電機(jī)及拖動(dòng)授課教案

《電機(jī)與拖動(dòng)》教案08級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)皖西學(xué)院機(jī)電學(xué)院二〇一二年八月緒論§１電機(jī)及電力拖動(dòng)簡(jiǎn)介什么是電機(jī)在現(xiàn)代，電能是一種廣泛應(yīng)用的能源。電能與其他能源相比，有突出的優(yōu)點(diǎn)。首先電能的生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換比較經(jīng)濟(jì)；其次電能傳輸與分配比較容易；再者電能的使用與控制比較方便，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因此，在現(xiàn)代社會(huì)中，電能的應(yīng)用已遍及各行各業(yè)中。在電能的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、傳輸、分配、使用與控制等方面，都必須通過能夠進(jìn)行能量(或信號(hào))傳遞與變換的電磁機(jī)械裝置，這些電磁機(jī)械裝置被廣義地稱為電機(jī)。通常所說的電機(jī)，是指那些利用電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)制造而成的、用于實(shí)現(xiàn)能量(或信號(hào))傳遞與變換的電磁機(jī)械的統(tǒng)稱。按電機(jī)的功能來分類，電機(jī)可分為：(1)發(fā)電機(jī)——把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能；(2)電動(dòng)機(jī)——把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能；(3)變壓器、變頻機(jī)、變流機(jī)、移相器等，是分別用于改變電壓、頻率、電流及相位的，即把一種類型的電能轉(zhuǎn)變成另一種類型的電能；(4)控制電機(jī)——應(yīng)用于各類自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制元件。值得指出的是，從基本工作原理來看，發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)只是電機(jī)的兩種不同的運(yùn)行方式，從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)來看，二者是可逆的。上述的各種電機(jī)中，有些是靜止的，如變壓器；有些是旋轉(zhuǎn)的，如各種類型的發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)。按電流的類型及工作原理的某些差異，旋轉(zhuǎn)電機(jī)又可分為直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、交流同步電機(jī)及各種具有專門用途的控制電機(jī)等。電機(jī)以及電力拖動(dòng)的發(fā)展概況始于19世紀(jì)60～70年代的第二次工業(yè)技術(shù)革命，是以電力的廣泛應(yīng)用為顯著特點(diǎn)的。從此人類社會(huì)由蒸汽機(jī)時(shí)代步入了電氣化時(shí)代。在法拉第電磁感應(yīng)定律基礎(chǔ)上，一系列電氣發(fā)明相繼出現(xiàn)。1866年，德國(guó)工程師西門子制成發(fā)電機(jī)；1870年比利時(shí)人格拉姆發(fā)明了電動(dòng)機(jī)，電力開始成為取代蒸汽來拖動(dòng)機(jī)器的新能源。隨后，各種用電設(shè)備相繼出現(xiàn)。1882年法國(guó)學(xué)者德普勒發(fā)明了遠(yuǎn)距離送電的方法。同年，美國(guó)著名發(fā)明家愛迪生創(chuàng)建了美國(guó)第一個(gè)火力發(fā)電站，把輸電線結(jié)成網(wǎng)絡(luò)。從此電力作為一種新能源而廣泛應(yīng)用。那時(shí)，電機(jī)剛剛在工業(yè)上初步應(yīng)用，各種電機(jī)初步定型，電機(jī)設(shè)計(jì)理論和電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算初步建立。隨著社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，對(duì)電機(jī)也提出了更高的要求，如：性能良好、運(yùn)行可靠、單位容量的重量輕體積小等，而且隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展要求，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的理論基礎(chǔ)上，又派生出多種精度高、響應(yīng)快的控制電機(jī)，成為電機(jī)學(xué)科的一個(gè)獨(dú)立分支。電機(jī)制造也向著大型、巨型發(fā)展。中小型電機(jī)正向多用途、多品種方向發(fā)展，向高效節(jié)能方向發(fā)展。各種響應(yīng)快速、起?？焖俚奶胤N電機(jī)在各種復(fù)雜的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和無人工廠中實(shí)現(xiàn)了比人的手腳更復(fù)雜而精巧的運(yùn)動(dòng)。古老的電機(jī)學(xué)已經(jīng)和電力電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、控制論結(jié)合起來，發(fā)展成了一門新的學(xué)科。在我國(guó)，電機(jī)制造業(yè)也發(fā)生了巨大的變化。我國(guó)的電機(jī)生產(chǎn)從1917年至今已有80多年的歷史，經(jīng)過改革開放20多年的發(fā)展，特別是近10年的發(fā)展，有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，令世人矚目。目前已經(jīng)形成比較完整的產(chǎn)業(yè)體系，電機(jī)產(chǎn)品的品種、規(guī)格、性能和產(chǎn)量滿足了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。而且一些產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。近來世界上電機(jī)行業(yè)專家紛紛預(yù)測(cè)，中國(guó)將會(huì)成為世界電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)制造基地。近年來我國(guó)已生產(chǎn)了不少大型直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)；在中小型電機(jī)和控制電機(jī)方面，亦自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了不少新系列電機(jī)；對(duì)電機(jī)的新理論、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料、新運(yùn)行方式和調(diào)試方法，進(jìn)行了許多研究和試驗(yàn)工作，取得不少成果。與電機(jī)發(fā)展過程一樣，電力拖動(dòng)技術(shù)也有個(gè)不斷發(fā)展的過程。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)稱為電力拖動(dòng)(或稱為電氣傳動(dòng))。電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般由控制設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械和電源五部分組成。它們之間的關(guān)系如圖0.1所示。圖0.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成電力拖動(dòng)代替蒸汽或水力拖動(dòng)之初，電力拖動(dòng)的方式是成組拖動(dòng)，就是由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)

拖動(dòng)一組生產(chǎn)機(jī)械，從電動(dòng)機(jī)到各個(gè)生產(chǎn)機(jī)械的能量傳遞以及各個(gè)生產(chǎn)機(jī)械之間的能量分配完全用機(jī)械的方法，靠“天軸”以及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，車間里有大量的“天軸”、長(zhǎng)皮帶和皮帶輪等。這種傳動(dòng)方式效率低下，生產(chǎn)率低下，灰塵大，勞動(dòng)條件和衛(wèi)生條件差，且容易出事故。另外，電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，則成組拖動(dòng)的所有生產(chǎn)機(jī)械都將停車，生產(chǎn)將可能停滯。顯然這是一種落后的電力拖動(dòng)方式。20世紀(jì)20年代以來，生產(chǎn)機(jī)械上廣泛采用一種“單電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)”，即一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械用一臺(tái)單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，且易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的全部自動(dòng)化。但是，由于是一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)具有多個(gè)工作機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)機(jī)械，需要負(fù)責(zé)能量傳遞的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。所以，從20世紀(jì)30年代起，廣泛采用了“多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)”，即每個(gè)工作機(jī)構(gòu)由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，因而生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以大大簡(jiǎn)化，提高了機(jī)械機(jī)構(gòu)的可靠性。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技水平的提高，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)提出了更高的要求，如：要求提高加工精度與工作速度，要求快速起動(dòng)、制動(dòng)及反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)在大范圍內(nèi)調(diào)速以及整個(gè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化等。這些，都必須要有自動(dòng)控制設(shè)備，以組成自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)。最早的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)是繼電器-接觸器自動(dòng)控制系統(tǒng)，屬于有觸點(diǎn)斷續(xù)控制系統(tǒng)。接著，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組，使得直流電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。并且在這個(gè)基礎(chǔ)上，發(fā)展成為采用電力電子器件組成的自動(dòng)化直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)，并且正向大容量方向發(fā)展；自動(dòng)化元件已有成套標(biāo)準(zhǔn)控制單元，控制裝置集成化、小型化、微型化，設(shè)備可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)便，許多設(shè)備都可做到自動(dòng)運(yùn)行，不需要監(jiān)視和維護(hù)。由于交流電動(dòng)機(jī)較之直流電動(dòng)機(jī)具有：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維護(hù)方便、慣性小等一系列優(yōu)點(diǎn)，而且單機(jī)容量可以做得很大，電壓等級(jí)可以做得很高，可以實(shí)現(xiàn)高速拖動(dòng)等，所以，人們一直在致力研究性能更高的交流調(diào)速系統(tǒng)。目前，隨著電力電子器件的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，性能指標(biāo)進(jìn)一步提高，容量進(jìn)一步增大，控制系統(tǒng)集成化程度進(jìn)一步提高。交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)取代直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)是無可爭(zhēng)議的事實(shí)了。我國(guó)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)取得的發(fā)展是有目共睹的，但是，與國(guó)外比較，還是有很大差距。主要體現(xiàn)在：技術(shù)水平相對(duì)較低、拖動(dòng)運(yùn)行效率不高、成套技術(shù)不成熟等。目前，正在奮起直追，狠抓基礎(chǔ)，開展一些關(guān)鍵技術(shù)的研究，以期盡快縮短和國(guó)外的差距，力爭(zhēng)達(dá)到拖動(dòng)系統(tǒng)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最佳。3.電機(jī)及電力拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展前景電氣化、信息化時(shí)代，在性能、可靠性及容量等方面，對(duì)電機(jī)提出了更高的要求。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機(jī)、大功率無刷直流電機(jī)、永磁同步無刷電機(jī)等得到了很大發(fā)展。同時(shí)，隨著新興行業(yè)的發(fā)展，微電機(jī)亦成為電機(jī)行業(yè)發(fā)展的亮點(diǎn)，是我國(guó)電工電器行業(yè)(電機(jī))發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn)品。稀土永磁電機(jī)，無軸承電機(jī)也是電機(jī)技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向。與此相適應(yīng)，電機(jī)拖動(dòng)也有了新的發(fā)展，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)又提出更高的要求，如要求提高加工的精度和工作的速度，要求快速啟動(dòng)、制動(dòng)和逆轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)很寬范圍內(nèi)的調(diào)速及整個(gè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化等，這就需要有一整套自動(dòng)控制設(shè)備組成自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)。而這些高要求的拖動(dòng)系統(tǒng)隨著自動(dòng)控制理論的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件和電力電子技術(shù)的采用，以及數(shù)控技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與采用，正在不斷地完善和提高。綜上所述，電力拖動(dòng)技術(shù)發(fā)展至今，它具有許多其他拖動(dòng)方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。它啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速的控制簡(jiǎn)單、方便、快速且效率高；電動(dòng)機(jī)的類型多，且具有各種不同的運(yùn)行特性來滿足各種類型生產(chǎn)機(jī)械的要求；整個(gè)系統(tǒng)各參數(shù)的檢測(cè)和信號(hào)的變換與傳送方便，易于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。因此，電力拖動(dòng)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)電氣自動(dòng)化的基礎(chǔ)。§２本課程的性質(zhì)、任務(wù)、內(nèi)容和特點(diǎn)《電機(jī)及拖動(dòng)》是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握常用的交直流電機(jī)、變壓器、控制電機(jī)等的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能、分析計(jì)算，電機(jī)容量選擇及試驗(yàn)方法等，為學(xué)習(xí)《工廠電氣控制設(shè)備》、《自動(dòng)控制原理》、《信號(hào)與系統(tǒng)》等課程準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識(shí)?！峨姍C(jī)及拖動(dòng)》是分析和解決電機(jī)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本問題，主要包括直流電機(jī)及拖動(dòng)、變壓器、異步電機(jī)及拖動(dòng)、同步電動(dòng)機(jī)、控制電機(jī)和電動(dòng)機(jī)容量的選擇等內(nèi)容。課程學(xué)完后學(xué)生應(yīng)達(dá)到下列要求：掌握常用的交直流電機(jī)及變壓器的基本原理(電磁關(guān)系、能量關(guān)系)；掌握電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性以及各種運(yùn)行狀態(tài)的基本原理；掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法、調(diào)速原理和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；掌握電機(jī)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本實(shí)驗(yàn)方法與技能，并具有熟練的運(yùn)算能力；掌握電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)容量的選擇；掌握控制電機(jī)的工作原理、特性及用途。本課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、實(shí)踐性也強(qiáng)。分析電機(jī)與電力拖動(dòng)的工作原理要用電學(xué)、磁學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論，既要有時(shí)間概念，又要有空間概念，所以理論性較強(qiáng)；而用理論分析各種電機(jī)和電力拖動(dòng)的實(shí)際問題時(shí)，必須結(jié)合電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)、采用工程觀點(diǎn)和工程分析方法，除要掌握基本理論以外，還應(yīng)注意培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作技能和計(jì)算能力，所以實(shí)踐性也較強(qiáng)。因此，學(xué)習(xí)本門課程應(yīng)該特別注意理論聯(lián)系實(shí)際?！欤潮菊n程常用的電磁定律與公式一．電路定律1．歐姆定律2．基爾霍夫第一定律（電流定律）或3．基爾霍夫第二定律（電壓定律）或二．全電流定律（安培環(huán)路定律）1．電流磁效應(yīng)凡是電流均會(huì)在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，叫電流的磁效應(yīng)，即所謂“電生磁”。磁力線的方向可根據(jù)電流的方向有右手螺旋定則確定。2．磁路的幾個(gè)基本物理量（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度ＢＢ的方向Ｂ的大?。号c磁場(chǎng)方向垂直的單位面積即穿過的磁力線的數(shù)目。單位１Ｔ＝Ｇs（2）磁感應(yīng)通量穿過某一截面Ｓ的磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ的通量，即穿過某截面Ｓ的磁力線的數(shù)目，故稱為磁感應(yīng)通量，簡(jiǎn)稱磁通。磁場(chǎng)均勻且與截面垂直時(shí)，。稱為磁通密度。的單位為Wb1Wb=108MxB的單位為T1T=1Wb/m21Gs=1Mx/cm2（3）磁場(chǎng)強(qiáng)度Ｈ或?yàn)閷?dǎo)磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，反映介質(zhì)的導(dǎo)磁性能，大則導(dǎo)磁性能好。的單位Ｈ/ｍ，真空的=4πH/m。一般，＝，2000~6000（鐵磁性材料）H的單位為A/m或A/cm3．全電流定律磁場(chǎng)中沿任一閉回路的磁場(chǎng)強(qiáng)度Ｈ的線積分等于該閉回路回路所包圍的所有導(dǎo)體電流的代數(shù)和。這就是全電流定律。當(dāng)導(dǎo)體電流的方向與積分路徑的方向符合右螺旋關(guān)系時(shí)為正，反之為負(fù)。三．磁路及磁路定律磁路：磁通流通的路徑。鐵磁材料的磁化曲線（1）磁路的歐姆定律將全電流定律用于右圖所示的無分支磁路，可得

