直流電機(jī)和交流繞組理路

1、直流電機(jī),,電機(jī)學(xué)習(xí)題課,,2,3-1 直流電機(jī)有哪些勵(lì)磁方式,,勵(lì)磁方式,Ia=I,Ia=I+If,Ia=I=If,Ia=I+If,U=Uf,,3,3-6 在直流發(fā)電機(jī)中，電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一角度，電樞反應(yīng)的性質(zhì)怎樣？當(dāng)電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一角度，電樞反應(yīng)的性質(zhì)又是怎樣？如果是電動(dòng)機(jī)，在這兩種情況下，電樞反應(yīng)的性質(zhì)又是怎樣？,分析思路：負(fù)載時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)和電樞反應(yīng),電樞電流ia,,4,,,,,,,,(一)交軸電樞反應(yīng) a）負(fù)

2、載時(shí)的合成磁場(chǎng) b）合成磁場(chǎng)分布,不計(jì)磁飽和時(shí)：,計(jì)磁飽和時(shí)：,交軸電樞反應(yīng)既無(wú)增磁、亦無(wú)去磁作用,交軸電樞反具有一定的去磁作用,,5,（二）直軸電樞反應(yīng)：若電機(jī)為發(fā)電機(jī)，電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一角度，對(duì)主極磁場(chǎng)而言，直軸電樞反應(yīng)將是去磁的。若電刷逆著旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一度，直軸電樞反應(yīng)時(shí)增磁的。電動(dòng)機(jī)的情況恰好相反。,,,6,3-7 直流電機(jī)電樞繞組元件內(nèi)的電動(dòng)勢(shì)和電流是交流還是直流？為什么在穩(wěn)態(tài)電壓方程中不出現(xiàn)元件本身的電感

3、電動(dòng)勢(shì)？,電樞元件內(nèi)的電動(dòng)勢(shì)和電流是交流當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，繞組元件要依次切割N，S磁極，由于在N，S極下產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向不同，相應(yīng)的電流的方向也不同，當(dāng)電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，便會(huì)在繞組元件內(nèi)產(chǎn)生交變的電動(dòng)勢(shì)和電流。在穩(wěn)定時(shí)可認(rèn)為通過(guò)元件的電流的大小基本恒定，在考慮到元件的電感量較小因此就可以忽略不計(jì)了。,,,,,,,,,7,,,直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)電壓方程式,發(fā)電機(jī)：Ea=U+IaR+2ΔUs=U+IaRaIa=I+If （并勵(lì)），Ia=

4、I（他勵(lì)、串勵(lì)）電動(dòng)機(jī)：U=Ea+IaR+2ΔUs=Ea+IaRaIa=I-If（并勵(lì)），Ia=I（他勵(lì)、串勵(lì)）,,8,3-9 一臺(tái)四極82kW、230V、970r/min的他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，電樞上共 有123個(gè)元件，每個(gè)元件為一匝，支路數(shù)為2a＝＝2。如果每極的合成磁通等于空載額定轉(zhuǎn)速時(shí)具有額定電壓時(shí)每極的磁通，試計(jì)算當(dāng)電機(jī)輸出額定電流的電磁轉(zhuǎn)矩。,解：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)：,,,注:中間過(guò)程完全不必計(jì)算, Ce和CT也不用求出來(lái),,

5、9,3-11 一臺(tái)他勵(lì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高20％，空載電壓會(huì)提高多 少 （If不變）？若為并勵(lì)發(fā)電機(jī)，則電壓升高的百分值 比他勵(lì)發(fā)電機(jī)多還是少(Rf不變)？,If不變,,Φ不變,他勵(lì)空載：Ea＝U0=Ce n Φ,n,20％,,U0,20％,并勵(lì)空載：Ea＝U0=Ce n Φ＝RfIf,n,,U0,,Φ不變,If,,Φ,n,,U0,增幅大于20％,Rf不變,,10,3-13 一臺(tái)四極82kW，230V，

