电机学复习.docx

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电机学复习

磁路

起始磁化曲线：

在一块未磁化的铁磁材料上绕上线圈，通入电流，从零开始逐渐增大，则铁磁物质中穿过横截面的磁通密度将随之增大，测得对应于不同的电流（不同的H）下的B值。

可逐点描绘出B-H曲线。

即为起始磁化曲线。

基本磁化曲线：

对同一铁磁材料，选用不同的Hm进行反复磁化，可得到大小不同的磁滞回路，将各磁滞回路顶点连接起来，即为基本磁化曲线。

设计电机、变压器时，为使主磁路内的磁通较大而又不过分增大励磁磁动势，一般把工作磁通密度选在膝点附近。

磁滞损耗

在铁芯被交变磁化过程中，铁芯内磁畴来回翻转，互相摩擦，一方面使得磁通的变化落后于磁势的变化，出现磁滞现象。

另一方面，这些磁畴翻转摩擦使得铁芯发热，消耗电源有功功率，称为磁滞损耗。

Ph=ChfBnmV

涡流损耗

铁芯内的磁通交变时，铁芯本身就感应出电势，该电势在铁芯内形成漩涡状电流，称为涡流。

涡流经过的“路”具有一定的电阻，使铁芯发热，其消耗电源功率，称为涡流损耗。

Pe=CeΔ2f2B2mV

铜损耗使线圈发热，

铁损耗使铁心发热。

减小铁损耗的方法：

①使用软磁材料减小Ph。

②增大铁心的电阻率，

减小涡流及其损耗。

③用很薄的硅钢片叠成铁心，

减小涡流及其损耗。

变压器

变压器铭牌和额定值

额定电压U1N/U2N指空载电压的额定值。

※对三相变压器是指线电压。

额定电流I1N/I2N指满载电流值，即长期工作所允许的最大电流。

※三相变压器是指线电流。

额定功率（额定容量）SN

※单相变压器：

SN=U2NI2N=U1NI1N

※三相变压器：

SN=√3U2NI2N=√3U1NI1N

额定频率fN一般：

fN=50Hz（工频）

变压器空载运行

铁芯饱和时：

磁通正弦变化，磁化电流为尖顶波。

当磁通为平顶波，磁化电流为正弦波

归算的原则：

保持归算前后绕组的磁效应不变（磁势不变）

保持归算前后有功和无功功率不变。

归算方法

用一匝数与一次绕组匝数相同的二次绕组代替真实二次绕组

主磁通与激磁电流关系

若主磁通为正弦波，则激磁电流为尖顶波，其中除基波电流外，还有较大的三次谐波电流。

若激磁电流为平顶波，则主磁通为平顶波，其中除基波磁通外，还含有较大的三次谐波磁通。

标幺值就是某一物理量的实际值与选定对应物理量的基值之比。

标幺值=实际值/基值标幺值为相对值，无量纲。

应用标幺值的优缺点：

1）不论变压器或电机的容量大小，用标幺值表示，各参数和典型性能的数据都在一定的范围内，便于比较。

2）用标幺值时，各量不必再进行归算。

（归算到高压侧或低压侧的参数相等）

3）方程式中的某些系数可以省略，简化了方程和计算

4）另外即短路阻抗标幺值等于阻抗电压的标幺值

5）标幺值的缺点是没有量纲，电磁量的物理概念被淡化，无法用量纲关系来检验推导及运算正确与否的可能性

外特性P63

指变压器的一次绕组接至额定电压，二次侧负载的功率因数保持一定时，二次绕组的端电压与负载电流之间的关系即当U1、cosφ2为常数时U2=f（I2）

外特性是一条反映变压器二次侧宫殿质量的特性。

电压调整率

当一次侧电压保持为额定，负载功率因数为常值，从空载到负载时二次侧电压变化的百分值用Δu表示。

变压器的电压调整率随着负载电流的增加而正比增大，此外还与负载的性质和漏阻抗有关。

当负载为感性时，功率因数角为正值，古电压调整率恒为正值，即负载时的二次侧电压总比空载时低；当负载为容性时，功率因数角为负值，电压调整率可能成为负值，即负载时的二次电压可以高于空载电压。

