电机学第四章
电机学 第4章ppt课件
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15
-0.707
0.667
0.270
0.200
0.172
0.127
17
-0.259
0.960
0.158
0.102
0.084
0.056
19
0.259
0.960
-0.205
-0.110
-0.084
-0.050
q
ν
编辑版pppt
42
图4-18 把斜槽中的导体看作
无限多根短直导体的串联
编辑版pppt
43
图4-19
73
4.8 三相交流绕组所产生的气隙磁场和相应的电抗
1.三相交流绕组所产生的气隙磁场
2.交流绕组的气隙电抗
编辑版pppt
74
1.三相交流绕组所产生的气隙磁场
编辑版pppt
75
图4-34 转子开槽时的气隙磁场
编辑版pppt
76
编辑版pppt
77
2.交流绕组的气隙电抗
编辑版pppt
78
编辑版pppt
2.削弱谐波电动势的方法
图4-17 用短距的办法
消除ν次谐波
编辑版pppt
41
表4-2 三相60°相带整数槽绕组的分布因数
2
3
4
5
6
∞
1
0.966
0.960
0.958
0.957
0.957
0.955
3
0.707
0.667
0.654
0.646
0.644
0.636
5
0.259
0.217
0.205
0.200
从左到右,根据槽电流的正、负和大小,逐步画出绕组的阶梯形磁动势曲线:
电机学教学课件第4章
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PN U N I N
在电动机中,输出功率是机械功率,因此
PN U N I NN
4.2 直流电机的气隙磁场与电枢反应
主磁通和主磁路
主磁通 --- 穿过气隙同时匝联定、转子的磁通
主磁路 --- 主磁通的路径 分为 8 段:2 段主磁极、 2 段气隙、 2 段转子齿、
一个导体中的感应电势:
ex Bxlv (1)
电刷两端引出的电枢电势:
N —— 转子绕组 总导体数
N
N
N
2a
2a
2a
Ea ex Bxlv lv Bx
1
1
1
令Bp 表示每极平均磁密,则:
Bp
1
B(x)dx
0
(3)
N
2a
Bx
1
N 2a
B
p
(4)
(2)
S
Bx
Bav n
将式(4)代入式(2)式:
yk=7
• 特点: N
S
N
S
dq
1). 两个导体连成一个线圈,所有线圈串S 联形成闭N合的
电枢绕组
n
2). 为了在电刷间获得最大感应电势,电刷应与处于几 何中性线上的线圈相接触
12
89
12
Ad
qB
3并).联在支叠路绕,组并中联,支一路对数电2刷a=将2p闭(合极的数电)S枢绕组分成N 两n条
在波绕组中,上层边在同一极性磁极下的线圈串联
举例:复励直流电机 ➢ 复励发电机的功率流程图
P1
机械能
PM pm pFe p
p f pa ps pb
P2
电机学(辜承林)第4章 交流电机绕组的基本理论
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第四章交流电机绕组的基本理论 (169)4.1 交流绕组的基本要求 (169)4.2 三相单层绕组 (171)4.3 三相双层绕组 (173)4.4 在正弦分布磁场下的绕组电动势 (175)4.5 在非正弦分布磁场下电动势中高次谐波及其削弱方法 (179)4.5.1 感应电动势中的高次谐波 (179)4.5.2 削弱谐波电动势的方法 (180)4.6 单相绕组的磁动势 (181)4.6.1 p=1、q=1短距绕组磁动势 (182)4.6.2 p=1分布短距绕组的磁动势 (183)4.6.3 一般情况下的相绕组磁动势 (184)4.7 三相绕组的基波合成磁动势 (185)4.8 圆形和椭圆形旋转磁动势 (191)4.9 谐波磁动势 (192)4.10 交流电机的主磁通、漏磁通 (193)习题 (194)第四章 交流电机绕组的基本理论交流电机主要分为同步电机和异步电机两类。
这两类电机虽然在励磁方式和运行特性上有很大差别,但它们的定子绕组的结构型式是相同的,定子绕组的感应电动势、磁动势的性质、分析方法也相同。
本章统一起来进行研究。
4.1 交流绕组的基本要求交流绕组的基本要求是:(1) 绕组产生的电动势(磁动势)接近正弦波。
(2) 三相绕组的基波电动势(磁动势)必须对称。
(3) 在导体数一定时能获得较大的基波电动势(磁动势)。
下面以交流绕组的电动势为例进行说明。
图4.1表示一台交流电机定子槽内导体沿圆周分布情况,定子槽数Z=36,磁极个数2p =4,已励磁的磁极由原动机拖动以转速了n 1逆时针旋转。
这就是一台同步发电机。
试分析为了满足上述三项基本要求,应遵守哪些设计原则?1. 正弦分布的磁场在导体中感应正弦波电动势以图4.1中N 1的中心线为轴线,在N 1磁极下的气隙中磁感应强度分布曲线如图4.2所示。
