電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)課件

變壓器參數(shù)測(cè)定

一、空載實(shí)驗(yàn)*目的：通過(guò)測(cè)量空載電流和一、二次電壓及空載功率來(lái)計(jì)算變壓器的變比、空載電流百分?jǐn)?shù)、鐵損和勵(lì)磁阻抗。接線圖：axAXWAVV~變壓器參數(shù)測(cè)定一、空載實(shí)驗(yàn)*要求及分析：1）低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開(kāi)路；2）忽略和，則：*變壓器參數(shù)測(cè)定一、空載實(shí)驗(yàn)3）空載電流和空載功率必須是額定電壓時(shí)的值，并以此求取勵(lì)磁參數(shù)；4）若要得到高壓側(cè)參數(shù)，須折算；5）對(duì)三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；6）由于空載時(shí)功率因數(shù)很低，為減小誤差，應(yīng)采用低功率因數(shù)表測(cè)量空載功率。變壓器參數(shù)測(cè)定二、短路實(shí)驗(yàn)*目的：通過(guò)測(cè)量短路電流、短路電壓及短路功率來(lái)計(jì)算變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)、銅損和短路阻抗。接線圖：WAV~axAX變壓器參數(shù)測(cè)定二、短路實(shí)驗(yàn)*1）高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；2）忽略和鐵損，則：對(duì)T型等效電路：要求及分析：*變壓器參數(shù)測(cè)定二、短路實(shí)驗(yàn)3）溫度折算；4）若要得到高壓側(cè)參數(shù)，須折算；5）對(duì)三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；三、短路電壓（阻抗電壓）：短路實(shí)驗(yàn)時(shí)使短路電流為額定電流時(shí)一次所加的電壓稱為短路電壓。記作：*變壓器參數(shù)測(cè)定三、短路電壓

短路電壓為額定電流在阻抗上的壓降，故也稱阻抗電壓。短路電壓通常以百分值表示，即：短路電壓（阻抗電壓）：無(wú)功分量（電抗電壓）：有功分量（電阻電壓）：*變壓器參數(shù)測(cè)定三、短路電壓

短路電壓是變壓器的重要參數(shù)，它的大小直接反映了短路阻抗的大小，而短路阻抗直接影響變壓器的運(yùn)行性能。

從正常運(yùn)行角度，希望它小些，這樣可使副邊電壓隨負(fù)載波動(dòng)小些；從限制短路電流角度，希望它大些。

單相變壓器

4.1變壓器的工作原理與結(jié)構(gòu)

變壓器是一種靜止的裝置，它是依靠磁耦合的作用，將一種等級(jí)的電壓與電流轉(zhuǎn)換成另一種等級(jí)的電壓與電流，起著傳遞電能的作用。一、變壓器的工作原理

下面以單相雙繞組變壓器為例分析其工作原理：在一個(gè)閉合的鐵心上纏繞兩個(gè)繞組，其匝數(shù)既可以相同，也可以不同，但一般是不同的。如圖4.1所示，兩個(gè)繞組之間只有磁的耦合，而沒(méi)有電的聯(lián)系。圖4.1單相雙繞組變壓器原理圖

與電源相連的繞組，接受交流電能，通常稱為原邊繞組(初級(jí)繞組、原邊繞組)，以A、X標(biāo)注其出線端；與負(fù)載相連的繞組，送出交流電能，通常稱為副邊繞組(次級(jí)繞組、副邊繞組)，以a、x標(biāo)注其出線端。與原邊繞組相關(guān)的物理量均以下角標(biāo)“1”來(lái)表示，與副邊繞組相關(guān)的物理量均以下標(biāo)“2”來(lái)表示。例如原邊的匝數(shù)、電壓、電動(dòng)勢(shì)、電流分別以N1、u1、e1、i1來(lái)表示；副邊的匝數(shù)、電壓、電動(dòng)勢(shì)、電流分別以N2、u2、e2、i2來(lái)表示。對(duì)一臺(tái)降壓變壓器而言，原邊繞組即為高壓繞組，副邊繞組則是低壓繞組；與此相反，升壓變壓器的高壓繞組指的是副邊繞組。當(dāng)原邊繞組接通電源，便會(huì)在鐵心中產(chǎn)生與電源電壓同頻率的交變磁通。忽略漏磁，該磁通便同時(shí)與原、副邊繞組相交鏈，耦合系數(shù)kc=1，這樣的變壓器稱為理想變壓器。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在原、副邊繞組便會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，分別為4.1變壓器的工作原理與結(jié)構(gòu)(4.1)

(4.2)

4.1變壓器的工作原理與結(jié)構(gòu)

于是可得電動(dòng)勢(shì)比：。若磁通、電動(dòng)勢(shì)均按正弦規(guī)律變化，k稱為變壓器的變比，也稱為匝比，通常用有效值之間的比值來(lái)表示：。當(dāng)副邊繞組開(kāi)路(即空載)時(shí)，如忽略繞組壓降(僅占u1的0.01%不到)，則有：不計(jì)鐵心中由磁通Φ交變所引起的損耗，根據(jù)能量守恒原理，可得由此可以看出：式(4.5)表明，理想變壓器的原、副邊繞組的視在功率相等，變壓器的視在功率稱為變壓器的容量。(4.3)

(4.4)

(4.5)

4.1變壓器的工作原理與結(jié)構(gòu)二、變壓器的應(yīng)用與分類

作為電能傳輸或信號(hào)傳輸?shù)难b置，變壓器在電力系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的其他部門，作為特種電源或滿足特殊的需要，變壓器也發(fā)揮著重要的作用。它的種類很多，容量小的只有幾伏安，大的可達(dá)到數(shù)十萬(wàn)千伏安；電壓低的只有幾伏，高的可達(dá)幾十萬(wàn)伏。如果按變壓器的用途來(lái)分類，幾種應(yīng)用最廣泛的變壓器為：電力變壓器、儀用互感器和其他特殊用途的變壓器；如果按相數(shù)可以分為單相和三相變壓器。不管如何進(jìn)行分類，其工作原理及性能都是一樣的。三、變壓器的結(jié)構(gòu)

變壓器的主要結(jié)構(gòu)部件有：鐵心和繞組兩個(gè)基本部分組成的器身，以及放置器身且盛滿變壓器油的油箱。此外，還有一些為確保變壓器運(yùn)行安全的輔助器件。圖4.2為一臺(tái)油浸式電力變壓器外形圖。

(1)鐵心。構(gòu)成變壓器磁路的主要部分。為了減小交變磁通在鐵心中引起的損耗，鐵心通常用厚度為0.3mm～0.5mm、表面具有絕緣膜的硅鋼片疊裝而成，分為鐵心柱和鐵軛兩部分。圖4.3(a)、(b)所示的變壓器，從外面看，線圈包圍鐵心柱，稱為心式結(jié)構(gòu)；圖4.4所示的變壓器，從外面看，鐵心柱包圍線圈，4.1變壓器的工作原理與結(jié)構(gòu)則稱為殼式結(jié)構(gòu)。小容量變壓器多采用殼式結(jié)構(gòu)。交變磁通在鐵心中引起渦流損耗和磁滯損耗，為使鐵心的溫度不致太高，在大容量的變壓器的鐵心中往往設(shè)置油道，而鐵心則浸在變壓器油中，當(dāng)油從油道中流過(guò)時(shí)，可將鐵心中產(chǎn)生的熱量帶走。圖4.2油浸式變壓器外形圖

1—放油閥門2—繞組3—鐵心4—油箱

5—分接開(kāi)關(guān)6—低壓套管7—高壓套管

8—?dú)怏w繼電器9—安全氣道10—油表

11—儲(chǔ)油柜12—吸濕器13—濕度計(jì)

(2)繞組。構(gòu)成變壓器電路的主要部分。原、副邊繞組一般用銅或鋁的絕緣導(dǎo)線纏繞在鐵心柱上。高壓繞組電壓高，絕緣要求高，如果高壓繞組在內(nèi)，離變壓器鐵心近，則應(yīng)加強(qiáng)絕緣，提高了變壓器的成本造價(jià)。因此，為了絕緣方便，低壓繞組緊靠著鐵心，高壓繞組則套裝在低壓繞組的外面。兩個(gè)繞組之間留有油道，既可以起絕緣作用，又可以使油把熱量帶走。在單相變壓器中，高、低壓繞組均分為兩部分，分別纏繞在兩個(gè)鐵心柱上，兩部分既可以串聯(lián)又可以并聯(lián)。三相變壓器屬于同一相的高、低壓繞組全部纏繞在同一鐵心柱上。只有繞組和鐵心的變壓器稱為干式變壓器。4.1變壓器的工作原理與結(jié)構(gòu)大容量變壓器的器身放在盛有絕緣油的油箱中，這樣的變壓器稱為油浸式變壓器。(a)單相心式變壓器

