《电机学》自学指导大纲

#/22转子绕组的漏抗为：X=2RfL=sX其中：X=2nfL20s 22。 2。 2。 12。等效电路：见教材图等效电路参数的名称和物理意义：R——定子绕组的电阻；

1X——定子绕组的漏抗，三相定子电流联合产生的漏磁场在一相电路中引起的电抗；R'——折算到定子侧转子绕组的电阻；2X'——折算到定子侧转子绕组的漏抗，转子多相电流联合产生的漏磁场在一相电路中引起的电抗；R——激磁电阻，代表铁损的等效电阻；X——激磁电抗，与主磁通对应的mm1一s 电抗；——R——折算定子侧转子侧的负载模拟电阻，模拟轴上总的机械功率输出。s2电磁转矩公式：0Te二C①J2cosW2常用于定性分析，如启动转矩分析;（）Te（）Te材图m U2R'/s―1 1-2 Q(R+cR'/s)2+(X+cX')2s1 2 1。 2。常用于电磁转矩—转差率特性分析，见教最大转矩：大小与电源电压的平方成正比，与转子电阻值无关；但临界转差率随转子电阻的增大而增大。转子电阻变化时的电磁转矩—转差率特性曲线见教材图。机械特性：见教材图八T 2(1+s)电磁转矩的实用计算公式。、、、、、（）、、、()ehm电磁转矩的实用计算公式。、、、、、（）、、、Ts,sm +—m+2sssmm作业及思考题：教材、；第四章三相感应电动机的机械特性及运行状态（选学）本章是感应电动机的重点内容。通过本章的学习，首先要掌握三相感应电动机机械特性的三种表达式；其次要掌握三相感应电动机的固有和人为机械特性；最后要掌握三相感应电动机的各种运行状态重点：机械特性的三种表达式难点：三相感应电动机的各种运转状态关键：机械特性的物理表达式第四章感应电动机的起动与调速本章是三相感应电动机的重点内容。通过本章的学习，首先要掌握三相感应电动机的起动特点，了解三相感应电动机常用的起动方法；其次要了解深槽式或双鼠笼式感应电动机的工作原理；最后要掌握三相感应电动机的各种调速方法的基本原理、方法和特性。重点：三相感应电动机的各种调速方法的基本原理难点：变频调速关键：三相感应电动机的各种调速方法的基本原理实验三：三相感应电动机综合实验教案内容：感应电动机的启动；深槽式或双鼠笼式感应电动机；感应电动机的调速单相感应电动机（选学）教案要求：掌握三相感应电动机直接起动的特点；了解三相感应电动机常用的起动方法；了解深槽式或双鼠笼式感应电动机的工作原理；掌握三相感应电动机的各种调速方法的基本原理、方法和特性自学指导：感应电动机直接起动的特点（启动电流大，启动转矩并不大）及原因分析。鼠笼式感应电动机的常用启动方法及特点。绕线式感应电动机的常用启动方法及优点。简述深槽式或双鼠笼式感应电动机的工作原理。三相感应电动机的调速方法及基本原理。作业及思考题：教材、、、、、第四部分同步电机第一章同步电机的基本知识和结构本章是对同步电机的初步认识。通过本章学习，首先要了解同步发电机和同步电动机的的基本结构和铭牌参数的定义及相互关系。教案内容：、同步发电机的分类和冷却方式；、同步发电机的结构；、同步电机的励磁方式；、同步发电机的铭牌。教案要求：、知道同步电机的两大分类分类和常用的冷却方式；、熟悉同步电机主要结构部件的名称、作用及材料；、了解同步电机的几种励磁方式；、掌握额定值的含义和它们之间的关系。作业及思考题：教材、第二章同步电机的基本原理本章是同步电机的重点内容。通过本章分析，将同步电机这个具体实物抽象为模型，并且对其运行特性进行了分析。通过本章学习，首先要掌握电枢反应的概念和不同▽角时电枢反应的性质、作用和对电机的影响；其次要熟练掌握同步电机对称稳态运行时的基本方程、等效电路和相量图；最后要掌握同步发电机的运行特性的定义和曲线，并能解释曲线形状。重点：电枢反应、各电磁量的关系、各电抗参数、方程式、相量图及等效电路难点：电枢反应关键：明确时空相量图的关系教案内容：、同步发电机空载运行时的磁场；、同步发电机负载运行时的电枢反应；、隐机同步发电机的电压方程、向量图和等效电路；、凸机同步发电机的电压方程和向量图；5、同步发电机的功率方程和转矩方程；、同步电机的参数测定；、同步电机的运行特性。教案要求：1、知道同步发电机空载运行时的磁场分布；2、掌握电枢反应的概念和不同▽角时电枢反应的性质、作用和对电机的影响；熟练掌握同步电机对称稳态运行时的基本方程、等效电路和相量图；掌握同步发电机的运行特性的定义和曲线，并能解释曲线形状。自学指导：1、空载运行：原动机拖动转子以同步速旋转，转子通入直流励磁，电枢绕组开路的状态，称为同步发电机的空载运行。此时，气隙磁场只有转子直流励磁磁动势产生的机械旋转磁场——主磁场主磁场产生的磁通分为：主磁通①—一穿过气隙，同时匝链定、转子绕组0漏磁通①一一只匝链转子（励磁）绕组f^、对称负载运行：对称负载运行时，定子三相对称绕组（电枢绕组）流过三相对称电流产生旋转磁动势（电枢磁动势）——交流绕组的磁动势；电枢磁动势的基波与转子励磁磁动势同转向、同转速旋转，则气隙磁场由电枢磁动势和励磁磁动势共同产生。电枢反应对称负载运行时，电枢磁动势的基波在气隙中所产生的磁场就称为电枢反应。电枢反应的性质：取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置。如何研究？主磁场（以同步速旋转） 电枢磁动势（以同步速旋转）空间相对静止——取任一瞬间：相感应电势为最大值时影响因数：电枢磁动势的空间位置与电枢电流有关—一交流绕组的磁动势主磁场的空间位置与激磁电动势有关——交流绕组的电动势即电枢磁动势和主磁场的空间相对位置与激磁电动势E与电枢电流I的夹角有关0定义:激磁电动势E0与电枢电流I的夹角称为内功率因数角W0（与功率因数角中不同）（）V时的电枢反应0分析步骤：（）假定正方向：激磁电动势与电流——尾进首出为正；磁动势——与电流符合右手螺旋定则；相绕组轴线正方向——与正向电流符合右手螺旋定则；()转子参考轴正方向：直轴(轴)——两相邻主磁极轴线的连线，极磁力线穿出的方向；

