電機(jī)及電機(jī)學(xué)教案

1、 第 84 頁(yè)緒論 （introduction）一、電機(jī)及電機(jī)學(xué)概念（electric machine and electric machine theory concept）1.電機(jī)定義：是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。2.電機(jī)分類(lèi)：（按運(yùn)動(dòng)方式分類(lèi)）靜止電機(jī)-變壓器 電機(jī)直流電機(jī) 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 交流電機(jī) 異步電機(jī) 同步電機(jī)3.電機(jī)學(xué)及性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課4.本門(mén)課學(xué)習(xí)方法：抓住主要矛盾； 理論聯(lián)系實(shí)際； 善于運(yùn)用對(duì)比的方法。二、電機(jī)中的材料（materials）1.導(dǎo)電材料：線圈（銅、鋁）2.導(dǎo)磁材料：鐵磁材料（重點(diǎn)介紹）3.結(jié)構(gòu)材料：鑄鐵、鑄鋼和鋼板等4. 絕緣材料：聚酯

2、漆、環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃絲帶、電工紙、云母片等（A、E、B、F、H、C）第二章 磁 路一、鐵磁性材料的磁化特性：（characteristic of ferromagnetic material）1.鐵磁性物質(zhì)的磁化鐵磁材料：鐵、鎳、鈷及其合金磁化曲線：特性：具有高的導(dǎo)磁性能；磁化曲線呈非線性（飽和特性）2.磁滯回線磁滯現(xiàn)象：B的變化總是滯后H的變化；時(shí)的值，稱(chēng)為剩磁；基本磁化曲線：；鐵磁材料 軟磁材料：高，小，磁滯回線窄而長(zhǎng)，如：鑄鋼、硅鋼、坡莫合金，制作電機(jī)鐵心；硬磁材料：不高，Br大，磁滯回線寬而胖，制造永久磁鐵；3.磁滯損耗和渦流損耗磁滯損耗：磁疇之間產(chǎn)生摩擦而產(chǎn)生的，渦流損耗：渦流與鐵心電

3、阻相作用產(chǎn)生的損耗，鐵損：磁滯損耗+渦流損耗，二、電機(jī)中的基本電磁定律(basic electromagnetic laws)1.磁路中的幾個(gè)基本定律全電流定律安培環(huán)路定律 (law of total current) 舉例：工程上： 線圈：* 電流方向的判斷：磁路的基爾霍夫第一定律：*說(shuō)明磁通是連續(xù)的。磁路的基爾霍夫第二定律：磁路歐姆定律： *鐵磁材料的不為常數(shù)。2.電路中的兩個(gè)基本定律基爾霍夫第一定律：基爾霍夫第二定律：3.電磁感應(yīng)定律 (electromagnetic inductive law) 變壓器電動(dòng)勢(shì)：同上；運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)：*判斷方向：右手定則4.電磁力定律：*判斷方向：左手定則（

4、主要用于分析旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩）第二章 變壓器 transformer1.變壓器的定義：它是一種靜止的電機(jī)，通過(guò)線圈間的電磁感應(yīng)關(guān)系，將某一等級(jí)的交流電壓轉(zhuǎn)換為同頻率的另一等級(jí)的交流電壓。2.變壓器的用途：3.電力變壓器：用于電力系統(tǒng)升、降電壓的變壓器。2.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)（basic operation principle and structure of transformer）一、 基本結(jié)構(gòu)（basic structure）器身：由鐵心和線圈組成。1.鐵心：構(gòu)成主磁路，機(jī)械骨架，由硅鋼片迭成材料：0.35mm厚涂有絕緣漆膜的硅鋼片，導(dǎo)磁性能好，可減少鐵損；鐵心形狀：矩形、十

5、字形等；迭片方式：交迭式迭裝2.線圈：導(dǎo)電部分，銅線或鋁線*為便于線圈和鐵心絕緣，低壓靠近鐵心柱在里面，高壓在外面；線圈在鐵心上排列方式： 同心式交迭式3.油箱和冷卻裝置：*變壓器油的作用：絕緣和冷卻4.絕緣套管：用于引線5.保護(hù)裝置和其他二、 基本工作原理（basic operation principle）AXu1 i1 0e1axe2i2u2 基本原理：其中： ； 若 可見(jiàn)，只要改變線圈的匝數(shù)，就能達(dá)到改變電壓的目的。三、變壓器的分類(lèi)（classification of transformer）1. 用途分：升壓變壓器、降壓變壓器；2. 相數(shù)分：?jiǎn)蜗嘧儔浩骱腿嘧儔浩鳎?. 線圈數(shù)：雙線

6、圈變壓器、三線圈變壓器和自耦變壓器；4. 鐵心結(jié)構(gòu)：心式變壓器和組式變壓器；5. 冷卻介質(zhì)和冷卻方式：油浸式變壓器和干式變壓器等；6. 容量大小：小型變壓器、中型變壓器、大型變壓器和特大型變壓器。四、變壓器的型號(hào)和額定值(type and rated value)1. 型號(hào)：表示一臺(tái)變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級(jí)、冷卻方式等內(nèi)容。例如：SL-500/10：表示三相油浸自冷雙線圈鋁線，額定容量為500kVA，高壓側(cè)額定電壓為10kV級(jí)的電力變壓器。2. 額定值：銘牌規(guī)定在額定使用條件下所輸出的視在功率。：指變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行所承受的工作電壓。（三相為線電壓）：規(guī)定加在一次側(cè)的電壓；：一次側(cè)加額定