(b)三相心式變壓器

圖4.3心式結(jié)構(gòu)變壓器

圖4.4殼式結(jié)構(gòu)的變壓器4.1變壓器的工作原理與結(jié)構(gòu)四、變壓器的額定值(銘牌數(shù)據(jù))

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，標(biāo)注在銘牌上的，代表變壓器在規(guī)定使用環(huán)境和運(yùn)行條件下的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，稱為變壓器的額定值(或稱為銘牌數(shù)據(jù))，主要有：

(1)額定容量是變壓器在正常運(yùn)行時(shí)的視在功率，通常以SN來(lái)表示，單位為伏安(VA)或千伏安(kVA)。對(duì)于一般的變壓器，原、副邊的額定容量都設(shè)計(jì)成相等。

(2)額定電壓：在正常運(yùn)行時(shí)，規(guī)定加在原邊繞組上的電壓，稱為原邊的額定電壓，以U1N來(lái)表示；當(dāng)副邊繞組開(kāi)路(即空載)，原邊繞組加額定電壓時(shí)，副邊繞組的測(cè)量電壓，即為副邊額定電壓，以U2N來(lái)表示。在三相變壓器中，額定電壓系指線電壓，單位為伏(V)或千伏(kV)。

(3)額定電流：是指根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出來(lái)的電流值。原、副邊的額定電流分別用I1N、I2N來(lái)表示，單位為安(A)。

(4)額定頻率：我國(guó)以及大多數(shù)國(guó)家都規(guī)定fN=50Hz。額定容量、額定電壓和額定電流之間的關(guān)系為單相變壓器：；三相變壓器：。此外，變壓器的銘牌上還一般會(huì)標(biāo)注效率、溫升、絕緣等級(jí)等。4.2變壓器的空載運(yùn)行

變壓器的原邊繞組接在電網(wǎng)上，副邊繞組開(kāi)路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，稱為空載運(yùn)行。此時(shí)，i2=0，變壓器內(nèi)部的物理過(guò)程比較簡(jiǎn)單，先從變壓器這樣一個(gè)最簡(jiǎn)單的情況來(lái)研究其電磁過(guò)程。一、空載運(yùn)行時(shí)的物理狀況

變壓器的各電磁量都是交流量，為分析和計(jì)算方便，必須規(guī)定出其正方向。圖4.5所示變壓器各量的正方向是遵循慣例，按下面所述的相應(yīng)電磁規(guī)律來(lái)規(guī)定的。圖4.5變壓器工作原理示意圖

4.2變壓器的空載運(yùn)行

(1)u1、u2：u1的正方向規(guī)定由首端指向末端；u2的正方向規(guī)定從末端指向首端。

(2)、：其正方向與產(chǎn)生它們的電流符合右手螺旋定則。因此，判定磁通的正方向時(shí)必須注意繞組的繞向。

(3)e1、e1

和e2、e2

：正方向與產(chǎn)生它們的磁通符合右手螺旋定則，即符合定磁感應(yīng)定律：。

(4)i1、i2：正方向與相應(yīng)的電勢(shì)方向一致。變壓器空載時(shí)各量的正方向規(guī)定與上述類似，如圖4.6所示。圖4.6變壓器空載運(yùn)行原理圖

4.2變壓器的空載運(yùn)行

變壓器在空載運(yùn)行時(shí)，原邊繞組N1接入電壓為u1的電網(wǎng)后，便會(huì)有空載電流i0流過(guò)，進(jìn)而產(chǎn)生空載交變磁勢(shì)F0=i0N1，建立空載磁場(chǎng)。磁場(chǎng)由兩部分磁通組成：因?yàn)殍F心磁導(dǎo)率比油或空氣的磁導(dǎo)率大得多，絕大部分磁通存在于鐵心中，這部分磁通同時(shí)與原邊、副邊繞組相交鏈，稱為主磁通；少量的磁通只與原邊繞組相交鏈，稱為原邊側(cè)漏磁通。由于主磁通同時(shí)與原邊、副邊繞組相交鏈，因此從原邊側(cè)到副邊側(cè)的能量傳遞主要是依靠主磁通的媒介而實(shí)現(xiàn)的。選擇圖4.6所示的正方向，根據(jù)基爾霍夫第二定律(KVL)及電磁感應(yīng)定律，可得(4.6)

(4.7)

如果各物理量均按正弦規(guī)律變化，便可用如下的相量形式來(lái)表示：(4.6)

(4.7)

4.2變壓器的空載運(yùn)行

1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)首先研究主磁通所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于漏磁通遠(yuǎn)小于主磁通，故，空載時(shí)的原邊繞組壓降也很小。忽略這兩者(它們之和只有u1的0.2%左右)的影響時(shí)，可認(rèn)為u1≈e1?？梢?jiàn)當(dāng)u1是正弦波時(shí)，e1和也按正弦規(guī)律變化。設(shè)=sin

t，則(4.8)

(4.9)

e1、e2的有效值分別為(4.10)

(4.11)

4.2變壓器的空載運(yùn)行

相應(yīng)的相量表達(dá)式為(4.12)

(4.13)

由式(4.12)和式(4.13)可以看出，和在相位上都滯后于產(chǎn)生它們的磁通90°。由式(4.10)和式(4.11)可以得到

k稱為變壓器的變比?？梢?jiàn)只要選擇適當(dāng)?shù)脑?、副邊繞組匝數(shù)，就可以產(chǎn)生所需要的電壓?？紤]到u1≈e1，根據(jù)公式(4.14)，有變壓器在空載運(yùn)行時(shí)，存在少量的與原邊繞組相交鏈的漏磁鏈，它也是隨時(shí)間交變的，因而也會(huì)在原邊繞組中感應(yīng)產(chǎn)生漏電動(dòng)勢(shì)。下面對(duì)其進(jìn)行分析。(4.14)

(4.15)

4.2變壓器的空載運(yùn)行

原邊繞組的漏磁鏈：

式中為原邊繞組的漏電感。由于漏磁通的路徑大部分在磁導(dǎo)率比較小的空氣或油中，它一般不會(huì)飽和，可以認(rèn)為漏磁通與空載電流i0成正比，所以是一常數(shù)。于是可得漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為當(dāng)i0按正弦規(guī)律變化時(shí)，式(4.15)可以寫成相量形式：式(4.17)中，為原邊繞組的漏電抗。

2.空載電流變壓器的空載電流i0一方面建立磁場(chǎng)，另一方面要補(bǔ)償空載運(yùn)行時(shí)變壓器的損耗。前者僅起磁化作用，稱為勵(lì)磁電流或磁化電流，是i0中的無(wú)功分量，以im表示；后者是有功分量，以iFe表示。因此，i0=im+iFe。一般來(lái)說(shuō)，iFeim。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，常忽略iFe，將i0看成勵(lì)磁電流，即i0≈im。

(4.16)

(4.17)

4.2變壓器的空載運(yùn)行

圖4.7鐵心未飽和時(shí)勵(lì)磁電流和磁通波形

由于變壓器的鐵心材料是鐵磁物質(zhì)，有磁飽和現(xiàn)象存在，其波和程度對(duì)i0的大小、波形都有一定的影響。

(1)當(dāng)鐵心未飽和時(shí)，磁通與勵(lì)磁電流之間按線性關(guān)系變化，如圖4.7所示。在這種情況下，如果磁通隨時(shí)間正弦變化，則勵(lì)磁電流也是正弦波。并且它們?cè)跁r(shí)間上同相位。