6、970r/min的并勵(lì)發(fā)電機(jī)，R（750）＝0.0259 ，R f（750）＝22.8 額定負(fù)載下 串入3.5 的調(diào)節(jié)電阻，電刷壓降為2V，鐵耗和機(jī)械損耗共2.5kW，雜散損耗為額定功率的0.5％，試求額定負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)的輸入功率、電磁功率和效率。,分析：并勵(lì)發(fā)電機(jī),額定負(fù)載時(shí)：,I=P/UN=82000/230=356.52A,Ia＝ I + If＝365.265A,Pe＝P2+Ia2R + 2△UsIa＋I(xiàn)f2Rf＝8

7、8.197kW,或者： Pe＝EaIa＝(U+ I aR+2△Us)Ia=(230+365.27*0.0259+2)*365.265＝ 88.197kW（推薦）,,11,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,P1＝Pe＋P0＝,＝88.198＋2.5＋0.5％×82＝91.108kW,,,12,3-15 一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)為某一轉(zhuǎn)速，如將它停車，僅改變勵(lì)磁電流的方向后重新啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)轉(zhuǎn)

8、速與原來(lái)不同，是什么原因？,分析：,1.剩磁的影響。,的一部分用來(lái)抵消剩磁,2.電樞位置不在幾何中心線。,轉(zhuǎn)速變化，由于僅有If方向變化，U、Ia、Ra都沒(méi)變化，由下式可知一定是主磁通 變化了。,If變向前后直軸電樞反應(yīng)的效果是相反的，導(dǎo)致 不一樣,,13,3-16 一臺(tái)17kW、220V的并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，電樞總電阻R＝0.1歐，在額定電壓下電樞電流為100A，轉(zhuǎn)速為1450r/min,并勵(lì)繞組與一變阻器串聯(lián)以限制

9、電流為4.3A。當(dāng)變阻器短路時(shí)，勵(lì)磁電流為9A，轉(zhuǎn)速降低到850r/min,電動(dòng)機(jī)帶有恒轉(zhuǎn)距負(fù)載，機(jī)械損耗等不計(jì)，試計(jì)算（1）勵(lì)磁繞組的電阻和變阻器電阻（2）變阻器短路后，電樞電流的穩(wěn)態(tài)值；（3）電磁轉(zhuǎn)矩值,勵(lì)磁支路總電阻R＝220/4.3＝51.16,Rf=220/9=24.44,R串 =51.16-24.44＝26.72,Tl不變，機(jī)械損耗等不計(jì),,14,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,15,3-17 一臺(tái)96

10、kW得并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓為440V，額定電流為255A，額定勵(lì)磁電流為5A，額定轉(zhuǎn)速為500r/min，電樞總電阻為0.078歐，不計(jì)電樞反應(yīng)，試求（1）電動(dòng)機(jī)得額定輸出轉(zhuǎn)距；（2）額定電流時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩（3）電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)速。,（2）電樞電流,電磁轉(zhuǎn)矩,（1）輸出轉(zhuǎn)矩,,16,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（3）空載轉(zhuǎn)速,,,17,電機(jī)學(xué)考試題型介紹,選擇題、填空題、計(jì)算題（含分析推理題、畫(huà)圖題）,,例1：

11、重慶大學(xué)2000級(jí)《電機(jī)學(xué)》期末考題，各題型分布如下：,一、選擇：20′＝ 2′×10二、填空：20′＝ 1′×20三、計(jì)算題：60′＝10′（變）＋15′（直）＋20′（感）＋15′（同）,,18,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,真題范例例1：在單相變壓器中，高壓繞組的匝電動(dòng)勢(shì)：（1）大于低壓繞組的匝電動(dòng)勢(shì)；（2）等于低壓繞組的匝電動(dòng)勢(shì)；（3）小于低壓繞組的匝電動(dòng)勢(shì)。,,分析：主磁通同時(shí)

