電機與變壓器電機拖動基礎(chǔ)1電機與變壓器2緒論

電機的發(fā)展是從十八世紀(jì)中期開始，法拉第表演了電流在磁場中產(chǎn)生機械力的實驗，發(fā)現(xiàn)了電動機的工作原理，制造出原始型的電動機。隨后另一個科學(xué)家阿果拉發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)磁場，法拉第提出了電磁感應(yīng)定律，1832年，出現(xiàn)了原始型的發(fā)電機。電能最早應(yīng)用是供給照明和化學(xué)工業(yè)的需要，所以最初發(fā)展的電機是直流電機。1845年，電磁鐵代替了永久磁鐵，不久，出現(xiàn)了第一臺自勵發(fā)電機，建立了第一條直流輸電線路。電機與變壓器31876年，交流電用于照明裝置，隨后出現(xiàn)了原始型的同步發(fā)電機和變壓器。隨著兩相電流能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的原理被發(fā)現(xiàn)，1885年，制造出了單相異步交流電動機的模型。

1889年，多波洛爾斯基提出了三相制的建議，并設(shè)計和制造了第一臺三相變壓器和三相異步電動機，至1897年，建成了第一個三相交流輸電系統(tǒng)。電機與變壓器4

交流三相制發(fā)電廠的迅速發(fā)展，使高速運轉(zhuǎn)的汽輪發(fā)電機代替了以蒸汽機為原動力的的發(fā)電機，產(chǎn)生第二次技術(shù)革命，將社會生產(chǎn)力推進(jìn)了電力時代。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電機理論的不斷完善，電機的發(fā)展日新月異，不僅容量大、體積小、運行良好可靠，而且應(yīng)用范圍也在不斷擴大，并且隨著功率電子學(xué)等學(xué)科的滲入，電機家族還在不斷增添新的成員。電機與變壓器5

電機與變壓器的課程任務(wù)是：掌握變壓器和交直流電機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和運行性能，并對電機的運行作初步的分析。

為了學(xué)好本門課程，必須做到以下幾點：1、抓主要矛盾，有條件地略去一些次要因素；2、抓住重點，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性；3、要有良好的學(xué)習(xí)方法，運用對比或比較的方法，分析電機的共性和特點，加深對原理和性能的理解；4、充分預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。電機與變壓器6電機的分類

電機是以適當(dāng)?shù)挠行Р牧希▽?dǎo)電和導(dǎo)磁）構(gòu)成能互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的電路和磁路。以產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率，達(dá)到轉(zhuǎn)換能量形式的目的。靜止電機旋轉(zhuǎn)電機變壓器直流電機交流電機同步電機異步電機一般分類：電機電機與變壓器7

電機是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，變壓器是一種電能傳遞裝置。按功能分：發(fā)電機：將機械能轉(zhuǎn)換為電能。電動機：將電能轉(zhuǎn)換為機械能。

微型控制電機：在電器機械系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)、放大和控制信號的作用

變壓器：將一種形式的電能轉(zhuǎn)化為另一種形式的電能。它們共同的特點是：根據(jù)電磁感應(yīng)定律和電磁力定律進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。電機與變壓器8磁與電磁一、磁的基本知識1、磁性能吸引鐵、鎳等金屬或合金的性質(zhì)。2、磁體具有磁性的物體。3、磁極磁體上磁性最強的部位，有S極和N極，磁極間同性相斥，異性相吸。4、磁力磁極間的相互作用力。5、磁場磁極周圍存在的一種特殊物質(zhì)。具有力和能的特性。6、磁力線為描述磁場的強弱和方向而引入的假想線。在磁極外部由N指向S，在磁極內(nèi)部由S指向N。磁力線越密磁場越強，磁力線越疏磁場越弱。電機與變壓器9二、電流的磁場1920年，科學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)，在電流周圍存在磁場（動電生磁），即電流的磁效應(yīng)。

電流與其產(chǎn)生磁場的方向可用安培定則來判斷，既適用于判斷電流產(chǎn)生的磁場方向，也適用于在已知磁場方向時判斷電流的方向。1、直線電流產(chǎn)生的磁場2、環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場電機與變壓器10三、磁場對電流的作用1、通電導(dǎo)體在磁場中會受到力的作用，電磁力的方向符合左手定則。