(2)當(dāng)鐵心飽和時(shí)，鐵磁材料的磁化曲線便是一條成飽和特性的曲線，勵(lì)磁電流和磁通之間便失去了線性關(guān)系。當(dāng)磁通為正弦波時(shí)，勵(lì)磁電流則是一個(gè)尖頂波，如圖4.8(a)所示，采用諧波分析方法，可將im分解成基波和一系列高次諧波。由于勵(lì)磁電流關(guān)于橫軸對(duì)稱，故只存在奇次諧波：im=im1sin

t＋im3sin3

t＋im5sin5

t＋…

在工程上，通常用一個(gè)等效的正弦波代替尖頂波，該等效正弦波的幅值為4.2變壓器的空載運(yùn)行

且等效的正弦波與基波具有相同的頻率和相位。如果勵(lì)磁電流是正弦波，磁通便為一平頂波。如圖4.8(b)所示。(a)磁通為正弦波，勵(lì)磁電流為尖頂波

(b)勵(lì)磁電流為正弦波，磁通為平頂波

圖4.8當(dāng)磁路飽和時(shí)勵(lì)磁電流和磁通波形圖

4.2變壓器的空載運(yùn)行

二、空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、相量圖以及等效電路1.電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，上面的分析有時(shí)是在忽略漏磁通和原邊繞組電阻的情況下進(jìn)行的。然而，它們都是客觀存在的，考慮到其影響，綜合式(4.6)、式(4.7)以及式(4.17)，有相應(yīng)的瞬時(shí)值表達(dá)式為式中——原邊側(cè)的漏阻抗。(4.18)

(4.19)

(4.20)

(4.21)

4.2變壓器的空載運(yùn)行

2.相量圖及等效電路根據(jù)變壓器空載運(yùn)行時(shí)的實(shí)際物理情況，可以把原邊繞組等效為一個(gè)電阻、一個(gè)空心線圈和一個(gè)實(shí)心線圈串聯(lián)組成，如圖4.9所示。電阻即為繞組內(nèi)阻，空心線圈所產(chǎn)生的磁通為原邊繞組的漏磁通，實(shí)心線圈產(chǎn)生的磁通為鐵心中的主磁通。這樣就可以把實(shí)際的原邊繞組與三個(gè)理想元件相等效，便于作進(jìn)一步分析?？蛰d電流i0流過(guò)實(shí)心線圈時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生主磁通，該磁通在同時(shí)與原邊、副邊繞組相交鏈的同時(shí)，也會(huì)在鐵心中產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗。所以，由產(chǎn)生磁通的無(wú)功分量和用以補(bǔ)償鐵心損耗的有功分量共同組成，即。為了弄清這三者之間的相位關(guān)系，可進(jìn)一步把實(shí)心線圈等效為一個(gè)電阻與一個(gè)線圈相并聯(lián)的形式。其中，流過(guò)電阻所消耗的功率與鐵心的損耗相等效；流過(guò)則產(chǎn)生主磁通。如圖4.10所示。這樣等效完全不改變變壓器空載運(yùn)行時(shí)的實(shí)際情況。由此便可得出這3個(gè)電流量之間的相位關(guān)系如圖4.11所示。4.2變壓器的空載運(yùn)行

圖4.9空載時(shí)原邊繞組等效圖

圖4.10空載時(shí)電流分析等效圖

圖4.11勵(lì)磁電流相量圖

從圖4.11可以看出，在相位上超前一個(gè)

Fe角，這是由于磁通流過(guò)鐵心時(shí)產(chǎn)生鐵耗引起的。故可以把這一角度稱為鐵耗角。把和并聯(lián)支路經(jīng)過(guò)串并聯(lián)等效變換，便可等效為一個(gè)R的電阻和的電感相串聯(lián)的形式，考慮到，于是有：4.2變壓器的空載運(yùn)行

通過(guò)以上的分析，便可以得到變壓器在空載運(yùn)行時(shí)的等效電路如圖4.12所示。在繪制相量圖時(shí)，可以選擇為參考相量，在相位上滯后90°，超前一個(gè)鐵耗角

Fe，根據(jù)公式(4.18)便可進(jìn)一步得到。相量圖如圖4.13所示。圖4.12變壓器空載時(shí)的等效電路圖

圖4.13變壓器空載運(yùn)行時(shí)的相量圖

4.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行

原邊繞組接通額定電壓，副邊繞組接上負(fù)載ZL時(shí)，稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。其工作原理圖如圖4.5所示。一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理狀況

副邊接上了負(fù)載ZL后，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，副邊繞組便會(huì)有電流產(chǎn)生，進(jìn)而產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，該磁動(dòng)勢(shì)也作用在主磁路上，企圖改變空載運(yùn)行時(shí)所建立起來(lái)的主磁通。正是由于的出現(xiàn)，變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)內(nèi)部的物理情況與空載運(yùn)行時(shí)有所不同。但是，一般變壓器Z1是很小的，即便是在額定運(yùn)行時(shí)，I1NZ1也只占到U1的2%～6%，故仍可忽略。。所以只要原邊繞組所加電壓U1不變，就可以認(rèn)為變壓器由空載到負(fù)載時(shí)保持不變，這在工程上是完全允許的。由可知，基本保持不變，這就是變壓器恒磁通原理。即無(wú)論變壓器工作在空載狀態(tài)還是負(fù)載狀態(tài)，其主磁通近似保持不變。正是由于這一原理，負(fù)載與空載時(shí)，產(chǎn)生主磁通的總磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)該相同即(4.22)

(4.23)

上式表明變壓器從空載到負(fù)載，副邊繞組中便會(huì)有電流產(chǎn)生，與此同時(shí)，原邊繞組中必定產(chǎn)生一個(gè)電流增量來(lái)抵消對(duì)主磁通的影響，以保持恒磁通關(guān)系，這樣才能把電能從原邊鐃組傳遞到副邊繞組。二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式1.磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式由前面的討論可知，變壓器在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式如公式(4.22)所示。對(duì)其進(jìn)行整理就可得出電流關(guān)系式上式表明負(fù)載運(yùn)行時(shí)，原邊繞組中的電流可以看成是由兩部分組成，一部分為產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁分量，一部分為抵消副邊繞組磁動(dòng)勢(shì)作用的負(fù)載分量。

(4.24)

4.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行

2.電動(dòng)勢(shì)平衡方程式變壓器在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，除了原邊、副邊繞組共同產(chǎn)生主磁通外，還會(huì)分別產(chǎn)生只與自身繞組相交鏈的、少量漏磁通、，它們又分別會(huì)在原邊、副邊繞組中感應(yīng)產(chǎn)生漏電動(dòng)勢(shì)、；另外，繞組本身也會(huì)存在電阻壓降。于是在各量所選參考方向如圖4.4所示的情況下，根據(jù)基爾霍夫第二定律(KVL)，可得原邊、副邊繞組電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為(4.25)

(4.26)

三、繞組歸算、等效電路及相量圖

利用變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式以及原、副邊之間的電壓比關(guān)系，可以計(jì)算出變壓器在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的各個(gè)電磁量。但是對(duì)于既有電路又有磁路的變壓器而言，用方程組計(jì)算十分繁瑣，為此我們希望有一個(gè)能正確反映變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系的單純電路來(lái)代替實(shí)際的變壓器，用電路的理論對(duì)其進(jìn)行分析和計(jì)算，這種電路稱為等效電路?？梢圆捎美@組歸算的方法來(lái)得到變壓器的等效電路。4.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行

即可以把原邊繞組歸算到副邊繞組，也可以把副邊繞組歸算到原邊繞組。下面就以副邊繞組歸算為例來(lái)說(shuō)明其步驟。所謂的副邊繞組歸算，就是用一個(gè)與原邊繞組具有相同匝數(shù)N1的繞組，去代替實(shí)際的、匝數(shù)為N2的副邊繞組。歸算的目的，僅僅是為了簡(jiǎn)化分析和計(jì)算，歸算前后的變壓器應(yīng)該具有相同的電磁過(guò)程、能量傳遞關(guān)系。副邊繞組是通過(guò)其電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)去影響原邊繞組的，因此，歸算前后的副邊繞組磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)該保持不變。這樣將有相同的電流和功率從原邊繞組進(jìn)入變壓器，并有同樣的功率傳遞到副邊繞組，最后輸送給負(fù)載。如果設(shè)定歸算后的各量用原來(lái)的符號(hào)加“′”表示，則歸算規(guī)律如下：

1.電流歸算根據(jù)歸算前后的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，有考慮到，有(4.27)

(4.28)

