电机学chap4
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电机学第四章
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
电机学-PPT精选
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65
双层绕组 单层绕组
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双层绕组 分极分相
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双层绕组 线圈组
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68
双层绕组 连相绕组
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69
异步电机功率平衡关系
p cu 1
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15
变压器参数测定:空载实验
a
A
WA
~V
V
x
X
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16
变压器参数测定:短路实验
A
a
WA
~V
X
x
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17
变压器的运行特性
U2
U20
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cos2(超前 )
cos2 1
cos2(滞后 )
I2
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三绕组变压器等效电路
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三绕组变压器简图
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三绕组变压器绕组排列
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自耦变压器电流分布
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27
三绕组变压器向量图
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98
河海大学 电气学院
33
相量图
电机学课件
2.铁磁0材4料的1磁07导H率/m 远大于
非导磁材料的磁导率
3.铁磁材料的磁导率在较大 范围内变化,铁磁材料是非 线性的
铁磁材料的特性
在外磁场的作用下,铁磁材料内部的磁筹重 新排列,使得内部磁效应不能抵消,因而在 宏观上对外显示磁性。
铁磁材料的特性
铁磁材料磁化过程
oa段:H较弱,B缓慢增加
ab段:H较强,B迅速增加 bc段:H继续加强,B增加 变慢(饱和段) c-段:H继续加强,B增 加缓慢(深度饱和段)
Rm1
l1
1 A1
Rm3
l3
3 A 3
F 1 F 2 N 1 i 1 N 2 i 2 H 1 l 1 H 2 l 2 1 R m 1 2 R m 2
F N iH lR m
磁路基本定律及计算方法
磁路与电路的主要区别
电路 电阻率恒定 电压、电流线性 不存在饱和现象
磁路 导磁率变化 磁势、磁通非线性 有磁路饱和
铁磁材料的特性
2.磁滞与磁滞损耗
磁滞损耗: phKhfBmV P18~19
铁磁材料的特性
3.涡流与涡流损耗
pw
K2
f 2d2Bm2V
12
铁磁材料的特性
4.交流铁心损耗
pFe p1/505f0Bm 2
公式中各量纲见P20
律磁 路 基 本 定
磁路基本定律及计算方法
欧姆定律
l/N (Ai)R FmmF
发电机、变压器
电能的生产、传输和分配 电
电动机
驱动生产机械和装置 机
控制系统和智能化装置的重要元件
控制电机
电机中的基本电磁定律
1.全电流定律
lHdlI
lH d l l'H d lI I 1 I2 I3
非导磁材料的磁导率
3.铁磁材料的磁导率在较大 范围内变化,铁磁材料是非 线性的
铁磁材料的特性
在外磁场的作用下,铁磁材料内部的磁筹重 新排列,使得内部磁效应不能抵消,因而在 宏观上对外显示磁性。
铁磁材料的特性
铁磁材料磁化过程
oa段:H较弱,B缓慢增加
ab段:H较强,B迅速增加 bc段:H继续加强,B增加 变慢(饱和段) c-段:H继续加强,B增 加缓慢(深度饱和段)
Rm1
l1
1 A1
Rm3
l3
3 A 3
F 1 F 2 N 1 i 1 N 2 i 2 H 1 l 1 H 2 l 2 1 R m 1 2 R m 2
F N iH lR m
磁路基本定律及计算方法
磁路与电路的主要区别
电路 电阻率恒定 电压、电流线性 不存在饱和现象
磁路 导磁率变化 磁势、磁通非线性 有磁路饱和
铁磁材料的特性
