第三章直流电机的稳态分析
主要内容：研究直流电机的稳态运行，对直流电机的工作原理、结构、电路、磁路及运行原理和换向问题加以分析，并对直流电机的启动、调速和制动进行了分析。
3-1直流电机的工作原理和基本结构
电机是由两大部分组成1、静止部分——定子
2、旋转部分——转子
一、直流电机的静止部分（定子）
1、主磁极
主磁通的作用是建立主磁场。主磁极由主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组组成它的，铁心是由1～1.5mm厚的钢板冲片叠压紧固而成。极靴的作用是使主磁通在过气隙时分布的更合理并且固定励磁绕组。
2、机座
其作用一是作为磁路的一部分，二是固定主极，换向极和端盖。通常是用铸钢或厚钢板焊成，机座中有磁通通过的部分称为磁轭。3、换向极
换向极装在两极之间。其作用是用来改善换向，也是由铁心和绕组组成，换向极绕组与电枢绕组串联。
4、电刷装置
电刷装置是电枢电路的引入（或引出）装置，通过它可以把电机旋转部分的电流引出到静止的电路里，它与换向器配合才能使电机获得直流电机的效果。
二、直流电机的转动部分
1、电枢铁心
电枢铁心即是主磁路的组成部分,又是电枢部分绕组的支撑部件.为减少电枢铁心内的涡流损耗,铁心一般采用0.5mm厚的DR530或DR510的硅钢片叠压而成.
2、电枢绕组.
电枢绕组叠放在电枢铁心的槽内,是由按一定规律联接的线圈组成.它是直流电机的电路部分.上、下层之间及线圈与铁心之间都要有绝缘,槽口处用槽楔压紧.
3、换向器
换向器也是直流电机的重要部件，在发电机中可将电枢绕组中交变的电流转换成电刷上的直流，起整流作用，而在直流电动机中将电刷上的直流变为电枢绕组内的交流，即起逆变作用。
换向器由许多换向片组成，片间用云母绝缘，电枢绕组的每个线圈的两端分别接到两个换向片上.
三、电流电机的工作原理
1、直流电动机的工作原理
我们首先分析一个简单的物理模型，图中N.S是一对磁铁,它可以是永久磁铁,也可以为电磁铁，所谓电磁铁就是在磁极铁心上绕上励磁线圈且通入直流，便产生固定的极性。
两极间装一转动的线圈，当线圈abcd中通入直流电流，此时载流导体在磁场受到力的作用，根据电磁力定律，
力的大小为f=bli 方向由左手定则判断
在力的作用下使线圈按逆时针方向旋转，当线圈转过180度后,所产生的电磁转距变成顺时针方向了，所以这种物理模型不能作连续运转.要使电枢受到一个方向不变的电磁转距.关键在于旋转过程中应保持每极下导体中甸柳的方向不变，即流过线圈中的电流方向及时的加以变换，即进行所谓”换向”，为此必须增加换向器装置.
换向器由互相绝缘的换向片构成,装在轴上与电枢一同旋转,换向器又与两个固定不动的电刷B1、B2相接触，这样当直流电压加于电刷
时，换向器的作用使外电路的直流电流改为线圈内的交变电流，这种换向作用称为逆变，以保证每极下导体中所流过的电流方向不变,从而使电机连续的旋转，这就是直流电动机的工作原理。
2、直流发电机的工作原理
直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电势靠换向器的作用，从电刷端引出时为直流电势的原理，如上图所示模型中,电刷上不加直流电压，用原动机拖动电枢按逆时针方向旋转,根据电磁感应定律导体ab和cd分别切割不同极下的磁力线而感应电势
e=BLV 方向由右手定则判定
整个线圈的电势. E ad=2BLV
当电枢逆时针转过180度时,线圈边中和整个线圈电势反向,随着电枢的旋转线圈中感应出交变电势，而在电刷两端的电势却为直流电势。由于换向器的作用,电刷B1通过换向片所引出的电势始终是切割N极磁力线的线圈中的电势，因此B1始终是正极性，同理B2始终是负极性.所以电刷端引出方向不变,但大小变换的脉振电势,这就是直流发电机的工作原理.
3、直流电机运行的可逆性
从以上对直流发电机和直流电动机的分析可看出一台直流电机即可作为发电机运行,也可以作为电动机运行,只是外界条件不同而已.一个是输入机械能,一个是输入电能,这种既能作发电机运行,又能作电动机运行的原理,在电机理论中称为可逆原理.
4、脉动的减小
为了减小电枢感应电动机和电磁转距的脉动,实际的电枢绕组由许多线圈串联而成.脉动可减小下图为3个线圈产生的电动势之和.可见其脉动
程度较1个线圈大大减小,电磁转距的情况与电势类似,实际的一台直流电机,每极下线圈很多,则作为发电机运行可获得直流电势.
四、励磁方式
我们知道直流电机的磁场,可以由永久磁场产生.也可以由励磁绕组产生.前者为永久磁场后者为电磁场,一般来讲永久磁铁的磁场较弱,所以现在绝大多数直流电机的主磁场都是由励磁绕组通以直流励磁电流产生的.我们称这种磁场为直流电机的主磁场,有时也称为励磁磁场.
励磁绕组的供电方式称为励磁方式.直流电机的运行性能因励磁方式的不同而不同,按照励磁方式的不同,直流电机分他励和自励两大类.
1、他励直流电机
励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源供电的直流电机电枢电流等于负载电流Ia=I
2、并励直流电机
励磁绕组与电枢绕组并联后加同一电压
.对发电机:Ia=I+I f对于电动机:I=Ia+I f
3、串联直流电机
励磁绕组与电枢绕组串联
I=Ia=I f
4、复励直流电机
具有两个励磁绕组,一个与电枢并联.一个与电枢绕组串联.
电枢与并联绕组并联后再与串励磁绕组串联称短复励.
电枢与串联绕组串联后再与并励磁绕组并联称长复励.
若串励绕组与并励绕组产生的磁势方向相同为积复励,相反为差复励.
五、直流电机的额定值
每台直流电机绕组的机座都有一个铭牌,上面标注一些额定数据,若电机运行时,各数据符合额定值,这样的运行情况称为额定工况,在额定下运行,可保证电机可靠的运行,并具有优良的性能.
根据国标，直流电机的额定数据有：
1、额定功率P N（千瓦KW）
2、额定电压U N（伏V）
3、额定电流I N（安A）
4、额定转速n N(转/分r/min)
5、额定励磁电压U Fn （伏V）
6、额定励磁电流I fN（安A）
注、对发电机额定功率为P N= U N I N
对电动机额定功率为P N= U N I NηN P1= U N I N
3-2直流电机的电枢绕组
电枢绕组是直流电机的电路部分,也是直流电机的核心部分,是实现机电能量转换的枢纽,无论是电动机还是发电机,它们的电枢绕组在磁场中旋转,都会感应出电势，当电枢中有电流时，又产生电磁转矩，从而实现了机电能量的转换。
电枢绕组的构成应能产生足够的感应电势，并允许通过一定的电枢电流，此外还要节省有色金属和绝缘材料，结构简单，运行可靠。
本节主要介绍单叠和单波绕组的组成及连接规律。
一. 直流电枢绕组的构成
电枢绕组分 1.叠绕组2.波绕组3.混和绕组
组成绕组的基本单元称为元件.元件有单匝,也有多匝,一个元件由
两条导体边和端接线组成。元件边置于槽内称为有效边,端接线置于铁
心外,不切割磁场，仅起连接线作用
一条有效边放在上层，另一
条有效边放在下层构成双层
绕组，元件首尾按一定规律
接到不同的换向器片上，最
后使整个绕组通过换向片连
接城一个闭合回路。
若电枢每槽上、下层只有一
个元件边，则整个绕组元件数s 应等于槽数Q
S=Q
在大型电机中每槽上、下层包含U 个元件，此时
S=UQ U 为槽内一层嵌放的元件边数.
通常把一个上层边和一个下层边在槽内所占的空间作为一个虚槽
Qu
则:Qu=S=UQ
由于一个换向片与不同元件的两个出线端相连接,所以换向片数
K=S
则K=S=Qu
二、直流电枢绕组的节距
电枢绕组的连接规律是通过绕组的节距来表征的,下面分别叙
述各个节距的定义和计算方法.
1. 第一节距y 1
一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的距离称为第一节距用y 1表
示
整数=±=εP
Q y u 21: ε为使y 1凑成整数的一个小数或整数.