2.電動(dòng)勢(shì)與電壓歸算由于歸算前后磁動(dòng)勢(shì)保持不變，因此主磁通也不會(huì)改變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就與所對(duì)應(yīng)的匝數(shù)成正比4.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行

(4.29)

即(4.30)

根據(jù)歸算前后的副邊繞組從原邊繞組得到的視在功率不變，有即(4.31)

(4.32)

3.阻抗歸算根據(jù)歸算前后副邊繞組的銅耗和無(wú)功功率保持不變的原則，有

即(4.33)

(4.34)

4.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行

根據(jù)以上的歸算規(guī)律，變壓器的基本方程式可歸納為(4.35)

(4.36)

(4.37)

根據(jù)所學(xué)過(guò)的電路知識(shí)，可以看出，與式(4.35)～式(4.37)相對(duì)應(yīng)的等效電路應(yīng)該具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(只有一個(gè)KCL方程)、兩個(gè)單孔回路(有兩個(gè)KVL方程)。其等效電路如圖4.14所示。圖4.14所示的等效電路為變壓器在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的T型等效電路。當(dāng)變壓器在額定點(diǎn)附近運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁支路上的電流遠(yuǎn)小于原邊電流，勵(lì)磁支路便可以提到原邊支路的前面，這種電路稱為變壓器的Г型等效電路，如圖4.15所示。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為近似等效電路，如圖4.16所示。4.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行

圖4.14變壓器的T型等效電路

圖4.15變壓器的Г型等效電路

選擇為參考相量，根據(jù)基本方程式可以畫出變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖，假定所帶負(fù)載為感性負(fù)載。滯后一個(gè)角度，根據(jù)公式4.35可以畫出()，主磁通超前感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)90°，勵(lì)磁電流超前一個(gè)鐵耗角，再根據(jù)公式4.36即可得到原邊電流，最后由公式4.34求得電壓。相量圖如圖4.17所示。4.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行

圖4.16變壓器的近似Г型等效電路

圖4.17變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖

4.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行

4.4變壓器的參數(shù)測(cè)定

在對(duì)變壓器進(jìn)行分析和計(jì)算時(shí)，所用到的參數(shù)可以通過(guò)空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)來(lái)求取。一、空載試驗(yàn)

通過(guò)空載試驗(yàn)可以測(cè)定：(1)變比k；(2)空載損耗P0；(3)勵(lì)磁參數(shù)、理論上空載試驗(yàn)即可以在高壓側(cè)進(jìn)行，也可以在低壓側(cè)進(jìn)行，但為了安全起見(jiàn)，一般是在低壓側(cè)進(jìn)行。單相變壓器空載試驗(yàn)接線圖如圖4.18所示。假定試驗(yàn)對(duì)象為一臺(tái)升壓變壓器，則原邊繞組為低壓側(cè)。在原邊繞組施加額定電壓，分別測(cè)取?？蛰d運(yùn)行時(shí)，比較小，所以繞組銅耗也比較小，但所施加的電壓為額定電壓，根據(jù)可知，主磁通為額定值，而鐵耗的大小取決于磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，故空載時(shí)所測(cè)功率P0可認(rèn)為近似等于鐵心中的鐵耗，即。又因?yàn)橹鞔磐ㄟh(yuǎn)大于漏磁通，有，其等效電路如圖4.19所示。4.4變壓器的參數(shù)測(cè)定

圖4.18空載試驗(yàn)接線圖

圖4.19空載試驗(yàn)等效電路圖

空載時(shí)所測(cè)阻抗可近似等效為勵(lì)磁阻抗，即(4.38)

(4.39)

(4.40)

變比。4.4變壓器的參數(shù)測(cè)定

對(duì)三相變壓器而言，公式中的各量都要采用相值，即一相的損耗、相電壓和相電流。所測(cè)勵(lì)磁阻抗是否需要?dú)w算，視要求而定。例如一臺(tái)降壓變壓器，副邊繞組屬于低壓側(cè)，試驗(yàn)在副邊繞組進(jìn)行，測(cè)的參數(shù)便屬于副邊繞組參數(shù)，如要求得到歸算到原邊繞組的參數(shù)，便須在計(jì)算值的基礎(chǔ)上乘以變比的平方。需要指出的是，勵(lì)磁阻抗與鐵心的飽和程度有關(guān)，電壓超過(guò)額定值越多，飽和程度越高，越小。常用的勵(lì)磁阻抗為對(duì)應(yīng)于額定電壓下所測(cè)的。二、短路試驗(yàn)

通過(guò)短路試驗(yàn)可以測(cè)定：①短路參數(shù)；②額定銅耗。短路試驗(yàn)時(shí)，副邊繞組處于短路狀態(tài)。理論上短路試驗(yàn)即可以在高壓側(cè)進(jìn)行，也可以在低壓側(cè)進(jìn)行，但為了安全起見(jiàn)，一般是在高壓側(cè)進(jìn)行。短路試驗(yàn)接線圖如圖4.20所示。下面以降壓變壓器為例來(lái)說(shuō)明其試驗(yàn)步驟。原邊繞組為高壓側(cè)，故在原邊繞組加壓。開(kāi)始時(shí)電壓必須很低，直到原邊、副邊繞組電流達(dá)到額定值。此時(shí)測(cè)得。由于短路試驗(yàn)所施加電壓很低，僅為的4%～10%，根據(jù)，可知很小，鐵耗也很小，鐵心的飽和程度低，故4.4變壓器的參數(shù)測(cè)定

就很大，勵(lì)磁支路可認(rèn)為處于開(kāi)路狀態(tài)，從電源所吸收的功率也可以認(rèn)為是全部消耗在繞組電阻上。此時(shí)，等效電路如圖4.21所示?？梢杂梢韵鹿角笕《搪穮?shù)(4.41)

(4.42)

(4.43)

繞組電阻與溫度有關(guān)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于絕緣等級(jí)為A、B、E的油浸式變壓器，在試驗(yàn)溫度θ下所測(cè)得電阻值需折算到75℃。折算規(guī)律如下式所示：當(dāng)繞組為銅線時(shí)，上式中，T=234.5℃；為鋁線時(shí)，T=228℃。4.4變壓器的參數(shù)測(cè)定

圖4.20短路試驗(yàn)接線圖

圖4.21短路試驗(yàn)等效電路圖

短路試驗(yàn)中，把繞組電流達(dá)到額定值時(shí)，加在原邊繞組兩端的電壓稱為短路電壓或阻抗電壓，；所測(cè)得Z1稱為短路阻抗。它們一般用標(biāo)幺值來(lái)表示。標(biāo)幺值的概念見(jiàn)下一節(jié)。4.5標(biāo)幺值

在變壓器的分析和計(jì)算中，有時(shí)會(huì)采用標(biāo)幺值來(lái)表示某一物理量的大小。所謂的標(biāo)幺值是指某一物理量的實(shí)際值與所選基值之間的比值。即：標(biāo)幺值=實(shí)際值/基值?；狄话氵x擇為額定值。對(duì)變壓器而言，其標(biāo)幺值及基值的選擇如下：(1)電壓：；(2)電流：；(3)阻抗：，其中。

可見(jiàn)，基值如何選取，首先要看該物理量屬于哪一側(cè)，一般選擇所屬側(cè)相應(yīng)的額定值作為其基值。

用標(biāo)幺值來(lái)描述某一物理量具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)可以直觀地看出變壓器的運(yùn)行狀況。比如一臺(tái)變壓器，已知其原邊所加電壓U1=110V，電流I1=10A。對(duì)此，除了其實(shí)際工作電壓和電流，我們看不出其他任何東西。如果我們知道，便可以十分清楚地知道原邊所加的電壓為額定值，而電流只達(dá)到額定電流的50%，處于帶半載的工作狀態(tài)。

(2)可以根據(jù)標(biāo)幺值判定變壓器的性能是否正常。無(wú)論變壓器容量的大小，其空載電流的標(biāo)幺值一般為2%～5%，短路阻抗的標(biāo)幺值一般為4%～10%。如果已知一臺(tái)變壓器的=25%，初步可以判斷該變壓器已經(jīng)出現(xiàn)了不正常的工作狀態(tài)。

(3)繞組歸算前后，物理量的標(biāo)幺值保持不變。為此，我們就沒(méi)有必要知道到底是從哪一側(cè)往另外一側(cè)歸算。以副邊繞組電壓歸算為例4.5標(biāo)幺值