伸開左手，四指并攏，拇指與四指垂直，并且在同一平面里，讓磁感線垂直穿過手心，使四指指向電流方向，這時大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受磁場力的方向。左手定則電機與變壓器11電機與變壓器122、我們常使用通電導(dǎo)體在磁場中某點受到的電磁力與導(dǎo)體中電流和導(dǎo)體的有效長度的乘積的比值來表示該點磁場的性質(zhì)，并稱為該點的磁感強度B。即：B=FILB：均勻磁場的磁感強度（T）F：通電導(dǎo)體受到的電磁力（N）I：導(dǎo)體中的電流強度（A）L：導(dǎo)體在磁場中的有效長度（m）為后面研究問題方便，我們規(guī)定用符號和·分別表示電流或磁力線進(jìn)入和流出紙面的方向。電機與變壓器133、一匝匝數(shù)為N的線圈在磁場中，若與線圈交鏈的磁通Φ發(fā)生變化，則線圈上會感應(yīng)出電動勢e,稱為電磁感應(yīng),e的正方向與Φ符合右手螺旋定則。即：e=–?Φ?t

N

上式的含義是指，電磁感應(yīng)的電動勢與線圈匝數(shù)和磁通的變化率成正比。負(fù)號是指在感應(yīng)電動勢作用下而在線圈里產(chǎn)生的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的Φ′將逆著Φ變化。1）變壓器電動勢：線圈與磁場相對靜止，只有磁通變化。2）運動電動勢：線圈與磁場相對運動，引起磁通變化。e=Blv符合右手定則。電機與變壓器14電機與變壓器15

一、變壓器的概述

發(fā)電廠發(fā)出來的交流電，經(jīng)過電力系統(tǒng)輸送和分配到用戶（即負(fù)載），圖所示為一個簡單的電力系統(tǒng)示意圖，采用交流高壓輸電，交流低壓配電，是個三相系統(tǒng)。

35KV

10KV

去系統(tǒng)的另一部分

220KV

雙繞組電力變壓器

6KV發(fā)電機

110KV電力系統(tǒng)示意圖MM1電能的傳輸與配電負(fù)載電機與變壓器171、變壓器的分類按用途分：電力變壓器和特種變壓器。

按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。

按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。

按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和殼式變壓器。

按調(diào)壓方式分：無勵磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。

按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。

電機與變壓器18連接發(fā)電機與電網(wǎng)的升壓變壓器連接發(fā)電機的封閉母線

與電網(wǎng)相連的高壓出線端電機與變壓器20三相干式變壓器自耦變壓器電機與變壓器21電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器電機與變壓器222、變壓器基本結(jié)構(gòu)1、器身：鐵心、繞組、絕緣和出線裝置2、油箱：冷卻裝置和保護(hù)裝置

核心裝置是閉合鐵心和兩個繞組。

在分析變壓器時，習(xí)慣畫法是將兩個繞組畫在閉合鐵心的兩側(cè)。電源側(cè)稱為一次繞組或原繞組負(fù)載側(cè)稱為二次繞組或副繞組電機與變壓器231）鐵心

變壓器的主磁路，為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用厚為0.35-0.5mm、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成?；窘Y(jié)構(gòu)分為鐵心柱和鐵軛兩部分，有心式和殼式兩種形式。單相心式變壓器單相殼式變壓器電機與變壓器242）繞組

變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。有同心式和交疊式兩種形式。

同心式：高（外）、低（內(nèi)）壓繞組同心地繞在鐵心柱上，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。

交疊式：高低壓繞組交疊放置，最上和最下為低壓繞組。漏阻抗較小，機械強度好，引線方便，在特殊變壓器上使用較多。3）其他裝置

變壓器上還有絕緣套管、油箱、儲油柜、吸濕器、安全氣道、凈油器和氣體繼電器等元器件在工作時起冷卻和保護(hù)作用。1-排氣塞；2-呼吸塞；3-油位計加油螺釘；4-油位計玻璃管；5-浮球；6-呼吸管；7-吸濕器；8-油位計放油螺釘；9-連管；10-壓油袋；11-油壓袋箱體；12-油箱連管；13-注油活門；14-沉積器；15-尼龍隔膜袋1-玻璃氣道膜；2-呼吸孔；3-刀片；4-檢驗塞；5-橡皮氣道膜；6-放氣塞電機與變壓器31

為了使變壓器安全、經(jīng)濟、合理地運行，在每臺變壓器上都安裝有一塊銘牌，上面標(biāo)明了變壓器的型號及各種額定數(shù)據(jù)，作為正確使用變壓器的依據(jù)。銘牌中參數(shù)說明如下。8．變壓器的銘牌電機與變壓器32（1）型號電機與變壓器33額定電壓U1N是指變壓器在額定運行情況下，根據(jù)變壓器絕緣等級和允許溫升等條件規(guī)定的一次繞組上的線電壓。額定電壓U2N是指在一次繞組上加額定電壓后，二次繞組空載時的線電壓。（2）額定容量

