电机学自学材料

绪论(introduction)

一、电机及电机学概念(electricmachineandeIectricmachinetheoryconcept)

1.电机定义：是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。

2.电机分类：(按运动方式分类)

一静止电机----------------变压器

电机Jr直流电机

旋转电机1

1上流电机?步电机

同步电机

3.电机学及性质：专业基础课

4.本门课学习方法：①抓住主要矛盾；

②理论联系实际；

③善于运用对比的方法。

二、电机中的材料(materiaIs)

1.导电材料：线圈(铜、铝)

2.导磁材料：铁磁材料(重点介绍)

3.结构材料：铸铁、铸钢和钢板等

4.绝缘材料：聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带、电工纸、云母片等(A、E、B、F、H、C)

三、铁磁性材料的磁化特性:(characteristicofferromagneticmateriaI)

1.铁磁性物质的磁化

铁磁材料：铁、锲、钻及其合金

磁化曲线：B=

特性：①具有高的导磁性能；②磁化曲线呈非线性(饱和特性)

2.磁滞回线

①磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化；”=0时8的值，称为剩磁坊；

②基本磁化曲线：B=/(")；

③铁磁材料［软磁材料：〃高，々小，磁滞回线窄而长，如：铸钢、硅钢、坡莫合

《金，制作电机铁心；

、硬磁材料：N不高，Br大，磁滞回线宽而胖，制造永久磁铁；

3.磁滞损耗和涡流损耗

①磁滞损耗：磁畴之间产生摩擦而产生的，P/，8乃：

②涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生日损耗，PFe=『B；/」Re

③铁损：磁滞损耗+涡流损耗，

四、电机中的基本电磁定律(basicelectromagneticIaws)

1.磁路中的几个基本定律

①全电流定律一安培环路定律(lawoftotalcurrent)

SHdl^Yl

举例：

工程上：£Hl=»线圈：±Hl=NI

*电流方向的判断：

②磁路的基尔霍夫第一定律：z①=°

*说明磁通是连续的。

③磁路的基尔霍夫第二定律：*1=

①=£=LFR=—

④磁路欧姆定律：Rm心m心

*铁磁材料的R，”不为常数。

2.电路中的两个基本定律

①基尔霍夫第一定律：=°

②基尔霍夫第二定律：»

3.电磁感应定律(electromagneticinductivelaw)

N“d①

e=----=-N---

dtdt

变压器电动势：同上；

运动电动势：e=Blv

*判断方向：右手定则

4.电磁力定律：f=Bil

*判断方向：左手定则(主要用于分析旋转电机的电磁转矩)

第一篇变压器transformer

1.变压器的定义：它是一种静止的电机，通过线圈间的电磁筋应关系，将某一等级的

交流电压转换为何频宽的另一等级的交流电压。

2.变压器的用途：

3.电力变压器：用于电力系统升、降电压的变压器。

第一章变压器的基本工作原理和结构

(basicoperationprincipleandstructureoftransformer)

一、基本结构(basicstructure)

器身：由铁心和线圈组成。

1.铁心：构成主磁路，机械骨架，由硅钢片迭成

①材料：0.35mm厚涂有绝缘漆膜的硅钢片，导磁性能好，可减少铁损；

②铁心形状：矩形、十字形等；

③迭片方式：交迭式迭装

2.线圈：导电部分，铜线或铝线

*为便于线圈和铁心绝缘，低压靠近铁心柱在里面，高压在外面；

线圈在铁心上排列方式J同心式

j交迭式

3.油箱和冷却装置：

*变压器油的作用：绝缘和冷却

4.绝缘套管：用于引线

5.保护装置和其他

二、基本工作原理(basicoperationprinciple)

若g]«ocN]

