1、電 機(jī) 學(xué),1,電機(jī)的定義 電機(jī)的分類及作用 電機(jī)中的基本電磁關(guān)系 電機(jī)中的鐵磁材料特性 磁路基本定律及計(jì)算方法 電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程 7. 總結(jié),2,3,4,使用中的變壓器,水輪發(fā)電機(jī),電動(dòng)機(jī),汽輪發(fā)電機(jī)組,5,返 回,6,返 回,7,返 回,8,9,10,11,變 壓 器 電 動(dòng) 勢(shì),變壓器電動(dòng)勢(shì)的方向可根據(jù)楞次定律來判斷,12,運(yùn) 動(dòng) 電 動(dòng) 勢(shì),13,14,1.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(yuǎn)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,15,16,oa段：H較弱，B緩慢增加,ab段：H較強(qiáng)，B迅速增加

2、,bc段：H繼續(xù)加強(qiáng)，B增加變慢（飽和段）,c段：H繼續(xù)加強(qiáng)，B增加緩慢（深度飽和段）,17,P1819,18,19,公式中各量綱見P20,20,磁 路 基 本 定 律,歐姆定律,21,磁路的歐姆定律,磁阻,磁導(dǎo),22,磁路的基爾霍夫第一定律,定律內(nèi)容: 穿出(或進(jìn)入)任一閉和面的總磁通量恒等于零(或者說， 進(jìn)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。,23,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(dòng)勢(shì)恒等于各段磁路磁位降的代數(shù)和。,24,25,磁路和電路的比擬僅是一種數(shù)學(xué)形式上的 類似、而不是物理本質(zhì)的相似。,26,27,28,29,30,31,3

3、2,求：勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)F2,33,34,35,36,37,P33,38,P34,39,電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換中起重要 用，而它們都是通過氣隙磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生,40,總 結(jié),第一節(jié) 磁路的基本定律,機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的媒介是磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的路徑稱為磁路。在工程中，通常將磁場(chǎng)問題簡化為磁路問題。,電機(jī)是進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的裝置,41,一. 磁場(chǎng)的幾個(gè)常用量,磁感應(yīng)強(qiáng)度（又稱磁通密度）B 表征磁場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)度H 計(jì)算磁場(chǎng)時(shí)引用的物理量。 B=H ，單位：A/m,42,磁通所通過的路徑稱為磁路,二. 磁路的概念,43,三、

4、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(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)中，沿著回線 L 磁場(chǎng)強(qiáng)度H 處處相等，則,2、磁路的歐姆定律,作用在磁路上的磁動(dòng)勢(shì) F 等于磁路內(nèi)的磁通量 乘以磁阻 Rm,44,磁通量等于磁通密度乘以面積,磁場(chǎng)強(qiáng)度等于磁通密度除以磁導(dǎo)率,于是,45,3、磁路的基爾霍夫定律,（1）磁路的基爾霍夫電流定律,或,46,（2）磁路的基爾霍夫電壓定律,47,磁路和電路有相似之處，卻要注意有以下幾點(diǎn)差別：,1）電路中有電流I 時(shí)，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

5、動(dòng)；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(duì)于線性電路，計(jì)算時(shí)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(jì)算時(shí)不可以 用疊加原理。,48,第二節(jié) 常用鐵磁材料及其特性,一、鐵磁物質(zhì)的磁化,在外磁場(chǎng)的作用下，磁疇順著外磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)向，排列整齊，顯示出磁性。,49,二、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(jìn)行磁化，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H由零逐漸增加時(shí)，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。,50,2、磁滯回線,剩磁當(dāng)H從零增加到Hm時(shí)，B相應(yīng)地從

6、零增加到Bm；然后再逐漸減小H，B值將沿曲線ab下降。當(dāng)H=0 時(shí)，B值并不等于零，而是Br。這就是剩磁。,磁滯回線當(dāng)H在Hm和 Hm之間反復(fù)變化時(shí)，呈現(xiàn)磁滯現(xiàn)象的BH閉合曲線，稱為磁滯回線。,51,3、基本磁化曲線,對(duì)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。將各條回線的頂點(diǎn)連接起來，所得曲線稱為基本磁化曲線。,52,三、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(chǎng)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。,53,第三節(jié) 直流磁路的計(jì)算,磁路計(jì)算正問

