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学徒工, 积分 7, 距离下一级还需 93 积分
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3.变极前后转矩和功率的变化
&&设⑴定子绕组相电压为 ，相电流为 ，则输出功率为
& & ⑵变极前后两种极对数下， 、 不变，并近似认为 ，则得：
①Y→YY(2p→p)；
Y接时绕组相电流为：I；YY接时绕组相电流为：2I；则变极前后电磁转矩之比为：
结论：此种变极连接方法适用于恒转矩负载变极调速。
②Δ→YY(2p→p)；
& &同步角速度之比：
& &Δ接相电压为： ，相电流为：I；YY接相电压为： ，相电流为：2I，则两种极对数下输出功率之比为：
结论：此种变极连接方法适用于恒功率负载变极调速。
*说明：变极调速方法简单、运行可靠、机械特性较硬，但只能实现有极调速。单绕组三速电机绕组接法已经相当复杂，故变极调速不适宜超过三种速度。
三、变频调速（frequency conversion speed-regulation）
&&异步电动机的转速： ；当转差率S变化不大时，n近似正比于频率 ，可见改变电源频率就可改变异步电动机的转速。
①单一调频， 不变， ↑→ ↓→ ↓→ →电机得不到充分利用；
↓→ ↑→磁路过饱和，励磁电流↑↑→ ↓，
②保持 不变，调 同时，调 ， 不变。&&
2.恒转矩调速
& &电机变频调速前后额定电磁转矩相等，即恒转矩调速时，有 ，则
& &，若令电压随频率作正比变化： ，则
& & 主磁通不变，电机饱和程度不变，电机过载能力也不变。电机在恒转矩变频调速前后性能都保持不变。
3.恒功率调速
&&电机变频调速前后它的电磁功率相等，即 ，则
& && &1）若主磁通不变：
& && && && && && && & 2）若过载能力不变： ，主磁通发生变化；
*优点：调速范围广，平滑性好。
*缺点：价格比较贵。
四、转子回路串电阻调速---属于改变转差率调速 Sm改变
（series resistance connection of speed-regulation in rotor circuit）
串电阻前后保持转子电流不变，则有： ； ；
电磁转矩为： 保持不变，即属于恒转矩调速。
优点：简单、可靠、价格便宜；
缺点：效率低。为克服这一缺点，可采用串级调速。
五、改变定子端电压调速（voltage conversion speed-regulation）
----属于改变转差率调速 Sm不变
适应于：泵与风机类负载；缺点：电动机效率低，温升高。
**电磁调速异步电动机----滑差电动机
&&一种交流恒转矩无级调速电动机，结构简单，运行可靠，维修方便，调速范围广，起动转矩大，已被广泛应用。
第九章 三相异步电动机在不对称电压下运行&&单相异步电动机
(operation of three-phase asynchronous motor under unsymmetrical voltages and single-phase asynchronous motor)
第一节 三相异步电动机在不对称电压下的运行
(operation of three-phase asynchronous motor under unsymmetrical voltages)
1.分析方法：对称分量法；
2.分析：电动机定子绕组Y或Δ接线，无中线，故电机内不存在零序电流、零序电压和零序磁场，只有正、负两个系统，然后迭加。
①异步电动机在正序电压作用下→定转子绕组产生正序电流→产生一个以同步速n1旋转的正序旋转磁场→正向电磁转矩；
②异步电动机在负序电压作用下→定转子绕组产生负序电流→产生一个以同步速n1旋转的反序旋转磁场→反向电磁转矩。
3.缺点：三相定子绕组流有三相不对称电流，产生椭圆形旋转磁场→幅值时大时小→转速时大时小→电机振动→转速不均和电磁噪音。
第二节&&单相异步电动机
（single-phase asynchronous motor）
前言：结构：定子为单相绕组（有起动和工作绕组）；转子为鼠笼式。
一、工作原理(basic operation principle)
单相交流绕组通入单相交流电流产生脉动磁动势，其可分解为F+、F-，建立起正转和反转磁场Φ+、Φ-，这两个磁场切割转子导体，产生感应电动势和感应电流，从而形成正反向电磁转矩T+、T-，叠加后即为推动转子转动的合成转矩T。
设电动机转速为n，则对正转磁场而言，转差率s+为
& && &&&s+ = =s
对反转磁场而言，转差率s-为
**单相异步电动机的T=f(s)曲线：
**单相异步电动机的特点：
①转子静止时，合成转矩为0，即单相异步电动机无起动转矩。
&&②当s≠1时，T≠0，且T无固定方向，取决于s的正负。
③由于反向转矩的作用，合成转矩减小，过载能力低。
二、起动方法(starting methods)
1.分相起动电动机
①& & 电容起动电动机：转向：由起动绕组转向工作绕组；