額定容量是指變壓器在額定工作狀態(tài)下，二次繞組的視在功率，其單位為kVA。對于單相變壓器而言，即變壓器二次繞組的額定電壓U2N與額定電流I2N的乘積。三相變壓器的額定容量為（3）額定電壓U1N和U2N電機與變壓器34連接組標(biāo)號是指三相變壓器一、二次繞組的連接方式。Y指高壓繞組作星形連接，y指低壓繞組作星形連接，D指高壓繞組作三角形連接，d指低壓繞組作三角形連接，N指高壓繞組作星形連接時的中性線，n指低壓繞組作星形連接時的中性線。（4）額定電流I1N和I2N額定電流是指變壓器在額定運行的條件下，一、二次繞組長時間工作允許的線電流。

（5）連接組標(biāo)號電機與變壓器35一、變壓器

變壓器是一種靜止的電器，它利用電磁感應(yīng)原理將一種等級的電壓和電流的交流電能轉(zhuǎn)換成另一種等級的電壓和電流的交流電能。

它的工作原理就是電磁感應(yīng)和磁勢平衡。下面我們就從變壓器的結(jié)構(gòu)開始，逐步了解和掌握變壓器的工作原理和運行特性。在分析時，我們需要注意分析變壓器電路的電磁物理過程。

變壓器為什么只能變換交流電能的電壓和電流？電機與變壓器36當(dāng)變壓器一次繞組通以交流電時，在其鐵心中產(chǎn)生交變磁通，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，一次繞組將從交流電源處吸收電能，傳遞到二次繞組，供給負(fù)載。這就是變壓器的基本工作原理。電機與變壓器373、變壓器的基本工作原理

變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁的耦合，沒有電的聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓u1，根據(jù)右手螺旋定則，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通Φ

，在兩繞組中分別感應(yīng)電動勢e。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)變壓器二次側(cè)帶負(fù)載時，則產(chǎn)生感應(yīng)電流，在負(fù)載上形成二次電壓u2

。

結(jié)論：只要(1)磁通有變化量;(2)一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變電壓的目的。電機與變壓器38∵e1=–?Φ?t

N1

e2=–?Φ?t

N2

且e1=–u1

e2=u2

∴在只討論數(shù)量關(guān)系時，就有

表明變壓器初、次級繞組的電壓比就等于它們的匝數(shù)比n。這就是變壓器的變壓原理。u1

u2

=

e1

e2

=

N1

N2

=KK＞1時，是降壓變壓器，K＜1時，是升壓變壓器，K=1時，是隔離變壓器。變比K是變壓器運行的重要參數(shù)。電機與變壓器39

例：已知某變壓器的初級電壓為220V，次級電壓為36V，初級的匝數(shù)為2200匝，試求該變壓器的變壓比和次級的匝數(shù)。=

解：N2

N1

u1

u2

u1

u2

≈=K6.1=

2200×36220=

360匝

練習(xí)：將某單相變壓器接在電壓u1=220V的電源上，已知u2=20V，次級匝數(shù)N2=100匝，則初級的匝數(shù)是多少？電機與變壓器40

變壓器在工作中就像一座橋梁，起了一個能量傳遞的作用，根據(jù)能量守恒定律，在忽略損耗時，變壓器的次級輸出功率P2應(yīng)和變壓器初級從電網(wǎng)吸收的功率P1相等。即：P1=P2I1U1=I2U2=U1U2=I2I1=N1N2K1即：

說明變壓器工作時，其初、次級的電流與初、次級的電壓或匝數(shù)成反比。這就是變壓器的變流原理。電機與變壓器41

變壓器除了能變換電壓、電流的大小外，還能變換交流阻抗。這在電器工作中也有廣泛的作用。R1u1I1N1N2u2ZLI2例如一個帶負(fù)載的變壓器（虛框）看作是一個新的負(fù)載。則可得一個簡化電路，負(fù)載為RLX。u1R1I1ZLX電機與變壓器42由于變壓器的初、次級功率相等，所以有：I12ZLX=I22ZL即：ZLX=N1N2（）2ZL=ZLK2

也就是說，負(fù)載ZL接在變壓器的次級上，從電源中獲取的功率和負(fù)載ZLX直接接在電源上所獲取的功率是完全相同的。也就是說，ZLX是ZL在變壓器初級中的交流等效電阻。

上式還表明，變壓器初級交流電阻ZLX的大小，不但與變壓器次級的負(fù)載ZL的成正比，而且與變壓器的變比K的平方成正比。=KZLZLX電機與變壓器434、變壓器的空載運行i1