這是由于在歸算前，U2屬于副邊參數(shù)，其基值應(yīng)該選副邊電壓的額定值U2N，歸算到原邊以后，U2’已屬于原邊參數(shù)，其值增大為原來(lái)的k倍，但此時(shí)應(yīng)該選擇原邊繞組額定電壓U1N作為其基值，U1N=kU2N。歸算值與基值同時(shí)增為原來(lái)的k倍，故歸算前后標(biāo)幺值不變。

(4)采用標(biāo)幺值后，可以使計(jì)算變得簡(jiǎn)單。4.5標(biāo)幺值

4.6變壓器的運(yùn)行特性

變壓器的運(yùn)行特性包含兩個(gè)方面：

(1)外特性。即原邊繞組施加額定電壓，負(fù)載的功率因數(shù)保持不變時(shí)，副邊繞組端電壓隨負(fù)載電流的變化規(guī)律U2=f(I2)。

(2)效率特性。一、外特性

由于原邊繞組所加電壓始終為額定值，主磁通保持不變，副邊繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也保持不變。當(dāng)副邊電流發(fā)生變化時(shí)，副邊漏阻抗壓降也會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致副邊端電壓隨之變化。將其變化規(guī)律用曲線描述出來(lái)，就是變壓器的外特性曲線。變壓器在純電阻或感性負(fù)載時(shí)，外特性曲線呈下降趨勢(shì)，而在容性負(fù)載時(shí)可能出現(xiàn)上翹的情況。純電阻時(shí)，端電壓變化比較小，感性或容性成分增加時(shí)，端電壓變化量會(huì)加大。在變壓器分析過(guò)程中，通常用電壓調(diào)整率ΔU%來(lái)衡量端電壓變化的程度。電壓調(diào)整率指的是在原邊繞組施加額定電壓，負(fù)載功率因數(shù)一定，變壓器從空載到負(fù)載時(shí)，端電壓之差(U20-U2)與副邊額定電壓U2N之比的百分值。即4.6變壓器的運(yùn)行特性

(4.45)

下面通過(guò)對(duì)變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)簡(jiǎn)化電路的相量圖(如圖4.22所示)的分析，以感性負(fù)載為例，對(duì)電壓調(diào)整率作進(jìn)一步的闡述。由圖4.22可以看出在一般情況下，項(xiàng)數(shù)值往往可以忽略，因此于是有由圖4.22所示的幾何關(guān)系可以看出圖4.22變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)簡(jiǎn)化等效電路的相量圖(4.46)

(4.47)

(4.48)

4.6變壓器的運(yùn)行特性

故(4.49)

式中——負(fù)載系數(shù)，當(dāng)所帶負(fù)載為額定負(fù)載時(shí)，β=1。對(duì)三相變壓器而言，在利用公式(4.48)計(jì)算電壓調(diào)整率ΔU%時(shí)，電壓電流分別用相電壓、相電流的額定值來(lái)代替。從該式還可以看出，當(dāng)所帶負(fù)載呈容性時(shí)，，如果時(shí)，外特性便會(huì)呈上翹的特性。

在一定程度上，電壓調(diào)整率可以反映出變壓器的供電品質(zhì)，是衡量變壓器性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。不同性質(zhì)的負(fù)載的U2=f(I2)曲線如圖4.23所示。圖4.23變壓器在不同負(fù)載時(shí)的端電壓變化率

二、效率特性4.6變壓器的運(yùn)行特性

變壓器的效率指的是輸出的有功功率與輸入的有功功率之比，即首先認(rèn)為變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，副邊端電壓的變化可以忽略。則三相變壓器的輸出功率與上式具有相同的形式，只不過(guò)需要把式中變壓器的容量用代替。下面對(duì)變壓器的損耗加以分析。在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，變壓器存在兩種損耗，鐵耗與銅耗，變壓器的鐵耗與原邊繞組所施加的電壓有關(guān)，在其不變的前提下，鐵耗為一常數(shù)，通常稱為不變損耗，由于變壓器原邊繞組所加電壓為額定電壓，其鐵耗可認(rèn)為與空載試驗(yàn)時(shí)所測(cè)的空載損耗相等；變壓器的銅耗為原邊、副邊繞組電阻上所消耗的功率，由變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的簡(jiǎn)化等效電路可知(4.50)

4.6變壓器的運(yùn)行特性

(4.51)

式中——短路試驗(yàn)時(shí)所測(cè)的額定銅耗。

由上式可以看出，變壓器的銅耗隨負(fù)載的變化而變化，故可稱之為可變損耗。把式(4.50)代入式(4.51)，可得變壓器的效率特性曲線

=f(I2)如圖4.24所示。從該特性曲線可以看出，在某一負(fù)載時(shí)效率最高。我們可以根據(jù)高等數(shù)學(xué)的理論，從著手求得效率最高時(shí)的

m，然后代入公式(4.52)得到最高效率。(4.52)

4.6變壓器的運(yùn)行特性

圖4.24變壓器的效率特性

經(jīng)求解，可得效率最高的條件為：。即當(dāng)不變損耗(鐵耗)等于可變損耗(銅耗)時(shí)，變壓器具有最高效率?？紤]到變壓器的實(shí)際情況，一般并不在額定狀態(tài)下運(yùn)行，在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，常常讓變壓器在β＜1時(shí)達(dá)到最高效率。這樣做的目的主要是讓鐵耗盡量的小一些。效率的高低可以反映出變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能，它也是一項(xiàng)重要指標(biāo)。由于變壓器是一種靜止的裝置，在能量傳遞過(guò)程中沒(méi)有機(jī)械損耗，所以其效率比同容量的旋轉(zhuǎn)電機(jī)要高一些。一般電力變壓器的額定效率。本章小結(jié)

變壓器也是基于電磁感應(yīng)定律而工作的，故變壓器也可歸類為電機(jī)。但它與其它旋轉(zhuǎn)電機(jī)的差別在于變壓器屬于靜止的裝置，與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換作用不同，它只是起到能量傳遞的功能。即包含電路，又包含磁路的變壓器，是通過(guò)磁場(chǎng)這一媒介，將原邊繞組從電源吸收的能量傳遞到副邊繞組的。所以分析變壓器，要首先從磁場(chǎng)分析著手，推導(dǎo)出磁動(dòng)勢(shì)和電動(dòng)勢(shì)兩種平衡關(guān)系，最后得到空載和負(fù)載運(yùn)行時(shí)的等效電路、相量圖以及穩(wěn)態(tài)性能。

(1)磁場(chǎng)分析是變壓器分析的出發(fā)點(diǎn)，為了方便起見(jiàn)，把它們分為主磁通和漏磁通。無(wú)論空載還是負(fù)載運(yùn)行，變壓器的鐵心中都會(huì)產(chǎn)生同時(shí)與原邊、副邊繞組相交鏈的主磁通。空載時(shí)，在原邊繞組還會(huì)存在只與原邊繞組相交鏈的漏磁通；負(fù)載時(shí)，原邊、副邊繞組都存在漏磁通。

(2)在忽略漏磁通及繞組壓降的前提下，，所以，原邊繞組所加電壓決定主磁通的大小。所有的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都是相對(duì)應(yīng)磁通與匝數(shù)乘積的4.44f倍。例如，副邊繞組漏磁通所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：，并且，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在相位上都滯后于產(chǎn)生它的磁通90°。本章小結(jié)

(3)從空載到負(fù)載，副邊繞組電流從無(wú)到有，原邊繞組電流會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的增量以維持鐵心中的主磁通保持不變，這就是變壓器的恒磁通原理。

