5 电磁感应和暂态程(ic induction and
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1、同步发电机(同步电机的“同步”是指什么? 答:“同步”是指定子磁场和转子磁场以相同的方向、相同的速度旋转。
)按照结构形式,同步电机可以分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。
(特有,与直流电机、感应电机不同)前者的电枢装设在转子上,主磁极装设在定子上,这种结构在小型同步电机中得到一定的应用。
对于高压、大型的同步电机,通常采用旋转磁极式结构。
由于励磁部分的容量和电压常比电枢小得多,把主磁极装设在转子上,电刷和集电环的负载可大为减轻,工作条件得以改善,运行稳定、可靠。
目前,旋转磁极式结构已成为中、大型同步电机的基本结构形式。
1)同步电机的基本结构(旋转磁极式、隐极)转子是汽轮发电机很关键的部分,从机械应力和发热看是汽轮发电机最吃紧的部件。
它既是电机磁路的主要组成部分,又高速旋转而承受很大的机械应力,所以材料既要求有好的导磁性能,又需要有很高的机械强度。
所以转子一般用整块的具有良好导磁性的高强度合金钢锻成,转子表面约2/3部分铣有凹槽。
用以嵌放励磁绕组,不开槽部分形成一个大齿,嵌线部分和大齿一起构成主磁极。
槽内插有非磁性金属槽楔,端口套有高强度非磁性钢锻成的护环。
护环的作用是保证绕组端口不会因离心力甩动而损坏。
2)同步电机的运行状态若转子磁场超前于定子合成磁场δ>0,则此时转子将受到一个与其旋转方向相反的制动性质的电磁转矩。
为使转子能以同步速旋转,必须从轴上输入机械功率,电机作为发电机运行。
当δ=0时,此时电机内没有有功功率的转换电机处于补偿机状态,或空载状态。
当转子磁场滞后定子磁场,δ<0,则此时转子上受到一个与转向相同的拖动性质的转矩。
此时定子从电网吸收电功率,转子可拖动负载而输出机械功率,电机作为电动机运行。
3)同步电机的励磁供给同步电机励磁的装臵,称为励磁系统。
获得励磁电流的方式称为励磁方式。
为保证同步电机的正常运行,励磁系统应满足以下要求:(1)能稳定地提供同步电机从空载到满载到过载所需的励磁电流;(2)当电力系统发生故障使电网电压降低时,励磁系统能快速强行励磁以提高系统稳定性;(3)当同步机内发生短路故障时,应能快速灭磁。
电磁感应与暂态过程要点第七章电磁感应与暂态过程一电磁感应与暂态过程教学内容1.法拉第电磁感应定律(1)电磁感应现象(2)法拉第电磁感应定律2.楞次定律(1)楞次定律的两种表述(2)考虑楞次定律后法拉第电磁感应定律的表达式3.动生电动势(1)动生电动势与洛仑兹力(2)动生电动势的计算(3)交流发电机基本原理4.感生电动势(1)感生电动势与感生电场(2)感生电场的性质(3)感生电动势的计算(4)电子感应加速器5.自感和互感(1)自感现象(2)自感系数和自感电动势(3)互感现象(4)互感系数和互感电动势(5)互感线圈的串联(6)感应圈6.涡电流(1)涡电流热效应的应用与危害(2)电磁阻力(3)趋肤效应7.磁场能量(1)自感磁能(2)互感磁能(3)磁能密度8.暂态过程(1)RL电路的暂态过程(2)RC电路的暂态过程(3)RLC电路的暂态过程说明与要求:1.本章介绍电磁感应现象、规律及应用。
2.本章重点是1、3、4、5节,难点是感生电场概念及RLC电路的暂态过程。
3.RLC电路只要求列出方程,给出结果,讲清物理意义。
电流计内容可在实验课中研究。
二、电磁感应与暂态过程教学目标三 电磁感应与暂态过程重难点分析重点:法拉第电磁感应定律和楞次定律,动生电动势和感生电动势及磁场的能量。
难点:感生电场的概念及感生电动势的计算,磁场能量的计算及暂态过程的理解。
(一)电磁感应现象采用实验归纳的方法得出:当穿过闭合线圈的磁通量发生变化时,线圈中就产生电流,这种现象就称为电磁感应现象。
电磁感应现象中产生的电流称为感应电流,形成感应电流的电动势称为感应电动势。
电磁感应现象产生的条件是:穿过回路的磁通量(不论什么原因)发生了变化。
在一个回路里,假若有磁通量穿过,但磁通量并没有变化,则此回路中是没有感应电动势的。