②& & 电容电动机：实为两相异步电动机；
③& & 电阻起动电动机：起动转矩小，只适用于比较容易起动的场合。
2.罩极电动机
①结构特点：凸极定子，工作绕组为集中绕组，极靴表面的 ～ 处开槽，小极部分罩—短路环（即为罩极绕组）；
②工作特点：电动机起动转矩很小，只适用于小型风扇、电动模具及电唱机中，容量一般在30～40瓦以下；转向：由未罩部分转向被罩部分。
**小结：分相电动机可通过改变并联到单相电源的两绕组的任一个的首、末端，即可改变其转向。
第三篇 同步电机
（synchronous machine）
前言：①同步电机是一种交流电机，主要作发电机使用；也可作电动机和调相机（专门用于电网的无功补偿）使用；
②同步电机定义：同步电机转速n与定子电流频率f和极对数p保持严格不变的关系，即 ；
③主要内容：电枢反应；有功和无功调节；并联运行；不对称和突然短路
第十章&&同步发电机的基本工作原理和结构
（basic operation principle and structure of synchronous generator）
一、基本结构(basic structure)---- （以隐极同步电机为例）
主要结构部件：定子、转子、端盖、轴承；
①定子：定子铁心、电枢绕组、机座以及若干紧固连接部件构成；
②转子：铁心、激磁绕组、护环、中心环、滑环（集电环）和阻尼绕组。
二、基本工作原理（basic operation principle）
1.基本工作原理：导体切割磁力线，在导体中产生感应电动势；
2.感应电动势的波形：∵e=BLV，∴由B的波形决定；
3.三相电动势的大小和相序：①大小： ；
& && && && && && && && &&&②相序：由转子转向决定；
4.感应电动势的频率：
**同步发电机转速与频率之间保持严格不变的关系，即同步发电机在恒定频率下的转速恒为同步速度，这是同步电机和异步电机的基本差别之一。
三、基本结构形式(basic structure type)
型式：旋转电枢式：只用于小容量电机；
& && &&&旋转磁极式： 隐极式：气隙均匀，适于高速旋转，与汽轮机组合；
& && &（大部分采用） 凸极式：气隙不均匀，旋转时阻力大，转速低，与水轮机合；
四、分类(classification)
1.按运行方式，同步电机可分为发电机、电动机和调相机三类。
2.按结构型式，同步电机可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。
3.按原动机类别，同步电机可分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。
4.按冷却介质和冷却方式：空气冷却、氢气冷却和水冷却、水内冷。
五、型号和额定值(type and rated values)
1.型号 例如：QFQS-200-2
& && && && && && && && && &极数
& && && && && && && && && & 额定容量为200MW
①额定容量PN（MW）：是该台电机安全运行的最大允许输出功率；
②额定电压UN(kV)：是该台电机长期安全工作的最高电压，指线电压；
③额定电流IN（A）：是该台电机正常连续运行的最大工作电流，指线电流；
④额定频率fN ：我国标准工频为50 Hz。
⑤额定功率因数 ：指电机在额定运行时的功率因数。
3.额定值之间的关系：
第十一章 同步发电机的运行原理
(operation principle of synchronous generator)
主要内容：研究三相同步发电机在稳定对称运行时的内部电磁过程、气隙磁场、电枢反应、电抗以及基本方程式、等效电路、相量图和各种运行特性。
第一节 同步发电机空载运行
(no-load operation of synchronous generator)
1.定义：n=nN、I=0时E0=f(If)
2.空载时电磁过程：& &If→Ff→&&Φ0→ （频率为 ）
& && && && && && && && && && &Φfσ→只增加磁极部分的饱和程度
3.空载特性曲线（no-load characteristic curve）
特性曲线：E0=f(If)& &
& && &E0& &Φ0& &2& && &1& &E0=f(If) 磁化曲线
& &&&UN& && && && && &&&or Φ0=f(If)
& && && && && && &气隙线
& && && && && &Ifδ If0& && && & If(or Ff)
分析：If较小时，磁路不饱和， 直线；If较大时，磁路饱和， 不成比例；不考虑饱和，E0=f(If)为气隙线。
& && &&&饱和系数的求取： 1.1～1.2
第二节 对称负载时的电枢反应和电磁转矩
(armature reaction and electromagnetic torque)
一、电枢反应(armature reaction)
1.电枢反应的定义： 对 的影响，成为电枢反应；
