《电机学》
第二篇
交流电机的共同理论
第六章交流电机绕组及其感应电动势第七章交流绕组的磁动势交流电机的绕组及其磁势
序第一节交流电机的基本作用原理第二节交流绕组第三节绕组的感应电动势第四节谐波电动势及其削弱方法序
•交流电机：
*异步电机
*同步电机
•同步与异步
*旋转磁场：定子三相定子绕组流过三相电流，形成旋转磁场（后面将详细讨论）。
*电机实际转速n＝同步转速n0：同步电机
*电机实际转速n≠同步转速n0：异步电机
第一节工作原理、分类、结构
•先讲结构
*后讲原理
一、基本结构
•定子与转子两大部分
•1定子
•固定不动的部分
•铁芯、绕组、机坐
•(1) 定子铁芯
*希望较强的磁场
*导磁好、损耗小
*硅钢片
*内表面开槽：放绕组
•(2) 定子绕组
•线圈
•按一定规律放
•单层绕组、双层绕组
•(3) 机座
•
• 2.转子
•同步机与异步机转子不一样
•铁芯
*外表面开槽
•绕组
二、同步电机
•定子绕组：对称三相绕组
•转子：励磁绕组
•原理：励磁绕组＝＞通往直流电＝＞外力合转子旋转＝＞转子旋转磁场＝＞穿过气隙＝＞切割定子绕组＝＞三相感应电势＝＞当接负载＝＞电流＝＞电能输出
•异步电机原理在第九章讨论
•直流电机原理在第十六章讨论
三、异步电机工作原理
（放在第九章讨论较合适）
1. 静止起动
•三相电流=>三相绕组=>旋转磁场B1
=>B1切割转子导条（因为转子静止）
=>感应电势E2 =>感应电流I2（因为转子闭合）
=>B1与I2作用=>电磁转矩T
=>当T＞T0＋TL时，转子从静止开始起动
•其中：T0空载转矩
•TL负载转矩
2. 平衡•转动：n增加=>转差减小：
“切割”速度下降=>E2 ↓=>I2 ↓=>T ↓=>
当T＝T0＋TL时，转子匀速转动
•3. 干扰：
•若TL↑=> T0＋TL＞T时，失去平衡=>
•转速n ↓=>转差↑=> “切割”速度↑=>E2 ↑=>I2 ↑ =>T ↑ =>直到T＝T0＋TL，自动重新平衡
•法：
第二节交流绕组
作用：
*通入电流→磁场（电动机）
*磁场与定子绕组切割→电势→电流（发电机）
•分类（类型）
* 相数：单相、三相 * 层数：
† 单层：同心式、交叉式、链式 † 双层 ：叠绕组、波绕组 * 宽度：整距、短距
* 分布性：分布 绕组、集中绕组
交流绕组的基本述语
• 电角度与机械角度
* 机械角度:电机圆周在几何上分成360° * 电角度:电势变化一个周期(360电角度) * 关系: m e αα=
• 相带 ：每极面下每相绕组所占范围（60 度） • 每极每相槽数 ：pm
Q q 21
=
• 槽距角 ：相邻两槽之间的角度 1
360
Q p =
α • 极距 ：相邻两磁极对应位置两点之间圆周距离, 定子内表面弧长（槽数）：p
Q 21
=
τ • 节距 （跨距）：线圈宽度 y
* τ=y 称为整 距，τ
相带与电势星形图
交流绕组基本要求:
• 1 三相基波电动势和磁动势要对称.
• 2 力求获得较大的基波电动势和磁动势,尽量减小或消除谐波分量. • 3 提高导线的利用率,提高制造的工艺性.
绕组展开图
•表示定子绕组的联结关系
•主要两种：单层、双层
•画法：
*计算极距
*每极每相槽数
*计算相带数、分相带
†相带数= 总槽数/q 或= 极数*3 即：6p
*构成线圈
*构成线圈组（极相组）
*构成相绕组：反相串联
†（不同极面下线圈组的电流方向相反）
三相单层绕组（了解）
•每槽只有一个线圈边,结构和嵌线较简单,适用于10kv以下的小型交流电机.
•分类：
*链式绕组：
*交叉式绕组：
*同心式绕组：
*例：Q1=24，2p=4
三相双层绕组•每绕组两有效边
•每槽有上下两个线圈边（属于不同的线圈）•整距、短距绕组
•例：Q1=24，2p=4
•ô =24/4=6
•q=24/(2mp)=24/(2*3*2)=2
•12个相带
•A-Z-B-X-C-Y-A-Z-B-X-C-Y
并联支路数
•条件:不改变和极相组内的电流方向
关于绕组一些概念复习
•一根导体（一匝线圈的一个有效边）
•一匝线圈
•一个线圈
•一个极相组（一个线圈组）
•相绕组（一相绕组）
•电机绕组（三相绕组）
•并联支路数
•每相串联匝数
•极数
•极相组数（每相）
•例：某交流电机定子绕组，Q1=24,2p=4,y=5/6τ，a=2,N y=10，m=3 •求：
•一匝线圈有几个有效边
•一相线圈有几匝；
•一个极相组有几个线圈，几匝线圈
•一相有几个极相组，几个线圈，几匝线圈
•并联支路数
•每相串联匝数
•一个电机有几相、几个极相组、几个相绕组
第三节、三相定子绕组的电动势
（以三相同步电机为例）
1、整距绕组的电动势
• 旋转磁场每极磁通
t ωφcos 1Φ=
• 切割定子绕组（以发电机为例） • 形成感应电动势（电势）(Ec 或 Ey)
()t N e y y y ωωτsin 1Φ==
* N y —— 线圈匝数
• 有效值：
()11144.42
1
Φ=Φ=
=y y y y N f N E ωτ
• 比较：与变压器相同形式
• 区别：磁通大小变化与相对运动“切割”
2、短距绕组的电动势
• 短距＝＞线圈两边切割B 产生的E 不是正好差180度＝＞合成时，乘一系数
• 或：短距＝＞线圈中交链的磁通减少＝＞电势减少。
()1111144.42
1
Φ=Φ=
• 短距系数 ⎪⎭ ⎫ ⎝⎛︒==90sin 2cos 11τβ y K y * 短距系数相当于：短距线圈时的感应电动势 与整距时的感应电动势 相比需打的折扣。 3、线圈组的电动势 • 分布绕组 • 各个线圈的感应电动势的大小、波形均相同，只是在时间上依次相差 α 电角度：相位不同。 • 线圈组的总电动势为q 个线圈电动势的和（相量和） αα)1(01111-∠++∠+︒∠=q E E E E y y y q • 则： 1 111111)(11)(11 1144.444.4Φ=Φ===< • 分布系数： 2 s i n 2s i n 1 1 1 a q qa qE E K c q q = = 4 .相电势 (1)并联支路数与每相串联匝数 * 2p 个极 • (双层绕组)每相有 * 2p 个线圈组，每个线圈组有 q 个线圈 * 2pq 个线圈，每个线圈有Ny 匝 线圈 * 2pqNy 匝线圈 • 2p 个线圈组可串联、并联（视需要） • 串联支路数：a • 每相串联匝数：a pqN N y 2= • 单层 绕组： a pqN N y = (2) 相电势 • 双层绕组 111)(1144.4221Φ== <Φw y y q k qN f a p E a p E τ 11111144.4244.4Φ=Φ=w w q Nk f k a pqN f 效值计算公式为变压器感应电动势有时当⇒=11w k • P100例 谐波电动势 •电机的磁场并不完全为正弦分布（空间） •付氏分解：基波与各次谐波 •相电动势中v 次谐波电动势有效值： v wv v v Nk f E Φ=Φ44.4 对应的谐波绕组系数为： qv yv wv K K K = 2cos β v k yv = 2 sin sin αα v q qv k qv = 5、线电势 • 由三角形、星形接法决定（基波） • 注意：线电势中不含3k 次谐波电势（因同相位） ++++⋅=ΦΦΦΦ2 112725213E E E E E l 第四节 谐波电势的减小 • 1. 波形畸变率： 1 2 242322U U U U U K N u +++= • 2. 