7、題給定磁通量，計(jì)算所需的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì),磁路計(jì)算逆問題給定勵(lì)磁磁勢(shì)，計(jì)算磁路內(nèi)的磁通量,磁路計(jì)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(jì)算各段磁路的有效截面積Ak和平均長度lk； 3）計(jì)算各段磁路的平均磁通密度Ak ，Bk=k/Ak； 4）根據(jù)Bk求出對(duì)應(yīng)的Hk； 5）計(jì)算各段磁位降Hklk，最后求出 F= Hklk。,磁路計(jì)算逆問題因?yàn)榇怕窞榉蔷€性的，用試探法。,54,第四節(jié) 交流磁路的特點(diǎn),交流磁路除了會(huì)在鐵心中產(chǎn)生損耗外，還有以下兩個(gè)效應(yīng)： 1）磁通量隨時(shí)間變化，在勵(lì)磁線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 2）磁飽和現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致電流、磁通和電動(dòng)勢(shì)波形畸變。,本章作業(yè)：1.11.7,5

8、5,本章主要討論直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電機(jī)的磁場(chǎng)分布、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、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(jī)的運(yùn)行特性和直流電動(dòng)機(jī)的工作特性。,第二章 直流電機(jī),56,2.1 概述,與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和維護(hù)不如異步機(jī)方便，而且要使用直流電源。,57,2.1.1直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu),2.1 直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu),主磁極,換向磁極,電刷裝置,機(jī)座,端蓋,電樞鐵心,電樞繞組,換向器,轉(zhuǎn)軸,軸承,直流電機(jī),具體結(jié)構(gòu)參看P46,58,59,60,2.1.2 直流電機(jī)的工作原理,2.1 直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu),一、直流發(fā)電機(jī)工作原理,右圖為直流

9、發(fā)電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個(gè)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(dòng)的電刷進(jìn)行的。,61,2.1.2 直流電機(jī)的工作原理,2.1 直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu),一、直流發(fā)電機(jī)工作原理,當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)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,62,2.1.2 直流電機(jī)的工作原理,2.1 直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu),一、直流發(fā)電機(jī)工作原理,可見，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極

10、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(fù)的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。,實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)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(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對(duì)。,63,64,65,2.1.2 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理,2.1 直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu),二、直流電動(dòng)機(jī)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(fù)極。此時(shí)電樞線圈中將電流流過。如右圖。,直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。,在磁場(chǎng)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

11、受力方向從左向右。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。,66,2.1.2 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理,2.1 直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu),二、直流電動(dòng)機(jī)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(shí)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(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。,當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時(shí),同直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對(duì)。,67,2.1.3 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù),2.1 直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu),68,2.1.3 直流電機(jī)的銘牌數(shù)

12、據(jù),2.1 直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu),此外，電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。,電機(jī)運(yùn)行時(shí)，所有物理量與額定值相同電機(jī)運(yùn)行于額定狀態(tài)。電機(jī)的運(yùn)行電流小于額定電流欠載運(yùn)行；運(yùn)行電流大于額定電流過載運(yùn)行。長期欠載運(yùn)行將造成電機(jī)浪費(fèi)，而長期過載運(yùn)行會(huì)縮短電機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好運(yùn)行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率、工作性能等比較好。,69,空載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)(提前介紹),P62,70,2.2.1 直流樞繞組基本知識(shí),2.2 直流電機(jī)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(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一

13、根稱為首端，另一根稱為末端。,極距：相鄰兩個(gè)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(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。,波繞組：指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場(chǎng)下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。,71,2.2.1 直流樞繞組基本知識(shí),2.2 直流電機(jī)的電樞繞組簡介,合成節(jié)距 ：連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。,第一節(jié)距 ： 一個(gè)元件的兩個(gè)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(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。,單疊繞組,單波繞組,yk,72,73,yk,單疊繞組元件的

14、連接,74,2.2.2 單疊繞組,2.2 直流電機(jī)的電樞繞組簡介,單疊繞組的特點(diǎn)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(duì)位置關(guān)系。,75,2.2.2 單疊繞組,2.2 直流電機(jī)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(diǎn)：,1） 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(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)。,3）電樞電流等于各支路電流之和。,參看P59,76,

15、2.3 直流電機(jī)的磁場(chǎng),2.3.1,77,2.3.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng),右圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)示意圖。,當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為 ，流過電流為 ，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為：,詳細(xì)參見P62,78,2.3.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng),直流電機(jī)中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個(gè)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%。,79,80,空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時(shí)，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

16、處，氣隙逐漸變大，磁通密度減小；極尖以外，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,81,直流電機(jī)的化曲線,為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通 ，空載時(shí)，氣隙磁通 與空載磁動(dòng)勢(shì) 或空載勵(lì)磁電流 的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化特性。如右圖所示。,為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通 設(shè)定在圖中A點(diǎn)，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。,82,2.3.3 直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng),直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)稱為電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場(chǎng)發(fā)生

