【導(dǎo)讀】and. ijXREV??thevectorequation,102211NININI??;alternatively,221011NININI??.Atfullload,the. .,（dtdNE/111??.Althoughm?and. 2?whichcanbe. orvectorially. 2222IjXEV??.Asfortheprimary,2?hascaused

　　

【正文】 上與 11? 相同?；ジ写磐ū仨毴噪S負載變化而變化以改變 1E ，從而產(chǎn)生更大的一次側(cè)電流。此時1E 的幅值已經(jīng)增大，但由于 1E 與 1V 是向量合成，因此一次側(cè)電流仍然是增大的。 從上述圖中，還應(yīng)得出兩點：首先 ，為方便起見已假設(shè)匝數(shù)比為 1，這樣可使 39。21 EE ? 。其次，如果橫軸像通常取的話，那么向量圖是以 0??m 為零時間參數(shù)的，圖中各物理量時間方向并不是該瞬時的。在周期性交變中，有一次側(cè)漏磁通為零的瞬時，也有二次側(cè)漏磁通為零的瞬時，還有它們處于同一方向的瞬時。 已經(jīng)推出的變壓器二次側(cè)繞組端開路的等效電路，通過加上二次側(cè)電阻和漏抗便可很容易擴展成二次側(cè)負載時的等效電路。 實際中所有的變壓器的匝數(shù)比都不 等于 1，盡管有時使其為 1 也是為了使一個電路與另一個在相同電壓下運行的電路實現(xiàn)電氣隔離。為了分析 21 NN ? 時的情況，二次側(cè)的反應(yīng)得從一次側(cè)來看，這種反應(yīng)只有通過由二次側(cè)的磁勢產(chǎn)生磁場力來反應(yīng)。我們從一次側(cè)無法判斷是 2I 大， 2N小，還是 2I 小， 2N 大，正是電流和匝數(shù)的乘積在產(chǎn)生作用。因此，二次側(cè)繞組可用任意個在 一次側(cè)產(chǎn)生相同匝數(shù) 1N 的等效繞組是方便的。 當 2N 變換成 1N ，由于電動勢與匝數(shù)成正比，所以 2212 )/(39。 ENNE ? ，與 1E 相等。 對于電流，由于對一次側(cè)作用的安匝數(shù)必須保持不變，因此 221222 39。39。39。 NININI ?? ，即2122 )/( INNI ? 。 對于阻抗，由于二次側(cè)電壓 V 變成 VNN )/( 21 ，電流 I 變?yōu)?INN )/( 12 ，因此阻抗值，包括負載阻抗必然變?yōu)?IVNNIV /)/(39。/39。 221? 。因此， 22212 )/(39。 RNNR ? ， 22212 )/(39。 XNNX ? 。 如果將一次側(cè)匝數(shù)作為參考匝數(shù)，那么這種過程稱為往一次側(cè)的折算。 我們可以用一些方法來驗證上述折算過程是否正確。 例如，折算后的二次繞組的銅耗必須 與原二次繞組銅耗相等，否則一次側(cè)提供給其損耗的功率就變了。 39。39。 222 RI 必須等于 222RI ，而 ）222122122 /()/( NNRNNI ?? 事實上確實簡化成了222RI 。 類似地，與 222XI 成比例的漏磁場的磁場儲能 )2/1( 2LI ，求出后驗證與 39。39。 22 XI 成正比。折算后的二次側(cè) 2212221222 )/()/(39。39。 IENNINNEIEk V A ???? 。 盡管看起來似乎不可理解，事實上這種論點是可靠的。實際上，如果我們將實際的二次繞組當真從鐵芯上移開，并用一個參數(shù)設(shè)計成 1N ， 39。2R ， 39。2X ， 39。2I 的等效繞組和負載電路替換，在正常電網(wǎng)頻率運行時，從一次側(cè)兩端無法判斷二次側(cè)的磁勢、所需容量及銅耗與前有何差別。 在選擇折算基準時，無非是將一次側(cè)與折算后的二次側(cè)匝數(shù)設(shè)為相等，除此之外再 沒有什么更要緊的了。但有時將一次側(cè)折算到二次側(cè)倒是方便的，在這種情況下，如果所有下標“ 1”的量都變換成了下標“ 2”的量，那么很容易得到必需的折算系數(shù)，例如。