一、电机学共同问题
1. 空载、负载磁场、漏磁场的产生:
直流电机、变压器、异步电机、同步电机空载时的主磁场各是由什么产生的? 直流电机、变压器、异步电机、同步电机负载时的合成磁场各是由什么产生的? 漏磁场是如何产生的?何时有?何时无?
2. 磁势平衡方程、电枢反应问题
变压器、异步电机中,磁势平衡方程说明了什么?
直流电机、同步电机中,电枢反应的物理意义是是什么? 磁势平衡和电枢反应有何联系?
3. 数学模型问题:
I. 直流电机: u = E + I ×ra (+ 2U b )(电动) E = u + I ×ra (+ 2U b )(发电)
E = C E n C E = PN a /60/a T E = C M I a C M = PN a /2/a 其中N a 上总导体数 II. 变压器:
折算前1
1112222120121
022/m L
U E I Z U E I Z I I k I E kE E I Z
U I Z ?=-+?
=-??+=??
=??-=??=? 折算后 1
111
2222012121022'''''''''m L
U E I Z U E I Z I I I E E E I Z U I Z ?=-+?
=-??=+??
=??-=??=?
III. 异步电机:f 折算后()
11112222σ0121
21m m //i
e U E I Z E I R s jX I I I k E k E E I Z ?
=-+?
=+??=+??=??=-?
w 折算后()11112222σ1021210m /j U E I Z E I R s X I I I E E E I Z ?=-+?''''=+??'=-??'=??=-?
未折算时 ()1111
22222201212221
m m , , s s s s s e s U E I Z
E I R jX X sX
F F F E k E E sE E I Z
σσσ?=-+?
=+=??
=+??
==??=-?
IV. 同步电机:0()a d ad q aq
a d d q q
E U I R jX jI X jI X U IR jI X jI X σ=++++=+++(凸极机、双反应理论)
0()a a a t
E U I R jX jIX U IR jIX σ=+++=++(隐极机)
4. 等效电路:
I. 直流电动机:
II.
变压器:
III.异步动机:
IV. 同步发电机:
隐极机
5.相量图及其绘制
I.直流电机:
(无)
II.变压器:
6.异步电机:
IV.同步电机
隐极机(不计饱和)
共同的概念
直流电机独有 交流电机独有
单层、双层绕组 叠绕组、波绕组 y 1、y 2、y
短距、长距、整距 集中、分布
换向器节距y k 电刷 电刷移位 几何中性线 物理中性线 绕组系数:111N y q k k k = 短距系数:1
1sin
90y y k τ=?
分布系数:1
11
sin 2sin 2
q q k q αα=
分数槽绕组
单一闭合回路 并联支路对数a 三相星形、三角形 并联支路数a 主磁场、漏磁场、励磁磁场
圆形旋磁: 椭圆旋磁: 脉振磁场: 磁场旋转速度:60f
n p
=
直流电动势:
60E a E E C n pN C a
=Φ=
(N a 为电枢总导体数、a 为并联支路对数)
交流电动势:
14.44N E fNk =Φ
(N 为每相串联匝数)
直流磁动势:
()/a a a a
F x Ax A N i D π== (无移刷时的情况。x 以磁极中心为起点,A 为电负荷)
2
aq F A
τ=
()
2aq ad F A b F Ab ββτ?
=-??
?=?
