直流電機(jī)和交流理論

直流電機(jī)宋洪珠電機(jī)學(xué)習(xí)題課23-1直流電機(jī)有哪些勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式IfUEaI+-IaUEa,IaI+-UfIf+-IfEaI+-IaUIaEaI=If+-U并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)他勵(lì)自勵(lì)I(lǐng)a=IIa=I+IfIa=I=IfIa=I+IfU=Uf33-2（1）計(jì)算下列電樞繞組的節(jié)距，并繪出展開圖和電路圖：右行單疊短距繞組：2P=4,Qu=S=K=22。

分析：?jiǎn)委B繞組的連接規(guī)律是，所有的相鄰元件依次串聯(lián)，同時(shí)每個(gè)元件的出線端依次連接到相鄰的換向片上，組成一個(gè)閉合回路。

2畫繞組展開圖1計(jì)算節(jié)距43安放磁極和電刷電刷應(yīng)固定放置在換向器上的幾何中性線上，對(duì)于端接對(duì)稱的繞組，換向器的幾何中性線與磁極中心線對(duì)齊，故電刷也就放置在主極軸線下的換向片上。54電路圖及并聯(lián)支路對(duì)數(shù)63-6在直流發(fā)電機(jī)中，電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一角度，電樞反應(yīng)的性質(zhì)怎樣？當(dāng)電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一角度，電樞反應(yīng)的性質(zhì)又是怎樣？如果是電動(dòng)機(jī)，在這兩種情況下，電樞反應(yīng)的性質(zhì)又是怎樣？分析思路：負(fù)載時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)和電樞反應(yīng)電樞電流ia電樞磁動(dòng)勢(shì)fa電樞磁場(chǎng)ba空載磁場(chǎng)b0氣隙合成磁場(chǎng)bδ電樞反應(yīng)7b0ba(x)bδ(x)O(一)交軸電樞反應(yīng)a）負(fù)載時(shí)的合成磁場(chǎng)b）合成磁場(chǎng)分布不計(jì)磁飽和時(shí)：計(jì)磁飽和時(shí)：交軸電樞反應(yīng)既無增磁、亦無去磁作用交軸電樞反具有一定的去磁作用8（二）直軸電樞反應(yīng)：

若電機(jī)為發(fā)電機(jī)，電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一角度，對(duì)主極磁場(chǎng)而言，直軸電樞反應(yīng)將是去磁的。若電刷逆著旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一度，直軸電樞反應(yīng)時(shí)增磁的。電動(dòng)機(jī)的情況恰好相反。

+++············+++++++++·······+++++++bβbβ+++·····++bβbβFaβFaqFad9直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)電壓方程式

發(fā)電機(jī)：Ea=U+IaR+2ΔUs=U+IaRaIa=I+If（并勵(lì)），Ia=I（他勵(lì)、串勵(lì)）電動(dòng)機(jī)：U=Ea+IaR+2ΔUs=Ea+IaRaIa=I-If（并勵(lì)），Ia=I（他勵(lì)、串勵(lì)）103-9一臺(tái)四極82kW、230V、970r/min的他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，電樞上共有123個(gè)元件，每個(gè)元件為一匝，支路數(shù)為2a＝＝2。如果每極的合成磁通等于空載額定轉(zhuǎn)速時(shí)具有額定電壓時(shí)每極的磁通，試計(jì)算當(dāng)電機(jī)輸出額定電流的電磁轉(zhuǎn)矩。解：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)：注:中間過程完全不必計(jì)算,Ce和CT也不用求出來113-11一臺(tái)他勵(lì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高20％，空載電壓會(huì)提高多

少（If不變）？若為并勵(lì)發(fā)電機(jī)，則電壓升高的百分值

比他勵(lì)發(fā)電機(jī)多還是少(Rf不變)？If不變?chǔ)挡蛔兯麆?lì)空載：Ea＝U0=Cen

Φn20％U020％并勵(lì)空載：Ea＝U0=Cen

Φ＝RfIfnU0Rf不變IfΦnU0增幅大于20％123-13一臺(tái)四極82kW，230V，970r/min的并勵(lì)發(fā)電機(jī)，R（750）＝0.0259，Rf（750）＝22.8

額定負(fù)載下串入3.5的調(diào)節(jié)電阻，電刷壓降為2V，鐵耗和機(jī)械損耗共2.5kW，雜散損耗為額定功率的0.5％，試求額定負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)的輸入功率、電磁功率和效率。分析：并勵(lì)發(fā)電機(jī)額定負(fù)載時(shí)：I=P/UN=82000/230=356.52AIa＝I+If＝365.265APe＝P2+Ia2R

+2△UsIa＋I(xiàn)f2Rf＝88.197kW或者：Pe＝EaIa＝(U+IaR+2△Us)Ia=(230+365.27*0.0259+2)*365.265＝88.197kW（推薦）13P1＝Pe＋P0＝＝88.198＋2.5＋0.5％×82＝91.108kW14補(bǔ)充：直流發(fā)電機(jī)的功率方程式

