发电厂电气部分与磁流体发电(3课时)

1、发电厂电气部分发电厂电气部分 -电机学电机学热能工程学院热能工程学院魏建平魏建平课程介绍课程介绍变压器变压器同步发电机同步发电机基础基础磁路磁路铁磁材料铁磁材料变压器变压器结构结构运行原理运行原理三相变压器三相变压器同步发电机同步发电机结构结构运行运行顺带讲一下直流电机和鼠笼异步电动机的结构原理顺带讲一下直流电机和鼠笼异步电动机的结构原理课程介绍课程介绍第一次课：第一次课：磁路基本原理磁路基本原理（第（第1 1节课）节课）铁磁材料及特性铁磁材料及特性（第（第1 1节课、第节课、第2 2节课）节课）变压器结构变压器结构、空载运行原理空载运行原理（第（第2 2节课、第节课、第3 3节课）节课） 第

2、二次课：第二次课：变压器的变压器的负载运行负载运行和和等效电路等效电路（第（第1 1节课）节课）三相变压器的联结形式三相变压器的联结形式（第（第2 2节课）节课）标幺值标幺值（第（第2 2节课）节课）第三次课：第三次课：直流电机的工作原理直流电机的工作原理（第（第1 1节课）节课）同步电机和异步电机工作原理及其要求同步电机和异步电机工作原理及其要求（第（第2 2节课）节课）交流绕组的电动势交流绕组的电动势（第（第3 3节课）节课）第四次课：第四次课：简介：简介：交流绕组的磁动势交流绕组的磁动势（第（第1 1节课）节课）同步发电机的运行同步发电机的运行（第（第1 1节课、第节课、第2 2节课）节

3、课）一、概述一、概述1 1、电机：、电机：n电机是一种机电能量转换和信号转换的电磁机械电机是一种机电能量转换和信号转换的电磁机械装置装置n能量转换能量转换n信号转换信号转换n电磁装置电磁装置n机械装置机械装置n按能量转换功能分类：按能量转换功能分类：发电机发电机电动机电动机变压器变压器发电机：发电机：水轮发电机水轮发电机汽轮发电机汽轮发电机其他各类发电机：风力、原子能、地热、太阳能等其他各类发电机：风力、原子能、地热、太阳能等电动机：电动机：直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机交流同步电动机交流同步电动机交流异步电动机（感应）交流异步电动机（感应）控制电机和特种电机控制电机和特种电机2 2

4、、电机的作用、电机的作用能源系统的关键设备能源系统的关键设备电能电能电机电机发电发电输电输电用电用电各领域中有特殊要求的动力装置各领域中有特殊要求的动力装置国产国产300MW300MW汽轮发电机汽轮发电机国产国产200MW200MW汽轮发电机定子汽轮发电机定子国产国产200MW200MW汽轮发电机定子铁心汽轮发电机定子铁心现场运行的水轮发电机现场运行的水轮发电机风力发电 波浪发电 波浪能电站外景波浪能电站外景 波浪能电站内景波浪能电站内景 为了把发电厂发出的电力输送到四面八方的用为了把发电厂发出的电力输送到四面八方的用户，需要将发电机输出的户，需要将发电机输出的20kV20kV左右的电压升高。

5、左右的电压升高。在我国，一般升高到在我国，一般升高到220kV220kV或或500kV500kV。为了输送。为了输送一定大小的功率，采用高电压。一定大小的功率，采用高电压。输电网输电网配电网配电网10.520KV输电网：输电网：500KV500KV、330KV330KV、220KV220KV、110KV110KV配电网配电网高压：高压：110KV110KV、66KV66KV、35KV35KV中压：中压：20KV20KV、10KV10KV、6KV6KV低压：低压：380V380V、220V220V连接发电机与电网的升压变压器连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的连接发电机的封闭母线封闭母线 与

6、输电网相与输电网相连的高压出线连的高压出线端端4 4、用电环节用电环节电动机电动机1 1）各行业广泛使用电动机）各行业广泛使用电动机5 5、参考书、参考书1 1、汤蕴璆、汤蕴璆(qiu(qiu) )、史乃主编，电机学，机械工、史乃主编，电机学，机械工业出版社业出版社2 2、李发海等，电机学，科学出版社、李发海等，电机学，科学出版社. . 3 3、胡虔、胡虔(qian(qian) )生、胡敏强、杜炎森生、胡敏强、杜炎森. . 电机学电机学. . 中国电力出版社，中国电力出版社，2001.2001.4 4、A.E.Fitzgerald,Charles A.E.Fitzgerald,Charles

7、Kingsley,Jr.Stephen D. UmansKingsley,Jr.Stephen D. Umans，Electric Electric Machinery(Sixth Edition)Machinery(Sixth Edition)，McGraw Hill, McGraw Hill, 清清华大学出版社华大学出版社. .5 5、许实章，电机学，机械工业出版社、许实章，电机学，机械工业出版社. . 返回返回一、磁路一、磁路1 1、磁通量、磁通量磁路：磁路：2 2、磁通密度、磁通密度B B：3 3、磁场强度、磁场强度H H：:BABH4 4、安培环路定律、安培环路定律 定律内容定律内容

