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1、电机学期末复习材料 每 根 导 体 感 应 电 势 的 有 效 值 ：第三篇 沟通电机理论的共同问题1、同步电机的结构：EmEdf m222.22 f m定子三相对称绕组,通入三相对称电流,产生一个旋转磁场；转子直流励磁,是一个恒稳磁极；5、极距：概念： 一个磁极在空间所跨过的距离,用来表示；（明白整距、短距、长距）极对数 p 与转速 n 之间的关系是固定的, 为公式：Dz2 p2 pfpn1606、线圈电势与节距因数：节距因数：2、异步电机的结构：定子三相对称绕组,通入三相对称电流,产生一个旋转磁场；y1y1kycos 190sin901转子三相对称短路绕组,产生一个旋磁磁通；【三相对称：
2、空间上差 120 度电角度； 时序物理意义：表示了短距线圈电势的削减程度；sin q a上差 120 度电角度；】3、电角度与机械角度：分布因数： kq21q sin a2电角度：磁场所经受的角度称为电角度；机械角度： 转子在空间所经受的几何角度称物理意义：表示了分布绕组电势的削减程度；为机械角度；电角度p机械角度绕组因数： k w合成电势：Ek yk q4.44 fNm kw4、感应电势：感应电势的频率：fpn1槽距角： ap 360电角度zz感应电势的最大值：60EmBmlv每极每相的槽数：qf m2 pm【 练 习1 】 一 台 三 相 同 步 发 电 机 ,（ mBP l）f50Hz
3、,n1000r/ min ,定子铁芯长l40.5cm,定子铁芯内径D270cm ,2 p4 , y15；（ 1）分别画出支路数6定子槽数 z72 , y110 槽,每相串联匝a1 和 a2 的 A 相叠绕组绽开图； （ 2）数 N144 ,磁通密度的空间分布波的表示算出绕组因数；式为 B7660sin xGs；试求：（ 1）绕组因数 kw ；（ 2）每相感应电势的有效值；7、消弱谐波电势的方法：采纳不匀称气隙, 以改善气隙中磁场分布情形；10、单相绕组的磁势（脉动磁势）：11采纳短距绕组；F cosxcos tF cosx2t F2cosxt 采纳分布绕组；8、双层绕组与单层绕组：双层绕组：
4、指沿槽深方向有上、下两层线圈边的绕组；单层绕组： 指沿槽深方向只有一层线圈边的绕组；9、画某相叠绕组绽开图的一般步骤：运算出槽距角、槽距画出电势星图 （留意单层绕组、 双层绕组）画出某相叠绕组绽开图（留意支路数）【练习 2】有一双层三相短距绕组,z24 ,单相磁势的特点是：磁势轴线（即磁势幅 值 所 在的位置）在空 间 固 定不动,而各点磁势的大小就随时间在变化,因此称为脉动磁势；单相绕组所产生的脉动磁势可以分解成基波和一系列谐波,基波磁势的振幅为：INF0.9kw p11、一个在空间按正弦律分布,且振幅随时间作正弦变化的脉动磁势,可以分解为两个旋转磁势的转速为n160 f p,我们称基以相同
5、速率但向相反方向旋转的圆形旋转波旋转磁势的转速n1 为同步转速；磁势；圆形旋转磁势的幅值为原有脉动磁势 幅 值 的 一 半 , 圆 形 旋 转 磁 势 的 转 速 为旋转磁势的轴线总是与电流达到最大值的那一相绕组的中心线相重合；n160f；当脉动磁势为最大值时,两个p旋转磁势的转向总是从超前电流的相转向滞后电流的相, 因而只要转变电流的相序旋转磁势正好转到相互重合的位置； （即： 一个脉动磁势可以分解为大小相等, 转向相反的两个旋转磁势； ）12、三相绕组的磁势（旋转磁势）（即转变三相电源的任意两个接头）便可以转变磁势的旋转方向；三相旋转磁势的幅值为单相脉动磁势最大幅值的 3/2 倍,其中 1