12、與高壓側(cè)、低壓側(cè)相交鏈。而匝電動(dòng)勢(shì)是指單匝線圈上的感生電動(dòng)勢(shì)，故高低壓繞組的匝電動(dòng)勢(shì)是相等的。,答案：[ 2 ],錯(cuò)誤：認(rèn)為匝電動(dòng)勢(shì)就是電動(dòng)勢(shì)，而選1,,19,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,例2：一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的端電壓和勵(lì)磁回路電阻均不變，增加電樞回路調(diào)節(jié)電阻，則轉(zhuǎn)速將：（1）升高；（2）不變；（3）降低。[ ],,分析：Rf不變,答案：[

13、3 ],,If不變,,不變,Ra,,n,,20,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,分析：直流并勵(lì)發(fā)電機(jī),直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī),,例3：輸入功率與電磁功率之差，對(duì)于直流并勵(lì)發(fā)電機(jī)包括,____機(jī)械損耗、鐵耗、雜散損耗_________,對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)包括,______損耗。,,____電樞銅耗、電刷(接觸)損耗、勵(lì)磁銅耗____,______損耗，,,21,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,例4：變壓器的

14、空載損耗主要是_____________________損耗，短路損耗主要是_____________________損耗。,銅,鐵,分析：空載時(shí)，一次繞組由于空載電流很小，繞組中產(chǎn)生的電阻損耗可以忽略不計(jì)，空載輸入功率基本上是供給鐵心的。,短路時(shí)，變壓器內(nèi)的主磁通很小，激磁電流和鐵耗忽略不計(jì)，短路功率即為銅耗。,例5：,3,,22,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,例7：,3,例6：,分析：,電源正弦波,,激磁電

15、流尖頂波,,主磁通正弦波,Y,y聯(lián)結(jié)，三次諧波不能流過(guò),,基波＋3次諧波,,飽和,激磁電流接近正弦波,2,,23,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,飽和,主磁通平頂波,分解成基波＋3次諧波,,由于,將在繞組中感應(yīng)出三次諧波電動(dòng)勢(shì)e3， e3的幅值可達(dá)到基波e1幅值的50％以上，結(jié)果使得相電動(dòng)勢(shì)形成尖頂波。,,24,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,例8：,分析：消除,次諧波，應(yīng)當(dāng)選用比整距短,的

16、短距線圈,取1-1/5,1-1/7中間的5/6可同時(shí)減小5次和7次諧波。,3,,25,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,計(jì)算題：,1.一臺(tái)單相變壓器，空載時(shí)一次側(cè)與二次側(cè)的電壓比為4：1，額定負(fù)載時(shí)一次側(cè)與二次側(cè)的電壓比為80：19。求（1）該變壓器的變比k；（2）該變壓器額定運(yùn)行時(shí)的電壓調(diào)整率Δu。（10分）,2.一臺(tái)四極他勵(lì)直流電機(jī)，已知a=＝1，Za＝372，Ra＝0.2Ω，2ΔU s＝2V，U＝220V，n

17、＝1500r/min，Φ＝0.011Wb，pfe＝362W，pΩ＝204W，pΔ＝0。求：（1）該直流電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)還是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)？（2）該直流電機(jī)的輸入功率P1、電磁功率Pe、輸出功率P2和效率η。（15分）,,26,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3.一臺(tái)三相六極50Hz的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，已知PN＝28kW，UN＝380V，nN＝950r/min，cosφN＝0.88，定子繞組Y接法，在額定運(yùn)行pcu1＝

18、1.4kW，pFe＝0.8kW，pΩ＝1.1kW，pΔ＝0.186kW。求此時(shí)的：（1）轉(zhuǎn)差率；（2）轉(zhuǎn)子電流頻率；（3）轉(zhuǎn)子銅耗；（4）輸入功率；（5）效率；（6）定子電流。（20分）,4.一臺(tái)Y聯(lián)結(jié)的三相同步發(fā)電機(jī)，2p＝2、轉(zhuǎn)速n＝3000r/min、定子槽數(shù)Q＝60、雙層繞組的節(jié)距y1＝5τ/6、每相總串聯(lián)匝數(shù)N＝20、正弦分布的基波主磁通Φ1＝1.48Wb。求：（1）電動(dòng)勢(shì)的頻率；（2）基波電動(dòng)勢(shì)的節(jié)距因數(shù)、分布因數(shù)和繞組因數(shù)

