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电机学备考部分
CHM
一.电机的分类
1.1)机械能转换为电功率发电机
2)电功率转换为机械能电动机
3)电功率转换为另一种形式的电功率变压器、交流机、变频机、移相机
4)不以传递能量为主要职能,在电气机械系统运行起调节、放大、控制
2.按电流种类:
直流电机、交流电机
3.按原理和运动方式
1)没有固定同步速度直流电机
2)静止设备变压器
3)作为电动机运行时,速度较同步速度小;作为发电机运行时,速度较同步速度大异步电
机
4)速度等于同步速度同步电机
5)速度可以在宽广的范围内随意调节,可以从同步速度下调至同步速度以上交流换向器电
机
【同步速度指的是定子的旋转磁场】
二.电机的磁路和磁路定律
电在电机中主要以路的形式出现,即由电机内的线圈(或绕组)构成电机的电路
磁在电机中是以场的形式存在,常把磁场简化磁路处理
1?
电机的电磁基本理论
1)线圈中流过电流将产生磁场(右手螺旋),穿过线圈的磁通形成磁链,一个线圈通过单位
电流所产生的磁链为该线圈的电感。
2)线圈流过正弦交流电时,线圈电感常用相应的电抗表示=wl(w为交变频率)
(施加电压f磁通磁路越大磁路越饱和磁阻f电抗丨)
3)电磁感应泄律:
若线圈中磁链发生变化,线圈感应出电动势(线圈感应电动势趋于阻碍磁
链变化)
三.变压器
1)标幺值=实际值/基值(基值一般取额定值)
2)测定参数
⑴空载实验(计算励磁电阻电抗,门、X1很小可忽略)
IR1.
XI
-L-lI-----------------------------------------WV-------------------------
2
电路等效图:
计算公式:
z0=^ra=^
一般加压于低压侧,原因:
空载实验测得是励磁电抗和电阻,励磁电流大些才能测出,并且在低压侧操作比较安全
⑵短路实验
等
效
电
路
图
1Ri
XI
R2
X2
WV
II----------------------------------
W/
计算公式:
z?
=丹《=舟xk=Jz2k-r2k
--般加压于高压侧,原因:
短路实验所测的是q和耳,所以励磁电流要比较小;若加在低压侧,就算
大,而吃勺很小,避免人电流烧坏绕组。
2;很小,但
L也很
Egl.p35例2?
1三相参数测定
三相SN=2500kVA额定电压60/6.3KVyd连接
(1)高压和低压侧的额定电压和电流?
(2)等效电路参数的欧姆值和标幺值,画岀近似等效电路图
短路
4800V
24.06A
26500W
高压侧测
空载
6300V
11.46A
7700W
低压侧测
(3)励磁支路用导纳表示数值和标幺值
解:
(1)高压侧y接:
U[N[=60kVU、N产治N严2盘
低压侧d接:
U2N1=U2N^=6.3kV山2=我匕厶呦=巒
(2)空载实验在低压侧测(d接)
5=%严6300V【2?
=託仏二借
Z°=^乙=念(功率指的是三相,所以求乙时需要除以3;阻抗指的是相的
值,对应电流需为相值)xa
(由于低压侧为副边,需进行归算)
归算到高压侧
£=鵲化对应额定时的相值)
S-rm-k2raxm=k2xa
标幺值:
计算出各边的基值(注意为额定的相值)
短路实验在高压侧(y接)
U凶=4800VJ七
3)电压变化速率(体现运行性能)
At/%=-^p^xl00=^f^xl00=-^F^xl00
U20U2NUIN
阻抗三角
ZXI电流滞后电压:
感性负载(电感使电流不能突变)
R
Xc电流超前电压:
容性负载(电容使电压不能突变)
4)变压器的并联(一次绕组接至共同的坷,二次绕组接至共同的如)
。
优点:
供电可靠,系统运行效率高,减少除投资,减少备用容量
Y接:
将三相末端连在一起,将它们首段引出
A接:
把一相的末端和另一相的首段连接起来
O三相变压器的连接组别:
先确定£八、EB、Ec的方向,然后根据同名端(异名端)确定
&、E?