將變壓器一次繞組接交流電源，二次繞組開路，這種運行方式稱為變壓器的空載運行。變壓器各電磁量正方向的規(guī)定：1、在一次繞組內(nèi)，電流的正方向與電壓的正方向一致。2、磁通正方向與電流方向符合右手螺旋定則。3、感應(yīng)電勢方向與磁通方向符合右手螺旋定則。4、在二次繞組內(nèi)，電流的正方向與電勢方向一致。5、在二次繞組端，電壓方向與電流方向一致。L1L2N1N2ZL電機與變壓器44i1L1L2N1N2因為是空載運行，二次繞組開路，所以電流i2=0。ZL=0電流i1是產(chǎn)生磁通Φ的全部原因。此時稱為空載電流i0i0

因為i0只用于產(chǎn)生主磁通，所以原繞組是一個純電感電路。i0滯后u1900，電動勢e1與u1反相。e1與e2同相理想變壓器的相量圖I0·Φ·U1·E1··E2電機與變壓器45常磁通概念：因為E1=4.44fN1Φ，E2=4.44fN2Φ而U1=E1，U2=E2所以有U1=4.44fN1Φ，U2=4.44fN2Φ

上式中4.44是常數(shù)、頻率f是電網(wǎng)提供的工頻、匝數(shù)N對于一個已制造好的變壓器來說也是一個常數(shù)，所以我們可以說只要電壓U不變，磁通Φ的大小就不會發(fā)生變化，這就是重要的常磁通概念。電機與變壓器465、變壓器的負(fù)載運行

當(dāng)變壓器二次繞組帶上負(fù)載后，此時電路里開始有電流i2L1L2N1N2ZL+?i=i1i0=0i2就一定會通過二次繞組，在鐵心中也產(chǎn)生一個磁通Φ′可是此時電源電壓u1并沒有改變。變壓器的主磁通Φ就不應(yīng)該變化。

于是勵磁電流i0就會也發(fā)生變化，i0會根據(jù)i2的大小增加一部分電流?i，變成i1=i0+?i,最終維持Φ不變，這就是變壓器的磁勢平衡。電機與變壓器475、變壓器的外特性

因此我們把當(dāng)電源電壓和負(fù)載功率因數(shù)一定時，二次電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，稱為變壓器的外特性。

因為變壓器二次側(cè)功率P2是由一次側(cè)功率P1決定的，它不會隨變壓器所帶負(fù)載的變化而變化。∵

P2=i2u2∴

當(dāng)負(fù)載變化引起i2變化時，u2就會跟隨i2的變化而變化1.001.0電機與變壓器486、電壓調(diào)整率

從前面變壓器的外特性可以看出，當(dāng)負(fù)載有波動時，變壓器輸出的二次電壓就會有波動。從我們使用電能來說，當(dāng)然是希望電壓越穩(wěn)定越好。國家規(guī)定用?u%=u2N－u2u2N×100%=?uu2N×100%來表征電壓調(diào)整率，它反映了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。電壓的波動就越小，因此我們在使用電氣設(shè)備時，如果能盡量提高功率因數(shù)，就有助于電壓的穩(wěn)定。分析變壓器的外特性，當(dāng)功率因素越接近1，2cosj

我們能采取什么措施來減小電壓波動呢？電機與變壓器497、變壓器損耗和效率

實際運行中的變壓器不可避免的會因為材料、工藝等問題而產(chǎn)生損耗。變壓器的損耗分為兩種：

⑴鐵損耗。鐵耗是磁通在鐵心中交變和運行時產(chǎn)生的損耗，與負(fù)載沒有任何關(guān)系。因為磁通大小一般沒有變動，所以鐵耗又稱為不變損耗或空載損耗，用pFE表示。⑵銅損耗。銅耗是電流在繞組中，與繞組的電阻產(chǎn)生的熱損耗，用pCU表示。pCU=I12r1r2I22+=β2pCUN

銅耗的大小取決于負(fù)載電流的大小以及繞組中電阻的大小，所以銅耗又稱為可變損耗。β=I2I2N電機與變壓器50

將變壓器的這兩種損耗相加，即得變壓器的功率損耗?p?p=pCUpFE+變壓器的效率η，就是變壓器輸出和輸入功率之比，η=P2P1×100%∵P1=P2+?p∴效率的一般計算公式為：×η=?pP2P2+100%時，變壓器效率最高。當(dāng)pFE=pCU電機與變壓器51二、三相變壓器和特殊變壓器

三相變壓器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，在對稱三相負(fù)載下運行時，變壓器的各相電壓、電流大小相等，相角互差120°，三相完全對稱，前面所分析得出的單相變壓器的各種特性可直接用于三相變壓器的任意一相。下面只討論三相變壓器特有的問題。三相變壓器電機與變壓器52