2.磁滞与磁滞损耗
磁滞损耗: phKhfBmV P18~19
铁磁材料的特性
3.涡流与涡流损耗
pw
K2
f 2d2Bm2V
12
铁磁材料的特性
4.交流铁心损耗
pFe p1/505f0Bm 2
公式中各量纲见P20
律磁 路 基 本 定
磁路基本定律及计算方法
欧姆定律
l/N (Ai)R FmmF
发电机、变压器
电能的生产、传输和分配 电
电动机
驱动生产机械和装置 机
控制系统和智能化装置的重要元件
控制电机
电机中的基本电磁定律
1.全电流定律
lHdlI
lH d l l'H d lI I 1 I2 I3
电机学第四章课件
2 aU U a,U b a U a,U c a
ae
2
j 120
e
j 240
a e
3
j 240
e
j 120
1 cos 120 j sin 120 j 2 1 cos 240 j sin 240 j 2
Exit
第10页
电机学
• 逆变换
1 2 Ua (Ua aUb a Uc) 3 1 2 Ua (Ua a Ub aUc) 3 1 Ua 0 (Ua Ub Uc) 3
2 U a a U 1 a a 1 2 Ua 3 1 a a Ub U U 1 1 1 a0 c
Exit
第28页
电机学
I (Z Z ) U a0 a0 2 m0 I a 0 Z2 E 0 I Z U E A 0 0 a 0 m0
• 步骤4. 求解电压、电流
一次侧星形连接,无I0通路,相电流只有正、负序分量
I I I I 2I I A A A a a 3 I I a2I aI I B B B a a
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”
ae
2
j 120
e
j 240
a e
3
j 240
e
j 120
1 cos 120 j sin 120 j 2 1 cos 240 j sin 240 j 2
Exit
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电机学
• 逆变换
1 2 Ua (Ua aUb a Uc) 3 1 2 Ua (Ua a Ub aUc) 3 1 Ua 0 (Ua Ub Uc) 3
2 U a a U 1 a a 1 2 Ua 3 1 a a Ub U U 1 1 1 a0 c
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电机学
I (Z Z ) U a0 a0 2 m0 I a 0 Z2 E 0 I Z U E A 0 0 a 0 m0
• 步骤4. 求解电压、电流
一次侧星形连接,无I0通路,相电流只有正、负序分量
I I I I 2I I A A A a a 3 I I a2I aI I B B B a a
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
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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”
电机学 第4章ppt课件
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 第4章
小,转矩Tst也会逐步减小 。为了在起动过程中始终保持足够 大 的 起 动 转 矩 , 一 般 将 起 动 器 设 计 为 多 级 , 随 着 转 速 n的 增
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
6 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
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
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
电机学学习课件教学课件PPT直流电动机
Electrical Machinery
一、基本方程式
(1)电流方程 (2)电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路: U Ea Ia (Ra R )
励磁回路:
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
(1)考虑电枢反应时,会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
(2)机械特性的确定。特殊点(n0,0),(nN,TN)
(3)通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
n
可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线, 计及饱和, 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
