模擬電路課件

電機(jī)原理東北大學(xué)邊春元2012.12內(nèi)容介紹變壓器交流電機(jī)基礎(chǔ)及三相異步電動(dòng)機(jī)電磁理論基礎(chǔ)知識(shí)緒論三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)內(nèi)容介紹直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)特種電機(jī)直流電機(jī)同步電機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇緒論一、電機(jī)發(fā)展簡況1.初期發(fā)展時(shí)期：電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)：1821年電動(dòng)機(jī)作用原理，1831年電磁感應(yīng)定律直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展：電磁鐵－>永久磁鐵，發(fā)電機(jī)－>化學(xué)電池單相交流電的應(yīng)用：交流電用于照明，閉合磁路的變壓器制成三相交流電的應(yīng)用：二相交流電動(dòng)機(jī)，三相交流電動(dòng)機(jī)，三相變壓器2.近代發(fā)展時(shí)期：1920年用于家用電器的單相交流電機(jī)誕生，各種主要電機(jī)有成型設(shè)計(jì)，開始了電動(dòng)機(jī)的近代發(fā)展時(shí)期。二、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展簡況1.成組傳動(dòng)2.單電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)3.多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)

第一章電磁理論基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)電磁理論的基本定律第二節(jié)常用的鐵磁材料及其特性第三節(jié)直流磁路的計(jì)算第四節(jié)交流磁路的特點(diǎn)第一節(jié)電磁理論的基本定律一、磁路的概念1.主磁通和漏磁通當(dāng)線圈中通以電流后，大部分磁感線沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路，這部分磁通稱為主磁通；還有一部分磁通，沒有經(jīng)過氣隙和銜鐵，而是經(jīng)空氣自成回路，這部分磁通稱為漏磁通。2.磁路磁通經(jīng)過的閉合路徑叫磁路。磁路和電路一樣，分為有分支磁路和無分支磁路兩種類型。對(duì)磁路的幾點(diǎn)說明（l）磁路是由鐵磁材料組成的閉合路徑，在某些情況下，也含有微小的空氣間隙。（2）磁路中的磁通是由通有電流的線圈產(chǎn)生的，也可以是永久磁鐵產(chǎn)生的，磁通基本上沿著磁路而閉合。（3）磁路分為無分支磁路（見圖（a）、（b）、（c））和有分支磁路（見圖（d））。有分支磁路的分支處稱為磁路的節(jié)點(diǎn)。（4）無分支磁路中，若磁路由同一種材料組成，而且截面積處處相等，稱為均勻磁路，否則稱為非均勻磁路。

1.全電流定律在電機(jī)中通常都是由線圈通電來建立磁場，電流大小和方向決定著它所產(chǎn)生磁場的強(qiáng)弱和方向。（1）右手螺旋定則電流與它所產(chǎn)生的磁場，兩者的方向關(guān)系用右手螺旋定則來判定。判定通電直導(dǎo)線所產(chǎn)生磁場的方向時(shí)，用大拇指代表電流方向，其他四指所指的環(huán)繞方向則為磁力線方向（見圖（a））。判定通電線圈所產(chǎn)生磁場的方向時(shí)，用四指環(huán)繞方向代表線圈中電流方向，則大拇指所指方向即線圈內(nèi)部的磁場方向（見圖（b）），圖（c）是圖（b）的一種示意圖。二、電磁理論的基本定律

（2）全電流定律在磁場中，磁場強(qiáng)度的切向分量沿任一磁通閉合回路的線積分等于該回路所包圍的電流代數(shù)和。磁場強(qiáng)度沿閉合回路的線積分，其結(jié)果與積分路徑無關(guān)。因此有

式中，H—沿該回路上各點(diǎn)切線方向的磁場強(qiáng)度分量；

i—導(dǎo)體中的電流，電流的正負(fù)號(hào)這樣確定：凡導(dǎo)體電流方向與積分路徑方向符合右手螺旋關(guān)系，則電流為正，反之為負(fù);—該磁路的磁動(dòng)勢，簡稱磁勢，以F表示。全電流定律是電機(jī)和變壓器計(jì)算的基礎(chǔ)。若磁路是由不同材料或不同長度和截面積的數(shù)段組成的，則全電流定律可表示為

式中，N—有效導(dǎo)體數(shù)，在此等于線圈匝數(shù)；

Hili—磁路各段的磁壓降（i=1,2,3,4）；

li—磁路工程計(jì)算的平均長度（i=1,2,3,4）；—空氣隙長度。由物理學(xué)知識(shí)可知：磁場強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B及磁導(dǎo)率u的關(guān)系為

工程上，常將磁感應(yīng)強(qiáng)度B表示為單位面積的磁通量，稱為磁通密度，簡稱磁密。

式中，—磁路磁通量；S—磁路截面積。磁力線總是閉合的，這一現(xiàn)象稱為磁通連續(xù)性。事實(shí)上，由于漏磁通的存在，磁路中各截面的磁通量并不相等，而且各段鐵心的飽和程度不同，其相應(yīng)的磁導(dǎo)率也不相同。類比電阻的計(jì)算式，可定義磁路的磁阻

則式可寫為

如圖1-5（a）所示，當(dāng)與線圈AA’交鏈的磁通發(fā)生變化時(shí)，在該線圈中產(chǎn)生的電勢為

式中，，即，稱為線圈的磁鏈。在此，設(shè)感應(yīng)電勢的參考方向與磁通滿足右手螺旋定則，如圖1-5（b）所示。當(dāng)增加時(shí)，線圈中感應(yīng)電勢的實(shí)際方向與所設(shè)正方向相反，具有反抗磁通變化的趨勢，故上式中有負(fù)號(hào)。2.電磁感應(yīng)定律一般情況下，磁通是時(shí)間

和線圈對(duì)磁場相對(duì)位移的函數(shù)，即。因此，式展開為

在上式中，若，則

稱為變壓器電勢。在上式中，若則

稱為速度電勢，在電機(jī)理論中，也稱為旋轉(zhuǎn)電勢。3.電磁力定律通電導(dǎo)體在磁場中將受到力的作用，這種力稱作電磁力。當(dāng)電流方向與磁場方向互相垂直時(shí)，如圖1-7（a）所示，電磁力的大小為式中，—導(dǎo)體中電流。電磁力的方向用左手定則來判定：手心迎著磁場方向，四指代表電流方向，則大拇指所指方向?yàn)殡姶帕Ψ较?，如圖1-7（b）所示。同樣，要求、和三者空間方向應(yīng)相互垂直。3.電路定律電路定律是指基爾霍夫電流定律及電壓定律，即和。電壓定律表明：任一電路中，沿某一方向環(huán)繞回路一周，該回路內(nèi)所有電勢的代數(shù)和等于所有電壓降的代數(shù)和?；芈分懈鱾€(gè)電量的正、負(fù)號(hào)這樣來確定：先規(guī)定電流、電勢和電壓的參考方向，然后選定環(huán)繞回路一周的參考方向；凡是各電量的參考方向與環(huán)繞方向一致的取正號(hào)，反之則取負(fù)號(hào)。鐵磁物質(zhì)包括鐵、鎳、鈷等以及它們的合金。將這些材料放入磁場中，磁場會(huì)顯著增強(qiáng)。鐵磁材料在外磁場中呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性，此現(xiàn)象稱為鐵磁物質(zhì)的磁化（圖示1-8）。第二節(jié)常用的鐵磁材料及其特性一、鐵磁材料的磁化二、磁化曲線和磁滯回線

1.起始磁化曲線將一塊尚未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化，當(dāng)磁場強(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（圖示）。分析：起始磁化曲線基本上可分為四段磁化曲線開始拐彎的b點(diǎn)，稱為膝點(diǎn)或飽和點(diǎn)

