Electromechanics

1、2016年11月29日至12月5日顏渝圣著第一元.電磁、電能和機械能的轉(zhuǎn)換關(guān)系第二元.直流電機第三元.變壓器第四元.感應(yīng)電機第五元.同步電機第六元.控制電機·····································

2、··················································

3、············第一元.電磁、電能和機械能的轉(zhuǎn)換關(guān)系1.電機：是以磁場為媒介進行機械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁設(shè)備：電學(xué)+磁學(xué)+動力學(xué)1.1電動機：將電能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能的電磁設(shè)備1.2發(fā)電機：將旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)化為電能的電磁設(shè)備1.3變壓器：對已有電能的性質(zhì)參數(shù)進行調(diào)整的電磁設(shè)備1.4電能的始和終：由水輪機的水能、汽輪機的熱能、核反應(yīng)堆的熱能、風(fēng)機的風(fēng)能和化學(xué)反應(yīng)的效能通過磁 場轉(zhuǎn)化成電能后通過調(diào)節(jié)和變壓，經(jīng)高壓電線進行遠(yuǎn)距離送電；再經(jīng)區(qū)域變電所降壓后輸 送給用戶的用電設(shè)備

4、，最終轉(zhuǎn)化為光能、熱能、機械能和化學(xué)能等···不同的用戶對電能 質(zhì)量和參數(shù)的要求各有不同1.5電機存在的意義：1.5.1是產(chǎn)生多種性質(zhì)電能最行之有效、最方便的方法···從發(fā)電機的角度 1.5.2是生活中多種服務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備和智能化設(shè)備的重要成分···從電動機的角度1.6電磁設(shè)備的分類：1.6.1動力類電機：直流電機、交流電機：異步電動機、同步電動機 1.6.2控制類電機：測速發(fā)電機、步進電動機、自整角機、旋轉(zhuǎn)變壓器、伺服電動機1.6.3電能轉(zhuǎn)換類電磁裝置：變壓器1.7控制類電機的主攻方向：執(zhí)行元件、檢測元件

5、···多應(yīng)用于智能控制領(lǐng)域1.8研究電機的幾大方向：原理、結(jié)構(gòu)、性能、特性、處理2.電學(xué)：交直流電路原理 磁學(xué)：全電流定理：磁場強度沿空間任意閉合路徑的線積分等于該閉合回路所圍的所有的電流的向量代數(shù)和 磁路的基爾霍夫第一定律：穿過一個閉合面的磁通向量代數(shù)和為零···電磁屏蔽原理磁路的基爾霍夫第二定律：同全電流定律右手定則判斷電勢方向、左手定則判斷電磁力方向磁滯特性：磁滯回線、基本磁化曲線、飽和狀態(tài)(未飽和階段、飽和階段、過飽和階段)電磁感應(yīng)定律：處在變化的磁場中的導(dǎo)線能產(chǎn)生電勢的效應(yīng) 動力學(xué)：M=F·r；M=Jddt；P=T

6、·；能量守恒定律：輸入能量=輸出能量+損耗+儲備 應(yīng)用量：電流I、電壓U、電勢E、電阻R、磁通、磁通密度B、磁場強度H、磁動勢F、磁阻Rm、磁導(dǎo)、磁滯、 渦流、磁導(dǎo)率；B=/S;Rm=l/S；B=H；Hl=I=Ni=F；F= Rm；E=-Nddt=BlV； 真空磁導(dǎo)率0=4×10-7H/m; =(2000-6000) 0； 鐵心損耗：磁滯損耗+渦流損耗 PFef·Bm2;=1.2-1.63.研究電機中特定量的取決因素：3.1設(shè)備構(gòu)造決定：某量的部分或全部受構(gòu)造的影響或直接決定···結(jié)構(gòu)因素 3.2運行條件決定：某量的部分或全部受運行狀

7、態(tài)的影響或直接決定·運行條件···············································

8、;··················································

9、;··第二元.直流電機1.直流電機的原理、繞組結(jié)構(gòu)、磁場結(jié)構(gòu)、電樞電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率、特性、運用1.1直流電機的應(yīng)用：直流伺服電動機、直流測速發(fā)電機、直流勵磁機、直流電源發(fā)電機1.2直流電機的結(jié)構(gòu)：定子：機座、磁極、電刷、換向極 轉(zhuǎn)子：電樞鐵心、電樞繞組、轉(zhuǎn)軸和軸承、冷卻風(fēng)扇；換向器：V型套筒、云母環(huán)、換向 片、連接片1.3直流發(fā)電機運行結(jié)論：1.3.1電樞線圈內(nèi)電勢、電流的方向是交流電 1.3.2電刷間為直流電勢，線圈中感應(yīng)電勢與電流方向一致 1.3.3從空間上看電樞電流產(chǎn)生的磁場是在空間上恒定不變的磁場 1.3.4產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，是制動1.4直