7、電壓，二次側(cè)空載時(shí)的端電壓。：變壓器額定容量下允許長(zhǎng)期通過(guò)的電流有和（三相為線電流）。：我國(guó)工頻：50Hz；還有額定效率、溫升等額定值。3. 單相變壓器的關(guān)系式：三相變壓器的關(guān)系式：*：對(duì)于雙線圈變壓器一、二次側(cè)的額定容量相等。（由于其效率高）4. 舉例：一臺(tái)Y,d11聯(lián)接的三相變壓器，額定容量為3150kVA,U1N/U2N=35/6.3kV,求： 變壓器一、二次額定電壓和額定電流？變壓器一、二次線圈的額定電壓和額定電流？*思考題：原邊加直流電壓是否可以？為什么？2.2 單相變壓器的空載運(yùn)行（no-load operation of single phase transformer）1. 從

8、空載和負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系出發(fā)，導(dǎo)出基本方程式、等效電路和相量圖；2. 分析穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能（電壓變化率、損耗和效率）*適用于三相變壓器的對(duì)稱(chēng)運(yùn)行。一、電磁現(xiàn)象（electromagnetic phenomenon）1. 空載定義：02. 物理過(guò)程：AXu1 i0 e1axe21u20*電機(jī)中各物理量正方向的規(guī)定 3. 0和1區(qū)別: 在性質(zhì)上：0與I0非線性關(guān)系；1與I0線性關(guān)系；在數(shù)量上：0占99%以上；1占1%以下；在作用上：0傳遞能量的媒介；1漏抗壓降。 二、空載時(shí)各物理量（physical quantities of no-load）1. 原邊電壓：變壓器一次線圈所接的電網(wǎng)電壓；2. 空載

9、電流：作用：一是用來(lái)激磁，產(chǎn)生主磁通；二是供空載損耗。組成：性質(zhì)：感性無(wú)功；大?。?8%；，稱(chēng)為激磁電流。*為什么越小越好？波形：磁路飽和：尖頂波；磁路不飽和：正弦波。*實(shí)際需要：將尖頂波的空載電流等效為正弦波。3. 空載磁動(dòng)勢(shì) 建立空載磁場(chǎng)4. 主磁通與一次漏磁通5. 主磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)設(shè)，則 同理可得： *結(jié)論：，在相位上滯后90°。6. 一次漏感電動(dòng)勢(shì)：設(shè)，則 又可得： 式中：=常數(shù)， 為一次繞組的漏電抗。*電抗的概念可以推廣。7. 一次線圈電阻壓降8. 空載損耗 *空載損耗約占（0.21）%，隨容量的增大而減小。三、空載時(shí)的電磁關(guān)系（electromotive relatio

10、nship of no-load）1. 電動(dòng)勢(shì)平衡方程：一次側(cè)：忽略I0Z1，則有： 即 * 結(jié)論：影響主磁通大小的因素是: 電源電壓U1、電源頻率f和一次側(cè)線圈匝數(shù)N1，與鐵心材質(zhì)及幾何尺寸基本無(wú)關(guān)。二次側(cè)：2. 變比： *降壓K1；升壓K1；*三相變壓器：Y，d接線： D，y接線： Y，y和D，d接線：3. 等效電路：令: *和的物理意義；則有：式中：、和隨磁路飽和程度的增加而減小。等效電路為： r1 x1 rm xm 變壓器空載時(shí)的等效電路由于rmr1 ，xmx1 ，可得簡(jiǎn)化等效電路： Rm Xm 變壓器空載時(shí)的簡(jiǎn)化等效電路*空載電流的大?。喝Q于激磁阻抗的大小，從變壓器運(yùn)行的角度看，希

11、望空載電流越小越好，因此變壓器采用高導(dǎo)磁率的鐵磁材料，以增大Zm減少I(mǎi)0，提高變壓器的效率和功率因數(shù)。4. 相量圖： 空載時(shí)的方程式：（總結(jié)）空載時(shí)的相量圖：*變壓器空載運(yùn)行時(shí)，很低，一般在0.10.2之間。第二節(jié) 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行(load operation of single-phase transformer)一、磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系（magnetomotive force(mmf) balance relationship）1. 負(fù)載運(yùn)行定義：在，下，二次線圈接以負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)。2. 負(fù)載時(shí)的電磁過(guò)程0u2AXu1 i0 e1axe2i212 單相變壓器負(fù)載運(yùn)行示意圖 3. 磁動(dòng)勢(shì)平衡

