电机教案（沈阳电专）.pdf

绪论（introduction）一、电机及电机学概念（e I e ct r i c m a ch i n e a n d e I e ct r i c m a ch i n e t h e o r yco n ce p t）1 .电机定义：是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置2 .电机分类：（按运动方式分类）静止电机-变压器电 机 r直流电机旋转电机,i夫 流 电 机 f 步电机同步电机3 .电机学及性质：专业基础课4.本门课学习方法：抓住主要矛盾；理论联系实际；善于运用对比的方法二、电机中的材料（m a t e r i a I s）1 .导电材料：线 圈（铜、铝）2 .导磁材料：铁磁材料（重点介绍）3 .结构材料：铸铁、铸钢和钢板等4.绝缘材料：聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带、电工纸、云母片等（A、E、B、F、H、C）三、铁磁性材料的磁化特性：（ch a r a ct e r i s t i c o f f e r r o m a g n e t i c m a t e r i a I ）1 .铁磁性物质的磁化铁磁材料：铁、银、钻及其合金磁化曲线：特性：具有高的导磁性能；磁化曲线呈非线性（饱和特性）2 .磁滞回线磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化；时 的值，称 为 剩 磁；基本磁化曲线：；铁磁材料r软磁材料：高，小，磁滞回线窄而长，如：铸钢、硅钢、坡 莫合金，制作电机铁心；,硬磁材料：U不高，B r 大，磁滞回线宽而胖，制造永久磁铁；3.磁滞损耗和涡流损耗磁滞损耗：磁畴之间产生摩擦而产生的，涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生的损耗，铁损：磁滞损耗+涡流损耗，四、电机中的基本电磁定律(b a s i c e I e c t r o m a g n e t i c I a w s)1 .磁路中的几个基本定律全电流定律一安培环路定律(l a w o f t o t a l c u r r e n t)举例：工程上：线圈：*电流方向的判断：磁路的基尔霍夫第一定律：*说明磁通是连续的。

磁路的基尔霍夫第二定律：磁路欧姆定律：*铁磁材料的不为常数2 .电路中的两个基本定律基尔霍夫第一定律：基尔霍夫第二定律：3 .电磁感应定律(e l e c t r o m a g n e t i c i n d u c t i v e l a w)变压器电动势：同上；运动电动势：*判断方向：右手定则4.电磁力定律：*判断方向：左手定则(主要用于分析旋转电机的电磁转矩)第 一 篇变压器transformer1.变压器的定义：它是一种静止的电机，通过线圈间的电藻感应关系，将某一等级的交流电压转换为鹿婵的另一等级的交流电压2.变压器的用途：3.电力变压器：用于电力系统升、降电压的变压器第一章变压器的基本工作原理和结构(basic operation principle and structure of transformer)一、一、基本结构(basic structure)器身：由铁心和线圈组成1.铁心：构成主磁路，机械骨架，由硅钢片迭成材料：0.3 5 m m 厚涂有绝缘漆膜的硅钢片，导磁性能好，可减少铁损；铁心形状：矩形、十字形等；迭片方式：交迭式迭装2 .线圈：导电部分，铜线或铝线*为便于线圈和铁心绝缘，低压靠近铁心柱在里面，高压在外面;线圈在铁心上排列方式J 同心式 交迭式3 .油箱和冷却装置：*变压器油的作用：绝缘和冷却4 .绝缘套管：用于引线5 .保护装置和其他二、基本工作原理(basic operation principle)可见，只要改变线圈的匝数，就能达到改变电压的目的。

三、变压器的分类(classificatio n of transformer)1.1.用途分：升压变压器、降压变压器；2.2.相数分：单相变压器和三相变压器；3.3.线圈数：双线圈变压器、三线圈变压器和自耦变压器；4.4.铁心结构：心式变压器和组式变压器；5.5.冷却介质和冷却方式：油浸式变压器和干式变压器等；6.6.容量大小：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器四、变压器的型号和额定值(type and rated vaIue)1.1.型号：表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容例如：SL-5 0 0/1 0：表示三相油浸自冷双线圈铝线，额定容量为5 0 0 k VA,高压侧额定电压为1 0 k V级的电力变压器2.2.额定值:铭牌规定在额定使用条件下所输出的视在功率指变压器长时间运行所承受的工作电压三相为线电压）:规定加在一次侧的电压；:一次侧加额定电压，二次侧空载时的端电压变压器额定容量下允许长期通过的电流有和（三相为线电流）我国工频：5 0 H z；还有额定效率、温升等额定值3.3.单相变压器的关系式：三相变压器的关系式：*：对于双线圈变压器一、二次侧的额定容量相等。

由于其效率高）4.4.举 例：一 台Y.d l l联 接 的 三 相 变 压 器，额 定 容 量 为3 1 5 0 k VA,U U2 N=3 5/6.3 k V,求：变压器一、二次额定电压和额定电流？变压器、二次线圈的额定电压和额定电流？*思考题：原边加直流电压是否可以？为什么？第二章单相变压器运行原理及特性(operat i on principle and character i st i c of single phasetransformer)1.1.从空载和负载运行时的电磁关系出发，导出基本方程式、等效电路和相量图；2.2.分析稳态运行性能(电压变化率、损耗和效率)*适用于三相变压器的对称运行第一节单相变压器的空载运行(no-load operation of single phase transformer)一、电磁现象(electromagnetic phenomenon)1.空载定义：中2.物理过程：*电机中各物埋量止方向的规定3.3.仇和孙区别：在性质上：仇 与 I非线性关系；.与I线性关系;在数量上：应 占 9 9%以上；必占现以下；在作用上：包传递能量的媒介；3。