谐波电势的减小 * 气隙磁场接近正弦波 * 短距绕组 * 分布绕组 * Y 连接（线电势中不含有3K 次谐波） 采用短距、分布绕组的目的 • 交流绕组采用短距和分布的结构，可削弱每相电动势中的谐波分量， 使电动势波得到改善。 * 虽短距系数、分布系数均不大于1 ，使基波电势减小 * 因为对谐波来说：对应的更小，所以具有明显的抑制作用。 • 例：E 1＝100,E 3=30,E 5=20,E 7=10 • 则谐波系数为 %4.37100 102030%1002 221272523=++=⨯++= E E E E k • 若各谐波电动势的绕组系数分别为： • kw1＝0.96,kw3=0.3,kw5=0.2,kw7=0.1 • 则对应的电动势分别为： • E1＝96,E3=9,E5=4,E7=1 • 则谐波系数为 %31.1096149%1002 221272523=++=⨯++= E E E E k • 思考题： • 6－4，6－5，6－6 • 习题： • 6－2，6－3，6－7 第七章 第七章 磁动势、磁场 一、单相绕组的磁势-脉振磁势 • 1、整距绕组磁势 * 不计铁芯磁阻、气隙均匀 * 磁势为方波，当线圈中电流为正弦交流电 t I i ωsin 2= * 则：()t I N i N t x f y y y ωsin 2 221,== • 傅立叶分解： • 傅立叶分解：得式（3-11） ()t x x x I N t x x x I N t I N i N t x f y y y y y ωωπωsin 5sin 513sin 31sin 9.0sin 5sin 513sin 31sin 422sin 2 221,⋅⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡-+-=⋅⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡-+-=== • 其中基波分量 ()t x I N t x f y y ωsin sin 9.0,1⋅⋅= • 幅值 I N I N F y y y 9.04 221==π • 2、线圈组的磁势 • 集中绕组与分布绕组 • q 个线圈，相位不同： 111q y q K qF F = • 其中：分布系数 2sin 2sin 111a q qa qF F K c q q == • 3、短距绕组 • 双层绕组常采用短距绕组 • 等效成两个单层整距绕组，但相距一个角：短距角 • 两磁势相位不同，则 1112y q K F F =Φ • 其中：短距系数 ⎪⎭ ⎫ ⎝⎛︒==90sin 2cos 11τβy K y • β 短距角 • 4、相绕组磁势 • 最后得：相绕组磁势： • 对一相绕组，线圈组的磁势就是相磁势，不同空间位置的F 不能相互迭加。 • I p Nk K F F w y q 11119 .02==Φ • 其中： * 每相串连匝数：a qpN N y 2= * 绕组系数 111q y w K K K = 谐波磁势（了解） • 类似得谐波磁势 极安匝I p Nk v I p Nk v F wv wv v 19.01224=⨯⨯=π φ • 其中 qv yv wv K K K = 2cos β v k yv = 2sin sin αα v q qv k qv = 单相绕组的磁通势的性质 •空间位置固定、幅值随时间变化且以绕组中电流变化的频率脉振。所以称脉振磁场 •幅值的位置与绕组的轴线相重合 •基波磁通势的幅值： I p Nk F w 119 .0=φ ν次谐波磁通势的幅值： I p Nk v F wv v 19.0=φ wv v k v F 1∝φ 谐波次数越高，幅值越小。 脉振磁势可分解为两个旋转磁势 • 因为： - ++++-==F F x t F x t F x F f A )cos(21)cos(21cos cos 1111τ πωτπωωτ πφφφ • 所以：脉振磁势可分解为两个旋转磁势每个的幅值为均为原来的1／2 • 转速相同、转向相反 二、三相绕组的磁势 • 单相绕组通入单相电流＝＞脉振磁场 • 三相绕组中流过三相电流＝＞三个脉振磁场 )240cos()240cos()120cos()120cos(cos cos 111111︒-︒-=︒-︒-==t x F f t x F f t x F f c B A ωτπωτ πωτ πφφφ • 三相共六个旋转磁势： )120cos(21)cos(21)240cos(21)cos(21)cos(21)cos(21111111111︒-++-=︒-++-=++-= x t F x t F f x t F x t F f x t F x t F f C B A τπωτπωτπωτπωτπωτπωφφφφφφ • 六个旋转磁势合成 * 三个正向 磁势相加为原来的三倍； * 三个反向 磁势彼此相差120 度，相加（合成）为零。 * 基波： ()⎪⎭⎫ ⎝⎛-=++=x t F f f f t x f C B A τπωcos ,11111 幅值： I p Nk I p Nk F F w w 111135.1239.023===Φ † （积化和差增加一个系数：1/2 ） 旋转磁势的性质 • 由 ()⎪⎭⎫ ⎝⎛-=x t F t x f τπωcos ,11 • 知： * 是旋转磁势 * 既是空间函数、又是时间函数 * 转速： p f n 1060= * 幅值大小不变 * 某相电流达最大，旋转磁势幅值将转到该相绕组轴线处。 * 改变电流序，转向相反 。 关于：改变电流相序，转向相反 如B 、C 相对调： ⎪⎪⎪⎩ ⎪⎪⎪⎨⎧︒-︒-=︒-︒-==)240cos()120cos()120cos()240cos(cos cos 111111x t F f x t F f x t F f C B A τπωτπωτπωφφφ 即： ⎪⎪⎪⎩ ⎪⎪⎪⎨⎧︒+-++=︒--++=-++=)120cos(21)cos(21)120cos(21)cos(21)cos(21)cos(21111111111x t F x t F f x t F x t F f x t F x t F f C B A τπωτπωτπωτπωτπωτπωφφφφφφ 所以： )cos(),(11111x t F f f f t x f C B A τπω+=++= 关于谐波磁势（一般了解） 幅值： I p Nk v F wv v 19.0=φ 但2k 次谐波磁势幅值为零（空间互差120度） 转速： v n n v 00= 转向： • 合成磁通势为零通势相同旋转方向与基波合成磁通势相反 旋转方向与基波合成磁势，合成磁通势为一种磁通:36:16:16:1600-=+=-== =k v k v k v v n n k v v 第四节 不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势 • 不对称电流分析：＋、－、0 • 正序电流＝＞正向旋转磁势: f + • 序序电流＝＞反向旋转磁势: f － • 星形绕组：相电流中无 I 0，所以无f 0 • f +与f +： * 大小不一定相等； * 转速相同； * 转速相等 • 椭圆形旋转磁势 -++=F F F • 当F ＋＝F_时，脉振磁势 • 当F ＋、F_之一为零时，园形旋转 • 一般情况： F ＋≠F_，但均不为零，椭圆形旋转磁势 • 习题教程中的重点习题 • CH1：2,3,4,6,7,9,10,12 • CH2：1,2,4,5,6,11,15,16,19,25,26,27,29,31,32,33,36,40,42,47 • CH3: 2,3,5,9,10,11,15,16,24,34,35 • CH4: 1,2,3,16,18,24,28(看懂) • CH5:1,2,6,7,8,11,12,17 (看懂) • CH6: 9~11选一，19,20,23/25,33,35,38 • CH7: 1,2,3,5,7,8,10,14/16/17,18(看懂),19 本篇要点： • 1. 