、E(,最后根据y接、△接,确定及画出与E”的位置
〃图
G)并联条件:
①额定电压相等(变比相等or原副边匝数相等)
②有相同的连接组
③短路阻抗标幺值相等(内阻相等)
若不满足所带来的影响:
①变比不同(k允许误差在0.5以内)近似相等
A、B两点形成环流(环流存在,增大了空载损耗,即增大了变压器损耗)
②连接组不同(至少相差30°)
形成环流
③内阻不等(允许10%以内)
需绝对一致
近似相等
无法充分利用变压器厶Z*=luZ2K
(负载系数与内阻成反比,内阻越小负载系数越大,越容易达到满载;电阻越大负载系数越小。
)
①计算公式(并联运行吋负载分配情况)
->电流分配:
:
21=住-必]右内阻越大,电流越小
X/
负载系数
■
zkn
每台分配输出功率
s,~汕5r-1
每台功率比
C.C—_J_.]
—S.\T?
—S"?
S.\q
°I?
Qn—7~?
"r~—
"?
"—~"
1
11
引i
切zmuk{农口
%
Eg2.p54题3?
3运行负载分配
SNl=1000KVA
不容许任何一台过载,下列两组变压器可供最大负载
SM=1000KVA
(1)当变压器I的短路电压为变压器口的短路电压的90%,KPuk,=0.9u^
由此可知z「:
z&J=0.9:
1(内阻小先达到满载)
S=0]SM+02几[|
Eg3.p55题3?
4并联运行负载分配ydll
SM=500KVASw=1000KU4
6300/400V
6300/400V
高压短路250V/32A
300V/82A
(1)该两变压器的短路电压绚各位多少?
(2)当该变压器并联运行,且供给总负载为1200kVA,问每台变压器各供给多少负载?
(3)当负载增加时哪一台先满载?
设任一台变压器不容许过载,问该两台变压器并联运行时可
供最大的负载是多少?
(4)设负载功率因数为1,当总负载为1200kW,求每台变压器二次绕组中的电流。
解:
(1)求纬其实求的就是z「,也就是欢:
uk=Uj*=z/
短路可求:
ZR给的额定值可求Zb
(2)由
(1)求出z「,即可求负载系数S=0\S沁卩沁
(3)由⑴可知较小负载,较小负载先到达满载,令其
0为
1卩:
弘=亠:
亠
可以求
zk\
z
出另一个0,从而S=卩\SN严卩
(4)纯电阻
21+,2
p2
如【1
3Qose
,21:
,2口=
—?
S
N
伽
2
u
S:
*
。
Eg4(师补)
两台变压器并联运行SN=6300RM4S?
N=5000kVA连接组YyO
最大输出电流厶“=-YyOI2N=I20
利用率
SN\+SN2
n
旳
=3kV
不计阻抗角差别
%
%3
短路阻抗:
z屮==0.07z,*=0.075
试计算:
并联组最大容量最大输出电流利用率解:
Eg5.(师补)
5/V1I=3200mUKl=6.9%
SN2l}=5600kVA
=7.5%
(1)试求输出总量S=SOOOkVA,每台分担多少?
(2)输出最大容量?