17、變化。,右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)分布情況。,假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)。,83,2.3.3 直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的負(fù)載磁場(chǎng),2.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng),如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動(dòng)勢(shì)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(gè)主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱的馬鞍型，如圖中 所示。,84,2.3.4 直流電機(jī)的電樞反應(yīng),2.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng),當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中

18、的磁場(chǎng)是勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)共同作用的結(jié)果。電樞磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)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(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將主磁場(chǎng)分布和電樞磁場(chǎng)分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場(chǎng)分布情況，如圖（a）所示。,85,2.3.4 直流電機(jī)的電樞反應(yīng),2.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng),主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線,電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線,兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線,86,2.3.4 直流電機(jī)的電樞反應(yīng),2.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng),由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：,2)、對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用,1)、使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變,空載時(shí)電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合

19、。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個(gè)磁極下，一半磁場(chǎng)被增強(qiáng)，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(shí)不同。,磁路不飽和時(shí)，主磁場(chǎng)被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時(shí)相同。電機(jī)正常運(yùn)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(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。,87,直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì),2.3.5 直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩,產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),主磁場(chǎng)在電樞繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)簡稱為電樞電動(dòng)勢(shì)。,大小:,性質(zhì): 發(fā)電機(jī)電源電勢(shì)(與電樞電流同方向); 電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)(與電樞

20、電流反方向).P72,可見，直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。,88,89,90,直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩,2.3.5直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩,產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時(shí),在磁場(chǎng)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(jī)制動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相反)； 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相同)。 P73,可見，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正比。,91,二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 當(dāng)直流電機(jī)帶上負(fù)載時(shí)，電樞繞組中就有電流流過，載流的電樞繞組在氣隙磁場(chǎng)中將受到電磁力作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電磁力的大小可以利用電磁力定律來計(jì)算。 假定電刷放在幾何中

21、性線上，元件為整距，則一個(gè)極下載流導(dǎo)體的電流方向均相同；另外，每個(gè)極下的氣隙磁場(chǎng)，除極性不同外，其分布情況也相同。因此，只要計(jì)算一根導(dǎo)體在一個(gè)磁極范圍內(nèi)氣隙磁場(chǎng)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(gè)電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩。,92,93,2.4.1 直流發(fā)電機(jī)的基本特性,94,2.4.1 直流發(fā)電機(jī)的基本特性,95,2.4.1 直流發(fā)電機(jī)的基本特性,96,2.4.1 直流發(fā)電機(jī)的基本特性,97,2.4.1 直流發(fā)電機(jī)的基本特性,98,2.4.1 直流發(fā)電機(jī)的基本特性,99,2.4.1 直流發(fā)電機(jī)的基本特性,100,2.4.1 直流發(fā)電機(jī)的基本特性,101,2.4.1 直

22、流發(fā)電機(jī)的基本特性,102,2.4.1 直流發(fā)電機(jī)的基本特性,103,2.4.1 直流發(fā)電機(jī)的基本特性,104,2.4.1 直流發(fā)電機(jī)的基本特性,105,2.4.1 直流發(fā)電機(jī)的基本特性,106,2.4.2 直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性,107,108,109,110,111,112,113,114,115,116,117,118,119,120,121,122,1.了解直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式，掌握其特點(diǎn) 2.掌握直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式 3.掌握直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 4.掌握直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 5.掌握直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速方法 6.了解直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),本節(jié)主要內(nèi)容,2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,1

23、23,直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)性能和調(diào)速性能，廣泛應(yīng)用于對(duì)起動(dòng)和調(diào)速性能要求高的場(chǎng)合,直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式可分為：他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種,2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,124,1 直流電機(jī)的可逆原理,直流電機(jī),直流電機(jī)的可逆原理：一臺(tái)電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)“發(fā)電作用” 電磁轉(zhuǎn)矩“電動(dòng)作用”,發(fā)電機(jī)： 主電動(dòng)勢(shì) 反轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)： 反電動(dòng)勢(shì) 主轉(zhuǎn)矩,原動(dòng)機(jī) EaU 電負(fù)載,電源 EaU 機(jī)械負(fù)載,發(fā)電機(jī),電動(dòng)機(jī),2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,125,2.5.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式,2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,一、電壓平衡方程式,126,2 直流電動(dòng)機(jī)的基

24、本方程式,二、功率平衡方程式,2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,127,2 直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式,三、轉(zhuǎn)矩平衡方程式,穩(wěn)態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩方程,動(dòng)態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩方程,2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,128,2.5.2 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性,定義：UUN，IfIfN（并勵(lì)）時(shí)，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(lì)電動(dòng)機(jī) 試驗(yàn)接線圖,工作特性因勵(lì)磁方式而異，可計(jì)算求得，但大多用實(shí)驗(yàn)方法確定。,2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,129,一、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性,轉(zhuǎn)速調(diào)整率