10、流電動機運行結(jié)論：1.4.1外施電壓和電流是直流而電樞線圈內(nèi)電流是交流 1.4.2線圈中感應(yīng)電勢與電流方向相反 1.4.3電樞電流是交變的，所產(chǎn)生的磁場在空間上是恒定的 1.4.4產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相同，是驅(qū)動1.5直流電機可逆原理：同一臺直流電機可以處于發(fā)電狀態(tài)也可以處于電動狀態(tài)；依據(jù)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向的關(guān)系判斷1.6對電樞繞組的要求：在通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電勢和電磁轉(zhuǎn)矩的要求下，所消耗的材料最省、結(jié)構(gòu) 的強度最高、運轉(zhuǎn)的可靠性最佳、結(jié)構(gòu)最簡單、維護最方便等要求1.7電樞繞組的結(jié)構(gòu)參數(shù)：1.7.1第一節(jié)距：指同一節(jié)繞組(元件)的橫向兩溝線的距離y1 1.7.2第二節(jié)距：后一節(jié)繞組(元

11、件)的前溝線與前一節(jié)繞組的后溝線的距離y2 1.7.3換向器節(jié)距：同一節(jié)繞組的首端換向片與末端換向片的距離yk 1.7.4這里的距離都指的是換向片個數(shù) 1.7.5合成節(jié)距=第一節(jié)距減去第二節(jié)距 1.7.6元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件(單匝元件、多匝元件) 1.7.7極距：兩個相鄰的主磁極軸線沿電樞表面之間的距離：=D2P 1.7.8疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組呈折疊式前進 1.7.9波繞組：把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，整個繞組呈波浪式前進 1.7.10元件放置的槽：開口槽、半閉口槽1.8直流電機的參考線：極軸線(

12、磁極的中心線)、幾何中心線(磁極之間的平分線)、繞組的內(nèi)部是閉合的1.9繞組的結(jié)構(gòu)：1.9.1單迭繞組：首末段換向片間隔一個換向片的寬度，即換向器節(jié)距yk=1、槽數(shù)Z=元件數(shù) S=換向片數(shù)K、每個磁極下的元件組成一條支路、并聯(lián)的支路數(shù)等于電機 的極數(shù)、特點：元件的出線端連接在相鄰的兩個換向片上、并聯(lián)的支路數(shù) 等于電機的磁極數(shù)、整個繞組的閉合回路中感應(yīng)電動勢的總和為零繞組內(nèi)部不存在環(huán)流、每條支路由電刷引出形成輸出電動勢、電樞電壓等于支路電壓而電樞電流等于支路電流的和 1.9.2單波繞組：合成節(jié)距=2、支路對數(shù)與磁極對數(shù)無關(guān)永遠(yuǎn)為1、特點：同極性下各元件 串聯(lián)形成一條支路、換向器在表面位置上對準(zhǔn)主

13、磁極中心線時支路電動勢最 大、電刷組數(shù)對應(yīng)磁極對數(shù)、電樞電流為各支路電流的和(適用于較大電流，較低電壓的場合) 1.9.3歸納：所有直流電機的繞組都自成閉合回路、電樞繞組的支路數(shù)總是成對出現(xiàn)、為了得 到最大的電動勢，電刷總是位于幾何中心線上；但是由于電樞反應(yīng)使得特性 線發(fā)生扭曲，此時的電刷應(yīng)盡量位于物理中心線上(適用于較高電壓，較低 電流的場合)2.直流電機的額定參數(shù)：額定容量：發(fā)電機為向外提供的能量，電動機為提供的機械能 額定電壓：發(fā)電機為向外提供的電壓，電動機為額定運行時電網(wǎng)提供的電壓 額定電流、額定轉(zhuǎn)速、額定功率因素3.直流電機的電樞反應(yīng)：電樞電流產(chǎn)生的電樞磁勢對主磁極磁動勢的影響，使得

14、氣隙磁場發(fā)生畸變，空載時物理中性線和幾何中性線重合，負(fù)載后物理中性線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電刷應(yīng)置于新的物理中性線為最佳， 對主磁場形成去磁或助磁作用，電刷不在幾何中性線上的電樞反應(yīng)電刷順向偏轉(zhuǎn)電刷逆向偏轉(zhuǎn)發(fā)電機交軸和直軸去磁交軸和直軸助磁電動機交軸和直軸助磁交軸和直軸去磁4.直流電機的磁通：主磁通：進入電樞鐵心的勵磁電流產(chǎn)生的磁通 漏磁通：不進入電樞鐵心的勵磁電流產(chǎn)生的磁通，漏磁通只能增加磁路的飽和程度，遠(yuǎn)小于 主磁通，大約是主磁通的20% 電樞磁勢產(chǎn)生的磁通：由感生的電樞電流產(chǎn)生的磁通5.直流電機空載磁場：在極靴的中間大部分區(qū)域為恒定的磁通密度，越靠近幾何中性線磁通密度越低，為一個平頂波，具有磁化飽和

