1、電機學讀書報告一、 導論1、 電機的定義：所有實施電能的生產，傳輸，使用和電能特性變化的機械裝置2、 電機的分類 靜止的電氣設備變壓器 直流發電機 直流電機電機 直流電動機 旋轉電機 同步發電機 同步電機 同步電動機 交流電機 三相異步電機 異步電機 單相異步電機3、 電機的發展趨勢（1）高溫超導體電機：低溫超導，高溫超導（2）綠色電機：節能環保（3）智能化電機：控制能力，學習能力，容錯運行能力（4）電子電機：電機與電力電子結合4、電機中基本電磁理論 （1）全電流定律，電磁感應定律，電磁力定律（2）磁路與電路的對應關系 （3）磁路基本定律：磁路歐姆定律，磁路基爾霍夫第一定律，磁路基爾霍夫第二定

2、律二、直流電機 1、 定義：直流電機是指產生直流電的或使用直流電的裝置 用途：直流電動機具有良好的啟動性能和寬廣平滑的調，速性能廣泛的用于電力機車和無軌電車，裝置需要經常需要啟動并調速的電氣傳動裝置，小容量的直流電機多在控制系統中以伺服電動機和測速發電機作為執行和測量元件使用2、直流電機的主要部件主磁極：用于產生氣息磁場，一般為永磁體和勵磁繞組通電后構成 換向極：改善電機換向 機座：是固定和極間磁通路徑 電樞鐵芯：是用來構成磁通路徑和嵌放電樞繞組的地方 電樞繞組：用來感應電動勢和通入電流產生電磁力，是實現機電能量轉化的核心部件 換向器：是改變交流感應電動勢方向 電刷：把轉動的電樞和外電路相連，

3、是電流進入和離開電樞3、直流電機的勵磁分類： 他勵直流電機：勵磁繞組由外部電源供電，并勵直流電機：電樞繞組和勵磁繞組并聯，電樞電壓和勵磁電壓相等（但可以加開關控制先后通斷來完成好的啟動）（并勵電動機運行時勵磁繞組絕對不能開路，否則重在時導致停轉，反電動勢為零，這樣就會造成電樞電壓增大，而電阻較小，導致電流過大而過熱，輕載會導致“飛速”）;串勵直流電機：電樞繞組和勵磁繞組相串聯，電流相等（串勵絕對不容許空載，以免發生飛速，同時具有較大的啟動轉矩和過載能力，適合于電力機車一類的牽引力）；復勵直流電機：勵磁部分為兩部分分別并和串在電樞繞組的兩端（介于兩類之間的優點）。4、直流電機的電樞繞組 （1）直

4、流電機的電樞繞組可以分為三類：疊繞組，波繞組，蛙繞組 （2） 右行時 單疊繞組 m疊繞組 單波繞組 即:元件數=換向片數=虛槽數5、直流電機的空載磁場空載磁場只有勵磁電流建立，也叫主磁場。主磁場路徑（5段）：二個氣隙，二個齒，二個主極，一個定子軛，一個轉子軛電機的磁化曲線：電機的額定工作點一般設計在磁化曲線開始彎曲的所謂“膝點”附近。6、直流電機的負載磁場和電樞反應 當電機有負載，電樞電流不為0時，該電流也會在電機中產生磁場，即為電樞磁場。它對主磁場的影響叫電樞反應。 主磁場 直流電機的負載磁場 電刷在幾何中性線上：只有交軸電樞電動勢電樞磁場電刷不在幾何中性線上：既有交軸又有直軸電樞電動勢 交

5、軸電樞反應（不但使氣隙磁場畸變，而且還有去磁作用）：使物理中性線偏離幾何中性線一個角，對于發電機，偏移為順電樞轉向，對于電動機，偏移為逆電樞轉向。無飽和影響時，每個主極下的磁場，一半被消弱，另一半被加強，總的磁通不變。飽和時，被削弱的一半波形與無飽和相通，而增強的一半磁密曲線下降，所以總磁通減少。 直軸電樞反應（只影響每極磁通的大小）： 如果是發電機電刷順向轉動角，直軸電樞反應去磁；如果是發電機電刷逆向轉動角，直軸電樞反應增磁；如果是發電機電刷順向轉動角，直軸電樞反應增磁；如果是發電機電刷逆向轉動角，直軸電樞反應去磁。 7、直流發電機穩態運行時的基本方程式 電樞回路方程式： 電樞電動勢為: 電

