第二次习题课(2012版)

1、第二次习题课第二次习题课大连海事大学大连海事大学 赵红赵红第一部分第一部分: :交流电机的共同理论部分交流电机的共同理论部分1、中，直流电机的电枢绕组位于转子铁心槽中，中，直流电机的电枢绕组位于转子铁心槽中，而交流电机的电枢绕组位于定子铁心槽中，而交流电机的电枢绕组位于定子铁心槽中，一、关于交流电机的结构一、关于交流电机的结构abAXNSSNS+仅小容量或仅小容量或特殊用途同特殊用途同步电机步电机(如如励励磁机磁机)采用采用交流电机指交流电机指“同步电机同步电机” 及及“异步电机异步电机”，中，中，它们的它们的、具有相同的理具有相同的理论，也是本章要讨论的论，也是本章要讨论的3个内容、知识点。

2、个内容、知识点。1、交流电机、交流电机：双层、空间对称。：双层、空间对称。2、气隙中旋转、气隙中旋转：波形接近正弦波，可以来自：波形接近正弦波，可以来自于定子与转子于定子与转子）3、三相定子绕组中感应出的、三相定子绕组中感应出的：波形接近正弦：波形接近正弦波，来自于三相定子绕组波，来自于三相定子绕组“”气隙中旋转气隙中旋转二、本章的三个主要知识点二、本章的三个主要知识点三、三、的特点的特点1、“” 的基本工作原理的基本工作原理u首先转子绕组通过励磁电流建立磁场首先转子绕组通过励磁电流建立磁场u原动机拖动转子旋转，在气隙空间产生一个旋转磁原动机拖动转子旋转，在气隙空间产生一个旋转磁场场u旋转磁场

3、受到三相定子绕组的旋转磁场受到三相定子绕组的“反向切割反向切割”，于是，于是在三相定子绕组中产生三相感应电动势。在三相定子绕组中产生三相感应电动势。四、四、“同步电机同步电机” 的基本工作原理的基本工作原理2、“” 的基本工作原理的基本工作原理u首先转子绕组通过励磁电流建立磁场首先转子绕组通过励磁电流建立磁场u三相定子绕组加入三相对称电压于是在其中产生三三相定子绕组加入三相对称电压于是在其中产生三相对称电流，故产生幅值恒定的正弦波旋转磁场。相对称电流，故产生幅值恒定的正弦波旋转磁场。u于是三相定子旋转磁场于是三相定子旋转磁场“拖动拖动”转子磁场共同旋转。转子磁场共同旋转。SRindBBku首先

4、三相定子绕组加入三相对称电压于是在其中产生首先三相定子绕组加入三相对称电压于是在其中产生三相对称电流，故产生幅值恒定的正弦波旋转磁场。三相对称电流，故产生幅值恒定的正弦波旋转磁场。u于是三相定子旋转磁场将于是三相定子旋转磁场将“反向切割反向切割”转子绕组，在转子绕组，在三相对称转子绕组中产生感应电动势。三相对称转子绕组中产生感应电动势。u由于异步电机转子回路是闭环的，于是在三相转子电由于异步电机转子回路是闭环的，于是在三相转子电流中产生三相对称电流，该流中产生三相对称电流，该转子转子三相对称电流会在气隙三相对称电流会在气隙中产生中产生转子旋转磁场转子旋转磁场SRindBBku于是三相定子旋转磁

5、场于是三相定子旋转磁场“拖动拖动”转子旋转磁场（以及转子）共同转子旋转磁场（以及转子）共同旋转。旋转。u但是转子的转速一定比定子磁但是转子的转速一定比定子磁场的旋转速度慢！（场的旋转速度慢！（）五、五、 “” 的基本工作原理的基本工作原理“ ”：气隙中旋转：气隙中旋转，波形接近，波形接近，可以来自于定子与转子，可以来自于定子与转子）六、六、 “ ”的主要知识点的主要知识点图12-13 隐极同步电机转子磁势Ff1FfxReal waveRotor poleRotor windingsNSfffNIF4.3.1 No-load MMF in nonsalient synchronous gener

6、ator 隐极隐极式同步电机的空载磁动势式同步电机的空载磁动势基波分量基波分量NS+Ff1fFfx图12-14 凸极同步电机转子磁势Real wave基波分量基波分量Rotor poleRotor windings4.3.2 No-load MMF in salient synchronous generator 凸极凸极式同步电机的空载磁动势式同步电机的空载磁动势NSNS+“ ”：气隙中旋转：气隙中旋转，波形接近，波形接近，可以来自于定子与转子，可以来自于定子与转子）Spatial vector diagram A相基波磁动势是在空间按相基波磁动势是在空间按正弦波分布随时间按正弦规正弦波分布