Electrical Machinery
电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点: (1)理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同;
一、基本方程式
(1)电流方程 (2)电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路: U Ea Ia (Ra R )
励磁回路:
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
(1)考虑电枢反应时,会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
(2)机械特性的确定。特殊点(n0,0),(nN,TN)
(3)通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
n
可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线, 计及饱和, 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
Electrical Machinery
电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点: (1)理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同;
电机学第4章1.ppt
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
第5章 三相感应电机 《电机学(第4版)》课件
图5-17 转子顺气隙磁场旋 转方向移动α角时
图5-18 频率和绕组归算后定、转子的耦合电路图
图5-19 感应电动机的T形等效电路
图5-20 感应电动机的相量图
图5-21 正常工作时感应电动机的近似等效电路
5.4 感应电动机的功率方程和转矩方程
1.功率方程,电磁功率和转换功率 2.转矩方程和电磁转矩 3.计算额定点运行数据的MATLAB源程序
(1)感应电机的最大转矩与电源电压的平方成正比,与定转子漏抗之和近 似成反比·。 (2)最·大·转·矩·的·大·小·与·转·子·电·阻·值·无·关·,临界转差率sm则与转 子电阻R2′成正比;R2′增大时,sm增大,但Tmax保持不变,此时Te-s曲线 的最大值将向左偏移,如图5-31所示。
图5-31
图5-5 三相绕线型感应电动机的结构
2.三相感应电机的运行状态
图5-6 感应电机的三种运行状态(图中N,S代表气隙旋转磁场,•和×表示 转子感应电动势和转子电流有功分量的方向)
解 已知额定转速为730r/min,因额定转速略低于同 步转速,故知该机的同步转速为750r/min,极数2p= 8。于是,额定转差率sN为
5.10 感应电动机的调速
1.变极调速 2.变频调速 3.改变转差来调速
1.变极调速
图5-43 2p=4时一相绕组的连接 a) 每相两组线圈的正向串联 b) 两组线圈的展开图
图5-44 2p=2时一相绕组的连接 a) 每相两组线圈的反向串联 b) 两组线圈的展开图
2.变频调速
图5-45 变频调速时感应电动机的机械特性
(1)转子电流的频率 (2)转子磁动势相对于转子的转速 (3)由于转子转速n=ns(1-s)=1500(1-0.05)r/min=1425r/min,所以转子磁动势在 空间的转速应为(1425+75)r/min=1500r/min,即为同步转速。
电机学 第4章
实验和实践成果:通过实验和实践,学生能够掌握电机的基本原理和控制方法,提高解 决实际问题的能力。
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
电机学课件第4章的习题答案 习题解析:针对每个题目进行详细解答 答案解析:对每个答案进行详细解释 解题思路:提供解题的思路和方法
仔细阅读题目,理解题意
按照要求进行解答,不要遗漏 任何步骤
注意单位和符号的使用,保持 答案的准确性和一致性
,a click to unlimited possibilities
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
电机学课件第4章的习题答案 习题解析:针对每个题目进行详细解答 答案解析:对每个答案进行详细解释 解题思路:提供解题的思路和方法
仔细阅读题目,理解题意
按照要求进行解答,不要遗漏 任何步骤
注意单位和符号的使用,保持 答案的准确性和一致性
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电机学第4章1复习过程
Ub=α2 Ua, Uc=αUa
(4—1)
B
复数算子α=ej120=e-j240
α = cos120°+j sin120°
α2=ej240=e-j120
α3=ej360=ej0=1
C A
三相不对称系统:三相中的电压Ua、Ub、Uc 互不相关——大小不一定相等,相位关系不 固定
