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1、电机学电机分类1 磁路1.1 磁路基本定律磁路：磁通所通过的路径。 主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多，绝大部分磁通将在铁心内通过， 这部分磁通称为主磁通。 漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，还存在少量分散的磁通， 这部分磁通称为漏磁通。 安培环路定律 全电流定律：磁场强度沿任意的闭合回路的线积分等于闭合回路包围的导体电 流的代数和。 意义：电流是产生磁场的源。， llH dlH dli123lH dlIII 磁路的欧姆定律 磁动势：磁动势：FNi磁阻：磁阻：mlRA磁导：磁导：1/mmR磁通：磁通：/mF R磁路的基尔霍夫第一定律0穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒等于
2、零(或者说进入任一闭合面的磁 通量恒等于穿出该闭合面的磁通量)，这就是磁通连续性定律。 磁路的基尔霍夫第二定律31122 1k kmmm kNiH iRRR定律内容：沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。1.2 常用的铁磁材料及其特性铁磁物质的磁化：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。1.2.1 磁化曲线和磁滞回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 通密度 B 将随之增大，曲线 B=f(H)就称为起始磁化曲线起始磁化曲线。 随着磁场强度 H 的增大，饱和程度增加，Fe减小，Rm增大，导磁性能降低。设计电机和变压器时，为
3、使主磁路内得到较大的磁通量而又不过分增大励 磁磁动势。通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点（磁化曲线开始拐弯的点）膝点（磁化曲线开始拐弯的点） 附近。 1）磁滞回线）磁滞回线 剩磁：去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁通密度 Br 。 矫顽力：要使 B 值减小到零，必须加上相应的反向外磁场，此反向磁场强度称 为矫顽力。2）基本磁化曲线）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。(a) 磁滞回线 (b) 基本磁化曲线1.2.2 铁磁材料1）软磁材料）软磁材料 磁滞回线窄、剩磁和矫顽力 Hc都小的材料。
4、常用软磁材料：铸铁、铸钢和 硅钢片等。 2）硬磁）硬磁(永磁永磁)材料材料 磁滞回线宽、和 Hc都大的铁磁材料称为硬磁材料。1.3 铁心损耗 1.3.1 磁滞损耗 定义： 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互间不停地摩擦、消耗能量、造成 损耗，这种损耗称为磁滞损耗。n hhmpC fB V由于硅钢片磁滞回线的面积较小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。1.3.2 涡流损耗涡流：铁磁材料在交变磁场将有围绕磁通呈蜗旋状的感应电动势和电流产生， 简称涡流。涡流损耗：涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的 I2R 损耗称为涡流损耗。222 eempC d f B V涡流损耗与磁场交变频率 f，厚度 d
5、和最大磁感应强度 Bm的平方成正比， 与材料的电阻率成反比。要减小涡流损耗，首先应减小厚度，其次是增加涡流 回路中的电阻。电工硅钢片中加入适量的硅，制成硅钢片，可以显著提高电阻 率。1.3.3 铁心损耗 定义：铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。，Feheppp1.32 FeFempCfB G2 变压器2.1 变压器的基本结构和额定值2.1.1 基本结构变压器大致由铁心、绕组及其他部件构成。 铁心铁心：由心柱和铁轭两部分组成，心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接起来， 使 之形成闭合磁路为减少铁心损耗，铁心用厚 0.300.50mm 的硅钢片叠成，片上 涂以绝缘漆，以避免片间短路。心式变压器：心柱被绕组
6、所包围；心式结构的绕组和绝缘装配比较容易， 所以电力变压器常常采用这种结构。 壳式变压器：铁心包围绕组的顶面、底面和侧面；壳式变压器的机械强度 较好，常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。绕组绕组：变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。 一次绕组：输入电能的绕组； 二次绕组：输出电能的绕组。2.1.2 额定值额定容量：在铭牌规定的额定状态下变压器输出视在功率的保证值。 额定电压：铭牌规定的各个绕组在空载、指定分接开关位置下的端电压。 额定电流：根据额定容量和额定电压算出的电流称为额定电流。 额定频率：我国的标准工频规定为 50 赫兹(Hz)。2.2 变压器的空载运行空载电
7、流： 1）作用和组成）作用和组成 一方面：用来励磁，建立磁场-无功分量二方面：供变压器空载损耗-有功分量 2）性质和大小）性质和大小 性质：主要是感性无功性质-也称励磁电流； 大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关。2.2.1 主磁通、激磁电流、激磁阻抗主磁通主磁通：114.44mEfN激磁电流激磁电流：mFeIII&激磁阻抗激磁阻抗：，强调 Zm不是常数，而是随着工作点的饱和程度的mmmZRjX增加而减小。(a)铁心线圈并联等效电路 (b)串联等效电路2.3 变压器的负载运行磁动式平衡：，10mii11mLiii1 12 20LN iN i能量传递方程：1 12 2Leie