7、随时间按正弦规律变化的律变化的脉振磁动势脉振磁动势，可分，可分解为两个解为两个旋转磁动势旋转磁动势分量，分量，每个旋转磁动势的振幅为脉每个旋转磁动势的振幅为脉动磁动势动磁动势振幅的一半，转速振幅的一半，转速相等、转向相反相等、转向相反。FFatFatFatFfmmmA)cos(21)cos(21coscos1111F1F1RFFFF12“ ”（可通常用于解释同步发电机的发电原理（可通常用于解释同步发电机的发电原理及异步电动机转子电流的产生原因）及异步电动机转子电流的产生原因）u三相定子绕组中感应出的三相定子绕组中感应出的：波形接近正：波形接近正弦波，来自于三相定子绕组弦波，来自于三相定子绕组“

8、”气隙中旋转气隙中旋转u削弱削弱高次谐波分量的方法：高次谐波分量的方法：（1）三相采用）三相采用星接、角接可以消除三次谐波。（星接、角接可以消除三次谐波。（2）采用短距绕组（）采用短距绕组（3）采用分布绕组采用分布绕组七、七、 “ ”的主要知识点的主要知识点八、一些习题练习八、一些习题练习 1、三相定子绕组中的基波电流频率与其产生的旋转磁场、三相定子绕组中的基波电流频率与其产生的旋转磁场的转速关系为的转速关系为60mepnf pfnnorem601:2、三相、三相额定运行时，定子绕组的基波电势频额定运行时，定子绕组的基波电势频率为率为f1，转子上直流励磁磁势产生的，转子上直流励磁磁势产生的5次

9、谐波磁场在定子次谐波磁场在定子绕组中感应的电势频率为绕组中感应的电势频率为（1） f1 （2） 5f1（3） 1/5*f1 （4） f15（2）3、三相、三相定子绕组通过对称三相电流后所产生的定子绕组通过对称三相电流后所产生的基波旋转磁场可以被称为基波旋转磁场可以被称为（1） 漏磁通漏磁通（2）主磁通（）主磁通（3） 总磁通总磁通（2）4、试比较单相交流绕组与三相交流绕组所产生的磁动势、试比较单相交流绕组与三相交流绕组所产生的磁动势的区别？与直流绕组磁势又有何区别？的区别？与直流绕组磁势又有何区别？u单相单相绕组通过交流电流后所产生的磁势为脉振磁势，绕组通过交流电流后所产生的磁势为脉振磁势，三

10、相三相绕组通过对称三相电流后所产生的磁势为旋转磁绕组通过对称三相电流后所产生的磁势为旋转磁势，势，u脉振磁势在空间的位置固定，而幅值随时间正弦规律变脉振磁势在空间的位置固定，而幅值随时间正弦规律变化，旋转磁势的幅值不变，但在空间随时间旋转。化，旋转磁势的幅值不变，但在空间随时间旋转。u而直流绕组产生的磁势不仅在空间位置固定不变，且其而直流绕组产生的磁势不仅在空间位置固定不变，且其幅值大小也不随时间变化，为恒定磁势。幅值大小也不随时间变化，为恒定磁势。5、某台三角形接线的交流电机定子绕组，当电机运行时、某台三角形接线的交流电机定子绕组，当电机运行时有一相绕组断线，产生的基波磁动势是有一相绕组断线

11、，产生的基波磁动势是（1） 脉振磁动势脉振磁动势（2）圆形旋转磁动势）圆形旋转磁动势（3） 椭圆形旋转磁动势椭圆形旋转磁动势（3）6、三相交流绕组中，采用双层短距绕组，欲同时削弱、三相交流绕组中，采用双层短距绕组，欲同时削弱5次次及及7次谐波电势，则节距次谐波电势，则节距y与极距与极距的关系为的关系为（1） y=4/5 （2） y=5/6 （3） y=6/7 （2）7、三相交流绕组中，采用双层短距绕组，欲消除、三相交流绕组中，采用双层短距绕组，欲消除5次则节次则节距距y与极距与极距的关系为的关系为（1） y=4/5 （2） y=5/6 （3） y=6/7 （1）8、三相交流绕组中，采用双层短距

12、绕组，欲消除、三相交流绕组中，采用双层短距绕组，欲消除7次则节次则节距距y与极距与极距的关系为的关系为（1） y=4/5 （2） y=5/6 （3） y=6/7 （3）9、电角度与机械角度之间的关系？、电角度与机械角度之间的关系？mep10、交流电机每相绕组的电势有效值表达式？直流电机电、交流电机每相绕组的电势有效值表达式？直流电机电枢绕组的电势表达式？枢绕组的电势表达式？11144. 4:ewNfkEvaluermsThe交流 KEA:直流pem极对数极对数大连海事大学大连海事大学 赵红赵红第二部分第二部分: :同步电机同步电机19类型类型隐极式隐极式凸极式凸极式定子定子铁芯铁芯+ +三相对