(4)在變壓器的分析與計(jì)算中，有時(shí)會(huì)引入標(biāo)幺值的概念。

(5)可以用電壓調(diào)整率ΔU%和效率

這兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)衡量變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的性能。電壓調(diào)整率可以反映出變壓器在傳輸電能時(shí)副邊繞組端電壓的穩(wěn)定性和供電品質(zhì)；而效率則可以反映一臺(tái)變壓器在經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)劣。思考題與習(xí)題4-1變壓器的原邊、副邊各物理量的正方向是如何規(guī)定的？4-2為什么電力變壓器的高壓繞組常在低壓繞組的外面？4-3主磁通和漏磁通之間有哪些主要區(qū)別？4-4變壓器的空載電流的性質(zhì)和作用如何？4-5變壓器空載運(yùn)行時(shí)，是否要從電網(wǎng)取得功率？這些功率屬于什么性質(zhì)？起什么作用？4-6簡(jiǎn)要說(shuō)明變壓器激磁電抗和漏抗的物理意義。它們分別對(duì)應(yīng)什么磁通，對(duì)已制成的變壓器，它們是否是常數(shù)？當(dāng)電源電壓降低時(shí)，它們?nèi)绾巫兓?？這兩個(gè)電抗大好還是小好，為什么？4-7一臺(tái)220/110V的單相變壓器，如不慎將220V電壓加在副邊側(cè)，會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？4-8如將額定頻率為60Hz的變壓器，接到50Hz的電網(wǎng)上運(yùn)行，試分析對(duì)主磁通、勵(lì)磁電流、鐵耗、漏抗及電壓變化率有何影響？4-9試?yán)L出變壓器T形、近似和簡(jiǎn)化的等效電路，說(shuō)明各參數(shù)的意義和各等效電路的使用場(chǎng)合。4-10變壓器在感性和容性負(fù)載時(shí)，對(duì)副邊電壓的影響？容性負(fù)載時(shí)，副邊側(cè)電壓與空載時(shí)相比，是否一定增加？4-11為什么變壓器的空載損耗可以近似看成鐵耗，短路損耗可近似看成銅耗？負(fù)載時(shí)變壓器真正的鐵耗和銅耗與空載損耗和短路損耗有無(wú)差別，為什么？4-12影響變壓器輸出電壓穩(wěn)定性的因素有哪些？為什么會(huì)影響穩(wěn)定性？4-13一臺(tái)單相變壓器，SN=1000kVA，U1N/U2N=60/6.3kV，fN=50Hz，空載及短路實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如下：試計(jì)算：(1)折算到高電壓邊的參數(shù)(實(shí)際值及標(biāo)么值)；(2)空載、短路以及滿載時(shí)的鐵耗和銅耗；(3)計(jì)算電壓變化率和副邊側(cè)電壓；(4)滿載且時(shí)的電壓變化率及效率；(5)最大效率。

思考題與習(xí)題實(shí)驗(yàn)名稱電壓/V電流/A功率/W電源加壓側(cè)空載630010.15000低電壓邊短路324015.1514000高電壓邊思考題與習(xí)題4-14有一臺(tái)單相變壓器，額定容量SN=100kVA，原副邊額定電壓U1N/U2N=6000/230V，fN=50Hz。原副線圈的電阻及漏抗為r1=4.32

，r2=0.0063

，x1σ=8.9

，x2σ=0.013

。試求：(1)折算到高壓邊的短路電阻rk，短路電抗xk及阻抗zk；(2)折算到低壓邊的短路電阻rk

’，短路電抗xk’及阻抗zk’

；(3)將(1)、(2)求得的參數(shù)用標(biāo)么值表示；(4)計(jì)算變壓器的短路電壓百分比ΔU(%)；(5)求滿載且等3種情況下的電壓變化率ΔU(%)。4-15一臺(tái)單相變壓器，已知r1=2.19

，r2=0.15

，x1σ=15.4

，x2σ=0.964

，rm=1250

，xm=12600

，當(dāng)時(shí)，N1/N2=876/260，副邊電流I2=180A，U2=6000V。試求：(1)用近似T形等效電路和近似等效電路求U1、I1；(2)畫出T形等效電路的相量圖。單相變壓器的空載運(yùn)行

EmptyRunningofSingleTransformer*單相變壓器的空載運(yùn)行一、電磁現(xiàn)象*單相變壓器的空載運(yùn)行各量的電磁關(guān)系：*單相變壓器的空載運(yùn)行主、漏磁通的區(qū)別：*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：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。單相變壓器的空載運(yùn)行二、空載電流：*1）作用和組成一方面：用來(lái)勵(lì)磁，建立磁場(chǎng)-----無(wú)功分量二方面：供變壓器空載損耗-------有功分量2）性質(zhì)和大小性質(zhì)：主要是感性無(wú)功性質(zhì)----也稱勵(lì)磁電流；大小：與電源電壓和頻率、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(lái)表示。單相變壓器的空載運(yùn)行*3)空載電流波形磁路飽和時(shí)，正弦，尖頂，正弦，平頂。單相變壓器的空載運(yùn)行三、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)*單相變壓器的空載運(yùn)行*為一次側(cè)漏抗，反映漏磁通的作用。對(duì)一切電抗返回12頁(yè)單相變壓器的空載運(yùn)行四、空載損耗*經(jīng)驗(yàn)公式：

空載損耗約占額定容量的（0.2~1）%，隨容量的增大而減小。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。包括：銅損耗鐵損耗。單相變壓器的空載運(yùn)行五、電磁關(guān)系：*1、電勢(shì)方程：忽略漏阻抗壓降后有效值：故：可知：影響主磁通大小的因素是電源電壓、電源頻率和一次側(cè)線圈的匝數(shù)，與鐵芯的材質(zhì)和幾何尺寸無(wú)關(guān)。單相變壓器的空載運(yùn)行2、變比*定義：變比為一、二次線圈主電勢(shì)之比。或?qū)θ嘧儔浩?，變比指一、二次?cè)相電勢(shì)之比Y，D接線D，Y接線單相變壓器的空載運(yùn)行3、等效電路*連接第8頁(yè)令：其中：-----勵(lì)磁阻抗-----勵(lì)磁電阻，對(duì)應(yīng)鐵損耗的等效電阻；-----勵(lì)磁電抗，對(duì)應(yīng)主磁通的電抗。一次側(cè)的電勢(shì)方程為：?jiǎn)蜗嘧儔浩鞯目蛰d運(yùn)行等效電路為：*

由于主磁通路徑鐵心為非線性磁路，故勵(lì)磁阻抗、勵(lì)磁電阻和勵(lì)電抗均不為常數(shù)，大小隨磁路的飽和而減小。單相變壓器的空載運(yùn)行4、相量圖*空載時(shí)的基本方程為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(wú)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。

單相異步電動(dòng)機(jī)一、單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理結(jié)構(gòu)：定子放單相繞組（其中通220V單相交流電）轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。定子轉(zhuǎn)子定子繞組220V~

NS

當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)增加時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在電流正半周在電流負(fù)半周？轉(zhuǎn)子借助其它力量轉(zhuǎn)動(dòng)后，外力去除后仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。其原理分析如下：

定子繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)（

），可用正、反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)合成而等效。即：

+

-t

m

=

+

-=

m/2脈動(dòng)磁場(chǎng)的分解④④⑥⑥⑧⑧

②②

-

+③③⑦⑦⑨⑨⑤⑤①①

+

-

正反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的合成轉(zhuǎn)矩特性合成轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零。（正向）（反向）正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反電容分相式起動(dòng)二、單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)~KDCWSTW:主繞組（工作繞組）ST：?jiǎn)?dòng)繞組K：離心開(kāi)關(guān)AXA'X'WSTAXA'X'~KDCWST接近90°電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)原理~KDCWSTAXA'X'WSTAXA'X't=t0

NSt=t0WSTAXA'X'

NSWSTAXA'X'NSt=t1

磁場(chǎng)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)t=t0t=t1啟動(dòng)時(shí)開(kāi)關(guān)K閉合，使兩繞組電流相位差約為90°，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)；轉(zhuǎn)動(dòng)正常以后離心開(kāi)關(guān)被甩開(kāi)，啟動(dòng)繞組被切斷，而電機(jī)仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。工作原理~KDCWSTAXA'X'罩極式單相電機(jī)定子磁極轉(zhuǎn)子短路環(huán)

定子通入電流以后，部分磁通穿過(guò)短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒(méi)有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來(lái)。

圖中電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向：順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)闆](méi)有短路環(huán)部分的磁通比有短路環(huán)部分的磁通領(lǐng)先。

單相異步電動(dòng)機(jī)的功率小，主要制成小型電機(jī)。它的應(yīng)用非常廣泛，如家用電器（洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇）、電動(dòng)工具（如手電鉆）、醫(yī)用器械、自動(dòng)化儀表等。

