第二次習(xí)題課(2012版)

第二次習(xí)題課大連海事大學(xué)趙紅第一部分:交流電機(jī)的共同理論部分1、典型結(jié)構(gòu)中，直流電機(jī)的電樞繞組位于轉(zhuǎn)子鐵心槽中，而交流電機(jī)的電樞繞組位于定子鐵心槽中，一、關(guān)于交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)abAXNNSSNS+僅小容量或特殊用途同步電機(jī)(如勵(lì)磁機(jī))采用交流電機(jī)指“同步電機(jī)”及“異步電機(jī)”，典型結(jié)構(gòu)中，它們的定子繞組、交流磁動(dòng)勢(shì)、交流電動(dòng)勢(shì)具有相同的理論，也是本章要討論的3個(gè)內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)。1、交流電機(jī)定子繞組：雙層、空間對(duì)稱。2、氣隙中旋轉(zhuǎn)交流磁動(dòng)勢(shì)：波形接近正弦波，可以來自于定子與轉(zhuǎn)子來自于轉(zhuǎn)子（如同步電機(jī)）來自于定子（三相對(duì)稱繞組中流有三相對(duì)稱電流）3、三相定子繞組中感應(yīng)出的交流電動(dòng)勢(shì)：波形接近正弦波，來自于三相定子繞組“反向切割”氣隙中旋轉(zhuǎn)交流磁動(dòng)勢(shì)二、本章的三個(gè)主要知識(shí)點(diǎn)三、定子繞組、交流磁動(dòng)勢(shì)、交流電動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)1、“同步發(fā)電機(jī)”的基本工作原理首先轉(zhuǎn)子繞組通過勵(lì)磁電流建立磁場(chǎng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在氣隙空間產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)受到三相定子繞組的“反向切割”，于是在三相定子繞組中產(chǎn)生三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。四、“同步電機(jī)”的基本工作原理2、“同步電動(dòng)機(jī)”的基本工作原理首先轉(zhuǎn)子繞組通過勵(lì)磁電流建立磁場(chǎng)三相定子繞組加入三相對(duì)稱電壓于是在其中產(chǎn)生三相對(duì)稱電流，故產(chǎn)生幅值恒定的正弦波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。于是三相定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)“拖動(dòng)”轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)共同旋轉(zhuǎn)。首先三相定子繞組加入三相對(duì)稱電壓于是在其中產(chǎn)生三相對(duì)稱電流，故產(chǎn)生幅值恒定的正弦波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。于是三相定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將“反向切割”轉(zhuǎn)子繞組，在三相對(duì)稱轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路是閉環(huán)的，于是在三相轉(zhuǎn)子電流中產(chǎn)生三相對(duì)稱電流，該轉(zhuǎn)子三相對(duì)稱電流會(huì)在氣隙中產(chǎn)生轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)于是三相定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)“拖動(dòng)”轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（以及轉(zhuǎn)子）共同旋轉(zhuǎn)。但是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定比定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度慢?。╳hy？）五、“異步電動(dòng)機(jī)”的基本工作原理“交流磁動(dòng)勢(shì)”：氣隙中旋轉(zhuǎn)交流磁動(dòng)勢(shì)，波形接近正弦波，可以來自于定子與轉(zhuǎn)子來自于轉(zhuǎn)子（如同步電機(jī)）來自于定子（三相對(duì)稱繞組中流有三相對(duì)稱電流）六、“交流磁動(dòng)勢(shì)”的主要知識(shí)點(diǎn)RealwaveRotorpoleRotorwindingsNS4.3.1No-loadMMFinnonsalientsynchronousgenerator

隱極式同步電機(jī)的空載磁動(dòng)勢(shì)基波分量NS+來自于轉(zhuǎn)子（如同步電機(jī)）Realwave基波分量RotorpoleRotorwindings4.3.2No-loadMMFinsalientsynchronousgenerator