磁路中的磁通與作用在該磁路的上的磁動(dòng)勢(shì)成正比，與磁路的磁阻成反比，稱為磁路的歐姆定律。磁阻磁導(dǎo)（2）磁路的基爾霍夫第一定律

對(duì)任一封閉面而言，穿入的磁通必于穿出的磁通，這是磁通連續(xù)原理。對(duì)有分支的磁路在磁通匯合處的封閉面上磁通的代數(shù)和等于零，即。圖中，（３）磁路的基爾霍夫第二定律將全電流定律應(yīng)用到任一閉合磁路上，有磁壓降的代數(shù)和等于磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。圖例中磁路和電路的差別：（１）電路可以有電勢(shì)無電流，磁路中有磁動(dòng)勢(shì)必然有磁通；（２）電路中有電流就有損耗（），恒定磁通下，磁路中無損耗；（３）而，磁路中必須考慮漏磁通；（４）電阻率在一定溫度下恒定不變，而鐵磁材料構(gòu)成的磁路中，隨Ｂ變化，即隨飽和度增加而增加。四．電磁感應(yīng)定律負(fù)號(hào)解釋：1．變壓器電動(dòng)勢(shì)線圈與磁通之間沒有相對(duì)切割關(guān)系，僅由線圈交鏈的磁通發(fā)生變化而引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為變壓器電勢(shì)。見圖０－２，自感電動(dòng)勢(shì)、互感2．運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)（速率電動(dòng)勢(shì)）若磁場(chǎng)恒定，構(gòu)成線圈的導(dǎo)體切割磁力線，使線圈交鏈的磁通發(fā)生變化，導(dǎo)體中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)稱為運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)，三方向互相垂直時(shí)，其大小方向由右手定則確定。五．電磁力定律載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力的作用，三方向互相垂直時(shí)，其大小為方向由右手定則確定。六．能量守恒定律第一章直流電機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)通稱為直流電機(jī)，二者是可逆的，若把直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量稱為電動(dòng)機(jī)，反之稱為發(fā)電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)與交流異步電動(dòng)機(jī)相比，具有較好的啟動(dòng)性能、在較寬的范圍內(nèi)達(dá)到平滑無級(jí)地調(diào)速，同時(shí)又比較經(jīng)濟(jì)；所以廣泛地應(yīng)用于軋鋼機(jī)、電力機(jī)車、大型機(jī)床拖動(dòng)系統(tǒng)以及玩具行業(yè)中。直流發(fā)電機(jī)主要是采用交流電機(jī)拖動(dòng)用做直流電源，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，晶閘管變流裝置將逐步取代用做直流電源的直流發(fā)電機(jī)。本篇主要分析直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、運(yùn)行特性以及起、制動(dòng)、調(diào)速性能。電機(jī)是利用電磁作用原理進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置。直流電機(jī)能將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或?qū)C(jī)械能換轉(zhuǎn)為直流電能。將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置稱為直流電動(dòng)機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能的裝置稱為直流發(fā)電機(jī)。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用有色金屬多、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴、運(yùn)行可靠性差等缺點(diǎn)，限制了直流電機(jī)的廣泛應(yīng)用。隨著近年電力電子學(xué)和微電子學(xué)的迅速發(fā)展，在很多領(lǐng)域內(nèi)，直流電動(dòng)機(jī)將逐步為交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)所取代，直流發(fā)電機(jī)則正在被電力電子器件整流裝置所取代。但是直流電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)——良好的起動(dòng)性能和調(diào)速性能、較大的過載能力等，使得直流電機(jī)在許多場(chǎng)合仍繼續(xù)發(fā)揮重要作用。如直流電動(dòng)機(jī)常應(yīng)用于那些對(duì)起動(dòng)和調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械，如大型機(jī)床、電力機(jī)車、軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、船舶機(jī)械、造紙機(jī)和紡織機(jī)等。直流發(fā)電機(jī)作為直流電源，供給需要直流電能的場(chǎng)合，如化工中的電解、電鍍等。本章主要分析直流電動(dòng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩等問題。直流電機(jī)基本工作原理圖1.1是一臺(tái)直流電機(jī)的最簡(jiǎn)單模型。N和S是一對(duì)固定的磁極，可以是電磁鐵，也可以是永久磁鐵。磁極之間有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電樞鐵心。鐵心表面固定一個(gè)用絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的電樞線圈abcd，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個(gè)半圓形銅片(換向片)上，它們的組合在一起稱為換向器，在每個(gè)半圓銅片上又分別放置一個(gè)固定不動(dòng)而與之滑動(dòng)接觸的電刷A和B，線圈abcd通過換向器和電刷接通外電路。1.直流電動(dòng)機(jī)工作原理加于直流電動(dòng)機(jī)的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電動(dòng)機(jī)電樞線圈中流過的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電動(dòng)機(jī)朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)，電樞圓周上均勻地嵌放許多線圈，相應(yīng)地?fù)Q向器由許多換向片組成，使電樞線圈所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩足夠大并且比較均勻，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也就比較均勻。2．直流發(fā)電機(jī)工作原理同直流電動(dòng)機(jī)一樣，直流發(fā)電機(jī)電樞線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向也是交變的，而通過換向器和電刷的整流作用，在電刷A、B上輸出的電動(dòng)勢(shì)是極性不變的直流電動(dòng)勢(shì)。在電刷A、B之間接上負(fù)載，發(fā)電機(jī)就能向負(fù)載供給直流電能。這就是直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理。從以上分析可以看出：一臺(tái)直流電機(jī)原則上可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，取決于外界不同的條件。將直流電源加于電刷，輸入電能，電機(jī)能將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；如用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械能，電機(jī)能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能，從電刷上引出直流電動(dòng)勢(shì)，作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。同一臺(tái)電機(jī)，既能作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又能作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，稱為電機(jī)的可逆原理。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值1.直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)由直流電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)工作原理示意圖可以看到，直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。裝配后的電機(jī)如圖1.3所示。直流電機(jī)的縱向剖視圖如圖1.4所示。2．直流電機(jī)的電樞繞組按照連接規(guī)律的不同，電樞繞組分為單疊繞組(見圖1.11)、單波繞組(見圖1.12)、復(fù)疊繞組、復(fù)波繞組、蛙繞組等多種類型。本節(jié)先介紹元件的基本特點(diǎn)，再以單疊繞組和單波繞組為例闡述電樞繞組的構(gòu)成原理和連接規(guī)律。1)電樞繞組元件電樞繞組元件由絕緣漆包銅線繞制而成，每個(gè)元件有兩個(gè)嵌放在電樞槽內(nèi)、能與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩或電動(dòng)勢(shì)的有效邊，稱為元件邊。元件的槽外部分亦即元件邊以外的部分稱為端接部分。為便于嵌線，每個(gè)元件的一個(gè)元件邊嵌放在某一槽的上層，稱為上層邊，畫圖時(shí)以實(shí)線表示；另一個(gè)元件邊則嵌放在另一槽的下層，稱為下層邊，畫圖時(shí)以虛線表示。每個(gè)元件有兩個(gè)出線端，稱為首端和末端，均與換向片相連。如圖1.11、圖1.12所示。每一個(gè)元件有兩個(gè)元件邊，每片換向片又總是接一個(gè)元件的上層邊和另一個(gè)元件的下層邊，所以元件數(shù)S總等于換向片數(shù)K，即S=K；而每個(gè)電樞槽分上下兩層嵌放兩個(gè)元件邊，所以元件數(shù)S又等于槽數(shù)Z，即S=K=Z。2)節(jié)距節(jié)距是用來表征電樞繞組元件本身和元件之間連接規(guī)律的數(shù)據(jù)。直流電機(jī)電樞繞組的節(jié)距有第一節(jié)距y1、第二節(jié)距y2、合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yk4種，如圖1.13所示。(1)第一節(jié)距。同一元件的兩個(gè)元件邊在電樞圓周上所跨的距離，用槽數(shù)來表示，稱為第一節(jié)距y1。一個(gè)磁極在電樞圓周上所跨的距離稱為極距τ，當(dāng)用槽數(shù)表示時(shí)，極距的表達(dá)式為式中p——磁極對(duì)數(shù)。(2)第二節(jié)距。第一個(gè)元件的下層邊與直接相連的第二個(gè)元件的上層邊之間在電樞圓周上的距離，用槽數(shù)表示，稱為第二節(jié)距y2，如圖1.13所示。(3)合成節(jié)距。直接相連的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)邊在電樞圓周上的距離，用槽數(shù)表示，稱為合成節(jié)距y，如圖1.13所示。(4)換向器節(jié)距。每個(gè)元件的首、末兩端所連接的兩片換向片在換向器圓周上所跨的距離，用換向片數(shù)表示，稱為換向器節(jié)距yk。由圖1.13可見，換向器節(jié)距yk與合成節(jié)距y總是相等的，即yk=y3.直流電機(jī)的勵(lì)磁方式勵(lì)磁繞組的供電方式稱為勵(lì)磁方式。按勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可以分為以下4類。1)他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組由其他直流電源供電，與電樞繞組之間沒有電的聯(lián)系，如圖1.20(a)所示。永磁直流電機(jī)也屬于他勵(lì)直流電機(jī)，因其勵(lì)磁磁場(chǎng)與電樞電流無關(guān)。圖1.20中電流正方向是以電動(dòng)機(jī)為例設(shè)定的。2)并勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。如圖1.20(b)所示。勵(lì)磁電壓等于電樞繞組端電壓。以上兩類電機(jī)的勵(lì)磁電流只有電機(jī)額定電流的1%～5%，所以勵(lì)磁繞組的導(dǎo)線細(xì)而匝數(shù)多。3)串勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖1.20(c)所示。勵(lì)磁電流等于電樞電流，所以勵(lì)磁繞組的導(dǎo)線粗而匝數(shù)較少。4)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)每個(gè)主磁極上套有兩套勵(lì)磁磁繞組，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)，稱為并勵(lì)繞組。一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，稱為串勵(lì)繞組，如圖1.20(d)所示。兩個(gè)繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)方向相同時(shí)稱為積復(fù)勵(lì)，兩個(gè)磁勢(shì)方向相反時(shí)稱為差復(fù)勵(lì)，通常采用積復(fù)勵(lì)方式。直流電機(jī)的勵(lì)磁方式不同，運(yùn)行特性和適用場(chǎng)合也不同。4.直流電機(jī)的額定值電機(jī)制造廠按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)電機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)而規(guī)定的每臺(tái)電機(jī)的主要性能指標(biāo)稱為電機(jī)的額定值。額定值一般標(biāo)在電機(jī)的銘牌上或產(chǎn)品說明書上。直流電機(jī)的額定值主要有下列幾項(xiàng)：