漏抗压降二、空载时各物理量(physical quantities of no-1oad)1.1.原 边 电 压：变压器一次线圈所接的电网电压；2.2.空 载 电 流：作用：一是用来激磁，产生主磁通；二是供空载损耗组成：性质：感性无功；大小：2 8%；,称为激磁电流为什么越小越好？波形：磁路饱和：尖顶波；磁路不饱和：正弦波实际需要：将尖顶波的空载电流等效为正弦波3.3.空载磁动势.建立空载磁场4.4.主磁通与一次漏磁通5.5.主磁通感应的电动势设，贝 IJ同理可得：*结论：，在相位上滞后 9 0 06.6.一次漏感电动势：设，则又可得：式中：=常数，为一次绕组的漏电抗电抗的概念可以推广7.7.一次线圈电阻压降8.8.空载损耗*空载损耗约占(0.2-1)%,随容量的增大而减小三、空载时的电磁关系(electrom otive re la tio n sh ip of no-1oad)1.1.电动势平衡方程：一次侧：忽略I Z,则有：即*结论：影响主磁通大小的因素是：电源电压5、电源频率f和一次侧线圈匝数N 与铁心材质及几何尺寸基本无关二次侧：2.变比：*降压K1；升压K(1；*三相变压器：Y,d接线：D,y接线:Y,y和D,d接线：3.等效电路：令：*和 的 物 理 意 义；则有：式中：、和随磁路饱和程度的增加而减小。

等效电路为：变压器空载时的等效电路由于人 r,x j Xi,可得简化等效电路：Xm变压器空载时的简化等效电路*空载电流的大小：取决于激磁阻抗的大小，从变压器运行的角度看，希望空载电流越小越好，因此变压器采用高导磁率的铁磁材料，以增大方减少I提高变压器的效率和功率因数4.相量图：空载时的方程式：(总结)空载时的相量图：*变压器空载运行时，很低，一般在0.10.2 之间第二节单相变压器的负载运行(load operation of single-phase transformer)一、磁动势平衡关系(magnetomotive force(mmf)balance relatio n sh ip)1.1.负载运行定义：在，下，二次线圈接以负载的运行状态2.2.负载时的电磁过程3.3.|磁动势平衡方程式：(1)磁动势形式:(2)电 流 形 式：*解释方程的物理意义？若忽略I则有：注意大小和相位二、电动势平衡方程(e l e ct r o m o t i ve f o r ce (e m f)b a I a n ce e q u a t i o n)三、折 算(co n ve r s i o n)1.折算目的：获得等效电路；简化计算；画相量图2.折算方法：N/=N.3.3.折算原则：和二次侧的各功率保持不变4.4.折算的物理量：二次侧电流：=L/k二次侧电动势的折算：E?=k E2Ez J=k E2IV =k U2二次侧阻抗的折算：R/=k2R2X 20 =k-X j aR i/=k2RLX J=k2XL5.5.折算后的方程:四、等效电路和相量图(equivalent ci rcuit and phasor diagram)1.“T”形等效电路和相量图，形等效电路2.近似等效电路一般LNZ/0.08UN时采用1 1 Ain 2 A2OZI/电压方程式:其中：简 化 相 量 图：要求掌握*说明：A A B C 为阻抗三角形；对于一台已制成的变压器，其形状是固定的。

短路阻抗大小的意义：从正常运行角度，希望小些；从短路角度看，希望大些，可限制短路电流第三节变压器参数的测定(measurement of transformer parameters)说明：通过空载和短路试验测取一、空 载 实 验(no-load test)1 .目 的:通 过 测 量 I o，U 1,U 2 0 及 Po 来 计 算 K,I o (%),PF e，zm=rm+j xm以及判断铁心质量和线圈质量2 .接线：-一般低压侧加压，高压侧开路3.步骤：低压侧加电压，高压侧开路；电源电压由0 1.2由(或1.2 UN 0),测 5、U2o,Io和Po值;可得 Io=f(Ui)及 Po=f(UD*单方向激磁4.计算：变比：由空载简化等效电路，得：；5.注意：次和Xm是随电压的大小而变化的，故取对应额定电压时的值空载试验在任何一方做均可，高压侧参数是低压侧的I?倍三相变压器必须使用一相的值很低，为减小误差，利用低功率因数表二、短路实验(short ci rcu it te s t)1.目的：测 IK、UK 及 PK,计算 UK(%),pcu,ZKF+JXK2.接线：通常高压侧加压，低压侧短路3.步骤：高压侧接电源，低压侧短接；电压由0 f,使IK=0-1.2 IN,分别测IK、UK及PK；可得lK=f(UK),线性;PK=f(UK),抛物线。

4.计算：PCUQPK=PK(PlCPCu+pFePCu,电源电压很低 PFe2O)由简化等效电路，得*一般认为：；温度折算：线圈电阻与温度有关，国标规定向75c换算；对铜线：对铝线：*三相变压器必须使用一相的值短路试验在任何一方做均可，高压侧参数是低压侧的X 倍三、短路电压(阻抗电压)(short circuit voltage)1.定义：短路试验时，使短路电流为额定电流时一次侧所加的电压，成为短路电压 UK 即 UKN=I1NZK75C*记作：额定电流在短路阻抗上的压降，亦称作阻抗电压2.短路电压百分值：短路电压有功分量：短路电压无功分量：3.U K 对变压器运行性能的影响：短路电压大小反映短路阻抗大小 正常运行时希望小些，电压波动小；限制短路电流时，希望大些中、小型变压器:(4-10.5)%；大型变压器：(12.5 17.5)虬第四节标么值及其应用(pre-unit value and applicat ion)一、标么值的定义(d。