电机学（第4版）全套课件

电机学（第4版）汤蕴璆绪论1电机在国民经济中的作用2电机发展简史3我国电机工业发展概况4电机的分析方法5本课程的任务6课程特点和学习方法建议在电力工业中，发电机是生产电能的主要设备；变压器是变电站输、配电线路中对电压进行变换的主要设备；在机械、冶金、纺织、煤炭、石油、化工、交通运输和家用电器等行业中，电动机是各种生产机械的主要动力设备；在国防和民用的各种自动控制系统中，控制电机是重要和不可缺少的元件。因此，电机在国民经济的各个领域中起到极其重要的作用。1电机在国民经济中的作用

2电机发展简史1.直流电机的产生和形成时期2.交流电机的形成和发展时期3.电机理论、设计和制造工艺逐步达到完善化的时期

解放前，我国的电机工业极端落后，全国只有少数几个城市有电机制造厂。1949年全国装机容量仅为1850MW,年发电量约43亿kW·h。建国以来，我国的电机制造工业得到快速发展，从仿制阶段到自行设计阶段一直到研究、创新阶段，经过50年的努力，我国已经建立起自己的电机工业体系，有了统一的国家标准和统一的产品系列，建立了全国性的研究实验基地和研究、工程技术人员队伍。3我国电机工业发展概况4电机的分析方法1.电机的分析步骤2.运动方程的导出方法3.导出和求解运动方程的常用理论和方法1.电机的分析步骤(1)电机内部物理情况的分析首先是弄清电机的基本结构和主要部件的功能，再根据电机的磁路和电路，分析空载和负载时电机内部的磁场、电动势和电磁转矩，初步弄清这种电机的工作原理，这是第一步。

(2)导出电机的运动方程运动方程是磁动势方程(或磁链方程)、电压方程和转矩方程的总称。

(3)求解运动方程根据运动方程和求解问题的性质(是稳态还是瞬态，是对称还是不对称运行等等)，选择运动方程的解法，求出解析解或数值解。

(4)结果分析通过对解答的分析，确定所需的运行性能(特性)和主要运行数据，如额定数据、过载能力、稳定性、效率、电压变化率、速度变化率等，以满足解决日常工程问题的需要。2.运动方程的导出方法(1)主磁通-漏磁通法此法是把电机内的磁通按其作用和分布，分成主磁通和漏磁通，然后用电磁感应定律和基尔霍夫定律列出各个绕组的电压方程，用电磁力定律和牛顿第二定律列出转子的转矩方程。

(2)动态电路法此法是把电机作为一组动态电路来对待，把定、转子之间的电磁关系用一组时变的自感和互感系数来表达，即L=L(θ),M=M(θ),θ为转子的转角，θ=pΩ☜t+θ0，Ω为转子的机械角速度，p为极对数。

(3)变分法此法的基础是汉密尔顿原理。3.导出和求解运动方程的常用理论和方法(1)叠加原理不计铁心的磁饱和(即认为磁路为线性)时，可以依次单独分析电机内的主极磁场和电枢磁场，然后应用叠加原理，得到气隙和磁路内的合成磁场以及相应的感应电动势。

(2)归算法在变压器和感应电机中，由于一次和二次绕组(定子和转子绕组)的匝数不等、相数不等和频率不同所引起的分析上的困难，常常用归算的办法来解决。

(3)等效电路用以反映电机内部主磁场和漏磁场的效果，以及各种电磁关系、机电关系的单纯电路，称为等效电路。

(4)相量图交流电机稳态运行时，电机内的电压和电流都是正弦量，因此可用相量来表示和运算；相应地，电压方程和磁动势方程可以用相量图来表示，使有关相量的相位关系和组成更为明显和直观。3.导出和求解运动方程的常用理论和方法(5)双反应理论对于定子或转子中有一边为凸极的情况(例如直流电机，凸极同步电机)，由于气隙不均匀，在分析电枢反应的作用时，需要将其分成直轴和交轴两个分量，并采用不同的比磁导λd和λq来分别进行处理，这种理论称为双反应理论。

(6)对称分量法在分析交流电机的不对称运行时，可以把三相(或两相)的不对称电压和电流分解成正序、负序和零序三组(两相时为两组)电压和电流，把一个不对称运行问题分解为三个(两个)对称问题来分析和计算，然后把三组(两组)结果叠加起来，得到总的电流和电压，这种方法称为对称分量法。

(7)双旋转磁场理论在研究单相交流电机时，常常把单相绕组所产生的脉振磁动势分解成两个大小相等、转向相反的旋转磁动势，然后分别求出转子绕组对正向和反向旋转磁场的反应，再将两者的结果叠加起来，这种方法称为双旋转磁场理论。3.导出和求解运动方程的常用理论和方法(8)坐标变换坐标变换就是把定、转子绕组的电压方程组中原先的一组变量(电压和电流)，用一组新的变量去替换，使电压方程组简化，求解和计算简化。5本课程的任务

(1)对磁路的计算方法及交流铁心线圈的性能有基本的了解。

(2)对变压器和三种主要电机(直流电机、感应电机和同步电机)的基本结构有一定认识。

(3)对三种主要电机中定、转子的磁动势和气隙磁场的性质以及时间、空间关系，要有深入的了解。

(4)要牢固掌握变压器和各种电机的工作原理，正常稳态运行时的磁场分布、分析方法和所用理论，以及稳态运行时的性能。

(5)对电机中的能量关系、机电能量转换过程，以及能量转换和得到恒定电磁转矩的条件，有一个基本的了解。3.导出和求解运动方程的常用理论和方法(6)对同步电机的不对称运行和三相突然短路时的分析方法和相应的参数，有基本的了解。

(7)对单相串激电机、永磁电机、开关磁阻电机和其他特种电机以及控制电机的原理，有基本的了解。

(8)了解电机的有关工程性问题，例如发热和冷却，励磁系统，各种电机的应用范围，电机的额定值，电机的主要性能数据(效率、过载能力、起动性能数据、主要参数)的范围等。

(9)通过实验，熟练掌握电机的基本实验方法和操作技能，如电动机的起动和调速，发电机的建压和调频、调压，发电机和电动机额定点的调节和额定励磁电流的确定，运行性能、损耗、稳态参数的求取和测定方法等。

6课程特点和学习方法建议(1)首先要弄清各种电机的基本结构(包括铁心、绕组、换向器、集电环等结构)，主要部件的作用和构成。(2)在分析电机和变压器的空载和负载运行时，要注意主磁场、电枢(二次绕组)磁场和漏磁场在电机内是如何分布的，合成磁场是如何形成的，各种磁通的作用是如何表达的，做到概念清楚；对磁场的分布，头脑中要有物理图画。

(3)注意推导基本公式(电动势公式，磁动势公式，电磁转矩公式)和基本方程时有哪些假定，使推导得以合理简化；推导时应用了哪些基本电磁定律和力学定律，哪些原理、理论和方法。

(4)注意建立等效电路时要经过哪几步，每一步的意义和必要性。

(5)学习交流绕组的磁动势时，一方面要注意其空间分布，另一方面还要注意其随时间而变化的规律；要注意单相和三相绕组磁动势的合成和分解，并在头脑中形成物理图画。

(6)弄清发电机和电动机的各种特性有什么用途，它们是哪些变量之间的函数关系，这些特性是在什么条件下导出的，各有什么特点。(7)科学实验是研究电机的一种重要方法，所以要重视实验。

(8)要经过听课、课后复习、做习题、做实验、写实验报告、再复习，从理论到实践、从实践到理论的多次反复，才能逐步掌握课程内容，使学到的知识逐步巩固起来。第1章1.1磁路的基本定律