(移刷
电角度时)
交流磁动势:
110.9
N Nk I
F p ?= (单相脉振幅值,N 为每相串联匝数,I 为相电流有效值)
11 1.35
N Nk I
F p
= (三相旋转磁动势幅值)
7. 电磁转矩(功率)
I. 直流电机: /2em M a
M a T C I C pN a
π=Φ=
II. 变压器: 1122N N N N N S U I U I ==
(单相)
113N N N S U I =
(三相)
III. 异步电机: 113cos N N N N N P I U η?=
2
2
12
em R P m I s
''= 2cu em p sP = (1)mec em P s P =-
1
mec em em m P P T =
=ΩΩ
2
21122
2111
122[()()]em
em R m pU P s
T R f R X X s
σσπ'=
='Ω'+++
(忽略激磁支路而得)
最大电磁转矩发生的位置为:2222
112
(
)()m
R R X X s σσ''=++,即在忽略激磁支路后,当等效电路中的转子电阻值R ’2/s m 等于电路的其余元件的阻抗之和时,异步电机电磁转矩达到最大值。
IV .同步电机:
201111sin ()sin 22em d q d
mE U mU P X X X θθ=+-
(凸极机)
01
sin em t
mE U P X θ=
(隐极机)
保持P em 不变,调节无功:
0sin co cos E nst I const
θ?==(以U 垂直为参照,E 0终点轨迹垂直,I 终点轨迹水平)
V 形曲线(励磁正常时,cos
=1,I 最小,)
8. 效率计算:
21111
1P P p p P P P η-∑∑=
==- I. 直流电动机:
0cua cuf mec Fe ad cu p p p p p p p p ∑=++++=+
II. 变压器: 0cu Fe ad cu p p p p p p ∑=++=+
2cu kN p p β=
20222020cos 1cos cos kN N N N kN N N kN N
p p S S p p S p p ββ?ηβ?ββ?β+=-=++++
最大效率发生位置:2
0kN N p p β=,即可变损耗等于不变损耗时。
III. 异步电机:
12012()()cu cu mec Fe ad cu cu cu ad mec Fe p p p p p p p p p p p p p ∑=++++=+=++++
发生最大效率的位置:可变损耗等于不变损耗时,即12()()cu cu ad mec Fe p p p p p ++=+时。
IV. 同步电机:
0cua cuf mec Fe ad cu p p p p p p p p ∑=++++=+
(不要求)
9.电压变化率或电压调整率
I. 直流发电机电压变化率:
0N
N
U U U U -?=
II. 变压器电压变化率:
20222
22**22(cos sin )
N N N
k k U U U U U U U R X β??--?==
≈+
(一次侧为额定电压不变)
III. 异步电机(无) IV. 同步发电机电压调整率:
0N
N
E U U U -?=
(励磁电流不变为I fN )
10. 电动机的调速:
I. 直流电动机调速:
2
a a a em E E E M U I R R U
n T C C C C -=
=-ΦΦΦ: 调压调速、电枢串电阻调速、调励磁调速等
II. 异步电动机调速:
1
160(1)(1)
f n s n s p
=-=-: 变频、变极、变转差率调速
2
211222111122[()()]
em
em R m pU P s
T R f R X X s
σσ
π'=
='Ω'+++:调压、转子串电阻等调s 法
III. 同步电动机调速:
1
160f n p
=
: 变频、变极
11. 起动、并网问题:
I. 直流电动机起动:直接起动、三点启动器、调压软起动
II. 变压器并联运行:变比相同;连接组号相同;短路阻抗标幺值相同、阻抗角相等。 负载分配:与短路阻抗成反比
III. 异步电动机起动:调压器降压起动、先Y-后起动、转子回路串电阻起动
IV. 同步发电机并网:相序相同、频率相同、电压大小和相位相同 旋转灯光法(交叉连接)、灯光熄灭法(对应连接)
同步电动机起动:牵入同步法(阻尼、励磁绕组短路的异步电动机起动法); (异步电动机带动到接近同步转速的起动法);
变频器供电起动
12. 制动问题:
I. 直流电动机: 电源反接制动(E 、U 同向,快速)
串励电动机超速制动(E>U ,能量回馈) II. 异步电动机: 从0速开始,沿同步速的反方向下放重物;
电动机运行中,调换电源某两相,制动减速或停车; 定子接入直流电,电磁制动
III. 同步电动机: 定子绕组短路电磁制动(不要求)
13. 空载试验:
I. 直流电发机空载试验:测磁化曲线 直流电动机空载试验:
II. 变压器空载试验:电压侧进行,测U N 附近的数据U 0、I 0、p 0;计算Z m 、R m 、X m (也叫开路试验,忽略1、2次侧漏抗)
III. 异步电动机空载试验:测U N 附近的数据U 0、I 0、p 0;分离p mec ,计算Z m 、R m 、X m 等
p 0同U 02
为近似线性关系,p mec 基本不变,故在U 0=0时,可分离出p mec 。
IV. 同步发电机空载试验:测磁化曲线
14. 短路试验:
I. 直流电机(无)
II. 变压器短路试验:在高压侧做,测I N 附近的数据U k 、I k 、p k ;计算Z k 、R k 、X k (忽略激磁支路)
III. 异步电动机短路试验:计算定、转子漏阻抗参数 (也称堵转试验,不能忽略激磁支路)
IV .同步发电机三相对称短路试验:短路电流只有去磁性质的I d 分量,I d 和I f 成正比,测X d 的不饱和值。
15.磁势平衡与电枢反应问题
I. 直流电机的电枢反应:电枢(负载)电流产生一个磁动势,对主极磁动势有影响。 A. 电刷在几何中性线上时,只有交轴电枢反应。
()/a a a a
F x Ax A N i D π== (无移刷时的情况。x 以磁极中心为起点,A 为电负荷)
2
aq F A
τ=
交磁作用:①几何、物理中性线不重合;②不饱和时每极磁通不变;饱和时,有去磁作用。
B. 电刷移位后,出现直轴电枢反应磁动势,可能去磁,也可能助磁。
()2aq
ad F A b F Ab ββτ?