交轴(轴)——两相邻主磁极轴线连线的中线，逆转子转向转过；()选时刻：相感应电势为正最大值瞬间——确定转子位置；()确定转子旋转方向：根据定子绕组空间位置确定转子旋转方向——感应正序电动势；()确定转子磁极极性：根据右手螺旋定则确定转子磁极极性——即确定励磁磁动势的方向；()确定电枢电流方向：根据W0确定电枢电流方向；()确定电枢磁动势方向：根据电枢电流方向确定电枢磁动势方向。见教材页图结论：电枢反应的性质——交轴电枢反应(电枢磁动势为交轴磁动势)电枢反应的作用——使气隙磁场发生偏移电枢反应对同步发电机运行的影响：有功分量电产流生的交轴电枢磁动势与励磁电流相互作用产生制动性质的电磁转矩，影响同步发电机的有功功率转换。(见图)图12-11有功电流产生 图12-12感性无功电流产生直轴图12-13容性无功电流产生直轴交轴电枢反应的情况 去磁电枢反应的情况 增磁电枢反应的情况()V。时的电枢反应:0分析步骤同上结论:电枢反应的性质——直轴去磁电枢反应(电枢磁动势为直轴磁动势)电枢反应的作用——使气隙合成磁场被削弱电枢反应对同步发电机运行的影响:不影响同步发电机的有功功率转换；但由于气隙合成磁场被削弱。使同步发电机的端电压下降。(见图)(感性无功分量电流产生的直轴电枢磁动势与励磁电流相互作用产生电磁力，不产生电磁转矩)()V—。时的电枢反应:0分析步骤同上结论:电枢反应的性质——直轴助磁的电枢反应(电枢磁动势为直轴磁动势)电枢反应的作用——使气隙合成磁场被增强电枢反应对同步发电机运行的影响：不影响同步发电机的有功功率转换；但由于气隙合成磁场被增强。使同步发电机的端电压上升。(见图)(容性无功分量电流产生的直轴电枢磁动势与励磁电流相互作用产生电磁力，不产生电磁转矩)()<V0<。时的电枢反应：见教材页图此时，电枢磁动势可分解为：直轴电枢磁动势(V)其性质为直轴去磁电枢反应；0作用为削弱气隙合成磁场。交轴电枢磁动势(V)其性质为交轴电枢反应；0作用为使气隙磁场发生偏移。同理，电枢电流也可分解为：直轴电枢电流、B、c联合产生直轴电枢磁动势*交轴电枢电流、B、c联合①0产生交轴电枢磁动势、隐极同步发电机的方程式、等效电路和相量图()不考虑饱和的分析——由于认为磁路线性，可应用叠加原理电磁物理过程：I漏磁通①一…一二……励磁电流—建立励磁磁动势-产生主磁通①一感应激磁电动势E00电枢电流If建立电枢磁动势—产生电枢反应磁通小一感应电枢反应电动势Eaa电枢电流I还产生漏磁通合一感应漏电动势E(Ix)O O O电枢电流I还在电枢绕组电阻R上产生压降IRaa»发电机端电压U其中：励磁磁动势和电枢磁动势合成气隙磁动势•••主磁通①0和电枢反应磁通①a合成气隙磁通①•••激磁电动势E0和电枢反应电动势Ea合成气隙电势E漏电动势E可用漏电抗压降的形式取代即EIx；x称为电枢绕组漏抗O OOO方程式、等效电路和相量图方程式

