1、電 機 學,電機的定義 電機的分類及作用 電機中的基本電磁關(guān)系 電機中的鐵磁材料特性 磁路基本定律及計算方法 電機的機電能量轉(zhuǎn)換過程 7. 總結(jié),使用中的變壓器,水輪發(fā)電機,電動機,汽輪發(fā)電機組,返 回,返 回,返 回,變 壓 器 電 動 勢,變壓器電動勢的方向可根據(jù)楞次定律來判斷,運 動 電 動 勢,1.所有非導(dǎo)磁材料的磁導(dǎo)率均為常數(shù)，接近真空磁導(dǎo)率 2.鐵磁材料的磁導(dǎo)率遠大于非導(dǎo)磁材料的磁導(dǎo)率 3.鐵磁材料的磁導(dǎo)率在較大范圍內(nèi)變化，鐵磁材料是非線性的,H/m,oa段：H較弱，B緩慢增加,ab段：H較強，B迅速增加,bc段：H繼續(xù)加強，B增加變慢（飽和段）,c段：H繼續(xù)加強，B增加緩慢（深度

2、飽和段）,P1819,公式中各量綱見P20,磁 路 基 本 定 律,歐姆定律,磁路的歐姆定律,磁阻,磁導(dǎo),磁路的基爾霍夫第一定律,定律內(nèi)容: 穿出(或進入)任一閉和面的總磁通量恒等于零(或者說， 進入任一閉合面的磁通量恒等于穿出該閉合面的磁通量)，這就是磁通連續(xù)性定律。,磁路的基爾霍夫第二定律,定律內(nèi)容:沿任何閉合磁路的總磁動勢恒等于各段磁路磁位降的代數(shù)和。,磁路和電路的比擬僅是一種數(shù)學形式上的 類似、而不是物理本質(zhì)的相似。,求：勵磁磁動勢F2,P33,P34,電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率在機電能量轉(zhuǎn)換中起重要 用，而它們都是通過氣隙磁場的作用而產(chǎn)生,總 結(jié),第一節(jié) 磁路的基本定律,機電能量轉(zhuǎn)換的媒介是

3、磁場，磁場的路徑稱為磁路。在工程中，通常將磁場問題簡化為磁路問題。,電機是進行機電能量轉(zhuǎn)換的裝置,一. 磁場的幾個常用量,磁感應(yīng)強度（又稱磁通密度）B 表征磁場強弱及方向的物理量。單位：Wb/m2,磁通量 垂直穿過某截面積的磁力線總和。 單位：Wb,磁場強度H 計算磁場時引用的物理量。 B=H ，單位：A/m,磁通所通過的路徑稱為磁路,二. 磁路的概念,三、磁路的基本定律,1、安培環(huán)路定律,沿任何一條閉合回線L，磁場強度H的線積分等于該閉合回線所包圍的電流的代數(shù)和,如果在均勻磁場中，沿著回線 L 磁場強度H 處處相等，則,2、磁路的歐姆定律,作用在磁路上的磁動勢 F 等于磁路內(nèi)的磁通量 乘以磁

4、阻 Rm,磁通量等于磁通密度乘以面積,磁場強度等于磁通密度除以磁導(dǎo)率,于是,3、磁路的基爾霍夫定律,（1）磁路的基爾霍夫電流定律,或,（2）磁路的基爾霍夫電壓定律,磁路和電路有相似之處，卻要注意有以下幾點差別：,1）電路中有電流I 時，就有功率損耗；而在直流磁路 中，維持一定磁通量，鐵心中沒有功率損耗。,2）電路中的電流全部在導(dǎo)線中流動；而在磁路中，總 有一部分漏磁通。,3）電路中導(dǎo)體的電阻率在一定的溫度下是恒定的；而磁 路中鐵心的導(dǎo)磁率隨著飽和程度而有所變化。,4）對于線性電路，計算時可以用疊加原理；而在磁路 中，B和H之間的關(guān)系為非線性，因此計算時不可以 用疊加原理。,第二節(jié) 常用鐵磁材料

5、及其特性,一、鐵磁物質(zhì)的磁化,在外磁場的作用下，磁疇順著外磁場方向轉(zhuǎn)向，排列整齊，顯示出磁性。,二、磁化曲線和磁滯回線,1、起始磁化曲線,將一塊未磁化的鐵磁材料進行磁化，當磁場強度H由零逐漸增加時，磁通密度B將隨之增加。用B=f (H)描述的曲線就稱為起始磁化曲線。,2、磁滯回線,剩磁當H從零增加到Hm時，B相應(yīng)地從零增加到Bm；然后再逐漸減小H，B值將沿曲線ab下降。當H=0 時，B值并不等于零，而是Br。這就是剩磁。,磁滯回線當H在Hm和 Hm之間反復(fù)變化時，呈現(xiàn)磁滯現(xiàn)象的BH閉合曲線，稱為磁滯回線。,3、基本磁化曲線,對同一鐵磁材料，選擇不同的Hm反復(fù)磁化，得到不同的磁滯回線。將各條回線

6、的頂點連接起來，所得曲線稱為基本磁化曲線。,三、鐵磁材料,1、軟磁材料,2、硬磁材料,四、鐵心損耗,1、磁滯損耗材料被交流磁場反復(fù)磁化，磁疇相互摩 擦而消耗的能量。,2、渦流損耗鐵心內(nèi)部由于渦流在鐵心電阻上產(chǎn)生的 熱能損耗。,3、鐵心損耗磁滯損耗和渦流損耗之和。,第三節(jié) 直流磁路的計算,磁路計算正問題給定磁通量，計算所需的勵磁磁動勢,磁路計算逆問題給定勵磁磁勢，計算磁路內(nèi)的磁通量,磁路計算正問題的步驟： 1）將磁路按材料性質(zhì)和不同截面尺寸分段； 2）計算各段磁路的有效截面積Ak和平均長度lk； 3）計算各段磁路的平均磁通密度Ak ，Bk=k/Ak； 4）根據(jù)Bk求出對應(yīng)的Hk； 5）計算各段磁