8、 i通过一次、二次绕组的磁动势平衡和电磁感应关系，一次绕组从电源吸收 的电功率，通过耦合磁场为媒介，就传递到二次绕组，并输出给负载这就是 变压器进行能量传递的原理。磁动势方程：1 1221 mN IN IN I&漏磁通：在实际变压器中，除了通过铁心、并与一次和二次绕组相交链的主磁 通 之外，还有少量仅与一个绕组交链且主要通过空气或油而闭合的漏磁通。 ，11 111ddieNLdtdt 22 222ddieNLdtdt 漏磁电抗：，11111Ej L IjXI &22222Ej L IjXI &2.4 变压器的基本方程和等效电路2.4.1 基本方程，；1111UI ZE&2222EI ZU&；1
9、2EkE& &；1 1221 mN IN IN I&。1mmEI Z &2.4.2 等效电路绕组归算绕组归算：把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数，而不改变一次和二次绕 组原有的电磁关系。 归算归算：在功率和磁动势保持不变的条件下，对绕组电流和电压的一种线性变换。归算后的基本方程：归算后的基本方程：1111UI ZE&2222EI ZU &12mIII&12mmEEI Z &变压器变压器 T 型等效电路：型等效电路：变压器的近似等效电路：变压器的近似等效电路：变压器的简化等效电路：变压器的简化等效电路：2.5 等效电路参数的测定开路试验开路试验 开路试验亦称空载试验。试验时，二次绕组开路，一次
10、绕组加以额定电压， 测量此时的输人功率、电压和电流，由此即可算出激磁阻抗。2201 2 00|,|mmmmmPUZRXZRII短路试验短路试验 短路试验亦称为负载试验。试验时，把二次绕组短路，一次绕组上加一可 调的低电压。调节外加的低电压，使短路电流达到额定电流，测量此时的一次 电压输入功率和电流,由此即可确定等效漏阻抗。22 2|,|kk kkkkk kkUPZRXZRII阻抗电压用额定电压的百分值表示时有：1k1k k 11100%100%NNNIZUuUU意义： (1) 反映变压器在额定负载运行时，漏阻抗压降的大小； (2) 从运行角度希望阻抗压降小些，使变压器输出电压随负载变化的波动小
11、些；(3) 从安全角度，阻抗电压太小，变压器一旦短路时电流太大，可能损坏变压 器。2.6 三相变压器三相变压器对称运行时，其各相的电压、电流大小相等，相位互差 120。 因此在运行原理的分析和计算时，可以取其中的一相来研究。2.6.1 三相变压器的磁路1)三相变压器组的磁路彼此独立，三相各有自己的磁路。 2)如果把三台单相变压器的铁心拼星形磁路，则当三相绕组外施三相对称电压 时，由于三相主磁通也对称，故三相磁通之和将等于零，即0ABC&2.6.2 三相变压器绕组的联结三相心式变压器的三个心柱上分别套有 A 相、B 相和 C 相的高压和低压绕 组，三相共六个绕组为绝缘方便，常把低压绕组套在里面、
12、靠近心柱，高压 绕组套装在低压绕组外面。三相绕组常用星形联结(用 Y 或 y 表示)或三角形联 结(用 D 或 d)表示。 高、低压绕组线电压的相位关系高、低压绕组线电压的相位关系 : 三相绕组采用不同的联结时，高压侧的线电压与低压侧对应的线电压之间 可以形成不同的相位。为了表明高、低压线电压之间的相位关系，通常采用 “时钟表示法”，即把高、低压绕组两个线电压三角形的重心重合，把高压侧 线电压三角形的一条中线作为时钟的长针，指向钟面的 12，再把低压侧线电压 三角形中对应的中线作为短针。它所指的钟点就是该联结组的组号。2.7 标么值=实际值标么值基值对于电路计算而言，四个基本物理量 U、I、Z
13、 和 S 中，有两个量的基值可 以任意选定，其余两个量的基值可根据电路的基本定律导出。,b bbbb bUSU IZI一次和二次电压的标幺值为：，*1122 12 1122,bNbNUUUUUUUUUU一次和二次相电流的标幺值为：，*1122 12 1122,bNbNIIIIIIIIII归算到一次侧等效漏阻抗的标幺值为：。1*11Nkk k bNIZZZZU标幺值的特点：标幺值的特点：(1) 不论变压器或电机容量的大小，用标幺值表示时，各个参数和 典型的性能 数据通常都在一定的范围以内，因此便于比较和分析。 (2) 用标幺值表示时，归算到高压侧或低压侧时变压器的参数恒相等，故用标 幺值计算时不
14、必再进行归算。 (3) 标幺值的缺点是没有量纲，无法用量纲关系来检查计算结果。2.8 变压器的运行性能(1) 电压调整率电压调整率 当一次侧电压保持额定、负载功率因数为常数，从空载到负载时二次侧电 压变化的百分值。反应二次侧电压随负载变化的程度,也反应了供电电压的稳定 性。1220221100%100%NNNUUUUuUU 实际计算中常用：。* 22(cossin) 100%kkuIRX (2) 效率和效率特性效率和效率特性 变压器运行时将产生损耗，变压器的损耗分为铜耗和铁耗两类。每一类又 包括基本损耗和杂散损耗。2022 2 20222cos cosFekmU I mU IpmI R当铜耗（
15、可变损耗）等于铁耗（不变损耗）时效率最大。 工程上常用间接法来计算效率：工程上常用间接法来计算效率：*2 022 *2 122022cos1coscosKNNKNpPI P PS IPI P 2.9 变压器并联运行并联运行条件：并联运行条件： （1）各变压器的原、副边的额定电压分别相 等，即变比相等； （2）各变压器的联接组号相同。（严格保证） （3）各变压器的短路阻抗标么值相等，且短路阻抗角也相同。 变比不同引起的环流计算：变比不同引起的环流计算：111()c kkUkkIZZ & &变比相同、等效漏阻抗不同时的负载分配：变比相同、等效漏阻抗不同时的负载分配：* LIkII * LIIkIIZ IZ& &并联运行实际条件：并联运行实际条件： （1）各变压器的联接组号相同； （2）电压比偏差要严格控制（，所以 XadXaq，adaq因此在凸极同步电机中，XdXq。对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故XdXqXs。6.5 同步发电机的功率方程和转矩方程6.5.1 功率方程和电磁功率功率方程：功率方程：，1FeePppPCua2ePpP其中：为发电机轴上输入