6、/2 是由每相的脉动f a x,tF cosx cos t磁势分解为两个旋转磁势得来,3 就是由三f b x,tf c x,tF cosx F cosx120240 cos t cos t120 240 相相加而得到的；13、主磁通与漏磁通：应用三角恒等式写成：11主磁通： 由定、转子绕组磁势所共同鼓励,并同时与定、转子绕组相匝链的磁通；f a x,tF cosx2tF2cosxt漏磁通： 单独由定子绕组或者转子绕组磁f x,t1 F cosxt1 cosxt240 bf c x,t21 F cosx22t1 cosx 2势所鼓励, 并分别与定子绕组或转子绕组相t12匝0链的磁通；【 练 习
7、3 】 有 一 台 三 相 同 步 发 电 机 ,所以合成磁势：PN6000 kW,U N6.3kV,f x, t3F cos xt2cosN0.8 , 2 p2 ,接法, z36当三相对称电流流过三相对称绕组时,槽 , N72 匝 , q6 , y115 槽 ,三相合成的基波磁势是一个圆形旋转磁势；它主要特点是：f50Hz , II N ；试求：（ 1）一相绕组所产生的基波磁势幅值；（ 2）三相绕组所产生的合成磁势的基波幅值及其转速；这是形成旋磁F2 ；3、转差率：转差率是感应电机的一个基本变量,它表示了感应电机的各种不同运行情形；【练习 4】有一台三相沟通电机,2 p4 ,snn1n （
8、n n1n1n1nsn1 ）定子为双层叠绕组,每相串联匝数 N7z36 , y1,996 ,今在绕组中通入频在正常运行范畴内, 转差率的数值通常都是很小的； 满载时,转子转速与同步转速率为 50Hz 、有效值为 35A的对称三相电流,相差并不大, 而空载时, 可以认为转子转速运算基波旋转磁势的幅值；等于同步转速；nnse2sE2 f 2sf1启动nn1s1e2E 2f 2f1n0运行0nn01s1e2sE2 f 2sf10nn1第四篇 感应电机1、感应电机工作原理：空载n0s0e20f 20定子绕组所产生的旋转磁场,以转差率nn1切割转子导体,于是在转子导体中感应电 势,产生电流, 转子导体中
9、的电流与旋转磁场相作用而产生电磁转矩,使转子旋转；2、“感应”的含义：4、感应电机的三种工作状态：电动机运行发电机运行制动运行必需异步, nn1,才能产生感应电势e2 ,0nn1nn1n00s1s0s1有了感应电势, 就能感生三相短路电流i2 d ,5、感应电机的基本结构：定子又称定子铁芯,由三相绕组组成,是一个机座；转子又称转子铁芯,由三相短路绕组组成,是一个转轴；转子的结构分为：a. 笼型转子：优点：转子结构简洁,既无集 电环又无绝缘,既省材料又制造便利,是一种经济耐用的电机,工业上应用广泛；b. 绕线转子： 可以通过集电环及电刷在转子回路中引入外加电阻, 以改善电动机的启动和调速性能；缺
10、点：转子绕组结构复杂,价格较贵,牢靠性较差；多少【 练 习6】有一台8 极感应电动机,f50Hz,额定转气隙励磁i m20 50% I N ；差率 sN0.043 ,试求（ 1）同步转速；（ 2）6、感应电机的额定值：额定转速；（ 3）n700r / min 时的转差率；额定电压U N （线电压）（ 4 ） n800r/ min 时的转差率； （ 5）起额定电流I N （线电流）动瞬时的转差率；额定功率PN （在额运时,电机的输出功率,对电动机而言, 就是转轴上所消耗的机械功率；） PN3U N I NN cos N额定转速 n N【 练 习 5 】 一 台 三 相 感 应 电 动 机 ,7、
