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1、1,电机学总复习,重庆大学电气工程学院 李 辉 教授、博士,2008. 12,2,本节主要内容,复习的方法 重点复习内容 作业题讲解,3,复习的方法,细读教材 在理解的基础上，重点掌握基本概念、基本原理和基本方法 掌握布置的作业 掌握讲过的补充题 查阅一些电机学习题解参考书 积极参加考前答疑,4,提醒,以下列举的复习内容，要求同学们在全面复习本学期所学知识的基础上，重点掌握，但不保证只考这些内容。,5,重点复习内容,电路、磁路 变压器 直流电机 交流电机一般理论 感应电机 同步电机,6,电路,线值与相值的关系 额定值的含义及其相互联系（UN、IN、PN） 交流电路的复数运算,7,磁路,铁磁材料
2、的磁阻 磁路欧姆定律 磁化曲线,8,磁路欧姆定律 (Ohms Law),磁路基本定律,磁路欧姆定律：,9,磁路与电路的对比,10,磁化曲线,随着电流增加： H会增加， 饱和程度增加， Fe减小； Rm增大； 导磁性能降低。,11,铁心损耗,磁滋损耗：,涡流损耗：,铁心损耗：,12,变压器,1. 理解变压器的工作原理和额定值含义； 2. 掌握变压器空载运行的电磁过程，感应主电动势和漏电动势的含义和表达式；电抗的一般表达式以及与参数关系； 3. 变比含义；空载电流大小和波形与铁心磁路饱和程度的关系。,13,变压器的工作原理,i10N1i10e1,电磁感应原理 把一种电压的交流电能转变成频率相同的另
3、一种电压的交流电能 两个相互绝缘的绕组套在一个共同的铁心上，它们之间只有磁的耦合，没有电的联系。 一次侧（原绕组）：通入交流电流侧，即吸收电能侧。一次侧通入电流产生交变磁通，进而感应电动势 。,14,变压器的工作原理,i10N1i10e1、e2,二次侧（副绕组）：接负载侧，即输出电能侧。与一次侧产生的磁通交链，进而产生感应电势 。实现电能在不同电压等级之间的传递。,由于感应电动势的大小与绕组的匝数成正比，因此在一次侧电压不变的情况下，改变原、副绕组的匝数比即可改变二次侧输出电压，变压器因此得名。,15,变压器的额定值,16,感应电动势、电压比,电压平衡方程式,变比 匝比 电势比 电压比,17,
4、主磁通,主磁通的大小与波形主要取决于电源电压的大小与波形。,18,当U1=C 时：f 或 N1 m 饱和度 Fe,当 f=C 时：U1 m 饱和度 Fe,变压器铁心的导磁性能,19,O,尖顶波的磁化电流,饱和程度越大，磁化电流畸变越厉害。,20,激磁阻抗的特点,激磁电阻Rm：表征铁心损耗大小的一个等效参数 激磁电抗Xm：表征铁心磁化性能高低的一个等效参数 Rm = pFe/Im2 = f(Fe)， Xm = f(Fe) 其中：pFe Cfe f1.3 Bm2 G,注意：不是磁阻！,当f=C、U1时： m Bm Fe Xm pFe Im2 Rm,21,变压器,4. 理解负载运行时电磁过程，掌握其
5、磁动势和电动势平衡方程。 5. 理解折算的原则和方法，各个物理量折算的关系以及折算后变压器方程组。 6. 掌握变压器T等效电路、近似T型和简化等效电路图以及适用范围。,22,感应电动势,磁通,磁动势,电磁关系总结,23,基本方程式,数学模型,24,为什么要进行绕组归算,将物理模型简化为数学模型； 将复杂的电磁藕合问题简化为单纯的电路问题； 化难为易，便于分析与求解。,25,绕组归算的原则,不改变变压器的物理本质； 不改变能量传递关系与大小； 不改变电动势平衡关系、磁动势平衡关系、能量平衡关系,26,绕组归算的物理概念,在二次侧，用一个匝数为N1的等效绕组，来代替匝数为N2的实际绕组。,27,二
