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电机学备考部分

CHM

一.电机的分类

1.1）机械能转换为电功率发电机

2）电功率转换为机械能电动机

3）电功率转换为另一种形式的电功率变压器、交流机、变频机、移相机

4）不以传递能量为主要职能，在电气机械系统运行起调节、放大、控制

2.按电流种类：

直流电机、交流电机

3.按原理和运动方式

1）没有固定同步速度直流电机

2）静止设备变压器

3）作为电动机运行时，速度较同步速度小；作为发电机运行时，速度较同步速度大异步电

机

4）速度等于同步速度同步电机

5）速度可以在宽广的范围内随意调节，可以从同步速度下调至同步速度以上交流换向器电

机

【同步速度指的是定子的旋转磁场】

二.电机的磁路和磁路定律

电在电机中主要以路的形式出现，即由电机内的线圈（或绕组）构成电机的电路

磁在电机中是以场的形式存在，常把磁场简化磁路处理

1?

电机的电磁基本理论

1）线圈中流过电流将产生磁场（右手螺旋），穿过线圈的磁通形成磁链，一个线圈通过单位

电流所产生的磁链为该线圈的电感。

2）线圈流过正弦交流电时，线圈电感常用相应的电抗表示=wl（w为交变频率）

（施加电压f磁通磁路越大磁路越饱和磁阻f电抗丨）

3）电磁感应泄律：

若线圈中磁链发生变化，线圈感应出电动势（线圈感应电动势趋于阻碍磁

链变化）

三.变压器

1）标幺值=实际值/基值（基值一般取额定值）

2）测定参数

⑴空载实验（计算励磁电阻电抗，门、X1很小可忽略）

IR1.

XI

-L-lI-----------------------------------------WV-------------------------

2

电路等效图：

计算公式:

z0=^ra=^

一般加压于低压侧，原因：

空载实验测得是励磁电抗和电阻，励磁电流大些才能测出，并且在低压侧操作比较安全

⑵短路实验

等

效

电

路

图

1Ri

XI

R2

X2

WV

II----------------------------------

W/

计算公式：

z?

=丹《=舟xk=Jz2k-r2k

--般加压于高压侧，原因：

短路实验所测的是q和耳，所以励磁电流要比较小；若加在低压侧，就算

大，而吃勺很小，避免人电流烧坏绕组。

2；很小，但

L也很

Egl.p35例2?

1三相参数测定

三相SN=2500kVA额定电压60/6.3KVyd连接

（1）高压和低压侧的额定电压和电流？

（2）等效电路参数的欧姆值和标幺值，画岀近似等效电路图

短路

4800V

24.06A

26500W

高压侧测

空载

6300V

11.46A

7700W

低压侧测

（3）励磁支路用导纳表示数值和标幺值

解：

（1）高压侧y接：

U[N[=60kVU、N产治N严2盘

低压侧d接：

U2N1=U2N^=6.3kV山2=我匕厶呦=巒

（2）空载实验在低压侧测（d接）

5=%严6300V【2?

=託仏二借

Z°=^乙=念（功率指的是三相，所以求乙时需要除以3；阻抗指的是相的

值，对应电流需为相值）xa

（由于低压侧为副边，需进行归算）

归算到高压侧

￡=鵲化对应额定时的相值）

S-rm-k2raxm=k2xa

标幺值：

计算出各边的基值（注意为额定的相值）

短路实验在高压侧（y接）

U凶=4800VJ七

3）电压变化速率（体现运行性能）

At/%=-^p^xl00=^f^xl00=-^F^xl00

U20U2NUIN

阻抗三角

ZXI电流滞后电压：

感性负载（电感使电流不能突变）

R

Xc电流超前电压：

容性负载（电容使电压不能突变）

4）变压器的并联（一次绕组接至共同的坷，二次绕组接至共同的如）

。

优点：

供电可靠，系统运行效率高，减少除投资，减少备用容量

Y接：

将三相末端连在一起，将它们首段引出

A接：

把一相的末端和另一相的首段连接起来

O三相变压器的连接组别：

先确定￡八、EB、Ec的方向，然后根据同名端（异名端）确定

&、E?

