电机学知识点.ppt
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1、电机学,第一篇 变压器第二篇 直流电机第三篇 交流电机的绕组电动势和磁动势第四篇 同步电机第五篇 异步电机,第一章 变压器的用途、分类与结构,1.变压器的基本作用原理变压器是根据_原理,将一种电压等级的交流电能变换为同频率的另一种电压等级的的交流电能的静止电机。2.变压器的主要额定值1)额定电压U1N/U2N(V或kV)一次侧额定电压是指正常运行时,电源加到一次侧的额定电压。二次侧额定电压是指变压器一次侧加_,二次侧的_电压。三相变压器的一次、二次额定电压都是指_。,电磁感应,空载线,额定电压,额定线电压,2)额定电流I1N/I2N(A)额定电流是指变压器在额定运行条件下一、二次绕组允许通过的
2、电流。三相变压器的一次、二次额定电流都是指_。3)额定容量SN(VA或kVA)在铭牌规定的额定状态下变压器输出的视在功率。变压器的额定容量、额定电压、额定电流之间的关系:单相双绕组变压器,三相双绕组变压器,4)额定频率fN(Hz),额定线电流,基本知识:变压器的工作原理及额定数据。,第二章 变压器的运行分析,基本要求:1.掌握变压器的基本工作原理,熟练应用感应电势公式2.掌握变压器绕组的折合条件、折合方法3.掌握分析变压器的基本方法变压器的基本方程式、等值电路和相量图4.掌握变压器等值电路参数的测定方法5.掌握变压器的运行性能指标及其计算,第二章 变压器的运行分析,1.变压器的磁场为了便于研究
3、,根据变压器内部磁场的实际分布和所起作用的不同,通常把磁通分为_和_。主磁通的性质和作用:主磁通沿铁心闭合,其磁路是一种非线性磁路,m与I0 呈非线性关系,主磁通在一、二次绕组中分别感应电势E1和E2,将电磁功率从一次绕组传递到二次绕组,起_的作用。漏磁通的性质和作用:漏磁通主要沿非铁磁性材料闭合,其磁路是一种线性磁路,s1(s2)与I1(I2)呈线性关系,漏磁通只起_的作用,不直接参与从一次绕组到二次绕组的能量传递。,主磁通 漏磁通,传递能量,产生漏电抗压降,一次绕组感应电动势,二次绕组感应电动势,变压器的变比:变压器的一次侧与二次侧_,称为变压器的变比,用k表示,即,2.主磁通感应电动势和
4、励磁电流,相电势之比,励磁电流:在铁心饱和时,为了得到正弦波的主磁通,励磁电流应为_。尖顶波的励磁电流可以分解为基波和3、5、7一系列奇次谐波。考虑铁耗的影响后,励磁电流将超前主磁通一个铁耗角。,尖顶波,3.变压器绕组的折合,折合条件:_。折合方法:,4.变压器的基本方程式、等效电路、相量图T型等效电路,折合前后二次绕组的磁动势不变,T型等效电路中各参数的物理意义:励磁电阻Rm是表征铁耗的等效电阻。励磁电抗Xm反映了主磁通对电路的电磁效应,是与_对应的电抗。,一次绕组漏电抗X1反映了一次绕组漏磁通对电路的电磁效应,是同_相对应的电抗。二次绕组漏电抗X2反映了二次绕组漏磁通对电路的电磁效应,是同
5、_ _相对应的电抗。,4.变压器的基本方程式、等效电路、相量图,主磁通,一次绕组漏磁通,二次绕组漏磁通,4.变压器的基本方程式、等效电路、相量图,简化等效电路,5.变压器的参数测定,变压器的空载试验,5.变压器的参数测定,变压器的短路试验,对T型等效电路:,6.变压器的运行性能,1)变压器的电压调整率U定义:变压器带上负载以后,电压变化的差值(二次额定电压U2N与二次电压U2之差)与二次额定电压的比值称为电压调整率,用U表示,即,计算公式:,影响变压器电压调整率U的因素有:_、_和_。,2)变压器的损耗和效率,变压器的损耗有铁耗和铜耗。铁耗不随负载的大小而改变,也称为不变损耗,,铜耗随负载的大