12、方程式：（1）磁動(dòng)勢(shì)形式： （2）電流形式 ：*解釋方程的物理意義？若忽略I0，則有： 注意大小和相位。二、電動(dòng)勢(shì)平衡方程(electromotive force(emf) balance equation)三、折算（conversion）1. 折算目的：獲得等效電路；簡(jiǎn)化計(jì)算；畫(huà)相量圖2. 折算方法：N2=N1 3. 折算原則：和二次側(cè)的各功率保持不變4. 折算的物理量：二次側(cè)電流：I2=I2/k二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)的折算：E2=kE2 E2=kE2 U2=kU2二次側(cè)阻抗的折算： R2=k2R2 X2=k2 X2 RL=k2RL XL=k2XL 5. 折算后的方程：四、等效電路和相量圖（equiv

13、alent circuit and phasor diagram）1.“T”形等效電路和相量圖“T”形等效電路 r1 X1 r2 X2 rm Xm ZL 相量圖2.近似等效電路一般I1NZ1<0.08U1N 時(shí)采用 r1 X1 r2 X2 rm ZL Xm3.簡(jiǎn)化等效電路和相量圖簡(jiǎn)化等效電路：忽略I0 r1 X1 r2 X2 ZL電壓方程式： 其中： 簡(jiǎn)化相量圖：要求掌握。 C B A *說(shuō)明：ABC為阻抗三角形；對(duì)于一臺(tái)已制成的變壓器，其形狀是固定的。*短路阻抗大小的意義：從正常運(yùn)行角度，希望小些； 從短路角度看，希望大些，可限制短路電流。第三節(jié) 變壓器參數(shù)的測(cè)定(measuremen

14、t of transformer parameters)說(shuō)明：通過(guò)空載和短路試驗(yàn)測(cè)取。一、空載實(shí)驗(yàn)（no-load test）1.目的：通過(guò)測(cè)量I0，U1，U20及P0來(lái)計(jì)算K, I0（），pFe，Zm=rm+jxm 以及判斷鐵心質(zhì)量和線圈質(zhì)量。2.接線：一般低壓側(cè)加壓，高壓側(cè)開(kāi)路3.步驟：低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開(kāi)路； 電源電壓由01.2UN（或1.2 UN0），測(cè)U1、U20、I0和P0值； 可得I0=f(U1)及P0=f(U1)*單方向激磁。4.計(jì)算：變比：由空載簡(jiǎn)化等效電路，得：；5.注意：rm和Xm是隨電壓的大小而變化的，故取對(duì)應(yīng)額定電壓時(shí)的值。 空載試驗(yàn)在任何一方做均可，高壓側(cè)參數(shù)是低

15、壓側(cè)的k2倍。三相變壓器必須使用一相的值。，很低，為減小誤差，利用低功率因數(shù)表。二、短路實(shí)驗(yàn)（short circuit test）1.目的：測(cè)IK、UK及PK，計(jì)算UK（）,pCu, ZK=rK+jxK 。2.接線：通常高壓側(cè)加壓，低壓側(cè)短路3.步驟：高壓側(cè)接電源，低壓側(cè)短接； 電壓由0，使IK=01.2IN，分別測(cè)IK、UK及PK； 可得IK=f(UK)，線性；PK=f(UK)，拋物線。4.計(jì)算： pCupK=PK (PK=pCu+pFepCu，電源電壓很低pFe0) 由簡(jiǎn)化等效電路，得 ； ；*一般認(rèn)為：； 溫度折算：線圈電阻與溫度有關(guān)，國(guó)標(biāo)規(guī)定向75換算； 對(duì)銅線： 對(duì)鋁線： *三相變

16、壓器必須使用一相的值。短路試驗(yàn)在任何一方做均可，高壓側(cè)參數(shù)是低壓側(cè)的k2倍。三、短路電壓（阻抗電壓）（short circuit voltage）1.定義：短路試驗(yàn)時(shí)，使短路電流為額定電流時(shí)一次側(cè)所加的電壓，成為短路電壓UK即UKN=I1NzK75 *記作：額定電流在短路阻抗上的壓降，亦稱(chēng)作阻抗電壓。2.短路電壓百分值：短路電壓有功分量：短路電壓無(wú)功分量：3.uK對(duì)變壓器運(yùn)行性能的影響：短路電壓大小反映短路阻抗大小 正常運(yùn)行時(shí)希望小些 ，電壓波動(dòng)小 ； 限制短路電流時(shí)，希望大些。*中、小型變壓器：（410.5）%； 大型變壓器： （12.517.5）%。第四節(jié) 標(biāo)么值及其應(yīng)用（pre-unit

17、 value and application）一、標(biāo)么值的定義 （definition of pre-unit value） *實(shí)際值與基準(zhǔn)值必須具有相同的單位。二、基準(zhǔn)值的選?。╯election of basic value）1.通常以額定值為基準(zhǔn)值，各側(cè)的物理量以各自側(cè)的額定值為基準(zhǔn)例如：變壓器一次側(cè)選； 變壓器二次側(cè)選； 由于變壓器一、二次側(cè)容量相等，均選*額定值的標(biāo)么值為1；標(biāo)么值的表示為在原符號(hào)右上角加“*”表示；使用標(biāo)么值表示的基本方程式與采用實(shí)際值時(shí)的方程式在形式上一致。舉例：； ；2.實(shí)際值、標(biāo)么值和百分值的關(guān)系 實(shí)際值=標(biāo)么值×基準(zhǔn)值 百分值=標(biāo)么值×1

