第二次习题课(2012版)

第二次习题课大连海事大学赵红第一部分:交流电机的共同理论部分1、典型结构中，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，一、关于交流电机的结构abAXNNSSNS+仅小容量或特殊用途同步电机(如励磁机)采用交流电机指“同步电机”及“异步电机”，典型结构中，它们的定子绕组、交流磁动势、交流电动势具有相同的理论，也是本章要讨论的3个内容、知识点。1、交流电机定子绕组：双层、空间对称。2、气隙中旋转交流磁动势：波形接近正弦波，可以来自于定子与转子来自于转子（如同步电机）来自于定子（三相对称绕组中流有三相对称电流）3、三相定子绕组中感应出的交流电动势：波形接近正弦波，来自于三相定子绕组“反向切割”气隙中旋转交流磁动势二、本章的三个主要知识点三、定子绕组、交流磁动势、交流电动势的特点1、“同步发电机”的基本工作原理首先转子绕组通过励磁电流建立磁场原动机拖动转子旋转，在气隙空间产生一个旋转磁场旋转磁场受到三相定子绕组的“反向切割”，于是在三相定子绕组中产生三相感应电动势。四、“同步电机”的基本工作原理2、“同步电动机”的基本工作原理首先转子绕组通过励磁电流建立磁场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。于是三相定子旋转磁场“拖动”转子磁场共同旋转。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。于是三相定子旋转磁场将“反向切割”转子绕组，在三相对称转子绕组中产生感应电动势。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，该转子三相对称电流会在气隙中产生转子旋转磁场于是三相定子旋转磁场“拖动”转子旋转磁场（以及转子）共同旋转。但是转子的转速一定比定子磁场的旋转速度慢！（why？）五、“异步电动机”的基本工作原理“交流磁动势”：气隙中旋转交流磁动势，波形接近正弦波，可以来自于定子与转子来自于转子（如同步电机）来自于定子（三相对称绕组中流有三相对称电流）六、“交流磁动势”的主要知识点RealwaveRotorpoleRotorwindingsNS4.3.1No-loadMMFinnonsalientsynchronousgenerator

隐极式同步电机的空载磁动势基波分量NS+来自于转子（如同步电机）Realwave基波分量RotorpoleRotorwindings4.3.2No-loadMMFinsalientsynchronousgenerator

凸极式同步电机的空载磁动势NSNS+来自于转子（如同步电机）“交流磁动势”：气隙中旋转交流磁动势，波形接近正弦波，可以来自于定子与转子来自于转子（如同步电机）来自于定子（三相对称绕组中流有三相对称电流）定子一相绕组（如A相）通过正弦电流时，产生的是脉振磁动势。该脉振磁动势以基波为主，谐波分量可以通过短距线圈及分布绕组去掉。PulsatingMMF脉振磁动势ωSpatialvectordiagram空间矢量图A相基波磁动势是在空间按正弦波分布随时间按正弦规律变化的脉振磁动势，可分解为两个旋转磁动势分量，每个旋转磁动势的振幅为脉动磁动势振幅的一半，转速相等、转向相反。ωF1F1三（两）相对称绕组通过三（两）相对称电流时产生的合成磁势是一个幅值恒定、正弦分布以角速度ω逆时针旋转的圆形旋转磁势。三相（两）对称绕组通过三（两）相不对称电流时产生的合成磁势是一个幅值变化、正弦分布、椭圆形旋转磁势。椭圆形旋转磁场可以分解为两个转速相同，转向相反，幅值不等的圆形旋转磁场。12“交流电动势”（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）三相定子绕组中感应出的三相交流电动势：波形接近正弦波，来自于三相定子绕组“反向切割”气隙中旋转交流磁动势削弱交流电动势高次谐波分量的方法：（1）三相采用星接、角接可以消除三次谐波。（2）采用短距绕组（3）采用分布绕组七、“交流电动势”的主要知识点八、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的转速关系为2、三相同步发电机额定运行时，定子绕组的基波电势频率为f1，转子上直流励磁磁势产生的5次谐波磁场在定子绕组中感应的电势频率为（1）f1

（2）5f1（3）1/5*f1

（4）f15（2）3、三相交流电机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（1）漏磁通（2）主磁通（3）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的区别？与直流绕组磁势又有何区别？单相交流绕组通过交流电流后所产生的磁势为脉振磁势，三相交流绕组通过对称三相电流后所产生的磁势为旋转磁势，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。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。5、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（1）脉振磁动势（2）圆形旋转磁动势（3）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5次及7次谐波电势，则节距y与极距τ的关系为（1）y=4/5τ

