电机基本知识要点

1、认识电机一、电机的概念与分类1电机概念电机是借助于电磁原理（原理）工作的能量转换（功能）设备。只有给电机输入能量，它才会输出能量，并且在其输入和输出的能量中至少应该有一方是电能。可见“电机”一词本质上是电磁机的简称。2电机种类电机分类方法很多，这里按其功能以及电能性质等综合地将其分成以下种类：变压器：是利用电磁原理将交流电能转换成同频但电压等级不同的交流电能的设备。发电机：是利用电磁原理将机械能转换成电能的设备。其中，将机械能转换成直流电能的发电机称为直流发电机；将机械能转换成交流电能的发电机称为交流发电机。交流发电机又可分成同步发电机（转速同步速）和异步发电机（转速同步速），实际中以同步发电

2、机最为通用，而异步发电机则很少使用。电动机：是利用电磁原理将电能转换成机械能的设备。它可分成直流电动机与交流电动机。交流电动机又可分成异步电动机（转速同步速）和同步电动机，实际中以异步电动机最为普及，同步电动机相对较少。无论发电机还是电动机都与机械能有关，这就要求它们的结构中有运动部件，为降低这两类电机的制造成本，运动部件通常都作旋转运动，称为转子；相应地固定部件就称为定子；而把发电机和电动机统称为旋转电机。变压器不涉及机械能，所以它是静止电器。要点：电机的基本作用原理是电磁原理，作用是能量转换；各类电机的具体功能。二、电机的损耗、发热与冷却电机是能量转换设备而非能源，所以应该用单位时间内转换

3、的能量即功率来度量。其中，单位时间内输入电机的能量称为输入功率，用P1表示；单位时间内电机输出的能量称为输出功率，用P2表示。P1与P2的差值称为功率损耗，用P或表示，即有P=，功率损耗乘以工作时间就是能量损耗，这两种损耗通常不加区分地统称为电机的损耗。P2与P1的比值称为电机的效率，用表示，即有=。电机工作时一般总有损耗，故P0、1。P1、P2、P、均随电机工作状态改变而变化，它们是时变函数，但实际问题往往针对特定状态提出，按它们有确定值来分析。工作时所产生的各种损耗都转变成热能，将会导致电机的温度升高，此即发热的一方，发热量与电机工作方式有关，为一确定数值；另一方面，电机表面又会向低温的周

4、围环境散热，散热量与温升成一比例系数（称为散热系数）。因此，在电机工作之初，散热量为零，温度升高最快；然后随着温度升高，散热量将不断增大，温度上升变慢；如果工作时间足够长，最终将达到散热量等于发热量的动态平衡，此后温度停止升高而保持在稳定值。可见，散热系数越大，温升速度就越慢，稳定温升也越低，这对绝缘有利。分析表明：在自然条件下，散热量与电机单位容量的表面积成正比，而单位容量的表面积与电机的容量成反比，因此，小容量电机自然散热能够满足绝缘要求，而大容量的电机在自然散热时的温升往往会超过绝缘允许的限值，这就需要冷却。所谓冷却是指提高散热系数的人为措施，一般通过适当的介质来实现冷却，常用的冷却介质

5、有空气、氢气和水。要点：各种功率和冷却的含义三、电机的结构与制造材料1电机的电磁结构图01 电机一般结构电机的功能是由其电磁结构决定的。电机的电磁结构由一条主磁路和与它相匝链的两条或两条以上电路组成。电机种类不同，其主磁路和电路的结构就有所不同。电机的损耗主要产生在其电磁结构部件中，即绕组的铜耗和铁心的铁耗。此外，在绕组、机座以及绝缘材料中会产生数量不大但难于精确计算的附加损耗；旋转电机的转动部件中还会产生摩擦损耗，称为机械损耗。（1）主磁路：是指主磁通的路径 （a）变压器磁路（主磁路和漏磁路） （b）异步电动机主磁路图0-2 电机中的磁路变压器的主磁路为闭合铁心。旋转电机的主磁路，除定、转子

6、铁心外，还包含两段气隙。当磁通恒定时，铁心可用整块钢铁材料制作；当磁通随时间交变时，铁心中将产生磁滞损耗和涡流损耗，两者合称为铁耗，此时铁心就必须用表面绝缘、厚度为0.35或0.5mm的硅钢片叠压成形。虽然直流和同步电机磁极铁心中的磁通是恒定的，但由于开槽的影响，磁极表面受齿谐波磁场影响而产生铁耗，故这类电机的磁极铁心也要用厚度为13mm的厚钢片叠装。电机磁路的特点是：它由导磁性能极好的铁磁性材料和空气、绝缘材料等导磁性能很差的非磁性材料构成，因此，在两种材料界面处磁力线垂直与铁磁材料表面，常分为主磁路和漏磁路。（2）绕组绕组是电机电路的核心部分，它一般是用带绝缘的导体（主要用铜）绕制而成的线

7、圈或线圈组合。绕组的作用有流通电流、产生磁场、感应电动势、承受一定的电压电流和功率。绕制而成的线圈或线圈组合。一台电机至少有两个绕组。绕组可分成开启式和闭合式两类。开启式绕组的特点是每个绕组都有两个引出线端头，用来与外部电源或负载相接，以实现电能的输入或输出。闭合绕组是将各线圈串联成一个闭合回路，形式上属于分布绕组，它没有出线端而通过电刷与换向器的接触，经电刷与外部电路接通。电流在绕组电阻上引起的损耗称为铜损耗，简称铜耗。此外，对旋转电机而言，起机电能量转换的核心作用的绕组称为电枢绕组，它指同步电机的定子绕组与直流电机的转子绕组。绕组的电路表示：用绕组内阻与电动势的串联支路表示。电动势同时还反