18、00%三、優(yōu)缺點(diǎn)（merits and shortcomings）1.優(yōu)點(diǎn)：便于分析比較； 直觀反映變壓器運(yùn)行情況，如： 物理意義不同的物理量，具有相同的數(shù)值； 采用標(biāo)么值后，不必折算了； 采用標(biāo)么值后，三相變壓器的計(jì)算公式與單相變壓器的計(jì)算公式完全相同。2.缺點(diǎn):沒(méi)有單位；物理概念比較模糊。第五節(jié) 變壓器的運(yùn)行性能（operation characteristics of transformer）一、電壓變化率 (voltage regulation factor)1. 原因：內(nèi)部漏阻抗壓降的影響；2. 定義式：3. 參數(shù)表達(dá)式：由簡(jiǎn)化相量圖，可得：（推導(dǎo)過(guò)程略） 式中： 稱(chēng)為負(fù)載系數(shù)，直接

19、反應(yīng)負(fù)載的大小，如，表示空載； ，表示滿載；*影響u的因數(shù)：負(fù)載大?。欢搪纷杩箻?biāo)么值；負(fù)載性質(zhì)二、變壓器的電壓調(diào)節(jié)（voltage regulation of transformer）1. 通過(guò)改變高壓側(cè)分接頭（即改變高壓側(cè)線圈的匝數(shù)）來(lái)調(diào)壓。2. 分接頭：3. 調(diào)壓方法：三、損耗和效率(loss and efficiency)1.損耗*鐵損-不變損耗；銅損-可變損耗。2.效率：*變壓器的效率比較高，一般在（9598）%之間，大型可達(dá)99%以上。 令： *結(jié)論：效率大小與負(fù)載大小、性質(zhì)及空載損耗和短路損耗有關(guān)。 效率特性： 最大效率：令： 得 即 （或銅損=鐵損）時(shí)，有*說(shuō)明：變壓器的鐵損總是

20、存在，而負(fù)載是變化的，為了提高變壓器的經(jīng)濟(jì)效益，提高全年效益，設(shè)計(jì)時(shí)，鐵損應(yīng)設(shè)計(jì)得小些，一般取，對(duì)應(yīng)的PKN與P0之比為34。2.6 三相變壓器(three-phase transformer)本章主要內(nèi)容：磁路系統(tǒng)；電路系統(tǒng)；線圈中的空載電動(dòng)勢(shì)波形一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)(magnetic circuit system of three-phase transformer)按鐵心結(jié)構(gòu)分：1.組式變壓器：各相磁路彼此無(wú)關(guān)，即三相磁路是獨(dú)立的； 原邊外施三相對(duì)稱(chēng)電壓三相對(duì)稱(chēng)磁通由于磁路對(duì)稱(chēng)，產(chǎn)生三相對(duì)稱(chēng)的空載電流2.心式變壓器：各相磁路彼此相關(guān)，有電和磁的聯(lián)系； 原邊外施三相對(duì)稱(chēng)電壓三相對(duì)稱(chēng)磁通

21、但由于磁路不對(duì)稱(chēng)，產(chǎn)生的三相空載電流不對(duì)稱(chēng)，且中間電流小。*組式和心式變壓器的比較： 組式變壓器：受運(yùn)輸條件或備用容量限制采用 心式變壓器：省材料，效率高，占地少，成本低，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用。二、 三相變壓器的電路系統(tǒng)(circuit system of three-phase transformer)（一）、線圈首、末端的標(biāo)志及極性(mark of head ,end and polarity)1.變壓器線圈的首、末端標(biāo)志線圈名稱(chēng)單相變壓器三 相 變 壓 器首端末端首端末端中點(diǎn)高壓線圈AXA B CX Y ZO低壓線圈aXa b cx y zo中壓線圈AmXmAm Bm CmXm Ym

22、ZmOm2.極性：指瞬時(shí)極性同名端 由線圈的繞向和首末端標(biāo)志決定（二）、單相變壓器的連接組別(connections of single-phase transformer)1.定義：反映單相變壓器高、低壓線圈電動(dòng)勢(shì)（或電壓）之間的相位關(guān)系，它由線圈的繞向和首末端標(biāo)志決定。2.單相變壓器的連接組別：I,I0；I,I6*I,I0；I,I6的意義； 國(guó)標(biāo)規(guī)定：I,I0為標(biāo)準(zhǔn)連接組別。（三）、三相變壓器線圈的連接組別(connections of three-phase transformer)1.連接方式：Y或D；（y,d）-復(fù)習(xí)電路知識(shí)2.定義：反映三相變壓器對(duì)稱(chēng)運(yùn)行時(shí)，高、低壓側(cè)對(duì)應(yīng)線電動(dòng)勢(shì)（