7、位降Hklk，最后求出 F= Hklk。,磁路計算逆問題因為磁路為非線性的，用試探法。,第四節(jié) 交流磁路的特點,交流磁路除了會在鐵心中產(chǎn)生損耗外，還有以下兩個效應(yīng)： 1）磁通量隨時間變化，在勵磁線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 2）磁飽和現(xiàn)象會導(dǎo)致電流、磁通和電動勢波形畸變。,本章作業(yè)：1.11.7,本章主要討論直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電機的磁場分布、感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響，從應(yīng)用角度分析直流發(fā)電機的運行特性和直流電動機的工作特性。,第二章 直流電機,2.1 概述,與異步電動機相比，直流電動機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和維護不如異步機方便，而且要使用直流電源。,2.1.1直流電機的主要

8、結(jié)構(gòu),2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),主磁極,換向磁極,電刷裝置,機座,端蓋,電樞鐵心,電樞繞組,換向器,轉(zhuǎn)軸,軸承,直流電機,具體結(jié)構(gòu)參看P46,2.1.2 直流電機的工作原理,2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),一、直流發(fā)電機工作原理,右圖為直流發(fā)電機的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進行的。,2.1.2 直流電機的工作原理,2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),一、直流發(fā)電機工作原理

9、,當原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn) 后 ，如右圖。,電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下,2.1.2 直流電機的工作原理,2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),一、直流發(fā)電機工作原理,可見，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下，因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動勢。,實際直流發(fā)電機的電樞是根據(jù)實際需要有多個線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對。,2.1.2 直流電動機的工作原理,2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)

10、構(gòu),二、直流電動機工作原理,把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負極。此時電樞線圈中將電流流過。如右圖。,直流電動機是將電能轉(zhuǎn)變成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。,在磁場作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S 極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。,2.1.2 直流電動機的工作原理,2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),二、直流電動機工作原理,原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S 極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針

11、方向旋轉(zhuǎn)。,當電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時,同直流發(fā)電機相同，實際的直流電動機的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對。,2.1.3 直流電機的銘牌數(shù)據(jù),2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),2.1.3 直流電機的銘牌數(shù)據(jù),2.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu),此外，電機銘牌上還標有其它數(shù)據(jù)，如勵磁電壓、出廠日期、出廠編號等。,電機運行時，所有物理量與額定值相同電機運行于額定狀態(tài)。電機的運行電流小于額定電流欠載運行；運行電流大于額定電流過載運行。長期欠載運行將造成電機浪費，而長期過載運行會縮短電機的使用壽命。電機最好運行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時電機的運行效率、工作性能等比較好。,空載時直流電機的磁

12、場(提前介紹),P62,2.2.1 直流樞繞組基本知識,2.2 直流電機的電樞繞組簡介,元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。,元件的首末端：每一個元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。,極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用 表示。,疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。,波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。,2.2.1 直流樞繞組基本知識,2.2 直流電機的電樞繞組簡介,合成節(jié)距 ：連接同一換向片上的兩個元件對應(yīng)邊之間的距離。,第一節(jié)距 ：

13、一個元件的兩個有效邊在電樞表面跨過的距離。,第二節(jié)距 ：連至同一換向片上的兩個元件中第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊間的距離。,單疊繞組,單波繞組,yk,yk,單疊繞組元件的連接,2.2.2 單疊繞組,2.2 直流電機的電樞繞組簡介,單疊繞組的特點是相鄰元件(線圈)相互疊壓,合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即： 。,單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件取出來畫在一張圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對位置關(guān)系。,2.2.2 單疊繞組,2.2 直流電機的電樞繞組簡介,根據(jù)單疊繞組的展開圖可以得到繞組的并聯(lián)支路電路圖(下圖)。,單疊繞組的的特點：,1）

14、同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。,2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。,3）電樞電流等于各支路電流之和。,參看P59,2.3 直流電機的磁場,2.3.1,2.3.2直流電機的空載磁場,右圖為一臺四極直流電機空載時的磁場示意圖。,當勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為 ，流過電流為 ，每極的勵磁磁動勢為：,詳細參見P62,2.3.2直流電機的空載磁場,直流電機中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。,空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當忽

15、略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。,磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減?。粯O尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。,無齒電樞表面的氣隙磁密分布,直流電機的化曲線,為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機氣隙中需要有一定量的每極磁通 ，空載時，氣隙磁通 與空載磁動勢 或空載勵磁電流 的關(guān)系，稱為直流電機的空載磁化特性。如右圖所示。,為了經(jīng)濟、合理地利用材料，一般直流電機額定運行時，額定磁通 設(shè)定在圖中A點，即在磁化特性曲線開始進入飽和區(qū)的位置。,2.3.3

16、直流電機的電樞磁場,直流電機帶上負載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機的磁場發(fā)生變化。,右圖為一臺電刷放在幾何中性線的兩極直流電機的電樞磁場分布情況。,假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為交軸磁動勢。,2.3.3 直流電機負載時的負載磁場,2.3 直流電機的電樞反應(yīng),如果認為直流電機電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動勢在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中 所示。,由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型，如圖中

17、所示。,2.3.4 直流電機的電樞反應(yīng),2.3 直流電機的電樞反應(yīng),當勵磁繞組中有勵磁電流，電機帶上負載后，氣隙中的磁場是勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。,1、當電刷在幾何中性線上時，將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負載后電機的磁場分布情況，如圖（a）所示。,2.3.4 直流電機的電樞反應(yīng),2.3 直流電機的電樞反應(yīng),主磁場的磁通密度分布曲線,電樞磁場磁通密度分布曲線,兩條曲線逐點疊加后得到負載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線,2.3.4 直流電機的電樞反應(yīng),2.3 直流電機的電樞反應(yīng),由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反

18、應(yīng)的特點：,2)、對主磁場起去磁作用,1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變,空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線與空載時不同。,磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。電機正常運行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。,直流電機的電樞電動勢,2.3.5 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩,產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時,主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動

