【導(dǎo)讀】ijXREV??111/.;alternatively,221011NININI??,theinput. mp,isshown. totheincreaseof1?Thefluxs?.Althoughm?and2?dtdNVS/22???dtdNdtdNVm//2222?????.Asfortheprimary,2?222222/???m?leakageflux.is. ,thoughnow

　　

【正文】 ?? ， 它 可 被 看 成 兩 個(gè) 分 量 ， 即dtdNdtdNV m // 2222 ????? ，或者向量形式 2222 IjXEV ?? 。與一次側(cè)漏磁通一樣，2? 的作用也用一個(gè)大體為常數(shù)的漏電感 222222 / ??? NiN 來表征。要注意的是，由于它對互感磁通的作用，一次側(cè)漏磁通對于二次側(cè)端電壓的變化產(chǎn)生部分影響。這兩種漏磁通，緊密相 關(guān)；例如， 2? 對 m? 的去磁作用引起了一次側(cè)的變化，從而導(dǎo)致了一次側(cè)漏磁通的產(chǎn)生。 如果我們討論一個(gè)足夠低的超前功率因數(shù)，二次側(cè)總磁通和互感磁通都會增加，從而使得二次側(cè)端電壓隨負(fù)載增加而升高。在空載情形下，如果忽略電阻， p? 幅值大小不變，因?yàn)樗蕴峁┮粋€(gè)等于 1V 的反總電動勢。盡管現(xiàn)在 p? 是一次側(cè)和二次側(cè)磁勢的共同作用產(chǎn)生的，但它實(shí)際上與 11? 相同?；ジ写磐ū仨毴噪S負(fù)載變化而變化 畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文翻譯） 12 以改變 1E ，從而產(chǎn)生更大的一次側(cè)電流。此時(shí) 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(diǎn)：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(shí)間參數(shù)的，圖中各物理量時(shí)間方向并不是該瞬時(shí)的。在周期性交變中，有一次側(cè)漏磁通為零的瞬時(shí)，也有二次側(cè)漏磁通為零的瞬時(shí)，還有它們處于同一方向的瞬時(shí)。 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(kuò)展成二次側(cè)負(fù)載時(shí)的等效電路。 實(shí)際中所有的變壓器的匝數(shù)比都不等于 1，盡管有時(shí)使其為 1 也是為了使一個(gè)電路與另一個(gè)在相同電壓下運(yùn)行的電路實(shí)現(xiàn)電 氣隔離。為了分析 21 NN ? 時(shí)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(gè)在一次側(cè)產(chǎn)生相同匝數(shù) 1N 的等效繞組是方便的。 當(dāng) 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(fù)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(yàn)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(shí)上確實(shí)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(yàn)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(shí)上這種論點(diǎn)是可靠的。實(shí)際上， 如果我們將實(shí)際的二次繞組當(dāng)真從鐵芯上移開，并用一個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)成 1N ， 39。2R ， 39。2X ， 39。2I 的等效繞組 畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文翻譯） 13 和負(fù)載電路替換，在正常電網(wǎng)頻率運(yùn)行時(shí)，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(zhǔn)時(shí)，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(shí)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(biāo)“ 1”的量都變換成了下標(biāo)“ 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(shí)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(shí)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(yùn)用這種理想轉(zhuǎn)換之前，內(nèi)部電壓和功率損耗已進(jìn)行了計(jì)算。當(dāng)在電路中選擇了適當(dāng)?shù)膮?shù)時(shí)，在一、二次側(cè)兩端測得的變壓器運(yùn)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(gè)鐵芯的兩邊，這一點(diǎn)與實(shí)際情況之間的差別僅僅是為了方便。當(dāng)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(gè)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(dāng)小。對一個(gè)具體問題可否允許有細(xì)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(yùn)行；一旦電壓變化率產(chǎn)生相當(dāng)大的電容電流 dtCdVIc /? 時(shí)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(gè)三端或四端網(wǎng)絡(luò)，這樣便產(chǎn)生一個(gè)準(zhǔn)確的表達(dá)，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(gè)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(gè)入端口形式： （ a） 從一次側(cè)看為一個(gè) U形電路，其折合后的負(fù)載阻抗的端電壓為 39。2V ； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文翻譯） 14 （ 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(shí)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(shí)際上等于 1V ）并帶有阻抗 jXR? （實(shí)際上等于 11Re jXe? ）的發(fā)電機(jī)。 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(jì)算時(shí)間。 其電阻和電抗值可通過兩種簡單的輕載試驗(yàn)獲得。 直流電機(jī)導(dǎo)論 直流電機(jī)以其多功用性而形成了鮮明的特征。通過并勵(lì)、串勵(lì)和特勵(lì)繞組的各種不同組合，直流電機(jī)可設(shè)計(jì)成在動態(tài)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)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(jī)易于控制，因此該系統(tǒng)用于要求電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍寬或能精確控制電機(jī)輸出的場合。 定子上有凸極，由一個(gè)或一個(gè)以上勵(lì)磁線圈勵(lì) 磁。