三、單相電機(jī)的使用

三相異步電動(dòng)機(jī)的單相運(yùn)行

三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，若其中一相和電源斷開(kāi)，則變成單相運(yùn)行。此時(shí)和單相電機(jī)一樣，電機(jī)仍會(huì)按原來(lái)方向運(yùn)轉(zhuǎn)。但若負(fù)載不變，三相供電變?yōu)閱蜗喙╇姡娏鲗⒆兇螅瑢?dǎo)致電機(jī)過(guò)熱。使用中要特別注意這種現(xiàn)象；三相異步電動(dòng)機(jī)若在啟動(dòng)前有一相斷電，和單相電機(jī)一樣將不能啟動(dòng)。此時(shí)只能聽(tīng)到嗡嗡聲，長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)不了，也會(huì)過(guò)熱，必須趕快排除故障。第一章磁路*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*第一節(jié)磁路的基本概念和基本定律一、磁路的基本概念磁路：磁通

經(jīng)過(guò)的路徑?；疚锢砹浚?、磁感應(yīng)強(qiáng)度B（磁密）單位：Wb/m2;或T2、磁通

單位：WB3、磁場(chǎng)強(qiáng)度H單位：A/m4、磁動(dòng)勢(shì)F=NI單位：A5、磁壓降V=Hl單位：A

線圈中有電流I，線圈周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)弱取決于線圈匝數(shù)N和電流I的乘積IN，該乘積就叫磁動(dòng)勢(shì)F。*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*變壓器磁路*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*5、磁導(dǎo)率

表示物質(zhì)導(dǎo)磁能力強(qiáng)弱的物理量

=B/H單位：亨/米空氣磁導(dǎo)率

0=4

×10-7H/m鐵磁材料磁導(dǎo)率

>>

0*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*6、磁阻Rm磁阻Rm=L/(

S)L:磁路長(zhǎng)度；

：磁導(dǎo)率；S：磁路截面積單位：1/亨*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*二.磁路的基本定律1、安培環(huán)路定律（全電流定律）磁場(chǎng)強(qiáng)度H沿任意閉合回路l的線積分，等于該閉合回路所包圍的全電流，即*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*2、磁路歐姆定律磁路中的磁通與磁勢(shì)成正比，與磁阻成反比，即磁通

=F/Rm*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*3、磁路的基爾霍夫第一定律

任何磁路中，流進(jìn)節(jié)點(diǎn)的磁通代數(shù)和為零4、磁路的基爾霍夫第二定律在閉合磁回路中，磁路各段磁壓降代數(shù)和等于作用于該磁路上的磁動(dòng)勢(shì)之和。*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*三

.基本電磁定律1、電磁感應(yīng)定律1）運(yùn)動(dòng)電勢(shì)：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中會(huì)感應(yīng)出電勢(shì)e。大?。弘妱?shì)e=Blv。B:磁密；l：導(dǎo)體長(zhǎng)度；v：導(dǎo)體與磁場(chǎng)的相對(duì)速度。正方向：用右手定則判斷電勢(shì)e正方向表示電位升高的方向，與U相反。如果同一元件上e和U正方向相同時(shí)，e=-U。*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*2）變壓器電勢(shì)：線圈中的磁通變化時(shí)，線圈中會(huì)感應(yīng)電勢(shì)e：電勢(shì)e正方向：e的正方向與

正方向符合右手螺旋關(guān)系*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*2、電磁力定律一個(gè)通電流的導(dǎo)體，在磁場(chǎng)中要受到力的作用，這個(gè)力叫電磁力。電磁力f=Bli電磁力方向：左手定則判斷*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*第二節(jié)鐵磁材料的磁性能一、高導(dǎo)磁性數(shù)據(jù)終端設(shè)備1、含義：在一個(gè)空間（外）磁場(chǎng)中，放入鐵磁材料，該磁場(chǎng)會(huì)被大大加強(qiáng)。2、高導(dǎo)磁性原因*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*二、鐵磁材料的磁化過(guò)程和磁化曲線鐵磁材料的磁化過(guò)程可分為四階段：可逆磁化階段、不可逆磁化階段、可逆與不可逆磁化階段、趨近飽和階段磁場(chǎng)強(qiáng)度H與鐵磁材料中B的關(guān)系曲線B=f(H)*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)**電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*三、鐵磁材料的磁滯和剩磁現(xiàn)象鐵磁材料中磁場(chǎng)B的變化落后于外磁場(chǎng)H的變化稱為磁滯現(xiàn)象，從而在鐵磁材料中產(chǎn)生了剩磁。飽和磁滯回線與換向磁化曲線上的各有關(guān)磁學(xué)量*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)**電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)**電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*四、鐵磁材料的磁損耗當(dāng)鐵磁材料處于變化磁場(chǎng)中，會(huì)產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。1、渦流損耗pFe=CFeD2f2B2CFe

：系數(shù)

D：厚度

f:頻率B：磁密2、磁滯損耗小磁鐵來(lái)回翻轉(zhuǎn)，摩擦耗能。ph=khfB2*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*第二章電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)本章要求：掌握拖動(dòng)、電力拖動(dòng)、負(fù)載機(jī)械特性、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、飛輪力矩、拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩、阻轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)矩正方向規(guī)定的基本概念。熟悉生產(chǎn)機(jī)械典型的運(yùn)動(dòng)形式。掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)中研究的主要物理量。熟練掌握單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式，并會(huì)利用其判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)。會(huì)將多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩及飛輪力矩等效成單軸系統(tǒng)。掌握典型的負(fù)載機(jī)械特性。*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*第一節(jié)典型生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式及轉(zhuǎn)矩一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本概念電力拖動(dòng)是用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以完成一定的生產(chǎn)任務(wù)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*二、典型生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式和轉(zhuǎn)矩1、離心式風(fēng)機(jī)負(fù)載單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩TL=kn22、車床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與n無(wú)關(guān)3、平移傳動(dòng)系統(tǒng)多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與n無(wú)關(guān)4、提升傳動(dòng)系統(tǒng)多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與n無(wú)關(guān)*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)矩分為：摩擦阻力產(chǎn)生的和重力作用產(chǎn)生的。摩擦阻力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為反抗性轉(zhuǎn)矩，其作用方向與n相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。重力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為位能性轉(zhuǎn)矩，其作用方向與n無(wú)關(guān)，提升時(shí)為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；下放時(shí)為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*第二節(jié)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程一.單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程研究運(yùn)動(dòng)方程,以電動(dòng)機(jī)的軸為研究對(duì)象，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的軸受力如圖示。電力拖動(dòng)系統(tǒng)正方向的規(guī)定：先規(guī)定轉(zhuǎn)速n的正方向，然后規(guī)定電磁轉(zhuǎn)矩的正方向與n的正方向相同，規(guī)定負(fù)載轉(zhuǎn)矩的正方向與n的正方向相反。*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的軸受力如圖示，由力學(xué)定律可知,其必須遵守下列方程式:T：電磁轉(zhuǎn)矩；TL：負(fù)載轉(zhuǎn)矩,N.mJ：電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.m2

：電動(dòng)機(jī)角速度,rad/s在工程計(jì)算中,常用n代替

表示系統(tǒng)速度,用飛輪力矩GD2代替J表示系統(tǒng)機(jī)械慣性。*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*

=2

n/60J=m

2=(G/g)

(D2)/4=GD2/4gM：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量，KgG：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量，N

：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，mD：系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)直徑，mg：重力加速度=9.8m/s2*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)**電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*二、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及飛輪慣量（飛輪矩）即J=m

2GD2=4gJ=4gm

2=4G

2*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*三、功率平衡方程*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*第三節(jié)多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩及飛輪矩的折算多軸系統(tǒng)需等效為單軸系統(tǒng)。等效指系統(tǒng)傳遞的功率不變。一.多軸系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩及飛輪矩的折算*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*1.負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算折算前負(fù)載功率P2=Tm

m等效負(fù)載功率P2′=Tmeq

Tm

m=Tmeq

等效轉(zhuǎn)矩Tmeq為Tmeq=Tm

m/Tmeq=Tmnm/n=Tm/j

總轉(zhuǎn)速比j=n/nm=各級(jí)轉(zhuǎn)速比的乘積=j1j2...考慮傳動(dòng)損耗Tmeq=Tm/(jC)

傳動(dòng)效率

C=各級(jí)傳動(dòng)效率乘積=1

2...*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*2.飛輪矩(轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)的折算折算原則：折算前后系統(tǒng)動(dòng)能不變1/2Jeq

2=1/2Jm

m2+1/2J1

12+1/2JR

2

等式兩邊

除以

2

?