8、: :沿任何一条闭合回线，磁场强度的沿任何一条闭合回线，磁场强度的线积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电线积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值（代数和）。流值（代数和）。 公式公式: :若电流正方向与闭合回线若电流正方向与闭合回线L L的环行方向符合右的环行方向符合右手螺旋关系，手螺旋关系，i i取正；否则取负。取正；否则取负。H dliL2i3iH HL L1idl例：安培环路定律例：安培环路定律123LHdliii 对于稳恒磁场，有：对于稳恒磁场，有：H LN i5 5、磁动势：、磁动势：ALB daBAHABHHdliHlNi NiAllNiA :mmFFRR 记作磁动势磁阻，表示磁

9、路对磁通所起的阻碍作用。mlRAA AN Ni i无分支铁心磁路的磁动势无分支铁心磁路的磁动势mRF F模拟电路图模拟电路图6 6、并联磁路：、并联磁路：穿出穿出( (或进入或进入) )任一闭和面的总磁通量恒等任一闭和面的总磁通量恒等于零于零( (或者说或者说, ,进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量量) )213A AN Ni i7 7、串联磁路、串联磁路2A1AN1H1l2li i2H31122331kkmmmkNiH lRRR8 8、磁路和电路的对比、磁路和电路的对比电路电路磁路磁路基本物理量及公式基本物理量及公式单位单位基本物理

10、量及公式基本物理量及公式单位单位电流电流I IA A磁通磁通WbWb电动势电动势E EV V磁动势磁动势F FA A电压降电压降IR IR V V 磁压降磁压降RmRmA A电阻电阻R=R=l/Al/A磁阻磁阻RmRm=l/=l/ A A1/H1/H电导电导G=1/RG=1/RS S磁导磁导m=1/Rmm=1/RmH H欧姆定律欧姆定律I=U/RI=U/R=F/Rm=F/Rm基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律i=0i=0=0=0基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律e=e=u uF=F=RmRm磁路与电路的不同磁路与电路的不同电路中可以有电动势无电流，磁路中有磁动势电路中可以有电动势无电流，磁路中有磁

11、动势必然就有磁通。必然就有磁通。恒定电流在电路中有功率损耗，而在恒定磁通恒定电流在电路中有功率损耗，而在恒定磁通的磁路中无功率损耗。的磁路中无功率损耗。由于铁磁介质的磁导率为真空的由于铁磁介质的磁导率为真空的1 1千千1 1万倍，万倍，故可认为电流只在导体中流过；而铁磁材料磁故可认为电流只在导体中流过；而铁磁材料磁路中除主磁通外，周围的空气中还有漏磁通。路中除主磁通外，周围的空气中还有漏磁通。电路中电阻率在一定温度下恒定不变，而在铁电路中电阻率在一定温度下恒定不变，而在铁磁材料构成的磁路中，磁导率随磁材料构成的磁路中，磁导率随B B而变化，即磁而变化，即磁阻不是常数，随磁路的饱和程度而增大。阻

12、不是常数，随磁路的饱和程度而增大。返回返回二、铁磁材料二、铁磁材料1 1、铁磁材料的磁化、铁磁材料的磁化在一定的励磁磁动势作用下，如何产生较在一定的励磁磁动势作用下，如何产生较强的磁场（即强的磁场（即B B比较大）？比较大）？BABH FHNilH 磁场强度 为定值本节将介绍磁导率较高的铁磁材料本节将介绍磁导率较高的铁磁材料铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此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现象称为铁磁物质的磁化(A)未磁化 (B)磁化外加磁场H 形成附加磁场，使形成附加磁场，使合成磁场大大加强合成磁场大大加强2 2、磁化曲线：将一块尚未磁化的铁磁材、磁化曲线：将一块

13、尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度料进行磁化，当磁场强度H H由零逐渐增大由零逐渐增大时，磁通密度时，磁通密度B B将随之增大，曲线将随之增大，曲线B=f(HB=f(H) )就称为起始磁化曲线就称为起始磁化曲线B BH Ha ab bc c)(HfB)(HfFeHB0 oaabbc段段段应用应用: : 设计电机和变压器时，为使主磁路设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通量，而又不过分增大励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磁磁动势，通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近选择在膝点附近3 3、磁滞回线、磁滞回线H HB Ba ab bd de

14、ef fcHmBmBmHmHrBB BH HA)软磁材料软磁材料B)硬磁材料硬磁材料不同材料的磁滞回线不同材料的磁滞回线 4.14.1、磁滞损耗、磁滞损耗 定义定义: : 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互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，这种损间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。耗称为磁滞损耗。 公式公式: : 应用应用: :由于由于硅钢片磁滞回线的面积较小硅钢片磁滞回线的面积较小，故电，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。VfBCpnmhh磁滞损耗系数磁滞损耗系数磁场交变频率磁场交变频率铁心体积铁心体积磁

15、滞回线面积磁滞回线面积1.6 2.3n 4 4、铁心损耗、铁心损耗 涡流涡流: :当通过铁心的磁通随时间变化时当通过铁心的磁通随时间变化时, ,根据电根据电磁感应定律磁感应定律, ,铁心中将产生感应电动势铁心中将产生感应电动势, ,并引起并引起环流环流, ,环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动 称为涡流。称为涡流。示意图示意图1-121-12。 定义定义: :涡流在铁心中引起的损耗。涡流在铁心中引起的损耗。 公式公式: : 应用应用: :为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量较高的用含硅量较高的薄薄硅钢片叠成。硅钢片叠成