19、勢簡稱為電樞電動勢。,大小:,性質(zhì): 發(fā)電機電源電勢(與電樞電流同方向); 電動機反電勢(與電樞電流反方向).P72,可見，直流電機的感應(yīng)電動勢與電機結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。,直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩,2.3.5直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩,產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時,在磁場內(nèi)受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。,大小:,性質(zhì): 發(fā)電機制動(與轉(zhuǎn)速方向相反)； 電動機驅(qū)動(與轉(zhuǎn)速方向相同)。 P73,可見，制造好的直流電機其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正比。,二、直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩 當直流電機帶上負載時，電樞繞組中就有電流流過，載流的電樞繞組在氣隙磁場中將受到電磁力作用而

20、產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電磁力的大小可以利用電磁力定律來計算。 假定電刷放在幾何中性線上，元件為整距，則一個極下載流導(dǎo)體的電流方向均相同；另外，每個極下的氣隙磁場，除極性不同外，其分布情況也相同。因此，只要計算一根導(dǎo)體在一個磁極范圍內(nèi)氣隙磁場中所受到的平均電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，然后再乘以總導(dǎo)體數(shù)，就可得到作用在整個電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩。,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4

21、.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4.1 直流發(fā)電機的基本特性,2.4.2 直流發(fā)電機的運行特性,1.了解直流電動機的勵磁方式，掌握其特點 2.掌握直流電動機的基本方程式 3.掌握直流電動機的工作特性 4.掌握直流電動機的機械特性 5.掌握直流電動機的起動和調(diào)速方法 6.了解直流電動機的制動,本節(jié)主要內(nèi)容,2.5 直流電動機的基本特性,直流電動機具有良好的起動性能和調(diào)速性能，廣泛應(yīng)用于對起動和調(diào)速性能要求高的場合,直流電動機按勵磁方式可分為：他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種,2.5 直流電動機的基本特

22、性,1 直流電機的可逆原理,直流電機,直流電機的可逆原理：一臺電機既可作為發(fā)電機運行，又可作為電動機運行。,感應(yīng)電動勢“發(fā)電作用” 電磁轉(zhuǎn)矩“電動作用”,發(fā)電機： 主電動勢 反轉(zhuǎn)矩 電動機： 反電動勢 主轉(zhuǎn)矩,原動機 EaU 電負載,電源 EaU 機械負載,發(fā)電機,電動機,2.5 直流電動機的基本特性,2.5.1 直流電動機的基本方程式,2.5 直流電動機的基本特性,一、電壓平衡方程式,2 直流電動機的基本方程式,二、功率平衡方程式,2.5 直流電動機的基本特性,2 直流電動機的基本方程式,三、轉(zhuǎn)矩平衡方程式,穩(wěn)態(tài)運行轉(zhuǎn)矩方程,動態(tài)運行轉(zhuǎn)矩方程,2.5 直流電動機的基本特性,2.5.2 直流電

23、動機的工作特性,定義：UUN，IfIfN（并勵）時，轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Tem、效率與電樞電流Ia（或輸出功率P2）的關(guān)系。即 nf(Ia), Tem f(Ia), f(Ia)或nf(P2), Tem f(P2), f(P2)的關(guān)系曲線,并勵電動機 試驗接線圖,工作特性因勵磁方式而異，可計算求得，但大多用實驗方法確定。,2.5 直流電動機的基本特性,一、并勵電動機的工作特性,轉(zhuǎn)速調(diào)整率,1、轉(zhuǎn)速特性： UUN 常數(shù)，IfIfN 常數(shù)時，nf(Ia)的關(guān)系曲線,勵磁回路 不允許斷開！,2.5 直流電動機的基本特性,一、并勵電動機的工作特性,2、轉(zhuǎn)矩特性： UUN 常數(shù)，IfIfN 常數(shù)時，Temf(

24、Ia)的關(guān)系曲線,考慮去磁， 曲線有所下降。,2.5 直流電動機的基本特性,一、并勵電動機的工作特性,3、效率特性： UUN 常數(shù)，IfIfN 常數(shù)時，f(Ia)的關(guān)系曲線,可變損耗=不變損耗時 ，效率最高。,2.5 直流電動機的基本特性,一、并勵電動機的工作特性,2.5 直流電動機的基本特性,二、串勵電動機的工作特性,1、轉(zhuǎn)速特性： UUN 常數(shù)， nf(Ia),的關(guān)系曲線,UUN常數(shù)時，轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Tem、效率與電樞電流Ia（或輸出功率P2）的關(guān)系曲線,串勵電動機 試驗接線圖,2.5 直流電動機的基本特性,二、串勵電動機的工作特性,1、轉(zhuǎn)速特性：,串勵電動機絕對不允許空載運行，以避免發(fā)

25、生“飛速”現(xiàn)象。,2、轉(zhuǎn)距特性： Temf(Ia),2.5 直流電動機的基本特性,直流發(fā)電機與直流電動機的區(qū)別,轉(zhuǎn)矩平衡方程,功率平衡方程,特性：,2.5 直流電動機的基本特性,2.5.3 直流電動機的機械特性,定義：UUN常數(shù)時，勵磁和電樞回路電阻保持不變時，轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩Tem的關(guān)系nf(Tem),Rj為串入電樞回路的調(diào)節(jié)電阻，用于改變機械特性的形狀。 Rj =0時為自然機械特性，Rj0為人工機械特性。,2.5 直流電動機的基本特性,并勵直流電動機的機械特性,機械特性接近于一水平線，稱為硬特性。反之特性軟,2.5 直流電動機的基本特性,2.5.3 直流電動機的機械特性,串勵直流電動機的機

26、械特性,軟特性： 因為轉(zhuǎn)矩增大，電樞增大，磁通增大，內(nèi)阻壓降均增大，故轉(zhuǎn)速下降很快,2.5 直流電動機的基本特性,2.5.3 直流電動機的機械特性,2.6 直流電力傳動,二、電動機組穩(wěn)定運行的條件,典型負載的機械特性nf(TL),（1）恒轉(zhuǎn)矩負載： TL = const （2）風機類負載：T Ln2 （3）恒功率負載：P L= const,下垂的機械特性,2.6 直流電力傳動,二、電動機組穩(wěn)定運行的條件,上翹的機械特性,穩(wěn)定條件,2.6 直流電力傳動,二、電動機組穩(wěn)定運行的條件,2.6.2 直流電動機的起動,起動的基本要求： 起動轉(zhuǎn)矩足夠大； 起動電流限制在允許范圍內(nèi)； 起動時間短，符合生產(chǎn)技