e2«M2ocN2

WjN1

可见，%M只要改变线圈的匝数，就能达到改变电压的目的。

三、变压器的分类（classificationoftransformer）

1.用途分：升压变压器、降压变压器；

2.相数分：单相变压器和三相变压器；

3.线圈数：双线圈变压器、三线圈变压器和自耦变压器；

4.铁心结构：心式变压器和组式变压器；

5.冷却介质和冷却方式：油浸式变压器和干式变压器等；

6.容量大小：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。

四、变压器的型号和额定值（typeandratedvaIue）

1.型号：表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容。

例如：SL-500/10：表示三相油浸自冷双线圈铝线，额定容量为500kVA,高压侧额定

电压为10kV级的电力变压器。

2.额定值：

S'：铭牌规定在额定使用条件下所输出的视在功率。

Sv：指变压器长时间运行所承受的工作电压。（三相为线电压）

U'N：规定加在一次侧的电压；

02N：一次侧加额定电压，二次侧空载时的端电压。

电变压器额定容量下允许长期通过的电流有八和AN（三相为线电流）。

九：我国工频:50Hz；

还有额定效率、温升等额定值。

3.单相变压器的关系式：SN=U/N

三相变压器的关系式：SN=MU/N

**:对于双线圈变压器一、二次侧的额定容量相等。（由于其效率高）

4.举例：一台Y,dll联接的三相变压器，额定容量为3150kVA,UMU2N=35/6.3kV,求：

①变压器一、二次额定电压和额定电流？

②变压器一、二次线圈的额定电压和额定电流？

**思考题：原边加直流电压是否可以？为什么？

第二章单相变压器运行原理及特性

(operationprincipleandcharacteristicofsinglephasetransformer)

1.从空载和负载运行时的电磁关系出发，导出基本方程式、等效电路和相量图；

2.分析稳态运行性能(电压变化率、损耗和效率)

*适用于三相变压器的对称运行。

第一节单相变压器的空载运行

(no-loadoperationofsinglephasetransformer)

一、电磁现象(electromagneticphenomenon)

1.空载定义："=0

2.物理过程：

*电机中各物理量正方向的规定

3.仇和①I。区别：

①在性质上：①。与I。非线性关系；①I。与I。线性关系；

②在数量上：©。占99%以上；中占现以下；

③在作用上：6传递能量的媒介；漏抗压降。

二、空载时各物理量(physicalquantitiesofno-load)

1.原边电压变压器一次线圈所接的电网电压；

2.空载电流空：

①作用：一是用来激磁，产生主磁通；二是供空载损耗。

・・・

②组成：/o=/Oo+/Or

③性质：感性无功；

④大小：2〜8%；二，。叫「,称为激磁电流。

**/。为什么越小越好？

⑤波形：磁路饱和：尖顶波；磁路不饱和：正弦波。

*实际需要：将多顶波的空载电流等效为正弦波。

3.空载磁动势力。

Fo=N'o……建立空膂磁场

4.主磁通而。与一次漏磁通

5.主磁通感应的电动势

d①八

mm/G=_乂1——-=2^V,Osin(69r-90°)

设①0二①,〃smw,则IdtJ)

E]=-j4A4JN}iin

••

同理可得：E1=-j444M①m

*结论：&(马)8广乂02)•①叫在相位上滞后(k,90°。

6.一次漏感电动势片*

小小."eg=-N[①9=2时N、①sin(w-90°)

设①s=①im“sina,则s1dt

=-J4.44/?V1OIOT„

又可得：

N?

$=2时——

式中：R，，s=常数，为一次绕组的漏电抗。

*电抗的概念可以推广。

*

lor}

7.一次线圈电阻压降

8.空载损耗°

Po=PFe+Pc,.KPFe8B：./3

*空载损耗约占(0.2—1)%,随容量的增大而减小。

三、空载时的电磁关系(electromotiverelationshipofno-load)

1.电动势平衡方程：

①一次侧：t/i=-£'i+/orl+j/ox,=-Ei+/oZt

忽略IZ,则有:■"瓦=自44处(跖

①—___!__〜____!__

即’”一4.444「4.44/7V,

*结论：影响主磁通大小的因素是：电源电压Ui、电源频率f和一次侧线圈匝数N”

与铁心材质及儿何尺寸基本无关。

②二次侧：U2。gEINTJTJ

2.变比：E2N2U20U?N*降压K〉1；升压K<1；

U1N

**三相变压器：Y,d接线石U2M

D,y接线U2N

Y,y和D,d接线U?N

3.等效电路：

令：一日=/oZ,“=（小+JXJ/O

*。"和X，”的物理意义；

则有：U'=~E'+IoZi=（5+",“）/°+（1+jx^Io

式中：Z,,,、X,,和却•随磁•路饱和•程度的增加而减小。

等效电路为：小=/°Z,"+/°Z|

由于0〉h,xjX,,可得简化等效电路：tw.