8、映了主磁路（通）和漏磁路（通）的影响，即主电动势（主磁通感应的电动势）和漏电动势（漏磁通感应的电动势）。其中，主电动势存在于除励磁绕组外的一切绕组中（变压器一、二次绕组；异步电动机定、转子绕组；同步电机定子绕组和直流电机的转子绕组，两者统称为电枢绕组）；漏电动势只存在于交流绕组中；励磁绕组（同步电机转子绕组和直流电机的定子绕组，通入直流电的直流绕组）中，既无漏电动势、也无主电动势，即其等效电路为电阻电路。因此，电机最终可简化为电路分析与计算。 图03 绕组的电路表示2不同类型电机的电磁结构特点变压器主磁路：闭合的铁心电路：两个绕组套在铁心上（同时匝链主磁通），其中一次绕组（接电源的绕组）输入交

9、流电能，二次绕组（接负载的绕组）输出交流电能。一、二次均为交流电路。 图04 各种电机的电路异步电动机转速的交流旋转电机主磁路：定、转子铁心+2段气隙定子绕组接交流电源（定子为交流电路）；转子绕组短路（），但是转子电动势是交流，故转子也是交流电路。同步电机转速的交流旋转电机主磁路：定、转子铁心+2段气隙定子绕组（也称电枢绕组）接交流电源（同步电动机）或输出交流电（同步发电机），定子是交流电路；转子绕组（励磁绕组）接直流电源，故转子是直流电路。 图04 各种电机的电路直流电机主磁路：定、转子铁心+2段气隙定子绕组（也称励磁绕组）接直流电源，定子是直流电路；转子绕组（电枢绕组）接直流电源（直流电动

10、机）或输出直流电（直流发电机），故转子也是直流电路。要点：主磁路的构成，铁心叠装的场合与目的；绕组的组成、对外联系方式（完整电路）。3电机的制造材料（1）导电材料铜（铝、银）（2）导磁材料钢铁（3）绝缘材料天然材料（纸张、油漆、麻布），目前主要用有机合成材料（塑料）绝缘材料是电机中耐热性最差的材料，如果温度超过材料允许的最高温度，则材料的绝缘性能等物理、化学性能将快速下降。为此对绝缘材料分级规定，见下表。耐热（绝缘）等级（Y）OAEBFCH最高允许温度（）90105120135155180180最高允许温升最高允许温度标准环境温度（40）四、磁路1磁路概念磁路是磁场能量产生、传输和消耗的路径，

11、简单地说，磁路是指磁通的路径。磁路是研究磁场问题的简化方法，这就像电路是研究电场问题的简化方法一样，因此，磁路与电路具有很多相同之处，即磁路也分成直流磁路和交流磁路，磁路的物理量、磁路定律、磁路计算方法也与电路有相似之处和类比关系。磁路与电路的主要区别是：没有磁绝缘体，磁通可以在任何物质中流通，因此磁路就不受开关控制，磁路中只要存在磁动势便有磁通流通。2磁路主要物理量（与电路对应关系）磁路主要有以下几个物理量：磁通磁通是描述磁路中某截面上磁场总体强弱的物理量，单位为Wb（韦伯）。磁通与电路中电流的作用相当。普通电机中，磁通是由绕组通电流产生的，其中绝大部分同时匝链（或穿越）电机的所有绕组，所以

12、称为主磁通；另有很小一部分仅与该绕组自身匝链，故称为漏磁通。磁通密度（简称磁密）B磁感应强度B是描述磁场中各点磁场强弱的物理量，单位为T（特斯拉）。它也可以描述某个截面上磁场平均强度，即，A为磁路的截面积。磁场强度H是描述磁场中各点磁场强弱的物理量，单位为A/m。磁导率：是描述材料导磁性能优劣的物理量，满足。其中，是一个无量纲的物理量，称为相对导磁率；为真空导磁率，其值为=410-7H/m。一般材料的导磁性能与真空相当，即其1；铁磁材料的值约在几十到数百万。以上三个物理量满足关系式：磁动势F：磁动势是产生磁场的本领，它是磁路所包围的电流的代数和。电机中，磁路包围的通常是一个电流为i的N匝线圈，

13、即磁动势。磁压降Um：磁阻Rm：反应磁路对磁通的阻碍作用，磁导：磁阻的倒数，。自感L：；感抗互感M：它是反应绕组在交流电作用下相互影响的物理量，满足。变压器与异步电动机中的互感电抗为励磁电抗；同步电机中的互感电抗为电枢反应电抗。3、磁路计算电机磁路的特点是：沿磁路各点的磁场强度矢量和路径的方向相同，同时包围的电流是一个或多个N匝线圈的电流，即总电流为NI，所以，全电流定律又可表示成即各段磁路上的磁压降等于磁路所包围的电流代数和，即Hjlj=Ni式中：I为流过线圈的直流电流大小或交流电流的有效值，相应地，闭合磁路中截面相同的各段磁路的磁通、磁场强度Hj和磁压降UMj就为恒定值或有效值；lj为磁场