磁动势及磁场 • 一个整距线圈的磁势 • 分解：基波磁动势、谐波磁动势（了解） • 短距、分布的影响：空间矢量相加＝＞乘相短距系数、分布系数 • 短距、分布的作用：削弱谐波 * 基波分量虽略有减少，但谐波磁通势可大大削弱。 • 脉振磁通势：单相绕组磁通势为脉振磁通势 • 旋转磁通势：三相绕组磁通势为旋转磁通势 • 2. 旋转磁通势 • 三相绕组磁通势为旋转磁通势 • 脉振磁势可以分解为两个大小相等、旋转方向相反的旋转磁通势。 • 对称的三相绕组中＝＞三相电流＝＞三个脉振磁动势=>合成＝＞反向磁通势互相抵消；正向磁通势同步转速的旋转磁通势（幅值、转速）＝＞建立的磁场就是旋转磁场 • 3 .感应电动势 • 转转磁场对定，转于绕组之间存在相对运动 • 以同步转速n0切割定子绕组 • 以(n-n0)的转差切割定子绕组 • 同时在定，转于绕组中感应电动势 * （对这两种电动势分析的方法是一样的，我们主要分析了定子绕组电势） • 短距、分布绕组可以改善电动势的波形。 • 相绕组电动势 • 思考题： * 7-1， 7-3， 7-5, 7-9 • 习题： * 7－2，7-3(1)(3)，7-7 第八章 电机的发热和冷却 （了解，自习） • 第一节 电机的额定容量 • 第二节 电机的发热 • 第三节 电机的散热 第一节 电机的额定容量 • 输出<输入 • 损耗→发热→温度升高 • 绝缘材料破坏→寿命下降 • 温升 • 产生热量=发散热量，平衡 • 额定容量：运行的各参量均在规定的数值 • 是输出量：发电机：输出电功率 • 电动机：输出机械功率 第二节 电机的发热 一、电机损耗 * 基本铜耗 * 基本铁耗 * 机械损耗 * 附加损耗（杂散损耗） 二、电机的发热理论 T t Q t w e e --+-=τττ)1( Q τ发电机的起始温升 w τ发电机的最终温升 测定电机各部分温度的方法 温度计法 电阻法 埋置检温计法 叠加法（双桥带电测温法） 第三节 电机的散热 • 电机冷却 T t Q e -=ττ • 冷却方式 * 自冷却 * 自扇冷却 * 它扇冷却 第二篇完 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。 电机学学习笔记 一、绪论 电机：指应用电磁感应作用而运行的机械，用于电能的转换与不同形式电能之间的变换电机按照功能的分类：有电动机，发电机，变压器与控制电机 按照结构特点分类：有变压器与旋转电机，旋转电机分为交流电机与直流电机，交流电机分为同步电机与异步电机 磁路欧姆定律、磁路基尔霍夫第一定律（KCL）、磁路基尔霍夫第二定律（kvl） 安培环路定律、电磁感应定律 3)电路与磁路相关概念的对比： 磁动势：就是所有电流产生磁场，公式为F=Ni 磁位降：就是在安培换路定律中的Hl，也等于在这段磁路里面的磁阻乘于磁通，也就是抵消掉磁动势的东西 磁路中的损耗为铁耗，铁耗包括滞磁损耗和涡流损耗 二、变压器 变压器：实现相同频率的交流电能之间的转换 几种绕组的分类：高压绕组，低压绕组；一次绕组，二次绕组 变压器按照绕组数目分类：双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器按照冷却方式分类：油浸式变压器、干式变压器 按照铁芯结构分类：心式变压器、壳式变压器 变压器的基本构成：1、必须有电路部分跟磁路部分；2、绕组套在铁芯上，构成器身（变压器的核心部分） 变压器的额定值： 额定容量SN：输出视在功率的保证值，规定一次二次绕组的视在功率相同 一次绕组额定电压U1N：正常运行时一次绕组应该加的电压的有效值 二次绕组额定电压U2N：一次绕组加额定电压时二次绕组空载时的输出电压有效值一次、二次绕组额定电流I1N、I2N：正常运行时一二次绕组能够承担的电流的有效值，可以通过额定容量来计算 额定负载：就是当二次绕组电流I2达到其额定值I2N时的负载，也成为满载 单向变压器的额定容量计算：就是拿该相的电压乘以该相的电流（额定值） 三相变压器的额定容量计算：要注意，这里给出的额定电压都是线电压，因此虽然三相变压器的额定容量就是三个相的容量加起来，但是每个相的容量的计算中已经用到了线电压除以根号三，所以总的是线电压乘以线电流乘以根号三： 参考方向的问题：考虑电路中电压、电动势、电流、磁通的参考方向。 一次绕组的电压电流参考方向：按照电动机惯例，呈现负载特性 二次绕组的电压电流参考方向：按照发电机惯例，向外看符合负载特性 电流与磁通的参考方向：右手螺旋法则，就是高中学的那个；记住，电流是因，磁通是果； 磁通与电动势的参考方向：也是满足右手螺旋法则，这里想象电动势也像电流那样沿着线路流动，然后四个手指跟着电动势的方向，拇指指向磁通的方向，磁通是因，电动势是果； 变压器的空载运行问题： 第二篇 交流电机的共同理论 第6章 6.1 时间和空间电角度是怎样定义的？机械角度与电角度有什么关系？ 答 空间电角度是指一对主磁极所占的空间距离，称为360°的空间电角度。 时间电角度是指感应电动势交变一次所需要的时间为360°的时间电角度。 机械角度和电角度之间的关系为：电角度=极对数×机械角度。 6.2 整数槽双层绕组和单层绕组的最大并联支路数与极对数有何关？ 答 采用60°相带法，在单层绕组中，每对极下，必须用两个相带下的槽导体组成一个线圈组（如用A 相带和X 相带的槽导体组成A 相线圈组），也就是每对极只有一个极相组，所以最大并联支路数等于极对数，p a =，而在双层绕组中，每个槽中上下层分开，一个相带下的线圈可组成一个极相组，每对极有二个极相组，所以最大并联支路数可等于极对数的二倍，即p a 2=。 6.3为什么单层绕组采用短距线圈不能削弱电动势和磁动势中的高次谐波？ 答 单层绕组采用60°相带，在每对极下，必须用两个相带下的槽导体组成一个极相组，所以对于单层绕组来说，一般它只能组成整距绕组，即使采用短距连接，各线圈的电动势和磁动势并未改变，所以不能削弱谐波。 6.4 何谓相带？在三相电机中为什么常用60°相带绕组，而不用120°相带绕组？ 答 相带通常指一个线圈组在基波磁场中所跨的电角度。常采用60°相带绕组是因为： （1）分布系数较大；（2）有正负相带而不含偶数次谐波磁动势。 6.5 试说明谐波电动势产生的原因及其削弱方法。 答 一般在同步电机中，磁极磁场不可能为正弦波，由于电机磁极磁场非正弦分布所引起的发电机定子绕组电动势就会出现高次谐波。为了尽量减少谐波电动势的产生，我们常常采取一些方法来尽量削弱电动势中的高次谐波，使电动势波形接近于正弦。一般常用的方法有： （1） 使气隙磁场沿电枢表面的分布尽量接近正弦波形。 （1） 用三相对称绕组的联结来消除线电动势中的3次及其倍数次奇次谐波电动势。 （2） 用短距绕组来削弱高次谐波电动势。 （4） 采用分布绕组削弱高次谐波电动势。 （5） 采用斜槽或分数槽绕组削弱齿谐波电动势。 6.6 试述分布系数和短距系数的意义。若采用长距线圈，其短距系数是否会大于1。 