《电机学》复习资料

电机学备考部分CHM 一．电机的分类1. 1）机械能转换为电功率---发电机 2）电功率转换为机械能---电动机3）电功率转换为另一种形式的电功率---变压器、交流机、变频机、移相机 4）不以传递能量为主要职能，在电气机械系统运行起调节、放大、控制2.按电流种类：直流电机、交流电机3.按原理和运动方式1）没有固定同步速度---直流电机 2）静止设备---变压器3）作为电动机运行时，速度较同步速度小；作为发电机运行时，速度较同步速度大---异步电机4）速度等于同步速度---同步电机5）速度可以在宽广的范围内随意调节，可以从同步速度下调至同步速度以上---交流换向器电机【同步速度指的是定子的旋转磁场】二．电机的磁路和磁路定律电在电机中主要以路的形式出现，即由电机内的线圈（或绕组）构成电机的电路磁在电机中是以场的形式存在，常把磁场简化磁路处理1.电机的电磁基本理论1）线圈中流过电流将产生磁场（右手螺旋），穿过线圈的磁通形成磁链，一个线圈通过单位电流所产生的磁链为该线圈的电感。

2）线圈流过正弦交流电时，线圈电感常用相应的电抗表示wl x l =（w 为交变频率） （施加电压↑ 磁通磁路越大 磁路越饱和 磁阻↑ 电抗↓）3）电磁感应定律：若线圈中磁链发生变化，线圈感应出电动势（线圈感应电动势趋于阻碍磁链变化）三．变压器1）标幺值=实际值/基值（基值一般取额定值） 2）测定参数⑴空载实验 （计算励磁电阻电抗，r1、x1很小可忽略）电路等效图：计算公式：000i u z =020i p a r =a a r z x 202-=一般加压于低压侧，原因：空载实验测得是励磁电抗和电阻，励磁电流大些才能测出，并且在低压侧操作比较安全⑵短路实验 等效电路图：计算公式：kki u k z 11=kki p k r 2=k k k r z x 22-= 一般加压于高压侧，原因：短路实验所测的是k r 和k x ，所以励磁电流要比较小；若加在低压侧，就算1i 很小，但2i 也很大，而2x 2r 很小，避免大电流烧坏绕组。

Eg1.35p 例2-1 三相参数测定三相 2500=N S kV A 额定电压60/6.3KV yd 连接 （1）高压和低压侧的额定电压和电流？（2）等效电路参数的欧姆值和标幺值，画出近似等效电路图(3)励磁支路用导纳表示数值和标幺值 解：(1)高压侧y 接：kV U N 6011= 3111N U N U =φ 113111N U SN N N I I ==φ低压侧d 接：kV U U N N 3.6222==φ 22322N U SN N I = 3222N I N I =φ(2)空载实验在低压侧测（d 接）V U U l 63002020==φ lU Sl I 2020= 32020l I I =φφφ20200I U Z =φ20203I p a r =( 功率指的是三相，所以求a r 时需要除以3；阻抗指的是相的值，对应电流需为相值) a a r z x 202-=（由于低压侧为副边，需进行归算） 归算到高压侧 φφN N U U k 21=(k 对应额定时的相值)02Z k Z m = a m r k r 2= a m x k x 2=标幺值：计算出各边的基值（注意为额定的相值）短路实验在高压侧（y 接）V U Kl 48001= 311KlU K U =φ φK Kl I I 11=k k i u k z 11= kk i p k r 2= k k k r z x 22-= (3)01z Y =*10*Z Y =mm mx r r m g 2'2''+=mm mx r x m b 2'2''+=3）电压变化速率 (体现运行性能)100%20220⨯=∆-U U U U 10010012'1222⨯=⨯=--NN N N U U U U U U 阻抗三角Z Xl 电流滞后电压：感性负载（电感使电流不能突变） RXc 电流超前电压：容性负载（电容使电压不能突变）4）变压器的并联（一次绕组接至共同的1u ，二次绕组接至共同的2u ） ⊙优点：供电可靠，系统运行效率高，减少除投资，减少备用容量接：将三相末端连在一起，将它们首段引出∆接：把一相的末端和另一相的首段连接起来⊙三相变压器的连接组别：先确定A E 、B E 、C E 的方向，然后根据同名端（异名端）确定a E 、b E 、c E ，最后根据y 接、∆接，确定及画出AB E 与ab E 的位置//图⊙并联条件：①额定电压相等（变比相等 or 原副边匝数相等） ②有相同的连接组③短路阻抗标幺值相等（内阻相等） 若不满足所带来的影响：①变比不同 （k 允许误差在0.5以内） 近似相等A 、B 两点形成环流（环流存在，增大了空载损耗，即增大了变压器损耗） ②连接组不同 （至少相差30°） 需绝对一致 形成环流③内阻不等 （允许10%以内） 近似相等 无法充分利用变压器 K K Z I Z I 21∏I =(负载系数与内阻成反比，内阻越小负载系数越大，越容易达到满载；电阻越大负载系数越小。