25、,1、轉(zhuǎn)速特性： UUN 常數(shù)，IfIfN 常數(shù)時(shí)，nf(Ia)的關(guān)系曲線,勵(lì)磁回路 不允許斷開！,2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,130,一、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性,2、轉(zhuǎn)矩特性： UUN 常數(shù)，IfIfN 常數(shù)時(shí)，Temf(Ia)的關(guān)系曲線,考慮去磁， 曲線有所下降。,2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,131,一、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性,3、效率特性： UUN 常數(shù)，IfIfN 常數(shù)時(shí)，f(Ia)的關(guān)系曲線,可變損耗=不變損耗時(shí) ，效率最高。,2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,132,一、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性,2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,133,二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性,1、轉(zhuǎn)速特性： UUN 常數(shù)，

26、 nf(Ia),的關(guān)系曲線,UUN常數(shù)時(shí)，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(lì)電動(dòng)機(jī) 試驗(yàn)接線圖,2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,134,二、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性,1、轉(zhuǎn)速特性：,串勵(lì)電動(dòng)機(jī)絕對(duì)不允許空載運(yùn)行，以避免發(fā)生“飛速”現(xiàn)象。,2、轉(zhuǎn)距特性： Temf(Ia),2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,135,直流發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的基本特性,136,2.5.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,定義：UUN常數(shù)時(shí)，勵(lì)磁和電樞回路電阻保持不變時(shí)，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)

27、節(jié)電阻，用于改變機(jī)械特性的形狀。 Rj =0時(shí)為自然機(jī)械特性，Rj0為人工機(jī)械特性。,2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性,137,并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,機(jī)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(dòng)機(jī)的基本特性,2.5.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,138,串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,軟特性： 因?yàn)檗D(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(dòng)機(jī)的基本特性,2.5.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,139,2.6 直流電力傳動(dòng),二、電動(dòng)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的條件,典型負(fù)載的機(jī)械特性nf(TL),（1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載： TL = const （2）風(fēng)機(jī)類負(fù)載：T Ln2 （

28、3）恒功率負(fù)載：P L= const,140,下垂的機(jī)械特性,2.6 直流電力傳動(dòng),二、電動(dòng)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的條件,141,上翹的機(jī)械特性,穩(wěn)定條件,2.6 直流電力傳動(dòng),二、電動(dòng)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的條件,142,2.6.2 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),起動(dòng)的基本要求： 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大； 起動(dòng)電流限制在允許范圍內(nèi)； 起動(dòng)時(shí)間短，符合生產(chǎn)技術(shù)要求； 起動(dòng)設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。,起動(dòng)過程：直流電動(dòng)機(jī)接電源后，轉(zhuǎn)速從零達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程,大電流對(duì)電網(wǎng)的影響： 電網(wǎng)電壓下降，影響其他用電設(shè)備 電機(jī)繞組發(fā)熱，受大電磁力的沖擊,2.6 直流電力傳動(dòng),143,起動(dòng)瞬間：,起動(dòng)的根本原則：足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩 限制起動(dòng)電流,起

29、動(dòng)時(shí)的磁場(chǎng)：磁通最大（勵(lì)磁回路調(diào)節(jié)電阻為零）,常用起動(dòng)方法： 全壓起動(dòng)； 電樞回路串變阻器起動(dòng)； 降壓起動(dòng)。,2.6 直流電力傳動(dòng),144,一、全壓起動(dòng),直接加額定電壓起動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，無需另加設(shè)備 缺點(diǎn)：沖擊電流大；電源電壓會(huì)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(dòng)機(jī)。,2.6 直流電力傳動(dòng),2.6.2 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),145,二、電樞回路串變阻器起動(dòng),在電樞回路串可變電阻，以限制起動(dòng)電流，待轉(zhuǎn)速上升后，逐步切除起動(dòng)電阻 損耗增加，不經(jīng)濟(jì),2.6 直流電力傳動(dòng),2.6.2 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),146,三、降壓起動(dòng),開始時(shí)，降低端電壓， 隨著轉(zhuǎn)速的