14、强度相同的某段磁路的长度。因此，当磁路的尺寸和材料已知时，利用全电流定律可计算出：、产生一定数量的磁通所需要的励磁磁动势和励磁电流值，具体计算步骤如下：求各段磁路的截面积Aj和长度lj，其中lj通常取该段磁路的平均长度；求各段磁路的磁密Bj=/Aj；根据Bj从相应材料的磁化曲线查出各段的磁场强度Hj和磁导率j=Bj/Hj，并可求出该段磁路的磁阻。如该段为空气隙，则磁场强度H=B/0；求各段磁路的总磁动势；根据励磁绕组的匝数求出励磁电流I=F/N。、如已知电流I求磁通，则方法是：先假定一个磁通，利用上述步骤求出所需的电流；将求出的电流与给定电流比较，如两者误差在允许范围内，则假定的磁通即为所求；

15、如误差超过允许值，则根据求得的电流大小重新假定磁通，直到误差在允许范围内。可见，这种情况往往需要进行叠代多次。4、电磁类比关系（见下表）表0-1 电磁类比关系比较内容电 学磁 学场及其主要物理量电场：是一种存在于电荷周围的特殊物质。特征是它由场源（即电荷）产生，并且在场源处最强，离开场源按照一定的梯度分布。磁场：是一种存在于载流导体或者永磁体周围的特殊物质。它由载流导体或永磁体产生，并且在场源处最强，离开场源按照一定的梯度分布。电力线：描述电场问题的一种假想线。它起始于正电荷而终止于负电荷，习惯上用电力线的疏密来表述电场中各点电场的强弱。磁力线：描述磁场问题的一种假想线。它在磁铁外由N指向S而

16、内部则相反，是一条闭合曲线，习惯上用磁力线的疏密来表述各点磁场的强弱。电场强度E（V/ m）磁场强度H（A/ m）电导率：反映导体传导电流的能力磁导率：反映磁性材料传导磁通的能力电流密度J（A/m2）：磁通密度B（T=Wb/m2）：路及其主要物理量电路：指电流流通的路径。它是分析电场问题的简化方法。磁路：指磁通流通的路径。它是分析磁场问题的简化方法。电流I（A）：它由电荷定向移动形成，是电能传送的载体，描述某个截面上电荷总体移动情况磁通（Wb）：它描述通过某个截面的磁力线总体数量电动势（V）：指产生电流的本领。用单位正电荷从电场中一点移动到另一点外力所作的功表示磁动势F（A）：指产生磁通的本领

17、。用磁路所包围的总电流表示电压降U（V）：磁压降Um（A）：电阻（）磁阻电导磁导路的定律基尔霍夫第一定律 磁路节点定律 基尔霍夫第二定律 全电流定律 电路欧姆定律 磁路欧姆定律 要点：磁路及其主要物理量的含义、符号、单位；磁路基本定律及其在电机中的表达式；磁路计算方法。目的：理解磁路基本物理量与基本定律；掌握磁路计算方法，并能根据计算结果理解旋转电机中气隙的含义。五、电机的基本作用原理电磁原理（包括以下两条）1法拉第楞茨定律处在变化的磁场中的导体中将产生感应电动势，简称磁生电。这就是法拉第在1831年发现的电磁感应现象，也称电磁感应定律。当导体形成闭合回路时，感应电动势产生的电流（称为感应电流

18、）所产生的磁场将阻碍（抵抗）原磁场的变化（楞茨）。这种阻碍作用就是电抗的概念，即电抗对应于交变场。感应电动势的一般表达式 这里称为磁通链，简称磁链。一般说来，磁链是时间和位置的函数，即，故感应电动势可表达为式中前一项称为运动电动势，后一项称为变压器电动势。电机中感应电动势的表达式变压器中，绕组套在铁心柱上并通交流电，构成交流铁心线圈。静止的铁心中的交变磁通穿越绕组的全部N线匝，其磁链在绕组中产生变压器电动势。电动势的大小为，方向则由右手螺旋定则确定。 图05 电机中的感应电动势旋转电机中，绕组与磁场有相对运动，各线圈边中的导体将切割磁力线产生运动电动势。电动势的大小为，方向用右手定则确定。2安

19、培定律载流导体的周围将产生磁场，简称电生磁。此外，旋转电机中还用到安培电磁力定律毕奥萨法尔定律大小方向：由左手定则确定应用此式时要求大家树立一个观点：即磁场相互作用产生力【举例】吸铁石的原理 平行导线通电后的相互作用力要点：电磁感应定律的形式及其在不同电机中的情况；交变场与电抗，即交变磁场对应于感抗、交变电场对应于容抗；普通电机中的磁场是由电流产生的，电流的性质决定了磁场的性质，即直流电产生恒定磁场，故直流电机中没有电抗；交流电产生交变磁场，每一个交变磁场对应一个电抗，具体说：异步电动机和变压器中的主磁场对应于励磁电抗，两侧漏磁场分别对应于漏抗。第一部分 变压器本课程主要讨论用来实现电能传输、

20、分配的变压器，称为电力变压器，其作用有：变换电压等级（简称变压）。以利于电能的高效传输和安全使用；控制电压水平（简称调压）。以保证电能的质量指标，即保证电压稳定在规定的范围内。按用途不同，变压器可分成多种类型。（1）电力变压器：用来实现电能传输、分配的变压器；（2）仪用变压器（又称为互感器）：包括电压互感器（TA）、电流互感器（3）特种变压器：交流电焊机（电焊变压器）、整流变压器、脉冲变压器等一、变压器的结构（要掌握各部件的组成、作用、要求）电磁部件（也称器身）这部分是变压器工作的核心部件，包括绕组和铁心。铁心：铁心通常是用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片（为了减小铁耗）叠压而成的闭合框体，