6、小而改变,也称为可变损耗,,变压器额定负载时的铜耗(即额定短路功率)为pkN,则任意负载时的铜耗为。,变压器的效率计算公式:,2)变压器的损耗和效率,变压器产生最大效率的条件:,或,即当 时,变压器的效率最高。,影响变压器效率的因素有:_、_和_。,第三章 三相变压器,基本要求:1.掌握三相变压器组和三铁心式变压器磁路的特点2.掌握三相变压器的联结组标号,能利用电动势相量图判定联结组标号3.掌握变压器理想并联运行的条件4.掌握变压器并联运行时负载分配的计算方法,第三章 三相变压器,1.三相变压器的磁路系统独立磁路系统:三相变压器组相关磁路系统:三铁心柱式变压器2.三相变压器的联结组三相变压器的
7、联结组标号表示高、低压侧对应_之间的相位关系。已知三相变压器的绕组接线图确定其联结组标号;已知三相变压器的联结组标号画绕组接线图,线电势,3.三相变压器空载运行电动势波形,不同的磁路系统和绕组的联结方式对变压器空载电势波形的影响很大。为了获得正弦波相电势,三相变压器组不应采用Yy联结,否则相电动势畸变为尖顶波;小容量三铁心柱式变压器可以采用Yy联结。当三相变压器采用Dy联结或Yd联结时,或者一次侧采用YN接时,其空载相电势为正弦波或接近正弦波。,4.变压器的并联运行,1)变压器理想并联运行的条件各变压器的变压比相等;联结组标号相同;短路阻抗的标幺值相等。2)并联运行变压器的负载分配,1.直流电
8、机是进行直流电能和机械能转换的一种旋转电机。直流电机的工作原理是建立在 定律和 定律的基础上的,它赖以实现机电能量转换的媒介是气隙磁场。任何一台直流电机既可作为发电机运行,也可以作为电动机运行,这就是直流电机运行的可逆性。,第六章 直流电机的用途、基本工作原理与结构,电磁感应,电磁力,直流,交流,换向器 电刷,2.常用的直流电机是换向器式电机,直流电机电枢旋转时,从电机外部看,它的电压、电流和电动势都是,但是每个线圈中的电压、电流和电动势都是。这种交直流之间的转换是通过 和 的配合作用实现的。,3.直流电机由定子和转子两大部分组成,定子部分包括主磁极、机座、换向极、电刷装置、端盖等。转子部分包
9、括转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器等。定子的作用是建立主磁场和进行机械固定。转子的作用是产生电动势,流过电流,产生电磁转矩。4.直流电机的额定值电机的额定值是电机长期运行时允许的各物理量的值。直流电机的额定值主要有额定功率、额定电压、额定电流、额定转速等。额定功率PN(kW):额定运行状态下电机的。额定电压UN(V):额定运行状态下电机出线端的平均电压。,输出功率,额定电流IN(A):额定运行状态下电机出线端的电流。额定转速nN(r/min):额定运行状态下时转子的转速。额定励磁电流IfN(A):额定运行状态时电机的励磁电流值。,直流电动机:,直流发电机:,基本知识:1.直流电机的基本工作原理
10、2.直流电机的额定值,基本知识:1.直流电机的磁化曲线 2.单叠绕组和单波绕组的特点3.单叠绕组和单波绕组节距的计算方法4.直流电机的电枢绕组电动势和电磁转矩,第七章 直流电机的磁路和电枢绕组,第七章 直流电机的磁路和电枢绕组,1.直流电机的空载磁场和磁化特性直流电机空载运行时的气隙磁场由励磁磁势建立,该磁势由主极上的励磁绕组通以直流电流所产生。1)空载时气隙磁密的分布曲线,空载时,励磁磁动势主要消耗在_上。当忽略铁磁材料的磁阻和电枢表面的齿槽效应时,主磁极下气隙磁通密度的分布取决于气隙的大小和形状。,气隙,2.直流电机的电枢绕组,直流电机的磁化特性曲线是指电机空载时每极主磁通0与励磁磁动势2