值得注意的是，對于一臺實際的變壓器， 239。1 RR ? ， 2139。 XX ? ；同樣地 139。2 RR ? ， 1239。 XX ? 。 21 NN ? 的通常情形時的等效電路，它除了為了考慮鐵耗而引入了 mr ，且為了將 39。2V 折算回2V 而在二次側(cè)兩端引入了一理想的無損耗轉(zhuǎn)換外，其他方面是一樣的。在運用這種理想轉(zhuǎn)換之前，內(nèi)部電壓和功率損耗已進行了計算。當在電路中選擇了適當?shù)膮?shù)時，在一、二次側(cè)兩端測得的變壓器運行情況與在該電路相應(yīng)端所測得的請況是完全一致的。將 1N 線圈和 2N 線圈并排放置在一個鐵芯的兩邊，這一點與實際情況之間的差別僅 僅是為了方便。當然，就變壓器本身來說，兩線圈是繞在同一鐵芯柱上的。 如果將激磁支路移至一次繞組端口，引起的誤差很小，但一些不合理的現(xiàn)象又會發(fā)生。例如，流過一次側(cè)阻抗的電流不再是整個一次側(cè)電流。由于 0I 通常只是 1I 的很小一部分，所有誤差相當小。對一個具體問題可否允許有細微差別的回答取決于是否允許這種誤差的存在。對于這種簡化 電 路 ， 一 次 側(cè) 和 折 算 后 二 次 側(cè) 阻 抗 可 相 加 ， 得 221211 )/(Re NNRR ?? 和221211 )/( NNXXXe ?? 需要指出的是，在此得到的等效電路僅僅適用于電網(wǎng)頻率下的正常運行；一旦電壓變化率產(chǎn)生相當大的電容電流 dtCdVIc /? 時必須考慮電容效應(yīng)。這對于高電壓和頻率超過 100Hz 的情形是很重要的。其次，即使是對于電網(wǎng)頻率也并非唯一可行的等效電路。另一種形式是將變壓器看成一個三端或四端網(wǎng)絡(luò)，這樣便產(chǎn)生一個準確的表達，它對于那些把所有裝置看成是具有某種傳遞性能的電路元件的工程師來說是方便的。以此為分析基礎(chǔ)的電路會擁有一個既產(chǎn)生電壓大小的變化，也產(chǎn)生相位移的匝比，其 阻抗也會與繞組的阻抗不同。這種電路無法解釋變壓器內(nèi)類似飽和效應(yīng)等現(xiàn)象。 等效電路有兩個入端口形式： （ a） 從一次側(cè)看為一個 U 形電路，其折合后的負載阻抗的端電壓為 39。2V ； （ b） 從二次側(cè)看為一其值為 1V ，且伴有由 1Re 和 1Xe 引起內(nèi)壓降的恒壓源。在這種電路中有時可省略激磁支路，這樣電路簡化為一臺產(chǎn)生恒值電壓 1E （實際上等 于 1V ）并帶有阻抗jXR? （實際上等于 11Re jXe? ）的發(fā)電機。 在上述兩種情況下，參數(shù)都可折算到二次繞組，這樣可減小計算時間。 其電阻和電抗值可通過兩種簡單的輕載試驗獲得。 直流電機導(dǎo)論 直流電機以其多功用性而形成了鮮明的特征。通過并勵、串勵和特勵繞組的各種不同組合，直流電機可設(shè)計成在動態(tài)和穩(wěn)態(tài)運行時呈現(xiàn)出寬廣范圍變化的伏 安或速度 轉(zhuǎn)矩特性。由于直流電機易于控制，因此該系統(tǒng)用于要求電動機轉(zhuǎn)速變 化范圍寬或能精確控制電機輸出的場合。 定子上有凸極，由一個或一個以上勵磁線圈勵磁。勵磁繞組產(chǎn)生的氣隙通以磁極中心線為軸線對稱分布，這條軸線稱為磁場軸線或直軸。 我們知道，每個旋轉(zhuǎn)的電樞繞組中產(chǎn)生的交流電壓，經(jīng)由一與電樞連接的旋轉(zhuǎn)的換向器和靜止的電刷，在電樞繞組出線端轉(zhuǎn)換成直流電壓。換向器一電刷的組合構(gòu)成機械整流器，它產(chǎn)生一直流電樞電壓和一在空間固定的電樞磁勢波形。電刷的放置應(yīng)使換向線圈也處于磁極中性區(qū)，即兩磁極之間。這樣，電樞磁勢波形的軸線與磁極軸線相差 90176。電角度，即位于交軸上。在示意圖中，電刷位于交軸上 ，因為此處正是與其相連的線圈的位置。這樣，如圖所示電樞磁勢波的軸線也是沿著電刷軸線的。