凸極式同步電機(jī)的空載磁動(dòng)勢(shì)NSNS+來自于轉(zhuǎn)子（如同步電機(jī)）“交流磁動(dòng)勢(shì)”：氣隙中旋轉(zhuǎn)交流磁動(dòng)勢(shì)，波形接近正弦波，可以來自于定子與轉(zhuǎn)子來自于轉(zhuǎn)子（如同步電機(jī)）來自于定子（三相對(duì)稱繞組中流有三相對(duì)稱電流）定子一相繞組（如A相）通過正弦電流時(shí)，產(chǎn)生的是脈振磁動(dòng)勢(shì)。該脈振磁動(dòng)勢(shì)以基波為主，諧波分量可以通過短距線圈及分布繞組去掉。PulsatingMMF脈振磁動(dòng)勢(shì)ωSpatialvectordiagram空間矢量圖A相基波磁動(dòng)勢(shì)是在空間按正弦波分布隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的脈振磁動(dòng)勢(shì)，可分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)分量，每個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的振幅為脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)振幅的一半，轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向相反。ωF1F1三（兩）相對(duì)稱繞組通過三（兩）相對(duì)稱電流時(shí)產(chǎn)生的合成磁勢(shì)是一個(gè)幅值恒定、正弦分布以角速度ω逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。三相（兩）對(duì)稱繞組通過三（兩）相不對(duì)稱電流時(shí)產(chǎn)生的合成磁勢(shì)是一個(gè)幅值變化、正弦分布、橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以分解為兩個(gè)轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反，幅值不等的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。12“交流電動(dòng)勢(shì)”（可通常用于解釋同步發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理及異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生原因）三相定子繞組中感應(yīng)出的三相交流電動(dòng)勢(shì)：波形接近正弦波，來自于三相定子繞組“反向切割”氣隙中旋轉(zhuǎn)交流磁動(dòng)勢(shì)削弱交流電動(dòng)勢(shì)高次諧波分量的方法：（1）三相采用星接、角接可以消除三次諧波。（2）采用短距繞組（3）采用分布繞組七、“交流電動(dòng)勢(shì)”的主要知識(shí)點(diǎn)八、一些習(xí)題練習(xí)

1、三相定子繞組中的基波電流頻率與其產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速關(guān)系為2、三相同步發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，定子繞組的基波電勢(shì)頻率為f1，轉(zhuǎn)子上直流勵(lì)磁磁勢(shì)產(chǎn)生的5次諧波磁場(chǎng)在定子繞組中感應(yīng)的電勢(shì)頻率為（1）f1

（2）5f1（3）1/5*f1

（4）f15（2）3、三相交流電機(jī)定子繞組通過對(duì)稱三相電流后所產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以被稱為（1）漏磁通（2）主磁通（3）總磁通（2）4、試比較單相交流繞組與三相交流繞組所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)的區(qū)別？與直流繞組磁勢(shì)又有何區(qū)別？單相交流繞組通過交流電流后所產(chǎn)生的磁勢(shì)為脈振磁勢(shì)，三相交流繞組通過對(duì)稱三相電流后所產(chǎn)生的磁勢(shì)為旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，脈振磁勢(shì)在空間的位置固定，而幅值隨時(shí)間正弦規(guī)律變化，旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值不變，但在空間隨時(shí)間旋轉(zhuǎn)。而直流繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)不僅在空間位置固定不變，且其幅值大小也不隨時(shí)間變化，為恒定磁勢(shì)。5、某臺(tái)三角形接線的交流電機(jī)定子繞組，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)有一相繞組斷線，產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)是（1）脈振磁動(dòng)勢(shì)（2）圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)（3）橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)（3）6、三相交流繞組中，采用雙層短距繞組，欲同時(shí)削弱5次及7次諧波電勢(shì)，則節(jié)距y與極距τ的關(guān)系為（1）y=4/5τ