UiEIXm

变压器空载时的简化等效电路

**空载电流的大小：取决于激磁阻抗的大小，从变压器运行的角度看，希望空载电流

越小越好，因此变压器采用高导磁率的铁磁材料，以增大以减少

Io,提高变压器的效率和功率因数。

4.相量图：

①空载时的方程式：(总结)

②空载时的相量图：

**变压器空载运行时，c°s°o很低，一般在0.1〜0.2之间。

第二节单相变压器的负载运行

(loadoperationofsingle-phasetransformer)

一、磁动势平衡关系(magnetomotiveforce(mmf)balancerelationship)

1.负载运行定义：在九，IN下，二次线圈接以负载的运行状态。

2.负载时的电磁过程

a工勺

1------------------------►%七

3.磁动势平衡方程式：(1)磁动势形式：F^+F2=F0

11=/o+(------)

(2)电流形式k

*解释方程的物理意义X1N,

若忽略I。，则有：12KM注意大小和相位。

二、电动势平衡方程(electromotiveforce(emf)balanceequation)

Ui=-E\+hrx4-j/1Xj=-Ei+/iZ]

U2=E2-I2r2-jhx2=E2+12Z2

hA/,+/2N2=/oN]

区=丛

E2N2

Ei=~/oZm

U2=hZL

三、折算(conversion)

1.折算目的：获得等效电路；简化计算；画相量图

2.折算方法：N?=N,

3.折算原则：小2="和二次侧的各功率保持不变

4.折算的物理量：

①二次侧电流：口=h/k

②二次侧电动势的折算：

E/=kE2

E2/=kE2

IV=kU2

③二次侧阻抗的折算：2

R/=kR2

X2。'=k2X20

2

Ri/=kRL

2

XJ=kXL

5.折算后的方程：

Ui=—E1+/1Z1

U2—E2—12Z2

Ei=Ez

••I•

/1+，2=7o

Ei=-/oZm

四、等效电路和相量图(equivalentcircuitandphasordiagram)

1.形等效电路和相量图

①“T”形等效电路

rm

U1El=E2XmU2ZJ

②相量图

2.近似等效电路

一般IuZ,<0.08U1N时采用

3.简化等效电路和相量图

①简化等效电路：忽略I。

②电压方程式：Ui=IM+jXk)-U?

〃=八+八；

Xk=X\°+X；°

其中：A=rk+Jxk

③简化相量图：要求掌握。

<|>

*说明：AABC为阻抗三角形；对于一台已制成的变压器，其形状是固定的。

**短路阻抗大小的意义：①从正常运行角度，希望小些；

②从短路角度看，希望大些，可限制短路电流。

第三节变压器参数的测定

(measurementoftransformerparameters)

说明：通过空载和短路试验测取。

一、空载实验(no-loadtest)

1.目的:通过测量Io,Ui,U20及PO来计算K,Io(%),PFe,Zm=rm+jXm以及判断铁心

质量和线圈质量。

2.接线：一般低压侧加压，高压侧开路

3.步骤：①低压侧加电压，高压侧开路；

②电源电压由0〜1.2由(或1.2UN〜0),测Ui、U2o>Io和Po值;

③可得Io=f(UD及Po=f(Ui)

**单方向激磁。

4.计算:

U20

①变比:

，0(%)=4x100

②，IN

③%=Po

zm=y-〃=*

④由空载简化等效电路，得：4;I。

5.注意：①外和X„,是随电压的大小而变化的，故取对应额定电压时的值。

②空载试验在任何一方做均可，高压侧参数是低压侧的1?倍。

③三相变压器必须使用一相的值。

④cos°o〈0.2,很低，为减小误差，利用低功率因数表。

二、短路实验(shortcircuittest)

1.目的：测IK、UK及PK,计算UK(%),pcu,ZKF+JXK。

3.步骤：①高压侧接电源，低压侧短接；

②电压由0〜t,使IK=0-1.2IN,分别测IK、UK及PK;

③可得1K=f(UK),线性；PK=f(UK),抛物线。

4.计算：

①PC产PK=PK(PiePCu+PFe—PCu,二,电嫄电压很低PF产0)

ZK-rK=与---2

②由简化等效电路，得晨；lK；XKWKTK

1,1

八

*一般认为:斗;

③温度折算：线圈电阻与温度有关，国标规定向75。。换算;

_235+75.