〃计算第一题
5)交流电机
同步电机的电枢绕组(定子绕组)
交流绕组
异步电机的定子、转子绕组
(1)①三相对称绕组的基本要求:
三项绕组匝数相同,电角度120°■-对称;能产生最大
的基波、电动势和磁动势分布绕组、短距助于消弱谐波
②电角度描述的是磁极对数:
1对磁极为360°
③相带:
一个磁极电角度为180°,分三相,每相为60°
④每极每相槽数q=每个磁极对应的槽数(极距)T=^
相邻两槽的电角度呼
(2)三相单层绕组(链式绕组、同心式绕组)
Fo
6)同步电机:
定子的旋转磁场与转子的旋转磁场转速相同
人转子的直流场E定子交流场Fa
功矩角6定子磁场与转子磁场的角度》〉0发电5=0补偿机力<0电动
E。
空载电动势:
转子单独作用,切割定子绕组产生电动势
对称负载吋的电枢反应:
去磁、助磁、交磁
隐极式:
磁极少、气隙均匀、含有集电环
①转子结构
凸极式:
磁极多,气隙不均匀
类型
隐极式
凸极式
定子
铁芯、三相对称绕组
铁芯、三相对称绕组
转子磁极
细长圆柱形
矮胖凸极形状
转子绕组
分布
集中
气隙
均匀
速度离心力小—髙速离心力大-■低速
发电汽轮机(p<2)水轮机(p>=3)
②同步电机空载运行(//=鼻n=nN定子绕组开路)
空载电动势仇:
转子磁极单独作用,切割定子绕组
电枢电动势d:
定子绕组产牛感应电动势
对称负载电动势:
E严E°+E。
③对称负载的电枢反应
<3参数
妙:
定子电流与空载电动势夹角-----内功率因数
&:
定子电流与定子电压的夹角------外功率因数
定子电压与的夹角---------功矩角
定子电流产生Fa=N](乙与/同相)
1」与总)同相
妙=0
{)
=-j4A4f
]lw])Q( E Nka 电枢反应: 交磁,既没增加磁通也没有减小磁通 电机工作状态: 发电状态 负载性质: 纯电阻 2.妙=90° 电枢反应: 直轴去磁 电机工作状态: 空载补偿机 负载性质: 纯感性 3.^=180° 电枢反应: 交磁 电机工作: 电动机 负载性质: 纯阻性 4.屮=—90° 电枢反应: 助磁 电机工作: 空载 负载性质: 纯容性 Eg6.(师补) 汽轮机PN=25000PWuN=10.5PVY接COSQN=0.8(滞后)<=2.13 乙=0每相空载电动势Eo=752OV计算: 电枢电流(大小、相位角)判断电枢反应 (1)每相7.52Q纯电阻 (2)每相7.52Q纯电感 (3)每相15.04Q纯电容 (4)每相7.52J7.52Q 解: [_ P" 7_U/ —Jr <4N—4iuNCOSQN b~zw s一sh (1)人盖设i)=7520Z0。 (2)人盏;设E.=7520Z0 (3) 人需设=7520Z0 (4)7=-^-设云=7520Z0 ④隐极式同步电机的分析方法等效电路图 厂‘■? ? I /WWWVWWWWXAAA q__— 电压平衡方程式 Eo=心+"乙+“£+£)] 同步发电机电抗: 兀=£+占 rz: 内阻,常可忽略 占: 漏磁通等效电抗 : 电枢反应等效电抗 向量图 ⑤凸极式同步电机分析方法等效电路图: 电压平衡力程式 Eo二氏+儿(心 -? ) 同步电抗兀 =占+%+兀阳 九=%+和 直轴电抗: xd=+xad交轴电抗: xq=xs+xaq 向量图 Eg7.几43题12-3 Pv=72500EWUN=10.5沖Y接C0S9N=0.8(滞后)水轮机 xd=1Xq—0.554乙=° 试求额定负载下的空载电动势仇和Eo与几的夹角。 解: 画出凸极是的向量图,根据向量图求解 Eg8.(师补) 凸极兀,=1.0=0.6/;=0额定运行COS如=0.8(滞后)求E 画向量标出各种角 解: 短路比心: kkt-兀八一过载能力f-端电压! 