30、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(lì) 優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)電流小，起動(dòng)過程平滑、能量損耗少。 缺點(diǎn)：需要一套專用的直流發(fā)電機(jī)或整流電源，投資費(fèi)用大。 實(shí)例：發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組；整流器電動(dòng)機(jī)組,2.6 直流電力傳動(dòng),2.6.2 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),147,2.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,調(diào)速方法： （1）改變勵(lì)磁電流（主磁通）調(diào)速 ； （2）改變串入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(dòng),148,一、改變勵(lì)磁電流調(diào)速,優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，調(diào)節(jié)方便，能耗小，效率基本不變，經(jīng)濟(jì)性好，調(diào)速平滑，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速 缺點(diǎn)：只能向上單方向調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速高時(shí)，換向性能差，機(jī)械特性

31、的斜率變大，特性變軟；,機(jī)械特性：理想空載轉(zhuǎn)速增大；斜率增大,2.6 直流電力傳動(dòng),2.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,149,一、改變勵(lì)磁電流調(diào)速,調(diào)速過程：,2.6 直流電力傳動(dòng),2.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,150,一、改變勵(lì)磁電流調(diào)速,調(diào)速過程：,調(diào)節(jié)磁場(chǎng)前工作點(diǎn),弱磁瞬間工作點(diǎn)AA,弱磁穩(wěn)定后的工作點(diǎn),2.6 直流電力傳動(dòng),2.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,151,一、改變勵(lì)磁電流調(diào)速,調(diào)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(chǎng)越弱，轉(zhuǎn)速越高。因此電機(jī)運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁回路不能開路。,2.6 直流電力傳動(dòng),2.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,152,優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡

32、單，操作方便。 缺點(diǎn)：只能向下單方向調(diào)節(jié)；低速時(shí)，機(jī)械特性很軟，調(diào)速范圍不大,穩(wěn)定性差；負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)整率變大；速度調(diào)節(jié)不平滑，屬有級(jí)調(diào)速；電阻消耗的能量大，調(diào)速時(shí)效率低，效率與轉(zhuǎn)速成正比。,機(jī)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(dòng),2.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,153,2.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前、后因增通不變而使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(dòng),154,調(diào)速過程：,二、改變串

33、入電樞回路的電阻調(diào)速,未串電阻時(shí)的工作點(diǎn),串電阻Rj1后,工作點(diǎn)由AAB,2.6 直流電力傳動(dòng),2.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,155,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(fù)載時(shí),串電阻越大,轉(zhuǎn)速越低。,2.6 直流電力傳動(dòng),2.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,156,優(yōu)點(diǎn)：電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；調(diào)速前后的機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時(shí)穩(wěn)定性好；無論輕載還是負(fù)載，調(diào)速范圍相同；電能損耗較小。 缺點(diǎn)：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(jī)械特性：理想空載轉(zhuǎn)速減??；

34、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(dòng),2.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,157,適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)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(dòng),2.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,158,調(diào)速過程：,三、改變電樞端電壓調(diào)速,調(diào)速壓前工作點(diǎn)A,降壓瞬間工作點(diǎn),穩(wěn)定后工作點(diǎn),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(shí)間變化的曲線也相似。,2.6 直流電力傳動(dòng),2.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,159,2.6.4 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),分類：機(jī)械制動(dòng)和電磁制動(dòng),電磁制動(dòng),定義：使

35、電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，阻礙電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),特點(diǎn)：產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大，易于控制，操作方便,方法：能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、回饋制動(dòng),2.6 直流電力傳動(dòng),160,2.6.4 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),一、能耗制動(dòng),保持勵(lì)磁電流的大小及方向不變， 電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)脫離接至制動(dòng)電阻RL。,實(shí)際上是一臺(tái)向制動(dòng)電阻供電的他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能， 全部消耗于電樞回路的電阻上，,并勵(lì)電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)接線圖,2.6 直流電力傳動(dòng),161,2.6.4 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),一、能耗制動(dòng),特點(diǎn)： 1）操作簡單，停車準(zhǔn)確 2）能耗制動(dòng)產(chǎn)生的沖擊電流不會(huì)影響電網(wǎng)； 3）低速時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，停轉(zhuǎn)慢； 4）動(dòng)能大部分都消耗

36、在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩上。,機(jī)械特性,2.6 直流電力傳動(dòng),162,2.6.4 直流電動(dòng)機(jī)的 制動(dòng),二、反接制動(dòng),電樞回路串入制動(dòng)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(jìn)而產(chǎn)生反向制動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩。,從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機(jī)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(lì)電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)接線圖,2.6 直流電力傳動(dòng),163,2.6.4 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),二、反接制動(dòng),1、正轉(zhuǎn)反接,特點(diǎn)： 1）可以很快使機(jī)組停機(jī)。 2） 需要加入足夠的電阻， 限制電樞電流； 3）轉(zhuǎn)速至零時(shí)， 需切斷電源。,機(jī)械特性,2.6 直流電力傳動(dòng),164,2.6.4直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),三、回饋制