**实质：研究同步发电机负载时内部的电磁情况。
2. 和 性质比较：①均是幅值不变的旋转磁动势；
& && && && && && & ②均是阶梯波，基波为正弦波；
& && && && && && & ③转速为n1。
结论： 和 在空间相对静止。
3.几个概念
①内功率因数角Ψ：空载电动势E0和电枢电流Ia之间的夹角，与电机本身参数和负载性质有关；
②外功率因数角φ：与负载性质有关；
③功率角（功角）δ：E0和U之间的夹角；且有Ψ=φ+δ（电感性负载）
④直轴（d轴）：主磁极轴线（纵轴）；
⑤交轴（q轴）：转子相临磁极轴线间的中心线为交轴（横轴）
4.电枢反应的性质（不同负载）
&&假设：为了分析问题方便，我们取 为最大值
当Ψ为不同值的电枢反应性质：
δ=0，Ψ≈φ，
-900&Ψ&00
表中： ；对应：
而： ； 对应：& & 分别为直轴和交轴分量 。
二、电磁转矩(electromagnetic torque)
1.空载时，无电枢反应，无能量传递。
2.负载时，假设忽略发电机的本身参数 ，即δ=0，Ψ≈φ， 为电枢电流的有功分量， 为电枢电流的无功分量。
①有功电流产生电磁力，并形成电磁转矩
当Ψ=0（φ=0）时，负载电流产生的交轴电枢反应磁场对励磁电流作用，在转轴上产生一个制动的电磁转矩，使电机转速下降。为保持转速不变，原动机必须增大转矩，克服电磁转矩。输出的有功功率越大，有功电流分量就越大，交轴电枢反应就越强，产生的电磁转矩就越大，这就要求原动机输入更大的驱动转矩，维持电机的转速不变。
②无功电流产生电磁力，而不形成电磁转矩
当Ψ=900（φ=900）或Ψ=-900（φ=-900）时，负载电流产生的直轴电枢反应磁场对励磁电流作用，所产生的电磁力不形成转矩，对转速无关，表明发电机供电感或电容无功负载时，不需要原动机增加能量。但直轴电枢反应使气隙磁场削弱或增强，为维持电压不变，必须改变励磁电流，即改变电机的无功功率的输出。
**注意：一般发电机所带负载既有功负载又有无功负载，是1和2两种情况的综合。
**结论：调有功，调汽门大小；
& && &&&调无功，调激磁电流。
第三节 漏抗、电枢反应电抗及同步电抗
(leakage reactance ,armature reaction reactance and synchronous reactance)
一、漏抗(leakage reactance)
1.基本漏磁电抗
定子漏磁通&&槽部漏磁通& && &电枢绕组产生
& && && && &端部漏磁通
2.定子漏抗 ：
& && && && && && && && & 一般取1.1～1.2
3. 的意义：①影响U；②影响ik；③影响稳定性。
二、电枢反应电抗（armature reaction reactance）
1.隐极机（气隙均匀）
&&电枢反应电抗 意义：①反应了电枢反应作用的强弱；
②有饱和值和不饱和值之分， 很大。
2.凸极机(气隙不均匀)
&&双反应理论：
&&直轴电枢反应电抗 和交轴电枢反应电抗 意义：同隐极机；
&&大小： & ； （隐）& （凸）& （凸）；隐极机： = = ；
三、同步电抗（synchronous reactance）
1.隐极机： ，有饱和值和不饱和值之分；
2.凸极机：①直轴： ，有饱和值和不饱和值之分；
②交轴： ，无饱和值和不饱和值之分，因气隙大；
3.大小比较：隐极机：
& && && && &凸极机：
4.对电机的影响：①发电机的端电压；②同步发电机的稳定性。
第四节 同步发电机的电动势方程、相量图
(emf equation and phase diagram of synchronous generator)
一、隐极同步发电机（turbine generator）
1.电磁过程：(假设磁路不饱和)
& && && && &&&（增加磁路饱和作用）
& && && && && && && & 气隙电动势
& && && && && &
2.电动势方程：
3.等效电路和相量图：
& && && && && && && && && && && &&&
& && && && && && && && && && && && && && && && && &
& && && && && && && && && && && && && &
& && && && && && && && && && && && && && && && && && &
& && && && && && && && && && && && && && && && && &
& && && && && && && && && && && && && && && && && && && &
& && && && && && && && && && && && && && && && && && &&&
4.简化等效电路和相量图（忽略ra）：
& && && && && && && && && && && &
& && && && && && && && && && && && && && && && && &
