電機學(xué)教案詳解

緒論電機在國民經(jīng)濟濟中的作用電能是現(xiàn)代主要要的能源，而而電機是與電電能的生產(chǎn)、傳傳輸和使用緊緊密相關(guān)的能能量轉(zhuǎn)換裝置置，它不僅是是工業(yè)、農(nóng)業(yè)業(yè)、交通運輸輸業(yè)、國防工工業(yè)、IT技術(shù)產(chǎn)業(yè)業(yè)的重要設(shè)備備，而且在日日常生活中的的應(yīng)用也越來來越廣泛。人類早期使用的的原動力是畜畜力、水力和和風(fēng)力，后來來發(fā)明了蒸汽汽機、柴油機機、汽油機，十十九世紀(jì)發(fā)明明了電動機，由由于電動機有有以下優(yōu)點電機的效率高，運運行經(jīng)濟；電能的傳輸和分分配比較方便便；電能容易控制。所以電動機的應(yīng)應(yīng)用越來越廣廣泛，現(xiàn)在絕絕大部分生產(chǎn)產(chǎn)機械都采用用電動機進行行拖動，即用用電動機作為為原動機。讓電機運轉(zhuǎn)需要要電能，電能能主要來自發(fā)發(fā)電機，為了了經(jīng)濟的傳輸輸和分配電能能需要變壓器器，另外隨著著自動化程度度的不斷提高高，自動控制制技術(shù)得到空空前的發(fā)展，出出現(xiàn)了各種各各樣的控制奠奠基，此外在在文教、醫(yī)療療衛(wèi)生、信息息產(chǎn)業(yè)及日常常生活中奠基基的應(yīng)用將會會愈加廣泛。電機的主要類型型電機的型式和種種類很多，但但其工作原理理都是基于電電磁感應(yīng)定律律和電磁力定定律，電機的的分類方法很很多，按功能能進行分類，可可分為：（1）發(fā)電機將將電能轉(zhuǎn)換為為機械能（2）電動機將將機械能轉(zhuǎn)換換為電能（3）變壓器將將電能變換為為不同等級的的電能（4）控制電機機作為控制系系統(tǒng)中的元件件三、我國電機工工業(yè)發(fā)展概況況解放前電機工業(yè)業(yè)極端落后，僅僅幾個城市有有電機制造廠廠。解放后電電機工業(yè)發(fā)展展很快第一個個五年計劃結(jié)結(jié)束時，年產(chǎn)產(chǎn)量和單機容容量都較解放放前提高了幾幾十倍。改革革開放以來我我國電機工業(yè)業(yè)在引進、吸吸收和消化國國外先進技術(shù)術(shù)的基礎(chǔ)上對對原有電機進進行了優(yōu)化設(shè)設(shè)計，使電機機性能大大提提高，并相繼繼研制和開發(fā)發(fā)了多種新系系列電機，不不僅滿足了國國內(nèi)生產(chǎn)需要要，而且向國國外出口。目目前我國已開開發(fā)制成1225個系列，9000多個品種種，幾千種規(guī)規(guī)格的各種電電機。電機工業(yè)發(fā)展趨趨勢是電子與與電機工業(yè)結(jié)結(jié)合，開展新新原理、新結(jié)結(jié)構(gòu)、新材料料電機的研制制工作。第一章：磁路主要內(nèi)容：磁路路基本定理，鐵鐵磁材料的特特性及交。直直流磁路。1-1磁路的基基本定理本節(jié)介紹磁路的的基本定律及及磁路計算。磁路的概念在工程上為了得得到較強的磁磁場，廣泛的的利用了鐵磁磁物質(zhì)，在電電機，變壓器器等設(shè)備中應(yīng)應(yīng)用鐵磁物質(zhì)質(zhì)制成一定的的形狀人為的的構(gòu)成磁路的的路徑，使磁磁路主要在這這部分空間內(nèi)內(nèi)分布，這種種磁路所通過過的路徑稱為為磁路。下面面分別為變壓壓器和直流電電機的磁路。這樣就把分分布在整個空空間的磁路問問題，簡化為為局限在一定定范圍內(nèi)的磁磁路問題，即即轉(zhuǎn)化為磁路路問題。如同電流流流過的路徑稱稱為電路一樣樣。磁通通過過的路徑為磁磁路。由于鐵心的的導(dǎo)磁性質(zhì)比比空氣好的多多，所以絕大大部分磁通在在鐵心中通過過，這部分磁磁通稱為主磁磁通。經(jīng)過空空氣隙閉和的的磁路為漏磁磁通。用以產(chǎn)生磁磁路中磁通的的載流線圈稱稱為勵磁線圈圈，其電流稱稱為勵磁電流流（或激磁電電流）二、磁路的基本本定律下面分別介紹在在進行磁路分分析和計算時時常用的幾條條定理1、安培環(huán)路定定理（或稱全全電流定理）在磁路中沿任一一閉合路徑L，磁場強度H的線積分等等于該閉和回回路所包圍的的總電流即：：(1-11)電流的參數(shù)方向向與閉合路徑徑方向符合右右手螺旋關(guān)系系取正號，反反之為負.若沿長度L。磁磁路強度H處處相等，且且閉和回路所所包圍的總電電流是由通過過I的N匝線圈提供供，則上式可可寫成：HL=Ni（1-2）2、磁路的歐姆姆定律若鐵心上繞有通通有電流I的N匝線圈，鐵鐵心的截面積積為A，磁路的平平均長度為L，材料的導(dǎo)導(dǎo)磁率為μ，不計漏磁磁通，且各截截面上的磁通通密度為平均均并垂直于各各截面則：(11-3)（1-4）（1-5）上式稱為磁路的的歐姆定律，與與電路歐姆定定律形式上相相似。注：Rm與電阻阻R對應(yīng)，兩者者的計算公式式相似，但鐵鐵磁材料的磁磁導(dǎo)率μ不是常數(shù)，所所以Rm不是常數(shù)。3、磁路的基爾爾霍夫第一定定律對于有分支磁路路，任意取一一閉合面A，由磁通連連續(xù)性的原則則，穿過閉合合面的磁通的的代數(shù)和應(yīng)為為零，即：(1-6))該定律稱為基爾爾霍夫第一定定律4、磁路的基爾爾霍夫第二定定律沿任何閉和磁路路的總磁動勢勢恒等于各段段磁壓降的代代數(shù)和，即：：該定律稱為基爾爾霍夫第二定定律電機和變壓器的的磁路總是由由數(shù)段不同截截面，不同材材料的鐵心組組成，而且還還可能含有氣氣隙，在進行行磁路計算時時總是將磁路路分成若干段段，每段為同同一材料。且且截面積和磁磁密處處相等等，見教材P7圖1-5所示，磁路路由三段組成成，兩段為截截面積不同的的鐵磁材料，一一段為空氣隙隙，鐵心上的的勵磁磁動勢勢NI則：(1-7)三、磁路和電路路的類比和區(qū)區(qū)別：磁路和電路的類類比關(guān)系：磁路電路物理量磁動勢磁通量磁阻磁導(dǎo)磁導(dǎo)率電動勢E=IRR電流I電阻R電導(dǎo)G電導(dǎo)率基本定律歐姆定律基爾霍夫第一定定律基爾霍夫第二定定律歐姆定律I=基爾霍夫第一定定律基爾霍夫第二定定律電路與磁路的區(qū)區(qū)別：電路中有電流就就有功率損耗耗。磁路中恒恒定磁通下沒沒有功率損耗耗；電流全部在導(dǎo)體體中流動，而而在磁路中沒沒有絕對的磁磁絕緣體，除除在鐵心的磁磁通外，空氣氣中也有漏磁磁通；電阻為常數(shù)，磁磁阻為變量；；對于線性電路可可應(yīng)用疊加原原理，而當(dāng)磁磁路飽和時為為非線形不能能應(yīng)用疊加原原理?？偵纤龃怕放c與電路僅是數(shù)數(shù)學(xué)形式上的的類似，而本本質(zhì)是不同的的。1-2常用鐵磁磁材料及其特特性為了在一定的勵勵磁磁動勢作作用下能激勵勵較強的磁場場（因為:B=Hμ）從而使電電機及變壓器器等裝置的尺尺寸縮小，重重量減輕，性性能改善，必必須增加磁路路的磁導(dǎo)率μμ,由于鐵磁物物質(zhì)具有高磁磁導(dǎo)性能，工工程上往往利利用它來使盡盡可能多的磁磁通約束在有有限的范圍內(nèi)內(nèi)。所以電機機和變壓器的的鐵心用導(dǎo)磁磁率較高的鐵鐵磁材料組成成。本節(jié)介紹紹鐵磁材料特特性。鐵磁物質(zhì)的磁化化鐵磁物質(zhì)的磁化化1、鐵磁物質(zhì)物質(zhì)按磁性分：：順磁物質(zhì)、反反磁物質(zhì)和鐵鐵磁物質(zhì)有幾種物質(zhì)，如如鐵、鈷、鎳鎳以及它們的的合金，以及及錳和鉻的某某些合金，即即使在較小的的外磁場的作作用下，其磁磁化也特別顯顯著。這類物物質(zhì)稱為鐵磁磁物質(zhì)，它們們的磁導(dǎo)率都都很大，超過過幾千。而抗抗磁物質(zhì)的磁磁導(dǎo)率為負值值，順磁物質(zhì)質(zhì)的磁導(dǎo)率大大約在10-3~10-6之間。金屬鐵、鈷、鎳鎳，B高，居里溫溫度高，缺點點電阻率低，渦渦流耗嚴(yán)重。鐵磁物質(zhì)非金屬鐵氧體電阻率高，渦渦流損耗小，抗抗銹防腐缺點，B低，溫度穩(wěn)穩(wěn)定性差2、鐵磁磁物質(zhì)的磁化化將鐵磁材料放放入磁場后，磁磁場會顯著增增強，鐵磁材材料在磁場中中呈現(xiàn)很強的的磁性這一現(xiàn)現(xiàn)象，稱為鐵鐵磁物質(zhì)的磁磁化。原因：鐵磁物質(zhì)質(zhì)中有許多稱稱為磁疇的天天然磁化區(qū)，當(dāng)當(dāng)未投入磁場場時，磁疇雜雜亂無章的排排列，磁效應(yīng)應(yīng)相互抵消對對外不顯磁性性。當(dāng)放入磁磁場后，磁疇疇按外磁場方方向排列起來來，形成一附附加磁場疊加加在外磁場上上。二、磁化曲線鐵磁材料料的磁狀態(tài)一一般由磁化曲曲線B-H曲線表示：：起始磁化曲線起始磁化曲線可可由實驗得出出。將一塊未未磁化的鐵磁磁材料制成閉閉合鐵心，其其上繞有繞組組，調(diào)節(jié)R使電流從零零開始逐漸增增大，則鐵心心中穿過橫截截面的磁通密密度將隨之增增大，測得對對應(yīng)于不同的的H值下的B值?？芍瘘c點描繪出B-H曲線。2、磁滯回線若對鐵磁材料進進行周期性的的磁化，則B-H曲線如下圖圖：可見鐵磁材料在在交變的磁場場內(nèi)被磁化的的過程中，磁磁化曲線是一一條具有單方方向性的閉合合曲線，稱為為磁滯回線。從從磁滯回線上上看，B的變化總是是滯后于H的變化，這這種現(xiàn)象稱為為磁滯現(xiàn)象。磁性材料按矯頑頑力Hc的大小可分分為軟磁材料料和硬磁材料料。3、基本磁化曲曲線對同一鐵鐵磁材料，選選不同的Hm進行反復(fù)磁磁化，可得大大小不同的磁磁滯回路，將將各磁滯回路路頂點連接起起來。