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1、电机学2 (236316196),1讲什么？不对称问题谐波问题暂态问题2为什么讲？3怎么讲？4学分？手写笔记,一。不对称问题分析方法与应用,1。对称分量法的基本原理(汤书)1.1 三相对称系统的概念、表达，不对称问题引入1.2 不对称与对称系统的转换对称分量法1.3 物理解释2。对称分量法应用2.1 椭圆形磁场分析2.2 单相感应电动机原理分析2.3 三相变压器不对称运行分析2.4 同步发电机不对称运行分析,1。对称分量法的基本原理(汤书) 1.1 三相对称系统的概念、表达，不对称问题引入,三相对称系统的瞬态表达式：,1。对称分量法的基本原理(汤书) 1.1 三相对称系统的概念、表达，不对称问
2、题引入,则三相对称系统的向量表达式,引入复数算子a：,复数算子a的一些特性,只有一个独立向量U，用一个向量U即可表示整个对称三相系统！,1。对称分量法的基本原理(汤书) 1.1 三相对称系统的概念、表达，不对称问题引入,不对称三相系统的瞬态表达式：,不对称三相系统的向量表达式：,以A相为参考向量,有5个独立变量,大小不相同相差不是120度但频率是相同的,多种原因引起,A,B,C,1。对称分量法的基本原理(汤书p258) 1.1 三相对称系统的概念、表达，不对称问题引入,对称三相系统的求解，已经学习和掌握。用一相的等效电路求解,不对称三相系统的求解，该怎么办？,转换,对称分量法,等效电路是由对称
3、系统构建的,1。对称分量法的基本原理(汤书p258) 1.2 不对称与对称系统的转换对称分量法,要求解不对称三相系统，就需要将不对称转换为对称系统,转换的方法：对称分量法；转换的思想：把不对称的三相系统分解为相序分别为正、负、零的三个独立的对称系统的叠加,转换的思路：a。假设有独立对称系统U+,U,Uo，其叠加正好构成不对称三相系统；b。如果能够找到这三个对称系统的表达式，则假设成立；c。相应的，不对称的三相系统也就分解成了三个独立的对称系统U+,U, Uo，,三个独立变量+两个相对角度变量,1。对称分量法的基本原理 1.2 不对称与对称系统的转换对称分量法,转换的推导,1。对称分量法的基本原
4、理 1.2 不对称与对称系统的转换对称分量法,1。对称分量法的基本原理 1.2 不对称与对称系统的转换对称分量法,1。对称分量法的基本原理 1.3 物理解释,1。对称分量法的基本原理 1.3 物理解释,不对称三相系统分解为三个独立的对称系统：正序系统、负序系统和零序系统,1。对称分量法的基本原理 1.3 物理解释 例1,设有一不对称三相电压请将其分解为对称分量。,1。对称分量法的基本原理 1.3 物理解释 例1,设有一不对称三相电压请将其分解为对称分量。,注意每一个对称系统又有abc三个分量,1。对称分量法的基本原理 1.3 物理解释 例2,设有一不对称三相电压请将其分解为对称分量。,注意其物
5、，记住结论理含义,通入三相对称绕组，结果怎样？,1。对称分量法的基本原理 1.3 物理解释及算例,（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。（2）不同相序可能具有不同的阻抗参数：即存在相应的正序阻抗、负序阻抗和零序阻抗，其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，只适用于线性参数的电路中。,结论,2。对称分量法应用2.1 椭圆形磁场分析,引入我们知道：三相对称绕组通以三相对称电流产生空间正弦分布的圆形旋转磁场而三相对称绕组中通以不对称三相电流则产生空间仍然是正弦分布的椭圆形旋转磁场。但椭圆形旋转磁场是如何