& && && && && && && && && && && && && &
& && && && && && && && && && && && && && && && && && &
& && && && && && && && && && && && && && && && && && &&&
二、凸极同步发电机(salient pole generator)
1.电磁过程：
2.电动势方程：
3.相量图：
&&已知发电机的端电压、负载电流和功率因数及电阻ra、xd、xq，
①已知ψ角：
②未知ψ角：
**结论：解决某些具体问题时，要考虑饱和，进行修正。
第五节 同步发电机的运行特性
（operation characteristics of synchronous generator）
一、空载特性(no-load characteristic)
2.实验接线：
3.步骤：If↑→U0=0～1.25UN↑,注意：只能单方向调磁；
4.曲线： E0=f(If)& &
& && &E0& &Φ0& &2& && &1& &E0=f(If) 磁化曲线
& &&&UN& && && && && &&&or Φ0=f(If)
& && && && && && &气隙线
& && && && && &Ifδ If0& && && & If(or Ff)
5.应用：检查三相电枢绕组对称性，判断激磁绕组和定子铁心有无故障。
二、短路特性（short-circuit characteristic）
2.实验接线：
3.步骤： ，调 ，使
4.曲线：& && &
& && && && && &
& && && &&&
& && && && && && && && && && && &&&
分析：磁路不饱和，短路特性为一条直线。
三、同步电抗的求取(solution)
1.磁路不饱和时， 常数；
2.磁路饱和时， 随 而↓；
3.利用空载和短路特性求取 ：
& && &E0& && &&&E0’& && &E0=f(If) 磁化曲线
& && && && && && && &Ik=f(If)短路特性曲线
& & Ik& && && & 气隙线
& && && && && &Ifδ If0& && && & If
& && && && && && && & Ifk
由气隙线确定： （不饱和） ；由磁化曲线确定： （饱和）
4.短路比：
** 对电机的影响： ↑→气隙大→ ↓→电机的成本和尺寸增加。
四、外特性和调整特性(external and regulation characteristics)
②曲线：& && && &U
& && && && && &&&UN
IN& && &&&I& && && &
1-- （超前）；2-- ；3-- （滞后）
③电压变化率：
水轮机：18～30%；汽轮机：30～48%。
2.调整特性
②曲线：③分析：
第十二章 同步发电机的并联运行&&同步电动机
(parallel connection operation of synchronous generator synchronous motor)
概述：1.并联运行定义：将两台或更多台同步发电机分别接在电力系统的对应母线上，或通过主变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向用户供电。
& && &2.优点：①提高供电的可靠性；②提高供电的经济性。
& && &3.无限大电网： =常数， =常数，
第一节 同步发电机的并列
（parallel connection operation of synchronous generator）
一、准同期法(quasi-synchronization method)
1.定义：已激磁的同步发电机，满足条件，称为～。
2.条件：① ；
③相序相同。
**说明：③一般满足，其余三个条件须调整。
3.当某一条件不满足时所产生的后果
①电压大小不等（ ）
& && && &a& &K& &b& && && && && & 图中：K为同期开关；
& && && && && && && && && && && && && &
& && && && && && && && && && && && &为直轴超瞬变电抗（次暂态电抗）
& && && && && && && && &
& && && && & ⑴ 时, 滞后 90°→感性电流→直轴去磁电枢反应→ ↓→ =
& && && && && &⑵ 时， 超前 90°→容性电流→直轴助磁电
& && && && && && && &枢反应→ ↑→ =
& && && && && && & ⑶影响： 为无功电流，对有功无影响；会使电枢绕组端接部分变形。
②& & 电压相位不同:&&也会形成一电压差
⑴ 和 相位差180°时， 最大，产生巨大电磁力→使电机遭到破坏；
⑵影响：会使电枢绕组端接部分变形和电枢绕组发热，以及受到冲击转矩而扭曲变形。
③频率不等
⑴频率相差不大时，靠自整步作用拉入同步；