（2）y=5/6τ

（3）y=6/7τ

（2）7、三相交流繞組中，采用雙層短距繞組，欲消除5次則節(jié)距y與極距τ的關(guān)系為（1）y=4/5τ

（2）y=5/6τ

（3）y=6/7τ

（1）8、三相交流繞組中，采用雙層短距繞組，欲消除7次則節(jié)距y與極距τ的關(guān)系為（1）y=4/5τ

（2）y=5/6τ

（3）y=6/7τ

（3）9、電角度與機(jī)械角度之間的關(guān)系？10、交流電機(jī)每相繞組的電勢(shì)有效值表達(dá)式？直流電機(jī)電樞繞組的電勢(shì)表達(dá)式？極對(duì)數(shù)大連海事大學(xué)趙紅第二部分:同步電機(jī)19同步電機(jī)兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（凸極、隱極）特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合（高速、低速，水輪機(jī)、汽輪機(jī)？）類型隱極式凸極式定子鐵芯+三相對(duì)稱繞組鐵芯+三相對(duì)稱繞組轉(zhuǎn)子磁極細(xì)長(zhǎng)圓柱形，圓周上銑有大齒、小齒（1：2）矮胖凸極形狀轉(zhuǎn)子繞組分布集中氣隙均勻極弧下小、極間大速度離心力小—高速離心力大—低速應(yīng)用汽輪發(fā)電機(jī)（p≤2)水輪發(fā)電機(jī)(p≥3)20P167同步電機(jī)的勵(lì)磁方式，P168無刷勵(lì)磁機(jī)的概念，無刷勵(lì)磁的工作原理、過程？無刷勵(lì)磁中如何調(diào)整勵(lì)磁電流大??？（通過調(diào)整勵(lì)磁繞組（轉(zhuǎn)子）直流回路中的電阻）P170同步電機(jī)定子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：雙層、分布式與短距繞組，原因如何？3、5、7、9次諧波分別通過何種方式進(jìn)行抑制或去除？（抑制諧波），（3、9次通過星接、角接抑制，5、7次通過分布繞組和短距繞組抑制）21P172式（3-34），（注意：電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率的關(guān)系式要會(huì)背，卷面不會(huì)給出）P177同步發(fā)電機(jī)的KVL方程式（4-11），P179圖4-12同步發(fā)電機(jī)的等效電路及其中各個(gè)元件參數(shù)的含義、物理意義22P1804.5同步發(fā)電機(jī)在各種負(fù)載（阻、容、感性負(fù)載）的相量圖，作業(yè)中的相量圖的繪制22AlaggingPFAleadingPF23Conclusion帶純電阻負(fù)載或感性負(fù)載時(shí)，隨著負(fù)載電流的增加，勵(lì)磁電流必須同時(shí)增加才能維持端電壓不變。帶容性負(fù)載時(shí),隨著負(fù)載電流的增加,勵(lì)磁電流可能減少cosφ=0.8laggingcosφ=1cosφ=0.8leadingcosΦ=0.8laggingcosΦ=1cosΦ=0.8leading23AlaggingPFAleadingPF24P182同步發(fā)電機(jī)的能流圖，P183式（4-20）最大輸出功率的概念及出現(xiàn)條件？、式（4-21）、P184最大輸出轉(zhuǎn)矩（失步轉(zhuǎn)矩）的概念及出現(xiàn)條件？式（4-22）25P184，同步發(fā)電機(jī)開路實(shí)驗(yàn)、短路實(shí)驗(yàn)的目的、實(shí)驗(yàn)步驟及各個(gè)參數(shù)的取得方法。P191同步電動(dòng)機(jī)的KVL方程式（4-27）、（4-28），同步電動(dòng)機(jī)的等效電路P192圖4-22十.P195，圖4-25同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及其理解（注意：失步轉(zhuǎn)矩）26Thespeedislockedtotheappliedelectricalfrequency,sothespeedofmotorwillbeconstantregardlessoftheload.最大轉(zhuǎn)矩或失步轉(zhuǎn)矩27十一.P196、197負(fù)載變化對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的影響，P200勵(lì)磁電流對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的影響。P200同步電動(dòng)機(jī)V形曲線的理解？什么是過磁鏈？欠勵(lì)磁？正常勵(lì)磁？上述三種情況下，容性、感性還是阻性？原因？當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，如果勵(lì)磁電流不變，則定子電流將會(huì)增加。且功率因數(shù)角越來越滯后（容性減弱，感性增強(qiáng)）電樞電流IA隨著勵(lì)磁電流IF變化的曲線叫做V形曲線。當(dāng)勵(lì)磁電流IF調(diào)整在某一個(gè)值時(shí)，電樞電流IA最小，這時(shí)功率因數(shù)為1。也可以通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流IF