27、術(shù)要求； 起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟、安全、可靠。,起動過程：直流電動機接電源后，轉(zhuǎn)速從零達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程,大電流對電網(wǎng)的影響： 電網(wǎng)電壓下降，影響其他用電設(shè)備 電機繞組發(fā)熱，受大電磁力的沖擊,2.6 直流電力傳動,起動瞬間：,起動的根本原則：足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩 限制起動電流,起動時的磁場：磁通最大（勵磁回路調(diào)節(jié)電阻為零）,常用起動方法： 全壓起動； 電樞回路串變阻器起動； 降壓起動。,2.6 直流電力傳動,一、全壓起動,直接加額定電壓起動 優(yōu)點：操作簡單，無需另加設(shè)備 缺點：沖擊電流大；電源電壓會突然降低，影響其他用電設(shè)備；產(chǎn)生很大的沖擊電磁力和轉(zhuǎn)矩 應(yīng)用：適用于容量很小的電動機。,2.6 直流電力

28、傳動,2.6.2 直流電動機的起動,二、電樞回路串變阻器起動,在電樞回路串可變電阻，以限制起動電流，待轉(zhuǎn)速上升后，逐步切除起動電阻 損耗增加，不經(jīng)濟,2.6 直流電力傳動,2.6.2 直流電動機的起動,三、降壓起動,開始時，降低端電壓， 隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐步提高電樞電壓，并使電樞電流限制在一定范圍內(nèi)。 采用他勵 優(yōu)點：起動電流小，起動過程平滑、能量損耗少。 缺點：需要一套專用的直流發(fā)電機或整流電源，投資費用大。 實例：發(fā)電機電動機組；整流器電動機組,2.6 直流電力傳動,2.6.2 直流電動機的起動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,調(diào)速方法： （1）改變勵磁電流（主磁通）調(diào)速 ； （2）改變串入

29、電樞回路中的電阻調(diào)速 （3）改變電樞端電壓調(diào)速,2.6 直流電力傳動,一、改變勵磁電流調(diào)速,優(yōu)點：設(shè)備簡單，調(diào)節(jié)方便，能耗小，效率基本不變，經(jīng)濟性好，調(diào)速平滑，可實現(xiàn)無級調(diào)速 缺點：只能向上單方向調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速高時，換向性能差，機械特性的斜率變大，特性變軟；,機械特性：理想空載轉(zhuǎn)速增大；斜率增大,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,一、改變勵磁電流調(diào)速,調(diào)速過程：,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,一、改變勵磁電流調(diào)速,調(diào)速過程：,調(diào)節(jié)磁場前工作點,弱磁瞬間工作點AA,弱磁穩(wěn)定后的工作點,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,一、改變勵磁電流調(diào)速,調(diào)

30、速過程：,減弱磁通調(diào)速前、后轉(zhuǎn)速變化曲線,減弱磁通前、后的電樞電流變化曲線,結(jié)論：磁場越弱，轉(zhuǎn)速越高。因此電機運行時勵磁回路不能開路。,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便。 缺點：只能向下單方向調(diào)節(jié)；低速時，機械特性很軟，調(diào)速范圍不大,穩(wěn)定性差；負載變化時，轉(zhuǎn)速調(diào)整率變大；速度調(diào)節(jié)不平滑，屬有級調(diào)速；電阻消耗的能量大，調(diào)速時效率低，效率與轉(zhuǎn)速成正比。,機械特性：理想空載轉(zhuǎn)速不變；斜率增大,二、改變串入電樞回路的電阻調(diào)速,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 對恒轉(zhuǎn)矩負載，調(diào)速前、后因增通不變

31、而使Tem和Ia不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。,調(diào)速過程：,二、改變串入電樞回路的電阻調(diào)速,2.6 直流電力傳動,調(diào)速過程：,二、改變串入電樞回路的電阻調(diào)速,未串電阻時的工作點,串電阻Rj1后,工作點由AAB,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,調(diào)速過程：,二、改變串入電樞回路的電阻調(diào)速,調(diào)速過程電流變化曲線調(diào)速前、后電流不變,調(diào)速過程轉(zhuǎn)速變化曲線,結(jié)論：帶恒轉(zhuǎn)矩負載時,串電阻越大,轉(zhuǎn)速越低。,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,優(yōu)點：電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)無級調(diào)速；調(diào)速前后的機械特性的斜率不變，硬度較高，負

32、載變化時穩(wěn)定性好；無論輕載還是負載，調(diào)速范圍相同；電能損耗較小。 缺點：只能向基速下單方向調(diào)節(jié)；需要一套電壓可連續(xù)可調(diào)的直流電源，較復(fù)雜。,機械特性：理想空載轉(zhuǎn)速減小；斜率不變，是一組平行直線。,三、改變電樞端電壓調(diào)速,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 對恒轉(zhuǎn)矩負載，調(diào)速前、后因增通不變而使Tem和Ia不變。,調(diào)速過程：,三、改變電樞端電壓調(diào)速,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,調(diào)速過程：,三、改變電樞端電壓調(diào)速,調(diào)速壓前工作點A,降壓瞬間工作點,穩(wěn)定后工作點,降壓調(diào)速過程與電樞串電阻調(diào)速過程相似，調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速和電樞電流（或轉(zhuǎn)矩）隨時間變

