电机学 曾令全 第03章
000 绪论
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绪 论Introduction
电机的发展-4—— 电机的发展
Brief history of machine development 交流电动机的发明是由美国发明家特斯拉完成的， 交流电动机的发明是由美国发明家特斯拉完成的，最早 特斯拉完成的 的交流电动机根据电磁感应原理设计， 的交流电动机根据电磁感应原理设计，结构比起直流电 动机更为简单， 动机更为简单，同时也比起只能使用在电车上的直流电 动机用途更广泛， 动机用途更广泛，它的发明让电动机真正进入了家庭电 器领域。 器领域。
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绪 论Introduction
0.1 电机及电机学概念（The concept of electrical machines)
电机是根据电磁感应原理工作的机械，应用广泛。举例： 电机是根据电磁感应原理工作的机械，应用广泛。举例： 是根据电磁感应原理工作的机械 电机分类： 电机分类： 电动机： 电动机：电 能 按功能分
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《电机学》目录Contents
三相异步电动机第二篇 三相异步电动机-4 第7章 第8章 三相异步电动机的基本工作原理和结构 三相交流绕组、感应电动势及磁动势 三相交流绕组、
第9章 三相异步电动机的基本理论 第10章 三相异步电动机的基本性能 10章
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《电机学》目录Contents
同步电机第三篇 同步电机-5 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 11章 第12章 同步发电机的基本理论 12章 第13章 同步发电机的并联运行 13章 第14章 同步发电机的异常运行和突然短路 14章 第15章 同步电动机和同步调相机 15章 直流电机第四篇 直流电机-2 第16章 直流电机的基本工作原理和结构 16章 第17章 直流电机的运行 17章
电机学第3章1.pptchap3
第四节
变压器的并联运行
变压器并联运行的意义 应具备的条件 并联运行负载分配的实用计算公式
一.变压器并联运行
将两台或多台 变压器的一次 绕组接在公共 母线上，二次 绕组同时对负 载供电(接在公 共的负载上)
二.变压器并联运行的意义
(1)适应用电量的增加——随着负载的发展，必 须相应地增加变压器容量及台数。 (2)提高运行效率——当负载随着季节或昼夜有 较大的变化时、根据需要调节投入变压器的台 数。 (3)提高供电可靠性——允许其中部分变压器由 于检修或故障退出并联。
E3 4.44 f3 Nm3
二、三相铁芯式Y，y连接
三次谐波电流不能流通以及有三次谐波磁通存在
磁路特点： 三相铁芯式变压器的三相磁路彼此相关， 各相的三次谐波磁通在时间上是同相位
三次谐波磁通的路径 •三相铁芯式变压器可以接成Y，y ——铁芯周围的油、油箱壁和部分铁轭
•三次谐波磁通经过油箱壁，在其中感应电势， 特点：磁阻较大，三次谐波磁通及其三次谐波电势很小
三.理想的并联运行条件
内部不会产生环流——空载时，各变压器之间无环 流,以避免环流铜耗 使全部装置容量获得最大程度的应用——在有负载 时，各变压器所分担的负载电流应该与它们的容 量成正比例。即负载电流按容量比分配. 每台变压器所分担的负载电流均为最小——各变 压器的负载电流都应同相位，则总的负载电流是 各负载电流的代数和。当总的负载电流为一定值 时。每台变压器的铜耗为最小，运行经济。
目的：避免在并联变压器所构成的回路中产生环流
负载电流与容量成正比例 分析 各变压器应有相同的短路电压
1。由于连接组相同，变比一致，可 使用并联电路的分流计算方法
第3章 变压器 《电机学(少学时)》课件
4.三相系统中的标幺值
4.三相系统中的标幺值
4.三相系统中的标幺值
3.8 变压器的运行特性
1.外特性和电压调整率 2.损耗和效率
1.外特性和电压调整率
图3-24 变压器的外特性