由于穿过一个回路的磁通量可表示为:⎰⎰⎰⎰=⋅=Φssds B s d B θcos ρρ式中B ρ为磁感应强度,s d ρ为回路上的有向面积元,θ为B ρ与s d ρ的夹角,所以无论B 、s 、θ中任意一个量的变化,均将引起穿过回路的磁通量的变化,从而产生感应电动势。
高中物理电磁学相关知识总结电磁感应科技名词定义中文名称:电磁感应英文名称:electromagnetic induction定义:产生感应电压或感应电流的现象。
电磁感应(Electromagnetic induction)现象是指放在变化磁通量中的导体,会产生电动势。
此电动势称为感应电动势或感生电动势,若将此导体闭合成一回路,则该电动势会驱使电子流动,形成感应电流(感生电流)迈克尔·法拉第是一般被认定为于1831年发现了感应现象的人,虽然Francesco Zantedeschi1829年的工作可能对此有所预见。
目录定义发现者法拉第一个很重要的实验原理右手安培定理感应电流产生的条件应用定义发现者法拉第一个很重要的实验原理右手安培定理感应电流产生的条件应用展开电磁感应定义闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动,导体中就会产生电流。
这种现象叫电磁感应现象。
产生的电流称为感应电流。
这是初中物理课本为便于学生理解所定义的电磁感应现象,不能全面概括电磁感现象:闭合线圈面积不变,改变磁场强度,磁通量也会改变,也会发生电磁感应现象。
所以准确的定义如下:因磁通量变化产生感应电动势的现象。
发现者1820年H.C.奥斯特发现电流磁效应后,许多物理学家便试图寻找它的逆效应,提出了磁能否产生电,磁能否对电作用的问题,1822年D.F.J.阿喇戈和A.von洪堡在测量地磁强度时,偶然发现金属对附近磁针的振荡有阻尼作用。
1824年,阿喇戈根据这个现象做了铜盘实验,发现转动的铜盘会带动上方自由悬挂的磁针旋转,但磁针的旋转与铜盘不同步,稍滞后。
电磁阻尼[1]和电磁驱动是最早发现的电磁感应现象,但由于没有直接表现为感应电流,当时未能予以说明。
1831年8月,M.法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈,其一为闭合回路,在导线下端附近迈克尔·法拉第平行放置一磁针,另一与电池组相连,接开关,形成有电源的闭合回路。
实验发现,合上开关,磁针偏转;切断开关,磁针反向偏转,这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。
电力系统电磁暂态分析Ch11.电力系统暂态指电力系统受突然的扰动后,运行参数发生较大的变化即引起电磁暂态、机电暂态过程。
电磁暂态是电压电流等电气运行参数的快速变化过程。
机电暂态是角速度等机械运行参数的慢速变化。
电力系统电磁暂态分析是研究交流电力系统发生短路(断线)后电压电流的变化。
2.元件参数指发电机、变压器、线路的属性参数,运行参数指反映电力系统运行状态的电气、机械参数。
3.故障类型:短路(三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地)、断线(一相断线、两相断线)。
对称故障(三相短路)、不对称故障(不对称短路、断线故障)。
短路故障(横向故障)、断线故障(纵向故障、非全相运行)。
简单故障:指电力系统中仅有一处发生短路或断线故障,复杂故障:指电力系统中有多处同时发生不对称故障。
4.短路危害:短路电流大使设备过热并产生一定的电动力、故障点附件电压下降、功率不平衡失去稳定、不对称故障产生不平衡磁通影响通信线路。
短路计算目的:电气设备选型、继电保护整定、确定限制短路电流措施、电气接线方式的选择。
短路解决措施:继电保护快速隔离、自动重合闸、串联电抗器。
5.无限大功率电源指短路点距离电源的电气距离较远时,短路导致电源输出功率的变化量远小于电源所具有的功率的电源。
6.无限大功率电源的三相突然短路电流:1.短路电流含有二种分量:基频稳态分量、直流暂态分量。
2.基频稳态分量比短路前电流大,其大小受短路后回路的阻抗值决定。
3.直流暂态分量其大小由短路前电流和短路后电流的交流稳态值决定,并按短路后回路的时间常数Ta 衰减为0(出现原因:短路前后电感电流不能突变)。
7.最大短路电流条件:短路前线路空载、短路后回路阻抗角90°、电压初始角为0°或180°。