每一极距内的虚槽数为:P
Q u 2=τ 极距也可用电枢表面圆弧长度表示即 P D
2πτ=
长距绕组
短距绕组整距绕组ττ
τ
??=1y 常采用短距绕组,可节省端用铜,有利于换向.
2、第二节距y 2
相串连的两个元件中,第一个元件的下层边与第二个元件的上层边
在电枢表面上所跨的距离,称为第二节距。用y 2表示,也用虚槽数计算.
3、合成节距y
相串连的两个元件对应边在电枢表面所跨的距离。不同类型绕组
的差别,主要表现的合成节距上。
所谓叠绕组指各极下元件依次连接，后一个元件总是叠在前一个元件
上，
波绕组指把相隔约为一对极下的同极性磁场下的相应元件串连起
来,像波浪一样向前延伸。
叠绕组 21y y y -=
波绕组 21y y y +=
4、换向器节距yc
一个元件的两个出线端所连接的两个换向片之间所跨的距离,其大
小用换向片数计算.
y y c =
三、单叠绕组
单叠绕组的连接规律是，所有的相邻元件依次串连，连接方法是后一
个元件的首端与前一个元件尾端联在一起并接到一个换向片上，最后
一个元件的尾与第一个元件的首端连在一起.构成一个闭合回路。
1±==c y y
+1为右行，-1为左行，因左行元件接到换向片的连接线需交叉用铜较
多，很少采用。
例：2P=4 S=K=Q u =16 u=1
绘制单叠绕组展开图
1==c y y 44
1621==±=εP Q y u 312=-=y y y 由已确定的各节距，可绘出绕组展开图
按照绕组展开图，可画出该瞬间的电枢电路图
由绕组电路图可清楚地看出，从电刷外面看绕组时是由四条支路并联
组成。1，5，9，13号元件被电刷短路，同极下元件电流方向一致。
综上所述，单叠绕组有以下特点：
1） 单叠绕组的并联支路数2a =应等于电机的极数；
极对数支路对数p a p a ===
2） 当元件几何形状对称时，电刷应放在主机中心线上，此时正、
负电刷间感应电势最大，被电刷所短路元件感应电势为零；
3） 电刷数等于极数；
4） 电刷间引出的电势为每一支路电势，正、负电刷间引出的电流
为各支路电流之和。
四、单波绕组
单波绕组的连接规律是:从某一换向片出发把相隔约为两个极距的
同极性磁场中对应位置的所有元件串连起来。这种绕组连接的特点是
元件两出线端所连换向片相隔较远,相串连的两元件也相隔较远.形状
如波浪一样向前延伸,所以称为波绕组.
P
K y y c 1±== “-”表示左行，“+”表示右行。上式的含义是，绕组绕电枢一周后，
经过P 对极，就由P 个元件串联起来，每个元件在换向器上跨过y c 换
向片，绕一周后需接到起始换向片的左边（k-1），或右边（k+1）一个
换向片上。
例：2P=4 S=K=Q u =15 u=1
绘制单叠绕组展开图
72115=-==c y y 34
341521=-=±=εP Q y u 43712=-=-=y y y
由已确定的各节距，可绘出绕组展开图
按照绕组展开图，可画出该瞬间的电枢电路图
单波绕组有以下特点
1. 同极性下各元件串连起来组成一条之路.
1==a
2. 几何形状对称时电刷应放在主磁极中心线上
3. 电刷数也应等于极数.可减小每组电刷上的电流.改善换向
五、各种绕组的应用范围
除单叠和单波外.还有复叠.复波和混和绕组.
各种绕组的差别主要在于它们的并联支路数上，支路数越多，相应的
每条支路所串联的元件数越少，原则上电流大、电压低的直流电机采
用叠绕组。若电流小，电压高采用波绕组。
3-3空载和负载时直流电机的磁动势和磁场
为了弄清稳态运行时直流电机内部的电磁过程，必须了解空载和
负载时电机内部的磁场，本节介绍直流电机的磁场。
一、空载时直流电机的气隙磁场
空载磁场是在无载情况下（即电枢电流为零），励磁绕组中通入电
流后由励磁磁动势单独建立的磁场。
空载时主磁场分布情况及计算方法已在1-3节中介绍。
空载时主磁场的磁通分两部分，即主磁通和漏磁通。
由于磁极极靴宽度总是小于极距，在极靴下气隙较小，所以极靴下沿电枢表面主磁场较强，极靴以外，气隙加大，主磁场明显削弱，在两极间的几何中性线处磁密为零。气隙磁场磁密分布波形为一礼帽形，如下图：
二、负载时的电枢磁动势
空载时的气隙磁场仅由主磁极上的励磁磁势所建立。当电机带上负载后，电枢绕组中流过电流，从而产生了电枢磁动势。因此负载是电机中的气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。电枢磁动势的出现是气隙磁场发生畸变，并产生电磁转矩，实现了机电能量的转换。
下面对电枢磁动势进行研究：
首先看一下电枢磁场的分布情况，为简单计，绕组为整
距，电刷放在几何中性线上。在一极下元件中电枢电流
的方向相同，根据右手螺旋法则确定了电枢磁场磁力线
的方向如左图所示
1、交轴电枢磁动势
当电刷放在几何中性线上时，点数磁动势的轴线与
主极轴线正交，固称为交轴电枢磁动势。与主极轴线正
交的轴称为交轴，重合的轴称为直轴。
下面分析电枢磁势波形，首先从一个元件入手，将
右图从几何中性线处切开拉直
一个元件时，磁势波形为一个矩形波，三个元件时其磁势波形为三个
矩形波的叠加成为一个三个阶梯的阶梯波，若元件再增多，则其波形
为多个阶梯组成的阶梯波，其波形近似为一三角波，如上图f a (x)所示。
设主极中心取为原点O ，取一经过距原点+x 及-x 的闭合回路，设
Z a 为电枢绕组总导体数，D 为电枢直径，根据安培环路定律，此回路
所含的安培导体数为：
D
i XZ a
a π2 在X 处气隙的磁势为22)2(21)(ττ
π≤
≤-==X AX D i XZ x f a a a D
i Z A a a π= 电枢表面单位长度上的安培导体数称为电负荷。 在几何中性线处，即2τ
=X 处，交轴电枢磁势达到最大值 2τ
A F aq =
2、直轴电枢磁势
若电刷从几何中性线移过β角（相应的电枢表面弧长b β）
将电枢磁动势分为两部分，即交轴分量和直轴分量
)2(βτ
b A F aq -= 为交轴分量的最大值 βAb F ad = 为直轴分量的最大值
当电枢旋转时，组成各支路的元件在变化，由于换向器的作用，每极
下元件中电流方向不变，所以电枢磁势在空间固定不动，即它与主磁
场的分布波形是相对静止的。
三、电枢反应
负载时电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应。如果电枢磁
动势有交轴和直轴分量，则电枢反应就相应的称为交轴电枢反应或直
轴电枢反应。
1、 交轴电枢反应
当电刷放在几何中性线上时，由电枢磁势波（三角波）可的电枢
磁密的分布波形
H x x f x b a a 00)
()()(μδμ== )(x δ为气隙长度， 0μ为空气导磁系数=4π×10-7
有上确定波形为马鞍形（如上图中b a (x)所示）
下面以直流发电机为例进行具体分析，将主极磁场与电枢磁场和
称，便可看出电枢反应的作用。
得出两点结论：
1）气隙磁场发生畸变
2）去磁作用
2、直轴电枢反应
若电刷不在几何中性线上，除交轴电枢磁动势外，还有直轴电枢
磁动势，若为发电机电刷顺电枢旋转方向移β角，直轴电枢反应是去
磁的；若发电机电刷逆电枢旋转方向移β角，直轴电枢反应是增磁的。
电动机情况与发电机正好相反。
3-4直流电动机的感应电动势和电磁转矩
本节将推导电枢的感应电势和电磁转矩的计算公式。
一、 电枢绕组的感应电动势
直流电机无论作为发电机还是作为电动机运行，电枢绕组中都感
应电动势，该感应电势指一条支路的电势（即电刷间的电势），简称电
枢电势。
计算方法是首先推出每根导体的电势，则一条支路中各串联导体
的电动势的代数和即为电枢电势。
右图为气隙磁密分布与元件中电势方向
设电枢导体有效长度为L ，导体切割气隙磁场
的速度为V ，则每根导体的感应电势为：
LV b e x x δ=
x b δ为导体所在处的气隙磁密，
设电枢总导体数为Z a ，支路数为2a, 则每条支路串联导体数为a
Z a 2 则支路电势为： ∑=∑=a Z X a
Z
X a b LV LV b E 2121δδ
各导体所处位置的x b δ互不相同。为简单计引入气隙平均磁密B av ，它等于电枢表面各点气隙磁密的平均值∑=
a
Z X a av b a Z B 2121δ（一极下各导体磁密之和，再除导体数得平均磁密）
将上式带入E a 整理得 av a a B a
Z LV E 2=∴ 又)22(602602602τπτππωp R n p n R R n R V ====