15、效應(yīng)，應(yīng)取適當(dāng)?shù)膭畲烹娏?.直流電機負(fù)載磁場：電樞產(chǎn)生的磁動勢為交軸磁動勢，磁通密度分布為馬鞍型，磁勢分布為三角波型，電樞磁動勢可以分為直軸電樞磁動勢Fad和交軸電樞磁動勢Faq7.電樞電動勢：主磁場在電樞繞組中感生出的電動勢：Ea=PN60an=Cen;直流電機的感應(yīng)電動勢與電機結(jié)構(gòu)、 氣隙磁通以及轉(zhuǎn)速有關(guān)8.直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩：與氣隙磁通和電樞電流呈正比，發(fā)電機狀態(tài)下為制動轉(zhuǎn)矩，電動機狀態(tài)下為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩， 電磁轉(zhuǎn)矩跟電機的結(jié)構(gòu)也有關(guān)：Tem=PN2aIa=CTIa,CT=9.55Ce9.直流發(fā)電機的勵磁方式：他勵、自勵(串勵(If=Ia=I)、并勵(Ia=I+If)、復(fù)勵(If=If1+I

16、f2=Ia) 直流發(fā)電機電樞平衡方程：Ea=U+RaIa+2Ub,電刷接觸電阻，If=U/Rf(勵磁) 直流發(fā)電機轉(zhuǎn)矩平衡方程：驅(qū)動轉(zhuǎn)矩=電磁轉(zhuǎn)矩+空載轉(zhuǎn)矩 直流發(fā)電機功率平衡方程：原動機輸入機械功率P1=電磁功率Pem+空載損耗P0 Pem=Tem,P0空載損耗=PFe鐵心損耗+Pmec機械摩擦損耗+Pad附加損耗 輸出功率P2=Pem電磁功率-PCua電樞回路銅損 自勵發(fā)電機：P1=P2+PCua+PCuf+PFe+Pmec+Pad 電機效率：=P2P1×100%10.他勵發(fā)電機的空載特性：類似基本磁化特性曲線 他勵發(fā)電機的空載外特性：隨著電樞電流的增大，電壓下降·&#

17、183;·額定轉(zhuǎn)速，額定勵磁電流的工況下 電壓下降的原因：因為負(fù)載電流增大，使得電樞去磁作用增強，使得電動勢下降， 間接使輸出電壓下降，另一方面電樞電阻的壓降的增大同樣也使得電壓下降 他勵發(fā)電機的空載調(diào)節(jié)特性：當(dāng)發(fā)生外特性的情況時，通過增加勵磁電流來保持輸出電壓的特性11.并勵發(fā)電機的自勵條件：11.1電機中還具有剩磁 11.2原動機帶動主軸轉(zhuǎn)動，Rf應(yīng)在自勵起壓臨界值Rcr以下 11.3新產(chǎn)生的勵磁磁通方向與剩磁方向相同，使得主磁通增加 并勵發(fā)電機的外特性：隨著輸出電流的增大，端電壓下降，引起勵磁電流進一步下降，使得端電壓進一步下降 并勵發(fā)電機的調(diào)節(jié)特性：通過補償電壓，改善端電壓下

18、降的趨勢12.復(fù)勵發(fā)電機的特點：12.1并聯(lián)勵磁磁勢和串聯(lián)勵磁磁勢共同合成主極磁通 12.2空載時串聯(lián)勵磁磁勢不起作用，負(fù)載時串聯(lián)勵磁磁勢起到補償?shù)淖饔?12.3根據(jù)補償?shù)某潭龋浩綇?fù)激、欠復(fù)激、過復(fù)激 12.4根據(jù)補償?shù)男再|(zhì)：積復(fù)激(并聯(lián)磁勢+串聯(lián)磁勢)、差復(fù)激(并聯(lián)磁勢-串聯(lián)磁勢)13.直流電動機可逆原理：一臺直流電機具有電動狀態(tài)，也具有發(fā)電狀態(tài)，只要發(fā)電機的原動機轉(zhuǎn)速下降到一定程度使得電樞電動勢小于電網(wǎng)電壓，就會由發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)入電動狀態(tài) 電動機基本方程：電壓平衡方程：U=Ea+RaIa+2Ub,Ea=Cen 轉(zhuǎn)矩平衡方程：電磁轉(zhuǎn)矩=輸出轉(zhuǎn)矩+空載轉(zhuǎn)矩 功率平衡方程：P1輸入功率=Pem電磁功