、E（,最后根据y接、△接，确定及画出与E”的位置

〃图

G）并联条件：

①额定电压相等（变比相等or原副边匝数相等）

②有相同的连接组

③短路阻抗标幺值相等（内阻相等）

若不满足所带来的影响：

①变比不同（k允许误差在0.5以内）近似相等

A、B两点形成环流（环流存在，增大了空载损耗，即增大了变压器损耗）

②连接组不同（至少相差30°）

形成环流

③内阻不等（允许10%以内）

需绝对一致

近似相等

无法充分利用变压器厶Z*=luZ2K

（负载系数与内阻成反比，内阻越小负载系数越大，越容易达到满载；电阻越大负载系数越小。

）

①计算公式（并联运行吋负载分配情况）

-＞电流分配：

：

21=住-必］右内阻越大，电流越小

X/

负载系数

■

zkn

每台分配输出功率

s,~汕5r-1

每台功率比

C.C—_J_.]

—S.\T?

—S"?

S.\q

°I?

Qn—7~?

"r~—

"?

"—~"

1

11

引i

切zmuk｛农口

%

Eg2.p54题3?

3运行负载分配

SNl=1000KVA

不容许任何一台过载，下列两组变压器可供最大负载

SM=1000KVA

（1）当变压器I的短路电压为变压器口的短路电压的90%,KPuk,=0.9u^

由此可知z「:

z&J=0.9:

1（内阻小先达到满载）

S=0]SM+02几[|

Eg3.p55题3?

4并联运行负载分配ydll

SM=500KVASw=1000KU4

6300/400V

6300/400V

高压短路250V/32A

300V/82A

（1）该两变压器的短路电压绚各位多少?

（2）当该变压器并联运行，且供给总负载为1200kVA,问每台变压器各供给多少负载？

（3）当负载增加时哪一台先满载？

设任一台变压器不容许过载，问该两台变压器并联运行时可

供最大的负载是多少？

（4）设负载功率因数为1,当总负载为1200kW,求每台变压器二次绕组中的电流。

解：

（1）求纬其实求的就是z「，也就是欢：

uk=Uj*=z/

短路可求：

ZR给的额定值可求Zb

（2）由

（1）求出z「，即可求负载系数S=0\S沁卩沁

（3）由⑴可知较小负载，较小负载先到达满载，令其

0为

1卩：

弘=亠：

亠

可以求

zk\

z

出另一个0，从而S=卩\SN严卩

（4）纯电阻

21+，2

p2

如【1

3Qose

，21:

，2口=

—?

S

N

伽

2

u

S：

*

。

Eg4（师补）

两台变压器并联运行SN=6300RM4S?

N=5000kVA连接组YyO

最大输出电流厶“=-YyOI2N=I20

利用率

SN\+SN2

n

旳

=3kV

不计阻抗角差别

%

%3

短路阻抗：

z屮==0.07z,*=0.075

试计算：

并联组最大容量最大输出电流利用率解：

Eg5.（师补）

5/V1I=3200mUKl=6.9%

SN2l}=5600kVA

=7.5%

（1）试求输出总量S=SOOOkVA，每台分担多少?