答 短距系数： 2 sin 1) 1(1)1(11π τττy E E K y t y t y == =< 它表示线圈短距后感应电动势比整距时应打的折扣。由于短距或长距时，线圈电动势为导体电动势的相量和，而全距时为代数和，故除全距时1y k =1 以外，在短距或长距时，1y k GDOU-B-11-213 《电机学》课程教学大纲 课程简介 1．直、交流电机和变压器的基本结构、工作原理； 2．基本电磁定律和基本理论：稳态运行的电压平衡、磁通势平衡、转矩平衡和能量平衡的规律；电机的基本特性曲线，基本运动方程式；起动、制动和调速方法；电机的各种 运行状态；以及各种控制电机的基本特点； 3．基本分析方法：包括方程式、相量图、等效电路、折合算法以及动态过程的分析；4．基本试验方法和操作技能：使用相关测量仪表，测定变压器和交直流电机的运行参数。 一、课程的性质与任务 《电机学》是电气工程及其自动化专业必修的专业基础课。它既是研究电机及电力拖动系统基础理论的学科，又可以作为一门独立的技术应用课，直接为工农业生产服务。本课程的理论性与实践性都很强，通过本课程学习，使学生掌握各种电机的基本结构与工作原理，独立分析电力拖动系统各种运行状态，掌握有关计算方法，合理地选择和使用电动机，为后续电力拖动自动控制系统等专业课打下坚实基础，为从事专业技术工作做好基本培养和锻炼。 二、课程的基本要求 1、掌握以下概念与知识： 交直流电机、变压器的结构、类型、工作原理；电机磁场、电流、电压、功率、转 速、转矩、工作状态及其变化规律；电机特性与用途；电机额定参数与工作参数基本计算；电机起动、调速、制动方式。 2、掌握以下分析方法： 变压器和电动机的基本方程式分析法；时空向量图分析法；等效电路分析法。 3、培养以下能力： 选择电力拖动系统电动机的型式、种类、电压、转速及额定功率，起动调速制动方式；各种电机、变压器额定数据的计算；运行电压电流转速转矩计算；校核发热，起动能力与过载能力。 三、修读专业 电气工程及其自动化专业、自动化专业，其它相关专业。 四、本课程与其它课程的联系 本课程的先修课程为：高等数学、物理、工程力学、电路和电子技术等。后续课为电器控制、自动控制理论、工厂供电和电力拖动自动控制系统等。 五、教学内容安排、要求、学时分配及作业 绪论（4学时） 教材内容与课程性质（C）；本课程常用的物理概念及定律； 磁场物理量与定律（A）、磁路计算（A） 第一章电力拖动系统动力学（2学时） 电机转动方程式；负载的转矩特性与稳定运行的条件 第二章直流电机原理（11学时） 直流电机用途及基本工作原理、用途（C）；主要结构、型号与产品系列（C）； 磁路、磁场分布与磁化特性（A）；励磁方式（C） 电枢绕组（B）；电枢电动势与电磁转矩（A）；电枢反应（B） 直流发电机基本方程式（A）；电磁功率关系（B）；运行特性（B）； 并励直流发电机自励（C）；并励直流发电机特性（C） 直流电动机运行原理：基本方程式（A）；电磁功率关系（B）；工作特性（B）； 他励直流电动机及机械特性（A）；串励直流电动机特点及其机械特性（A）； 复励直流电动机及其机械特性（C）； 直流电机的换向（B） 第一章基础理论 一、学习目标： 掌握磁场分析基本量，磁路的基本定律；掌握常用铁磁材料及其磁化特性；掌握简单串联、并联磁路计算；了解交流磁路中的激磁电流和磁通；掌握能量转换基本定律。 二、模块导学： 1、绪论 讲述了电机的概念、电机的主要作用、电机的分类、电机的主要发展和本课程的主要任务。 2、磁路和磁性材料 讲述了磁场中基本物理量和磁路的基本概念，磁路的基本定律，磁性材料的分类及其特性，简单磁路的计算以及交流铁心磁路中的激磁电流、磁通和感应电动势的波形关系。 2、能量转换基本定律 讲述了法拉第电磁感应定律、毕—萨电磁力定律和能量守恒原理。 三、重点难点指导： 重点：磁路的基本概念和基本定律，铁磁材料及其磁化特性，能量转换基本定律 难点：磁场与磁路的等效，磁路与电路的类比，交流磁路中的激磁电流和磁通。 讲清磁场作为能量转换的媒介的作用，说明集中参数与分布参数的特点，并在此基础上引出磁路的概念，使学生建立起磁路与电路的类比关系，画图说明交流磁路中的激磁电流和磁通的波形关系。 四、参考资料目录： [1] 汤蕴璆，罗应立，梁艳萍. 电机学[M]. 第三版. 北京：机械工业出版社，2008 [2] 李哲生，刘迪吉，戈宝军. 电机学[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997 [3] 潘再平，章玮、陈敏祥. 电机学[M]. 杭州：浙江大学出版社，2008 [4] 李发海. 电机学[M]. 北京：科学出版社，2001 [5] 胡虔生，胡敏强. 电机学[M]. 北京：中国电力出版社，2005 [6] 汪国梁. 电机学[M]. 北京：机械工业出版社，2007 [7] 朱东起，王岩，李发海. 电机学[M]. 北京：中央广播电视大学出版社，1987 [8] 冯欣南. 电机学[M]. 北京：机械工业出版社，1985 [9] 辜承林，陈乔夫，熊永前. 电机学[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2005 [10] 刘锦波，张承惠. 电机与拖动[M]. 北京：清华大学出版社，2006 [11] 马宏忠，方瑞明，王建辉. 电机学[M]. 北京：高等教育出版社，2009 [12] 唐任远. 现代永磁电机理论与设计[M]. 北京：机械工业出版社，1997 [13] 王秀和. 永磁电机[M]. 北京：中国电力出版社，2007 [14] A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley. Electric Machinery (Sixth Edition). McGRAW-HILL 电机学课程教学大纲 课程名称：电机学（Electric Machines） 课程编号：CX201120A 学分：6 总学时：96(84+12) 适用专业：电气工程及其自动化 先修课程：高等数学、大学物理、电路 一、课程的性质、目的与任务 电机学是电力工程及其自动化等专业的一门重要技术基础课程。 通过本课程的学习，学生应掌握电机的基本理论、基本分析方法和基本实验技能。为学习后续课程和从事专业工作打下坚实的基础。 本课程具有概念多、理论性强、与工程实际联系紧密的特点，因此学习本课程对培养学生具有科学的学习能力，以及使学生树立理论联系实际的工程观点等方面督有着重要的作用。 二、教学基本要求 （一）绪论与磁路 1. 了解磁路的概念、定律、简单计算。 2. 了解铁磁材料的特性 （二）直流电机 1.了解直流电机的工作原理、结构、用途、额定值。 2.了解直流电机的电枢绕组的构成、电枢反应。 3.掌握电枢感应电动势和电磁转矩的计算。 4.掌握直流电动机的基本理论、基本分析方法、机械特性及相应的计算。了解直 流电动机的工作特性。 5.理解直流电动机启动的特点和方法、调速原理和方法。了解直流电动机的制动 概念。 6.了解自励直流发电机的自励条件和过程。了解直流发电机的基本理论和基本分 析法。了解直流发电机的励磁方式对其性能的影响。 7.知道换向的一些基本问题。 （三）变压器 1．了解变压器的基本结构、用途、额定值。 2．掌握变压器空载、负载运行时的基本理论、基本分析方法、运行特性和相应计算。 3．理解三相变压器的磁路系统。掌握单相、三相变压器的绕组联结法及联结组。 