19、率+PCua電樞銅損,pem=Tem=EaIa 輸出功率P2=Pem-PFe-Pmec-Pad14.并勵直流電動機工作特性：轉(zhuǎn)速特性、機械特性、轉(zhuǎn)矩特性、效率特性···隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增加，電流增加使 得電磁轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)速下降；電流在開始增加時，效率逐漸增加；當(dāng)達到一定的范圍后， 隨著電流的增加，銅損快速增大使得效率下降15.串勵直流電動機工作特性：當(dāng)負(fù)載電流趨近于0時，電機轉(zhuǎn)速趨于無窮大，因此串勵電動機不宜輕載或空載運 行，當(dāng)負(fù)載電流較大時，磁路飽和，串勵電動機的工作特性與他勵電動機相同(轉(zhuǎn)速 隨著轉(zhuǎn)矩的增加而急劇下降16.他勵直流電動機的起動：起動轉(zhuǎn)矩：Tst=

20、CT(Ist=UNRa)起動電流 起動電流過大，引起電網(wǎng)壓降增大，影響其他用戶的正常用電，使電動機轉(zhuǎn)向惡化， 損壞電樞繞組和傳動機構(gòu)(不允許直接起動) 采取措施：串電阻起動(三級電阻串聯(lián)起動)、降壓起動(起動平穩(wěn)、廣泛應(yīng)用)17.他勵直流電動機的制動：17.1能耗制動：斷開電網(wǎng)電壓，并串入電阻，利用剩余的電動勢產(chǎn)生的電流形成與轉(zhuǎn) 向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，將旋轉(zhuǎn)勢能消耗在串聯(lián)電阻中；特點：隨著轉(zhuǎn)速 的下降，電動勢減小，制動電流和制動轉(zhuǎn)矩也隨之減小，制動效果變 差，在一定程度下要快速制動，就得切除串聯(lián)的電阻，使轉(zhuǎn)子停止 17.2反接制動：通過將電壓的方向反接，產(chǎn)生較大的阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)；完成后要 立即

21、切除電壓以防電機反轉(zhuǎn) 17.3回饋制動：在接電網(wǎng)的情況下，在電機由于外力作用，轉(zhuǎn)速高于空載轉(zhuǎn)速時，感 生的電動勢大于電網(wǎng)電壓，進入發(fā)電狀態(tài)，向電網(wǎng)回饋能量自動制 動···再生制動18.他勵電動機的調(diào)速：18.1調(diào)速指標(biāo)：調(diào)速范圍D=nmaxnmin、靜差率(相對穩(wěn)定性)%=n0-nNno×100% 18.2靜差率指的是負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速隨之變化的程度，轉(zhuǎn)速變化越小穩(wěn)定性越好，%越小， 相對穩(wěn)定性越好，%與機械特性硬度和空載轉(zhuǎn)速有關(guān) 18.3調(diào)速范圍和靜差率是相互制約的關(guān)系，要想調(diào)速范圍大，靜差率也會跟著變大；要想 靜差率小，調(diào)速范圍也會跟著變小 18.4調(diào)速

22、方法：18.4.1電樞回路串電阻調(diào)速：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，串電阻越大轉(zhuǎn)速越低，調(diào) 速前后電流Ia不變，優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便；缺點：1.只能分?jǐn)嗾{(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)平滑性差2.低速時特性曲線的斜率大，靜差率大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性差3.輕載時調(diào)速范圍小4.損耗大、效率低、不經(jīng)濟 18.4.2降壓調(diào)速：優(yōu)點：1.電源電壓可以平滑調(diào)節(jié)實現(xiàn)無級調(diào)速2.調(diào)速前 后的機械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時的穩(wěn)定性好3.無 論輕載還是負(fù)載，調(diào)速范圍相同4.電能損耗小；缺點：需要一套電 壓可調(diào)的電源，花費的成本高 18.4.3減弱磁通調(diào)速：弱磁升速，優(yōu)點：由于在電流較小的勵磁回路中進 行調(diào)節(jié)，因而控制方便，設(shè)備簡單調(diào)速的

23、平滑性好，弱磁升速后電 樞電流增大，電動機的輸入功率增大，由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也 增大，電動機的效率基本不變，因此經(jīng)濟性很好；缺點：機械特性 的斜率變大，特性變軟；轉(zhuǎn)速的升高受到電動機的換向能力和機械 強度的限制，升高的范圍可能不大 18.5最優(yōu)的調(diào)速方法：額定轉(zhuǎn)速以下使用變壓調(diào)速、額定轉(zhuǎn)速以上使用弱磁升速19.直流電機的換向：電樞繞組每一個元件在經(jīng)歷電刷時都要經(jīng)歷換向過程，換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)生電火花，損壞電刷和換向片表面，(自感電動勢、互感電動勢、切割電動勢總是阻礙換向的) 改善換向的方法：1.增設(shè)換向極：換向極設(shè)于磁極之間，與電樞串聯(lián)，以抵消阻礙換向的電動勢2.移動電刷：電刷