（在實際電機中，電刷的幾何位置大約偏移圖例中所示位置 90176。電角度，這是因為元件的末端形狀構(gòu)成圖示結(jié)果與換向器相連。） 電刷上的電磁轉(zhuǎn)矩和速度電壓與磁通分布的空間波形無關(guān)；為了方便起見，我們假設(shè)氣隙中仍然是正弦磁密波，這樣便可以從磁場分析著手求得轉(zhuǎn)矩。 轉(zhuǎn)矩可以用直軸每極氣隙磁通 d? 和電樞磁勢波的空間基波分量 1aF 相互作用的結(jié)果來表示。電刷處于 交軸時，磁場間的角度為 90176。電角度，其正弦值等于 1，則對于一臺 P極電機 12)2(2 ad FPT ??? 式中由于轉(zhuǎn)矩的正方向可以根據(jù)物理概念的推斷確定，因此負號已經(jīng)去掉。電樞磁勢鋸齒波的空間基波 1aF 是峰值的 8/ 2? 。上式變換后有 adaada iKimPCT ??? ?? 2 式中 ai =電樞外部電路中的電流； aC =電樞繞組中的總導(dǎo)體數(shù)； m =通過繞組的并聯(lián)支路數(shù)； 且 mPCK aa ?2? 其為一個由繞組設(shè)計而確定的常數(shù)。 簡單的單個線圈的電樞中的整流電壓前面已經(jīng)討論過了。將繞組分散在幾個槽中的效果可用圖形表示，圖中每一條整流的正弦波形是一個線圈產(chǎn)生的電壓，換向線圈邊處于磁中性區(qū)。從電刷端觀察到的電 壓是電刷間所有串聯(lián)線圈中整流電壓的總和，在圖中由標以 ae 的波線表示。當每極有十幾個換向器片，波線的波動變得非常小，從電刷端觀察到的平均電壓等于線圈整流電壓平均值之和。電刷間的整流電壓 ae 即速度電壓，為 mdamdaa WKWmPCe ??? ?? 2 式中 aK 為設(shè)計常數(shù)。分布繞組的整流電壓與集中線圈有著相同的平均值，其差別只是分布繞組的波形脈動大大 減小。 將上述幾式中的所有變量用 SI單位制表達，有 maa Twie ? 這個等式簡單地說明與速度電壓有關(guān)的瞬時功率等于與磁場轉(zhuǎn)矩有關(guān)的瞬時機械功率，能量的流向取決于這臺電機是電動機還是發(fā)電機。 直軸氣隙通由勵磁繞組的合成磁勢 ffiN? 產(chǎn)生，其磁通 磁勢曲線就是電機的具體鐵磁材料的幾何尺寸決定的磁化曲線。在磁化曲線中，因為電樞磁勢波的軸線與磁場軸線垂直，因此假定電樞磁勢對直軸磁通不產(chǎn)生作用。這種假設(shè)有必要 在后述部分加以驗證，屆時飽和效應(yīng)會深入研究。因為電樞電勢與磁通成正比，所以通常用恒定轉(zhuǎn)速 0mw 下的電樞電勢 0ae 來表示磁化曲線更為方便。任意轉(zhuǎn)速 mw 時，任一給定磁通下的電壓 ae 與轉(zhuǎn)速成正比，即 00 amma ewwe ? 圖中表示只有一個勵磁繞組的磁化曲線，這條曲線可以很容易通過實 驗方法得到，不需要任何設(shè)計步驟的知識。 在一個相當寬的勵磁范圍內(nèi)，鐵磁材料部分的磁阻與氣隙磁阻相比可以忽略不計，在此范圍內(nèi)磁通與勵磁繞組總磁勢呈線性比例，比例常數(shù)便是直軸氣隙磁導(dǎo)率。 直流電機的突出優(yōu)點是通過選擇磁場繞組不同的勵磁方法，可以獲得變化范圍很大的運行特性。勵磁繞組可以由外部直流電源單獨激磁，或者也可自勵，即電機提供自身的勵磁。勵磁防哪個法不僅極大地影響控制系統(tǒng)中電機的靜態(tài)特性，而且影響其動態(tài)運行。 他勵發(fā)電機的連接圖已經(jīng)給出，所需勵磁電流是額定電樞電流的很小一部分。勵磁電路中很小數(shù)量的功率 可以控制電樞電路中相對很大數(shù)量的功率，也就是說發(fā)電機是一種功率放大器。當需要在很大范圍內(nèi)控制電樞電壓時，他勵發(fā)電機常常用于反饋控制系統(tǒng)中。自勵發(fā)電機的勵磁繞組可以有三種不同的供電方式。勵磁繞組可以與電樞串聯(lián)起來，這便形成了串勵發(fā)電機；勵磁繞組可以與電樞并聯(lián)在一起，這便形成了并勵發(fā)電機；或者勵磁繞組分成兩部分，其中一部分與電樞串聯(lián)，另一部分與電樞并聯(lián)，這便形成復(fù)勵發(fā)電機。