认识电机
一、电机的概念与分类
1．电机概念
电机是借助于电磁原理（原理）工作的能量转换（功能）设备。
只有给电机输入能量，它才会输出能量，并且在其输入和输出的能量中至少应该有一方是电能。可见“电机”一词本质上是电磁机的简称。
2．电机种类
电机分类方法很多，这里按其功能以及电能性质等综合地将其分成以下种类： 变压器：是利用电磁原理将交流电能转换成同频但电压等级不同的交流电能的设备。 发电机：是利用电磁原理将机械能转换成电能的设备。其中，将机械能转换成直流电能的发电机称为直流发电机；将机械能转换成交流电能的发电机称为交流发电机。交流发电机又可分成同步发电机（转速p
f
n n 601=
=同步速）和异步发电机（转速1n n >同步速），实际中以同步发电机最为通用，而异步发电机则很少使用。
电动机：是利用电磁原理将电能转换成机械能的设备。它可分成直流电动机与交流电动机。交流电动机又可分成异步电动机（转速1n n <同步速）和同步电动机，实际中以异步电动机最为普及，同步电动机相对较少。
无论发电机还是电动机都与机械能有关，这就要求它们的结构中有运动部件，为降低这两类电机的制造成本，运动部件通常都作旋转运动，称为转子；相应地固定部件就称为定子；而把发电机和电动机统称为旋转电机。变压器不涉及机械能，所以它是静止电器。
要点：电机的基本作用原理是电磁原理，作用是能量转换；各类电机的具体功能。 二、电机的损耗、发热与冷却
电机是能量转换设备而非能源，所以应该用单位时间内转换的能量即功率来度量。其中，单位时间内输入电机的能量称为输入功率，用P 1表示；单位时间内电机输出的能量称为输出功率，用P 2表示。P 1与P 2的差值称为功率损耗，用ΔP 或p ∑表示，即有ΔP=21P P -，功率损耗乘以工作时间就是能量损耗，这两种损耗通常不加区分地统称为电机的损耗。P 2与P 1的比值称为电机的效率，用η表示，即有η=12/P P 。电机工作时一般总有损耗，故ΔP ＞0、η＜1。P 1、P 2、ΔP 、η均随电机工作状态改变而变化，它们是时变函数，但实际问题往往针对特定状态提出，按它们有确定值来分析。
工作时所产生的各种损耗都转变成热能，将会导致电机的温度升高，此即发热的一方，发热量与电机工作方式有关，为一确定数值；另一方面，电机表面又会向低温的周围环境散热，散热量与温升成一比例系数（称为散热系数）。因此，在电机工作之初，散热量为零，温度升高最快；然后随着温度升高，散热量将不断增大，温度上升变慢；如果工作时间足够长，最终将达到散热量等于发热量的动态平衡，此后温度停止升高而保持在稳定值。可见，散热系数越大，温升速度就越慢，稳定温升也越低，这对绝缘有利。分析表明：在自然条件下，散热量与电机单位容量的表面积成正比，而单位容量的表面积与电机的容量成反比，因此，小容量电机自然散热能够满足
绝缘要求，而大容量的电机在自然散热时的温升往往会超过绝缘允许的限值，这就需要冷却。所谓冷却是指提高散热系数的人为措施，一般通过适当的介质来实现冷却，常用的冷却介质有空气、氢气和水。
要点：各种功率和冷却的含义
三、电机的结构与制造材料
1．电机的电磁结构
电机的功能是由其电磁结构决定的。电机的电磁结构由一条主磁路和与它相匝链的两条或两条以上电路组成。电机种类不同，其主磁路和电路的结构就有所不同。
电机的损耗主要产生在其电磁结构部件中，即绕组的铜耗
Cu p 和铁心的铁耗Fe p 。此外，在绕组、机座以及绝缘材料中
会产生数量不大但难于精确计算的附加损耗ad p ；旋转电机的转动部件中还会产生摩擦损耗，称为机械损耗p Ω。
图0-2 电机中的磁路
变压器的主磁路为闭合铁心。
旋转电机的主磁路，除定、转子铁心外，还包含两段气隙。当磁通恒定时，铁心可用整块钢铁材料制作；当磁通随时间交变时，铁心中将产生磁滞损耗和涡流损耗，两者合称为铁耗，此时铁心就必须用表面绝缘、厚度为0.35或0.5mm 的硅钢片叠压成形。虽然直流和同步电机磁极铁心中的磁通是恒定的，但由于开槽的影响，磁极表面受齿谐波磁场影响而产生铁耗，故这类电机的磁极铁心也要用厚度为1~3mm 的厚钢片叠装。
电机磁路的特点是：它由导磁性能极好的铁磁性材料和空气、绝缘材料等导磁性能很差的非磁性材料构成，因此，在两种材料界面处磁力线垂直与铁磁材料表面，常分为主磁路和漏磁路。
（2）绕组
绕组是电机电路的核心部分，它一般是用带绝缘的导体（主要用铜）绕制而成的线圈或线圈组合。绕组的作用有流通电流、产生磁场、感应电动势、承受一定的电压电流和功率。绕制而成的线圈或线圈组合。一台电机至少有两个绕组。
绕组可分成开启式和闭合式两类。开启式绕组的特点是每个绕组都有两个引出线端头，用来与外部电源或负载相接，以实现电能的输入或输出。闭合绕组是将各线圈串联成一个闭合回路，
形式上属于分布绕组，它没有出线端而通过电刷与换向器的接触，经电刷与外部电路接通。电流在绕组电阻上引起的损耗称为铜损耗，简称铜耗。此外，对旋转电机而言，起机电能量转换的核心作用的绕组称为电枢绕组，它指同步电机的定子绕组与直流电机的转子绕组。
绕组的电路表示：用绕组内阻与电动势的串联支路表示。电动势同时还反映了主磁路（通）和漏磁路（通）的影响，即主电动势e （主磁通感应的电动势）和漏电动势e σ（漏磁通感应的电动势）。其中，主电动势存在于除励磁绕组外的一切绕组中（变压器一、二次绕组；异步电动机定、转子绕组；同步电机定子绕组和直流电机的转子绕组，两者统称为电枢绕组）；漏电动势只存在于交流绕组中；励磁绕组（同步电机转子绕组和直流电机的定子绕组，通入直流电的直流绕组）中，既无漏电动势、也无主电动势，即其等效电路为电阻电路。因此，电机最终可简化为电路分析与
2．不同类型电机的电磁结构特点 ⑴变压器
主磁路：闭合的铁心
电路：两个绕组套在铁心上（同时匝链主磁通），其中一次绕组（接电源的绕组）输入交流电能，二次绕组（接负载的绕组）输出交流电能。一、二次均为交流电路。
一次电路
二次电路
(a)变压器电路
L
Z
定子电路
转子电路
(b)异步电动机电路
图0–4 各种电机的电路
⑵异步电动机——转速160f
n n p
<=同步速的交流旋转电机 主磁路：定、转子铁心+2段气隙
定子绕组接交流电源（定子为交流电路）；转子绕组短路（20u =），但是转子电动势是交流，故转子也是交流电路。
⑶同步电机——转速160f
n n p
==同步速的交流旋转电机 主磁路：定、转子铁心+2段气隙
定子绕组（也称电枢绕组）接交流电源（同步电动机）或输出交流电（同步发电机），定子是交流电路；转子绕组（励磁绕组）接直流电源，故转子是直流电路。
I U 励磁电路
电枢电路
(c)同步电机电路
I U
E
E
(d)直流电机电路
U 励磁电路
电枢电路
图0–4 各种电机的电路
⑷直流电机
主磁路：定、转子铁心+2段气隙
定子绕组（也称励磁绕组）接直流电源，定子是直流电路；转子绕组（电枢绕组）接直流电源（直流电动机）或输出直流电（直流发电机），故转子也是直流电路。
要点：主磁路的构成，铁心叠装的场合与目的；绕组的组成、对外联系方式（完整电路）。 3．电机的制造材料
（1）导电材料——铜（铝、银） （2）导磁材料——钢铁
（3）绝缘材料——天然材料（纸张、油漆、麻布），目前主要用有机合成材料（塑料） 绝缘材料是电机中耐热性最差的材料，如果温度超过材料允许的最高温度，则材料的绝缘性能等物理、化学性能将快速下降。为此对绝缘材料分级规定，见下表。
最高允许温升=最高允许温度－标准环境温度（40℃）
四、磁路
1．磁路概念
磁路是磁场能量产生、传输和消耗的路径，简单地说，磁路是指磁通的路径。
磁路是研究磁场问题的简化方法，这就像电路是研究电场问题的简化方法一样，因此，磁路与电路具有很多相同之处，即磁路也分成直流磁路和交流磁路，磁路的物理量、磁路定律、磁路计算方法也与电路有相似之处和类比关系。
磁路与电路的主要区别是：没有磁绝缘体，磁通可以在任何物质中流通，因此磁路就不受开关控制，磁路中只要存在磁动势便有磁通流通。
2．磁路主要物理量（与电路对应关系）
磁路主要有以下几个物理量： ⑴磁通Φ
磁通是描述磁路中某截面上磁场总体强弱的物理量，单位为Wb （韦伯）。
磁通与电路中电流的作用相当。普通电机中，磁通是由绕组通电流产生的，其中绝大部分同时匝链（或穿越）电机的所有绕组，所以称为主磁通Φ；另有很小一部分仅与该绕组自身匝链，故称为漏磁通σΦ。
⑵磁通密度（简称磁密）B
磁感应强度B 是描述磁场中各点磁场强弱的物理量，单位为T （特斯拉）。它也可以描述某个截面上磁场平均强度，即B A
Φ
=
，A 为磁路的截面积。
⑶磁场强度H
是描述磁场中各点磁场强弱的物理量，单位为A/m 。
⑷磁导率μ：是描述材料导磁性能优劣的物理量，满足r 0μμμ=。其中，r μ是一个无量纲的物理量，称为相对导磁率；0μ为真空导磁率，其值为0μ=4π×10-7H/m 。一般材料的导磁性能与真空相当，即其r μ≈1；铁磁材料的r μ值约在几十到数百万。
以上三个物理量满足关系式：B H μ=
⑸磁动势F ：磁动势是产生磁场的本领，它是磁路所包围的电流的代数和。电机中，磁路包围的通常是一个电流为i 的N 匝线圈，即磁动势F Ni =。
⑹磁压降U m ：m m U Hl R Φ==
⑺磁阻R m ：反应磁路对磁通的阻碍作用，m l
R A
μ= ⑻磁导Λ：磁阻的倒数，A
l
μΛ=
。
⑼自感L ：2L N Λ=；感抗x L ω=
⑽互感M ：它是反应绕组在交流电作用下相互影响的物理量，满足1212M N N Λ=。变压器与异步电动机中的互感电抗为励磁电抗m x ；同步电机中的互感电抗为电枢反应电抗a x 。
3、磁路计算
电机磁路的特点是：沿磁路各点的磁场强度矢量j H 和路径j l 的方向相同，同时包围的电流是一个或多个N 匝线圈的电流，即总电流为NI ，所以，全电流定律又可表示成
m
m
n
j j
Mj
k j 1
j 1
k 1
d l
H l =H l U
I NI ===?===∑∑∑∑?