24、不在幾何中性線上，則元件從而感生出幫助換向的電勢(發(fā)電機順著轉(zhuǎn)向移動、電動機逆著轉(zhuǎn)向移動)3.合理選用電刷：增加電刷電阻Rk，減小電流20.直流電機的特點：20.1直流發(fā)電機的電勢波形好，對電磁干擾的影響小 20.2直流電動機的調(diào)速范圍廣，調(diào)速特性平滑 20.3過載能力強，熱動和制動轉(zhuǎn)矩較大 20.4制造復(fù)雜，價格較高·······················&#

25、183;·················································&#

26、183;·························第三元.變壓器1.原理：靜止電器；根據(jù)電磁感應(yīng)作用，將一個繞組中的交流電通過鐵心感應(yīng)到另一個繞組上，形成具有新幅值的 交流電，只有磁耦合沒有電聯(lián)系，只要原副邊的匝數(shù)不同就能改變輸出的電壓2.結(jié)構(gòu)：原邊繞組(一次繞組、初級繞組)、副邊繞組(二次繞組、次級繞組)、鐵心(為了減少渦流損耗采用硅鋼片

27、疊片形成鐵心)3.分類：(電力變壓器、特種變壓器)(單繞組自耦變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器)(單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器)(心式變壓器、殼式變壓器)(干式變壓器、油浸式變壓器、充氣式變壓器)4.變壓器附件：溫度計、吸濕器、儲油柜、油表、安全氣道、氣體繼電器、高壓套管、低壓套管、分接開關(guān)、郵箱5.變壓器參數(shù)：額定容量：單相：SN=U1NI1N=U2NI2N三相：SN=3U1NI1N=3U2NI2N，額定電壓U1N/U2N6.主磁通和漏磁通的區(qū)別：6.1性質(zhì)上：主磁通與原邊電流呈非線性關(guān)系；漏磁通與原邊電流呈線性關(guān)系 6.2數(shù)量上：主磁通占99%以上而漏磁通只占1%以下

28、 6.3作用上：主磁通起到傳遞能量的作用，漏磁通起到漏抗壓降的作用7.參考方向：選定后，其他量的方向都依靠其確定8.主電動勢：E=4.44f·N·k·m主電動勢在時間相位上滯后主磁通90度，因此E=-j4.44f·N·k· 漏電動勢：E1=-j4.44f·N·k·1m=-jI0X19.單相變壓器空載運行：9.1一次側(cè)電動勢平衡方程：U1=-E1+I0R1+jI0X1=-E1+I0Z1 9.2二次側(cè)電動勢平衡方程：U2=E2 9.3變比：一相變壓器變比：k=E1E2=N1N2 三相變壓器變比：Y,d接法：k

29、=U1N3U2N；D,y接法：k=3U1NU2N10.單相變壓器空載的等效電路：10.1勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗都不是常值，都會隨著飽和度的增大而減小 10.2勵磁電阻和勵磁電抗遠(yuǎn)大于漏阻抗和漏電抗，一次側(cè)電流的大小主要取決于 勵磁阻抗的大?。粡倪\行的角度上講，一次側(cè)回路的電流應(yīng)越小越好；因此 采用高導(dǎo)磁材料，增大勵磁阻抗；減小電流，提高效率和功率因素 10.3空載電流：10.3.1作用：建立磁場產(chǎn)生主磁通、提供變壓器鐵心損耗 10.3.2組成：勵磁分量-無功分量、鐵損耗分量-有功分量 10.3.3性質(zhì)：無功分量遠(yuǎn)大于有功分量，空載電流主要是感性無功性質(zhì)，用于勵磁 10.3.4大小：與電源

30、電壓和頻率，線圈匝數(shù)，磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān) 10.3.5波形：若磁通按正弦規(guī)律變化，空載電流呈尖頂波；若空載電流按正弦規(guī)律變化，主磁通呈平頂波 10.4空載損耗：空載損耗=繞組銅損+鐵損(由于繞組銅損很小，空載損耗主要是鐵損)PFeBm2f1.3;為了減少空載損耗，采用優(yōu)質(zhì)的鐵磁材料： 優(yōu)質(zhì)硅鋼片、激光化硅鋼片、非晶態(tài)合金 10.5結(jié)論：10.5.1一次側(cè)主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡，若忽略漏阻抗壓降，一次側(cè)主電動勢的大小由外施電壓決定 10.5.2主磁通的大小與電源電壓、電源頻率和一次側(cè)線圈匝數(shù)決定；與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān) 10.5.3空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及