19、；（3）基波相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)。（15分）,交流繞組的共同理論,付 博,電機(jī)學(xué)習(xí)題課,,28,4-5 試述分布因數(shù)和節(jié)距因數(shù)的意義。為什么分布因數(shù)和節(jié)距因數(shù)只能小于或等于1？,,,集中線圈,q個(gè)線圈,分布線圈,q個(gè)線圈,,,,,,,,,,29,,,,,,分布因數(shù)：線圈組的各線圈分布在若干個(gè)槽時(shí)的電動(dòng)勢(shì)相量和與各線圈都集中在同一槽時(shí)的電動(dòng)勢(shì)代數(shù)和的比值。（由于繞組分布在不同的槽內(nèi)，使得q個(gè)分布線圈的合成電動(dòng)勢(shì) Eq1小于q個(gè)集中線圈的合

20、成電動(dòng)勢(shì)qEc1，由此所引起的折扣。）,,30,,當(dāng)線圈分布放置時(shí)，由于相鄰線圈電動(dòng)勢(shì)存在相位差，使得合成電動(dòng)勢(shì)比集中放置時(shí)小，所以分布因數(shù)小于或等于1。當(dāng)且僅當(dāng)線圈集中放置時(shí)，分布因數(shù)取1。,數(shù)學(xué)解釋：相量和總是小于（或等于）其代數(shù)和,,31,,,32,節(jié)距因數(shù)：短距線匝電動(dòng)勢(shì)（為構(gòu)成線匝的兩導(dǎo)體有效邊電動(dòng)勢(shì)相量和）與整距線匝電動(dòng)勢(shì)(為構(gòu)成線匝的兩導(dǎo)體有效邊電動(dòng)勢(shì)代數(shù)和)的比值。 （表示線圈短距時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比整距時(shí)應(yīng)打的折扣）

21、,,數(shù)學(xué)解釋 :相量和總是小于（或等于）其代數(shù)和,,,,,,,33,4-11.試計(jì)算下列三相，兩極，50Hz的同步發(fā)電機(jī)定子的基波繞組因數(shù)和空載相電動(dòng)勢(shì)，線電動(dòng)勢(shì)。已知定子槽數(shù)Q=48，每槽內(nèi)有兩個(gè)導(dǎo)體，支路數(shù)a=1,y1 =20，繞組為雙層，星形聯(lián)結(jié)，基波磁通量φ1 =1.11Wb,解：,,34,,,35,4-15.單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)，它的幅值等于什么？,解：,既是時(shí)間的函數(shù)，又是空間的函數(shù)；在空間上，按余弦規(guī)律分布；在時(shí)間上

22、，按余弦規(guī)律變化；軸線位置固定不動(dòng)；幅值大小隨時(shí)間按正弦規(guī)律脈振；脈振的頻率就是電流的頻率。,單相繞組的基波磁動(dòng)勢(shì),,,,,,駐波,,36,,,單相繞組的諧波磁動(dòng)勢(shì),既是時(shí)間的函數(shù)，又是空間的函數(shù)；在空間上，按余弦規(guī)律分布，其波長(zhǎng)是基波的1/ν倍；在時(shí)間上，依然按基波電流的頻率脈振；軸線位置固定不動(dòng)。,,37,,,單相繞組的合成磁動(dòng)勢(shì),性質(zhì)：脈振（時(shí)間與空間的函數(shù)）頻率：電流的頻率位置：固定不動(dòng)波形：階梯波一致：諧波