為了引起自勵過程，在自勵發(fā)電機中必須存在剩磁。 在典型的靜態(tài)伏 安特性中，假定原動機恒速運行，穩(wěn)態(tài)電勢 aE 和端電壓 tV 關(guān)系為： aaat RIEV ?? 式中 aI 為電樞輸出電流， aR 為電樞回路電阻。在發(fā)電機中， aE 比 tV 大，電磁轉(zhuǎn)矩 T 是一種阻轉(zhuǎn)矩。 他勵發(fā)電機的端電壓隨著負載電流的增加稍有降低，這主要是由于電樞電阻上的壓降。串勵發(fā)電機中的勵磁電流與負載電流相同，這樣，氣隙磁通和電壓隨負載變化很大，因此很少采用串勵發(fā)電機。并勵發(fā)電機電壓隨負載增加會有所下降，但在許多應(yīng)用場合，這并不防礙使用。復(fù)勵發(fā)電機的連接通常使串勵繞組的磁勢與并勵繞組磁勢相加，其優(yōu)點是通過串勵繞組的作用，每極磁通隨著負載增加，從而產(chǎn)生一個隨負載增加近似為常數(shù)的輸出電壓。通常，并勵繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線細；而繞在外部的串勵繞組由于它必須承載電機的整個電樞電流，所以其構(gòu)成的導(dǎo)線相對較粗。不論是并勵還是復(fù)勵發(fā)電機的電壓都可借助并勵磁場中的變阻器在適度的范圍內(nèi)得到調(diào)節(jié)。 任何用 于發(fā)電機的勵磁方法都可用于電動機。在電動機典型的靜態(tài)轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩特性中，假設(shè)電動機兩端由一個恒壓源供電。在電動機電樞中感應(yīng)的電勢與端電壓 tV 間的關(guān)系為 aaat RIEV ?? 式中 aI 此時為輸入的電樞電流。電勢 aE 此時比端電壓小，電樞電流與發(fā)電機中的方向相反，且電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)方向相同。 在并勵和他勵電動機中磁場磁通近似為常數(shù) ，因此轉(zhuǎn)矩的增加必須要求電樞電流近似成比例增大，同時為允許增大的電流通過小的電樞電阻，要求反電勢稍有減少。由于反電勢決定于磁通和轉(zhuǎn)速，因此，轉(zhuǎn)速必須稍稍降低。與鼠籠式感應(yīng)電動機相類似，并勵電動機實際上是一種從空載到滿載速降僅約為 5%的恒速電動機。起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩受到能成功換向的電樞電流的限制。 并勵電動機的突出優(yōu)點是易于調(diào)速。在并勵繞組回路裝上變阻器，勵磁電流和每極磁通都可任意改變，而磁通的變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)速相反的變化以維持反電勢大致等于外施端電壓。通過這種方法得到最大調(diào)速范圍為 4或 5比 1，最高轉(zhuǎn)速同樣受到換向 條件的限制。通過改變外施電樞電壓，可以獲得很寬的調(diào)速范圍。 在串勵電動機中，電樞電流、電樞電勢和定子磁場磁通隨負載增加而增加（假設(shè)鐵芯不完全飽和）。因為磁通隨負載增大，所以為了維持外施電壓與反電勢之間的平衡，速度必須下降，此外，由于磁通增加，所以轉(zhuǎn)矩增大所引起的電樞電流的增大比并勵電動機中的要小。因此串勵電動機是一種具有明顯下降的轉(zhuǎn)速 負載特性的變速電動機。對于要求轉(zhuǎn)矩過載很多的應(yīng)用場合，由于對應(yīng)的過載功率隨相應(yīng)的轉(zhuǎn)速下降而維持在一個合理的范圍內(nèi)，因此，這種特性具有特別的優(yōu)越性。磁通隨著電樞電流的增大而增大 ，同時還帶來非常有用的起動特性。 在復(fù)勵電動機中，串勵磁場可以連接成積復(fù)勵式，使其磁勢與并勵磁場相加；也可以連接成差復(fù)勵式，兩磁場方