= 电势常数a pZ C n C n a pZ L B n a pZ B a Z n p L E a
e e a av a av a a 6060)(602602=====φφττ
不计饱和时，φ与励磁电流I f 成正比，即f f I K =φ
f e af f af f f e f f e f f a a K C G I G I K C I K C I nK a pZ E π
ππ26026026060=Ω=Ω=Ω==
当磁路饱和时，E a 与Ф、n 成正比；当磁路不饱和时，E a 与I f 、n 成
正比
二、直流电机的电磁转矩
当电枢内同有电流时，载流导体与气隙磁场相互作用产生电磁转矩。
电磁转矩的计算方法为：首先算出一个导体的电磁转矩，再计算一个
极下所有导体的电磁转矩，最后乘以2P 就得到整个电枢产生的电磁转
矩。
设电枢表面任一点的气隙磁密为b δx ,该处导体中流过的电流为i a
有效长度为L ，电枢直径为D ，则作用与该处载流导体上的电磁转矩为：
2
D Li b T a x C δ= 由于一极下导体数为p
Z a 2，则作用于一极下导体的转矩为： x p Z a a x p Z p b D Li D Li b T a a δδ∑=∑=212122∑=p
Z X a av b p Z B 2121
δ 2
2D Li B p Z T a av a p =∴ 作用于整个电枢上的转矩为：22D Li B Z T p T a
av a p e =?=∴ 因为=
===a I i L B p D a a av 22支路电流τφτπ a T a a a a e I C I a pZ p a I L L Z T φφππττφ===∴=
=2)2(21)2)(( =
=a pZ C a T π2 转矩常数 如I a 单位为安（A ）， Ф单位为韦（Wb ），则T e 为牛米（Nm ） e e T C C C 55.9260==
π 不计饱和时，φ与励磁电流I f 成正比，即f f I K =φ
a f af a f f e a f f T e I I G I I K C I I K C T ===∴π
260 当磁路饱和时，T e 与Ф、I a 成正比；当磁路不饱和时，T e 与I f 、I a 成
正比
将E a 两端同乘I a 得：
Ω=Ω=e a f af a a T I I G I E 电磁功率
上式表明无论是电动机还是发电机，在能量转换过程中电功率变为
机械功率或机械功率变为电功率的这部分功率为a a I E 或Ωe T ，由于能
量不灭，所以两者是相等的。
3-5直流电机的基本方程式
直流电机是一种双边励磁的三端口机电系统，定子边为励磁绕组
激励的励磁端口。转子边为电枢绕组激励的电枢端口，另外还有输出
（或输入）转矩和转速的机械端口。直流电机的运行情况可由基本方
程式进行研究。
基本方程式：1、电端口的电压平衡方程式
2、机械端口的转距平衡方程式
一、电压方程
1、 他励磁电机
a I I =
对励磁回路： f f f R I U =
对电枢回路： 发电机 a a S a a a R I U U r I U E +=?++=2
电动机 a a a S a a a R I E U r I E U +=?++=2
式中 r a ：电枢绕组电阻， S U ?2：正、负一对电刷上的接触电压
降， R a ：电枢回路总电阻，包括电枢绕组电阻和电刷接触电
阻， R f ：励磁绕组电阻。
注：发电机U E a ? 且输出电流作为电枢电流的正方向
电动机a E U ? 且输入电流作为电枢电流的正方向
2、 并励磁直流电机
U U f =
对发电机f a I I I += 对电动机f a I I I +=
励磁回路和电枢回路的电压方程仍与他励磁相同
3、 串励直流电机
s a I I I += I S ：串励绕组中励磁电流
二、转距方程
1、直流发电机
原动机以T 1的转矩拖动转子沿逆时针方向旋转，
则E a 、I a 、T e 的方向如图所示，T e 的方向与T 1相反，
为制动性质的转距，T e 为拖动转距。则：
01T T R T T e e +=Ω+=O
其物理意义为：当电机作为发电机运行时，拖动转距T 1与发电机内部
产生的制动性质转矩T e 和电机本身的机械阻力转矩T 0
相平衡。
2、直流电动机
电动机中电枢电流与运动电势方向相反。T e 为驱动转矩，所以
02T T T e += 2T ：轴上输出转矩
拖动性质的转矩T e 与制动性质的负载转矩2T 及电机本身的机械阻力转
距相平衡。
三、电磁功率及功率方程
1、电磁功率
采用电动机惯例
励磁绕组输入的功率为：f f f f f f f f R I I R I I U P 2
===
这部分功率全部边为励磁绕组内的电阻损耗。
电枢绕组输入的功率为：a a a a a a a a a R I I E R I E I UI 2)(+=+=
由两部分组成：1） 电枢回路铜损耗a a R I 2 2）电磁功率a a I E
前已证明：e e a a P T I E =Ω=
对于电动机，a a I E 为电枢绕组中运动电势所吸收的电功率，Ω
e T 为电磁转矩对机械负载所作的机械功率，由于能量守恒，两者相等。
是机械功率转换为电功率。所以无论是电动机还是发电机，e P 是能量
转换过程中的转换功率，能量转换发生在电枢电路和机械系统之间，
而e P 的大小与f I 的大小（即耦合磁场的强弱）有关。
P80图3-30位直流电机内能量转换表象图
2、功率方程
以并励磁直流电机为例研究功率方程
并励电动机
：cuf cua e f f a a
a a f
f a a a a f a f a P P P I U R I I E I U I R I E UI UI I I U UI P ++=++=++=+=+==21)()(
式中：1P ：输入功率 cua P ：电枢回路总铜耗 c u f P ：励磁回路铜耗
020202)(P P T T T T T P e e +=Ω+Ω=Ω+=Ω=
式中：Ω=22T P ：为电动机输出的机械功率
cuf cua cuf cua e P P P P P P P P +++=++=∴021
由上式可直观的画出功率流程图
?P ：杂散损耗，由于电枢有齿槽的存在产生的
损耗，难于精确计算，国标规定由补偿绕组的
按1%N P ，无补偿绕组的0.5%N P 估算
并励发电机
Ω++=+=Ω+Ω=Ω+=Ω=P P P P P T T T T T P Fe e e e e 00011)(
式中：cua cuf a a f a
a f a a a a a a a a e P P P R I UI UI R I I I U R I UI I R I U I E P ++=++=++=+=+==2222)()(
UI P =2为发电机输出的电功率
ΩΩ++++=++=∴P P P P P P P P P Fe cuf cua Fe e 21
3-6直流发电机的运行特征
直流发电机在拖动系统中大都作为电源使用，目前直流发电机有
直流电机技术参数 1.概述 1.1 环境条件 环境温度：－4.3℃～40℃ 相对湿度：＋40℃时不超过50%，＋20℃时不超过90% 海拔高度：小于1000m 污秽等级：4级 2 供货范围、电机技术参数及技术要求 1）直流电动机Z710-2B 1400KW 电枢电压：700V 励磁电压：310V 转速：650-1300r/min 他励 IP54 工作制：S1 SKF轴承 H级绝缘带空.水冷却器，带编码器。 2.1电机的励磁方式为他励，励磁电压310VDC，强励时不超过500V。 2.2 电机的安装结构形式均为1M1001，即卧式底脚安装单轴伸。 2.3测速编码器安装在非传动端，编码器型号为RHI90N-0HAK1R61N-1024。 2.4电机励磁绕组预埋PT100热电阻2只，电机换向和补偿绕组预埋PT100热电阻各2只，两端轴承预埋PT100热电阻各１只。电机制造厂家提供接线盒，并在接线盒内标出各自端子号，要求到货实物与设计图纸一致。 2.5 电机需安装PTC恒温空间加热器，恒温温度为60℃，电源电压为220VAC。电机制造厂家提供接线盒。 2.6电机工作方式：S1；电机绝缘等级：H级；电机防护等级：IP54。 2.7电机按照JB/T 9577-1999《Z系列中型直流电动机技术条件》中第二类（金属轧机用直流电动机，即Z系列B类电机）的要求考核。 2.8电机过载能力：(Z500-2B) 在过载115%时，长期运行； 在额定基速2In, 1min； 在最高转速1.6In, 15s。