2.磁滯回線圖1-10鐵磁材料的磁滯回線HBabcdef

Br稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡稱剩磁密度；Hc稱為矯頑力，鐵磁材料所具有的這種磁通密度B的變化滯后于磁場強(qiáng)度H變化的現(xiàn)象，叫做磁滯。呈現(xiàn)磁滯現(xiàn)象的B-H閉合回線，稱為磁滯回線，

3.基本磁化曲線對(duì)同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強(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，所得的曲線。（圖示）基本磁化曲線與起始磁化曲線的差別很小基本磁化曲線HB三、鐵磁材料

磁滯回線窄，剩磁和矯頑力都小的材料，稱為軟磁材料，常用的軟磁材料有電工硅鋼片、鑄鐵、鑄鋼等。軟磁材料磁導(dǎo)率較高。如圖1-13a示。碰滯回線寬，剩磁Br和矯頑力Hc都大的鐵磁材料稱為硬磁材料，如圖1-13b所示。由于剩磁大，可用以制成永久磁鐵，因而硬磁材料亦稱為永磁材料，如鋁鎳鉆、鐵氧體、稀土鈷、釹鐵硼等。1.軟磁材料2.硬磁材料四、鐵芯損耗1.磁滯損耗

鐵磁材料置于交變磁場中，材料被反復(fù)交變磁化，磁疇相互不停地摩擦而消耗能量，并以產(chǎn)生熱量的形式表現(xiàn)出來，造成的損耗稱為磁滯損耗。工程上可寫為：

為磁滯損耗系數(shù)2.渦流損耗

當(dāng)通過鐵心的磁通隨時(shí)間變化時(shí)，鐵心中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，并引起環(huán)流。這些環(huán)流在鐵心內(nèi)部作旋渦狀流動(dòng)，稱為渦流，渦流在鐵心中引起的損耗，稱為渦流損耗。（圖示）分析可得：為渦流損耗系數(shù)第三節(jié)直流磁路的計(jì)算(1)將磁路進(jìn)行分段，每一段磁路應(yīng)是均勻的（即材料相同，截面相同），算出各段的截面積S磁路的平均長度l.(2)根據(jù)已給定的磁通（單位為Wb)，由計(jì)算出各段的磁通密度（單位為T）。(3)根據(jù)各段的磁通密度B，求出對(duì)應(yīng)的磁場強(qiáng)度H（單位為A/m)。有兩種類型：①對(duì)鐵磁材料，由相應(yīng)的基本磁化曲線（或表格）從B查出H；②對(duì)空氣氣隙或非磁性間隙，由H=B/u0，?？紤]到氣隙磁場的邊緣效應(yīng)，在計(jì)算氣隙有效面積時(shí)，通常在長、寬方向各增加一個(gè)氣隙長度值。(4)根據(jù)各段的磁場強(qiáng)度H和磁路段平均長度l，計(jì)算各段磁壓降Hl。（5）由全電流定律，求出F=NI(單位為A)，并計(jì)算出線圈電流I。

工程計(jì)算，已知磁通求磁動(dòng)勢F第四節(jié)交流磁路的特點(diǎn)1.交流磁路中，激磁電流是交流，因此磁路中的磁動(dòng)勢及其所激勵(lì)的磁通均隨時(shí)間而交變，但每一瞬時(shí)仍和直流磁路一樣，遵循磁路的基本定律。2.就瞬時(shí)值而言，通常情況下，可以使用相同的基本磁化曲線。3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁動(dòng)勢和磁場強(qiáng)度則用有效值表示。1.磁通量隨時(shí)間交變，必然會(huì)在激磁線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢；2.磁飽和現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致電流、磁通和電動(dòng)勢波形的畸變。

特點(diǎn)交變磁通的兩個(gè)效應(yīng)第二章變壓器第一節(jié)變壓器的工作原理和基本結(jié)構(gòu)第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行第三節(jié)單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行第四節(jié)三相變壓器第五節(jié)等效電路參數(shù)的測定第六節(jié)標(biāo)幺值第七節(jié)變壓器的運(yùn)行特性第八節(jié)變壓器的并聯(lián)運(yùn)行第九節(jié)自耦變壓器和儀用互感器～第一節(jié)、變壓器的工作原理和基本結(jié)構(gòu)一次繞組二次繞組鐵芯負(fù)載一、變壓器的簡單工作原理變壓器鐵心的結(jié)構(gòu)有心式、殼式等形式。殼式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心包圍繞組的頂面、底面和側(cè)面，心式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心柱被繞組包圍，殼式結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度較好，但制造復(fù)雜，常用于低壓、大電流的變壓器或小容量電源變壓器。變壓器的主要結(jié)構(gòu)：鐵心和繞組。鐵心是變壓器的磁路部分；繞組是變壓器的電路部分。二、變壓器的基本結(jié)構(gòu)心式變壓器殼式變壓器高壓繞組低壓繞組高壓繞組低壓繞組繞組有同心式和交疊式兩種繞組式變壓器的電路部分，一般用銅或鋁的絕緣導(dǎo)線繞成。額定值是制造廠對(duì)變壓器在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。額定值通常標(biāo)注在變壓器的銘牌上。變壓器的額定值主要有：三、變壓器額定值1.額定容量SN

額定容量是指額定運(yùn)行時(shí)的視在功率。以VA、kVA或MVA表示。由于變壓器的效率很高，通常一、二次側(cè)的額定容量設(shè)計(jì)成相等。2.額定電壓U1N和U2N

正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓稱為變壓器一次側(cè)的額定電壓U1N。二次側(cè)的額定電壓U2N是指變壓器一次側(cè)加額定電壓時(shí)二次側(cè)的空載電壓。額定電壓以V或kV表示。對(duì)三相變壓器，額定電壓是指線電壓。3.額定電流I1N和I2N

根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出的線電流，稱為額定電流，以A表示。

對(duì)單相變壓器對(duì)三相變壓器4.額定頻率fN我國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)50Hz除額定值外，變壓器的相數(shù)、繞組連接方式及聯(lián)結(jié)組別、短路電壓、運(yùn)行方式和冷卻方式等均標(biāo)注在銘牌上。額定狀態(tài)是電機(jī)的理想工作狀態(tài)，具有優(yōu)良的性能，可長期工作。一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況空載運(yùn)行：是指變壓器原繞組接到額定電壓、額定頻率的電源上，副繞組開路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。第二節(jié)、單相變壓器的空載運(yùn)行空載運(yùn)行電磁關(guān)系二、主磁通與感應(yīng)電動(dòng)勢假定主磁通按正弦規(guī)律變化，即Φ=Φmsinωt根據(jù)電磁感應(yīng)定律和對(duì)正方向規(guī)定，一、二次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為：式中：

在變壓器中，原、副繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢E1和E2之比稱為變壓器的變比，用表示，即：上式表明，變壓器的變比等于原、副繞組的匝數(shù)比。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，由于U1≈E1

，U20≈E2，故可近似地用空載運(yùn)行時(shí)原、副方的電壓比來作為變壓器的變比，即三、空載電流變壓器空載運(yùn)行時(shí)原繞組中的電流主要用來產(chǎn)生磁場，又稱為勵(lì)磁電流，分析它的波形：當(dāng)考慮鐵心損耗時(shí)，勵(lì)磁電流中還必須包含鐵耗分量，即

這時(shí)勵(lì)磁電流將超前磁通一相位角

根據(jù)對(duì)正方向的規(guī)定，得到空載時(shí)電動(dòng)勢平衡方程式：

將漏感電動(dòng)勢寫成壓降的形式：四、空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢平衡方程式、向量圖和等效電路式中

Z1=R1+1σ——原繞組的漏阻抗。對(duì)于電力變壓器，空載時(shí)原繞組的漏阻抗壓降I0Z1很小，其數(shù)值不超過U1的0.2%，將I0Z1忽略，則上式變成：在副方，由于電流為零，則副方的感應(yīng)電動(dòng)勢等于副方的空載電壓，即：