三相变压器的并联运行

变压器并联运行是指：

一次绕组和二次绕组分别并联到一次侧和二次侧的公共母线上的运行方式。

理想并联运行的状态

（1）空载时各台变压器的I2=0，即各台变压器之间无环流。

（2）负载运行时，各台变压器分担的负载与它们的容量成正比。

（3）各台变压器同一相上输出的电流同相位，使得总输出电流：

I2=Ii。

并联运行的变压器应满足要求

（1）电压比相等，以保证二次侧的空载电压相等。

规定：

电压比之差≤0.5%（平均电压比）

（2）联结组相同，以保证二次侧空载电压相位相同。

（3）短路阻抗标幺值相等，阻抗角要相同。

直流电机

励磁绕组的供电方式称为励磁方式。

直流电机的运行性能因励磁方式的不同而不同。

按照励磁方式的不同，直流电机分他励和自励两大类.

他励式直流电机的励磁绕组有其他电源供电，励磁绕组与电枢绕组不相连接。

永久磁铁作为主磁极的永磁直流电机也归属于这一类。

自励式：

利用电极自身发出的电流来励磁，在自励式电动机中，励磁绕组和电枢绕组由同一电源供电。

自励式直流电机又可分为并励，串励和复励三种。

额定值

1、额定功率PN（千瓦kW）

2、额定电压UN（伏V）：

额定状态下电枢出线端电压

3、额定电流IN（安A）：

额定电压下，输出额定功率，电机线电流

4、额定转速nN（转/分r/min）

5、额定励磁电压UfN（伏V）

6、额定励磁电流IfN（安A）

注、对发电机额定功率为PN=UNIN

对电动机额定功率为PN=UNINηNP1=UNIN

电枢反应：

负载时电枢磁动势对主磁场的影响。

◆电枢磁动势由电刷的位置决定，故电枢反应决定于电刷的位置

电刷位于几何中性线上时的电枢反应

交（横）轴电枢反应的表现：

（1）扭斜气隙磁场，使气隙磁场发生畸变。

发电机：

前极端去磁后极端加磁；电动机：

前加后去

（2）物理中性线偏离几何中性线α角（空载时，两者重合）。

发电机：

顺转向偏离α角；电动机：

逆转向偏离α角。

（3）磁路不饱和时：

增加的磁通量等于减少的磁通量，每极的磁通量不变。

负载时电动势=空载时电动势。

磁路饱和时：

负载时的每极磁通量小于空载磁通量（附加去磁作用），负载时的电动势小于空载时的电动势。

（4）Faq与Ff相对静止，且在空间相差90º电角度，它们相互作

用，产生平均电磁转矩。

2、电刷不在几何中性线上时的电枢反应

◆既有交（横）轴电枢反应Faq又有直轴电枢反应Fad

◆电枢反应的表现：

（1）Faq起扭斜气隙磁场的作用，使气隙磁场畸变，物理中性线偏离，附加去磁作用。

（2）Fad对主磁场起去磁或加磁作用

发电机：

顺转向移刷－去磁；逆转向移刷－加磁

电动机：

顺转向移刷－加磁；逆转向移刷－去磁

（3）Fad与Ff同轴线，不能产生平均电磁转矩。

空载和负载时电动势的变化：

1、只有交轴电枢反应时

1）不计饱和时，电动势不变

2）计饱和时，电动势变小

2、只有直轴电枢反应时

1）若为发电机，

电刷顺电枢旋转方向移动β角，则直轴电枢反应是去磁的，因此负载电势比空载电势变小；

电刷逆电枢旋转方向移动β角，则直轴电枢反应是增磁的，因此负载电势比空载电势变大；

2）若为电动机，

电刷顺电枢旋转方向移动β角，则直轴电枢反应是增磁的，因此负载电势比空载电势变大；

电刷逆电枢旋转方向移动β角，则直轴电枢反应是去磁的，因此负载电势比空载电势变小；

直轴电枢反应的性质与电机的转动方向有关，因此负载电势的变化与电机转动方向有关

直流发电机的运行特性

发电机的特性一般指发电机运行时，端电压U、负载电流I、励磁电流If这三个物理量之间的关系，保持其中的一个量不变，其余两个量就构成一种特性。

外特性：

转速n=Nn，励磁电流If=常值时，发电机的端电压与负载电流之间的关系。

外特性是一条负载变化时反映输出电压是否稳定的特性。

P105

他励发电机从额定负载IN过渡到空载时，电枢端电压的变化值与额定电压之比，称为额定电压调整率。

调整特性：

当n=nN，保持端电压U=UN时，负载电流与励磁电流之间的关系。

调整特性是一条负载变化时反映励磁调节规律的特性。

（1）空载特性：

发电机的稳态特性在很大程度上受到饱和影响

（2）外特性：

表示输出电压质量;

