1、电机原理电机原理内容介绍变压器交流电机基础及三相异步电动机电磁理论基础知识绪论三相异步电动机的电力拖动内容介绍直流电动机的电力拖动特种电机直流电机同步电机电力拖动系统中电动机的选择绪论一、电机发展简况1.初期发展时期： 电磁感应定律的发现：1821年电动机作用原理，1831年电磁感应定律 直流电动机的发展：电磁铁永久磁铁，发电机化学电池 单相交流电的应用：交流电用于照明，闭合磁路的变压器制成 三相交流电的应用：二相交流电动机，三相交流电动机，三相变压器2.近代发展时期：1920年用于家用电器的单相交流电机诞生，各种主要电机有成型设计，开始了电动机的近代发展时期。二、电力拖动系统的发展简况1.成
2、组传动2.单电动机传动3.多电动机传动 第一节第一节 电磁理论的基本定律电磁理论的基本定律第二节第二节 常用的铁磁材料及其特性常用的铁磁材料及其特性第三节第三节 直流磁路的计算直流磁路的计算第四节第四节 交流磁路的特点交流磁路的特点第一节 电磁理论的基本定律一、磁路的概念1.主磁通和漏磁通当线圈中通以电流后，大部分磁感线沿铁心、衔铁和工作气隙构成回路，这部分磁通称为主磁通；还有一部分磁通，没有经过气隙和衔铁，而是经空气自成回路，这部分磁通称为漏磁通。2.磁路 磁通经过的闭合路径叫磁路。磁路和电路一样，分为有分支磁 路和无分支磁路两种类型。对磁路的几点说明 （l）磁路是由铁磁材料组成的闭合路径，
3、在某些情况下，也含有微小的空气间隙。（2）磁路中的磁通是由通有电流的线圈产生的，也可以是永久磁铁产生的，磁通基本上沿着磁路而闭合。（3）磁路分为无分支磁路（见图（a）、（b）、（c）和有分支磁路（见图（d）。有分支磁路的分支处称为磁路的节点。（4）无分支磁路中，若磁路由同一种材料组成，而且截面积处处相等，称为均匀磁路，否则称为非均匀磁路。 1.全电流定律 在电机中通常都是由线圈通电来建立磁场，电流大小和方向决定着它所产生磁场的强弱和方向。（1）右手螺旋定则 电流与它所产生的磁场，两者的方向关系用右手螺旋定则来判定。判定通电直导线所产生磁场的方向时，用大拇指代表电流方向，其他四指所指的环绕方向则
4、为磁力线方向（见图（a）。判定通电线圈所产生磁场的方向时，用四指环绕方向代表线圈中电流方向，则大拇指所指方向即线圈内部的磁场方向（见图（b），图（c）是图（b）的一种示意图。二、电磁理论的基本定律 （2）全电流定律 在磁场中，磁场强度的切向分量沿任一磁通闭合回路的线积分等于该回路所包围的电流代数和。磁场强度沿闭合回路的线积分，其结果与积分路径无关。因此有 式中， H沿该回路上各点切线方向的磁场强度分量； i导体中的电流，电流的正负号这样确定：凡导体电流方向与积分路径方向符合右手螺旋关系，则电流为正，反之为负; 该磁路的磁动势，简称磁势，以 F表示。 全电流定律是电机和变压器计算的基础。若磁路是
5、由不同材料或不同长度和截面积的数段组成的，则全电流定律可表示为 iFNIilHlHlHlHlHHHlii.44332211 式中，N 有效导体数，在此等于线圈匝数； Hi li磁路各段的磁压降（ i=1,2,3,4）； li 磁路工程计算的平均长度（i=1,2,3,4 ）； 空气隙长度。由物理学知识可知：磁场强度 H与磁感应强度B 及磁导率u 的关系为 工程上，常将磁感应强度B表示为单位面积的磁通量，称为磁通密度，简称磁密。 uBHSB 式中， 磁路磁通量； S磁路截面积。 磁力线总是闭合的，这一现象称为磁通连续性。事实上，由于漏磁通 的存在，磁路中各截面的磁通量并不相等，而且各段铁心的饱和程
6、度不同，其相应的磁导率也不相同。类比电阻的计算式，可定义磁路的磁阻 则式 可写为 uSlRmFRRRRRRHlmmmmmm44332211FNIilHlHlHlHlHHHlii.44332211 如图1-5（a）所示，当与线圈AA 交链的磁通 发生变化时，在该线圈中产生的电势为 式中， ，即 ，称为线圈的磁链。在此，设感应电势 的参考方向与磁通 满足右手螺旋定则，如图1-5（b）所示。当 增加时，线圈中感应电势的实际方向与所设正方向相反，具有反抗磁通变化的趋势，故上式中有负号。dtdNdtdeNddNe2.电磁感应定律一般情况下，磁通 是时间 和线圈对磁场相对位移 的函数，即 。因此，式 展开
7、为 在上式中，若 ，则 称为变压器电势。在上式中，若 则 tx), ( xtfvxNdtdxxNev0dtdxdtdNebbebe0tvxNdtdxxNevdtdNdtde 称为速度电势，在电机理论中，也称为旋转电势。3.电磁力定律 通电导体在磁场中将受到力的作用，这种力称作电磁力。 当电流方向与磁场方向互相垂直时，如图1-7（a）所示，电磁力的大小为式中， 导体中电流。 电磁力的方向用左手定则来判定：手心迎着磁场方向，四指代表电流方向，则大拇指所指方向为电磁力方向，如图1-7（b）所示。同样，要求 、 和 三者空间方向应相互垂直。veliBfxixBif3.电路定律 电路定律是指基尔霍夫电流