16、。VBfCpmee222磁场交变频率磁场交变频率铁心体积铁心体积磁通密度磁通密度涡流损耗系数涡流损耗系数钢片厚度钢片厚度4.2、涡流损耗、涡流损耗图1-12 硅钢片中的涡流B B4.34.3、铁心损耗、铁心损耗定义定义: : 铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。 表达式表达式: :铁心损耗与频率的铁心损耗与频率的1.31.3次方次方, ,磁通密度的平方和铁心重量成磁通密度的平方和铁心重量成正比。正比。1.32FeFempCfB GFeheppp铁心损耗系数铁心损耗系数铁心重量铁心重量11.8mTBT5 5、直流磁路和交流磁路、直流磁路和交流磁路交流磁路，激磁电流是交流，

17、磁路中的磁动交流磁路，激磁电流是交流，磁路中的磁动势和磁通量都是交流的势和磁通量都是交流的但在每一瞬间，和直流磁路一样，遵守磁路但在每一瞬间，和直流磁路一样，遵守磁路的基本定律的基本定律交流磁路的磁通量、磁通密度用幅值表示，交流磁路的磁通量、磁通密度用幅值表示，磁动势和磁场强度用有效值表示磁动势和磁场强度用有效值表示交流磁路会在激磁线圈中感应出感生电动势交流磁路会在激磁线圈中感应出感生电动势磁饱和现象会导致激磁电流、磁通和电动势磁饱和现象会导致激磁电流、磁通和电动势的波形畸变的波形畸变返回返回三、补充三、补充1 1、右手螺旋定则、右手螺旋定则通电直导线中的安培定则：通电直导线中的安培定则：通电

18、螺线管中的安培定则：通电螺线管中的安培定则：2 2、左手定则：、左手定则：3 3、法拉第电磁感应定律：、法拉第电磁感应定律：4 4、楞次定律：感应电流的磁通总是力图阻碍引、楞次定律：感应电流的磁通总是力图阻碍引起感应电流的磁通变化。起感应电流的磁通变化。5 5、当约定感应电动势与磁通的正方向互成右手、当约定感应电动势与磁通的正方向互成右手螺旋关系时，考虑楞次定律后的法拉第定律为：螺旋关系时，考虑楞次定律后的法拉第定律为：dedtdedt 6 6、电路中的代数量及其正方向、电路中的代数量及其正方向双向标量双向标量电流强度是标量，但在一定意义下，电流强电流强度是标量，但在一定意义下，电流强度也存在

19、度也存在“方向方向”问题，如图：问题，如图：这种只有两个方向可能的标量称为双向标量这种只有两个方向可能的标量称为双向标量SSA、电流向右、电流向右B、电流向左、电流向左电路中，我们经常说的某一电流强度的方电路中，我们经常说的某一电流强度的方向，但应记住所说的方向只有两个可能。向，但应记住所说的方向只有两个可能。要完整地描述一个电流强度，不但应该用要完整地描述一个电流强度，不但应该用数字指出它的大小，而且应该用文字指出数字指出它的大小，而且应该用文字指出它的方向。它的方向。但也可以把电流强度的两个特征（大小和但也可以把电流强度的两个特征（大小和方向）统一的用一个数字表达出来，这个方向）统一的用一

20、个数字表达出来，这个数字是一个代数量，其绝对值表示电流的数字是一个代数量，其绝对值表示电流的大小，其正负号表示电流的方向。大小，其正负号表示电流的方向。如如约定约定以以+2+2表示向右流过表示向右流过2A2A的电流，则的电流，则-2-2就表示向左流过就表示向左流过2A2A的电流。的电流。应强调指出，正号和负号到底表示什么方应强调指出，正号和负号到底表示什么方向，必须事先约定，如不加约定，就说流向，必须事先约定，如不加约定，就说流过某一导线的电流是过某一导线的电流是-2A-2A，就只知道这电，就只知道这电流的大小，却不知道其方向。由于不加约流的大小，却不知道其方向。由于不加约定，定，“-”-”号

21、并不代表任何意义，为了表号并不代表任何意义，为了表达这种约定，引入达这种约定，引入正方向正方向的概念。的概念。如电流强度的实际方向与正方向相同，则如电流强度的实际方向与正方向相同，则该电流为正，否则为负。该电流为正，否则为负。电压的实际方向：从高电位点到低电位点电压的实际方向：从高电位点到低电位点的方向的方向电压正方向一般取其实际方向。电压正方向一般取其实际方向。电流的正方向：一般取与电压的正方向一电流的正方向：一般取与电压的正方向一致，保证致，保证U=IRU=IR。电源的电动势，其实际方向为从电源负极电源的电动势，其实际方向为从电源负极指向正极的方向。指向正极的方向。例：电源的端电压和电动势

22、例：电源的端电压和电动势ABUU电源端电压和电源电动势相反时，正方向ABUU 正方向相同电源端电压和电源电动势时，五、变压器的结构五、变压器的结构和额定值和额定值变压器的用途：变压器的用途： 变压器是静止电器，由铁心变压器是静止电器，由铁心(磁路磁路)及两个或两个以上的绕组及两个或两个以上的绕组(电路电路)组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系(磁耦合磁耦合)实现从实现从一种电压一种电压(电流电流)变为另一种电压变为另一种电压(电流电流)。只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。1、变压器的基本结构铁心铁