出现时间:在短路后0.01秒时刻出现。
短路冲击电流:指在短路时可能达到的最大短路电流瞬时值。
三相电流中那相的直流分量起始值越大,则其短路电流越大。
第五章电路的暂态过程分析初始状态过渡状态新稳态t 1U Su ct0?动态电路:含有动态元件的电路,当电路状态发生改变时需要经历一个变化过程才能达到新的稳态。
上述变化过程习惯上称为电路的过渡过程。
iRU SKCu C +_R i +_U S t =0一、什么是电路的暂态过程K 未动作前i = 0u C = 0i = 0u C = U s K 接通电源后很长时间C u C +_R i+_U S二、过渡过程产生的原因。
(1). 电路内部含有储能元件L 、M 、C能量的储存和释放都需要一定的时间来完成(2). 电路结构、状态发生变化支路接入或断开,参数变化(换路)三、动态电路与稳态电路的比较:换路发生后的整个变化过程动态分析微分方程的通解任意激励微分方程稳态分析换路发生很长时间后重新达到稳态微分方程的特解恒定或周期性激励代数方程一、电容元件§5-1 电容与电感元件uCi+_q i)()(t Cu t q =dtdu Cdt dq i ==电荷量q 与两极之间电压的关系可用在q -u 平面上可用一条曲线表示,则称该二端元件称为电容元件。
当u ,i 为关联方向时,i =C d u /d t ;u ,i 为非关联方向时,i =–C d u /d t 。
二、电感元件+–u (t)i (t)Φ(t)N uLi+_()()()()t Li t d di t u t Ldt dtψψ===任何时刻,电感元件两端的电压与该时刻的电流变化率成正比。
Φi交链的磁通链与产生该磁通的电流的关系可用在Ψ-i 平面上可用一条曲线表示,则称该二端元件为电感元件。
ti Le d d -=韦安(ψ~i )特性αψi二. 线性电感电压、电流关系:由电磁感应定律与楞次定律i , φ右螺旋e , φ右螺旋u , e 一致u , i 关联tiLe u d d =-=φi+–u –+e uL i+_§5-2 换路定则与初值的确定t = 0+与t = 0-的概念设换路在t =0时刻进行。
法拉第电磁感应定律法拉第的学术成就和物理思想法拉第(Michael Faraday,1791—1867)是英国伟大的物理学家和化学家,是一位有深刻物理思想的实验物理学家。
在电磁学领域,法拉第对电磁现象进行了广泛深入的实验研究,对电磁作用提出了近距作用的物理解释,作出了许多卓越的贡献,其中最重要的是电磁感应的发现、研究和解释。
法拉第是电磁场理论的创始者和奠基者,他的工作为麦克斯韦建立电磁场理论奠定了基础,法拉第和麦克斯韦一起当之无愧地被誉为19世纪最伟大的物理学家。
法拉第对自然力统一的坚定信念以及彻底的近距作用观点是指引他做出大量发现的思想基础,也是他留给后代的宝贵精神财富。
本节着重介绍法拉第的生平、学术成就(与电磁学有关的)和物理思想,以便对这样一位在电磁学史中有重要历史地位的人物有更广泛、更具体、更深切的了解。
由于法拉第有关电磁感应的工作已在本书第一章5 5述及,此处不再重复。
一、生平法拉第出生于贫困的铁匠家庭,在四个孩子中排行第三,从小生活困难,只读了几年小学。
法拉第从13岁起到书店做学徒,主要工作是传送书报、装订书籍,在长达8年的学徒生涯中,利用职务之便,法拉第不加选择地阅读了大量书籍。
法拉第后来说:“这些书中有两本对我特别有帮助,一本是《大英百科全书》,我从它第一次得到电的概念,另一本是Marcet夫人的《化学对话》,它给了我这门科学的基础。
”法拉第甚至省吃俭用,买点器具自己动手做简单的化学和电学实验。
1810年,19岁的法拉第经人介绍参加了“市哲学学会”,经常听取涉及电学、力学、光学、化学、天文学、实验等许多内容的讲座,获得了广泛的启蒙知识。
1812年10月,法拉第长达8年之久的学徒期满,即将成为一名正式的装订工,但他的愿望是从事科学研究。
10月底,著名化学家戴维(H.Davy)在做化学实验时因爆炸伤了眼睛,法拉第被推荐给戴维做听写员,记录整理戴维的讲演。
戴维对法拉第的工作很满意。
1813年2月,适逢皇家研究院空出一个实验室助理的职位,经戴维推荐,法拉第获得了这个职位,成为戴维的助手,从此开始了长达50多年的献身科学的光辉历程。