2.9火花等级要求：基速下额定负荷1级，从基速到高速，从空载到额定负载的所有工况下，换向火花不大于411级；过载时的换向火花不大于2 11级（过载115%时火花不大于4 11）。电机能从空载直至短时过载的运行中不产生有害火花，且不在换向器和电刷表面造成永久性的损坏。 2.10电机在所有转速及负载下其电流变化率（di/dt ）允许达到额定电流的200%。2.11电机电磁参数需作加强设计，即电机机械特性要求硬,使电机的静差率≤3%。2.12电机振动限值满足GB10068《电机振动测定方法及限值》 电机噪声限满足GB10069《电机噪声测定方法及限值》 电机试验方法按GB1103《直流电机试验方法》 电机其他技术要求应GB755《旋转电机基本技术要求》 2.13电机轴承自润滑，方便用户日常运行维护。轴承品牌SKF 。 2.14电刷采用上海摩根碳制品有限公司的产品，硅钢片采用武钢或日本产冷轧硅钢板。 2.15电机冷却采用背包式空－水冷却器（ICW37A86）。 空水冷却器随电机成套供货。 空水冷却器进水温度≤33℃，进水水质为普通工业用水，即：净环水。 空水冷却器的风机电机电压380VAC ，并提供接线盒。 从电机传动端看，进出水口位于电机左侧。 空水冷却器上安装风温、风压、冷却水流量开关（TURCK FCS －GL1/2A2P-VRX/24VDC/A ）、漏水检测元件，用于监视风温度、风压、冷却水流量、漏水。乙方提出电源要求，并提供接线盒,并在接线盒内标出各自端子号，要求到货实物与设计图纸一致。 电机需安装 PTC 恒温空间加热器，恒温温度为60℃，电源电压为220VAC 。 2.16引出线方向：从电机传动端看，电机出线均在电机的右侧。 2.17电机运转方向：正常生产时，单方向运转；事故状态下可以反转。
三．简答题：（每小题5分，共25分） 1、对电力系统的基本要求是什么？ 2、对调频电厂的基本要求是什么？什么电厂最适宜担负系统调频电厂？ 3、什么叫功率分点？标出下图所示电力系统的功率分点。 4、在下图所示的电路中，变压器的实际变比如图所示，并联运行的两台变压器中有无循环 功率存在？为什么？如果循环功率存在的话，请指出循环功率的方向。 5、在无功电源不足引起电压水平普遍偏低的电力系统中，能否通过改变变压器变比调压？ 为什么？ 四．计算题：（共50分） 1、某35KV电力系统采用中性点经消弧线圈接地的运行方式，已知35KV线路长度为100公里，线路每相的对地电容为，单相接地时流过接地点的电流为3.6安培，求消弧线圈的 电感值。（10分） 2、110kv降压变压器铭牌数据为： ①计算变压器的参数（归算到110KV侧）； ②画出变压器的形等值电路。（10分） 3、某地方电力网的等值电路如下图，有关参数均已标于图中，求网络的初步功率分布标出 其功率分点，并计算其经济功率分布。（10分） 4、联合电力系统的接线图及参数如下，联络线的功率传输限制为300MW，频率偏移超出才进行二次调频，当子系统A出现功率缺额200MW时，如系统A不参加一次调频，联络线 的功率是否越限？（10分）
5、某降压变电所装有一台容量为10MVA，电压为的变压器。已知：最大负荷时变压器高压侧电压为114KV，归算到高压侧的变压器电压损耗为5KV；最小负荷时变压器高压侧电压为115KV，归算到高压侧的变压器电压损耗为3KV。现要求在低压母线上实行顺调压（最大负荷时要求电压不低于线路额定电压的倍；最小负荷时要求电压不高于线路额定电压的 倍），试选择变压器的分接头。（10分） 三．简答题：（每小题5分，共25分） 1、答：对电力系统的基本要求有：满足用户对供电可靠性的要求（2分）；具有良好的电能质量（2分）；电力系统运行的经济性要好（1分）。（意思对即可得分） 2、答：对调频厂的基本要求是①具有足够的调节容量；（1分）②调节速度要快；（1分） ③调节过程的经济性要好（1分）。具有调节库容的大型水电厂最适宜作为调频电厂（2分）。 3、答：电力系统中如果某一负荷点的负荷功率由两侧电源供给，则该负荷点就是功率分点，功率分点又分为有功功率分点和无功功率分点（3分），分别用“▼”和“▽”标注。图示电力系统中负荷点2为有功功率分点（1分），负荷点3为无功功率分点（1分）。 4、答：有循环功率存在（3分）。因为上述网络实际上是一个多电压等级环网，两台变压 器的变比不匹配（如取绕行方向为顺时针方向，则,所以存在循环功率（1分）；循环功率的方向为逆时针方向（1分）。 5、答：不能（3分），因为改变变压器的变比并不能改善电力系统无功功率平衡状态（2分）。 四．计算题：（共50分） 1、解： 单相接地短路时的原理电路图和相量图如下：
一、概述 1.Z2系列小型直流电机为中华人民共和国机械工业部JB1104-68部颁标准所规定的标准系列小型直流电机。 2.Z2系列小型直流电机共分11个机座号，每个机座号有两种铁心长度，制造有直流电动机、直流发电机、直流调压发电机三种，适用于一般正常的工作环境。电动机作一般传动用，发电机作为一般直流电源用，调压发电机作蓄电池组充电用。 3.励磁方式：电动机为带有少量稳定绕组的并激或他激励磁。 发电机为复激或他激励磁（额定电压为230伏的发电机），调压发电机为并激励磁（不带串激绕组）。 电机的他激励磁电压制成有110伏或220伏二种。 电动机额定电压110伏的仅有他励电压110伏一种。 4.Z2系列电机根据使用要求可制成湿热地区使用的具有防潮、防霉、防盐雾性能的湿热带型（T H）直流电机。 5.型号含义：Z表示“直”流，2表示第二次全国定型设计，横线后数字表示机座号与铁心长短，例如Z2-11前一个1代表1号机座，后一个1代表短铁心，而Z2-112中11代表11号机座，2代表长铁心。 二、结构型式 1.直流发电机或直流调压发电机仅制造卧式，机座带底脚的一种。 2.直流电动机可制成下表所示的结构型式。 三、Z2系列电动机 1.电动机可用三角皮带、正齿轮或弹性联轴器进行传动，不使电机轴承受轴向推力。 2.电动机可在正转或逆转情况下正常工作。 四、Z2系列发电机及调压发电机 1.Z2系列发电机及调压发电机的旋转方向自换向器端看去为顺时针方向，根据使用要求亦可制成逆时针方向旋转的发电机或调压发电机。 2.Z2系列发电机及调压发电机根据订货要求可制成与Y系列三相异步电动机配套成的发电机组成套供应。 3.调压发电机的额定功率为平均电压（对110/160伏的为135伏，对220/320伏的为270伏）时的功率，当电压高于平均电压时其输出功率不大于额定功率，当电压低于平均电压时其输出电流不大于额定电流。 五、订货须知 订货时须注明电机的型号及具体规格（包括励磁方式、旋转方向、出线盒位置、是否双轴伸、结构型式等），例如Z2-62 13千瓦220伏1500转/分他激电动机，他励电压220伏，卧式机座带底脚，端盖有凸缘。 配套的异步电动机、变阻器等附件，电刷、刷握等备件的供应，或有特殊要求（如供湿热带地区使用）和须外文说明文件者应在订货合同中注明。
1、电力系统的结线方式及特点？ 答：无备用结线：单回路放射式、干线式、链式网络；优点是简单、经济、运行方便。缺点是供电可靠性差，不适用于一级负荷占很大比重的场合。有备用结线：双回路放射式、干线式、链式、环式和两端供电网络；优点是供电可靠性和电压质量高。缺点是可能不够经济。 2、电力系统中性点的运行方式有哪些？我国电力系统中性点的运行方式如何？ 答：中性点分为两类:即直接接地和不接地；在我国，110KV 及以上的系统中性点直接接地，60KV 以下的系统中性点不接地。 3、什么叫分裂导线？为什么要用这种导线？ 答：分裂导线又称复导线，就是将每相导线分成若干根，相互保持一定距离。这种分裂导线可使导线周围的电、磁场发生很大变化，减少电晕和线路电抗，但线路电容也将增大。 4、架空线路全换位的作用？ 答：架空线路使用的绝缘子是分针式和悬式两种；作用是减少三相数的不平衡。 5、一条110kV 架空线路长150km ，导线为150-LGJ ，导线的直径为16.72mm ，水平排列，导线间距为 4m 。 试求线路单位长度的电阻、电抗和电纳，画出等值电路图； 6、1）画出变压器Γ型等值电路模型写出出参数计算公式；（2）画出变压器π型电路模型并写出参数计算公式。 7、系统接线如图所示，如果已知变压器1T 归算至121kV 侧的阻抗为2.95+j 48.7Ω，2T 归算至110kV 侧的阻抗为Ω+4.4848.4j ，3T 归算至35kV 侧的阻抗为Ω+188.9127.1j ，输电 线路的参数已标于图中，试分别作出元件参数用有名值和标么值表示的等值电路。 6 T 2 10kV T 1T 3 110kV 35kV 10kV 习题8图 31.5MV A 10.5/121kV 20MV A 110/38.5kV 10MV A 35/11kV 6.6+j8Ω 10.5+j20.8Ω 1 ～ 2 3 4 5