空載時(shí)的相量圖:已知0空載時(shí)的相量圖和等效電路考慮鐵耗（磁滯、渦流），激磁電流不再與主磁通同相，而是導(dǎo)前一個(gè)磁滯角。如果用電路參數(shù)來表示

而變壓器空載時(shí)從原側(cè)看進(jìn)去的等效阻抗Z0為

式中：稱為變壓器的勵(lì)磁阻抗。這樣,變壓器原方的電動(dòng)勢方程可寫成變壓器等值電路

等值電路綜合了空載時(shí)變壓器內(nèi)部的物理情況，在等值電路中r1、x1是常量；rm、xm是變量，它們隨鐵心磁路飽和程度的增加而減少。電壓方程：第三節(jié)單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行在前面我們通過分析了解了變壓器的空載運(yùn)行情況，當(dāng)變壓器原方接入交流電源，副方接上負(fù)載時(shí)的運(yùn)行方式稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁情況：如圖所示一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁動(dòng)勢平衡方程式

空載和負(fù)載時(shí)電壓不變，感應(yīng)電勢E1也不變，所以主磁通不變。即：負(fù)載時(shí)磁路總磁動(dòng)勢＝空載磁動(dòng)勢負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢平衡方程式可寫為：

或：抵消二次側(cè)的磁動(dòng)勢總磁勢不變

由于原、副繞組的匝數(shù)Ｎ１Ｎ２，原、副繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢Ｅ1Ｅ2，變壓器原邊和副邊沒有直接電路的聯(lián)系，只有磁路的聯(lián)系。副邊的負(fù)載通過磁勢影響原邊。因此只要副邊的磁勢不變，可保證原邊的物理量不變。常用一假想的繞組來代替副邊繞組，使之成為變比k=１的變壓器，這樣就可以把原、副繞組聯(lián)成一個(gè)等效電路，從而大大簡化變壓器的分析計(jì)算。這種方法稱為繞組折算。折算后的量在原來的符號(hào)上加一個(gè)上標(biāo)號(hào)“′”以示區(qū)別。三、變壓器參數(shù)的折算

折算的本質(zhì)：只要保持副方的磁動(dòng)勢不變，則變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系的本質(zhì)就不會(huì)改變。即折算前后副方對(duì)整個(gè)回路的電磁關(guān)系的影響關(guān)系不能發(fā)生變化！副方各量折算方法如下：1）副方電流的折算值:

由副邊向原邊折算保持折算前后不變，則折算后磁勢折算前磁勢2）付方電動(dòng)勢的折算值：

由于折算前后主磁通和漏磁通均未改變，根據(jù)電動(dòng)勢與匝數(shù)成正比的關(guān)系可得同理，3）付方漏阻抗的折算值：根據(jù)折算前后副繞組的銅損耗不變的原則：4）副邊電壓的折算值5）副邊阻抗的折算值銅耗：有功輸出：無功輸出：基本方程式四、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式、等效電路和相量圖（1）T型等效電路T型等效電路：相量圖（2）型等值電路與簡化等值電路實(shí)際變壓器中，I1N>>I0，負(fù)載變化時(shí)變化不大。則將T型等效電路中的勵(lì)磁支路移出，并聯(lián)在電源端口,得到型等值電路。簡化的等值電路負(fù)載運(yùn)行時(shí)，I0在I1N中所占的比例很小。在工程實(shí)際計(jì)算中，忽略I0，將激磁回路去掉，得到更簡單的阻抗串聯(lián)電路。rk稱為短路電阻；xk稱為短路電抗；Zk為短路阻抗?？蛰d運(yùn)行時(shí)，不能用簡化的等值電路。感性負(fù)載和容性負(fù)載的簡化相量圖變壓器接感性負(fù)載，負(fù)載阻抗由電阻和電感組成。滯后；接容性負(fù)載，負(fù)載阻抗由電阻和電容組成，超前。

一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)可分為各相磁路獨(dú)立和各相磁路相關(guān)兩大類。磁路獨(dú)立的三相變壓器組或稱三相組式變壓器:第四節(jié)三相變壓器各相磁路相關(guān)的三鐵心柱變壓器：中間鐵心柱的主磁通為三相主磁通的總和可以省去鐵心柱。為結(jié)構(gòu)簡單，將三個(gè)鐵芯柱排在一個(gè)平面磁路長短不一，勵(lì)磁電流占很小比例，影響不大。各相磁通之間是相互聯(lián)系的，三相對(duì)稱時(shí)三相磁通也對(duì)稱，即：

中間鐵心柱沒有磁通：將三個(gè)鐵芯柱排在一個(gè)平面作成圖b.c二、三相變壓器繞組的聯(lián)接繞組的端點(diǎn)標(biāo)志與極性：首先，我們來了解一下變壓器出線端的標(biāo)志符號(hào)：繞組名

單相變壓器三相變壓器首端末端首端末端中點(diǎn)高壓繞組U1U2U1V1W1U2V2W2N低壓繞組u1u2u1v1w1

u2v2w2n（1）三相繞組的聯(lián)結(jié)法：對(duì)于三相變壓器，不論是高壓繞組還是低壓繞組，我國主要采用星形連接（Y連接）和三角形連接（D連接）曲折聯(lián)結(jié)（Z聯(lián)結(jié)）三種。有中性點(diǎn)時(shí)用YN、ZN表示。星形連接方式：以高壓繞組為例，把三相繞組的３個(gè)末端U2V2W2連在一起，結(jié)成中點(diǎn)，而把它們的三個(gè)首端U1、V1、W1引出，便是星形連接，以符號(hào)Y表示。三角形連接方式：如果把一相的末端和另一相首端連接起來，順序形成一閉合電路，稱為三角形連接，用D表示。注意：相應(yīng)的是對(duì)于低壓側(cè)而言，用y,d表示。

連接組別：反映三相變壓器連接方式及一、二次線電動(dòng)勢（或線電壓）的相位關(guān)系。三相變壓器的連接組別不僅與繞組的繞向和首末端標(biāo)志有關(guān)，而且還與三相繞組的連接方式有關(guān)。理論和實(shí)踐證明，無論采用怎樣的連接方式，一、二次側(cè)線電動(dòng)勢（電壓）的相位差總是300的整數(shù)倍。因此可以采用時(shí)鐘表示法——作為時(shí)鐘的分針，指向12點(diǎn)，作為時(shí)鐘的時(shí)針，其指向的數(shù)字就是三相變壓器的組別號(hào)。組別號(hào)的數(shù)字乘以300，就是二次繞組的線電動(dòng)勢滯后于一次側(cè)電動(dòng)勢的相位角。（2）三相變壓器聯(lián)結(jié)組同名端在對(duì)應(yīng)端，對(duì)應(yīng)的相電動(dòng)勢同相位，線電動(dòng)勢和也同相位，聯(lián)結(jié)組別為Y，y0。1、Y，y連接2、Y，d連接

同名端在對(duì)應(yīng)端，對(duì)應(yīng)的相電動(dòng)勢同相位，線電動(dòng)勢和相差3300，連接組別為Y，d11。

總之，對(duì)于Y，y（或D，d）連接，可以得到0、2、4、6、8、10等六個(gè)偶數(shù)組別；而Y，d（或D，y）連接，可以得到1、3、5、7、9、11等六個(gè)奇數(shù)組別。

變壓器的連接組別很多，為了便于制造和并聯(lián)運(yùn)行，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0連接組為三相雙繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)連接組別。

其中前三種最為常用：Y,yn0連接的二次繞組可以引出中線，成為三相四線制，用作配電變壓器時(shí)可兼供動(dòng)力和照明負(fù)載。Y,d11連接用于低壓側(cè)電壓超過400V的線路中。YN,d11連接主要用于高壓輸電線路中，使電力系統(tǒng)的高壓側(cè)可以接地。i0中有無i03

