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　　變壓器和異步電動(dòng)機(jī)在功能、外型特征和運(yùn)行方式上很不相同，但它們?cè)谠矸治錾嫌泻艽蟮南嗨菩裕接懰鼈冊(cè)陔姶旁矸治錾系漠愅欣谶M(jìn)一步透徹深入地掌握變壓器和異步電動(dòng)機(jī)的電磁原理，簡(jiǎn)化分析過(guò)程，豐富電機(jī)理論分析手段。

　　交流電機(jī)的分析計(jì)算過(guò)程主要是依據(jù)方程式、等值電路和向量圖來(lái)進(jìn)行，在下面的分析中，主要對(duì)一般電力變壓器和異步電動(dòng)機(jī)的基本公式、方程式以及等值電路和向量圖進(jìn)行剖析，文中電壓、電勢(shì)、電流和阻抗均是指一相的量，各量大小比較關(guān)系均是指實(shí)際值相對(duì)于額定值的比值，異步電動(dòng)機(jī)以繞線式為例，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原方，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的付方。

　　1電勢(shì)計(jì)算公式變壓器原、付方電勢(shì)計(jì)算公式為：異步電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組電勢(shì)計(jì)算公式為兩者感應(yīng)電勢(shì)的大小均與頻率、匝數(shù)和磁通成正比，形式上相似，不同點(diǎn)為：變壓器原、付方感應(yīng)電勢(shì)同頻率，原、付方電勢(shì)計(jì)算公式僅匝數(shù)不同。異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，定、轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢(shì)不同頻率，定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)以及短距和分布糸數(shù)一般也不相同。

　　變壓器的和2是原、付方一相繞組的總匝數(shù)，異步電動(dòng)機(jī)的1和2是定、轉(zhuǎn)子一相繞組一條支路的串聯(lián)匝數(shù)。

　　變壓器的主磁通！m為脈振磁通，被約束在鐵芯中，其大小和方向隨時(shí)間以電源頻率按正弦規(guī)律變化，為鐵芯柱中總磁通。異步電動(dòng)機(jī)的主磁通！m為空間位置不斷移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁通，其轉(zhuǎn)速取決于電源頻率和定子繞組的磁極對(duì)數(shù)，為每極磁通量。

　　變壓器一相繞組的全部線圈繞在同一鐵芯柱上，為集中布置繞組，每一匝線圈交鏈相同的主磁通，各匝電勢(shì)同相位，一相電勢(shì)是一相繞組所有匝電勢(shì)的代數(shù)和。在異步電動(dòng)機(jī)中，為了改善電勢(shì)和磁勢(shì)波形，沿鐵芯圓周合理布置線圈，往往采用了短距和分布繞組，短距線匝兩個(gè)有效邊感應(yīng)電勢(shì)相位不是相差180.，而是小于180.，在一個(gè)線匝中是向量相加，另外，分布繞組的各個(gè)線圈電勢(shì)不同相位，各個(gè)相鄰的線圈電勢(shì)在相位上相差一個(gè)槽距電角"，極相組電勢(shì)是'個(gè)線圈電勢(shì)的向量和，所以在電勢(shì)計(jì)算公乘以短距和分布糸數(shù)，即相對(duì)于全距和集中繞組電勢(shì)打了折扣，略有減小。

　　2原方定子電勢(shì)平衡方程式變壓器原方和異步電動(dòng)機(jī)定子電勢(shì)平衡方程式形式上均為即原方（定子）外加電壓被感應(yīng)電勢(shì)及電阻和漏抗壓降所平衡，由于）1*1和）1，1均比-1和（1小得多，公式近似可寫(xiě)成即外加電壓和感應(yīng)電勢(shì)近似相等，鐵芯中主磁通大小主要取決于外加電壓，不同點(diǎn)為：變壓器的電阻很小，異步電動(dòng)機(jī)導(dǎo)線通常細(xì)些，線圈匝數(shù)多些，電阻稍大些；另外，異步電動(dòng)機(jī)磁路中有氣隙存在，繞組為分布布置，且置于鐵芯槽中，漏磁通要多些，漏電抗要稍大些，忽略ii產(chǎn)生的誤差比變壓器大。