23、心绕组绕组其他部件其他部件变压器的基本结构变压器的基本结构心柱心柱铁轭铁轭铁心由心柱和铁轭两部铁心由心柱和铁轭两部分组成。分组成。心柱用来套装绕组，铁心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接起来，使轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。为减之形成闭合磁路。为减少铁心损耗，铁心用厚少铁心损耗，铁心用厚0.30-0.35mm0.30-0.35mm的硅钢片的硅钢片叠成，片上涂以绝缘漆，叠成，片上涂以绝缘漆，以避免片间短路。以避免片间短路。1.11.1、铁心、铁心1.21.2、绕组、绕组 n定义：定义：变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线（铜或铝）绕成。扁线或圆线（

24、铜或铝）绕成。 n一次绕组：输入电能的绕组；一次绕组：输入电能的绕组；n二次绕组：输出电能的绕组。二次绕组：输出电能的绕组。高压绕组的匝数多高压绕组的匝数多, ,导线细；低压绕组的匝数少，导线细；低压绕组的匝数少，导线粗。导线粗。从高从高, ,低压绕组的相对位置来看低压绕组的相对位置来看, ,变压器的绕组可分变压器的绕组可分为同心式和交迭式。为同心式和交迭式。电压较高的绕组电压较高的绕组电压较低的绕组电压较低的绕组额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。额定值通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额一些量值。额定值通常标注在

25、变压器的铭牌上。变压器的额定值主要有：定值主要有：额定容量额定容量 在铭牌规定的额定状态下变压器输出视在功率在铭牌规定的额定状态下变压器输出视在功率的保证值的保证值 ，单位为，单位为kV或或kVA。三相变压器指三相容量之和。三相变压器指三相容量之和。额定电压额定电压 铭牌规定的各个绕组在空载、指定分接开关位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，单位为置下的端电压，单位为V或或kV。三相变压器指线电压。三相变压器指线电压。额定电流额定电流 根据额定容量和额定电压算出的电流称为额定根据额定容量和额定电压算出的电流称为额定电流，单位为电流，单位为A。三相变压器指线电流。三相变压器指线

26、电流。NUNINS二、额定值二、额定值三相变压器：三相变压器：额定频率额定频率 我国的标准工频规定为我国的标准工频规定为50赫赫(Hz)。此外还有额定效率、额定温升。此外还有额定效率、额定温升。Nf1212,33NNNNNNSSIIUU单相变压器：单相变压器：1212,NNNNNNSSIIUU返回返回六、变压器的空载运行六、变压器的空载运行变压器的一次绕组接交流电源变压器的一次绕组接交流电源, ,二次绕组开路二次绕组开路, ,负载电流为零负载电流为零( (即空载即空载) )时的运行时的运行, ,称为空载运行称为空载运行1u1e2e20u02i1N2N10i1e11 1、变压器各物理量的参考方向

27、、变压器各物理量的参考方向1u1e20u10i2i2e1e1u10i10i1e2e2i20u2i10i2i空载时各物理量之间的关系空载时各物理量之间的关系1u10i0101Fi N1e2e11e101i R2 2、感应电动势及电动势平衡方程、感应电动势及电动势平衡方程2.12.1、主电动势、主电动势12ee、11112222111222sincossin(90)cossin(90)4.4424.442mmmmmmmmmtdeNNtNtdtdeNNtNtdtNEfNNEfN 设有效值122mEE滞后于角度。、漏磁感应电动势漏磁感应电动势1e1111111111111101111011010sin

28、()sin()224.442222mmmdeNNtEtdtNEEjjfNINEjj LIjXII 相量表示：改写为：11sinmt 设2.32.3、变压器的变比及变压原理、变压器的变比及变压原理110111101111011012022UI REEI REjXIEI ZdUENdt 一次侧：二次侧：非常小，可以忽略不计非常小，可以忽略不计1112022ueNKueN2.22.2、电动势平衡方程、电动势平衡方程2.42.4、激磁电流：产生主磁通的所需的电、激磁电流：产生主磁通的所需的电流，用流，用 表示，空载时，铁心上仅有表示，空载时，铁心上仅有 ，所形成的激磁磁动势，所以空载时空载电所形成的激

29、磁磁动势，所以空载时空载电流流 就是激磁电流就是激磁电流mI10I10IFeII磁化电流：无功电流铁耗电流：有功电流mImI2E1E011UE变压器的空载相量图变压器的空载相量图FeI3 3、空载时的等效电路、空载时的等效电路3.13.1、3.23.2、10mFeIIII并联电路11101UEI Z串联电路mIFeII1U1Z1EFeR1EFeI10mIIUIX1R1X空载变压器的等效电路空载变压器的等效电路mIUmRmXE1R1X七、变压器的负载运行七、变压器的负载运行变压器的一次绕组接到交流电源，二次绕组接到负载阻变压器的一次绕组接到交流电源，二次绕组接到负载阻抗抗 时，二次绕组中便有电流

30、流过，这种情况称为变压时，二次绕组中便有电流流过，这种情况称为变压器的负载运行器的负载运行LZ1u1e1i2e2u1N2NLZ122i 1e2e11111111110ui ReedeNdtdieLdt 22222222220eei RudeNdtdieLdt 1 1、磁动势平衡、磁动势平衡变压器负载运行时，一次、二次绕组都有变压器负载运行时，一次、二次绕组都有电流流过，都产生磁动势。按照磁路的安电流流过，都产生磁动势。按照磁路的安培环路定理，负载时，铁心中的主磁通培环路定理，负载时，铁心中的主磁通 是由这两个磁动势共同产生的。是由这两个磁动势共同产生的。m121 12 2FFFN iN iF一

