直流电机和交流绕组理路

1、2ifueaiiauea,iaiufififeaiiauiaeai=ifu并励并励串励串励复励复励他励他励自励自励ia=iia=i+ifia=i=ifia=i+ifu=uf3分析思路：分析思路：电枢电流电枢电流ia电枢磁动势电枢磁动势fa电枢磁场电枢磁场ba空载磁场空载磁场b0气隙合成磁场气隙合成磁场b电枢反应电枢反应4b0ba(x)b(x)o5+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +bb+ + + + + +bbfafaqfad6l电枢元件内的电动势和电流是交流电枢元件内的电动势和电流是交流l当电枢旋转时，绕组元件要依次切割当电枢旋转时，

2、绕组元件要依次切割n，s磁极，由于在磁极，由于在n，s极下产生的感应电动势的方向不同，相应的电流的极下产生的感应电动势的方向不同，相应的电流的方向也不同，当电枢连续旋转时，便会在绕组元件内产生方向也不同，当电枢连续旋转时，便会在绕组元件内产生交变的电动势和电流。交变的电动势和电流。l在稳定时可认为通过元件的电流的大小基本恒定，在考虑在稳定时可认为通过元件的电流的大小基本恒定，在考虑到元件的电感量较小因此就可以忽略不计了。到元件的电感量较小因此就可以忽略不计了。7发电机：发电机：ea=u+iar+2us=u+iaraia=i+if （并励），（并励），ia=i（他励、串励）（他励、串励）电动机：

3、电动机：u=ea+iar+2us=ea+iaraia=i-if（并励），（并励），ia=i（他励、串励）（他励、串励）8l解：他励直流电动机：解：他励直流电动机：,uaaaaiier in0n0:0uu,aeanetaneniecntcic n 空载时n0u6082000807.2m23.14970nnnteteencptcinc ncn606029.552602aaetaaetpzpzcacapzpzccaa93-11 一台他励发电机的转速提高一台他励发电机的转速提高20，空载电压会提高多，空载电压会提高多 少少 （if不变）？若为并励发电机，则电压升高的百分值不变）？若为并励发电机，则电压

4、升高的百分值 比他励发电机多还是少比他励发电机多还是少(rf不变不变)？ if不变不变103-13 一台四极一台四极82kw，230v，970r/min的的并励并励发电机发电机，r（750）0.0259 ，r f（750）22.8 额定负载下额定负载下 串入串入3.5 的调节电阻，电刷压降的调节电阻，电刷压降为为2v，铁耗和机械损耗共，铁耗和机械损耗共2.5kw，杂散损耗为额定功率的，杂散损耗为额定功率的0.5，试求额，试求额定负载时发电机的输入功率、电磁功率和效率。定负载时发电机的输入功率、电磁功率和效率。 fnfi =u(r +r )2308.745a串（22.8+3.5）11%90%10

5、0*108.9182pp12123-15 一台并励直流电动机正转时为某一转速，如将它停车，一台并励直流电动机正转时为某一转速，如将它停车，仅改变励磁电流的方向后重新启动运转，发现此时转速与原仅改变励磁电流的方向后重新启动运转，发现此时转速与原来不同，是什么原因？来不同，是什么原因？l分析：转速变化，由于仅有if方向变化，u、ia、ra都没变化，由下式可知一定是主磁通 变化了。aaeui rnc133-16 一台一台17kw、220v的的并励并励直流直流电动机电动机，电枢总电阻，电枢总电阻r0.1欧，在额定电压欧，在额定电压下电枢电流为下电枢电流为100a，转速为，转速为1450r/min,并励

6、绕组与一变阻器串联以限制电流为并励绕组与一变阻器串联以限制电流为4.3a。当变阻器短路时，励磁电流为。当变阻器短路时，励磁电流为9a，转速降低到，转速降低到850r/min,电动机带有恒转电动机带有恒转距负载，机械损耗等不计，试计算距负载，机械损耗等不计，试计算（1）励磁绕组的电阻和变阻器电阻（）励磁绕组的电阻和变阻器电阻（2）变）变阻器短路后，电枢电流的稳态值；（阻器短路后，电枢电流的稳态值；（3）电磁转矩值）电磁转矩值 121l1211 122 2a22 12121a211 2ti.(*)iemtataeeeetciciecnecne neecnc nen，1421 . 022202222

