電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)

高等職業(yè)教育機(jī)電類課程規(guī)劃教材電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)主編

鄭立平張晶主審劉鳳春大連理工大學(xué)出版社目錄第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理第2章直流電機(jī)的基本理論及運(yùn)行特性第3章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)基礎(chǔ)第4章直流電機(jī)的電力拖動(dòng)第5章變壓器第6章交流電機(jī)的繞組目錄第7章三相異步電動(dòng)機(jī)第8章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)第9章單相異步電動(dòng)機(jī)第10章同步電動(dòng)機(jī)第11章微特電機(jī)第12章電動(dòng)機(jī)的選擇1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.2直流電機(jī)的電樞繞組1.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

直流電機(jī)有直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種類型。1.1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)主要分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定、轉(zhuǎn)子之間存在的間隙稱為氣隙。

1.定子定子是電機(jī)的靜止部分，主要用來產(chǎn)生磁場(chǎng)。它主要包括:

（1）主磁極主磁極包括鐵心和勵(lì)磁繞組兩部分。主磁極總是N、S兩極成對(duì)出現(xiàn)。

（2）換向極換向極也由鐵心和繞組構(gòu)成。1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理圖1-1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖1-2直流電機(jī)的正剖面圖圖1-3換向極結(jié)構(gòu)

圖1-4電刷盒裝配

（3）電刷裝置電刷裝置由電刷、刷握、壓緊彈簧和刷桿座等組成。

（4）機(jī)座和端蓋

2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，轉(zhuǎn)子的主要作用是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，是機(jī)械能變?yōu)殡娔埽òl(fā)電機(jī)）或電能變?yōu)闄C(jī)械能（電動(dòng)機(jī)）的樞紐。它主要包括:

（1）電樞電樞又包括鐵心和繞組兩部分。

（2）換向器

（3）轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)軸上安裝電樞和換向器。

3.氣隙靜止的磁極和旋轉(zhuǎn)的電樞之間的間隙稱為氣隙。1.1.2直流電機(jī)的基本原理

1.直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理圖1-7是一臺(tái)兩極直流發(fā)電機(jī)的原理圖。

2.直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理圖1-8是直流電動(dòng)機(jī)的原理圖。1.2.1電樞繞組的基本知識(shí)電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分。電樞繞組是由許多分布在轉(zhuǎn)子表面的線圈按一定規(guī)律聯(lián)結(jié)而成的閉合繞組。根據(jù)聯(lián)結(jié)規(guī)律的不同，電樞繞組可分為單疊繞組、單波繞組、復(fù)疊繞組、復(fù)波繞組及混和繞組五種型式1.繞組元件構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，是用絕緣銅線繞制的。2.元件數(shù)、槽數(shù)、換向片數(shù)的關(guān)系1.2直流電機(jī)的電樞繞組元件數(shù)等于換向片數(shù)等于槽數(shù)，即S=K=Z式中S—元件數(shù);K—換向片數(shù);Z—電樞實(shí)際槽數(shù)。包含虛槽的電機(jī)中元件數(shù)等于換向片數(shù)等于虛槽數(shù)，即S=K=Zu

3.疊繞組和波繞組疊繞組是指相串聯(lián)的后一個(gè)元件端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分的上面，整個(gè)繞組成褶疊式前進(jìn);波繞組是指相串聯(lián)的兩個(gè)元件像波浪式前進(jìn)如圖1-10所示。1.2.2電樞繞組的節(jié)距

1.極距極距就是一個(gè)磁極在電樞表面的空間距離，即τ=πD/2p字母τ表示極距，D表示電樞直徑，p表示磁極對(duì)數(shù)。實(shí)際上，常用一個(gè)磁極表面所占的虛槽Zu來計(jì)算極距，即圖1-10電樞繞紐和節(jié)距

τ=Zu/2p

2.第一節(jié)距y1第一節(jié)距是指一個(gè)線圈兩個(gè)有效邊之間在電樞表面上的跨距，以虛槽數(shù)表示，如圖1-10所示。為了讓繞組能感應(yīng)出最大的電動(dòng)勢(shì)，應(yīng)使接近或等于極距.即y1=Zu/2pε式中ε——正分?jǐn)?shù)，是將y1補(bǔ)成整數(shù)的一個(gè)正分?jǐn)?shù)。若ε=0，則y1=τ，稱為整距繞組;若取正號(hào)，則y1>τ稱為長(zhǎng)距繞組;若取負(fù)號(hào)，則y1<τ，稱為短距繞組。3.第二節(jié)距y2

它是指相串聯(lián)的兩個(gè)相鄰線圈中，第一個(gè)線圈的下層邊與相鄰的第二個(gè)線圈的上層邊之間的距離，用虛槽數(shù)表示。

4.換向片節(jié)距yk線圈的兩端所聯(lián)結(jié)的換向片之間距離，用該線圈跨過的換向片數(shù)來表示。

5.合成節(jié)距y它是指相串聯(lián)的兩個(gè)相鄰線圈對(duì)應(yīng)的有效邊之間的距離，用虛槽數(shù)表示。1.2.3單疊繞組單疊繞組是指元件的首端和末端分別接到相鄰的兩片換向片上，后一個(gè)元件疊在前一個(gè)元件之上。1.單疊繞組的聯(lián)結(jié)規(guī)律單疊繞組的聯(lián)結(jié)規(guī)律可用繞組展開圖來表示。繞組展開圖,是想象把電樞沿軸向剖開展成平面，所見到的繞組圖。

繪制展開圖的步驟是:第一步:計(jì)算繞組的各節(jié)距。第二步:畫槽、畫元件，按順序編號(hào)。第三步:畫換向片，按順序編號(hào)。第四步:排列、聯(lián)結(jié)繞組。第五步:放置主磁極。第六步:安放電刷。

［例1-1］已知一臺(tái)直流電機(jī)2p=2，S=K=Zu=8畫出單疊繞組展開圖。解計(jì)算繞組的各節(jié)距:極距τ=Zu/2p=8/2=4第一節(jié)距y1=Zu/2p=8/2=4合成節(jié)距y=yk=1按照上述步驟繪制單疊繞組的展開圖，如圖1-11所示。

2.單疊繞組的并聯(lián)支路圖并聯(lián)支路圖，就是繞組的電路簡(jiǎn)圖。單疊繞組的瞬時(shí)并聯(lián)支路圖如圖1-12所示。3.單疊繞組的特點(diǎn)（1）y=yk=1;（2）2a=2p;（3）同一個(gè)主磁極下的元件串聯(lián)在一起組成一個(gè)支路，有幾個(gè)主磁極就有幾條支路;（4）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使支路感應(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);（5）電樞電流等于各并聯(lián)支路電流之和。1.2.4單波繞組

1.單波繞組的排列規(guī)律（1）單波繞組的節(jié)距（2）單波繞組的展開圖圖1-13是2p=4，Zu=15左行單波短距繞組的展開圖。

2.單波繞組并聯(lián)支路圖單波繞組對(duì)應(yīng)的瞬間并聯(lián)支路圖如圖1-14所示。

3.單波繞組的特點(diǎn)（1）y=yk=K±1/p;（2）a=1;（3）電樞電動(dòng)勢(shì)等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);（4）正負(fù)電刷間電動(dòng)勢(shì)最大。1.3.1直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