21、它可分成心柱式和铁壳式两种型式。铁心中套有绕组的部分称为铁心柱；其余部分称为磁轭，用来连通主磁路。铁心的基本作用是导磁，同时兼作器身的机械支承，所以要求它具有良好的导磁性能和足够的机械强度。绕组：绕组是用带绝缘的铜导体绕制而成的线圈或线圈组合，有多种形式。绕组作用是导电并产生磁场，同时感应电动势，并通过磁场耦合把电能从一次侧传递到二次侧。对绕组的要求有：每相（匝链同样的主磁通）至少有两个匝数不同的绕组（供变压用）；在高压绕组上引出若干分接抽头（供调压用）。相关术语高压绕组是指线圈匝数多的绕组，其电压高、电流小、导线细而电阻大；匝数少的就称为低压绕组，它的电压低、电流大、导线粗而电阻小。输入电能

22、（或接电源）的绕组称为一次绕组，该侧称为一次侧；输出电能（或接负载）的绕组叫做二次绕组，该侧称为二次侧。为绝缘方便，低压绕组绕在内层而高压绕组绕在外层，一相绕组整体套在铁心柱上。必须注意，一、二次绕组与高、低压绕组是不同的概念。（a） （b）图11 绕组套装在铁心柱上的情况（a）单相变压器；（b）三相变压器对变压器，一次电压高于二次电压的称为降压变压器；而一次电压低的称为升压变压器。2冷却部件（1）油箱：用钢板焊接而成，用来盛放变压器油，器身浸在变压器油中。变压器油：是变压器的冷却介质，这是一种无色透明的矿物油，它盛放在油箱中，变压器的器身浸在油中。变压器油起冷却与加强绝缘双重作用。（2）散热

23、管：装在油箱表明，与油箱内部相通，以增大散热面积。（3）散热器：用薄铜片组合而成，装在与油箱连通的油管上，以增大散热面积，散热器的外面装一组风扇，以提高散热效果。（4）冷却器。用于特大型变压器。3保护部件（1）储油柜（俗称油枕）：钢板焊接成的油桶，放在变压器某侧上部，其中大部分冲油，以保证器身可靠浸在变压器油中。储油柜的一个端面上装在油位计（俗称油标），用来指示油量，供运行人员观察，以及时补油或放油。储油柜下部装一个呼吸器。（2）气体继电器：装在连通油箱与油枕的管道上，对气体的压力敏感（3）安全气道（俗称防爆管）（4）出线套管等二、变压器的额定值及其相互关系1额定值：是指变压器正常使用时应满足

24、的一组规定值，包括： （1）额定容量，单位kVA；基本含义（2）一次额定电压，单位V或kV；一次额定电流，A。三相指线值（3）二次额定电压，指一次为额定电压下的二次开路电压，即，单位V；三相指线值（4）一、二次额定电流、，A。三相指线值额定值的相互关系：单相变压器满足 三相变压器满足 补充：绕组连接方法及其端头标记绕组连接方法 （a） （b） （c） （d）图12 三相绕组联结法（a）Y联结；（b）YN联结；（c）D联结（后接，标准接法）；（d）D联结（前接）Y（星形）连接：将三个（相）绕组的尾端连在一起，连接点称为中性点，中性点出线称为中性线（带中性线的星形YN）；首端（称为端点）对外出线（

25、称为端线，俗称火线）。（三角形）连接：将三相绕组的首尾端依次串联出闭合回路，三个连接点称为端点，对外引出三条端线。端点间的电压称为线电压，绕组首尾端间的电压称为相电压；端线电流称为线电流，绕组内部电流称为相电流。连接，线电压等于相电压，线电流等于倍相电流；Y连接，线电流等于相电流，线电压等于倍相电压。绕组端头标记：单相，高压A（U1）、X（U2），低压a（u1）、x（u2）；三相，高压绕组首端用A、B、C，尾端用X、Y、Z表示；低压绕组首端用a、b、c，尾端用x、y、z表示。注意！对三相变压器，额定电流和额定电压均指线值，但是变压器的基本方程和等效电路都是从一相导出的，因此计算分析时必须用相值

26、带入。按照绕组接线方式的不同，变压器一、二次侧的额定相电流、和额定相电压、可分别用下式求出，即对Y接线的侧：、 （j=1、2，1代表一次侧，2代表二次侧）对接线的侧：、三、变压器主要物理量及其惯例正方向图13 原理结构与惯例正方向图13示出了单相变压器的原理结构和主要物理量，下面说明各物理量的惯例参考方向。1一次侧外加电压或：其大小和方向都是给定的；是变压器工作过程的发起者。电流或：它由电压产生并与之成关联方向（负载惯例），即电流自高电位端流入绕组。主电动势或：它由主磁通产生并与之成右手螺旋方向；漏电动势或：它由漏磁通产生并与之成右手螺旋方向。图14 变压器电磁过程2二次侧主电动势或，它由产生

