电机学（下)复习.doc

第二章 直流电机学习指导1直流电机的电枢绕组的连接规律2直流机的电枢反应3. 电枢绕组电动势及枢绕组电磁转矩的计算公式4直流发电机电压方程式、电磁功率及电磁转矩关系5直流发电的自励条件6直流电动机的电压方程、功率及转矩关系7并励、串励直流电动机的机械特性8直流电动机起调速的方法学习重点 1. 电枢绕组电动势及枢绕组电磁转矩的计算公式2直流发电机电压方程式、电磁功率及电磁转矩关系3直流电动机的电压方程、功率及转矩关系4并直流电动机的机械特性5直流电动机起调速的方法学习难点1直流电机的电枢绕组的连接规律第二节 直流电机的电枢绕组单叠绕组有以下特点：1) 单叠绕组的并联支路数2a应等于电机的极数2p；2) 当元件几何形状对称时，电刷应放在主机中心线上，此时正、负电刷间感应电势最大，被电刷所短路元件感应电势为零；3) 电刷数等于极数；4) 电刷间引出的电势为每一支路电势，正、负电刷间引出的电流为各支路电流之和。第三节 直流电机的磁动势和磁场为了弄清稳态运行时直流电机内部的电磁过程，必须了解空载和负载时电机内部的磁场，本节介绍直流电机的磁场。一、励磁方式二、负载时的电枢磁动势三、电枢反应负载时电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应。如果电枢磁动势有交轴和直轴分量，则电枢反应就相应的称为交轴电枢反应或直轴电枢反应。1.交轴电枢反应1）气隙磁场发生畸变，物理中性线偏移2）去磁作用2.直轴电枢反应若电刷不在几何中性线上，除交轴电枢磁动势外，还有直轴电枢磁动势，若为发电机电刷顺电枢旋转方向移角，直轴电枢反应是去磁的；若发电机电刷逆电枢旋转方向移角，直轴电枢反应是增磁的。电动机情况与发电机正好相反。四、直流电动机的感应电动势和电磁转矩1.电枢绕组的感应电动势 2.直流电机的电磁转矩 第四节 直流发电机的基本特性直流发电机在拖动系统中大都作为电源使用，目前直流发电机有被大功率可控硅整流电源取代的趋势，但有些系统中还要使用。一、直流发电机的基本方程式基本方程式：1、电端口的电压平衡方程式 2、机械端口的转矩平衡方程式二、他励磁发电机的运行特性1空载特性2 外特性由电压方程可知U下降的原因为3、调节特性4、效率特性三、并励发电机的自励和运行特性1、并励发电机的自励（2）自励条件2、并励发电机的运行特性与他励外特性比较，并励的外特性有三个特点：1）同一附载电流下，端电压较低。2）外特性有“拐弯”现象。3）稳定短路电流小四、复励发电机的运行特性第五节 直流电动机的运行特性直流电动机是直流发电机的一种逆运行状态，将电能变为机械能，由于表征机械能的参数为转矩和转速。所以直流电动机稳定运行特性最主要的就是转矩转速特性即机械特性。再是工作特性。因直流电动机运行性能因励磁方式不同而有很大差异，下面分别加以研究。一、直流电动机的基本方程式1电压方程2转矩方程3电磁功率及功率方程二、并励电动机的运行特性1、机械特性 (2-52)三、串励电动机的运行特性1、机械特性（转矩转速特性）第六节 直流电动机的启动、调速和制动一、直流电动机的启动1、直接启动2、电枢回路串变阻器启动、降压启动二、直流电动机的调速、电枢串电阻调速、调节电枢电压调速、弱磁调速本章习题：一、填空1. 直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是_。答：交流的。2. 一台四极直流发电机采用单叠绕组，若取下一支或相邻的两支电刷，其电流和功率_，而电刷电压_。答：减小，不变。3. 直流电动机电刷放置的原则是_。答：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。4. 一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20，则稳定后电机的电流为_倍的额定电流（假设磁路不饱和）。答：1.25倍。5. 并励直流电动机，当电源反接时，其中的方向_，转速方向_。答：反向，不变。6. 直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速_，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转速_。答：升高，降低。7. 并励直流电动机改变转向的方法有_，_ 。答：将电枢绕组的两个接线端对调，将励磁绕组的两个接线端对调，但二者不能同时对调。8. 当保持并励直流电动机的负载转矩不变，在电枢回路中串入电阻后，则电机的转速将_。答：下降。9. 并励直流发电机的励磁回路电阻和转速同时增大一倍，则其空载电压_。答：不变。10. 