31、次回路电压关系：一次回路电压关系：电力变压器在设计时，把电力变压器在设计时，把Z Z1 1设计的很小，设计的很小，即使在额定负载下运行，一次电流为额定即使在额定负载下运行，一次电流为额定值值I I1N1N，其数值比空载电流，其数值比空载电流I I1010大很多倍，大很多倍，但仍有但仍有 ，则，则 ，由可知，空载、，由可知，空载、负载运行时，其主磁通负载运行时，其主磁通 的数值虽有差别，的数值虽有差别，但差别不大。但差别不大。空载时，磁动势为空载时，磁动势为1111UEI Z 111NIZU11UE m1 mFN i21212212121111()LmmiNmNLiNNiiiiiiNNiii 令

32、1 12 211 112 2mmN iN iN iN iN iN i一次绕组磁动势一次绕组磁动势F1由两个分量组成，由两个分量组成，一个为励磁磁动势一个为励磁磁动势 ，用来产生，用来产生主磁通，由空载到负载是其值变化主磁通，由空载到负载是其值变化不大；另一个分量为不大；另一个分量为 ，用来平，用来平衡二次绕组磁动势衡二次绕组磁动势F2，称为负载分，称为负载分量，其大小与二次绕组磁动势一样，量，其大小与二次绕组磁动势一样，方向相反。方向相反。1mNi2 2N i一次电流一次电流i1包含两个分量，一个包含两个分量，一个是是im，用来建立主磁通；另一个，用来建立主磁通；另一个是是i1L，称为一次侧负

33、载分量电，称为一次侧负载分量电流，用以抵消二次电流流，用以抵消二次电流i2的作用。的作用。12012LiiNN 磁动势平衡关系产生主磁通产生主磁通 的激磁电流的激磁电流m抵消二次电流抵消二次电流 的作用的作用2i2 2、能量传递、能量传递1 12 2Leie i式中，左端的负号表示输入功率，右端的正号表式中，左端的负号表示输入功率，右端的正号表示输出功率。上式说明，通过一次、二次绕组的示输出功率。上式说明，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就传递到二次绕组，并输出给负载。收的电功率就传递到二次绕组，并输出给负载。这

34、就是这就是。11221 12 20LeNeNN iN i负载时主磁通和空载时基本相同负载时主磁通和空载时基本相同3、磁动势方程、磁动势方程正常负载时，正常负载时，i i1 1和和i i2 2都随时间正弦变化，此时磁都随时间正弦变化，此时磁动势方程可用复数表示为：动势方程可用复数表示为：112 21 mNiN iNi上式表明负载时用以建立主磁通的激磁磁动势上式表明负载时用以建立主磁通的激磁磁动势是一次和二次绕组的合成磁动势。是一次和二次绕组的合成磁动势。1 12 21 mNIN INI111 111 11 11 11mLmLLmiiiN iN iN iN iN iN i1 12 20LN iN

35、i返回返回1、变压器负载运行的基本关系、变压器负载运行的基本关系1 1N i2 2N i121122deNdtdeNdt 八、变压器的基本方程和等效电路八、变压器的基本方程和等效电路111dieLdt 磁动势磁动势磁通磁通感应电动势感应电动势一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组221dieLdt 1 mN i111111222222diui RLedtdiei RLudt若各电压、电流均随时间正弦变化，则相应的复若各电压、电流均随时间正弦变化，则相应的复数形式数形式 :根据基尔霍夫第二定律，有根据基尔霍夫第二定律，有:1111111122222222()()UI RjXEI ZEEIRjXUI Z

36、U变压器的基本方程为：变压器的基本方程为：111122221 1221112mmmUI ZEEI ZUN IN IN IEI ZEkE 见变压器空载等效串联电路见变压器空载等效串联电路电动势方程电动势方程磁动势方程磁动势方程2、变压器的等效电路、变压器的等效电路2.12.1、绕组归算、绕组归算 （A A）方法）方法 通常是把二次绕组归算到一次绕组，也就是假想通常是把二次绕组归算到一次绕组，也就是假想把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数，而不改，而不改变一次和二次绕组原有的电磁关系。变一次和二次绕组原有的电磁关系。 （B）原则）原则 只要归算前后二次绕组的只要

37、归算前后二次绕组的磁动势保持不变磁动势保持不变，则对，则对一次绕组来说一次绕组来说,变换是等效的；即一次绕组将从电网变换是等效的；即一次绕组将从电网吸收同样大小的功率和电流，并有同样大小的功率吸收同样大小的功率和电流，并有同样大小的功率传递给二次绕组。传递给二次绕组。.(1)(1)电流的归算电流的归算: : 归算前、后二次绕组的磁动势保持不变，可得：归算前、后二次绕组的磁动势保持不变，可得：21 22222211NN IN IIIINk(2)(2)电势的归算电势的归算: : 归算前、后二次绕组的磁动势保持不变，则归算前、后二次绕组的磁动势保持不变，则铁心中的主磁通保持不变，可得：铁心中的主磁通