1.2常用的铁磁材料及其特性

1.3磁路的计算

1.4电抗与磁导的关系1.1磁路的基本定律1.磁路的概念

2.磁路的基本定律1.磁路的概念图1-1两种常见的磁路

a)变压器的磁路b)四极直流电机的磁路2.磁路的基本定律分析和计算磁场时，常常要用到两条基本定律，一条是安培环路定律，另一条是磁通连续性定律。把这两条定律应用到磁路，可得磁路的欧姆定律和磁路的基尔霍夫第一和第二定律，下面对这些定律作一说明。2.磁路的基本定律图1-2安培环路定律安培环路定律沿着任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分值∲LH·dl恰好等于该闭合回线所包围的总电流值∑i(代数和)，这就是安培环路定律。2.磁路的基本定律2.磁路的基本定律图1-3无分支铁心磁路

a)无分支铁心磁路b)等效磁路图图1-4磁路的基尔霍夫第一定律图1-5磁路的基尔霍夫第二定律1.2常用的铁磁材料及其特性1.铁磁材料的磁化

2.磁化曲线和磁滞回线

3.铁磁材料

4.铁心损耗1.铁磁材料的磁化图1-6磁畴示意图

a)未磁化时b)磁化后2.磁化曲线和磁滞回线图1-7铁磁材料的初始磁化曲线

和磁导率=f(H)2.磁化曲线和磁滞回线图1-8铁磁材料的磁滞回线2.磁化曲线和磁滞回线图1-9基本磁化曲线2.磁化曲线和磁滞回线图1-10电机中常用铁磁材料的基本磁化曲线

(图中的×0.1、×10、×100等分别表示把横坐标的读数乘0.1、乘10、乘100)3.铁磁材料(1)铝镍钴这种材料的剩磁Br较高(最高可达1.3T)，但矫顽力Hc相对较低，磁能积为中等，价格相对来说较低。

(2)铁氧体这是钡铁氧体和锶铁氧体一类的氧化物永磁材料。

(3)稀土钴这种材料的剩磁Br、矫顽力Hc和最大磁能积BH都很高，有很强的抗去磁能力，温度稳定性也较好，其允许工作温度可高达200~250℃，是一种性能优良的永磁材料；缺点是除电加工外，不能进行其他的机械加工，另外，材料的价格较贵，使电机的造价较高，故仅用于要求体积小、重量轻和高性能的永磁电机。

(4)钕铁硼这是20世纪80年代后期研制成的一种稀土永磁材料，其磁性能优于稀土钴，且价格较低，故应用很广；不足之处是最高工作温度通常约为150℃。3.铁磁材料图1-11软磁和硬磁材料的磁滞回线

a)软磁材料b)硬磁材料(铝镍钴)c)硬磁材料(钕铁硼)3.铁磁材料表1-1永磁材料的磁性能材料名称

磁性能铝镍钴(ALNICO56/6)铁氧体(Y35)稀土钴(YXG-26）钕铁硼(N42H)剩磁T1．30．421．031．30矫顽力(kA/m)60200765907最大磁能积

BH(kJ/)5631．81983264.铁心损耗磁滞损耗铁磁材料置于交变磁场中时，材料被反复交变磁化，与此同时，磁畴相互间不停地摩擦造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。4.铁心损耗图1-12硅钢片中的涡流4.铁心损耗对于由硅钢片叠成的铁心，经推导可知，涡流损耗为：4.铁心损耗铁心损耗：铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和，称为铁心损耗，用pFe表示1.3磁路的计算1.直流磁路的计算

2.直流电机的空载磁路和磁化曲线

3.永磁磁路的计算特点

4.交流磁路的特点1.直流磁路的计算简单串联磁路简单串联磁路就是不计漏磁影响，仅有一个磁回路的无分支磁路，如图1-13所示。简单并联磁路简单并联磁路是指考虑漏磁影响，或者磁回路有两个及两个以上分支的磁路。电机和变压器的磁路大多属于这一类。

(1)两个气隙的磁位降

(2)中间铁心段的磁位降中间铁心段的磁通Φδ和磁通密度B3为

(3)左边铁心段的磁位降左边铁心中的磁通密度B1为

(4)总磁动势和励磁电流1.直流磁路的计算图1-13简单串联磁路

a)串联磁路b)等效磁路图1.直流磁路的计算图1-14气隙磁场的边缘效应图1-15简单并联磁路

a)并联磁路b)等效磁路图2.直流电机的空载磁路和磁化曲线图1-16直流电机的空载磁场和磁路

a)空载磁场分布b)空载磁路2.直流电机的空载磁路和磁化曲线图1-17直流电机的磁化曲线3.永磁磁路的计算特点(1)气隙内的磁位降Hδδ，是由永磁体内所形成的或者说所提供的，FM=-HMlM;永磁体内的工作磁场强度HM和长度lM愈大，永磁体提供的磁动势就愈大。

(2)永磁体·的磁场HM总是负值，也就是说，它总是工作在永磁材料磁滞回线的第二象限这段曲线上，这段曲线通常称为退磁曲线，如图1-19中段所示。

(3)若磁路中没有气隙，δ=0，则HMlM=0，于是HM=0，从退磁曲线可见，此时永磁体内的磁通密度为剩磁Br，如图1-19中的R点所示。

。图解法的步骤为：(1)用磁通量Φ作为纵坐标，磁动势F作为负的横坐标，作永磁体的外特性ΦM=f(FM)通常永磁体的退磁曲线是用BM=f(HM)来表示的。

(2)作与气隙磁阻Rmδ相应的磁阻线Φ=f(Ωδ)若通过气隙的磁通量为Φ，气隙两端的磁位差为Ωδ，根据磁路的欧姆定律可知，Φ=；由于Rmδ=为一常值，故通过气隙的磁通Φ与气隙两端的磁位差Ωδ之间为一线性关系，即Φ=为一直线，此直线称为；(3)退磁线与磁阻线的交点A处，磁通量为ΦA，永磁体所产生的磁动势FMA恰好等于气隙两端的磁位降ΩδA，如图1-20所示，故A点就是。图1-18开有气隙的永磁磁路

a)实际磁路b)等效磁路图图1-19永磁体的退磁曲线图1-20工作点的确定4.交流磁路的特点(1)磁通量随时间交变，必然会在激磁线圈内产生感应电动势。

(2)激磁电流im与铁心中的主磁通Φm之间存在一定的相位差，激磁电流im中除磁化电流iμ外，还有与铁心损耗相对应的铁耗电流iFe。

(3)磁路的非线性会导致激磁电流、磁通和电动势的波形产生畸变。1.4电抗与磁导的关系1.电抗与磁导的关系

2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗1.电抗与磁导的关系2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗图1-21磁阻串联时等效电抗为并联

a)等效磁路b)等效电路2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗图1-22磁阻并联时等效电抗为串联

a)等效磁路b)等效电路2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗图1-23π形磁路和T形等效电路

a)π形磁路b)T形等效电路2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗图1-24习题1-8的铁心线圈

(尺寸均为cm)2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗图1-25习题1-9的铁心线圈2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗表格路径截面积/1长度/1mabcd

aghd

af

fe

ed4

5

2．5

2．75

2．550

75

10

0．25

102.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗图1-26习题1-10的铁心第2章2.1变压器的工作原理和基本结构