11、感应电机的电势平稳方程式：PN75kW,n N975r /min,定子侧：U 1E1I 1 R1jX 1 ,U N3000V,I N18.5 A,其中 E14.44f1 N 1kw1mcosN0.87 ,f50Hz；试问：（ 1）转子侧：电动机的极数是多少（2）额定负载下的转差率 s 是多少（ 3）额定负载下的效率是U 2E2 sI 2 R2jsX 2 0；就E2 s得出：sE2I 2I 2 R2E 2sjsX 2 sE2因为I 2；sE2R2jsX 2,所以R2jsX 2R2jsX 2E 2I2R2jXE2RjX1s RE2 s4.44 f2 N 2kw2m4.44 sf1N2 kw2msE
12、2s222s2fn ps n1 psf绕组的归算：A. I的归算： Im2N 2 kw 2 I1 I21606022m1N221 kw1kiX 2 s2nn1f 2 L2ns2sn1f1L 2sX 2B. E2 的归算：E 2 N1k w1E2N 2 k w2keE 2旋 磁 F2相 对 于 转 子 本 身 的 转 速 ：C 阻 抗 的 归 算 ：R2 keki R2；n 2sn1n1nX 2keki X 210、感应电机的T 型等效电路：相对于定子的转速：n 2n n1nnn1转子 基 波 磁势 的 幅 值：2F0.9 m22N 2 kw2I2p基本方程式：8、感应电机的磁势平稳方程式：U
13、1E1I 1 R1jX 1 根据F1F2Fm, 可以 得出E 2 I 2 R2sjX 2 Im2 N 2 kw21I 2I mm1N 1 kw1I mI 1I 29、感应电机的归算：采纳的方法：频率归算和绕组归算；（归算是一种等效的运算方法,替代原转子的等效转子均是虚拟的； ）频率归算：11、感应电机与变压器的区分：由于感应电机的转子是旋转的, 因此转子中的电势频率不仅与电源频率有关, 仍打算于转子的转速,即与转差率有关, 转差率是感应电机的基本变量；感应电机气隙中的主磁场是旋转磁场,而变压器中是脉动磁场；感应电机是分布短距绕组,而变压器就是所以：P11PP2P1集中绕组, 因此感应电机的电势
14、运算公式与【练习 7】有一台绕线转子感应电动机,定、变压器有些差别；转 子 绕 组 均 为 三 相 ；U N380V,12、感应电动机的功率平稳方程式：f150Hz,nN1444r/ min；每相参数：输入功率： P1m1I 1 U 1cos 1R10.4, R20.4, X 11, 定子功 率：Pm I 2R；Pm I 2 Rcu11 11X 21, X m40, Rm 略去不计；Fe1mmI电磁功率：定、转子绕组均为联接, 且有效匝数比为4；2PMP1Pcu1PFe1m1 E 22cos2m1 I 2 （R1） 求满载时的转差率；22（s2）绘出简化等效电路；转子功率：（ 3）求出I 1
15、、 I 2 和I m ；Pm I 2 Rm I 2R sP（ 4）满载时转子每相电势F 2s 的有效值和频cu 22221 22M率；机械功率：（ 5）总机械功率；PPMPcu 22 1sIRm122s1sPM附加电阻1s 上的电功率就是电动机R2s所产生的机械功率P输出功率： P2PP由上式可以得出：PPcu1PFePcu2PPMP1Pcu1PFeP2PPcu 2PPMPcu 2P2P【 练 习8 】 有 一 台 三 相 感 应 电 机 ,PN10kW , f150 Hz , p1；在额定依据上式, 算出相应的电磁转矩作出转运 行 下 的 各 项 损 耗 ： 定 子 铜 耗矩随转差率而变化的
16、曲线,即Tf s 曲Pcu1360W,铁耗PFe330W,转子铜线,它被称为感应电动机的机械特性；耗 Pcu 2239W,机械损耗P340W ,临界转差率：求此时的电磁功率、输入功率和转速；R2 RSM21X 1X 222最大转矩：1TMAXm1U 11 2 R1R1X 1X 2 22【 练 习 9 】 有 一 台 三 相 感 应 电 动 机 ,13、转矩平稳式和电磁转矩：由于 PP2P,所以 TT2T0PN150kW ,f50Hz, 2 p4 ；满基础公式：2 n2f rad/ s载运行时,转子铜耗Pcu 24.8kW,机械60p损耗和杂散损耗 PP2.2kW,求此转矩：时的电磁转矩和输出转