38、保持不变，可得：212222,ENkEkEEN即:21224.444.44mmEfNEfN(3)(3)阻抗的归算阻抗的归算: :归算前、后二次绕组的传输功率、损耗保持不变，归算前、后二次绕组的传输功率、损耗保持不变，可得：可得：222222,Rk R Xk X11111111222222222222222222222222222222()()()()()()UI RjXEI ZEEI RjXUI ZUIkEkI RjXkUk Rjk XkUkEI k Rjk XUI RjXU 二次绕组方程两边乘以k折算前后二次绕组铜耗不变：折算前后二次绕组铜耗不变：22 2222222222222 222I

39、RII RI RRRk RII折算前后二次绕组漏磁无功不变：折算前后二次绕组漏磁无功不变：22 2222222222222 222I xII xI xxxk xII归算后，变压器的基本方程变为归算后，变压器的基本方程变为 :111122221212mmmUI ZEEI ZUIIIEEI Z111122221 1221112mmmUI ZEEI ZUN IN IN IEI ZEkE 思考：思考：请同学们试将一次绕组归算到二次绕组。请同学们试将一次绕组归算到二次绕组。111122221 1221112mmmUI ZEEI ZUN IN IN IEI ZEkE 见变压器空载等效串联电路见变压器空载等

40、效串联电路电动势方程电动势方程磁动势方程磁动势方程2.22.2、T T形等效电路形等效电路 一次和二次绕组以及激磁部分的的等效电路，一次和二次绕组以及激磁部分的的等效电路，如图如图 (a),(b)和和(c)所示。根据所示。根据 两式，把这三个电路连接在一起，即可得到变压器两式，把这三个电路连接在一起，即可得到变压器的的T T形等效电路，形等效电路，如图所示如图所示。 1212,mEEIII图图2-10 根据归算后的基本方程画出的部分电路图根据归算后的基本方程画出的部分电路图111122221212mmmUI ZEEI ZUIIIEEI Z 1R1X1E1I1UmImRmX2R2XLZ2I2U2

41、E1R1X2X2U1U1ImImRmX2I图图2-11 变压器的变压器的T形等效电路图形等效电路图2R12EE 1 1、三相变压器的磁路、三相变压器的磁路1.11.1、三相变压器组、三相变压器组 下图下图表示三台单相变压器在电路上联接起来，表示三台单相变压器在电路上联接起来，组成一个三相系统，这种组合称为组成一个三相系统，这种组合称为三相变压三相变压器组器组。三相变压器组的磁路彼此独立，三相。三相变压器组的磁路彼此独立，三相各有自己的磁路。各有自己的磁路。九、三相变压器九、三相变压器A图图 三相变压器组及其磁路三相变压器组及其磁路BCXYZA B C1.21.2、三相心式变压器、三相心式变压器

42、如果把三台单相变压器的铁心拼成星形磁路，则当如果把三台单相变压器的铁心拼成星形磁路，则当三相绕组外施三相对称电压时，由于三相主磁通三相绕组外施三相对称电压时，由于三相主磁通也也对称，故三相磁通之和将等于零，即对称，故三相磁通之和将等于零，即 这样，中间心柱将无磁通通过，可省略。进而把三这样，中间心柱将无磁通通过，可省略。进而把三个心柱安排在同一平面内，可得三相心式变压器。个心柱安排在同一平面内，可得三相心式变压器。如下图如下图。0CBAABCCBAABCa)三相星形磁路三相星形磁路 b)三相磁通的相量图三相磁通的相量图图图2-17 三相心式变压器的磁路三相心式变压器的磁路 ABCc)实际心式变

43、压器的磁路实际心式变压器的磁路图图 三相心式变压器的磁路三相心式变压器的磁路 2 2、三相变压器绕组的联结、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三相心式变压器的三个心柱上分别套有A A相、相、B B相和相和C C相的高压和低压绕组，三相共六个绕组，如图相的高压和低压绕组，三相共六个绕组，如图2 21818所示。为绝缘方便，常把低压绕组套在里面，靠所示。为绝缘方便，常把低压绕组套在里面，靠近心柱，高压绕组套装在低压绕组外面。近心柱，高压绕组套装在低压绕组外面。三相绕组常用星形三相绕组常用星形( (用用Y Y或或y y表示表示) )或三角形联结或三角形联结( (用用D D或或d

44、)d)表示。表示。 星形联结是把三相绕组的三个首端星形联结是把三相绕组的三个首端A,B,C引出，引出，把三个尾端把三个尾端X,Y,Z联结在一起作为中点。如联结在一起作为中点。如图图2-19a）。 三角形联结是把一相绕组的尾端和另一相绕组的三角形联结是把一相绕组的尾端和另一相绕组的首端相联，顺次联成一个闭和的三角形回路，最后首端相联，顺次联成一个闭和的三角形回路，最后把首端把首端A,B,C引出。如引出。如图图2-19b）。 三相变压器高压绕组的首端通常用大写的三相变压器高压绕组的首端通常用大写的A A、B B、C C表示，尾端用大写的表示，尾端用大写的X X、Y Y、Z Z表示，低压绕组的表示，