直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反应是_；若为电动机，则直轴电枢反应是_。答：去磁的，增磁的。第六章 同步电机学习指导学习目标与要求熟练掌握三相同步发电机的正常运行原理和分析方法，对不正常运行有清晰的物理概念。（1）汽轮发电机和水轮发电机的基本结构，额定值。（2）同步发电机的运行原理。l 空载运行l 对称负载时的电枢反应l 隐极式同步发电机的负载运行l 凸极式同步发电机的负载运行（3）同步发电机的运行特性l 空载特性和短路特性l 零动率因数负载特性l 外特性和调整特性l 同步电抗和短路比的物理概念和测定方法l 电压调整率和额定励磁电流的求法（4）同步发电机与大电网的并联运行l 与大电网并联运行的条件和方法。l 同步发电机的功角特性。l 并联运行时有功功率的调节和静态稳定的物理概念。l 并联运行时无功功率调节和“V”形曲线。（5）同步电动机和同步调相机l 同步电动机的运行特点和起动方法l 同步调相机的原理，用途和特点。（6）同步发电机的不对称运行l 同步发电机负序电抗和零序电抗的物理概念及各相序等效电路。l 运用对称分量法分析三相同步发电机不对称稳态运行。（7）同步发电机突然短路l 三相突然短路的瞬变过程l 瞬变电抗和超瞬变电抗及各时间常数的意义。学习重点 （1）同步发电机的运行原理。（2）同步发电机的运行特性（3）同步发电机与大电网的并联运行的条件和方法。（4) 同步发电机的功角特性。（5) 并联运行时有功功率的调节和无功功率调节学习难点（1）凸极式同步发电机的电枢反应。（2）利用同步发电机的运行特性确定电机的参数（3）同步发电机负序电抗和零序电抗的物理概念及各相序等效电路。（4）同步发电机突然短路瞬变过程分析（5）瞬变电抗和超瞬变电抗及各时间常数的意义。第二节 同步发电机的运行原理重点内容1.同步发电机电枢反应的概念2.隐极发电机负载运行分析及其相量图3.凸极发电机的负载运行分析及其相量图4.电枢反应电抗，同步电抗(直轴同步电机，交轴同步电机)的概念一、同步发电机的空载运行二、对称负载时的电枢反应3.电枢反应的性质。一、和同相位(=0)二、滞后一锐角（ ）三、超前90电角四、超前锐角为滞后的角度(内功率因数角)三、电枢反应电抗和同步电抗的概念1 隐极同步电机的电枢反应： 同样大小的电枢磁动势作用在d轴和q轴上，所产生的电枢磁场将有明显的差别2、凸极同步电机：直轴气隙小磁导大交轴气隙大磁导小电枢磁动势作用在不同的位置，产生不同的效果双反应理论：磁动势Fa分解成沿直轴和交轴方向的两个分量，分别求它们的作用，最后将效果叠加。四、隐极同步发电机的负载运行分析1.隐极发电机的电磁过程 图6.14隐极同步发电机的负载运行的相量图图6.15隐极发电机的等效电路五、凸极同步发电机的负载运行分析1.凸极发电机的电磁过程2.凸极同步发电机的电势方程式3.凸极发电机的相量图的作法1）利用方程式求出：2）利用公式求出： 图6.16凸极同步发电机的负载运行的相量图第三节 同步发电机的运行特性1.掌握同步发电机的主要特性曲线的实验求法及用途2.同步发电机稳态参数Xd、Xq的求法，及短路比的意义和求法。3.掌握应用磁动势电动势矢量图的方法确定隐极机的额定励磁电流和电压变化率(调整率) 一、同步发电机的运行特性（一）空载特性（二）短路特性（三）同步发电机的零功率因数负载特性1、零功率因数负载下的电磁关系（四）外特性：（五）调整特性：二、特性曲线在参数计算中的应用（一）由零功率因数和空载特性确定定子漏抗和电枢反应磁动势（二）保梯电抗Xp(Potier Reactance)（三）短路比的概念短路比大，则同步电抗小，负载变化时发电机的电压变化就小，并联运行时发电机的稳定度较高；设计上，电机气隙较大，转子的额定激磁磁势和用铜量增大，成本增加。（四）Xd的不饱和值（五）Xd的饱和值由空载特性和零功率因数特性确定饱和同步电抗磁路饱和决定于空气隙中的合成磁场。三、稳态参数的测定1、Xq(Xd不饱和)用转差法测量（和静测法电磁关系的区别？）第四节 同步发电机的并联运行一、同步发电机并联运行的条件和方法发电机的相序与电网相序一致；发电机电压的有效值与电网电压有效值相等；发电机的频率与电网频率相等，且相位相同。并联运行的方法有：同步指示灯法；自同步法。二、同步发电机的功角特性1 隐极机2.凸极机(忽略电枢电阻)E0=0时，的定义？相量图？的定义：电压U相量和q轴间的夹角无功？三、有功功率调节和静态稳定改变的原动机供给发电机的功率，改变功角的大小，可以调节有功功率的输出，当功角090时，有最大功率输出(隐极机)。凸极机在略小于90时有最大功率输出。表示发电机运行的稳定度用比整步功率。