即各段磁路上的磁压降等于磁路所包围的电流代数和，即ΣH j l j =Ni
式中：I 为流过线圈的直流电流大小或交流电流的有效值，相应地，闭合磁路中截面相同的各段磁路的磁通Φ、磁场强度H j 和磁压降U Mj 就为恒定值或有效值；l j 为磁场强度相同的某段磁路的长度。因此，当磁路的尺寸和材料已知时，利用全电流定律可计算出：
Ⅰ、产生一定数量的磁通Φ所需要的励磁磁动势和励磁电流值，具体计算步骤如下： ⑴求各段磁路的截面积A j 和长度l j ，其中lj 通常取该段磁路的平均长度； ⑵求各段磁路的磁密B j =Φ/A j ；
⑶根据Bj 从相应材料的磁化曲线查出各段的磁场强度H j 和磁导率μj =B j /H j ，并可求出该段磁路的磁阻Φ
=
=
j j j
j j Mj l H A l R μ。如该段为空气隙，则磁场强度H δ=B δ/μ0；
⑷求各段磁路的总磁动势m
m
j j Mj j 1
j 1
F H R NI ====Φ=∑∑l ；
⑸根据励磁绕组的匝数求出励磁电流I=F/N 。 Ⅱ、如已知电流I 求磁通，则方法是：
先假定一个磁通，利用上述步骤求出所需的电流；
将求出的电流与给定电流比较，如两者误差在允许范围内，则假定的磁通即为所求；如误差超过允许值，则根据求得的电流大小重新假定磁通，直到误差在允许范围内。可见，这种情况往往需要进行叠代多次。
4、电磁类比关系（见下表）
表0-1 电磁类比关系
要点：磁路及其主要物理量的含义、符号、单位；磁路基本定律及其在电机中的表达式；磁路计算方法。
目的：理解磁路基本物理量与基本定律；掌握磁路计算方法，并能根据计算结果理解旋转电机中气隙的含义。
五、电机的基本作用原理——电磁原理（包括以下两条）
1．法拉第—楞茨定律
处在变化的磁场中的导体中将产生感应电动势，简称磁生电。这就是法拉第在1831年发现的电磁感应现象，也称电磁感应定律。当导体形成闭合回路时，感应电动势产生的电流（称为感
。这种阻碍作用就是电抗的概念，即电抗对应于交变场。
感应电动势的一般表达式
d e dt
ψ
=-
这里Ψ称为磁通链，简称磁链。 一般说来，磁链是时间和位置的函数，即(,)f x t ψ=，故感应电动势可表达为
()()d dx e dt x dt t
ψψψ
??=-
=-?+-?? 式中前一项称为运动电动势，后一项称为变压器电动势。
⑵电机中感应电动势的表达式
变压器中，绕组套在铁心柱上并通交流电，构成交流铁心线圈。静止的铁心中的交变磁通
m sin t ΦΦω=穿越绕组的全部N 线匝，其磁链N ψΦ=在绕组中产生变压器电动势。电动势的大
小为d e N
dt
Φ
=-，方向则由右手螺旋定则确定。
动势的大小为e Blv =，方向用右手定则确定。
2．安培定律
载流导体的周围将产生磁场，简称电生磁。
此外，旋转电机中还用到安培电磁力定律——毕奥?萨法尔定律
载流导体在磁场中受到的电磁力
(a)左手定则确定
B
B (b)磁场相互作用确定
【举例】吸铁石的原理 平行导线通电后的相互作用力
要点：电磁感应定律的形式及其在不同电机中的情况；交变场与电抗，即交变磁场对应于感抗、交变电场对应于容抗；普通电机中的磁场是由电流产生的，电流的性质决定了磁场的性质，即直流电产生恒定磁场，故直流电机中没有电抗；交流电产生交变磁场，每一个交变磁场对应一个电抗，具体说：异步电动机和变压器中的主磁场对应于励磁电抗，两侧漏磁场分别对应于漏抗。
大小F BIl
方向：由左手定则确定 应用此式时要求大家树立一个观点：即磁场相互作用产生力
第一部分变压器
本课程主要讨论用来实现电能传输、分配的变压器，称为电力变压器，其作用有：⑴变换电压等级（简称变压）。以利于电能的高效传输和安全使用；⑵控制电压水平（简称调压）。以保证电能的质量指标，即保证电压稳定在规定的范围内。
按用途不同，变压器可分成多种类型。
（1）电力变压器：用来实现电能传输、分配的变压器；
（2）仪用变压器（又称为互感器）：包括电压互感器（TA）、电流互感器
（3）特种变压器：交流电焊机（电焊变压器）、整流变压器、脉冲变压器等
一、变压器的结构（要掌握各部件的组成、作用、要求）
１．电磁部件（也称器身）
这部分是变压器工作的核心部件，包括绕组和铁心。
⑴铁心：铁心通常是用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片（为了减小铁耗）叠压而成的闭合框体，它可分成心柱式和铁壳式两种型式。铁心中套有绕组的部分称为铁心柱；其余部分称为磁轭，用来连通主磁路。铁心的基本作用是导磁，同时兼作器身的机械支承，所以要求它具有良好的导磁性能和足够的机械强度。
⑵绕组：绕组是用带绝缘的铜导体绕制而成的线圈或线圈组合，有多种形式。绕组作用是导电并产生磁场，同时感应电动势，并通过磁场耦合把电能从一次侧传递到二次侧。
对绕组的要求有：①每相（匝链同样的主磁通）至少有两个匝数不同的绕组（供变压用）；
②在高压绕组上引出若干分接抽头（供调压用）。
相关术语
高压绕组是指线圈匝数多的绕组，其电压高、电流小、导线细而电阻大；匝数少的就称为低压绕组，它的电压低、电流大、导线粗而电阻小。
输入电能（或接电源）的绕组称为一次绕组，该侧称为一次侧；输出电能（或接负载）的绕组叫做二次绕组，该侧称为二次侧。为绝缘方便，低压绕组绕在内层而高压绕组绕在外层，一相绕组整体套在铁心柱上。必须注意，一、二次绕组与高、低压绕组是不同的概念。
（a）（b）
图1?1 绕组套装在铁心柱上的情况
（a）单相变压器；（b）三相变压器
对变压器，一次电压高于二次电压的称为降压变压器；而一次电压低的称为升压变压器。
2．冷却部件
（1）油箱：用钢板焊接而成，用来盛放变压器油，器身浸在变压器油中。
变压器油：是变压器的冷却介质，这是一种无色透明的矿物油，它盛放在油箱中，变压器的器身浸在油中。变压器油起冷却与加强绝缘双重作用。
（2）散热管：装在油箱表明，与油箱内部相通，以增大散热面积。
（3）散热器：用薄铜片组合而成，装在与油箱连通的油管上，以增大散热面积，散热器的外面装一组风扇，以提高散热效果。
（4）冷却器。用于特大型变压器。 3．保护部件
（1）储油柜（俗称油枕）：钢板焊接成的油桶，放在变压器某侧上部，其中大部分冲油，以保证器身可靠浸在变压器油中。储油柜的一个端面上装在油位计（俗称油标），用来指示油量，供运行人员观察，以及时补油或放油。储油柜下部装一个呼吸器。
（2）气体继电器：装在连通油箱与油枕的管道上，对气体的压力敏感 （3）安全气道（俗称防爆管） （4）出线套管等
二、变压器的额定值及其相互关系
1．额定值：是指变压器正常使用时应满足的一组规定值，包括： （1）额定容量N S ，单位kV A ；基本含义1N 2N N S S S ==
（2）一次额定电压1N U ，单位V 或kV ；一次额定电流1N I ，A 。三相指线值
（3）二次额定电压2N U ，指一次为额定电压下的二次开路电压，即2N 2011N |U U U U ==，
20I =，单位V ；三相指线值
（4）一、二次额定电流2N I 、2N
I ，A 。三相指线值
额定值的相互关系：
单相变压器满足 N 1N 1N 2N 2
S U I U
I
== 三相变压器满足 N 1N
12N
2N
S I I =
补充：绕组连接方法及其端头标记 绕组连接方法
（a ） （b ） （c ） （d ）
图1?2 三相绕组联结法
（a ）Y 联结；（b ）YN 联结；（c ）D 联结（后接，标准接法）；（d ）D 联结（前接）
Y （星形）连接：将三个（相）绕组的尾端连在一起，连接点称为中性点，中性点出线称为中性线（带中性线的星形YN ）；首端（称为端点）对外出线（称为端线，俗称火线）。△（三角形）连接：将三相绕组的首尾端依次串联出闭合回路，三个连接点称为端点，对外引出三条端线。端点间的电压称为线电压，绕组首尾端间的电压称为相电压；端线电流称为线电流，绕组内部电
Y 连接，线电流等于相
A （U1）、X （U2），低压a （u1）、x （u2）；三相，高压绕组首端用A 、
B 、
C ，尾端用X 、Y 、Z 表示；低压绕组首端用a 、b 、c ，尾端用x 、y 、z 表示。
注意！！对三相变压器，额定电流和额定电压均指线值，但是变压器的基本方程和等效电路都是从一相导出的，因此计算分析时必须用相值带入。按照绕组接线方式的不同，变压器一、二次侧的额定相电流1N I φ、2N I φ和额定相电压1N U φ、2N U φ可分别用下式求出，即
对Y 接线的侧：jN jN I I φ=
、jN U φ （j=1、2，1代表一次侧，2代表二次侧） 对Δ接线的侧：jN jN U U φ=
、jN I I φ=
三、变压器主要物理量及其惯例正方向
图1?3示出了单相变压器的原理结构和主要物理量，下面说明各物理量的惯例参考方向。 1．一次侧
⑴外加电压1u 或1U ：其大小和方向都是给定的；是变压器工作过程的发起者。
⑵电流1i 或1I ：它由电压1U 产生并与之成关联方向（负载惯例），即电流自高电位端流入绕组。
⑶主电动势1e 或1E ：它由主磁通Φ产生并与之成右手螺旋方向；
⑷漏电动势1e σ或1E σ：它由漏磁通1σΦ 产生并与之成右手螺旋方向。
一次
电路
主磁路
二次
电路
i 1r 1
1σφ1111
1d di
e N L dt dt
σσσφ=-=-线性磁路
图1－4 变压器电磁过程
2．二次侧
⑴主电动势2e 或2E ，它由Φ产生并与之成右手螺旋方向； ⑵电流2i 或2I ，它是在负载情况下由2E 产生并与之方向相同； ⑶漏电动势2e σ 或2E σ，由漏磁通2σΦ 产生并与之成右手螺旋方向；
1
U 1I E U 1E σ
L
2I 2E 2E σ
图1–3 原理结构与惯例正方向
⑷输出电压2u 或2U ，它是变压器整个工作过程的最终结果，与2I 成非关联方向。 3．磁通
主磁通Φ：在空载时由一次侧空载电流0i 产生，负载时由一、二次电流共同产生，它与电流成右手螺旋方向；
一次漏磁通1σΦ ：由一次电流1i 产生并与之成右手螺旋方向； 二次漏磁通2σΦ ：由二次电流2i 产生并与之成右手螺旋方向。 上述电磁量可见图1–4所示的变压器电磁过程。
四、变压器的运行分析
1．变压器的电磁过程（又称工作原理）
可用图1?4表示，也可用文字叙述如下：一次通电后，铁心中将产生主磁通，从而在各绕组中感应出主电动势。由于两侧绕组的匝数不同，进而实现了电压等级的变换；当二次负载电流变化时，通过主磁通的自动调整作用（调整的结果是主磁通基本保持不变），一次电流发生相应地变化，从而实现了功率从一次侧向二次侧的传递。此即变压器的电磁过程，也就是变压器工作原理。
2．变压器的基本方程
I U E E 一次电路
U 二次电路
2
E
2E σ
2
r I
式中：1
1111111[][]j j di E e L L I I x dt
σσσ
σσω==-=-=-，11x L σσω=为一次绕组漏磁电抗（简称一次漏抗）；222j E I x σσ=-，22x L σσω=为二次漏抗；1r 、2r 为一、二次绕组电阻。
磁动势平衡：变压器的主磁通是基本不随负载变化的，这就要求产生主磁通的磁动势也不变，即在空载时磁动势010F N I =等于负载时磁动势111222()()F N I F N I =+=。这就是磁动势平衡，即有
101122N I N I N I =+
变比方程：设m sin t φΦω=，即m
02
Φ=
∠，m Φ为主磁通的最大值
N I 22
N I
10N I 负载主磁路 空载主磁路
参见电路图，利用KVL 可列出变压器的电压方程，即
一次：111111111(j )U E E I r E I r x σσ=--+=-++ 二次：222222222(j )U E E I r E I r x σσ=+-=-+
由式11
d e N dt φ=-和式22d e N dt
φ=-知：j 01j 190=+=∠?
