第三章(电管)

1、本章基本要求本章基本要求一、基本内容一、基本内容1.变压器的结构、原理和额定值变压器的结构、原理和额定值 （1）了解电力变压器的结构；）了解电力变压器的结构； （2）理解变压器的原理；）理解变压器的原理； （3）明确变压器额定值的定义，掌握额定值间的的关系。）明确变压器额定值的定义，掌握额定值间的的关系。2.变压器的基本电磁关系变压器的基本电磁关系 （1）掌握基本方程及列写方法；）掌握基本方程及列写方法； （2）熟练地应用等效电路进行计算；）熟练地应用等效电路进行计算； （3）能够应用相量图分析各物理量间的相位关系。）能够应用相量图分析各物理量间的相位关系。3.变压器的参数变压器的参数 （1）

2、明确电抗参数的物理意义；）明确电抗参数的物理意义； （2）掌握参数的测定方法及计算；）掌握参数的测定方法及计算； （3）熟悉参数标幺值的范围及影响参数的因素。）熟悉参数标幺值的范围及影响参数的因素。4.变压器的运行的特性变压器的运行的特性 （1）明确运行特性的定义及变化规律；）明确运行特性的定义及变化规律； （2）掌握效率和电压调整率的计算。）掌握效率和电压调整率的计算。5.变压器的联结组别变压器的联结组别 （1）明确联结组别含义；）明确联结组别含义； （2）掌握）掌握 联结组别联结组别 绕组联结。绕组联结。6.变压器的并联运行变压器的并联运行 （1）明确并联运行的条件；）明确并联运行的条件；

3、 （2）掌握二台变压器并联运行时负载分配的计算。）掌握二台变压器并联运行时负载分配的计算。7.特种变压器特种变压器 （1）了解特种变压器的种类；）了解特种变压器的种类； （2）熟悉特种变压器的功能、特点和用途。）熟悉特种变压器的功能、特点和用途。相量图相量图二、重要的概念与方法二、重要的概念与方法1.饱和饱和（1）磁路饱和的原因；）磁路饱和的原因；（2）磁路饱和的影响（参数的大小；电流、磁通、电动势的波形）。）磁路饱和的影响（参数的大小；电流、磁通、电动势的波形）。2.绕组归算绕组归算（1）归算的物理意义；）归算的物理意义；（2）归算的条件；）归算的条件；（3）归算的方法。）归算的方法。3.主

4、磁通和漏磁通主磁通和漏磁通（1）主磁通的路径、大小、作用；）主磁通的路径、大小、作用；（2）漏磁通的路径、大小、作用漏磁通的路径、大小、作用。4.标幺值标幺值 电压基值、电流基值电压基值、电流基值 功率基值、阻抗基值（注意三相变压器中功率基值、阻抗基值（注意三相变压器中基值的选取）基值的选取）三、重要的公式三、重要的公式 mNfEU144. 41111EZIU2222UZIEmIII21mmZIEE21201UUK mNmIUZ122mmmRZX200IpRmKKKIUZ2KKKIpR 22KKKRZX221KRRR221KXXX%100)sincos(%1002*2*1121KKNNXRIU

5、UUu*KIKIILIILIZZII%100)cos1 (2*02*2*0kNNkNpIpISpIp第三章第三章 直流电机简介直流电机简介3-1直流电机的工作原理和基本结构直流电机的工作原理和基本结构 直流电机是一种实现直流电能与机械能相互转换的机直流电机是一种实现直流电能与机械能相互转换的机械装置。械装置。直流发电机：机械能直流发电机：机械能 直流电能直流电能直流电动机：直流电能直流电动机：直流电能 机械能机械能器：静止为器器：静止为器机：旋转为机机：旋转为机一、电流电机的工作原理一、电流电机的工作原理1、直流电动机的工作原理、直流电动机的工作原理 我们首先分析一个简单的我们首先分析一个简单

6、的物理模型物理模型。定。定子：子：N S一对磁铁一对磁铁，它可以是永久磁铁，也，它可以是永久磁铁，也可以是电磁铁；转子：位于磁场中的可以是电磁铁；转子：位于磁场中的线圈线圈；换向装置换向装置；外接；外接直流电源。直流电源。导体受力为：导体受力为： 方向由左手定则判断。方向由左手定则判断。 要保持转矩的方向不变，应保持各极下导体要保持转矩的方向不变，应保持各极下导体中的电流方向不变，因此流过线圈中的电流方向中的电流方向不变，因此流过线圈中的电流方向必须及时的加以变换，即进行所谓必须及时的加以变换，即进行所谓“换向换向”，为，为此必须增加此必须增加换向换向装置。装置。作用在线圈上的转矩作用在线圈上