熟悉三次谐波激磁电流与三次谐波磁通的存在条件及对运行的影响。 4．理解并联运行条件。掌握并联运行时负载分配的理论和相应计算。 5．掌握对称分量法、各序阻抗与各序等效电路、典型的不对称情况的计算。 6．知道瞬变过程的一般分析方法和过电流对变压器的影响。 7．了解三绕组变压器、自耦变压器、电流互感器、电压互感器的结构特点及其用途。 8．掌握三绕组变压器、自耦变压器的参数概念与等效电路。 《电机学》教学大纲 一、课程基本信息 1、课程英文名称：Electrical Machinery Theory 2、课程类别：专业基础课程 3、课程学时：总学时128， 4、先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《电路原理》、《工程电磁场》 二、课程的目的与任务 电机学是电气工程与其自动化专业的一门重要的专业基础课。从应用的角度出发，分析变压器、直流电机、异步电机和同步电机四类主要电机的基本结构、工作原理、电磁关系和运行特性。通过本课程的学习使学生掌握电机的基本理论和基本分析方法，为掌握本专业和学习后续课程打下理论基础，并为今后工作中解决工程实际问题作好准备。 三、课程的基本要求 掌握变压器的基本结构和工作原理、变压器的运行特性、分析方法；直流和交流电机的结构、工作原理、运行特性、分析方法；掌握机电能量转换原理。达到电气工程及其自动化专业应具备有关电机基础知识、基本技能的要求。 四、教学内容、要求及学时分配 (一)理论教学：44 绪论 2学时 内容：学习电机学的目的意义，常用的物理概念和定律 重点：磁路的基本概念和基本定律 难点：磁路的基本概念和基本定律 第一篇变压器 8学时 内容：变压器的基本结构，变压器的基本方程、等效电路、相量图、变压器的运行特性，三相变压器的磁路系统和联结组别，三相变压器空载电动势波形，变压器参数的测定,变压器的并联运行, 变压器的不对称运行，变压器的瞬变过程，三绕组变压器、自耦变压器、电压互感器和电流互感器。 重点：变压器的基本方程, 等效电路、相量图，变压器的运行特性，三相变压器的联结组别，变压器参数的测定,变压器的并联运行，自耦变压器。 难点：变压器的相量图，三相变压器的联结组别，三相变压器空载电动势波形，变压器的不对称运行。 第二篇交流电机的共同理论问题： 8学时 第四章交流电机的共同问题 4-1 交流绕组与直流绕组的根本区别是什么？ 答：直流电枢绕组是无头无尾的闭合绕组，通过换向器和电刷与外电路联接，各支路在磁场中的位置不变，构成各支路的元件数不变，但元件号不断变化。 交流绕组是开启的，对外联接点永远是固定的。 4-2 何谓相带？在三相电机中为什么常用60°相带绕组而不用120°相带绕组？ 答：相带是指每极下每相绕组所占有的区域，通常用一个线圈组在基波磁场中所跨的电角度来表示。 与120°相带绕组相比，采用60°相带绕组可以获得较大分布系数，并且因有正负相带而不含偶数次谐波磁动势。一般不会采用120°相带绕组，通常只用在单绕组变极电机中。 4-3 双层绕组和单层绕组的最大并联支路数与极对数有什么关系？ 答：对于双层绕组，p =； a2 max ； 对于单层绕组，p a= max 其中， a表示最大并联支路数，p表示磁极对数。 max 4-4 试比较单层绕组和双层绕组的优缺点及它们的应用范围？ 答：双层绕组的主要优点：可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组，以改善电动势和磁动势的波形；所有线圈具有同样的尺寸，便于制造；端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。 现代10KW以上的三相交流电机一般都采用双层绕组。 单层绕组的主要优点：嵌线比较方便，且没有层间绝缘，槽的利用率较高。 单层绕组一般都是整距绕组，不易采用短距来削弱谐波，电机的电磁噪音 和铁损耗较大。 单层绕组一般用于10KW 以下的小型感应电机中。 4-5 为什么采用短距和分布绕组能削弱谐波电动势？为了消除5次或7次谐波电动势，节距应选择多大？若要同时削弱5次和7次谐波电动势，节距应选择多大？ 答：短距系数)2 sin(1π τν νy k y =。适当地选择线圈的节距1y ，可以使某一次谐波的短距系数为零或很小，从而消除或削弱该次谐波。 分布系数2sin 2sin 1 1 ναναν q q k q = 。线圈组在磁场中分布越是集中，其分布系数越接近1；相反，分布越是分散，其分布系数越小。利用60°相带绕组来说明：对基波磁场而言，线圈组的电动势相量分布在60°范围内，分布比较集中，因此分布系数较大；对ν次谐波磁场而言，线圈组的电动势相量分布在??60ν范围内，分布相当分散，因此分布系数很小。 选择节距τ54 1=y 时，可以消除5次谐波电动势。 选择节距τ76 1=y 时，可以消除7次谐波电动势。 选择节距τ6 5 1=y 时，可以同时削弱5次和7次谐波电动势。 4-6 为什么对称三相绕组线电动势中不存在3及3的倍数次谐波？为什么同步发电机三相绕组多采用Y 型接法而不采用△接法？ 答：在对称三相绕组相电动势中，3及3的倍数次谐波分量是同相位、同大小的。所以，在线电动势中3及3的倍数次谐波分量相互抵消，即不存在3及3的倍数次谐波。 采用△接法时，会在三角形回路中产生在3及3的倍数次谐波环流，引起附加损耗。因此，同步发电机三相绕组多采用Y 型接法。 4-7 为什么说交流绕组产生的磁动势既是时间的函数，又是空间的函数，试以三相绕组合成磁动势的基波来说明。 答：三相绕组的基波合成磁动势为 )cos(2 3),(11θπθ-= wt I Nk p t f N 第四章 交流电机的共同问题 习题解答： 4.1 何谓相带? 在三相电机中为什么常用60°相带绕组而不用120°相带绕组? 答：每个极面下每相绕组所占的范围相等, 这个范围称为相带。因120°相带绕组合成电动势较60°相带绕组合成电动势小, 所以一般采用60°相带绕组。 4.2 为什么说交流绕组产生的磁动势既是时间的函数, 又是空间的函数? 试以三相绕组合成磁动势的基波来说明。 答：由三相绕组基波合成磁动势表达式)cos(),(11s s t F t f θωθ-=可见，在任一时刻t ，当空间位置s θ不同时磁动势大小不同；而在任一空间位置s θ，当时间t 不同 时磁动势大小也不同；即三相绕组基波合成磁动势在不同位置和不同时间时其磁动势是不同的。所以三相绕组基波合成磁动势即是空间位置的函数，也是时间的函数。 4.3 齿谐波电动势是由什么原因引起的? 其削弱方法有哪些? 答：齿谐波电动势产生的原因主要是定子开槽引起的气隙磁导不均匀, 对应齿的位置气隙 小、磁导大, 而槽口处气隙大、磁导小，致使电动势波形出现明显的对应齿槽的谐波波纹。削弱齿谐波电动势最有效的方法有采用斜槽，也可采用分数槽及采用半闭口槽和磁性槽楔。 4.4 脉振磁动势和旋转磁动势各有哪些基本特性? 产生脉振磁动势、圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势的条件有什么不同? 答：脉振磁动势空间位置固定、幅值随时间变化而变化，其脉振频率取决于电流的频率； 三相合成磁势为正弦分布的旋转磁势，旋转磁动势幅值不变，矢量移动的轨迹为一个圆，转向由超前电流相转到滞后电流相，当某相电流达最大值时，合成旋转磁势的幅值恰在这一相绕组轴线上。 单相绕组通入单相交流电流后产生脉振磁动势；三相对称绕组通入三相对称电流后,产生圆形旋转磁动势；三相绕组通入不对称三相电流时产生的磁动势为椭圆形旋转磁动势。 