27、并与之成右手螺旋方向；电流或，它是在负载情况下由产生并与之方向相同；漏电动势或，由漏磁通产生并与之成右手螺旋方向；输出电压或，它是变压器整个工作过程的最终结果，与成非关联方向。3磁通主磁通：在空载时由一次侧空载电流产生，负载时由一、二次电流共同产生，它与电流成右手螺旋方向；一次漏磁通：由一次电流产生并与之成右手螺旋方向；二次漏磁通：由二次电流产生并与之成右手螺旋方向。上述电磁量可见图14所示的变压器电磁过程。四、变压器的运行分析1变压器的电磁过程（又称工作原理）可用图14表示，也可用文字叙述如下：一次通电后，铁心中将产生主磁通，从而在各绕组中感应出主电动势。由于两侧绕组的匝数不同，进而实现了电

28、压等级的变换；当二次负载电流变化时，通过主磁通的自动调整作用（调整的结果是主磁通基本保持不变），一次电流发生相应地变化，从而实现了功率从一次侧向二次侧的传递。此即变压器的电磁过程，也就是变压器工作原理。2变压器的基本方程参见电路图，利用KVL可列出变压器的电压方程，即一次：二次： 式中：，为一次绕组漏磁电抗（简称一次漏抗）；，为二次漏抗；、为一、二次绕组电阻。安培环路定律沿着闭合磁路的电场强度线积分等于回路所包围的电流代数和。当电流与回路成右手螺旋方向时取正值电机中的形式变压器中的形式 负载主磁路 空载主磁路磁动势平衡：变压器的主磁通是基本不随负载变化的，这就要求产生主磁通的磁动势也不变，即在

29、空载时磁动势等于负载时磁动势。这就是磁动势平衡，即有变比方程：设，即，为主磁通的最大值由式和式知：、，即大小：、，、滞后相位，即感应电动势滞后相应的磁通。于是可得变比相值比上式可表示成：式中，称为激磁电阻，它模拟铁心损耗的大小；称为激磁电抗，它对应于主磁通。以上方程联立如下式中：，为一次漏阻抗，为二次漏阻抗，两者都是常数。当负载电流很小（轻载）时，漏阻抗压降、可忽略不计，即、，于是可得重要关系式： （）上式是量值改变时变压器分析的基本依据，此时的变比近似式为：。重载时，空载电流可忽略，即，于是可得，这就是重载时变比的近似式，该式还表明：在惯例参考方向下，一、二次侧的电流近似反相。3折算法概念所

30、谓折算就是一台变比为1、而铁心相同的假想变压器去代替变比为K的实际变压器，而保持两者的磁动势、主磁通、功率等不变。折算关系若设将变压器的二次侧折算到一次侧，并将二次侧折算后的量加上标“”以示与实际量的区别，即有、，则可得折算关系：；（因为主磁通不变）；（因为磁动势不变，即），；（因为功率不变，即）。（）折算后的基本方程按以上关系可得折算后变压器的基本方程如下。负载方程：4等效电路依据折算后的基本方程可画出T形等效电路图15。图16是工程计算中常用近似电路。 图15 变压器T形等效电路 图16 变压器近似（形）等效电路五、变压器的参数测定1空载试验：测量值p0（空载损耗）、I0（空载电流）、U0

31、（外加试验电压）；利用试验数据计算励磁阻抗rm、xm（如下）。 2短路试验：测量值pk（短路损耗）、Ik（短路电流）、Uk（短路电压，即试验电压）；利用试验数据计算短路阻抗rk、xk（如上）和短路电压百分数Uk%。短路阻抗与温度有关，需要化为热态（75）数值。定义：短路电压百分数注意：对三相变压器，如果测量数据的一侧为形接法，计算值用下列数据带入U0测量值/，I0=I0测量值，p0=p0 测量值/3；UK测量值/，IK=IK测量值，pK=pK 测量值/3如果测量数据的一侧为接法法，计算值用下列数据带入I0=I0测量值，U0测量值/，p0=p0 测量值/3；UK测量值，IK=IK测量值/，pK=

32、pK 测量值/33相关问题标么值概念：一个物理量的标幺值是指其有名值除以该值的同名基准值，即基准值标幺值的基准值选取如下表物理量一次侧二次侧备注电流I1B：额定相电流I2B：额定相电流I2B =K I1B电压U1B：额定相电压U2B：额定相电压U1B =K U2B阻抗Z1B =K2 Z2B功率S1B =S2B标幺值的优点物理状态明晰；参数趋同；自动折算；特殊参数，即短路电压百分数。在用有名值计算时，应注意用相值代入，即有测量值如何化成相值问题，计算的参数是折算到试验所在侧，最终要折算到同一侧。六、变压器的运行性能1电压变化率定义式：；计算式：负载系数变压器的电压变化率通常为百分之几，且随容量增

33、大而增大，但不超过15%。2效率损耗绕组电阻损耗铜耗其中额定铜耗，可见与随负载变化，称为可变损耗。铁耗，这里是常数；。可见，当一定时，铁耗是常数，即与负载无关，故称为不变损耗。通常效率公式当时，即可变损耗等于不变损耗时，变压器的效率为最大值，其值为【例】Y,d接法的三相变压器，SN=100kVA，U1N/U2N=10/0.4kV。在低压侧测得空载试验数据U0=400V、p0=1.5kW、I0=7.22A；在高压侧测得短路试验数据UK=500V、pK= pKN=4kW、IK=I1N。试确定：折算到高压侧的励磁阻抗r m、x m和短路阻抗r K、x K，并画出近似等效电路；满载且cos2=0.8滞