可得到到基本磁化曲曲線。三、鐵心損耗1、磁滯損耗當(dāng)鐵磁材料置于于交變磁場中中時，被反復(fù)復(fù)交變磁化，致致使磁疇之間間不停的摩擦擦，消耗能量量，造成損耗耗，這種損耗耗稱為磁滯損損耗。由交流電源與磁磁場之間的往往返能量交換換，進一步加加以說明。在固定鐵心上裝裝有一個線圈圈，設(shè)電源電電壓為U，電流為I，線圈匝數(shù)數(shù)為N，電阻為R，則在dt時間內(nèi)電電源輸入裝置置的總能量為為Uidt消耗于于電阻上的電電能為Ri2dt鐵心線圈從交流流電源吸收的的瞬時功率為為：（1-8）從t1到t2時時間內(nèi)輸入磁磁路系統(tǒng)的能能量：((1-9)若鐵心長度為LL,截面積為A，則:(1-100)磁場儲能密度為為：(1-111)對線性磁路μ==常數(shù)(11-12)當(dāng)鐵心線圈內(nèi)電電流變化一個個周期時，磁磁路時而從電電路吸取能量量，時而又向向電網(wǎng)送還能能量。由于有有鐵心損耗，吸吸收的能量大大于送還的能能量，其差值值轉(zhuǎn)化為鐵心心中的熱量，可可用磁滯回線線的面積表示示。當(dāng)鐵心線線圈內(nèi)電流變變化一個周期期時，鐵心的的磁滯回線如如圖1-12（a）所示根據(jù)用（b）圖圖面積1241表示，是去去磁過程，H>0dB>>0為正，此此時為正向磁磁化過程，從從電源輸入能能量，用（C）圖圖面積2342表示，是去去磁過程，H>0dB<<0為負，說說明能量從磁磁路系統(tǒng)釋放放返回電源。同理下本個周期期內(nèi)用面積35563表示，H<0dBB<0為正，此此時為反向磁磁化過程，從從電源輸入能能量，用面積56615表示，是反反向去磁過程程，H<0dBB>0為為負，說明能能量從磁路系系統(tǒng)釋放返回回電源。所以一個周期內(nèi)內(nèi)磁場吸收的的凈能量用磁磁滯回線35123面積表示，這這部分能量消消耗在鐵磁材料內(nèi)，由于于磁滯損耗是是消耗于鐵心心中的平均功功率：（1-13）這部分能量最終終以熱能的形形式消散掉，由由于這部分能能量是由磁滯滯現(xiàn)象引起的的。因而叫做做磁滯損耗。如如無磁滯現(xiàn)象象，即回環(huán)面面積為零，則則該損耗也為為零。由上述公式可見見所以：（1-14）對電工鋼片nn=1.6~~2.3Chh：磁滯損耗耗系數(shù)所以，磁滯回路路面積越小，磁磁滯損耗越小小，電機和變變壓器鐵心常常用硅鋼片制制成，因硅鋼鋼片的磁滯回回線小，屬于于軟磁材料。渦流損耗因鐵心是導(dǎo)電的的，當(dāng)穿過鐵鐵心的磁通隨隨時間變化時時，鐵心中產(chǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電勢勢，從而產(chǎn)生生電流，這些些環(huán)流在鐵心心內(nèi)繞磁通做做旋狀流動成成為渦流，渦渦流在鐵心中中引起損耗稱稱為渦流損耗耗。由于渦流流的存在，對對鐵心磁通回回路產(chǎn)生影響響。回路將由由靜態(tài)變?yōu)閯觿討B(tài)形式右圖圖虛線所示：：在回路上升部分分，鐵心中渦渦流阻止磁場場的增加，為為保持一定的的磁通，激磁磁電流增加，以以抵消渦流作作用，所以磁磁滯回路上升升部分向右擴擴展，同理下下降部分向左左擴展渦流損耗正比于于頻率，磁通通密度，反比比于電阻率及及路徑長度（1-15）鐵心損耗：（1-16）可近似為：（1-17）：Δ：鋼片厚度CFe：鐵心損損耗系數(shù)G：鐵心重量量1-3直流磁路路本節(jié)介紹直流磁磁路的分析和和計算直流磁路的計算算磁路計算分分為兩種類型型：1、給定磁通，計計算所需的勵勵磁磁動勢（正正向問題）2、給定勵磁磁磁動勢，計算算磁路內(nèi)的磁磁通量（逆向向問題）正向問題計算步步驟如下：將磁路按材料性性質(zhì)和不同截截面分成數(shù)段段。計算各段的有效效面積和平均均長度根據(jù)各段中的。計計算各段4．由對鐵磁材材料查磁化曲曲線，對空氣氣隙：5．計算出各段段的磁壓降，注：電機的計算算通常為第一一類逆向問題的計算算步驟如下：：預(yù)定計算相應(yīng)的磁動動勢如和已知的F不不相等，可按按比例重新設(shè)設(shè)定由計算如=F則則為待求磁通通量，否則繼繼續(xù)試探以逐逐步接近準(zhǔn)確確值。直流電機的空載載磁路1、直流電機的的空載磁路直流電機的磁路路在電機磁路路中具有典型型性。理解其其分析和計算算的方法。對對電機的分析析、設(shè)計是十十分重要的。直流電機的空載載磁場指勵磁磁繞組中通過過勵磁電流時時建立的磁場場。如圖為四四極直流電機機的空載磁場場分布磁通分為：主磁磁通和漏磁通通主磁通：從主極極過氣隙到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，因氣隙隙小，磁導(dǎo)大大。所以磁通通很大。漏磁通：僅鉸鏈鏈勵磁繞組本本身，由空氣氣閉和，不進進入電樞鐵心心。因氣隙大大。磁導(dǎo)小。所所以其值很小小。2、空載磁路計計算按直流磁路計算算的第一類問問題進行計算算。根據(jù)材料料的截面積的的不同，再由由各段磁路和和的計算各段段。最后可得得到計算產(chǎn)生生時整個閉和和磁路所需的的磁動勢F。（1-18）計算表明：氣隙隙和電樞齒這這兩部分磁壓壓降之和占整整個空載磁動動勢的85%以上。直流電機的磁磁化曲線分別計算不同的的磁通時所需需的勵磁磁動動勢?？傻玫降街绷麟姍C的的磁化曲線磁化曲線體現(xiàn)了了電機磁路的的非線性。三、永磁磁路的的計算特點含有永磁的磁系系統(tǒng)稱為永磁磁磁路。永磁磁材料也稱為為硬磁材料，它它和軟磁材料料一樣具有磁磁滯現(xiàn)象，所所不同的是它它的磁滯回線線寬。對上圖所示的永永磁材料進行行充磁磁化，隨隨著激磁電流流增加，用磁磁材料沿OBS曲線此話，直直到飽和磁感感應(yīng)強度BS，充磁后去去掉勵磁電流流，磁感應(yīng)強強度沿去磁曲曲線降到Br由于磁路中無外外加的勵磁磁磁動勢。由安安培環(huán)路定律律：根據(jù)磁通連續(xù)性性定理所以上式中：均為常常數(shù)，所以方方程BM與HM的關(guān)系是一一直縣稱為工工作現(xiàn)Og，用磁材料的工作作點必須滿足足和去磁磁曲線B=f(HH)，即在兩曲線的交交點a上。1-4交流磁路路前述的是在勵磁磁線圈中通以以直流電。所所以為直流磁磁路，在直流流磁路中各個個參數(shù)都不隨隨時間變化，在在交流磁路中中，因勵磁電電流為交流，所所以磁通及磁磁勢均隨時間間交變而交變變，但就瞬時時值仍與直流流磁路一樣，遵遵循磁路基本本定律。交流磁路的特點點交流磁通引起鐵鐵心損耗磁通量隨時間交交變，在激磁磁線圈中感應(yīng)應(yīng)電勢。磁飽和現(xiàn)象會導(dǎo)導(dǎo)致電流。磁磁通和電動勢勢波形的畸變變。第二章：變壓器器主要內(nèi)容：變壓壓器的工作原原理，運行特特性，基本方方程式等效電電路相量土，變變壓器的并聯(lián)聯(lián)運行及三相相變壓器的特特有問題。2-1變壓器的的工作原理本節(jié)以普通雙繞繞組變壓器為為例介紹變壓壓器的工作原原理，基本結(jié)結(jié)構(gòu)和額定值值?；窘Y(jié)構(gòu)變壓器的主要部部件是鐵心和和繞組，它們們構(gòu)成了變壓壓器的器身。除除此之外，還還有放置器身身的盛有變壓壓器油的油箱箱、絕緣套管管、分接開關(guān)關(guān)、安全氣道道等部件。主主要介紹鐵心心和繞組的結(jié)結(jié)構(gòu)。1、鐵心變壓器的鐵心既既是磁路，也也是套裝繞組組的骨架。鐵心分：心柱：：心柱上套裝裝有繞組。鐵軛：形成閉合合磁路為了減少少鐵心損耗，通通常采用含硅硅量較高，厚厚度為0.33mmm表面涂有絕絕緣漆的硅鋼鋼片疊裝而成成。鐵心結(jié)構(gòu)的基本本形式分心式式和殼式兩種種心式：鐵軛靠著著繞組的頂面面和底面。而而不包圍繞組組側(cè)面，見圖圖2-2特結(jié)構(gòu)較為為簡單，繞組組的裝配及絕絕緣也較為容容易，所以國國產(chǎn)變壓器大大多采用心式式結(jié)構(gòu)。（電電力變壓器常常采用的結(jié)構(gòu)構(gòu)）殼式：鐵軛不僅僅包圍頂面和和底面，也包包圍繞組的側(cè)側(cè)面。見圖2-3，這種結(jié)構(gòu)構(gòu)機械強度較較好，但制造造工藝復(fù)雜，用用材料較多。鐵心的疊裝分為為對接和疊接接兩種對接：將心柱和和鐵軛分別疊疊裝和夾緊，然然后再把它們們拼在一起。工工藝簡單。迭接：把心柱和和鐵軛一層一一層的交錯重重疊，工藝復(fù)復(fù)雜。由于疊接式鐵心心使疊片接縫縫錯開，減小小接縫處的氣氣隙，從而減減小了勵磁電電流，同時這這種結(jié)構(gòu)夾緊緊裝置簡單經(jīng)經(jīng)濟可靠性高高，多采用疊疊接式。缺點點：工藝上費費時2、繞組繞組是變壓器的的電路部分，用用紙包或紗包包的絕緣扁線線或圓線繞成成。接入電能能的一端稱為為原繞組（或或一次繞組）輸出電能的一端端稱為付繞組組（或二次繞繞組）一、二次繞組中中電壓高的一一端稱高電壓壓繞組，低的的一端稱低電電壓繞組高壓壓繞組匝數(shù)多多，導(dǎo)線細；；低壓繞組匝匝數(shù)少，導(dǎo)線線粗。因為不計鐵心的的損耗，根據(jù)據(jù)能量的守恒恒原理（s原付繞組的的視在功率）電壓高的一端電電流小所以導(dǎo)導(dǎo)線細從高低壓繞組的的相對位置來來看，變壓器器繞組可以分分為同心式和和交疊式兩類類同心式：高低壓壓繞組同心的的套在鐵心柱柱上。為便于于絕緣，一般般低壓繞組在在里面高壓繞繞組在外面。