31、磁路的磁阻有關(guān)；鐵心使用的材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小 10.5.4電抗的大小隨磁路的飽和而減小11.單相變壓器負(fù)載運行：11.1初級線圈繞組電流增加了一個負(fù)載分量I1L 11.2原邊繞組從電網(wǎng)吸收的功率傳遞給副邊繞組；副邊繞組電流增加或減小的同時；引起原邊電流的增加或減少；吸收的功率也跟著增多或減少 11.3磁勢平衡：F1+F2=Fmm 電流平衡：原邊電流=勵磁電流+負(fù)載電流 電勢平衡：一次側(cè)：U1=-E1+I1Z1 二次側(cè)：U2=E2-I2Z2=I2ZL12.折合算法：12.1副邊電流折算：I2'=1kI2···折算前后F2不變 12.2副邊電動勢

32、折算值：E2'=kE2=E1;E2'=kE2 12.3副邊漏電抗折算值：x2'=k2x2 12.4副邊電阻折算值：r2'=k2r2; Z2'=r2'+jx2'=k2Z2 12.5副邊電壓折算：U2'=kU2 12.6副邊阻抗的折算值：ZL'=k2ZL 12.7凡是單位為伏的物理量的折算值等于原數(shù)值的k倍 凡是單位為歐姆的物理量的算值等于原數(shù)值的k2倍 凡是單位為安培的物理量的算值等于原數(shù)值的1/k倍13.功率因素：原邊電壓U1與原邊電流I1的夾角的余弦值；直接受負(fù)載的性質(zhì)影響： 感性負(fù)載：電流滯后于電壓；容性負(fù)載：電流超前

33、于電壓14.變壓器負(fù)載運行分析方法：基本方程式法、等值電路法、向量圖法15.變壓器參數(shù)測定：15.1空載實驗：目的：通過測量空載電流和一二次電壓及空載功率來計算變比，空載電流百分?jǐn)?shù)，以及鐵損和勵磁阻抗 過程：1.低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路2.原邊電壓在0-1.2倍的額定電壓范圍內(nèi)單方向調(diào)節(jié)，測出空載電流和空載功率3.忽略漏磁電阻和漏磁電抗；取空載功率等于鐵損4.求得參數(shù)：K=U20U1N；Zm=U1NI0;Rm=PoI02;求出Xm;I0%=I0I1N100%5.空載電流和空載功率必須是額定電壓時的值，并以此求取勵磁參數(shù)6.若得到高壓側(cè)參數(shù)，必須折算7.對于三相電壓；各公式中的電壓、電流、功率均

34、為相值 15.2短路實驗：目的：通過測量短路電流，短路電壓及短路功率來計算變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)，以及銅損和短路阻抗 過程：1.高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路2.通過調(diào)節(jié)電壓，讓電流Ik在0-1.3的額定電流范圍內(nèi)變化，測出對應(yīng)的Uk,Rk,Pk3.同時記錄實驗室溫度4.由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損很少，忽略鐵損，人為Pk=Pcu5. 求得參數(shù)：Zk=UkIk=U1NI1N;Rs=PkRk2;求出Xk；6.溫度折算：電阻應(yīng)換算到基準(zhǔn)工作溫度時的數(shù)值7.若要得到低壓側(cè)參數(shù)，必須折算8.對于三相電壓；各公式中的電壓、電流、功率均為相值9.短路時當(dāng)短路電流為額定值時一次所加的電壓稱為短路電壓亦稱阻抗

35、電壓：從運行角度看，希望副邊電壓隨負(fù)載波動小些；從限制短路電流角度；希望短路電壓大些；uk%=I1NXkU1N×100%16.標(biāo)幺值：16.1等于實際值/基準(zhǔn)值 16.2通常以額定值為基準(zhǔn)值；各側(cè)的物理量以各側(cè)的額定值為基準(zhǔn)值；U，E的基準(zhǔn)值為UB；R，X，Z的基準(zhǔn)值為ZB；P，Q，S的基準(zhǔn)值為SB 16.3標(biāo)幺值的優(yōu)點：1.不論變壓器的容量大小，標(biāo)幺值表示的各參數(shù)和典型的性能數(shù)據(jù)，通常在一定范圍內(nèi)，便于比較和分析2.用標(biāo)幺值表示時；歸算到原邊和副邊的變壓器參數(shù)恒相等；用標(biāo)幺值計算時不用折算3.可以通過標(biāo)幺值判斷運行狀況17.運行特性：17.1定義：指一次側(cè)加額定電壓，二次空載電壓與