銘牌數(shù)據(jù)主要包括:電機(jī)型號(hào)、額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁電流、勵(lì)磁方式、勵(lì)磁電壓、工作方式、絕緣等級(jí)等，此外還有電機(jī)的出廠數(shù)據(jù)，如出廠編號(hào)、出廠日期等。

1.直流電機(jī)的型號(hào)國(guó)產(chǎn)電機(jī)的型號(hào)一般采用大寫的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其格式為:第一個(gè)字符用大寫的漢語拼音表示產(chǎn)品系列代號(hào);第二個(gè)字符用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)計(jì)序號(hào);

1.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列第三個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字是機(jī)座中心高;第四個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字表示電樞鐵心長(zhǎng)度代號(hào);第五個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字表示端蓋的代號(hào)。例如型號(hào)是Z4—200—21的直流電機(jī)，Z是系列(即一般用途直流電動(dòng)機(jī)）代號(hào)，4是設(shè)計(jì)序號(hào)，200是電機(jī)中心高(mm)，21中的2是電樞鐵心長(zhǎng)度代號(hào)，1是端蓋的代號(hào)。

2.直流電機(jī)的額定值

（1）額定功率PN

指在規(guī)定的工作條件下，長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)的允許輸出功率，單位為W。對(duì)于發(fā)電機(jī)來說，是指正負(fù)電刷之間輸出的電功率;對(duì)于電動(dòng)機(jī)，則是指軸上輸出的機(jī)械功率。

（2）額定電壓UN指額定運(yùn)行狀況下，直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓或直流電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，單位為V。

（3）額定電流IN指在額定情況下，直流發(fā)電機(jī)輸出或直流電動(dòng)機(jī)輸入的電流，單位為A。直流發(fā)電機(jī)的額定電流為IN=PN/UN

直流電動(dòng)機(jī)的額定電流為IN=PN/UNηN

（4）額定效率ηN=PN/P1×100%式中PN—額定（輸出）功率;P1—輸入功率。

（5）額定轉(zhuǎn)速nN在額定功率、額定電壓、額定電流時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

（6）額定勵(lì)磁電壓Uf在額定情況下，勵(lì)磁繞組所加的電壓，單位為V。

（7）額定勵(lì)磁電流If在額定情況下，通過勵(lì)磁繞組的電流，單位為A。1.3.2直流電機(jī)的主要系列我國(guó)直流電機(jī)的主要系列有:

（1）Z2系列。一般用途的中小型直流電機(jī)。

（2）Z和ZF系列。一般用途的中大型直流電機(jī)，其中“Z”為直流電動(dòng)機(jī)系列，“ZF”為直流發(fā)電機(jī)系列。

（3）ZT系列。用于恒功率且調(diào)速范圍較寬的寬調(diào)速直流發(fā)電機(jī)。

（4）ZZJ系列。冶金輔助拖動(dòng)機(jī)械用的冶金起重直流電動(dòng)機(jī)，它具有快速啟動(dòng)和承受較大過載能力的特性。

（5）ZQ系列。電力機(jī)車、工礦電機(jī)車和蓄電池供電的電車用的直流牽引電動(dòng)機(jī)。

（6）Z—H系列。船舶上各種輔機(jī)船用直流電動(dòng)機(jī)。

（7）ZA系列。用于礦井和易爆氣體場(chǎng)合的防爆安全型直流電機(jī)。

（8）ZU系列。用于龍門刨床的直流電動(dòng)機(jī)。

（9）ZW系列。是無槽直流電動(dòng)機(jī)，在快速響應(yīng)的伺服系統(tǒng)中作執(zhí)行元件。

（10）ZLJ系列。是力矩直流電動(dòng)機(jī)，在伺服系統(tǒng)中做執(zhí)行元件。

（11）BFG系列。是直流三換向片永磁電動(dòng)機(jī)，用于盒式錄音機(jī)、電動(dòng)玩具等。2.1直流電機(jī)的電樞反應(yīng)2.2直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2.3直流電機(jī)的換向2.4直流電機(jī)的基本方程式2.5直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性2.6直流電動(dòng)機(jī)的工作特性第2章直流電機(jī)的基本理論及運(yùn)行特性2.1.1直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)與勵(lì)磁繞組和電樞繞組相鏈的磁通稱主磁通Φ0。還有一小部分磁通，從磁極出來，經(jīng)氣隙就閉合了，這一小部分磁通,稱漏磁通。漏磁通僅為主磁通的15%—20%。主磁通對(duì)應(yīng)主磁路，由氣隙、電樞的齒槽部分、電樞磁軛、主磁極、定子磁軛五部分組成。每極磁通量和勵(lì)磁磁通勢(shì)間的關(guān)系曲線，即直流電機(jī)的磁化曲線Φ0=f（Ff0）。2.1直流電機(jī)的電樞反應(yīng)2.1.2直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞繞組中便有電流流過，產(chǎn)生電樞磁通勢(shì)。該磁通勢(shì)所建立的磁場(chǎng)，稱為電樞磁場(chǎng)。

圖2-4直流電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)圖2-4（c）為合成磁場(chǎng)，它是由主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)共同產(chǎn)生的。2.1.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)在工作過程中，定子主磁極產(chǎn)生主磁場(chǎng)，電樞電流產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)，電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響叫做電樞反應(yīng)。

電樞反應(yīng)發(fā)生時(shí)，會(huì)有兩個(gè)結(jié)果:一是使氣隙磁場(chǎng)畸變;二是去磁效應(yīng)。物理中性線與幾何中性線不再重合。發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)結(jié)果與電動(dòng)機(jī)類似。2.2.1直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:Ea=(N/2a)2pΦ(n/60)=(pN/60a)Φn=CeΦn式中，Ce是一個(gè)常數(shù)，稱為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，Ce=pN/60a。2.2.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)當(dāng)電樞繞組中有電流通過時(shí)，在氣隙磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩Tem。Tem=(pN/2πa)ΦIa=CTΦIa

公式中，CT稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，它由電機(jī)的結(jié)構(gòu)決定。2.2直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，隨著電樞和換向器的旋轉(zhuǎn)，電樞繞組的元件將依次地由一個(gè)支路轉(zhuǎn)入另一個(gè)支路，元件中的電流將改變方向，這個(gè)過程稱為換向。2.3.1直流電機(jī)的換向過程圖2-5表示一個(gè)單疊繞組的換向過程。電刷不動(dòng)，繞組和換向片以速度n自右向左運(yùn)動(dòng)。2.3直流電機(jī)的換向2.3.2影響換向的電磁原因?qū)嶋H上在換向過程中，由于電流的變化，要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它會(huì)影響電流的換向。1.電抗電動(dòng)勢(shì)eX2.切割電動(dòng)勢(shì)eV由于電抗電動(dòng)勢(shì)和切割電動(dòng)勢(shì)的存在，它們將在換向元件中產(chǎn)生附加電流Iad。以弧光放電的方式轉(zhuǎn)化成熱能，散失在空氣中，因而在電刷與換向器之間出現(xiàn)火花。2.3.3改善換向的方法1.安裝換向極2.選擇合適的電刷，增加電刷與換向片之間的接觸電阻2.4.1直流電機(jī)的勵(lì)磁方式勵(lì)磁繞組獲得電流的方式稱作勵(lì)磁方式。直流電機(jī)按勵(lì)磁方式的不同，可分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類。自勵(lì)電機(jī)，按勵(lì)磁繞組與電樞繞組聯(lián)結(jié)方式的不同，又可分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種。2.4直流電機(jī)的基本方程式2.4.2直流電機(jī)的損耗1.機(jī)械損耗Pm2.鐵損耗PFe