1.外特性和电压调整率
1.外特性和电压调整率
图3-25 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
(3)额定电流IN
3.2 变压器的空载运行
实际变压器与理想变压器有一定差别，主要表现在以下两点： (1)实际铁心的磁导率μFe≠∞，故铁心有一定的磁阻，因此一次 绕组中要有一定的激磁电流才能在铁心中产生一定的主磁通。 (2)实际的一次和二次绕组不可能完全耦合，它们之间会有少量 的漏磁通，于是一次和二次绕组会出现漏磁电抗。
2.短路试验
图3-17 例3-1变压器的T形等效电路
3.6 标幺值
3.6 标幺值
3.6 标幺值
采用标幺值有下列好处：
(1)计算方便 电力变压器的容量很大，可达数万、数十万千 伏安；电压也很高，达到几万和几十万伏；它们都是位数 很多的数，计算起来比较繁琐。采用标幺制后，各物理量 一般都是个位数，计算起来比较方便。
3.5 变压器参数的测定
1.开路试验
开路试验又称空载试验，试验的接线图如图3-15所示。试 验时二次绕组开路，一次绕组加上额定电压，测量此时变 压器的一次电压、一次电流和输入功率，由此即可算出变 压器的激磁阻抗。 设U0为外施的相电压，I0为空载的相电流，P0为每相的输 入功率，由于一次漏阻抗Z1σ要比激磁阻抗Zm
1.三相变压器的磁路 2.三相变压器绕组的联结 3.各种联结组的应用场合 4.三相系统中的标幺值
1.三相变压器的磁路
图3-18 三相变压器组
电机学专题培训教材
第一章 电机学专题培训教材1-1从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？答：变压器原副绕组套在同一个铁芯上, 原边接上电源后，流过激磁电流I 0， 发生励磁磁动势F 0， 在铁芯中发生交变主磁通ф0, 其频率与电源电压的频率相反， 依据电磁感应定律，原副边因交链该磁通而区分发生同频率的感应电动势 e 1和e 2, 且有dt d N e 011φ-=,dt d N e 022φ-=, 显然，由于原副边匝数不等, 即N 1≠N 2，原副边的感应电动势也就不等, 即e 1≠e 2, 而绕组的电压近似等于绕组电动势,即U 1≈E 1, U 2≈E 2,故原副边电压不等,即U 1≠U 2, 但频率相等。
1-2 试从物理意义上剖析，假定增加变压器一次侧线圈匝数〔二次线圈匝数不变〕二次线圈的电压将如何变化？答：由dt d N e 011φ-=, dt d N e 022φ-=, 可知 , 2211N e N e =，所以变压器原、副两边每匝感应电动势相等。
又U 1≈ E 1, U 2≈E 2 , 因此，2211N U N U ≈， 当U 1 不变时，假定N 1增加, 那么每匝电压11N U 增大，所以1122N UN U =将增大。
或许依据m fN E U Φ=≈11144.4，假定 N 1减小，那么m Φ增大， 又m fN U Φ=2244.4，故U 2增大。
1-3 变压器一次线圈假定接在直流电源上，二次线圈会有动摇直流电压吗？为什么？答：不会。
由于接直流电源，动摇的直流电流在死心中发生恒定不变的磁通，其变化率为零，不会在绕组中发生感应电动势。
1-4 变压器铁芯的作用是什么，为什么它要用0.35毫米厚、外表涂有绝缘漆的硅钢片迭成？ 答：变压器的死心构成变压器的磁路，同时又起着器身的骨架作用。
为了死心损耗，采用0.35mm 厚、外表涂的绝缘漆的硅钢片迭成。
1-5变压器有哪些主要部件，它们的主要作用是什么？答：死心: 构成变压器的磁路,同时又起着器身的骨架作用。
04变压器的负载运行--电机学课件--汤蕴璆主编(第三版)
U1 C m C N1i1L N2i2 0
第4页，共35页。
电机学
Electric Machinery
磁动势方程与能量传递
变压器的负载运行
N1i1L N2i2 0 i1 im i1L
N1i1 N1im N1i1L
N1i1 N2i2 N1im
•
•
•
N1 I 1 N2 I 2 N1 I m
•
•
•
•
•
E 2 I 2 R2 jX 2 U 2 I 2 Z2 U 2
•
•
•
E1 I m Rm jX m I m Zm
•
•
•
N1 I 1 N2 I 2 N1 I m
•
•