乘以4g

*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*其中：修正系數(shù)

=1.1~1.25

多軸系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng)后的運(yùn)動(dòng)方程為：其中：TL=T0+Tmeq*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*二、平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的折算1、阻力Fm的折算折算前負(fù)載功率P2=FmVm折算后負(fù)載功率P2′=Tmeq

Tmeq=FmVmTmeq=FmVm/=2n/60Tmeq=9.55FmVm/n考慮傳動(dòng)損耗

Tmeq=9.55FmVm/nC*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*2、平移部件質(zhì)量的折算(P12)折算原則：系統(tǒng)動(dòng)能不變折算前運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)能為：折算后運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)能為：*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*第四節(jié)負(fù)載的機(jī)械特性負(fù)載的機(jī)械特性指：n=f(TL)關(guān)系一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械特性1、反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩由摩擦力產(chǎn)生，其特點(diǎn)：大小恒定（與n無(wú)關(guān)）；作用方向與運(yùn)動(dòng)方向相反。*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)**電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*2、位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩由重力產(chǎn)生其特點(diǎn)：絕對(duì)值大小恒定；作用方向與n無(wú)關(guān)，不變。提升時(shí)：nm>0,Tm>0阻轉(zhuǎn)矩下放時(shí)：nm<0,Tm>0拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*二、風(fēng)機(jī)負(fù)載機(jī)械特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系TL=kn2。*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*三、恒功率負(fù)載機(jī)械特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系TL=k/n*電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)*

電力拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)最簡(jiǎn)單的電力拖動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)直接相連，稱為單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)電源控制設(shè)備電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)工作機(jī)構(gòu)電力拖動(dòng)系統(tǒng)組成通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)我們要掌握電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)速度控制的力學(xué)理論。單軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)速

是由T、TL和J決定的，它們之間的關(guān)系可以用旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的牛頓第二定律來(lái)表示。生產(chǎn)機(jī)械電動(dòng)機(jī)T

TL多軸系統(tǒng)由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速和生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速不同，需通過(guò)折算來(lái)分析。同樣平移機(jī)械和升降機(jī)械也需折算來(lái)解決。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速是在一定范圍內(nèi)變化的，要解決整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的速度問(wèn)題，必須要了解負(fù)載的機(jī)械特性，同時(shí)要考慮電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的機(jī)械特性的穩(wěn)定性關(guān)系。本章主要內(nèi)容2.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)方程式2.2多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化2.3負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件2.1

電力拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)方程式單軸電氣傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程式為：生產(chǎn)機(jī)械電動(dòng)機(jī)T

TL2.1

電力拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)方程式工程計(jì)算用n代替?、GD2代替J，有：（T-TL）為動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（T-TL）=0

系統(tǒng)處于恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)；（T-TL）>0

系統(tǒng)處于加速運(yùn)行過(guò)程；（T-TL）<0

系統(tǒng)處于減速運(yùn)行過(guò)程。2.2

多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化折算原則：保持系統(tǒng)的功率傳遞關(guān)系及系統(tǒng)的儲(chǔ)存動(dòng)能不變。根據(jù)不同的負(fù)載，分析三種負(fù)載情況的折算電動(dòng)機(jī)T,T0nGDa2j1,η1nbGDb2j2,η2nfGDc2工作機(jī)構(gòu)Tf電動(dòng)機(jī)T,T0等效負(fù)載TFnGD22.2.1

轉(zhuǎn)動(dòng)情況時(shí)，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算1.轉(zhuǎn)矩折算由折算前后功率不變?cè)瓌t，如不考慮損耗j=n/nf為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總速比，j=j1j2j3....。電動(dòng)機(jī)T,T0等效負(fù)載TFnGD2電動(dòng)機(jī)T,T0nGDa2j1,η1nbGDb2j2,η2nfGDc2工作機(jī)構(gòu)Tf2.2.1

轉(zhuǎn)動(dòng)情況時(shí)，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算若考慮損耗η為機(jī)構(gòu)總效率，η=η1η2η3...。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩?fù)p失：電動(dòng)機(jī)T,T0等效負(fù)載TFnGD2電動(dòng)機(jī)T,T0nGDa2j1,η1nbGDb2j2,η2nfGDc2工作機(jī)構(gòu)Tf2.2.1

轉(zhuǎn)動(dòng)情況時(shí)，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算2.飛輪矩折算旋轉(zhuǎn)物體的動(dòng)能：折算前后該轉(zhuǎn)軸的動(dòng)能不變,負(fù)載軸上的飛輪矩：化簡(jiǎn)后：電動(dòng)機(jī)T,T0等效負(fù)載TFnGD2電動(dòng)機(jī)T,T0nGDa2j1,η1nbGDb2j2,η2nfGDc2工作機(jī)構(gòu)Tf2.飛輪矩折算同理轉(zhuǎn)速為nb軸上的飛輪矩：電動(dòng)機(jī)軸的飛輪矩：GDa22.飛輪矩折算總飛輪矩是三軸飛輪矩的疊加：一般表達(dá)式：總飛輪矩的估算：2.2.2

平移運(yùn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算1.轉(zhuǎn)矩折算切削功率：

P=Fv忽略，功率不變?cè)瓌t：考慮損耗則：電動(dòng)機(jī)軸的功率：2.2.2

平移運(yùn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算2.飛輪矩的折算平動(dòng)部分的動(dòng)能：折算到電機(jī)軸上的動(dòng)能折算前后的動(dòng)能不變2.2.3升和降重物時(shí)，轉(zhuǎn)矩與飛輪矩的折算1.負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算1）提升時(shí)的轉(zhuǎn)矩折算2）下降時(shí)的轉(zhuǎn)矩折算提升重物時(shí)，電動(dòng)機(jī)負(fù)擔(dān)?T：下放重物時(shí)，?T由負(fù)載負(fù)擔(dān)

：2.3

負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性與系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件2.3.1負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系的特性1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩由摩擦力產(chǎn)生，其特點(diǎn)：大小恒定（與n無(wú)關(guān)）；作用方向與運(yùn)動(dòng)方向相反。nfTfnfTfTnfTfTf0（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載考慮到損耗轉(zhuǎn)矩ΔT，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性如下圖所示。TnTFΔTTf/jTFΔTTf/j（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性

提升時(shí)：n>0,TL>0阻轉(zhuǎn)矩下放時(shí)：n<0,TL>0拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩nTfTn0TfTnTf/j不考慮損耗ΔTΔTTFTF折算后并考慮損耗ΔT

2.風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小基本與轉(zhuǎn)速的平方成正比，既TF

n2TFn03.

恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小基本上與轉(zhuǎn)速成反比。既TF=K/nTFn02.3.2

電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件生產(chǎn)機(jī)械電動(dòng)機(jī)TnTL系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件：n不變，T=TL但不充分。電動(dòng)機(jī)軸的T與n關(guān)系就是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。Tn0TFn0A負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性

2.3.2

電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件當(dāng)有干擾時(shí)，系統(tǒng)能否穩(wěn)定？當(dāng)干擾消失后，能否回到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)？TBTA'TCBTn0n0ATAA'C2.3.2

電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件系統(tǒng)不穩(wěn)定舉例TBTATn0An0B2.3.2

電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件穩(wěn)定系統(tǒng)與不穩(wěn)定系統(tǒng)比較Tn0n0TLTLTn0n0dT/dn<0,dTL/dn>0,dT/dn<dTL/dn。dT/dn>0,dTL/dn＝0,dT/dn>dTL/dn。

系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件

交流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)鼠籠式繞線式異步機(jī)同步機(jī)他勵(lì)、異勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)鼠籠式異步交流電動(dòng)機(jī)授課內(nèi)容：基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機(jī)械特性、控制方法電動(dòng)機(jī)的分類§8.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理磁鐵閉合線圈e方向用右手定則確定f方向用左手定則確定磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)線長(zhǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度切割速度（右手定則）閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流

i（左手定則）通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力1.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)→兩者轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致

結(jié)論：2.線圈比磁場(chǎng)轉(zhuǎn)得慢異步三相異步機(jī)的結(jié)構(gòu)YBZXAC轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機(jī)座轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)