大工20秋《电机学》辅导资料十七

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电机学辅导资料十七主    题：总复习一
学习时间：2021年1月18日--1月24日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
每周文摘：“我们既要绿水青山，也要金山银山。宁要绿水青山，不要金山银山，而且绿水青山就是金山银山。”要按照绿色发展理念，树立大局观、长远观、整体观，坚持保护优先，坚持节约资源和保护环境的基本国策，把生态文明建设融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，建设美丽中国，努力开创社会主义生态文明新时代。
摘选自《习近平总书记系列重要讲话读本》内    容：
我们这周主要复习课件1-3章涉及的基本概念。希望通过下面的内容能使同学们加深对这几章内容基本概念的理解。
一、电机的分类
发电机—将机械功率转换为电功率
电动机—将电功率转换为机械功率
变压器、变流器、变频机、移相器—将电能转换为另一种形式
控制电机—在自动控制系统中起检测、放大、执行和校正作用，作为控制系统的控制元件
按照电机的结构特点及电源性质分类，电机主要有下列几类：
静止电机—变压器
旋转电机—包括直流电机和交流电机，根据电机转速与同步转速的关系，交流电机又分为同步电机和异步电机
直流电机—电源为直流电的电机
同步电机—交流电机的一种，运行中转速恒为同步转速，电力系统中的发电机主要是同步电机
异步电机—也是交流电机的一种，运行中电机转速不等于同步转速，异步电机主要用做电动机
二、直流电机的工作原理
直流电机按其能量转换方向的不同分为直流发电机和直流电动机，两者之间具有可逆性。
1.直流电动机的工作原理：当给电枢绕组通入直流电流时，通过电刷和换向器转换为交变电流，使处于主极磁场中绕组的线圈始终受到相同方向电磁转矩的作用，保证了电动机连续转动，从而实现电能到机械能的转换。
2.直流发电机的工作原理：当原动机拖动电枢转动时，电枢绕组的线圈切割主极磁场而产生交变感应电动势，再通过电刷和换向器转换为直流电动势，由电枢绕组输出直流电流，从而实现机械能到电能的转换。
三、直流电机的基本组成和额定值
1.直流电机主要由定子和转子两大部分组成，其基本组成如图1所示。


图1 直流电机的基本组成
    转子称为电枢，它是能量转换的枢纽。电枢绕组构成了直流电机的主要电路，它是由很多元件按一定规律连接起来的闭合绕组。按元件的连接方式和端接形状分类，电枢绕组主要有叠绕组和波绕组两大类。电枢绕组是电机的重要部件。直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组。
换向器是直流电机所特有的部件，与电刷配合，实现电枢绕组端部的直流电流与电枢绕组内部的交变电流之间的转换，即在直流电动机中起到了“逆变器”的作用，在直流发电机中起到了“整流器”的作用。
2.直流电机的额定值主要有额定电压、额定电流、额定功率和额定转速等。
1）额定电压
：对于直流电动机，
是输入电压的额定值；对于直流发电机，
是输出电压的额定值。
2）额定电流
：对于直流电动机，
是输入电流的额定值；对于直流发电机，
是输出电流的额定值。
3）额定功率
：对于直流电动机，
是指电动机轴上输出的机械功率的额定值，即


式中  
--直流电动机的额定输出转矩；
      
--直流电动机的额定角速度；
      
--直流电动机的额定转速。
    对于直流发电机，
是指输出电功率的额定值，即


    4）额定转速
：电机在额定运行时转子转速，单位为转/分钟，记做

    直流电动机按励磁方式分为他励、并励、串励和复励4种。
四、变压器
变压器是一种静止的电磁装置（或称为静止的电机），它利用电磁感应作用将一种等级的交流电压和电流转换成同频率的另一种等级的交流电压和电流，即利用电磁感应实现了能量或信号的传递。
1.变压器的基本结构
    变压器是由铁心、绕组、油箱、储油柜、散热器、绝缘套管以及继电保护装置等组成的，其中，铁心和绕组构成了变压器的器身，是变压器中最重要的部件。
    铁心：既是变压器的磁路，又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分组成。铁心柱用来套装绕组，铁轭则将铁心柱连接起来，起闭合磁路之作用。
    绕组：它是变压器的电路部分。其中输入电能的绕组称为一次绕组，输出电能的绕组称为二次绕组。
    2.变压器的分类
    变压器的主要分类方式有：按用途不同分类、按相数不同分类、按每相绕组的个数不同分类、按冷却方式不同分类以及按结构形式不同分类。
    3.变压器的额定值
    额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值，每一台变压器都有一个铭牌，主要额定值都标注在变压器的铭牌上，因此，额定值也称为铭牌数据。变压器的额定值有额定容量、额定电压、额定电流、额定功率和额定频率等。
五、变压器的等效电路和相量图
    双绕组变压器的一、二次绕组之间本是无电气联系的两个独立电路，经过折算（一种保持功率和磁动势不变的数学变换）后，原本无电气联系的一、二次绕组可以等效画在同一个电路中，这就是变压器的T形等效电路。
该等效电路既反映了变压器的基本电磁关系，又便于分析计算。在实际应用中，由于励磁支路的阻抗很大，将其移至漏阻抗
的前面，构成
形等效电路，可简化计算，由此所带来的误差在工程计算的允许范围。当变压器接近满载和满载运行时，由于励磁电流远小于一、二次绕组电流，故可以将励磁支路忽略，由此得到简化等效电路，使分析计算进一步简化，例如，用简化等效电路计算变压器的电压调整率。
变压器的相量图是基本方程式的一种图示表示法，能直观地反映变压器各个电磁量之间的相位和大小关系，一般用于对变压器进行定性分析。
六、三相变压器的联结组和并联运行
    三相变压器用于传输和分配三相交流电能。三相变压器主要有三相组式变压器和三相心式变压器两种形式。三相变压器在对称负载下运行时，它的每一相就相当于一个单相变压器，所以单相变压器的分析方法完全可以应用于三相变压器。
    三相变压器的特殊问题是三相绕组的联结组。因为电力变压器并联运行的最基本条件之一是必须具有相同的联结组。三相变压器的联结组由联结方式和联结组标号组成。三相绕组常用的联结方式有星形联结和三角形联结两种，其中，高、低压绕组的星形联结分别用Y和y表示（如果有中性线，则用YN或yn表示）；高、低压绕组的三角形联结分别用D和d表示。联结组标号表明了高、低压绕组线电动势的相位关系，国际上惯用时钟的钟点数表示。实际上，联结组标号等于高、低压绕组线电动势的相位差除以30°。Yy和Dd联结方式对应的联结组标号为偶数，Yd和Dy联结方式对应的联结组标号为奇数。
国家标准规定三相双绕组变压器有(Yyn0)、（Yd11）、（YNd11）、（YNy0）、（Yy0）5种联结组，其中以前3种最常用，因为变压器有一侧绕组为三角形联结能改善电动势的波形。
三相变压器并联运行时，为了达到并联运行的理想状态，各台变压器必须具备如下3个条件：
1.各台变压器的联结组相同；
2.各台变压器的电压比相等；
3.各台变压器的短路阻抗的标幺值相等
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