111
1m j 290 4.4490E N fN fN ωΦπΦ=-=-=∠-、22m 4.4490E fN Φ=∠-，即
大小：11m 4.44E fN Φ=、22m 4.44E fN Φ=，1E 、2E 滞后Φ90?相位，即感应电动势滞后相应的磁通90?。于是可得
1122E E N E N E ==上式可表示成：120m m (j )E KE I r x ==-+
式中，m r 称为激磁电阻，它模拟铁心损耗的大小；m x 称为激磁电抗，它对应于主磁通。 以上方程联立如下
1221122
2(U E I r jx E I Z U E I r jx E I Z N I N I N I E KE I r jx σσ?=-++=-+?
=-+=-??
=+??==-+?1111111222222011
0m m )()()
式中：111j Z r x σ=+，1111j z Z r x σ==+为一次漏阻抗，222j Z =r x σ+为二次
漏阻抗，两者都是常数。
当负载电流很小（轻载）时，漏阻抗压降11I Z 、22I Z 可忽略不计，即11U E ≈-、22U E ≈，于是可得重要关系式：
111m 4.44U E fN Φ≈= （11111U U E E E =≈-==）
上式是量值改变时变压器分析的基本依据，此时的变比近似式为：1
2
U K U ≈
。 重载时，空载电流0I 可忽略，即101122N I N I N I =+，于是可得12221
1N I I
K N I I =
≈-=，这就是重载时变比的近似式，该式还表明：在惯例参考方向下，一、二次侧的电流近似反相。
3．折算法 ⑴概念
所谓折算就是一台变比为1、而铁心相同的假想变压器去代替变比为K 的实际变压器，而保持两者的磁动势、主磁通、功率等不变。
⑵折算关系
若设将变压器的二次侧折算到一次侧，并将二次侧折算后的量加上标“′”以示与实际量的
区别，即有2
1N N '=、1K '=，则可得折算关系： ①221E KE E '==；（因为主磁通不变）
②2
2
I I K
'=；（因为磁动势不变，即22
2222F N I F N I '''===） ③222r K r '=，222x K x σσ'=，2L L Z K Z '=；（因为功率不变，即222222
222222()()I r jx I r jx σσ'''+=+）
④22U KU '=。（2
222222222()()I U E I r jx KE K r jx K
σσ'''''=-+=-+） ⑶折算后的基本方程
按以上关系可得折算后变压器的基本方程如下。
1111122222012
2
10m m ()()()
U E I r jx U E I r jx I I I E E I r jx σσ?=-++?
'''''=-+??
'=+??'==-+?
负载方程：L
22Z I U ''=' 4．等效电路
依据折算后的基本方程可画出T 形等效电路图1–5。图1–6是工程计算中常用近似电路。
U I ''I 'U '0I E E '=
U I I '0I r U '(b)
图1–5 变压器T 形等效电路
图1–6 变压器近似（Г形）等效电路
五、变压器的参数测定
1．空载试验：测量值p 0（空载损耗）、I 0（空载电流）、U 0（外加试验电压）；利用试验数据计算励磁阻抗r m 、x m （如下）。
001m m m 0
2
0001m m 01m m ||||||/U Z Z Z Z z I r p I r r r x x x x σ?==+≈=
??
?==+≈??=+≈???
K
K 12K K K K 122
K K 12||||U Z Z Z z I p r r r I x x x σσσσ?
'==+=???'==+???'==+??
2．短路试验：测量值p k （短路损耗）、I k （短路电流）、U k （短路电压，即试验电压）；利用试验数据计算短路阻抗r k 、x k （如上）和短路电压百分数
U k %。
短路阻抗与温度有关，需要化为热态（75℃）数值。 定义：短路电压百分数φ
?φ=
1N C
K751N K %U z I U
注意：对三相变压器，如果测量数据的一侧为Ｙ形接法，计算值用下列数据带入
U =U 0测量值I 0=I 0测量值，p 0=p 0 测量值/3；K U =U K 测量值
I K =I K 测量值，p K =p K 测量值/3
如果测量数据的一侧为△接法法，计算值用下列数据带入
I 0=I 0测量值，0
U =U 0测量值p 0=p 0 测量值/3；K U =U K 测量值，I K =I K 测量值p K =p K 测量值/3
3．相关问题——标么值
⑴概念：一个物理量的标幺值是指其有名值除以该值的同名基准值，即
*B
x x x =
⑵基准值
标幺值的基准值选取如下表
⑶标幺值的优点
①物理状态明晰；②参数趋同；③自动折算；④特殊参数*
*
K K z U =，即短路电压百分数。 在用有名值计算时，应注意用相值代入，即有测量值如何化成相值问题，计算的参数是折算到试验所在侧，最终要折算到同一侧。
六、变压器的运行性能
1．电压变化率U ? 定义式：202*22N
100%1U U U U U ?-=
?=-；计算式：**
K 2K 2(cos sin )U r x ?β??=+ **
*12I I S β===——负载系数
变压器的电压变化率通常为百分之几，且随容量增大而增大，但不超过15%。 2．效率η
⑴损耗
绕组电阻损耗——铜耗2222
Cu Cu1Cu2K K KN 11N ()p p p mI r mI r
p ββφ=+=== 其中2
KN 1Nph
K p mI r =——额定铜耗，可见Cu p 与随负载变化，称为可变损耗。 铁耗2 1.3
Fe m
p kB f =，这里k 是常数；m 1
m Fe 1Fe
4.44U B A fN A Φ==。可见，当1U 一定时，铁耗是常数，即与负载无关，故称为不变损耗。通常Fe 0p p ≈
⑵效率公式N 22
2
1N 2KN 0
cos cos S P P S p p β?ηβ?β==++ ⑶当m β时，即可变损耗等于不变损耗时，变压器的效率为最大值，其值为 2
max 20
cos cos 2N N S S p β?ηβ?=
+
【例】Y ,d 接法的三相变压器，S N =100kV A ，U 1N /U 2N =10/0.4kV 。在低压侧测得空载试验数据U 0=400V 、p 0=1.5kW 、I 0=7.22A ；在高压侧测得短路试验数据U K =500V 、p K = p KN =4kW 、I K =I 1N 。
试确定：
⑴折算到高压侧的励磁阻抗r m 、x m 和短路阻抗r K 、x K ，并画出近似等效电路； ⑵满载且cosφ2=0.8滞后时，变压器的电压变化率ΔU 和效率η。 【解】一、数据准备
一次额定电流B 1N 1N
1N N 1I I A 7735.53
10kV
103kV A 100U 3S I ====
?=
=
φ
一次额定相电压B 1N
1N 1U V 5.57733
kV 103
U U ===
=φ
一次阻抗基准值N 2
1N
1B 1B 1B 10003/103/10S U A
kV I U Z =
Ω=== 二次额定电流A 34.144kV
4.03kV A 100U 3S I N
2N N 2=?=
=
二次额定相电流B 2N 2N 2I A 33.833250
3
3/2503I I =====
φ
二次额定相电压B 2N 2N 2U V 400U U ===φ 二次阻抗基准值kV A
100)kV 4.0(3S U 38.43/250400I U Z 2N 2N
2B 2B 2B
2?