37、動(dòng)（發(fā)電機(jī)制動(dòng)）,回饋制動(dòng)過程中，有功功率回饋電源。從電能消耗看， 回饋制動(dòng)是最經(jīng)濟(jì)的一種制動(dòng)方式。 轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速是回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的重要特點(diǎn)。,當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，即nn0時(shí)，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea大于電樞電壓U，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)， 電磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用， 限制轉(zhuǎn)速上升，電動(dòng)機(jī)向電源回饋電能。,2.6 直流電力傳動(dòng),165,2.6.4 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),形式,三、回饋制動(dòng)（發(fā)電機(jī)制動(dòng)）,穩(wěn)定運(yùn)行： 1、電壓反接制動(dòng)帶位能性負(fù)載進(jìn)入第四象限； 2、電車下坡時(shí)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速超過理想空載轉(zhuǎn)速，進(jìn)入第二象限。,當(dāng)電車下坡時(shí)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速可能超過理想空載轉(zhuǎn)速,進(jìn)入第二象限,2.6 直流電力傳動(dòng),作業(yè)：

38、2-7、11、27、40、51,簡述：直流伺服電機(jī)、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)內(nèi)容,166,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(dāng)輸送功率P =UI cos 及負(fù)載功率因數(shù)cos 一定時(shí)：,電能損耗小,節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟(jì)）,概述,U I,P = I Rl,I S,167,電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：,168,變壓器的分類,169,變壓器的結(jié)構(gòu),變壓器的磁路,變壓器的電路,170,變壓器的結(jié)構(gòu),171,1） 變壓器的型號(hào),變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù),172,變壓器額定值, 額定電壓 U1N、

39、U2N 變壓器二次側(cè)開路（空載）時(shí)，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(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。,173, 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(gè)功率的關(guān)系（單相）,效率,變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì),變壓器額定值,174,3.1 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。,175,(1) 空載運(yùn)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(shí)，鐵心中主磁通是由一次繞組磁通勢(shì)產(chǎn)生的。,176,(2) 帶負(fù)載運(yùn)行情況,1. 電磁關(guān)

40、系,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載。,有載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通。,177,2. 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(dòng)勢(shì),178,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,179,對(duì)二次側(cè)，根據(jù)KVL：,結(jié)論：改變?cè)褦?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(shí):,式中U20為變壓器空載電壓。,故有,180,3. 電流變換,(一次、二次側(cè)電流關(guān)系),有載運(yùn)行,可見，鐵心中主磁通的

41、最大值m在變壓器空載和有載時(shí)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：,181,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(shì),磁勢(shì)平衡式：,空載磁勢(shì),有載磁勢(shì),182,3.1.2 變壓器的外特性與效率,1. 變壓器的外特性,當(dāng)一次側(cè)電壓 U1和負(fù)載功率因數(shù) cos2保持不變時(shí)，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(shí)，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），

42、電壓變化率約在5%左右。,電壓變化率：,183,2. 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(fù)載為額定負(fù)載的(5075)%時(shí)，最大。,輸出功率,輸入功率,184,當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱為同極性端。,1. 同極性端 ( 同名端 ),或者說，當(dāng)鐵心中磁通變化時(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩端為同極性端。,同極性端用“”表示。,增加

43、,+,+,+,+,同極性端和繞組的繞向有關(guān)。,3.1.3 變壓器繞組的極性,185,當(dāng)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(duì)稱負(fù)載， 原邊加上對(duì)稱的三相電壓時(shí) ，因?yàn)槿鄬?duì)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(duì)稱關(guān)系求出。,3.2 三相變壓器,186,一、組式變壓器 三個(gè)獨(dú)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(dú)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,187,二、芯式變壓器,具有共同鐵芯;中柱（中間鐵芯柱）磁通為三相磁通之和，對(duì)稱時(shí)中柱磁通為零，可省去;又稱

44、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(duì)稱，各相If不完全相同，但相差很小，忽略區(qū)別。,3.2.1 三相變壓器磁路,188,三 、連接組,（1）高、低壓繞組中電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)在任一瞬間原邊繞組一端點(diǎn)為高電位，副邊繞組也有一端點(diǎn)為高電位。 這兩個(gè)端點(diǎn)為“同名端”,3.2.1 三相變壓器磁路,189,190,191,3.2.2 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