对铜线：=235+8心

225+75

r7c-rK

对铝线：225+e

...ZK75。。=yrK15℃+XK

**①三相变压器必须使用一相的值。

②短路试验在任何一方做均可，高压侧参数是低压侧的I?倍。

三、短路电压(阻抗电压)(shortcircuitvoltage)

L定义：短路试验时，使短路电流为额定电流时一次侧所加的电压，成为短路电压UK

即UKN=I1NZK75-C

**记作：额定电流在短路阻抗上的压降，亦称作阻抗电压。

uK(%)=—X100%=j'K触.X100%

2.短路电压百分值：U\NUIN

/,A，WC

MK(%)^X100%

短路电压有功分量：丸

MK(%)=^^X100%

短路电压无功分量：IN

3.UK对变压器运行性能的影响：短路电压大小反映短路阻抗大小

①正常运行时希望小些，电压波动小；

②限制短路电流时，希望大些。

**中、小型变压器：(4-10.5)%；

大型变压器：(12.5〜17.5)机

第四节标么值及其应用

(pre-unitvaIueandapplication)

一、标么值的定义(definitionofpre-unitvalue)

实际值

标么值

基准值

*实际值与基准值必须具有相同的单位。

二、基准值的选取(selectionofbasicvalue)

1.通常以额定值为基准值，各侧的物理量以各自侧的额定值为基准

JJI_U\N

例如：变压器一次侧选LN；

变压器二次侧选;

由于变压器一、二次侧容量相等，均选SN

**①额定值的标么值为1;②标么值的表示为在原符号右上角加“*”表示;

③使用标么值表示的基本方程式与采用实际值时的方程式在形式上一致。

u；=4-/；，z：='

举例：UIN.【IN；Z1N

u*_u?『_L/一三

U2―11~J句一

U2N；，2N；

»_U*\N_11*=P°_______

Z„,-―-r~-，"-，*2*/*2»2

I。I。./0.x,“=也,-rm

2.实际值、标么值和百分值的关系

①实际值=标么值X基准值

②百分值=标么值x100%

三、优缺点(meritsandshortcomings)

1.优点：①便于分析比较；

②直观反映变压器运行情况，如：0.9,/；=1.05(过载)

③物理意义不同的物理量，具有相同的数值；

=UK，「K=liKa^XK~UKr

④采用标么值后，不必折算了；

⑤采用标么值后，三相变压器的计算公式与单相变压器的计算公式完全相

同。

2.缺点:①没有单位；②物理概念比较模糊。

第五节变压器的运行性能

(operationcharacteristicsoftransformer)

一、电压变化率(voltageregulationfactor)

1.原因：内部漏阻抗压降的影响；

一二力。一力/2广%=〃-入=1一与

2,定义式：U2NU2NU\N

3.参数表达式：由简化相量图，可得：(推导过程略)

AM=cos"+x,Ksin(/)2)

P——，2

式中：IN"称为负载系数，直接反应负载的大小，如夕=°,表示空载；

B=l,表示满载;

**影响Au的因数：①负载大小夕；②短路阻抗标么值；③负载性质。2

二、变压器的电压调节(voltageregulationoftransformer)

1.通过改变高压侧分接头（即改变高压侧线圈的匝数）来调压。

±5%

2.分接头：（±2x2.5%

'无激磁调压

3.调压方法：i有载调压

损耗和效率(lossandefficiency)

基本铜损：原副线圈直流电阻的损耗

［附加铜损：漏磁场引起的

基本铁损：磁滞和涡流损耗

［附加铁损：铁心、迭片间引起的

**铁损--------不变损耗；铜损----------可变损耗。

〃=J100%

2.效率：P\

*变压器的效率比较高，一般在（95〜98）%之间，大型可达99%以上。

7=（1-x100%=（1—爪+PCK_）*100%

P\8+PFe+

令：匕＞=%

PC.=(}¥PKN=P2PKN

，2N

p2=4/2cos。2=/3U2NI2NCOS%=肉Ncos02

7=(1------------P。4°%,)x100%

际cos/+4+〃小

**结论：①效率大小与负载大小、性质及空载损耗和短路损耗有关。

②效率特性：〃=/（夕）

③最大效率：

也=04=m2

令：印得\PKN即/2「仙=%（或铜损==铁损）时，有

〃=1________________

A„^COS^2+2P0

**说明：变压器的铁损总是存在，而负载是变化的，为了提高变压器的经济效益.，提

高全年效益，设计时，铁损应设计得小些，一般取以，=0-5〜66,对应的PKN与Po之

比为3〜4。

第三章三相变压器

(three-phasetransformer)