，看電路連接中有無i03通路，Y連接中，無i03通路，i0為正弦波；YN或D連接，i03可以在繞組中流過，i0為尖頂波。

對(duì)三相變壓器，由于繞組的連接方式不同，i0

中可能無i03

，使Φ和e1為非正弦波——同樣可分解為基波和三次諧波（忽略其它高效次諧波）。

Φ中有無Φ3

，看磁路結(jié)構(gòu)，三相組式變壓器，Φ3可以在鐵心中流過，Φ為平頂波；三相心式變壓器，Φ3不能在鐵心中流過，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大，Φ3很小，Φ基本為正弦波。3、繞組接法對(duì)和磁路系統(tǒng)對(duì)二次側(cè)電壓波形的影響（一）Y，y聯(lián)結(jié)的三相變壓器一次側(cè)Y接線，i03=0，i0為正弦波，磁通Φ應(yīng)為平頂波。（2）對(duì)三相心式變壓器，Φ3不能在鐵心中流過，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大，Φ3很小，Φ基本為正弦波，感應(yīng)電動(dòng)勢e也基本為正弦波。但通過油箱壁時(shí)將產(chǎn)生渦流損耗，造成局部過熱，降低變壓器的效率，因此，容量大于1800kVA時(shí)，不宜采用心式Y(jié)，y連接。（1）對(duì)三相組式變壓器，Φ3可以在鐵心中存在，所以Φ為平頂波，感應(yīng)電動(dòng)勢e為尖頂波，其中的三次諧波幅值可達(dá)基波幅值的45%~60%，使相電動(dòng)勢的最大值升高很多，可能擊穿繞組絕緣，因此，三相組式變壓器不采用Y，y連接。（二）Y，d聯(lián)結(jié)的三相變壓器一次繞組Y連接，i03=0，i0為正弦波，Φ應(yīng)為平頂波，其中的Φ3在二次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢e23，并在D內(nèi)產(chǎn)生i23。i23建立的磁通Φ23大大削弱Φ3的作用，因此合成磁通和電動(dòng)勢均接近正弦波。第五節(jié)等效參數(shù)的測定

變壓器等效電路中的各種電阻、電抗或阻抗如Rk、xk、rm、xm等稱為變壓器的參數(shù)，它們對(duì)變壓器運(yùn)行能有直接的影響。所以，我們有必要看一下各種參數(shù)是如何測定得通過實(shí)驗(yàn)的方法。一、空載實(shí)驗(yàn)：試驗(yàn)?zāi)康?測定變壓器的空載電流I0、變比k、空載損耗p0及勵(lì)磁阻抗Zm=rm+jxm?？蛰d試驗(yàn)接線：如圖所示

注意：為了便于測量和安全起見，通常在低壓側(cè)加電壓，將高壓側(cè)開路。實(shí)驗(yàn)過程：外加電壓從額定電壓開始在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸陔妷鹤兓倪^程中，記錄相應(yīng)的空載電流，空載損耗，作出相應(yīng)的曲線，找出當(dāng)電壓為額定時(shí)相對(duì)應(yīng)的空載電流和空載損耗，作為計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)得依據(jù)。結(jié)論：在空載情況下，我們可以從前面所學(xué)的空載等效電路圖中看出，空載時(shí)，Z0=Z1+Zm=（r1+jχ1）+（rm+jχm）。通常rm>>r1，χm>>χ1，故可認(rèn)為Z0＝Zm=rm+jχm，于是：測得相關(guān)勵(lì)磁參數(shù)。

注意：1.由于勵(lì)磁參數(shù)與磁路的飽和程度有關(guān)，故應(yīng)取額定電壓下的數(shù)據(jù)來計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)。2.對(duì)于三相變壓器，按上式計(jì)算時(shí)U1、I0、p0均為每相值。但測量給出的數(shù)據(jù)卻是線電壓、線電流和三相總功率，3.此時(shí)的空載損耗p0為鐵耗.。由于空載試驗(yàn)是在低壓側(cè)進(jìn)行的，故測得的激磁參數(shù)是折算至低壓側(cè)的數(shù)值。如果需要折算到高壓側(cè)，應(yīng)將上述參數(shù)乘κ2。這里κ是變壓器的變化，可通過空載試驗(yàn)求出：二、短路實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)過程：將變壓器的副邊直接短路，副邊的電壓等于零，稱為變壓器短路運(yùn)行方式。實(shí)驗(yàn)方法：為便于測量，通常在高壓側(cè)加電壓，將低壓側(cè)短路。短路試驗(yàn)將在降低電壓下進(jìn)行，使Ik不超過1.2I1N。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸诓煌碾妷合聹y出短路特性曲線Ik=f(Uk)、pk=f（Uk），如圖所示，根據(jù)額定電流時(shí)的pk、Uk值，可以計(jì)算出變壓器的短路參數(shù)。

Xk=注意：1.短路時(shí)，從短路的等效電路圖可以看出，此時(shí)的短路損耗以銅耗為主2.因電阻會(huì)隨著溫度發(fā)生變化，所以，我們的所得值要換算到標(biāo)準(zhǔn)工作溫度下75度：rk75℃=rk（對(duì)銅導(dǎo)線而言）

rk75℃=rk（對(duì)鋁線）所以，相應(yīng)的Zk75℃=

短路損耗和短路電壓也應(yīng)換算到750C的值pkN=rk75℃

UkN=I1N

Zk75℃

對(duì)于三相變壓器，按上式計(jì)算時(shí)pk、Ik、Uk均為一相的數(shù)值。對(duì)標(biāo)幺值的認(rèn)識(shí)（1）標(biāo)么值是兩個(gè)具有相同單位的物理量（實(shí)際值和選定的固定值）之比，沒有量綱。（2）選定基值時(shí)，對(duì)于電路計(jì)算U、I、Z和S中，兩個(gè)量的基值是任意選定，其余兩個(gè)量的基值根據(jù)電路的基本定律計(jì)算。（3）功率的基值是指視在功率的基值，同時(shí)也是有功和無功功率的基值。阻抗基值也是電阻和電抗的基值。（4）計(jì)算單臺(tái)變壓器時(shí)，通常以變壓器的額定值作為基值。第六節(jié)變壓器的標(biāo)幺值標(biāo)么值的優(yōu)點(diǎn)（1）不論變壓器的容量大小，標(biāo)么值表示的各參數(shù)和典型的性能數(shù)據(jù)，通常都在一定的范圍，便于比較和分析；如（2）用標(biāo)么值表示，歸算到原邊和副邊的變壓器參數(shù)恒相等。換言之，用標(biāo)么值計(jì)算時(shí)不需要折算。（3）某些物理量的標(biāo)么值具有相同的數(shù)值，簡化計(jì)算（4）可通過標(biāo)么值判斷運(yùn)行情況。第七節(jié)變壓器的運(yùn)行特性一、外特性與電壓調(diào)整率IUUNIN（超前）（落后）1.外特性變壓器的原、副邊繞組都具有漏阻抗，負(fù)載電流流過漏阻抗，在變壓器內(nèi)部就引起電壓降落。變化曲線即為變壓器的外特性曲線。當(dāng)原繞組外施電壓和負(fù)載性質(zhì)不變時(shí)，副邊端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律。U2＝f（I2）I2U2UNIN用標(biāo)么值表示：2.電壓調(diào)整率電壓變化率是指一次側(cè)加50Hz額定電壓、二次空載電壓與帶負(fù)載后在某功率因數(shù)下的二次電壓之差，與二次額定電壓的比值，即電壓變化率是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。用相量圖可以推導(dǎo)出電壓變化率的表達(dá)式：用簡化相量圖求ΔUoBACEFD可以用簡化相量圖求ΔUoBACEFD用標(biāo)么值表示：當(dāng)I1＝I1N由參數(shù)表達(dá)的電壓變化率可以看出：（1）感性負(fù)載時(shí)，2>0，U為正；容性負(fù)載，2<0，U可正可負(fù)。實(shí)際運(yùn)行中一般是感性負(fù)載，端電壓下降5~8%。（2）如果不在額定負(fù)載時(shí)運(yùn)行，定義負(fù)載系數(shù)二、變壓器的效率與效率特性變壓器效率的大小與負(fù)載、功率因數(shù)及變壓器本身參數(shù)有關(guān)。效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。變壓器的損耗變壓器的損耗主要是鐵損耗和銅損耗兩種。