8、定律及电压定律，即 和 。 电压定律表明：任一电路中，沿某一方向环绕回路一周，该回路内所有电势的代数和等于所有电压降的代数和。回路中各个电量的正、负号这样来确定：先规定电流、电势和电压的参考方向，然后选定环绕回路一周的参考方向；凡是各电量的参考方向与环绕方向一致的取正号，反之则取负号。0i ue铁磁物质包括铁、镍、钴等以及它们的合金。将这些材料放入磁场中，磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁物质的磁化（图示1-8）。第二节常用的铁磁材料及其特性一、铁磁材料的磁化二、磁化曲线和磁滞回线 1.起始磁化曲线将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通
9、密度B将随之增大，曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线（图示）。分析：起始磁化曲线基本上可分为四段 磁化曲线开始拐弯的b点，称为膝点或饱和点 2. 磁滞回线图1-10 铁磁材料的磁滞回线HBabcdefcHmBmBmHmHrB Br称为剩余磁感应强度， 简称剩磁密度；Hc称为矫顽力，铁磁材料所具有的这种磁通密度B的变化滞后于磁场强度H变化的现象，叫做磁滞。呈现磁滞现象的B-H闭合回线，称为磁滞回线， 3. 基本磁化曲线对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线,再将各磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线。（图示） 基本磁化曲线与起始磁化曲线的差别很小基本磁化曲线H
10、B三、铁磁材料 磁滞回线窄，剩磁和矫 顽力都小的材料，称为软磁材料，常用的软磁材料有电工硅钢片、铸铁、 铸钢等。软磁材料磁导率较高。如图1-13a示。碰滞回线宽，剩磁Br和矫顽力Hc都大的铁磁材料称为硬磁材料，如图1-13b所示。由于剩磁大，可用以制成永久磁铁，因而硬磁材料亦称为永磁材料，如铝镍钻、铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。1.软磁材料2.硬磁材料四、铁芯损耗1.磁滞损耗 铁磁材料置于交变磁场中，材料被反复交变磁化，磁畴相互不停地摩擦而消耗能量，并以产生热量的形式表现出来，造成的损耗称为磁滞损耗。工程上可写为：GfBCpnmhh 为磁滞损耗系数hC2.涡流损耗 当通过铁心的磁通随时间变化时，铁
11、心中将产生感应电动势，并引起环流。这 些环流在铁心内部作旋涡状流动，称为涡流，涡流在铁心中引起的损耗，称为涡流损耗。（图示）分析可得：GBfdCpnmee22 为涡流损耗系数eC第三节 直流磁路的计算 (1)将磁路进行分段，每一段磁路应是均匀的（即材料相同，截面相同），算出各段的截面积S磁路的平均长度l. (2)根据已给定的磁通 （单位为Wb )，由 计算出各段的磁通密度（单位为 T）。 (3)根据各段的磁通密度 B，求出对应的磁场强度 H（单位为A/m )。有两种类型： 对铁磁材料，由相应的基本磁化曲线（或表格）从 B查出H； 对空气气隙或非磁性间隙，由 H=B/u0， 。考虑到气隙磁场的边
12、缘效应，在计算气隙有效面积时，通常在长、宽方向各增加一个气隙长度 值。 (4)根据各段的磁场强度 H和磁路段平均长度 l，计算各段磁压降Hl。 （5）由全电流定律，求出F=NI(单位为A)，并计算出线圈电流I。 BS /mHu/10470工程计算，已知磁通 求磁动势F第四节 交流磁路的特点1. 交流磁路中，激磁电流是交流，因此磁路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变，但每一瞬时仍和直流磁路一样，遵循磁路的基本定律。2.就瞬时值而言，通常情况下，可以使用相同的基本磁化曲线。 3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁动势和磁场强度则用有效值表示。 1.磁通量随时间交变，必然会在激磁线圈内产生