本章主要内容：①磁路系统；②电路系统；③线圈中的空载电动势波形

第一节三相变压器的磁路系统

(magneticcircuitsystemofthree-phasetransformer)

按铁心结构分：

1.组式变压器：各相磁路彼此无关，即三相磁路是独立的；

原边外施三相对称电压一三相对称磁通一由于磁路对称，产生三相对称的空载电流

2.心式变压器：各相磁路彼此相关，有电和磁的联系；

原边外施三相对称电压一三相对称磁通一但由于磁路不对称，产生的三相空载电流

不对称，且中间电流小。

*组式和心式变压器的比较：

①组式变压器：受运输条件或备用容量限制采用

②心式变压器：省材料，效率高，占地少，成本低，运行维护简单，广泛应用。

第二节三相变压器的电路系统

(circuitsystemofthree-phasetransformer)

一、线圈首、末端的标志及极性(markofhead,endandpolarity)

1.变压器线圈的首、末端标志

单相变压器三相变压器

线圈名称

々山

首端木—p.项首端木—4-项xiii中占

高压线圈AXABCXYZ0

低压线圈aXabcxyz0

中压线圈AmxmAmBmCmXmYmZmOm

2.极性：指瞬时极性——同名端

由线圈的绕向和首末端标志决定

二、单相变压器的连接组别(connectionsofsingle-phasetransformer)

1.定义：反映单相变压器高、低压线圈电动势(或电压)之间的相位关系，它由线圈

的绕向和首末端标志决定。

2.单相变压器的连接组别：1,10；1,16

*>i@)LIO；1,16的意义;

②国标规定：I,10为标准连接组别。

三、三相变压器线圈的连接组别(connectionsofthree-phasetransformer)

1.连接方式：Y或D；(y,d)一一复习电路知识

2.定义：反映三相变压器对称运行时，高、低压侧对应线电动势(或线电压)之间的

相位关系，它与线圈的绕向和首、末端标记及高、低压线圈的连接方式有关。

3.时钟表示法：(位形图)

举例：

位形图Y,y0

作图步骤：①先画出高压线圈的位形图；

②便于比较，将A,a连成等电位点；

③画出低压侧的位形图；

④将AB,ab连线，得出结论。

4.国标规定了五种标准连接组：Y,ynO；Y,dll；YN,dll；YN,yO；Y,y0。

**①凡Y,y或D,d连接均为偶数；②凡Y,d或D,y连接均为奇数。

**本节课将原理讲完后，主要让学生自己练习。

第三节磁路和线圈连接方式对空载电动势波形的影响

(influenceofmagneticcircuitandcircuitsystemtoemfwave)

复习电路知识：①非正弦波(如e,i,<!>)可分解成：基波+3次谐波+5次谐波+……,

主要是3次谐波的影响，其余忽略不计。

②3次谐波特点：三相大小相等、相位相同、3倍基波频率。

磁路和线圈连接方式对空载电动势波形的影响

接线Y.yYN,y或D,yY.dY,yn

波形组式心式组式心式正常运行组式心式

激磁电流正弦正弦尖顶尖顶正弦正弦正弦

主磁通平顶基本正弦正弦正弦基本正弦平顶基本正弦

感应电动势尖顶基本正弦正弦正弦基本正弦尖顶基本尖顶

**说明：Y,yn接线空载时与Y,y接线情况完全相同。

思考题：Y,d接线的三相变压器，三次谐波电动势在d中能形成环流，而基波电动势

在d中能否形成环流，为什么？

第四章变压器运行

(theoperationoftransformer)

第一节变压器的并联运行

(paralleiconnectionoperationoftransformer)

前言：1.定义：几台变压器的原、副线圈分别连接到原、副边的公共母线上，共同向

负载供电。

2.优点：①可靠性；②经济性。

一、理想条件(idealcondition)

1.理想情况：①空载时副边无环流；

②负载后负载系数相等；

③各变压器的电流与总电流同相位。

2.理想条件：①各变压器的原、副边的额定电压分别相等，即变比相等；

②各变压器的连接组号相同；

③各变压器的短路阻抗(短路电压)标么值相等，且短路阻抗角也相等。

二、不满足并联条件的分析(analysis)-以两台变压器并联运行为例来分析

1.变比不等时的并联运行，设

①空载运行时的环流(原边向副边折

算)

