生：電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，主磁場(chǎng)在電樞繞組中

19、感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)簡(jiǎn)稱為電樞電動(dòng)勢(shì)。大小：其中：，為電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。性質(zhì)：發(fā)電機(jī)電源電勢(shì)(與電樞電流同方向)；電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)(與電樞電流反方向)。3.4.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生：電樞繞組中有電樞電流流過(guò)時(shí)，在磁場(chǎng)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。大小：其中：，為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有CT=9.55Ce。性質(zhì)：發(fā)電機(jī)制動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相反)；電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相同)。3.5 直流電機(jī)的基本方程(1)電壓方程他勵(lì)：，（發(fā)電機(jī)慣例）（電動(dòng)機(jī)慣例）并勵(lì)：其電樞回路的電壓方程與他勵(lì)時(shí)相同，但有勵(lì)磁電壓為電樞端電壓。電流方程：發(fā)電機(jī)； 電動(dòng)機(jī)。串勵(lì)：其電樞回路的電壓方程與他勵(lì)時(shí)亦相同，但因勵(lì)

20、磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)有，電壓方程應(yīng)加入串勵(lì)繞組的電阻壓降。(2)轉(zhuǎn)矩方程發(fā)電機(jī)：電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其中T1為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，T0為電機(jī)本身機(jī)械阻力轉(zhuǎn)矩，Te為電磁轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)：電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其中T2為電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩。(3)電磁功率方程電磁功率Pe就是能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或相反轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換功率。發(fā)電機(jī)：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；電動(dòng)機(jī)：電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。(4)直流電機(jī)的可逆性電機(jī)的可逆性：從原理上講，任何電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)、亦作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 發(fā)電機(jī)運(yùn)行； 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。3.6 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)(1)啟動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)接到電源以后，轉(zhuǎn)速?gòu)牧愕竭_(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過(guò)程稱為起動(dòng)過(guò)程。起動(dòng)

21、方法：1）直接起動(dòng)2）接入變阻器起動(dòng)3）降壓起動(dòng)(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(chǎng)控制，即調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(jí)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(dòng)1)能耗制動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便缺點(diǎn)：能量利用率低，低速制動(dòng)轉(zhuǎn)矩小2)反接制動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：制動(dòng)迅速缺點(diǎn)：電樞電流大，轉(zhuǎn)速過(guò)零會(huì)反轉(zhuǎn)3)回饋制動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：能量利用率高缺點(diǎn)：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(jī)理論的共同

22、問(wèn)題機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是通過(guò)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)磁極旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；電氣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是三相對(duì)稱的交流繞組通入三相對(duì)稱的交流電流時(shí)會(huì)在電機(jī)的氣隙空間產(chǎn)生電氣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是交流電機(jī)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(dòng)勢(shì)和合成磁動(dòng)勢(shì)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(shì)、基波磁勢(shì)對(duì)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(jī)械強(qiáng)度、散熱條件好，制造方便。(2)交流繞組的分類 相數(shù)：?jiǎn)蜗嗪投嘞嗬@組； 根據(jù)槽內(nèi)層數(shù)：?jiǎn)螌永@組和雙層繞組； 每極下每相槽數(shù)：整數(shù)槽和分?jǐn)?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(diǎn)1）可以選擇最有利的節(jié)距，并同時(shí)采用分布繞組，以改善電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)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(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。4.2.1基本概念1)機(jī)械角度：一個(gè)圓周幾何角度是360°，在電機(jī)分析中稱為機(jī)械角度。2)電角度：在電路理論中，隨著時(shí)間按正弦規(guī)律變化的物理量交變一次經(jīng)過(guò)360°時(shí)間電角度。在電機(jī)中，導(dǎo)體經(jīng)過(guò)一對(duì)磁極，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交變一次，因此一對(duì)磁極所對(duì)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(jī)械角度的關(guān)系：若電機(jī)極對(duì)數(shù)為p，則一個(gè)圓周代表p×360°空間