==Ω=== 空载试验数据的相值：V 40000==φU U 或0*
02N 4001400U U U =
==
；0 4.168A I φ== 或0*02N 7.220.05144.43I I I =
==，001500500W 33
p p φφ===或0*
N 1.50.015100p p S ===
短路试验数据的相值：K 288.86V U φ=
==或K *
K 1N 5000.0510000U U U ===；
K K 1N 5.77A I I I φ===或1N K *
K 1N 1N 1I I I I I =
==，K K 1333.3W 3
p p φ==或K K
*N 4
0.04100p p S === 二、按要求计算 1．参数计算
①由空载试验数据计算激磁阻抗（折算到低压侧）的值
励磁电阻605.0015.0I p r 7751.28)3/22.7(500I p r 220
0m 2200m ======***φφ或 励磁阻抗2005.01I U z 9585.953
/22.7400I U z 00m 00m ======
***
φφ或 励磁电抗079.19r z x 5425.917751.289585.95r z x 2
m 2
m m 222m 2m m =-=Ω=-=-=*
**或
②把激磁阻抗折算到高压侧，此时K=(10/3)/0.4 r m =K 2×28.7751=5995Ω或r m =r m *×Z 1B =6×1000=6000Ω
x m =K 2×91.5425=19071Ω或x m =x m *×Z 1B =19.0788×1000=19079Ω z m =K 2×95.9585=19991.4Ω或z m =z m *×Z 1B =20×1000=20000Ω
③由短路试验数据计算短路阻抗（折算到高压侧）的值
短路电阻04.0104.0I p r 407735.53/4000I p r 22k
k k 22k k K ===Ω===***
φφ或 短路阻抗K K K K K K 288.680.05500.055.77351
U U z z I I *
φ**φ===Ω===或
短路电抗K K 30Ω0.03x x *===或
④画出近似等效电路（要求把参数标在图中，并按惯例方向标出各物理量的参考方向） 2．性能计算
把1β=、2cos 0.8?=、2sin 0.6?=代入计算式，可得
电压变化率**K 2K 2(cos sin )1(0.040.80.030.06)0.05U r x β???=+=??+?=
效率N 22
N 2KN 0cos 100k 0.8
0.9357110k 0.84k 1.5k
cos S S p p β?ηβ?β?=
==?++++ 七、单相变压器的空载电流i 0
（1）空载电流是指二次侧开路时的一次侧电流；（2）一次侧在额定电压下的空载电流大小0
I 约为额定电流的百分之几，且随容量增大而减小，即***
010200.0I I I ===?；（3）空载电流以感性
为主（性质），包含用于建立磁场（简称励磁）的无功分量I μ和提供铁耗的有功分量Fe I ，并且I μ比Fe I 大得多；（4）作用是励磁；（5）在单相变压器中，磁路不饱和时i 0为正弦波；磁路饱和时i 0为尖顶波，见图2–3。
图2?3 作图法求取变压器激磁电流波形
影响空载电流大小的因素有电源电压和频率、一次线圈匝数、铁心的磁导率与尺寸。 分析过程：
第一，磁路计算01Fe I N Hl =，即与（1）一次绕组匝数1N ；（2）磁路长度Fe l 有关 第二，Fe
μB
H =
，即与（3）铁心材料Fe μ有关
第三，Fe
m
m A B Φ=即与（4）铁心截面积Fe A 有关 第四，1
1
m 44.4fN U =
Φ即与（5）电源电压1U （通常为额定电压不变）；（6）电源频率f （通
常为额定值50Hz 不变）有关
解答过程
方法：根据条件，从分析过程的反方向解答。即
⑴首先用式m 111fN 44.4E U Φ=≈分析铁心中主磁通Φm 变化情况。
⑵再用式Fe m m A B =Φ分析磁密B m 变化情况。B m 还影响铁耗3
.12m Fe f
kB p =，k 为常数。 ⑶然后用式m m H B μ=和变压器空载特性（也称磁化曲线）分析磁路中磁场强度H m 和导磁率μ变化情况。三者关系为：若B m 增大，则H m 增大而μ减小；若B m 减小(↓)，则H m 减小而μ增大(↑)。
⑷最后依据磁路计算式l m m 01m H I N F ==确定激磁电流I 0m 的变化情况。
⑸以上结论还可用于分析铁耗、绕组铜耗p Cu 、激磁电阻r m 和激磁电抗x m 等量的变化情况。 具体看
（1）1N 减少（匝间短路）： Φm ↑→ B m ↑→ H m ↑、Fe μ↓→ I 0m ↑(较快)。 （2）Fe A 增大（也可减小）：Φm 不变→ B m ↓→ H m ↓、Fe μ↑→ I 0m ↓。 （3）Fe l 增大：Φm 不变→ B m 不变→ H m 、Fe μ不变→ I 0m ↑。 （4）铁心性能好（Fe μ大）：Φm 、 B m 、H m 均不变，Fe μ↑→ I 0m ↓。 （5）f 减小（也可增大）Φm ↑→ B m ↑→ H m ↑、Fe μ↓→ I 0m ↑。 （6）1U 减小：Φm ↓→ B m ↓→ H m ↓、Fe μ↑→ I 0m ↓。 八、三相变压器
1．结构特点
电路方面：三相变压器与单相变压器的区别仅在于它的一、二次绕组分别接成星形、带中性线星形和三角形中的一种。高压侧绕组的首端，用大写字母Y 、YN 、D 表示，低压侧用小写字母y 、yn 、d 表示。
磁路系统，包括：⑴独立磁路（三相变压器组，又称组式变压器）：特点是各相的主磁通只经过自身铁心闭合，即三相主磁路彼此独立；⑵相关磁路（三相心式变压器）：特点是每一相的主磁通需要经另外两相的铁心才能形成闭合回路，即三相主磁路彼此相关。
2．三相变压器连结组别的判定 （）同极性端（俗称同名端）
概念：一相（匝链同一个主磁通）绕组中，各绕组的交流电压瞬时极性相同的端头称为同极性端。
本质：一相的各绕组从一个同名端到另一个同名端的电压相位相同。 （2）连结组别的表示方法
格式：高压侧接法（大写字母，三相变压器为A 、B 、C ，单相为I ），低压侧接法（小写字母，三相变压器为a 、b 、c ，单相为i ）（+）组别号（钟点数）
（3）连结组别的判定方法
第一步：画高压侧电压相量图。
第二步：根据同名端，画出对应的低压侧电压相量图。
第三步：将高、低压侧的电压相量图上的某一点平移到重合，作为钟轴心，单相取X、x点，三相取三角形的中心点；从钟轴到高、低压侧相量图上字母相同的另一点的连线分别作为时针和分针，两者构成的钟点数即为连结组号。
第四步：按格式写出连结组。
（4）举例
情况一：Y,y接线的首首同名端
【例1】按照接线图画出相量图，判定连结组。
A B C
a b
x y
Y Z
A B C
a b c
x y z
X Y Z
A B C
y z x
b c a
X Y Z
A B C
c a b
z x y
X Y Z
A B
C
o
B
A
C
O
a
b
c
A
o
B
C
O
a
b
c
【例2】按照接线图画出相量图，判定连结组。
z x
b c a
X Y Z
A B C
z x
c a
Y Z
B C
c a b
z x y
X Y Z
A B C
B C
a
情况二：Y,y接线的首尾同名端
【例3】按照接线图画出相量图，判定连结组。
a b c
x y z
X Y Z
A B C
B
A
C
O
a
b
情况三：Y,d接线
第二步的做法，分三小步：：
（1）画一（竖直）线；
（2）（按照与A相对应的同名端）标（出低压侧该相绕组）两端（字母）；
【解】画出高压侧电压三角形如图中?ABC；
第二步先在大三角形中截出低压侧小三角形，
然后在A、B、C对应的位置按照同名端标出低
压侧的字母。
第三步：以作为分针，作为时针，确
定钟点数，即组别号。所以连结组为Y,y0。
【解】同样方法可判定出连结组为Y,y4。
【解】画出高压侧电压三角形如图中?ABC；
第二步先在高压侧相电压反向延长，然后在延
长线两端标出高、低压侧的异名端字母。
第三步：以作为分针，作为时针，确
定钟点数，即组别号。所以连结组为Y,y2。
（3）（按照a、b、c顺时针方向，）找（出低压侧电压三角形的）第三（顶）点。【例4】按照接线图画出相量图，判定连结组。
a b
x y
A B C
Y Z
A B C
C
a
O
o
B
A
C
a
b
c
3．三相变压器的谐波问题
主要研究三次谐波，其特点是三相同相位，如
3
C
3
B
3
A
i
i
i=
=。
压器磁路饱和，即磁化曲线U0=f(i0)欠（低于）线性，此外还有电路原因和磁路原因。
电路原因：电路影响三次谐波电流能否流通，进而影响主磁通和绕组电动势的波形。绕组为星形接法时，三次谐波电流不能流通（即不存在）；绕组为带中性线的星形接法时，三次谐波电流能流通（即可能存在）；绕组为三角形接法时，三次谐波电流能在三角形内部流通，但在三角形的外部不能流通。只有在励磁电流为尖顶波（即有三次谐波）时，主磁通和绕组电动势才可能象希望地那样为正弦波。Y,y接线时三次谐波电流不存在，Y,yn接线时三次谐波电流极小，因此，这两种接法下变压器的空载电流为正弦波、主磁通为平顶波，绕组电动势为尖顶波。对有一侧绕组为Δ接线，则由于三次谐波电动势在Δ内产生三次谐波电流，进而产生三次谐波磁通，这一磁通能抵消产生三次谐波电动势的原三次谐波磁通，最终在铁心中维持一个（存在性）不大的三次谐波磁通。这就是三角形接线抑制三次谐波的原理，此时三次谐波幅值级小，认为这类变压器不出现谐波。
磁路原因：主要影响三次谐波的幅值。对Y,y或Y,yn接线的三相变压器组，经铁心闭合的三次谐波磁通幅值较大，三次谐波电动势的幅值更大，可达额定电压的60%，这会导致绕组严重过电压而造成绝缘击穿，因此它在实际中不能使用；对Y,y或Y,yn接线的三相心式变压器，经漏磁路闭合的三次谐波磁通幅值很小，三次谐波电动势的幅值也不大，但是对大容量变压器绝缘不利，因此只有容量在1800kV A以下的心式变压器才能采用接线；大容量变压器通常都有一侧接成三角形。
九、变压器并联运行
1．理想并联及其条件
理想并联是指：（1）空载时，各并联变压器之间没有环流，即要求2020
i j
U U
=；（2）负载时，各变压器的负载与其容量成正比，即要求负载系数i j
β=β，并且各电流同相位。这里,i j为台号，并且i j
≠。
理想并联条件有：
（1）额定电压相同，通常指变比相同；
（2）连接组别相同；
（3）短路电压百分数相同或短路阻抗标幺值相同；
【解】按照上述步骤可判定出连结组为Y,d1。