　　變壓器相對(duì)于電網(wǎng)可認(rèn)為是負(fù)載，如果變壓器負(fù)載阻抗不變，當(dāng)外加電壓下降時(shí)，1會(huì)減小；另外，下降導(dǎo)致主磁通減少，感應(yīng)電勢(shì)減小，忽略某些次要的非線性因素，方程和與大致相同的比例減小。對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)，如果負(fù)載轉(zhuǎn)距不變，電壓下降時(shí)，主磁通減少，由于電磁轉(zhuǎn)距'與！2成正比，下降導(dǎo)致轉(zhuǎn)距特性曲線下降，則轉(zhuǎn)差率（上升，轉(zhuǎn)速）下降，轉(zhuǎn)子電流頻率/2上升，轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)cs！（減小，計(jì)算電磁轉(zhuǎn)距公式：為維持轉(zhuǎn)距不變，轉(zhuǎn)子電流上升，定子電流也同時(shí)上升，定子漏阻抗壓降隨下降反而上升，由于！下降，"m減小，加之ii上升，則1下降，且下降比例比略大。

　　異步電動(dòng)機(jī)電流1隨下降而上升并不是無(wú)止境的，而是有一定范圍，如轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，隨下降，1也會(huì)下降。

　　上述討論不涉及電壓變化對(duì)電機(jī)運(yùn)行的不利影響。

　　3付方"轉(zhuǎn)子電勢(shì)平衡方程式變壓器付方電勢(shì)平衡方程式為：22'2?2=222異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電勢(shì)平衡方程式為兩者在形式上相似，不同點(diǎn)為：（1）變壓器正常運(yùn)行時(shí)，付方輸出端接有負(fù)載阻抗，輸出電壓和電流，即輸出電功率，付方感應(yīng)電勢(shì)2被輸出電壓！2和漏阻抗壓降2 2的向量和所平衡。異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組是短接的，軸上輸出機(jī)械功率，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢(shì)僅被漏阻抗壓降所平衡。

　　在正常工作范圍內(nèi)，變壓器付方電勢(shì)主要決定于原、付方電勢(shì)的變比關(guān)系，與負(fù)載的大小和性質(zhì)關(guān)系不大，即使從空載到滿(mǎn)載，只要外加電壓不變，2變化很小。異步電動(dòng)機(jī)的2除與定、轉(zhuǎn)子繞組的電勢(shì)比有關(guān)外，還與轉(zhuǎn)速有關(guān)，或者說(shuō)與機(jī)械負(fù)載有關(guān)，通常，異步電動(dòng)機(jī)制成后，定、轉(zhuǎn)子繞組的電勢(shì)比就固定了，定子外加電壓一般基本不變，2實(shí)際上主要取決于軸上的機(jī)械負(fù)載，隨負(fù)載變動(dòng)2的變化幅度較大。

　　變壓器的負(fù)載阻抗％z通常比漏阻抗大得多，在負(fù)載阻抗上的壓降（輸出電壓）也比漏阻抗壓降大得多，22相對(duì)于2和！2很小，幾乎可忽略，所以有如下近似關(guān)系。

　　異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）很接近于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速）1，轉(zhuǎn)差率（很小，轉(zhuǎn)子電勢(shì)2=（20也很小，通常2比轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)2變化而變化，2和22總是保持平衡，沒(méi)有輸出電壓。

　　變壓器的負(fù)載大小和性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，漏阻抗壓降的大小和相位也隨之變化，從而使輸出電壓發(fā)生變化，影響供電質(zhì)量。異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載大小發(fā)生變化時(shí)，軸上的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨之變化，從而使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，影響機(jī)械性能。

　　變壓器的付方漏抗?2比電阻2大，在漏阻抗壓降中漏抗壓降起主導(dǎo)作用。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)轉(zhuǎn)子漏抗?20也比電阻2大，正常運(yùn)行時(shí)，由于轉(zhuǎn)子電流頻率很低，這時(shí)的轉(zhuǎn)子漏抗很小，在漏阻抗壓降中電阻壓降起主導(dǎo)作用。