一、概述 系列小型直流电机为中华人民共和国机械工业部JB1104-68部颁标准所规定的标准系列小型直流电机。 系列小型直流电机共分11个机座号，每个机座号有两种铁心长度，制造有直流电动机、直流发电机、直流调压发电机三种，适用于一般正常的工作环境。电动机作一般传动用，发电机作为一般直流电源用，调压发电机作蓄电池组充电用。 3.励磁方式：电动机为带有少量稳定绕组的并激或他激励磁。 发电机为复激或他激励磁（额定电压为230伏的发电机），调压发电机为并激励磁（不带串激绕组）。 电机的他激励磁电压制成有110伏或220伏二种。 电动机额定电压110伏的仅有他励电压110伏一种。 系列电机根据使用要求可制成湿热地区使用的具有防潮、防霉、防盐雾性能的湿热带型（TH）直流电机。 5.型号含义：Z表示“直”流，2表示第二次全国定型设计，横线后数字表示机座号与铁心长短，例如Z2-11前一个1代表1号机座，后一个1代表短铁心，而Z2-112中11代表11号机座，2代表长铁心。 二、结构型式 1.直流发电机或直流调压发电机仅制造卧式，机座带底脚的一种。 2.直流电动机可制成下表所示的结构型式。 三、Z2系列电动机
1.电动机可用三角皮带、正齿轮或弹性联轴器进行传动，不使电机轴承受轴向推力。 2.电动机可在正转或逆转情况下正常工作。 四、Z2系列发电机及调压发电机 系列发电机及调压发电机的旋转方向自换向器端看去为顺时针方向，根据使用要求亦可制成逆时针方向旋转的发电机或调压发电机。 系列发电机及调压发电机根据订货要求可制成与Y系列三相异步电动机配套成的发电机组成套供应。 3.调压发电机的额定功率为平均电压（对110/160伏的为135伏，对220/320伏的为270伏）时的功率，当电压高于平均电压时其输出功率不大于额定功率，当电压低于平均电压时其输出电流不大于额定电流。 五、订货须知 订货时须注明电机的型号及具体规格（包括励磁方式、旋转方向、出线盒位置、是否双轴伸、结构型式等），例如Z2-62 13千瓦220伏1500转/分他激电动机，他励电压220伏，卧式机座带底脚，端盖有凸缘。 配套的异步电动机、变阻器等附件，电刷、刷握等备件的供应，或有特殊要求（如供湿热带地区使用）和须外文说明文件者应在订货合同中注明。
第一章电力系统的基本概念 1．思考题、习题 1-1．电力网、电力系统和动力系统的定义是什么 答：由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的网络称为电力网。 把生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起组成的整体称为电力系统。 发电厂的动力部分和电力系统合在一起称为动力系统。 1-2．对电力系统运行的基本要求是什么 答：（1）保证可靠地的持续供电（2）保证良好的电能质量（3）保证系统运行的经济性。（4）环保性。 1-3．何为电力系统的中性点其运行方式如何它们有什么特点我国电力系统中性点运行情况如何答：星型连接的变压器或发电机的中性点就是电力系统的中性点。中性点的运行方式有直接接地和不接地以及中性点经消弧线圈接地。 直接接地供电可靠性低。系统中一相接地，接地相电流很大，必须迅速切除接地相甚至三相。不接地供电可靠性高，对绝缘水平的要求也高。系统中一相接地时，接地相电流不大，但非接地相对地电压升高为线电压。 我国110kV及以上的系统中性点直接接地，60kV及以下系统中性点不接地。 1-4．中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，各相对地电压有什么变化单相接地电流的性质如何怎样计算 中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，接地相电压为0 倍，即升高为线电压。单项接地电流为容性。接地相的对地电容电流应为其它两非接地相电容电流之和， 倍非接地相对地电容电流，也就等于正常运行时一相对地电容电流的3倍。（可画向量图来解释） 1-5．消弧线圈的工作原理是什么补偿方式有哪些电力系统一般采用哪种补偿方式为什么 消弧线圈就是电抗线圈。中性点不接地系统中一相接地时，接地点的接地相电流属容性电流，通过装消弧线圈，接地点的接地相电流中增加了一个感性分量，它和容性电流分量相抵消，减小接地点的电流。使电弧易于熄灭，提高了供电可靠性。 补偿方式有欠补偿和过补偿，欠补偿就是感性电流小于容性电流的补偿方式，过补偿就是感性电流大于容性电流的补偿方式。电力系统一般采用过补偿方式。因为随着网络的延伸，电流也日益增大，以致完全有可能使接地点电弧不能自行熄灭并引起弧光接地过电压，所以一般采用过补偿。 1-6．目前我国电力系统的额定电压等级有哪些额定电压等级选择确定原则有哪些 答：我国电力系统的额定电压等级有3kV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、154kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV。 额定电压等级选择确定原则有：用电设备的额定电压=系统额定电压。发电机的额定电压比系
电力系统稳态分析(陈珩) 作业答案 标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
第一章电力系统的基本概念 1．思考题、习题 1-1．电力网、电力系统和动力系统的定义是什么 答：由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的网络称为电力网。 把生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起组成的整体称为电力系统。 发电厂的动力部分和电力系统合在一起称为动力系统。 1-2．对电力系统运行的基本要求是什么 答：（1）保证可靠地的持续供电（2）保证良好的电能质量（3）保证系统运行的经济性。（4）环保性。 1-3．何为电力系统的中性点其运行方式如何它们有什么特点我国电力系统中性点运行情况如何 答：星型连接的变压器或发电机的中性点就是电力系统的中性点。中性点的运行方式有直接接地和不接地以及中性点经消弧线圈接地。 直接接地供电可靠性低。系统中一相接地，接地相电流很大，必须迅速切除接地相甚至三相。不接地供电可靠性高，对绝缘水平的要求也高。系统中一相接地时，接地相电流不大，但非接地相对地电压升高为线电压。 我国110kV及以上的系统中性点直接接地，60kV及以下系统中性点不接地。 1-4．中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，各相对地电压有什么变化单相接地电流的性质如何怎样计算 中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，接地相电压为0，非接地相电压升高 倍，即升高为线电压。单项接地电流为容性。接地相的对地电容电流应为其 倍非接地相对地电容电流，也就等于正常运行时一相对地电容电流的3倍。（可画向量图来解释） 1-5．消弧线圈的工作原理是什么补偿方式有哪些电力系统一般采用哪种补偿方式为什么 消弧线圈就是电抗线圈。中性点不接地系统中一相接地时，接地点的接地相电流属容性电流，通过装消弧线圈，接地点的接地相电流中增加了一个感性分量，它和容性电流分量相抵消，减小接地点的电流。使电弧易于熄灭，提高了供电可靠性。