P1=Pe+pΩ+pFe+pΔP1=Pe+p0Pe=P2+pCua+ps+pCuf基本銅耗：pCua=Ia2R電刷損耗：ps=2ΔUsIa勵(lì)磁銅耗：pCuf=UfIfP2=UIP1=T1Ω15

直流電動(dòng)機(jī)的功率方程式

P1=Pe+pCua+ps+pCufPe=P2+pΩ+pFe+pΔPe=P2+p0P2=T2ΩP1=UIP2=T2ΩP1=UI基本銅耗：pCua=Ia2R電刷損耗：ps=2ΔUsIa勵(lì)磁銅耗：pCuf=UfIf163-14一臺(tái)100kW，230V的并勵(lì)發(fā)電機(jī)，每極勵(lì)磁繞組有1000匝，在額定轉(zhuǎn)速下，空載產(chǎn)生額定電壓需勵(lì)磁電流7A，額定電流時(shí)需9.4A才能達(dá)到同樣的電壓，今欲將該機(jī)改為平復(fù)勵(lì)，問每極應(yīng)加多少勵(lì)磁繞組？分析：平復(fù)勵(lì)——串勵(lì)繞組的補(bǔ)償作用適中，額定負(fù)載時(shí)的端電壓為額定電壓，串勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)用來補(bǔ)償附載時(shí)電樞反應(yīng)的去磁作用和電阻壓降分兩種情況：短復(fù)勵(lì)、長(zhǎng)復(fù)勵(lì)Case1：1000×（9.4－7）＝N×100×103/230 N=5.52取N＝6匝17Case2:1000×（9.4-7）＝N×N=5.403取N＝5匝183-15一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)為某一轉(zhuǎn)速，如將它停車，僅改變勵(lì)磁電流的方向后重新啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)轉(zhuǎn)速與原來不同，是什么原因？交軸電樞反應(yīng)不計(jì)磁飽和時(shí)：既無增磁、亦無去磁作用計(jì)磁飽和時(shí)：交軸電樞反具有一定的去磁作用若電機(jī)為發(fā)電機(jī)，電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一角度，對(duì)主極磁場(chǎng)而言，直軸電樞反應(yīng)將是去磁的，若電刷逆著旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一角度，直軸電樞反應(yīng)時(shí)增磁的。電動(dòng)機(jī)的情況恰好相反。直軸電樞反應(yīng)192.剩磁的影響。的一部分用來抵消剩磁，但影響很小1.電樞位置不在幾何中性線。If變向前后直軸電樞反應(yīng)的效果是相反的，導(dǎo)致不一樣交流繞組的共同理論

宋洪珠電機(jī)學(xué)習(xí)題課21

4-2三相雙層繞組展開圖，Q=48，

2P=4，a=2

224-5試述分布因數(shù)和節(jié)距因數(shù)的意義。為什么分布因數(shù)和節(jié)距因數(shù)只能小于或等于1？集中線圈q個(gè)線圈分布線圈q個(gè)線圈α23分布因數(shù)：線圈組的各線圈分布在若干個(gè)槽時(shí)的電動(dòng)勢(shì)相量和與各線圈都集中在同一槽時(shí)的電動(dòng)勢(shì)代數(shù)和的比值。（由于繞組分布在不同的槽內(nèi)，使得q個(gè)分布線圈的合成電動(dòng)勢(shì)Eq1小于q個(gè)集中線圈的合成電動(dòng)勢(shì)qEc1，由此所引起的折扣。）24當(dāng)線圈分布放置時(shí)，由于相鄰線圈電動(dòng)勢(shì)存在相位差，使得合成電動(dòng)勢(shì)比集中放置時(shí)小，所以分布因數(shù)小于或等于1。當(dāng)且僅當(dāng)線圈集中放置時(shí)，分布因數(shù)取1。數(shù)學(xué)解釋：相量和總是小于（或等于）其代數(shù)和25E”1·y1<τE”1·E’1·NS-E”1·Ec1·26節(jié)距因數(shù)：短距線匝電動(dòng)勢(shì)（為構(gòu)成線匝的兩導(dǎo)體有效邊電動(dòng)勢(shì)相量和）與整距線匝電動(dòng)勢(shì)(為構(gòu)成線匝的兩導(dǎo)體有效邊電動(dòng)勢(shì)代數(shù)和)的比值。

（表示線圈短距時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比整距時(shí)應(yīng)打的折扣）數(shù)學(xué)解釋:相量和總是小于（或等于）其代數(shù)和