鐵損耗包括基本鐵損耗和附加鐵損耗?；捐F損耗為磁滯損耗和渦流損耗。附加損耗包括由鐵心疊片間絕緣損傷引起的局部渦流損耗、主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。

鐵損耗與外加電壓大小有關(guān)，而與負(fù)載大小基本無關(guān)，故也稱為不變損耗。

銅損耗也分基本銅損耗和附加銅損耗?；俱~損耗是在電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應(yīng)引起的損耗以及漏磁場在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。

銅損耗大小與負(fù)載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。短路實(shí)驗(yàn)電流額定：在任意負(fù)載下：應(yīng)用間接法計(jì)算電力變壓器效率，又稱損耗分析法。其優(yōu)點(diǎn)在于無需給變壓器直接加負(fù)載，也無需運(yùn)用等效電路計(jì)算，只要進(jìn)行空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)，測出額定電壓時(shí)的空載損耗p0和額定電流時(shí)的短路損耗pkN就可以方便地計(jì)算出任意負(fù)載下的效率。不考慮變壓器副邊電壓的變化，即認(rèn)為U2=U2N不變：當(dāng)原繞組外施電壓和副繞組的負(fù)載功率因數(shù)不變時(shí)，變壓器效率隨負(fù)載電流變化的規(guī)律。＝f(I2)或η=f(β),稱為變壓器的效率特性。.

即當(dāng)銅損耗等于鐵損耗(可變損耗等于不變損耗)時(shí),變壓器效率最大：或?yàn)榱颂岣咦儔浩鞯倪\(yùn)行效益，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使變壓器的鐵損耗小些第八節(jié)、變壓器的并聯(lián)運(yùn)行一、并聯(lián)運(yùn)行的理想條件并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：

并聯(lián)運(yùn)行是指將幾臺(tái)變壓器的一、二次繞組分別接在一、二次側(cè)的公共母線上，共同向負(fù)載供電的運(yùn)行方式。并聯(lián)運(yùn)行的理想情況是：1、空載時(shí)各變壓器繞組之間無環(huán)流；2、負(fù)載后，各變壓器的負(fù)載系數(shù)相等；3、負(fù)載后，各變壓器的負(fù)載電流與總的負(fù)載電流同相位。1、提高供電的可靠性；2、提高供電的經(jīng)濟(jì)性。

為了達(dá)到上述理想運(yùn)行情況，并聯(lián)運(yùn)行的變壓器需滿足以下條件：1、各變壓器一、二次側(cè)的額定電壓分別相等，即變比相同；2、各變壓器的連接組別相同；3、各變壓器的短路阻抗（短路電壓）的標(biāo)么值相等，且短路阻抗角也相等。其中，第二條必須絕對(duì)滿足。二、并聯(lián)運(yùn)行的負(fù)載分配（1）變比不等時(shí)的環(huán)流（2）變比相等時(shí)的負(fù)載分配第九節(jié)、自耦變壓器和儀用互感器一.自耦變壓器

自耦變壓器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)單繞組變壓器，原、副邊之間不僅有磁的聯(lián)系，而且還有電的直接聯(lián)系。自耦變壓器有單相，也有三相，每一個(gè)鐵心柱上套著兩個(gè)繞組，兩繞組串聯(lián)，繞向一致。繞組ax既為副繞組又同時(shí)是原繞組的一部分，稱為公共繞組，而Aa繞組稱為串聯(lián)繞組，一般繞組Aa匝數(shù)少于ax繞組匝數(shù)。電壓、電流和容量關(guān)系根據(jù)全電流定律，勵(lì)磁磁動(dòng)勢為串聯(lián)繞組磁動(dòng)勢與公共繞組磁動(dòng)勢之和，即：根據(jù)電壓定律得原、副邊的方程式：若忽略漏阻抗壓降，則：（為自耦變壓器變化）結(jié)論：自耦變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，原、副邊電壓之比近似等于原、副邊電流之比等于，這點(diǎn)與雙繞組變壓器一樣。若忽略勵(lì)磁電流（），則：用途：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：主要用在高壓電力系統(tǒng)中兩個(gè)電壓相差不大的電網(wǎng)上，小容量自耦變壓器也被用作實(shí)驗(yàn)室中的調(diào)壓設(shè)備比雙繞組電力變壓器省材料，成本低，效率高。1）短路阻抗標(biāo)幺值比雙繞組小，短路電流較大。2）由于自耦變壓器原副邊有電的直接聯(lián)系，高壓邊過電壓時(shí)，低壓邊也產(chǎn)生嚴(yán)重的過電壓，兩邊均需要裝設(shè)避雷器。二、儀用互感器電壓互感器和電流互感器又稱儀用互感器，是電力系統(tǒng)中使用的測量設(shè)備，其工作原理與變壓器基本相同。使用互感器的目的是：1．與小量程的標(biāo)準(zhǔn)化電壓表和電流表配合測量高電壓、大電流；2．使測量回路與被測回路隔離，以保障工作人員和測試設(shè)備的安全；3．為各類繼電保護(hù)和控制系統(tǒng)提供控制信號(hào)。1、電壓互感器：當(dāng)忽略漏抗時(shí)：

≈

==這樣，被測電壓U1=K?U2但實(shí)際上很明顯，電壓互感器存在著誤差，這個(gè)誤差包括變比誤差和相位誤差。在使用電壓互感器時(shí)應(yīng)注意：1．副方不允許短路，否則會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，燒壞互感器的繞組；2．副方應(yīng)可靠接地；3．副方接入的阻抗不得小于規(guī)定值。2、電流互感器如右圖所示如果將勵(lì)磁電流忽略，根據(jù)磁動(dòng)勢平衡關(guān)系：式中，ki為電流互感器的變流比，顯然，當(dāng)測量出I2后，被測電流I1=KiI2在實(shí)際中，由于勵(lì)磁電流和漏阻抗的影響，電流互感器也存在著誤差。電流互感器在使用時(shí)應(yīng)注意：1．電流互感器工作時(shí)，二次側(cè)繞組不允許開路。為此，在電流互感器二次電路中不允許裝設(shè)熔斷器；在二次電路中拆裝儀表時(shí)，必須先將二次側(cè)繞組短路。2.為了安全，電流互感器的鐵心、金屬外殼和二次繞組的一端也必須接地。第三章變壓器交流電機(jī)基礎(chǔ)及三相異步電動(dòng)機(jī)第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理第二節(jié)交流電機(jī)的繞組及其感應(yīng)電動(dòng)勢第三節(jié)交流電機(jī)繞組的磁動(dòng)勢第四節(jié)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的三相異步電動(dòng)機(jī)第五節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的三相異步電動(dòng)機(jī)第六節(jié)籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)、相數(shù)、匝數(shù)和繞組系數(shù)第七節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩第八節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測定第九節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由定子和轉(zhuǎn)子組成，定轉(zhuǎn)間有氣隙（小好）。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同分籠型和繞線轉(zhuǎn)子兩種。定子同。（一）定子由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座三個(gè)主要部分組成。鐵心內(nèi)圓周槽安放定子三相對(duì)稱繞組。第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理(二)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周上槽內(nèi)安放轉(zhuǎn)子繞組。繞線型：常接成Y形，可串入電阻啟動(dòng)和調(diào)整速時(shí)用。轉(zhuǎn)子繞組籠型：由槽內(nèi)導(dǎo)條和端環(huán)構(gòu)成三相對(duì)稱閉合繞組。二、異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理定子加三相對(duì)稱電壓后，定子三相對(duì)稱繞組流過三相對(duì)稱電流，在氣隙圓周上產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。同步轉(zhuǎn)速：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速n1。基本原理：旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組并在繞組回路中產(chǎn)生電流，電流在磁場中受力是使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。穩(wěn)定運(yùn)行：當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。異步：在正常電動(dòng)運(yùn)行下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n2一定小于同步轉(zhuǎn)速n1，即存在轉(zhuǎn)速差，故稱異步。正是有轉(zhuǎn)速差Δn才會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩電機(jī)才能轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)差率S：S是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù),Se=0.02---0.05之間.1>s>0電動(dòng)狀態(tài);s<0,n>n1再生發(fā)電制動(dòng);s>1,n<0反接制動(dòng).三、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)（1）額定功率PN：指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)軸端輸出的機(jī)械功率，單位一般為KW。（2）額定電壓UN：電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)定子所加的線電壓。V或KV（3）額定電流IN：定子加額定電壓，軸端輸出額定功率時(shí)的定子線電流，單位A。（4）額定頻率f1：我國工頻為50HZ。（5）額定轉(zhuǎn)速nN：額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