，使電機(jī)的功率因數(shù)超前或滯后。這是同步電機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)之一。(P209)28正常勵(lì)磁超前PF欠勵(lì)/欠激underexcited滯后PF過勵(lì)/過激overexcited不穩(wěn)定區(qū)SynchronousmotorVcurve(P200)隨著勵(lì)磁電流的增加，電樞電流幅值IA先減少，然后增加29正常勵(lì)磁超前PF欠勵(lì)/欠激underexcited滯后PF過勵(lì)/過激overexcited不穩(wěn)定區(qū)SynchronousmotorVcurve(P200)當(dāng)勵(lì)磁電流較小時(shí),電樞電流滯后端電壓,同步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一個(gè)感性負(fù)載(R、L串聯(lián)組合),消耗無功功率Q。30正常勵(lì)磁超前PF欠勵(lì)/欠激underexcited滯后PF過勵(lì)/過激overexcited不穩(wěn)定區(qū)SynchronousmotorVcurve(P200)隨著勵(lì)磁電流的增加，電樞電流與端電壓同相，同步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一個(gè)純阻性負(fù)載。當(dāng)勵(lì)磁電流繼續(xù)增加,電樞電流超前端電壓,同步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一個(gè)容性負(fù)載(R、C串聯(lián)組合),此時(shí)同步電動(dòng)機(jī)為系統(tǒng)提供無功功率Q。31十二.P207同步調(diào)功機(jī)的概念，用途，P208圖4-35（b）同步調(diào)功機(jī)的相量圖Condenserisanoldnamefor

capacitor.

Asynchronousmotoroperatingoverexcitedatnoload,simplyforpowerfactorcorrection.十三.并網(wǎng)運(yùn)行中同步發(fā)動(dòng)機(jī)有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)RealpowerPadjustment(同步發(fā)動(dòng)機(jī)有功功率調(diào)整)Qout

φandIA

EAandIf

ReactivepowerQadjustment(同步發(fā)動(dòng)機(jī)無功功率調(diào)整)33Subtractingflux去磁WeakeningtherotorfieldAddingflux助磁StrengtheningtherotorfieldQuadratureflux交磁DistortingtherotorfieldQuadratureflux交磁Subtractingflux去磁Quadratureflux交磁Addingflux助磁InternalPFangle：leadsbyΨ，dependsonmachineitselfandload(Inourtextbook:γ）十三.一些練習(xí)題1、分析下面幾種情況對(duì)同步電抗的影響：（1）鐵心飽和度增加同步電抗減?。?）氣隙增加同步電抗減?。?）電樞繞組匝數(shù)增加同步電抗增加（4）勵(lì)磁繞組匝數(shù)增加如果沒有飽和，同步電抗不變2、如果并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)為1，則電樞反應(yīng)是去磁、交磁、還是助磁？根據(jù)相量圖可以看出，內(nèi)功率因數(shù)角：0<Ψ<90°,故性質(zhì)為：去磁兼交磁3、并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)，若保持原動(dòng)機(jī)輸入的功率不變，調(diào)節(jié)其勵(lì)磁電流，其功角δ是否變化？其輸出的有功功率是否變化？（分析時(shí)忽略電機(jī)損耗）若原動(dòng)機(jī)輸入功率不變，忽略損耗，則其輸出的有功功率不變！若改變勵(lì)磁電流，則EA改變，那么δ必然改變P不變，則EAsinδ不變大連海事大學(xué)趙紅第三部分:異步電機(jī)37關(guān)于異步電機(jī)的幾個(gè)基本公式，要會(huì)背38P227P237比較變壓器和異步電機(jī)磁路特點(diǎn)，磁化曲線的區(qū)別？原因？InductionmotorTransformer39P241異步電動(dòng)機(jī)等效電路圖5-12中各個(gè)元件參數(shù)的物理含義，P242異步電動(dòng)機(jī)能流圖5-13，充分理解其中各個(gè)損耗的含義（P243）(coreloss)(PRCL)(PSCL)(Pconv)Theper-phaseequivalentcircuit(P247)Thedashedlineintheequivalentcircuitrepresentstheairgapofthemachine40掌握氣隙功率、轉(zhuǎn)換功率、轉(zhuǎn)子銅耗的概念及其之間關(guān)系(coreloss)(PRCL)(PSCL)(Pconv)41P257異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線的概念及其充分理解（轉(zhuǎn)子電阻增加與起動(dòng)轉(zhuǎn)矩關(guān)系？電壓變化會(huì)影響臨界轉(zhuǎn)差率嗎？等等）1.00