变比不等空载时的并联运行

£L_£L

K,K„

C-

空载时有环流:ZKI+ZK"

ZKI

②负载运行:

负载时变压器并联运行电路

121=Iu+I。

/2"=1LI1-10

*结论：变比大的变压器承担的电流小，变比小的变压器承担的电流大。

2.组别不同时并联运行

组别不同时，副边线电动势最少差30°,由于短路阻抗很小，产生的环流很大。

**结论：组别不同，绝对不允许并联。

3.短路阻抗标么值不等时的并联运行

11Z*=/〃ZK"

1J71J7

1I「IN八KI1II1UNKII

-------X----------------=---------X------------------

//NUN/〃NUN

BZKI=°"ZKU

PiPn=:

KI/KII

**结论：各变压器所分担的负载大小与其短路阻抗标么值成反比，短路阻抗标么值大

的变压器分担的负载小，短路阻抗标么值小的变压器分担的负载大。

4.变压器运行规程规定：

①变比不同和短路阻抗标么值不等的变压器，在任何一台变压器都不会过载的情况

下，可以并联运行。

②短路阻抗标么值不等的变压器并联运行时，应适当提高短路阻抗标么值大的变压

器的二次电压(即适当减小其电压变比)，以使并联运行的变压器的容量均能得以充

分利用。

第二节三相变压器的不对称运行

(unsymmetricaloperationofthree-phasetransformer)

前言：①三相变压器的外施电压-一般是对称的，其不对称往往是由负载不对称所致。

如：变压器二次侧接有较大的单相负载、照明负载三相分配不平衡等。

②分析不对称运行方法：对称分量法。

一、对称分量法(以电流为例)(symmetriccomponentsmethod)

1.定义：实际上是一种线性变换，它是把一组三相不对称的正弦量分解成三组互为独

立的三相对称的正弦量，它们分别是：

,0.0.0

①零序分量：三相对称的正弦量，大小相等，相位相同，即/A=/B=/C；

②正序分量：三相对称的正弦量，大小相等，相位互差120°,相序为A-B—C,

.+.+.+.+

即几=4=a/A,式中：a=eyl20°,a1-e~ji2^,\-\-a+a~=0.

③零序分量：三相对称的正弦量，大小相等，相位互差120°,相序为A—C-B,

g|jIB=aIA,IC=a'IA

,0

1A1

111A

2

IA—laaIB

3,

\a'a

IAIc

2.分解公式：L

—＞三相变压器的各序阻抗和等效电路(sequenceimpedanceandequivalent

circuit)

1.正序阻抗和等效电路

①正序阻抗：正序电流所遇到的阻抗，Z+=ZK,相序为：AfBfC；

②等效电路：

2.负序阻抗和等效电路

①负序阻抗：负序电流所遇到的阻抗,

Z=Z+=ZK,相序为：A—C-8；

3.零序阻抗和等效电路

①零序阻抗：零序电流所遇到的阻抗；

②等效电路：由零序电流本身特点，其产生零序磁通与线圈的连接方式和铁心结构有

关。

且Z,“〉〉Z，〉ZK

三、Y,yn接线三相变压器带单相负载(single-phaseloadofthree-phase

transformerwithY,ynconnection)

如图：一次外施三相对称电压，单相负载ZL接a相，为了简单起见，副边量已折算至

原边，不加折算符号。

分析：根据不对称条件，列端点方程:

Ib=0

l(=0

T『1'3UA

I=Ia=3Ia=---------------------------------7--------------

2ZK+Z,+Z,®+3Z,

..+.—.0.+.+

Ua=U„+Ua+Ua=IZ,=3IaZt=Ia(3Z,)

I=Ia=31a=---------------------------------

得：2Z*+Z2+Z/〃+3ZL

—Z'+ZL

忽略漏阻抗，得3

**可见，零序阻抗z，”对单相负载电流影响甚大。

①组式变压器：此时「

Z,“=Z,：,Z0,lK=3U：Jzm=3IOf所以不能带单相负载;