3.銅損耗（1）電樞回路銅損耗Pcua

（2）勵(lì)磁回路的銅損耗Pcaf4.附加損耗Pad

2.4.3直流發(fā)電機(jī)的基本方程式下面以并勵(lì)發(fā)電機(jī)為例加以討論。

1.電壓平衡方程式U=Ea–Ia/Ra

式中Ia=I+If;I是發(fā)電機(jī)的輸出電流。If=U/（Rf+Rfad）

2.功率平衡方程式P1=Pem+Pm+PFe+Pad=Pem+P0=P2+pcuf+pcua

3.轉(zhuǎn)矩平衡方程式T1=Tem+T0

2.4.4直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式

1.電壓平衡方程式圖2-9并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程圖

U=Ea+IaRa

式中，Ra為電樞回路的總電阻，Ia為電樞電流。

2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式Tem=TL+T0

3.功率平衡方程式P1=Pem+Pcua

P2=Pem-PFe-Pm-Pad

流電動(dòng)機(jī)的效率:η=P2/P1×100%=P2/(P2+Σp)×100%一般中小型直流電動(dòng)機(jī)的效率在75%～85%之間，大型直流電動(dòng)機(jī)的效率約在85%～94%之間。

［例2-1］一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為:PN=17kW，UN=220V，nN=3000r/min，IN=87.7A，電樞回路總電阻Ra=0.114Ω，忽略電樞反應(yīng)影響。求:（1）電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩。（2）額定電磁轉(zhuǎn)矩。（3）額定效率。解（1）額定輸出轉(zhuǎn)矩圖2-11他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率流程圖

TN=PN/Ω=9.55PN/nN

=(9.55×17×103)/3000=54.1（N·m）

（2）額定電磁轉(zhuǎn)矩CeΦ=(UN-INRa)/nN

=(220-87.7×0.114)/3000=0.07Tem=9.55CeΦIN=9.55×0.07×87.7=58.63（N·m）

（3）額定效率ηN=PN/P1×100%=PN/UNIN×100%=(17×103)/(220×87.7)=88%直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性是指直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，端電壓U、負(fù)載電流I和勵(lì)磁電流If這三個(gè)基本物理量之間的函數(shù)關(guān)系。2.5.1直流發(fā)電機(jī)的空載特性

1.直流發(fā)電機(jī)的空載特性直流發(fā)電機(jī)的空載特性是指n=nN，負(fù)載電流I=0，空載電壓與勵(lì)磁電流之間的關(guān)系，即:U0=E0=f（If）2.并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載自勵(lì)過程2.5直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性2-12他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)電壓建立的過程，稱為自勵(lì)過程。

并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件為:（1）直流發(fā)電機(jī)必須有剩磁。（2）勵(lì)磁繞組與電樞的聯(lián)結(jié)正確。（3）勵(lì)磁電路電阻應(yīng)小于發(fā)電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的臨界電阻。2.5.2直流發(fā)電機(jī)的外特性

1.他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性是指發(fā)電機(jī)接上負(fù)載后，在保持勵(lì)磁電流不變的情況下，電樞的端電壓U隨負(fù)載電流變化而變化的規(guī)律，即n=nN，If=IfN，U=f（I）。如圖2-14曲線1所示。是一條略微向下傾斜的曲線。圖2-13并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)過程

發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載電流變化的程度，通常用電壓變化率ΔU%來衡量。ΔU%=(U0-UN)/UN×100%

2.并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性

并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性是指勵(lì)磁回路總電阻=常數(shù)，端電壓U與負(fù)載電流I的關(guān)系曲線，即U-f（I）。如圖2-14中曲線2所示。2.5.3直流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性直流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性是指當(dāng)n=nN,U=常數(shù)時(shí)，勵(lì)磁電流If隨負(fù)載電流I的變化關(guān)系，即If=f（I）。圖2-14直流發(fā)電機(jī)的外特性曲線圖2-15他勵(lì)發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性曲線2.6.1他勵(lì)（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)的工作特性直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指U=UN（常數(shù)），電樞回路不串入附加電阻，勵(lì)磁電流是額定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Tem和效率η與輸出功率P2之間的關(guān)系。

1.轉(zhuǎn)速特性n=f（P2）轉(zhuǎn)速特性是一條略微向下傾斜的曲線。

2.轉(zhuǎn)矩特性Tem=f（P2）T2=f（P2）特性曲線是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。2.6直流電動(dòng)機(jī)的工作特性

圖2-16他勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性曲線

3.效率特性直流電動(dòng)機(jī)的效率公式為η=P2/P1×100%=(1-ΣP/P1)×100%效率曲線是一條先上升后下降的曲線。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)獲得最大效率的條件是:p0=pcua

2.6.2串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)工作特性3.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式3.2工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩．力．飛輪矩．質(zhì)量的折算3.3生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性3.4直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.5電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件第3章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)基礎(chǔ)3.1.1運(yùn)動(dòng)方程式Tem-TL=(GD2/375)·dn/dt

系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分為三種狀態(tài):（1）當(dāng)Tem=TL，dn/dt=0時(shí)，系統(tǒng)處于靜止或恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。（2）當(dāng)Tem>TL，dn/dt>0時(shí)，系統(tǒng)處于加速運(yùn)行狀態(tài)，即處于瞬態(tài)過程。（3）當(dāng)Tem<TL，dn/dt<0時(shí)，系統(tǒng)處于減速運(yùn)行狀態(tài)，也是處于瞬態(tài)過程。3.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式3.1.2運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩方向的確定首先選定電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檗D(zhuǎn)速n的正方向。1.電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)速n的正方向相同時(shí)為正，相反時(shí)為負(fù);2.負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n的正方向相反時(shí)為正，相同時(shí)為負(fù);3.慣性轉(zhuǎn)矩(GD2/375)·dn/dt的大小及正、負(fù)號(hào)由Tem和TL的代數(shù)和決定。3.2.1工作機(jī)構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算TL=TL’/kη3.2工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩．力．飛輪矩．質(zhì)量的折算3.2.2直線工作機(jī)構(gòu)負(fù)載力的折算TL=9.55FLvL/nη如果起重機(jī)下放重物TL=9.55(FLvL/n)η’3.2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)飛輪矩的折算

圖3-1旋轉(zhuǎn)工作機(jī)構(gòu)的電力拖動(dòng)系

GD2=GD2M+GD21/k21+GD22/（k1·k22

+……+GD2L/k2在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可以采用下式來估算系統(tǒng)總的飛輪矩GD2=（1+δ）GD2M