（2）输出最大容量？

〃计算第一题

5）交流电机

同步电机的电枢绕组（定子绕组）

交流绕组

异步电机的定子、转子绕组

（1）①三相对称绕组的基本要求：

三项绕组匝数相同，电角度120°■-对称；能产生最大

的基波、电动势和磁动势分布绕组、短距助于消弱谐波

②电角度描述的是磁极对数：

1对磁极为360°

③相带：

一个磁极电角度为180°,分三相，每相为60°

④每极每相槽数q=每个磁极对应的槽数（极距）T=^

相邻两槽的电角度呼

（2）三相单层绕组（链式绕组、同心式绕组）

Fo

6）同步电机：

定子的旋转磁场与转子的旋转磁场转速相同

人转子的直流场E定子交流场Fa

功矩角6定子磁场与转子磁场的角度》〉0发电5=0补偿机力<0电动

E。

空载电动势：

转子单独作用，切割定子绕组产生电动势

对称负载吋的电枢反应：

去磁、助磁、交磁

隐极式：

磁极少、气隙均匀、含有集电环

①转子结构

凸极式：

磁极多，气隙不均匀

类型

隐极式

凸极式

定子

铁芯、三相对称绕组

铁芯、三相对称绕组

转子磁极

细长圆柱形

矮胖凸极形状

转子绕组

分布

集中

气隙

均匀

速度离心力小—髙速离心力大-■低速

发电汽轮机（p<2）水轮机（p>=3）

②同步电机空载运行（//=鼻n=nN定子绕组开路）

空载电动势仇：

转子磁极单独作用，切割定子绕组

电枢电动势d：

定子绕组产牛感应电动势

对称负载电动势：

E严E°+E。

③对称负载的电枢反应

<3参数

妙：

定子电流与空载电动势夹角-----内功率因数

&：

定子电流与定子电压的夹角------外功率因数

定子电压与的夹角---------功矩角

定子电流产生Fa=N]（乙与/同相）

1」与总）同相

妙=0

｛）

=-j4A4f

]lw]）Q（

E

Nka

电枢反应：

交磁，既没增加磁通也没有减小磁通

电机工作状态：

发电状态

负载性质：

纯电阻

2.妙=90°

电枢反应：

直轴去磁

电机工作状态：

空载补偿机

负载性质：

纯感性

3.^=180°

电枢反应：

交磁

电机工作：

电动机

负载性质：

纯阻性

4.屮=—90°

电枢反应：

助磁

电机工作：

空载

负载性质：

纯容性

Eg6.（师补）

汽轮机PN=25000PWuN=10.5PVY接COSQN=0.8（滞后）＜=2.13

乙=0每相空载电动势Eo=752OV计算：

电枢电流（大小、相位角）判断电枢反应

（1）每相7.52Q纯电阻

（2）每相7.52Q纯电感

（3）每相15.04Q纯电容

（4）每相7.52J7.52Q

解:

[_

P"

7_U/

—Jr

<4N—4iuNCOSQN

b~zw

s一sh

（1）人盖设i）=7520Z0。

（2）人盏；设E.=7520Z0

（3）

人需设=7520Z0

（4）7=-^-设云=7520Z0

④隐极式同步电机的分析方法等效电路图

厂‘■?

?

I

/WWWVWWWWXAAA

q__—

电压平衡方程式

Eo=心+"乙+“￡+￡）]

同步发电机电抗：

兀=￡+占

rz：

内阻，常可忽略

占：

漏磁通等效电抗

：

电枢反应等效电抗

向量图

⑤凸极式同步电机分析方法等效电路图：

电压平衡力程式

Eo二氏+儿（心

-?