电机学主要知识点复习提纲 一、直流电机 A. 主要概念 1. 换向器、电刷、电枢接触压降2 U b 2. 极数和极对数 3. 主磁极、励磁绕组 4. 电枢、电枢铁心、电枢绕组 5. 额定值 6. 元件 7. 单叠、单波绕组 8. 第1节距、第2节距、合成节距、换向器节距 9. 并联支路对数a 10. 绕组展开图 11. 励磁与励磁方式 12. 空载磁场、主磁通、漏磁通、磁化曲线、每级磁通 13. 电枢磁场 14. （交轴、直轴）电枢反应及其性质、几何中性线、物理中性线、移刷 15. 反电势常数C E、转矩常数C T 16. 电磁功率P em 电枢铜耗p Cua
励磁铜耗 p Cuf 电机铁耗 p Fe 机械损耗 p mec 附加损耗 p ad 输出机械功率 P 2 可变损耗、不变损耗、空载损耗 17. 直流电动机（DM ）的工作特性 18. 串励电动机的“飞速”或“飞车” 19. 电动机的机械特性、自然机械特性、人工机械特性、硬特性、 软特性 20. 稳定性 21. DM 的启动方法：直接启动、电枢回路串电阻启动、降压启动； 启动电流 22. DM 的调速方法：电枢串电阻、调励磁、调端电压 23. DM 的制动方法：能耗制动、反接制动、回馈制动 B. 主要公式： 发电机：P N ＝U N I N (输出电功率) 电动机：P N ＝U N I N ηN (输出机械功率) 反电势： 60E a E E C n pN C a Φ==
电磁转矩： em a 2T a T T C I pN C a Φπ== 直流电动机（DM ）电势平衡方程：a a E a a U E I R C Φn I R =+=+ DM 的输入电功率P 1 ： 12 ()()a f a f a a a f a a a f em Cua Cuf P UI U I I UI UI E I R I UI EI I R UI P p p ==+=+=++=++=++ 12em Cua Cuf em Fe mec ad P P p p P P p p p =++=+++ DM 的转矩方程：20d d em T T T J t Ω --= DM 的效率：2111 2100%100%(1)100%P P p p P P P p η-∑∑= ?=?=-?+∑ 他励DM 的转速调整率： 0N N 100%n n n n -?=? DM 的机械特性：em 2 T j a j a a ) (T ΦC C R R ΦC U ΦC R R I U n E E E +-=+-= . 并联DM 的理想空载转速n 0： 二、变压器 A. 主要概念 1. 单相、三相；变压器组、心式变压器；电力变压器、互感器； 干式、油浸式变压器 2. 铁心柱、轭部 3. 额定容量、一次侧、二次侧 4. 高压绕组、低压绕组
认识电机 一、电机的概念与分类 1．电机概念 电机是借助于电磁原理（原理）工作的能量转换（功能）设备。 只有给电机输入能量，它才会输出能量，并且在其输入和输出的能量中至少应该有一方是电能。可见“电机”一词本质上是电磁机的简称。 2．电机种类 电机分类方法很多，这里按其功能以及电能性质等综合地将其分成以下种类： 变压器：是利用电磁原理将交流电能转换成同频但电压等级不同的交流电能的设备。 发电机：是利用电磁原理将机械能转换成电能的设备。其中，将机械能转换成直流电能的发电机称为直流发电机；将机械能转换成交流电能的发电机称为交流发电机。交流发电机又可分成同步发电机（转速p f n n 601= =同步速）和异步发电机（转速1n n >同步速），实际中以同步发电机最为通用，而异步发电机则很少使用。 电动机：是利用电磁原理将电能转换成机械能的设备。它可分成直流电动机与交流电动机。交流电动机又可分成异步电动机（转速1n n <同步速）和同步电动机，实际中以异步电动机最为普及，同步电动机相对较少。 无论发电机还是电动机都与机械能有关，这就要求它们的结构中有运动部件，为降低这两类电机的制造成本，运动部件通常都作旋转运动，称为转子；相应地固定部件就称为定子；而把发电机和电动机统称为旋转电机。变压器不涉及机械能，所以它是静止电器。 要点：电机的基本作用原理是电磁原理，作用是能量转换；各类电机的具体功能。 二、电机的损耗、发热与冷却 电机是能量转换设备而非能源，所以应该用单位时间内转换的能量即功率来度量。其中，单位时间内输入电机的能量称为输入功率，用P 1表示；单位时间内电机输出的能量称为输出功率，用P 2表示。P 1与P 2的差值称为功率损耗，用ΔP 或p ∑表示，即有ΔP=21P P -，功率损耗乘以工作时间就是能量损耗，这两种损耗通常不加区分地统称为电机的损耗。P 2与P 1的比值称为电机的效率，用η表示，即有η=12/P P 。电机工作时一般总有损耗，故ΔP ＞0、η＜1。P 1、P 2、ΔP 、η均随电机工作状态改变而变化，它们是时变函数，但实际问题往往针对特定状态提出，按它们有确定值来分析。 工作时所产生的各种损耗都转变成热能，将会导致电机的温度升高，此即发热的一方，发热量与电机工作方式有关，为一确定数值；另一方面，电机表面又会向低温的周围环境散热，散热量与温升成一比例系数（称为散热系数）。因此，在电机工作之初，散热量为零，温度升高最快；然后随着温度升高，散热量将不断增大，温度上升变慢；如果工作时间足够长，最终将达到散热量等于发热量的动态平衡，此后温度停止升高而保持在稳定值。可见，散热系数越大，温升速度就越慢，稳定温升也越低，这对绝缘有利。分析表明：在自然条件下，散热量与电机单位容量的表面积成正比，而单位容量的表面积与电机的容量成反比，因此，小容量电机自然散热能够满足
电机学知识点总结 电机学课程是高等学校电气类专业的一门重要技术基础课课程的特点是理论性强、概念抽象、专业性特征明显它涉及的基础理论和知识面较广牵涉电、磁、热、机械等综合知识。下面请看我带来的电机学知识点总结。 电机学知识点总结 直流电动机知识点 1、直流电动机主要结构是定子和转子；定子主要包括定子铁心、励磁绕组、电刷。转子主要包括转子铁心、电枢绕组、换向器。 2、直流电动机通过电刷与换向器与外电路相连接。 3、直流电动机的工作原理：通过电刷与换向器之间的切换，导体内的电流随着导体所处的磁极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终不变。 4、通过电刷和换向器将外部通入的直流电变成线圈内的交变电流的过程叫做“逆变”。 5、励磁方式分为他励式和自励式；自励式包括并励式、串励式和复励式。（只考他励式和并励式，掌握他励式和并励式的图形） 6、直流电机的额定值：①额定功率PN 对于发电机额定功率指线端输出的电功率；对于电动机额定功率指轴上输出的机械功率。②额定电压、额定电流均指额定状态下电机的线电压线电流。 7、磁极数=电刷数=支路数（2p=电刷数=2a，p为极对数，a为支路对数） 8、空载时电极内的磁场由励磁绕组的磁动势单独作用产生，分为主磁通和
漏磁通两部分。 9、电枢反应：负载时电枢磁动势对气隙主磁场的影响。 10、电刷位置是电枢表面电流分布的分界线。 11、交轴电枢反应的影响：①使气隙磁场发生畸变；②物理中线偏离几何中线；③饱和时具有一定的去磁作用。 12、电刷偏离几何中线时，出现直轴。 13、Ea=CeΦn Te=CTΦIa CT=9.55Ce 14、发电机 Ea=U+IaRa 电动机 U=Ea+IaRa 15、他励发电机的特性（主要掌握外特性U=f(I)） 曲线向下倾斜原因①U=Ea‐IaRa；随着负载电流I增大，电枢电阻压降 IaRa 随之增大，所以U减小。②交轴电枢反应产生一定的去磁作用；随着负载的增加，气隙磁通Φ和电枢电动势Ea将减小，再加上IaRa的增大使电压的下降程度增大。 16、并励发电机自励条件：①电机的磁路中要有剩磁；②励磁绕组的接法要正确，使剩磁电动势所产生的电流和磁动势，其方向与剩磁方向相同；③励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。 17、并励发电机的外特性U=f(I)，曲线下降原因①②同上他励发电机；③励磁电流减小，引起气隙磁通量和电枢电动势的进一步下降。 18、为什么励磁绕组不能开断？ 若励磁绕组开断，If=0，主磁通将迅速下降到剩磁磁通，电枢电动势也将下降到剩磁电动势，从而使电枢电流Ia迅速增大，如果负载为轻载，则电动机转
1、变压器的铁心损耗包括：磁滞损耗 、涡流损耗。 2、感应电机经两次折算后得到等效电路，这两次折算为：频率折算、绕组折算。 3、直流电机按励磁方式可分类为：他励式、并励式 、串励式 、复励式。 4、变压器开路试验可以获得哪些等效电路参数：激磁电阻、激磁电抗。 4、同步电动机的起动方法有：变频起动、辅助起动、异步起动。 5、变压器等效绕组折算的一般原则是：归算前、后二次侧绕组磁动势保持不变。 6、并励直流发电机希望改变他电枢两端的正负极性，采用的方法是改变励磁绕组的接法。 7、直流发电机的电磁转矩与转速方向相反，转子电枢导体中的电流是交流电。 8、变压器制造时，硅钢片接缝变大，那么此台变压器的励磁电流将增大。 9、一台感应电机，其转差率s>1，转速n<0，则电机运行状态是电磁制动。 10、一台三相感应电机接在50Hz 三相交流电源上运行，额定转速为1480r/min ，定子上A 、B 两导体空间相隔20°机械角度，则A 、B 两导体的空间电角度为：40°。 11、简述改变他励直流电动机、三相鼠笼异步电动机转子转向的方法。 答：他励直流电动机：将电枢绕组的两个接线端对调；三相鼠笼异步电动机：将三相电源线的任意两根线换接。 12、简述并励直流发电机的自励条件。 答：1.磁路中必须有剩磁；2.励磁磁动势与剩磁两者的方向必须相同；3.励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。 13、已知直流他励电机的额定电流I N 、额定电压U N 、额定效率ηN ，简述直流电动机和直流发电机额定功率的定义，并写出表达式。 答：对于发电机，额定功率是指线端输出的电功率，I U P ;对于电动机，额定功率是指轴上输出的机械功率，N N N N =。 14、简述单相变压器的工作原理。 15、为什么同步电动机不能自启动？说明原因。 16、一台三相绕线型感应电动机，若将定子三相短路，转子绕组通入频率为f1的三相交流电，试问：空载时电机转子能否转动，分析其工作原理。 17、简述直流电机、鼠笼异步电机、绕线异步电机和同步电机的原理和结构异同？ 18、在导出变压器的等效电路时，为什么要进行归算？归算是在什么条件下进行的，要遵循哪些原则？ 答：因为变压器原、副边只有磁的联系，没有电的联系，两边电压21E E ≠，电流不匹配，必须通过归算，才能得到两边直接连接的等效电路。 归算原则：归算前、后二次侧绕组磁动势保持不变。 19、一台并励直流发电机不能正常输出电压，试分析其可能原因。 答：1.磁路中没有剩磁；2.励磁回路与电枢回路之间接线错误；3.励磁回路的总电阻大于临界电阻。 20、一台他励直流电动机拖动一台他励直流发电机在额定转速下运行，当发电机电枢电流增加时，电动机的电枢电流有何变化？并说明其原因。 答：直流电动机的电枢电流也增加。因为直流发电机电流增加时，则制动转矩即电磁转矩增大，要使电动机在额定转速下运行，则必须增大输入转矩即电动机的输出转矩，那么，电动机的电磁转矩增大，因此电枢电流也增大。