Ua、Ub、Uc为三个独立变量
不对称电压正序 负序 零序
Ua Ua Ua Ua0 Ub Ub Ub Ub0 Uc Uc Ub Uc0
Ua
1 3
Ua Ub 2Uc
Ua
1 3
Ua 2Ub Uc
Ua0
1 3
Ua Ub Uc
例题
1. 设有一不对称三相电压
2. 将其分解为对称分量。
ua 2100cost 30 ub 280cost 60 uc 250cost 90
Y,y;Y,d;D,y;D,d——无零序电流 YN,d和D,yn接法——如YN、yn中有零序电流,d、D中也感
应零序电流。 YN,y和Y,yn接法——当YN、yn中有零序电流,y、Y中也不
会有零序电流。
2.零序磁通在铁芯中流通路径
由于三相的零序电流在时间上同相位,所产生 的三相零序磁通及其感应的三相零序电势各相 均同相位。
显然,各相大小不等,相位差也不相同,为不对称电压。
表示为复数形式: U a10 300 10 c0 o 3 s0 jsi3n0 8.6j50V U a8 060 8c 0o 6 s0 jsi6n0 4 0j6.3 9V
分解为对称分量: U c5 090 5c 0o 9 s0 jsi9n0 0j50V
U U aa 0 13 13 U U aa UU 2b U bbU c2U c
电机学(自学完整版)课件
18十月2023
《电机学》 第一章 导论
20
2. 电机的近代发展及趋势
单机容量不断增加
·如汽轮发电机:
1900 1920 1937空气冷却
氢气冷却
5MVA 25MVA 100MVA 150MVA
1956水 肉冷 1960 目前
208VA 320MVA >1000MVA
中小型电机技术与经济指标不断改进 ·新的设计方法 (CAD)、 工艺、材料、测试手段 应用范围扩大
18十月2023
14
《电机学》 第一章 导 论
发电
·我国老牌电机厂:
哈尔滨电机厂 上海电机厂
·四川:
德阳东方电机厂
上海电机厂的生产车间
18十月2023
《电机学》 第一章 导
15
论
发电
18十月2023
《电机学》 第一章 导论
16
动力
应用于洗衣机
用于有轨电车牵引的电动机 18十月2023
《电机学》 第一章 导论
39
※ 铁修材料具有的特点
它的磁化曲线具有饱和性,磁导率μpe不是常数,且随H 的变化而变化。
L. μ 变化 2. 总体非线性 3. 存在饱和特性
个= μ
18十月2023
《电机学》 第一章 导论
40
B=f(H)
B
C
b
μre =f(H)
a
B=₀H H
图1-6 铁磁材料的磁化曲线 (p16)
18十月2023
若线圈不动,穿过线圈的磁通随时间变化,则线圈中感应 的电动势——变压器电势
中=中m sin wt
感应电动势有效值:
18十月2023
28
《电机学》 第一章 导 论
电机学教学课件第4章
注意: PN --- 输出功率 在发电机中,输出功率是电功率,因此
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
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
电机学第四章课件
标准格式:
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
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
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I I I a a a0
U A 2Z k Z 2 Z m0 3Z L
• 负载电流为:
• 如略去Zk和Z2
3 U A I I I I a a a0 2Z k Z 2 Z m0 3Z L
3 U A I Z m 0 3Z L
• 零序分量电流三相同相,其流经变压器的情况与变压 器的连接方法有关:
①Y,y;Y,d;D,y;D,d连接无零序电流。
东南大学 电气工程学院
三相变压器Yyn连接单相运行
• 在Y,yn接法中,零序电流只能在次级侧流通,在初级侧电 路中虽感应有零序电势,但无零序电流流通。 • Ia0、Ibo、Ic0为激磁性质电流,建立起同时和原、副线圈 交链的零序主磁通,在原、副线圈中感应零序电势E0。
• 初级侧的零序电压即等于零序电势。
东南大学 电气工程学院
对称分量法
• 把不对称的三相系统分解为三个独立的对称系统, 即正序系统、负序系统和零序系统 • 下标“+”、“-”、“0”分别表示正序、负序和零 序
东南大学 电气工程学院
对称分量法
• 结论 (1)正序、负序和零序系统都是对称系统。
当求得各个对称分量后,再把各相的三个
分量叠加便得到不对称运行情形。
• •
假设:外施电压为对称三相电压 目的:分析Y,yn接法中的零序电流的影响
东南大学 电气工程学院
三相变压器Yyn连接单相运行
已知变压器参数和一次侧外施电压 • 负载电流I • 初级侧电流IA、IB、IC • 初级、次级侧相电压UA、UB、UC和Ua、Ub、Uc。
东南大学 电气工程学院
三相变压器Yyn连接单相运行