13、感应电动势； 2.磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形的畸变。 特点交变磁通的两个效应第一节第一节 变压器的工作原理和基本结构变压器的工作原理和基本结构第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行第三节第三节 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行第四节第四节 三相变压器三相变压器第五节第五节 等效电路参数的测定等效电路参数的测定第六节第六节 标幺值标幺值第七节第七节 变压器的运行特性变压器的运行特性第八节 变压器的并联运行第九节 自耦变压器和仪用互感器第一节、变压器的工作原理和基本结构一次绕组二次绕组铁芯负载一、变压器的简单工作原理 变压器铁心的结构有心式、壳式等形式。壳式结构
14、的特点是铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，心式结构的特点是铁心柱被绕组包围，壳式结构的机械强度较好，但制造复杂，常用于低压、大电流的变压器或小容量电源变压器。变压器的主要结构：铁心和绕组。铁心是变压器的磁路部分；绕组是变压器的电路部分。二、变压器的基本结构心式变压器壳式变压器高压绕组低压绕组高压绕组低压绕组绕组有同心式和交叠式两种绕组式变压器的电路部分，一般用铜或铝的绝缘导线绕成。额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。额定值通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额定值主要有：三、变压器额定值1.额定容量SN 额定容量是指额定运行时的视在功率。以 VA、kVA或MVA表示。由于
15、变压器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计成相等。2.额定电压U1N和U2N 正常运行时规定加在一次侧的端电压称为变压器一次侧的额定电压U1N。二次侧的额定电压U2N 是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。额定电压以V或kV表示。对三相变压器，额定电压是指线电压。3.额定电流I1N和I2N 根据额定容量和额定电压计算出的线电流，称为额定电流，以A表示。 对单相变压器对三相变压器 4.额定频率fN我国工业标准50Hz 除额定值外，变压器的相数、绕组连接方式及联结组别、短路电压、运行方式和冷却方式等均标注在铭牌上。额定状态是电机的理想工作状态，具有优良的性能，可长期工作。NNNNNNU
16、SIUSI2211;NNNNNNUSIUSI22113;3一、空载运行时的物理情况空载运行空载运行：是指变压器原绕组接到额定电压、额定频率的电源上，副绕组开路时的运行状态。第二节、单相变压器的空载运行空载运行电磁关系二、主磁通与感应电动势假定主磁通按正弦规律变化，即 =msint根据电磁感应定律和对正方向规定，一、二次绕组中感应电动势的瞬时值为 ： )90sin(2cos01111tEtNdtdNem)90sin(2cos02222tEtNdtdNem)90sin(2cos0111111tEtNdtdNem式中： 在变压器中，原、副绕组的感应电动势E1和E2之比称为变压器的变比，用 表示，即：
17、上式表明，变压器的变比等于原、副绕组的匝数比。当变压器空载上式表明，变压器的变比等于原、副绕组的匝数比。当变压器空载运行时，由于运行时，由于U U1 1EE1 1 ，U U2020E E2 2，故可近似地用空载运行时原、副，故可近似地用空载运行时原、副方的电压比来作为变压器的变比，即方的电压比来作为变压器的变比，即21212144.444.4NNfNfNkmmEE112 02NNUUkUUmmfNNE11144.42mmfNNE22244.42mmfNNE1111144.42三、空载电流变压器空载运行时原绕组中的电流 主要用来产生磁场，又称为励磁电流，分析它的波形： 0i0IF eII m 当
18、考虑铁心损耗时，励磁电流 中还必须包含铁耗分量，即 这时励磁电流 将超前磁通一相位角 0iIFe0FeIII220FeIIII0根据对根据对正方向的规定正方向的规定，得到空载时电动势平衡方程式：，得到空载时电动势平衡方程式： 将漏感电动势写成压降的形式将漏感电动势写成压降的形式 ：10111RIEEU01011IIEjxLj四、空载运行时的电动势平衡方程式、向量图和等效电路)90sin(2cos0111111tEtNdtdNem1110 1ueei r 式中 Z1=R1+ 1原绕组的漏阻抗。对于电力变压器，空载时原绕组的漏阻抗压降I0Z1很小，其数值不超过U1的0.2%，将I0Z1忽略，则上式