电机学知识点讲义汇总 第一章 基本电磁定律和磁路 电机的基本工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律、磁路定律和电磁力定律等定律的基础上的，掌握这些基本定律，是研究电机基本理论的基础。 ▲ 全电流定律 全电流定律 ∑? = I Hdl l 式中，当电流方向与积分路径方向符合右手螺旋关系时，电流取正号。 在电机和变压器的磁路计算中，上式可简化为 ∑∑=Ni Hl ▲电磁感应定律 ①电磁感应定律 e=- dt d N dt d Φ -=ψ 式中，感应电动势方向与磁通方向应符合右手螺旋关系。 ②变压器电动势 磁场与导体间无相对运动，由于磁通的变化而感应的电势称为变压器电动势。电机中的磁通Φ通常是随时间按正弦规律变化的，线圈中感应电动势的有效值为 m fN E φ44.4= ③运动电动势 e=Blv ④自感电动势 dt di L e L -= ⑤互感电动势 e M1=-dt di 2 e M2 =-dt di 1 ▲电磁力定律 f=Bli ▲磁路基本定律 ① 磁路欧姆定律 Φ= A l Ni μ=m R F =Λm F 式中，F=Ni ——磁动势，单位为A ； R m = A l μ——磁阻，单位为H -1； Λm = l A R m μ=1——磁导，单位为H 。
② 磁路的基尔霍夫第一定律 0=?s Bds 上式表明，穿入（或穿出）任一封闭面的磁通等于零。 ③ 磁路的基尔霍夫第二定律 ∑∑∑==m R Hl F φ 上式表明，在磁路中，沿任何闭合磁路，磁动势的代数和等于次压降的代数和。 磁路和电路的比较 第二章 直流电动机 一、直流电机的磁路、电枢绕组和电枢反应 ▲磁场是电机中机电能量转换的媒介。穿过气隙而同时与定、转子绕组交链的磁通为主磁通；仅交链一侧绕组的磁通为漏磁通。直流电机空载时的气隙磁场是由励磁磁动势建立的。空载时，主磁通Φ0与励磁磁动势F 0的关系曲线Φ0=f （F 0）为电机的磁化曲线。从磁化曲线可以看出电机的饱和程度，饱和程度对电机的性能有很大的影响。 ▲ 电机的磁化曲线仅和电机的几何尺寸及所用的材料有关，而与电机的励磁方式无关。电 机的运行特性与磁化曲线密切相关。设计电机时，一般使额定工作点位于磁化曲线开始弯曲的部分，这样既可保证一定的可调节度，又不至于浪费材料。 ▲ 直流电机电枢绕组各元件间通过换向器连接，构成一个闭合回路，回路内各元件的电动 势互相抵消，从而不产生环流。元件内的电动势和电流均为交变量，通过换向器和电刷间的相对运动实现交直流转换。电刷的放置原则是：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。因此，电刷应放在换向器的几何中性线上。对端接对称的元件，换向器的几何中性线应与主极轴线重合。 ▲ 不同型式的电枢绕组均有①S=K=Z ；②y 1=Z i /2p ε=整数；③y=y 1+y 2。其中，S 为元 件数，K 为换向片数，Z i 为虚槽数，p 为极对数，y 1为第一节距，y 2为第二节距，y 为合成节距，ε为小于1的分数，用来把y 1凑成整数。对单叠绕组，y=±1，y 2小于0，并联支路对数a=p ，即每极下元件串联构成一条支路。对单波绕组，y 2大于零，a=1，即所有同极性下元件串联构成一条支路。
电机基本知识 电机是电动机和发电机的统称，通常分为直流电机和交流电机两大类，交流电机分为异步电机与同步电机两类。这里介绍一下同步电机、异步电动机、电机产品型号编制方法、工作制（S 类）、防护型式：IPXX 、电机安装结构型IMXX 、绝缘等级、异步电动机额定数据、异步电机主要技术指标、电机选型要点。1 、同步电机转子转速与旋转磁场的转速相同的一种交流电机，它具有可逆性。可作发电机运行，也可作电动机运行，还可作补偿机运行。2 、异步电动机异步电动机是一种基于电与磁相互依存又相互作用而达到能量转换目的的机械。它的定子、转子在电路上是彼此独立的，但又是通过电磁感应而相互联系的，其转子转速永远低于旋转磁场的转速，即存在有转差率，故称为异步电动机。工作原理：电机定子通入三相交流电时即可产生旋转磁场，假设旋转磁场为顺时针转动，静止的笼形转子切割磁力线产生感应电流，通电导体在磁场中受力，且此转矩与磁场旋转方向一致，所以转子便顺着旋转磁场方向转动起来。3 、电机产品型号编制方法产品型号由产品代号、规格代号、特殊环境代号和补充代号等四个部分组成，示例：我公司低压电机（1140V 及以下）主要产品代号有：Y 、YDDC 、Y A 、YB2 、YXn 、Y AXn 、YBXn 、YW 、YBF 、YBK2 、YBS 、YBJ 、YBI 、YBSP 、YZ 、YZR 等；高压电机（3000V 及以上）主要产品代号有：Y 、YKK 、YKS 、Y2 、Y A 、YB 、YB2 、YAKK 、Y AKS 、YBF 、YR 、YRKK 、YRKS 、TAW 、YFKS 、QFW 等。常用特殊环境代号有：W （户外型）、WF1 （户外防中等腐蚀型）、WF2 （户外防强腐蚀型）、F1 （户内防中等腐蚀型）、F2 （户内防强腐蚀型）、TH （湿热带型）、WTH （户外湿热带型）、TA （干热带型）、T （干、湿热合型）、H （船或海用）、G （高原用）。4 、工作制（S 类）S1— 连续工作制S2— 短时工作制S3-- 断续周期工作制S4— 包括起动的断续工作制S5— 包括电制动的断续工作制S6— 连续周期工作制S7— 包括电制动的连续周期工作制S8— 包括变速负载的连续周期工作制S9— 负载和转速非周期变化工作制5 、防护型式：IPXX 第一位数字表示：防止人体触及或接近壳内带电部分及壳内转动部件，以及防止固体防异物进入电机。第二位数字表示：防止由于电机进水而引起的有害影响。第一位数字、第二位数字含义见下表；第一位表征数字含义: 无防护电机 1 防止> φ50mm 固体进入壳内 2 防止> φ12mm 固体进入壳内 3 防止> φ 2.5mm 固体进入壳内 4 防止> φ1mm 固体进入壳内 5 防尘电机第二位数字表示：防止由于电机进水而引起的有害影响。含义见下表；第二位表征数字含义： 无防护电机 1 垂直滴水无有害影响
一、主要内容 磁场、磁感应强度，磁场强度、磁导率，全电流定律，磁性材料的B-H 曲线，铁心损耗与磁场储能，电感，电磁感应定律，电磁力与电磁转矩。 二、基本要求 牢固掌握以上概念对本课程学习是必须的。 三、注意点 1、欧姆定律：作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通m F Φ=Λ，1m m S R l μΛ== 2、22 22m S fN S N l X L N l μμωωπω==Λ== 3、随着铁心磁路饱和的增加，铁心磁导率μFe 减小，相应的磁导、电抗也要减小。
一、主要内容 额定值，感应电动势、电压变比，励磁电流，电路方程、等效电路、相量图，绕组归算，标幺值，空载实验、短路实验及参数计算，电压变化率与效率。 三相变压器的联接组判别。三相变压器绕组的联接法和磁路系统对相电势波形的影响。 二、基本要求 熟练掌握变压器的基本电磁关系，变压器的各种平衡关系。 三种分析手段：基本方程式、等效电路和相量图。正方向确定，基本方程式、相量图和等效电路间的一致性。 理解变压器绕组的归算原理与计算。熟练掌握标幺值的计算及数量关系。 熟悉变压器参数的测量方法，运行特性分析方法与计算。 掌握三相变压器的联接组表示与确定。 三、注意点 1、变压器的额定值对三相变压器来说电压、电流均为线值，功率是三相视在功率，计算时一定要注意。三相变压器参数计算时，必须换成单相数值，最后结果再换成三相值。 2、励磁阻抗的物理意义，与频率和铁心饱和度的关系。 3、变压器的电势平衡、磁势平衡和功率平衡（功率流程图）。 4、变压器参数计算（空载试验一般在低压侧做，短路实验一般在高压侧做。在哪侧做实验，测出来的就是哪侧的数值，注意折算！） 5、变压器的电压调整率和效率的计算（负载因数1I β*=）。 6、单相变压器中励磁电流、主磁通和感应电势的波形关系，三相变压器的铁心结构和电势波形。 7、联接组别的判别。 8、变压器负载与二次侧接线方式要一致，若不一致，必须将负载?-Y 变换。
电机基本知识及故障诊断 南阳防爆集团有限公司 赵泰忠 二00四年五月
电机基本知识及故障诊断 一、电机基本知识 电机是电动机和发电机的统称，通常分为直流电机和交流电机两大类，交流电机分为异步电机与同步电机两类。 1、同步电机 转子转速与旋转磁场的转速相同的一种交流电机，它具有可逆性。可作发电机运行，也可作电动机运行，还可作补偿机运行。 2、异步电动机 异步电动机是一种基于电与磁相互依存又相互作用而达到能量转换目的的机械。它的定子、转子在电路上是彼此独立的，但又是通过电磁感应而相互联系的，其转子转速永远低于旋转磁场的转速，即存在有转差率，故称为异步电动机。 工作原理：电机定子通入三相交流电时即可产生旋转磁场，假设旋转磁场为顺时针转动，静止的笼形转子切割磁力线产生感应电流，通电导体在磁场中受力，且此转矩与磁场旋转方向一致，所以转子便顺着旋转磁场方向转动起来。 3、电机产品型号编制方法 产品型号由产品代号、规格代号、特殊环境代号和补充代号等四个部分组成，示例： YB2 - 200L-2 WF1 特殊环境代号（户外防中等腐蚀） 规格代号（中心高-铁心长度-极数/大 型电机用功率-极数/铁心外径表示） 产品代号（隔爆型三相异步电动机）
我公司低压电机（1140V及以下）主要产品代号有：Y、YDDC、YA、YB2、YXn、YAXn、YBXn、YW、YBF、 YBK2、YBS、YBJ、YBI、YBSP、YZ、YZR等；高压电机（3000V及以上）主要产品代号有：Y、YKK、YKS、Y2、YA、YB、YB2、YAKK、YAKS、YBF、YR、YRKK、YRKS、TAW、YFKS、QFW等。 常用特殊环境代号有：W（户外型）、WF1（户外防中等腐蚀型）、WF2（户外防强腐蚀型）、F1（户内防中等腐蚀型）、F2（户内防强腐蚀型）、TH（湿热带型）、WTH（户外湿热带型）、TA（干热带型）、T（干、湿热合型）、H（船或海用）、G（高原用）。 4、工作制（S类） S1—连续工作制 S2—短时工作制 S3--断续周期工作制 S4—包括起动的断续工作制 S5—包括电制动的断续工作制 S6—连续周期工作制 S7—包括电制动的连续周期工作制 S8—包括变速负载的连续周期工作制 S9—负载和转速非周期变化工作制 5、防护型式：IPXX 第一位数字表示：防止人体触及或接近壳内带电部分及壳内转动部件，以及防止固体防异物进入电机。第二位数字表示：防止由于电机进水而引起的有害影响。第一位数字、第二位数字含义见下表；