1、 Assigned power rating 。标称功率。或额定功率。只该电机系统设计设计 时的理想功率也是在推荐工作情况下的最大功率。 POWER RATING 为功率。 2、Nominal voltage 。额定电压 (或工作电压,推荐电压。由于一般电机可以工作在不同电压下, 但电压直接和转速有关, 其他参数也相应变化, 所以该电压只是一种建议电压。其他参数也是在这种推荐的电压下给出的。 NOMINAL 名义上的。 3、 No load speed。空转速,或空载转速。单位是 RPM 。 revolutions per minute 此处的 R 不是 RATE 速度的意思,是 REVOLUTION 旋转的意思。空载转速由于没有反向力矩,所以输出功率和堵转情况不一样,该参数只是提供一个电机在规定电压下最大转速的作用。一般外面给出的 6000转啊, 12000转啊,多指这个参数。 4、 Stall torque 堵转转矩。这个是很多要带负载的电机的重要参数。即在电机受反向外力使其停止转动时的力矩。如果电机堵转现象经常出现, 则会损坏电机,或烧坏驱动芯片。所以大家选电机时,这是除转速外要考虑的参数。堵转时间一长,电机温度上升的很快,这个值也会下降的很厉害。 5、 Speed / torque gradient 速度 /转矩斜率。这个参数在一般的电机介绍中很 少出现。如果将转速为 Y 轴,力矩为 X 轴,一般,电机先是有一个和 X 轴平行的线,随后有点像 E 的负指数形式那样下降。即转速和力矩的乘积,随力矩的上升而下降。电机制造商都推荐电机在那条和 X 轴平行的线范围内工作。在这个范围内,电机的电流不至于导致电机过热和烧机。 6、 No load current。空载电流 (或空转电流。前面说过,电流和转矩密切相关。空载电流肯定存在, 其和电压的乘积形成的能量, 主要分为势能和热能消耗。热能就是电机线圈的发热,越好的电机,在空载时,该值越小,而势能指克服摩擦力, 和转子自身惯性的能量还有转子自身的转动势能。而一般转速一定时, 转子的惯性能量增加几乎没有, 而这个势能主要还是克服摩擦力的问题, 而最终以热能形式耗散, 所以空载电流越小, 电机的性能越好, 特别是加上减速箱的电机,空载电流越小,说明减速箱做的越好,当然,减速比越大,同样的设计方式下,阻力越大。
电力系统稳态分析 一、单项选择题（本大题共10分，共 10 小题，每小题 1 分） 1. 双绕组变压器的变比为110±8×1.25%/11，+4档分接头对应的变比为（）。 A. 114.5/11 B. 115.5/11 C. 116.5/11 D. 117.5/11 2. 电力网络的无备用接线不包括（）。 A. 单回路放射式 B. 单回路干线式 C. 单回路链式网络 D. 两端供电网络 3. 下列说法不正确的是（）。 A. 中性点经消弧线圈接地时，有过补偿和欠补偿之分。 B. 欠补偿是指消弧线圈中的感性电流小于容性电流时的补偿方式。 C. 过补偿是指消弧线圈中的感性电流大于容性电流时的补偿方式。 D. 在实践中，一般采用欠补偿的补偿方式。 4. 频率的二次调整是由（）。 A. 发电机组的调速器完成的 B. 发电机组的调频器完成的 C. 调相机的励磁调节器完成的 D. 静止无功补偿器完成的 5. 双绕组变压器的电阻（）。 A. 可由空载损耗计算 B. 可由短路电压百分值计算 C. 可由短路损耗计算 D. 可由空载电流百分值计算 6. 隐极式发电机组运行极限的原动机功率约束取决于（）。 A. 原动机的额定视在功率 B. 原动机的额定有功功率 C. 原动机的额定无功功率 D. 原动机的最大机械功率 7. 电力系统电压波动产生的原因有（）。 A. 由幅度很小，周期很短的偶然性负荷变动引起 B. 由冲击性或者间歇性负荷引起 C. 由生产和生活的负荷变化引起 D. 由气象变化引起 中一不变的值的中枢点8. 在任何负荷下都保持中枢点电压为（102%～105%）U N 电压调整方式是（）。 A. 逆调压 B. 顺调压 C. 常调压 D. 故障时的调压要求
直流电机参数
一、概述 1.Z2系列小型直流电机为中华人民共和国机械工业部JB1104-68部颁标准所规定的标准系列小型直流电机。 2.Z2系列小型直流电机共分11个机座号，每个机座号有两种铁心长度，制造有直流电动机、直流发电机、直流调压发电机三种，适用于一般正常的工作环境。电动机作一般传动用，发电机作为一般直流电源用，调压发电机作蓄电池组充电用。 3.励磁方式：电动机为带有少量稳定绕组的并激或他激励磁。 发电机为复激或他激励磁（额定电压为230伏的发电机），调压发电机为并激励磁（不带串激绕组）。 电机的他激励磁电压制成有110伏或220伏二种。 电动机额定电压110伏的仅有他励电压110伏一种。 4.Z2系列电机根据使用要求可制成湿热地区使用的具有防潮、防霉、防盐雾性能的湿热带型（TH）直流电机。 5.型号含义：Z表示“直”流，2表示第二次全国定型设计，横线后数字表示机座号与铁心长短，例如Z2-11前一个1代表1号机座，后一个1代表短铁心，而Z2-112中11代表11号机座，2代表长铁心。 二、结构型式 1.直流发电机或直流调压发电机仅制造卧式，机座带底脚的一种。 2.直流电动机可制成下表所示的结构型式。 三、Z2系列电动机 1.电动机可用三角皮带、正齿轮或弹性联轴器进行传动，不使电机轴承受轴向推力。 2.电动机可在正转或逆转情况下正常工作。 四、Z2系列发电机及调压发电机 1.Z2系列发电机及调压发电机的旋转方向自换向器端看去为顺时针方向，根据使用要求亦可制成逆时针方向旋转的发电机或调压发电机。 2.Z2系列发电机及调压发电机根据订货要求可制成与Y系列三相异步电动机配套成的发电机组成套供应。 3.调压发电机的额定功率为平均电压（对110/160伏的为135伏，对220/320伏的为270伏）时的功率，当电压高于平均电压时其输出功率不大于额定功率，当电压低于平均电压时其输出电流不大于额定电流。 五、订货须知 订货时须注明电机的型号及具体规格（包括励磁方式、旋转方向、出线盒位置、是否双轴伸、结构型式等），例如Z2-62 13千瓦220伏1500转/分他激电动机，他励电压220伏，卧式机座带底脚，端盖有凸缘。 配套的异步电动机、变阻器等附件，电刷、刷握等备件的供应，或有特殊要求（如供湿热带地
1、某电力系统额定频率N f 为 50HZ ，负荷的频率静态特性 **2*3*0.20.40.30.1L P f f f =+++，试求： （1） 当系统频率为50HZ 时，负荷的调节效应系数*L K ； （2） 当系统运行频率为48HZ 时，负荷功率变化的百分数及此时的调节效应系数*L K 。 答： 2、如下图所示，某水电厂通过SFL1－40000/110升压变压器与系统连接，最大负荷与最小负荷时高压母线电压分别为及，要求最大负荷时低压母线的电压不低于10KV ，最小负荷时低压母线的电压不高于11KV ，试选择变压器分接头。 ~m in (1510)S j M VA =+~ max (2821)S j MVA =+(2.138.5)T Z j =+Ω 140000 S F L -2*2.5%/10.5kv ±(10~11)kv (112.09~115.45)kv 3、如图降压变压器的等效电路中，折算到一次侧的阻抗为(2.4440)T T R jX j +=+Ω。已知在 最大负荷和最小负荷时通过变压器的功率分别为~~ max min (2814)(106)S j MVA S j MVA =+=+，，一次侧的电压分别为1max 1min 110113U KV U KV ==和。求二次侧母线的变化不超过~的范围，试选择分接头。 2 1110(12*2.5%)/6.331.5kv kv MVA ± 4、110/11kV 降压变压器折算到一次侧的阻抗为(2.330)j +Ω，已知最大负荷和最小负荷时流
过变压器等效阻抗首端的功率分别为~ max(2412) S j MVA =+， ~ min(126) S j MVA =+，一次侧实 际电压分别为 1max 110 U kV =， 1min 112 U kV =。要求二次侧母线电压在最大负荷时不低于，最小负荷时不高于。确定变压器二次侧所需的无功补偿容量（电容器）。 5、电网结构如图所示，其额定电压为10KV。已知各节点的负荷功率及线路参数如下： ~ 2(0.30.2) S j MVA =+ ~ 3 (0.50.3) S j MVA =+ ~ 4 (0.20.15) S j MVA =+ 12(1.2 2.4) Z j =+Ω 23(1.0 2.0) Z j =+Ω 24(1.5 3.0) Z j =+Ω试作功率和电压计算。