2.2变压器的空载运行

2.3变压器的负载运行和基本方程

2.4变压器的等效电路

2.5等效电路参数的测定

2.6三相变压器

2.7标幺值

2.8变压器的运行特性

2.9变压器的并联运行

2.10三绕组变压器、自耦变压器和仪用互感器2.1变压器的工作原理和基本结构1.变压器的工作原理

2.变压器的基本结构

3.额定值1.变压器的工作原理(1)一次绕组和二次绕组为完全耦合，即链过一次和二次绕组的磁通为同一磁通。

(2)铁心磁路的磁阻为零，铁心损耗也等于零。

(3)一次和二次绕组的电阻都等于零。满足这三个条件的变压器，称为理想变压器。图2-1理想变压器2.变压器的基本结构变压器中最主要的部件是铁心和绕组，它们构成了变压器的器身。铁心变压器的铁心既是磁路，又是套装绕组的骨架。铁心由心柱和铁轭两部分组成。心柱上套装着绕组，铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。绕组绕组是变压器的电路部分，绕组用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成，其中输入电能的绕组称为一次绕组，输出电能的绕组称为二次绕组，它们通常套装在同一心柱上。2.变压器的基本结构图2-2单相心式变压器2.变压器的基本结构图2-3单相壳式变压器2.变压器的基本结构图2-4三相油浸电力变压器

a)外形图b)器身装配图3.额定值(1)额定容量SN在铭牌规定的额定状态下，变压器输出视在功率的保证值称为额定容量。

(2)额定电压UN铭牌规定的各个绕组在空载、指定分接开关位置下的端电压称为额定电压。

(3)额定电流IN根据额定容量和额定电压算出的电流称为额定电流，以安(A)表示。

(4)额定频率fN我国的标准工频规定为50赫(Hz)。2.2变压器的空载运行1.空载运行时的物理情况

2.主磁通和激磁电流

3.激磁阻抗和激磁方程1.空载运行时的物理情况图2-5变压器的空载运行1.空载运行时的物理情况2.主磁通和激磁电流2.主磁通和激磁电流2.主磁通和激磁电流图2-6变压器的空载相量图2.主磁通和激磁电流2z6.tif3.激磁阻抗和激磁方程3.激磁阻抗和激磁方程3.激磁阻抗和激磁方程图2-8铁心绕组的等效电路

a)并联电路b)串联电路2.3变压器的负载运行和基本方程1.负载运行时的磁动势方程

2.漏磁通和漏磁电抗

3.电压方程2.3变压器的负载运行和基本方程图2-9变压器的负载运行变压器的一次绕组接到交流电源，二次绕组接到负载阻抗ZL时，二次绕组中便有电流流过，这种情况称为变压器的负·载·运·行·，如图2-9所示1.负载运行时的磁动势方程2.漏磁通和漏磁电抗图2-10变压器中漏磁场的分布实际变压器的一次和二次绕组不可能完全耦合，所以除了通过铁心、并与一次和二次绕组相交链的主磁通ϕ之外，还有少量仅与一个绕组交链且主要通过空气或油而闭合的漏·磁·通·。2.漏磁通和漏磁电抗3.电压方程29A.TIF3.电压方程负载运行时，变压器内部的磁动势、磁通和感应电动势，可归纳如下：此外，一次和二次绕组内还有电阻压降i1R1和i2R2。这样，根据基尔霍夫电压定律和图2-9中所示的正方向，即可列出一次和二次绕组的电压方程为3.电压方程若一次和二次的电压、电流均随时间正弦变化，则相应的相量形式为3.电压方程电压方程和磁动势方程、激磁方程合在一起，统称为变压器的基本方程：2.4变压器的等效电路1.绕组归算

2.T形等效电路

3.近似和简化等效电路1.绕组归算为建立等效电路，除了需要把一次侧和二次侧漏磁通的效果作为漏抗压降，主磁通和铁心线圈的效果作为激磁阻抗来处理之外，还要解决如何把两个具有不同电动势和电流、在电的方面没有直接联系的一次和二次绕组连接在一起的问题。为此需要进行绕·组·归·算·。1.绕组归算1.绕组归算1.绕组归算2.T形等效电路图2-11根据归算后的基本方程画出的部分等效电路2.T形等效电路图2-12变压器的T形等效电路2.T形等效电路图2-13T形等效电路的形成过程

a)实际变压器b)把绕组的电阻和漏磁、铁心的磁阻和铁耗分离出来，使变压器成为理想变压器

c)绕组归算(把二次绕组的匝数从变换为)d)抽去/的理想变压器，得到T形等效电路3.近似和简化等效电路图2-14变压器的近似和简化等效电路

a)近似等效电路b)简化等效电路2.5等效电路参数的测定1.开路试验开路试验也称空载试验，试验的接线图如图2-15所示。试验时，二次绕组开路，一次绕组加上额定电压，测量此时的输入功率P0、一次电压U1和电流I0，即可算出激磁阻抗。

2.短路试验短路试验亦称为负载试验，图2-16表示试验时的接线图。试验时，把二次绕组短路，一次绕组上加一可调的低·电·压·。调节外加的低电压，使短路电流达到额定电流，测量此时的一次电压Uk、输入功率Pk和电流Ik，即可确定漏阻抗。1.开路试验图2-15开路试验的接线图1.开路试验2.短路试验

(1)开路试验时，由于电压加在低压侧，所以测出的激磁阻抗为归算到低压侧的值

(2)归算到高压侧时的T形等效电路如图2-17所示，图中R1(75°)=3.90Ω，R′2(75°)=Rk(75°)-R1(75°)=2.551Ω;X1σ=X2σ′=1/2Xk=29.22Ω，Rm=3026Ω,Xm=32082Ω。2.短路试验图2-16短路试验的接线图2.短路试验2.短路试验表格试验名称电压电流功率备注开路试验11kV45．5A47kW电压加在低压侧短路试验9．24kV157．5A129kW电压加在高压侧图2-17例2-1变压器的T形等效电路2.6三相变压器1.三相变压器的磁路

2.三相变压器绕组的联结和组号

3.绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响1.三相变压器的磁路图2-18三相变压器组及其磁路1.三相变压器的磁路1.三相变压器的磁路图2-19三相心式变压器的磁路

a)三相星形磁路b)三相主磁通的相量图c)实际心式变压器的磁路2.三相变压器绕组的联结和组号图2-20三相心式变压器的绕组2.三相变压器绕组的联结和组号图2-21三相绕组的联结法

a)星形联结b)三角形联结2.三相变压器绕组的联结和组号图2-22高、低压绕组的同名端和相电压的相位关系

a)和b)首端为同名端，与同相c)和d)首端为非同名端，和反相2.三相变压器绕组的联结和组号图2-23Yy0联结组

a)绕组联结图b)高、低压电压相量图2.三相变压器绕组的联结和组号图2-24Yd11联结组

a)绕组连接图b)低压侧电压的相量图c)由高、低压线电压三角形确定组号3.绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响3.绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响图2-25主磁路饱和时，正弦激磁电流产生的主磁通波形3.绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响图2-26三相变压器组连接成Yy

联结组时和的波形3.绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响图2-27三相心式变压器中

三次谐波磁通的路径3.绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响图2-28Yd联结组中三角形

内部的三次谐波环流2.7标幺值应用标幺值的优点为：(1)不论变压器或电机容量的大小，用标幺值表示时，各个参数和典型的性能数据通常都在一定的范围内，因此便于比较和分析。

(2)用标幺值表示时，归算到高压侧或低压侧时变压器的参数恒相等，故用标幺值计算时不必再进行归算。

2.7标幺值2.7标幺值2.7标幺值2.8变压器的运行特性1.外特性和电压调整率

2.效率和效率特性2.8变压器的运行特性图2-29变压器的外特性外特性外特性是指变压器的一次绕组接至额定电压、二次侧负载的功率因数保持一定时，二次绕组的端电压与负载电流之间的关系，即U1=U1Nϕ，cosφ2=常值，U2＝f(I2)。外特性是一条反映变压器二次侧供电质量的特性。1.外特性和电压调整率1.外特性和电压调整率1.外特性和电压调整率图2-30用简化等效电路及其相量图求Δu

a)简化等效电路b)相量图2.效率和效率特性损耗和效率变压器运行时将产生损耗。变压器的损耗分为铜·耗·pCu和铁·耗·pFe两类，每一类又包括基本损耗和杂散损耗。2.效率和效率特性2.效率和效率特性图2-31变压器的效率特性2.效率和效率特性2.9变压器的并联运行1.变压器的理想并联运行