1. 空载、负载磁场、漏磁场的产生： 直流电机、变压器、异步电机、同步电机空载时的主磁场各是由什么产生的？ 直流电机、变压器、异步电机、同步电机负载时的合成磁场各是由什么产生的？ 漏磁场是如何产生的？何时有？何时无？ 2. 磁势平衡方程、电枢反应问题 变压器、异步电机中，磁势平衡方程说明了什么？ 直流电机、同步电机中，电枢反应的物理意义是是什么？ 磁势平衡和电枢反应有何联系？ 3. 数学模型问题： I. 直流电机： u = E + I ×ra （+ 2U b ）（电动） E = u + I ×ra （+ 2U b ）（发电） E = C E n C E = PN a /60/a T E = C M I a C M = PN a /2/a 其中N a 上总导体数 II. 变压器： 折算前1 1 1 1 2222120121022/m L U E I Z U E I Z I I k I E kE E I Z U I Z ?=-+?=-??+=??=??-=? ?=?&&&&&& &&&&&&&&& 折算后 1 1 11 2222012121022'''''''''m L U E I Z U E I Z I I I E E E I Z U I Z ?=-+?=-??=+??=??-=??=?&&&&&&&&&&&&&&&
III. 异步电机：f 折算后()1111 2222σ012121m m //i e U E I Z E I R s jX I I I k E k E E I Z ?=-+?=+??=+??=??=-? &&&&& &&&&&&& w 折算后()1 1 11 2 222σ102 12 10m /j U E I Z E I R s X I I I E E E I Z ?=-+?''''=+??'=-??'=??=-?&&&&& &&& && && 未折算时 ()1 1 11 22222201212221m m , , s s s s s e s U E I Z E I R jX X sX F F F E k E E sE E I Z σσσ ?=-+?=+=??=+??==??=-? &&&&& r r r && && IV. 同步电机：0()a d ad q aq a d d q q E U I R jX jI X jI X U IR jI X jI X σ=++++=+++&&&&&&&&&（凸极机、双反应理论） 0()a a a t E U I R jX jIX U IR jIX σ=+++=++&&&&&&&（隐极机） 4. 等效电路： I. 直流电动机： II. 变压器： III.异步动机： IV. 同步发电机： 隐极机 5. 相量图及其绘制 I ． 直流电机： （无） II ． 变压器：
电机学上册复习重点——第2篇变压器
第二篇 变压器 一、填空： 1. 一台单相变压器额定电压为380V/220V ，额定频率为50HZ ，如果误将低压侧接 到380V 上，则此时m Φ ,0I ,m Z ,Fe p 。（增加，减少或不变） 答：m Φ增大，0I 增大，m Z 减小，Fe p 增大。 2. 一台额定频率为50Hz 的电力变压器接于60Hz ，电压为此变压器的6/5倍额定 电压的电网上运行，此时变压器磁路饱和程度 ，励磁电 流 ，励磁电抗 ，漏电抗 。 答：饱和程度不变，励磁电流不变，励磁电抗增大，漏电抗增大。 3. 三相变压器理想并联运行的条件是（1） ， （2） ，（3） 。 答：（1）空载时并联的变压器之间无环流；（2）负载时能按照各台变压器的容量合理地分担负载；（3）负载时各变压器分担的电流应为同相。 4. 变压器空载运行时功率因数很低，其原因为 。 答：激磁回路的无功损耗比有功损耗大很多，空载时主要由激磁回路消耗功率。 5. 一台变压器，原设计的频率为50Hz ，现将它接到60Hz 的电网上运行，额定电 压不变，励磁电流将 ，铁耗将 。 答：减小，减小。 6. 引起变压器电压变化率变化的原因是 。 答：负载电流的变化。
7.如将额定电压为220/110V的变压器的低压边误接到220V电压，则激磁电流 将，变压器将。 答：增大很多倍，烧毁。 8.联接组号不同的变压器不能并联运行，是因为。 答：若连接，将在变压器之间构成的回路中引起极大的环流，把变压器烧毁。9.变压器副边的额定电压指。 答：原边为额定电压时副边的空载电压。 10.通过和实验可求取变压器的参数。 答：空载和短路。 11.变压器的结构参数包括，，，，。 答：激磁电阻，激磁电抗，绕组电阻，漏电抗，变比。 12.既和原边绕组交链又和副边绕组交链的磁通为，仅和一侧绕组交链的磁 通为。 答：主磁通，漏磁通。 13.变压器的一次和二次绕组中有一部分是公共绕组的变压器是。 答：自耦变压器。 14.并联运行的变压器应满足（1），（2）， （3）的要求。 答：（1）各变压器的额定电压与电压比应相等；（2）各变压器的联结组号应相同；（3）各变压器的短路阻抗的标幺值要相等，阻抗角要相同。 15.变压器运行时基本铜耗可视为，基本铁耗可视为。 答：可变损耗，不变损耗。
电机学_在线作业_2 交卷时间：2016-05-06 13:43:20 一、单选题 1.(5分)给变比为2的单相变压器一次边绕组加220V的直流的电压, 则其二次边输出电压为( )? A. 110V ? B. 55V ? C. 0V ? D. 440 纠错 得分： 5 知识点：电机学 2.(5分)准确判断变压器的联结组别，是为了( ) ? A. 解决电流稳定问题 ? B. 解决多台变压器能否并联的问题 ? C. 解决相序一致的问题 ? D. 解决电压稳定问题 纠错 得分： 5 知识点：电机学
3.(5分)一台三相感应电动机其额定值为0.75(功率因数)，0.8(效率)，3Kw，380V(Y)。额定运行时定子电流为( ) ? A. 7.3A ? B. 6.08A ? C. 7.6A ? D. 6.5A 纠错 得分： 5 知识点：电机学 4.(5分)一台变压器，当外施电压低于额定值时，变压器铁心的饱和度相对于外施电压为额定值时将( ) ? A. 升高 ? B. 不变 ? C. 过饱和 ? D. 降低 纠错 得分： 0 知识点：电机学 5.(5分)一台与大电网并联运行的隐极同步发电机，其功率角θ为200，求（1）：增加励磁使E0增加一倍，θ变为( ) ? A. 9.84°
? B. 40° ? C. 10° ? D. 12.5° 纠错 得分： 5 知识点：电机学 6.(5分)当电网电压降低时，变压器的激磁电抗值变( )? A. 为0 ? B. 不变 ? C. 大 ? D. 小 纠错 得分： 5 知识点：电机学 7.(5分)同步发电机正常工作时，它的( ) ? A. 转速与频率同步 ? B. 转速与频率不同步 ? C. 转速与频率无关 ? D. 转速等于频率 纠错 得分： 5
关于电机44个基本知识点 1 . 单相变压器空载时的电流与主磁通不同相位，存在一个相位角度差aFe，因为存在铁耗电流。空载电流是尖顶波形，因为其中有较大的三次谐波。 2 . 直流电机电枢绕组中流动的也是交流电流。但其励磁绕组中流的是直流电流。直流电动机的励磁方式有他励、并励、串励、复励等。 3 . 直流电机的反电势表达式为E =CE F n；而电磁转矩表达式则为Tem =CTFI。 4 . 直流电机的并联支路数总是成对的。而交流绕组的并联支路数则不一定。 5 . 在直流电机中，单叠绕组的元件是以一个叠在另外一个之上的方式，串联而成的。无论是单波绕组、还是单叠绕组，换向片将所有元件串联在一起、构成了一个单一的闭合回路。 6 . 异步电机又称感应电机，因为异步电机的转子电流是通过电磁感应而产生的。 7 . 异步电动机降压起动时，起动转矩减小，起动转矩和绕组的起动电流的平方成正比地减小。 8 . 一次侧电压的幅值、频率不变时，变压器的铁心的饱和程度是基本不变的，励磁电抗也基本不变。 9 . 同步发电机的短路特性是一条直线，三相对称短路时磁路是不饱和的；三相对称稳态短路时，短路电路为纯去磁的直轴分量。 10 . 同步电机励磁绕组中的电流是直流电流，励磁方式主要有励磁发电机励磁、静止整流器励磁、旋转整流器励磁等。 11 . 三相合成磁动势中没有偶次谐波；对称三相绕组通对称三相电流，其合成磁动势中没有3的倍数磁谐波。 12 . 三相变压器一般都希望有某一侧是三角形连接或者有某一侧中点接地。因为三相变压器的绕组联结都希望有三次谐波电流的通路。 13 . 对称三相绕组通对称三相电流时，其合成磁动势中的5次谐波是反转的；7次谐波是正转的。
电机学知识点总结 直流电动机知识点 1、直流电动机主要结构是定子和转子；定子主要包括定子铁心、励磁绕组、电刷。转子主要包括转子铁心、电枢绕组、换向器。 2、直流电动机通过电刷与换向器与外电路相连接。 3、直流电动机的工作原理：通过电刷与换向器之间的切换，导体内的电流随着导体所处的磁极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终不变。 4、通过电刷和换向器将外部通入的直流电变成线圈内的交变电流的过程叫做“逆变”。 5、励磁方式分为他励式和自励式；自励式包括并励式、串励式和复励式。（只考他励式和并励式，掌握他励式和并励式的图形） 6、直流电机的额定值：①额定功率PN 对于发电机额定功率指线端输出的电功率；对于电动机额定功率指轴上输出的机械功率。②额定电压、额定电流均指额定状态下电机的线电压线电流。 7、磁极数=电刷数=支路数（2p=电刷数=2a，p为极对数，a为支路对数） 8、空载时电极内的磁场由励磁绕组的磁动势单独作用产生，分为主磁通和漏磁通两部分。 9、电枢反应：负载时电枢磁动势对气隙主磁场的影响。 10、电刷位置是电枢表面电流分布的分界线。 11、交轴电枢反应的影响：①使气隙磁场发生畸变；②物理中线偏离几何中线；③饱和时具有一定的去磁作用。 12、电刷偏离几何中线时，出现直轴。 13、Ea=CeΦn Te=CTΦIa CT=9.55Ce 14、发电机 Ea=U+IaRa 电动机 U=Ea+IaRa 15、他励发电机的特性（主要掌握外特性U=f(I)） 曲线向下倾斜原因①U=Ea‐IaRa；随着负载电流I增大，电枢电阻压降 IaRa 随之增大，所以U减小。②交轴电枢反应产生一定的去磁作用；随着负载的增加，气隙磁通Φ和电枢电动势Ea将减小，再加上IaRa的增大使电压的下降程度增大。