　　4磁勢(shì)平衡方程式變壓器和異步電動(dòng)機(jī)的磁勢(shì)平衡方程式均為：。1兩者鐵芯中主磁通均為原（定）、付方（轉(zhuǎn)子）磁勢(shì)共同建立，原方（定子）磁勢(shì)中包含有建立磁場(chǎng)的勵(lì)磁磁勢(shì)。0和抵消付方（轉(zhuǎn)子）磁勢(shì)的分量。2，都體現(xiàn)了能量傳遞關(guān)系。不同點(diǎn)為：（1）變壓器的原、付方磁勢(shì)h和。2的大小和方向隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，作用位置在固定的鐵芯中，為脈振磁勢(shì)，脈振頻率就是電源頻率。異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)。1和。2在空間按正弦規(guī)律分布，以相同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向在電機(jī)內(nèi)空間轉(zhuǎn)動(dòng)，為旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，轉(zhuǎn)速取決于電源頻率和定子繞組的磁極對(duì)數(shù)，轉(zhuǎn)向取決于流過(guò)定子三相繞組電流的相序。

　　2）變壓器的磁路無(wú)氣隙，磁路磁阻小，建立一定量的磁通所需勵(lì)磁磁勢(shì)很小，正常運(yùn)行情況下！）比和小得多，幾乎可忽略。而異步電動(dòng)機(jī)的磁路有氣隙存在，磁阻較大，建立一定量磁通所需勵(lì)磁磁勢(shì)比變壓器大得多，在方程！'不能忽略。

　　3）變壓器的負(fù)載變化體現(xiàn)在付方所接負(fù)載阻抗的變化，引起付方電流變化，由磁勢(shì)平衡關(guān)系導(dǎo)致原方電流和輸入功率變化，異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載變化體現(xiàn)在轉(zhuǎn)子軸上負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的變化，引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速"變化，使轉(zhuǎn)子電勢(shì)和電流變化，由磁勢(shì)平衡關(guān)系，導(dǎo)致定子電流和輸入功率變化。

　　5等值電路變壓器的等值電路圖異步電動(dòng)機(jī)的等值電路見(jiàn)。

　　它們?cè)谛问缴蠘O為相似，不同點(diǎn)為1）變壓器原、付方匝數(shù)不等，要得到原、付方連為一體的等值電路，需進(jìn)行繞組折算。異步電動(dòng)機(jī)除定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)和繞組糸數(shù)不等外，正常運(yùn)行時(shí)的定、轉(zhuǎn)子頻率也不相等，在繞組折算前，還要進(jìn)行頻率折算，將旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子等值變換為靜止的轉(zhuǎn)子，從而得到定、轉(zhuǎn)子連為一體的等值電路。

　　2）變壓器磁路磁阻小，單位勵(lì)磁電流產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)較大，勵(lì)磁阻抗m+J'm=m很大，往往比漏阻抗大得多，勵(lì)磁電流/幾乎可忽略，去掉勵(lì)磁支路，可得出簡(jiǎn)化等值電路，產(chǎn)生的誤差很小，在工程允許范圍內(nèi)。異步電動(dòng)機(jī)由于有氣隙，磁路磁阻比變壓器大，單位勵(lì)磁電流產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)比變壓器小，勵(lì)磁阻抗比變壓器小，也比漏阻抗大得多，但不像變壓器相差那么懸殊，不能忽略，勵(lì)磁支路不能去掉。

　　3變壓器的負(fù)載阻抗在電路中是實(shí)際存在的。異步電動(dòng)機(jī)的等值電阻k2在電路中并不存在，它是通過(guò)頻率折算引伸出的機(jī)械功率模擬電阻。

　　4變壓器既輸出有功，又輸出無(wú)功，等值電路輸出端接的是阻抗。異步電動(dòng)機(jī)輸出純有功的機(jī)械功率，等值電路輸出端接的是純電阻。

　　5變壓器付方電流在負(fù)載阻抗6=+fz+/fz上流過(guò)時(shí)消耗的有功功率fz為完全輸出的有功功率。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流在等值電阻k2上流過(guò)時(shí)消耗的有功功率/k2還包含有異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的機(jī)械損耗。

　　6向量圖變壓器和異步電動(dòng)機(jī)的向量圖分別見(jiàn)、4.它們?cè)谛问缴舷嗨疲煌c(diǎn)為：1）變壓器原、付方各交變物理量同頻率，可以畫(huà)在同一個(gè)向量圖上。異步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)定、轉(zhuǎn)子交變物理量不同頻率，需進(jìn)行頻率折算才華中電網(wǎng)電力節(jié)能潛力分析劉文勝'，葉永松2，胡獻(xiàn)忠3，賴(lài)敏％1.華中電網(wǎng)有限公司計(jì)劃發(fā)展部，湖北武漢430077；2.華中電網(wǎng)有限公司技術(shù)中心，湖北武漢430077 3.華能武漢陽(yáng)邏電廠，湖北武漢431415能潛力，并從電力供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)提出了具體的節(jié)能措施。