45、低压绕组的首端用小写的首端用小写的a a、b b、c c表示，尾端用表示，尾端用x x、y y、z z表示。表示。2.12.1、高、低压绕组相电压的相位关系、高、低压绕组相电压的相位关系 A B C X Y ZA B CX Y Z图图2-19 三相绕组的联结法三相绕组的联结法 a)星形联结星形联结 b)三角形联结三角形联结为了确定相电压的相位关系，为了确定相电压的相位关系，高压和低压绕组相电高压和低压绕组相电压相量的正方向统一规定为从绕组的首端指向尾端压相量的正方向统一规定为从绕组的首端指向尾端。高压和低压绕组的相电压高压和低压绕组的相电压既可能是同相位，亦可能既可能是同相位，亦可能是反相位，

46、是反相位，取决于绕组的同名端是否同在首端或尾取决于绕组的同名端是否同在首端或尾端端。如如图图2-20。高压绕组的某一端点相对于另一端点的电位为正时，低高压绕组的某一端点相对于另一端点的电位为正时，低压绕组必有一端点其电位相对于另一端点为正，这两个压绕组必有一端点其电位相对于另一端点为正，这两个对应的端点称为同名端。对应的端点称为同名端。AXaxAUaUAXaxAUaUAUaUAUaUa) b)图图2-20 高低压绕组的同名端和相电压的相位关系高低压绕组的同名端和相电压的相位关系 a) 和和 b) 首端为同名端首端为同名端, 与与 同相同相AUaUAXaxAUaUAUaUc)AXaxAUaUAU

47、aUd)图图2-20 高低压绕组的同名端和相电压的相位关系高低压绕组的同名端和相电压的相位关系 c) 和和 d) 首端为非同名端首端为非同名端, 和和 反相反相AUaU时钟表示法：即把高、低压绕组两个线电压三角时钟表示法：即把高、低压绕组两个线电压三角形的重心重合，把形的重心重合，把高压侧线电压高压侧线电压三角形的一条中三角形的一条中线作为时钟的线作为时钟的长针长针，指向钟面的，指向钟面的12点，再把点，再把低压低压侧线电压侧线电压三角形中对应的中线作为三角形中对应的中线作为短针短针，它所指，它所指的钟点就是该联结组的组号。的钟点就是该联结组的组号。 2.22.2、高、低压绕组线电压的相位关系

48、、高、低压绕组线电压的相位关系 （1）Yy0联结组联结组 如如图图221 若把低压侧的非同名端改为首端，则联若把低压侧的非同名端改为首端，则联结组变为结组变为Yy6。（2）Yd11联结组联结组 如如图图222 若把低压侧的非同名端改为首端，则联结组变若把低压侧的非同名端改为首端，则联结组变为为Yd5；图图2-21 Yy0联结组联结组 a)绕组联结图绕组联结图 x y zb A B CBUbUCUcUAUaUXYZacAUACBacb图图2-21 Yy0联结组联结组 b)高低压电压相量图高低压电压相量图aUYy6联结组联结组 a)绕组联结图绕组联结图a x y zb A B CBUbUCUcUA

49、UaUXYZcCBAUabcaUYy6联结组联结组A图图2-22 Yd11联结组联结组 a)绕组联结图绕组联结图BUbUCUcUAUaUXYZ x y zcA B Ca bAUa yb zx cABCabcaU30图图2-22 Yd11联结组联结组 b)低压侧的相量图低压侧的相量图 c)由高低压线电压三角形确定组号由高低压线电压三角形确定组号bUaUcUb)c) x y z图图2-22 Yd5联结组联结组 a)绕组联结图绕组联结图BUbUCUcUAUaUXYZcA B Ca bAUBCa(y)c(x)b(z)aUYd5联结组联结组（4）标准联结组）标准联结组 Yyn0 ； Yd11；YNd11

50、； YNy0 ；Yy0五种，前三种常用。在实际电力系统中所用变五种，前三种常用。在实际电力系统中所用变压器至少有一侧绕组接成压器至少有一侧绕组接成d接。接。（3）其他联结组其他联结组：对上述的：对上述的yy和和yd联结组，高压联结组，高压侧三相标号不变，低压侧三相标号侧三相标号不变，低压侧三相标号abc改为改为cab，则低压侧的各线电压将分别转过则低压侧的各线电压将分别转过120度，相当于短度，相当于短针转过针转过4个钟点；改为个钟点；改为bca，则相当于短针转过，则相当于短针转过8个个钟点；于是，由钟点；于是，由yy联结可得到联结可得到0、4、8、6、10、2联结组，由联结组，由yd联结可得

51、到联结可得到11、3、7、5、9、1联结联结组。组。 x y z A B CBUbUCUcUAUaUXYZcab图图2-21 Yy4联结组联结组 a)绕组联结图绕组联结图ACBAUcba图图2-21 Yy4联结组联结组 b)高低压电压相量图高低压电压相量图cU由由yy联结可得到联结可得到0、4、8、6、10、2联结组联结组;由由yd联结可得到联结可得到11、3、7、5、9、1联结组。联结组。aUabccabbca0yy4yy8yy6yy10yy2yy11yd3yd7yd5yd9yd1yd10.110.1、基值的选取、基值的选取应用标幺值时，首先要选定基值应用标幺值时，首先要选定基值(用下标用下

52、标b表示表示)。对于电路计算而言，四个基本物理量对于电路计算而言，四个基本物理量U、I、Z和和S中，有两个量的基值可以任意选定，其余两个中，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。量的基值可根据电路的基本定律导出。,bbb bbbUSU IZI十、标幺值十、标幺值标幺值标幺值: :是某一物理量的实际值与选定的基值之比。是某一物理量的实际值与选定的基值之比。实际值标幺值基值10.210.2、标幺值、标幺值 计算变压器或电机的稳态问题时，常用其额定计算变压器或电机的稳态问题时，常用其额定值作为相应的基值。此时一次和二次值作为相应的基值。此时一次和二次相电压相电压的标的