7、0821 . 0100220211aiurainuevurainuess又，故舍弃）（注：另一根远大于解得：式得代入将10044.571450)21 . 0220(850208100(*)min/1450min,/ r850n222aa12aiiirnamnnieieptaaemem98.1366014502100208602111111153-17 一台一台96kw得得并励并励直流直流电动机电动机，额定电压为，额定电压为440v，额定电流，额定电流为为255a，额定励磁电流为，额定励磁电流为5a，额定转速为，额定转速为500r/min，电枢总电，电枢总电阻为阻为0.078欧，欧，不计电枢反应

8、不计电枢反应，试求，试求（1）电动机得额定输出转距；）电动机得额定输出转距；（2）额定电流时的电磁转矩（）额定电流时的电磁转矩（3）电动机的空载转速。）电动机的空载转速。a250iiiiafamnnppt39.183450014. 326096000602222)(73.200755. 9841. 05002078. 0250440aaeaeateeaaeaaaietmnicictcrincrieu16空载转速空载转速min/19.523:000e0rcunncue）空载时（不计电枢反应841.0500078.0250440eaaeaaacrincrieu171819eaacriun20直流并

9、励发电机直流并励电动机例3：输入功率与电磁功率之差，对于直流并励发电机包括_机械损耗、铁耗、杂散损耗_对于直流电动机包括_损耗。_电枢铜耗、电刷(接触)损耗、励磁铜耗_损耗，21例4：变压器的空载损耗主要是_损耗，短路损耗主要是_损耗。2223313242526284-5 试述分布因数和节距因数的意义。为什么试述分布因数和节距因数的意义。为什么分布因数和节距因数只能小于或等于分布因数和节距因数只能小于或等于1？集中线圈集中线圈q个线圈个线圈11cqqee分布线圈分布线圈q个线圈个线圈111dcqkqee1ce2ce3ce1ce2ce3ce1qe29l分布因数分布因数：线圈组的各线圈分布在若干个

10、槽时的：线圈组的各线圈分布在若干个槽时的电动势相量和与各线圈都集中在同一槽时的电动电动势相量和与各线圈都集中在同一槽时的电动势代数和的比值。势代数和的比值。l（由于绕组分布在不同的槽内，使得（由于绕组分布在不同的槽内，使得q个分布线个分布线圈的合成电动势圈的合成电动势 eq1小于小于q个集中线圈的合成电个集中线圈的合成电动势动势qec1，由此所引起的折扣。），由此所引起的折扣。）yqqqeqeqk数和个集中线圈电动势的代对应的量和个分布线圈的电动势相130当线圈分布放置时，由于相邻线圈电动势存当线圈分布放置时，由于相邻线圈电动势存在相位差，使得合成电动势比集中放置时小，在相位差，使得合成电动势

11、比集中放置时小，所以分布因数小于或等于所以分布因数小于或等于1。当且仅当线圈集。当且仅当线圈集中放置时，分布因数取中放置时，分布因数取1。l数学解释数学解释：相量和总是小于（或等于）其代数和相量和总是小于（或等于）其代数和 12sin2sin1qqkd31e”1y1e”1e1ns-e”1ec1190sin11ykp32节距因数节距因数：短距线匝电动势（为构成线匝的两：短距线匝电动势（为构成线匝的两导体有效边电动势相量和）与整距线匝电动势导体有效边电动势相量和）与整距线匝电动势(为构成线匝的两导体有效边电动势代数和为构成线匝的两导体有效边电动势代数和)的的比值。比值。 （表示线圈短距时感应电动势