交疊式：高低壓壓繞組互相交交疊放置，為為便于絕緣，上上下兩組為抵抵壓三、變壓器的額額定值額定值是正確使使用變壓器的的依據(jù)，在額額定狀態(tài)下運運行，可保證證變壓器長期期安全有效的的工作。額定容量：指變變壓器的視在在功率。對三三相變壓器指指三相容量之之和。單位伏安（VVA）千伏安（KVA）額定電壓：指線線值，單位伏伏（V）千伏（kV），指電源加加到原繞組上的電壓壓，是副方開開路即空載運運行時副繞組組的端電壓。額定電流：由和和計算出來的的電流，即為為額定電流對單相變壓器：：對三相變壓器：：4、額定頻率ffN：我國規(guī)定定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用用電頻率為50赫（HZ）有些國家家采用60赫。此外，額定工作作狀態(tài)下變壓壓器的效率、溫溫升等數(shù)據(jù)均均屬于額定值值。2~2變壓器的的空載運行本節(jié)介紹變壓器器的空載運行行的電磁過程程，并推出空空載運行的等等效電路方程程式相量圖，空載運行時電動動勢和電壓比比變壓器一次繞組組接電源，二二次繞組開路路，負載電流流I2為零，這種種情況即為變變壓器的空載載運行。上圖為為空載運行示示意圖，和為一、二次次繞組的匝數(shù)數(shù)分別繞在兩兩個鐵心柱上上。變壓器參數(shù)方向向的規(guī)定：（1）與i之同向，即即符合右手螺螺旋關(guān)系（2）U與i同同向（一次側(cè)側(cè)為電動機慣慣例，二次側(cè)側(cè)為發(fā)電機慣慣例）（3）e和I方方向一致。由若不計漏磁通通，按上圖所所規(guī)定個量的的正方向，由由基爾霍夫第第二定律可列列出一。二次次繞組的電壓平衡方方程式式中R1為一次次繞組的電阻阻，u20為二次側(cè)側(cè)空載電壓即即開路電壓，一一般i10R1很小，忽略略不計則：由此可見要使一一、二次測具具有不同的電電壓，只要一一、二次測具具有不同的匝匝數(shù)即可，這這就是變壓器器的原理。二．主磁通和激激磁電流通過鐵心并與一一二繞組交鏈鏈的磁通用表表示由:得空載時則也是是正弦波：主磁通的幅值值滯后，同理可證證明滯后產(chǎn)生主磁通所需需的電流叫激激磁電流，用用表示，空載載時i10全部用以以產(chǎn)生主磁通通即：三、主磁通和激激磁阻抗交流電路的電磁磁關(guān)系是電流流激勵磁場，而而感應(yīng)電勢是是磁場的響應(yīng)應(yīng)。這種激勵勵與響應(yīng)之間間的關(guān)系常用用一種參數(shù)表表征，這個參參數(shù)即為感抗抗:主磁通得磁導(dǎo)導(dǎo)用相量表示為而用相量表示為：：（E1滯后900）將帶入上式得：)=式中:鐵心線圈圈磁化電感鐵心線圈磁化電電抗另外，考慮鐵心心損耗，激磁磁電流由和組成與同相，于是是，鐵心線圈圈等效電路如如下（a）所示Rm：激磁磁電阻，表征征鐵心損耗的的一個等效參參數(shù)Xm：激磁磁電抗，表征征鐵心磁化性性能的一個等等效參數(shù)Zm：激磁磁阻抗，表征征鐵心損耗和和磁化性能的的一個等效參參數(shù)注：以上三值隨隨飽和飽和度度變化而變化化，都不是常常數(shù)，但當(dāng)外外加電壓變化化不大時，鐵鐵心內(nèi)的磁通通變化不大，飽飽和度不大，可可認為Zm為常值四、漏磁通和漏漏磁電抗在實際變壓器中中，除交鏈一一、二次繞組組的主磁通外外，還有一部部分僅與一個個繞組交鏈通通過空氣閉合合的漏磁通同理:一次漏電電抗二次漏電抗抗一、二次漏電抗抗均為常數(shù)漏電抗是表征漏漏磁效應(yīng)的一一個參數(shù)，漏漏磁路可以認認為是線性的的，所以和為常數(shù)注：空載運行時時,所以,綜合上述分析的的空載運行時時變壓器一、二二次側(cè)的電壓壓方程式如下下：（引入了和后，就就將磁場問題題簡化成電路路形式，將磁磁通感應(yīng)電勢勢用一電抗表表征，主磁通通經(jīng)鐵心引起起鐵耗，故引引入阻抗，漏漏磁通引入）2-3變壓器的的負載運行本節(jié)介紹變壓器器負載運行的的物理過程。一次側(cè)接交流電電源，二次側(cè)側(cè)接負載，二二次側(cè)中便有有負載電流流流過，這種情況稱稱為負載運行行一、磁動勢平衡衡和能量傳遞遞當(dāng)接入也將作用用于主磁路上上。F2的出現(xiàn)，使使趨于改變相應(yīng)得為常數(shù),,因此要達到到新的平衡條條件是：一次次側(cè)繞組中電電流增加一個個分量，與二二次側(cè)繞組中中由產(chǎn)生的磁磁勢由i2產(chǎn)生的磁勢勢相抵消。以以維持不變，即即：這一關(guān)系式稱為為磁勢平衡關(guān)關(guān)系，當(dāng)負載載電流增加時時，原繞阻的的電流也隨之之增加，從而而使變壓器的的功率從原方方傳遞到負方方：2-4變壓器的的基本方程式式、等值電路路和相量圖本節(jié)為該章重點點內(nèi)容，采用用繞組歸算的的方法推出變變壓器的基本本方程式、等等效電路和相相量圖。一、基本方程式式1、磁動勢方方程式負載后作用于主主磁路上的磁磁勢有兩個和和(勵磁磁勢,維維持不變，與與空載時相同同)負載時，作用于于鐵心上的磁磁動勢是一、二二次繞組的合合成磁動勢，且且為空載時的的磁動勢，即即激磁磁動勢勢。上式表明負載后后，一次側(cè)電電流由兩部分分組成，一部部分維持主磁磁通的Im。另一部部分用來抵消消二次側(cè)的負負載分量，能量由一次側(cè)傳傳到二次側(cè)。電壓方程式由主磁通在一、二二次繞組中分分別感應(yīng)電勢勢E1和E2,漏磁通在一一、二次繞組組中感應(yīng)漏電電勢，此外，一一、二次側(cè)繞繞組還分別有有電阻壓降,,根據(jù)吉爾霍霍夫定律及負負載運行示意意圖中各量正正方向的規(guī)定定，可列寫一一、二次側(cè)電電壓方程如下下：式中：一、二次次側(cè)繞組漏磁磁抗一、二次側(cè)繞組組漏電阻一、二次側(cè)繞組組漏電抗歸納起來變壓器器的基本方程程式為：按磁路性質(zhì)不同同，分為主磁磁通和漏磁通通兩部分。并并分別用不同同的電路參數(shù)數(shù)表征，漏感感磁通感應(yīng)電電勢用和表征。主磁磁通感應(yīng)電勢勢用表征，和為常數(shù)，不為為常數(shù)。二、變壓器的TT型等效電路路和相量圖變壓器的基本方方程式綜合了了變壓器內(nèi)部部的電磁過程程，利用這組組方程可以分分析計算變壓壓器的運行情情況。但解聯(lián)聯(lián)立方程相當(dāng)當(dāng)復(fù)雜，且由由于K很大，是原原付方電壓電電流相差很大大，計算精確確度很差，所所以一般不直直接計算，常常常采用歸納納計算的方法法，其目的是是為了簡化等等量計算和得得出變壓器一一、二次側(cè)有有電的聯(lián)系的的等效電路。1、繞組的歸算算歸算是把二次側(cè)側(cè)繞組匝數(shù)變變換成一次測測繞組的匝數(shù)數(shù),而不改變一一,二次側(cè)繞組組的電磁關(guān)系系。（1）電流的歸歸算:根據(jù)歸算前后磁磁勢不變得原原則,歸算后的量量斜上方打“ˊ”。（2）電勢和電電壓的歸算及及阻抗的歸算算根據(jù)電勢與匝數(shù)數(shù)成正比得關(guān)關(guān)系即找到了原、付付方電路的等等電位點,可將兩個電電路合并將式兩端端同乘變比K得可見:注:歸算前后二二次側(cè)的功率率和損耗均保保持不變歸算后得基本方方程式為:3、T型等效電電路圖(a)為歸算算過的變壓器器負載運行示示意圖可得圖(b)所所示等效電路路.因它的6個參數(shù)分布布在T上,所以稱T型等效電路路為了進一步步理解等效電電路.進一步說明明形成得物理理過程.(a).表示一一臺實際變壓壓器得示意圖圖(b)將一.二二次繞組得電電阻和漏抗移移到繞線外各各自回路中,,一.二次側(cè)繞組組.組成為無電電阻,無漏磁得完完全耦合得繞繞組.(c)將二次側(cè)側(cè)進行規(guī)算(d)將鐵心磁磁路得激磁磁磁路抽出(e)余下得鐵鐵心和繞組變變成無電阻,,無漏抗,無鐵耗,無需激磁電電流得1:11得理想變壓壓器(f)E1=EE’2,電流均為為I’2把理想變壓壓器抽出對電電路毫無影響響,即得T理想變壓器器得兩端進行了繞組地規(guī)規(guī)算,就將一,二次測用一一個等效電路路聯(lián)系起來,求解變壓器器地問題變成成了一個電路路問題,使計算大為為簡化.如已知參數(shù)數(shù)由U1可算出I1,I’2及Tm注:利用歸算到到一次側(cè)的等等效電路算出出的一次側(cè)各各量均為變壓壓器地實際量量,算出的二次次側(cè)的各量均均為規(guī)算值，要要求實際值.上述是將二次規(guī)規(guī)算到一次側(cè)側(cè),同理也可以以將一次側(cè)規(guī)規(guī)算到二次側(cè)側(cè).得到規(guī)算到到二次側(cè)地T型等效電路.3、相量圖根據(jù)基本方程式式可畫出相應(yīng)應(yīng)地相量圖,通過相量圖圖我們可以較較直觀地看出出變壓器各量量的大小和相相位關(guān)系,下圖為感性性負載時的相相量圖三.近似和簡化化等效電路“T”型等效電電路雖然能正正確得反映變變壓器內(nèi)部得得電磁關(guān)系,但它是一種種復(fù)聯(lián)電路要要進行復(fù)數(shù)運運算比較繁瑣瑣。,可忽略,不不計將激磁之之路前移,就得到變壓壓器的近似等等效電路,由于,在工程可忽忽略不計,將激磁之路路去掉,變?yōu)楹喕鹊刃щ娐?從簡化等效效電路中看出出,當(dāng)時,可將一二次次側(cè)參數(shù)合并并起來,此時為短路路阻抗.--------短路電阻----------短路電抗--------短路阻抗以上通稱短路參參數(shù),可由短路實實驗求得。