3.2.4直線工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的折算GD2=365GLv2L/n2

圖3-2直線工作機(jī)構(gòu)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)

［例3-1］某電力拖動(dòng)系統(tǒng)如圖3-3所示。已知轉(zhuǎn)速比n/n1=5，n1/nL=4，飛輪矩GD2M=20N·m2，GD21=100N·m2，GD2L=800N·m2，工作機(jī)構(gòu)上的靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=4000N·m（阻轉(zhuǎn)矩），每對(duì)齒輪的傳動(dòng)效率η1=η2=0.96。求（1）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL;（2）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪矩GD2;（3）對(duì)電動(dòng)機(jī)軸列出運(yùn)動(dòng)方程式（不計(jì)電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩）。圖3-3例題3-1

解電動(dòng)機(jī)軸與工作機(jī)構(gòu)軸之間的總轉(zhuǎn)速比:k=（n/n1）·（n1/nL）=5×4=20傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率η=η1·η2=0.96×0.96=0.92（1）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=T’L/ηk=4000/(0.92×20)=217（N·m）（2）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪矩GD2=GD2M+GD21/k21+GD2L（k1·k2）2

=［20+100/52+800/（5×4）2］=26（N·m2）（3）對(duì)電動(dòng)機(jī)軸列寫運(yùn)動(dòng)方程式根據(jù)Tem-TL=(GD2/375)·(dn/dt)得Tem-217=(26/375)·(dn/dt)=0.0693dn/dt負(fù)載的機(jī)械特性也稱為負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，簡(jiǎn)稱負(fù)載特性。生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性基本上可以分為三大類:3.3.1恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，是指生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速n無關(guān)的特性。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又分為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種。

1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載3.3生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性圖3-4反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性

2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載3.3.2恒功率負(fù)載特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n成反比。恒功率負(fù)載特性是一條雙曲線，如圖3-6所示。3.3.3通風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比。這類機(jī)械的負(fù)載特性是一條拋物線。實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性可能是以某種典型為主，或者是幾種典型特性的結(jié)合。圖3-5位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖3-6恒功率負(fù)載特性

圖3-7通風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與其電磁轉(zhuǎn)矩Tem之間的關(guān)系:n=f（Tem）。3.4.1直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的表達(dá)式n=n0-βTem=n0–Δn3.4.2固有機(jī)械特性3.4直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖3-9他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械持性3.4.3人為機(jī)械特性1.電樞回路串接電阻的人為機(jī)械特性2.改變電樞電壓的人為機(jī)械特性3.減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性圖3-10他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻人為機(jī)械特性圖3-11他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降壓人為機(jī)械特性圖3-12他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)減弱磁通人為機(jī)械特性3.5.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行設(shè)有一電力拖動(dòng)系統(tǒng)，原來處于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，由于受到外界某種擾動(dòng)，如負(fù)載的突然變化或電網(wǎng)電壓的波動(dòng)等，導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開了原來的平衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在新的條件下達(dá)到新的平衡狀態(tài)，或者當(dāng)外界擾動(dòng)消失后能自動(dòng)恢復(fù)到原來的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)運(yùn)行，則稱該系統(tǒng)是穩(wěn)定的;如果當(dāng)外界擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速或是無限制地上升，或是一直下降至零，則稱該系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。3.5電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件3.5.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件（1）必要條件:電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性必須有交點(diǎn)，即存在Tem=TL;

（2）充分條件:在交點(diǎn)Tem=TL處，滿足dTem/dn<dTL/dn。圖3-14電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件4.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)4.2他勵(lì)直流運(yùn)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)4.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速4.4直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用第4章直流電機(jī)的電力拖動(dòng)4.1.1啟動(dòng)過程存在的問題1.大的啟動(dòng)電流2.過大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩4.1.2直接啟動(dòng)直接啟動(dòng)又稱全壓?jiǎn)?dòng)。直接啟動(dòng)不需要專用啟動(dòng)設(shè)備，操作簡(jiǎn)便，主要缺點(diǎn)是啟動(dòng)電流太大。4.1.3電樞回路串電阻啟動(dòng)4.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)4.1.4降低電樞電壓?jiǎn)?dòng)

圖4-2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞串三級(jí)啟動(dòng)電阻的啟動(dòng)

圖4-3降壓?jiǎn)?dòng)過程的特性當(dāng)Tem與n同方向時(shí)，為電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，簡(jiǎn)稱電動(dòng)狀態(tài);當(dāng)Tem與n方向相反時(shí)，為制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，簡(jiǎn)稱制動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)的方法有機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩種。4.2.1能耗制動(dòng)4.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

圖4-4能耗制動(dòng)接線

圖4-5能耗制動(dòng)的機(jī)械特性

能耗制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:

制動(dòng)的減速較平穩(wěn)可靠;控制線路較簡(jiǎn)單;當(dāng)轉(zhuǎn)速減至零時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小到零，便于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車.

其缺點(diǎn)是:

制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降成正比地減小，影響制動(dòng)效果。能耗制動(dòng)適用于不可逆運(yùn)行、制動(dòng)減速要求較平穩(wěn)的情況下。4.2.2反接制動(dòng)反接制動(dòng)分為電源反接制動(dòng)和倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)兩種。

1.電源反接制動(dòng)圖4-6電源反接原理接線2.倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)可用起重裝置來說明。圖4-7是電源反接機(jī)械特性

圖4-8倒拉反接制動(dòng)原理圖4-9倒拉反接制動(dòng)機(jī)械特性

反接制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:

制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較恒定、制動(dòng)較強(qiáng)烈、效果好。

其缺點(diǎn)是:需要從電網(wǎng)中吸收大量電能;電源反接制動(dòng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，如不及時(shí)切斷電源，會(huì)自行反向加速。電源反接制動(dòng)適用于要求迅速反轉(zhuǎn)、較強(qiáng)烈制動(dòng)的場(chǎng)合;倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)應(yīng)用于吊車以較慢的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下放重物。4.2.3回饋制動(dòng)圖4-10電動(dòng)機(jī)反向回饋制動(dòng)

回饋制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:

不需要改接線路即可從電動(dòng)狀態(tài)自行轉(zhuǎn)化到制動(dòng)狀態(tài)，電能可反饋回電網(wǎng)，簡(jiǎn)單可靠經(jīng)濟(jì)。

其缺點(diǎn)是:制動(dòng)只能出現(xiàn)在n>n0時(shí)，應(yīng)用范圍較小。回饋制動(dòng)適用于位能負(fù)載的穩(wěn)定速度下放。4.2.4直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)一是改變電樞電流的方向;二是改變勵(lì)磁電流的方向（即改變主磁場(chǎng)的方向）。4.3.1調(diào)速性能指標(biāo)

1.調(diào)速范圍4.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速D=nmax/nmin

2.調(diào)速的平滑性K=ni/ni-1

3.調(diào)速的相對(duì)穩(wěn)定性s=ΔnN/n0×100%

4.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性4.3.2調(diào)速方法

1.電樞回路串電阻調(diào)速

這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是:（1）調(diào)度的平滑性差;（2）低速時(shí)，特性較軟，穩(wěn)定性較差（3）輕載時(shí)調(diào)速效果不大;