只要合理设计磁极形状,就可以使得气隙中磁感应强度呈正弦分布,即, 旋转磁极在定子导体(例如13、14、15、16号导体)中的感应电动势为)(θb )(θb θB θb cos )(m =θcos )θ(m c lv B lv b e ==(4.1)式中,l 为导体有效长度,v 为磁极产生的磁场切割导体的线速度。
电机学 第4章
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大, 串 在 电 枢 回 路的 起 动 电 阻 Rst逐 级 切 除 ,进 入稳 态 后全 部切
除。 注意,起动电阻Rst一般设计为短时运行方式,不容许长
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一、改变电枢电压调速 降低电枢电压时,电动机机械特性平行
下移。负载不变时,交点也下移,速度也随 之改变。 1. 优 点 : 调 速 后 , 转 速 稳 定 性 不 变 、 无 级、
平滑、损耗小。 2.缺点:只能下调,且专门设备,成本 大。
二、转矩特性T= f (P2)
T=T2+T0=P2/(2nπ/60)+T0 他励直流电动机在负载变化时,转速变化很 小,可以近似认为T0=常数。 如果不考虑转速的变化,则T=f(P2)为一条直 线,考虑到转速略有下降,所以T=f(P2)为一条略 微上翘的曲线。
三、效率特性η= f (P2)
效率特性是指U=UN=常值,If=IfN =常值时,效 率特性η= f (P2) 的关系曲线。他励电动机的效率为 η=P2/P1×100%=(1-Σp/P1) × 100%。
调节电阻Rp增大时,电动机机械特性的斜 率增大,与负载机械特性的交点也会改变,达 到调速目的。
优点:设备简单、操作简单。 缺点:只能降速,低转速时变化率较大, 电枢电流较大,不易连续调速,有损耗。
电枢回路串电阻调速
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第4章 直流电动机
4-1 直流电动机的起动 4-2 他励直流电动机工作特性 4-3 他励直流电动机机械特性 4-4 串励直流电动机机械特性 4-5 复励直流电动机机械特性 4-6 负载的机械特性 4-7 电动机稳定运行的条件 4-8 他励直流电动机调速方法 4-9 直流电动机的制动 4-10 直流电机的换向
电机学第4章1.ppt
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ua 2 100cost 30 ub 2 80 cost 60 uc 2 50 cost 90
显然,各相大小不等,相位差也不相同,为不对称电压。 10030 100cos30 j sin 30 86.6 j 50 V 表示为复数形式: U a 80 60 80cos60 j sin 60 40 j 69.3 V U a 5090 50cos90 j sin 90 0 j 50 V U 分解为对称分量: c 2 2 1 U U U U U Uc a 0 a bU bb c 3 1 3 3 1 1 86.6 j 50 ( 40 j j 69 . )( 3 ) 40 ( 0 j 69 j 50 . 3 ) ) j 2 2 2 2 (0 j 50) 3 56 42 12 .6 2 .2 j10 31 j8.23 43 33 V
三相变压器不对称运行
不对称——各相电流(或电压,电势)大小 有可能不同,相位也不依次差120°,各相 负载阻抗不对称 •对称分量法 •各序等效电路,叠加原理 •中点浮动问题
A C B
基本概念
不对称运行状态的主要原因: ①外施电压不对称。三相电流也不对称。 ②各相负载阻抗不对称。当初级外施电压对称, 三相电流不对称。不对称的三相电流流经变 压器,导致各相阻抗压降不相等,从而次级 电压也不对称。 ③外施电压和负载阻抗均不对称。
C+
A+
性质:每相大小相等,彼此相位差120,相序 为a->b->c。
各相负序电压Ua-、Ub-、Uc-组成负Uc-=α 2Ua-
C-
A-
B逆时针
电机学第四篇同步电机
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电机学第四篇同步电机第四章同步电机一、填空1. ★在同步电机中,只有存在电枢反应才能实现机电能量转换。
答交轴2. 同步发电机并网的条件是:(1;(2;(3)。
答发电机相序和电网相序要一致,发电机频率和电网频率要相同,发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致3. ★同步发电机在过励时从电网吸收,产生电枢反应;同步电动机在过励时向电网输出,产生电枢反应。