33、化的曲線也相似。,2.6 直流電力傳動,2.6.3 直流電動機的調(diào)速,2.6.4 直流電動機的制動,分類：機械制動和電磁制動,電磁制動,定義：使電動機產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，阻礙電動機轉(zhuǎn)動,特點：產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大，易于控制，操作方便,方法：能耗制動、反接制動、回饋制動,2.6 直流電力傳動,2.6.4 直流電動機的制動,一、能耗制動,保持勵磁電流的大小及方向不變， 電動機從電網(wǎng)脫離接至制動電阻RL。,實際上是一臺向制動電阻供電的他勵直流發(fā)電機。軸上的機械能轉(zhuǎn)化成電能， 全部消耗于電樞回路的電阻上，,并勵電動機能耗制動接線圖,2.6 直流電力傳動,2.6.4 直流電動機的制動,一、能耗制動

34、,特點： 1）操作簡單，停車準確 2）能耗制動產(chǎn)生的沖擊電流不會影響電網(wǎng)； 3）低速時制動轉(zhuǎn)矩小，停轉(zhuǎn)慢； 4）動能大部分都消耗在制動轉(zhuǎn)矩上。,機械特性,2.6 直流電力傳動,2.6.4 直流電動機的 制動,二、反接制動,電樞回路串入制動電阻后，接上極性相反的電源電壓，電樞回路內(nèi)產(chǎn)生反向電流，進而產(chǎn)生反向制動電磁轉(zhuǎn)矩。,從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機械功率轉(zhuǎn)變成的電功率一起消耗在電樞回路電阻上。,1、正轉(zhuǎn)反接,并勵電動機反接制動接線圖,2.6 直流電力傳動,2.6.4 直流電動機的制動,二、反接制動,1、正轉(zhuǎn)反接,特點： 1）可以很快使機組停機。 2） 需要加入足夠的電阻， 限制電樞電流；

35、 3）轉(zhuǎn)速至零時， 需切斷電源。,機械特性,2.6 直流電力傳動,2.6.4直流電動機的制動,三、回饋制動（發(fā)電機制動）,回饋制動過程中，有功功率回饋電源。從電能消耗看， 回饋制動是最經(jīng)濟的一種制動方式。 轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速是回饋制動運行狀態(tài)的重要特點。,當電動機轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，即nn0時，電樞電動勢Ea大于電樞電壓U，電機進入發(fā)電狀態(tài)， 電磁轉(zhuǎn)矩起制動作用， 限制轉(zhuǎn)速上升，電動機向電源回饋電能。,2.6 直流電力傳動,2.6.4 直流電動機的制動,形式,三、回饋制動（發(fā)電機制動）,穩(wěn)定運行： 1、電壓反接制動帶位能性負載進入第四象限； 2、電車下坡時，運行轉(zhuǎn)速超過理想空載轉(zhuǎn)速，進入第

36、二象限。,當電車下坡時，運行轉(zhuǎn)速可能超過理想空載轉(zhuǎn)速,進入第二象限,2.6 直流電力傳動,作業(yè)：2-7、11、27、40、51,簡述：直流伺服電機、直流測速發(fā)電機內(nèi)容,第三章 變壓器,變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。,變壓器的主要功能有：,在能量傳輸過程中，當輸送功率P =UI cos 及負載功率因數(shù)cos 一定時：,電能損耗小,節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟）,概述,U I,P = I Rl,I S,電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：,變壓器的分類,變壓器的結(jié)構(gòu),變壓器的磁路,變壓器的電路,變壓器的結(jié)構(gòu),變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù),1） 變壓器的

37、型號,變壓器額定值, 額定電壓 U1N、U2N 變壓器二次側(cè)開路（空載）時，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值, 額定電流 I1N、I2N 變壓器滿載運行時，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。, 額定容量 SN 傳送功率的最大能力。,容量 SN 輸出功率 P2,一次側(cè)輸入功率 P1 輸出功率 P2,注意：變壓器幾個功率的關(guān)系（單相）,效率,變壓器運行時的功率取決于負載的性質(zhì),變壓器額定值,3.1 變壓器的工作原理,一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。,(1) 空載運行情況,1. 電磁關(guān)系,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開路。,空載時，鐵心中主磁通是由一次繞組磁通勢產(chǎn)生的。,(2) 帶負載運行情況,1.

38、 電磁關(guān)系,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負載。,有載時，鐵心中主磁通是由一次、二次繞組磁通勢共同產(chǎn)生的合成磁通。,2. 電壓變換（設(shè)加正弦交流電壓）,有效值:,同 理：,主磁通按正弦規(guī)律變化，設(shè)為 則,(1) 一次、二次側(cè)主磁通感應(yīng)電動勢,根據(jù)KVL：,變壓器一次側(cè)等效電路如圖,(2) 一次、二次側(cè)電壓,對二次側(cè)，根據(jù)KVL：,結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。,式中 R2 為二次繞組的電阻; X2=L2 為二次繞組的感抗； 為二次繞組的端電壓。,變壓器空載時:,式中U20為變壓器空載電壓。,故有,3. 電流變換,(一次、二次側(cè)電流關(guān)系),有載運行,可見，鐵心中主磁通的最大值m在變壓器空載和有

39、載時近似保持不變。即有,不論變壓器空載還是有載，一次繞組上的阻抗壓降均可忽略，故有,由上式，若U1、 f 不變，則 m 基本不變，近于常數(shù)。,空載：,有載：,或,結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。,或：,1.提供產(chǎn)生m的磁勢,磁勢平衡式：,空載磁勢,有載磁勢,3.1.2 變壓器的外特性與效率,1. 變壓器的外特性,當一次側(cè)電壓 U1和負載功率因數(shù) cos2保持不變時，二次側(cè)輸出電壓 U2和輸出電流 I2的關(guān)系，U2 = f (I2)。,U20：一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開路時，二次側(cè)的輸出電壓。,一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2 變化不大），電壓變化率約在5%左右。,電壓變化率：,

40、2. 變壓器的效率(),為減少渦流損耗，鐵心一般由導(dǎo)磁鋼片疊成。,變壓器的損耗包括兩部分：,銅損 (PCu) ：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。,渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感 應(yīng)電流(渦流)造成的損耗。,鐵損(PFe )：,變壓器的效率為,一般 95% ,負載為額定負載的(5075)%時，最大。,輸出功率,輸入功率,當電流流入(或流出）兩個線圈時，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個流入(或流出）端稱為同極性端。,1. 同極性端 ( 同名端 ),或者說，當鐵心中磁通變化時，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢極性相同的兩端為同極性端。,同極性端用“”表示。,增加,+,+,+,+,同極性端和繞組的繞向有關(guān)。,3.1.3