圖4-14電樞串電阻調(diào)速的機(jī)械特性（4）串入的電阻損耗大，效率越低;（5）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不宜調(diào)節(jié)得太低，因此調(diào)速范圍小，一般D=2～3。但這種調(diào)速方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便的優(yōu)點(diǎn)，適于作短時(shí)調(diào)速，在起重和運(yùn)輸牽引裝置中得到廣泛的應(yīng)用。

2.減弱磁通調(diào)速4-15他勵(lì)電動(dòng)機(jī)改變磁通調(diào)速接線圖4-16改變磁通調(diào)速機(jī)械特性

這種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是:（1）可以用小容量調(diào)節(jié)電阻，控制簡(jiǎn)單，調(diào)速平滑性較好;（2）投資少，能量損耗小，調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性好。

這種調(diào)速方法的主要缺點(diǎn)是:因?yàn)檎９ぷ鲿r(shí)，磁路已趨飽和，所以只能采取弱磁調(diào)速方式，調(diào)速范圍不廣。普通電機(jī)D=1.2～2，特殊設(shè)計(jì)D可達(dá)到3～4。

3.降低電樞電壓調(diào)速圖4-17改變電樞電壓的機(jī)械特性

降壓調(diào)速的特點(diǎn)是:（1）可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，平滑性很好;（2）由于機(jī)械特性斜率不變，相對(duì)穩(wěn)定性較好;（3）調(diào)速范圍較廣;（4）調(diào)速過程能量損耗較小;（5）需專用電源，設(shè)備投資較大。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，常常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來。4.4直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用5.1變壓器的基本原理和結(jié)構(gòu)及其額定值5.2單相變壓器的空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行5.3變壓器的參數(shù)測(cè)定5.4三相變壓器5.5變壓器的應(yīng)用第5章變壓器5.1.1變壓器的主要用途

1.變壓器的作用它的作用是將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成另一種電壓等級(jí)的交流電能。

2.變壓器的分類

（1）按用途，變壓器可分為:電力變壓器（包括升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器等）、儀用互感器（電壓互感器和電流互感器）和特種變壓器（調(diào)壓變壓器、電爐變壓器、電焊變壓器、整流變壓器等）。（2）按相數(shù)可分為:單相變壓器和三相變壓器。5.1變壓器的基本原理和結(jié)構(gòu)及其額定值

（3）按繞組的個(gè)數(shù)可分為:自耦變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器。

（4）按鐵心結(jié)構(gòu)，可分為:心式變壓器和殼式變壓器。

（5）按冷卻介質(zhì)和冷卻方式可分為:干式（空氣冷卻）變壓器、油浸式變壓器（包括油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式、油浸強(qiáng)迫油循環(huán)式等）和充氣式冷卻變壓器。5.1.2變壓器的工作原理5.1.3變壓器的基本結(jié)構(gòu)1.鐵心2.繞組3.絕緣套管圖5-1變壓器工作原理示意圖

圖5-2油浸式電力變壓器的外形圖

4.油箱及變壓器油5.保護(hù)裝置（1）儲(chǔ)油柜（2）吸濕器（3）氣體繼電器和安全氣道（4）散熱器5.1.4變壓器的銘牌1.變壓器的額定容量SN。是指變壓器在額定運(yùn)行時(shí)輸出的視在功率。

2.變壓器的額定電壓U1N/U2N。是指變壓器在空載狀態(tài)下一次側(cè)允許的電壓和二次側(cè)測(cè)得的電壓。

3.變壓器的額定電流I1N/I2N。變壓器在額定容量下，一次側(cè)和二次側(cè)繞組允許長(zhǎng)期通過的電流。

4.變壓器的額定頻率fN。變壓器電壓或電流每秒交變的次數(shù)，我國(guó)規(guī)定工業(yè)用電的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz。

［例5-1］一臺(tái)三相雙繞組變壓器，額定數(shù)據(jù)SN=750kV·A，U1N/U2N=6000/400V。求變壓器一次側(cè)和二次側(cè)繞組的額定電流。解I1N=SN/√3U1N=750×103/√3×6000=72.17（A）I2N=SN/√3U2N=750×103/√3×400=1082.56（A）變壓器的空載運(yùn)行是指變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次側(cè)開路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。

1.正方向的規(guī)定正方向就是先規(guī)定一個(gè)參考方向。5.2單相變壓器的空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行（1）在負(fù)載支路（變壓器的一次側(cè)對(duì)電源而言相當(dāng)于負(fù)載），電流的正方向與電壓降的正方向一致;在電源支路（變壓器的二次側(cè)對(duì)負(fù)載而言相當(dāng)于電源），電流的正方向與電動(dòng)勢(shì)的正方向一致。（2）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則。（3）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則。

2.空載運(yùn)行的電磁關(guān)系（1）主磁通和漏磁通主磁通占總磁通的絕大部分，而漏磁通只大約占主磁通的1%。

圖5-11單相變壓器的空載運(yùn)行

（2）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電壓比設(shè)主磁通Φ=Φmsinωt各感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為E1=ωN1Φm/√2=2πf1N1Φm/√2=4.44f1N1Φm

E2=ωN2Φm/√2=2πf1N2Φm/√2=4.44f1N2Φm

E1σ=ωN1Φ1σm/√2=2πf1N1Φ1σm/√2=4.44f1N1Φ1σm

一、二次繞組電動(dòng)勢(shì)之比稱為電壓比，用k表示k=E1/E2=N1/N2

3.空載運(yùn)行的電動(dòng)勢(shì)平衡方程U1=-E1-E1σ+I0r1=-E1+I0（r1+jx1）=-E1+I0Z14.空載運(yùn)行的等效電路U1=-E1+I0Z1=I0（rm+jxm）+I0（r1+jx1）5.2.2單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行，是指變壓器的一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次側(cè)接負(fù)載時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。

1.負(fù)載運(yùn)行的磁通勢(shì)平衡方程I1=I0+I2（-N2/N1）=I0+I2（-1/k）圖5-12變壓器空載時(shí)的等效電路圖5-13單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行

2.負(fù)載運(yùn)行的電動(dòng)勢(shì)平衡方程

（1）一次繞組的電動(dòng)勢(shì)方程式

U1=-E1-E1σ+I1r1=-E1+I1（r1+jx1）=-E1+I1Z1

（2）二次繞組的電動(dòng)勢(shì)方程式U2=-E2-E2σ+I2r2=-E2+I2（r2+jx2）=-E2+I2Z2

（3）負(fù)載運(yùn)行時(shí)變壓器的基本方程式U1=-E1+I1Z1U2=-E2+I2Z2I1=I0+(-I2/k）k=E1/E2

-E1=I0ZmU2=I2ZL3.變壓器的參數(shù)折算（1）變壓器折算的目的（2）變壓器折算的方法①二次電動(dòng)勢(shì)、電壓的折算E’2=kE2