6、磁轉矩為： 穩態運行時轉矩關系： 并勵或他勵的發電機的勵磁電流： 氣隙每極磁通為：8、直流發電機穩態運行時的功率關系式中 為電磁功率。為直流發電機輸給負載的電功率。 為電樞回路總銅損耗。式中 為原動機輸給發電機的機械功率。 稱為電磁功率。 為發電機空載損耗功率，其中為發電機的摩擦損耗，為鐵損耗。9、 直流電動機的機械特性每臺電動機只有一條固有機械特性，當改變電氣參數如變電源電壓、或變氣隙磁通、或變電樞外串電阻時，所得到的機械特性，稱為人為機械特性。（1）他勵直流電動機的機械特性如下表所示。電樞回路串電阻改變電樞電源電壓減少氣隙磁通量表達式特性曲線（2）串勵和復勵直流電動機的機械特性串勵電動機的

7、機械特性是一條下降的近似雙曲函數的曲線。額定負載電流以下時，產生的電磁轉矩比并勵的小；額定電流以上時，產生的電磁轉矩比并勵的大。復勵電動機的機械特性介于串勵和他勵電動機之間。三、變壓器1、定義：變壓器是輸送交流電時所使用的一種變電壓和變電流的設備，它能將一種繞組的電壓和電流從某種數量等級改變為另一種繞組的另外一種等級的電壓和電流。2、 變壓器的基本結構：（1） 鐵芯：是變壓器的磁路，分為心柱和鐵軛（2） 繞組：變壓器的電路部分，由包有絕緣材料的銅或綠導線繞制而成（3） 油箱：作用是提高絕緣度，加強散熱（4） 套管：為變壓器的引線從油箱內穿過油箱蓋提供通道，又使高壓引線和接地的油箱絕緣。3、變壓

8、器的額定數據（1） 額定電壓，是電源加到一次繞組的額定電壓，是一次繞組加上額定電壓后二次繞組開路，即空載運行時二次繞組的端電壓。（2） 額定電流,指滿載電流值，即長期工作所允許的最大電流。（3） 額定容量是變壓器視在功率的額定值，單位為。單相變壓器：三相變壓器：(4) 額定頻率，我國規定標準工業用電頻率為。4、變壓器的運行原理與特性主磁通相等（1）變壓器的空載運行 變壓器的負載運行 磁路平衡在分析變壓器中的應用：由于磁通守恒有 即令 代入上式得： 即負載運行時有二個分量和：為勵磁分量，用于建立變壓器鐵芯中的主磁通，為負載分量，用于建立磁動勢去抵消二次側磁動勢。（2）繞組折算：繞組折算的條件：折

9、算前后不變；繞組折算的目的：1）簡化變壓器的計算 2）模仿空載運行導出負載運行的等效電路 繞組折算的方法：設變壓器的變比為k，由二次側折算到一次側，則 單位為V 乘以變比 單位為A 除以變比單位為 乘以變比平方采用折合算法后，變壓器一次側量為實際值，二次側量為折合值，折合后的 基本方程式就為（3） 變壓器的T型等效電路變壓器的T型等效電路如圖所示。變壓器的T型等效電路（4） 變壓器參數測定1)變壓器的空載試驗做空載試驗時，二次繞組開路，一次繞組接上額定電壓，測量此時的輸人功率、電壓和電流，則可得 勵磁電阻,勵磁阻抗 ，勵磁電抗2)變壓器的短路試驗做短路試驗時，保持一、二次側電流為額定值，一次繞

10、組電壓為。試驗操作步驟：二次繞組先短路，一次繞組再加電壓，電壓從零逐漸升高，到時停止升壓，再測量、及輸入功率。 短路電阻,短路阻抗，短路電抗（5）變壓器的運行特性參數1）電壓變化率： 2）效率 變壓器的效率特性： 令得 即 所以在銅耗等于鐵耗時，變壓器的效率達到最高。5、變壓器的并聯運行1)并列運行理想條件一次側間無環流，負載時各變壓器所負載的負載電流按容量成比例分配。需滿足三個條件：a) 各變壓器一二次側的額定電壓對應相等b) 聯接組號相同c) 短路阻抗標幺值相等2）不滿足理想并聯條件時的后果a）變比不等:由于變比不等，則副邊電壓不等，并聯運行后， 變壓器之間會產生環流。變比差值越大，環流越