)⊙计算公式（并联运行时负载分配情况）∏∏•I I ••==-•K K KU Z I Z I U 2221→电流分配：KI Z K U U I 1221⎪⎭⎫ ⎝⎛-=•I ••内阻越大，电流越小 负载系数**1121::∏I=k k z z ββ每台分配输出功率S S ni k k z z ∑==III 11每台功率比****::::11∏∏II ∏∏II ∏I ===∏I k N k N k N k N k k u S u S z S z S z z S S →**k k u z =Eg2.54p 题3-3 运行负载分配KVAS KVA S NI NI 10001000== 不容许任何一台过载，下列两组变压器可供最大负载（1）当变压器I 的短路电压为变压器∏的短路电压的90%，即**9.0∏=k kI u u 解：Θ****::::11∏∏II ∏∏II ∏I===∏I k N k N k N k N k k u S u S z S z S z z S S →**k k u z = 由此可知1:9.0:**=∏k kI z z （内阻小先达到满载） 11=β**1121::∏I=k k z z ββ →2β∏+=N NI S S S 21ββEg3.55p 题3-4 并联运行负载分配 yd11KVA S NI 500= KVA S N 1000=∏ 6300/400V 6300/400V高压短路 250V /32A 300V/82A (1)该两变压器的短路电压k u 各位多少？(2)当该变压器并联运行，且供给总负载为1200kV A ，问每台变压器各供给多少负载？(3)当负载增加时哪一台先满载？设任一台变压器不容许过载，问该两台变压器并联运行时可供最大的负载是多少？(4)设负载功率因数为1，当总负载为1200kW ，求每台变压器二次绕组中的电流。