7、的转矩blif bliDDfT2/2换向装制的作用：把外部的直流电流变为线圈内的交流电流。换向装制的作用：把外部的直流电流变为线圈内的交流电流。若轴上带上负载，则电能转换为机械能。若轴上带上负载，则电能转换为机械能。原理电机存在什么缺点？原理电机存在什么缺点？2、直流发电机的工作原理、直流发电机的工作原理 用原动机拖动电枢按逆时针用原动机拖动电枢按逆时针方向旋转，根据电磁感应定律，方向旋转，根据电磁感应定律，导体导体ab和和cd分别切割不同极下的分别切割不同极下的磁力线而感应电动势。磁力线而感应电动势。 方向由右手定则判定方向由右手定则判定整个线圈的电动势整个线圈的电动势blve2blve 线

8、圈电动势线圈电动势电刷电动势电刷电动势线圈两端的电动势为交流电动势，线圈两端的电动势为交流电动势，电刷两端的电动势为直流电动势。电刷两端的电动势为直流电动势。换向装制的作用：把内部的交流电换向装制的作用：把内部的交流电动势变为外部的直流电动势。动势变为外部的直流电动势。3 、直流电机运行的可逆性、直流电机运行的可逆性 从以上对直流发电机和直流电动机的分析可看出一台直流电机从以上对直流发电机和直流电动机的分析可看出一台直流电机即可作为发电机运行，也可以作为电动机运行，只是外界条件不同即可作为发电机运行，也可以作为电动机运行，只是外界条件不同而已。前者是输入机械能，后者是输入电能，这种而已。前者是

9、输入机械能，后者是输入电能，这种既能作发电机运既能作发电机运行行,又能作电动机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理又能作电动机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。4 、电动势脉动的减小、电动势脉动的减小 图中直流发电机电枢上有图中直流发电机电枢上有 6 个线圈依个线圈依次串联构成一个闭合回路，通过电刷和换次串联构成一个闭合回路，通过电刷和换向器配合与外部负载连接。几个线圈合成向器配合与外部负载连接。几个线圈合成后的电动势脉动大为减小。后的电动势脉动大为减小。电枢绕组如何连接？二、直流电机的结构二、直流电机的结构电机由两大部分组成：电机由两大部分组成： 1.静止部分静止部分定子定子 2.旋转部

10、分旋转部分转子转子 定子由机座、主磁极、换向极和电刷定子由机座、主磁极、换向极和电刷装置等组成。装置等组成。1、主磁极、主磁极 主磁极的作用是建立磁场。主磁极主磁极的作用是建立磁场。主磁极由由主极铁心主极铁心和套装在铁心上的和套装在铁心上的励磁绕组励磁绕组组成。铁心是由组成。铁心是由11.5mm厚的钢板冲片厚的钢板冲片叠压紧固而成。极靴的作用是使主磁通叠压紧固而成。极靴的作用是使主磁通在过气隙时分布的更合理，并且固定励在过气隙时分布的更合理，并且固定励磁绕组。磁绕组。（一）直流电机的定子（一）直流电机的定子2、机座、机座 其作用一是作为磁路的一部分，二其作用一是作为磁路的一部分，二是固定主极，

11、换向极和端盖。通常是用是固定主极，换向极和端盖。通常是用铸钢或厚钢板焊成。铸钢或厚钢板焊成。3、换向极、换向极 换向极装在两主磁极极之间，其作换向极装在两主磁极极之间，其作用是用来改善换向，也是由铁心和绕组用是用来改善换向，也是由铁心和绕组组成，换向极绕组与电枢绕组串联。组成，换向极绕组与电枢绕组串联。4、电刷装置、电刷装置 电刷装置是电枢电路的引入或引出电刷装置是电枢电路的引入或引出装置，通过它可以把电机旋转部分的电装置，通过它可以把电机旋转部分的电流引出到静止的电路里，它与换向器配流引出到静止的电路里，它与换向器配合才能使电机获得直流电机的效果。合才能使电机获得直流电机的效果。（二）直流电

12、机的转子（电枢）（二）直流电机的转子（电枢） 转子有电枢铁心、电枢绕组和换向器等组成。转子有电枢铁心、电枢绕组和换向器等组成。1、电枢铁心、电枢铁心 电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢部分绕组的支撑电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢部分绕组的支撑部件。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般采用部件。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般采用0.5mm厚的厚的硅钢片叠压而成。硅钢片叠压而成。2、电枢绕组、电枢绕组 电枢绕组叠放在电枢铁心的槽内，电枢绕组叠放在电枢铁心的槽内，是由按一定规律联接的线圈组成。它是是由按一定规律联接的线圈组成。它是直流电机的电路部分。上、下层之间及直流电机的电路部分

13、。上、下层之间及线圈与铁心之间都要有绝缘，槽口处用线圈与铁心之间都要有绝缘，槽口处用槽楔压紧。槽楔压紧。3、换向器、换向器 换向器也是直流电机的重要部件，在发电机中可将电枢绕组中交换向器也是直流电机的重要部件，在发电机中可将电枢绕组中交变电流转换成电刷上的直流，起变电流转换成电刷上的直流，起整流整流作用；而在直流电动机中将电刷作用；而在直流电动机中将电刷上的直流变为电枢绕组内的交流，即起上的直流变为电枢绕组内的交流，即起逆变逆变作用。作用。 换向器由许多换向片组成，片间用云母绝缘，电枢绕组的每个线圈换向器由许多换向片组成，片间用云母绝缘，电枢绕组的每个线圈的两端分别接到两个换向片上。的两端分别