11、大。為保證空載運行時環流不超過額定電流的10%，則變比之間相差必須小于1%。 b)連接組別不同:由于連接組別不同，副邊電壓的大小雖然相同，但相位不同，至少相差30°，且其數值都比較大，這樣一、二次繞組中都出現極大的循環電流，這是絕對不允許的。因此，連接組別不同的變壓器絕對不能并聯運行。c）短路阻抗標幺值不等:若短路阻抗標幺值不相等，則負載無法達到最合理的分配狀態，設備容量不能得到充分利用。由于容量相近的變壓器短路阻抗標幺值相差較小，因此一般要求任兩臺變壓器容量之比小于3。6、 自耦變壓器（1）自耦變壓器的計算容量小于額定容量，與相同容量的雙繞組變壓器相比，自耦變壓器體積較小，材料少。

12、（2）由于降壓自耦變壓器短路阻抗標幺值小，故短路時電動力大，須加強機械結構。（3）自耦變壓器一二次側不僅有磁的聯系也有電的聯系，高壓方的過電壓會串人低壓方繞組。四、 交流電機繞組的基本理論1、交流繞組的基本要求：（1）繞組產生的電動勢（磁動勢）接近正弦波（2）三相繞組的基波電動勢（磁動勢）必須對稱（3）在導體數一定時能獲得較大的基波電動勢（磁動勢）2、交流電機電樞繞組的電動勢與磁通勢（1）導體基波電動勢 性質：正弦波，頻率：，有效值：（2）整距線匝電動勢整距線匝基波電動勢有效值為：（3）整距和短距線圈電動勢實際線圈不止一匝，而是匝串聯，故稱為線圈。的線圈為整距線圈，的線圈為長距線圈，的線圈為短

13、距線圈。在電機中一般不用長距線圈。1）整距線圈基波電動勢有效值為： 2） 短距線圈基波電動勢有效值為： 式中 短距系數（4）分布線圈組的電動勢為了充分利用電機定子內圓空間，定子上不止放一個線圈，而是放上個線圈，并均勻地分布在定子內表面的槽里。槽距電角度為。1）整距分布線圈組基波電動勢有效值為：式中 分布系數2)短距分布線圈組基波電動勢有效值為： 式中 繞組系數（5）交流電機電樞繞組電動勢1) 三相單層分布整距繞組電動勢當繞組并聯支路數為時，相繞組基波電動勢為：式中 一相繞組串聯總匝數2)三相雙層分布短距繞組電動勢當繞組并聯支路數為時，相繞組基波電動勢為：式中 每相串聯匝數（6）繞組的諧波電動勢

14、實際的電機氣隙里磁密分布不完全都是基波，還會有諧波磁密，因此會感應出諧波電動勢。當繞組采用了短距、分布以及三相連接時，可以使各次諧波電動勢被大大削弱，甚至使某次諧波電動勢為零。在計算諧波電動勢時，只要知道它的諧波短距系數及諧波分布系數（二者相乘就是該諧波的繞組系數）即可。其計算公式與基波的一致，所不同的是，同一空間角度對基波和諧波來講，它們的電角度相差倍，是諧波的次數。諧波短距系數為：諧波分布系數為：3、 非正弦分布磁場下電動勢中的高次諧波及其削弱方法（1）使氣隙中磁場分布盡可能接近正弦波（2）采用對稱的三相繞組：線電動勢中不存在3的倍數次諧波（3）采用短距繞組：要消除第次諧波，采用 （4）采

15、用分布繞組（適當選每極每相槽數q，一般選）（5）對于齒諧波，采用斜槽，分數槽，減小槽開口和改善槽形設計等方法進行消除 。 4、 單相繞組的脈振磁動勢特點：（1）單相繞組磁動勢是脈振磁動勢，它即是時間t的函數又是空間的函數。（2）單相繞組第次諧波磁動勢幅值與成正比，與成反比。（3）基波諧波的波幅必在。5、 三相電樞繞組產生的基波合成磁動勢特點：（1）三相合成磁動勢的基波是一個波幅恒定不變的旋轉波（2）電流在時間上經過多少電角度，旋轉磁動勢在空間轉動相等的角度（3）旋轉磁動勢是基波旋轉電角速度等于交流電流角頻率，旋轉磁動勢的轉速為同步轉速（4）旋轉磁動勢有超前相電流所在的相繞組軸線轉向滯后相電流所