答超前无功功率,直轴去磁,滞后无功功率,直轴增磁4. ★同步电机的功角δ有双重含义,一是和之间的夹角;二是和空间夹角。
答主极轴线,气隙合成磁场轴线,励磁电动势,电压5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使Xq和Xd将。
答增加6. 凸极同步电机气隙增加使Xq和Xd将。
7. 答减小8. ★凸极同步发电机与电网并联,如将发电机励磁电流减为零,此时发电机电磁转矩为。
答mU(211?)sin?2 XqXd二、选择1. 同步发电机的额定功率指()。
A 转轴上输入的机械功率;B 转轴上输出的机械功率;C 电枢端口输入的电功率;D 电枢端口输出的电功率。
答 D2. ★同步发电机稳态运行时,若所带负载为感性cos??0.8,则其电枢反应的性质为()。
A 交轴电枢反应;B 直轴去磁电枢反应;C 直轴去磁与交轴电枢反应;D 直轴增磁与交轴电枢反应。
答 C3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是()。
A 漏阻抗较大;B 短路电流产生去磁作用较强;C 电枢反应产生增磁作用;D 同步电抗较大。
答 B4. ★对称负载运行时,凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为()。
A X??Xad?Xd?Xaq?Xq;B Xad?Xd?Xaq?Xq?X?;C Xq?Xaq?Xd?Xad?X?;D Xd?Xad?Xq?Xaq?X?。
答 D5. 同步补偿机的作用是()。
A 补偿电网电力不足;B 改善电网功率因数;C 作为用户的备用电源;D 作为同步发电机的励磁电源。
答 B三、判断1. ★负载运行的凸极同步发电机,励磁绕组突然断线,则电磁功率为零。
电机学-感应电机
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注意:时间相量与空间矢量之 间的夹角没有物理意义。
A 相相轴 A 相时轴
Bm
Fm Im B ns
X
n
m Z
Fe A
C
Y
三相感应电动机空载时的时空相-矢量图
第四章 感应电机
4.2.2 三相感应电动机的负载运行
第四章 感应电机
感应电动机负载运行时的转子频率
• 负载运行时,感应电动机的转子以转速n旋转,低于同步
第四章 感应电机
空载运行的定义: 定子接到电压为U1、频率为f1的三相对称电源,电机轴上没 有任何机械负载。
IA
IB
F1
IC
n≈ns,s ≈0 I2 ≈0,F2 ≈ 0 F1 ≈Fm
第四章 感应电机
主磁通与漏磁通
空载磁通 主磁通Φm 定子漏磁通Φ1σ
主磁通:基波旋转磁势产 生的,与定、转子绕组相 交链的磁通。
•接法:星形或三角形 •作用:电路部分
U1 V1 W1
U1
V1
W1
U1
V1
W1
W2 U2 V2
W2
U2
V2
W2
U2
V2
定子绕组形式
散嵌绕组
成型绕组
第四章 感应电机
感应电机转子
转子:转子铁芯,转子绕组,转轴 • 转子铁芯:硅钢片叠压而成,外圆开槽, • 作用:磁路的一部分;用来安放转子绕组。
转子铁心
ns是发电机和电动机状态的分界点
第四章 感应电机
电磁制动运行状态
n<0
N
+
ns fe Te n fe
S
外力拖着与转子反着磁场方向旋转
旋转磁场相对转子的旋转方向为 逆时针
电机学-第四章交流电机理论的共同问题2
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E A1 2.22 f 1
2 p n1 v 60
6
2.整距线圈的基波电动势
整距线匝的基波电动势相量为
Q (槽) 2p
p 3600 Q
y1
X
E E 2E E T1 A1 X1 A1
整距线匝基波电动势的有效值为
A
N
E A1
S
E X1
E T1
E K 1 N K ET 1 4.44 fN K k p1 1
9
4.线圈组的基波电动势及基波分布因数
E K 11
1 23
E K 13 E K 12 E K 13
E K 12 E K 11
r
E q1
q
o
每个线圈组都由q个在空间互差一个槽距角的线圈串联组 成,线圈组的基波电动势为
电机学 Electric Machinery
电气工程教研室
1
第四章 交流电机理论的共同问题
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 交流绕组的构成原则和分类 三相双层绕组 三相单层绕组 气隙磁场正弦分布时交流绕组的感应电动势 感应电动势中的高次谐波 通有正弦电流时单相绕组的磁动势 通有对称三相电流时三相绕组的磁动势 三相交流绕组所产生的气隙磁场和相应的电抗 交流电机的电磁转矩
C
X S
A
o
t
π
B 3m
b 3 2π
Z
B
1)电动势的波形
N
S
取原点在转子上b=0处,则基波气隙磁密
b 1 B 1m sin