23、或線電壓）之間的相位關(guān)系，它與線圈的繞向和首、末端標(biāo)記及高、低壓線圈的連接方式有關(guān)。3.時(shí)鐘表示法：（位形圖）舉例： B CbcA,a位形圖 Y,y0 作圖步驟：先畫(huà)出高壓線圈的位形圖； 便于比較，將A,a連成等電位點(diǎn)； 畫(huà)出低壓側(cè)的位形圖； 將AB,ab連線，得出結(jié)論。4.國(guó)標(biāo)規(guī)定了五種標(biāo)準(zhǔn)連接組：Y,yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0。*凡Y,y或D,d連接均為偶數(shù)；凡Y,d或D,y連接均為奇數(shù)。*本節(jié)課將原理講完后，主要讓學(xué)生自己練習(xí)。三、 磁路和線圈連接方式對(duì)空載電動(dòng)勢(shì)波形的影響（influence of magnetic circuit and circuit s

24、ystem to emf wave）復(fù)習(xí)電路知識(shí)：非正弦波（如e,i,）可分解成：基波+3次諧波+5次諧波+，主要是3次諧波的影響，其余忽略不計(jì)。 3次諧波特點(diǎn)：三相大小相等、相位相同、3倍基波頻率。磁路和線圈連接方式對(duì)空載電動(dòng)勢(shì)波形的影響 接 線 波 形 Y,yYN,y或D,yY,d正常運(yùn)行Y,yn組式心式組式心式組式心式激磁電流正弦正弦尖頂尖頂正弦正弦正弦主磁通平頂基本正弦正弦正弦基本正弦平頂基本正弦感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)尖頂基本正弦正弦正弦基本正弦尖頂基本尖頂*說(shuō)明：Y,yn接線空載時(shí)與Y,y接線情況完全相同。思考題：Y,d接線的三相變壓器，三次諧波電動(dòng)勢(shì)在d中能形成環(huán)流，而基波電動(dòng)勢(shì)在d中能否形成

25、環(huán)流，為什么？2.7 變壓器運(yùn)行 (the operation of transformer) 一、 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行（parallel connection operation of transformer）前言：1.定義：幾臺(tái)變壓器的原、副線圈分別連接到原、副邊的公共母線上，共同向負(fù)載供電。2.優(yōu)點(diǎn)：可靠性；經(jīng)濟(jì)性。（一）、理想條件（ideal condition） 1.理想情況：空載時(shí)副邊無(wú)環(huán)流； 負(fù)載后負(fù)載系數(shù)相等；各變壓器的電流與總電流同相位。2.理想條件：各變壓器的原、副邊的額定電壓分別相等，即變比相等； 各變壓器的連接組號(hào)相同；各變壓器的短路阻抗（短路電壓）標(biāo)么值相等，且短路阻抗

26、角也相等。（二）、不滿足并聯(lián)條件的分析（analysis）-以兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行為例來(lái)分析1.變比不等時(shí)的并聯(lián)運(yùn)行，設(shè)空載運(yùn)行時(shí)的環(huán)流（原邊向副邊折算）空載時(shí)有環(huán)流：負(fù)載運(yùn)行：*結(jié)論：變比大的變壓器承擔(dān)的電流小，變比小的變壓器承擔(dān)的電流大。2.組別不同時(shí)并聯(lián)運(yùn)行組別不同時(shí)，副邊線電動(dòng)勢(shì)最少差300，由于短路阻抗很小，產(chǎn)生的環(huán)流很大。*結(jié)論：組別不同，絕對(duì)不允許并聯(lián)。3.短路阻抗標(biāo)么值不等時(shí)的并聯(lián)運(yùn)行 *結(jié)論：各變壓器所分擔(dān)的負(fù)載大小與其短路阻抗標(biāo)么值成反比，短路阻抗標(biāo)么值大的變壓器分擔(dān)的負(fù)載小，短路阻抗標(biāo)么值小的變壓器分擔(dān)的負(fù)載大。4.變壓器運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：變比不同和短路阻抗標(biāo)么值不等的變壓器，

27、在任何一臺(tái)變壓器都不會(huì)過(guò)載的情況下，可以并聯(lián)運(yùn)行。短路阻抗標(biāo)么值不等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高短路阻抗標(biāo)么值大的變壓器的二次電壓（即適當(dāng)減小其電壓變比），以使并聯(lián)運(yùn)行的變壓器的容量均能得以充分利用。二、 三相變壓器的不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行(unsymmetrical operation of three-phase transformer)前言：三相變壓器的外施電壓一般是對(duì)稱(chēng)的，其不對(duì)稱(chēng)往往是由負(fù)載不對(duì)稱(chēng)所致。如：變壓器二次側(cè)接有較大的單相負(fù)載、照明負(fù)載三相分配不平衡等。 分析不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行方法：對(duì)稱(chēng)分量法。（一）、對(duì)稱(chēng)分量法（以電流為例）(symmetric components method)1.定義