a0 3 a b c 3
初级侧星形连接,无零序电流通路,相电流只有正序与负序 分量
I I I I 2 I I A A A a a 3 I I 2I I 1 I I B B B a a 3 I I I 2 I 1 I I C C C a a 3
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三相变压器Yyn连接单相运行
U I Z U a A a k I Z U a a k E I Z U
a0 0 a0 2
E U A0 0
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三相变压器Yyn连接单相运行
• a相电流为:
东南大学 电气工程学院
三相变压器的各序阻抗及其等效电路
Yyn接法的零序等效电路 • 零序电流由次级侧有中线电流引起 • 初级侧无零序电流,但感应零序(相)电势
• 如果Z0较大,较小的中线电流会造成相电压较大的不对称。 其不对称的程度还与变压器的磁路有关。
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三相变压器的各序阻抗及其等效电路
零序激磁阻抗相当于在负载中增加了一 个阻抗Zm0/3
东南大学 电气工程学院
三相变压器Yyn连接单相运行
零点浮动 • 外施电压对称,当次级侧 接有单相负载后,在每相 绕组上都叠加有零序电势, 造成相电压不对称,在相 量图中表现为相电压中点O’ 偏离了线电压三角形的几 何中心O。
• 中点浮动的程度主要取决 于零序电势E0,E0的大小 取决于零序电流的大小和 磁路结构。
A
C
• 三相不对称系统:三相中的电压 Ua 、 Ub 、 Uc 互不相 关——大小不一定相等,相位关系不固定 Ua、Ub、Uc为三个独立变量
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对称分量法
• 对称还会用到。 任意一组三相不对称的物理量(电压、电流等)均可分 解成三组同频率的对称的物理量。 以电流为例,说明如下:
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三相变压器的各序阻抗及其等效电路
零序电流在变压器绕组中的流通情况 • 零序电流能否流通与三相绕组的连接方式有关。 Y接法中无法流通 YN接法可以流通 D 接法线电流不能流通零序电流,但其闭合回路能为零序 电流提供通路,如果另一方有零序电流,通过感应也会在 D接法绕组中产生零序电流。 Y,y;Y,d;D,y;D,d——无零序电流
影响:零序磁通途经变压器油箱,引起油箱壁局部发热。
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三相变压器Yyn连接单相运行
• 三相变压器组,各相磁路独立,零序磁阻较小,Zm0=Zm。 很小的零序电流也会感应很大的零序电势,中点有较大的 浮动,造成相电压严重不对称。 如一相发生短路,即ZL=0
-I=3UA+/Zm=3I0 短路电流仅为正常激磁电流的3倍 Ua=0,则E0=UA+,零序电势大,中点浮动到A顶点
东南大学 电气工程学院
三相变压器Yyn连接单相运行
•条件:外施线电压为对称,没有负序分量电压和零序分 量电压,各绕组上的正序电压UA+、UB+、UC+即为电源 相电压。
•次级侧产生负序分量电流和零序分量电流,产生相应的
负序磁通和零序磁通,在初级、次级绕组中感应负序分
量电压和零序分量电压。
(2)不同相序具有不同阻抗参数,电流流经
电机和变压器具有不同物理性质。
(3)对称分量法根据叠加原理,只适用于线
性系统中。
东南大学 电气工程学院
三相变压器的各序阻抗及其等效电路
• 正序阻抗和正序等效电路
前几节所讲的等效电路实际上是三相变压器的正序 等效电路,其简化等效电路图如图所示
rk+ UA+
xk+
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对称分量法
• 对称的三相系统:三相中的电压Ua、Ub、Uc对称,只 有一个独立变量。如三相相序为 a 、 b 、 c ,由 Ua 得出 其余两相电压 Ub=α2 Ua, Uc=αUa
B
• 复数算子α=ej120=e-j240 α = cos120°+j sin120° α2=ej240=e-j120 α3=ej360=ej0=1
电机学
三相变压器的不对称运行及瞬态过程
东南大学电气工程学院 黄允凯
东南大学 电气工程学院
本章内容
1 2 3 4
对称分量法
三相变压器的各序阻抗及其等效 电路
三相变压器Yyn连接单相运行
变压器二次侧突然短路时的瞬态 过程
5
变压器空载合闸时的瞬态过程
东南大学 电气工程学院
对称分量法
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。 着重分析 • 不对称运行的分析方法 • 正序阻抗、负序阻抗及零序阻抗的物理概念及测量方法 • 危害性 ——三相变压器在 Y , yn 连接时相电压中点浮动的 原因及其危害
. . IA+=-Ia+
.