假设t=0时,导体A位于=0处,则当时间为t时,导体A位于 =t处,
华中科技大学版【电机学】(第三版)电子讲稿【第四章】
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华中科技⼤学版【电机学】(第三版)电⼦讲稿【第四章】第四章:交流绕组及其电动势和磁动势主要内容:交流绕阻的构成,即绕阻连接规律及电势和磁势。
交流电机分:同步:主要作为发电机,也可作为电动机和补偿机异步:主要作为电动机,有时也作发电机上述两⼤类交流电机虽然激磁⽅式和运⾏特性有很⼤差别,但电机定⼦中发⽣的电磁现象和机电能转换的原理却基本上是相同的,因此存在许多共性问题,可统⼀进⾏研究,这就是本章所要研究的交流电机的绕组,电势,磁势问题。
这些问题对于以后分别研究异步电机和同步电机的运⾏性能有着重要意义。
4-1交流绕组的构成和分类本节介绍交流绕组的连接⽅法。
电磁作⽤都与绕组有关,绕组构成了电机的电路部分,是电机的核⼼,必须对交流绕阻的构成和连接有⼀个基本了解。
⼀、交流绕组的构成原则虽然绕组的型式各不相同,但它们的构成原则基本相同,基本要求是:(1)电势和磁势波形要接近正弦波,数量上⼒求获得较⼤基波电势和基波磁势。
为此要求电势和磁势中谐波分量尽可能⼩。
(2)对三相绕组各相的电动势,磁动势必须对称,电阻电抗要平衡。
(3)绕阻铜耗⼩,⽤铜量少。
(4)绝缘可靠,机械强度⾼,散热条件要好,制造⽅便。
⼆、交流绕阻的分类按相数分:(1)单相(2)多相(两相,三相)按每极每相槽数分:(1)整数槽(2)分数槽按槽内层数分:(1)单层(2)双层(3)单、双层按绕阻形状分:(1)叠绕(双层)(2)波绕(双层)(3)同⼼式(单层)(4)交叉式(单层)(5)链式(单层)本章主要介绍三相整数槽绕阻4-2三相双层绕阻本节介绍三相双层绕组展开图。
对于10kw以上的三相交流电机,其定⼦绕组⼀般均采⽤双层绕组。
双层绕组每个槽内有上、下两个线圈边,每个线圈的⼀个边放在某⼀个槽的上层,另⼀个边则放在相隔节距为y1槽的下层,如图5-1所⽰,见P 136 P113绕阻的线圈数正好等于槽数在介绍双层绕组之前,⾸先介绍⼀些有关的知识⼀、双层绕组的优点1、可选择最有⼒的节距,以改善电势、磁势波形;2、线圈尺⼨相同便于制造;3、端部形状排列整齐,有利于散热和增加机械强度。
电机学第四章课件
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n X , Ia
AX B X
K J A Ce La 60CT 2 J , Ra La 60Ts 2 J B U La
四阶龙格库塔法:
设 i--时间离散点ti的序号,i 0,1,2,
AR 2). T I a n
Ra很小!! T增大时,n下降很小 --硬特性
4.3.3 人为机械特性
n f (T ) --与电枢电压、磁通和电枢电阻有关
人为机械特性--保持其中两个不变 改变一个所得到的机械特性
1) 改变电枢回路电阻Rp
电枢电压U和励磁电流If (磁通Φ)保持不变
• 复励电动机 保证复励性质不变!!
4.2 他励(并励)直流电动机的工作特性 条件: 特性:
T2 P2
U C, R f C ( I f C)
n f ( P2 ), T f ( P2 ), f ( P2 )
U I a Ra Ce
T CT I a Ia 1) P2 T
n0 --理想空载转速
--机械特性的斜率
条件:
U C, R f C ( I f C )
n n0 T
T n
4.3.2 固有(自然)机械特性
n UN Ra T 2 Ce N CeCT N
n (U I a Ra )
Ce 1). T I a n
' a
T T0 TL n
U 2 Ea Ea Ce N n I a T CT I a Ra
→新稳态
T TL T0 I a 2 I a1 n n n 2 1
电机学第四章课件
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电机学第四章 三相变压器的不对称运行• 第一节 概述 • 第二节 对称分量法• 第三节 三相变压器的各序阻抗及等效电路 • 第四节 三相变压器Yyn连接单相运行Exit第1页电机学第一节 概述• 三相变压器实际运行时,可能出现各种不对称运行 的情况。