4.5 为什么交流发电机的定子绕组一般都采用星形联结? 《电机学（上）》总结 第一章 导论 1、电机的基本概念 电机：依据电磁感应定律和电磁力定律实现机电能量或信号转换的电磁装置。 定子：静止部分；转子：旋转部分；气隙：铁芯与磁极之间的间隙 气隙中的磁场分布及其变化规律在能量转换过程中起决定性作用。 2、磁场基本量 H B A B A F m A H Wb T B ⋅=⋅=μφμμφ;);();/(;;);();(0 3、磁路定律 （1）全电流定律：∑∑∑⎰=⇒=⋅k k k k k F l H i （2）磁路欧姆定律：m m F R F Λ⋅== φ，A l R m m μ=Λ=1磁路的磁阻：， l A m μ=Λ磁路的磁导： （3）磁路的基氏第一定律：0=∑φ （4）磁路的基氏第二定律：k k k k k k k k i N F l H ∑∑∑== 4、磁化曲线曲线H H f B ⋅==μ)(（课本P16 图） 非铁磁材料：为常数为直线，00μμH B ⋅=，数值很小,/10470m H -⨯=πμ 铁磁材料，磁化曲线呈现非线性的饱和特性。 一般0μμ>>Fe ，且Fe μ不是常数。饱和时，↓↑→μb 。不饱和时可认为是常数 5、铁耗Fe p ：)6.1~2.1(21,2≈<<∝+=βββV B f p p p m w h Fe ，V 为铁磁材料的体积， 采用硅钢片可减小铁耗。磁滞损耗与磁滞回线的面积成正比。 6、电感与互感 线圈（绕组）的电感m N L Λ=2。铁芯线圈的电感要远大于同匝数的空心线圈的电感。 两个线圈（绕组）间的互感m N N M Λ=21 第二章 直流电机 一、直流电机的工作原理和基本结构 1、换向器式直流电机的工作原理： 直流电机电枢绕组所感应的电动势是极性交替变化的交流电动势， 换向器配合电刷的作用把交流电动势“换向”成极性恒定的直流电动势。 只要电枢与主磁极空间相对静止，电刷两端所得电势即为直流电。 2、主要结构 定子 转子（电枢） 主磁极、机座、电刷、换向极 电枢铁心、电枢绕组、换向器 定子机座兼做定子主磁路的一部分，因其中磁场是固定不变的，故采用铸钢或厚钢板加工（无铁耗） 转子铁心因旋转，与气隙主磁场（空间静止）有相对切割运动，其间会有铁耗，故采用硅钢片叠成。 3、额定值 额定功率2P P N ≡ )/(60 2s rad n N π =Ω 发电机：N N N I U P = 电动机：N N N N I U P η= 二、 电枢绕组特点 1、直流电机电枢绕组必为闭合绕组。 2、电刷的安放： （1）原则：正、负电刷间空载合成电势最大。 电机学原理 电动机是将电能转换为机械能的一种装置。按工作原理不同，电动机可以分为直流电 动机和交流电动机两大类。直流电动机是利用电流通过直流电枢产生磁场，与永磁体相互 作用产生转矩，使转子转动的电动机。而交流电动机又可分为异步电动机和同步电动机两种。 异步电动机是利用旋转磁场作用于转子上感应出转子电流，从而产生转矩而运转的电 动机。他们又分为感应电动机和异步电动机两种。其中，感应电动机的转子电流是靠电动 机的主磁场诱导产生，它的构造简单，动力性能可靠。而异步电动机的转子则是通过转子 外部的电流产生的，他们的构造比感应电动机更为复杂，但是他们的效率高，因此在一些 高要求的场合中，如高速、负载异动等都是首选的机型。 同步电动机是通过电磁感应定子电流不断地产生旋转磁场，使得转子跟在磁场后面的 电动机工作。同步电动机又分为直流励磁同步电动机和交流励磁同步电动机两种。其中， 直流励磁同步电动机的变磁通是通过直流电源来实现的。他们的应用比较广泛，一般来说 是在一些中小型发电机组、压缩机等工业设备中使用。而交流励磁同步电动机则是通过外 部交流电源对定子产生交变磁通，形成旋转磁场，从而使电动机工作。 在电机的结构方面，根据不同类型的电机，接线端子、框架、定子、转子、冷却器等 部件的形式和数量都有不同之处。其中，电机的定子和转子是电机最为重要的部件。定子 是铜线卷成的圆筒形或扁圆形，经过一定的绝缘处理后，将其放置在电机极心的成型件上。当通电后，定子中的电流就会形成磁场，产生旋转磁场，从而带动转子旋转。 转子是机械部件，同时也是电子部件。电机传动系统的主轴轴承与转子集成在一起。 转子中的绕组是由绝缘铜线卷成一个漩涡状，大多数电机中使用的是铜线，称为电磁绕组。因其良好的导电性和韧性，能保持良好的导电性能和机械强度。 此外，电机的性能取决于多种因素，如电阻、电压、电流、功率、效率等。电机的效 率又分为机械效率与电气效率。机械效率指电机输入的电能转化为机械能的能力。而电气 效率指电机输入的电能有多少被转化为有用的输出功率，它是用来表示电机能量利用率的 最为基础的参数。 电机广泛应用于各种工业以及家庭生活中，如发电机、水泵、各种动力机械、压缩机、风扇和家用电器等等。电机学的研究与进步将会推动电机技术的发展和应用。 《电机学》课程教学大纲 课程编码：AL040180 课程性质：专业基础课程 适用专业：电气工程及其自动化 学时学分：56学时3.5学分 所需先修课：电路原理、电磁场理论 编写单位：机电工程学院 一、课程说明 1．课程简介 本课程是电气工程及其自动化专业的一门主干课，它又是该专业的一门重要技术基础课。通过本课程的学习，使学生掌握变压器、交流电机和直流电机的基本知识、基本理论、基本计算方法和一般运行分析问题以及基本实验技能，为进一步学习专业课以及毕业后从事专业工作打下必要的基础。该课程的先修课是高等数学、电路、电磁场理论等。本课程是为系统学习电机设计、电力系统分析、电气控制技术、电力拖动自动控制系统、控制电机等后续课程打下基础。 2．教学目标要求 本课程以直流电机、变压器、感应电机和同步电机四种典型电机为研究对象，以变压器和感应电机、同步电机为重点。学完本课程应达到以下基本要求：1）了解各种典型电机的基本结构，掌握各种常用电机的工作原理、运行特性、实验方法和操作技能。 2）掌握电机的分析方法，能正确建立电动势平衡方程式和转矩方程式，明确电机中的能量传递关系，熟练地运用复数运算、等效电路、向量图、谐波分析等分析方法。具有分析未学过的电机或新电机的能力。 3）既掌握各种电机的个性和特点，又能认识各种电机的共同点。从而对电机有一个比较系统和完整的认识，能触类旁通。灵活运用所学知识。 4）透彻理解各种电机主磁场的性质、各种参数的物理概念以及各物理量的时间关系和空间关系。 5）了解电机的工程问题，如发热、冷却、绝缘等。 3．教学重点难点 1）掌握分析电机稳态、对称、基波运行时的基本方法； 2）深入理解电机中主磁场的作用及能量转换的关系； 输电线路工程方向《电机学Ⅱ》课程教学大纲 课程中文名称：电机学II 课程英文名称：Electric Machines II 课程编号：C1294 应开课学期：4 学时数：32 学分数：2 适用专业：电气工程及其自动化（输电线路工程方向） 课程类型：专业核心课程/必修 先修课程：高等数学I、大学物理I、电路原理 一、课程性质 本课程是电气工程及其自动化（输电线路工程方向）的专业核心必修课，是一门重要的专业技术基础课程。本课程的特点是理论性、关联性、分析性强，概念、公式多，与工程实际联系密切。通过本课程学习，使学生获得电机的基本理论知识、基本分析方法和基本实验技能，为进一步学习电力系统专业课和从事电力系统行业打下坚实的基础。 