使用簡化等效電電路計算實際際問題十分簡簡便,在大多數(shù)情情況下其精度度以能滿足工工程要求。2-5變壓器等等效電路參數(shù)數(shù)的測定本節(jié)通過變壓器器空載和短路路實驗測取變變壓器的勵磁磁參數(shù)和短路路參數(shù)。變壓器中的參數(shù)數(shù),對變壓器的的運行性能有有直接影響,知道了變壓壓器的參數(shù),就可繪出等等效電路,然后繪出等等效電路,然后可以運運用等效電路路分析計算,可通過空載載試驗來確定定.可以通過試試驗確定,這兩個試驗驗是變壓器的的主要試驗項項目.一、空載實驗注:用大大寫字母表示示高壓端,小字母表示示低壓端.空載試驗可可在任一邊作作.但考慮到空空載試驗所加加電壓較高,其電流較小,為試驗的安安全和儀器儀儀表選擇方便便,一般在低壓壓側(cè)作.如下圖所示:測定方法:在低低壓方加U1.高壓側(cè)開路.都取Im,Poo,U2o由空載試驗等效效電路可知:可近似認為ZZo=Zm注:1、此時測測得的值為歸歸算到低壓側(cè)側(cè)的值,如需歸算到到高壓側(cè)時參參數(shù)應(yīng)乘2、Zmm與飽和程度度有關(guān),電壓越高,磁路越飽和和，Zm越小,所以應(yīng)以額額定電壓下測測讀的數(shù)據(jù)計計算勵磁參數(shù)數(shù).二、短路試驗,,因短路路試驗電流大大,電壓低,一般在高壓壓側(cè)作，從等等效電路可見見.=0,外加電壓僅僅用來克服變變壓器本身的的漏阻抗壓降降,所以當(dāng)Uk很低時,電流即到達達額定,該電壓為(5-10%%)Un.,且電壓很低,,所以很小,Zm大.絕大部分電電流流經(jīng),可忽略激磁磁支路不計。此時由電源輸入入的功率Pk完全消耗在在一、二次繞繞組銅耗上，即:可按注意：1.,讀讀取Pk,Uk計算短路參參數(shù).2、由于繞組的的電阻隨溫度度而高.而短路試驗驗一般在室溫溫下進行,所以計算的的電阻必須換換算到額定工工作時的數(shù)據(jù)據(jù),按國際規(guī)定定換算到的數(shù)數(shù)據(jù).上式中：θ：室室溫T0：對銅線234.5，對鋁線228短路試驗時使電電流達到額定定值時所加電電壓稱為阻抗抗電壓或短路路電壓阻抗電壓用額定定電壓百分比比表示時有:阻抗電壓百分比比是銘牌數(shù)據(jù)據(jù)之一,是變壓器的的主要參數(shù)，阻阻抗電壓的大大小反映變壓壓器在額定負負載下運行時時,漏阻抗壓降降的大小。6三相變壓器變換三相交流電電等級的變壓壓器為三相變變壓器。目前前電力系統(tǒng)均均采用三相變變壓器，因而而三相變壓器器的應(yīng)用極為為廣泛,在三相變壓壓器對稱運行行時,各項電流、電電壓大小相等等，相位差120度，因此對對于運行原理理的分析計算算可采用三相相中任一相進進行研究,于是前面導(dǎo)導(dǎo)出的基本方方程式、相量量圖、等效電電路、參數(shù)測測定等可直接接運用于三相相的任一相,求出一相的的量，其他兩兩相根據(jù)對稱稱關(guān)系直接寫寫出。本節(jié)僅僅對三相變壓壓器的特有問問題進行研究究。一、三相變壓器器的磁路系統(tǒng)統(tǒng)三相變壓器按結(jié)結(jié)構(gòu)特點分為為兩種：三相相變壓器組三相心式變壓器器三相變壓器組是是由三臺單相相變壓器組成成的，每組的的主磁通各自自沿自己的磁磁路閉合，所所以三相變壓壓器的磁路彼彼此獨立。三相心式變壓器器的磁路彼此此相關(guān)，這種種鐵心結(jié)構(gòu)是是由三相變壓壓器組演變而而來的，將三三個單相變壓壓器合并成上上圖所示，則則中間鐵心柱柱流過的磁通通為，所以三三相主磁通對對稱，三相電電流在任意時時刻相加為零零。所以，中中間心柱可以以省去，即得得圖（c）所示三相相變壓器。這這種磁路系統(tǒng)統(tǒng)中每相主磁磁通都要借助助另外兩相的的磁路閉合，故故屬于彼此相相關(guān)的磁路系系統(tǒng)。這種變變壓器三相磁磁路長度不等等，中間B相短，當(dāng)三三相電壓對稱稱時，三相空空載電流便不不等，B相最小，但但由于空載電電流很小，它它的不對稱對對負載運行的的影響很小，可可以略去不計計。兩種結(jié)構(gòu)的比較較：三相變壓壓器組備用容容量小，搬運運方便。三相相心式變壓器器節(jié)省材料，效效率高，安裝裝占地面積小小，價格便宜宜。所以多采采用三相變壓壓器。二、三相變壓器器繞組的連接接—電路系統(tǒng)1、聯(lián)結(jié)方法：：在三相變變壓器中用大大寫字母A、B、C表示高壓端端首端，X、Y、Z表示尾端，小小寫字母a、b、c表示低壓端端首端，x、y、z表示尾端，連連接可采用星星型（Y連接）用Y（或y）表示，角角型（連接）用D(或d)表示。在國國產(chǎn)電力變壓壓器常采用Y,yn;;Y,d;和YN,d三種連接。N(或n)表示有中點點引出。如：：2、聯(lián)結(jié)組：根據(jù)變壓器原、付付方對應(yīng)的線線電壓之間的的相位關(guān)系，把把變壓器繞組組的連接分成成不同的組合合稱為繞組的的聯(lián)結(jié)組。實實踐與理論證證明，變壓器器高、低壓方方相對應(yīng)的線線電壓的相位位差總是30度的倍數(shù)。因因此采用“時鐘表示法”來表示這種種相位差是很很簡明的。“時鐘表示法”：把高壓邊邊線電壓作為為長針始終指指向“12”。而低壓邊邊相對應(yīng)的線線電壓作為短短時，短針指指向的數(shù)字稱稱為三相變壓壓器連接組的的組號。同名端的說明：：無論單相變壓器器的高、低壓壓繞組還是三三相變壓器同同一相的高、低低壓繞組都是是繞在同一鐵鐵心柱上的。它它們是被同一一主磁通所交交鏈，高、低低壓繞組的感感應(yīng)電勢的相相位關(guān)系只能能有兩種可能能，一種同相相，一種反相相(差180度)。三、三相變壓器器聯(lián)結(jié)法和磁磁路系統(tǒng)對電電勢波形的影影響在第一章中已敘敘述,考慮鐵心磁磁路的飽和,不會同時為為正弦,一個為正弦,另一個就為為非正弦,如為正弦,I為尖頂波,電流中除基基波分量外,還有3次諧波分量.可見其大小相等等,相位相同,三次諧波電電流是否在變變壓器中流通通,將直接影響響主磁通和相相電動勢的波波形。而三相相變壓器繞組組的聯(lián)結(jié)法及及磁路系統(tǒng)都都決定三次諧諧波電流在變變壓器中的存存在與否,下面進行分分析。1、Y，y聯(lián)結(jié)結(jié)組我們知道三次諧諧波電流構(gòu)成成零序?qū)ΨQ組組,不能存在于于無中線的星星形連接的三三相電路中,所以當(dāng)正弦弦電壓施加于于Y連接的變壓壓器時,Im接近正弦波,主磁通為平平頂波,其中三次諧諧波磁通的大大小及對電勢勢波形的影響響還要看磁路路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu).（1）三相變壓壓器組組成磁路系統(tǒng)的的特點是互相相獨立,彼此無關(guān),所以三次諧諧波磁通和基基波一樣可以以存在于各相相磁路中,在一,二次側(cè)繞阻阻中每相感應(yīng)應(yīng)電勢為:加之三次諧諧波頻率,所以感應(yīng)的的三次諧波電電勢相當(dāng)大，可可達基波的50%，結(jié)果使相相電勢波形嚴(yán)嚴(yán)重畸形，幅幅值很高，可可使繞阻絕緣緣擊穿，所以以三相變壓器器組不允許采采用Y，y聯(lián)結(jié)。（2）三相心式式變壓器心式磁路特點是是互相聯(lián)系，彼彼此相關(guān)，而而三次諧波磁磁通，也是零零序?qū)ΨQ組，由由于磁路構(gòu)成成三相行星形形磁路，三個個同相，同大大小的磁通不不能沿鐵心磁磁路閉和，這這和三次諧波波電流不能在在Y接三相電路路中流通相似似，但他們可可以經(jīng)油箱壁壁等形成閉路路，由于這些些磁路的磁阻阻很大，使三三次諧波磁通通大為削弱，所所以相電勢中中也接近正弦弦波。但三相相諧波磁通沿沿油箱閉和，引引起附加渦流流損耗，降低低變壓器效率率，因此，對對心式變壓器器Y，y接僅在容量量為1600千伏安以下下的中，小容容量的變壓器器中采用。2、Y，d或DD，y聯(lián)結(jié)組（1）D，y聯(lián)聯(lián)結(jié)組D，y聯(lián)結(jié)組的的三相變壓器器，因一次側(cè)側(cè)為接，三次次諧波電流可可在接的電路路中流通，所所以主磁通為為正弦波，由由它感應(yīng)的一一二次側(cè)相電電勢e都接近正弦弦波。（2）Y，d聯(lián)聯(lián)結(jié)組Y，d聯(lián)結(jié)組的的三相變壓器器，因一次側(cè)側(cè)電流無三次次諧波分量，所所以主磁通和和一，二次側(cè)側(cè)相電動勢出出現(xiàn)電動勢出出現(xiàn)三次諧波波分量。滯后,由于三相相的方向一到,故在接的二次次閉路中產(chǎn)生生,因電阻遠于于電抗,所以滯后近90度,產(chǎn)生幾乎完全全抵消了的作作用,所以合成磁磁通及電勢接接近正弦波。只要變壓器有一一側(cè)采用“角形”接，就能保保證主磁通及及電勢波形為為正弦波。在在大容量變壓壓器中，當(dāng)一一、二側(cè)都是是“Y”聯(lián)結(jié)時，可可另加一個接接成“角形”的小容量第第三側(cè)。供改改善電勢波形形之用。綜上所述：三相相變壓器的相相電勢波形與與繞組接法和和磁路系統(tǒng)有有密切的關(guān)系系。只要變壓壓器有一側(cè)是是角接。就能能保證主磁通通及電勢波形形為正弦波。2-7標(biāo)幺值在工程計算中個個物理量除了了采用實際值值來表示和計計算外，有時時也用標(biāo)幺值值來表示和計計算。