41、 變壓器繞組的極性,當三相變壓器的原邊和副邊繞組均以一定的接法現(xiàn)接， 帶上三相對稱負載， 原邊加上對稱的三相電壓時 ，因為三相對稱電壓本身大小相等、相位互差1200，因此求得一相的電壓、電流， 其它兩相按對稱關(guān)系求出。,3.2 三相變壓器,一、組式變壓器 三個獨立的單相變壓器組成,在電路上互相聯(lián)接，三相磁路互相完全獨立。 各相主磁通有各自的鐵心磁路， 互不影響。各相鐵芯、磁通、磁阻等一致,3.2.1 三相變壓器磁路,具有共同鐵芯;中柱（中間鐵芯柱）磁通為三相磁通之和，對稱時中柱磁通為零，可省去;又稱三相三鐵芯柱式變壓器（三相鐵芯式變壓器）;平面，磁路不完全對稱，各相If不完全相同，但相差很小，

42、忽略區(qū)別。,二、芯式變壓器,3.2.1 三相變壓器磁路,三 、連接組,（1）高、低壓繞組中電動勢相位關(guān)系（單相繞組）,單相變壓器中， 高壓繞組首端為“A”、末端為“X”；低壓繞組首端為“a”、末端為“x”。,原、副繞組被同一主磁通交鏈， 感應(yīng)電動勢在任一瞬間原邊繞組一端點為高電位，副邊繞組也有一端點為高電位。 這兩個端點為“同名端”,3.2.1 三相變壓器磁路,3.2.2 三相變壓器繞組的聯(lián)接法和聯(lián)接組,1、三相變壓器連接法,高壓繞組首端由A、B、C表示， 末端由X、Y、Z表示；低壓繞組首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。,一相繞組末端與另一相繞組首端相連， 依次得到一閉合回路， 為三

43、角形連接“”， 有順、逆之分。,3.2.2 三相變壓器繞組的聯(lián)接法和聯(lián)接組,分析：P147148 Yy0 、yd11連接組,3.2.3 三相變壓器的并聯(lián)運行,負荷容量很大，一臺變壓器不能滿足要求。 負荷變化較大，用多臺變壓器并聯(lián)運行可以隨 時調(diào)節(jié)投入變壓器的臺數(shù)。 可以減少變壓器的儲備容量。,1.自耦變壓器,3.3 特殊變壓器,手柄,接線柱,2. 自耦變壓器的工作原理,(1) 電壓關(guān)系 忽略漏阻抗，則,(2) 電流關(guān)系,公共繞組的電流,在降壓變壓器中， I1 I2,在升壓變壓器中， I1 I2,(3) 功率關(guān)系 變壓器容量,SN = U2NI2N = U1NI1N,S2 = U2I2,在降壓變

44、壓器中,= U2 (II1 ) = U2IU2I1 = SiSt,在升壓變壓器中,S1 = U1I1,= U1 (II2 ) = U1IU1I2 = SiSt,降壓變壓器 升壓變壓器 感應(yīng)功率 Si 傳導(dǎo)功率 St,U2I U1I U2I1 U1I2,在 SN 一定時， k 越接近 1，Si 越小， St 所占 比例越大，經(jīng)濟效果越顯著。,2、儀用互感器,一、電壓互感器,= ku,國產(chǎn)互感器： U2N = 100 V 使用注意： 二次繞組禁止短路。 二次繞組與鐵心必須接地。,空載運行的降壓變壓器。,電壓互感器,3.3 特殊變壓器, E2,二、電流互感器,N1很小。 短路運行的升壓變壓器。,=

45、ki,國產(chǎn)互感器： I2N = 5 A 使用注意： 二次繞組禁止開路。 開路時：I2 = 0，I1 不變, , 一次繞組工作電壓較高時， 二次繞組與鐵心必須接地。,2.10 儀用互感器,二次側(cè)不能短路， 以防產(chǎn)生過流； 2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在 絕緣損壞時，在二次側(cè)出現(xiàn)高壓。,使用注意事項：,被測電壓=電壓表讀數(shù) N1/N2,2.電壓互感器,實現(xiàn)用低量程的電壓表測量高電壓,被測電流=電流表讀數(shù) N2/N1,二次側(cè)不能開路， 以防產(chǎn)生高電壓； 2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在 絕緣損壞時，在二次側(cè)出現(xiàn)過壓。,使用注意事項：,3.電流互感器,實現(xiàn)用低量程的電流表測量大電流,

46、作業(yè)：4、35、36,異步電機 : 異步電動機異步發(fā)電機 同步電機：同步發(fā)電機 同步電動機,第四章 交流電機繞組的基本理論,引入“同步”與“異步”的概念,同步交流發(fā)電機原理圖 （P=1）,結(jié)合下圖引入“電角度”及“交流頻率”的概念,同步交流發(fā)電機原理圖 （P=2）,轉(zhuǎn)子,1、繞組產(chǎn)生的電動勢（磁動勢）接近正弦波 -諧波分量少。 2、三相繞組的感應(yīng)電動勢對稱 3、一定導(dǎo)體數(shù)下，產(chǎn)生盡可能大的基波電動勢,4.1 交流繞組的基本要求,一、基本要求(電氣要求)：,2 交流繞組的基本概念,交流繞組的定義,感應(yīng)交流電的繞組叫交流繞組 同步電機電樞繞組和異步電機定子、轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)相同，因此統(tǒng)稱為“交流電機繞