E1 k E 2 ， k N1 / N2
第13页，共35页。
变压器的负载运行
电机学
Electric Machinery
电机学 2.3-2.4
变压器的 负载运行
电气工程学院韩力
2009
第1页，共35页。
变压器的负载运行
电机学
Electric Machinery
2.3 变压器的负载运行
一次绕组接交流电源，二次绕组接负载的运行状态。
电磁关系 正方向规定 磁动势平衡关系
能量传递 漏磁通与漏磁电抗
第2页，共35页。
归算值
E2' k E2
U
' 2
k U2
I
' 2
1 k
I2
Z' 2
k 2 Z 2
第25页，共35页。
实际值
变压器的负载运行
电机学
Electric Ma•chinery•
【精品】电机学课后答案承林 陈乔夫 熊永前 华中科技大学
资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除电机学课后答案承林陈乔夫熊永前第1章导论1.1电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？解:磁路:硅钢片。
特点：导磁率高。
电路：紫铜线。
特点：导电性能好，电阻损耗小.电机:热轧硅钢片，永磁材料：铁氧体稀土钴钕铁硼变压器:冷轧硅钢片。
1.2磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？解:磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦，消耗能量，产生功率损耗。
与磁场交变频率f,磁通密度B，材料,体积，厚度有关。
涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。
与磁场交变频率f，磁通密度,材料，体资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除积，厚度有关。
1.3变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？解：变压器电势：磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势4.44mE fNφ=。
运动电势:线圈与磁场间的相对运动而产生的e T与磁密B，运动速度v，导体长度l，匝数N有关.1.6自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个绕在木质材料上，哪一个自感系数大？哪一个自感系数是常数?哪一个自感系数是变数，随什么原因变化？解：自感电势：由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势.d Le d t Lψ=-对空心线圈：L Li ψ=所以di eL L dt=-自感：2LL N N m miii L Ni Nφψ===∧=∧A m l μ∧=所以，L 的大小与匝数平方、磁导率µ、磁路截面积A 、磁路平均长度l 有关。
闭合铁心µµ0,所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。
因为µ0是常数，所以木质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。
电工学 秦曾煌第七版 第三章
RCduc dt
uc
E
uc()E RC
i() E L
R
R
i(t)
E R
(I0
E) R
t
e
3-35
R-L电路的响应
t=0
t=0
+ E
-
R+ i
L-
R i
L
零输入响应
零状态响应
3-36
§3.4 一阶线性电路暂态分析的 三要素法
K
由经典法推导的结果： +
uC(t)uC 'uC" _ E
R
i
C
3-24
微分方程的全部解
uC(t)uC'u"C
t
uC()[uC(0)uC()]e RC
t
E(U0E)e RC
3-25
定义： 1 RC
P
称为时间常数 单位
R: 欧姆 C：法拉
：秒
的物理意义: 它决定电路暂态过程变化的
快慢。 越大，电路达到稳态所需要的时间越
长。通常 t = 5 时，就可认为电路的过渡过程
u C ( 0 ) u C ( ) A 0 E e A 0 U e 0