19、变成：在副方，由于电流为零，则副方的感应电动势等于副方的空载电压，即： 111010011IERjxI ZIUE jx11EU220EU空载时的相量图空载时的相量图: : 已知已知111010011ErjxI ZIIUE 1E1EIFeI0I10rI10 xI j1U0空载时的相量图和等效电路空载时的相量图和等效电路 考虑铁耗（磁滞、涡流），考虑铁耗（磁滞、涡流）， 激磁电激磁电流不再与主磁通同相，流不再与主磁通同相， 而是导前一而是导前一个磁滞角。个磁滞角。如果如果 用电路参数来表示用电路参数来表示1E 10mEI Z 而变压器空载时从而变压器空载时从原侧看进去原侧看进去的等效阻抗的等效阻抗
20、Z Z0 0为为 式中式中 ： 称为变压器的励磁阻抗。称为变压器的励磁阻抗。 这样这样, ,变压器原方的电动势方程可写成变压器原方的电动势方程可写成 .11011.00mUEZZZZII 10mmmEZrjxI )(101011ZZIZIEmU变压器等值电路 等值电路综合了空载时变压器内部的物理情况，等值电路综合了空载时变压器内部的物理情况， 在等值电路中在等值电路中r1、x1是常量；是常量；rm、xm是变量，是变量， 它们随它们随铁心磁路饱和程度的增加而减少。铁心磁路饱和程度的增加而减少。电压方程：电压方程：0I0I1U1Emrmxmrmx1x1r1E1011()mmIrjxrjxU 第三节
21、第三节 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 在前面我们通过分析了解了变压器的空载运行在前面我们通过分析了解了变压器的空载运行情况，当变压器原方接入交流电源，副方接上情况，当变压器原方接入交流电源，副方接上负载时的运行方式称为变压器的负载运行。负载时的运行方式称为变压器的负载运行。 一、负载运行时的电磁情况：一、负载运行时的电磁情况： 如图所示如图所示一、负载运行时的物理情况1U22rI2E22XI j22E1Em100NIFF2I111INF1I222INF11rI 111XIj1E二、负载运行时磁动势平衡方程式 空载和负载时电压不变，感应电势E1也不变，所以主磁通不变。即：负载时磁路总
22、磁动势空载磁动势负载运行时的磁动势平衡方程式可写为：负载运行时的磁动势平衡方程式可写为： 或：或：抵消二次侧的磁动势总磁势不变220111INININ021FFF012211INININ220111INININ 由于原、副绕组的匝数，原、副绕组的感应电动势12，变压器原边和副边没有直接电路的联系，只有磁路的联系。副边的负载通过磁势影响原边。 因此只要副边的磁势不变， 可保证原边的物理量不变。 常用一假想的绕组来代替副边绕组，使之成为变比k=的变压器，这样就可以把原、副绕组联成一个等效电路，从而大大简化变压器的分析计算。这种方法称为绕组折算。折算后的量在原来的符号上加一个上标号“”以示区别。三、
23、变压器参数的折算 折算的本质：只要保持副方的磁动势不变，则变只要保持副方的磁动势不变，则变压器内部电磁关系的本质就不会改变。压器内部电磁关系的本质就不会改变。即折算前后副方对即折算前后副方对整个回路的电磁关系的影响关系不能发生变化！整个回路的电磁关系的影响关系不能发生变化！副方各量折算方法如下：1）副方电流的折算值 : 2I由副边向原边折算 保持折算前后 不变，则 2F折算后磁势折算前磁势kIINNI221222221ININkIINNI221222）付方电动势的折算值： 由于折算前后主磁通和漏磁通均未改变，根据电动势与匝数成正比的关系可得mmNfjENfjE21211244. 444. 4k
24、NNEE2122同理，kNNEE212222122EkEEEkE3）付方漏阻抗的折算值：根据折算前后副绕组的铜损耗不变的原则：2222222()Irrk rI222222222222222()()Ixxk xIZrjxkrjxk Z由折算前后付方漏磁通无功损耗不变:所以，漏阻抗的折算值为：4）副边电压的折算值222222222222)(1UkZIEkZkIkEkZIEU5）副边阻抗的折算值LLZkIUkIkUkIUZ222222221铜耗：有功输出：无功输出：222222rmIrmI222222222coscos1cosImUIkmkUImU222222222sinsin1sinImUIkmk