）

同步电抗兀

=占+%+兀阳

九=%+和

直轴电抗：

xd=+xad交轴电抗：

xq=xs+xaq

向量图

Eg7.几43题12-3

Pv=72500EWUN=10.5沖Y接C0S9N=0.8（滞后）水轮机

xd=1Xq—0.554乙=°

试求额定负载下的空载电动势仇和Eo与几的夹角。

解：

画出凸极是的向量图，根据向量图求解

Eg8.（师补）

凸极兀,=1.0=0.6/;=0额定运行COS如=0.8（滞后）求E

画向量标出各种角

解：

短路比心：

kkt-兀八一过载能力f-端电压！

一气隙f-励磁匝数f-铜用量f（内阻越小，压降越小，对外供给电压高，端电压变化小）

7）同步发电机在大电网上运行

（1）并网条件

①相序一致：

相序不一致至少差120°,形成大压差，产生环流（严格相同）解决方法：

任意对掉两根火线

②电压相等（幅值）：

若大小不一，形成压差（近似相等）

解决方法：

自动调励磁装置

③频率相等：

形成压差（近似相等）

解决方法：

调节调速装置

④相位相等：

形成压差（近似相等）

解决方法：

等待

（2）并网方法

交叉接法血47

（3）隐极式同步电机的功角特性

①功率流程图电磁损耗铜耗

P2=Pem-l\

PM=^sin^

亿$（比整功率）描述稳定度的大小

（亿越大越稳定）

$

①“与E夹角（电量，时间上相位角）

②丘与A夹角（磁量，空间上相位角）

（过载能

力）

Eg9.”251例13?

1

汽轮发电机

SN=353MVAv

=11320A（/

v

=18000VYY

接

/

cos%=0X5（滞后）x,*=2.26（不饱和）ra=0并在无穷大电网

发电机额定运行

求：

（1）不饱和的空载电动势

⑵功角8N

（3）电磁功率儿

（4）过载能力Km

解：

（1）根据直角三角形且额定运行A=1

=J（U*sin0N+Ax5/）2+（/2*cos20N

Ne

⑵求出，可求屮，8=^-6

⑷Km=

（4）凸极式同步发电机的功角特性

P胡肿等血5+气尹sin2》

EglO.P253例13-2

llkv8750kVAY接凸极式COSON=0.8（滞后）每相=17Q~=9Q

乙=0求：

（1）同步阻抗标幺值

（2）该机在额定运行情况下的久和E。

（3）该机最大的电磁功率化密，8

解：

（1）求标幺值知

（2）

E

e屮u

I

根据三角形，求出屮-打、

⑶?

心严等sin》+qg严sin25-求导一/^,8

Cv

（5）有功功率调节

Egll.（师补）

并网比较稳定性

（1）忍大稳定还是小稳定（越大越稳定）

（2）过励稳定还是欠励稳定

（3）重载稳定还是轻载稳定

（过励稳定）

（轻载稳定）

Eg12.（师补）

水轮机

N

iV

=13800VY接

cos血=0.85（滞后）

P=75000PW（7

xd=1.05xq=0.65乙=0求:

（1）输出7500kW（额定），求和§

（2）当输出1500kW,发电机失磁，此时功角6为多少，这台电机是否能稳定运行?

解：

（1）做法如cglO

=^sin^+-^^2sin2J

（电机失磁Eo

）

=O

求6-判断6<45°（是，则能稳定）

（6）无功调节

隐极式：

Q=uisin0=u^^

☆保持有功不变改变无功大小

正常4输出全为有功

Ift-过励f呈感性

Ifl-欠励一呈容性

Egl3.0259例13-3

汽轮额定运行cos0v=O.8（滞后）同步电抗x；=1.0并在无穷大电网上

（1）该机提供90%额定电流且有额定功率因数时，输出有功功率和无功功率。

这时Eo，§

（2）调节原动机

自己看哈一~不打了

Eg14.（师补）

并网汽轮机Pt若保持Q不变6与匚如何变I和￡■（）如何变化

要求画电动势向量图分析

Pt5t-*Eot-*It

Egl5.（师补）

并网汽轮机P不变改变-各如何变化？

输出功率￡?

E。

？

解：

Ift￡0t81笃不变

I8t鬥不变

Egl6.（师补）

并网汽轮机仃不小Pt6?

Q0=?

￡

Pt8t-*Q1-*￡0不变

Eg17.（师补）

并网汽轮机SN=31250mUN=\0.5kVY接cos0=O.8（滞后）

x,=7Q乙=0求：

⑴额定6、Pem.Pss、km

（2）/f不变^=o.5Pv8Pempsscose

（3）额定If增大10%8PemCOST

解：

（1）根据三角关系求6

Pe.n=SNCOS0Npss=爭COS/Km=

⑵PM=^sin3=P2->5Pss=半cos6

COS0=4

（2）E0比原来大了10%

Eg18.027】题13?

2

Eg19.p27l题43?

3