（3）调整特性：

表示励磁调节作用；

（4）效率特性：

力能指标（效率特性）；

并励发电机的自励

（1）自励过程和条件

●自励过程：

并励发电机建立电压的过程。

●自励条件：

1磁路中有剩磁2励磁磁动势与剩磁两者的方向必须相同

3励磁回路的总电阻必须小于临界电阻

改变并励发电机的极性，励磁绕组连接及转向要同时改变；若转向不能变，改变剩磁方向，即反向充磁。

若励磁绕组本身的电阻已超过所对应的临界电阻值，电机不可能自励，唯一的办法是提高电机的转速，从而提高其临界电阻值。

●过程分析：

剩磁：

励磁磁场与剩磁方向一致。

Φr→Er→If→Φ与Φr方向一致→Φ↑→Ea↑→If↑→Φ↑↑

U和If同时满足空载特性曲线U0＝f（If）和场阻线U＝RfIf。

临界电阻：

tgα＝U0/If=Rf

2、并励发电机的运行特性

外特性：

与他励外特性比较，并励的外特性有三个特点：

1）同一负载电流下，端电压较低。

2）外特性有“拐弯”现象。

3）稳定短路电流小

外特性“拐弯”现象的出现是因为

•负载电阻减小后，一方面使负载电流增加，端电压下降；另一方面，端电压下降后，使励磁电流减小，电势下降，使负载电流下降。

•当电压较高时，磁路饱和，励磁电流对电势影响不大；（负载电流随电阻下降而增大）

•当电流达到临界值时，磁路退出饱和，励磁电流的微小变化引起感应电势的较大变化，使端电压下降的幅度大于负载电阻减小的幅度，（负载电流下降）

直流电动机的启动与调速

直流电动机起动的基本要求是：

（1）起动转矩要大

（2）起动电流要小，限制在安全范围之内

（3）起动设备简单、经济、可靠

启动方法：

直接启动，电枢回路接入变阻器起动，降压启动

调速

1电枢回路串电阻调速

2改变电枢电压调速

3调节磁场调速（弱磁调速）

第四章

每极每相槽数q=z/2pm

极距：

相邻两磁极对应于定子内圆表面的距离称为极距。

槽间角相邻两槽之间的夹角所对应的空间电角度或空间电弧度称为槽间角用α表示。

相带：

每极每相绕组在定子内圆表面所占的范围称为相带。

谐波的危害

电动势中如存在高次谐波，将使电动势波形变坏，产生很多不良影响：

1、 电机损耗增大，效率下降，温升增加。

2、 高次谐波产生的电磁场对邻近的通讯线路

产生干扰。

3、产生有害附加转距，造成电机运行性能变坏。

削弱谐波电动势的方法

（1）选用短距绕组

（2）采用分布绕组

（3）削弱谐波磁场

（4）三次和三的倍数次谐波的消除

2、齿谐波电动势减小的方法

（1）采用斜槽

（2）采用分数槽

（3）采用半闭口槽和磁性槽楔

单向磁动势：

一个脉振磁动势可以分解成两个幅值相等，转向相反，转速相同的圆形旋转磁动势，反之亦然。

所谓圆形旋转是指，磁动势空间矢量的端点随时间的变化在空间移动出的轨迹为圆形。

三相磁动势

1三相对称绕组通入三相对称电流，产生的基波合成磁动势为幅值恒定的圆形旋转磁动势。

2其幅值由每相绕组的有效匝数和通入绕组电流的有效值决定，且为每相脉振磁动势最大幅值的3/2倍

3其转速由极对数和电流的频率决定，为电机的同步速。

4其转向由三相绕组空间排列顺序或电流的相序决定，是由电流超前相的绕组轴线转到滞后相的绕组轴向。

即：

当流过某相绕组的电流为最大时，合成磁动势的幅值刚好转过该相绕组的轴线上。

谐波结论

三相对称绕组通入三相对称电流仅产生6k+1次幅值恒定的谐波合成圆形选钻磁动势

4、当绕组适当的采用短距和分布时，可有效的消除或削弱高次谐波磁动势。

第五章

定义—同步速与转子转速之差与同步速之比值称为转差率，以表示，即

其中

三种运行状态