第二節(jié)交流電機(jī)的繞組及其感應(yīng)電動(dòng)勢三相異步電動(dòng)機(jī)和同步電機(jī)它們的三相對(duì)稱繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢是完全一樣的。一、交流電機(jī)繞組的基本知識(shí)和概念1.電角度與機(jī)械角度電機(jī)氣隙圓周在幾何上分為

3600，這個(gè)角度稱為機(jī)械角度電角度=機(jī)械角度其中p為極對(duì)數(shù)。2.線圈組成繞組的基本單元是線圈。由一匝或多匝組成，它有兩個(gè)引出端，一個(gè)叫首端，一個(gè)叫末端。3.極距對(duì)稱多相繞組通入多相對(duì)稱電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場效應(yīng)等效為旋轉(zhuǎn)的p對(duì)磁極產(chǎn)生的效應(yīng)。相鄰的一對(duì)磁極N和S所跨電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間氣隙圓周上的距離，稱為極距，用

表示，一般用定子槽數(shù)計(jì)算。設(shè)定子槽數(shù)為

Z，則極距

為4.節(jié)距線圈兩邊所跨電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間氣隙圓周上的距離，用

y表示，一般用定子槽數(shù)計(jì)算。節(jié)距

y應(yīng)接近極距

。

的繞組，稱為短距繞組；

，稱為整距繞組；

，稱為長距繞組。交流電機(jī)一般不采用長距繞組。5.槽距角定子相鄰兩個(gè)槽之間的電角度，稱為槽距角，用

表示。6.每極每相槽數(shù)每個(gè)磁極下每相繞組所占的槽數(shù)，稱為每極每相槽數(shù)，用

q表示。

式中，

m——繞組的相數(shù)。二、導(dǎo)體電動(dòng)勢以二極同步發(fā)電機(jī)為例（一）導(dǎo)體電動(dòng)勢的頻率二極時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈導(dǎo)體電動(dòng)勢變化一個(gè)周期。如極對(duì)數(shù)為P，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n1導(dǎo)體電勢頻率SNn1U1（二）導(dǎo)體電動(dòng)勢的波形導(dǎo)體電動(dòng)勢為故波形決定于磁密B氣隙磁密沿空間分布的波形B的波形不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波.電動(dòng)勢波形與磁密相一致.注:B是空間位置或空間電角度α的函數(shù),而導(dǎo)體電動(dòng)勢eU1是ωt的函數(shù).SNBαeU1ωt

.

電角度和電動(dòng)勢變化的時(shí)間是一致的.結(jié)論:繞組中含有高次諧波.消除辦法:采用矩繞組和分布的形式.(三)導(dǎo)體基波電動(dòng)勢的有效值瞬時(shí)值表達(dá)式

有效值為三、線圈電動(dòng)勢線匝：把N極下的導(dǎo)體和S極下的導(dǎo)體連成一個(gè)單匝線圈。節(jié)距y：兩個(gè)導(dǎo)體之間的距離，用槽數(shù)或弧長表示。整距線匝：y=τ（極距），y<τ稱短距線匝.(一)整距線圈的電動(dòng)勢SN.U1U2U1U2EU1.EU2.EU1.EU2.EU1U2匝電動(dòng)勢的有效值是導(dǎo)體電動(dòng)勢有效值的2倍.

EU1U2=2EU1=4.44fΦm而一個(gè)繞組元件由Ny個(gè)線匝串聯(lián)組成,則一個(gè)整距元件的電動(dòng)勢為:Eτ=4.44NyfΦm(二)短距線圈的電動(dòng)勢U1處于N極中心下時(shí)，另一邊U2不是正好在S極下中心線下，而是離開一個(gè)小的角度。

N.U1SU2ββ

EU1U2EU1EU2EU2γEU1γEU1U2γγβ節(jié)距y用空間電角度β表示有:短節(jié)距線匝電動(dòng)勢式中2EU1為整距時(shí)的匝電動(dòng)勢,ky=sin(y/τ)×900稱為短距系數(shù).如元件匝數(shù)為Ny,則它的基波電動(dòng)勢有效值為γ次諧波磁場在線匝中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為因kyγ可能很小,甚至為零(如β=120,γ=3),故EU1U2γ=0四、線圈組電動(dòng)勢把相鄰的幾個(gè)元件串聯(lián)成元件組，元件組中元件的電動(dòng)勢有效值相同，但相位不同。N⊙⊕⊕⊕⊙⊙S1231/2/3/nααEy1Ey2Ey31231/2/3/αEy1Ey2Ey3ΣEN槽距角α=2pπ/Z設(shè)元件組由q個(gè)元件串聯(lián)而成，則Kp繞組的分布系數(shù).元件組電動(dòng)勢有效值為Kw為繞組系數(shù).繞組的分布也有消減諧波的作用.γ次諧波對(duì)應(yīng)的分布系數(shù)和電動(dòng)勢五、三相單層對(duì)稱繞組單層:每個(gè)槽內(nèi)只放一個(gè)元件邊.三相對(duì)稱繞組:把電機(jī)繞組均分成三部分,在三相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢幅值相等、相位互差120度。舉例說明：假定有一臺(tái)電機(jī)，定子槽數(shù)Z=24，極數(shù)為2P=4，問題是元件怎樣組成，又怎樣把它們聯(lián)成三相對(duì)稱繞組。電機(jī)模型圖和電動(dòng)勢星形圖：先求槽距角α

電機(jī)模型圖：槽電勢星形圖：247111413568910121315161718192021222324NNSSn1131142153416517618719820219221023112412α互差1800電角度的槽內(nèi)放一個(gè)元件。如1---7、2---8要把相鄰的元件（此題為2個(gè)元件）1---7、2---8串聯(lián)起來成一個(gè)元件組；另一磁極13---19、14---20串聯(lián)成為另一元件組，該兩組中電動(dòng)勢幅值相等，相位也相同，故可將這兩元件組串聯(lián)或并聯(lián)起來構(gòu)成一相繞組。連接順序：（串聯(lián)：元件組間尾首相接）

U1（1---7）（2---8）（13---19）（14---20）U2V1（5---11）（6---12）（17---23）（18---24）V2W1

（9---15）（10---16）（21---3）（22---4）W2規(guī)律：槽1，5，9相差120度電角度，其引出端分別為三相對(duì)稱繞組的首端。20，24，4為尾端。U相繞組展開圖123456789101112131415161718192021222324U1U2U1U2并聯(lián)串聯(lián)繞組的相電勢EpEp=p4.44fqNykwΦm上式p為極對(duì)數(shù),q為元件組中的元件數(shù).并聯(lián)時(shí)取p=1.六、三相雙層對(duì)稱繞組雙層繞組每個(gè)槽分為上下兩層，每層放一個(gè)元件邊，中間加有層間絕緣。元件數(shù)等于總槽數(shù)。實(shí)例分析：一交流電機(jī)，定子槽數(shù)Z=24，極對(duì)數(shù)p=2，試安排三相對(duì)稱雙層繞組，并使并聯(lián)支路數(shù)a=1、節(jié)距y=5。用電勢星形圖。先算出槽距角α=2pπ/Z=4π/24=300由y=5知第一元件兩個(gè)元件邊分別放在1和6槽中，第二元件放在2和7槽中，按此規(guī)律放下去，共放24個(gè)。24個(gè)元件的電動(dòng)勢相量構(gòu)成一個(gè)大小相等、相位互差30度的元件電動(dòng)勢星形圖。131142153416517618719820219221023112412α方法一：每個(gè)元件組由相鄰的兩個(gè)元件組成，共組成12個(gè)元件組，每相四個(gè)元件組，連接順序表：