SInducedtorque42S0143異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，功率因數(shù)大小如何？正常額定工作時(shí)，功率因數(shù)大小如何？P267深槽轉(zhuǎn)子和雙籠轉(zhuǎn)子的英文描述及設(shè)計(jì)意義？P285異步電動(dòng)機(jī)三種調(diào)速方式，要會(huì)用英文寫1、異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，n≈nsync，s≈0，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于開路。定子電流≈勵(lì)磁電流，勵(lì)磁電抗XM>>X1,R1及Rm,故空載時(shí)異步電動(dòng)機(jī)定子側(cè)的功率因數(shù)很低。2、異步電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，s很小，R2/s很大，轉(zhuǎn)子回路幾乎為純阻性，故額定負(fù)載時(shí)定子側(cè)的功率因數(shù)很高，可達(dá)0.8~0.85。44變頻調(diào)速方法：基頻以下:恒壓頻比調(diào)速，目的是為了保持磁通不變基頻以上:保持額定電壓不變，弱磁升速Whenthevoltageappliedtoaninductionmotorisvariedlinearlywithfrequencybelowthebasespeed,thefluxinthemotorwillremainapproximatelyconstant.基速（頻）以下恒壓頻比調(diào)速以保持磁通為常數(shù)45十.異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定:空載實(shí)驗(yàn)的目的、直流實(shí)驗(yàn)的目的、堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的目的十一.異步電機(jī)三種工作狀態(tài)時(shí)同步轉(zhuǎn)速、機(jī)械轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)差率的關(guān)系、特點(diǎn)？（如何根據(jù)上述關(guān)系判斷電機(jī)是工作在電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)還是制動(dòng)狀態(tài)）？45電動(dòng)狀態(tài)發(fā)電狀態(tài)制動(dòng)狀態(tài)十二、一些習(xí)題練習(xí)

1、三相異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)轉(zhuǎn)速為n1，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)轉(zhuǎn)速為n2，則（1）n1=n2

（2）n1>n2

（3）n1<n2（1）2、三相異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與（）成正比（1）總轉(zhuǎn)換功率（2）輸出功率（3）氣隙功率（4）輸入功率（1）3、一臺(tái)三相異步電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)差率為0.04，則此時(shí)通過氣隙傳遞的功率中，有（）（1）4%是轉(zhuǎn)換功率（2）4%是輸出功率（3）4%是轉(zhuǎn)子銅耗（4）4%是定子銅耗（3）4、三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電源電壓降為額定電壓的85%，而負(fù)載沒有變，則定子繞組每相電流I1將（）（1）不變（2）增大（3）減?。?）5、三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電源電壓降為額定電壓的85%，而負(fù)載沒有變，下面各量如何變化？

（1）最大失步轉(zhuǎn)矩減?。?）氣隙磁通減?。?）轉(zhuǎn)子電流增加（4）轉(zhuǎn)差率相當(dāng)于降壓調(diào)速，電壓降低則轉(zhuǎn)速下降，故轉(zhuǎn)差率增加6、某三相異步電機(jī)空載運(yùn)行，電源電壓降為額定電壓的90%，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（）