直流電機和交流繞組理路

1、直流電機,,電機學習題課,,2,3-1 直流電機有哪些勵磁方式,,勵磁方式,Ia=I,Ia=I+If,Ia=I=If,Ia=I+If,U=Uf,,3,3-6 在直流發(fā)電機中，電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動一角度，電樞反應(yīng)的性質(zhì)怎樣？當電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動一角度，電樞反應(yīng)的性質(zhì)又是怎樣？如果是電動機，在這兩種情況下，電樞反應(yīng)的性質(zhì)又是怎樣？,分析思路：負載時的電樞磁動勢和電樞反應(yīng),電樞電流ia,,4,,,,,,,,(一)交軸電樞反應(yīng) a）負

2、載時的合成磁場 b）合成磁場分布,不計磁飽和時：,計磁飽和時：,交軸電樞反應(yīng)既無增磁、亦無去磁作用,交軸電樞反具有一定的去磁作用,,5,（二）直軸電樞反應(yīng)：若電機為發(fā)電機，電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動一角度，對主極磁場而言，直軸電樞反應(yīng)將是去磁的。若電刷逆著旋轉(zhuǎn)方向移動一度，直軸電樞反應(yīng)時增磁的。電動機的情況恰好相反。,,,6,3-7 直流電機電樞繞組元件內(nèi)的電動勢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、電動勢？,電樞元件內(nèi)的電動勢和電流是交流當電樞旋轉(zhuǎn)時，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)電動勢的方向不同，相應(yīng)的電流的方向也不同，當電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn)時，便會在繞組元件內(nèi)產(chǎn)生交變的電動勢和電流。在穩(wěn)定時可認為通過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了。,,,,,,,,,7,,,直流電機穩(wěn)態(tài)電壓方程式,發(fā)電機：Ea=U+IaR+2ΔUs=U+IaRaIa=I+If （并勵），Ia=

4、I（他勵、串勵）電動機：U=Ea+IaR+2ΔUs=Ea+IaRaIa=I-If（并勵），Ia=I（他勵、串勵）,,8,3-9 一臺四極82kW、230V、970r/min的他勵直流發(fā)電機，電樞上共 有123個元件，每個元件為一匝，支路數(shù)為2a＝＝2。如果每極的合成磁通等于空載額定轉(zhuǎn)速時具有額定電壓時每極的磁通，試計算當電機輸出額定電流的電磁轉(zhuǎn)矩。,解：他勵直流電動機：,,,注:中間過程完全不必計算, Ce和CT也不用求出來,,

5、9,3-11 一臺他勵發(fā)電機的轉(zhuǎn)速提高20％，空載電壓會提高多 少 （If不變）？若為并勵發(fā)電機，則電壓升高的百分值 比他勵發(fā)電機多還是少(Rf不變)？,If不變,,Φ不變,他勵空載：Ea＝U0=Ce n Φ,n,20％,,U0,20％,并勵空載：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 一臺四極82kW，230V，

6、970r/min的并勵發(fā)電機，R（750）＝0.0259 ，R f（750）＝22.8 額定負載下 串入3.5 的調(diào)節(jié)電阻，電刷壓降為2V，鐵耗和機械損耗共2.5kW，雜散損耗為額定功率的0.5％，試求額定負載時發(fā)電機的輸入功率、電磁功率和效率。,分析：并勵發(fā)電機,額定負載時：,I=P/UN=82000/230=356.52A,Ia＝ I + If＝365.265A,Pe＝P2+Ia2R + 2△UsIa＋If2Rf＝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 一臺并勵直流電動機正轉(zhuǎn)時為某一轉(zhuǎn)速，如將它停車，僅改變勵磁電流的方向后重新啟動運轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)此時轉(zhuǎn)

8、速與原來不同，是什么原因？,分析：,1.剩磁的影響。,的一部分用來抵消剩磁,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，導致 不一樣,,13,3-16 一臺17kW、220V的并勵直流電動機，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,并勵繞組與一變阻器串聯(lián)以限制

9、電流為4.3A。當變阻器短路時，勵磁電流為9A，轉(zhuǎn)速降低到850r/min,電動機帶有恒轉(zhuǎn)距負載，機械損耗等不計，試計算（1）勵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，機械損耗等不計,,14,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,15,3-17 一臺96

10、kW得并勵直流電動機，額定電壓為440V，額定電流為255A，額定勵磁電流為5A，額定轉(zhuǎn)速為500r/min，電樞總電阻為0.078歐，不計電樞反應(yīng)，試求（1）電動機得額定輸出轉(zhuǎn)距；（2）額定電流時的電磁轉(zhuǎn)矩（3）電動機的空載轉(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,電機學考試題型介紹,選擇題、填空題、計算題（含分析推理題、畫圖題）,,例1：

11、重慶大學2000級《電機學》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，高壓繞組的匝電動勢：（1）大于低壓繞組的匝電動勢；（2）等于低壓繞組的匝電動勢；（3）小于低壓繞組的匝電動勢。,,分析：主磁通同時

12、與高壓側(cè)、低壓側(cè)相交鏈。而匝電動勢是指單匝線圈上的感生電動勢，故高低壓繞組的匝電動勢是相等的。,答案：[ 2 ],錯誤：認為匝電動勢就是電動勢，而選1,,19,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,例2：一臺并勵直流電動機的端電壓和勵磁回路電阻均不變，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：直流并勵發(fā)電機,直流并勵電動機,,例3：輸入功率與電磁功率之差，對于直流并勵發(fā)電機包括,____機械損耗、鐵耗、雜散損耗_________,對于直流電動機包括,______損耗。,,____電樞銅耗、電刷(接觸)損耗、勵磁銅耗____,______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，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，空載輸入功率基本上是供給鐵心的。,短路時，變壓器內(nèi)的主磁通很小，激磁電流和鐵耗忽略不計，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,,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)出三次諧波電動勢e3， e3的幅值可達到基波e1幅值的50％以上，結(jié)果使得相電動勢形成尖頂波。,,24,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,例8：,分析：消除,次諧波，應(yīng)當選用比整距短,的