勵(lì)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(gè)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(jī)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?yàn)榇颂幷桥c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(shí)際電機(jī)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?yàn)樵哪┒诵螤顦?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(shí)，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(jī) 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(fù)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； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文翻譯） 15 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(gè)由繞組設(shè)計(jì)而確定的常數(shù)。 簡單的單個(gè)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(gè)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(gè)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(biāo)以 ae 的波線表示。當(dāng)每極有十幾個(gè)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(jì)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(dá)，有 maa Twie ? 這個(gè)等式簡單地說明與速度電壓有關(guān)的瞬時(shí)功率等于與磁場轉(zhuǎn)矩有關(guān)的瞬時(shí)機(jī)械功率，能量的流向取決于這臺電機(jī)是電動機(jī)還是發(fā)電機(jī)。 直軸氣隙通由勵(lì)磁繞組的合成磁勢 ffiN? 產(chǎn)生，其磁通 磁勢曲線就是電機(jī)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?yàn)殡姌写艅莶ǖ妮S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(yàn)證，屆時(shí)飽和效應(yīng)會深入研究。因?yàn)殡姌须妱菖c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(shí)，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(gè)勵(lì)磁繞組的磁化曲線，這條曲線可以很容易通過實(shí)驗(yàn)方法得到，不需要任何設(shè)計(jì)步驟的知識。 在一個(gè)相當(dāng)寬的勵(lì)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(jì)，在此范圍內(nèi)磁通與勵(lì)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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文翻譯） 16 直流電機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是通過選擇磁場繞組不同的勵(lì)磁方法，可以獲得變化范圍很大的運(yùn)行特性。勵(lì)磁繞組可以由外部直流電源單獨(dú)激磁，或者也可自勵(lì)，即電機(jī)提供自身的勵(lì)磁。勵(lì)磁防哪個(gè)法不僅極大地影響控制系統(tǒng)中電機(jī)的靜態(tài)特性，而且影響其動態(tài)運(yùn)行。 他勵(lì)發(fā)電機(jī)的連接圖已經(jīng)給出，所需勵(lì)磁電流是額定電樞電流的很小一部分。勵(lì)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(jī)是一種功率放大器。當(dāng)需要在很大范圍 內(nèi)控制電樞電壓時(shí)，他勵(lì)發(fā)電機(jī)常常用于反饋控制系統(tǒng)中。自勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組可以有三種不同的供電方式。勵(lì)磁繞組可以與電樞串聯(lián)起來，這便形成了串勵(lì)發(fā)電機(jī)；勵(lì)磁繞組可以與電樞并聯(lián)在一起，這便形成了并勵(lì)發(fā)電機(jī)；或者勵(lì)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(lì)發(fā)電機(jī)。為了引起自勵(lì)過程，在自勵(lì)發(fā)電機(jī)中必須存在剩磁。 在典型的靜態(tài)伏 安特性中，假定原動機(jī)恒速運(yùn)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(jī)中， aE 比 tV 大，電磁轉(zhuǎn)矩 T是一種阻轉(zhuǎn)矩。 他勵(lì)發(fā)電機(jī)的端電壓隨著負(fù)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(lì)發(fā)電機(jī)中的勵(lì)磁電流與負(fù)載電流相同，這樣，氣隙磁通和電壓隨負(fù)載變化很大，因此很少采用串勵(lì) 發(fā)電機(jī)。并勵(lì)發(fā)電機(jī)電壓隨負(fù)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(lì)發(fā)電機(jī)的連接通常使串勵(lì)繞組的磁勢與并勵(lì)繞組磁勢相加，其優(yōu)點(diǎn)是通過串勵(lì)繞組的作用，每極磁通隨著負(fù)載增加，從而產(chǎn)生一個(gè)隨負(fù)載增加近似為常數(shù)的輸出電壓。通常，并勵(lì)繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)；而繞在外部的串勵(lì)繞組由于它必須承載電機(jī)的整個(gè)電樞電流，所以其構(gòu)成的導(dǎo)線相對較粗。不論是并勵(lì)還是復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的電壓都可借助并勵(lì)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(jī)的勵(lì)磁方法都可用于電動機(jī)。在電動機(jī)典型的靜態(tài)轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩特性中，假設(shè)電動機(jī)兩端由 一個(gè)恒壓源供電。在電動機(jī)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(shí)為輸入的電樞電流。電勢 aE 此時(shí)比端電壓小，電樞電流與發(fā)電機(jī)中的方向相反，且電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)方向相同。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（中英文翻譯） 17 在并勵(lì)和他勵(lì)電動機(jī)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(shí)為允許增大的電流通過小的電樞電阻， 要求反