24、電角度，因此與機(jī)械角度對(duì)應(yīng)的空間電角度為p。4)槽距角：表示相鄰兩個(gè)槽之間距離的空間電角度。同時(shí)也是相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位差。5) 極距 ：一個(gè)磁極在電樞表面的位置稱為極距。它可用長(zhǎng)度，所占槽數(shù)，電角度或者電弧度表示。或者6)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(gè)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(dòng)勢(shì)星形圖：把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(shì)對(duì)稱，且合成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較大，是常用的方法。4.2.2疊繞組繞組嵌線時(shí)，相鄰得兩個(gè)串聯(lián)線圈中，后一個(gè)線圈緊“疊”在前一個(gè)線圈上。極相組A和X的電動(dòng)勢(shì)、電流方向相反，為避免電動(dòng)勢(shì)或電流所形成的磁場(chǎng)互相抵消，串聯(lián)時(shí)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(shí)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(diǎn)是，短距時(shí)端部可以節(jié)約用銅量。缺點(diǎn)是一臺(tái)電機(jī)的最后幾個(gè)線圈的嵌線較為困難，極間連線較長(zhǎng)，在極數(shù)較多時(shí)相

26、當(dāng)費(fèi)銅。4.3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)波形：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率：同步轉(zhuǎn)速：（f=50Hz）導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)有效值：(2)整距線圈電動(dòng)勢(shì)單匝電勢(shì)：?jiǎn)卧央妱?shì)有校值：Nc匝線圈電動(dòng)勢(shì)：(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(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)其中：。4.4 通有正弦電流時(shí)單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)交流繞組中流過(guò)電流，根據(jù)安培環(huán)路定律，將產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)。交流繞組連接時(shí)，應(yīng)使它所形成的定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極數(shù)相等。(1) 整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)(2) 分布繞組的磁動(dòng)勢(shì)雙層整距分布繞組的磁動(dòng)勢(shì)： 雙層短距繞組的磁動(dòng)勢(shì)：(3) 單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)一相繞組磁動(dòng)勢(shì)：改寫為：其中：?jiǎn)?/p>

27、相繞組產(chǎn)生的基波磁勢(shì)仍然是余弦脈振磁勢(shì)，磁勢(shì)幅值位置與繞組軸線重合，時(shí)間上按余弦規(guī)律脈振。 4.5 通有三相對(duì)稱電流時(shí)三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)三相繞組合成磁動(dòng)勢(shì)：其中：性質(zhì)：是一個(gè)正弦分布、以同步轉(zhuǎn)速向前推移的正向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波。a) 轉(zhuǎn)速： b) 幅值位置：當(dāng)某相電流達(dá)到交流的最大值時(shí)，基波合成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)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(jī)感應(yīng)電機(jī)在轉(zhuǎn)子內(nèi)感生電動(dòng)勢(shì)，流通電流后實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的感應(yīng)電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)一般用作電動(dòng)機(jī)，在少數(shù)場(chǎng)合下用作發(fā)電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)是異步電機(jī)。定義：凡是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與所接交流電源的頻率沒有嚴(yán)格不變關(guān)系的交流電