本節(jié)介介紹標(biāo)幺值的的概念和計算算方法。標(biāo)幺值就是某某一物理量的的實際值與選選定對應(yīng)物理理量的基值之之比。標(biāo)幺值=實際值值/基值標(biāo)幺值用符符號“*”表示，它沒沒有量綱用標(biāo)幺值表示時時，應(yīng)先選定定基值，對電電路計算而言言，四個基本本的物理量V，I，S，Z中，其中兩個個基值任選，另另外兩個按電電路理論計算算。若選取Ub，IIb兩個基值，則則：Sb=UbIbb，Zb=Ub/Ib在變壓器和電機機中通常選額額定電壓和額額定電流作為為基值。此時額定電壓，額額定電流和額額定視在功率率的標(biāo)幺值均均為1，這樣較用用實際值表示示時更能說明明問題，例某某一變壓器供供給負載100安的電流，我我們很難判定定100安是大還是是小，是輕載載還是過載，但但如果我們說說供給負載電電流的標(biāo)幺值值為1.1，則我們能能立刻判斷出出該變壓器供供給了10%的超額負載載，應(yīng)盡快降降低它的負載載。應(yīng)用標(biāo)幺值的優(yōu)優(yōu)點：不論變壓器或電電機的容量大大小，用標(biāo)幺幺值表示，各各參數(shù)和典型型性能的數(shù)據(jù)據(jù)都在一定的的范圍內(nèi)，便便于比較。用標(biāo)幺值時，不不必再進行歸歸算。（歸算算到高壓側(cè)或或低壓側(cè)的參參數(shù)相等）簡化計算。另外外即短路阻抗抗標(biāo)幺值等于于阻抗電壓的的標(biāo)幺值。例2-3對于例例2-2的單相200000KV變壓器.試求出激磁磁阻抗和漏阻阻抗的標(biāo)幺值值.解:從例2-22可知,一次和二次次繞組的額定定電壓分別為為127KV和11KV,額定電流為157.55A和1818..2A.由此可得:激磁阻抗的標(biāo)幺幺值用規(guī)算到低壓側(cè)側(cè)的激磁阻抗抗計算時：....用歸算到高壓側(cè)側(cè)的激磁阻抗抗計算時：......由于歸算到高壓壓側(cè)的激磁阻阻抗是規(guī)算到到低壓側(cè)的激激磁阻抗的倍倍,而高壓側(cè)的的阻抗基值是是低壓側(cè)的阻阻抗基值的倍倍,所以從高壓壓側(cè)或低壓側(cè)側(cè)算出的激磁磁阻抗標(biāo)幺值值恰好相等;故用標(biāo)幺值值時,可不必再進進行歸算.這點可從本本例題中清楚楚的看出.漏阻抗的標(biāo)幺值值..注：因為漏阻抗抗的實際值是是采用歸算倒倒高壓側(cè)的參參數(shù)，所以就就用高壓側(cè)的的阻抗值作為為基值計算標(biāo)標(biāo)幺值。由于短路試驗是是在額定電流流()下進行的.亦可以把試試驗數(shù)據(jù)直接接化為標(biāo)幺值值來計算,即然后把化成時的值.即得.可見用表幺值可可簡化計算。例2-4一一臺三相變壓壓器,Y,,d聯(lián)接,當(dāng)外施額定定電壓時,變壓器的空空載損耗空載電流為為額定電流的的5%。當(dāng)短路電電流為額定值值時,短路損耗（換算到75℃）,短路電壓為為額定電流的的5.5%，試求歸算算到高壓側(cè)的的激磁阻抗和和漏阻抗的實實際值和標(biāo)幺幺值.解:1）激磁阻阻抗和漏阻抗抗的標(biāo)幺值2）算到高壓側(cè)側(cè)時激磁阻抗抗和漏阻抗的的實際值高壓側(cè)的額定電電流，阻抗基值為為于是規(guī)算到高壓壓側(cè)時個阻抗抗的實際值為為2-8變壓器的的運行特征表征變壓器運行行性能的主要要指標(biāo)有兩個個，一是付邊邊端電壓變化化即外特性，二二是效率。即在電源電壓和和負載的功率率因數(shù)不變的的前提下：本節(jié)介紹這這兩個特性。一、電壓調(diào)整率率和外特性變壓器一次側(cè)接接額定電壓，二二次側(cè)開路時時，二次側(cè)的的空載電壓U20=UU2N，負載后，負負載電流在變變壓器內(nèi)部產(chǎn)產(chǎn)生阻抗壓降降，使二次側(cè)側(cè)端電壓發(fā)生生變化，其變變化大小用電電壓調(diào)整率表表示規(guī)定為,當(dāng)一定定時外特性：用標(biāo)幺幺值表示其變變化的規(guī)律規(guī)規(guī)律由下圖所所示當(dāng)純電阻負載時時和電壓性負負載時，外特特性是下降的的，而容性負負載時可能上上翹。對此曲曲線可由以下下公式推導(dǎo)證證明。說明：1、從電電壓調(diào)整率看看，小些，端端電壓隨負載載變化波動小??；22、當(dāng)額定負負載時，功率率因數(shù)為指定定時（通常為為0.8滯后）的電電壓調(diào)整率為為額定電壓調(diào)調(diào)整率。是變壓器的的主要性能指指標(biāo)之一。通通常左右，所所以電力變壓壓器的高壓繞繞組均為有+5%的抽頭，以以便進行電壓壓調(diào)整。二、效率變壓器運行時將將產(chǎn)生損耗，變變壓器的損耗耗分兩大類銅耗11、基本銅耗2、雜散銅耗耗鐵耗11、基本鐵耗2、雜散鐵耗耗基本銅耗：一、二二次繞組內(nèi)電電流所引起時時的直流電阻阻損耗。雜散銅耗：主要要是由漏磁通通所引起的肌肌膚效應(yīng)，使使繞組的有效效電阻增大而而增加的銅耗耗。以及漏磁磁場在結(jié)構(gòu)部部件中引起的的渦流損耗等等。銅耗與負載電流流的平方成正正比。因此也也稱為可變損損耗。銅耗與繞組的溫溫度有關(guān)，一一般都用77度時的電阻阻值來計算。基本鐵耗：變壓壓器鐵心中的的磁滯與渦流流損耗。雜散鐵耗：主要要是鐵心接連連處由于磁通通密度分布不不均勻所引起起的損耗，和和主磁通在鐵鐵軛夾件，油油箱等結(jié)構(gòu)部部件中所引起起的渦流損耗耗。鐵耗可近近似認為與或或成正比。由由于變壓器一一側(cè)電壓保持持不變。故鐵鐵耗可視為不不變損耗。（F不變的前提提下）因變壓器無轉(zhuǎn)動動部分，一般般效率都很高高，大多數(shù)在在95%以上。大型型變壓器可達達99%。測量變壓器的效效率一般不采采用直接測P1、P2的方法，因P1與P2相差很小。測測量儀器本身身的誤差就可可能超出次范范圍，一般用用間接法測量量變壓器的效效率。即測出出各種損耗，再再計算效率?？紤]到：令可得:在計算效率時作作以下假設(shè)：：額定電壓下空載載損耗，且不隨負載載的變化而變變化。額定電流時的，因因銅耗與負載載電流平方成成正比，所以以任一負載下下的銅耗計算時忽略了負負載時的變化化，即因產(chǎn)生最大效率率時對應(yīng)最大效率時時負載電流的的標(biāo)幺值為：：2-9變壓器的的并聯(lián)運行在現(xiàn)代發(fā)電站和和變電所中，常常常采用多臺臺變壓器并聯(lián)聯(lián)運行的方式式。所謂的并并聯(lián)運行，就就是將變壓器器的一次側(cè)和和二次側(cè)繞組組分別接到一一、二次側(cè)的的公共母線上上。變壓器采用并聯(lián)聯(lián)運行的優(yōu)點點：根據(jù)負載的大小小，調(diào)整并聯(lián)聯(lián)運行的變壓壓器的臺數(shù)，以以提高運行效效率為了不停電檢修修變壓器，以以提高供電可可靠性?？蓽p少總備用容容量。一、變壓器理想想并聯(lián)時的條條件是：空載運行時變壓壓器之間無環(huán)環(huán)流。每臺變壓器負載載分配合理各變壓器負載電電流同相位。要達到理想運行行，需滿足下下列條件：各臺變壓器的額額定電壓和變變比要相等。聯(lián)結(jié)組號應(yīng)相同同。各變壓器短路阻阻抗標(biāo)幺值相相同，阻抗角角相同二、對并聯(lián)運行行條件的分析析1、聯(lián)結(jié)組別對對變壓器并聯(lián)聯(lián)運行的影響響組別不同的變變壓器，雖滿滿足1、3條，但兩變變壓器二次側(cè)側(cè)電壓相位至至少差30度.由產(chǎn)生很大的環(huán)環(huán)流，可能損損耗變壓器線線圈。這是絕絕對不允許的的。2、變比不等對對并聯(lián)運行的的影響當(dāng)兩臺變壓器器聯(lián)結(jié)組相同同、并聯(lián)運行行時，為便于于分析，采用用歸算到二次次側(cè)的簡化等等效電路由電路定律得：：求解得：每臺變壓器內(nèi)流流過的電流包包括兩個分量量，第一分量量為所分擔(dān)的的負載電流，第第二分量是由由于兩臺變壓壓器的電壓比比不同引起的的環(huán)流Ic電壓比引起的IIc僅與有關(guān)。與與負載大小無無關(guān)只存在Ic有害害環(huán)流，因此此出廠變壓器器的變比誤差差不超過5%3、短路阻抗不不同時的負載載分配在并聯(lián)變壓器之之間負載電流流按其與阻抗抗成反比分配配。將上式兩斷同乘乘，并認為兩兩臺變壓器具具有相同的額額定電壓則：：并聯(lián)變壓器所所分擔(dān)的負載載電流的標(biāo)幺幺值，與其漏漏阻抗的標(biāo)幺幺值成反比。理想的并聯(lián)運行行希望兩臺同同時達到滿載載，即例2-6有兩臺臺額定電壓相相同的變壓器器并聯(lián)運行,其額定容量量分別為，短路阻抗為,不計阻抗角角的差別,試計算(1)兩臺變壓壓器電壓比相相差0.5%時的空載環(huán)環(huán)流;(2)若一臺變變壓器為Y,y0聯(lián)接,另一臺為Y,d11聯(lián)結(jié),問并聯(lián)時的的空載環(huán)流.解:以一臺變壓器的的額定容量作作為基值，在在電壓比相差差不大時,可以證明，以以第一臺變壓壓器的額定電電流作為基值值時，環(huán)流的的標(biāo)幺值為式中,k為平均均電壓比,為電壓比差差的標(biāo)幺值，.于是：即環(huán)流為第I臺臺變壓器額定定電流的3.86％。（2）上式中的的，實質(zhì)是空空載時第一臺臺變壓器和第第二臺變壓器器的二次電壓壓差。