34、后时，变压器的电压变化率U和效率。【解】一、数据准备一次额定电流一次额定相电压一次阻抗基准值二次额定电流二次额定相电流二次额定相电压二次阻抗基准值空载试验数据的相值：或；或，或短路试验数据的相值：或；或，或二、按要求计算1参数计算由空载试验数据计算激磁阻抗（折算到低压侧）的值励磁电阻励磁阻抗励磁电抗把激磁阻抗折算到高压侧，此时K=(10/)/0.4rm=K228.7751=5995或rm=rm*Z1B=61000=6000xm=K291.5425=19071或xm=xm*Z1B=19.07881000=19079zm=K295.9585=19991.4或zm=zm*Z1B=201000=200

35、00由短路试验数据计算短路阻抗（折算到高压侧）的值短路电阻短路阻抗短路电抗画出近似等效电路（要求把参数标在图中，并按惯例方向标出各物理量的参考方向）2性能计算把、代入计算式，可得电压变化率效率七、单相变压器的空载电流i0（1）空载电流是指二次侧开路时的一次侧电流；（2）一次侧在额定电压下的空载电流大小约为额定电流的百分之几，且随容量增大而减小，即；（3）空载电流以感性为主（性质），包含用于建立磁场（简称励磁）的无功分量和提供铁耗的有功分量，并且比大得多；（4）作用是励磁；（5）在单相变压器中，磁路不饱和时i0为正弦波；磁路饱和时i0为尖顶波，见图23。图23 作图法求取变压器激磁电流波形影响空

36、载电流大小的因素有电源电压和频率、一次线圈匝数、铁心的磁导率与尺寸。l 分析过程：第一，磁路计算，即与（1）一次绕组匝数；（2）磁路长度有关第二，即与（3）铁心材料有关第三，即与（4）铁心截面积有关第四，即与（5）电源电压（通常为额定电压不变）；（6）电源频率（通常为额定值50Hz不变）有关l 解答过程方法：根据条件，从分析过程的反方向解答。即首先用式分析铁心中主磁通m变化情况。再用式分析磁密Bm变化情况。Bm还影响铁耗，k为常数。然后用式和变压器空载特性（也称磁化曲线）分析磁路中磁场强度H m和导磁率变化情况。三者关系为：若Bm增大，则H m增大而减小；若Bm减小()，则H m减小而增大()

37、。最后依据磁路计算式确定激磁电流I0m的变化情况。以上结论还可用于分析铁耗、绕组铜耗pCu、激磁电阻rm和激磁电抗xm等量的变化情况。具体看（1）减少（匝间短路）： m Bm H m、 I0m(较快)。（2）增大（也可减小）：m不变 Bm H m、 I0m。（3）增大：m不变 Bm不变 H m、不变 I0m。（4）铁心性能好（大）：m、 Bm、H m均不变， I0m。（5）f减小（也可增大）m Bm H m、 I0m。（6）减小：m Bm H m、 I0m。八、三相变压器1结构特点电路方面：三相变压器与单相变压器的区别仅在于它的一、二次绕组分别接成星形、带中性线星形和三角形中的一种。高压侧绕组

38、的首端，用大写字母Y、YN、D表示，低压侧用小写字母y、yn、d表示。磁路系统，包括：独立磁路（三相变压器组，又称组式变压器）：特点是各相的主磁通只经过自身铁心闭合，即三相主磁路彼此独立；相关磁路（三相心式变压器）：特点是每一相的主磁通需要经另外两相的铁心才能形成闭合回路，即三相主磁路彼此相关。2三相变压器连结组别的判定（）同极性端（俗称同名端）概念：一相（匝链同一个主磁通）绕组中，各绕组的交流电压瞬时极性相同的端头称为同极性端。本质：一相的各绕组从一个同名端到另一个同名端的电压相位相同。（2）连结组别的表示方法格式：高压侧接法（大写字母，三相变压器为A、B、C，单相为I），低压侧接法（小写字

39、母，三相变压器为a、b、c，单相为i）（+）组别号（钟点数）（3）连结组别的判定方法第一步：画高压侧电压相量图。第二步：根据同名端，画出对应的低压侧电压相量图。第三步：将高、低压侧的电压相量图上的某一点平移到重合，作为钟轴心，单相取X、x点，三相取三角形的中心点；从钟轴到高、低压侧相量图上字母相同的另一点的连线分别作为时针和分针，两者构成的钟点数即为连结组号。第四步：按格式写出连结组。（4）举例情况一：Y,y接线的首首同名端【例1】按照接线图画出相量图，判定连结组。【解】画出高压侧电压三角形如图中ABC；第二步先在大三角形中截出低压侧小三角形，然后在A、B、C对应的位置按照同名端标出低压侧的字

40、母。第三步：以作为分针，作为时针，确定钟点数，即组别号。所以连结组为Y,y0。【例2】按照接线图画出相量图，判定连结组。【解】同样方法可判定出连结组为Y,y4。情况二：Y,y接线的首尾同名端【例3】按照接线图画出相量图，判定连结组。【解】画出高压侧电压三角形如图中ABC；第二步先在高压侧相电压反向延长，然后在延长线两端标出高、低压侧的异名端字母。第三步：以作为分针，作为时针，确定钟点数，即组别号。所以连结组为Y,y2。情况三：Y,d接线第二步的做法，分三小步：（1）画一（竖直）线；（2）（按照与A相对应的同名端）标（出低压侧该相绕组）两端（字母）；（3）（按照a、b、c顺时针方向，）找（出低压