同理U’2=kU2圖5-14變壓器一、二次側(cè)等效電路

②二次電流的折算I’2=(N2/N1)I2=I2/k③二次阻抗的折算r’2=（I2/I’2）2r2=k2r2

x’2=（I2/I’2）2x2=k2x2④二次負(fù)載阻抗的折算ZL=k2ZL

4.變壓器負(fù)載時(shí)的等效電路圖5-15變壓器的T型等效電路圖5-16變壓器的近似等效電路5.3.1空載試驗(yàn)空載試驗(yàn)的目的是測(cè)出空載電流I0、空載電壓U0和空載損耗P0，并計(jì)算出電壓比k和勵(lì)磁阻抗Zm。變壓器空載時(shí)的總阻抗為|Z0|=|Z1+Zm|=U1N/I0

k=U20/U1N

5.3.2短路試驗(yàn)短路試驗(yàn)的目的是測(cè)量短路電流IK、短路損耗PK和短路電壓UK，并計(jì)算變壓器的短路阻抗ZK。5.3變壓器的參數(shù)測(cè)定圖5-18空載試驗(yàn)原理接線圖

|Zk|=UK/IK

rk=PK/I2k

Xk=√Z2K-R2k

對(duì)于T形等效電路，可以認(rèn)為:r1≈r’2=rK/2，x1≈x’2=xK/2。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，油浸電力變壓器和電機(jī)的繞組應(yīng)換算為75°下的數(shù)值。rK75°=(234.5+75°)/(234.5+θ)rK

在75℃時(shí)的短路阻抗為|ZK75°|=√r2K75°+r2K

UK75°=I1N|ZK75°|/U1N×100%圖5-19短路試驗(yàn)原理線圖

5.4.1三相變壓器的磁路系統(tǒng)

1.三相變壓器組的磁路系統(tǒng)

5.4三相變壓器圖5-20三相變壓器組的磁路系統(tǒng)

2.三相心式變壓器的磁路系統(tǒng)5.4.2三相變壓器的電路系統(tǒng)（聯(lián)結(jié)組別）

1.三相變壓器的繞組聯(lián)結(jié)（1）三相繞組的端點(diǎn)標(biāo)識(shí)

對(duì)于三相變壓器而言，繞組的標(biāo)識(shí)為:A、B、C表示三相高壓繞組的首端;圖5-21三相心式變壓器磁路系統(tǒng)X、Y、Z表示三相高壓繞組的末端;x、y、z表示三相低壓繞組的首端;a、b、c表示三相低壓繞組的末端;N、n表示星形聯(lián)結(jié)的高壓和低壓繞組的中性點(diǎn)。（2）三相繞組的聯(lián)結(jié)法①星形聯(lián)結(jié)②三角形聯(lián)結(jié)圖5-22星形聯(lián)結(jié)

圖5-23三角形聯(lián)結(jié)

2.三相變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)

（1）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組三相變壓器高、低壓側(cè)的聯(lián)結(jié)方式有Y,y;Y,d;D,d;D,y四種。逗號(hào)前面字母表示高壓側(cè)的聯(lián)結(jié)方式，逗號(hào)后面字母表示低壓側(cè)的聯(lián)結(jié)方式，繞組的聯(lián)結(jié)方式就是變壓器的聯(lián)結(jié)組。

（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別①Y，y0聯(lián)結(jié)

圖5-24Y，y0聯(lián)結(jié)組②Y，d聯(lián)結(jié)Y，d聯(lián)結(jié)的三相變壓器有1、3、5、7、9、11六種奇數(shù)組號(hào)的聯(lián)結(jié)組。

（3）三相變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組國(guó)家對(duì)變壓器的聯(lián)結(jié)組作了統(tǒng)一規(guī)定，規(guī)定Y，yn0;Y，d11;YN，d11;YN，y0;Y，y0五種作為三相雙繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組。

最常用的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)有三種:圖5-25Y，d11聯(lián)結(jié)組

①Y，yn0:主要用于配電線路中，高壓側(cè)電壓不超過35kV,低壓側(cè)電壓低于400V，由于低壓側(cè)有中性線，因此低壓側(cè)還可提供單相電壓200V。

②Y，d11:用于高壓側(cè)電壓不超過35kV，低壓側(cè)電壓超過400V的配電線路中。

③YN，d11:用于110kV及以上高壓輸電線路?？蔀楦邏簜?cè)電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地提供條件。5.5.1整流變壓器

1.整流變壓器的作用5.5變壓器的應(yīng)用整流變壓器主要用作硅整流設(shè)備的電源變壓器，它將電源電壓變換成整流器所需要的交流電壓，還可以將三相交流系統(tǒng)變換為多相系統(tǒng)，以減小整流器輸出直流電壓脈動(dòng)的作用。

2.整流變壓器的特點(diǎn)（1）一、二次繞組的視在功率不相等，而且二次視在功率大于一次視在功率。（2）由于阻抗大，其外形較短胖，并且繞組和鐵心的機(jī)械強(qiáng)度也大。（3）有特殊的繞組聯(lián)結(jié)組及補(bǔ)償裝置。（4）效率較低。3.整流變壓器的分類4.整流變壓器的運(yùn)行原理圖5-26單相半波不可控整流電路5.5.2電焊變壓器電焊變壓器又稱焊接用變壓器。對(duì)電焊變壓器有幾點(diǎn)要求:（1）電焊變壓器應(yīng)具有60～70V空載電壓，以保證容易起弧.（2）焊接電流要求能夠調(diào)節(jié)大小。（3）電焊變壓器應(yīng)有迅速下降的外特性。（4）短路電流要大小適宜。圖5-28電焊變壓器的原理接線圖

5.5.3自耦變壓器1.自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.自耦變壓器的主要優(yōu)缺點(diǎn)和用途降低成本，減少變壓器的體積、重量，且有利于大型變壓器的運(yùn)輸和安裝。并且內(nèi)部銅損耗和鐵損耗小，提高了效率。圖5-29自耦變壓器自耦變壓器的缺點(diǎn)是由于一、二次繞組之間有電的聯(lián)系，當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生電氣故障將直接涉及到低壓側(cè)，因此變壓器內(nèi)部絕緣與過電壓保護(hù)措施要加強(qiáng)。自耦變壓器不能作為安全照明變壓器使用。在高電壓、大容量的輸電系統(tǒng)中，自耦變壓器主要用來聯(lián)結(jié)兩個(gè)電壓等級(jí)相近的電力網(wǎng)，作聯(lián)絡(luò)變壓器。在實(shí)驗(yàn)室中采用二次側(cè)帶滑動(dòng)接觸的自耦變壓器用作調(diào)壓器。此外，自耦變壓器還可用作異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)補(bǔ)償器。

3.自耦變壓器的基本方程式

（1）電壓關(guān)系U1a≈E1=4.44fN1ΦmU2a≈E2=4.44fN2Φmk=E1/E2=N1/N2

（2）電流關(guān)系I2=I1a+I2a=（-1/k）I2a+I2a=(1–I/k)I2a

（3）自耦變S2=U2aI2a=U2a（I2+I1a）=U2aI2+U2aI1a

4.使用應(yīng)注意的問題（1）在電網(wǎng)中運(yùn)行的自耦變壓器，中性點(diǎn)必須可靠接地。（2）一次側(cè)、二次側(cè)需加裝避雷裝置。（3）自耦變壓器短路保護(hù)措施的要求比雙繞組變壓器要高,要有限制短路電流的措施。（4）使用三相自耦變壓器時(shí)，通常增加一個(gè)三角形聯(lián)結(jié)的附加繞組，用來抵消三次諧波。5.5.4儀用互感器1.電壓互感器