-Ua+
.
Z rk jxk r k jxk Z k
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三相变压器的各序阻抗及其等效电路
• 负序阻抗和负序等效电路
对负序分量而言,其等效电路与正序没有什么不 同,因为各相序电流在相位上也是彼此相差120°, 至于是B相超前C相,还是C相超前B相,变压器内部的 电磁过程都是一样的。于是负序等效电路与正序一样
叠加于BC相,B、C相电压均等于原额定线电压。
结论:三相变压器组不能接成Y,yn运行。
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三相变压器Yyn连接单相运行
小结
• 不对称运行的分析常采用对称分量法——把不对称的 三相电压或电流用对称分量法分解为对称的正序分量 系统、负序分量系统和零序分量系统。分别对各对称 分量系统作用下的运行情况进行分析,然后把各分量 系统的分析结果叠加起来,便得到不对称运行时总的 分析结果。
YN,d和D,yn接法——如YN或yn中有零序电流,d或D中也感
应零序电流。 YN,y和Y,yn接法——当YN或yn中有零序电流,y或Y中也不
会有零序电流。
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三相变压器的各序阻抗及其等效电路
•零序等效电路
(1)首先分析零序电流的来源; (2)确定初、次级侧相、线中的零序电流情况; (3)零序电流的等效电路; (4)对运行的影响。
YN,d接法的零序等效电路
初级、次级侧均能流通零序电流,但是不能流向次级侧 负载电路
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三相变压器的各序阻抗及其等效电路
一次侧绕组有中线,零序电流可以流通,而二次侧组的 三角形联接使零序电流处于短路状态 ,所以从一次侧 看进去,其等效电路如图
YN,d接法的零序阻抗是一很小的阻抗。 电源有较小的UA0,会引起较大的零序电流,导致变压器过热。 应有保护措施监视中线电流。
•零序磁通在铁芯中流通路径 •由于三相的零序电流在时间上同相位,所产生的三相 零序磁通及其感应的三相零序电势各相均同相位。
•零序磁通及其感应电势的大小与磁路系统有关。
(1) 三相磁路独立
零序磁通路径与正序、负序磁路相同,磁阻较小, 激磁阻抗较大 Zm0=Zm=rm+jxm (2) 三相磁路相关 零序磁通只匝链各自绕组,以变压器油及油箱壁为回 路,磁阻较大,零序激磁阻抗较小 Zm0 << Zm
步骤1. 列出端点方程
I I a I 0 I b c I Z U
a L
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三相变压器Yyn连接单相运行
步骤2. 分解为不对称分量
I I a I 0 I b c
1 I I 2I 1I I a a b c 3 3 1 I 2I I 1I I a a b c 3 3 1 I I I 1 I I
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U A 2Z k Z 2 Z m0 3Z L
• 负载电流为:
• 如略去Zk和Z2
3 U A I I I I a a a0 2Z k Z 2 Z m0 3Z L
3 U A I Z m 0 3Z L
• 零序分量电流三相同相,其流经变压器的情况与变压 器的连接方法有关:
①Y,y;Y,d;D,y;D,d连接无零序电流。
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三相变压器Yyn连接单相运行
• 在Y,yn接法中,零序电流只能在次级侧流通,在初级侧电 路中虽感应有零序电势,但无零序电流流通。 • Ia0、Ibo、Ic0为激磁性质电流,建立起同时和原、副线圈 交链的零序主磁通,在原、副线圈中感应零序电势E0。
• 初级侧的零序电压即等于零序电势。
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对称分量法
• 把不对称的三相系统分解为三个独立的对称系统, 即正序系统、负序系统和零序系统 • 下标“+”、“-”、“0”分别表示正序、负序和零 序
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对称分量法
• 结论 (1)正序、负序和零序系统都是对称系统。
当求得各个对称分量后,再把各相的三个
分量叠加便得到不对称运行情形。
• •