故： A u C (0 ) u C ( ) U 0 E
3-23
微分方程的通解
A u C (0 ) u C ( ) U 0 E
P 1 RC
u"C(t) AePt [uC(0)uC()]et RC
t
(U0 E)e RC
3 K R1 1k
12
i
R3
+
E1 3V _
1k
+ E2
2k 3μ R2 C
电机瞬变过程笔记讲解
电机瞬变过程主要参考书：1.高景德电机过渡过程的基本理论和分析方法2.姜可薰电机瞬变过程3.宫入庄太（日）机电能量转换4.B.Adkins,R.G.Harley The General Theory of AC Machines5.汤蕴璆电机学——机电能量转换主要内容：第一章基础理论第二章三相感应电动机的运动方程第三章三相感应电动机的动态分析第四章同步电机的运动方程第五章同步电机的动态分析第一章 基础理论当前，我国电力工业已进入大电力系统，大机组和高电压的发展阶段。
全国发电装机容量及年放电量均居世界前列，发电机最大单机容量，火电机组为60万kW ，水电机组为32万kW ，核电机组为90万kW ，抽水蓄能机组为20万kW 。
随着单机容量的不断增大，对电机及电力系统的稳定性要求越来越高，对电机亦提出一些新的要求，如调峰能力，失磁异步运行的能力等。
而对这些问题的研究均属于电机瞬变过程的研究范畴。
电机瞬变过程是指电机从一个稳态到另一个稳态的过渡过程。
包括电磁瞬态、机械瞬态、热瞬态等，十分复杂，各瞬态过程相互制约，相互影响。
在此以电磁瞬态过程为主。
理论分析：简化——普遍规律 研究的方法 实 验：实物——真实结果仿真研究：物理模型、数学模型——模拟第一节 电机瞬变过程研究的发展电机既是机电能量转换的装置，又是电力系统和自控系统的原件。
第一阶段：电工学科的中心是电机装置。
主要研究稳态，为电机设计、简单的运行方式服务。
fn I 的确定、过载能力、max T 、max P 等。
稳态为主——古典、传统的方法第二阶段：随着电力系统的建立和发展，故障状态成为关注中心。
如在三项突然短路时，k I 升高，端部力增加很大；整部时的瞬态过程。
电磁瞬态为主——设cos n t =，方程线性定常化，用Laplace 变换求解。
第三阶段：随着自动控制系统的发展，要求研究调节和控制f I 、n 、f 。
波形非正弦（电子器件供电）动态——cos n t ≠，波形非正弦，用计算机求解 下一步：场→饱和参数、求解运动方程→动态方程1-2 研究电机瞬变过程的方法1.建立物理模型1）电磁结构、材料及性质（线性、非线性等），基本原理 2）用场还是路的方法来研究 3）确定端口（机、电） 2.建立数学模型1）简化 理想化（线性、正弦分布、……）n=? R 是否忽略？ 2）确定参数R 、X （L 、M ，……） 3）建立运动方程 动态耦合电路法由Harmilton 原理导出Lagrange 方程Kron 统一电机理论，建立二个原始电机和连接张量，以求得所研究电机的运动方程传统法（只适用于稳态） 3.求解运动方程原则上，电压方程式变系数，转矩方程式非线性。
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二、变压器的并联条件
（1）各变压器的一次和二次额定电压相等，即各 变压器变比相等； （2）各变压器一次和二次线电压的相位差相同， 即各变压器连接组别相同； （3）各变压器的阻抗电压标幺值相等，短路阻抗 角也相等。
三、变压器的并联条件分析 1.变比不相等时变压器的并联运行
图3－14变压器并联运行时简化等效电路图
A : B
1 1 1 1 : * : * Z kA Z kB ukA ukB
3.4
变压器的并联运行
变压器的并联运行：是指将变压器的一、二次侧绕组分 别并联到一、二次侧公共母线上，共同对负载供电。
图3－11 两台变压器并联运行图
一、变压器并联运行优点
（1）提高供电的可靠性。并联运行的变压器，如 果其中一台发生故障或检修，另外的变压器仍照常 运行，供给一定的负载。 （2）提高运行效率。并联运行变压器可根据负载 的大小调整投入并联的台数，从而减小能量损耗， 提高运行效率。 （3）减少备用容量，并可随用电量的增加，分批 安装变压器，减少初次投资。
第3章 三相变压器