28、機(jī)稱為異步電機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單運(yùn)行可靠，效率高，制造容易，成本低而且堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：不能經(jīng)濟(jì)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(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)(1)結(jié)構(gòu) 定子鐵心 定子 定子繞組 機(jī)座 感應(yīng)電機(jī) 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(gè)端部自行閉合的繞組，它由插入每個(gè)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(gè)繞組形如一個(gè)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(guò)滑環(huán)，再經(jīng)過(guò)電刷引出?？稍谵D(zhuǎn)子繞組中接入外接電阻，改善電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和調(diào)速。(2)運(yùn)行狀態(tài)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)基本變量。 按照轉(zhuǎn)差率的正負(fù)和大小，感應(yīng)電機(jī)有電動(dòng)機(jī)、 發(fā)電機(jī)和電磁制動(dòng)三種運(yùn)行狀態(tài)。(3)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定值額定功率PN ：?jiǎn)挝粸榍?kW) 機(jī)械功率定子額定電壓UN ：?jiǎn)挝粸榉?V) 線電壓定子額定電流IN ：?jiǎn)挝粸榘?A) 線電流額定頻率fN ：中國(guó)工頻規(guī)定為50赫茲(Hz) 額定轉(zhuǎn)速nN ：?jiǎn)挝粸檗D(zhuǎn)/分(r/min)5.2 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)(1)空載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)氣隙中的主磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)，把當(dāng)做負(fù)壓漏抗壓降來(lái)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(fù)載運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)方程定子磁場(chǎng)以的相對(duì)速度切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率f2為：轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)，相對(duì)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(fù)載時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)方程：，其中5.3 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(gè)靜止的電阻為的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為R2的實(shí)際轉(zhuǎn)子，等效轉(zhuǎn)子與實(shí)際轉(zhuǎn)子具有相同的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2。R2是轉(zhuǎn)子本身電阻，代表與轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的機(jī)械功率相對(duì)應(yīng)的等效電阻，消耗在此電阻中的功率代表實(shí)際電機(jī)中產(chǎn)生的總機(jī)械功率。繞組歸算就是用一個(gè)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(shí)際轉(zhuǎn)子繞組。(1) 電流歸算(2) 電勢(shì)歸算(3) 阻抗歸算歸算后的電壓

32、和磁動(dòng)勢(shì)方程感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的T形等效電路(1) 空載時(shí)，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于開路；(2) 負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子和定子電流增大；(3) 負(fù)載時(shí)，E1和相應(yīng)的主磁通比空載時(shí)略?。?4) 起動(dòng)或者堵轉(zhuǎn)時(shí)，E1和主磁通顯著減小，僅為空載時(shí)60%。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的近似等效電路5.4 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程5.4.1功率方程其中：，其中：，為機(jī)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(jī)械功率。轉(zhuǎn)差率越大，轉(zhuǎn)子銅損耗就越多，電機(jī)效率越低。正常運(yùn)行時(shí)電機(jī)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(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定

33、5.5.1空載試驗(yàn)空載試驗(yàn)的目的是確定電動(dòng)機(jī)的激磁參數(shù)Rm 、Xm ，以及鐵耗 和機(jī)械損耗?？蛰d功率減去定子銅耗，即得鐵耗和機(jī)械損耗兩項(xiàng)之和：空載時(shí)，轉(zhuǎn)差率，認(rèn)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(shí)驗(yàn)確定。5.5.2堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱舜_定感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的樓阻抗堵轉(zhuǎn)時(shí)S=1。對(duì)于大型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，一般來(lái)說(shuō)，堵轉(zhuǎn)時(shí)激磁電流忽略不計(jì)，近似認(rèn)為：，于是有：，5.6感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速5.6.1啟動(dòng)籠型感應(yīng)電機(jī)的起動(dòng)(1) 直接起動(dòng)(2) 降壓起動(dòng)A. 星三角起動(dòng)，起動(dòng)電流是原來(lái)的1/3B.自耦變壓器起動(dòng)，起動(dòng)電流是原來(lái)的繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為了減小啟動(dòng)

34、電流，通常在轉(zhuǎn)子中接入啟動(dòng)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(dòng)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(duì)數(shù)。只能實(shí)現(xiàn)跳躍式調(diào)速。(2) 變頻調(diào)速：通過(guò)改變電源頻率調(diào)速，可以實(shí)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(jí)調(diào)速；雙饋電機(jī)。思考題：4,5,6,7習(xí)題：15,276 同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)是一種常用的交流電機(jī)，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，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(yùn)行時(shí)同步電機(jī)轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)。從原理上看，同步電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)，也可以用作電動(dòng)機(jī)或補(bǔ)償機(jī)。6.1 同步電機(jī)的基