25、UImU11112222102102212mLUEI ZUEI ZIIIEI ZUI ZEE 基本方程式四、负载运行时的基本方程式、等效电路和相量图（1）T型等效电路1210221211211()11mLmLmLEEIIIZZZEZZZIEZZZ 11112111eqmLUIZI ZZZZ 2r1I1U1x1r1ELZ2x2I2E2U1I2r1I1U1x1rLZ2x21EE2U0I2Imrmx T型等效电路：型等效电路： 相量图11112222120121022mLUEI ZUEI ZIIIEEEI ZUI Z （2）型等值电路与简化等值电路实际变压器中，I1N I0， 负载变化时 变化不大。
26、则将T型等效电路中的励磁支路移出，并联在电源端口,得到型等值电路。1 mZZ21EE2r1I1U1x1rLZ2x2U0I2Imrmx简化的等值电路负载运行时， I0在I1N中所占的比例很小。在工程实际计算中，忽略I0，将激磁回路去掉， 得到更简单的阻抗串联电路。 2r1I1U1x1rLZ2x2U0I2ImrmxkkkkkjxrZxkxxxxrkrrrr2212122121rk称为短路电阻；xk称为短路电抗；Zk为短路阻抗。空载运行时， 不能用简化的等值电路。12II 1ULZ2Ukxkr感性负载和容性负载的简化相量图21II2UkrI1kxI j11U2UkrI1kxI j11U变压器接感性负
27、载， 负载阻抗由电阻和电感组成。 滞后； 接容性负载， 负载阻抗由电阻和电容组成， 超前。 21cos22cos12II 1ULZ2Ukxkr 一、 三相变压器的磁路系统 三相变压器的磁路系统可分为各相磁路独立和各相磁路相关两大类。 磁路独立的三相变压器组或称三相组式变压器:1W2Ww1V2Vv1U2Uu第四节 三相变压器 各相磁路相关的三铁心柱变压器：0WVU中间铁心柱的主磁通为三相主磁通的总和可以省去铁心柱。 为结构简单，将三个铁芯柱排在一个平面磁路长短不一， 励磁电流占很小比例， 影响不大。 各相磁通之间是相互联系的，三相对称时三相磁通也对称，即： 00sinsin(120 )sin(2
28、40 )umvmwmttt.0uvw中间铁心柱没有磁通：将三个铁芯柱排在一个平面作成图b.c二、三相变压器绕组的联接二、三相变压器绕组的联接 绕组的端点标志与极性： 首先，我们来了解一下变压器出线端的标志符号：绕组名绕组名 单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器首首 端端末末 端端首首 端端末末 端端中中 点点高压绕组高压绕组U1U2U1V1W1U2V2W2N低压绕组低压绕组u1u2u1v1w1 u2v2w2n（1）三相绕组的联结法：对于三相变压器，不论是高压绕组还是低压绕组， 我国主要采用星形连接（Y连接）和三角形连接（D连接）曲折联结（Z联结）三种。有中性点时用YN、ZN表示。 星形连接
29、方式：以高压绕组为例，把三相绕组的个末端U2V2W2连在一起，结成中点，而把它们的三个首端U1、V1、W1引出，便是星形连接，以符号Y表示。 三角形连接方式：如果把一相的末端和另一相首端连接起来，顺序形成一闭合电路，称为三角形连接，用D表示。 注意：相应的是对于低压侧而言，用 y,d表示。 连接组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（电压）的相位差总是300的整数倍。因此可以采用时钟表示法 作为时钟的分针，指向12点，
30、作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘以300，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。UVEuvE（2）三相变压器联结组同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 也同相位，联结组别为Y，y0。1、Y，y连接UVEuvE2、Y，d连接UVEuvE 同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 相差3300，连接组别为Y，d11。 总之，对于Y，y（或D，d）连接，可以得到0、2、4、6、8、10等六个偶数组别；而Y，d（或D，y）连接，可以得到1、3、5、7、9、11等六个奇数组别。 变压器的连接组别很多，为了便于制造和并联运行，国家标准规
31、定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0连接组为三相双绕组电力变压器的标准连接组别。 其中前三种最为常用：Y,yn0 连接的二次绕组可以引出中线，成为三相四线制，用作配电变压器时可兼供动力和照明负载。Y,d11连接用于低压侧电压超过400V的线路中。YN,d11连接主要用于高压输电线路中，使电力系统的高压侧可以接地。 i0中有无i03 ，看电路连接中有无i03通路，Y连接中，无i03通路， i0为正弦波；YN或D连接， i03可以在绕组中流过， i0为尖顶波。 对三相变压器，由于绕组的连接方式不同，i0 中可能无i03 ，使和e1为非正弦波同样可分解为基波和三次谐波（忽略