2.并联运行时变压器的负载分配2.9变压器的并联运行图2-32两台变压器的并联运行

a)单线图b)等效电路图1.变压器的理想并联运行变压器的理想并联运行是指：

(1)空载时并联的变压器之间没有环流。

(2)负载时能够按照各台变压器的额定容量来合理地分担负载。

(3)负载时各变压器所分担的电流应为同相。为达到理想并联运行，分析表明，各变压器应满足下列条件：

(1)各变压器的额定电压和电压比应当相等。

(2)各变压器的联结组号必须相同。

(3)各变压器的短路阻抗标幺值要相等，阻抗角要相同。2.并联运行时变压器的负载分配为简单计，以两台变压器的并联运行为例来说明。设两台变压器的联结组号相同但电压比不相等，第一台为kⅠ，第二台为kⅡ，且kⅠ<kⅡ，其中下标Ⅰ和Ⅱ分别表示变压器Ⅰ和Ⅱ。2.并联运行时变压器的负载分配2.并联运行时变压器的负载分配2.并联运行时变压器的负载分配2.并联运行时变压器的负载分配(1)设以第一台变压器的额定容量SNI作为基值。(1)设以第一台变压器的额定容量SNI作为基值。图2-33Yy0与Yd11的三

相变压器并联时，二次空载

电压的电压差Δ(标幺值)2.10三绕组变压器、自耦变压器和仪用互感器1.三绕组变压器

2.自耦变压器

3.仪用互感器1.三绕组变压器图2-34三绕组变压器的磁通示意图1.三绕组变压器三绕组变压器的磁通示意图三绕组变压器的主磁通由三个绕组的磁动势共同激励所产生，按照图2-34所示正方向，并将二次绕组和第三绕组归算到一次绕组，可得三绕组变压器的磁动势方程为1.三绕组变压器1.三绕组变压器图2-35三绕组变压器的T形等效电路1.三绕组变压器图2-36三绕组变压器的简化等效电路

a)把有互感的星形电抗化成无互感的等效星形电抗b)简化等效电路1.三绕组变压器1.三绕组变压器图2-37把两绕组变压器连接成降压自耦变压器

a)接线图b)绕组布置2.自耦变压器变压器的一次和二次绕组中有一部分绕组是公共绕组的，称为自耦变压器。如图2-37所示，把一台两绕组变压器的一次和二次绕组串联起来，把二次绕组作为公·共·绕·组·，一次绕组作为串·联·绕·组·，公共绕组加上串联绕组作为新的一次绕组，公共绕组兼作新的二次绕组，这样就构成了一台降压自耦变压器。2.自耦变压器2.自耦变压器图2-38例2-7的升压自耦变压器3.仪用互感器图2-39电压互感器的接线图电压互感器图2-39是电压互感器的接线图，它的一次绕组接到被测的高压线路，二次绕组接到电压表。电压互感器的一次绕组匝数很多，二次绕组匝数很少。3.仪用互感器图2-40电流互感器的接线图电流互感器图2-40是电流互感器的接线图，它的一次绕组串联在被测线路中，二次绕组接到电流表。电流互感器的一次绕组匝数很少，有时只有一匝，二次绕组匝数很多。3.仪用互感器图2-41题2-18的绕组3.仪用互感器图2-42题2-20的绕组3.仪用互感器表格试验名称线电压/V线电流/A三相功率/W备注开路试验63007．46800电压加在低压侧短路试验55032318000电压加在高压侧3.仪用互感器表格试验绕组短路损耗/kW短路电压(%)高—中111．216．95高—低148．710．1中—低82．76．06第3章3.1直流电机的工作原理和基本结构

3.2直流电枢绕组

3.3空载和负载时直流电机的磁场

3.4电枢的感应电动势和电磁转矩

3.5直流电机的基本方程

3.6直流发电机的运行特性

3.7直流电动机的运行特性

3.8直流电动机的起动、调速和制动3.9换向3.1直流电机的工作原理和基本结构1.直流电机的工作原理

2.直流电机的基本结构

3.励磁方式

4.直流电机的额定值1.直流电机的工作原理图3-1表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分(定子)上，装有一对用直流励磁的主·磁·极·N和S，在旋转部分(转子)上装设电·枢·。定子与转子之间有一气·隙·。电枢铁心上装有由A和X两根导体连接而成的电·枢·线·圈·，线圈的首端和末端分别接到两个圆弧形的铜片K1和K2，此铜片称为换·向·片·，换向片之间互相绝缘。由换向片构成的整体称为换·向·器·，换向器固定在转轴上。换向器上放置着一对静止不动的电刷B1和B2，电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。1.直流电机的工作原理图3-1两极直流电机模型

a)ωt=时b)ωt=时1.直流电机的工作原理图3-2气隙磁场的分布波形1.直流电机的工作原理图3-3线圈电动势和电刷、间的电动势

a)线圈电动势b)电刷间的电动势1.直流电机的工作原理图3-4电枢上装有6个

线圈(11′到66′)的情况1.直流电机的工作原理图3-5每条支路有3个串联线圈时，

电刷上的电动势波形2.直流电机的基本结构图3-6直流电机的结构旋转电机都有定子和转子两部分，在定、转子之间有一个储存磁能的气隙。直流电机的定子由主磁极、机座、端盖和电刷装置等部件组成，转子是电枢，它由电枢铁心、电枢绕组和换向器等部件组成。2.直流电机的基本结构图3-7主磁极2.直流电机的基本结构图3-8电枢铁心2.直流电机的基本结构图3-9电枢槽内的导体

和绝缘2.直流电机的基本结构图3-10换向器2.直流电机的基本结构图3-11电刷装置3.励磁方式图3-12直流电机按励磁方式分类

a)他励式b)并励式c)串励式d)复励式励磁绕组的供电方式称为励磁方式。按照励磁方式，直流电机分成他励和自励两大类，他励式他励式直流电机的励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组与电枢绕组不相连接，如图3-12a所示。自励式在自励式发电机中，利用电机自身发出的电流来励磁；在自励式电动机中，励磁绕组和电枢绕组由同一电源供电。自励式直流电机又可分为并·励·、串·励·和复·励·等三种。4.直流电机的额定值(1)额定功率PN指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的，以kW表示。

(2)额定电压UN指额定状态下电枢出线端的电压，以V表示。

(3)额定电流IN指电机在额定电压下运行，输出功率为额定功率时，电机的，以A表示。

(4)额定转速nN指额定状态下运行时转子的转速，以r/min(转/分)表示。

(5)额定励磁电压UfN指额定状态下运行时，他励式电机励磁绕组所加的电压，以V表示。3.2直流电枢绕组1.直流电枢绕组的构成1.直流电枢绕组的构成图3-13电枢绕组的元件组成绕组的基本单元称为元·件·。一个元件由两条元件边和前、后端接线组成，如图3-13所示。1.直流电枢绕组的构成图3-14两匝元件

a)叠绕元件b)波绕元件1.直流电枢绕组的构成若电枢每个槽的上、下层内各只有一个元件边，则整个绕组的元件数S应等于槽数Q。多数直流电机中，每槽的上层和下层各包含u个元件，这u个元件将组成一个线圈如图3-15所示，此时元件数S应为槽数Q的u倍，即1.直流电枢绕组的构成图3-15含有两个元件(u=2)的线圈第一节距同一个元件的两条有效边在电枢表面所跨的距离，称为，第一节距也称为，用y1表示，如图3-16和图3-17所示。第一节距通常用所跨的虚槽数来计算，它是。通常把一个主磁极在电枢表面所跨的距离，称为，用τ表示。若p为电机的，用虚槽数表示时，极距τ就等于。,y1，即