使用電壓互感器需注意以下事項(xiàng):（1）使用電壓互感器時(shí)二次側(cè)不允許短路。（2）二次繞組和鐵心應(yīng)可靠接地，保證測(cè)量人員的安全。

2.電流互感器

使用電流互感器需注意以下事項(xiàng):（1）使用電流互感器時(shí)不允許二次側(cè)開路。（2）二次繞組和鐵心應(yīng)可靠接地，保證測(cè)量人員的安全。圖5-31電流互感器原理圖

圖5-30電壓互感器原理圖6.1交流繞組的基本知識(shí)6.2三相單層繞組及雙層繞組6.3交流繞組的電動(dòng)勢(shì)6.4交流繞組的磁通勢(shì)第6章交流電機(jī)的繞組6.1.1交流電機(jī)的主要型式1.同步電機(jī)2.異步電機(jī)6.1.2交流電機(jī)繞組的基本要求和分類1.對(duì)交流繞組的基本要求（1）三相繞組必須對(duì)稱。（2）線圈的組成應(yīng)遵循電動(dòng)勢(shì)相加的原則，以獲得盡可能大的線圈電動(dòng)勢(shì)和磁通勢(shì)。（3）波形好。6.1交流繞組的基本知識(shí)

（4）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣強(qiáng)度，散熱條件好。（5）制造簡(jiǎn)單、節(jié)省材料、工藝性好、維修方便。

2.交流繞組的分類（1）按相數(shù)可分為單相繞組和多相繞組。（2）按槽內(nèi)層數(shù)可分為單層繞組和多層繞組。（3）按每極每相槽數(shù)可分為整數(shù)槽繞組和分?jǐn)?shù)槽繞組。6.1.3交流繞組的幾個(gè)基本術(shù)語

1.極距τ相鄰磁極軸線之間沿定子內(nèi)圓表面跨過的距離稱為極距，用τ表示。τ=Z/2p

2.電角度電角度=p×機(jī)械角度

3.槽距角αα=(p×360°)/Z

4.線圈（元件）線圈是構(gòu)成交流繞組的基本單元。

5.線圈節(jié)距y1（第一節(jié)距）一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊所間隔的距離稱為線圈節(jié)距，用槽數(shù)表示。線圈節(jié)距等于極距（y1=τ）的繞組稱為整距繞組;線圈節(jié)距大于極距（y1>τ）的繞組稱為長(zhǎng)距繞組;線圈節(jié)距小于極距（y1<τ）的繞組稱為短距繞組。

6.每極每相槽數(shù)q每個(gè)磁極下每相繞組有效邊所占有的槽數(shù)，稱為每極每相槽數(shù)，用q表示。q=Z/2mp

7.相帶每一磁極下，每相繞組所占有的電角度稱為繞組的相帶。圖6-1相帶分布情況6.2.1三相單層繞組單層繞組的每個(gè)槽內(nèi)只放置一個(gè)線圈邊，整臺(tái)電機(jī)的線圈總數(shù)等于定子槽數(shù)的一半。

1.三相單層同心式繞組同心式繞組是由幾何尺寸和節(jié)距不等的線圈連成同心形狀的線圈組構(gòu)成。現(xiàn)以一臺(tái)三相單層繞組，定子槽數(shù)Z=24，磁極數(shù)2p=2，每相支路數(shù)2a=2的三相交流電機(jī)為例。6.2三相單層繞組及雙層繞組圖6-2三相單層同心式繞組展開圖（A相）2.三相單層鏈?zhǔn)嚼@組單層鏈?zhǔn)嚼@組是由形狀、幾何尺寸和節(jié)距都相同的線圈構(gòu)成，每個(gè)線圈都像鏈條上的一個(gè)個(gè)環(huán)，故稱為鏈?zhǔn)嚼@組。以定子槽數(shù)為24，磁極數(shù)為4，每相支路數(shù)為1的三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組為例。

圖6-3三相單層鏈?zhǔn)嚼@組展開圖（A相）

3.三相單層交叉式繞組由兩組大小線圈交叉布置，故稱交叉式繞組。以一臺(tái)Z=36，2p=4，2a=2的三相交流電機(jī)為例。圖6-4三相單層交叉式繞組展開圖（A相）

單層繞組的優(yōu)點(diǎn)是:工藝簡(jiǎn)單，制造較容易;下線方便，槽的利用率比較高，不會(huì)在槽內(nèi)發(fā)生層間或相間絕緣擊穿故障。

單層繞組的缺點(diǎn)是:故槽漏抗較大;不能通過選擇節(jié)距來抑制電動(dòng)勢(shì)和磁通勢(shì)中的高次諧波，電磁性能較差。單層繞組廣泛應(yīng)用于10kW以下的小型異步電動(dòng)機(jī)中。6.2.2三相雙層繞組雙層繞組的每個(gè)槽內(nèi)放置兩個(gè)線圈邊，分上下兩層嵌放，中間用層間絕緣隔開。以一臺(tái)定子槽數(shù)Z=36，磁極數(shù)2P=4，每相支路數(shù)2a=2的三相交流電機(jī)為例。

雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)是:

所有線圈尺寸相同，有利于繞制;圖6-5三相雙層疊繞組A相展開圖（a=1）有利于散熱;繞組節(jié)距可以合理靈活地選擇;可以得到較多的并聯(lián)支路數(shù)。

雙層繞組的缺點(diǎn)是:嵌線工藝復(fù)雜，下線較困難;線圈組間連線較長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì);降低了槽的利用率;短距時(shí)，存在相間絕緣擊穿的可能性。三相雙層繞組廣泛應(yīng)用于10kW以上的同步電機(jī)和大中型異步電動(dòng)機(jī)中。6.3.1線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及短距系數(shù)

1.導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)氣隙中離坐標(biāo)原點(diǎn)處的磁通密度的表達(dá)式為Bx=Bmsinα6.3交流繞組的電動(dòng)勢(shì)圖6-6交流發(fā)電機(jī)模型

圖6-7導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)

（1）電動(dòng)勢(shì)頻率f1=pn/60

（2）電動(dòng)勢(shì)的大小e=Bxlv=Bmlvsinα=Emsinωt有效值Ec1=(Bl/√2)×(2pτ/60)n=(π/√2)f1Φ1=2.22f1Φ1

2.整距線圈的電動(dòng)勢(shì)整距線圈的電動(dòng)勢(shì)的有效值為Eyl（y1=τ）=4.44f1NcΦ1

3.短距線圈的電動(dòng)勢(shì)圖6-8整距線圈電動(dòng)勢(shì)

短距線圈電動(dòng)勢(shì)的有效值為Eyl（y1<τ）=4.44f1Ncky1Φ16.3.2線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及分布系數(shù)短矩分布線圈基波電動(dòng)勢(shì)的有效值為Eql=4.44f1qNcky1kq1Φ1

=4.44f1qNcKwlΦ1

圖6-9短距線圈電動(dòng)勢(shì)