當(dāng)Y，y0與Y,d11并聯(lián)時，二二次空載電壓壓的大小相等等，但相位差差30度，其電壓壓差于是環(huán)流為：即空載環(huán)流達到到變壓器額定定電流的4倍，故不同同組號的變壓壓器絕對不允允許并聯(lián)運行行。例2-7．上例例的兩臺變壓壓器，若組號號和電壓比均均相同，試計計算并聯(lián)組的的最大容量。解：阻抗標(biāo)幺值小的的先達到滿載載，即第一臺變壓器的的阻抗標(biāo)幺值值小，故先達達到滿載，當(dāng)時，不計阻抗角的差差別時，兩臺臺變壓器所組組成的并聯(lián)組組的最大容量量為：并聯(lián)組的利用率率為：若則第二臺先達到到滿載即容量小的變壓器器有較大的阻阻抗標(biāo)幺值可可提高并聯(lián)組組的利用率。2-10三相繞繞組變壓器自自耦變壓器和和儀用互感器器本節(jié)介紹三繞組組變壓器的分分析方法，并并對自耦變壓壓器和儀用互互感器原理進進行分析。一、三繞組變壓壓器三繞組變壓器有有高、中、低低三個繞組，大大多用于二次次需要兩種不不同電壓的電電力系統(tǒng)。三繞組變壓器第第三繞組常常常接成三角形形聯(lián)結(jié)，供電電給附近較低低電壓的配電電線路，有時時僅接同步補補償機和電容容器（補償功功率因數(shù)），也也有第三繞組組并不引出，專專供三次諧波波激磁電流形形成通路，以以改善電勢波波形和減少不不對稱運行時時負載中點位位移。三繞組變壓器每每個心柱上套套有三個繞組組，三個繞組組的容量可相相等。也可不不相等，容量量最大的規(guī)定定為三繞組變變壓器的額定定容量。標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組有，，和1、三繞組變壓壓器的基本方方程式和等值值電路設(shè)一、二、三繞繞組匝數(shù)分別別為（一、二繞組電電壓變比）（一一、三繞組電電壓變比）分（1）主磁通通：與三個繞繞組同時鉸鏈鏈（2）漏磁磁通只鉸鏈一個個或兩個繞組組的磁通，前前者稱自漏，后后者為互漏為自漏磁通為互互漏磁通。由三個繞組的合合成磁動勢建建立。經(jīng)鐵心心磁路閉合，激激磁阻抗隨鐵鐵心飽和程度度而變化。自漏磁通由一個個繞組的磁動動勢所產(chǎn)生，互互漏磁通由兩兩個繞組的磁磁動勢產(chǎn)生，它它們主要通過過空氣和油閉閉合，相應(yīng)的的漏抗為常數(shù)數(shù)按上圖所示正方方向和為電流歸算值值，電壓方程程式為：（1）（2）（3）式中---------各繞組的電電阻。--------各繞組的自漏抗--------各繞組的互互漏抗----主磁通通在各自繞組組內(nèi)感應(yīng)的電電動勢。歸算到一次側(cè)后后若忽略激磁電流流，則將（1）-（22）并以代入得得再將（1）-（3）并以代入得得上兩式中：一次繞組等等效漏阻抗二次繞繞組等效漏抗抗三次繞繞組等效漏抗抗將上兩式進一步步寫成：一次繞阻阻等效漏阻抗抗二次繞組等等效漏阻抗三次繞組等等效漏阻抗由：可畫出三繞組變變壓器簡化等等效電路如右右圖。2、三繞組變壓壓器參數(shù)測定定等效漏阻抗可用用短路實驗測測定，由于三三繞組變壓器器中每兩個繞繞組相當(dāng)于一一個兩相變壓壓器，因此需需做三次短路路實驗。分別別測出每兩個個繞組間的短短路阻抗。聯(lián)立求得如用標(biāo)幺值來計計算，可不必必進行歸算，但但若三個繞組組容量不等，通通常用容量最最大的作為基基值。二、自耦變壓器器普通的變壓器的的一、二次線線圈只有磁的的聯(lián)系而沒有有電的聯(lián)系，自自耦變壓器的的特點在于一一、二次線圈圈之間不僅有有磁的聯(lián)系而而且有電的直直接聯(lián)系，如如果把一臺普普通的變壓器器的一次繞組組和二次繞組組串聯(lián)起來。使使成為一臺自自耦變壓器，這這時普通變壓壓器的一個繞繞組變成為自自耦變壓器的的一二次側(cè)的的共同部分。所以自耦變壓器器是一個從雙雙繞組變壓器器演變過來的的設(shè)有一雙繞組的的變壓器如圖圖所示：一次側(cè)：二次側(cè)側(cè)：一次側(cè)每匝感應(yīng)應(yīng)電勢：二次側(cè)每匝感應(yīng)應(yīng)電勢且與ax的匝數(shù)相等等將與a相連，省省去二次繞組組，這樣成為為一臺自耦變變壓器。實質(zhì)質(zhì)上自耦變壓壓器就是利用用一個繞組抽抽頭辦法來實實現(xiàn)改變電壓壓的一種變壓壓器。下面分析，把普普通兩繞組變變壓器改接成成自耦變壓器器時，電壓比比和額定容量量將有何變化化。當(dāng)為普通雙繞組組變壓器時：：改為自耦變壓器器后，電壓比比Ka：可見自耦變壓器器的視在功率率由兩部分組組成，一部分分功率SN與普通雙繞繞組變壓器一一樣由電磁感感應(yīng)關(guān)系傳遞遞到二次側(cè),稱為感應(yīng)功功率；另一部部分功率則是是通過直接傳傳導(dǎo)作用由一一次傳到二次次，稱為傳導(dǎo)導(dǎo)功率，傳遞遞這部分功率率無需耗費變變壓器的有效效材料。所以以自耦變壓器器有重量輕，價價格低，效率率高的優(yōu)點。由于:（計計算容量SN小于額定容容量SAn）Ka越接近于11，傳導(dǎo)功率率所占的比例例越大，經(jīng)濟濟效果越顯著著。自耦變壓器常用用于高、低壓壓比較接近的的場合，在工工廠和實驗室室中自耦變壓壓器常用來做做調(diào)壓器。三、儀用互感器器儀用互感器是一一種測量用的的變壓器，在在高電壓，大大電流的電力力系統(tǒng)中，為為能夠?qū)Ω唠婋妷汉痛箅娏髁鬟M行測量，并并使測量回路路與被測量回回路隔開，以以保證測量人人員的安全，需需用電壓互感感器和電流互互感器。1、電壓互感器器測高電壓線路的的電壓，如用用電壓表直接接測量，不僅僅對工作人員員不安全。而而且儀表絕緣緣需大大加強強，這樣也給給儀表制造帶帶來困難，故故需用一定變變比的電壓互互感器將高壓壓變成低壓，然然后接入電壓壓表測量電壓壓，接線如下下圖。電壓互感器的兩兩種誤差：變比誤差相位誤差，因存存在勵磁互感感器和漏阻抗抗。所以存在測量誤誤差，精度分分0.5、1.0和3.0級。注：（1）、二二次側(cè)不允許許短路，否則則會產(chǎn)生很大大的短路電流流，繞組燒毀毀。（2）、為安全全起見，二次次繞組連同鐵鐵心一起，必必須可靠接地地。2、電流互感器器同測量高電壓一一樣。測量高高電壓線路的的電流，也不不宜將儀表直直接接入電路路。用電流互感器將將高壓線路隔隔開，將大電電流變小。再再用電流表測測量，接線如如上圖。電流互感器有兩兩種誤差變比誤差相位誤差。精度分0.2、0.5、1.0、3.0和10.0級。注：（1）、二二次側(cè)不允許許開路，如開開路，激磁電電流為被測線線路大電流，付付繞組中感應(yīng)應(yīng)極高電勢，可可使絕緣擊穿穿，危機人身身安全。（2）、為安全全，二次側(cè)繞繞組連同鐵心心必須可靠接接地。第三章直流電機機的穩(wěn)態(tài)分析析主要內(nèi)內(nèi)容：研究直直流電機的穩(wěn)穩(wěn)態(tài)運行，對對直流電機的的工作原理、結(jié)結(jié)構(gòu)、電路、磁磁路及運行原原理和換向問問題加以分析析，并對直流流電機的啟動動、調(diào)速和制制動進行了分分析。3-1直流電機機的工作原理理和基本結(jié)構(gòu)構(gòu)電機是由兩大部部分組成1、靜止部分——定子旋轉(zhuǎn)部分——轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子一、直流電機的的靜止部分（定定子）1、主磁極主磁通的作用是是建立主磁場場。主磁極由由主極鐵心和和套裝在鐵心心上的勵磁繞繞組組成它的的，鐵心是由由1～1.5mm厚的鋼板沖沖片疊壓緊固固而成。極靴靴的作用是使使主磁通在過過氣隙時分布布的更合理并并且固定勵磁磁繞組。機座其作用一是作為為磁路的一部部分，二是固固定主極，換換向極和端蓋蓋。通常是用用鑄鋼或厚鋼鋼板焊成，機機座中有磁通通通過的部分分稱為磁軛。3、換向極換向極裝在兩極極之間。其作作用是用來改改善換向，也也是由鐵心和和繞組組成，換換向極繞組與與電樞繞組串串聯(lián)。4、電刷裝置電刷裝置是電樞樞電路的引入入（或引出）裝裝置，通過它它可以把電機機旋轉(zhuǎn)部分的的電流引出到到靜止的電路路里，它與換換向器配合才才能使電機獲獲得直流電機機的效果。二、直流電機的的轉(zhuǎn)動部分1、電樞鐵心電樞鐵心即是主主磁路的組成成部分,又是電樞部部分繞組的支支撐部件.為減少電樞樞鐵心內(nèi)的渦渦流損耗,鐵心一般采采用0.5mm厚的DR530或DR510的硅鋼片疊疊壓而成.電樞繞組.電樞繞組疊放在在電樞鐵心的的槽內(nèi),是由按一定定規(guī)律聯(lián)接的的線圈組成.它是直流電電機的電路部部分.上、下層之之間及線圈與與鐵心之間都都要有絕緣,槽口處用槽槽楔壓緊.換向器換向器也是直流流電機的重要要部件，在發(fā)發(fā)電機中可將將電樞繞組中中交變的電流流轉(zhuǎn)換成電刷刷上的直流，起起整流作用，而而在直流電動動機中將電刷刷上的直流變變?yōu)殡姌欣@組組內(nèi)的交流，即即起逆變作用用。換向器由許多換換向片組成，片片間用云母絕絕緣，電樞繞繞組的每個線線圈的兩端分分別接到兩個個換向片上.三、電流電機的的工作原理1、直流電動機機的工作原理理我們首先先分析一個簡簡單的物理模模型，圖中N.S是一對磁鐵,它可以是永永久磁鐵,也可以為電電磁鐵，所謂謂電磁鐵就是是在磁極鐵心心上繞上勵磁磁線圈且通入入直流，便產(chǎn)產(chǎn)生固定的極極性。