图3-16叠绕元件在电枢上的连接图3-17波绕元件在电枢上的连接2.单叠绕组合成节距单叠绕组的连接规律是，所有的相·邻·元·件·依·次·串·联·(即后一元件的首端与前一元件的尾端相连)每串联一个元件就向右移动一个虚槽，同时元件的出线端在换向器上向右移动一个换向片，最后形成一个闭合回路·。2.单叠绕组2.单叠绕组图3-18单叠绕组的展开图(2p=4,S=K==16)2.单叠绕组图3-19图3-18所示瞬间电枢绕组的电路图3.单波绕组单波绕组的连接规律是，从某一换向片和虚槽出发，把相隔约为一对极距的同极性磁极下对应位置的所有元件依次串联起来·，直·到·沿·电·枢·和·换·向·器·绕·过·一·周·之·后·，恰·好·回·到·出·发·换·向·片·和·虚·槽·的·前·面·一·片·和·一·槽·,然后从此换向片和虚槽出发，继续绕连，直到把全部元件连完，最后回到起始的换向片和虚槽，构成一个闭合电路为止。图3-20单波绕组展开图(2p=4,=S=K=15)

a)部分展开图b)全部展开图图3-21图3-20所示瞬间单波绕组的电路图3.3空载和负载时直流电机的磁场1.空载时直流电机的磁场

2.负载时的电枢磁动势和电枢反应1.空载时直流电机的磁场图3-22空载时直流电机内的磁场直流电机的空载是指电枢电流等于零，或者很小，因而可以忽略不计的情况。由于电枢电流为零，所以空载时直流电机内的磁场由励磁绕组的磁动势单独激励所产生，如图3-22所示。1.空载时直流电机的磁场图3-23空载时直流电机的气隙磁场2.负载时的电枢磁动势和电枢反应直流电机带上负载时，电枢绕组中就有电流流过，载流的电枢绕组将产生电枢磁动势。此时，气隙磁场将由主极磁动势和电枢磁动势两者的合成磁动势所建立。负载时电枢磁动势对主磁场的影响称为电·枢·反·应·。从图3-24和图3-25a不难看出：(1)在主极N极的右半部分，交轴电枢磁场的方向为从电枢表面指向主极，对主极磁场起去磁作用；在N极的左半部分，交轴电枢磁场的方向为从主极指向电枢表面，对主极磁场起增磁作用；由此引起，(称为)。

(2)不计磁饱和时，交轴电枢磁场对主极磁场的去磁作用和增磁作用恰好相等，总体上看，、，此时气隙内的合成磁场bδ如图3-25b中实线所示。

(3)考虑磁饱和时，增磁边将使该部分主极铁心的饱和程度提高、磁导率减小，从而使该处实际的气隙磁场比不计饱和时略弱，如图3-25b中虚线所示；去磁边的实际气隙磁场则与不计饱和时基本一致；因此负载时每极下的磁通量将比空载时略少，即。2.负载时的电枢磁动势和电枢反应图3-24电刷放在几何中性线上时

的电枢磁动势和磁场图3-25交轴电枢反应

a)负载时的合成磁场b)空载磁场和负载时气隙的合成磁场图3-26电刷不在几何中性线上时，电枢磁动势的交轴分量和直轴分量

a)电枢磁动势b)交轴分量c)直轴分量3.4电枢的感应电动势和电磁转矩1.电枢绕组的感应电动势

2.电枢的电磁转矩1.电枢绕组的感应电动势图3-27气隙磁场分布和导体感应

电动势和电磁力的计算2.电枢的电磁转矩3.5直流电机的基本方程1.电压方程

2.转矩方程

3.电磁功率

4.直流电机的可逆性1.电压方程1.电压方程图3-28稳态运行时直流电机的电路图

a)发电机b)电动机2.转矩方程图3-29直流电机的电磁转矩和外施转矩

a)发电机b)电动机2.转矩方程3.电磁功率4.直流电机的可逆性图3-30并励直流电机的

可逆性［下标(G)表示发

电机，(M)表示电动机］3.6直流发电机的运行特性1.他励发电机的负载运行

2.他励发电机的运行特性

3.并励发电机的自励和外特性

4.复励发电机的外特性1.他励发电机的负载运行图3-31他励发电机的负载运行2.他励发电机的运行特性3z32.tif2.他励发电机的运行特性3z33.tif3.并励发电机的自励和外特性图3-34并励发电机

的接线图3.并励发电机的自励和外特性图3-35并励发电机自励时

的稳态空载电压3.并励发电机的自励和外特性图3-36并励发电机的外特性4.复励发电机的外特性图3-37复励发电机的接线图4.复励发电机的外特性图3-38积复励发电机的外特性3.7直流电动机的运行特性1.并励电动机的负载运行

2.并励电动机的运行特性

3.串励电动机的运行特性

4.复励电动机的特点

5.电力拖动系统运行的稳定性1.并励电动机的负载运行图3-39并励电动机的

接线图2.并励电动机的运行特性工作特性工作特性是指电动机的端电压U=UN、励磁电流If=IfN时，电动机的转速n、电磁转矩Te和效率η与输出功率P2的关系2.并励电动机的运行特性图3-40并励电动机的工作特性2.并励电动机的运行特性图3-41并励电动机的机械特性3.串励电动机的运行特性图3-42串励电动机

的接线图串励电动机的特点是，电枢电流、线路电流和励磁电流三者相等3.串励电动机的运行特性图3-43串励电动机的工作特性3.串励电动机的运行特性图3-44串励电动机的机械特性4.复励电动机的特点图3-45复励电动机的接线图复励电动机的机械特性积复励电动机既有并励绕组、又有串励绕组，故其机械特性介于并励和串励电动机之间。若励磁磁动势中以并励磁动势为主，则其特性接近于并励电动机；但由于有串励磁动势的存在，当负载增大时，电枢反应的去磁作用可以受到抑制，不致使转速上升(见图3-46中曲线1)，从而保证电动机可以稳定地运行。4.复励电动机的特点图3-46复励电动机的机械特性5.电力拖动系统运行的稳定性图3-47电力拖动系统运行的稳定性

a)稳定b)不稳定3.8直流电动机的起动、调速和制动1.直流电动机的起动

2.直流电动机转速的调节

3.直流电动机的制动1.直流电动机的起动图3-48三点起动器

及其接线图2.直流电动机转速的调节(1)电枢控制，即用调节电枢电压或者在电枢电路中接入调速电阻来调速。

(2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。(1)电枢控制，即用调节电枢电压或者在电枢电路中接入调速电阻来调速。

(2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。图3-49电枢接入调速电阻后并励(他励)

电动机的机械特性(>)(2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。图3-50不同电枢电压时他励电动机

的机械特性(＞＞)(2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。图3-51不同励磁电流时，他励(并励)

电动机的机械特性(＞)(2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。图3-52改变电枢端电压时，串励

电动机的机械特性(＞)3.直流电动机的制动图3-53并励电动机能耗

制动时的接线图3.直流电动机的制动图3-54并励电动机反接

制动时的接线图3.9换向1.电流的换向过程

2.改善换向的方法

3.环火和补偿绕组1.电流的换向过程图3-55元件1中电流的换向过程

a)元件1属于右边支路b)元件1被电刷短路c)元件1进入左边支路1.电流的换向过程图3-56换向元件中电流的变化

a)换向元件b)直线换向和延迟换向2.改善换向的方法图3-57用换向极来改善换向3.环火和补偿绕组图3-58环火3.环火和补偿绕组图3-59补偿绕组3.环火和补偿绕组图3-60装有补偿绕组的大型直流电机内的磁场分布

a)定、转子内的磁场分布3.环火和补偿绕组图3-60装有补偿绕组的大型直流电机内的磁场分布

b)气隙磁场分布3.环火和补偿绕组表格A0．41．01．62．02．53．03．64．45．2V3378120150176194206225240第4章4.1交流绕组的构成原则和分类