一气隙f-励磁匝数f-铜用量f(内阻越小,压降越小,对外供给电压高,端电压变化小) 7)同步发电机在大电网上运行 (1)并网条件 ①相序一致: 相序不一致至少差120°,形成大压差,产生环流(严格相同)解决方法: 任意对掉两根火线 ②电压相等(幅值): 若大小不一,形成压差(近似相等) 解决方法: 自动调励磁装置 ③频率相等: 形成压差(近似相等) 解决方法: 调节调速装置 ④相位相等: 形成压差(近似相等) 解决方法: 等待 (2)并网方法 交叉接法血47 (3)隐极式同步电机的功角特性 ①功率流程图电磁损耗铜耗 P2=Pem-l\ PM=^sin^ 亿$(比整功率)描述稳定度的大小 (亿越大越稳定) $ ①“与E夹角(电量,时间上相位角) ②丘与A夹角(磁量,空间上相位角) (过载能 力) Eg9.”251例13? 1 汽轮发电机 SN=353MVAv =11320A(/ v =18000VYY 接 / cos%=0X5(滞后)x,*=2.26(不饱和)ra=0并在无穷大电网 发电机额定运行 求: (1)不饱和的空载电动势 ⑵功角8N (3)电磁功率儿 (4)过载能力Km 解: (1)根据直角三角形且额定运行A=1 =J(U*sin0N+Ax5/)2+(/2*cos20N Ne ⑵求出,可求屮,8=^-6 ⑷Km= (4)凸极式同步发电机的功角特性 P胡肿等血5+气尹sin2》 EglO.P253例13-2 llkv8750kVAY接凸极式COSON=0.8(滞后)每相=17Q~=9Q 乙=0求: (1)同步阻抗标幺值 (2)该机在额定运行情况下的久和E。 (3)该机最大的电磁功率化密,8 解: (1)求标幺值知 (2) E e屮u I 根据三角形,求出屮-打、 ⑶? 心严等sin》+qg严sin25-求导一/^,8 Cv (5)有功功率调节 Egll.(师补) 并网比较稳定性 (1)忍大稳定还是小稳定(越大越稳定) (2)过励稳定还是欠励稳定 (3)重载稳定还是轻载稳定 (过励稳定) (轻载稳定) Eg12.(师补) 水轮机 N iV =13800VY接 cos血=0.85(滞后) P=75000PW(7 xd=1.05xq=0.65乙=0求: (1)输出7500kW(额定),求和§ (2)当输出1500kW,发电机失磁,此时功角6为多少,这台电机是否能稳定运行? 解: (1)做法如cglO =^sin^+-^^2sin2J (电机失磁Eo ) =O 求6-判断6<45°(是,则能稳定) (6)无功调节 隐极式: Q=uisin0=u^^ ☆保持有功不变改变无功大小 正常4输出全为有功 Ift-过励f呈感性 Ifl-欠励一呈容性 Egl3.0259例13-3 汽轮额定运行cos0v=O.8(滞后)同步电抗x;=1.0并在无穷大电网上 (1)该机提供90%额定电流且有额定功率因数时,输出有功功率和无功功率。 这时Eo,§ (2)调节原动机 自己看哈一~不打了 Eg14.(师补) 并网汽轮机Pt若保持Q不变6与匚如何变I和£■()如何变化 要求画电动势向量图分析 Pt5t-*Eot-*It Egl5.(师补) 并网汽轮机P不变改变-各如何变化? 输出功率£? E。 ? 解: Ift£0t81笃不变 I8t鬥不变 Egl6.(师补) 并网汽轮机仃不小Pt6? Q0=? £ Pt8t-*Q1-*£0不变 Eg17.(师补) 并网汽轮机SN=31250mUN=\0.5kVY接cos0=O.8(滞后) x,=7Q乙=0求: ⑴额定6、Pem.Pss、km (2)/f不变^=o.5Pv8Pempsscose (3)额定If增大10%8PemCOST 解: (1)根据三角关系求6 Pe.n=SNCOS0Npss=爭COS/Km= ⑵PM=^sin3=P2->5Pss=半cos6 COS0=4 (2)E0比原来大了10% Eg18.027】题13? 2 Eg19.p27l题43? 3
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