二、课程目标 通过对该课程的学习，使学生在知识方面、能力方面和素质方面均有一定的提高，掌握电机学的研究内容、基本理论知识和研究方法及电机学与相关学科的关系；掌握电机学的实验技能，满足智能电网信息工程专业后续学习和自身发展需求。 通过学习电机的基本结构，掌握电机学的基本理论知识和基本电磁关系的分析，包括变压器、同步电机；使学生们熟悉各类电机的运行原理，掌握对各类电机的运行性能的评判。进而能够分析出变压器并联运行的要求和应满足的条件，能够分析出同步发电机并网的条件和并网的方法这样一些实际工程问题，同时又能分析出各类电机在电力系统中的应用。 通过电磁关系的分析，获得各类电机的电压方程和电流方程，把物理模型转换成数学模型，从而获得其电路模型，以此提升学生识别、表达电气工程问题的能力。 三、支撑的毕业要求 四、教学内容、学时安排和基本要求 第1章绪论（4学时） 重点难点：主要研究内容、常用研究方法 （1）了解本课程的性质和任务；了解本课程的主要内容、学习方法；了解电机在国民经济中的地位、作用和国内外的发展概况；掌握电机的概念和分类。 （2）熟悉和巩固电机理论中常用的基本电磁定律和铁磁材料特性，掌握简单磁路的计算方法。 第2章变压器（11学时，包括专题讨论1学时） 重点难点：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，变压器的并联运行 （1）了解变压器的基本结构，掌握变压器的工作原理，明确变压器的额定值，了解其 重庆大学电机学（1）课堂测验三 2011~2012学年第一学期 考试方式： 时间：45 分钟 一、单项选择题（每小题2分，共20分） 1．一个p对极的三相交流线圈，两个有效边在空间的电角度为170°，则其对应的机械电角度为 D 。 A．170°；B．p×170°；C．2p×170°；D．170°/p；E．170°/2p。 2．m相交流绕组定子槽数为Q，极对数为p，则极距等于 B 。A．Q/p；B．Q/(2p)；C．Q/(2pm)；D．Q/(pm)。3．交流绕组的基波绕组因数通常为 A 。 A．<1；B．>0；C．=1；D．>1。4．m相双层短矩分布交流绕组，其每相最大并联支路数为 D 。 A．p；B．p×m；C．2p/m；D．2p。5．一个整距线圈产生的磁动势波形为 B 。 A．正弦波；B．矩形波；C．阶梯波；D．尖顶波。 6. 一个极相组线圈产生的基波合成磁动势波形为A 。 A．正弦波；B．矩形波；C．阶梯波；D．尖顶波。7．三相感应电动机2p=8，接到频率为50Hz的电网上，定子三相对称电流产生的基波合成磁动势转速为B 。 A．600转／分；B．750转／分；C．1000转／分；D．1500转／分。 8．单相绕组通以单相正弦交流电流产生的基波磁动势为B 。 A．恒定磁动势；B．脉振磁动势； C．圆形旋转磁动势；D．椭圆形旋转磁动势。9．已知线圈的节距y1=5τ/6，则该线圈的基波节距因数为 C 。 A．sin30°；B．sin45°；C．sin75°；D．sin90°；E．sin108°。10．一台Ｙ接法的三相感应电动机，定子绕组一相断线时，它所产生的基波磁动势是 D 。 封线密 《电机学》复习题 一、磁路与变压器 1、变压器就是利用___________ 原理来升高或降低电压的一种静止的电能转换器。 2、_____ 是所有变压器中用途最广、生产量最大的一种变压器。 （A）电力变压器；（B）整流变压器；（C）电炉变压器；（D ）高压试验变压器 3、变压器铁芯多采用交叠式装配，使各层的接缝不在同一地点，可增大激磁电流。（） 4、为了绝缘方便，变压器低压绕组紧靠铁芯，高压绕组则套在低压绕组的外面。（） 5、在三相变压器中，额定电压都是指线电压。（） 6、在三相变压器中，额定电流都是指相电流。（） 7、三相变压器其铭牌数据S N =5000kVA，U IN /U2N =66/10.5 kV，一次侧为Y接法，二次侧为△接法，则二次侧的额定电流为_____________ 。 （A）375A ；（B）297.4A ；（C）43.74A ；（D）274.93A。 &三相变压器其铭牌数据S N =50kVA，U IN /U2N =10000/400 V，一次侧、二次侧都为Y接法，则一 次侧的额定电流为___________ 。 （A） 4.89A ；（B） 2.89A ；（C）42.17A ；（D）72.17A。 9、变压器从一次侧到二次侧的能量传递过程是依靠___________ 的媒介而实现的。 10、变压器在铁芯饱和时，为了得到正弦变化的磁通，磁化电流中的高次谐波分量，尤其是_________ 是必需的。 11、变压器在铁芯饱和时，如果磁化电流为纯粹的正弦波，则磁通便为一正弦波。（） 12、变压器在感性负载时，二次侧端电压一定低于二次侧的感应电势。（） 13、变压器在容性负载时，二次侧端电压一定低于二次侧的感应电势。（） 14、变压器空载试验可以测定变压器的变压比、空载电流、空载损耗以及 15、为了安全，变压器的空载试验一般都在低压侧进行。（） 16、为了测量方便，变压器负载试验时一般都是把低压侧接电源，而令高压侧短路。（） 17、三相变压器的额定电压为U1N /U2N =6300/400 V，Y/△联接。今因工作需要，电源电压由6300V 改为10000V，若保持低压绕组的每相匝数40不变，则需将高压绕组的每相匝数改为 _________ 匝。（A）300 ；（B）477；（C）577 ；（D）677。 18、单相变压器的数据如下：额定容量S N =5kVA，额定电压U1N /U2N =220/110 V。空载试验在高压 侧进行，测得：U0 =220V , I0 =2A , p0 =100W。负载试验在低压侧进行，测得：U k =10V，I k =45.455A , p k =320W。设R1 =R2/ =R k/2, X1。=X2-' =X k/2,求此变压器T型等效电路的各个参数值。 19、国家规定I/I-6为单相变压器标准联结组。（） 20、我国规定Y/Y0-12、___________ 、Y0/ △ -11、Y0/Y-12、Y/Y-12五种作为三相变压器标准联结组。 21、请画出三相变压器Y/ △ -11联结组的绕组联结图及其相量图。 22、电压调整率是变压器的一项重要性能，它反映了负载时的__________________ 。 23、变压器二次侧端电压的变化情况不会受到功率因数的影响。（） 24、当不变损耗可变损耗时，变压器的效率具有最高值。 （A）小于；（B）大于；（C）等于；（D）小于或等于 25、变压器理想并联运行条件有哪些？ 26、某变电所有两台变压器，数据如下： 第一台：S N =1250 kVA , U1N /U2N =35/10.5 kV , U k （%）=6.5% ；第二台：S N =2000kVA , U IN /U2N 闭卷 一、单项选择题（每小题2分，共20分） 1．交流旋转电机要求定、转子的极对数 B 。 A ．不等； B ．相等； C ．不可确定； D ．没有特别要求。 2．在感应电动机等效电路中，等效电阻（1-s ）R ’2/s 上消耗的功率为 C 。 A ．输入功率； B ．电磁功率； C ．总机械功率； D ．轴端输出的机械功率。 3．笼型三相感应电动机在额定状态下转速下降10%，该电机转子电流产生 的旋转磁动势相对于定子的转速 A 。 A ．不变； B ．上升10%； C ．下降10%； D ．无法确定。 4．三相感应电动机电磁转矩的大小与 D 成正比。 A ．总机械功率； B ．输出功率； C ．输入功率； D ．