274-15.單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)，它的幅值等于什么？解：θsOfφ1既是時(shí)間的函數(shù)，又是空間的函數(shù)；在空間上，按余弦規(guī)律分布；在時(shí)間上，按余弦規(guī)律變化；軸線位置固定不動(dòng)；幅值大小隨時(shí)間按余弦規(guī)律脈振；脈振的頻率就是電流的頻率。單相繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)駐波28單相繞組的諧波磁動(dòng)勢(shì)既是時(shí)間的函數(shù)，又是空間的函數(shù)；在空間上，按余弦規(guī)律分布，其波長(zhǎng)是基波的1/ν倍；在時(shí)間上，依然按基波電流的頻率脈振；軸線位置固定不動(dòng)。29單相繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)性質(zhì)：脈振（時(shí)間與空間的函數(shù)）頻率：電流的頻率位置：固定不動(dòng)波形：階梯波一致：諧波磁動(dòng)勢(shì)的繞組因數(shù)與諧波電動(dòng)勢(shì)的繞組因數(shù)相同，反映了電動(dòng)勢(shì)計(jì)算和磁動(dòng)勢(shì)計(jì)算的相似性，時(shí)間波與空間波的統(tǒng)一性。30單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)其中：314-16.三相基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的幅值，轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速個(gè)取決于什么，為什么?解：三相對(duì)稱繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)性質(zhì)：在三相對(duì)稱繞組中，通入三相對(duì)稱電流，將產(chǎn)生一個(gè)基波圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；幅值：其幅值的大小恒定，不隨時(shí)間變化；有公式可知它取決于每極下每相的有效串聯(lián)匝數(shù)和相電流轉(zhuǎn)速：其軸線位置以同步速度旋轉(zhuǎn)；32方向：其軸線位置從電流超前相的繞組軸線轉(zhuǎn)向電流滯后相的繞組軸線；（對(duì)稱三相繞組中通有對(duì)稱三相正序電流時(shí)，基波合成磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速向前推移的正相恒幅旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波也即是圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波。通有對(duì)稱三相負(fù)序電流時(shí)，基波合成磁動(dòng)勢(shì)將成為反向推移的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波。）位置：當(dāng)某相繞組的電流達(dá)到最大時(shí)，基波圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的軸線位置就與該相繞組的軸線位置重合。334-21試分析下列情況下是否會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)向怎樣？（1）對(duì)稱兩相組內(nèi)通以對(duì)稱兩相正序電流時(shí)；三相繞組的一相（例如C相）斷線時(shí)。解：3435從這道習(xí)題可以總結(jié)出

一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以用兩個(gè)在時(shí)間上和空間上相差90度的等幅脈振磁場(chǎng)來表示。發(fā)散思考：一個(gè)脈振磁場(chǎng)可否用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來表示呢？

36答案：可以的！

證明如下：37分解出的兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)

圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；幅值為單相磁動(dòng)勢(shì)幅值的一半即：一個(gè)脈動(dòng)磁勢(shì)可以分解為兩個(gè)大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。3839404142總結(jié)性問題：繞組磁動(dòng)勢(shì)由什么決定？怎樣判斷繞組磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)？

繞組磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)首先決定于繞組電流的性質(zhì)，其次是繞組的構(gòu)成。如果電流為直流，那么不論繞組構(gòu)成如何，磁動(dòng)勢(shì)總是恒定的。如果電流是交流，那么要先判斷繞組是單相還是多相。如果是單相繞組，通以交流電流建立的磁動(dòng)勢(shì)是脈振磁動(dòng)勢(shì)。如果是多相對(duì)稱繞組，同時(shí)通以對(duì)稱多相電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。如果多相繞組不對(duì)稱或是電流不對(duì)稱，則產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。434-23試分析對(duì)稱三相繞組中通以幅值等相位相同的交流電iA=iB=iC=Imcosωt（這種電流稱為零序電流）所產(chǎn)生的基波和三次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)。4445選擇題1.在直流電動(dòng)機(jī)電樞回路中串入電阻起動(dòng)時(shí)，可（

）

(A)減小起動(dòng)電流，增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

(B)減小起動(dòng)電流，減小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

(C)增大起動(dòng)電流，增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

(D)增大起動(dòng)電流，減小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩答案：B46選擇題2.一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行，如果發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流和負(fù)載電阻保持不變，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，發(fā)電機(jī)的輸出功率將（

）

(A)增大 (B)減小(C)不變答案：A47選擇題3.直流電機(jī)電樞繞組導(dǎo)體中流過的電流是（

）

(A)直流電流

(B)交流電流

(C)脈動(dòng)的直流電流答案：B48選擇題4.一臺(tái)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)運(yùn)行，現(xiàn)停機(jī)后改變?cè)瓌?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向重新起動(dòng)，則該發(fā)電機(jī)（

）

(A)不能自勵(lì)

(B)能自勵(lì)，但電壓極性改變

(C)能自勵(lì)，且電壓極性不變答案：A49選擇題5.直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，其電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向（

）

(A)相同

(B)相反

(C)無關(guān)答案：A50選擇題6.并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的額定輸出功率可表達(dá)為（

）

(A)

UN·IN

(B)UN·IN

·η

(C)UN·(IN-IfN)

(D)UN·(IN-IfN)·η答案：