直流电机和交流绕组理路

直流电机

电机学习题课1编辑ppt3-1直流电机有哪些励磁方式励磁方式IfUEaI+-IaUEa,IaI+-UfIf+-IfEaI+-IaUIaEaI=If+-U并励串励复励他励自励Ia=IIa=I+IfIa=I=IfIa=I+IfU=Uf2编辑ppt3-6在直流发电机中，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质怎样？当电刷逆电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质又是怎样？如果是电动机，在这两种情况下，电枢反应的性质又是怎样？分析思路：负载时的电枢磁动势和电枢反应电枢电流ia电枢磁动势fa电枢磁场ba空载磁场b0气隙合成磁场bδ电枢反应3编辑pptb0ba(x)bδ(x)O(一)交轴电枢反应a）负载时的合成磁场b）合成磁场分布不计磁饱和时：计磁饱和时：交轴电枢反应既无增磁、亦无去磁作用交轴电枢反具有一定的去磁作用4编辑ppt（二）直轴电枢反应：

若电机为发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，对主极磁场而言，直轴电枢反应将是去磁的。若电刷逆着旋转方向移动一度，直轴电枢反应时增磁的。电动机的情况恰好相反。

+++············+++++++++·······+++++++bβbβ+++·····++bβbβFaβFaqFad5编辑ppt3-7直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是直流？为什么在稳态电压方程中不出现元件本身的电感电动势？电枢元件内的电动势和电流是交流当电枢旋转时，绕组元件要依次切割N，S磁极，由于在N，S极下产生的感应电动势的方向不同，相应的电流的方向也不同，当电枢连续旋转时，便会在绕组元件内产生交变的电动势和电流。在稳定时可认为通过元件的电流的大小基本恒定，在考虑到元件的电感量较小因此就可以忽略不计了。6编辑ppt直流电机稳态电压方程式

发电机：Ea=U+IaR+2ΔUs=U+IaRaIa=I+If（并励），Ia=I（他励、串励）电动机：U=Ea+IaR+2ΔUs=Ea+IaRaIa=I-If（并励），Ia=I（他励、串励）7编辑ppt3-9一台四极82kW、230V、970r/min的他励直流发电机，电枢上共有123个元件，每个元件为一匝，支路数为2a＝＝2。如果每极的合成磁通等于空载额定转速时具有额定电压时每极的磁通，试计算当电机输出额定电流的电磁转矩。解：他励直流电动机：注:中间过程完全不必计算,Ce和CT也不用求出来8编辑ppt3-11一台他励发电机的转速提高20％，空载电压会提高多

少（If不变）？若为并励发电机，则电压升高的百分值

比他励发电机多还是少(Rf不变)？If不变Φ不变他励空载：Ea＝U0=Cen

Φn20％U020％并励空载：Ea＝U0=Cen

Φ＝RfIfnU0Φ不变IfΦnU0增幅大于20％Rf不变9编辑ppt3-13一台四极82kW，230V，970r/min的并励发电机，R（750）＝0.0259，Rf（750）＝22.8

额定负载下串入3.5的调节电阻，电刷压降为2V，铁耗和机械损耗共2.5kW，杂散损耗为额定功率的0.5％，试求额定负载时发电机的输入功率、电磁功率和效率。分析：并励发电机额定负载时：I=P/UN=82000/230=356.52AIa＝I+If＝365.265APe＝P2+Ia2R

+2△UsIa＋If2Rf＝88.197kW或者：Pe＝EaIa＝(U+IaR+2△Us)Ia=(230+365.27*0.0259+2)*365.265＝88.197kW（推荐）10编辑pptP1＝Pe＋P0＝＝88.198＋2.5＋0.5％×82＝91.108kW11编辑ppt3-15一台并励直流电动机正转时为某一转速，如将它停车，仅改变励磁电流的方向后重新启动运转，发现此时转速与原来不同，是什么原因？分析：1.剩磁的影响。的一部分用来抵消剩磁2.电枢位置不在几何中心线。转速变化，由于仅有If方向变化，U、Ia、Ra都没变化，由下式可知一定是主磁通变化了。If变向前后直轴电枢反应的效果是相反的，导致不一样12编辑ppt3-16一台17kW、220V的并励直流电动机，电枢总电阻R＝0.1欧，在额定电压下电枢电流为100A，转速为1450r/min,并励绕组与一变阻器串联以限制电流为4.3A。当变阻器短路时，励磁电流为9A，转速降低到850r/min,电动机带有恒转距负载，机械损耗等不计，试计算（1）励磁绕组的电阻和变阻器电阻（2）变阻器短路后，电枢电流的稳态值；（3）电磁转矩值