11、Ff之间的关系曲线0=f(2Ff)。根据磁化特性可以判断电机磁路的饱和程度。,2)磁化特性曲线,直流电机的电枢绕组是直流电机产生感应电势和电磁转矩,从而实现机电能量转换的重要部件。直流电机的电枢绕组,无论什么形式,都是将各元件通过相应的换向片依次连接起来而构成的闭合绕组。直流电机的电枢绕组通过电刷引入或引出电流,并在正负极性电刷间形成偶数条并联支路。,1)电枢绕组的节距,第一节距y1:每个元件的两个元件边在电枢表面的跨距,用虚槽数计算。,式中:小于1的分数。,第二节距y2:相串联的两个元件中,第一个元件的下层边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离,用虚槽数计算。合成节距y:相串联的两个元
12、件对应边在电枢表面上所跨的距离,用虚槽数计算。,换向器节距yk:每个元件所联的两片换向片在换向器表面的跨距,用换向片数表示。,单叠绕组是y=yk=1的一类电枢绕组,它是把上层元件边在同一主极下的各元件串联起来成一条支路,所以单叠绕组的并联支路对数_,p是直流电机的极对数。,2)电枢绕组的特点,单波绕组是 的一类电枢绕组,它是把上层元件边在同极性主极下的各元件串联起来成一条支路,所以单波绕组的并联支路对数_。,直流电机电枢绕组的电势是通过电刷引出的,电刷的位置应使正负电刷间的感应电动势最大。当元件几何形状对称时,电刷在换向器表面的位置应对准磁极中心线。此时正、负电刷间感应电势最大,被电刷短路的元
13、件感应电势为零。,a=1,a=p,3.直流电机电枢绕组的感应电势,电枢电势Ea的大小与每极磁通量和转速n的大小成正比,Ea的方向取决于和n的方向。直流发电机的电枢电势与电枢电流同方向,而直流电动机的电枢电势与电枢电流方向相反,称为反电势。,4.直流电机电枢绕组的电磁转矩,电磁转矩T的大小与每极磁通量和电枢电流Ia的大小成正比,T 的方向取决于和Ia的方向。直流发电机的电磁转矩与转速方向相反,为制动转矩。而直流电动机的电磁转矩与转速方向相同,为驱动转矩。,第八章 直流发电机,基本知识:1.利用直流发电机的基本方程式进行计算2.电枢反应的概念和电枢反应的性质3.他励和并励直流发电机外特性曲线的形状
14、,以及影响电压变动的因素4.并励直流发电机自励建压的条件,第八章 直流发电机,1.直流电机的励磁方式直流电机的主磁场一般由套在主磁极铁心上的励磁绕组通以直流电流产生。励磁绕组的供电方式称为励磁方式,直流发电机的励磁方式分为_、_、_、_。不同励磁方式的直流发电机,运行特性存在很大的差异。,他励直流发电机:并励直流发电机:串励直流发电机:,他励 并励 串励 复励,2.直流发电机的基本方程式直流发电机的电动势平衡方程式、转矩平衡方程式和功率平衡方程式是把电机中电和机械方面的物理量联系起来的基本方程式。,1)电动势平衡方程式,2)转矩平衡方程式,3)电磁功率和功率平衡方程式,电磁功率,并励直流发电机
15、,他励直流发电机,3.直流电机的电枢反应,直流电机负载运行时,_对_的影响称为电枢反应。1)电刷在几何中性线上_电枢反应:_;_;_。2)电刷不在几何中性线上当电刷不在几何中性线上,除了交轴电枢反应外还有直轴电枢反应。,使气隙磁场发生畸变 使物理中性线偏移几何中性线一个角度 当磁路饱和时有去磁作用,电枢磁动势 励磁磁场,交轴,4.直流发电机的运行特性,表征直流发电机运行性能的特性主要有空载特性、外特性和调节特性。其中外特性U=f(I)是最重要的一种特性,它反映了电机端电压U 随负载电流I变化的情况。他励直流发电机的外特性是一条下垂的曲线,其原因有:(1)_;(2)_。对于并励直流发电机,还有第