14、接到两个换向片上。直流电机换向器直流电机换向器 1、他励直流电动机、他励直流电动机 励磁绕组与电枢绕组无电励磁绕组与电枢绕组无电的联接关系，而由其他直流电源的联接关系，而由其他直流电源供电的直流电动机。电枢电压与供电的直流电动机。电枢电压与励磁电压可分别调节。励磁电压可分别调节。 2、并励直流电动机、并励直流电动机 励磁绕组与电枢绕组励磁绕组与电枢绕组并联，电流间的关系：并联，电流间的关系： faIIIIIa三、励磁方式（以直流电动机为例）三、励磁方式（以直流电动机为例）电枢电流电枢电流Ia励磁电流励磁电流If电源电流电源电流I直流电动机的性能与励磁方式密切相关。直流电动机的性能与励磁方式密切

15、相关。3、串联直流电动机、串联直流电动机 励磁绕组与电枢绕励磁绕组与电枢绕组串联，电流关系：组串联，电流关系：faIIIc)串励式串励式励磁磁场随电枢电流的变化而变化。励磁磁场随电枢电流的变化而变化。3-2 直流电机的磁场直流电机的磁场 空载磁场是在无载情况下（即电枢电流为零），励磁绕组中通入空载磁场是在无载情况下（即电枢电流为零），励磁绕组中通入电流后由励磁磁动势单独建立的磁场。电流后由励磁磁动势单独建立的磁场。 由于磁极极靴宽度总是由于磁极极靴宽度总是小于小于极距极距，在极靴下气隙较，在极靴下气隙较小，所以极靴下沿电枢表面小，所以极靴下沿电枢表面主磁场较强，极靴以外，气主磁场较强，极靴以外

16、，气隙加大，主磁场明显削弱，隙加大，主磁场明显削弱，在两极间的分界线处磁密为在两极间的分界线处磁密为零。气隙磁密分布波形为一零。气隙磁密分布波形为一礼帽形礼帽形（在后述的交流电机（在后述的交流电机中要求正弦分布）。中要求正弦分布）。3-3直流电机的感应电动势和电磁转距直流电机的感应电动势和电磁转距本节给出感应电动势和电磁转矩的计算公式。本节给出感应电动势和电磁转矩的计算公式。一、电枢绕组的感应电动势一、电枢绕组的感应电动势感应电动势就是电刷间的电动势，称电枢电动势。感应电动势就是电刷间的电动势，称电枢电动势。nCnapZEeaa60；电势常数aPZCae60每极磁通。lBav电枢电动势电枢电动

17、势Ea与磁通和转速成正比。与磁通和转速成正比。p极对数极对数Za电枢导体总数电枢导体总数a=并联支路对数并联支路对数Bav气隙平均磁密气隙平均磁密l导体有效长度导体有效长度 极距极距二、直流电机的电磁转距二、直流电机的电磁转距当电枢内有电流时，载流导体与气隙磁场相作用产生电磁转距。当电枢内有电流时，载流导体与气隙磁场相作用产生电磁转距。eaaTaTaTaaeCapZapZCapZCICIapZT55. 9602606060222；转距常数电磁转矩电磁转矩Te与磁通和电枢电流成正比。与磁通和电枢电流成正比。3-4 直流电动机的基本方程和机械特性直流电动机的基本方程和机械特性基本方程式：基本方程式

18、：1、电压平衡方程式、电压平衡方程式 2、转矩平衡方程式、转矩平衡方程式一、电压方程一、电压方程 1.他励直流电动机他励直流电动机aII fffRIU aaaaaRIEURIEU2式中式中 R：电枢绕组电阻；：电枢绕组电阻； ：正、负一对电刷上的接触电压降；：正、负一对电刷上的接触电压降； Ra：电枢回路总电阻，包括电枢绕组电阻和电刷接触电阻；：电枢回路总电阻，包括电枢绕组电阻和电刷接触电阻； Rf：励磁绕组电阻。：励磁绕组电阻。U22、并励磁直流电动机、并励磁直流电动机UUffaIII励磁回路和电枢回路的电压方程仍与他励磁相同。励磁回路和电枢回路的电压方程仍与他励磁相同。二、转距方程二、转距方程 电动机中电磁转矩电动机中电磁转矩Te为驱动转矩，所以为驱动转矩，所以02TTTe2T：轴上输出转矩驱动性质的转矩驱动性质的转矩Te与制动性质的负载转矩与制动性质的负载转矩T2及电机本身的机械阻力转距及电机本身的机械阻力转距T0相平衡