（1）电动机运行（0s>0）

⏹特点：

◆转子侧：

TM与n同转向，TM为驱动转矩，TMΩ>0，发出机械功率

◆定子侧：

e1与i1的有功电流i1a反方向，e1·i1a<0，吸收电功率

◆吸收电功率￫发出机械功率：

电动机运行

（2）发电机运行（n>n1或s<0）

⏹特点：

◆转子侧：

TM与n反转向，TM为制动转矩，TMΩ<0，吸收机械功率

◆定子侧：

e1与i1的有功电流i1a同方向，e1·i1a>0，发出电

功率

◆吸收机械功率￫发出电功率：

发电机

（3）电磁制动运行（n<0或s>1）

⏹特点：

◆转子侧：

TM与n反转向，TM为制动转矩，TMΩ<0，吸收机械功率

◆定子侧：

e1与i1的有功电流i1a反方向，e1·i1a<0，吸收电功率

◆吸收电功率＋吸收机械功率￫转子电阻热损耗：

电磁制动状态

额定值

1）额定功率（kW）指额定运行时转轴上的输出机械功率。

2）额定电压（V）指加在绕组上的线电压；

3）额定电流（A）指定子绕组中的线电流；

4）额定频率（Hz）我国工业用频率为50Hz；

5）额定功率因数指电动机在额定负载时定子侧的功率因数；

6）额定转速（r/min）指电机额定运行时转轴的转速；

等效电路

笼型转子的相数、极数和匝数如何确定？

笼型转子无特定的极数，其极数始终等于定子的极数

设转子总导条数为Z2（即转子槽数），极对数为p，则相邻两根导条之间相差的空间电角度为α2＝p·360º/Z2，这也是相邻两根转子导条电动势（电流）的相位相差的电角度。

同相位的电流构成一相。

导条分布均匀，一对磁极范围内的导条数为Z2/p,若Z2/p为整数，则相数m2＝Z2/p；若Z2/p不为整数，则相数m2＝Z2。

W2=1/2（每相串联匝数：

每对极每相只有一个导体）

电动机状态：

0＜S≤1，即0≤n＜n1；第Ⅰ象限，TM>0。

发电机状态：

S＜0，即n>n1；第Ⅲ象限，形状与电动机相同，TM＜0。

电磁制动状态：

S>1，即n＜0；第Ⅰ象限，为电动机转矩曲线的延长线

起动点：

s=1，即n=0，Tst为最初起动转矩。

上升段：

近似双曲线。

n↑→s↓。

s较大（1~sm）→r2′/s较小,（x1+Cx2′）>>（r1+Cr2′/s）,忽略（r1+Cr2′/s）,TM∝1/s

最大值点：

s=sm，TM=Tmax

下降段：

近似直线。

s较小（0~sm）→r2′/s较大,r1和（x1+Cx2）可忽略,分母只有（Cr2′/s）2，约去分子中的r2′/s，TM∝s。

同步点：

s=0，即n=n1,TM=0

笼型异步电动机的起动

◆起动过程，又简称起动：

三相异步电动机定子绕组接入电网，电动机从静止状态开始转动，直至过渡到稳定运行状态的过程。

◆起动性能的要求：

1）起动电流小,即最初起动电流倍数（Ist/IN）小,减小对电网的冲击

2）起动转矩大,即最初起动转矩倍数（Tst/TN）大

3）起动时间短,即具有足够的加速转矩

4）起动过程功率损耗小

5）起动设备简单,操作方便可靠

全压起动（直接起动）降压起动（电抗器启动，自耦变压器启动，Y-Δ启动，）

鼠笼型电动机降压起动的方法，主要目的是限制起动电流，但同时起动转矩也不同程度的降低了，因此只适用于轻空载起动

绕线转子异步电动机的起动

◆降压起动，在降低起动电流的同时，也不同程度的降低了起动转矩；故通常只适合空载或轻载起动。

◆对于带重载起动的大容量电动机，则要求在减少起动电流的同时，增加起动转矩；降压起动不能满足上述要求；而绕线转子异步电动机转子串适当电阻起动，可以满足上述要求，它既可减少起动电流又可增加起动转矩。