例如:单相负载或某一相断开检修等 • 对Yyn联结组,不对称负载会引起中点偏移,导致 二次侧相电压发生较大的变化 • 三相电流不对称:各相电流大小可能不相同,相位 也不依次差120º • 分析不对称运行采用的方法是“对称分量法”Exit第2页电机学• 一、三相不对称的危害▪ 三相异步电动机在不对称电压下运行,效率 和功率因数等力能指标下降 ▪ 三相四线制供电系统中,常接有单相负载, 若三相电压不对称,可能造成相电压升高或 降低,对单相负载运行不利 ▪ 可能使变压器个别绕组过电压或过电流Exit第3页电机学• 二、产生不对称运行的原因▪ 1、外施电压不对称• 即使负载对称,二次侧电压也会不对称,使电流 不对称▪ 2、各相负载阻抗不对称• 即使外施电压对称,三相电流也不对称,使二次 侧电压不对称▪ 3、外施电压和负载阻抗均不对称Exit第4页电机学第二节 对称分量法• 一、定义U ▪ 对称系统, a、U b、U c 看成一个独立变量 U a,U b = a U a,U c = aU a2a=ej 120=e− j 240a 2 = e j 240 = e − j 1201 = cos 120° + j sin 120° = − + j 2 1 = cos 240° + j sin 240° = − − j 2j03 2 3 2第5页a =e3j 360=e=11+ a + a = 02Exit电机学U • 不对称系统: a、U b、U c 互不相关,大小不一定相等,相位不依次差120º,为三个独立变量• 对称分量法:实际上是一种线性变换, 把不对称的三相系统分解成三个独立的 三相对称的系统:正序系统、负序系统 和零序系统Exit第6页电机学• 正序系统:三相量大小相等,互差120°,且与 系统正常运行相序相同A-B-C。
电机学第四章交流电机绕组的基本理论
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1. 三相交流绕组的结构;
2. 三相交流绕组产生的磁势分析;
3. 三相交流绕组产生的感应电势分析; 是交流电机(感应电机和同步电机)的共同问题
4.1 交流绕组的基本要求
一、基本要求:
电气要求: 1、绕组产生的电动势(磁动势)接近正弦波 ---谐波分量少。 2、三相绕组的基波电动势对称 3、一定导体数下,产生尽可能大的基波电动势
从不过分消除基波和用铜考虑, 应选尽可能接近于整距
• 均匀原则:每个极域内的槽数(线圈数)要相等,各 相绕组在每个极域内所占的槽数应相等; • 对称原则:三相绕组的结构完全一样,但在电机的圆 周空间互相错开120电角度。
•电势相加原则:线圈两个圈边的感应电势应该相加; 线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。 • 如线圈的一个边在N极下,另一个应在S极下。
(2)、槽电动势的星形图
槽内导体感应电动势的相量图,亦称为槽电动势星形图。
600相带: 如图
以A相位例,由于 q 3,故A相共有12个槽 相带:每极下每相所占的区域。 A相带: 1、2、3线圈组( )与19、20、21( ) )
X相带:10、11、12 (
) 与28、29、30(
将四个线圈组按照一定的规律连接,即可得到A相绕组。
二、相电动势和线电动势大小
交流绕组合成 相电势:
E E E E
2 1 2 3 2 5
E 1 1 (
交流绕组线电势
星形
E 3 E 1
2 l1
) (
2
E 5 E 1
)
2
El E E
2 l5
3 E E
2 1 2 5
三角形
电机学讲义 (4)
![电机学讲义 (4)](https://img.taocdn.com/s3/m/5bb997a2aaea998fcc220ee0.png)
PN 3UN IN cos •
【补】已知一台三相异步电动机,4kW ,380V, 功率因数0.77, 效率0.84。求该电动机的额定电流。(9.4A)
总结:与变压器一样,异步电动机的额定电压和额定电流指的 是线电压和线电流。
第三节 三相异步电动机的定子绕组 一、交流绕组的一些基本知识和基本量
4、画展开图
画出槽内线圈边(上层 边用实线,下层边用虚 线表示),并且编号
以上是并联路数等于1,还可以 连成并联路数等于2和4.
[例]3相,4极,36槽,y1=8,画波绕组展开图. 1.求q 2.分相带 3.连接 下图是a=1,还可以连成a=2
总结:功率稍大的交流电机一般采用双层绕组,其中双层叠绕 组最为常见。双层短距绕组所产生的旋转磁场的波形和感应电 动势的波形比单层绕组的更接近正弦波。
F1 0.9N y I
f y (x,t) Fym(x) cost
0.9
NyIFra bibliotekcos
x 1 cos3 3
x 1 cos5 5
x
c
ost
把以2τ为周期的 矩形磁动势波用 傅氏级数分解
(一)整距线圈的磁势是脉振矩形波,波幅是
2 2 NyI
把这个矩形波加以分解,得基波,三次谐波,五次谐波,七次谐波等. 其中基波波幅是矩形波波幅的4/π倍.即
CY
15,16,17,18 19,20,21,22
4、组成线圈组 三相单层同心 式绕组展开图
相绕组 的构成
同心式 绕组
总结:同心式 绕组、链式绕 组和交叉式绕 组是三种常见 的单层绕组。
作业:4-6,4-7
四、三相双层绕组
双层绕组的每个槽内都有上下两个线圈边,每个线圈的一个边 放在某一个槽的上层,另一边放在相隔节距y1的另一个槽的下层。 整个绕组的线圈数等于槽数。另外,双层绕组的节距比较灵活。