<70

②心式变压器：z,“很小，负载电流主要

**中性点位移：当副边三相电压不对称，带负载相电压下降，而不带负载相电压反而

升高了，但线电压仍为对称。并且零序电动势越大，中性点位移就越

严重。

第三节瞬变过程

(transientprocedureoftransformer)

前言：①瞬变过程：变压器从一种稳定运行状态过度到另一种稳定运行状态。

②包括：副边突然短路和空载合闸到电网上等。

一、变压器副边突然短路(secondarywindingsuddenshortcircuit)

假设：短路前为空载，相当于以、LK电路在正弦激励下的零状态响应。

设：电源电压%=&4sin(加+四)

XlrKXK(LK)式中：”为短路瞬间电网电压初相角；

等效电路：

U1

V

d*

u,=J2asin（6W+〃）=L*——+

列KVL方程：Kdi

）

得：iK=Ks'Mcot+w—<PK-ClKs'Mw—（pQe"=|"+日

稳态分量-----------瞬变分量

r5

1K-,—

式中：g+x：......稳态短路电流有效值；

1

（pK=tan-«90℃/乂火〉〉展）

限.......短路阻抗角；

TK=~

展..短路电流衰减时间常数；

1.当f=0"=90°（即U1最大）时突然短路

4=0JK=iK.发生稳态短路，短路电流最小，即（10〜20）INO

2.当t=0,"=°（即5=0）时突然短路

〃初始值最大，最严重情况；々=拒〃411（初-90。）+收短路后，经半个

T

—（cot=万）

周期2时，突然短路电流达到最大值（称为冲击电流）即为（24〜36）IN。

二、变压器空载合闸（closingswitchwithoutload）

稳态空载:（2~8）%IN!

变压器空载合闸：产生激磁涌流，为儿倍的IN;

等效电路：

①o°①,"sin(@f+材一％)一①,“sin(夕一%)e"=①。+①;

1.当f=0〃=90°(即ui最大)时空载合闸

空载电流为正常时的空载电流；

2.当f=0,"=°(即ui=O)时空载合闸

T_

经半个周期I"”"》)时，①。max=2R“

**突然短路与空载合闸时的磁路情况；

**空载合闸对变压器本身无危害，但变压器有可能不能合闸。

第二篇异步电机

(asynchronousorinductionmachine)

前言：①定义：异步电机(也叫感应电机)是一种交流旋转电机，它的转速除与电网

频率有关外，还随负载而变。

②应用：主要作电动机使用，如：机床；水泵；家用电器；

③它的功率因数永远是滞后的。

第五章异步电动机的基本工作原理与结构

(basicoperationprincipleandstructureofthree-phase

asynchronousmotor)

一、基本结构(basicstructure)

1.定子：定子铁心：磁路一部分，低硅钢片0.5mm

(stator)＜定子绕组：电路一部分，铜线

、机座：固定和支撑定子铁心

2.转子:［转子铁心：磁路一部分，低硅钢片0.5mm

(rotor)"转子绕组：/笼型绕组

、转轴〔绕线式绕组

3.气隙(gap)：对于中小型异步电机，气隙一般为0.1〜1m叫为了降低电机的空载电

流和提高电机的功率，气隙应尽可能小。

二、基本工作原理(basicoperationprinciple)

1.电生磁：定子绕组接到三相电源上，定子绕组中将流过三相对称电流，气隙中将

建立基波旋转磁动势，从而产生基波旋转磁场，转速为：P;

2.动磁生电：转子绕组产生电动势并在转子绕组中产生相应的电流；转子自身闭合;

3.电磁力定律：转子带电导体在磁场中受电磁力的作用，并形成电磁转矩，推动电

机旋转起来。

思考：1)n和％是否可以相等？2)电机的转向由随决定？3)何谓异步？

**说明：①转子转动方向与电流相序有关，若要改变转向，只需改变相序，即对调任

意两根电源线。

②转速n＜同步转速n,

三、三种运行状态(threeoperationstates)

nx—n

1.转差率定义：‘/

起动瞬间：n=0,S=l；理想空载：n^m,s^O；正常运行：SN=0.01~0.06；

n=(l-S)ni

2.三种运行状态：

状态电动机发电机电磁制动

n与s关系n<nb0<s<ln>nbs<0n与m反向，n<0,s>l

E.反电动势电源电动势反电动势

Tem驱动制动制动

能量转换电能f机械能原动机机械能f电电+机械能一内部损耗(短

能路)