电磁功率。 5．一台三相感应电机，如果转差率s<0，则此时该电机的运行状态是 A 。 A ．发电机； B ．电动机； C ．电磁制动； D ．无法确定。 6．三相感应电动机满载起动时的电流 C 空载起动时的电流。 A ．大于； B ．小于； C ．等于； D ．无法确定。 7．一台额定频率为50Hz 、额定转速为730r/min 的三相感应电动机，其极数为 D 。 A ．2； B ．4； C ．6； D ．8。 8．一台50Hz 的三相感应电机通以60Hz 的三相对称电流，并保持电流的有效值不变，此时定子三相基波合成旋转磁势的幅值大小以及转速变化为 B 。 A ．减小，变大； B ．不变、变大； C ．减小、不变； D ．不变、不变。 9．一台Ｙ接法的三相感应电动机，定子绕组一相断线时，它所产生的基波磁动势是 A 。 A ．脉振的正弦波； B ．脉振的阶梯波； C ．旋转的正弦波； D ．旋转的阶梯波。 10．三相鼠笼感应电动机起动时，在电枢绕组中串入电阻，起动转矩 B 。 A ．提高； B ．减少； C ．保持不变； D ．视电阻阻值而定。 二、填空题（每空1分，共20分） 1．一个p 对极的整距交流线圈，两个线圈边在空间相距的电角度为 180°，机械角度为 180°/p 。 2．在三相对称绕组中通入三相对称电流，产生的基波合成磁动势性质为 圆形旋转磁动势 ，其转向取决于 电流相序和绕组布置 ，其幅值取决于 绕组设计和电流大小 ，其转速取决于 电流频率和极对数 。 3．基波节距因数物理含义是 线圈短距时的感应电动势对比于整距时应打的折扣 ，基波分布因数物理含义是 分布线圈相对于集中线圈合成电动势所打的折扣 。 4．在感应电机等效电路参数计算时需要进行 频率归算 和 绕组归算 两种归算。 5．如果一台三相感应电动机的转差率为0.02，那么转子铜耗占电磁功率的百分比为 2% ，总机械功率占电磁功率的百分比为 98% 。 6．三相感应电动机空载运行时，电机损耗包括 定子铜耗 、 定子铁耗 、 机械损耗 和 杂散损耗 。 7．带恒转矩负载的三相绕线式感应电动机，在其它条件不变的情况下，适当增加转子回路的总电阻，一般会引起以下变化：临界转差率 增大 ，过载能力 不变 ，起动转矩 增大，起动电流 减小 。 三、简答题（共30分） 1．感应电动机定子绕组与转子p 绕组之间没有直接的联系，为什么负载增 加时，定子电流和输入功率会自动增加，试说明其物理过程。从空载到满载电机主磁通有无变化？为什么？（15分） 答：负载增加时，电动机转速下降，转差率上升（1分），转子绕组切割磁 力线的速度增加（1分），转子感应电动势（1分）、感应电流（1分）相应增加，则拖动性质的电磁转矩T e 增加（1分），转子磁动势也增加（1分）。由磁动势平衡关系，定子磁动势增加（1分），定子 学院 电气工程学院 专业、班 年级 2009 学号 姓名 公平竞争、诚实守信、严肃考纪、拒绝作弊 封 线 密 《电机学》期末复习材料 第三篇 交流电机理论的共同问题 1、同步电机的结构： 定子——三相对称绕组，通入三相对称电流，产生一个旋转磁场。 转子——直流励磁，是一个恒稳磁极。 极对数p 与转速n 之间的关系是固定的，为 60 1 pn f = 2、异步电机的结构： 定子——三相对称绕组，通入三相对称电流，产生一个旋转磁场。 转子——三相对称短路绕组，产生一个旋磁磁通。 【三相对称：空间上差120度电角度；时序上差120度电角度。】 3、电角度与机械角度： 电角度：磁场所经历的角度称为电角度。 机械角度：转子在空间所经历的几何角度称为机械角度。 电角度⨯=p 机械角度 4、感应电势： ①感应电势的频率：60 1 pn f = ②感应电势的最大值：m m m f lv B E φπ==（τφl B P m =） ③每根导体感应电势的有效值： m m m d f f E E φφπ 22.22 2 == = 5、极距： ①概念：一个磁极在空间所跨过的距离，用 τ来表示。（了解整距、短距、长距） ②公式：p z p D 22= = πτ 6、线圈电势与节距因数： ①节距因 数 ： 1 90sin 90)1(cos 11≤⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡︒⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⨯-=ττy y k y 物理意义：表示了短距线圈电势的减少程度。 ②分布因数：12 sin 2sin ≤= a q a q k q 物理意义：表示了分布绕组电势的减少程度。 ③绕组因数：q y w k k k = ④合成电势：w m k fN E φ44.4= ⑤槽距角：z p a 360 = 电角度 ⑥每极每相的槽数：pm z q 2= 【练习1】一台三相同步发电机， Hz f 50=，min /1000r n =，定子铁芯长 cm l 5.40=，定子铁芯内径cm D 270=， 定子槽数72=z ，101=y 槽，每相串联匝数144=N ，磁通密度的空间分布波的表示式为xGs B sin 7660=。试求：（1）绕组因数w k ；（2）每相感应电势的有效值。 7、消弱谐波电势的方法： ①采用不均匀气隙，以改善气隙中磁场分布情况。 ②采用短距绕组。 一、电机学共同问题 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 （+ 2∆U b ）（电动） E = u + I ×ra （+ 2∆U b ）（发电） E = C E Φ n C E = PN a /60/a T E = C M Φ I a C M = PN a /2π/a 其中N a 上总导体数 II. 变压器： 折算前1 1112222120121 022/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 1111 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 2222σ012121 m 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()1111 2222σ102 12 1 0m /j U E I Z E I R s X I I I E E E I Z ⎧=-+⎪ ''''=+⎪⎪ '=-⎨⎪ '=⎪⎪=-⎩ 未折算时 ()1111 22222201212221 m 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⎧=-+⎪ =+=⎪⎪ =+⎨⎪ ==⎪⎪=-⎩《电机学》复习要点
电机学学习笔记
第二篇 交流电机的共同理论 第6章 6.1 时间和空间电角度是怎样定义 ...
电机学课程教学大纲
《电机学》学习指南
《电机学》教学大纲
电机学教学大纲
电机学2
第4章 交流电机的共同问题 习题解答《电机学(第2版)》
华中科技大学电机学总结
电机学原理
《电机学》教学大纲
输电线路工程方向《电机学Ⅱ》课程教学大纲
(完整word版)重庆大学课堂测验3-交流电机理论的共同问题(含参考答案)
电机学复习题
交流电机理论的共同问题及感应电机(含答案)(重庆大学)
电机学期末复习总结
电机学知识点总汇(极力推荐)
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