23、磁動(dòng)勢(shì)的繞組因數(shù)與諧波電動(dòng)勢(shì)的繞組因數(shù)相同，反映了電動(dòng)勢(shì)計(jì)算和磁動(dòng)勢(shì)計(jì)算的相似性，時(shí)間波與空間波的統(tǒng)一性。,,38,,,單相繞組的磁動(dòng)勢(shì),其中：,,39,4-16.三相基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的幅值，轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速個(gè)取決于什么，為什么?,解：,三相對(duì)稱繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì),性質(zhì)：在三相對(duì)稱繞組中，通入三相對(duì)稱電流，將產(chǎn)生一個(gè)基波圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；幅值：其幅值的大小恒定，不隨時(shí)間變化；有公式可知它取決于每極下每相的有效串聯(lián)匝數(shù) 和相電流轉(zhuǎn)

24、速：其軸線位置以同步速度旋轉(zhuǎn)；,,40,,方向：其軸線位置從電流超前相的繞組軸線轉(zhuǎn)向電流滯后相的繞組軸線；（對(duì)稱三相繞組中通有對(duì)稱三相正序電流時(shí)，基波合成磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速向前推移的正相恒幅旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波也即是圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波。通有對(duì)稱三相負(fù)序電流時(shí)，基波合成磁動(dòng)勢(shì)將成為反向推移的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波。）位置：當(dāng)某相繞組的電流達(dá)到最大時(shí)，基波圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的軸線位置就與該相繞組的軸線位置重合。,,41,,,基波合成磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)向,反

25、向行波,正向行波,,42,4-19.試求題4-11中的發(fā)電機(jī)通有額定電流，一相和三相繞組所產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)幅值。發(fā)電機(jī)的容量為12000kW， =0.8，額定電壓（線電壓）為6.32kV,星形聯(lián)結(jié)。,解：,,,43,4-21 試分析下列情況下是否會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)向怎樣？（1）對(duì)稱兩相繞組內(nèi)通以對(duì)稱兩相正序電流時(shí)（圖4-26）；三相繞組的一相（例如C相）斷線時(shí)（圖4-27）。,解：（1）,,,,44,,,,45,從這

26、道習(xí)題可以總結(jié)出,一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以用兩個(gè)在時(shí)間上和空間上相差90度的等幅脈振磁場(chǎng)來(lái)表示。,,發(fā)散思考：一個(gè)脈振磁場(chǎng)可否用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)表示呢？,,46,答案：可以的！　　　證明如下：,,,,,,,47,分解出的兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì),圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；幅值為單相磁動(dòng)勢(shì)幅值的一半,,即：一個(gè)脈動(dòng)磁勢(shì)可以分解為兩個(gè)大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。,,48,,,,,49,,,,,50,,,,,51,,,,,,52,總結(jié)性問(wèn)題：繞

27、組磁動(dòng)勢(shì)由什么決定？怎樣判斷繞組磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)？,繞組磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)首先決定于繞組電流的性質(zhì)，其次是繞組的構(gòu)成。如果電流為直流，那么不論繞組構(gòu)成如何，磁動(dòng)勢(shì)總是恒定的。如果電流是交流，那么要先判斷繞組是單相還是多相。如果是單相繞組，通以交流電流建立的磁動(dòng)勢(shì)是脈振磁動(dòng)勢(shì)。如果是多相對(duì)稱繞組，同時(shí)通以對(duì)稱多相電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。如果多相繞組不對(duì)稱或是電流不對(duì)稱，則產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。,,53,用上述結(jié)論判斷這道習(xí)題,對(duì)(1)小題

28、而言：因?yàn)槔@組是對(duì)稱的，而通入的電流也是對(duì)稱交流電流。所以得知會(huì)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) 。對(duì)(2)小題而言：雖然繞組是對(duì)稱的，但是C相短線后，電流變得不對(duì)稱，所以不能產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。,,54,考題舉例,,55,考題舉例,將一臺(tái)三相交流電機(jī)的三相繞組串聯(lián)起來(lái)，通交流電，則合成磁勢(shì)為多少？,,56,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,謝 謝！,,57,,,負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)a)主極磁場(chǎng) b)電樞磁場(chǎng)