6、次绕组归算公式,28,变压器三种等效电路,29,对应的基本方程式和相量图,型等效电路,30,变压器,7.熟练掌握变压器空载实验和短路实验的原理及其参数的计算方法。 8.掌握短路电压（阻抗电压）的物理含义及其对变压器性能的影响。 9. 标幺值的含义以及变压器基准值的选取，注意变压器中折算和标幺值之间的联系，短路阻抗的标幺值短路电压,31,2.5 等效电路参数的测定,开路试验,短路试验,32,开路试验,试验目的 确定变比k、激磁阻抗Zm等参数。 试验方法 低压侧加电压，高压侧开路。,33,短路试验,试验目的 确定短路阻抗Zk 等参数。 试验方法 高压侧加电压，低压侧短路。,34,阻抗电压（短路电压
7、）,定义：在短路试验中，使短路电流达到额定电流时，一次侧加的电压。 记为：UkN=I1NZk(75) 阻抗电压通常以百分值表示，即：,35,基本概念,定义：,基值的选取：取各物理量的额定值。,相对值,36,基值的选取,37,阻抗的基值,38,标幺值的优点1 便于分析与比较,各物理量额定值的标么值为1,与变压器容量大小无关,39,标幺值的优点2 简化计算,40,标幺值的优点3 无需归算,同一物理量， 归算前后标幺值相等。,41,标幺值的优点4 三相系统的线、相标幺值相等,42,变压器,10.理解变压器电压调整率的含义以及表达式（负载大小、短路阻抗标幺值和负载性质）。 11.掌握变压器的损耗含义和
8、效率表达式以及和参数关系（效率与负载大小、性质和空载、短路损耗有关），理解效率最大值的含义。 12.理解三相变压器联结组别含义和时钟表示法，能掌握根据绕组联结图判断其联结组别，也能根据联结组别画出变压器联结组图。,43,外特性,定义：变压器对外的伏安特性。,我们的希望：,U2N,工程实际：,U2,I2N,U20,为了反映负载电压随负载电流大小的变化，引入电压调整率。,为了供电稳定，希望u越小越好。,44,电压调整率的内涵,与负载的大小有关； 与变压器的内部参数有关； 与负载的性质有关。,45,效率的计算,可变损耗等于不变损耗时，效率达到最大。,46,绕组首末端标志,47,三相变压器的联结组,反
9、映三相变压器高、低压绕组线电压（或线电动势）之间的相位关系，以此解决一次绕组与二次绕组之间线电压相位的改变问题。,48,变压器,三相变压器的连接组别,作图和判断步骤： 先画出高压线圈的位形图； 便于比较，将A,a连成等电位点； 画出低压侧的位形图（a,x；b,y ；cz等）； 将AB,ab连线，得出结论EAB,12点，Eab多少？,49,三相变压器的联结组(3),Yy6,50,三相变压器的联结组(4),Yd5,51,三相变压器的联结组(5),Y,d7,52,相量图判断联结组注意点,绕组极性或同名端仅与绕组接法有关，与首末端标志无关 相电动势均从首端指向末端，线UAB则从A指向B端,53,相量图
10、判断联结组注意点,同一铁心柱上绕组（上下对应绕组），首端为同名端（同极性）时相电动势相位相同，首端不同极性时则电动势相反。 相量图中的ABC和abc的排列顺序必须相同。,54,变压器,13.熟记变压器理想并联运行的条件。 14. 掌握变压器并联运行时的负载分配以及与短路阻抗的关系。 14.了解自耦变压器、仪用互感器的工作原理。,55,理想并联运行的三个条件,各变压器的额定电压相等，变比相同； 各变压器的联结组号相同； 各变压器的短路阻抗标幺值相等，阻抗角相同。,56,变比相等时的负载分配,57,负载分配的实用计算公式,58,直流电机,1. 理解直流电机的工作原理；掌握直流电机各种励磁方式的特点
11、. 2. 了解直流电枢绕组中导体、元件、节距等含义。 3. 掌握物理中心线、几何中心线含义以及电刷安放的位置。,59,4. 理解和掌握负载时电枢反应的性质、决定影响的因素等。,直流电机,60,空载时直流电机的气隙磁场,空载磁场：当电枢电流为零或很小时，由励磁电流单独建立的磁场，空载磁通用m表示。m0f,主磁通：经过气隙，同时交链励磁绕组和电枢绕组的磁通，用0表示，它是机电能量转换的桥梁 。 漏磁通：不经过气隙，仅与励磁绕组交链的磁通，用f表示。它不参与机电能量转换。 主磁场分布：气隙磁密在一个极下按平顶波规律分布。,m,61,分析思路,电枢电流ia,负载时的电枢磁动势和电枢反应,62,直流电机