28、：實(shí)際上是一種線性變換，它是把一組三相不對(duì)稱(chēng)的正弦量分解成三組互為獨(dú)立的三相對(duì)稱(chēng)的正弦量，它們分別是：零序分量：三相對(duì)稱(chēng)的正弦量，大小相等，相位相同，即；正序分量：三相對(duì)稱(chēng)的正弦量，大小相等，相位互差120°，相序?yàn)椋?，式中：，；零序分量：三相?duì)稱(chēng)的正弦量，大小相等，相位互差120°，相序?yàn)?，即?.分解公式：（二）、三相變壓器的各序阻抗和等效電路(sequence impedance and equivalent circuit)1.正序阻抗和等效電路正序阻抗：正序電流所遇到的阻抗，相序?yàn)椋海坏刃щ娐罚?.負(fù)序阻抗和等效電路負(fù)序阻抗：負(fù)序電流所遇到的阻抗，相序?yàn)椋海坏刃?/p>

29、電路：3.零序阻抗和等效電路零序阻抗：零序電流所遇到的阻抗；等效電路：零序電流本身特點(diǎn)，其產(chǎn)生零序磁通與線圈的連接方式和鐵心結(jié)構(gòu)有關(guān)。線圈連接方式的影響：Y：零序無(wú)通路，Y側(cè)開(kāi)路； YN：可以經(jīng)中性線流通； D：在線圈內(nèi)流通，從外電路看，開(kāi)路。例如： 鐵心結(jié)構(gòu)影響：.組式變壓器：三相零序磁通與對(duì)稱(chēng)運(yùn)行時(shí)的主磁通磁路相同，很大； .心式變壓器：磁阻大，零序磁通不能在鐵心內(nèi)閉合，很小，且（三）、Y,yn接線三相變壓器帶單相負(fù)載(single-phase load of three-phase transformer with Y,yn connection)如圖：一次外施三相對(duì)稱(chēng)電壓，單相負(fù)載ZL

30、接a相，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，副邊量已折算至原邊，不加折算符號(hào)。 分析：根據(jù)不對(duì)稱(chēng)條件，列端點(diǎn)方程：得：忽略漏阻抗，得*可見(jiàn)，零序阻抗對(duì)單相負(fù)載電流影響甚大。組式變壓器：，此時(shí)，所以不能帶單相負(fù)載；心式變壓器：很小，負(fù)載電流主要*中性點(diǎn)位移：當(dāng)副邊三相電壓不對(duì)稱(chēng)，帶負(fù)載相電壓下降，而不帶負(fù)載相電壓反而升高了，但線電壓仍為對(duì)稱(chēng)。并且零序電動(dòng)勢(shì)越大，中性點(diǎn)位移就越嚴(yán)重。三、 瞬變過(guò)程(transient procedure of transformer)前言：瞬變過(guò)程：變壓器從一種穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)過(guò)度到另一種穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。包括：副邊突然短路和空載合閘到電網(wǎng)上等。（一）、變壓器副邊突然短路(secondary

31、winding sudden short circuit)假設(shè)：短路前為空載，相當(dāng)于rK、LK電路在正弦激勵(lì)下的零狀態(tài)響應(yīng)。 設(shè)：電源電壓式中：為短路瞬間電網(wǎng)電壓初相角；等效電路：列KVL方程：得： 穩(wěn)態(tài)分量 瞬變分量式中：穩(wěn)態(tài)短路電流有效值；短路阻抗角；短路電流衰減時(shí)間常數(shù)；1.當(dāng)（即u1最大）時(shí)突然短路 ；發(fā)生穩(wěn)態(tài)短路，短路電流最小，即（1020）IN。2.當(dāng)（即u1=0）時(shí)突然短路 初始值最大，最嚴(yán)重情況；，短路后，經(jīng)半個(gè)周期時(shí)，突然短路電流達(dá)到最大值（稱(chēng)為沖擊電流）即為（2436）IN。（二）、變壓器空載合閘(closing switch without load)穩(wěn)態(tài)空載：（28）%

32、IN；變壓器空載合閘：產(chǎn)生激磁涌流，為幾倍的IN；等效電路：1.當(dāng)（即u1最大）時(shí)空載合閘 空載電流為正常時(shí)的空載電流；2.當(dāng)（即u1=0）時(shí)空載合閘經(jīng)半個(gè)周期時(shí)，*突然短路與空載合閘時(shí)的磁路情況；*空載合閘對(duì)變壓器本身無(wú)危害，但變壓器有可能不能合閘。第三章 直流電機(jī)(DC machine)的穩(wěn)態(tài)分析3.1直流電機(jī)的基本工作原理及結(jié)構(gòu)(basic operation principle and structure of DC machine)一、基本結(jié)構(gòu)(basic structure)1.定子：主磁極、換向磁極、機(jī)座、端蓋、電刷裝置；2.轉(zhuǎn)子：電樞鐵心、電樞繞組、換向裝置、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸3.氣隙