电机学主要知识点复习提纲 一、直流电机 A. 主要概念 1. 换向器、电刷、电枢接触压降2?U b 2. 极数和极对数 3. 主磁极、励磁绕组 4. 电枢、电枢铁心、电枢绕组 5. 额定值 6. 元件 7. 单叠、单波绕组 8. 第1节距、第2节距、合成节距、换向器节距 9. 并联支路对数a 10. 绕组展开图 11. 励磁与励磁方式 12. 空载磁场、主磁通、漏磁通、磁化曲线、每级磁通 13. 电枢磁场 14. （交轴、直轴）电枢反应及其性质、几何中性线、物理中性线、移刷 15. 反电势常数C E 、转矩常数C T 16. 电磁功率 P em 电枢铜耗 p Cua 励磁铜耗 p Cuf 电机铁耗 p Fe 机械损耗 p mec 附加损耗 p ad 输出机械功率 P 2 可变损耗、不变损耗、空载损耗 17. 直流电动机（DM ）的工作特性 18. 串励电动机的“飞速”或“飞车” 19. 电动机的机械特性、自然机械特性、人工机械特性、硬特性、软特性 20. 稳定性 21. DM 的启动方法：直接启动、电枢回路串电阻启动、降压启动；启动电流 22. DM 的调速方法：电枢串电阻、调励磁、调端电压 23. DM 的制动方法：能耗制动、反接制动、回馈制动 B. 主要公式： 发电机：P N ＝U N I N (输出电功率) 电动机：P N ＝U N I N ηN (输出机械功率) 反电势： 60E a E E C n pN C a Φ==
电磁转矩： em a 2T a T T C I pN C a Φπ== 直流电动机（DM ）电势平衡方程：a a E a a U E I R C Φn I R =+=+ DM 的输入电功率P 1 ： 12 ()()a f a f a a a f a a a f em Cua Cuf P UI U I I UI UI E I R I UI EI I R UI P p p ==+=+=++=++=++ 12em Cua Cuf em Fe mec ad P P p p P P p p p =++=+++ DM 的转矩方程：20d d em T T T J t Ω --= DM 的效率：21 112 100%100%(1)100%P P p p P P P p η-∑∑=?=?=-?+∑ 他励DM 的转速调整率： 0N N 100%n n n n -?=? DM 的机械特性：em 2T j a j a a )(T Φ C C R R ΦC U ΦC R R I U n E E E +-=+-= . 并联DM 的理想空载转速n 0： 二、变压器 A. 主要概念 1. 单相、三相；变压器组、心式变压器；电力变压器、互感器；干式、油浸式变压器 2. 铁心柱、轭部 3. 额定容量、一次侧、二次侧 4. 高压绕组、低压绕组 5. 空载运行，主磁通Φ、漏磁通Φ1σ及其区别，主磁路、漏磁路 空载电流、主磁通、反电动势间的相位关系，铁耗角 6. Φ、i 、e 正方向的规定。 7. 变比、二次侧空载电压、二次侧额定电压 8. 励磁电抗X m 、励磁电阻R m 、一次侧漏电抗X 1σ、二次侧漏电抗X 2σ 9. 负载运行时变压器的原理示意图 10. 变压器的磁势平衡 11. 绕组折算原则、折算方法、作用 12. 功率因数滞后时的变压器相量图画法 13. T 型等效电路、Γ型等效电路、简化等效电路 14. 空载试验、短路试验的用途、注意事项 15. 标幺值、基准的选择 16. （不同负载时的）电压变化率，短路阻抗、短路电阻、负载系数 17. 效率最大值发生的条件 18. 三相变压器的磁路：组式、心式
防爆电动机基本知识认知
目录 一、旋转电机的定义是什么？ (3) 二、旋转电机是如何分类的？ (4) 三、旋转电机的基本原理是什么？ (5) 四、旋转电机设计时的模拟电路？ (8) 五、旋转电机有哪些性能参数指标？ (9) 六、电机制造常用标准有哪些？ (11) 七、电动机型号编制方法（GB4831-1984电机产品型号编制方法） (13) 八、电动机电压等级的选择 (16) 九、电机轴中心高 (16) 十、电机绝缘等级 (17) 十一、电机工作制（GB 755-2000旋转电机定额和性能） (17) 十二、防护型式IPXX （GB/T 4208-1993 外壳防护分级（IP代码）） (18) 十三、电机安装结构型式（GB/T 997-2003旋转电机结构及安装型式(IM代码)） (19) 十四、电机冷却方法（GB/T 1993-1993旋转电机冷却方法） (20) 十五、湿热带、干热带环境用电动机采取的措施 (21) 十六、防腐电机应采取的措施 (22) 十七、电动机振动限值 (22) 十八、电机选型要点 (23) 十九、电动机基本特征 (23)
一、旋转电机的定义是什么？ 旋转电机(以下简称电机)是依靠电磁感应原理而运行的旋转电磁机械，用于实现机械能和电能的相互转换。发电机从机械系统吸收机械功率，向电系统输出电功率；电动机从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。 电机运行原理基于电磁感应定律和电磁力定律。电机进行能量转换时，应具备能作相对运动的两大部件：建立励磁磁场的部件，感生电动势并流过工作电流的被感应部件。这两个部件中，静止的称为定子，作旋转运动的称为转子。定、转子之间有空气隙，以便转子旋转。 电磁转矩由气隙中励磁磁场与被感应部件中电流所建立的磁场相互作用产生。通过电磁转矩的作用，发电机从机械系统吸收机械功率，电动机向机械系统输出机械功率。建立上述两个磁场的方式不同，形成不同种类的电机。例如两个磁场均由直流电流产生，则形成直流电机；两个磁场分别由不同频率的交流电流产生，则形成异步电机；一个磁场由直流电流产生，另一磁场由交流电流产生，则形成同步电机。 电机的磁场能量基本上储存于气隙中，它使电机把机械系统和电系统联系起来，并实现能量转换，因此，气隙磁场又称为耦合磁场。 当电机绕组流过电流时，将产生一定的磁链，并在其耦合磁场内存储一定的电磁能量。磁链及磁场储能的多少随定、转子电流以及转子位置不同而变化，由此产生电动势和电磁转矩，实现机电能量转换。这种能量转换理论上是可逆的，即同一台电机既可作为发电机也可作为电动机运行。但实际上，一台电机制成后，由于两种运行状态下电机的参数和特性方面的原因，很准满足两种运行状态下的客观要求，因此，同一台电机不经改装和重新设计，不可任意改变其运行状态。 电机内部能量转换过程中，存在电能、机械能、磁场能和热能。热能是由电机内部能量损耗产生的。 对电动机而言： 从电源输入的电能＝耦合电磁场内储能增量+电机内部的能量损耗+输出的机械能对发电机而言： 从机械系统输入的机械能＝辐合电磁场内储能增量+电机内部的能量损耗+输出的电能
磁路 铁磁材料的磁阻 磁路欧姆定律 磁路的基尔霍夫第一、二定律 剩磁，矫顽力 软磁材料，硬磁材料 铁耗包括哪两种，各是什么，是什么原因导致的，产生它的前提条件是什么？磁滞回线，基本磁化曲线 直流发电机工作原理 磁通量，磁通密度，电感，磁场强度各自单位 1.磁通恒定的磁路称为直流磁路，磁通随时间变化的磁路称为交流磁路。 2.电机和变压器常用的铁心材料为软磁材料。 3.铁磁材料的磁导率远大于非铁磁材料的磁导率。 4.在磁路中与电路中的电势源作用相同的物理量是磁动势。 5.若硅钢片的叠片接缝增大，则其磁阻。 A增加B减小C基本不变 6.在电机和变压器铁心材料周围的气隙中磁场。 A存在B不存在C不好确定 7.磁路计算时如果存在多个磁动势，则对磁路可应用叠加原理。 A线形B非线性C所有的 8.铁心叠片越厚，其损耗。 A越大B越小C不变 变压器 基本方程、等效电路 空载实验、短路实验的原理与方法 标幺值 最大效率 三相变压器的连接组别 三相变压器的磁路结构及其对运行的影响 变压器工作原理、并联运行的条件、波形问题 T形等效电路，各变量意义 空载试验和短路实验目的 绕组的折算方式 折算后的关系，阻抗，电压，电流等 “4.44”公式 空载时的电势方程、空载等效电路 负载时的电势平衡方程
1.如将变压器误接到等电压的直流电源上时，由于E=近似等于U ，U=IR ，空载电流将很大，空载损耗将很大。 2.如将额定电压为220/110V 的变压器的低压边误接到220V 电压，则激磁电流将增大。 3.通过空载 和短路实验可求取变压器的参数。 4.在采用标幺制计算时，额定值的标幺值为1。 5.既和原边绕组交链又和副边绕组交链的磁通为主磁通，仅和一侧绕组交链的磁通为漏磁通。 6.并联运行的变压器应满足（1）各变压器的额定电压与电压比应相等，（2）各变压器的联结组号应相同；（3）各变压器的短路阻抗的标幺值要相等，阻抗角要相同。 7.变压器运行时基本铜耗可视为可变损耗，基本铁耗可视为不变损耗。 8.一台双绕组单相变压器，其主磁通在一、二次侧线圈中产生的每匝电动势分别为e c 1和e c 2，则应有（ ） (A)e c 1> e c 2 (B)e c 1< e c 2 (C)e c 1= e c 2 (D)无法确定 9.一台额定电压为220/110V 的单相变压器，若将高压侧接到250V 电源上，其激磁电抗将（ ） (A) 增大 (B) 减小 (C) 不变 (D)无法确 10.一台单相变压器，空载与额定运行时一、二次侧端电压之比分别为29:5和145:24，则电压变化率为（ ） (A) 4% (B) 4.17% (C) -4% (D) -4.17% 11.变压器负载运行时副边电压变化率随着负载电流增加而增加 。 对 12.变压器空载运行时，电源输入的功率只是无功功率 。 错 13.变压器空载运行时原边加额定电压，由于绕组电阻r1很小，因此电流很大。 错 14.变压器空载和负载时的损耗是一样的。 错 15.只要使变压器的一、二次绕组匝数不同，就可达到变压的目的。 对 16.变压器的R k 、X k 、R m 、X m 各代表什么物理意义？磁路饱和是否对R m 、X m 有什么影响？ 2-2 一台60Hz 的变压器接到50Hz 的电源上运行时，若额定电压不变，问激磁电流、铁耗、漏抗会怎样变化？ 分析思路：列出与激磁电流、铁耗、漏抗相关的式子，分析当频率变化时，各个式子中相应量的变化，从而得出所求量的变化趋势。 对于铁耗 '21R R R R k k +=：变压器的短路电阻，' 21σσX X X X k k +=变压器的短路电抗，：的折算值。 和漏电抗 分别为二次绕组的电阻和和漏电抗， 分别为一次绕组的电阻和其中'2' 211σ σX R X R 增加而减小。 都随着磁路饱和程度的 和m m X R 用伏安法测量。 的等效电阻，不能直接是反映变压器铁耗大小变压器的励磁电阻，它：m R 磁效应。 映了主磁通对电路的电变压器的励磁电抗，反 ：m X