32、其它高效次谐波） 。 中有无3 ，看磁路结构，三相组式变压器， 3可以在铁心中流过， 为平顶波；三相心式变压器， 3不能在铁心中流过，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大， 3很小， 基本为正弦波。3、绕组接法对和磁路系统对二次侧电压波形的影响（一）Y，y联结的三相变压器一次侧Y接线，i03=0，i0为正弦波，磁通应为平顶波。（2）对三相心式变压器，3不能在铁心中流过，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大， 3很小， 基本为正弦波，感应电动势 e 也基本为正弦波 。但通过油箱壁时将产生涡流损耗，造成局部过热，降低变压器的效率，因此，容量大于1800kVA时，不宜采用心式Y，y连接。
33、（1）对三相组式变压器，3可以在铁心中存在，所以为平顶波，感应电动势e 为尖顶波，其中的三次谐波幅值可达基波幅值的45%60%，使相电动势的最大值升高很多，可能击穿绕组绝缘，因此，三相组式变压器不采用Y，y连接。（二）Y，d联结的三相变压器一次绕组Y连接， i03=0， i0为正弦波，应为平顶波，其中的3在二次绕组中感应电动势e23，并在D内产生i23。 i23建立的磁通23大大削弱3的作用，因此合成磁通和电动势均接近正弦波。第五节 等效参数的测定 变压器等效电路中的各种电阻、电抗或阻抗如Rk、xk、rm、xm等称为变压器的参数，它们对变压器运行能有直接的影响。所以，我们有必要看一下各种参数是
34、如何测定得通过实验的方法。一、空载实验： 试验目的:测定变压器的空载电流I0、变比k、 空载损耗p0及励磁阻抗Zm=rm+jxm。 空载试验接线：如图所示 注意：为了便于测量和安全起见，通常在低压侧加电压，将高压侧开路。实验过程：外加电压从额定电压开始在一定范围内进行调节实验目的：在电压变化的过程中，记录相应的空载电流，空载损耗，作出相应的曲线，找出当电压为额定时相对应的空载电流和空载损耗，作为计算励磁参数得依据。 结论：在空载情况下，我们可以从前面所学的空载等效电路图中看出，空载时，Z0=Z1+Zm=（r1+j1）+（rm+jm）。）。 通常通常rmr1，m1，故可认为，故可认为Z0 Zm=
35、rm+jm， 于是：于是： 测得相关励磁参数。测得相关励磁参数。 01IUZm200mrpI 22mmmxZr 注意：1.由于励磁参数与磁路的饱和程度有关，故应取额定电压下的数据来计算励磁参数。 2.对于三相变压器，按上式计算时U1、I0、p0均为每相值。但测量给出的数据却是线电压、线电流和三相总功率， 3.此时的空载损耗p0为铁耗.。 由于空载试验是在低压侧进行的，故测得的激磁参数是折算至低压侧的数值。如果需要折算到高压侧，应将上述参数乘2。这里是变压器的变化，可通过空载试验求出：12 0NUkU 二、短路实验： 实验过程：将变压器的副边直接短路，副边的电压等于零，称为变压器短路运行方式。
36、实验方法：为便于测量，通常在高压侧加电压，将低压侧短路。短路试验将在降低电压下进行，使Ik不超过1.2I1N。 实验目的：在不同的电压下测出短路特性曲线Ik=f(Uk)、pk=f（Uk），如图所示，根据额定电流时的pk、Uk值，可以计算出变压器的短路参数。 Xk = 注意：1.短路时，从短路的等效电路图可以看出，此时的短路损耗以铜耗为主 2.因电阻会随着温度发生变化，所以，我们的所得值要换算到标准工作温度下75度： rk75 =rk （对铜导线而言） NkkIUZIU1212NkkkkIpIprrZ225 .234755 .234 rk75= rk （对铝线 ） 所以，相应的 Zk75= 短路
37、损耗和短路电压也应换算到750C的值 pkN= rk75 UkN=I1N Zk75 对于三相变压器，按上式计算时pk、Ik、Uk均为一相的数值。2287522802275Cxr IN21对标幺值的认识 （1）标么值是两个具有相同单位的物理量（实际值和选定的固定值）之比， 没有量纲。 （2）选定基值时， 对于电路计算U、I、Z和S中， 两个量的基值是任意选定， 其余两个量的基值根据电路的基本定律计算。 （3）功率的基值是指视在功率的基值， 同时也是有功和无功功率的基值。 阻抗基值也是电阻和电抗的基值。 （4）计算单台变压器时， 通常以变压器的额定值作为基值。第六节 变压器的标幺值标么值的优点（1