兩極間裝一轉(zhuǎn)動動的線圈，當(dāng)當(dāng)線圈abcd中通入直流流電流，此時時載流導(dǎo)體在在磁場受到力力的作用，根根據(jù)電磁力定定律，力的大小為f==bli方向由左手手定則判斷在力的作用下使使線圈按逆時時針方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過180度后,所產(chǎn)生的電電磁轉(zhuǎn)距變成成順時針方向向了，所以這這種物理模型型不能作連續(xù)續(xù)運轉(zhuǎn).要使電樞受受到一個方向向不變的電磁磁轉(zhuǎn)距.關(guān)鍵在于旋旋轉(zhuǎn)過程中應(yīng)應(yīng)保持每極下下導(dǎo)體中甸柳柳的方向不變變，即流過線線圈中的電流流方向及時的的加以變換，即即進行所謂”換向”，為此必須須增加換向器器裝置.換向器由互相絕絕緣的換向片片構(gòu)成,裝在軸上與與電樞一同旋旋轉(zhuǎn),換向器又與與兩個固定不不動的電刷B1、B2相接觸，這這樣當(dāng)直流電電壓加于電刷刷時，換向器器的作用使外外電路的直流流電流改為線線圈內(nèi)的交變變電流，這種種換向作用稱稱為逆變，以以保證每極下下導(dǎo)體中所流流過的電流方方向不變,從而使電機機連續(xù)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，這就是直直流電動機的的工作原理。直流發(fā)電機的工工作原理直流發(fā)電機的工工作原理就是是把電樞線圈圈中感應(yīng)的交交變電勢靠換換向器的作用用，從電刷端端引出時為直直流電勢的原原理，如上圖圖所示模型中中,電刷上不加加直流電壓，用用原動機拖動動電樞按逆時時針方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),根據(jù)電磁感感應(yīng)定律導(dǎo)體體ab和cd分別切割不不同極下的磁磁力線而感應(yīng)應(yīng)電勢e=BLV方向由右手手定則判定整個線圈的電勢勢.Ead=2BLLV當(dāng)電樞逆時針轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過180度時,線圈邊中和和整個線圈電電勢反向,隨著電樞的的旋轉(zhuǎn)線圈中中感應(yīng)出交變變電勢，而在在電刷兩端的的電勢卻為直直流電勢。由由于換向器的的作用,電刷B1通過換向片片所引出的電電勢始終是切切割N極磁力線的的線圈中的電電勢，因此B1始終是正極極性，同理B2始終是負極極性.所以電刷端端引出方向不不變,但大小變換換的脈振電勢勢,這就是直流流發(fā)電機的工工作原理.直流電機運行的的可逆性從以上對直流發(fā)發(fā)電機和直流流電動機的分分析可看出一一臺直流電機機即可作為發(fā)發(fā)電機運行,也可以作為為電動機運行行,只是外界條條件不同而已已.一個是輸入入機械能,一個是輸入入電能,這種既能作作發(fā)電機運行行,又能作電動動機運行的原原理,在電機理論論中稱為可逆逆原理.脈動的減小為了減小電樞感感應(yīng)電動機和和電磁轉(zhuǎn)距的的脈動,實際的電樞樞繞組由許多多線圈串聯(lián)而而成.脈動可減小小下圖為3個線圈產(chǎn)生生的電動勢之之和.可見其脈動動程度較1個線圈大大大減小,電磁轉(zhuǎn)距的的情況與電勢勢類似,實際的一臺臺直流電機,每極下線圈圈很多,則作為發(fā)電電機運行可獲獲得直流電勢勢.四、勵磁方式我們知道直流電電機的磁場,可以由永久久磁場產(chǎn)生.也可以由勵勵磁繞組產(chǎn)生生.前者為永久久磁場后者為為電磁場,一般來講永永久磁鐵的磁磁場較弱,所以現(xiàn)在絕絕大多數(shù)直流流電機的主磁磁場都是由勵勵磁繞組通以以直流勵磁電電流產(chǎn)生的.我們稱這種種磁場為直流流電機的主磁磁場,有時也稱為為勵磁磁場.勵磁繞組的供電電方式稱為勵勵磁方式.直流電機的的運行性能因因勵磁方式的的不同而不同同,按照勵磁方方式的不同,直流電機分分他勵和自勵勵兩大類.他勵直流電機勵磁繞組與電樞樞繞組無聯(lián)接接關(guān)系，而由由其他直流電電源供電的直直流電機電樞樞電流等于負負載電流Ia=I并勵直流電機勵磁繞組與電樞樞繞組并聯(lián)后后加同一電壓壓.對發(fā)電機:IIa=I+IIf對于電動機:I=Iaa+If3、串聯(lián)直流電電機勵磁繞組與電樞樞繞組串聯(lián)I=Ia=Iff4、復(fù)勵直流電電機具有兩個勵磁磁繞組,一個與電樞樞并聯(lián).一個與電樞樞繞組串聯(lián).電樞與并聯(lián)繞組組并聯(lián)后再與與串勵磁繞組組串聯(lián)稱短復(fù)復(fù)勵.電樞與串聯(lián)繞組組串聯(lián)后再與與并勵磁繞組組并聯(lián)稱長復(fù)復(fù)勵.若串勵繞組與并并勵繞組產(chǎn)生生的磁勢方向向相同為積復(fù)復(fù)勵,相反為差復(fù)復(fù)勵.五、直流電機的的額定值每臺直流電機繞繞組的機座都都有一個銘牌牌,上面標(biāo)注一一些額定數(shù)據(jù)據(jù),若電機運行行時,各數(shù)據(jù)符合合額定值,這樣的運行行情況稱為額額定工況,在額定下運運行,可保證電機機可靠的運行行,并具有優(yōu)良良的性能.根據(jù)國標(biāo)，直流流電機的額定定數(shù)據(jù)有：1、額定功率PN（千瓦KW）2、額定電壓UN（伏V）3、額定電流IN（安A）4、額定轉(zhuǎn)速nN(轉(zhuǎn)/分r/miin)5、額定勵磁電電壓UFn（伏V）6、額定勵磁電電流IfN（安A）注、對發(fā)電機額額定功率為PN=UNIN對電動機額定功功率為PN=UNINηNP1=UNIN3-2直流電機機的電樞繞組組電樞繞組組是直流電機機的電路部分分,也是直流電電機的核心部部分,是實現(xiàn)機電電能量轉(zhuǎn)換的的樞紐,無論是電動動機還是發(fā)電電機,它們的電樞樞繞組在磁場場中旋轉(zhuǎn),都會感應(yīng)出出電勢，當(dāng)電電樞中有電流流時，又產(chǎn)生生電磁轉(zhuǎn)矩，從從而實現(xiàn)了機機電能量的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。電樞繞組的構(gòu)成成應(yīng)能產(chǎn)生足足夠的感應(yīng)電電勢，并允許許通過一定的的電樞電流，此此外還要節(jié)省省有色金屬和和絕緣材料，結(jié)結(jié)構(gòu)簡單，運運行可靠。本節(jié)主要介紹單單疊和單波繞繞組的組成及及連接規(guī)律。直流電樞繞組的的構(gòu)成電樞繞組分11.疊繞組2.波繞組3.混和繞組組成繞組的基本本單元稱為元元件.元件有單匝,也有多匝,一個元件由由兩條導(dǎo)體邊邊和端接線組組成。元件邊邊置于槽內(nèi)稱稱為有效邊,端接線置于于鐵心外,不切割磁場場，僅起連接接線作用一條有效邊放在在上層，另一一條有效邊放放在下層構(gòu)成成雙層繞組，元元件首尾按一一定規(guī)律接到到不同的換向向器片上，最最后使整個繞繞組通過換向向片連接城一一個閉合回路路。若電樞每槽上、下下層只有一個個元件邊，則則整個繞組元元件數(shù)s應(yīng)等于槽數(shù)QS=Q在大型電機中每每槽上、下層層包含U個元件，此此時S=UQU為槽內(nèi)一層層嵌放的元件件邊數(shù).通常把一個上層層邊和一個下下層邊在槽內(nèi)內(nèi)所占的空間間作為一個虛虛槽Qu則:Qu=S==UQ由于一個換向片片與不同元件件的兩個出線線端相連接,所以換向片片數(shù)K=S則K=S=Quu直流電樞繞組的的節(jié)距電樞繞組的連接接規(guī)律是通過過繞組的節(jié)距距來表征的,下面分別敘敘述各個節(jié)距距的定義和計計算方法.第一節(jié)距y1一個元件的兩條條有效邊在電電樞表面上所所跨的距離稱稱為第一節(jié)距距用y1表示:為使y1湊成整整數(shù)的一個小小數(shù)或整數(shù).每一極距內(nèi)的虛虛槽數(shù)為:極距也可用電樞樞表面圓弧長長度表示即常采用短距繞組組,可節(jié)省端用用銅,有利于換向.2、第二節(jié)距yy2相串連的兩個元元件中,第一個元件件的下層邊與與第二個元件件的上層邊在在電樞表面上上所跨的距離離,稱為第二節(jié)節(jié)距。用y2表示,也用虛槽數(shù)數(shù)計算.3、合成節(jié)距yy相串連的兩個元元件對應(yīng)邊在在電樞表面所所跨的距離。不不同類型繞組組的差別,主要表現(xiàn)的的合成節(jié)距上上。所謂疊繞組指各各極下元件依依次連接，后后一個元件總總是疊在前一一個元件上，波繞組指把相隔隔約為一對極極下的同極性性磁場下的相相應(yīng)元件串連連起來,像波浪一樣樣向前延伸。疊繞組波繞組4、換向器節(jié)距距yc一個元件的兩個個出線端所連連接的兩個換換向片之間所所跨的距離,其大小用換換向片數(shù)計算算.三、單疊繞組單疊繞組的連連接規(guī)律是，所所有的相鄰元元件依次串連連，連接方法法是后一個元元件的首端與與前一個元件件尾端聯(lián)在一一起并接到一一個換向片上上，最后一個個元件的尾與與第一個元件件的首端連在在一起.構(gòu)成一個閉閉合回路。+1為右行，--1為左行，因因左行元件接接到換向片的的連接線需交交叉用銅較多多，很少采用用。例：2P=4S=K==Qu=16u=1繪制單疊繞組展展開圖由已確定的各節(jié)節(jié)距，可繪出出繞組展開圖圖按照繞組展開圖圖，可畫出該該瞬間的電樞樞電路圖由繞組電路圖可可清楚地看出出，從電刷外外面看繞組時時是由四條支支路并聯(lián)組成成。