33、*注意：同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁極式；直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞式。二、基本工作原理(basic operation principle)1.直流發(fā)電機(jī)：實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)裝有換向裝置的交流發(fā)電機(jī)； 原理：導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，e=BLV；2.直流電動(dòng)機(jī)：實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)裝有換向裝置的交流電動(dòng)機(jī)； 原理：帶電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用并形成電磁轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，f=BiL 。*說(shuō)明：直流電機(jī)是可逆的，它們實(shí)質(zhì)上是具有換向裝置的交流電機(jī)。三、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式(exciting methods)1.定義：主磁極的激磁繞組所取得直流電源的方式；2.分類(lèi)：以直流發(fā)電機(jī)為例 分為：他激式和自激式（包括并激式、串激式

34、和復(fù)激式）他激：激磁電流較穩(wěn)定；并激：激磁電流隨電樞端電壓而變；串激：激磁電流隨負(fù)載而變，由于激磁電流大，激磁繞組的匝數(shù)少而導(dǎo)線截面積較大；復(fù)激：以并激繞組為主，以串激繞組為輔。*說(shuō)明：為了減小體積，小型直流電機(jī)采用永磁式。四、型號(hào)和額定值(type and rated values)1.型號(hào)： Z 2-9 2 鐵心長(zhǎng)度代號(hào) 機(jī)座號(hào) 第二次改型設(shè)計(jì) 直流2.額定值額定功率：發(fā)電機(jī)PN：輸出電功率；電動(dòng)機(jī)PN：輸出機(jī)械功率；額定電壓：UN；額定電流：IN；額定值之間的關(guān)系：發(fā)電機(jī)：PN= UN IN；電動(dòng)機(jī)：PN= UNINN。3.2 電樞繞組及直流電機(jī)基本原理(armature winding

35、 and basic principle of DC machine)一、 電樞繞組簡(jiǎn)介(introduction of armature winding)說(shuō)明：本節(jié)利用膠片講清電樞繞組的繞法及基本概念。二、 電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩(electromotive force and electromagnetic torque)直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的比較： ：電動(dòng)勢(shì)常數(shù)性質(zhì)：電源電動(dòng)勢(shì)；與同向性質(zhì)：反電動(dòng)勢(shì)；與方向相反：電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)性質(zhì)：制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；與n 反向性質(zhì)：驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；與n 同向三、 電樞反應(yīng)(armature reaction)1.概述空載：氣隙中磁場(chǎng)僅由主磁場(chǎng)的激磁

36、磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生（Ff=NfIf）負(fù)載：Ff+電樞磁動(dòng)勢(shì)電樞反應(yīng)定義：電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)激磁磁動(dòng)勢(shì)的作用使氣隙中的磁場(chǎng)發(fā)生變化。2.主磁場(chǎng)：以主磁極的軸線對(duì)稱(chēng)分布 幾何中性線：兩相鄰主磁極的軸線對(duì)稱(chēng)分布，此處B=0； 物理中性線：B=0處的直線位置3.電樞磁場(chǎng)：總是以電刷相接觸的換向片相連的導(dǎo)體為界交軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)：與主磁場(chǎng)垂直4.電樞反應(yīng)性質(zhì)電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng) 性質(zhì)：交軸電樞反應(yīng)； 作用：使氣隙磁場(chǎng)畸變；使氣隙磁場(chǎng)削弱；電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng) 雙反應(yīng)理論：，分直軸和交軸分別分析； 交軸：同； 直軸：根據(jù)電機(jī)性質(zhì)不同，有去或助磁作用。四、 換向概述(commutation)（一）、換向過(guò)

37、程(commutation process)1.換向定義：從+ia到-ia的過(guò)程；2.換向周期：Tk，幾毫秒；3.換向原因：電磁、機(jī)械、電化學(xué)和電熱（二）、換向元件中的電動(dòng)勢(shì)(emf)主要分析電磁原因：換向過(guò)程中換向元件的電動(dòng)勢(shì)不為零。1.電抗電動(dòng)勢(shì)er 從+ia到-ia 方向：由楞次定律知，阻礙換向，與換向前相同；2.旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)ek 物理中性線偏移幾何中性線B0由于電樞反應(yīng)影響e=BLv0 方向：對(duì)換向起阻礙作用，與換向前同，其大小與電機(jī)的轉(zhuǎn)速及負(fù)載大小有關(guān)。（三）、改善換向的方法(methods)1.換向的不良后果：產(chǎn)生火花； 火花等級(jí)：2.改善換向的方法裝設(shè)換向磁極；增加換向回路的電阻；

38、電刷移到氣隙磁場(chǎng)的物理中性線附近。2.3 直流電機(jī)的運(yùn)行原理(operation principle of DC machine)一、 直流電機(jī)的基本方程(basic equation of DC machine)（一）、電動(dòng)勢(shì)平衡方程(electromotive force balance equation) 式中：電樞回路總電阻；：正、負(fù)電刷電壓降，一般為0.62伏； 發(fā)電機(jī)：取“+”；電動(dòng)機(jī)：取“-”；忽略電刷壓降，則*結(jié)論：發(fā)電機(jī)：；電動(dòng)機(jī)：；即根據(jù)與U的大小判斷直流電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。（二）、直流電機(jī)的功率平衡方程(power balance equation)以并激直流發(fā)電機(jī)為例 pC