16、在的相繞組如果改變電流的相序，則旋轉磁動勢改變方向。 （5） 一個單相脈振磁動勢可以分解為大小相等,方向相反,轉速相等的兩個旋轉磁動勢。 （6） 正轉反轉旋轉的磁動勢與三相合成磁動勢有相同的性質，只是反轉磁動勢的轉向相反。6、 兩相電樞繞組產生的磁動勢：橢圓形旋轉磁動勢五、異步電機1、異步電動機概述（1）異步電機主要是一種交流感應電機和一般做電動機使用。例如一般在工農業，礦山和機械作為原動機容量從幾件瓦到幾千千瓦，家用電器中的單相異步電機從幾瓦到幾千瓦。優點：結構簡單，運行可靠，容易制造，價格低廉 缺點：不能大范圍平滑調速和需要從電網中吸收滯后的無功功率。（2）分類 單相感應電機定子繞組供電電

17、源相數 單相感應電機異步電機分類 鼠籠式異步電機轉子繞組結構 繞線式異步電機（3）組成和基本結構 定子：由定子鐵心，定子繞組機座組成。定子鐵心是用來電機磁路和嵌入繞組，繞組是電路的構成 轉子：（1）籠型繞組：四周均勻的導體兩端連起來斷路（焊接和鑄造） （2）繞線式繞組：是與定子繞組相對應的繞組，一般接成星型，還可以通過滑環在轉子回路中附加電阻（滑環可以斷路）。2、工作原理：當異步電機定子繞組接到三相電源上時，定子繞組中將流過三相對稱電流，氣隙中將建立基波旋轉磁動勢，從而產生基波旋轉磁場，其同步轉速。這個基波旋轉磁場在短路的轉子繞組中感應電動勢并在轉子繞組中產生相應的電流，該電流與氣隙中的旋轉磁

18、場相互作用產生電磁轉矩。3、異步電動機的等效電路異步電動機定、轉子之間沒有電路上的連接，只有磁路的聯系，這點和變壓器的情況類似，因而也采用折合算法。頻率折算：就是用一個等效的轉子電路代替實際旋轉的轉子系統,而等效的轉子電路應與定子電路有相同的頻率。折算原則：1），保持轉子磁通勢不變；2）轉子回路的各功率不變。繞組折算：與變壓器相同。三相異步電動機的T型等效電路如圖所示。型等效電路：還可簡化如下：24 / 24文檔可自由編輯打印4、 異步電動機的功率和轉矩平衡方程功率方程式如下：轉矩關系為電磁轉矩，為輸出轉矩，為空載轉矩， 為常數，叫轉矩系數。5、 三相異步電動機參數的測定（1）短路（堵轉）試驗

19、做短路試驗時，把繞線式異步電動機的轉子繞組短路，并把轉子卡住，不使其旋轉。鼠籠式電機轉子本身已短路。為了使堵轉試驗時電動機的堵轉電流不致過大，可降低電源電壓進行，一般從開始，然后逐步降低電壓。為了避免定子繞組過熱，試驗應盡快進行。記錄定子端電壓、定子堵轉電流和定子輸入功率，并測量定子繞組的電阻。根據試驗數據得：,(2) 空載試驗做空載試驗時，電動機的轉軸上不加任何負載，把定子繞組接到頻率為額定值的三相對稱電源上。記錄、和，然后計算出，從而可以把對的關系畫成曲線，如圖所示。曲線定子加額定電壓時，根據空載試驗測得的數據和，可以算出，6、 三相異步電動機的特性(1) 三相異步電動機的固有機械特性三相

20、異步電動機在電壓、頻率均為額定值不變，定、轉子回路不串入任何電路元件條件下的機械特性稱為固有機械特性，如圖所示。三相異步電動機的固有機械特性分析該固有機械特性可以看出：1）在時，特性在第一象限，工作在電動狀態。其中B點為額定運行點，其電磁轉矩與轉速均為額定值。A點為理想空載運行點，C點是電磁轉矩最大點，D點是啟動點。2）在范圍內，特性在第二象限，電磁轉矩為負值，是制動性轉矩，電磁功率也是負值，工作在發電狀態。3）在范圍內，特性在第四象限，也是一種制動狀態。 (2) 三相異步電動機的工作特性三相異步電動機的工作特性是指，在電動機的定子繞組加額定電壓，電壓的頻率又為額定值，這時電動機的轉速、定子電