41、侧电压三角形的）第三（顶）点。【例4】按照接线图画出相量图，判定连结组。【解】按照上述步骤可判定出连结组为Y,d1。 3三相变压器的谐波问题主要研究三次谐波，其特点是三相同相位，如。出现三次谐波的根本原因是变压器磁路饱和，即磁化曲线U0=f(i0)欠（低于）线性，此外还有电路原因和磁路原因。电路原因：电路影响三次谐波电流能否流通，进而影响主磁通和绕组电动势的波形。绕组为星形接法时，三次谐波电流不能流通（即不存在）；绕组为带中性线的星形接法时，三次谐波电流能流通（即可能存在）；绕组为三角形接法时，三次谐波电流能在三角形内部流通，但在三角形的外部不能流通。只有在励磁电流为尖顶波（即有三次谐波）时，

42、主磁通和绕组电动势才可能象希望地那样为正弦波。Y,y接线时三次谐波电流不存在，Y,yn接线时三次谐波电流极小，因此，这两种接法下变压器的空载电流为正弦波、主磁通为平顶波，绕组电动势为尖顶波。对有一侧绕组为接线，则由于三次谐波电动势在内产生三次谐波电流，进而产生三次谐波磁通，这一磁通能抵消产生三次谐波电动势的原三次谐波磁通，最终在铁心中维持一个（存在性）不大的三次谐波磁通。这就是三角形接线抑制三次谐波的原理，此时三次谐波幅值级小，认为这类变压器不出现谐波。磁路原因：主要影响三次谐波的幅值。对Y,y或Y,yn接线的三相变压器组，经铁心闭合的三次谐波磁通幅值较大，三次谐波电动势的幅值更大，可达额定电

43、压的60%，这会导致绕组严重过电压而造成绝缘击穿，因此它在实际中不能使用；对Y,y或Y,yn接线的三相心式变压器，经漏磁路闭合的三次谐波磁通幅值很小，三次谐波电动势的幅值也不大，但是对大容量变压器绝缘不利，因此只有容量在1800kVA以下的心式变压器才能采用接线；大容量变压器通常都有一侧接成三角形。九、变压器并联运行1理想并联及其条件理想并联是指：（1）空载时，各并联变压器之间没有环流，即要求；（2）负载时，各变压器的负载与其容量成正比，即要求负载系数，并且各电流同相位。这里为台号，并且。理想并联条件有：（1）额定电压相同，通常指变比相同；（2）连接组别相同；（3）短路电压百分数相同或短路阻抗

44、标幺值相同；（4）短路阻抗角相同。（一般都能满足）2条件不满足时变压器并联运行的后果（1）变比不同后果是变压器之间出现环流环流的大小与变比差有关，一般变比相对误差每相差1%，环流约增加10%的额定电流，因此实际允许变比有误差，但是要求不超过0.5%。环流的方向是由变比小的变压器发出，而变比大的变压器吸收，因此，如果变比不同的变压器并联运行时，希望变比小的变压器容量大一些，而变比大的则容量小一些，原因是容量大额定电流就大，提供环流的能力也强。（2）连接组不同一后果是一定出现极大的环流。所以实际禁止并联。（3）短路电压百分数不同后果是负载系数不等。具体分配关系如下各台变压器的负载系数为 各台变压器

45、的负载为 式中：并联变压器的总负载；各台变压器的额定容量；各台变压器的短路电压百分数。可见，负载系数与短路电压百分数成反比，短路电压百分数小的负载系数大，最小的负载系数最大。实际允许短路电压百分数不同的变压器并联运行，但是希望短路电压百分数大的变压器容量小、而短路电压百分数小的容量大。（4）短路阻抗角对容量相差不大的变压器，短路阻抗角一般是相同的，即本条件通常能够满足。十、变压器过渡过程1突然短路设突然短路电流的表达式：一般表达短路阻抗角； 时间常数；或稳态短路电流，短路阻抗时，即在电压过最大值瞬间发生短路，短路电流表达式为即在电压过0瞬间发生短路，短路后经过半个周期电流达到最大值（最大值的条

46、件）。时，即在电压过0瞬间发生短路，短路电流表达式为将直接进入稳态，此种情况短路电流最不严重。突然短路的危害：危害：绕组过热；绕组机械（结构）损坏原因：短路电流大。2空载合闸（投入）后果是出现励磁涌流出现励磁涌流的原因内因（根本原因）：磁路饱和；外因：合闸时的电压瞬时值，在过0时合闸最严重；在过最大值时不出现。出现最严重励磁涌流的条件在电压过0瞬间合闸，经过半个周期出现。最大值约为稳态空载电流的数十乃至上百倍，即数倍额定电流。十一、特殊变压器1自耦变压器特点：一、二次之间不仅有磁场联系，而且有电的联系。其工作原理与普通变压器类似。功率传递：通过功率、感应功率、传导功率2三绕组变压器特点：三个绕

47、组同轴排列，高压绕组放在最外侧，中、低压绕组按照与高压绕组间功率传递相近就靠近高压绕组的原则排列。第二部分 交流绕组及其电动势与磁动势同步和异步电机的定子绕组都是流通交流电流的三相对称绕组，它们都叫做交流绕组。它们分布在定子铁心槽中，各相绕组的元件（即线圈，它是构成绕组的基本单元，故称为元件）及其相互间的连接规律完全相同，三相彼此相差电角度，从而构成对称绕组。一、交流绕组技术数据 图21绕组在槽中的结构图交流绕组通常分成单层绕组和双层绕组，见右图。单层绕组又分成叠绕组、链式绕组、交叉式绕组和同心式绕组等型式；双层绕组有叠绕组和波绕组两种型式。构成绕组需要以下技术数据：1定子槽数Q1：它是一个给