38、）不论变压器的容量大小， 标么值表示的各参数和典型的性能数据， 通常都在一定的范围， 便于比较和分析； 如 %52 %;103*0*IZk（2）用标么值表示，归算到原边和副边的变压器参数恒相等。 换言之，用标么值计算时不需要折算。*21212222222*2/rUrIkUrkkIUrIrNNNNNN（3）某些物理量的标么值具有相同的数值， 简化计算*111N*kNkNkNkkUUUUZIZZZ（4）可通过标么值判断运行情况。 6 . 0 ; 0 . 1*1*1II第七节 变压器的运行特性一、外特性与 电压调整率222(0)(0) ,;(0) ,4-17UU当变压器带阻性负载和阻感性负载时为正值
39、这时二次端电压比空载时低带阻容性负载时可能为正也可能为负值.见图IUUNIN1cos8 .0cos（超前）8 .0cos（落后）1.外特性 变压器的原、副边绕组都具有漏阻抗，负载电流流过漏阻抗， 在变压器内部就引起电压降落。 变化曲线即为变压器的外特性曲线。 当原绕组外施电压和负载性质不变时， 副边端电压随负载电流变化的规律。 U2f（I2）I2U2UNIN8 . 0cos%100%1001212220NNNUUUUUUU用标么值表示：*21 UU2.电压调整率电压变化率是指一次侧加50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即 电压变化率是表征
40、变压器运行性能的重要指标之一,它大小反映了供电电压的稳定性。用相量图可以推导出电压变化率的表达式：用简化相量图求Ukr1ULZkx1I2U1NUoBACEFD22212221212cossincossinNkkUUOAOCODOCCDCFFDCFBEBCABI rI x1 kI r1kjI xOAOD可以用简化相量图求Ukr1ULZkx1112NkkUI rjI xU1I2U1NUoBACEFD2221 kI r1kjI x121122111100%cossin100%NN kNkNNNUUIrIxUUUU用标么值表示：*22cossinkkUrx当I1I1N121122111100%coss
41、inNN kNkNNNUUIrIxUUUU由参数表达的电压变化率可以看出：（1）感性负载时， 20，U为正；容性负载， 2s0 电动状态;sn1 再生发电制动; s1,n0 反接制动.三、三相异步电动机的铭牌数据（1）额定功率PN：指电动机额定运行时轴端输 出的机械功率，单位一般为KW。（2）额定电压UN：电机额定运行时定子所加的 线电压。V或KV（3）额定电流IN：定子加额定电压，轴端输出额 定功率时的定子线电流，单位A。（4）额定频率f1：我国工频为50HZ。（5）额定转速nN：额定运行时转子的转速，单位为r/min。 11nnns 第二节 交流电机的绕组及其感应电动势三相异步电动机和同步
42、电机它们的三相对称绕组产生的感应电动势是完全一样的。一、交流电机绕组的基本知识和概念一、交流电机绕组的基本知识和概念1.电角度与机械角度电角度与机械角度电机气隙圆周在几何上分为 3600，这个角度称为机械角度 电角度= 机械角度其中其中p为极对数。为极对数。2.线圈线圈组成绕组的基本单元是线圈。由一匝或多匝组成，它有两个引出端，一个叫首端，一个叫末端。3.极距极距p 对称多相绕组通入多相对称电流产生的旋转磁场效应等效为旋转的p 对磁极产生的效应。相邻的一对磁极N和S所跨电机定、转子之间气隙圆周上的距离，称为极距，用 表示，一般用定子槽数计算。设定子槽数为 Z，则极距 为 4.节距节距 线圈两边
43、所跨电机定、转子之间气隙圆周上的距离，用 y表示，一般用定子槽数计算。节距 y应接近极距 。 的绕组，称为短距绕组； ，称为整距绕组； ，称为长距绕组。交流电机一般不采用长距绕组。 5.槽距角槽距角 定子相邻两个槽之间的电角度，称为槽距角，用 表示。 6.每极每相槽数每极每相槽数 每个磁极下每相绕组所占的槽数，称为每极每相槽数，用 q表示。 式中， m绕组的相数。pZ2yyyapmZq2二、导体电动势二、导体电动势以二极同步发电机为例（一）导体电动势的频率二极时，转子转一圈导体电动势变化一个周期。如极对数为P，转子转速为n1导体电势频率SNn1U16011pnf （二）导体电动势的波形导体电动