=-??
?=?
(移刷电角度时)
II. 变压器的磁势平衡:
一次侧电流的负载分量同二次侧电流二者的磁动势大小相同、方向相反,互相抵消,即
11012
0L I I I I I I =+'+=
III. 异步电动机的磁势平衡(也称转子反应):
定子电流的负载分量同转子电流二者的磁动势大小相同、方向相反,互相抵消,即
11012
0L I I I I I I =+'+=
IV. 同步电机的电枢反应:电枢(负载)电流产生一个磁动势,对主极磁动势有影响。
用I 和E 0的夹角来区分:E 0代表滞后m 、I f 、F f 90°的交轴(q 轴)方向。
电枢反应磁动势、磁场、磁通、电动势:F a 、B a 、a 、E a 隐极机:电枢反应电抗X a ,同步电控X t = X a +X 凸极机:(双反应理论)
直轴电枢反应电抗X ad 、直轴同步电抗X d = X ad +X
交轴电枢反应电抗X aq 、交轴同步电抗X q =X aq +X
励磁问题:
直流电机: 他励、并联、自励、串励、复励(积复励、差复励、平复励)
变压器: I m 、m 基本不变:空载时由一次侧单独提供;负载时,m 由F 1、F 2共同产生 异步电机: I m 、0基本不变:空载时由定子电流单独提供;负载时,由F 1、F 2共同产生 同步电机: 直流励磁发电机励磁 同步励磁发电机旋转整流励磁 静止整流装置整流励磁
17. 不对称运行问题: 对称分量法:
(正序、负序、零序的概念)
00A A A A B B B B C C C C
I I I I I I I I I I I I +-+-+-?=++?=++??=++?
22000 ; ; B A C A B A C A A B C
I I I I I I I I I I I αααα++++-
---
?==?==??==?
2201()31()31
()3A A B C A A
B C A A B C I I aI a I I I a I aI I I I I +-?=++??
?=++??
?=++??
1. 直流电机(无)
2. 变压器:
(正序、负序、零序)电路及阻抗的特点 单相负载或短路分析
两相间短路分析
3. 异步电动机:不对称电压下的运行分析
4. 同步发电机:
(正序、负序、零序)电路及阻抗 单相负载或短路分析 两相间短路分析
三相短路I k3:两相短路I k2:单相短路I k1 = 13
18. 折算问题
1. 直流电机(无)
2. 变压器: 绕组折算 变比k
3. 异步电机: 频率折算、绕组折算 电动势变比ke 电流变比ki
4. 同步电机(无)
19. 标幺值问题 基准的选择
20 额定值问题 额定值间的关系
21. 定、转子磁场相对静止问题
22. 发电机、电动机可逆原理
23. 稳定性问题、判断
二、电机学个别问题
1. 直流电机
为什么需要换向器?
电枢导体中的电流是交流还是直流? 单波绕组的并联支路对数等于1 单叠绕组的并联支路对数等于p
2. 变压器
三相变压器的两种磁路结构;
三相变压器的连接组号和组别、时钟表示法;
同一铁心柱上的两套绕组,感应的反电势要么同相位,要么反相位:绕组同名端的概念; 电压互感器不能短路,电流互感器不能开路 3. 异步电动机 三种运行状态
鼠笼转子的特点、极数自动适应问题 单相(电源)异步电动机
4. 同步电动机
转差发测量x d 、x q 的不饱和值
特性三角形:空载特性曲线、零功率因数特性曲线间相差一个特性三角形 利用特性三角形求漏电抗x p
短路比:在空载额定电压时,发生短路,相应的短路电流标幺值。
*()
c d k k X μ
=
不饱和
E 0与I 夹角的求取:
sin cos q a IX U tg IR U ?ψ?
+=
+
考虑电枢去磁作用、漏电抗X压降时,励磁电流I f的求取方法。(注:可编辑下载,若有不当之处,请指正,谢谢!)