⑵频率相差很大时，发电机很难拉入同步；
⑶影响：会使电枢绕组端接部分变形和电枢绕组发热，受到冲击转矩而扭曲变形以及电机振动。
④相序不等：绝对不允许并列。
4.非同期并列：已激磁，且不满足上述条件，这是不允许的
5.准同期并列步骤：采用整步表法
二、自同期法(random synchronization method)
1.与准同期并列比较，是在相序一致的前提下，不激磁，使 时，立即并网同时加上直流激磁；
2.操作简单迅速,但会产生大的冲击电流。
第二节 同步发电机的有功功率功角特性及有功调节
(power angle(P—δ) characteristic and regulation of active power)
一、有功功率和转矩的平衡(balance of active power and torque)
1.有功功率的平衡：能量转换：机械能→电能
& &P1& && && && && && && && &Pem& && && && && && && && &P2& &
& && && && &pmec& & pFe& && & pad& && && &pCu1
当忽略定子铜损时，
2.转矩平衡方程：
二、功角特性（p-δcharacteristic）
1.定义：发电机并联到无限大电网，磁路不饱和，Ｉf不变时，
2.隐极同步发电机的功角特性
①功角特性：
②曲线：& && && &Pem
& && && & Pemmax
& && && && && && && && && && && &&&δ
& && && && && &0& && &90°& & 180°
③功率极限值：
④功角δ的双重物理意义
⑴是电动势 和电压 间的时间相角差；
⑵是励磁磁势 和合成磁势 间的空间相角差或 与 之间夹角。
**功角不仅决定发电机并联运行时的输出功率，而且说明转子运动的空间位置，把电磁变化关系和机械运动紧密联系起来。
3.凸极同步发电机的功角特性
①功角特性：
用标么值表示：
对隐极电机：∵
& && && && &∴
用标么值表示：
**式中电流、电压和电动势均为相电流、相电压和相电动势。
②曲线：& && && &Pem
& && && & Pemmax
& && && && && && && && && && && &&&δ
& && && && && &0& && & 90°& & 180°
③组成：基本电磁功率 和附加电磁功率
④与隐极电机比较： 略有增加；δ&90°时取得最大值；曲线为非正弦。
⑤附加电磁功率 的特点：与If无关；δ=45°时最大，δ=90°时为0；Xd≠xq是其存在的原因。
三、同步发电机有功功率调节（regulating of active power）
功率调节：调节原动机的输出功率（改变汽门或水门大小）→有功功率输出变化→功角δ变化，无功功率Q也变化。
四、静态稳定概念（static steady concept）
1.定义：受到扰动后，扰动消失能恢复到原状态
3.判据：比整步功率& &（隐极电机）
& && &&&…………稳定运行
& && &&&…………不稳定运行
& && &&&…………极限位置
**结论：随δ↓→ ↑→稳定性好
4.静态过载能力：& &（隐极电机）
**① =25～35°；
&&②提高 的方法：提高 或 ；
&&③ 与 的关系：∵ ，∴ ↑→ ↑
第三节 同步发电机的无功功率功角特性及U形曲线
（Q-δ characteristic and “U” type curve）
说明：由于无功负载的存在，特别是感性负载的存在，须调节无功功率。
一、无功功率的功角特性（Q-δ characteristic）
1.假设：① ；②磁路不饱和， ；③
2.功角特性
①凸极机：
②隐极机：
用标么值表示：
，& && &&&
&&，& && && &
3.无功功率调节：调节励磁电流If↑→功角δ↓→Q↑（有功功率P不变）。
**调无功Q→δ变化→P不变；调有功P→δ变化→P改变，Q变化
二、相量分析(phasor analysis)
以隐极机为例，P不变，调If的情况（ ）
1.六条轨迹线：①有功电流轨迹线；②有功功率轨迹线；③无功电流轨迹线；
& && && && &&&④无功功率轨迹线；⑤If=C，E0=C轨迹线；⑥cos =C轨迹线；
2.三种激磁方式：①正常激磁：φ=0，cosφ=1，Q=0，全部为有功；
②过激磁：φ&0，cosφ(滞后)，发出Q(感性)，If↑→KM↑；
③欠励磁：φ&0，cosφ(超前)，发出Q(容性)，If↓→KM↓；
**结论：调无功也是提高系统稳定性的一个有效手段。
三、U形曲线(U type curve)
1.定义：并联于无穷大电网运行的同步发电机，输出有功功率为定值时，定子电流随激磁电流变化的规律，象个U形，即： ；
&&①曲线最低点的连线，即cosφ=1，向右倾斜；（为什么？）
&&②不稳定区域，边缘连线向右倾斜； →不稳定区→失去同步
③过激→又称为迟相；欠激→进相；
④励磁电流增大时，定子电流变化的规律。
第四节 调相运行、调相机及同步电动机