12、比整距时应打（表示线圈短距时感应电动势比整距时应打的折扣）的折扣） l数学解释数学解释 :相量和总是小于（或等于）其代数和相量和总是小于（或等于）其代数和 ）即对应的整距线匝电动势的线匝电动势节距为1)1(1)1(1112(cytytyeeeyk334-11.试计算下列三相，两极，试计算下列三相，两极，50hz的同步发电机定子的基的同步发电机定子的基波绕组因数和空载相电动势，线电动势。已知定子槽数波绕组因数和空载相电动势，线电动势。已知定子槽数q=48，每槽内有两个导体，支路数，每槽内有两个导体，支路数a=1,y1 =20，绕组为双，绕组为双层，星形联结，基波磁通量层，星形联结，基波磁通量1

13、=1.11wbl解：p3601 3607.548q24pq48q8pm2 1 3q 槽距角：极距： =2每极每相槽数：21dwd20sin90sin900.965924q8 7.5sinsin220.95567.5qsin8sin220.96590.95560.923yp111p11基波的节距因数：k =基波的分布因数：k基波的绕组因数：kkk34c1w11l11n=2pqna2 8 1 1 16e =4.44fnk =4.44 50 160.923 1.113639.13e3e1.732 3639.136302.974vv 每相串联匝数：空载的相电动势：空载的线电动势：354-15.单相绕组

14、的磁动势的性质，它的幅单相绕组的磁动势的性质，它的幅值等于什么？值等于什么？l解：sof1l既是时间的函数，又是空间的函数；既是时间的函数，又是空间的函数；l在空间上，按余弦规律分布；在空间上，按余弦规律分布；l在时间上，按余弦规律变化；在时间上，按余弦规律变化；l轴线位置固定不动；轴线位置固定不动；l幅值大小随时间按正弦规律脉振；幅值大小随时间按正弦规律脉振；l脉振的频率就是电流的频率。脉振的频率就是电流的频率。驻波驻波36l既是时间的函数，又是空间的函数；既是时间的函数，又是空间的函数；l在空间上，按余弦规律分布，其波长是基波的在空间上，按余弦规律分布，其波长是基波的1/倍；倍；l在时间上

15、，依然按基波电流的频率脉振；在时间上，依然按基波电流的频率脉振；l轴线位置固定不动。轴线位置固定不动。37l性质性质：脉振（时间与空间的函数）：脉振（时间与空间的函数）l频率频率：电流的频率：电流的频率l位置位置：固定不动：固定不动l波形波形：阶梯波：阶梯波l一致一致：谐波磁动势的绕组因数与谐波电动势的绕：谐波磁动势的绕组因数与谐波电动势的绕组因数相同，反映了电动势计算和磁动势计算的组因数相同，反映了电动势计算和磁动势计算的相似性，时间波与空间波的统一性。相似性，时间波与空间波的统一性。38tiiipnkfswcos2,cos2411其中：其中：394-16.三相基波旋转磁动势的幅值，转向和转

16、三相基波旋转磁动势的幅值，转向和转速个取决于什么，为什么速个取决于什么，为什么?l解：111.35wn kfipl性质性质：在三相对称绕组中，通入三相对称电流，将产生一个：在三相对称绕组中，通入三相对称电流，将产生一个基波圆形旋转磁动势；基波圆形旋转磁动势；l幅值幅值：其幅值的大小恒定，不随时间变化；有公式可知它取：其幅值的大小恒定，不随时间变化；有公式可知它取决于每极下每相的有效串联匝数决于每极下每相的有效串联匝数 和相电流和相电流l转速转速：其轴线位置以同步速度旋转；：其轴线位置以同步速度旋转；60snfp1wnkpi40l方向方向：其轴线位置从电流超前相的绕组轴线转向：其轴线位置从电流超