17、矩；TPMm1E 2 I 2 cos2m14.44 f1 N1kw1m I 2 cos2CTm I 2 cos2112f1 / p又因为U 12I2RR2 XX 214、串电阻问题：112s公式： SMR2 2R1X 1Rst 12X 2 所以：22Im 2 R2 11 22sm1U 1R2 s或者：Rst R1X 1X 2 R2 T2【 练 习 10 】 有 一 台 三 相 感 应 电 动 机 ,111RR2 XX212sPN17.2kW ,f50Hz , 2 p4 ,U N380V,I N33.8 A ,定子绕组为联 接 ； 每 相 参 数 ： R10.228,一般感应电动机起动性能的特点
18、是：最初R2 0.224,X 10.55起动电流很大,最初起动转矩并不大；,解决起动问题：X 2 Pcu10.75784W；在额定运行下的各项损耗：,PFe350W,A：绕线式：在转子回路内串入电阻起动；既能减小最初起动电流又能增大最初起动Pcu 2880W ,PP280W；求（1）转矩；额定运行时的电磁转矩； （ 2）额定运行时的输出转矩；（ 3）最大转矩；（ 4）最初起动转矩；（ 5）如使最初起动转矩等于最大转矩,B：笼型式： 全压起动 （适于小电机） 降压起动（对起动要求不高）17、基本公式：转子中应串入多大的电阻并画出特性曲线图；I stY1；I st3I stY1；I st3U st
19、Y U st1；TstY13Tst3【练习 11】有一台三相感应电动机,p2 ,PN28kW, U N380V , N90% ,cosN0.88 ；定子绕组联接；已知在额定电压下直接起动时, 电网所供应的线电流是电动机额定电流的倍；今改用法起动,求电网所供应的线电流；15、感应电动机的工作特性：当负载发生变化时,电动机的转速、效率、功率因数、 转矩及定子电流随输出功率而变化的曲线称为感应电动机的工作特性；（感应电动机应防止长期在低负载下运行）16、感应电动机起动特性：17、感应电动机调速：变极数调速：优点：便利；缺点：有级调速；变频调速：优点：平滑调速,范畴广,效率高；缺点：需要变频变压装置；
20、变转差率调速： 串入转子电阻 （只适用于【 练 习 13 】 有 一 台 三 相 感 应 电 动 机 ,绕线式的异步电动机） ；PN155kW ； p2 ,转子是绕线式,转18、转速公式： nn11s60 f1 1sp子每相电阻 R20.02；已知在额定负载19、 明 确 一 个 概 念：因为下转子铜耗为 2210W,机械损耗为2460W,21m1U 1R2 s杂散损耗为 310W,试求：（ 1）此时的转速及R2 T21RR2 Xf 电2sX磁转矩； （ 2）如（ 1）中的电磁转矩保持112s不变,而将转速降到1300r/ min ,应当在所 以 在 恒 转 矩 下 , 当 TT 即转子的每相
21、绕组中串入多大电阻此时转子铜耗是多少R2 s所以 IR22Rp sE 2E 2 R2 jX 2R2 Rp jXss2【 练 习 12 】 有 一 台 三 相 感 应 电 动 机 ,f50Hz,2 p4 ,n N1450 r / min ,转子是绕线式, R20.02,如维护电机转轴上的负载转矩为额定转矩,使转速下降到1000r / min ,试求：（1） 转子回路中要串入多大的电阻（2） 此时转子电流是原先数值的几倍20、单相感应电机结构：定子单相绕组；转子鼠笼式单相没有启动转矩,即没有自起动才能, 但一经起动, 两个方向均可自行运转, 运转方向由初始外力打算；重要概念：超前相电流转向滞后相电