3.1 三相变压器的磁路系统 3.2 三相变压器的电路系统——联结组 3.3 三相变压器空载电动势波形
3.4 变压器的并联运行
3.5 三相变压器的不对称运行
3.1 三相变压器的磁路系统
三相变压器主要有两种结构形式，一种是由 三台单相变压器组合而成，称为三相组式变压 器或三相变压器组，另一种形式是三柱式铁心 变压器，称为心式变压器。两种形式的变压器
低压绕组
A
a
X
x
A B C
a b c
X Y Z
x y z
N
n
高压绕组的某一端头电位为正时，低压绕组 必有一个端头电位也为正，这两个具有相同极性 的对应端头称为同极性端（或同名端），用符号 “● ”表示。
图3－3 绕组的标志、极性和电动势相量图 (a)高、低压绕组首端为同名端标注时的情况 (b)高、低压绕组首端为异名端标注时的情况
3.阻抗电压标幺值不等时的并联运行
* * * Z kB IA Z kB * * B A * I B Z kA Z kA
对于容量相差不太大 的两台变压器，其抗角差 异不大，因此并联运行时 负载系数仅决定于短路阻 抗标么值，可以忽略阻抗 角差的影响 。
图3－14变压器并联运行时简化等效电路图
(a) 四柱对称铁心
图3－2 三相心式变压器的磁路 (b)三柱对称铁心 (c)同一平面三柱非严格对称铁心
特点是：各相磁路彼此相关，每相磁通必须通过 另外两相才能构成闭合回路。
3.2 三相变压器的电路系统—联结组
一、绕组端点的标志与极性
单相变压器 绕组名 首端 末端 首端 三相变压器 末端 中点
高压绕组
磁路系统完全不同。
1.三相组式变压器的磁路系统
把三台独立的单相变压器的绕组按一定方式作 三相联接，构成一台三相变压器。
图3－1 三相组式变压器的磁路
特点：各相磁路彼此独立，各不相关，各相主磁
通以各自的铁心构成回路。若在三相绕组接三相
对称电源，三相主磁通对称，三相空载电流也对
称。
2.三相心式变压器磁路系统
2.三相变压器的电路系统
联接组标号＝
(1)Yy0联接组
Eoa 滞后于EOA的相角 30
(2)Yd11联接组
(a) 图3－6 Yd11联接组 (a)绕组联接图 (b)相量图
(b)
在高压绕组的联接和标记不变，而只改变 低压侧的联接或标记的情况下，其规律归纳起来 有以下三点： 1)对调低压绕组的首末端标记，即高、低压绕 组的首端由同名端改为异名端，其联接组标号加 6个钟点数。 2)低压绕组的首末端点顺着相序移一相(a— b—c→c—a—b)，则联接组标号加4个钟点数。 3)高、低绕组联接相同(Yy或Dd)时，其联接组 标号为偶数；高、低压绕组联接不相同(Yd或Dy) 时，其联接组的标号为奇数。
二、三相变压器的联接方式
图3－4 三相绕组的联接方式 (a)三相绕组Y接 (b)三相绕组D接（AX→CZ→BY） (c) 三相绕组D接（AX→BY→CZ）
三、变压器的联接组标号的判定 1.单相变压器的联接组
时钟表示法：把高压绕组的相电动势相量看作时钟 的长针，并把其固定指向时钟的12点位置。而把低压绕 组的相电动势相量看作时钟的短针，短针所指的数字作 为绕组的联接组标号。 对于图3－3(a)情况，联接组为Ii0，其中Ii表示高、 低压绕组都是单相，“0”表示0点联接。对于如图3－ 3(b)情况，联接组为Ii6，其中“6”表示6点联接。
电力变压器有五种联接组，分别是：
• Y，d11联接组：用于低压侧电压超过400V，高压侧电 压在35kV以下，容量5600kV·A以下的场合。
• YN，d11联接组：用在高压侧需要中性点接地，电压一 般在35～110kV以上的场合。 • Y，yn0联接组：用在低压侧为400V的配电变压器中， 供给三相负载和单相照明负载，高压侧电压不超过 35kV，容量不超过1800kV·A。 • YN，y0联接组：用于高压侧中性点需要接地的场合。 • Y，y0联接组：用在只供三相动力负载的场合。 最常用的联接方式是Y，y0和Y，d11两种。
U1 U1 k kB Ic A Z kA Z kB
变比不同并联要产生环流，为此，电力变压器变比误差一般都 控制在0.5%以内，环流不超过额定电流的5% 。
2.联结组别不同时的并联运行
图3－13 Yy0与Yd11两变压器并联时二次侧电压相量图
Hale Waihona Puke * 取 Z k为0.05，环流可达额定电流的5.2倍。