(regulation phase operation , phase modifier and&&synchronous motor)
一、可逆原理（reversible principle）
以隐极机为例，说明同步电机的可逆原理
同步电机的三种运行状态
1.发电机状态：δ&0， ，发电网输送P，发或吸Q；
2.调相机状态: δ&0，且δ≈0, ，吸P=∑p，发或吸Q
3.电动机状态：δ&0， ，吸P，发或吸Q
二、调相运行和调相机（regulation phase operation and phase modifier）
1.目的：补偿无功功率的不足；
2.调相运行实质：运行于同步电动机（空载）状态；
3.同步调相机（同步补偿机）定义：是一种专门设计的无功功率发电机，更确切地说是一种不带机械负载（即空载运行）的同步电动机。
4.三种激磁状态：①正常激磁状态 ；②过激运行状态 ；
③欠激运行状态 ；
5.调相机特点：①同步调相机的额定容量是指在过激状态时的额定视在功率；
②由于轴上不带负载，调相机的转轴比同容量的电动机的轴细；
③提供感性无功，激磁线圈截面大，损耗也较大，通风冷却；
④起动：异步电动机或辅助电动机法。
三、同步电动机（synchronous motor）
1.定义：同步电机将电能转换为机械能的一种运行方式，其转速不随负载变化而变，永远保持与电网频率所对应的同步速。（ ）
2.电动机的基本方程式和相量图
&&方程式：发电机惯例：隐极机：
& && && & 电动机惯例：隐极机：
& && && && && && && & 凸极机：
3.功角特性：凸极机：
& && && && &隐极机：
4.功率平衡：
5.三种激磁状态：①正常激磁状态： 与 同相， ，吸有功P，Q=0；②过激运行状态： 超前 ，吸有功P，吸容性Q（发感性Q）；
③欠激运行状态： 滞后 ，吸有功P，吸感性Q（发容性Q）；
6.U形曲线：同发电机
**结论：同步电动机最可贵的优点，调If可改变它的无功输出。
第十三章 同步发电机的三相突然短路和不对称运行
（three-phase suddenly short-circuit and unsymmetrical operation）
第一节 同步发电机的三相突然短路
（three-phase suddenly short-circuit）
一、磁链守恒定率(the law of conservation of magnetic chain)
& && & 超导体回路
1.过程：外磁场 → →I→ →
&&超导回路方程： →
2.磁链守恒定率：无论外磁场交链回路的磁链如何变化，由感应电流产生的磁链恰好抵消这种变化，超导回路的总磁链总是不变，即超导回路具有永远保持其磁链等于初始值而不变的性质。
3.同步机：①t=0时，磁链是守恒的，此时r=0；
& && && & ②r≠0时，电流衰减过程的数学表达式；
二、物理过程和同步电抗(physical process and synchronous reactance)
为简化分析，假定：①转子保持同步转速；
②磁路不饱和；
③短路前电机空载；
④短路发生在发电机的出现端；
⑤激磁电流不变；
1.物理过程：
2.同步电抗：
三、三相突然短路电流(suddenly short-circuit current)
式中：α0为转子d轴与某相绕组所构成的平面之间夹角；
分析：①当α0=90°时，发生三相突然短路，当t=T/2时，出现最大冲击电流，若不考虑衰减， ；若考虑， ，k=1.8～1.9；
& && &② 对电机的影响：定子线圈端部受到巨大的电磁力，严重机械损伤；转轴受到冲击转矩；定转子绕组发热。
第二节 同步发电机的不对称运行
(unsymmetric operation of synchronous generator)
前言：属于异常运行状态，即介于正常和具有破坏性的事故运行之间。
一、不对称运行的分析(analysis)……以隐极机为例
1.分析方法：对称分量法；
2.各序阻抗和等效电路
①正序阻抗： 和等效电路
& && & 正序等效电路& && && && &&&负序等效电路& && &&&零序等效电路
②负序阻抗： 和等效电路
&&其中：负序电抗： ；汽轮机： 很小；水轮机： 相对大；
& && &&&负序电阻：
③零序阻抗： 和等效电路
三、实例分析(analysis of example)
以隐极同步发电机的稳态单相短路为例：即A相短路，B和C相空载；
解：边界条件：
& && && && &&&
各序电动势方程：
& && && && && &
若忽略各序电阻，则
结论：①单相稳态短路比三相短路电流大得多；
②单相稳态短路，三个相电压不对称；
③线电压也不对称，原因：负序电压降的存在。
三、不对称运行对发电机的影响(influence)
1.转子的附加损耗和转子表面发热
2.附加转矩和引起发电机振动&&
3.对电网的影响
第四篇 直流电机(DC machine)
第十四章 直流电机的基本工作原理及结构