（2）y=5/6τ

（3）y=6/7τ

（2）7、三相交流绕组中，采用双层短距绕组，欲消除5次则节距y与极距τ的关系为（1）y=4/5τ

（2）y=5/6τ

（3）y=6/7τ

（1）8、三相交流绕组中，采用双层短距绕组，欲消除7次则节距y与极距τ的关系为（1）y=4/5τ

（2）y=5/6τ

（3）y=6/7τ

（3）9、电角度与机械角度之间的关系？10、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？极对数大连海事大学赵红第二部分:同步电机19同步电机两种转子结构（凸极、隐极）特点、应用场合（高速、低速，水轮机、汽轮机？）类型隐极式凸极式定子铁芯+三相对称绕组铁芯+三相对称绕组转子磁极细长圆柱形，圆周上铣有大齿、小齿（1：2）矮胖凸极形状转子绕组分布集中气隙均匀极弧下小、极间大速度离心力小—高速离心力大—低速应用汽轮发电机（p≤2)水轮发电机(p≥3)20P167同步电机的励磁方式，P168无刷励磁机的概念，无刷励磁的工作原理、过程？无刷励磁中如何调整励磁电流大小？（通过调整励磁绕组（转子）直流回路中的电阻）P170同步电机定子结构特点：双层、分布式与短距绕组，原因如何？3、5、7、9次谐波分别通过何种方式进行抑制或去除？（抑制谐波），（3、9次通过星接、角接抑制，5、7次通过分布绕组和短距绕组抑制）21P172式（3-34），（注意：电机转速与电源频率的关系式要会背，卷面不会给出）P177同步发电机的KVL方程式（4-11），P179图4-12同步发电机的等效电路及其中各个元件参数的含义、物理意义22P1804.5同步发电机在各种负载（阻、容、感性负载）的相量图，作业中的相量图的绘制22AlaggingPFAleadingPF23Conclusion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。带容性负载时,随着负载电流的增加,励磁电流可能减少cosφ=0.8laggingcosφ=1cosφ=0.8leadingcosΦ=0.8laggingcosΦ=1cosΦ=0.8leading23AlaggingPFAleadingPF24P182同步发电机的能流图，P183式（4-20）最大输出功率的概念及出现条件？、式（4-21）、P184最大输出转矩（失步转矩）的概念及出现条件？式（4-22）25P184，同步发电机开路实验、短路实验的目的、实验步骤及各个参数的取得方法。P191同步电动机的KVL方程式（4-27）、（4-28），同步电动机的等效电路P192图4-22十.P195，图4-25同步电动机的机械特性及其理解（注意：失步转矩）26Thespeedislockedtotheappliedelectricalfrequency,sothespeedofmotorwillbeconstantregardlessoftheload.最大转矩或失步转矩27十一.P196、197负载变化对同步电动机的影响，P200励磁电流对同步电动机的影响。P200同步电动机V形曲线的理解？什么是过磁链？欠励磁？正常励磁？上述三种情况下，容性、感性还是阻性？原因？当负载增加时，如果励磁电流不变，则定子电流将会增加。且功率因数角越来越滞后（容性减弱，感性增强）电枢电流IA随着励磁电流IF变化的曲线叫做V形曲线。当励磁电流IF调整在某一个值时，电枢电流IA最小，这时功率因数为1。也可以通过调节励磁电流IF

，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。(P209)28正常励磁超前PF欠励/欠激underexcited滞后PF过励/过激overexcited不稳定区SynchronousmotorVcurve(P200)随着励磁电流的增加，电枢电流幅值IA先减少，然后增加29正常励磁超前PF欠励/欠激underexcited滞后PF过励/过激overexcited不稳定区SynchronousmotorVcurve(P200)当励磁电流较小时,电枢电流滞后端电压,同步电动机相当于一个感性负载(R、L串联组合),消耗无功功率Q。30正常励磁超前PF欠励/欠激underexcited滞后PF过励/过激overexcited不稳定区SynchronousmotorVcurve(P200)随着励磁电流的增加，电枢电流与端电压同相，同步电动机相当于一个纯阻性负载。当励磁电流继续增加,电枢电流超前端电压,同步电动机相当于一个容性负载(R、C串联组合),此时同步电动机为系统提供无功功率Q。31十二.P207同步调功机的概念，用途，P208图4-35（b）同步调功机的相量图Condenserisanoldnamefor

capacitor.