华中科技大学_电机学__第四章_交流电机绕组(完美解析)
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◎ 并联支路数a:一相绕组中并联支路的个数,即因各个线圈组 的感应电动势相等,可以采用串、并联方式将q个线圈组连接,形 成a条并联支路。 ◎ 单层绕组每相最大并联支路数 amax = p
a=1
A1 A
X1
A2
X2 X
a=2
26
④ 画出三相绕组:
每极磁通 1
2
Bm1l
1 f 2
导体感应电动势
Ec1 2.22 f1
44
2. 线圈电动势与短距系数
线圈电动势有效值
y1 π E y1 N c Ec1 2 sin( ) 2
将一对极下属于同一 相的某两个导体连接 ,构成一个线圈 将一对极下属于同一 相的q个线圈连接,构 成一个线圈组
A1
X1
A2
X2
24
线圈组:每相绕组中, 相邻的线圈串联在一起,称为一个线 圈组。一个线圈组中的线圈个数为每极每相槽数q。 线圈组 线圈组
A1
X1
A2
X2
线圈
25
④ 构成一相绕组:
A相绕组整体右移120°得B相绕组,整体右移240 °得C相绕组
27
总结:单层叠绕组构造方法和步骤
画槽电动势星形图
分极分相:
将总槽数按极数均匀分开,N、S极相邻分布 将每个极的槽数按三相均匀分开,三相在空间错开120°电角度
构成线圈和线圈组:
将一对极下属于同一相的某两个圈边连接,构成一个线圈 将一对极下属于同一相的q个线圈连接,构成一个线圈组
构成一相绕组:
将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组,并标记首尾端 根据并联支路数将线圈组串联、并联或串并联,均符合电势相加原则
电机学 第4章
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成果评估方式:考试、实验报告、实践作品评价等。
基础题:考察学生对电机学基本概念和原理的掌握程度 应用题:要求学生运用所学知识解决实际问题 综合题:考察学生对电机学知识的综合运用能力 难度等级:根据题目的难易程度,可分为简单、中等和困难三个等级
对于复杂的题目,可以先列出 解题思路或步骤,再进行详细 解答
家用电器:如洗 衣机、冰箱、空 调等,电机是这 些设备运行的关 键部件。
电动车:电动汽 车和混合动力汽 车中的电机为车 辆提供动力,减 少对环境的污染。
风力发电:大型 风力发电机中的 电机将风能转化 为电能,为可再 生能源的发展做 出了贡献。
工业自动化:电 机作为执行机构, 广泛应用于自动 化生产线和设备。
注重复习与巩固: 定期复习已学内容 ,巩固知识点,加 强记忆。
直流电机:通过磁场和电流的作用实现转矩输出,具有较好的调速性能和 稳定的运行特性。
交流电机:分为同步和异步电机,应用广泛,具有较高的效率和可靠性。
步进电机:通过控制脉冲数实现精确定位,常用于数控机床等高精度定位 场合。
伺服电机:具有快速响应和精确控制的特点,广泛应用于各种自动化设备 中。
掌握基本概念和原理 选择合适的公式和定理
理解题意,分析问题 计算和推理
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电机学 第4章 异步电机
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E1 I m Z m I m (rm jxm )
81
第四节 转子转动时的异步电机及其等效电路
4、等效电路 根据上式可画出异步电机的 T型等效电路
82
第四节 转子转动时的异步电机及其等效电路
4、向量图
' I ' 1 s r ' I ' r ' jI ' x ' E ' E I2 2 2 2 2 2 2 2 1 2
30
槽漏磁
端部漏磁
31
第三节 转子不动时的异步电机
从电路的角度来看,转子不动时异步电机的电路方程与 次级短路时的变压器的电路方程相似 变压器的初级相当于异步电机的定子绕组 次级绕组相当于转子绕组。 尽管异步电机与变压器的的磁场性质、结构和运行方式 不相同,但他们内部的电磁关系时相通的。 所以在研究异步电机的等效电路时,可以借助变压器的 电磁理论。
(1)型号
(2)额定功率(PN):指电动机在额定方式下
运行时,转轴上输出的机械功率。单位为W和
kW。 (3)额定电压(UN):指电动机在额定方式下 运行时,定子绕组应加的线电压。单位为V和 kV 。
17
第一节 异步电机的基本类型与结构
(4)额定电流(IN):指电动机在额定电压和额定功率
状态下运行时,流入定子绕组的线电流。单位为A。
(5)额定频率(fN):额定状态下电源的交变频率,我 国的电网频率为50 Hz。
(6)额定转速(nN):指在额定状态下运行时的转子转 速。单位为r/min。