53、标幺值为幺值为: :*1122121122,bNbNUUUUUUUUUU一次和二次一次和二次相电流相电流的标幺值为的标幺值为:*1122121122,bNbNIIIIIIIIII相电压的额定值相电压的额定值标幺值用物理量上加标幺值用物理量上加“*”表示表示归算到一次侧时，等效漏阻抗的标幺值为：归算到一次侧时，等效漏阻抗的标幺值为：1*11NkkkbNIZZZZU在三相系统中，线电压和线电流亦可用标幺值表示，在三相系统中，线电压和线电流亦可用标幺值表示，此时以此时以线电压和线电流的额定值为基值线电压和线电流的额定值为基值。不难证明，。不难证明，此时此时相电压和线电压的标幺值相等，相电流和线电流相

54、电压和线电压的标幺值相等，相电流和线电流亦相等亦相等。三相功率的基值取为变压器。三相功率的基值取为变压器( (电机电机 ) )的三相的三相额定容量，即：额定容量，即：33bNNNNNSSUIU I相电压的额定值相电压的额定值三相功率之和三相功率之和线电压的额定值线电压的额定值10.3.10.3.应用标幺值的优缺点应用标幺值的优缺点 (1)(1)不论变压器或电机容量的大小，用标幺值表示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围以内，因此便于比较和分析。 (2)(2)用标幺值表示时，归

55、算到高压侧或低压侧时变压用标幺值表示时，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必再进行归算。器的参数恒相等，故用标幺值计算时不必再进行归算。(3)(3)标幺值的缺点是没有量纲，无法用量纲关系来检标幺值的缺点是没有量纲，无法用量纲关系来检查。查。 返回返回十一、直流电机的工作原理和基本结构十一、直流电机的工作原理和基本结构 右图为直流发电机的物理模右图为直流发电机的物理模型，型，N、S为为定子磁极定子磁极，abcd是是固定在可旋转导磁圆柱体上的线固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的机的转子或电枢转子或电枢。线圈的首末端。线

56、圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的线圈一同旋转的换向片换向片上。转子上。转子线圈与外电路的连接是通过放置线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的在换向片上固定不动的电刷电刷进行进行的。的。1、直流发电机工作原理、直流发电机工作原理根据右手定则，ab导体的感应电动势ba，cd导体的感应电动势dc，则整个线圈（da）的感应电动势为eda=2blv此时，电刷A为+，B为- 当原动机驱动电机转子逆时针旋转 后 ，如右图。0180 导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性仍为+，电刷B极性仍为-。发

57、电机：虽然线圈电动势是交流电动势，但由于换向器的发电机：虽然线圈电动势是交流电动势，但由于换向器的整流作用，电刷间的输出电动势却是直流电动势整流作用，电刷间的输出电动势却是直流电动势(脉动脉动)。电动势的脉动是由于换向器造成的。电动势的脉动是由于换向器造成的。希望减小脉动，就要增加线圈数目，希望减小脉动，就要增加线圈数目，或者增加主磁极极对数。或者增加主磁极极对数。 把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右图。在磁场作用下，根据左手定则，N极性下导体ab受力方向从右向左，S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩

58、大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。2 2、直流电动机的工作原理、直流电动机的工作原理原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。当电枢旋转到右图所示位置时同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。线圈上的电磁转矩Tda=bilDa，电磁转矩为b的函数3、直流电机的结构、直流电机的结构转子铁心转子铁心定子绕组定子绕组电枢绕组电枢绕组作用：直流电机的电路部分。作用：直流电机的电路部分。构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线构成：用绝

59、缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下层以及线圈与电枢铁心间要绕成，上下层以及线圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。妥善地绝缘，并用槽楔压紧。通过换向片，6个元件依次串连构成一个闭合回路。位于对称位置的电刷将闭合的6个线圈分成两个并联支路。电刷将环形闭合电枢绕组分成两条对称的并联支路。两个电刷位于换向器内圆对称位置(实际放置在外圆上)。十二、交流电机的工作原理、对绕组的基十二、交流电机的工作原理、对绕组的基本要求本要求交流电机交流电机 同步发电机同步发电机同步电动机同步电动机同步电机同步电机异步发电机异步发电机异步电动机异步电动机异步电机异步电机同步电机异步电机交流电机的分类交流电机的分类同

60、步电机：多用作发电机使用，在某些大同步电机：多用作发电机使用，在某些大型不调速情况，也用作电动机（如空气压型不调速情况，也用作电动机（如空气压缩机），可通过调节励磁电流来改善电网缩机），可通过调节励磁电流来改善电网功率因数。功率因数。异步电机：主要用作电动机，只有特殊场异步电机：主要用作电动机，只有特殊场合才用作发电机。合才用作发电机。包括定子和转子两部分，包括定子和转子两部分，定子和转子之间存在气隙定子和转子之间存在气隙定子槽内嵌放导体，构成定子槽内嵌放导体，构成定子绕组，也叫电枢绕组定子绕组，也叫电枢绕组转子上安装主磁极，可以转子上安装主磁极，可以是永磁体，也可以是励磁是永磁体，也可以是励