16、短距線圈,取1-1/5,1-1/7中間的5/6可同時減小5次和7次諧波。,3,,25,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,計算題：,1.一臺單相變壓器，空載時一次側(cè)與二次側(cè)的電壓比為4：1，額定負載時一次側(cè)與二次側(cè)的電壓比為80：19。求（1）該變壓器的變比k；（2）該變壓器額定運行時的電壓調(diào)整率Δu。（10分）,2.一臺四極他勵直流電機，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）該直流電機運行在發(fā)電機狀態(tài)還是電動機狀態(tài)？（2）該直流電機的輸入功率P1、電磁功率Pe、輸出功率P2和效率η。（15分）,,26,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3.一臺三相六極50Hz的感應(yīng)電動機，已知PN＝28kW，UN＝380V，nN＝950r/min，cosφN＝0.88，定子繞組Y接法，在額定運行pcu1＝

18、1.4kW，pFe＝0.8kW，pΩ＝1.1kW，pΔ＝0.186kW。求此時的：（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Y聯(lián)結(jié)的三相同步發(fā)電機，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）電動勢的頻率；（2）基波電動勢的節(jié)距因數(shù)、分布因數(shù)和繞組因數(shù)

19、；（3）基波相電動勢和線電動勢。（15分）,交流繞組的共同理論,付 博,電機學習題課,,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個線圈,分布線圈,q個線圈,,,,,,,,,,29,,,,,,分布因數(shù)：線圈組的各線圈分布在若干個槽時的電動勢相量和與各線圈都集中在同一槽時的電動勢代數(shù)和的比值。（由于繞組分布在不同的槽內(nèi)，使得q個分布線圈的合成電動勢 Eq1小于q個集中線圈的合

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

21、,,數(shù)學解釋 :相量和總是小于（或等于）其代數(shù)和,,,,,,,33,4-11.試計算下列三相，兩極，50Hz的同步發(fā)電機定子的基波繞組因數(shù)和空載相電動勢，線電動勢。已知定子槽數(shù)Q=48，每槽內(nèi)有兩個導體，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.單相繞組的磁動勢的性質(zhì)，它的幅值等于什么？,解：,既是時間的函數(shù)，又是空間的函數(shù)；在空間上，按余弦規(guī)律分布；在時間上

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

23、磁動勢的繞組因數(shù)與諧波電動勢的繞組因數(shù)相同，反映了電動勢計算和磁動勢計算的相似性，時間波與空間波的統(tǒng)一性。,,38,,,單相繞組的磁動勢,其中：,,39,4-16.三相基波旋轉(zhuǎn)磁動勢的幅值，轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速個取決于什么，為什么?,解：,三相對稱繞組的基波合成磁動勢,性質(zhì)：在三相對稱繞組中，通入三相對稱電流，將產(chǎn)生一個基波圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢；幅值：其幅值的大小恒定，不隨時間變化；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；（對稱三相繞組中通有對稱三相正序電流時，基波合成磁動勢是一個正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速向前推移的正相恒幅旋轉(zhuǎn)磁動勢波也即是圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢波。通有對稱三相負序電流時，基波合成磁動勢將成為反向推移的旋轉(zhuǎn)磁動勢波。）位置：當某相繞組的電流達到最大時，基波圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢的軸線位置就與該相繞組的軸線位置重合。,,41,,,基波合成磁動勢的轉(zhuǎn)向,反

25、向行波,正向行波,,42,4-19.試求題4-11中的發(fā)電機通有額定電流，一相和三相繞組所產(chǎn)生的基波磁動勢幅值。發(fā)電機的容量為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產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，轉(zhuǎn)向怎樣？（1）對稱兩相繞組內(nèi)通以對稱兩相正序電流時（圖4-26）；三相繞組的一相（例如C相）斷線時（圖4-27）。,解：（1）,,,,44,,,,45,從這

26、道習題可以總結(jié)出,一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場可以用兩個在時間上和空間上相差90度的等幅脈振磁場來表示。,,發(fā)散思考：一個脈振磁場可否用兩個旋轉(zhuǎn)磁場來表示呢？,,46,答案：可以的！　　　證明如下：,,,,,,,47,分解出的兩個磁動勢的性質(zhì),圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢；幅值為單相磁動勢幅值的一半,,即：一個脈動磁勢可以分解為兩個大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。,,48,,,,,49,,,,,50,,,,,51,,,,,,52,總結(jié)性問題：繞

27、組磁動勢由什么決定？怎樣判斷繞組磁動勢的性質(zhì)？,繞組磁動勢的性質(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，磁動勢總是恒定的。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勢是脈振磁動勢。如果是多相對稱繞組，同時通以對稱多相電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。如果多相繞組不對稱或是電流不對稱，則產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。,,53,用上述結(jié)論判斷這道習題,對(1)小題

28、而言：因為繞組是對稱的，而通入的電流也是對稱交流電流。所以得知會產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢 。對(2)小題而言：雖然繞組是對稱的，但是C相短線后，電流變得不對稱，所以不能產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。,,54,考題舉例,,55,考題舉例,將一臺三相交流電機的三相繞組串聯(lián)起來，通交流電，則合成磁勢為多少？,,56,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,謝 謝！,,57,,,負載時氣隙磁場a)主極磁場 b)電樞磁場