47、組”，簡稱為交流繞組。,1 交流繞組的基本概念,對交流繞組的要求,1）良好的導(dǎo)電性能； 2）一定導(dǎo)體數(shù)下，獲得較大的基波電動勢和基波磁動勢； 3）在三相繞組中，對基波而言，三相電動勢必須對稱，即三相的幅值相等而相位互差120度電角度，并且三相的阻抗也要求相等； 4）電動勢和磁動勢波形力求接近正弦波，為此要求電動勢和磁動勢中的諧波分量盡量小； 5）用銅量少，絕緣性能和機械強度可靠，散熱條件好； 6）制造工藝簡單，檢修方便。,1 交流繞組的基本概念,關(guān)于交流繞組的基本概念,實用的交流繞組是分布地嵌在定子槽內(nèi)的許多線圈組成，一個線圈有Nc匝，每匝有兩根導(dǎo)體,線圈的直線部分放在槽里，因它切割氣隙磁場產(chǎn)

48、生感應(yīng)電動勢，故稱有效邊，露在槽外的前后端連接線，稱為端部，它不切割氣隙磁場，僅起連接有效邊的作用。,1 交流繞組的基本概念,關(guān)于交流繞組的基本概念,1）電角度（槽間角） 因磁場每轉(zhuǎn)過一對磁極時，導(dǎo)體的基波電動勢變化一個周期，在電路理論中，定義一個期為360度時間電角度或2 電弧度，所以把一對極所張的空間角度稱為360 度空間電角度或空間電弧度，若電機有P對極，則整個定子內(nèi)圓有p360電角度，而在幾何學中把一個圓周的空間角度稱為360 度機械角度，所以電角度1和機械角度的關(guān)系應(yīng)為,機械角,槽間角,1 交流繞組的基本概念,關(guān)于交流繞組的基本概念,2）每極每相槽數(shù)q 三相電機中，為了保持電氣上的對

49、稱，每相繞組所占的槽數(shù)應(yīng)該相等，并且均勻分布，因此，要形成2p個極的電機，應(yīng)將定子總槽數(shù)Z分為2p個等分，每極下的槽數(shù)為z2p，每極下的槽數(shù)再按m相分，(一般m=3)，所以每極每相槽數(shù)為,1 交流繞組的基本概念,關(guān)于交流繞組的基本概念,3）相帶 每極下一相繞組所占的寬度稱為相帶，相帶用電角度表示。由于每極每相所占的槽數(shù)為q，而槽間角為1 ， 對于三相繞組 ，一個相帶所占的電角度為,稱為60度相帶繞組。,1 交流繞組的基本概念,關(guān)于交流繞組的基本概念,4）極距 沿電樞表面相鄰兩個磁極軸線之間的距離稱為極距，極距有三種表示法： 1）用電樞圓周長表示，單位為米或厘米； 2）用電樞槽數(shù)表示，單位為槽/

50、極；,1 交流繞組的基本概念,5）節(jié)距y 一個線圈兩有效邊之間的距離稱為節(jié)距，一般用槽數(shù)表示。 如圖所示線圈，若它的一個邊放在第1槽，另一個邊放在第10個槽，則節(jié)距y9，為了使線圈電動勢最大或接近最大，線圈的節(jié)距應(yīng)等于或近于極距。 整距繞組：y 短距繞組： y ，端接較長，較少采用。,單層繞組:一個槽中放一個元件邊； 雙層繞組:一個槽中放兩個元件邊。,單層繞組和雙層繞組,均勻原則：每個極域內(nèi)的槽數(shù)（線圈數(shù)）要相等，各相繞組在每個極域內(nèi)所占的槽數(shù)應(yīng)相等； 對稱原則：三相繞組的結(jié)構(gòu)完全一樣，但在電機的圓周空間互相錯開120電角度。 電勢相加原則：線圈兩個圈邊的感應(yīng)電勢應(yīng)該相加；線圈與線圈之間的連接

51、也應(yīng)符合這一原則。 如線圈的一個邊在N極下，另一個應(yīng)在S極下。,二、交流繞組的構(gòu)成原則,交流繞組,同心式繞組,鏈式繞組,交叉鏈式繞組,等元件式整距疊繞組,交流繞組的形式,4.2 三相單層繞組,分極分相 將總槽數(shù)按給定的極數(shù)均勻分開（N、S極相鄰分布） 并標記假設(shè)的感應(yīng)電勢方向。,實例：Z24（槽）、m3（相）、2p4（極）的單層疊繞組,基本步驟：,每極每相槽數(shù),將每個極域的槽數(shù)按三相均勻分開。 三相在空間錯開120電角度。,分極分相,2. 連線圈和線圈組 將一對極域內(nèi)屬于同一相的兩個線圈邊連成一個線圈，共有q個線圈。 將一對極域內(nèi)屬于同一相的q個線圈連成一個線圈組；（共有多少個線圈組？） 以上

52、連接應(yīng)符合電勢相加原則。,連線圈和線圈組,線圈組連接,3.連相繞組,繞組串聯(lián)連接,(1)串聯(lián)連接,(2)并聯(lián)連接,繞組并聯(lián)連接,將三個構(gòu)造好的單相繞組連成完整的三相繞組； 接法或Y接法；,4.連三相繞組,三相繞組連接,實例：Z1=36，2p=4，整距，m=3 雙層疊繞組,1.分極分相： 將總槽數(shù)按給定的極數(shù)均勻分開（N、S極相鄰分布）并標記假設(shè)的感應(yīng)電勢方向； 將每個極域的槽數(shù)按三相均勻分開。三相在空間錯開120電角度。,4.3 三相雙層繞組,每極每相槽數(shù),36槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的相量圖即槽電動勢星形圖.,槽電勢星形圖,根據(jù)給定的線圈節(jié)距連線圈（上層邊與下層邊合一個線圈）； 以上層邊所在槽號標

53、記線圈編號； 將同一極域內(nèi)屬于同一相的某兩個線圈邊連成一個線圈（共有q個線圈，為什么？）； 將同一極域內(nèi)屬于同一相的q個線圈連成一個線圈組（共有多少個線圈組？）； 以上連接應(yīng)符合電勢相加原則 。,2.連線圈和線圈組,將A相的2p個線圈組連成一相繞組，標記首尾端。 串聯(lián)與并聯(lián)，依照電勢相加原則。最大并聯(lián)支路數(shù)a2p 按照同樣的方法構(gòu)造其他兩相。,3.連A相繞組,將三個構(gòu)造好的單相繞組連成完整的三相繞組。,4.連三相繞組,1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23,25,27,29,31,33,35,1,2,3,10,11,12,19,20,21,28,29,30,A相繞組的連接