(basic operation principle and structure of DC machine)
一、基本结构(basic structure)
1.定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；
2.转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴
**注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。
二、基本工作原理(basic operation principle)
1.直流发电机：实质上是一台装有换向装置的交流发电机；
& && &&&原理：导体切割磁力线产生感应电动势，e=BLV；
2.直流电动机：实质上是一台装有换向装置的交流电动机；
& && &&&原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来，f=BiL 。
**说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。
三、直流电机的励磁方式(exciting methods)
1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式；
2.分类：以直流发电机为例
&&分为：他激式和自激式（包括并激式、串激式和复激式）
他激：激磁电流较稳定；并激：激磁电流随电枢端电压而变；串激：激磁电流随负载而变，由于激磁电流大，激磁绕组的匝数少而导线截面积较大；复激：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。
**说明：为了减小体积，小型直流电机采用永磁式。
四、型号和额定值(type and rated values)
1.型号：&&Z 2-9 2
& && && && && && && &铁心长度代号
& && && && && && && & 机座号
& && && && && && && &&&第二次改型设计
& && && && && && && &&&直流
①额定功率：发电机PN：输出电功率；电动机PN：输出机械功率；
②额定电压：UN；
③额定电流：IN；
④额定值之间的关系：发电机：PN= UN IN；
电动机：PN= UNINηN。
第十五章 电枢绕组及直流电机基本原理
(armature winding and basic principle of DC machine)
第一节 电枢绕组简介
(introduction of armature winding)
说明：本节利用胶片讲清电枢绕组的绕法及基本概念。
第二节 电枢电动势和电磁转矩
(electromotive force and electromagnetic torque)
直流发电机和直流电动机的电枢电动势和电磁转矩的比较：
… ：电动势常数
性质：电源电动势；
性质：反电动势；
与 方向相反
… ：电磁转矩常数
性质：制动转矩；
性质：驱动转矩；
第五节 电枢反应(armature reaction)
空载：气隙中磁场仅由主磁场的激磁磁动势产生（Ff=NfIf）
负载：Ff+电枢磁动势
电枢反应定义：电枢磁动势对激磁磁动势的作用使气隙中的磁场发生变化。
2.主磁场：以主磁极的轴线对称分布
&&几何中性线：两相邻主磁极的轴线对称分布，此处B=0；
&&物理中性线：B=0处的直线位置
3.电枢磁场：总是以电刷相接触的换向片相连的导体为界
交轴电枢反应磁场：与主磁场垂直
4.电枢反应性质
①电刷在几何中性线时的电枢反应
&&性质：交轴电枢反应；
&&作用：使气隙磁场畸变；使气隙磁场削弱；
②电刷不在几何中性线时的电枢反应
&&双反应理论： ，分直轴和交轴分别分析；
&&交轴：同①；
&&直轴：根据电机性质不同，有去或助磁作用。
第四节 换向概述(commutation)
一、换向过程(commutation process)
1.换向定义：从+ia到-ia的过程；
2.换向周期：Tk，几毫秒；
3.换向原因：电磁、机械、电化学和电热
二、换向元件中的电动势(emf)
主要分析电磁原因：换向过程中换向元件的电动势不为零。
1.电抗电动势er
&&从+ia到-ia→
&&方向：由楞次定律知，阻碍换向，与换向前相同；
2.旋转电动势ek
&&物理中性线偏移几何中性线B≠0……由于电枢反应影响e=BLv≠0
&&方向：对换向起阻碍作用，与换向前同，其大小与电机的转速及负载大小有关。
三、改善换向的方法(methods)
1.换向的不良后果：产生火花；
&&火花等级：
2.改善换向的方法①装设换向磁极；
②增加换向回路的电阻；
③电刷移到气隙磁场的物理中性线附近。
第十六章 直流电机的运行原理
(operation principle of DC machine)
第一节 直流电机的基本方程
(basic equation of DC machine)