1，5，9，13號元件被電電刷短路，同同極下元件電電流方向一致致。綜上所述，單疊疊繞組有以下下特點：單疊繞組的并聯(lián)聯(lián)支路數(shù)2a=應(yīng)等于電機機的極數(shù)；當(dāng)元件幾何形狀狀對稱時，電電刷應(yīng)放在主主機中心線上上，此時正、負負電刷間感應(yīng)應(yīng)電勢最大，被被電刷所短路路元件感應(yīng)電電勢為零；電刷數(shù)等于極數(shù)數(shù)；電刷間引出的電電勢為每一支支路電勢，正正、負電刷間間引出的電流流為各支路電電流之和。單波繞組單波繞組組的連接規(guī)律律是:從某一換向向片出發(fā)把相相隔約為兩個個極距的同極極性磁場中對對應(yīng)位置的所所有元件串連連起來。這種種繞組連接的的特點是元件件兩出線端所所連換向片相相隔較遠,相串連的兩兩元件也相隔隔較遠.形狀如波浪浪一樣向前延延伸,所以稱為波波繞組.“-”表示左行行，“+”表示右行。上上式的含義是是，繞組繞電電樞一周后，經(jīng)經(jīng)過P對極，就由P個元件串聯(lián)聯(lián)起來，每個個元件在換向向器上跨過yc換向片，繞繞一周后需接接到起始換向向片的左邊（k-1），或右邊邊（k+1）一個換向向片上。例：2P=4S=K==Qu=15u=1繪制單疊繞組展展開圖由已確定的各節(jié)節(jié)距，可繪出出繞組展開圖圖按照繞組展開圖圖，可畫出該該瞬間的電樞樞電路圖單波繞組有以下下特點同極性下各元件件串連起來組組成一條之路路.幾何形狀對稱時時電刷應(yīng)放在在主磁極中心心線上電刷數(shù)也應(yīng)等于于極數(shù).可減小每組組電刷上的電電流.改善換向各種繞組的應(yīng)用用范圍除單疊和單波外外.還有復(fù)疊.復(fù)波和混和和繞組.各種繞組的差別別主要在于它它們的并聯(lián)支支路數(shù)上，支支路數(shù)越多，相相應(yīng)的每條支支路所串聯(lián)的的元件數(shù)越少少，原則上電電流大、電壓壓低的直流電電機采用疊繞繞組。若電流流小，電壓高高采用波繞組組。3-3空載和負負載時直流電電機的磁動勢勢和磁場為了弄清穩(wěn)態(tài)運運行時直流電電機內(nèi)部的電電磁過程，必必須了解空載載和負載時電電機內(nèi)部的磁磁場，本節(jié)介介紹直流電機機的磁場?？蛰d時直流電機機的氣隙磁場場空載磁場是在無無載情況下（即即電樞電流為為零），勵磁磁繞組中通入入電流后由勵勵磁磁動勢單單獨建立的磁磁場?？蛰d時主磁場分分布情況及計計算方法已在在1-3節(jié)中介紹?？蛰d時主磁場的的磁通分兩部部分，即主磁磁通和漏磁通通。由于磁極極靴寬寬度總是小于于極距，在極極靴下氣隙較較小，所以極極靴下沿電樞樞表面主磁場場較強，極靴靴以外，氣隙隙加大，主磁磁場明顯削弱弱，在兩極間間的幾何中性性線處磁密為為零。氣隙磁磁場磁密分布布波形為一禮禮帽形，如下下圖：負載時的電樞磁磁動勢空載時的氣隙磁磁場僅由主磁磁極上的勵磁磁磁勢所建立立。當(dāng)電機帶帶上負載后，電電樞繞組中流流過電流，從從而產(chǎn)生了電電樞磁動勢。因因此負載是電電機中的氣隙隙磁場是由勵勵磁磁動勢和和電樞磁動勢勢共同建立。電電樞磁動勢的的出現(xiàn)是氣隙隙磁場發(fā)生畸畸變，并產(chǎn)生生電磁轉(zhuǎn)矩，實實現(xiàn)了機電能能量的轉(zhuǎn)換。下面對電樞磁動動勢進行研究究：首先看一下電樞樞磁場的分布布情況，為簡簡單計，繞組組為整距，電刷放在幾幾何中性線上上。在一極下下元件中電樞樞電流的方向相同，根根據(jù)右手螺旋旋法則確定了了電樞磁場磁磁力線的方向如左圖所所示1、交軸電樞磁磁動勢當(dāng)電刷放在幾何何中性線上時時，點數(shù)磁動動勢的軸線與與主極軸線正交，固固稱為交軸電電樞磁動勢。與與主極軸線正正交的軸稱為交軸軸，重合的軸軸稱為直軸。下面分析電樞磁磁勢波形，首首先從一個元元件入手，將將右圖從幾何中性性線處切開拉拉直一個元件時，磁磁勢波形為一一個矩形波，三三個元件時其其磁勢波形為為三個矩形波波的疊加成為為一個三個階階梯的階梯波波，若元件再再增多，則其其波形為多個個階梯組成的的階梯波，其其波形近似為為一三角波，如如上圖fa(x)所示。設(shè)主極中心取為為原點O，取一經(jīng)過過距原點+x及-x的閉合回路路，設(shè)Za為電樞繞組組總導(dǎo)體數(shù)，D為電樞直徑徑，根據(jù)安培培環(huán)路定律，此此回路所含的的安培導(dǎo)體數(shù)數(shù)為：在XX處氣隙的磁磁勢為電樞表面單單位長度上的的安培導(dǎo)體數(shù)數(shù)稱為電負荷荷。在幾何中性線處處，即處，交交軸電樞磁勢勢達到最大值值2、直軸電樞磁磁勢若電刷從幾何中中性線移過ββ角（相應(yīng)的的電樞表面弧弧長bβ）將電樞磁動勢分分為兩部分，即即交軸分量和和直軸分量為交軸分分量的最大值值為直軸分量的的最大值當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，組組成各支路的的元件在變化化，由于換向向器的作用，每每極下元件中中電流方向不不變，所以電電樞磁勢在空空間固定不動動，即它與主主磁場的分布布波形是相對對靜止的。電樞反應(yīng)負載時電樞磁動動勢對主極磁磁場的影響稱稱為電樞反應(yīng)應(yīng)。如果電樞樞磁動勢有交交軸和直軸分分量，則電樞樞反應(yīng)就相應(yīng)應(yīng)的稱為交軸軸電樞反應(yīng)或或直軸電樞反反應(yīng)。交軸電樞反應(yīng)當(dāng)電刷放在幾何何中性線上時時，由電樞磁磁勢波（三角角波）可的電電樞磁密的分分布波形為氣隙長度，為空氣導(dǎo)磁磁系數(shù)=4π×10-7有上確定波形為為馬鞍形（如如上圖中ba(x)所示）下面以直流發(fā)電電機為例進行行具體分析，將將主極磁場與與電樞磁場和和稱，便可看看出電樞反應(yīng)應(yīng)的作用。得出兩點結(jié)論：：1）氣隙磁場發(fā)發(fā)生畸變2）去磁作用2、直軸電樞反反應(yīng)若電刷不在幾何何中性線上，除除交軸電樞磁磁動勢外，還還有直軸電樞樞磁動勢，若若為發(fā)電機電電刷順電樞旋旋轉(zhuǎn)方向移ββ角，直軸電電樞反應(yīng)是去去磁的；若發(fā)發(fā)電機電刷逆逆電樞旋轉(zhuǎn)方方向移β角，直軸電電樞反應(yīng)是增增磁的。電動動機情況與發(fā)發(fā)電機正好相相反。3-4直流電動動機的感應(yīng)電電動勢和電磁磁轉(zhuǎn)矩本節(jié)將推導(dǎo)電樞樞的感應(yīng)電勢勢和電磁轉(zhuǎn)矩矩的計算公式式。一、電樞繞組組的感應(yīng)電動動勢直流電機無論作作為發(fā)電機還還是作為電動動機運行，電電樞繞組中都都感應(yīng)電動勢勢，該感應(yīng)電電勢指一條支支路的電勢（即即電刷間的電電勢），簡稱稱電樞電勢。計算方法是首先先推出每根導(dǎo)導(dǎo)體的電勢，則則一條支路中中各串聯(lián)導(dǎo)體體的電動勢的的代數(shù)和即為為電樞電勢。右圖為氣隙磁密密分布與元件件中電勢方向向設(shè)電樞導(dǎo)體有效效長度為L，導(dǎo)體切割割氣隙磁場的速度為V，則則每根導(dǎo)體的的感應(yīng)電勢為為：為導(dǎo)體所在處的的氣隙磁密，設(shè)電樞總導(dǎo)體數(shù)數(shù)為Za，支路數(shù)為2a,則每條支路串聯(lián)聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為則支路電勢為：：各導(dǎo)體所處位置置的互不相同同。為簡單計計引入氣隙平平均磁密Bav，它等于于電樞表面各各點氣隙磁密密的平均值（一一極下各導(dǎo)體體磁密之和，再再除導(dǎo)體數(shù)得得平均磁密）將上式帶入Eaa整理得又不計飽和時，與與勵磁電流If成正比，即即當(dāng)磁路飽和時，Ea與Ф、n成正比；當(dāng)當(dāng)磁路不飽和和時，Ea與If、n成正比二、直流電機的的電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)電樞內(nèi)同同有電流時，載載流導(dǎo)體與氣氣隙磁場相互互作用產(chǎn)生電電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的計算算方法為：首首先算出一個個導(dǎo)體的電磁磁轉(zhuǎn)矩，再計計算一個極下下所有導(dǎo)體的的電磁轉(zhuǎn)矩，最最后乘以2P就得到整個個電樞產(chǎn)生的的電磁轉(zhuǎn)矩。設(shè)電樞表面任一一點的氣隙磁磁密為bδx,該處導(dǎo)體中中流過的電流流為ia有效長度為L，電樞直徑為D，則作用與與該處載流導(dǎo)導(dǎo)體上的電磁磁轉(zhuǎn)矩為：由于一極下導(dǎo)體體數(shù)為，則作作用于一極下下導(dǎo)體的轉(zhuǎn)矩矩為：作用于整個電樞樞上的轉(zhuǎn)矩為為：因為轉(zhuǎn)矩常數(shù)如Ia單位為安安（A），Ф單位為韋（Wb），則Te為牛米（Nm）不計飽和時，與與勵磁電流If成正比，即即當(dāng)磁路飽和時，Te與Ф、Ia成正比；當(dāng)當(dāng)磁路不飽和和時，Te與If、Ia成正比將Ea兩端同乘乘Ia得：電磁功率上式表明無無論是電動機機還是發(fā)電機機，在能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換過