1)額定功率PN額定功率是指電機(jī)按照規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)所能提供的輸出功率。對(duì)電動(dòng)機(jī)來說，額定功率是指轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率；對(duì)發(fā)電機(jī)來說，額定功率是指電樞輸出的電功率。單位為kW(千瓦)。2)額定電壓UN額定電壓是電機(jī)電樞繞組能夠安全工作的最大外加電壓或輸出電壓，單位為V(伏)。

3)額定電流IN額定電流是電機(jī)按照規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)，電樞繞組允許流過的最大電流，單位為A(安培)。4)額定轉(zhuǎn)速nN額定轉(zhuǎn)速是指電機(jī)在額定電壓、額定電流和輸出額定功率的情況下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，單位為r/min(轉(zhuǎn)/分)。額定值一般標(biāo)在電機(jī)的銘牌上，又稱為銘牌數(shù)據(jù)。還有一些額定值，例如額定轉(zhuǎn)矩TN、額定效率ηN等，不一定標(biāo)在銘牌上，可查產(chǎn)品況明書或由銘牌上的數(shù)據(jù)計(jì)算得到。額定功率與額定電壓和額定電流之間有如下關(guān)系：直流電動(dòng)機(jī)PN=UNINηN×103kW直流發(fā)電機(jī)PN=UNIN×103kW直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，如果各個(gè)物理量均為額定值，就稱電機(jī)工作在額定運(yùn)行狀態(tài)，亦稱為滿載運(yùn)行。在額定運(yùn)行狀態(tài)下，電機(jī)利用充分，運(yùn)行可靠，并具有良好的性能。如果電機(jī)的電樞電流小于額定電流，稱為欠載運(yùn)行；電機(jī)的電樞電流大于額定電流，稱為過載運(yùn)行。欠載運(yùn)行，電機(jī)利用不充分，效率低；過載運(yùn)行，易引起電機(jī)過熱損壞。1.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)矩一．直流電機(jī)的磁場(chǎng)由直流電機(jī)基本工作原理可知，直流電機(jī)無論作發(fā)電機(jī)運(yùn)行還是作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，都必須具有一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，所以磁場(chǎng)是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的媒介。因此，在分析直流電機(jī)的運(yùn)行原理以前，必須先對(duì)直流電機(jī)中磁場(chǎng)的大小及分布規(guī)律等有所了解。直流電機(jī)空載時(shí)勵(lì)磁磁勢(shì)單獨(dú)產(chǎn)生的氣隙磁密分布為一平頂波，如圖1.23(b)所示，負(fù)載時(shí)，電樞繞組流過電樞電流Ia，產(chǎn)生電樞磁勢(shì)Fa，與勵(lì)磁磁勢(shì)Ff共同建立負(fù)載時(shí)的氣隙合成磁密，必然會(huì)使原來的氣隙磁密的分布發(fā)生變化。通常把電樞磁勢(shì)對(duì)氣隙磁密分布的影響稱為電樞反應(yīng)。電刷放在幾何中性線上時(shí)電樞反應(yīng)的影響為：(1)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變。半個(gè)極下磁場(chǎng)削弱，半個(gè)極下磁場(chǎng)加強(qiáng)。對(duì)發(fā)電機(jī)，是前極端(電樞進(jìn)入端)的磁場(chǎng)削弱，后極端(電樞離開端)的磁場(chǎng)加強(qiáng)；對(duì)電動(dòng)機(jī)，則與此相反。氣隙磁場(chǎng)的畸變使物理中性線偏離幾何中性線。對(duì)發(fā)電機(jī)，是順旋轉(zhuǎn)方向偏離；對(duì)電動(dòng)機(jī)，是逆旋轉(zhuǎn)方向偏離。(2)磁路飽和時(shí)，有去磁作用。因?yàn)榇怕凤柡蜁r(shí)，半個(gè)極下增加的磁通小于另半個(gè)極下減少的磁通，使每個(gè)極下總的磁通有所減小。二．電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是指直流電機(jī)正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也就是電樞繞組一條并聯(lián)支路的電動(dòng)勢(shì)。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組元件邊內(nèi)的導(dǎo)體切割電動(dòng)勢(shì)，由于氣隙合成磁密在一個(gè)極下的分布不均勻，所以導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小是變化的。為分析推導(dǎo)方便起見，可把磁密看成是均勻分布的，取每個(gè)極下氣隙磁密的平均值Bav，從而可得一根導(dǎo)體在一個(gè)極距范圍內(nèi)切割氣隙磁密產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的平均值eav，其表達(dá)式為eav=Bavlv式中Bav——一個(gè)極下氣隙磁密的平均值，稱平均磁通密度；l——電樞導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度(槽內(nèi)部分)；