由电磁物理过程分析可得：EEE—IRU；

0aO a代入整理得：EE—I（Rx）U

0a aO又电枢反应电动势Ea（若不计定子铁耗）也可用电抗压降的形式取代，即EIx又电枢反应电动势Eax称为电枢反应电抗ax称为电枢反应电抗a与电枢反应磁通相对应，则EUIR0aIxIxUIRIxOa as其中xxx，称为同步电抗；它是同步电机在对称稳态运行时电枢漏磁场和电枢反应磁场对sOa电路作用的一个综合参数。(Ra等效电路和相量图：见教材页图（）考虑饱和的分析——特点：由于磁路非线性，不能采用叠加原理电磁物理过程：「漏磁通①

fO励磁电流—建立励磁磁动势 ’合成气隙磁动势-产生气隙磁通小—感应气隙电势E电枢电流If建立电枢磁动势电枢电流I还产生漏磁通合一感应漏电动势E（Ix）O OO电枢电流I还在电枢绕组电阻R上产生压降IRaa发电机端电压U其中：因波形为非正弦波，如对隐极机为阶梯波，而是正弦波，因此，和叠加时，需先将换算为等效阶梯波，再叠加。方程式、等效电路和相量图方程式由电磁物理过程分析可得：EE—IRUOa将EIx代入整理得：E—I（Rx）U或EUI（Rx）OO aO aO等效电路和相量图：见教材页图、凸极发电机的方程式和相量图（）双反应理论：考虑到凸极机气隙不均匀，把电枢反应分解为直轴电枢反应和交轴电枢反应分别研究再叠加的方法。（）考虑饱和的分析电磁物理过程：（①f,一建立一产生df感应激磁电动势E00直轴磁动势—产生直轴电枢磁通小―感应直轴电枢电动势Ead adIf建立分解为\交交轴磁动势-产生交轴电枢磁通疝-感应交轴电枢电动势Eaq aq电枢电流I还产生漏磁通合一感应漏电动势E（Ix）O O O电枢电流I还在电枢绕组电阻R上产生压降IRaa发电机端电压U其中：激磁电动势E和直轴电枢电动势E和交轴电枢电动势E合成气隙电势E0 ad aq方程式、等效电路和相量图方程式由电磁物理过程分析可得：EEE—I（Rx）U0adaq aO与隐极机类似，直、交轴电枢电动势E和E （若不计定子铁耗）分别可用直、交轴电枢电adaq流I和I在相应电抗上的压降形式取代，即EIx和EIx；x称为直轴电枢反dq addadaqqaqad应电抗，与直轴电枢磁通合相对应；x称为交轴电枢反应电抗，与交轴电枢磁通中相对ad aq aq应。再将III代入，则qdEUIRIxIxIxUIRIxIx0 aOdadqaq addqq其中xxx，称为直轴同步电抗，它是同步电机在对称稳态运行时电枢漏磁场和直轴电枢dOad反应磁场对电路作用的一个综合参数；xxx，称为交轴同步电抗，它是同步电机在对称qOaq稳态运行时电枢漏磁场和交轴电枢反应磁场对电路作用的一个综合参数相量图：要画凸极机的相量图，首先要将电枢电流I分解为直、交轴分量I和I，即要确定内功dq率因数角W。因此，引入虚拟电动势EE—I（x—x），可得：0 Q0ddqEUIRIxQ aqE与E同相位，即确定内功率因数角W,见教材页图。相量图见教材页图。Q0 0（）直轴、交轴同步电抗的意义：见教材页图、同步发电机的运行特性同步发电机对称稳态运行时，保持转速为额定转速，端电压、电枢电流和励磁电流的变化关系。（）空载特性定义：电枢绕组开路（空载），保持转子转速为额定转速，电枢端电压（空载时即激磁电动势）随励磁电流的变化曲线。（）空载特性曲线：见教材页图原因分析：交流绕组电动势公式作用：判断同步发电机定子铁心的性能与故障。