6、产生的呢？现在可以用对称分量法加以解释：,不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势,将不对称的三相系统分解为三个对称的系统，即正序系统、负序系统和零序系统。每相电流分解为三个分量，每相磁势也可分解为三个分量。当正序电流流过三相绕组时，产生正向圆形旋转磁势，亦称正序圆形旋转磁势当负序电流流过三相绕组时，产生负向圆形旋转磁势当0序电流流过三相绕组时，产生?磁势,2。对称分量法应用2.1 椭圆形磁场分析,当电流为不对称三相电流时，将其分解为正弦、负序和零序三个对称分量，它们分别产生各自的磁场。它们幅值一般不相同。 正序分量产生正向圆形同步旋转磁场F+ 负序分量产生反向圆形同步旋转磁场F 零序分量不产
7、生磁场任一瞬间的合成磁势可看成由正向磁势F+和反向磁势F-两个分量叠加而成，其在空间仍按正弦分布。 用旋转矢量表示为空间矢量和，不同时刻，有不同的振幅，其端点轨迹为一椭圆，,所谓的双旋转理论,2。对称分量法应用2.1 椭圆形磁场分析,椭圆形旋转磁场是一般化的、现实中普遍存在的一种磁场圆形旋转磁场是其一个理想化的特例，只由正序或负序电流产生事实上，脉振磁场也是其另一个特例： 脉振磁场是由单相绕组中通以单相正弦电流产生的，我们也可将其看出是三相对称绕组中通以了三相不对称电流（如IaI,Ib0,Ic0 ），故也可用对称分量法对脉振磁场进行分析。,与椭圆形旋转磁场可看成正向圆形旋转磁势F+和反向圆形旋
8、转磁势F-的合成类似脉振磁场也可看成正向圆形旋转磁势F+和反向圆形旋转磁势F-的合成。区别在于：合成椭圆形旋转磁场的F+、F-幅值不等，而合成脉振磁场的F+、F-幅值相同.,2。对称分量法应用2.2 单相感应电动机原理分析（汤书p201/p388）,一、结构：定子为单相绕组（工作绕组,但通常还有起动绕组或辅助绕组）；转子为鼠笼式。二、工作原理（只有工作绕组时）单相交流绕组通入单相交流电流产生脉动磁动势，其可分解为F+、F-，建立起正转和反转磁场+、-，这两个磁场切割转子导体，产生感应电动势和感应电流，从而形成正反向电磁转矩T+、T-，叠加后即为推动转子转动的合成转矩T。,定子两相绕组：m 主绕
9、组，工作绕组 a 辅助绕组，起动绕组,转子为鼠笼式绕组,2。对称分量法应用2.2 单相感应电动机原理分析,2、分析方法1 对称分量法 辅助绕组开路时 Ia0 对称分量法分解成对称分量2 双旋转磁场理论,正序旋转磁场Fm+,负序旋转磁场Fm,合成脉振旋转磁场Fm,设电动机转速为n，则对正转磁场而言，转差率为s+；为对反转磁场而言，转差率为s-,双旋转理论分析当作不对称状态的三相电机,2。对称分量法应用2.2 单相感应电动机原理分析,正序等效电路:,正序电压，产生正序电流，建立正向旋转磁场，产生正向转矩，拖动转子同方向旋转。正序转差率,2。对称分量法应用2.2 单相感应电动机原理分析,负序等效电路
10、:,负序电压，产生负序电流，建立负向旋转磁场，产生反向转矩，与转子旋转方向相反。阻力转矩负序转差率,2。对称分量法应用2.2 单相感应电动机原理分析,零序电压与零序电流三相异步电机一般不接中线，可不考虑零序电流。 (零序磁场不存在，等效电路不存在，不考虑),电机本体参数，不含s,2。对称分量法应用2.2 单相感应电动机原理分析,3、单相感应电动机等效电路,辅助绕组开路时 电压分量,电流分量,2。对称分量法应用2.2 单相感应电动机原理分析,4、辅助绕组开路时的转矩计算,注意负号的含义,2。对称分量法应用2.2 单相感应电动机原理分析,5、辅助绕组开路时的转矩,1起动转矩等于零当sl时，T+T-