Asynchronousmotoroperatingoverexcitedatnoload,simplyforpowerfactorcorrection.十三.并网运行中同步发动机有功功率和无功功率的调节RealpowerPadjustment(同步发动机有功功率调整)Qout

φandIA

EAandIf

ReactivepowerQadjustment(同步发动机无功功率调整)33Subtractingflux去磁WeakeningtherotorfieldAddingflux助磁StrengtheningtherotorfieldQuadratureflux交磁DistortingtherotorfieldQuadratureflux交磁Subtractingflux去磁Quadratureflux交磁Addingflux助磁InternalPFangle：leadsbyΨ，dependsonmachineitselfandload(Inourtextbook:γ）十三.一些练习题1、分析下面几种情况对同步电抗的影响：（1）铁心饱和度增加同步电抗减小（2）气隙增加同步电抗减小（3）电枢绕组匝数增加同步电抗增加（4）励磁绕组匝数增加如果没有饱和，同步电抗不变2、如果并网发电机的功率因数为1，则电枢反应是去磁、交磁、还是助磁？根据相量图可以看出，内功率因数角：0<Ψ<90°,故性质为：去磁兼交磁3、并网运行的发动机，若保持原动机输入的功率不变，调节其励磁电流，其功角δ是否变化？其输出的有功功率是否变化？（分析时忽略电机损耗）若原动机输入功率不变，忽略损耗，则其输出的有功功率不变！若改变励磁电流，则EA改变，那么δ必然改变P不变，则EAsinδ不变大连海事大学赵红第三部分:异步电机37关于异步电机的几个基本公式，要会背38P227P237比较变压器和异步电机磁路特点，磁化曲线的区别？原因？InductionmotorTransformer39P241异步电动机等效电路图5-12中各个元件参数的物理含义，P242异步电动机能流图5-13，充分理解其中各个损耗的含义（P243）(coreloss)(PRCL)(PSCL)(Pconv)Theper-phaseequivalentcircuit(P247)Thedashedlineintheequivalentcircuitrepresentstheairgapofthemachine40掌握气隙功率、转换功率、转子铜耗的概念及其之间关系(coreloss)(PRCL)(PSCL)(Pconv)41P257异步电动机的机械特性曲线的概念及其充分理解（转子电阻增加与起动转矩关系？电压变化会影响临界转差率吗？等等）1.00

SInducedtorque42S0143异步电动机起动时，功率因数大小如何？正常额定工作时，功率因数大小如何？P267深槽转子和双笼转子的英文描述及设计意义？P285异步电动机三种调速方式，要会用英文写1、异步电动机空载时，n≈nsync，s≈0，转子相当于开路。定子电流≈励磁电流，励磁电抗XM>>X1,R1及Rm,故空载时异步电动机定子侧的功率因数很低。2、异步电动机额定负载运行时，s很小，R2/s很大，转子回路几乎为纯阻性，故额定负载时定子侧的功率因数很高，可达0.8~0.85。44变频调速方法：基频以下:恒压频比调速，目的是为了保持磁通不变基频以上:保持额定电压不变，弱磁升速Whenthevoltageappliedtoaninductionmotorisvariedlinearlywithfrequencybelowthebasespeed,thefluxinthemotorwillremainapproximatelyconstant.基速（频）以下恒压频比调速以保持磁通为常数45十.异步电动机参数的测定:空载实验的目的、直流实验的目的、堵转实验的目的十一.异步电机三种工作状态时同步转速、机械转速及转差率的关系、特点？（如何根据上述关系判断电机是工作在电动机、发电机还是制动状态）？45电动状态发电状态制动状态十二、一些习题练习

1、三相异步电动机正常运行时，定子旋转磁势转速为n1，转子旋转磁势转速为n2，则（1）n1=n2

（2）n1>n2

（3）n1<n2（1）2、三相异步电机的电磁转矩与（）成正比（1）总转换功率（2）输出功率（3）气隙功率（4）输入功率（1）3、一台三相异步电机的运行转差率为0.04，则此时通过气隙传递的功率中，有（）（1）4%是转换功率（2）4%是输出功率（3）4%是转子铜耗（4）4%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85%，而负载没有变，则定子绕组每相电流I1将（）（1）不变（2）增大（3）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85%，而负载没有变，下面各量如何变化？

（1）最大失步转矩减小（2）气隙磁通减小（3）转子电流增加（4）转差率相当于降压调速，电压降低则转速下降，故转差率增加6、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（）