除上述数据外,还标出额定运行时,电机的功率因 素以及相数、接线法、防护等级、绝缘等级与温升、 工作方式等有关项目。
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26
I I I I a a a a0 Ib Ib Ib Ib 0 Ic Ic Ic Ic 0
a2 I ,I aI I b a c a 2 I b aI a , I c a I a I a 0 Ib0 I c 0
第四章 三相变压器
1
电力系统采用的是三相供电制,所以电力系统中用得最多 的是三相变压器。当三相变压器的一、二次绕组以一定的接法 联接,带上三相对称负载,一次绕组接对称的三相电源时,其 工作在对称情况,此时各相电压、电流大小相等,相位相 差 120 ,因此可取三相中任意一相进行分析计算,也即将三相 问题简化为单相问题,则前一章的分析方法和结论完全适用于 三相电路。本章不再重复叙述,这里就三相变压器的几个特殊 问题,即三相变压器的磁路系统、三相变压器的联结组别和感 应电势波形等进行讨论,在此基础上简单分析变压器的并联运 行、不对称运行、突然短路及变压器空载合闸等问题。
15
二、Y,y联结的心式变压器电势波形 对于Y,y联结的心式变压器,其一次励磁电流也近似为正 弦波,但由于心式变压器三相磁路彼此相关,各相的三次谐波 磁通大小相等、相位相同,不能沿主磁路闭合,只能借助油、 油箱壁等形成闭合回路,该磁路磁阻大,使三次谐波磁通大大 削弱,三相心式变压器中主磁通波形接近正弦波,从而相电势 波形也接近正弦波。所以,三相心式变压器可以采用Y,y联结 方式。 三次谐波磁通在变压器油箱壁等构件中引起三倍频率的涡 流损耗,使变压器局部发热和损耗增加,所以容量大于 1800kV· A的变压器不采用Y,y联结方式。
*
22
三、联结组别不同时的并联运行
U 20 U 20 U 20
此时的相位差等于二次侧线电压,这个相位差将在 变压器中引起很大的环流,可能超过额定电流的许多倍, 从而烧坏变压器。
23
四、阻抗电压标幺值不等时的并联运行
:I 1 : 1 I Z k Z k :I 1 : 1 I * * Z k* Z k*
16
三、Y,d联结和D,y联结变压器的电势波形 对于Y,d联结的变压器(组式和心式),其一次绕组 中无三次谐波励磁电流流通,所以主磁通中将有三次谐波磁通, 谐波磁通在一、二次绕组的相电势中感应三次谐波电势。由于 二次绕组为三角形联结,二次侧三相的三次谐波电势在闭合的 三角形内形成三次谐波环流。由于一次绕组中无三次谐波电流 与之平衡,所以二次绕组的三次谐波电流起着励磁作用。这样 可以认为铁心中的主磁通是由一次侧的正弦波空载电流和二次 侧三次谐波电流共同建立,二次侧的三次谐波电流产生的三次 谐波磁通对一次绕组的三次谐波磁通起去磁作用,所以三次谐 波磁通被削弱,相电势中的三次谐波分量很小,因此相电势波 形近似为正弦波。 D,y联结的变压器,一次绕组的三角形接法使空载电 流中的三次谐波分量可以在闭合的三角形回路中流通,所以各 相绕组空载电流为尖顶波,在铁心中建立的主磁通波形为正弦 波,绕组中感应的相电势波形也为正弦波。
图4-4 单相变压器高、低压绕组相电势之间的相位关系
6
三、三相变压器的电路系统
7
四、三相变压器的联接组
三相变压器高、低压绕组的联接方式、绕组标志的不同,都使 高、低压绕组对应的线电势之间相位差不同,联接组号是用来 反映三相变压器绕组的联接方式及对应线电势之间相位关系的。 高、低压绕组的联接方式不同、绕组标志不同,对应的线电势 相位关系也不同,但是它们总是相差 的整数倍,所以也可 30 以采用时钟法来表示三相变压器绕组联接和相位关系。同单相 变压器类似,把高压边的线电势作为长针,固定指向钟表盘的 12点位置,低压边相应的线电势作为短针,它在钟面上所指 的数字,即为三相变压器的联接组号。
各变压器负载电流与它们的短路阻抗标幺值成反比。当各 并联变压器阻抗电压标幺值相等时,各变压器负载率相同。否 则,阻抗电压标幺值不等的变压器并联运行时,阻抗电压标幺 值大的变压器满载运行,阻抗电压标幺值小的变压器已经过载; 而阻抗电压标幺值小的变压器满载运行时,阻抗电压标幺值大 的变压器又处于欠载运行。 如果并联运行各变压器阻抗电压标幺值相等,负载率相同, 则负载分配最为合理。由于容量相近的变压器阻抗值相近,所 24 以一般并联运行变压器的容量比不超过3:1。
8
1.Y,y0联接组
(a) Y,y0绕组接线图 (b) 相量图 图4-6 Y,y0联接组
9
2.Y,y6(Y-Y6)联接组
(a)Y,y6联接组接线图 图4-7 Y,y6联接组
(b) 相量图
10
3.Y,d11(Y / -11)联接组
B
E AB
E ba
A
E A
E B
E BC
E C
磁通中的三次谐波磁通也是大小相等,相位相同。变压器 的空载电流波形与三相绕组的联接法(星形或三角形联接)有 关,而铁心中磁通的波形又与磁路的结构形式(组式或心式变 压器)有关。