44、势为 故波形决定于磁密B气隙磁密沿空间分布的波形B的波形不是标准的正弦波. 电动势波形与磁密相一致.注: B是空间位置或空间电角度的函数,而导体电动势eU1是t的函数.lvBeU1SNBeU1t . 电角度和电动势变化的时间是一致的.结论:绕组中含有高次谐波.消除办法:采用矩绕组和分布的形式.(三)导体基波电动势的有效值 瞬时值表达式 有效值为ttftpn112260tEemUsin11mmmffEE22.2)2(21三、线圈电动势线匝：把N极下的导体和S极下的导体连成一个单 匝线圈。节距y：两个导体之间的距离，用槽数或弧长表 示。整距线匝：y=（极距），yI0, 转子有电流I2并产生转子旋转
45、 磁动势F2,又f1=f2其它条件也相同,故 （2）F1和F2同向、同速旋转,合成为气隙圆 周上的磁动势F0。 （3）F0产生E1和E211EUmE1（一）电磁关系11IU11rI11F2F222rI111xI jE0Fm1E2E2I222xI jE定子侧转子侧电压方程式磁动势方程式等效电路22222111111xI jrIExI jrIEU021FFF1E1r1x1U2r2x2E2I1I（二）转子绕组的折算折算原则：折算前后磁动势关系不变，各种功率折算原则：折算前后磁动势关系不变，各种功率 关系不变。关系不变。（1）电动势的折算E2 E2/ 折算前后应有 Ke为异步电动机定、转子电动势比，它
46、等于定、转子绕组等效匝数比。12EE2/22211221111212/244. 444. 4EkEkNkNkNkfNkfEEEEeewwmwmw（2）电流的折算按折算前后保持转子磁动势不变原则进行。（3）阻抗的折算 折算前后功率不应变化的原则。22II iwwkINkmNkmII22221112/2定、转子电流比定、转子相数比，绕线型m1=m22/22/2xkkxrkkrieie（三）折算 后的方程式、等效电路和相量图方程式等效电路图/201III/2/2/21111ZIEZIEU1/201EEZIEm/2111111ZZZIUmU1I1I2/I0E！r1r2/x1x2/rmxm注：如外加额定
47、电压，电流很大，可能烧坏电机。 第五节 转子转动时的异步电动机正常工作时，异步电动机转子绕组是闭合的，转子是旋转的，轴上输出机械功率。一、转子电路的物理情况一、转子电路的物理情况由于转子频率发生了变化，所以 发生变化（一）转子频率 n为转子转速电势阻抗电流60)(12Pnnf1111126060)(sfpnnnnPnnfS是电机的转差率（二）转子电动势（三）转子阻抗转子电阻基本不变 r2S= r20= r2转子阻抗与频率f2有关且成正比x2S=2sfL2=sx20（四）转子电流20221222244.444.4sENksfNkfEmwmwsE20是转子不转时的电势ssssxI jrIE2222
48、2sssjxrEI2222二、磁动势平衡关系二、磁动势平衡关系 定子磁动势F2对定子的相对转速为结论： 无论转子转速n为何值，转子旋转磁动势F2与定子旋转磁动势 F1总是同速同向旋转，两个磁动势相对静止。磁动势平衡方程式 F1+F2=F0 或 F1=F0-F2 产生产生E1、E2合成磁势合成磁势111112260nnnnnnsnnpfnnn上式说明上式说明:无论电动机是理想空载还是带负载运无论电动机是理想空载还是带负载运 行合成磁势行合成磁势F0不变不变.理解为 只要U1不变E1就不变,则磁通 和F0基本不变.三、折算与等效电路三、折算与等效电路特点：异步电动机转动时，转子电动势与定子电 动势
49、不仅数值不同，频率也不等。折算后应使11UE2/1EE21ff 21EE 2/1EE 2/1ff 折算方法、步骤： 1.先把电动机折算成假想的不转的电动机. 这时 f1=f2 旋转方向和转速F2折算前后不变原则,含义有二 幅值和相位因F2和I2成正比,所以可视为I2折算前后不变.折算前转子电流220220202202222IjxsrEjsxrEsjxrEIsss 折算前实际转子电流不转的假想转子电流f2f1频率折算后定、转子等效电路2.把转子折算到定子电路方法与异步电动机转子不转时的折算完全相同.因此,折算后转子电动势方程式为1E1r1x1U2r2x2E2IS1If1f2f1=f2)(/22/
50、2/2jxsrIE等效电路sr/21I1E1r1x1U/2E1/2EE0I/2x2/I1E1r1x1U/2E1/2EE0I/2x2/I/21rss/2rmrmxmrmx工程上常用简化后的型等效电路:它是把励磁电路移到输入端,并在励磁回路串Z11I/21rss0I/2x2/I1x1r/2rmr1r1xmx1.极对数：自动与定子磁场的极对数相匹配，p2p1p。2.相数： m2Q2 /p。3.匝数： N21/2。4.绕组： kp21，kd21，kw21。第六节笼型转子的极数、相数、匝数和绕组系数 第七节异步电动机的功率与转矩一、异步电动机的功率传递与损耗一、异步电动机的功率传递与损耗1r1x0I/2