13、称绕组三相对称绕组铁芯铁芯+ +三相对称绕三相对称绕组组转子磁极转子磁极细长圆柱形，圆周上铣细长圆柱形，圆周上铣有有大齿、小齿（大齿、小齿（1 1：2 2）矮胖凸极形状矮胖凸极形状转子绕组转子绕组分布分布集中集中气隙气隙均匀均匀极弧下小、极间大极弧下小、极间大速度速度离心力小离心力小高速高速离心力大离心力大低速低速应用应用汽轮发电机（汽轮发电机（p2)p2)水轮发电机水轮发电机(p3)(p3)202160pnfmepfnnorem601:AAASAIRIjXEV2222AEAARIVASIjX AIAARIASIjXAIAEA lagging PFA leading PF V23Conclus

14、ionu带纯电阻负载或感性负载时，随着负载电流的增加，励带纯电阻负载或感性负载时，随着负载电流的增加，励磁电流必须同时增加才能维持端电压不变。磁电流必须同时增加才能维持端电压不变。u带容性负载时带容性负载时,随着负载电流的增加随着负载电流的增加,励磁电流可能减少励磁电流可能减少AIVNIONVcos=0.8laggingcos=1cos=0.8leadingAIfIcos=0.8laggingcos=1cos=0.8leadingO0fINI23AEAARIVASIjX AIAARIASIjXAIAEA lagging PFA leading PF V24183)204(sin3PXEVPSA

15、convmindconvPSmAindXEVsin325AAASAIRIjXEVmnsyncnratedpulloutindThe speed is locked to the applied electrical frequency, so the speed of motor will be constant regardless of the load.最大转矩或最大转矩或失步转矩失步转矩pfnnesyncm60SmApulloutXEV327电枢电流电枢电流随着励磁电流随着励磁电流变化的曲线叫做变化的曲线叫做V形曲线。当形曲线。当励磁电流励磁电流调整在某一个值时，电枢电流调整在某一个值

16、时，电枢电流最小，这时功最小，这时功率因数为率因数为1。也可以通过调节励磁电流。也可以通过调节励磁电流 ，使电机的功率，使电机的功率因数超前或滞后。这是同步电机的最大优点之一。因数超前或滞后。这是同步电机的最大优点之一。28IfI0If00mPemPemPemPemPemPemPemPemPemP正常正常励磁励磁超前超前PF欠励欠励/ /欠激欠激underexcited滞后滞后PF过励过励/过激过激overexcited不稳定区不稳定区1cos8 . 0cos8 . 0)cos(AIFISynchronous motor V curve (P200)随着励磁电随着励磁电流的增加，流的增加，电枢

17、电流幅电枢电流幅值值IA先减少，先减少，然后增加然后增加29IfI0If00mPemPemPemPemPemPemPemPemPemP正常正常励磁励磁超前超前PF欠励欠励/ /欠激欠激underexcited滞后滞后PF过励过励/过激过激overexcited不稳定区不稳定区1cos8 . 0cos8 . 0)cos(AIFISynchronous motor V curve (P200)当励磁电流较当励磁电流较小时小时,电枢电流电枢电流滞后端电压滞后端电压,同同步电动机相当步电动机相当于一个感性负于一个感性负载载(R、L串联串联组合组合),消耗无消耗无功功率功功率Q。30IfI0If00mP

18、emPemPemPemPemPemPemPemPemP正常正常励磁励磁超前超前PF欠励欠励/ /欠激欠激underexcited滞后滞后PF过励过励/过激过激overexcited不稳定区不稳定区1cos8 . 0cos8 . 0)cos(AIFISynchronous motor V curve (P200)随着励磁随着励磁电流的增电流的增加，电枢加，电枢电流与端电流与端电压同相，电压同相，同步电动同步电动机相当于机相当于一个纯阻一个纯阻性负载。性负载。当励磁电流继当励磁电流继续增加续增加,电枢电电枢电流超前端电压流超前端电压,同步电动机相同步电动机相当于一个容性当于一个容性负载负载(R、C

19、串串联组合联组合),此时此时同步电动机为同步电动机为系统提供无功系统提供无功功率功率Q。31Condenser no loadAEASIjXAIVWhen V=C; If=C, EA=C; if Pout ,thenIA Real power P adjustment(同步发动机有功功率调整同步发动机有功功率调整)sin3AoutIVQcos3AoutIVP Qout When V=C; Pout=C; If we want Qout then what would happen? and IA EA and If Reactive power Q adjustment(同步发动机无功功率调整