励磁支路总电阻R＝220/4.3＝51.16Rf=220/9=24.44R串=51.16-24.44＝26.72Tl不变，机械损耗等不计13编辑ppt14编辑ppt3-17一台96kW得并励直流电动机，额定电压为440V，额定电流为255A，额定励磁电流为5A，额定转速为500r/min，电枢总电阻为0.078欧，不计电枢反应，试求（1）电动机得额定输出转距；（2）额定电流时的电磁转矩（3）电动机的空载转速。（2）电枢电流电磁转矩（1）输出转矩15编辑ppt（3）空载转速16编辑ppt电机学考试题型介绍选择题、填空题、计算题（含分析推理题、画图题）例1：重庆大学2000级《电机学》期末考题，各题型分布如下：一、选择：20′＝2′×10二、填空：20′＝1′×20三、计算题：60′＝10′（变）＋15′（直）＋20′（感）＋15′（同）17编辑ppt真题范例例1：在单相变压器中，高压绕组的匝电动势：（1）大于低压绕组的匝电动势；（2）等于低压绕组的匝电动势；（3）小于低压绕组的匝电动势。分析：主磁通同时与高压侧、低压侧相交链。而匝电动势是指单匝线圈上的感生电动势，故高低压绕组的匝电动势是相等的。答案：[2]错误：认为匝电动势就是电动势，而选118编辑ppt例2：一台并励直流电动机的端电压和励磁回路电阻均不变，增加电枢回路调节电阻，则转速将：（1）升高；（2）不变；（3）降低。[]分析：Rf不变答案：[3]If不变不变Ran19编辑ppt分析： 直流并励发电机

直流并励电动机

例3：输入功率与电磁功率之差，对于直流并励发电机包括____机械损耗、铁耗、杂散损耗_________对于直流电动机包括______损耗。____电枢铜耗、电刷(接触)损耗、励磁铜耗__________损耗，20编辑ppt例4：变压器的空载损耗主要是_____________________损耗，短路损耗主要是_____________________损耗。铜铁分析：空载时，一次绕组由于空载电流很小，绕组中产生的电阻损耗可以忽略不计，空载输入功率基本上是供给铁心的。短路时，变压器内的主磁通很小，激磁电流和铁耗忽略不计，短路功率即为铜耗。例5：321编辑ppt例7：3例6：分析：电源正弦波激磁电流尖顶波主磁通正弦波Y,y联结，三次谐波不能流过基波＋3次谐波饱和激磁电流接近正弦波222编辑ppt饱和主磁通平顶波分解成基波＋3次谐波由于将在绕组中感应出三次谐波电动势e3，e3的幅值可达到基波e1幅值的50％以上，结果使得相电动势形成尖顶波。23编辑ppt例8：分析：消除次谐波，应当选用比整距短的短距线圈取1-1/5,1-1/7中间的5/6可同时减小5次和7次谐波。324编辑ppt计算题：1.一台单相变压器，空载时一次侧与二次侧的电压比为4：1，额定负载时一次侧与二次侧的电压比为80：19。求（1）该变压器的变比k；（2）该变压器额定运行时的电压调整率Δu。（10分）2.一台四极他励直流电机，已知a=＝1，Za＝372，Ra＝0.2Ω，2ΔUs＝2V，U＝220V，n＝1500r/min，Φ＝0.011Wb，pfe＝362W，pΩ＝204W，pΔ＝0。求：（1）该直流电机运行在发电机状态还是电动机状态？（2）该直流电机的输入功率P1、电磁功率Pe、输出功率P2和效率η。（15分）25编辑ppt3.一台三相六极50Hz的感应电动机，已知PN＝28kW，UN＝380V，nN＝950r/min，cosφN＝0.88，定子绕组Y接法，在额定运行pcu1＝1.4kW，pFe＝0.8kW，pΩ＝1.1kW，pΔ＝0.186kW。求此时的：（1）转差率；（2）转子电流频率；（3）转子铜耗；（4）输入功率；（5）效率；（6）定子电流。（20分）4.一台Y联结的三相同步发电机，2p＝2、转速n＝3000r/min、定子槽数Q＝60、双层绕组的节距y1＝5τ/6、每相总串联匝数N＝20、正弦分布的基波主磁通Φ1＝1.48Wb。求：（1）电动势的频率；（2）基波电动势的节距因数、分布因数和绕组因数；（3）基波相电动势和线电动势。（15分）26编辑ppt交流绕组的共同理论