16、3个原因:_ _。所以并励直流发电机的电压调整率比他励时要大。,5.并励直流发电机的自励条件,(1)_;(2)_;(3)_。,电枢反应的去磁作用 电枢回路的电阻压降,电枢端电压下降,引起励磁电流减小,使电枢电势和端电压进一步下降,电机必须有剩磁励磁绕组并联到电枢两端的极性要正确励磁回路的电阻必须小于与电机转速相应的临界电阻,第九章 直流电动机,基本知识:1.直流电机的可逆原理及直流电机运行状态的判别依据2.利用直流电动机的基本方程式进行计算3.他励直流电动机的机械特性4.直流电动机的起动方法、调速方法和制动方法,第九章 直流电动机,1.直流电动机的励磁方式,直流电动机按励磁方式分为他励、并励、
17、串励和复励。他励与并励只是接线有所不同,运行特性是相同的。,2.直流电机的可逆原理直流电机的运行是可逆的,同一台电机既可在一定条件下作发电机运行,将输入的机械能转变为直流电能;又可在另一条件下作电动机运行,将输入的直流电能转变为机械能。直流电机运行状态的判别依据:_。,3.直流电动机的基本方程式直流电动机是把直流电能转换为机械能的旋转机械。电动机的电动势与电枢电流方向相反,称为反电势,电磁转矩与转速方向相同,是驱动性质的转矩。电动势平衡方程式、转矩平衡方程式和功率平衡方程式是直流电动机的基本方程式,是研究直流电动机运行特性的理论基础。,当EaU时,为直流发电机;当EaU 时,为直流电动机,电动
18、势平衡方程式,功率平衡方程式 他励直流电动机,并励直流电动机,转矩平衡方程式,4.直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性:电动机在电枢电压U、励磁电流If、电枢回路总电阻一定的条件下,转速n与电磁转矩T之间的关系,即n=f(T)的关系。,他励直流电动机的固有机械特性:U=UN,If=IfN,电枢回路没有外串任何电阻时的机械特性。,他励直流电动机的人为机械特性:人为地改变电源电压U、励磁电流If或在电枢回路中串联电阻Rs时所得到的机械特性。,直流电动机带负载运行时,稳定运行的条件是_,说明在恒转矩负载条件下,具有下降的机械特性的电动机能够稳定运行。,5.直流电动机的起动直流电动机的起动转矩
19、与起动电流成正比,大的起动电流带来大的起动转矩。所以直流电动机具有良好的起动性能。直流电动机的起动方法有:(1)_;(2)_;(3)_。,直接起动 电枢回路串电阻起动 降压起动,6.直流电动机的调速直流电动机具有良好的调速性能,这是它的突出优点。他励直流电动机的调速方法有:(1)_;(2)_;(3)_。,对于恒转矩负载,如果调速前后气隙磁通维持不变的话,则调速前后稳态时的电枢电流保持不变。,改变电枢回路中的串联电阻调速减小气隙磁通调速改变电枢端电压调速,7.直流电动机的电磁制动直流电动机的电磁制动状态是指电磁转矩和转速方向相反,电磁转矩对系统起制动作用的运行状态。直流电动机的电磁制动方法有:_
20、、_、_。能耗制动和反接制动都用于使电动机停转,前者的制动转矩小,后者的制动转矩大,两者都消耗较多的电能。回馈制动是最为经济的制动方法,但只适用于限制电动机升速和使电动机减速的场合。,回馈制动 能耗制动,反接制动,第十章 交流电机的绕组和电动势,基本知识:1.交流绕组的基本概念2.利用电动势星形图分析三相绕组的方法3.三相单层分布绕组和三相双层叠绕组的连接规律4.绕组基波因数的物理意义,交流绕组基波相电动势的计算,第十章 交流电机的绕组和电动势,1.对交流绕组的基本要求是力求获得较大的基波电势,尽量减少谐波电势。且保持三相电动势对称,同时还要节约用铜和工艺方便。2.槽导体电势星形图是分析交流绕
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