一、电动势平衡方程(electromotive force balance equation)
式中： ：电枢回路总电阻； ：正、负电刷电压降，一般为0.6～2伏；
& && &发电机：取“+”；电动机：取“-”；
忽略电刷压降，则
**结论：发电机： ；电动机： ；即根据 与U的大小判断直流电机的运行状态。
二、直流电机的功率平衡方程(power balance equation)
以并激直流发电机为例
& && && && && && && && && && && && && && && && && && & pCua+p0
& && && && & p0=pmec+pFe& && && && && && && && &
& &P1& && && && && && && && && && &Pem& && && && && & P2
& && && & 转子& && && && && && && &定子
& && && && && && && && && && && && && && && & pCuf&&
& && && & 机械能→电能
& && && && && && && &电能→机械能
电机效率：
三、转矩平衡方程(torque balance equation)
1.发电机：
2.电动机：
第二节 并激直流发电机
(shunt excitation DC generator)
一、并激直流发电机电压的建立(build up voltage)
1.并激条件：①电机的磁路必须有剩磁；
②电机的转向及激磁绕组与电枢绕组的连接必须正确；
③电机的激磁磁路具有饱和特性；
④激磁回路电阻小于临界电阻。
2.激磁回路方程： ……磁化曲线；
& && && && && & ……………………激磁电阻电压；
3.说明：① （磁化曲线与 的交点），无固定交点，空载电压不能稳定在某一值上；
& && &&&② 时， 固定值；
& && &&&③转速低时，空载特性下降， 要求在额定转速下自激建压。
二、运行特性(operation characteristics)
1.空载特性：当 ， 时， ；……磁化曲线
2.外特性：当 ， 时， ；
& && && && &&&U
& && && && &&&U0
& && && && &&&UN& && && && && && && & 1
& && && && && && && && && && & 2
& && && && &&&0& && && & IN& && && &&&I
1—他激发电机外特性；2—并激发电机外特性；
**解释：为什么并激比他激发电机的外特性下降得多？
&&原因：一是电枢反应的去磁作用；二是电枢回路总电阻和电刷电阻引起的压降。
3.电压变化率： ；他激：一般为（5～10）%……恒压源
& && && && && && && && && && && &&&并激：一般为20%以上；
4.调整特性：当 ， 时， ；
& && && &&&If& && && && && && && & 2
& && && && && && && && && && && && &&&1
& && && && && && && && && && && && && && && &&&I& &
1—他激发电机调整特性；2—并激发电机调整特性；
思考：维持U不变，他激和并激如何调整？
第三节 直流电动机(DC motor)
一、机械特性(torque-speed characteristic)
1.定义：当 时，
2.并激电动机的机械特性：
&&若忽略电枢反应， ，则为一直线；
& && && && & n
& && && && & n0& && && && &β
& &1（硬）
& && && && && && && && && && && && && &&&Tem
**说明：①n0为理想空载转速；②β大，机械特性硬；β小，机械特性软。
二、起动(starting)
1.定义：从静止到稳定运行；
2.要求：① 尽量大；② 小
3.直接起动电流：n=0,Ea=0时， ，一般为10～20倍 ；
4.限制起动电流的方法：①电枢回路中串接起动电阻；
②降低电压。
5.起动方法：①全压起动（直接起动）；
②电枢回路串联电阻起动；
③降低电压。
三、调速(speed regulation)
2.调速方法：①改变If……弱磁调速；
②改变电枢回路调节电阻 ；
③改变电枢端电压调速（适合他激）
四、转向的改变(change rotation direction)
由 知，改变转向的方法：①改变 的方向；
②改变 的方向（常用）。
**说明：方法①，由于激磁绕组电感大，可能导致绝缘击穿。
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能不能配图说明
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这样很难明白啊!能不能通俗点啊?
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