35、本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)(1) 結(jié)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)電樞式 同步電機(jī) 隱極式 旋轉(zhuǎn)磁極式 凸極式隱極式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子是長(zhǎng)圓柱形，氣隙較為均勻，轉(zhuǎn)子表面有大齒和小齒之分一對(duì)極，由汽輪機(jī)拖動(dòng)，高速旋轉(zhuǎn)，稱汽輪發(fā)電機(jī)。凸極式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(duì)極，通常由水輪機(jī)拖動(dòng)，低速旋轉(zhuǎn)，稱水輪發(fā)電機(jī)。(2) 運(yùn)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(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率：當(dāng)定子繞組構(gòu)成閉合回路流過(guò)三相對(duì)稱電流，定子將產(chǎn)生一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子為同步轉(zhuǎn)速，因此定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)靜止，相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。三種運(yùn)行狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)()把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；補(bǔ)

36、償機(jī)()中沒有有功功率的轉(zhuǎn)換，專門發(fā)出或吸收無(wú)功功率，調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)；發(fā)電機(jī)()把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。(3) 勵(lì)磁方式直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵(lì)或他勵(lì)接法。整流器勵(lì)磁靜止式和旋轉(zhuǎn)式整流器勵(lì)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(yùn)行時(shí)電機(jī)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(yùn)行時(shí)定子的線電壓；額定電流IN：指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流；額定功率因數(shù)cosN：指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)功率因數(shù)；額定頻率fN：指額定運(yùn)行時(shí)電樞的頻率。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為50Hz；額定轉(zhuǎn)速nN：指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)

37、同步電機(jī)而言，即為同步轉(zhuǎn)速。6.2 空載和負(fù)載時(shí)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)6.2.1空載運(yùn)行空載運(yùn)行空載運(yùn)行時(shí)，同步電機(jī)內(nèi)僅有由勵(lì)磁電流所建立的主極磁場(chǎng)。主磁通0通過(guò)氣隙并與定子繞組相交鏈，主磁通所經(jīng)過(guò)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(guò)氣隙，僅與勵(lì)磁繞組相交鏈。當(dāng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，主磁場(chǎng)將在氣隙中形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它“切割”對(duì)稱的三相定子繞組后，就會(huì)在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出一組頻率為f的對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)，稱為激磁電動(dòng)勢(shì)。6.2.2對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng) 、對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)當(dāng)定子接上負(fù)載后，電樞繞組將流過(guò)對(duì)稱三相電流，定子電樞電流將產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)與勵(lì)磁磁

38、動(dòng)勢(shì)相互作用形成負(fù)載時(shí)氣隙中的合成磁動(dòng)勢(shì)，并建立負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)。這時(shí)盡管勵(lì)磁電流沒有改變，但氣隙磁場(chǎng)已經(jīng)不同于原來(lái)的勵(lì)磁磁場(chǎng)。對(duì)稱負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波對(duì)主極磁動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的空間相對(duì)位置。(1) 和同相 (2) 和不同相電樞反應(yīng)后的同步電機(jī)磁場(chǎng)負(fù)載后勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)形成了一個(gè)合成磁場(chǎng)，交軸電樞反應(yīng)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變。電機(jī)的合成磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子內(nèi)部深處沿主極軸線后逐漸傾斜，在進(jìn)入定子時(shí)其軸線已偏到合成磁場(chǎng)的軸線處。氣隙合成磁場(chǎng)扭斜的程度越大，使在磁場(chǎng)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(lái)刻劃這種扭斜的程度。6.3 隱極