v——電樞表面的線速度。由于，，所以，一根導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值

設(shè)電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)為N(N＝2SW)，則每一條并聯(lián)支路總的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為，因而電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)式中，——對(duì)已經(jīng)制造好的電機(jī)，是一個(gè)常數(shù)，故稱為直流電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。每極磁通Φ的單位用Wb(韋伯)，轉(zhuǎn)速單位用r/min時(shí)，電動(dòng)勢(shì)Ea的單位為V。上式表明：對(duì)已制成的電機(jī)，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea與每極磁通Φ和轉(zhuǎn)速n成正比。三．電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組中流過電樞電流Ia時(shí)，元件的導(dǎo)體中流過支路電流ia，成為載流導(dǎo)體，在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用。電磁力f的方向按左手定則確定，如圖1.27所示。一根導(dǎo)體所受電磁力的大小為如果仍把氣隙合成磁場(chǎng)看成是均勻分布的，氣隙磁密用平均值Bav表示，則每根導(dǎo)體所受電磁力的平均值為一根導(dǎo)體所受電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩，其大小為式中D——電樞外徑。不同極性磁極下的電樞導(dǎo)體中電流的方向也不同，所以電樞所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向部是一致的，因而電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩等于一根導(dǎo)體電磁轉(zhuǎn)矩的平均值Tav乘以電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)N，即式中——對(duì)已制成的電機(jī)是一個(gè)常數(shù)，稱為直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。磁通的單位用Wb，電流的單位用A時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T的單位為N·m(牛·米)。上式表明：對(duì)已制成的電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩T與每極磁通Φ和電樞電流Ia成正比。電樞電動(dòng)勢(shì)電磁轉(zhuǎn)矩是直流電機(jī)兩個(gè)重要的公式。對(duì)于同一臺(tái)直流電機(jī)，電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT之間具有確定的關(guān)系：1.4直流電動(dòng)機(jī)的基本平衡方程式直流電動(dòng)機(jī)的基本平衡方程式是指直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電路系統(tǒng)的電壓平衡方程式、能量轉(zhuǎn)換過程中的功率平衡方程式和機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式。一．電壓平衡方程式電樞回路的電勢(shì)平衡方程式為式中Ia——電樞電流；ra——電樞回路的電阻；2Δus——正負(fù)電刷的接觸電壓降落。在額定負(fù)載時(shí)，一般情況下取2Δus=2V。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，由于U>Ea，電流從電網(wǎng)流入電樞繞組，成為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的電能。同樣，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，電樞會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)向相同，成為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)既可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又可作為發(fā)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，只是各有異同。在兩種運(yùn)行狀態(tài)下，電樞繞組中均產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果端電壓U大于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea，即U>Ea，電流從電網(wǎng)流入電樞繞組，成為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；反之，如果U<Ea，則電樞繞組向外輸送電流，成為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。同樣，在這兩種運(yùn)行狀態(tài)下，電樞均產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在電動(dòng)機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向同方向，成為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；而在發(fā)電動(dòng)機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反，使之成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。二．功率平衡方程式以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例來進(jìn)一步論述電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的功率平衡關(guān)系。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流I為電樞電流Ia與勵(lì)磁電流If之和，I=Ia+If由電網(wǎng)輸入的電功率為式中MP稱為電磁功率，是電樞電流aI與電樞電動(dòng)勢(shì)aE的乘積，是電樞繞組因切割主磁通而產(chǎn)生的電功率。輸入至電樞回路中的功率除了一小部分化作電樞回路的銅損ap和電刷接觸電損耗bp外，大部分為電磁功率MP。在直流電動(dòng)機(jī)情況下，電磁功率就是轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率的功率。這一轉(zhuǎn)變而來的機(jī)械功率尚不能全部被利用，還需克服鐵心損耗Fep、機(jī)械損耗mp和雜散損耗pΔ后，才是電動(dòng)機(jī)軸上的輸出功率2P，即有電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式為畫出直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的功率流程如圖所示。三．轉(zhuǎn)矩平衡方程式直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式是：式中，電動(dòng)機(jī)軸的電磁轉(zhuǎn)矩一部分與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，另一部分是空載損耗。第二章變壓器§1變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)變壓器的主要功能是把一種電壓的電能轉(zhuǎn)換為同頻率的另一種電壓的電能，故稱變壓器。實(shí)際上，它在變壓的同時(shí)還能改變電流，還可改變阻抗和相數(shù)。一．變壓器的工作原理變壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組，如圖3－1所示。一個(gè)繞組接電源，稱為原繞組（一次繞組、初級(jí)），另一個(gè)接負(fù)載，稱為副繞組（二次繞組、次級(jí)）。原繞組各量用下標(biāo)1表示，副繞組各量用下標(biāo)2表示。原繞組匝數(shù)為N1，副繞組匝數(shù)為N2。圖1理想狀況如下（不計(jì)電阻、鐵耗和漏磁），原繞組加電壓，產(chǎn)生電流，建立磁通，沿鐵心閉合，分別在原副繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和。說明只要改變?cè)?、副繞組的匝數(shù)比,就能按要求改變電壓。又∵∴說明變壓器在改變電壓的同時(shí),亦能改變電流。二．變壓器的分類按用途分：電力變壓器和特種變壓器按相數(shù)分：?jiǎn)蜗唷⑷?、多相變壓器按每相繞組數(shù)目分：雙繞組、三繞組、自耦變壓器三．變壓器的結(jié)構(gòu)（一）

鐵心作用、材料、基本形式（心式和殼式）（二）

繞組作用、材料、型式高壓繞組和低壓繞組同心式和交疊式（三）

油箱及其附件油箱、儲(chǔ)油柜、散熱器、分接開關(guān)、套管、氣體繼電器等（四）

銘牌及額定值1．型號(hào)2．額定容量kVA3．額定電壓V，kV4．額定電流A5．額定頻率HZ額定值之間的關(guān)系：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳎喝嘧儔浩鳎豪?§2單相變壓器的空載運(yùn)行空載運(yùn)行：原繞組加額定電壓，副繞組開路的運(yùn)行情況稱為空載運(yùn)行。圖3－1是變壓器空載運(yùn)行示意圖。一．空載運(yùn)行時(shí)的物理情況空載電流、主磁通、漏磁通、正方向（一）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和變比根據(jù)基爾霍夫電壓定律，原繞組電動(dòng)勢(shì)平衡方程式由于，故，同時(shí)也很小，故可認(rèn)為。如果隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，則亦按正弦規(guī)律變化，根據(jù)可知，主磁通也按正弦規(guī)律變化。設(shè)則同理由此可知及在相位上均滯后于電角度，它們的有效值分別是寫成相量表達(dá)式為由于故有k稱為變壓器的變比，通常。(二)空載電流空載電流，又稱勵(lì)磁電流，包含兩個(gè)分量，分別承擔(dān)兩項(xiàng)不同的任務(wù)。一個(gè)分量叫磁化電流，其任務(wù)是建立幅值為的主磁通，為無功電流分量。另一個(gè)分量叫鐵耗分量，其任務(wù)為補(bǔ)償空載損耗（鐵耗），為有功分量。空載勵(lì)磁電流鐵耗電流與鐵耗的關(guān)系為通常，∴與之間的相位差接近。（三）漏電動(dòng)勢(shì)與漏電抗漏磁通Φ1σ主要沿非鐵磁性物質(zhì)閉合的，磁路不會(huì)飽和，所以由漏磁通感應(yīng)的漏電動(dòng)勢(shì)相量關(guān)系式式中—一次繞組的漏電抗,表征漏磁通對(duì)電路的電磁效應(yīng),為一常數(shù)。二．空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、相量圖及等效電路考慮漏電動(dòng)勢(shì)和電阻壓降i0r1時(shí)，變壓器空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式式中—原繞組的漏阻抗相應(yīng)的空載運(yùn)行的相量圖如圖2所示。圖2變壓器的空載向量圖前面我們用了電抗壓降表示漏磁壓降（），從而引出漏電抗。如果主磁路也能如此處理，把電動(dòng)勢(shì)也看成一個(gè)電抗壓降，從而引出勵(lì)磁電抗的概念，將對(duì)變壓器的分析和計(jì)算帶來許多方便。但考慮其主磁路與漏磁路不同，主磁通會(huì)在、鐵心中引起鐵耗。故還應(yīng)引入一電阻，亦即應(yīng)引入一個(gè)阻抗，即、、的計(jì)算根據(jù)可以畫出相應(yīng)的等效電路，如下圖3－3所示。

圖3§3變壓器的基本方程式一．負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況可用下表表示

負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式圖4單相變壓器負(fù)載運(yùn)行示意圖（一）

磁通勢(shì)平衡方程式不變，近似不變。故有上式表明，負(fù)載時(shí)原邊繞組電流由兩個(gè)分量組成：一個(gè)是維持主磁通的勵(lì)磁分量，另一個(gè)是用以補(bǔ)償二次繞組去磁磁通勢(shì)的負(fù)載分量。（二）

電動(dòng)勢(shì)平衡方程式由基爾霍夫電壓定律可得綜合前面的分析，可得變壓器的基本方程式為§4變壓器的等效電路及相量圖一。繞組歸算歸算的目的：導(dǎo)出等效電路歸算的方法：是將一個(gè)匝數(shù)與一次繞組相等，電磁效應(yīng)與二次繞組相同的繞組去代替的二次繞組。歸算的算法如下：（一）

電動(dòng)勢(shì)和電壓的歸算故同理動(dòng)勢(shì)和電壓的歸算是乘以變比（二）

電流的歸算故電流的歸算是除以變比（三）

阻抗的歸算阻抗的歸算是乘以的平方變壓器歸算的基本方程式（1）（2）（3）（4）（5）二.等效電路根據(jù)經(jīng)過歸算以后的基本方程式，不難導(dǎo)出負(fù)載運(yùn)行時(shí)的等效電路，如圖3－5所示，稱為T形等效電路?？梢?，變壓器負(fù)載時(shí)的等效阻抗圖5

三.相量圖根據(jù)基本方程式和T形等效電路，不難畫出相應(yīng)的相量圖，如圖3－6所示。圖6相量圖的畫法視給定的條件而定，例如已知、、及變壓器的各個(gè)參數(shù)，則畫圖的步驟為：以作為參考相量，畫滯后一個(gè)角，在上加和得，主磁通超前，由此可以畫出和，落后于一個(gè)角度，在根據(jù)作出電流，再在上加上和，從而得原邊電壓.四.近似等效電路考慮到一般變壓器中，、，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可將勵(lì)磁支路前移，即把近似看成常數(shù)，不受負(fù)載影響，并忽略在、上的壓降，從而得到“”形等效電路，如圖7所示。在分析變壓器的許多負(fù)載問題時(shí)，如副邊電壓變化，并聯(lián)運(yùn)行的負(fù)載分配等，由于，在工程實(shí)際中，可以忽略，即去掉勵(lì)磁支路，從而得到更為簡(jiǎn)單的電路。如圖7圖8所示，稱為變壓器的近似等效電路。圖8§5等效電路參數(shù)的測(cè)定用基本方程式，等效電路或向量圖分析計(jì)算變壓器的運(yùn)行性能時(shí)，必須知道變壓器的參數(shù)。對(duì)用戶來說，這些參數(shù)可以通過試驗(yàn)方法測(cè)定。一．空載試驗(yàn)從空載試驗(yàn)可以求出變壓器的變比k，鐵耗及勵(lì)磁阻抗。單相變壓器空載試驗(yàn)的接線圖如圖9。在工頻正弦的額定電壓下測(cè)取.圖9變壓器的變比（電壓比）：k=/變壓器的鐵耗：由于空載運(yùn)行時(shí)空載電流很小，產(chǎn)生的銅耗可以忽略不計(jì)。為此近似認(rèn)為=.變壓器的勵(lì)磁阻抗：由空載運(yùn)行時(shí)等效電路可得由于故可認(rèn)為由于的數(shù)值與磁路的飽和程度有關(guān)，一般應(yīng)以額定電壓下測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)?？蛰d試驗(yàn)一般在低壓測(cè)取，測(cè)得的的數(shù)據(jù)后應(yīng)歸算到高壓側(cè)。二．短路試驗(yàn)短路試驗(yàn)可以測(cè)出變壓器的銅耗和短路阻抗。單相變壓器短路試驗(yàn)的接線圖如10所示，在高壓側(cè)做。圖10高壓側(cè)加低電壓，約為額定電壓的5～10%，使低壓側(cè)電流等于額定電流，測(cè)取、和。變壓器的銅耗：由于施加電壓很低，鐵耗很小可忽略，所以變壓器的短路參數(shù)繞組的電阻隨溫度變化，而短路試驗(yàn)一般在室溫下進(jìn)行。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，油浸式變壓器電阻應(yīng)折算到時(shí)的數(shù)值。短路試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)繞組中電流達(dá)到額定時(shí)，加在一次繞組的短路電壓應(yīng)為此電壓稱為阻抗電壓或短路電壓。通常用相對(duì)值表示：（阻抗電壓相對(duì)值）阻抗電壓相對(duì)值是變壓器很重要的參數(shù)之一。一般中小型電力變壓器的為4～10.5%，大型的為12.5～17.5%?！?三相變壓器三相變壓器有兩種型式：三相變壓器組和三相心式變壓器。三相變壓器對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，可以只分析其中的一相。猶如單相變壓器，但也有其特殊問題—電路系統(tǒng)和磁路系統(tǒng)。一．三相變壓器的電路系統(tǒng)—聯(lián)結(jié)組（一）