（）短路特性定义：电枢绕组三相短接（短路，端电压），保持转子转速为额定转速，电枢电流随励磁电流的变化曲线。（）短路特性曲线：见教材页图原因分析:忽略电枢绕组的电阻R,可认为短路电流为纯感性，即W"，I^,I"I,TOC\o"1-5"\h\za 0q d\o"CurrentDocument"则：EUIRIxIx心Ix 即80 addqq d此时，电枢反应的性质为直轴去磁的电枢反应，使气隙磁场不饱和，即8①8。所以，8。0作用：配合空载特性求xd见教材页图。求xd不饱和值，xd（未）号见教材页图求xd的饱和值，3（饱和）心?（）外特性及电压变化率：定义：保持转子转速为额定转速，且励磁电流和负载功率因数中不变，发电机端电压随负载电流的变化曲线，即（）。外特性曲线：见教材页图。负载功率因数不同，外特性曲线不同原因分析：感性负载（中滞后）和纯电阻负载时，外特性曲线是下降的。这是由于电枢反应去磁作用和漏阻抗压降所引起的。容性负载（中超前）时，外特性曲线可能上升。这是由于电枢反应助磁作用抵消漏阻抗压降使端电压下降的影响使端电压上升。电压调整率：调节发电机的励磁电流，使电枢电流为额定电流、功率因数为额定功率因数，端电压为额定电压，此时的励磁电流为额定励磁电流。保持励磁电流为，转子转速为额定转速，卸去负载（即），此时端电压的升高的百分值即为电压调整率，用△表示，即（见教材页图）：同步电机的电压调整率较大，汽轮发电机通常在（），水轮发电机通常在（）％；而变压器的仅有（）％。（）调整特性：定义：保持转子转速为额定转速，发电机端电压为额定电压和负载功率因数中不变，励磁电流随负载电流的变化曲线，即（）。调整特性曲线：见教材页图。负载功率因数不同，调整特性曲线不同原因分析：感性负载（中滞后）和纯电阻负载时，为补偿电枢电流所产生的电枢反应去磁作用和漏阻抗压降所引起的端电压下降，随电枢电流增大，励磁电流增大，则调整特性上升的。同理，容性负载（中超前）时，调整特性有可能下降。作业及思考题：教材、、、、第三章同步发电机的并联运行本章是同步发电机的重点内容。通过本章的学习，首先要掌握同步发电机准同期并列的条件，熟悉不满足某一条件并列时产生的后果；其次要熟练掌握隐极机的功角特性和有功功率调节的理论和方法，掌握无功功率的调节方法和形曲线的分析方法；最后要了解同步电动机的启动方法和功率因数提高。重点：并联运行的条件和有功、无功功率的调节难点：功角的双重物理意义和功率调节分析关键：明确时空相量图的关系教案内容：1、同步发电机与电网的并联运行；、同步电动机和同步补偿机。教案要求：掌握同步发电机准同期并列的条件，熟悉不满足某一条件并列时产生的后果；熟练掌握隐极机的功角特性和有功功率调节的理论和方法；掌握无功功率的调节方法和形曲线的分析方法；、了解同步电动机的启动方法和功率因数提高。自学指导：、并网的条件和方法定义：无穷大电网——电网的电压和频率保持不变，电网的综合阻抗等零。方法：准同期并列法和自同期并列法（）准同期并列法——先激磁，后并网（正常并网采用）条件：待并发电机的电压与电网电压大小相等、相位相同；待并发电机的频率与电网频率相等；待并发电机的电压与电网电压相序相同。不满足条件的后果——以隐极机为例分析电压大小不等：会产生冲击电流和冲击电磁力电压相位不同：会产生冲击电流、冲击电磁力和冲击电磁转矩频率不等：若频差太大，会产生拍振电压、拍振电流、拍振电磁力和拍振电磁转矩，引起电机振动,但“微小频差的自整步作用”相序不同：永远不能拉入同步，且冲击电流很大。“不允许”