4.2三相双层绕组

4.3三相单层绕组

4.4气隙磁场正弦分布时交流绕组的感应电动势

4.5感应电动势中的高次谐波

4.6通有正弦电流时单相绕组的磁动势

4.7通有对称三相电流时三相绕组的磁动势

4.8三相交流绕组所产生的气隙磁场和相应的电抗

4.9交流电机的电磁转矩4.1交流绕组的构成原则和分类(1)合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦形，幅值要大。

(2)对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要平衡。

(3)绕组的铜耗要小，用铜量要省。

(4)绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。4.2三相双层绕组有效部分和端部双层绕组的主要优点为：(1)可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组，来改善电动势和磁动势的波形。

(2)所有线圈具有同样的尺寸，便于制造。

(3)端部形状排列整齐，有利于散热和增加机械强度。

1.槽电动势星形图和相带划分

2.叠绕组

3.波绕组4.2三相双层绕组图4-1双层绕组

a)双层绕组在槽内的布置b)有效部分和端部图4-2三相双层绕组的槽电动势

星形图(Q=36,2p=4)表4-1各个相带的槽号分配(60°相带)相带槽号极对AZBXCY第一对极下

（1槽~18槽）1,2，34，5，67,8，910，11，1213，14，1516，17，18第二对极下

（19槽~36槽)19，20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,361.槽电动势星形图和相带划分图4-3叠绕和波绕线圈示意图

a)叠绕线圈b)波绕线圈2.叠绕组图4-4三相双层叠绕组中A相绕组的展开图(Q=36,2p=4)2.叠绕组t2.tift3.tif3.波绕组图4-5波绕线圈的节距3.波绕组3.波绕组t1.tif3.波绕组图4-6三相双层波绕组中A相绕组的展开图(Q＝36，2p＝4)4.3三相单层绕组1.同心式绕组

2.链式绕组

3.交叉式绕组1.同心式绕组表格相带AZBXCY槽号23,24,1,23,4,5,67,8,9,1011,12,13,1415,16,17,1819,20,21,22图4-7单层同心式绕组中A相的展开图(2p=2,Q=24)2.链式绕组表格相带槽号磁极AZBXCY,36，12，34，56，78，910，11,12，1314,1516,1718,1920,2122,23,24,2526,2728,2930,3132,3334,35图4-8单层链式绕组中A相的展开图(Q=36,2p=6)3.交叉式绕组表格相带槽号磁极AZBXCY,35,36，12，3,45,6,78,9,1011,12,1314，15,16,17，18,1920,21,2223,24,2526,27,2829,30,3132,33,34图4-9单层交叉式绕组的A相展开图(Q=36,2p=4)4.4气隙磁场正弦分布时交流绕组的感应电动势1.导体的感应电动势

2.整距线圈的电动势

3.短距线圈的电动势，节距因数

4.分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数

5.相电动势和线电动势1.导体的感应电动势图4-10气隙磁场正弦分布时导体内的感应电动势

a)两极交流发电机b)主极磁场在空间的分布c)导体中感应电动势的波形2.整距线圈的电动势图4-11匝电动势

a)整距和短距线圈b)展开图c)整距和短距线圈的电动势相量图3.短距线圈的电动势，节距因数4.分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数图4-12三相四极36槽交流定子绕组的电动势(黑色导体为A相)

a)36个槽的相带划分b)A相合成电动势的相量图图4-13极相组的合成电动势

(q=3时)4.分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数5.相电动势和线电动势4.5感应电动势中的高次谐波1.高次谐波电动势

2.削弱谐波电动势的方法1.高次谐波电动势图4-14凸极同步电机的主极

磁场(实线为实际分布，虚线

为基波和3次、5次谐波)1.高次谐波电动势图4-15定子开槽后单位面积下

的气隙磁导图4-16三角形联结时

回路中的三次谐波环流图4-17用短距的办法

消除ν次谐波2.削弱谐波电动势的方法表4-2三相60°相带整数槽绕组的分布因数q

ν23456∞10．9660．9600．9580．9570．9570．95530．7070．6670．6540．6460．6440．63650．2590．2170．2050．2000．1970．1917-0．259-0．1770．158-0．149-0．145-0．1369-0．707-0．333-0．270-0．247-0．236-0．21211-0．966-0．177-0．126-0．110-0．102-0．08713-0．9660．2170．1260．1020．0920．07515-0．7070．6670．2700．2000．1720．12717-0．2590．9600．1580．1020．0840．056190．2590．960-0．205-0．110-0．084-0．050图4-18把斜槽中的导体看作

无限多根短直导体的串联图4-19斜槽因数图4-20用斜槽来

消除ν次谐波电动势4.6通有正弦电流时单相绕组的磁动势1.整距线圈的磁动势

2.分布绕组的磁动势

3.单相绕组的磁动势1.整距线圈的磁动势图4-21一个整距线圈的磁动势(2p=2)

a)整距线圈所产生的磁场b)整距线圈的磁动势沿气隙的分布图图4-22两组整距载流线圈形成的四极磁场(=τ=π4)

a)磁场分布b)磁动势沿气隙的分布图2.分布绕组的磁动势图4-23整距分布绕组的磁动势(q=3)

a)合成磁动势波b)基波合成磁动势c)用空间矢量来求基波合成磁动势图4-24双层短距分布绕组的磁动势

a)双层短距分布绕组在槽内的布置b)上层和下层导体产生的基波磁动势

c)用空间矢量算出上、下层的基波合成磁动势3.单相绕组的磁动势图4-25不同瞬间单相绕组的基波磁动势4.7通有对称三相电流时三相绕组的磁动势1.三相绕组的基波合成磁动势

2.三相合成磁动势中的高次谐波

3.三相合成磁动势的波形图4-26三相交流电机的定子示意图1.三相绕组的基波合成磁动势解析法以定子内圆A相绕组的轴线处作为空间坐标的原点，并以逆时针方向(即A相➝B相➝C相绕组的方向)作为空间角度θs(以电角度计)的正方向。在某一瞬间t，距离A相绕组轴线θs处，各相的基波磁动势分别为解析法以定子内圆A相绕组的轴线处作为空间坐标的原点，并以逆时针方向(即A相➝B相➝C相绕组的方向)作为空间角度θs(以电角度计)的正方向。在某一瞬间t，距离A相绕组轴线θs处，各相的基波磁动势分别为图4-27t=0和时三相基波合成磁动势的位置图4-28旋转磁动势波图4-29不同瞬间时的三相基波合成磁动势(左边为电流的时间相量图，

右边为磁动势的空间矢量图，其中空间矢量用空心箭头的矢量来表示)

a)ωt=0时b)ωt=60°时c)ωt=120°时d)ωt=180°时e)ωt=240°时图4-30三相绕组中通入负序电流时，形成反向推移的旋转磁动势波

a)通入正序电流时b)通入负序电流时图4-31不对称电流产生的

椭圆形旋转磁动势2.三相合成磁动势中的高次谐波(1)当ν=3k(k=1,3,5,…),也即ν=3,9,15,…

(2)当ν=6k+1(k=1,2,3,…),也即ν=7,13,19，…时

(3)当ν=6k-1(k=1,2,3,…),也即ν=5,11,17，…时3.三相合成磁动势的波形直接作图法的作图步骤如下：(1)画出一对极下三相的2mq个槽，并标明各槽的上、下层各属于哪一相带(即标明A、X、B、Y、C、Z)。