22、流；（接有电容相即为超前相）主极的设计原就：尽量使主磁通正弦；【练习 14】标出以下电机的转速方向；A稳磁极；3、转子的分类：凸极式：（ 4 极）制造便利、 机械强度较差, 转动惯量大, 适于低速的中小型电机中； （水轮发电机）隐极式：（ 2 极）制造复杂、 机械强度很强,CB转动惯量小, 适于高速的电机中； （汽轮机）VCCAB第五篇 同步电机1、同步发电机的最大特点是：转速 n、频率 f 及极对数 p 与之间有严格不凸极式隐极式4、冷却处理方式：中、小电机采纳空气冷却, 通过风道,变的关系,即n60 f p将热量带走；2、同步发电机的构造：定子（硅钢片叠装） ：三相对称绕组,通入三相对称电
23、流,产生一个旋转磁场；转子（一般钢片） ：直流励磁,是一个恒大型电机采纳氢冷却,但需留意爆炸危急, 需供应一套掌握设备来保证外界空气不会渗入到电机内部；5、同步电机的额定值：额定电压U N （线电压）以磁路的磁导也到处相等,故额定电流I N （线电流）X SX dX qX aX额定功率 PN凸极由于直轴的气隙小于交轴的气发电机： PN3U N I NcosN隙,所以X S 为X d 、X q ：电动机： PN3U N I NN cosNX dX adX； X qX aqX额定功率 SN3U N I N8、隐极同步发电机的电势方程式和相量图额定转速 n60 f NE 0UI a RajX s N
24、ptg1 U sinI a X s6、电枢反应：U cosI a Ra9、凸极同步发电机的电势方程式和相量图电枢反应的性质主要打算于空载电势E0 和负载电流I a 之间的夹角,也就是E 0UI a Raj I d X dI q X q 说,打算于负载的性质；1 U sintgU cosI a X qI aRa I a 与 E 0 同相位,即0 （此时的电势是纯做功）10、重要公式：E0纯阻性： I a I a 滞后 E0 90 电角度,即90 （此时RajX sR的电势磁势称为直轴去磁电枢磁势）纯感性： I aE 0RajX sjX I a 超前E0 90 电角度,即90 （此E 0纯容性：
25、I时的电势磁势称为直轴增磁电枢磁势）任意角：（定子量在 d 与 q 轴分解）a阻容性： I aRajX sjXE0I aI dI q其 中I dI asin；RajX sRjXI qI a cos【 练 习 15 】 有 一 台 三 相 同 步 发 电 机 ,推出：F adFasin； FaqFacosPN2500kW,U N10.5 kV,接法,7、同步电抗值：cosN0.8 （滞后）,作单机运行；已知隐极由于定转子间气隙到处相等,所同步电抗 X s7.52,电枢电阻可以忽视不计；每相的感应电势E 07520V；求下容；列几种情形下的电枢电流,并说明其电枢反应的性质；（ 4）每相负载是 20
26、电阻串联0.1H电感；（1）每相是7.52的三相对称纯电阻负载；（2）每相是7.52的三相对称纯电感负载；（ 3）每相是15.04的三相对称纯电容负载；（ 4）每相是7.52j 7.52的三相对称电阻电容性负载；附：实物认知：1、定子铁芯和绕组：2、定子铁芯【练习 16】有一台三相绕线感应电动机,定子绕组为接法,U N380V；转子通入直流电流作为同步发电机运行f50Hz ；已知：定子绕组每对每极每相有效串联匝数为 54 匝,由试验测得它的同步电抗是30, 定子电阻可忽视不计； 现在分以下几种情形接上三相对称负载：（1）每相负载是 40电阻；（ 2 ）每相负载是20电阻串联20 F 电容；（ 3）每相负载是 20电阻串联 200F 电3、笼型转子4、绕线型转子