U1（1、2）（7、8）（13、14）（19、20）U2V1（5、6）（11、12）（17、18）（23、24）V2W1（9、10）（15、16）（21、22）（3、4）W2下劃線所示元件組表示元件組需反向串聯(lián)。雙層繞組U相展開圖600相帶.U1U2127812141924方法二:

把相鄰四個(gè)元件連成一個(gè)元件組,24個(gè)元件分成六個(gè)元件組,每相兩個(gè)元件組.如并聯(lián)去路數(shù)a=1,連接順序表為:U1(1、2、3、4)(13、14、15、16)U2V1（5、6、7、8）（17、18、19、20）V2W1（9、10、11、12）（21、22、23、24）W2

兩種方法中方法一對(duì)應(yīng)的基波電動(dòng)勢的分布系數(shù)大于方法二，即在有效消減高次諧波的同時(shí)，方法一中基波被消減的少。一般取y：τ=0.8---0.9,繞組的分布避免120相帶.七、三相對(duì)稱繞組的相電動(dòng)勢和線電動(dòng)勢三相對(duì)稱單層繞組的電動(dòng)勢為三相對(duì)稱雙層繞組的相電動(dòng)勢為若三相對(duì)稱繞組為Y聯(lián)接，則其線電壓為若三相對(duì)稱繞組為D聯(lián)接，則其線電壓為

第三節(jié)交流電機(jī)繞組的磁動(dòng)勢一、單相繞組的脈振磁動(dòng)勢

三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢是由三個(gè)單相繞組磁動(dòng)勢合成的.(一)全距集中繞組的磁動(dòng)勢單相繞組流過交流電流時(shí),產(chǎn)生的是一個(gè)脈振磁動(dòng)勢,它既是空間位置的函數(shù),又是時(shí)間的函數(shù).⊕⊙OU1U2展開方向U1U2U1X、αf（α）O（1/2）Ni⊙α-為氣隙上某點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的空間電角度，X為該點(diǎn)到原點(diǎn)的距離按弧長計(jì)算。矩形波表達(dá)式（二）單相繞組的基波脈振磁動(dòng)勢考慮時(shí)間變化時(shí)，并令電流是時(shí)間的余弦函數(shù)，即則有時(shí)空函數(shù)實(shí)際中有短矩和分布原因，磁勢中基本無高次諧波分量。消減程度由繞組系數(shù)決定。則時(shí)空函數(shù)變?yōu)椋寒?dāng)時(shí)間為某一瞬時(shí)時(shí)磁動(dòng)勢在空間分布為正弦波，當(dāng)考慮時(shí)間變化時(shí)各點(diǎn)的幅值是脈振的。一對(duì)磁極下一相繞組的匝數(shù)U1U1U2U1U2U1X、αX、αf（α）f（α）ωt=oωt=6o⊕⊙⊙⊙⊙⊕脈振頻率為繞組中電流的頻率。（四）脈振磁動(dòng)勢的分解一個(gè)脈振磁勢可分解成為兩個(gè)幅值相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。幅值為脈振磁勢最大幅值的一半。行波向右旋轉(zhuǎn)行波向左旋轉(zhuǎn)二、三相繞組的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢設(shè)三相對(duì)稱電流為空間坐標(biāo)原點(diǎn)選在U1U2繞組的軸線上，則三相對(duì)稱繞組產(chǎn)生的三基波脈振磁動(dòng)勢為合成磁動(dòng)勢為：合成磁動(dòng)勢是沿α軸正方向向前旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。其幅值是單相脈振磁動(dòng)勢幅值的1.5倍.三、磁動(dòng)勢的空間矢量表示法Fmαf（α）U1U1U2⊙⊙⊙⊕⊕U1U2αFmf（α）f（α）=FmCOSα再考慮到時(shí)間變化，F(xiàn)m是一個(gè)空間正弦量用Fm表示。隨時(shí)間變化為Fmcosωt空間旋轉(zhuǎn)矢量：用空間矢量乘以算子ejωt可表示一空間正弦波的旋轉(zhuǎn)?？臻g脈振磁動(dòng)勢表示為：

Fmcosωt=0.5Fmejωt+0.5Fme-jωt合成磁動(dòng)勢:

第四節(jié)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)一、轉(zhuǎn)子開路時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)（一）電磁狀況由于三相對(duì)稱，所以只討論一相即可。轉(zhuǎn)子繞組的相電勢注：轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)f1=f2=f1異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢比折算時(shí)用到定子漏電動(dòng)勢：定子電阻壓降：轉(zhuǎn)子開路時(shí)：轉(zhuǎn)子無電流轉(zhuǎn)子開路時(shí)電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子開路電壓（二）F與

F為空間旋轉(zhuǎn)矢量，為繞組所鏈磁動(dòng)勢時(shí)間相量二者的關(guān)系：是F在相繞組軸線上的投影。物理意義：繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢是由鏈磁動(dòng)勢產(chǎn)生的。這時(shí)與E1、E2的大小和相位關(guān)系符合e=-N（dφ/dt）公式。為與鏈磁動(dòng)勢對(duì)應(yīng)的鏈磁通。φF//F/U1U2（三）等效電路、方程式與相量圖1.等效電路2.相量圖與變壓器空載時(shí)相同.3.方程式I0I0注:在分析異步電動(dòng)機(jī)時(shí)仍可認(rèn)為即,在外加電壓和頻率不變時(shí),異步電動(dòng)機(jī)可按磁通恒定的恒電壓系統(tǒng)來進(jìn)行分析.二、轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)這時(shí)轉(zhuǎn)子短路，轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，相當(dāng)于變壓器短路。特點(diǎn)：（1）I1>I0,轉(zhuǎn)子有電流I2并產(chǎn)生轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F2,又f1=f2其它條件也相同,故（2）F1和F2同向、同速旋轉(zhuǎn),合成為氣隙圓周上的磁動(dòng)勢F0。（3）F0產(chǎn)生E1和E2（一）電磁關(guān)系定子側(cè)轉(zhuǎn)子側(cè)電壓方程式磁動(dòng)勢方程式等效電路（二）轉(zhuǎn)子繞組的折算折算原則：折算前后磁動(dòng)勢關(guān)系不變，各種功率關(guān)系不變。（1）電動(dòng)勢的折算E2E2/

折算前后應(yīng)有Ke為異步電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢比，它等于定、轉(zhuǎn)子繞組等效匝數(shù)比。（2）電流的折算按折算前后保持轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢不變原則進(jìn)行。（3）阻抗的折算折算前后功率不應(yīng)變化的原則。定、轉(zhuǎn)子電流比定、轉(zhuǎn)子相數(shù)比，繞線型m1=m2（三）折算后的方程式、等效電路和相量圖方程式等效電路圖U1I1I2/I0E！r1r2/x1x2/rmxm注：如外加額定電壓，電流很大，可能燒壞電機(jī)。

第五節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的，軸上輸出機(jī)械功率。一、轉(zhuǎn)子電路的物理情況由于轉(zhuǎn)子頻率發(fā)生了變化，所以發(fā)生變化（一）轉(zhuǎn)子頻率

n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速電勢阻抗電流S是電機(jī)的轉(zhuǎn)差率（二）轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢（三）轉(zhuǎn)子阻抗轉(zhuǎn)子電阻基本不變r(jià)2S=r20=r2轉(zhuǎn)子阻抗與頻率f2有關(guān)且成正比x2S=2πsfL2=sx20（四）轉(zhuǎn)子電流E20是轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的電勢二、磁動(dòng)勢平衡關(guān)系定子磁動(dòng)勢F2對(duì)定子的相對(duì)轉(zhuǎn)速為結(jié)論：無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n為何值，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F2與定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F1總是同速同向旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)磁動(dòng)勢相對(duì)靜止。磁動(dòng)勢平衡方程式

F1+F2=F0

或

F1=F0-F2產(chǎn)生E1、E2合成磁勢上式說明:無論電動(dòng)機(jī)是理想空載還是帶負(fù)載運(yùn)行合成磁勢F0不變.理解為只要U1不變E1就不變,則磁通和F0基本不變.三、折算與等效電路特點(diǎn)：異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢與定子電動(dòng)勢不僅數(shù)值不同，頻率也不等。折算后應(yīng)使折算方法、步驟：

1.先把電動(dòng)機(jī)折算成假想的不轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī).