（一）有功功率的调节（二）静态稳定的概念（三）比整步功率系数（四）静态过载倍数对隐极机： 一般要求Km1.7,同步机一般 =2535四、无功功率的调节和V形曲线原动机功率不变，调节同步发电机的激磁电流可以改变发电机的无功功率输出。第五节 同步电动机和同步调相机第六节 同步发电机的不对称运行 (1)正序电抗、负序电抗、零序电抗的物理意义(2)三种稳态短路电流的分析，及电流大小的比较(3)负序电抗、零序电抗的测量（一）三种不同稳定短路情况下短路电流的比较单相对中点短路两相短路三相稳定短路时短路电流 忽略零序电流和负序电流（二）负序和零序参数的测定1.为什么负序电抗比正序电抗小得多?2.三相绕组流过零序电流时，为什么合成磁势为零而零序电抗不为零?3.当同步电机有很强的阻尼系统时，负序电抗X-X，为什么4.负序漏磁通，零序漏通和正序漏磁通有何不同?负序漏磁通和正序漏磁通一样，因为正序和负序只是相序不同，漏磁通是一相电流所产生，与相序无关。零序漏磁通和正序漏磁通不同，因为零序电流合成磁势中的3次及3的倍数次谐波是脉动磁势，谐波磁场归入谐波漏磁。另外槽漏磁也与正序电流不同，在双层短距绕组中，有些槽的下下层导体不属于同一相，零序电流产生的槽漏磁较正序电流产生的槽漏磁小。在整距绕组中零序电流和正序电流产生的槽漏相同。5. 说明下列情况中同步电机转子电流有无交流分量?同步运转、定子电流三相对称且有稳定值 无同步运转、定子电流有稳态值但三相不对称 有稳定异步运转 有同步运转，定子电流突然变化。 有第七节 同步电机的突然短路1.利用超导体磁链不变原理分析瞬态短路，突然短路时转子磁通变化，转子电流对定子磁通有阻尼作用，使定子磁通减小，转子电抗变小为超瞬态电抗。由于电阻使转子电流逐渐衰减，对转子磁通的阻尼作用减弱，转子电抗变大为瞬态电抗。2.三相对称突然短路电流。3.瞬态电抗和超瞬态电抗的物理意义。1.突然短路的特点(1) 稳态短路时，由于同步电抗较大，因而其稳态短路电流并不大，而突然短路时，由于限制其电流的超瞬变电抗很小，而且含有直流分量，因而突然短路电流很大，其峰值可以达到额定电流的十多倍。(2) 随着这一冲击电流的出现，电机的绕组将受到很大的冲击电磁力的作用，可能使绕组变形，甚至绕组的绝缘受损。(3) 突然短路过程中，电机受到强大的短路转矩的作用，可有发生振动。(4) 电机的定转子绕组出现过电压现象。2.突然短路时电机内部物理现象的特点稳态短路时，电枢电流是恒定的，相应的电枢磁动势是一个以同步速旋转的恒幅旋转磁场，因而不会在转子绕组中感应电动势，产生电流，从电流关系来看，相当于变压器的开路状态。突然短路时，电枢电流的大小是变化的，相应的电枢磁场的幅值是变化的，因而定、转子之间变压器作用，在转子绕组中感应电势、电流，再影响到定子绕组中电流的变化，从电磁关系来看，相当于变压器的突然短路状态。3.分析方法由于同步电机直轴和变轴的磁路磁阻的不同，而定子和转子是相对运动的，因而定、转子的互感系数和自感系数都不是常数，用微分方程来分析，求解较为困难，本章采用超导闭合回路磁链守恒的原理，从物理概念上进行解释，并导出突然短路时，在各绕组中出现的短路电流。4.重点1.熟悉掌握突然短路的分析方法和电磁特点。2.掌握，的物理意义和数值大小、测量方法。3.定子、转子各种电流分量的对应关系，及各按什么时间常数衰减。本章习题一、填空1. 在同步电机中，只有存在 电枢反应才能实现机电能量转换。答 交轴2. 同步发电机并网的条件是：（1） ；（2） ；（3） 。答 发电机相序和电网相序要一致，发电机频率和电网频率要相同，发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致3. 同步发电机在过励时从电网吸收 ，产生 电枢反应；同步电动机在过励时向电网输出 ，产生 电枢反应。答 超前无功功率，直轴去磁，滞后无功功率，直轴去磁4. 同步电机的功角有双重含义，一是 和 之间的夹角；二是 和 空间夹角。答 主极轴线，气隙合成磁场轴线，励磁电动势，电压5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使和将 。答 不变6. 凸极同步电机气隙增加使和将 。答 减小7. 凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为 。答 二、问答题与计算题1同步发电机的电枢反应性质主要决定于什么？在下列情况下，电枢反应各起什么作用？1） 三相对称电阻负载；2） 电容负载，发电机同步电抗；3） 电感负载答： 电枢反应的性质取决于内功率因数角，而角既与负载性质有关，又与发电机本身的参数有关。由等效电路图可知（忽略电枢绕组电