12、,直流电机的电枢反应,励磁电流形成的磁场,电枢电流形成的磁场,负载时的磁场,63,负载时电枢磁动势和电枢反应,电枢磁动势：电枢电流产生的磁动势。 电枢反应：电枢磁动势对主磁场的影响。 直轴（d轴）：主极轴线。,交轴（q轴）：与直轴正交的轴线。,几何中性线：相邻两主极之间的中心线，也就是交轴。,物理中性线：电枢圆周上通过圆心和磁通密度为0点的直线。,几个基本概念,64,直流电机,直流电机的电枢反应,结论： 电枢磁动势是一个三角形波，其轴线位置与电刷的轴线位置重合。 当电刷位于几何中性线上时，电枢磁动势为交轴电枢磁动势。 交轴电枢磁密是一个马鞍形波。,65,交轴电枢反应,交轴电枢反应 交轴电枢磁动
13、势对主磁场的影响,66,负载时电枢磁动势和电枢反应,励磁电流形成的磁场,电枢电流形成的磁场,负载时的磁场,67,交轴电枢反应,结论2：对发电机，物理中性线顺着电机的旋转方向偏离几何中性线一个角度；对电动机，物理中性线逆着电机的旋转方向偏离几何中性线一个角度。,结论3：不计铁心饱和时，主磁场一半被削弱、另一半被加强，去磁作用与助磁作用恰好相等，使得每极总磁通量不变，0。,结论4：考虑铁心饱和时，交轴电枢反应的去磁作用大于助磁作用，使得每极总磁通量略有减小，0。,68,直轴电枢磁动势,69,直流电机,当电枢不在几何中性线上时，电枢反应不仅有交轴分量，还有直轴分量。 直轴电枢反应：直轴电枢磁动势对主
14、磁场的影响。 直轴电枢反应的作用为：,70,电枢反应性质,电刷在几何中性线上时 性质：交轴电枢反应 作用：使得气隙磁场畸变，物理中心线偏移，使气隙磁场削弱（磁路饱和）,电刷不在几何中性线上时 电枢反应不仅有交轴分量，还有直轴分量。 交轴分量的作用和上面类似； 直轴分量：根据电机性质不同，有去和助磁作用。,71,直流电机,5. 感应电动势和电磁转矩的分析与计算 6. 发电机、电动机运行状态的判据 7. 发电机、电动机的电压、电流、功率、转矩方程,72,直流电机的感应电动势,其中，电动势常数：,n：r/mim 当nC1时：Ea 当C2时：Ean,73,直流电机的电磁转矩,其中，转矩常数：,Te：N
15、.m 当IaC1时：Te 当C2时：TeIa,74,电压方程式,发电机： Ea=U+IaR+2Us=U+IaRa Ia=I+If （并励），Ia=I（他励、串励） 电动机： U=Ea+IaR+2Us=Ea+IaRa Ia=I-If（并励），Ia=I（他励、串励） 运行状态判别准则： 发电机状态：EaU；电动机状态：EaU,75,电磁功率,其中，机械角速度：,机械系统,电路系统,76,直流发电机和电动机区别,机械能转变成电能,电能转变成机械能,电枢电势:,电源电势,反电势,电磁转矩:,制动,驱动,电势平衡方程:,能量关系:,77,转矩平衡方程：,功率平衡方程：,直流发电机和电动机区别,78,直流
16、电机,8. 理解直流发电机的运行特性，重点掌握他励发电机的运行特性和并励发电机自励调节和过程。,79,直流发电机的运行特性,空载特性 当n=nN，I=0时：U0=f(If) 外特性（重点） 当n=nN，If =C或Rf =C时：U=f(I) 调整特性 当n=nN，U=UN时：If =f(I) 效率特性 当n=nN，U=UN时： =f(P2),运行特性与 电机的励磁 方式有关。 以下分他励、 并励、复励 分别介绍,80,A,并励发电机的自励条件,（1）电机必须有剩磁；,U0r,（2）励磁磁动势的方向必须与剩磁的方向一致；,（3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。,81,并励发电机的运行特性,当n=nN， Rf =C时：U=f(I) U=Ea-IaRa=CenN-IaRa 与他励发电机比较，随着I的增加，还有第三个因素使端电压U下降： UIf EaU 并励直流发电机：uN20,