36、負(fù)載后在某功率因素下的二次電壓差與二次側(cè)額定電壓的比 17.2電壓變化率：表征變壓器運行特性；反應(yīng)供電電壓的穩(wěn)定性；與負(fù)載大小，性質(zhì)及變壓器的本身參數(shù)有關(guān) 17.3變壓器外特性：二次電壓比空載時高 17.4電壓調(diào)整：為了保證二次端電壓在允許范圍內(nèi)，通常在變壓器的高壓側(cè)設(shè)置抽頭，并裝設(shè)分接 開關(guān)，改變繞組匝數(shù)來改變輸出電壓：無載分接軸頭、有載分接抽頭18.變壓器損耗：18.1鐵損：基本鐵損：磁滯損耗+渦流損耗 附加鐵損：局部渦流損耗，主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗 與外加電壓大小有關(guān)于負(fù)載大小基本無關(guān)，為不變損耗 18.2銅損：基本銅損：在一二側(cè)繞組直流電阻上的損耗 附加銅損：由于集膚效應(yīng)引起

37、的損耗，以及漏磁場在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗 與負(fù)載電流的平方呈正比，為可變損耗19.變壓器效率：=P2P1×100%20.變壓器效率特性：當(dāng)銅損等于鐵損時，效率最大21.特殊問題：21.1電路問題：三相繞組的接法(星型接法、角型接法) 21.2三相變壓器的磁路：共點式、共線式 21.3不同磁路下的感應(yīng)電勢波形22.磁路系統(tǒng)：22.1組式磁路變壓器：三相磁路彼此之間無關(guān)聯(lián)，但是三相電流最終匯于一點 22.2心式磁路變壓器：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)但是三相電流不匯于一點23.電路系統(tǒng)：23.1同名端、異名端 23.2單相變壓器的連接組別：一二次繞組的電動勢同相位Ii0 一二次繞組的電動勢不同

38、相位Ii6 23.3三相變壓器的連接組別：23.3.1連接組別：反應(yīng)三相變壓器連接方式及一，二次線電動勢或線 電壓的相位關(guān)系 23.3.2無論采用怎樣的連接方式，一二次側(cè)線電動勢的相位差總是30 度的整數(shù)倍 23.3.3Y-y連接：同名端在對應(yīng)端，對應(yīng)的相電動勢同相位；高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移：Yy0、Yy4、Yy8 異名端在對應(yīng)端，對應(yīng)的相電動勢反相位；高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移：Yy6、Yy10、Yy2 23.3.4Y-d連接1：同名端在對應(yīng)端，對應(yīng)的相電動勢同相位；高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移：Yd11、Yd3、Yd7 異名端在

39、對應(yīng)端，對應(yīng)的相電動勢反相位；高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移：Yd5、Yd9、Yd1 23.3.5Y-d連接2：同名端在對應(yīng)端，對應(yīng)的相電動勢同相位；高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移：Y,d1、Y,d5、Y,d9 異名端在對應(yīng)端，對應(yīng)的相電動勢反相位；高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移：Y,d7、Y,d11、Y,d3 23.3.6Yy和Dd可以得到偶數(shù)組別、Yd和Dy可以得到奇數(shù)組別 國家規(guī)定：Yyn0,Yd11,Ynd11,Yny0,Yy0用于三相雙繞組變壓器 Yyn0用作配電變壓器時可兼供動力和照明負(fù)載 Yd11用于低壓側(cè)電壓超過400V的線路 Y

40、nd11主要應(yīng)用于高壓輸電24.磁通波形：25.三次諧波在時間上同相位；因此無中性線的星型接法三次諧波電流在繞組中沒有通路···Y-Y接 25.2激磁電流波形接近正弦波，主磁通發(fā)生畸變，含有三次諧波；相電勢畸變；主磁通為平頂波 25.3組式變壓器：磁路獨立，磁阻小，有三次諧波，磁通較大，波形嚴(yán)重畸變，危害絕緣，不宜采用法 25.4心式變壓器：具有共同的磁軛，無磁路通路，只能利用漏磁；只會影響相電勢，線電勢之間相互抵消，箱體有渦流損耗，發(fā)熱且效率低25.磁通波形：25.1繞組內(nèi)有電流回路，三次諧波激磁電流存在···-Y接法 25.2磁通

41、為正弦波、電動勢也為正弦波 25.3結(jié)論：1.星型接法比三角形接法提供的較高的電壓2.星型可以提供相，線兩種電壓，但是電勢的波形不好3.Y-Y接法可以用于低壓系統(tǒng)4. -Y和Y-電勢的波形好，常用于輸電線路26.自耦變壓器：26.1原副邊共用一部分繞組的變壓器 26.2U1U2=E1E2=N1N2;I1=-N2N1I2; 合成電流：I=I1+I2=I1(1-1ka) 26.3Pe=U1NI1N=U2NI2N;P2=U2I2=UaxI1+I=UaxI1+UaxI=Pax+Ptransfer Pax電磁容量，通過AX和ax段的電磁感應(yīng)作用傳到副邊再送到負(fù)載的容量，也是ax段的繞 組容量 Ptran