四、型号和额定值(typeandratedvalues)

1.型号

例如:Y112S-6

[।---------极数6极

|短机座

规格代号：中心高112mm

----------------产品代号：异步电动机

2.额定值

①额定功率P.：电动机在额定情况下运行，由轴端级为物够功率，单位为W,kWo

②额定电压U.：电动机在额定情况下运行，施加在定子绕组上的线电压，单位为V。

③额定频率fN：50Hzo

④额定电流IN：电动机在额定电压、额定频率下轴端输出额定功率时，定子绕组的线

电流,单位为A。

⑤额定转速.：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定功率时，转子的转速，

单位为r/mino

对于三相异步电动机，额定功率：

PN)/NCOS°N

对于380V低压异步电动机，则有：一个千瓦两个电流：I】N*”N

3.接线

对于三相异步电动机定子绕组可以接成星形或三角形。

定子接线方式：

Y接D接

第六章交流电机绕组、电动势及磁动势

(winding,emfandmmfofalternatingcurrentmachine)

前言：本章介绍交流电机的共同问题。

第一节交流绕组简介

(theoutIineofaIternatingcurrentwinding)

一、基本知识(basicknowledge)

1.交流绕组的基本要求

①三相绕组对称，以保证三相电动势(或磁动势)对称；

②在导体数一定时，力求得到尽可能大的电动势和磁动势；

③电动势和磁动势波形尽可能接近正弦波形；

④用铜量少、工艺简单，便于安装检修。

2.交流绕组的分类

①根据绕法：迭绕组和波绕组；

②根据槽内层数：单层绕组和双层绕组。

二、基本概念(basicconcept)

兀DtZ

T-——或N=——

1.极距T：2P2p

2.线圈节距y：整距y=j短距

3.空间电角度(或电角度)：空间电角度=px机械角度

px360°

a------------

4.槽距角a(电角度)：Z

Z

5.每极每相槽数q:2Pm

6.相带：60°相带，分相AZBXCY

7.槽电势星形图

8.展开图绘制方法①计算极距

②计算槽距角a；

③计算每极每相槽数q；

④分相：采用60。相带;

⑤画展开图；

⑥端线连接。

三、举例(forexample)

第二节交流绕组基波电动势

(fundamentaIemfofalternatingcurrentwinding)

一、交流绕组基波电动势(fundamentalemfofalternatingwinding)

1.一根导体的电动势

f=里

①电动势频率：60

②电动势波形：由0=8皿可知，由气隙磁密沿气隙分布的波形决定;

③基波电动势大小：E”=222/9

式中：叫为每个磁极基波电动势的大小。

2.线匝电动势及短矩系数

k”=sin2180°

，短矩系数：'7

%=4.449心

3.线圈电动势

设线圈为N,匝数，则有：%=444双中际

4.线圈组电动势及分布系数

Eq=4.44%”却血

q个线圈组成，集中绕组：

&©>1)=4.44%NAI①此1

分布绕组:

67sin—

分布系数：2

物理意义：

绕组系数：七1=2小

物理意义:

5.一相绕组电动势

一相绕组中的基波电动势：“6=4.44加上1①।

N=P^-

单层绕组：a;双层绕组：a

二、改善电势波形的方法(themethodofimprovingemfwave)

1.设计制造电机时，尽可能使Bs沿空间分布为正弦波形；

2.采用Y接线，消除线电势中3及3的倍数次谐波；

3.采用短矩绕组：

TfaE=4.44jNkk^

基波plylq

V次皆

波？。%人皿

fv=Wav=va=4.44

_v-1

心=°则吗”°取―1/'消除V次谐波电势

5

V=—T

举例：5、7次谐波，选’6

4.采用分布绕组。降低％”,同上。

**思考题：是否分布越多越好？

第三节交流绕组磁动势

(mmfofalternatingcurrentwinding)

说明：本节只定性分析绕组的基波磁动势的性质。

一、单相绕组的基波磁动势一脉动磁动势

(fundamentaImmfofsingle-phasewinding-pulsatingmmf)

1.整距集中绕组的磁动势

设气隙均匀，通以正弦交流电流，，=血/sin初，Nc匝，则

《Hdl==Nci

V2.

f=-Ni-y1N,sincot=F,、“,sincot

每个气隙上的磁动势为:Jcc2c

*结论：①波形：矩形波