(2)确定时间为某一瞬间t1时，三相电流瞬时值iA、iB和iC的大小和正、负。

(3)算出各个槽内槽电流is(包括上、下层)的瞬的值(正、负和大小)，并标注在该槽的上方。

(4)任取一值作为磁动势曲线的起始值，从第一个槽开始，到最后一槽为止，从左到右，根据槽电流的正、负和大小，逐步画出绕组的阶梯形磁动势曲线：经过齿区时，磁动势不变，故曲线为水平；经过槽中心时，根据槽电流is的正、负和大小，使磁动势曲级上升或下降一级，“级高”取决于槽电流的大小；如槽电流为0，则曲线保持水平。

(5)根据磁动势所产生的磁场，其N极下的磁通量应当等于S极下的磁通量这一原则，画一水平线作为横坐标，调整横坐标的高、低，直到坐标以上和以下两块磁动势曲线的面积相等，该横坐标即为磁动势曲线的基准线。图4-32在和处定子绕组的磁动势

、与槽电流的关系图4-33q=2的三相单层绕组在三个不同瞬间的合成磁动势曲线

a)ωt=0时b)ωt=30°时c)ωt=60°时4.8三相交流绕组所产生的气隙磁场和相应的电抗1.三相交流绕组所产生的气隙磁场

2.交流绕组的气隙电抗1.三相交流绕组所产生的气隙磁场图4-34转子开槽时的气隙磁场2.交流绕组的气隙电抗4.9交流电机的电磁转矩1.电磁转矩不等于零的一个准则

2.交流电机的电磁转矩公式

3.电磁转矩公式的分析，产生恒定电磁转矩的条件1.电磁转矩不等于零的一个准则图4-35定、转子极数不等时，

平均电磁转矩恒等于02.交流电机的电磁转矩公式(1)定子表面为光滑的圆柱形，转子既可以是隐极、也可以是凸极式；铁心的磁导率μFe=∞。

(2)定子的载流导体均匀地分布在定子表面。

(3)气隙合成磁场为正弦分布，定子的磁动势波也是正弦分布，两者的极数相等。

(4)每对极下定子载流导体的分布均为相同，即定子绕组为三相整数槽绕组。图4-36气隙基波合成磁场与定子基波线负载相作用产生电磁转矩

a)定子单位周向长度上的电磁转矩和总电磁转矩b)和c)线负载的基波与磁动势基波的关系3.电磁转矩公式的分析，产生恒定电磁转矩的条件(1)对于气隙合成磁场和定子磁动势为正弦分布的三相交流电机，电磁转矩Te与气隙合成磁场的磁通量Φ、定子基波磁动势的幅值F1以及转矩角δ1的正弦成正比。

(2)从电磁转矩的角度来看，发电机和电动机的差别，就在于转矩角δ1的正、负(或小于还是大于180·)。

(3)由于定子磁动势的基波幅值F1=I1,气隙合成磁场的磁通量Φ=，而sinδ1=cosψ1，所以电磁转矩也可以写成下列形式：图4-37题4-22附图(1)图4-38题4-22附图(2)图4-39题4-28附图第5章5.1三相感应电机的结构和运行状态

5.2三相感应电动机的磁动势和磁场

5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路

5.4感应电动机的功率方程和转矩方程

5.5笼型转子的极数、相数和参数的归算

5.6感应电动机参数的测定

5.7感应电动机的转矩-转差率曲线

5.8感应电动机的工作特性

5.9感应电动机的起动，深槽和双笼电动机

5.10感应电动机的调速

5.11单相感应电动机

5.12感应发电机和感应电动机的制动，直线感应电动机5.1三相感应电机的结构和运行状态1.三相感应电机的结构

2.三相感应电机的运行状态

3.额定值图5-1定子铁心槽形

a)开口槽b)半开口槽c)半闭口槽1.三相感应电机的结构图5-2笼型绕组图5-3小型三相笼型感应电动机图5-4三相绕线型感应电动机示意图图5-5三相绕线型感应电动机的结构2.三相感应电机的运行状态图5-6感应电机的三种运行状态(图中N,S代表气隙旋转磁场，•和×表示

转子感应电动势和转子电流有功分量的方向)解已知额定转速为730r/min，因额定转速略低于同步转速，故知该机的同步转速为750r/min，极数2p=8。于是，额定转差率sN为3.额定值(1)额定功率PN指电动机在额定状态下运行时，轴端输出的机械功率，单位为千瓦(kW)。

(2)定子额定电压U1N指电机在额定状态下运行时，定子绕组应加的线电压，单位为伏(V)。

(3)定子额定电流I1N指电机在额定电压下运行，输出功率达到额定功率时，流入定子绕组的线电流，单位为安(A)。

(4)额定功率因数cosφN指电机在额定状态下运行时，定子边的功率因数。

(5)额定频率fN指加于定子边的电源频率，我国工频多为50Hz。

(6)额定转速nN5.2三相感应电动机的磁动势和磁场1.空载运行时的磁动势和磁场

2.负载运行时的磁动势和磁场1.空载运行时的磁动势和磁场图5-7感应电动机的激磁

磁动势和气隙主磁场图5-8感应电机中主磁通所经过图5-9主磁路的磁化曲线图5-10定子漏磁通

a)槽漏磁b)端部漏磁2.负载运行时的磁动势和磁场

(1)转子电流的频率

(2)转子磁动势相对于转子的转速

(3)由于转子转速n=ns(1-s)=1500(1-0.05)r/min=1425r/min,所以转子磁动势在空间的转速应为(1425+75)r/min=1500r/min，即为同步转速。图5-11定、转子磁动势的

转速和转子转速图5-12转子磁动势与气隙主磁场在空间的相对位置

a)=0时和的空间矢量图b)=0时和的时间相量图

c)≠0时和的空间矢量图d)≠0时和的时间相量图图5-13、和的空间矢量图与和的时间相量图图5-14三相感应电动机负载时的磁场分布(2p=6)5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路1.电压方程

2.等效电路1.电压方程26d.TIF图5-15感应电动机定、转子耦合电路示意图(取A、a一相)2.等效电路图5-16频率归算后感应电动机的定、转子电路图(取A、a一相)图5-17转子顺气隙磁场旋

转方向移动α角时图5-18频率和绕组归算后定、转子的耦合电路图图5-19感应电动机的T形等效电路图5-20感应电动机的相量图图5-21正常工作时感应电动机的近似等效电路5.4感应电动机的功率方程和转矩方程1.功率方程，电磁功率和转换功率

2.转矩方程和电磁转矩

3.计算额定点运行数据的MATLAB源程序1.功率方程，电磁功率和转换功率图5-22由T形等效电路导出感应电动机的功率方程2.转矩方程和电磁转矩

(1)定子电流和定子输入功率

(2)转子电流和激磁电流

(3)定、转子损耗

(4)输出功率和效率

(5)额定负载时的转速

(6)电磁转矩和输出转矩2.转矩方程和电磁转矩2.转矩方程和电磁转矩3.计算额定点运行数据的MATLAB源程序5jj1.TIF3.计算额定点运行数据的MATLAB源程序5jj2.TIF3.计算额定点运行数据的MATLAB源程序5jj3.TIF5.5笼型转子的极数、相数和参数的归算1.笼型转子的极数和相数

2.笼型转子参数的归算1.笼型转子的极数和相数5z19.TIF图5-24一对极下导条的电动势2.笼型转子参数的归算图5-25笼型转子的电路和电流

a)电路图b)部分电路c)导条和端环电流的相量图5.6感应电动机参数的测定1.空载试验

2.堵转试验1.空载试验图5-26空载特性,=f()图5-27铁耗和机械损耗的分离2.堵转试验图5-28短路特性,=f()图5-29堵转时感应电动机的等效电路5.7感应电动机的转矩-转差率曲线1.转矩-转差率特性