39、同步發(fā)電機(jī)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(duì)稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)表征電樞反應(yīng)和電樞漏磁這兩個(gè)效應(yīng)的綜合參數(shù)，不計(jì)飽和時(shí)為常值。等效電路圖：隱極同步發(fā)電機(jī)的向量圖：6.4 凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖考慮到凸極電機(jī)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(lái)處理的方法，就稱為雙反應(yīng)理論。一般情況下，若電樞磁動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)分解成直軸和交軸兩個(gè)分量，再用對(duì)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(lái)。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(gè)綜合參數(shù)。虛擬電動(dòng)勢(shì)：，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(duì)于凸極電機(jī)，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(jī)中，Xd>Xq。對(duì)于隱極電機(jī)，由于氣隙是均勻的，故XdXqXs。6.5 同步發(fā)電機(jī)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(jī)軸上輸入的機(jī)械功率；為機(jī)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(jìn)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，為電磁的轉(zhuǎn)矩，為發(fā)電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩。6.

41、6 同步電機(jī)參數(shù)的測(cè)定(1) 用空載特性和短路特性確定Xd1）電樞開路(空載)，用原動(dòng)機(jī)把被試同步電機(jī) 拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速；2）改變勵(lì)磁電流If，并記取相應(yīng)的電樞端電壓U0 (空載時(shí)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(jī)的電樞端點(diǎn)三相短路，用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)被試電機(jī)到同步轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵(lì)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(shí)，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(shí)際運(yùn)行時(shí)作用在主磁路上的合成磁動(dòng)勢(shì)，因而取決于相應(yīng)的氣隙電動(dòng)勢(shì)；如果不計(jì)漏阻抗壓降，則可近似認(rèn)為取決于電樞的端電壓，所

42、以通常用對(duì)應(yīng)于額定電壓時(shí)的Xd值作為其飽和值。為此，從空載曲線上查出對(duì)應(yīng)于額定端電壓UN時(shí)的勵(lì)磁電流If0，再?gòu)亩搪诽匦陨喜槌雠c該勵(lì)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(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)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(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且勵(lì)磁電流和負(fù)載功率因數(shù)不變時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓與電樞電流之間的關(guān)系：即nnS，If =常值，cos =常值時(shí)，U=f(I)。調(diào)整特性調(diào)整特性表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、負(fù)載的功率因數(shù)不變時(shí)，勵(lì)磁電流與電樞電流之間的關(guān)系；即nns，U =UN，cos=常值時(shí)，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(shí)，發(fā)電機(jī)的效率與輸出功率的關(guān)系；即n=nS，U =UN，cos= cosN時(shí)，=f(P2)。6.8 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行單機(jī)供電的缺點(diǎn)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(wú)法實(shí)現(xiàn)供電的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。這些缺點(diǎn)可以通過(guò)多機(jī)并聯(lián)來(lái)改善。通過(guò)并聯(lián)可將幾臺(tái)電機(jī)或幾個(gè)電站并成一個(gè)電網(wǎng)?，F(xiàn)代發(fā)電廠中都是把幾臺(tái) 同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)起來(lái)接在共同的匯流排(母線)上，一個(gè)地區(qū)總是有好幾個(gè)發(fā)電廠并聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)強(qiáng)大的電力系統(tǒng)(電網(wǎng))。6.8.1同步發(fā)電機(jī)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(zhǔn)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(lì)磁繞組通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娮瓒探?，再用原?dòng)機(jī)把發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到接近同步轉(zhuǎn)速(相差25 )，將發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)，再接通勵(lì)磁，依靠定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間的電磁轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子拉入同步轉(zhuǎn)速，并車過(guò)程即告結(jié)束。6.8.2與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)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(fù)載的變化或其他擾動(dòng)的影響而保持為常值，當(dāng)同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)到無(wú)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(dāng)激磁電動(dòng)勢(shì)E0和端電壓保持不變時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電磁功率與功率角之間的關(guān)系Pe=f()。凸極機(jī)：隱極機(jī)：功角的物理意義恒定勵(lì)磁E0不變，恒