45、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， 為三角形連接“”， 有順、逆之分。,192,3.2.2 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,193,3.2.3 三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行,負(fù)荷容量很大，一臺(tái)變壓器不能滿足要求。 負(fù)荷變化較大，用多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行可以隨 時(shí)調(diào)節(jié)投入變壓器的臺(tái)數(shù)。 可以減少變壓器的儲(chǔ)備容量。,194,3.3 特殊變壓器,1.自耦變壓器,手柄,接線柱,195,2. 自耦變壓器的工作原理,(1) 電壓關(guān)系 忽略漏阻抗，則,196,(2) 電流關(guān)系,公共繞組的電流,197,

46、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,在降壓變壓器中,= U2 (II1 ) = U2IU2I1 = SiSt,198,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(shí)， k 越接近 1，Si 越小， St 所占 比例越大，經(jīng)濟(jì)效果越顯著。,199,2、儀用互感器,一、電壓互感器,= ku,國產(chǎn)互感器： U2N = 100 V 使

47、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(yùn)行的降壓變壓器。,電壓互感器,3.3 特殊變壓器,200, E2,二、電流互感器,N1很小。 短路運(yùn)行的升壓變壓器。,= 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(shí)：I2 = 0，I1 不變, , 一次繞組工作電壓較高時(shí)， 二次繞組與鐵心必須接地。,2.10 儀用互感器,201,二次側(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(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)高壓。,使用注意事項(xiàng)：,被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù) N1/N2,2.電壓互感器,實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測(cè)量高電壓,202,被測(cè)電流

48、=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(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)過壓。,使用注意事項(xiàng)：,3.電流互感器,實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測(cè)量大電流,203,3.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行,3.4 變壓器的參數(shù)測(cè)定,3.5 標(biāo)么值,3.6 變壓器的運(yùn)行特性,3.7 三相變壓器,3.8 變壓器的并聯(lián)特性,變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能.,204,3.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),3.1.1 基本工作原理和

49、分類,一、基本工作原理,變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,只要一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變壓的目的。,205,3.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),3.1.1 基本工作原理和分類,二、分類,按用途分：電力變壓器和特種變壓器。,按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。,按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。,按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和殼式變壓器。,按調(diào)壓方式分：無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。,按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干

50、式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。,206,3.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),3.1.2 基本結(jié)構(gòu),一、鐵心,變壓器的主磁路，為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用0.35mm厚、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。,變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。,油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質(zhì)，又是絕緣介質(zhì)。油箱側(cè)壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。,將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對(duì)地的絕緣，擔(dān)負(fù)著固定的作用。,二、繞組,三、油箱,四、絕緣套管,此外，還有儲(chǔ)油柜、吸濕器、安全氣道、凈油器和氣體繼電器。,207,3.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),3.1.3 型號(hào)與額定值,一、

51、型號(hào),型號(hào)表示一臺(tái)變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級(jí)、冷卻方式等內(nèi)容，表示方法為,如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷三繞組銅線有載調(diào)壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器。,208,3.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),3.1.3 型號(hào)與額定值,二、額定值,三者關(guān)系：,此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。,209,3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.2.1 電磁關(guān)系,一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況,210,3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.2.1 電磁關(guān)系,一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況,1）性質(zhì)上： 與 成非線性關(guān)系； 與 成線性關(guān)系； 2）數(shù)量上：

52、占99%以上， 僅占1%以下； 3）作用上： 起傳遞能量的作用， 起漏抗壓降作用。,主磁通與漏磁通的區(qū)別,二、各電磁量參考方向的規(guī)定,一次側(cè)遵循電動(dòng)機(jī)慣例，二次側(cè)遵循發(fā)電機(jī)慣例。,強(qiáng)調(diào)：磁通與產(chǎn)生它的電流之間符合右手螺旋定則；電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)它的磁通之間符合右手螺旋定則。,211,3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.2.1 電磁關(guān)系,三、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析,1、主磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)主電動(dòng)勢(shì),設(shè),則,有效值,相量,同理，二次主電動(dòng)勢(shì)也有同樣的結(jié)論。,可見，當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，所產(chǎn)生的一次主電動(dòng)勢(shì)也按正弦規(guī)律變化，時(shí)間相位上滯后主磁通 。主電動(dòng)勢(shì)的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。,212

53、,3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.2.1 電磁關(guān)系,三、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析,2、漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)漏電動(dòng)勢(shì),漏電動(dòng)勢(shì)也可以用漏抗壓降來表示，即,根據(jù)主電動(dòng)勢(shì)的分析方法，同樣有,由于漏磁通主要經(jīng)過非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數(shù),所以漏電抗 很小且為常數(shù),它不隨電源電壓負(fù)載情況而變.,213,3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.2.2 空載電流和空載損耗,一、空載電流,1、作用與組成,2、性質(zhì)和大小,性質(zhì)：由于空載電流的無功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質(zhì)也稱勵(lì)磁電流；,空載電流 包含兩個(gè)分量，一個(gè)是勵(lì)磁分量，作用是建立磁場(chǎng)，產(chǎn)生主磁通無功分量 ；另一個(gè)是鐵損耗分量，作用