聯(lián)結(jié)法高低壓繞組分別可以采用行星和三角形聯(lián)結(jié)方法。分別用Y(y)和D(d)表示。Y接有中線的用表示。（二）

聯(lián)結(jié)組三相變壓器原副繞組不同的聯(lián)結(jié)方法，繞組出線端的標(biāo)法，繞組的繞法均會(huì)使三相變壓器原副繞組線電動(dòng)勢(shì)之間出現(xiàn)不同的相位差，對(duì)使用變壓器有重要影響。為此，必須確定每臺(tái)變壓器的聯(lián)結(jié)組。聯(lián)結(jié)組含有兩個(gè)內(nèi)容：原副繞組的聯(lián)結(jié)方法和反映相位差的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)。1．

單相變壓器的聯(lián)結(jié)組通常同一相的原、副繞組套在同一個(gè)鐵心住上，設(shè)繞組的繞法相同。出線端的標(biāo)號(hào)如圖19（a）所示，電動(dòng)勢(shì)的正方向總是由首端指向末端。由于A點(diǎn)的電位高于X時(shí)，a點(diǎn)的電位高于x（楞次定律）,即A和a同處于高電位或同處于低電位，稱為同極端，用“·”標(biāo)記。*********畫相量圖和同相，用“時(shí)鐘表示法”相當(dāng)于12點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為“0”或“12”，其聯(lián)結(jié)組為I/I-12.圖19b)和反相，差，相當(dāng)于6點(diǎn)，其聯(lián)結(jié)組為I/I-6。規(guī)則：同極性端同為首端，電動(dòng)勢(shì)同相；反之反相。2．

三相變壓器聯(lián)結(jié)組（1）Y,y聯(lián)結(jié)方法a.

Y,或Y,聯(lián)結(jié)組（圖3－20） 圖20 Y，y0聯(lián)接組 圖21Y，d11 a)聯(lián)接圖b)相量圖 a)聯(lián)接圖b)相量圖

畫繞組聯(lián)接圖，標(biāo)出首、末端和同名端；畫原邊電動(dòng)勢(shì)相量圖；畫副邊電動(dòng)勢(shì)相量圖，讓a與A重合；以為分針，指向12，以為時(shí)針，與重合，故標(biāo)號(hào)為“12”,聯(lián)結(jié)組為Y,。副繞組中性點(diǎn)引出中線時(shí)，聯(lián)結(jié)組為Y,,0b.Y,聯(lián)結(jié)組（2）或，聯(lián)結(jié)組（圖3－21）畫繞組聯(lián)接圖，標(biāo)上首、末和同名端；畫原繞組電動(dòng)勢(shì)相量圖；畫副繞組電動(dòng)勢(shì)相量圖，讓a與A重合；以為分針，指12，以為時(shí)針，指“11”，故標(biāo)號(hào)為“11”，聯(lián)結(jié)組為。原繞組中性點(diǎn)引出中線是，聯(lián)結(jié)組為，。如果將副繞組的首、末端對(duì)調(diào)，則聯(lián)結(jié)組為。二．三相變壓器的磁路系統(tǒng)——鐵心的結(jié)構(gòu)形式三相變壓器的磁路系統(tǒng)分兩種，三相變壓器隨之分為兩種。（一）三相變壓器由三臺(tái)單相變壓器組成，如圖3－22所示。三相變壓器互相獨(dú)立互不相關(guān)，三相空載電流對(duì)稱。費(fèi)材料，價(jià)格較貴，運(yùn)輸方便，備用容量小。（二）三相心式變壓器三相公用同一鐵心，如圖3－23C)所示。可以看成是由三單相心式鐵心經(jīng)圖3－23a)、b)演變而來。三相磁路互相關(guān)聯(lián)，互成通路。三相磁路不完全對(duì)稱，三相空載電流也不完全對(duì)稱，B相的小，A、C三．三相變壓器電路系統(tǒng)和磁路系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響考慮到磁路飽和的影響時(shí)，磁路中的磁通與勵(lì)磁電流的關(guān)系為非線性的磁化曲線。為此，如果磁通隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，則勵(lì)磁電流的波形為尖頂波。如圖24所示、除基波外還包含各奇數(shù)次諧波，當(dāng)磁化電流作正弦變化時(shí)，可得主磁通的波形為平頂波，除基波外，也含有奇次高次諧波，其中主要為三次諧波。諧波對(duì)電動(dòng)勢(shì)、電流的大小影響不大，但對(duì)原、副繞組電動(dòng)勢(shì)的波形有明顯影響，必須加以注意。

（一）聯(lián)結(jié)的三相變壓器中電動(dòng)勢(shì)的波形由于原繞組接，三次諧波電流流不通，為正弦，為平頂波，包含三次諧波。1．三相變壓器組能順利流過，在原、副繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和，與基波磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和相加，可知相電動(dòng)勢(shì)的波形為尖頂波。由于電動(dòng)勢(shì)中三次諧波對(duì)基波的比值三倍于磁通中的比值，三次諧波電動(dòng)勢(shì)的含量可達(dá)基波電動(dòng)勢(shì)的45～60℅以上，易使繞組絕緣擊穿。為此，三相變壓器不能采用或聯(lián)結(jié)組。2．三相心式變壓器由于不能在心式鐵心中閉合，只能通過油、油箱壁和鐵扼等形成閉路，磁阻大，使大為削弱，電動(dòng)勢(shì)中的三次諧波不明顯，電動(dòng)勢(shì)波形接近正弦。只是有三次諧波磁通通過油箱壁，會(huì)產(chǎn)生附加損耗，降低效率，并引起局部過熱，故一般只適用于1800KVA以下。（二）聯(lián)結(jié)的三相變壓器中電動(dòng)勢(shì)的波形聯(lián)結(jié)組，原繞組可以流過三次諧波電流，勵(lì)磁電流為獎(jiǎng)頂波。磁通接近正弦波，相電動(dòng)勢(shì)接近正弦波。所以三相變壓器組和三相心式變壓器和電動(dòng)勢(shì)均無問題。聯(lián)結(jié)組，勵(lì)磁電流接近正弦，磁通中本應(yīng)包含三次諧波，由于副繞組為三角形聯(lián)結(jié)，副繞組回路的三次諧波電動(dòng)勢(shì)在副繞組中產(chǎn)生三次諧波環(huán)流。產(chǎn)生的磁通在相位上與近于反相，從而削弱，使鐵心中合成磁通的三次諧波很小，原、副繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)接近正弦波。由上可知，三相變壓器只要有一側(cè)作三角形聯(lián)結(jié)，電動(dòng)勢(shì)的波形就不會(huì)有問題?！?變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行一．變壓器的運(yùn)行特性變壓器運(yùn)行特性的主要指標(biāo)有兩個(gè)：電壓調(diào)整率和效率。（一）

電壓調(diào)整率變壓器的外特性：、常數(shù)時(shí)的變壓器帶不同性質(zhì)負(fù)載時(shí)的外特性如圖3－26所示。純電阻負(fù)載時(shí)，端電壓變化較?。桓行载?fù)載時(shí)，變化較大，但外特性都是下降的；容性負(fù)載時(shí)，外特性可能上翹，上翹程度隨容性的增大而增大。圖26圖27電壓調(diào)整率：，常數(shù)，從空載到負(fù)載時(shí)輸出電壓之差與副邊額定電壓之比，用百分?jǐn)?shù)表示：℅℅℅電壓調(diào)整率計(jì)算公式：由近似等效電路可得根據(jù)此式可以作出相應(yīng)的相量圖，如圖3－27所示。再作兩根輔助線。圖中實(shí)際上，bc很小，可近似為為此可得℅℅℅℅式中稱為負(fù)載系數(shù)由公式也可看出：電阻性負(fù)載：且較?。桓行载?fù)載時(shí)：且較大；電容性負(fù)載時(shí)：，且故往往（都可能）。（二）

效率變壓器的損耗包含鐵耗和銅耗。鐵耗包括基本鐵耗（渦流損耗和磁滯損耗）和附加鐵耗；銅耗包括基本銅耗（直流電阻損耗）和附加銅耗兩部分。鐵耗可視為不變損耗。銅耗為可變損耗。變壓器的效率℅℅℅℅式中可近似認(rèn)為：,,,如此可得℅變壓器的效率特性如圖3－28所示。最高時(shí)的最高效率℅二．變壓器的并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：1．

供電的可靠性；2．提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率；3．減少備用容量；4．分期分批投資。并聯(lián)運(yùn)行的理想情況：1．負(fù)載時(shí)，各變壓器之間無環(huán)流；2．負(fù)載時(shí)，各變壓器能合理分擔(dān)負(fù)載，即負(fù)載與容量成正比分配。變壓器并聯(lián)運(yùn)行的理想條件：1．

原、副繞組的額定電壓相等，變比相等；2．

變壓器的聯(lián)結(jié)組相同；3．

變壓器阻抗電壓的相對(duì)值相等。前兩個(gè)條件之一不滿足時(shí)會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，第三個(gè)不滿足時(shí)負(fù)載分配不合理。下面簡(jiǎn)要分別加以說明：1．電壓比不等，則產(chǎn)生環(huán)流為=式中,為變壓器I,II歸算到二次側(cè)的短路阻抗。由于短路阻抗很小，所以KI,KII稍有不等，就可能產(chǎn)生較大的環(huán)流。環(huán)流必須增加空載時(shí)的損耗，負(fù)載時(shí)影響每臺(tái)變壓器的均衡性。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，空載環(huán)流不超過額定電流的0.5%，為此要求變壓器的電壓比的誤差=0.5%2、聯(lián)結(jié)組不同，將產(chǎn)生很大的環(huán)流，導(dǎo)致變壓器的損壞。如果一臺(tái)Y,y0與一臺(tái)Y,d11聯(lián)結(jié)組的變壓器并聯(lián)運(yùn)行，它們副邊電壓相位相差300，向量圖如右所示?；芈分袃呻妷褐?，回路中環(huán)流=