电力系统稳态分析 一、单项选择题 1. 工业、农业、邮电、交通、市政、商业以及城乡居民所消耗的功率之和是（C）。 A. 厂用电 B. 供电负荷 C. 综合用电负荷 D. 发电负荷 5. 高峰负荷时，电压中枢点的电压升高至105%U N；低谷负荷时，电压中枢点的电压下降为U N的中枢点电压调整方式是（A ）。 A. 逆调压 B. 顺调压 C. 常调压 D. 故障时的调压要求 6. 升压结构三绕组变压器高、中压绕组之间的短路电压百分值（A）。 A. 大于中、低压绕组之间的短路电压百分值 B. 等于中、低压绕组之间的短路电压百分值 C. 小于中、低压绕组之间的短路电压百分值 D. 不大于中、低压绕组之间的短路电压百分值 8. 在原网络的两个节点切除一条支路，节点导纳矩阵的阶数（C）。 A. 增加一阶 B. 增加二阶 C. 不变 D. 减少一阶 7. 线路末端输出有功功率与线路始端输入有功功率的比值，常用百分值表示的是（A）。 A. 输电效率 B. 最大负荷利用小时数 C. 线损率 D. 网损率 9. 电力系统电压波动产生的原因有（B）。 A. 由幅度很小，周期很短的偶然性负荷变动引起 B. 由冲击性或者间歇性负荷引起 C. 由生产和生活的负荷变化引起 D. 由气象变化引起 10. 下列说法不正确的是（B）。 A. 所谓一般线路，是指中等及中等以下长度的线路 B. 短线路是指长度不超过300km的架空线 C. 中长线路是指长度在100~300km之间的架空线路和不超过100km的电缆线路
D. 长线路指长度超过300km的架空线路和超过100km的电缆线路 二、多项选择题 1.导线材料的电阻率略大于材料的直流电阻所考虑的因素有（ABD）。 A. 集肤效应的影响 B. 绞线每股长度略有增长 C. 相间距离略有增大 D. 额定截面积略大于实际截面积 5. 牛顿-拉夫逊迭代法用泰勒级数展开非线性方程后保留（AB ）。 A. 常数项 B. 一阶偏导数项 C. 二阶偏导数项 D. 高阶偏导数项 6. 调相机（AD ）。 A. 投资大和运行维护困难 B. 只能发出感性无功功率 C. 不能连续调节 D. 在一定条件下，当电压降低时发出的无功功率可以上升 7. 产生循环功率的原因是（ABD ）。 A. 双端供电网络两端的电源有电压差 B. 两台并列运行的变压器的变比不同 C. 两回并列运行的输电线路的长度不同 D. 环网中变压器的变比不匹配 8. 原子能电厂原则上应持续承担额定容量负荷的原因是（AB ）。 A. 一次投资大 B. 运行费用小 C. 可调容量大 D. 可调速度快 9. 实际中，三绕组变压器各绕组的容量比组合有（ACD ）。 A. 100/100/100 B. 50/100/100 C. 100/50/100 D. 100/100/50 10. 确定电力系统结线的基本原则有（ABCD ）。 A. 可靠、优质、经济 B. 运行灵活 C. 操作安全 D. 便于发展 三、判断题 2.手算潮流时，在求得各母线电压后，应按相应的变比参数和变量归算至原电压级。(√) 4. 我国交流电力系统的额定频率是50Hz。(√)
一、直流电动机的基本原理： 下面电机原理部分的内容主要摘自谢明琛教授编著的《电机学》： 图示为一个最简单的直流电机模型，定子上有固定的永久磁铁做磁极，转子为圆柱型的铁芯，上面嵌有线圈（图中导体ab和cd连成一个线圈），线圈的首末端分别连接在两片彼此绝缘的圆弧型换向片上，换向片固定在转轴上，换向片构成的整体称为换向器，整个转动部分成为电枢，为了把电枢和外电路接通，在换向片上放置了两件空间位置固定的电刷A和B，当电枢转动时，电刷A只能与转到上面的换向片接触，电刷B只能与转到下面的换向片接触。 当这个原理样机作为直流发电机运行时，用原动机拖动电枢，使之以恒速n沿逆时针方向旋转，若导体的有效长度为l ,线速度为v,导体所在位置的磁通密度为 ，则在每根导体中感应出电势为 = v l e.. B δ
导体感应电势的方向用右手定则确定，在图示的瞬间，ab导体处在N极下，其电动势的方向由b—a，而导体cd处·在S极下，其电动势方向由d—c,整个线圈的电动势为2e，方向由d—a,如果线圈转过180度，则ab导体和cd导体的电动势方向均发生改变，故线圈电动势为交变电动势。 但通过测量，我们却发现在电刷A/B间的电动势却是单向的，这是为什么呢？这是因为电刷A只与N极下的导体接触，当ab导体在N极下时，电动势方向为b—a—A，电刷A的极性为+，在另一个时刻，导体cd转到N极下时，电动势的方向为c—d—A,电刷A的极性仍为+，可见电刷A的极性永远为+，同理，电刷B的极性就永远为-，故电刷A/B间的电动势为直流电动势。 若把上述电机模型用做电动机运行，在电刷A/B间施加直流电压，使电流从正极电刷A流入，通过线圈abcd，经负极电刷B流出，由于电流始终从N极下的导体流入，S极下的导体流出，根据电磁力定律可知，上下两根导体受到的电磁力方向始终为逆时针方向，它们产生的电磁力矩的方向也始终是逆时针方向，使电机按逆时针方向旋转，从上面的分析可以看出，在直流电机的绕组里，电枢线圈里的电流方向是交变的，但产生的电磁转距的方向却是单向的，这也是由于有换向器的原因。 以上是直流电机运行的基本原理，而对直流电机的基本结构，相信大家已经非常熟悉，我就不再浪费大家的时间，下面，就首先从电动机的额定参数的定义开始给大家开始介绍电机的运行方程及特点。
直流电机参数[新版] 直流电机参数 直流电动机作为机电执行元部件，内部有一个闭合的主磁路。主磁通在主磁路中流动，同时与第二个电路交链，其中一个电路是用以产生磁通的，称为激磁电路，另外一个是用来传递功率，称为功率回路或者电枢回路。现行的直流电动机都是旋转电枢式，也就是说激磁绕组及其所包围的铁芯组成的磁极为定子，带换向单元的电枢绕组和电枢铁芯结合构成直流电动机的转子。 ,(转矩:电动机得以旋转的力矩，单位为 kg .m 或N. m; ,(转矩系数:电动机所产生转矩的比例系数，一般表示每安培电枢电流所能产生的转矩大小; ,(摩擦转矩:电刷、轴承、换向单元等因摩擦而引起的转矩损失; ,(启动转矩:电动机启动时所产生的旋转力矩; ,(转速:电动机旋转的速度，工程单位为 r/min，即转每分，在国际单位制中为 rad/s，即弧每秒; ,(电枢电阻:电枢内部的电阻，在有刷电动机里一般包括电刷与换向器之间的接触电阻，由于电阻中流过电流时会发热，因此总希望电枢电阻尽量小些; ,(电枢电感:因为电枢绕组是由金属线圈构成，必然存在电感，从改善电动机运行性能的角度来说，电枢电感越小越好。 ,(电气时间常数:电枢电流从零开始达到稳定值的63.2%时所经历的时间。测定电气时间常数时，电动机应处于堵转状态并施加阶跃性质的驱动电压。电气时间常数工程上常常利用电枢绕组的电阻,,和电感,,求出: ,,,,,/,, ,(机械时间常数:电动机从启动到转速达到空载转速的63.2%时所经历的时间。测定机械时间常数时，电动机应处于空载运行状态并施加阶跃性质的阶跃电压。机械时间常数工程上常常利用电动机转子的转动惯量,和电枢电阻,,以及电动机反电动势系数,,、转矩系数,,求出:
第五次作业 1、 造成电力系统电压水平波动的原因是什么？ 2、 电力系统的电压调整与电力系统的频率调整相比较有那些特点？ 3、 在常用的无功补偿设备中，那些无功补偿设备具有正的调节效应？那些具有负的调节效应？ 4、 什么叫电力系统的电压中枢点？电压中枢点的电压调整方式有那几种？ 5、 常用的调压措施有那些？对于由于无功缺乏造成电压水平下降的电力系统应优先采取何种调压 措施？对于无功功率并不缺乏，但局部电网电压偏低的电力系统应优先采用何种调压措施？ 6、 电力系统无功电源最有分布的目的是什么？无功电源最优分布的原则是什么？ 7、 电力系统无功最优补偿的目的是什么？无功最优补偿的原则是什么？ 8、某降压变电所由110kV 线路供电，变电所装有一台40MVA 普通变压器，如图三所示。110kV 送端电压U1保持115kV 不变。若要求变电所10kV 母线电压U2变化范围不超出10.0～10.7kV ，试选择变压器分接头。 9、电力网接线如下图所示，已知Ω=70ij X ，变电所低压母线要求逆调压（最小负荷时电压为额定电压，最大负荷时电压为105%U N ），低压母线额定电压为10KV ，变压器额定电压为KV 11/%5.22110?±。最大负荷及最小负荷时，归算到高压侧的实际电压分别为：KV U KV U j j 2.110;1.101min .max .='='。若i U 不变，求应选择的变压器分接头和并联电容器的容量。