　　0前言能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，我國(guó)人均能源可采儲(chǔ)量遠(yuǎn)低于世界平均水平，與此同時(shí)，我國(guó)能源消費(fèi)量巨大，已成為世界第二大能源消費(fèi)國(guó)，我國(guó)的能源安全已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注。

　　雖然我國(guó)經(jīng)濟(jì)取得了令人矚目的成就，但能源的利用效率非常低，能源浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重。我們每創(chuàng)造一美元國(guó)民生產(chǎn)產(chǎn)值所消耗的煤、電等能源是美國(guó)的4.3倍，德國(guó)和法國(guó)的7.7倍，日本的11.5倍。

　　而水資源消耗，我國(guó)萬(wàn)元GDP用水量是美國(guó)的近10倍、日本的24倍。

　　我國(guó)主要用能產(chǎn)品的單位產(chǎn)品能耗比發(fā)達(dá)國(guó)家高25~90，加權(quán)平均高達(dá)40左右。例如，我國(guó)火電廠供電煤耗為每千瓦時(shí)404 g標(biāo)準(zhǔn)煤，國(guó)際先進(jìn)水平為317g標(biāo)準(zhǔn)煤，高出27.4. 2003年的煤炭產(chǎn)量為16億t標(biāo)準(zhǔn)煤，已經(jīng)達(dá)到了原先規(guī)劃中2010年的水平。據(jù)測(cè)算，我國(guó)2003年能源消費(fèi)總量16.78億t標(biāo)準(zhǔn)煤，比上年增長(zhǎng)10.1.其中，原油消費(fèi)量2.52億t，增長(zhǎng)12；原煤15.79億t，增長(zhǎng)13.6.其中，電煤8.26億t標(biāo)準(zhǔn)煤，比去年增加近1億t標(biāo)準(zhǔn)煤，而往年電煤每年僅增加3000萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤左右。我國(guó)正處于工業(yè)化中期和新一輪經(jīng)濟(jì)周期的上升階段，能源消耗強(qiáng)度較大。到2020年，國(guó)內(nèi)煤炭需求將在20億t標(biāo)準(zhǔn)煤以上。

　　能源低效率利用一方面造成巨大浪費(fèi)，另一方面將造成嚴(yán)重的能源短缺，并將危及經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家安全。節(jié)能工作刻不容緩。

　　1華中電網(wǎng)地區(qū)能源消費(fèi)現(xiàn)狀1.1一次能源消費(fèi)華中電網(wǎng)地區(qū)的一次能源消耗逐年增加，從1980年的12306萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤增加到2002年的32200萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤左右，人均能源消費(fèi)量為841kg標(biāo)準(zhǔn)煤，為我國(guó)平均水平的64.4.其中，華中地區(qū)2002年火力發(fā)電包括供熱用能源總量約為8 547萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，占一次能源消費(fèi)總量的26.54.能畫(huà)在同一個(gè)向量圖上。

　　2變壓器總的功率因數(shù)角！1的大小取決于變壓器本身的內(nèi)阻抗及負(fù)載的性質(zhì)和大小，變壓器負(fù)載一般為感性，滯后于，在特殊情況下，如帶有足夠的容性負(fù)載，1也可能超前于。異步電動(dòng)機(jī)總的功率因數(shù)角！'的大小取決于異步電動(dòng)機(jī)本身的內(nèi)阻抗和負(fù)載大小，由于異步電動(dòng)機(jī)對(duì)電源來(lái)說(shuō)是感性負(fù)載，無(wú)論負(fù)載怎樣變化，/1總是滯后于"1.！結(jié)束語(yǔ)探討歸納變壓器和異步電動(dòng)機(jī)電磁原理的異同，在理論分析上提煉共性，區(qū)分個(gè)性，對(duì)于提高交流電機(jī)運(yùn)行分析水平和專(zhuān)業(yè)教學(xué)的質(zhì)量具有現(xiàn)實(shí)意義。