2.最大转矩和起动转矩

3.机械特性(转速-转矩特性)

4.计算和绘制Te-s曲线的MATLAB程序1.转矩-转差率特性图5-30感应电机的转矩-转差率曲线2.最大转矩和起动转矩(1)感应电机的最大转矩与电源电压的平方成正比，与定转子漏抗之和近似成反比·。

(2)最·大·转·矩·的·大·小·与·转·子·电·阻·值·无·关·，临界转差率sm则与转子电阻R2′成正比；R2′增大时，sm增大，但Tmax保持不变，此时Te-s曲线的最大值将向左偏移，如图5-31所示。图5-31转子电阻变化时的-s曲线3.机械特性(转速-转矩特性)图5-32感应电动机的机械特性4.计算和绘制Te-s曲线的MATLAB程序jj0503.TIFjj0503a.TIF图5-33例5-3所示电动机的-s曲线5.8感应电动机的工作特性1.工作特性

2.感应电动机的主要运行数据1.工作特性图5-34感应电动机的s,n,=f()图5-35感应电动机的,cos,η=f()2.感应电动机的主要运行数据5.9感应电动机的起动，深槽和双笼电动机1.笼型感应电动机的起动

2.绕线型感应电动机的起动

3.深槽和双笼感应电动机1.笼型感应电动机的起动图5-36Y/Δ起动法的接线图图5-37用自耦变压器来降压起动2.绕线型感应电动机的起动3.深槽和双笼感应电动机图5-38深槽感应电动机起动时转子导条中的电流集肤效应

a)转子槽漏磁b)导条内电流密度j沿导条高度的分布图5-39双笼转子的结构

图5-40双笼电动机的转子槽形图5-41双笼电动机的-s曲线图5-42双笼电动机的等效电路(转子具有两套端环时)

a)双笼转子的漏磁通b)双笼电动机的等效电路5.10感应电动机的调速1.变极调速

2.变频调速

3.改变转差来调速1.变极调速图5-432p=4时一相绕组的连接

a)每相两组线圈的正向串联b)两组线圈的展开图图5-442p=2时一相绕组的连接

a)每相两组线圈的反向串联b)两组线圈的展开图2.变频调速图5-45变频调速时感应电动机的机械特性

a)频率从下调时b)频率从上调时(U=)图5-46变频器的主电路图5-47PWM变频器的主电路图5-48A相输出电压波形及其基波3.改变转差来调速图5-49转子回路中加入电阻来调速图5-50转子带变频器的串级调速系统图5-51双馈电机示意图5.11单相感应电动机1.结构特点

2.工作原理和等效电路

3.起动方法1.结构特点图5-52单相感应电动机的接线示意图2.工作原理和等效电路图5-53将脉振磁动势分解为两个

幅值相同、转向相反的旋转磁动势图5-54单相感应电动机的-s曲线图5-55单相感应电动机的等效电路

a)归算前定、转子的耦合电路b)频率归算和绕组归算后的等效电路3.起动方法图5-56单相电容起动电动机

a)接线图b)相量图c)-s曲线图5-57罩极式单相感应电动机

a)结构简图b)罩极部分的相量图5.12感应发电机和感应电动机的制动，直线感应电动机1.感应发电机

2.感应电动机的制动

3.直线感应电动机1.感应发电机图5-58理想空载(s=0)时感应电机的等效电路图5-59单机运行时感应发电机的自激

a)定子端点的三相电容组b)发电机的自激2.感应电动机的制动图5-60反接制动时定子的接线图图5-61能耗制动时的接线图图5-62由旋转电机演变成3.直线感应电动机①额定数据，包括额定电流I1N，额定转速nN,额定转矩TN,额定功率因数cosφ1N和额定效率ηN；②过载能力，即最大转矩倍数Tmax;③起动性能，即起动电流倍数Ist和起动转矩倍数Tst。从T形等效电路可见，感应电动机是一个感性电路，故定子功率因数恒为滞后。额定功率因数cosφ1N的大小，主要取决于激磁电流和定、转子漏抗的大小，Im越大，X1σ和X2σ′越大，cosφ1N就越低。由于感应电机的主磁路中有一个气隙，故Im较大，通常为额定电流的20%~40%，所以cosφ1N通常只有0.8~0.9。最大转矩Tmax和起动电流Ist主要取决于定子的端电压和定、转子的漏抗，起动转矩Tst除与端电压和定、转子漏抗有关外，还与转子电阻的大小有关。适当地增大转子电阻，可以减小起动电流，增大起动转矩，改善起动性能；但是另一方面则会使铜耗增大，从而使正常工作时电动机的效率降低，所以两者是互相矛盾的。3.直线感应电动机为使起动和工作性能得以兼顾，可以采用绕线型电机，或者采用利用集肤效应、使转子电阻随转子频率的变化而自动变化的深槽和双笼电动机；后两种电机的转子漏抗要比正常笼型电机的漏抗大，使最大转矩稍有下降。图5-63三种不同类型笼型

电机的-s曲线表格(线)/V2001601208040/A362718．110．54/W3680208092029040第6章6.1同步电机的基本结构和运行状态

6.2空载和负载时同步发电机的磁场

6.3隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路

6.4凸极同步发电机的电压方程和相量图

6.5同步发电机的功率方程和转矩方程

6.6同步电抗的测定

6.7定子漏抗和电枢等效磁动势的测定

6.8同步发电机的运行特性

6.9同步发电机与电网的并联运行

6.10同步电动机与同步补偿机

6.11同步发电机的不对称运行

6.12同步发电机的三相突然短路

6.13磁阻电动机6.1同步电机的基本结构和运行状态1.同步电机的基本结构

2.同步电机的运行状态

3.同步电机的励磁方式

4.额定值1.同步电机的基本结构图6-1旋转磁极式同步电机的两种基本型式

a)隐极式b)凸极式图6-2汽轮发电机的剖面图图6-3大型汽轮发电机的转子图6-4凸极同步电动机的转子图6-5立式水轮发电机示意图图6-6大型水轮发电机的分瓣定子图6-7大型水轮发电机的转子吊装2.同步电机的运行状态图6-8同步电机的三种运行状态

a)发电机(δ>0)b)补偿机(δ=0)c)电动机(δ<0)3.同步电机的励磁方式图6-9带副励磁机的励磁系统图6-10静止整流器励磁系统4.额定值(1)额定容量SN(或额定功率PN)指额定状态下运行时电机的输出功率。

(2)额定电压UN指额定运行时电枢的线电压。

(3)额定电流IN指额定运行时电枢的线电流。

(4)额定功率因数cosφN指额定运行时电机的功率因数。

(5)额定频率fN指额定运行时电枢的频率。

(6)额定转速nN指额定运行时电机的转速，即同步转速。6.2空载和负载时同步发电机的磁场1.空载运行

2.对称负载时的电枢反应1.空载运行图6-11同步电机的空载磁路(2p=4)图6-12同步电机的空载特性2.对称负载时的电枢反应图6-13=0°时同步发电机的电枢反应

a)定子绕组内电动势、电流和磁动势的空间矢量图b)与定子绕组交链的主磁通、激磁电动势

和定子电流的时间相量图c)时-空统一矢量图d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置图6-14≠0°时同步发电机的电枢反应

a)滞后于时定、转子磁动势的空间矢量图b)滞后于时的时-空统一矢量图

c)超前于时的时-空统一矢量图图6-15隐极同步发电机负载时的磁场分布图6.3隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路1.不考虑磁饱和

2.考虑磁饱和1.不考虑磁饱和图6-16隐极同步发电机的相量图和等效电路

a)、b)相量图c)等效电路2.考虑磁饱和图6-17考虑磁饱