①转子串电阻分级起动；②转子串频敏变阻器起动

调速方法

•机械调速：

通过改变齿轮比进行调速

•电气调速：

通过改变电机的电气量和参数进行调速

变极调速特点：

转速几乎成倍变化,为有级调速，平滑性较差；但方法简单，具有较硬的机械特性,稳定性好,可用于恒功率和恒转矩负载

变频调速

•优点：

调速范围大；转速稳定性好；频率可以连续调节，为无级调速，平滑性好，变频时电压按不同规律变化可实现恒转矩调速或恒功率调速，以适应不同负载的要求。

这是异步电机调速发展的方向

•缺点：

控制装置价格较贵

第六章

隐极式转子为圆柱形，气隙均匀；凸极式有突出磁极，气隙不均匀。

同步电机的三种运行状态

a）发电机（δ>0）b）补偿机（δ=0）c）电动机（δ<0）

电枢反应：

负载时电枢磁动势的基波对主极磁通基波的影响，就称为电枢反应，因此，电枢磁动势又称为电枢反应磁动势。

旋转电机实现机电能量转换的基本条件：

同步电机的电枢磁动势的基波与励磁磁动势转速相同，转向一致，因此它们在空间保持相对静止。

正由于这种相对静止，才使它们之间的相互关系保持不变，从而建立稳定的气隙磁场和产生平均电磁转距，实现机电能量转换。

实际上，定转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机正常运行的基本条件。

1.与同相位时的电枢反应－交轴电枢反应

交轴电枢反应的作用：

1）对主磁极而言，交轴电枢反应磁动势在前极端（顺转向看、极靴的前部）起去磁作用，在后极端（顺转向看,极靴的后部）起加磁作用。

定子合成磁动势扭斜了角，幅值也有所增加，从而使气隙磁场的大小也有所增加。

2）同步电机的电磁转矩和能量转换与交轴电枢反应密切相关。

只有具有交轴电枢反应，定子合成磁动势和主磁极之间才会形成一定的角，从而才能实现机、电能量转换，所以交轴电枢反应是实现机、电能量转换的必要条件。

2.落后以时的电枢反应－去磁性质的直轴电枢反应

直轴电枢反应的作用：

1）对主磁场而言，直轴电枢反应磁动势起去磁作用，使得气隙合成磁场减小。

2）由于合成磁动势没有扭斜现象（），此时直轴电枢反应磁场与励磁磁场正对着，不产生切向力，所以不产生电磁转距，因而也不能进行机电能量转换。

3.超前以时的电枢反应－加磁性质的直轴电枢反应

直轴电枢反应的作用：

1）对主磁场而言，直轴电枢反应磁动势起加磁作用，使得气隙合成磁场增强。

2）由于合成磁动势没有扭斜现象（），所以也不会产生电磁转距，也不能进行机电能量转换。

理想并网条件：

并网投入方法

准整步：

把发电机调整到完全合乎并联投入，然后投入电网，这种方法叫准整步。

自整步：

首先校验发电机的相序，并按照规定的转向（和定子旋转磁场的转向一致）把发电机拖动到接近同步速旋转，把励磁绕组通过一限流电阻短路（不加励磁），然后把发电机投入电网，并立即加上励磁，依靠定、转子间形成的电磁力矩，把转子自动地拉入同步。

一种是暗灯法，另一种叫旋转灯光法。

功角的物理意义

1）对发电机而言，θ角是励磁电动势超前于端电压的时间角

2）θ的空间意义，θ是主磁场与电枢等效合成磁场之间的空间角。

功率角可看作转子磁极轴线与电枢等效合成磁极轴线之间的空间角

关于有功、无功调节综合性结论