一般變壓器的短路阻抗為0.04~0.07，設(shè)和的相對(duì)值均為0.05，則環(huán)流的相對(duì)值將為==5.2

說明環(huán)流將為額定電流的5.2倍。為此，聯(lián)結(jié)組別相同的條件必須嚴(yán)格滿足。3、阻抗電壓的相對(duì)值不等，負(fù)載就不能合理分配。兩臺(tái)變壓器并聯(lián)時(shí)的近似等效電路如圖30所示，由圖可知；圖30=又因=故有=即=

由上面兩個(gè)式子相比，可得==

即

可見并聯(lián)變壓器的負(fù)載系數(shù)與短路阻抗的相對(duì)值（短路阻抗電壓的相對(duì)值）成反比。

例3（p89）

§8自耦變壓器與互感器一．自耦變壓器（一）

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)每只只有一個(gè)繞組，原繞組的一部分兼作副繞組。如圖31所示。圖中標(biāo)出了每個(gè)物理量的正方向。其主要特點(diǎn)是原邊和副邊不但有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系。繞組的Aa部分稱為串聯(lián)部分，ax部分稱為公共部分。]（二）

工作原理繞組AX加上原邊輸入額定電壓，鐵心中產(chǎn)生主磁通，在繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，每匝電勢(shì)均為，原繞組的電動(dòng)勢(shì)副繞組的電動(dòng)勢(shì)電壓比與雙繞組變壓器相同。繞組公共部分電流：忽略勵(lì)磁電流時(shí)，由磁通勢(shì)平衡關(guān)系，可得前式代入上式可得則有代入式70得可見，公共部分的電流比額定負(fù)載電流還要小。（三）

容量關(guān)系由式（73）可知，與反相，所以自耦變壓器的通過容量（額定容量）由此可知，自耦變壓器的額定容量由兩部分組成：一部分為電磁容量。另一部分為傳導(dǎo)容量，直接通過電的聯(lián)系由原邊傳導(dǎo)副邊。（四）

優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)合繞組容量（電磁容量）小于額定容量。用材料少，體積小，重量輕，成本低。鐵耗，銅耗小，效率高。缺點(diǎn)是內(nèi)部絕緣和過電壓保護(hù)均需加強(qiáng)。適用于k<3的電力變壓器，實(shí)驗(yàn)室的調(diào)壓和異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)等。二．互感器（一）

電壓互感器功能是將高電壓變?yōu)榈碗妷哼M(jìn)行測(cè)量。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是原繞組匝數(shù)很多，副繞組匝數(shù)很少，相當(dāng)于特殊的將壓變壓器。工作時(shí)副邊接電壓表，一般為100V，相當(dāng)于開路。工作原理：原繞組并接于被測(cè)線路。副繞組接入電壓表或其他測(cè)量?jī)x表的電壓線圈。則—電壓互感器的電壓變化根據(jù)可知，如用配套的電壓表，表上可直讀的數(shù)值互感器的電壓比有誤差，相位亦有誤差，誤差的大小與勵(lì)磁電流的大小和漏阻抗的大小有關(guān)，為減少誤差，鐵心采用高度硅鋼片，且使鐵心工作在不飽和狀態(tài)。根據(jù)實(shí)際誤差的大小，精度分0.5、1.0和3.0三級(jí)。使用注意事項(xiàng)：1．二次側(cè)有一端可靠接地；2．二次側(cè)不能短路；3．負(fù)載不能超過規(guī)定值。（二）

電流互感器功能是將大電流變?yōu)樾‰娏鬟M(jìn)行測(cè)量。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是原繞組的匝數(shù)很少，副繞組的匝數(shù)很多。工作時(shí)副邊接電流表或其他測(cè)量?jī)x表的電流線圈，相當(dāng)于工作在短路狀態(tài)的升壓變壓器。一次側(cè)電流可為5～2500A，二次側(cè)電流為5A.工作原理：原繞組為一匝（穿心）或幾匝，串接于被側(cè)電路。副繞組接電流表，測(cè)得電流，則被測(cè)電流—電流互感器的電流變化比根據(jù)，可知，如用配套的電流表，可直接讀取的數(shù)值。電流互感器亦有變化比和相位誤差，按電流比誤差的大小，精度分0.2、0.5、1.0、3.0、10.0五級(jí)。使用注意事項(xiàng)：1．二次側(cè)有一端可靠接地；2．副邊不準(zhǔn)開路；3．負(fù)載不能超過規(guī)定值。第三章三相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理異步電機(jī)是交流電機(jī)，主要做電動(dòng)機(jī)用。異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)及用途?！?三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)一．旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：極性和大小不變且以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生：對(duì)稱三相繞組流過對(duì)稱三相電流，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相對(duì)稱繞組：三套數(shù)據(jù)相同，空間（沿定子內(nèi)圓）互差電角度的繞組組成三相對(duì)稱繞組，圖1為最簡(jiǎn)單的三相對(duì)稱繞組。三相對(duì)稱電流：（1）瞬時(shí)表達(dá)式：（2）電流變化曲線（圖2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：規(guī)定電流為正時(shí)，從首端出，分析幾個(gè)特定瞬間：

由圖1分析可知：（1）對(duì)稱三相電流通過對(duì)稱三相繞組時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大小不變，轉(zhuǎn)速一定的磁場(chǎng)。（2）由于電流變化一個(gè)周期，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過一對(duì)磁極，所以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速：（）稱為同步轉(zhuǎn)速。（一）工作原理定子三相對(duì)稱繞組，接通三相對(duì)稱電源，流過三相對(duì)稱電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（電生磁），切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，感應(yīng)電勢(shì)和電流（磁變生電），載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩（電磁生力），使轉(zhuǎn)子朝著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向旋轉(zhuǎn)。（二）轉(zhuǎn)差率與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一般情況下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是略低于同步轉(zhuǎn)速“異步”之名由此而來，轉(zhuǎn)差是異步電機(jī)運(yùn)行的必要條件，將轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速之比的百分值稱為轉(zhuǎn)差率S：轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的一個(gè)基本參量，不同的數(shù)值范圍反映不同的運(yùn)行狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電磁制動(dòng)狀態(tài)三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)：圖3表示繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，由定子和轉(zhuǎn)子組成。（一）定子定子鐵芯：導(dǎo)磁和嵌放定子三相繞組；0.5mm硅鋼片沖制涂漆疊壓而成；內(nèi)圓均勻開槽；槽形有半閉口；半開口和開口槽三種；適用于不同的電機(jī)定子繞組：電路；絕緣導(dǎo)線繞制線圈；由若干線圈按一定規(guī)律連接成三相對(duì)稱繞組；交流電機(jī)的定子繞組稱為電樞繞組機(jī)座：支撐和固定作用；鑄鐵或鋼板焊接（二）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵芯：導(dǎo)磁和嵌放轉(zhuǎn)子繞組；0.5mm硅鋼片；外圓開槽轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型兩種籠型繞組：電路；鑄鋁或銅條；優(yōu)缺點(diǎn)

繞線型繞組：對(duì)稱三相繞組；星接；集電環(huán)；優(yōu)缺點(diǎn)氣隙：氣隙大小的影響；中小型電機(jī)的氣隙為0.2~2mm§2三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)一．型號(hào)二．銘牌數(shù)據(jù)（額定數(shù)據(jù)）1.

額定功率。額定運(yùn)行時(shí)輸出的機(jī)械功率2.

額定電壓3.

額定電流4.

額定頻率5.

額定轉(zhuǎn)速銘牌上還應(yīng)標(biāo)示定子繞組接法、絕緣等級(jí)（允許溫升）、繞線型異步電動(dòng)機(jī)還應(yīng)標(biāo)示轉(zhuǎn)子額定電動(dòng)勢(shì)及額定電流?！?三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組三相定子繞組的作用和要求。一．交流繞組的基本知識(shí)和基本量（一）電角度與機(jī)械角度電角度=P×機(jī)械角度（二）線圈一匝或多匝，首端和末端（三）節(jié)距一個(gè)線圈兩邊所跨定子圓周上的距離，用y1表示一般以槽數(shù)計(jì)，節(jié)距應(yīng)近似等于極距，時(shí)為整距，時(shí)為短距，其中。（四）槽距角相鄰兩槽之間的電角度（一個(gè)槽所在距離相應(yīng)的電角度）（五）每級(jí)每相槽數(shù)q每一個(gè)極下每相繞組所占的槽數(shù)

§4三相異步電動(dòng)機(jī)的定子磁通勢(shì)及磁場(chǎng)根據(jù)繞組的構(gòu)成原理，先分析一個(gè)線圈的磁通勢(shì)，進(jìn)而分析一個(gè)線圈的磁通勢(shì)和一相繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)，再求三相繞組共同產(chǎn)生的合成磁通勢(shì)。一、

單相繞組的磁通勢(shì)（一）

整距線圈的磁通勢(shì)（圖12）一個(gè)整距線圈AX通以電流I時(shí)，電流為正（A出，X進(jìn)）時(shí)，下半部為N極，上半部為S極，用安培環(huán)路定律可得每個(gè)極下磁通勢(shì)為一常數(shù)，設(shè)磁力線自定子出為正，則氣隙中磁通勢(shì)沿圓周分布幅值應(yīng)為。如果電流為正弦交流，則此矩形波的高度將隨時(shí)間以電流交變的頻率交變。時(shí)，，范圍內(nèi)。矩形波高度為。時(shí)，，矩形波高度為零。，，磁通勢(shì)變?yōu)椋淖兞朔较?。所以整距線圈產(chǎn)生的磁通勢(shì)任何瞬間，空間分布總為矩形波。而空間任何一點(diǎn)的大小隨電流的變化而變化。這種空間分布位置固定不變，而大小隨時(shí)間交變的磁通勢(shì)稱為脈振磁通勢(shì)，脈振頻率即電流變化的頻率。其數(shù)學(xué)表達(dá)式：對(duì)于多極電機(jī)，每一對(duì)極的磁通勢(shì)，分布情況與上相同，只是空間分布增加了p倍而已。為將線圈的磁通勢(shì)合成，用矩形波疊加很不方便，一般先用傅氏級(jí)數(shù)，將矩形分布的磁通勢(shì)分解成基波和一系列諧波，然后分別合成。矩形波分解如圖所示。對(duì)橫軸對(duì)稱，即，只含奇次諧波。又對(duì)縱軸對(duì)稱，即，∴只含余弦項(xiàng)，故有式中 =（二）線圈組的磁通勢(shì)1.整距線圈的線圈組磁通勢(shì)設(shè)q=3，三個(gè)線圈各產(chǎn)生一個(gè)矩形波磁通勢(shì)，分別進(jìn)行分解，則三個(gè)基波磁通勢(shì)大小相等，均為空間互差一個(gè)槽距角，可得線圈組基波合成磁通勢(shì)的幅值為：,而，所以式中稱為基波磁通勢(shì)的分布系數(shù)，其物理意義為：由于采用分布繞組，使基波磁通勢(shì)減小的倍數(shù)（<1）。同理，對(duì)于高次諧波式中稱為諧波磁通勢(shì)的分布系數(shù)。