54、,P190,等元件式整距單層疊繞組,同心式繞組,雙層疊繞組,感應(yīng)電勢隨時間變化的波形和磁感應(yīng)強度在空間的分布波形相一致。 只考慮基波磁場時，感應(yīng)電勢為正弦波。,一、導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢,感應(yīng)電勢的波形,說明相位關(guān)系,磁場轉(zhuǎn)過一對極，導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢變化一個周期； 磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)過p（電機的極對數(shù)）對磁極； 轉(zhuǎn)速為n（r/min)的電機，每秒鐘轉(zhuǎn)過(pn/60)對極； 導(dǎo)體中感應(yīng)電勢的頻率f=(pn/60)Hz. 問題：四極電機，要使得導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢為50Hz,轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？,感應(yīng)電勢的頻率,感應(yīng)電勢的大小,導(dǎo)體感應(yīng)電勢最大值： 導(dǎo)體與磁場的相對速度：,磁感應(yīng)強度峰值和平均值之間的關(guān)系： 感應(yīng)電

55、勢最大值： 感應(yīng)電勢的有效值：,繞組中均勻分布著許多導(dǎo)體，這些導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢有效值，頻率，波形均相同；但是他們的相位不相同。,導(dǎo)體感應(yīng)電勢小結(jié)：,整距線圈中的感應(yīng)電勢,二、線圈中的感應(yīng)電勢,線圈的兩個有效邊處于磁場中相反的位置，其感應(yīng)電勢相差180電角度。,整距線圈的感應(yīng)電勢：,考慮到線圈的匝數(shù)后：,線圈的兩個有效邊在磁場中相距為y1, 其感應(yīng)電勢相位差是180-電角度。,短距線圈中的感應(yīng)電勢,短距角：,短距線圈的感應(yīng)電勢：,短距系數(shù)：,短距系數(shù)小于1，故短距線圈感應(yīng) 電勢有所損失；但短距可以削弱高 次諧波.,y1,每對極下屬于同一相的q個線圈，構(gòu)成一個線圈組。圖中q=3 每個線圈的感應(yīng)電勢

56、由兩個線圈邊的感應(yīng)電勢矢量相加而成。 整個線圈組的感應(yīng)電勢由所有屬于該組的導(dǎo)體電勢矢量相加。,三、線圈組的感應(yīng)電勢,矢量式,分布系數(shù)：,線圈組的電勢：,線圈組的感應(yīng)電勢,四、相繞組的電動勢,單層繞組的相電勢,單層繞組每對極每相q個線圈，組成一個線圈組，共p個線圈組。 若p個線圈組全部并聯(lián)則相電勢=線圈組的電勢 若p個線圈組全部串聯(lián)則相電勢=p 倍 線圈組電勢 實際線圈組可并可串，總串聯(lián)匝數(shù),相電勢：,雙層繞組每對極每相有2q個線圈，構(gòu)成兩個線圈組，共2p個線圈組； 這2p個線圈組可并可串，總串聯(lián)匝數(shù),雙層繞組的電勢,雙層繞組要考慮到短距系數(shù)：,為繞組系數(shù)：,三相繞組由在空間錯開120電角度對稱

57、分布的三個單相繞組構(gòu)成，三相相電勢在時間上相差120度電角度。 三相線電勢與相電勢的關(guān)系： 三角形接法，線電勢=相電勢； 星形接法，,三相繞組的電勢,正弦分布的以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，在三相對稱交流繞組中會感應(yīng)出三相對稱交流電勢； 感應(yīng)電勢的波形同磁場波形，為正弦波； 感應(yīng)電勢的頻率為 f=(pn/60)Hz ；,相電勢的大小為,繞組系數(shù),三相繞組電勢總結(jié),（短距系數(shù)）,（分布系數(shù)）,一、主極磁場產(chǎn)生次諧波的性質(zhì),極對數(shù)為基波的倍，極距為基波的1/ ，隨主極一起以同步轉(zhuǎn)速在空間移動。即,諧波頻率：,諧波電動勢的有效值：,為次諧波的磁通量，,為次諧波的繞組系數(shù)，,相電動勢和線電動勢大小,相電動勢

58、的有效值：,線電動勢的有效值：,三相繞組接成Y或， 對于對稱的三相系統(tǒng)， 各相電動勢的三次諧波時間上同相， 幅值相等。 Y連接， 三次諧波互相抵消； 連接， 三次諧波形成環(huán)路， E3完全消耗。,線電動勢：,二、諧波的弊害,高次諧波： 對于發(fā)電機，電動勢波形變壞， 降低供電質(zhì)量； 本身雜散損耗增大， 效率下降， 溫升增高； 高次諧波電流產(chǎn)生的磁場對通訊電路的干擾 輸電線路可能電感和電容的諧振產(chǎn)生過壓。,三、削弱諧波電勢的方法,根據(jù),減小 或 可降低諧波。,（1）采用短距繞組,適當?shù)剡x擇線圈的節(jié)距， 使得某一次諧波的短距系數(shù)等于或接近零， 達到消除或減弱該次諧波的目的。,主極形狀,短距繞組往往采用 , 主要考慮同時減小5次、7次諧波。,（2）采用分布繞組,就分布繞組來說， 每極每相槽數(shù)q越多， 抑制諧波電動勢的效果越好， 但q增多， 意味總槽數(shù)增多， 電機成本提高。,采用分布繞組,4.6 交流繞組建立的磁動勢和氣隙磁場,電勢的分析前提 同步，感應(yīng)電機磁場 簡化：sin,電流，氣隙，不飽和,4.6單相繞組的磁動勢-脈振磁動勢一、單個整距集中繞組的磁動勢,改變旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向的