42、sfer傳導(dǎo)容量，由電流I1直接傳導(dǎo)到負(fù)載 26.4自耦變壓器：優(yōu)點：繞組容量小于額定容量，具有與額定容量相同的普通變壓器比，消耗的 材料少，體積小，造價低，效率高 缺點：原副邊電路有直接的額聯(lián)系，變壓器內(nèi)部絕緣和防過電壓的措施要加 強···一二次側(cè)具有電氣聯(lián)系 應(yīng)用：適用于一二次側(cè)電壓相差不大的場合27.儀用互感器：電壓互感器、電流互感器：優(yōu)點：27.1測量電路時偏離高壓，安全 27.2將高電壓和大電流轉(zhuǎn)換為低電壓小電流，方便測量 27.3給控制設(shè)備提供信號28.電流互感器：28.1原邊由幾匝截面積很大的導(dǎo)線構(gòu)成，利用原副邊的匝數(shù)不同將大電流轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏?A或1

43、A28.2誤差：電流誤差、相位誤差···不能開路28.3副邊絕對不允許開路，如若開路，原邊電流將成為勵磁電流，造成鐵損極距上升，導(dǎo)線過熱燒 毀絕緣，并在副邊出現(xiàn)極高的電壓28.4副邊要可靠接地，以防止過電流危害，電流互感器的開關(guān)為并聯(lián)在母表兩端的含有開關(guān)的導(dǎo) 線，通過合上開關(guān)，將母表短路以實現(xiàn)關(guān)閉母表的作用28.5串入的阻抗值不能超過規(guī)定值；副邊阻抗過大，副邊電流就會減小，勵磁電流就會增大使得 誤差增大29.電壓互感器：29.1原邊由多匝導(dǎo)線組成，接到高壓側(cè)，利用原副邊的匝數(shù)不同將大電壓轉(zhuǎn)化為小電壓29.2電壓互感器的線圈阻抗大，近似于一個開路運行的單相變壓器29

44、.3誤差：電壓誤差、相位誤差···不能短路29.4副邊絕對不允許短路，正常運行時接近于空載；短路時電流將會變得很大引起繞組燒毀29.5副邊可靠接地，以實現(xiàn)變壓測量的絕對準(zhǔn)確性29.6串入的阻抗不能太小；副邊的阻抗小后，原副邊的電流增大，原副邊的漏阻抗壓降增大，誤差增加30.變壓器并聯(lián)運行：30.1指將幾臺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)載供電的方式 30.2并聯(lián)運行的特點：提高了供電的可靠性、提高了供電的經(jīng)濟性 30.3并聯(lián)運行的理想條件：30.3.1空載時變壓器繞組之間無環(huán)流 30.3.2負(fù)載后各變壓器的負(fù)載系數(shù)相等 30.3.3負(fù)載后各

45、變壓器的負(fù)載電流與總的負(fù)載電流同相位 30.3.4各變壓器一二次側(cè)的電壓分別相等，即變比相等 30.3.5各變壓器的連接組別相同 30.3.6各變壓器的短路阻抗和短路電壓的標(biāo)幺值相等，且短路阻 抗角也相等 30.4變比不等時并聯(lián)運行：在空載運行時就會存在環(huán)流；變比差越大，環(huán)流就越大；由于變 壓器的短路阻抗很小，即使變比差很小，也會產(chǎn)生很大的環(huán)流； 環(huán)流的存在即占用了變壓器的容量，又增加了變壓器的損耗；為 了保證空載時變壓器的環(huán)流不超過額定電流的10%，通常規(guī)定并聯(lián)運行的變壓器的變比差不大于1% 30.5連接組別不同時并聯(lián)運行：連接組別不同，二次側(cè)線電壓之間至少相差30度；則二次 側(cè)線電壓為線電

46、壓的1.8%；由于變壓器的短路阻抗很小；這 么大的電壓差將會產(chǎn)生幾倍于額定電流的空載環(huán)流，將會燒 毀繞組，所連接的組別不同絕不允許并聯(lián)運行 30.6短路阻抗標(biāo)幺值不等時并聯(lián)運行：各臺變壓器所分擔(dān)的負(fù)荷大小與其短路阻抗的標(biāo)幺值 呈反比，為了充分利用變壓器的容量并理想地分配負(fù) 載，應(yīng)使各臺變壓器的負(fù)載系數(shù)相等，而且短路阻抗 的標(biāo)幺值相等···為了使各臺變壓器所承擔(dān)的電流同 相位，要求各變壓器的短路阻抗角相等，一般來說， 變壓器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此 要求并聯(lián)運行的變壓器的最大容量之比不超過3:1 30.7規(guī)定：在任何一臺變壓器過負(fù)荷的情況下，變比不同和短路阻抗標(biāo)幺值不等的變壓器可 以并聯(lián)運行； 又規(guī)定：阻抗標(biāo)幺值不等的變壓器并聯(lián)運行時，適當(dāng)提高短路阻抗標(biāo)幺值大的變壓器的 二次側(cè)電壓