电力系统稳态分析第五次作业参考答案 1、造成电力系统电压水平波动的原因是什么？ 答：造成电力系统电压水平波动的原因是电力系统无功负荷的波动。（要保持电力系统的电压在正常水平，就必须维持在该电压水平下的无功功率平衡，当电力系统无功负荷波动时，电力系统的的无功功率平衡关系被破坏，相应的电力系统的电压水平也就发生波动） 2、电力系统的电压调整与电力系统的频率调整相比较有那些特点？ 答：电力系统的频率只有一个，频率调整也只有调整发电机有功出力一种方法（调速器、调频器和有功负荷最优分配都是改变发电机有功出力）；而电力系统中各点的电压都不相同，电压的调整也有多种方式。 3、在常用的无功补偿设备中，那些无功补偿设备具有正的调节效应？那些具有负的调节效应？答：在常用的无功补偿设备中，调相机、SR型静止无功补偿器和TCR型静止无功补偿器具有正的电压调节效应；而电力电容器、TSC型静止无功补偿器具有负的电压调节效应。 4、什么叫电力系统的电压中枢点？电压中枢点的电压调整方式有那几种？ 答： 电力系统的电压中枢点是指某些可以反映电力系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母线，只要控制这些点的电压偏移在一定范围，就可以将电力系统绝大部分负荷的电压偏移在允许的范围。 电压中枢点的电压调整方式有三种：即逆调压、顺调压和常调压。（顺调压指负荷低谷时，允许电压适当升高，但不得高于107.5U N%,负荷高峰时允许电压适当适当降低，但不得低于102.5U N的调压方式；逆调压指负荷低谷时，要求将电压中枢点电压适当降低，但不低于U N，负荷高峰时要求将电压中枢点电压升高至105U N%的电压调整方式；常调压则指无论在负荷低估还是负荷高峰时均保持中枢点电压为一基本不变的数值的电压调整方式。） 5、常用的调压措施有那些？对于由于无功缺乏造成电压水平下降的电力系统应优先采取何种调压 措施？对于无功功率并不缺乏，但局部电网电压偏低的电力系统应优先采用何种调压措施？答： 常用的调压措施有改变发电机机端电压调压、改变变压器变比调压和利用无功补偿装置调压等。 对于由于无功缺乏造成电压水平下降的电力系统应优先采取增加无功补偿设备的调压措施。（因为此时采用改变变压器变比调压并不能改变电力系统的无功功率平衡关系，只能改变电力系统的无功流向，提高局部电网的电压水平，但这部分电网电压水平的提高，使其消耗的无功功率增大，将更加增大整个电力系统的无功缺额，导致电网其他部分的电压水平进一步下降）对于无功功率并不缺乏，但局部电网电压偏低的电力系统应优先采用改变变压器变比的调压措施。 6、电力系统无功电源最有分布的目的是什么？无功电源最优分布的原则是什么？ 答： 电力系统无功电源最优分布的目的是使整个电力系统的有功损耗最小。 电力系统无功电源最优分布的原则是等网损微增率准则。 7、电力系统无功最优补偿的目的是什么？无功最优补偿的原则是什么？ 答： 电力系统无功负荷最优补偿的目的是使增加无功补偿装置所减少电网损耗费用与增加无功补偿设备所增加的设备费用之差取得最大值，即取得最好无功补偿经济效益。 无功负荷最优补偿的原则是最优网损微增率准则。 8、某降压变电所由110kV线路供电，变电所装有一台40MVA普通变压器，如图三所示。110kV送端电压U1保持115kV不变。若要求变电所10kV母线电压U2变化范围不超出10.0～10.7kV，试选择
直流电机工作原理图解 一.直流电机的物理模型图解释。 这是分析直流电机的物理模型图。其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的) 上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦
互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。 二.直流发电机的工作原理 直流发电机是机械能转换为直流电能的电气设备。 如何转换？分以下步骤说明： 设原动机拖动转子以每分转n转转动； 电机内部的固定部分要有磁场。这个磁场可以是如图示的磁铁也可以是磁极铁心上绕套线圈，再通过直流电产生磁场。其中 If 称之为励磁电流。这种线圈每个磁极上有一个，也就是，电机有几个磁极就有几个励磁线圈，这几个线圈串联（或并联）起来就构成了励磁绕组。这里要注意各线圈通过电流的方向不可出错。在以上条件下环外导体将感应电势，其大小与磁通密度 B 、导体的有效长度 l 和导体切割磁场速度 v 三者的乘积成正比，其方向用右手定则判断。 但是要注意某一根转子导体的电势性质是交流电。而经电刷输出的电动势确是直流电了。这便是直流发电机的工作原理。如下动画演示： 三.直流电动机的工作原理
1-1 什么叫电力系统、电力网及动力系统电力系统为什么要采用高压输电 1-2 为什么要规定额定电压电力线、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的 1-3 我国电网的电压等级有哪些 1-5 请回答如图1－5所示电力系统中的二个问题： ⑴ 发电机G 、变压器1T 2T 3T 4T 、三相电动机D 、单相电灯L 等各元件的额定电压。 ⑵ 当变压器1T 在+%抽头处工作，2T 在主抽头处工作，3T 在%抽头处工作时，求这些变压器的实际变比。 1-6 图1-6中已标明各级电网的电压等级。试标出图中发电机和电动机的额定电压及变压器的额定变比。 1-7 电力系统结线如图1-7所示，电网各级电压示于图中。试求： ⑴发电机G 和变压器1T 、2T 、3T 高低压侧的额定电压。 ⑵设变压器1T 工作于+%抽头， 2T 工作于主抽头，3T 工作于-5%抽头，求这些变压器的实际变比。 2-1 一条110kV 、80km 的单回输电线路，导线型号为LGJ —150，水平排列，其线间距离为4m ，求此输电线路在40℃时的参数，并画出等值电路。 2-9 三相双绕组变压器的型号为SSPL —63000/220，额定容量为63000kV A ，额定电压为242/，短路损耗404=k P kW ，短路电压45.14%=k U ，空载损耗93=o P kW ，空载电流
41.2%=o I 。求该变压器归算到高压侧的参数，并作出等值电路。 2-12 有台容量为20MV A 的三相三绕组变压器，三个线圈的容量比为100/100/50，额定电压为121/，短路损耗为()8.15221=-k P kW,()5213='-k P kW ，()4732='-k P kW ，空载电流为 1.4%=o I ， 空载损耗75=o P kW ，短路电压为()5.10%21=-k U ，()18%13=-k U ，()5.6%32=-k U 。试求该变压器的阻抗、导纳参数，并作出等值电路。 2-17 简单电力系统结线如图2-17所示，有关参数标于图中。 试求此系统的等值电路（参数均以有名值 表示）。 2-18 某系统接线如图2-18所示，如果已知变压器1T 归算至121kV 侧的阻抗为+Ω，2T 归算至110kV 侧的阻抗为Ω+4.4848.4j ，3 T 归算至35kV 侧的阻抗为Ω+188.9127.1j ，输电线路的参数已标于图中，试分别作出元件参数用有名值和标么值表示的等值电路。 2-20 简单电力结线如图2-20所示。 试作出该系统的等值电路（不计电阻，导纳）。 ⑴所有参数归算到110 kV 侧； ⑵所有参数归算到10 kV 侧； ⑶选取100=B S MV A ，av B U U =时以标么值表示的等值电路。 3-2 已知图3-2所示输电线路始末端电压分别为248kV 、220kV ，末端有功功率负荷为220MW ，无功功率负 荷为165 MV AR 。试求始 端功率因数。 3-3 单回220kV 架空输电线长200km ，线路每公里参数为/108.01Ω=r km ， 242/ P k =300kW P 0=90kW I 0%=2 U k %= 习题2-17图 G cos ? = U G = 〞 X d = l =200km b 0=×10-6S /km r 0=Ω/km x 0=Ω/km 习题2-18图 121kV 110/ 35/11kV 〞 X d = U k %= 2×15MV A 110/ U k %= x 0=Ω/km 6kV X r %=8 习题2-20图 P 2=220MW 2=165MV AR 8+j40Ω 习题图 3-2 LGJ -95