付博电机学习题课27编辑ppt4-5试述分布因数和节距因数的意义。为什么分布因数和节距因数只能小于或等于1？集中线圈q个线圈分布线圈q个线圈α28编辑ppt分布因数：线圈组的各线圈分布在若干个槽时的电动势相量和与各线圈都集中在同一槽时的电动势代数和的比值。（由于绕组分布在不同的槽内，使得q个分布线圈的合成电动势Eq1小于q个集中线圈的合成电动势qEc1，由此所引起的折扣。）29编辑ppt当线圈分布放置时，由于相邻线圈电动势存在相位差，使得合成电动势比集中放置时小，所以分布因数小于或等于1。当且仅当线圈集中放置时，分布因数取1。数学解释：相量和总是小于（或等于）其代数和30编辑pptE”1·y1<τE”1·E’1·NS-E”1·Ec1·31编辑ppt节距因数：短距线匝电动势（为构成线匝的两导体有效边电动势相量和）与整距线匝电动势(为构成线匝的两导体有效边电动势代数和)的比值。

（表示线圈短距时感应电动势比整距时应打的折扣）

数学解释:相量和总是小于（或等于）其代数和

32编辑ppt4-11.试计算下列三相，两极，50Hz的同步发电机定子的基波绕组因数和空载相电动势，线电动势。已知定子槽数Q=48，每槽内有两个导体，支路数a=1,y1=20，绕组为双层，星形联结，基波磁通量φ1=1.11Wb解：33编辑ppt34编辑ppt4-15.单相绕组的磁动势的性质，它的幅值等于什么？解：θsOfφ1既是时间的函数，又是空间的函数；在空间上，按余弦规律分布；在时间上，按余弦规律变化；轴线位置固定不动；幅值大小随时间按正弦规律脉振；脉振的频率就是电流的频率。单相绕组的基波磁动势驻波35编辑ppt单相绕组的谐波磁动势既是时间的函数，又是空间的函数；在空间上，按余弦规律分布，其波长是基波的1/ν倍；在时间上，依然按基波电流的频率脉振；轴线位置固定不动。36编辑ppt单相绕组的合成磁动势性质：脉振（时间与空间的函数）频率：电流的频率位置：固定不动波形：阶梯波一致：谐波磁动势的绕组因数与谐波电动势的绕组因数相同，反映了电动势计算和磁动势计算的相似性，时间波与空间波的统一性。37编辑ppt单相绕组的磁动势其中：38编辑ppt4-16.三相基波旋转磁动势的幅值，转向和转速个取决于什么，为什么?解：三相对称绕组的基波合成磁动势性质：在三相对称绕组中，通入三相对称电流，将产生一个基波圆形旋转磁动势；幅值：其幅值的大小恒定，不随时间变化；有公式可知它取决于每极下每相的有效串联匝数和相电流转速：其轴线位置以同步速度旋转；39编辑ppt方向：其轴线位置从电流超前相的绕组轴线转向电流滞后相的绕组轴线；（对称三相绕组中通有对称三相正序电流时，基波合成磁动势是一个正弦分布，以同步转速向前推移的正相恒幅旋转磁动势波也即是圆形旋转磁动势波。通有对称三相负序电流时，基波合成磁动势将成为反向推移的旋转磁动势波。）位置：当某相绕组的电流达到最大时，基波圆形旋转磁动势的轴线位置就与该相绕组的轴线位置重合。40编辑pptabcabc基波合成磁动势的转向ABCABCnsF1nsF1反向行波正向行波41编辑ppt4-19.试求题4-11中的发电机通有额定电流，一相和三相绕组所产生的基波磁动势幅值。发电机的容量为12000kW，

=0.8，额定电压（线电压）为6.32kV,星形联结。解：42编辑ppt4-21试分析下列情况下是否会产生旋转磁动势，转向怎样？（1）对称两相绕组内通以对称两相正序电流时（图4-26）；三相绕组的一相（例如C相）断线时（图4-27）。解：（1）43编辑ppt44编辑ppt从这道习题可以总结出

一个圆形旋转磁场可以用两个在时间上和空