39、ua+p0 p0=pmec+pFe P1 Pem P2 (機(jī)) 轉(zhuǎn)子 定子 pCuf 發(fā)電機(jī)： 機(jī)械能電能電動(dòng)機(jī)： 電能機(jī)械能電機(jī)效率：（三）、轉(zhuǎn)矩平衡方程(torque balance equation)1.發(fā)電機(jī)：2.電動(dòng)機(jī)：二、 并激直流發(fā)電機(jī)(shunt excitation DC generator)（一）、并激直流發(fā)電機(jī)電壓的建立(build up voltage)1.并激條件：電機(jī)的磁路必須有剩磁；電機(jī)的轉(zhuǎn)向及激磁繞組與電樞繞組的連接必須正確；電機(jī)的激磁磁路具有飽和特性；激磁回路電阻小于臨界電阻。2.激磁回路方程：磁化曲線； 激磁電阻電壓；3.說(shuō)明：（磁化曲線與的交點(diǎn)），無(wú)固定交

40、點(diǎn)，空載電壓不能穩(wěn)定在某一值上； 時(shí)，固定值； 轉(zhuǎn)速低時(shí)，空載特性下降，要求在額定轉(zhuǎn)速下自激建壓。（二）、運(yùn)行特性(operation characteristics)1.空載特性：當(dāng)，時(shí)，；磁化曲線2.外特性：當(dāng)，時(shí)，； U U0 UN 1 2 0 IN I1他激發(fā)電機(jī)外特性；2并激發(fā)電機(jī)外特性；*解釋?zhuān)簽槭裁床⒓け人ぐl(fā)電機(jī)的外特性下降得多？ 原因：一是電樞反應(yīng)的去磁作用；二是電樞回路總電阻和電刷電阻引起的壓降。3.電壓變化率：；他激：一般為（510）%恒壓源 并激：一般為20%以上；4.調(diào)整特性：當(dāng)，時(shí)，； If 2 1 I 1他激發(fā)電機(jī)調(diào)整特性；2并激發(fā)電機(jī)調(diào)整特性； 思考：維持U不變

41、，他激和并激如何調(diào)整？三、 直流電動(dòng)機(jī)(DC motor)（一）、機(jī)械特性(torque-speed characteristic)1.定義：當(dāng)時(shí)，2.并激電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性： 若忽略電樞反應(yīng)，則為一直線； n n0 1（硬）2（軟） Tem*說(shuō)明：n0為理想空載轉(zhuǎn)速；大，機(jī)械特性硬；小，機(jī)械特性軟。（二）、起動(dòng)(starting)1.定義：從靜止到穩(wěn)定運(yùn)行；2.要求：盡量大；小3.直接起動(dòng)電流：n=0,Ea=0時(shí)，一般為1020倍；4.限制起動(dòng)電流的方法：電樞回路中串接起動(dòng)電阻；降低電壓。5.起動(dòng)方法：全壓起動(dòng)（直接起動(dòng)）；電樞回路串聯(lián)電阻起動(dòng)；降低電壓。（三）、調(diào)速(speed regula

42、tion)1.公式：2.調(diào)速方法：改變If弱磁調(diào)速；改變電樞回路調(diào)節(jié)電阻；改變電樞端電壓調(diào)速（適合他激）四、轉(zhuǎn)向的改變(change rotation direction) 由知，改變轉(zhuǎn)向的方法：改變的方向；改變的方向（常用）。*說(shuō)明：方法，由于激磁繞組電感大，可能導(dǎo)致絕緣擊穿。第四章 交流電機(jī)繞組、電動(dòng)勢(shì)及磁動(dòng)勢(shì)(winding, emf and mmf of alternating current machine)前言：本章介紹交流電機(jī)的共同問(wèn)題。4.1 交流繞組簡(jiǎn)介(the outline of alternating current winding)一、基本知識(shí) (basic know

43、ledge)1.交流繞組的基本要求三相繞組對(duì)稱(chēng)，以保證三相電動(dòng)勢(shì)（或磁動(dòng)勢(shì)）對(duì)稱(chēng)；在導(dǎo)體數(shù)一定時(shí)，力求得到盡可能大的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)；電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形盡可能接近正弦波形；用銅量少、工藝簡(jiǎn)單，便于安裝檢修。2. 交流繞組的分類(lèi)根據(jù)繞法：迭繞組和波繞組；根據(jù)槽內(nèi)層數(shù)：?jiǎn)螌永@組和雙層繞組。二、基本概念(basic concept)1.極距：2.線圈節(jié)距y： 整距y=； 短距y<。3.空間電角度（或電角度）：空間電角度=p機(jī)械角度4.槽距角（電角度）： 5.每極每相槽數(shù)q: 6.相帶：60°相帶，分相AZBXCY7.槽電勢(shì)星形圖8.展開(kāi)圖繪制方法 計(jì)算極距計(jì)算槽距角； 計(jì)算每極每相槽數(shù)q； 分相：采用60°相帶； 畫(huà)展開(kāi)圖