2．短距線圈的線圈組磁通勢(shì)雙層線圈一般采用短距線圈，對(duì)合成磁通勢(shì)有影響。以雙層繞組為例，q=2,一對(duì)極下兩個(gè)短距線圈組。根據(jù)只要不改變各線圈邊中的電流大小和方向，產(chǎn)生的磁通勢(shì)就不變的規(guī)律，可以等效為兩個(gè)整距線圈組。這兩個(gè)整距線圈組在空間位移的角度正好等于線圈節(jié)距縮短的角度，為線圈組基波合成磁通勢(shì)式中稱為基波磁通勢(shì)的短距系數(shù)。其物理意義為：由于采用短距線圈，使基波磁通勢(shì)減小的倍數(shù)。對(duì)于次諧波，短距系數(shù)為如果取，因ν為奇數(shù)，則，次諧波得以完全消除。（三）一相繞組磁通勢(shì)一相繞組磁通勢(shì)不是整個(gè)繞組的安匝數(shù)，而是每對(duì)極下的合成磁通勢(shì)。為此，基波合成磁通勢(shì)的幅值式中稱為基波繞組系數(shù)。諧波磁通勢(shì)的幅值（安匝/極）一相繞組磁通勢(shì)的表達(dá)式：一相繞組磁通勢(shì)的幾點(diǎn)結(jié)論：（1）是脈振磁通勢(shì)；（2）基波的磁通勢(shì)幅值的位置與繞組的柱線重合；（3）基波的磁通勢(shì)幅值：，諧基波的磁通勢(shì)幅值：。二．三相繞組磁通勢(shì)——旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)（一）

脈振磁通勢(shì)的分解根據(jù)三角函數(shù)公式：可將一繞組的脈振磁通勢(shì)公式寫成： 此式表明一個(gè)脈振磁通勢(shì)分解為兩個(gè)分量，先分析第一個(gè)分量：時(shí)，磁通勢(shì)在空間分布如圖4—19，觀察此正弦分布曲線上為某一定值的A點(diǎn)，由于常數(shù)則有常數(shù)兩邊對(duì)t微分，可得沿氣隙周圍移動(dòng)的線速度v沿氣隙周圍旋轉(zhuǎn)的速度由此可見是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，其幅值為一相磁通勢(shì)幅值的1/2，轉(zhuǎn)速。同理分析可得，亦是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，幅值為只是轉(zhuǎn)速，即轉(zhuǎn)向相反。結(jié)論：一個(gè)脈振磁通勢(shì)可以分解為兩個(gè)幅值相等、轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)。三．三相繞組的基波合成磁通勢(shì) 若取A相繞組的軸線處作為空間坐標(biāo)的原點(diǎn)，則可得A，B，C三相基波磁通勢(shì)的表達(dá)式為： 分別將這3個(gè)脈振磁通勢(shì)分解，則得三相繞組的基波合成磁通勢(shì)顯然這亦是一個(gè)的旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，只是幅值為一相磁通勢(shì)幅值的，用F1表示。以上是數(shù)學(xué)方法結(jié)論。亦可直觀圖解得到。綜和以上兩種方法?？傻萌嗬@組的基波合成磁通勢(shì)有一下三特征：（1）

是一過旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，速度為同步轉(zhuǎn)速（）。旋轉(zhuǎn)方向決定于電源相序，從超前相轉(zhuǎn)向滯后相。（2）

幅值為一相磁通勢(shì)幅值的。恒定不變，故為圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)。（3）

哪一相的電流達(dá)正的最大值，三相基波合成磁通勢(shì)的幅值就在哪一相繞組的軸線上。用同樣方法，可以分析各次諧波磁通勢(shì)。次，諧波合成磁通勢(shì)為正轉(zhuǎn)(與基波合成磁通勢(shì)轉(zhuǎn)向相同)旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，次諧波合成磁通勢(shì)等于零。三．三相異步電動(dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng)

§5三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的電動(dòng)勢(shì)三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，氣隙中總存在旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)建立的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，同時(shí)切割定、轉(zhuǎn)子繞組，分別在定、轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?；ㄐD(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生基波電動(dòng)勢(shì)，諧波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生諧波電動(dòng)勢(shì)。一．繞組的基波電動(dòng)勢(shì)設(shè)，如下圖b）所示

式中為離開坐標(biāo)原點(diǎn)的電角度，應(yīng)等于ωt，所以Bx=B1mSinωt（一）導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=Bxlv=B1mlvSinωt=Ec1Sinωt此電動(dòng)勢(shì)的頻率f1=此電動(dòng)勢(shì)的有效值Ec1=B1mlv由于一個(gè)極距內(nèi)磁通密度的平均值Bav=B1m，B1m=Bav=又v==2f1故（二）整距線圈的電動(dòng)勢(shì)整距線匝的電動(dòng)勢(shì)整距線圈的電動(dòng)勢(shì)(三)短距線圈的電動(dòng)勢(shì)一個(gè)線匝的兩根導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)，和的相位差比1800小一個(gè)ε角（個(gè)槽相應(yīng)的電角度），故匝電動(dòng)勢(shì)：式中稱為基波電動(dòng)勢(shì)的短距系數(shù)。計(jì)算方法與基波磁通勢(shì)的短距系數(shù)相同，大小相等。以后統(tǒng)稱為基波短距系數(shù)。（四）線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)單層繞組，每相繞組線圈組的數(shù)目等于p，雙層繞組，每相線圈組數(shù)目等于，線圈組中每個(gè)線圈的電動(dòng)勢(shì)大小相等，只是時(shí)間相位上互差一個(gè)槽距角。線圈組的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)是q個(gè)線圈電動(dòng)勢(shì)的相量和，設(shè)q=3，則相量圖為下圖所示。

可見式中，稱為基波電動(dòng)勢(shì)的分布系數(shù)線圈組的基波電動(dòng)勢(shì)式中，稱為基波繞組系數(shù)。（五）一相繞組的基波電動(dòng)勢(shì)對(duì)于單層繞組，a條并聯(lián)支路，共有p個(gè)線圈組，故有式中，為每相串聯(lián)匝數(shù)，即一條支路串聯(lián)的匝數(shù)。對(duì)于雙層繞組，a條并聯(lián)支路，共有2p個(gè)線圈組式中，為每相串聯(lián)匝數(shù)同理，可得一相繞組諧波電動(dòng)勢(shì)有效值的計(jì)算公式E設(shè)計(jì)繞組時(shí)，可以采用適當(dāng)?shù)姆植级叹嗬@組，使接近于1，接近于零，就能明顯削弱諧波，從而改善電動(dòng)勢(shì)的波形二．三相繞組的電動(dòng)勢(shì)（一）

相電動(dòng)勢(shì)實(shí)際電機(jī)定子一相繞組中的電動(dòng)勢(shì)除基波分量以外，還有少量諧波分量，故每相電動(dòng)勢(shì)的有效值應(yīng)為：（二）