并列方法：同期表法——自动准同期并列装置灯光法——实验室同期表法：电压表——调励磁电流频率表——调转速同期表——相位与同期点灯光法：暗灯法：对应相相接，见教材页图。现象：灯不灭——表示有压差灯明暗变化快——表示频差大灯光旋转——表示相序接错全暗时合闸旋转灯光法：、相对调，见教材页图。现象：灯不灭——表示有压差灯旋转快——表示频差大灯光不旋转——表示相序接错A相灯暗时合闸实验室采用的方法——同期表盘（）自同期并网法——先并网，后激磁（事故采用）并网前励磁回路的状态：必须串灭磁电阻—见教材页图。条件：冲击电流小于允许值冲击电流引起的压降及电压恢复时间在允许范围之内一般水电厂采用、功角特性：（）定义：在激磁电动势和端电压保持不变时，电磁功率与功率角6之间的关系（6（）功角特性：忽略电阻，则 能中根据相量图见教材页图，知中甲6,代入上式，可得EUsin5UEUsin5U2)sin25EU式中，第一项m—0—sin5称为基本电磁功率;XdU2 1 1第二项m—（---）sin25称为附加电磁功率。附加电磁功率与励磁（或）无关，2XXqd仅当XwX（即交、直轴磁阻互不相等）时存在，故又称为磁阻功率。dq凸极同步电机的功角特性见教材页图。由图可知，。W6<°时，电磁功率为正值，对应于发电机状态；。W6<°时，电磁功率为负值，对应于电动机状态。对于隐极机，由于X=X=X，则附加电磁功率为零，故就等于电磁功率，即dqs

sin5EUm—osin5X对于凸极机，电磁功率也可写成EUmEI-m―Q—sin5Qq Xq()功率角5简称功角)的双重物理意义：时间上是时间相量与U之间的夹角；空间0上是转子磁极轴线与定子等效磁极轴线的空间夹角见。教材页图。定子等效磁极：产生主磁通、电枢反应磁通和漏磁通的磁极。、有功功率的调节及静稳定的概念()有功功率的调节如何调节？——根据能量守恒的原则，要调节发电机输出的有功功率，必须调节发电机输入的有功功率。调节过程：——若增大发电机输入的有功功率，即增大原动机的驱动转矩，使转子加速，功角5增大，由功角特性知，电磁功率增大，即输出的有功功率增大，制动转矩增大，转矩重新达到平衡。调节后，各物理量的变化(以隐极机为例，不调励磁，忽略电枢电阻和磁路饱和的影：响)噌大原动机有功功率的输入(汽轮发电机多进汽，水轮发电机多进水)功角噌大有功功率噌大空载感应电势不变端电压不变电枢电流增大功率废散角减小、静稳定的概念(—5曲线的运行稳定区)()定义：并网运行的同步发电机，当外界发生微小扰动，在扰动消失后，发电机能否会到原来的工作状态；若能，就是静态稳定的。()分析过程：见教材页和图。dP()稳定判据：整步功率系数肃＞。、无功功率的调节()无功功率的概念：在交流电的发、输、用过程中， 问题：用于转换成非电磁形式的能量一有功：（）交流电的有功功率如何表示？一平均功率（）电网