解：（1）求k u 其实求的就是*k z ，也就是*k u **k k k z u u == 短路可求：k z 给的额定值可求b z（2）由（1）求出*k z ，即可求负载系数 ∏+=N NI S S S 21ββ （3）由(1)可知较小负载，较小负载先到达满载，令其β为1 **1121::∏I=k k z z ββ 可以求出另一个 β，从而∏+=N NI S S S 21ββ （4）纯电阻φ2I 总Φ=COS U P N φ223φ2I 总=∏I +22I I **:::22∏∏II ==∏I ∏I k N k N u S u S S S I IEg4（师补）两台变压器并联运行 kVA S N 6300= kVA S N 50002= 连接组Yy0 短路阻抗：07.0*=kI z 075.0*=∏k zkV u u NN3.63521= 不计阻抗角差别试计算：并联组最大容量 最大输出电流 利用率解：最大输出电流Nm U S N I 232= Yy0 φ22I I N =利用率21N N m S S S +Eg5.（师补）kVA S N 32001=I kV u u NN3.63521= %9.6=KI U kVA S N 56002=∏ kV U U NN3.63521= %5.7=∏K U(1)试求输出总量kVA S 8000=,每台分担多少？ (2)输出最大容量？ //计算第一题5）交流电机同步电机的电枢绕组（定子绕组） 交流绕组异步电机的定子、转子绕组（1）①三相对称绕组的基本要求：三项绕组匝数相同，电角度120°---对称；能产生最大 的基波、电动势和磁动势---分布绕组、短距助于消弱谐波 ②电角度描述的是磁极对数：1对磁极为360°③相带：一个磁极电角度为180°，分三相，每相为60° ④每极每相槽数 mpz q 2=每个磁极对应的槽数（极距）pz 2=τ相邻两槽的电角度zn 360⨯=α（2）三相单层绕组(链式绕组、同心式绕组)0•F 6）同步电机：定子的旋转磁场与转子的旋转磁场转速相同0•F 转子的直流场 a F •定子交流场 a F •功矩角δ定子磁场与转子磁场的角度0>δ发电 0=δ补偿机 0<δ电动0E 空载电动势：转子单独作用，切割定子绕组产生电动势对称负载时的电枢反应：去磁、助磁、交磁隐极式：磁极少、气隙均匀、含有集电环 ①转子结构凸极式：磁极多，气隙不均匀②同步电机空载运行（fN f I I = N n n = 定子绕组开路） 空载电动势0E :转子磁极单独作用，切割定子绕组 电枢电动势a E ：定子绕组产生感应电动势对称负载电动势：a E E E +=01③对称负载的电枢反应 ⊙参数ψ：定子电流与空载电动势夹角———内功率因数 θ：定子电流与定子电压的夹角———外功率因数 δ：定子电压与0E 的夹角———功矩角定子电流产生••=I N F a （a F •与I 同相） 1.•I 与0•E 同相 ψ=0 0111044.4Φ-=•w k N f j E （Φ超前0•E 90°）电枢反应：交磁，既没增加磁通也没有减小磁通 电机工作状态：发电状态 负载性质：纯电阻2.ψ=90°电枢反应：直轴去磁电机工作状态：空载---补偿机 负载性质：纯感性3.ψ=180° 电枢反应：交磁 电机工作：电动机 负载性质：纯阻性4.ψ= —90° 电枢反应：助磁 电机工作：空载 负载性质：纯容性Eg6. （师补）汽轮机 kW P N 25000= kV u N 5.10= Y 接 8.0=N COS φ(滞后) 13.2*=s x 0=a r 每相空载电动势75200=•E V 计算：电枢电流（大小、相位角）判断电枢反应 （1）每相7.52Ω纯电阻 （2）每相7.52Ω纯电感 （3）每相15.04Ω纯电容 （4）每相7.52-j7.52Ω 解：NN N COS U P N I φ3= φφN N I U b Z =b s s z x x *=（1）sjx x E I +••=设075200∠=•E ° （2） sjx x E I +••=设 075200∠=•E （3） s jx x E I +••= 设 075200∠=•E （4） sjx x E I +••=设075200∠=•E④隐极式同步电机的分析方法 等效电路图电压平衡方程式)]([0δx x j r I U E a a +++=••• 同步发电机电抗： δx x x a s += a r ：内阻，常可忽略 δx ：漏磁通等效电抗 a x ：电枢反应等效电抗向量图⑤凸极式同步电机分析方法 等效电路图：电压平衡方程式)(0q d d Q x x jI E E -+=•• 同步电抗 ad aq s x x x x ++=δ ad aq a x x x +=直轴电抗：ad d x x x +=δ 交轴电抗：aq q x x x +=δ向量图Eg7.243p 题12-3kW P N 72500= kV U N 5.10= Y 接 8.0=N COS θ(滞后) 水轮机 1*=d x 554.0*=q x 0=a r试求额定负载下的空载电动势0E 和0•E 与0•I 的夹角。