54、是供變壓器鐵心損耗有功分量 。,大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)，用空載電流百分?jǐn)?shù)I0%來表示：,214,3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.2.2 空載電流和空載損耗,一、空載電流,3、波形,由于磁路飽和，空載電流 與由它產(chǎn)生的主磁通 呈非線性關(guān)系。,當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，空載電流呈尖頂波形。,當(dāng)空載電流按正弦規(guī)律變化時(shí)，主磁通呈尖頂波形。,實(shí)際空載電流為是正弦波，但為了分析、計(jì)算和測(cè)量的方便，在相量圖和計(jì)算式中常用正弦的電流代替實(shí)際的空載電流。,215,3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.2.2 空載電流和空載損耗,二、空載損耗,對(duì)于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的

55、平方成正比，與電流頻率的1.3次方成正比，即,空載損耗約占額定容量的0.2%1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的方向是采用優(yōu)質(zhì)鐵磁材料：優(yōu)質(zhì)硅鋼片、激光化硅鋼片或應(yīng)用非晶態(tài)合金。,變壓器空載時(shí)，一次側(cè)從電源吸收少量的有功功率 ，用來供給鐵損 和繞組銅損 。由于 和 均很小，所以 ，即空載損耗近似等于鐵損。,216,3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路和相量圖,一、電動(dòng)勢(shì)平衡方程和變比,1、電動(dòng)勢(shì)平衡平衡方程,（1）一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程,忽略很小的漏阻抗壓降，并寫成有效值形式，有,則,可見，影響主磁通 大小的因素有電源電壓 、電源頻

56、率 和一次側(cè)線圈匝數(shù) 。,217,3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路和相量圖,一、電動(dòng)勢(shì)平衡方程和變比,1、電動(dòng)勢(shì)平衡平衡方程,（2）二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程,2、變比,定義,對(duì)三相變壓器，變比為一、二次側(cè)的相電動(dòng)勢(shì)之比，近似為額定相電壓之比，具體為,Y，d接線,D，y接線,218,3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路和相量圖,二、空載時(shí)的等效電路和相量圖,1、等效電路,一次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程為,基于 表示法， 感應(yīng)的 也用電抗壓降表示，由于 在鐵心中引起 ，所以還要引入一個(gè)電阻 ，用 等效 ，即,空載時(shí)等效電路為,219,3.

57、2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路和相量圖,二、空載時(shí)的等效電路和相量圖,1、等效電路,由于 ，所以有時(shí)忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個(gè) 元件的電路。在 一定的情況下， 大小取決于 的大小。從運(yùn)行角度講，希望 越小越好，所以變壓器常采用高導(dǎo)磁材料，增大 ，減小 ，提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)。,220,3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,3.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路和相量圖,二、空載時(shí)的等效電路和相量圖,2、相量圖,根據(jù)前面所學(xué)的方程，可作出變壓器空載時(shí)的相量圖：,（1）以 為參考相量,（2） 與 同相， 滯后 ，,（3） 滯后 ， ；,（4）,（5）,221,

58、3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行,小結(jié),（1）一次側(cè)主電動(dòng)勢(shì)與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢(shì)的大小由外施電壓決定.,（2）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。,（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。,（4）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)與產(chǎn)生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。,222,3.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行,3.3.1 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系,變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負(fù)載的運(yùn)

59、行狀態(tài)，稱為負(fù)載運(yùn)行。,223,3.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行,3.3.2 基本方程,一、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程,空載時(shí),由一次磁動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生主磁通 ,負(fù)載時(shí),產(chǎn)生 的磁動(dòng)勢(shì)為一、二次的合成磁動(dòng)勢(shì) 。由于 的大小取決于 ，只要 保持不變，由空載到負(fù)載， 基本不變，因此有磁動(dòng)勢(shì)平衡方程,或,用電流形式表示,表明:變壓器的負(fù)載電流分成兩個(gè)分量,一個(gè)是勵(lì)磁電流 ,用來產(chǎn)生主磁通,另一個(gè)是負(fù)載分量 ,用來抵消二次磁動(dòng)勢(shì)的作用。電磁關(guān)系將一、二次聯(lián)系起來,二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少.,224,3.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行,3.3.2 基本方程,一、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程,負(fù)載運(yùn)行時(shí),忽略空載電流有:,表明，一