假设:外施电压为对称三相电压 目的:分析Y,yn接法中的零序电流的影响
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三相变压器Yyn连接单相运行
已知变压器参数和一次侧外施电压 • 负载电流I • 初级侧电流IA、IB、IC • 初级、次级侧相电压UA、UB、UC和Ua、Ub、Uc。
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三相变压器Yyn连接单相运行
a0 3 a b c 3
初级侧星形连接,无零序电流通路,相电流只有正序与负序 分量
I I I I 2 I I A A A a a 3 I I 2I I 1 I I B B B a a 3 I I I 2 I 1 I I C C C a a 3
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三相变压器Yyn连接单相运行
U I Z U a A a k I Z U a a k E I Z U
a0 0 a0 2
E U A0 0
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三相变压器Yyn连接单相运行
• a相电流为:
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三相变压器的各序阻抗及其等效电路
Yyn接法的零序等效电路 • 零序电流由次级侧有中线电流引起 • 初级侧无零序电流,但感应零序(相)电势
• 如果Z0较大,较小的中线电流会造成相电压较大的不对称。 其不对称的程度还与变压器的磁路有关。
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三相变压器的各序阻抗及其等效电路
零序激磁阻抗相当于在负载中增加了一 个阻抗Zm0/3
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三相变压器Yyn连接单相运行
零点浮动 • 外施电压对称,当次级侧 接有单相负载后,在每相 绕组上都叠加有零序电势, 造成相电压不对称,在相 量图中表现为相电压中点O’ 偏离了线电压三角形的几 何中心O。
• 中点浮动的程度主要取决 于零序电势E0,E0的大小 取决于零序电流的大小和 磁路结构。
A
C
• 三相不对称系统:三相中的电压 Ua 、 Ub 、 Uc 互不相 关——大小不一定相等,相位关系不固定 Ua、Ub、Uc为三个独立变量
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对称分量法
• 对称还会用到。 任意一组三相不对称的物理量(电压、电流等)均可分 解成三组同频率的对称的物理量。 以电流为例,说明如下:
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三相变压器的各序阻抗及其等效电路
零序电流在变压器绕组中的流通情况 • 零序电流能否流通与三相绕组的连接方式有关。 Y接法中无法流通 YN接法可以流通 D 接法线电流不能流通零序电流,但其闭合回路能为零序 电流提供通路,如果另一方有零序电流,通过感应也会在 D接法绕组中产生零序电流。 Y,y;Y,d;D,y;D,d——无零序电流
影响:零序磁通途经变压器油箱,引起油箱壁局部发热。
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三相变压器Yyn连接单相运行
• 三相变压器组,各相磁路独立,零序磁阻较小,Zm0=Zm。 很小的零序电流也会感应很大的零序电势,中点有较大的 浮动,造成相电压严重不对称。 如一相发生短路,即ZL=0
-I=3UA+/Zm=3I0 短路电流仅为正常激磁电流的3倍 Ua=0,则E0=UA+,零序电势大,中点浮动到A顶点
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三相变压器Yyn连接单相运行
•条件:外施线电压为对称,没有负序分量电压和零序分 量电压,各绕组上的正序电压UA+、UB+、UC+即为电源 相电压。
•次级侧产生负序分量电流和零序分量电流,产生相应的
负序磁通和零序磁通,在初级、次级绕组中感应负序分
量电压和零序分量电压。
(2)不同相序具有不同阻抗参数,电流流经
电机和变压器具有不同物理性质。
(3)对称分量法根据叠加原理,只适用于线
性系统中。
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三相变压器的各序阻抗及其等效电路