21、流、功率因數、電磁轉矩、效率等與輸出功率的關系 6、異步電動機的起動方法 （1）直接起動定子串電抗降壓起動 （2）降壓起動 用啟動器起動 自耦變壓器起動 用深槽籠型異步電動機起動（3）采用雙籠型異步電動機起動采用雙籠型異步電動機起動 7、異步電動機的調速與制動制動：反接制動（轉速反向和兩相反相），反相回饋制動，能耗制動調速：依據 種類：變極調速，變頻調速，改變轉差調速（又包括轉子回路串電阻調速和改變定子端電壓調速）六、同步電機1、同步電動機概述：（1）同步電機是交流旋轉電機的一種,因其轉速恒等于旋轉磁場的轉速而得名。同步電機主要用作發電機，也可用作電動機和調相機。同步電機無論作發電機、電動機或

22、調相機，其基本原理及結構是相同的，只是運行方式不同而已。（2）同步電機的結構同步電機的結構主要也是由定子和轉子兩大部分組成，定轉子之間是空氣隙，具體結構如下表所示。定子部分與三相異步電動機的一樣轉子部分凸極式隱極式結構有明顯的磁極，先將磁極加工好后，再裝到轉子的磁軛上外表呈圓柱形，在圓柱表面開槽以安放直流勵磁繞組氣隙氣隙不均勻，極弧底下氣隙較小，極間較大不考慮齒槽效應時氣隙均勻應用適合于中速或低速旋轉場合適合于高速旋轉場合2、同步發電機基本工作原理勵磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場，原動機拖動發電機轉子以轉速n旋轉時，定子中三相繞組的導體依次切割磁力線，三相繞組便感應產生各相大小相等、相位彼此

23、相差120°的交流電動勢。頻率: ，每相感應電勢有效值: 相序：由轉子的轉向決定 3、同步發電機的基本方程式和相量圖隱形式同步發電機：凸極式同步發電機:4、同步發電機的運行特性（1）同步發電機的空載特性和短路特性測定空載特性時，由于磁滯現象，上升和下降的磁化曲線不會重合，一般約定采用自開始至的下降曲線。短路特性即電機定子三相穩態短路，保持時，短路電流與勵磁電流 的關系。 同步發電機的空載特性和短路特性用線性化后的氣隙線來得到空載電動勢，對于隱極式同步發電機，可測得同步電抗，對于凸極式同步發電機，可測得直軸同步電抗。（2）同步發電機的零功率因數負載特性同步發電機的負載特性是在、常數、常

24、數的條件下，端電壓與勵磁電流之間的關系，其中零功率因數負載特性最有實用價值，如圖所示。 零功率因數負載特性空載特性與零功率因數特性之間存在一個特性三角形，由于在測定零功率因數特性時保持不變，故此三角形的大小保持不變。三角形左上角頂點沿空載特性移動時，其右下角頂點的軌跡即為零功率因數負載特性。（3） 同步發電機的外特性外特性是發電機在、常數、常數的條件下，端電壓與負載電流之間的關系曲線同步發電機的外特性從外特性可以求出發電機的電壓調整率。若保持、而卸去負載，讀取空載電動勢，則同步發電機的電壓調整率為： （4）同步發電機的調整特性調整特性是指當在、常數、常數的條件下，發電機勵磁電流與電樞電流的關系

25、曲線同步發電機的調整特性5、同步發電機投入并聯運行的條件：波形相同，頻率相同，幅值相同，相位相同，相序相同6、同步發電機并聯運行的方法：準同步法、自同步法7、同步發電機功率和轉矩平衡方程（1）同步發電機功率平衡方程為：（2）同步發電機的轉矩平衡方程：8、同步發電機的功角特性上面公式中的第一項與勵磁電流的大小有關，稱為勵磁電磁功率，第二項是由于、軸磁路不對稱產生的。 9、同步發電機有功功率的調節和靜態穩定 （1）發電機的靜態穩定極限判據為：（2）令, 稱為整部功率系數或整部功率，其值越大，保持同步的能力越強。發電機的穩定性越好。，稱為整步轉矩系數或比整步轉矩（3）靜態過載倍數：用來衡量同步發電機穩定運行的功率裕度10、同步發電機無功功率的調節和V形曲線（1）無功功率的調節當發電