圖6-10線圈組的電動(dòng)勢(shì)6.3.3單相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

1.一相繞組的電動(dòng)勢(shì)一相繞組基波電動(dòng)勢(shì)有效值的公式均可表示為Ep1=4.44f1N1kw1Φ12.三相繞組的電動(dòng)勢(shì)6.3.4短距、分布繞組對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響

1.采用短距繞組將節(jié)距縮短(1/υ)τ，即可完全消除v次諧波電動(dòng)勢(shì)。

2.采用分布繞組交流電機(jī)的定子繞組采用分布繞組，同樣可以起到削弱高次諧波的作用。6.4.1單相繞組的磁通勢(shì)（脈振磁通勢(shì)）

1.整距線圈的磁通勢(shì)（1）磁通勢(shì)的空間分布6.4交流繞組的磁通勢(shì)

圖6-11整距線圈產(chǎn)生的磁通勢(shì)整距線圈的每極磁通勢(shì)方程式為fc（x，t）=(1/2)icNc

=(√2/2)IcNcsinωt=Fcmsinωt這種空間位置固定不動(dòng)而大小和極性隨電流交變的磁通勢(shì)和磁場(chǎng),稱為脈振磁通勢(shì)和脈振磁場(chǎng)。（2）矩形波磁通勢(shì)的分解整距線圈每極磁通勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為fc（x，t）=0.9INc（cos(π/τ)x-1/3cos3(π/τ)x+1/5cos5(π/τ)x+…）sinωt圖6-12矩形波磁通勢(shì)分解成基波及諧波分量2.線圈組的磁通勢(shì)（1）整距分布線圈組的磁通勢(shì)整距分布線圈組的基波磁通勢(shì)為Fqm1=qFcm1kq1=0.9（qINc）kq1（2）短距分布線圈組的磁通勢(shì)短距分布線圈組的基波磁通勢(shì)的最大幅值為Fym1=0.9（2qINc）kq1ky1=0.9（2qINc）kw1

3.單相繞組的磁通勢(shì)相繞組每極磁通勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為fp1（x，t）=Fpm1sinωtcos(π/τ)x6.4.2三相繞組的磁通勢(shì)（旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)）

1.數(shù)學(xué)分析法三相繞組的基波合成磁通勢(shì)為f1（x，t）=fA1（x，t）+fB1（x，t）+fC1（x，t）=3/2Fpm1sin（ωt-(π/τ)x）=F1sin（ωt-(π/τ)x）2.矢量合成法圖6-13三相對(duì)稱交流電流的波形圖6-14三相基波合成旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的產(chǎn)生7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理及結(jié)構(gòu)7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩7.5三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)7.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

1.基本特點(diǎn)及用途2.異步電動(dòng)機(jī)的主要分類3.三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理當(dāng)三相對(duì)稱定子繞組接于三相對(duì)稱電源，流過三相對(duì)稱電流時(shí)，在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，閉合的轉(zhuǎn)子繞組中便有電流流過。根據(jù)電磁力定律，載流的轉(zhuǎn)子繞組在氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中將受到電磁力作用，所有轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受到的電磁力形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n隨著定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)差率ss=(n1–n)/n1

4.三相異步電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)（1）電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)（2）發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)（3）電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)圖7-1異步電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖圖7-2異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)7.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

1.定子（1）定子鐵心（2）定子繞組（3）機(jī)座

2.轉(zhuǎn)子（1）轉(zhuǎn)子鐵心（2）轉(zhuǎn)子繞組

3.氣隙圖7-3三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖7.1.3三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌及主要系列

1.銘牌

（1）額定功率PNPN=√3UNINηNcosφN

（2）額定電壓UN指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，規(guī)定加在定子繞組上的線電壓值，單位為V或kV。

（3）額定電流IN指電動(dòng)機(jī)外加額定頻率、額定電壓、軸上輸出額定功率時(shí)流入定子繞組的線電流，單位為A或kA。

（4）額定頻率fN指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)定子側(cè)電壓的頻率，我國(guó)工業(yè)電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz。

（5）額定轉(zhuǎn)速nN指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位是r/min。

（6）額定功率因數(shù)cosφN指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子電路的功率因數(shù)。

（7）定子接線接線是指在額定運(yùn)行時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)定子三相繞組有星形或三角形聯(lián)結(jié)兩種。具體采用哪種接線，視額定電壓和電源電壓的配合情況而定，取決于相繞組能承受220V的電壓設(shè)計(jì)值。銘牌上還標(biāo)明絕緣等級(jí)、定子繞組相數(shù)、額定效率、額定溫升、防護(hù)型式、重量和生產(chǎn)日期等。

2.異步電動(dòng)機(jī)的主要系列新系列主要為Y系列。我國(guó)三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)主要由產(chǎn)品代號(hào)和規(guī)格代號(hào)組成.現(xiàn)以Y系列異步電動(dòng)機(jī)為例，對(duì)型號(hào)予以說明。

中小型三相異步電動(dòng)機(jī)

Y500-2-4規(guī)格代號(hào)：表示中心高500mm．短機(jī)座．4磁極產(chǎn)品代號(hào)：表示三相異步電動(dòng)機(jī)

表7-1系列產(chǎn)品的規(guī)格代號(hào)序號(hào)系列產(chǎn)品規(guī)格代號(hào)1中小型異步電動(dòng)機(jī)中心高（mm）-機(jī)座長(zhǎng)度（字母代號(hào)）-鐵心長(zhǎng)度（數(shù)字代號(hào)）-極數(shù)2大型異步電動(dòng)機(jī)功率（kW）-極數(shù)/定子鐵心外徑（mm）

大型三相異步電動(dòng)機(jī)

我國(guó)生產(chǎn)的異步電動(dòng)機(jī)主要產(chǎn)品系列有:

（1）Y系列:一般用途的鼠籠全封閉自冷式三相異步電動(dòng)機(jī).

（2）YR系列:三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)。一般用在電源容量小，不能用同容量籠型異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械上。

（3）YD系列:變極多速三相異步電動(dòng)機(jī)。

（4）YDT系列:通風(fēng)機(jī)用多速三相異步電動(dòng)機(jī)。

（5）YB系列:防爆式籠型異步電動(dòng)機(jī)。

（6）YTD系列:電梯用多速三相異步電動(dòng)機(jī)。Y630-10/1180規(guī)格代號(hào)：表示功率630ＫＷ．10極．定子鐵心外徑1180mm產(chǎn)品代號(hào)：表示三相異步電動(dòng)機(jī)

（7）YZ系列:起重和冶金用三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。

（8）YZR系列:起重和冶金用三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)。

（9）YQ系列:高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的三相異步電動(dòng)機(jī)。用在啟動(dòng)靜止負(fù)載或慣性負(fù)載較大的機(jī)械上。如壓縮機(jī)、粉碎機(jī)等。

（10）YCT系列:電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)。主要用于紡織、印染、化工、造紙、船舶及要求變速的機(jī)械上。7.2.1轉(zhuǎn)子靜止時(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行

1.主磁通和漏磁通2.轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的電磁關(guān)系（1）主、漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行E1=4.44f1N1kw1Φm