• 正序阻抗和正序等效电路
前几节所讲的等效电路实际上是三相变压器的正序 等效电路,其简化等效电路图如图所示
rk+ UA+
xk+
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对称分量法
• 对称的三相系统:三相中的电压Ua、Ub、Uc对称,只 有一个独立变量。如三相相序为 a 、 b 、 c ,由 Ua 得出 其余两相电压 Ub=α2 Ua, Uc=αUa
B
• 复数算子α=ej120=e-j240 α = cos120°+j sin120° α2=ej240=e-j120 α3=ej360=ej0=1
电机学
三相变压器的不对称运行及瞬态过程
东南大学电气工程学院 黄允凯
东南大学 电气工程学院
本章内容
1 2 3 4
对称分量法
三相变压器的各序阻抗及其等效 电路
三相变压器Yyn连接单相运行
变压器二次侧突然短路时的瞬态 过程
5
变压器空载合闸时的瞬态过程
东南大学 电气工程学院
对称分量法
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。 着重分析 • 不对称运行的分析方法 • 正序阻抗、负序阻抗及零序阻抗的物理概念及测量方法 • 危害性 ——三相变压器在 Y , yn 连接时相电压中点浮动的 原因及其危害
. . IA+=-Ia+
.
-Ua+
.
Z rk jxk r k jxk Z k
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三相变压器的各序阻抗及其等效电路
• 负序阻抗和负序等效电路
对负序分量而言,其等效电路与正序没有什么不 同,因为各相序电流在相位上也是彼此相差120°, 至于是B相超前C相,还是C相超前B相,变压器内部的 电磁过程都是一样的。于是负序等效电路与正序一样
叠加于BC相,B、C相电压均等于原额定线电压。
结论:三相变压器组不能接成Y,yn运行。
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三相变压器Yyn连接单相运行
小结
• 不对称运行的分析常采用对称分量法——把不对称的 三相电压或电流用对称分量法分解为对称的正序分量 系统、负序分量系统和零序分量系统。分别对各对称 分量系统作用下的运行情况进行分析,然后把各分量 系统的分析结果叠加起来,便得到不对称运行时总的 分析结果。
YN,d和D,yn接法——如YN或yn中有零序电流,d或D中也感
应零序电流。 YN,y和Y,yn接法——当YN或yn中有零序电流,y或Y中也不
会有零序电流。
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三相变压器的各序阻抗及其等效电路
•零序等效电路
(1)首先分析零序电流的来源; (2)确定初、次级侧相、线中的零序电流情况; (3)零序电流的等效电路; (4)对运行的影响。
YN,d接法的零序等效电路
初级、次级侧均能流通零序电流,但是不能流向次级侧 负载电路
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三相变压器的各序阻抗及其等效电路
一次侧绕组有中线,零序电流可以流通,而二次侧组的 三角形联接使零序电流处于短路状态 ,所以从一次侧 看进去,其等效电路如图
YN,d接法的零序阻抗是一很小的阻抗。 电源有较小的UA0,会引起较大的零序电流,导致变压器过热。 应有保护措施监视中线电流。
•零序磁通在铁芯中流通路径 •由于三相的零序电流在时间上同相位,所产生的三相 零序磁通及其感应的三相零序电势各相均同相位。
•零序磁通及其感应电势的大小与磁路系统有关。
(1) 三相磁路独立
零序磁通路径与正序、负序磁路相同,磁阻较小, 激磁阻抗较大 Zm0=Zm=rm+jxm (2) 三相磁路相关 零序磁通只匝链各自绕组,以变压器油及油箱壁为回 路,磁阻较大,零序激磁阻抗较小 Zm0 << Zm
步骤1. 列出端点方程
I I a I 0 I b c I Z U
a L
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三相变压器Yyn连接单相运行
步骤2. 分解为不对称分量
I I a I 0 I b c
1 I I 2I 1I I a a b c 3 3 1 I 2I I 1I I a a b c 3 3 1 I I I 1 I I
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