17、前相的绕组轴线转向电流滞后相的绕组轴线；（对称三相绕组中通有电流滞后相的绕组轴线；（对称三相绕组中通有对称三相正序电流时，基波合成磁动势是一个正对称三相正序电流时，基波合成磁动势是一个正弦分布，以同步转速向前推移的正相恒幅旋转磁弦分布，以同步转速向前推移的正相恒幅旋转磁动势波也即是圆形旋转磁动势波。通有对称三相动势波也即是圆形旋转磁动势波。通有对称三相负序电流时，基波合成磁动势将成为反向推移的负序电流时，基波合成磁动势将成为反向推移的旋转磁动势波。）旋转磁动势波。）l位置位置：当某相绕组的电流达到最大时，基波圆形：当某相绕组的电流达到最大时，基波圆形旋转磁动势的轴线位置就与该相绕组的轴线位置旋

18、转磁动势的轴线位置就与该相绕组的轴线位置重合。重合。41abcabc 240cos2120cos2cos2titititititicbaabc 240cos2120cos2cos2titititititibcaabcnsf1nsf1反向行波反向行波正向行波正向行波42aipnkfw18271684.13741923.0169.09.011一相基波磁动势的幅值4-19.试求题试求题4-11中的发电机通有额定电流，一相和三相绕组中的发电机通有额定电流，一相和三相绕组所产生的基波磁动势幅值。发电机的所产生的基波磁动势幅值。发电机的容量容量为为12000kw， =0.8，额定电压（线电压）为，额定电压

19、（线电压）为6.32kv,星形联结。星形联结。l解：3cosnnnnpsu i额定容量：cosn120001374.684a3cos36.3 0.8nnnpiu星形联结的线电流：111n160.923f1.351.351374.68427406.81wkiap三相基波磁动势幅值:434-21 试分析下列情况下是否会产生旋转磁动试分析下列情况下是否会产生旋转磁动势，转向怎样？（势，转向怎样？（1）对称两相绕组内通以）对称两相绕组内通以对称两相正序电流对称两相正序电流时（图时（图4-26）；三相绕组）；三相绕组的一相（例如的一相（例如c相）断线时（图相）断线时（图4-27）。）。解：解：（1）)2

20、cos()2cos(coscos,11tfftffbababa动势分别为：两相绕组产生的脉振磁，设序电流两相绕组内通以两相正且已知对称的磁动势单相交流绕组产生脉振44相绕组轴线。相绕组轴线转向由这是一个旋转磁动势，又注意到：batfftt)cos()cos()cos(1111111111coscoscos()cos()2coscoscos()cos()2cos()cos(cos()cos(222cos()cos()cos()cos()22abfftttfftttffffftttt由三角函数积化和差公式：得：）所以它们的合成磁动势为：45从这道习题可以总结出 一个圆形旋转磁场可以用两个在时间上一

21、个圆形旋转磁场可以用两个在时间上和空间上相差和空间上相差90度的等幅脉振磁场来表度的等幅脉振磁场来表示。示。发散思考：一个脉振磁场可否用两个旋转发散思考：一个脉振磁场可否用两个旋转磁场来表示呢？磁场来表示呢？ 46答案：可以的！答案：可以的！证明如下证明如下：),()(1),()(11111)sin(21)sin(21cossin),(ttmmmfftftftftf47分解出的两个磁动势的性质分解出的两个磁动势的性质 圆形旋转磁动势；幅值为单相磁动势幅值的一半 min)/(60)/(2221rpfsrpfpfnfxtdx48abciibaic两相流过单相交流电流相断线，则若, 0)2(tfft

22、fftiitiibambmacos)32cos(coscos:b,acoscos:分别为两相产生的脉振磁动势设49)32cos()cos(cos:1tffffba合成磁动势为232sin2322sin)2()32cos(cos2sin2sin2coscos得：由和差化积公式：50)3sin(cos33sin)3sin()2()(cos232sin2322sin)2()(cos11tftftff)6cos()3sin()2sin(cos得又根据三角函数公式：51)6cos(cos31tff：最后得出合成磁动势为的位置上绕组轴线相波幅位于超前于倍振幅为一相磁动势的这是一个脉振磁动势6,3,a)2sin(cos2sin2sin2coscos注意三角函数公式：52总结性问题：绕组磁动势由什么决定？怎样总结性问题：绕组磁动势由什