線電動(dòng)勢(shì)1．星形接法，線電勢(shì)不包含三和三的倍數(shù)次諧波2．三角形接法不包含三和三的倍數(shù)次諧波

第四章同步電動(dòng)機(jī)前言：①同步電機(jī)是一種交流電機(jī)，主要作發(fā)電機(jī)使用；也可作電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)（專門用于電網(wǎng)的無功補(bǔ)償）使用；②同步電機(jī)定義：同步電機(jī)轉(zhuǎn)速n與定子電流頻率f和極對(duì)數(shù)p保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即；③主要內(nèi)容：電樞反應(yīng)；有功和無功調(diào)節(jié)；并聯(lián)運(yùn)行；不對(duì)稱和突然短路6.1同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)1.旋轉(zhuǎn)磁極式定子-放置三相交流繞組轉(zhuǎn)子-放置勵(lì)磁繞組(主磁極)凸極式隱極式2旋轉(zhuǎn)電樞式定子-放置勵(lì)磁繞組(主磁極)轉(zhuǎn)子-放置三相交流繞組(需三個(gè)滑環(huán)引出或引入三相電流)一、同步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)隱極同步電機(jī)(以汽論發(fā)電機(jī)為例)特點(diǎn):轉(zhuǎn)速高為保證頻率f=50Hz,則發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)P少(一般為二極,2P=2)離心力大,需細(xì)長(zhǎng)轉(zhuǎn)子(隱極式)0.5mm硅鋼片疊壓而成定子鐵心大型電機(jī)由扇型片拼成圓形1.定子矩形開口槽,徑向,軸向通風(fēng)道定子繞組-三相雙層繞組,扁銅線繞制而成,采用成型線圈外殼-用鋼板焊接而成轉(zhuǎn)子(1)由合金鋼鍛成,與轉(zhuǎn)軸制成一個(gè)整體,外園開槽,大齒和小齒(2)勵(lì)磁繞組為同心式繞組(3)采用高強(qiáng)度鋁合金槽楔,端部采用保護(hù)環(huán)固定3.滑環(huán)(集電環(huán))與電刷裝置.凸極同步電機(jī)特點(diǎn):轉(zhuǎn)速低為保證f=50Hz,則需發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)P增大為保證放置P對(duì)磁極,則需轉(zhuǎn)子的直徑大.1.定子:定子鐵心-硅鋼片疊成,直徑可達(dá)20多米,矩形開口槽.定子繞組-雙層繞組2.轉(zhuǎn)子:凸極式鐵心由厚鋼板疊成勵(lì)磁繞組由扁銅線繞制而成阻尼繞組(起動(dòng)繞組)-由銅條和端環(huán)構(gòu)成,用于同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng).二、同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下,定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)靜止功率角δ-定子合成磁場(chǎng)軸線與主極磁場(chǎng)(轉(zhuǎn)子磁場(chǎng))軸線之間夾角.(用電角度表示)三種運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)運(yùn)行物理過程:直流電流→電刷→滑環(huán)→勵(lì)磁繞組→磁場(chǎng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)三相交流電動(dòng)勢(shì)(頻率為),接入負(fù)載后,三相對(duì)稱電流,定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n1旋轉(zhuǎn).特點(diǎn):<1>功率角δ>0(即主極磁場(chǎng)超前定子合成磁場(chǎng))<2>轉(zhuǎn)子受到制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩Te<3>f∝,為保證f=50Hz恒定,需保證恒定,應(yīng)輸入轉(zhuǎn)矩T1與Te平衡.補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行狀態(tài)(或空載運(yùn)行狀態(tài))當(dāng)δ=0時(shí)→Te=0物理過程:轉(zhuǎn)子同發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài),-主極磁場(chǎng)以旋轉(zhuǎn)定子接入三相對(duì)稱電源-定子合成磁場(chǎng)以旋轉(zhuǎn)特點(diǎn):<1>δ=0.(主磁場(chǎng)與定子合成磁場(chǎng)重合)<2>電機(jī)內(nèi)沒有有功功率轉(zhuǎn)換電動(dòng)機(jī)運(yùn)行當(dāng)δ<0時(shí)→Te→(即主機(jī)磁場(chǎng)滯后定子合成磁場(chǎng)物理過程:定子接三相電源-定子合成磁場(chǎng)以旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子接直流電源-恒定磁場(chǎng),去掉原動(dòng)機(jī).特點(diǎn):<1>δ<0<2>外施T2↑→δ↑→Te↑(與T2+T0平衡)保證n==常數(shù)<3>轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n==60f/p,即當(dāng)f一定,p一定時(shí),n恒定.三.同步電機(jī)的勵(lì)磁方式四.額定值1.額定容量SN(或額定功率PN)-指輸出功率發(fā)電機(jī)用視在功率(KVA)或有功功率電動(dòng)機(jī)用有功功率(KW)表示補(bǔ)償機(jī)用無功功率(Kvar)表示2.額定電壓UN—定子線電壓(V)3.額定電流IN—定子線電流(A)4.其他:,ηN,fN,nN,θN,UfN,IfN等三相同步電動(dòng)機(jī)1同步電動(dòng)機(jī)的工作原理一、三相異步電動(dòng)機(jī)的同步運(yùn)行n=n1時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)I2=0.此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組通直流電時(shí)，轉(zhuǎn)子就會(huì)建立相對(duì)于轉(zhuǎn)子本身精致的磁場(chǎng)（恒定）。由于定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相同，因此相對(duì)靜止。根據(jù)同性相斥、異性相吸的原則，就可以是一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。：二、三相同步電動(dòng)機(jī)的工作原理：三、同步電動(dòng)機(jī)的電磁功率的公式：1．電壓方程：隱極機(jī)：凸極機(jī)：2．電磁功率：凸極機(jī)：隱極機(jī)：3.電磁轉(zhuǎn)矩方程：4.功率平衡：四、同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線和功率因數(shù)調(diào)整;1.三種激磁狀態(tài)：①正常激磁狀態(tài)：與同相，，吸有功P，Q=0；②過激運(yùn)行狀態(tài)：超前，吸有功P，吸容性Q（發(fā)感性Q）；③欠激運(yùn)行狀態(tài)：滯后，吸有功P，吸感性Q（發(fā)容性Q）；2.V形曲線：**結(jié)論：同步電動(dòng)機(jī)最可貴的優(yōu)點(diǎn)，調(diào)If可改變它的無功輸出。五、同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)異步起動(dòng)法其他起動(dòng)方法五、同步補(bǔ)償機(jī)1.目的：補(bǔ)償無功功率的不足；2.同步補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行實(shí)質(zhì)：運(yùn)行于同步電動(dòng)機(jī)（空載）狀態(tài)；3.同步補(bǔ)償機(jī)定義：是一種專門設(shè)計(jì)的無功功率發(fā)電機(jī)，更確切地說是一種不帶機(jī)械負(fù)載（即空載運(yùn)行）的同步電動(dòng)機(jī)。4.三種激磁狀態(tài)：①正常激磁狀態(tài)；②過激運(yùn)行狀態(tài)；③欠激運(yùn)行狀態(tài)；5.同步補(bǔ)償機(jī)特點(diǎn)：①同步調(diào)相機(jī)的額定容量是指在過激狀態(tài)時(shí)的額定視在功率；②由于軸上不帶負(fù)載，調(diào)相機(jī)的轉(zhuǎn)軸比同容量的電動(dòng)機(jī)的軸細(xì)；③提供感性無功，激磁線圈截面大，損耗也較大，通風(fēng)冷卻；動(dòng)：異步電動(dòng)機(jī)或輔助電動(dòng)機(jī)法。第五章特種電機(jī)§１伺服電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過程一．伺服電機(jī)負(fù)載時(shí)的物理情況定子三相對(duì)稱繞組接通三相對(duì)稱電源，流過三相對(duì)稱電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)F1和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),以同步轉(zhuǎn)速n0切割定，轉(zhuǎn)子繞組，分別產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和，轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，因而產(chǎn)生三相對(duì)稱電流，轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)當(dāng)中受到電磁力作用，使轉(zhuǎn)子朝著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向以轉(zhuǎn)速n(<n0)旋轉(zhuǎn)，空載時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩僅需克服摩擦和風(fēng)阻的阻轉(zhuǎn)矩，很小，為此，，電機(jī)的磁通勢(shì)Fmo=F10，異步電機(jī)負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速下降，n(<n0)，及均增大，I2產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)F2，此時(shí)電機(jī)中的磁通勢(shì)應(yīng)由定、轉(zhuǎn)子繞組共同產(chǎn)生。（一）

轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)以繞線型轉(zhuǎn)子為例，結(jié)論同樣適用于鼠籠轉(zhuǎn)子。1．F2的旋轉(zhuǎn)方向如圖5－1所示，轉(zhuǎn)子繞組的相序取決于定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的轉(zhuǎn)向又取決于轉(zhuǎn)子繞組的相序，因而旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的方向與定子磁通勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向相同。圖5-1轉(zhuǎn)子繞組的相序

2．F2的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子電路的頻率轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)F2相對(duì)于轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子本身以轉(zhuǎn)速n向前旋轉(zhuǎn)，所以F2相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速（空間轉(zhuǎn)速）為即轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)Ｆ２和定子磁通勢(shì)Ｆ１的轉(zhuǎn)速是相同的，均為ｎ０，所以Ｆ２與Ｆ１在空間相對(duì)靜止，無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。（二）

磁通勢(shì)平衡關(guān)系負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)F2與定子磁通勢(shì)F1在空間相對(duì)靜止，其合成磁通勢(shì)保持定值，此時(shí)氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由此合成磁通勢(shì)產(chǎn)生，即而空載時(shí)

由于電動(dòng)機(jī)空載和負(fù)載時(shí)，所加電壓U1N保持不變，電動(dòng)勢(shì)近似不變，所以，故有即上式表明：負(fù)載時(shí)定子磁通勢(shì)包含兩個(gè)分量：一個(gè)分量（）作用是抵消轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)對(duì)主磁通勢(shì)的影響，其大小與相同，方向則相反，另一個(gè)分量，它的作用是產(chǎn)生主磁通。（三）

電磁關(guān)系異步電機(jī)負(fù)載時(shí)內(nèi)部的電磁關(guān)系可用圖5－2表示圖5－2異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系圖中二．基本方程式（一）

磁通勢(shì)平衡方程式已知即寫成式中稱為異步電機(jī)的電流比由此可得用電流形式表示的磁通勢(shì)平衡平衡方程式說明負(fù)載時(shí)定子電流包含兩個(gè)分量，一個(gè)分量為負(fù)載分量（），其作用為抵消轉(zhuǎn)子電流對(duì)主磁通的影響；另一個(gè)分量為勵(lì)磁分量，其作用是產(chǎn)生氣隙主磁通。（二）

電動(dòng)勢(shì)平衡方程式仿照變壓器中各物理量正方向確定方法規(guī)定各量正方向。根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可以寫出定、轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式式中－轉(zhuǎn)子繞組每相串聯(lián)的電阻，對(duì)籠型轉(zhuǎn)子，。與變壓器中一樣，可將電動(dòng)勢(shì)用相應(yīng)的阻抗壓降來表示：式中Zm－勵(lì)磁阻抗，表征鐵芯磁化特性和鐵耗的綜合參數(shù)Xm—?jiǎng)?lì)磁電抗，與氣隙主磁通相對(duì)應(yīng)rm—?jiǎng)?lì)磁電阻，反映鐵耗同理式中X1—定子漏抗X2s—轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)差率S旋轉(zhuǎn)時(shí)的漏抗X2s=SX2由此，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式可表示為：加上（稱為異步電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)比）稱為異步電機(jī)負(fù)載時(shí)的基本方程式。

§2伺服電機(jī)的等效電路及相量圖一．等效電路三相異步電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，不但原、副繞組的電動(dòng)勢(shì)不相等，而且頻率也不一樣（），為此，得出等效電路，不但要像變壓器那樣進(jìn)行繞組歸算，還應(yīng)進(jìn)行頻率歸算。（一）

頻率歸算轉(zhuǎn)子對(duì)定子的作用是通過磁通勢(shì)Ｆ２產(chǎn)生，只要維持歸算前后Ｆ２不變即可。亦即只要維持轉(zhuǎn)子繞組的電流不變。由轉(zhuǎn)子繞組電動(dòng)勢(shì)平和方程式可得：式中分別為轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)每相繞組的電動(dòng)勢(shì)、電流和漏電抗。經(jīng)過以上變換后得到的電流在大小和相位上完全與一樣，但物理意義卻大不相同，等于轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)除以轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的漏電抗Ｘ２和轉(zhuǎn)子等效電阻，所以這時(shí)的頻率已經(jīng)變成了。變換后的轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)角也與原來一樣，即綜上所述，用一個(gè)靜止的轉(zhuǎn)子去等效代替一個(gè)實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，只要把轉(zhuǎn)子電路的電阻ｒ２改為ｒ２／２（相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)了一個(gè)的電阻），電抗改為，用這些阻抗去除轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的，就能得到一個(gè)大小和相位與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)一樣，而頻率為的轉(zhuǎn)子電流。這個(gè)電流產(chǎn)生的與原來的一樣。這種用一個(gè)靜止不動(dòng)的轉(zhuǎn)子代替實(shí)際旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，從而使轉(zhuǎn)子回路的頻率由變?yōu)榈姆椒?，就叫頻率歸算。（二）

繞組歸算頻率歸算后的電路如圖5－3所示，與變壓器情況類似，雖然兩邊的頻率已相同，但欲連成一個(gè)電路，還需進(jìn)行繞組歸算。繞組歸算是人為地假想相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組系數(shù)均和定子繞組相同的繞組等效替代相數(shù)為、每相串聯(lián)匝數(shù)為以及繞組系數(shù)為，并經(jīng)過頻率歸算的轉(zhuǎn)子繞圖5-3頻率歸算后異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電路圖

組，歸算原則是歸算前后轉(zhuǎn)子對(duì)定子的電磁效應(yīng)不變，即轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)不變，各部分的功率不變。1．電流的歸算歸算前后轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)不變，可得歸算后的電流即除以電流比2．電動(dòng)勢(shì)的歸算由轉(zhuǎn)子總視在功率不變，得歸算后