13
一、Y,y联结的组式变压器电势波形
对于Y,y联接的组式变压器,一次绕组励磁电流中三次 谐波电流无法流通,所以,励磁电流近似为正弦波。磁路饱和 时,其所产生的主磁通必然是平顶波,平顶波磁通波形中除了 基波磁通外,还含有三次谐波磁通,这里将其它高次谐波忽略。
第三节 三相变压器绕组联结方式及磁路系统 对电势波形的影响 三相系统中,三相的三次谐波电流幅值相等,相位相同,即有:
i03A I 03m sin 3t i03B I 03m sin 3(t 120) I 03m sin 3t i 03C I 03m sin 3(t 120) I 03m sin 3t
特点:各相磁路彼此独立,各不相关,各相主磁通以各自的 铁心构成回路。若在三相绕组接三相对称电源,三相主磁通 对称,三相空载电流也对称。
3
二、三相心式变压器磁路系统
(a)三个单相铁心合并成 (b) 去掉中间心柱 图4-2 三相心式变压器的磁路系统
(c) 三相心式铁心
特点是:各相磁路彼此相关,每相磁通必须通过另外两相才 能构成闭合回路。
U 20 Z k Z k
并联变压器即使有很小的电位差存在,由于短路阻抗 值很小, 也会在并联变压器中产生很大的环流。如变压器 变比差1%时,环流可达额定值的10%。环流不同于负载电 流,在变压器空载时,环流就已经存在,它的存在将占用 变压器的一部分容量,使变压器空载损耗增加,带负载能 力降低。 因此,变压器制造时,应对变比误差加以严格控制,一 般要求 K 0.5%
4
第二节 三相变压器的电路系统 -绕组的联结方式和联结组 一、绕组端点的标志与极性 高压绕组的某一端头电位为正时,低压绕组必有一个 端头电位也为正,这两个具有相同极性的对应端头称为同 极性端(或同名端),用符号“· ”表示。
(a)高、低压绕组绕向相同 图4-3 绕组的极性
(b)高、低压绕组
5
二、单相变压器的联接组 用时钟法表示时,用联接组来表示绕组的联接法,而用 时钟钟点数来表示二者之间的相位关系。单相变压器高、低压 绕组联结组用I,I表示,钟点数根据下述原则确定:高压绕组 的相电势看作时钟的长针,低压绕组的相电势看作时钟的短针, 令代表高压绕组电势的长针指向时钟盘面的12点,则代表低 压绕组电势的短针所指的钟点数即为绕组的联结组别号。
在计算变压器并联运行时的负载分配问题时,还经常采用下面 的计算方法: (1)n台并联运行变压器中第i台变压器负载电流为
1 Z ki Ii n I 1 Z ki i 1
(2) 第i台变压器负载系数为
Ii i I Ni I Z ki*
i 1 n
I Ni Z ki*
25
第五节 三相变压器的不对称运行 一、对称分量法
所谓对称分量法是把一组不对称的三相电压(或电流)分解 为三组对称的正序、负序、零序电压(或电流),先按各序对 称的三相系统单独作用的情况分别计算,再把结果叠加就得到 原来那组不对称三相电压(或电流)。
、I 设三相不对称电流为 I 、 Ic ,按对称分量法 a b 可分解为正序、负序、零序三相对称分量电流。其中正序电 流为大小相等、相位互差 120 、相序分别为a-b-c的三相电 流;负序电流为大小相等、相位互差 120 、相序分别为a-cb的三相电流;零序电流为大小相等、相位相同的三相电流。
E CA
C
(a)Y,d11联接组接线图 (b) 相量图 图4-8 Y,d11联接组
11
对变压器绕组联接组别的几点认识: 1、绕组标志(同名端或首末端)改变时,联接组号也改变; 2、Y,y联接的变压器联接组号均为偶数,Y,d联接的变压器联 接组号均为奇数; 3、D,d联接可得到与Y,y联接相同的组号,同样,D,y联接 也可得到与Y,d联接相同的组号。 电力变压器有五种联接组,分别是: 1、Y,d11联接组:用于低压侧电压超过400V,高压侧电压在 35kV以下,容量5600kV· A以下的场合。 2、YN,d11联接组:用在高压侧需要中性点接地,电压一般在 35~110kV以上的场合。 3、Y,yn0联接组:用在低压侧为400V的配电变压器中,供给 三相负载和单相照明负载,高压侧电压不超过35kV,容量不超 过1800kV· A。 4、YN,y0联接组:用于高压侧中性点需要接地的场合。 5、Y,y0联接组:用在只供三相动力负载的场合。 最常用的联接方式是Y,y0和Y,d11两种。 12
17
图4-12 Y,d联结的三相变压器中的二次侧三次谐波电流
综上所述,三相变压器的一、二次绕组中只要有一侧 接成三角形,就能保证感应电势波形接近正弦波。大容 量电力变压器若需接成Y,y联结,可以在铁心柱上另加 一套第三绕组,并接成三角形,此绕组不接电源也不接 负载,用以为三次谐波电流提供通路,防止相电势波形 发生畸变。
18
第四节 变压器的并联运行
(a) 三线图 (b) 单线图 图4-13 三相Y,y接法变压器的并联运行