20、同步发动机无功功率调整)33 90Subtracting flux 去磁去磁Weakening the rotor field 90Adding flux 助磁助磁Strengthening the rotor field0Quadrature flux 交磁交磁Distorting the rotor field900Quadrature flux 交磁交磁Subtracting flux 去磁去磁090Quadrature flux 交磁交磁Adding flux 助磁助磁Internal PF angle ： leads by ，depends on machine itself and

21、 load (In our textbook: ）AEAIAEAARIVASIjX AI1、分析下面几种情况对同步电抗的影响：、分析下面几种情况对同步电抗的影响：（1）铁心饱和度增加）铁心饱和度增加同步电抗减小同步电抗减小（2）气隙增加）气隙增加同步电抗减小同步电抗减小（3）电枢绕组匝数增加）电枢绕组匝数增加同步电抗增加同步电抗增加（4）励磁绕组匝数增加）励磁绕组匝数增加如果没有饱和，同步电抗不变如果没有饱和，同步电抗不变2、如果并网发电机的功率因数为、如果并网发电机的功率因数为1，则电枢反应是去磁、，则电枢反应是去磁、交磁、还是助磁？交磁、还是助磁？AEAARIVASIjX AI根据相量图可

22、以看出，内根据相量图可以看出，内功率因数角：功率因数角：0 X1, R1及及Rm, 故故2、异步电动机额定负载运行时，异步电动机额定负载运行时，s很小，很小，R2/s很大，转子很大，转子回路几乎为纯阻性，回路几乎为纯阻性，44When the voltage applied to an induction motor is varied linearly with frequency the flux in the motor will remain approximately constant.基速（频）基速（频）以下恒压频比调速以保持磁通为常数以下恒压频比调速以保持磁通为常数 4545sy

23、ncnSBmnmsyncnn10 s电动状态电动状态syncnSBmnmsyncnn0s发电状态发电状态syncnSBmn0mn1s制动状态制动状态十二、十二、一些习题练习一些习题练习 1、三相异步电动机正常运行、三相异步电动机正常运行时，定子旋转时，定子旋转磁势转速为磁势转速为n1，转子旋转磁势转速为转子旋转磁势转速为n2，则，则（1） n1=n2 （2） n1n2 （3） n1n2（1）2、三相异步电机的电磁转矩与（、三相异步电机的电磁转矩与（ ）成正比）成正比（1） 总转换功率（总转换功率（2）输出功率）输出功率（3） 气隙功率（气隙功率（4）输入功率）输入功率（1）3、一台三相异步电机

24、的运行转差率为、一台三相异步电机的运行转差率为0.04，则此时通过，则此时通过气隙传递的功率中，有（气隙传递的功率中，有（ ）（1） 4%是转换功率（是转换功率（2） 4%是输出功率是输出功率（3） 4%是转子铜耗（是转子铜耗（4） 4%是定子铜耗是定子铜耗（3）4、三相异步电动机运行时电源电压降为额定电压的、三相异步电动机运行时电源电压降为额定电压的85%，而负载没有变，则定子绕组每相电流而负载没有变，则定子绕组每相电流I1将（将（ ）（1） 不变（不变（2） 增大（增大（3） 减小减小（2）5、三相异步电动机运行时电源电压降为额定电压的、三相异步电动机运行时电源电压降为额定电压的85%，而

25、负载没有变，下面各量如何变化？而负载没有变，下面各量如何变化？ （1）最大失步转矩）最大失步转矩减小减小（2）气隙磁通）气隙磁通减小减小（3）转子电流）转子电流增加增加（4）转差率）转差率6、某三相异步电机空载运行，电源电压降为额定电压的、某三相异步电机空载运行，电源电压降为额定电压的90%，则转子转速（，则转子转速（ ）（1） 降低降低10%（2）增大）增大10%（3） 变化不大变化不大（3）7、起动笼形三相异步电机时，定子绕组外串联电阻以降、起动笼形三相异步电机时，定子绕组外串联电阻以降压起动，当所串联电阻增加时，则（压起动，当所串联电阻增加时，则（ ）（1）起动转矩增大和起动电流减小起动转矩增大和起动电流减小（2）起动转矩减小和起动电流减小起动转矩减小和起动电流减小（3）起动转矩增大和起动电流增大起动转矩增大和起动电流增大（4）起动转矩减小和起动电流增大起动转矩减小和起动电流增大（2）8、起动绕线式异步电机时，转子绕组外串联电阻进行起、起动绕线式异步电机时，转子绕组外串联电阻进行起动，当所串联电阻增加时，则（动，当所串联电