這時(shí)f1=f2

旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速F2折算前后不變原則,含義有二幅值和相位因F2和I2成正比,所以可視為I2折算前后不變.折算前轉(zhuǎn)子電流

折算前實(shí)際轉(zhuǎn)子電流不轉(zhuǎn)的假想轉(zhuǎn)子電流f2f1頻率折算后定、轉(zhuǎn)子等效電路2.把轉(zhuǎn)子折算到定子電路方法與異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的折算完全相同.因此,折算后轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢方程式為Sf1f2f1=f2等效電路工程上常用簡化后的Г型等效電路:它是把勵(lì)磁電路移到輸入端,并在勵(lì)磁回路串Z11.極對(duì)數(shù)：自動(dòng)與定子磁場的極對(duì)數(shù)相匹配，p2＝p1＝p。2.相數(shù)：m2＝Q2/p。3.匝數(shù)：N2＝1/2。4.繞組：kp2＝1，kd2＝1，kw2＝1。第六節(jié)籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)、相數(shù)、匝數(shù)和繞組系數(shù)第七節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩一、異步電動(dòng)機(jī)的功率傳遞與損耗pcu1pFepcu2pm+psP2P1PMP1pcu1pFePMpcu2PmPm電磁功率PM（通過磁場經(jīng)過氣隙傳到轉(zhuǎn)子）或總機(jī)械功率Pm轉(zhuǎn)子回路總電阻稱轉(zhuǎn)差功率一般很小占電磁功率大部分軸頭上實(shí)際輸出的功率P2二、電磁轉(zhuǎn)矩兩種表達(dá)方式物理表達(dá)式軸承摩擦和風(fēng)阻摩擦高次諧波和漏磁引起整理后三、轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，有三個(gè)轉(zhuǎn)矩作用于系統(tǒng)。1.拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩T;2.被拖動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm,它是阻轉(zhuǎn)矩;3.電機(jī)的空載摩擦轉(zhuǎn)矩T0TTmT0軸上實(shí)輸出轉(zhuǎn)矩第八節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測定由空載試驗(yàn)測勵(lì)磁參數(shù),由短路試驗(yàn)測短路參數(shù).一、空載試驗(yàn)與勵(lì)磁參數(shù)的確定空載是電動(dòng)機(jī)輸出軸上不帶機(jī)械負(fù)載。（不是轉(zhuǎn)子開路）特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速相同，I2=0

實(shí)測的功耗p0主要包括pCu1、pFe1和pm?？蛰d參數(shù)的計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)計(jì)算二、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)與漏阻抗參數(shù)的確定機(jī)械損耗為零，鐵損耗和附加損耗很小，測得的功率損耗只有定轉(zhuǎn)子銅損耗。短路參數(shù)計(jì)算對(duì)大中型電機(jī)r1=r2/=（1/2）rkx1=x2/=（1/2）xk

第九節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的工作特性

指在定子電壓額定、頻率額定時(shí)，n=f（P2）、I1=f（P2）、cosφ1（P2）、T=f（P2）和η=f（P2）的關(guān)系曲線。1、轉(zhuǎn)速特性

n=f（P2）是一條稍微向下傾斜的近似直線。

P2由空載到滿載PN轉(zhuǎn)速變化很小S=0.015---0.052、定子電流特性I1=f（P2）近似正比關(guān)系。3、功率因數(shù)特性cosφ1（P2）空載時(shí)最低，接近額定時(shí)最大，負(fù)載過大反而降低。4、電磁轉(zhuǎn)矩特性

T=f（P2）近似正比關(guān)系。5、效率特性η=f（P2）當(dāng)可變損耗與不變損耗相等時(shí)，效率最高，一般出現(xiàn)在0.7---1.1PN第四章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)第一節(jié)電力拖動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的3種機(jī)械特性表達(dá)式第三節(jié)異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性第四節(jié)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)第五節(jié)三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)第六節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第七節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)第八節(jié)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的過渡過程及能量損耗一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程第一節(jié)

電力拖動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)式中：

J——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2）

d

/dt——角加速度

J(dΩ/dt)——慣性轉(zhuǎn)矩*TL——總負(fù)載轉(zhuǎn)矩，包含T0

忽略T0，則

TL=T2正方向規(guī)定Te與n同向TL與n反向飛輪矩(N·m2)∵J=mρ2Gg=D2（）2GD24g=旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg）回轉(zhuǎn)半徑(m)GD24gJ=Ω=2πn60Te-TL=GD2dn375d

t重力加速度二、

負(fù)載的機(jī)械特性

n=f(TL)●

轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的參考方向：OTen+TL－TL1、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性(1)

反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性：nTeTL●由摩擦力產(chǎn)生的?！癞?dāng)

n＞0，TL＞0?！癞?dāng)

n＜0，TL＜0?！袢鐧C(jī)床平移機(jī)構(gòu)、壓延設(shè)備等。OTenOTen(2)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性：●由重力作用產(chǎn)生的?！癞?dāng)

n＞0，TL＞0?！癞?dāng)

n＜0，TL＞0?！袢绺鞣N起重機(jī)。2、恒功率負(fù)載特性●

TL

n=常數(shù)。●

如機(jī)床的主軸系統(tǒng)等。●

TL∝n1OTen3、風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載特性●

TL∝n2●

TL

的始終與n的方向相反?！?/p>

如通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等。OTenT0TL=T0+kn2實(shí)際的通風(fēng)機(jī)負(fù)載三、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.機(jī)械特性是指轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，即機(jī)械特性負(fù)載機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性固有機(jī)械特性人為機(jī)械特性2.運(yùn)行狀態(tài)：轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩T都有正、負(fù)值,要選定參考正方向。電動(dòng)：轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向一致制動(dòng)：轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反3.四象限運(yùn)行：電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性a）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)b）異步電動(dòng)機(jī)e）同步電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)：在電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載機(jī)械特性的交點(diǎn)上。穩(wěn)定運(yùn)行:即：Te－TL=0運(yùn)動(dòng)方程:Te－TL＞0→加速Te－TL＜0→減速n=常數(shù)過渡過程:四、電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件n0TenOTLab干擾→n↓穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)→a點(diǎn)→Te↑→n↑→Te↓b點(diǎn):a點(diǎn):干擾→n↓→Te↓干擾→n↑→Te↑→n↑↓→n=0→堵轉(zhuǎn)→n↓↑→a點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的充要條件:dTedn＜dTLdn→Te＞TL→Te

=TL→Te＜TL→Te＞TLTe＝TL，且n0TenO工作段自適應(yīng)負(fù)載能力是電動(dòng)機(jī)區(qū)別于其它動(dòng)力機(jī)械的重要特點(diǎn)。a點(diǎn)→TL↑直至新的平衡TLaTL'

a'點(diǎn)a'Te－TL