11、，T0，单相电机仅一个绕组工作不能自行起动。2转动后单相电机可以在一个绕组情况下运行转子转动时，则Z+Z-，T+T-，TO，由于有负序转矩存在，所以其过载能力和效率均有所降低。3理想空载状态也达不到同步转速 因有负序转矩存在，即使转轴上不带任何负载不计摩擦转矩，转子电流也不可能约为零，单相电机达不到接近同步转速。,2。对称分量法应用2.2 单相感应电动机原理分析,三、单相感应电动机的起动与运行1.分相起动/单相运行电动机电容起动电动机：转向由起动绕组转向工作绕组；电容运行电动机：实质为两相异步电动机；电阻起动电动机：起动转矩小，只适用于比较容易起动的场合。2.罩极电动机结构特点：凸极定子，工作
12、绕组为集中绕组，极靴表面的某处开槽，小极部分罩短路环（即为罩极绕组）；,工作特点：电动机起动转矩很小，只适用于小型风扇、电动模具及电唱机中，容量一般在3040瓦以下,电容起动电动机,合理选择电容器和主辅绕组匝数，使起动时气隙磁场接近圆形旋转磁场。可以有较高的起动转矩。 电动机起动后，在离心力作用下断开常闭触点，自动切断辅助电路单相运行,电容运行电动机,额定负载时有接近圆形旋转磁场，性能性能较好起动时椭圆度差，起动转矩小空载有负序磁势，空载电流大，损耗大,双值电容电动机,在辅助绕组回路中串接两个并联的电容器运行电容CR固定接入辅助绕组电路起动电容Cs在起动时接入，起动后靠离心开关Q断开电机有较好
13、的起动和运行性能,6、单相异步电动机的起动,电阻起动单相电动机,只要两个回路的阻抗不同，Im、Ia便不同相位，从而建立旋转磁场，产生电磁转矩 结构简单，起动转矩低,7、罩极电动机,罩极绕组 短路环 穿过短路环与不穿过短路环的两部分磁场有时间相位差两个磁场在空间和时间上不同相 合成磁场是椭圆形旋转磁场 ，旋转方向从未罩极部分转向罩极部分,2。对称分量法应用2.3 三相变压器不对称运行分析,2。对称分量法应用2.3 三相变压器不对称运行分析 参考许书,三相变压器不对称运行状态的主要原因：外施电压不对称。三相电流也不对称。各相负载阻抗不对称。当初级外施电压对称，负载不对称、三相电流不对称。不对称的三
14、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。外施电压和负载阻抗均不对称。,本节着重：以Y，yn三相变压器，不对称运行（单相负载）的分析为例，说明分析方法。建立正序阻抗、负序阻抗及零序阻抗的物理概念相电压中点浮动的原因及其危害,2。对称分量法应用2.3 三相变压器不对称运行分析,将三相不对称电流、电压分解为三组对称分量后，不对称问题的求解就转化为了对三组正序、负序、零序等效电路的求解：,正序等效电路，与以前电机学中的对称系统完全一样，其正序电流所遇到的阻抗。用简化等效电路：,2。对称分量法应用2.3 三相变压器不对称运行分析,负序等效电路，虽然相序与正序相反但物理结构上完全相
15、同，与正序电流所遇到的阻抗相同。用简化等效电路：,2。对称分量法应用2.3 三相变压器不对称运行分析,零序电流所遇到的阻抗！1. 零序电流在三相变压器绕组中的流通情况2.如能流通，则存在相应的零序等效电路3.零序电流产生的磁通在三相变压器铁芯中流通路径4.零序激磁阻抗测量方法（简要）,2。对称分量法应用2.3 三相变压器不对称运行分析,1.零序电流在变压器绕组中的流通！,零序电流能否流通与三相绕组的连接方式有关。Y接：无法流通 YN接：可以流通D接：线电流不能流通，但其闭合回路能为零序电流提供通路，即相电流中可能有零序电流。（如果一侧有零序电流，通过感应也会在D接法每相绕组中产生零序电流。）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每相中也感应零序电流，线电流则没有。（后面分析）YN,y和Y,yn接法即使YN、yn中有零序电流，y、Y中也不会有零序电流。 （后面分析）,2。对称分量法应用2.3 三相变压器不对称运行分析,2.零序等效电路,（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。,