48、定数值。2电机（磁）极数2p：也为给定值，p为极对数。3定子相数m1=3，是一个给定数值。由上述三个给定的数据可计算出下列三个技术数据：4电机极距（槽/极），它指每个磁极极面沿圆周方向所占的槽数。5每极每相槽数。它指每个极面下每相绕组所占的连续槽数，也是绕组每一个线圈组中串联线圈的个数。当q为整数时，称为整数槽绕组；当q为分数时，称为分数槽绕组。实际交流电机大多采用整数槽绕组。6槽距角（电角度）。它指相邻两槽对应位置，即一个槽（包含齿）所对应的圆心角。由于电机圆周上有p对磁极，每转动一对磁极交流电就变化一个周期，故电机转动一转交流电变化p个周期。绕组属于电气元件，因此要用电角度表示。图22 线

49、圈图7线圈节距y：用线圈两边沿圆周所跨过的槽数表示。为了尽可能大地产生感应电动势和电磁转矩，要求y接近于电机极距。必须注意：单层绕组从电磁本质上讲是一个整距绕组，其线圈极距y由每极每相槽数和绕组型式决定。叠绕组为任意整数，；同心式绕组由叠绕组按远近结合得到；链式绕组或4，；交叉式绕组的，每一个线圈组的3个串联线圈中，2个，另一个。双层绕组y是给定值，它通常小于电机极距，制成短距绕组，目的是抑制谐波。8相带基本含义：指一相绕组在1个或一对极面的极弧下所占的地带。它有60相带和120相带划分方法。常用60相带划分，即把每个磁极沿周向均分成三份，每一份属于不同的相，称之为一个相带，恰好等于，称为相带

50、。一相绕组在1个极面的极弧下所占的连续地带。根据前面的定义，相带在数值为9并联支路数a指从一相绕组的一个出线端看进去的分支路数。事实上，一相绕组有若干个电动势大小和相位相同的线圈组组成，这些线圈组可以串联也可以并联。注意：每条支路的线圈组个数必须相同，这样并联后支路之间不会内出现环流。二、交流绕组展开图及其画法单层交流绕组：掌握叠绕组、链式绕组、交叉式绕组的展开图；双层交流绕组：掌握叠绕组展开图。展开图画法：（以3相、4极、24槽、相带、并联支路的单层叠绕组为例）第一步：确定绕组技术数据，共9个（单层给定5个、双层给定6个）。第二步：画展开图。它可分成以下步骤：1均匀地画出Q1(=24)个槽（

51、在连接时作为线圈的边），并对它们顺序编号；2把Q1个槽分成三相。做法是：从1号槽开始，把连续的q（）个槽分成一组（一个相带）直到全部分完(，并顺序将各组编号)；第1、4、7、10组的各槽属于A相；第3、6、9、组的各槽属于B相；第5、8、11、2组的各槽属于C相。以上两步后的绕组情况如下图3连接。分为三步：连线圈。将属于同一相、相距y（=，叠绕组）的两个槽连成一个线圈，直到该相的槽全部连完。在每个线圈的下部引出两根线，分别引出线圈的前边和后边。第三步后的绕组情况如下图：连线圈组。将属于同一相的相邻的q个线圈串联成一个线圈组，单层绕组共有p个；双层绕组共有2p个。连成一相。根据给定的并联支路数a

52、（=1），将每相各线圈组串联、并联或混联。最终在剩下的两个端头引出两根线，作为该相绕组的出线。说明：为了确定线圈端头的连接规则，首先将展开图均匀地分成2p个区域，各区域分别相间地标出N、S极；然后将线圈边所处的磁极极性标在该边对应的引出端头上。串联：将N头与S头相连；并联：将N头与N头相连、S头与S头相连。2p=4，24槽单层链式绕组2p=4，24槽单层同心式绕组2p=4，36槽单层叠绕组2p=4，36，a=2槽单层交叉式绕组2p=4，24槽双层叠绕组三、交流绕组的电动势1一相绕组的基波相电动势大小：,单位V。每极基波磁通；N1串联匝数。频率：,单位Hz。电机转速。相位：与时间有关，不确定。相

53、序：与转向有关。2一相绕组的谐波相电动势大小：；频率：。要掌握以上各式中字母的含义：次谐波绕组系数，；注意次谐波分布系数；次谐波短距系数。对单层绕组3谐波电动势的削弱和消除方法采用Y接线：消除线电动势中的3次及其奇次倍谐波。采用短距线圈（仅适用于双层绕组）：当时，消除次谐波，例如，消除5次；消除7次；同时削弱5、7次谐波。采用分布绕组：各次谐波都得到削弱。结构上保证产生正弦波磁场。4单相绕组的合成电动势大小5三相绕组合成电动势大小Y接法：相电动势；线电动势接法：相电动势；线电动势四、交流绕组的磁动势设三相对称电流：，1单相交流绕组通交流电所产生的磁动势性质为阶梯波分布的脉振磁动势，脉振频率与交流电频率f相同。傅立叶级数表达式为：式中，第次谐波脉振磁动势的幅值；，k为自然数。2三相对称绕组通对称三相交流电所产生的磁动势基波合成磁