三相組式變壓器由三個容量與結(jié)構(gòu)完全相同的單相變壓器組成。特點是每相都有自己獨立的磁路，互不相關(guān)，各相的勵磁電流在數(shù)值上完全相等。其優(yōu)點是：對特大容量的變壓器制造容易，備用量小。但其鐵心用料多，占地面積大，只適用于超高壓、特大容量的場合。一、磁路系統(tǒng)1、三相組式變壓器u1u2v1v2w1w2電機與變壓器542、三相心式變壓器

三相心式變壓器特點是三相磁路相互關(guān)聯(lián)，磁路長度不等，當(dāng)外加三相對稱電壓時，三相勵磁電流不對稱，但因勵磁電流很小，可忽略對負(fù)載運行的影響。其優(yōu)點是：節(jié)省材料，體積小，效率高，維護(hù)方便。故目前大、中、小容量的變壓器廣泛采用心式變壓器。電機與變壓器55二、電路系統(tǒng)

三相繞組通常采用星形聯(lián)結(jié)（記作“Y”或“y”）或三角形聯(lián)結(jié)（記作“D”或“d”），繞組的首、末端的標(biāo)志規(guī)定如下所示。繞組名稱單相變壓器三相變壓器中性點首端末端首端末端高壓繞組U1U2U1、V1、W1U2、V2、W2N低壓繞組u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n1、繞組的端頭標(biāo)號電機與變壓器56或(a)星形聯(lián)結(jié)(b)三角形聯(lián)結(jié)2、星形和三角形聯(lián)結(jié)法U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2Y形連結(jié)時：U線=U相3U線U相U線U相D形連結(jié)時：U線=U相電機與變壓器57三、變壓器的繞組極性

變壓器的主磁通以及繞組中的感應(yīng)電動勢都是交變的，并無某一固定極性，這個極性是指某一瞬間的相對極性。即在任一瞬間，一個繞組的某一端為正時，另一個繞組的某一端必然也為正。U1U2u1u2如某一瞬間，U1為正、U2為負(fù)+－Φe2+-得，u1為正、u2為負(fù)。因此我們稱U1和u1為同極性端或同名端，加“·”或“＊”表示。＊＊1、單相變壓器的極性電機與變壓器58

對于單相變壓器來說，極性對變壓器的運行沒有任何影響，但對于要將三個繞組按一定規(guī)律聯(lián)結(jié)的三相變壓器來說，極性問題就十分重要了，一旦某相繞組的極性接反，就會燒壞變壓器。取三相心式變壓器中的某一相e1e2繞向和線端標(biāo)志均相同U1U2＊＊Φ·E1·E2e1e2繞向和線端標(biāo)志不同v1v2V1V2＊＊ΦW1W2w1w2＊＊Φe1e2(I/I—0)·E1·E2(I/I—6)電機與變壓器592、單相變壓器的極性判別

鑒別既沒有線端標(biāo)記，又不知繞向的繞組，我們可以使用電壓表或電流表進(jìn)行測試，根據(jù)測試結(jié)果找出兩個繞組的同極性端。下面以電壓表為例介紹測試的原理與方法。

由變壓器的原理可知，當(dāng)變壓器空載時，在忽略原邊繞組的漏電感和內(nèi)電阻電壓降的條件下，可得U1=-E1，U2=E2AXaxU1e2e1U2由圖可知，A和a，X和x為同極性端＊＊電機與變壓器60

若用一根導(dǎo)線連接了同極性端，如X和xAXaxU1e2e1U2＊＊

用電壓表測量另一個同極性端A、aV根據(jù)電壓關(guān)系有：UAa=e1+e2=U2-U1=U1-U2

反過來說，也就是如果電壓表上的測量結(jié)果為兩各端電壓之差，則說明此時被導(dǎo)線連接的兩端或被電壓表測量的兩端為同極性端。電機與變壓器61

如果導(dǎo)線連接的是異名端a、XAXaxU1e2e1U2＊＊電壓表測量A、xV根據(jù)電壓關(guān)系有：UAx=e1-e2=-U1-U2=U1+U2

說明電壓表上測量的數(shù)值如果是兩個端電壓之和，則此時導(dǎo)線連接的兩端或電壓表測量的兩端為異名端。電機與變壓器623、三相變壓器的極性判別判別三相變壓器的繞組極性有以下三個步驟：1）判別每相繞組中原、副繞組的一一對應(yīng)關(guān)系

三相變壓器總共六個繞組，首先就是找出結(jié)構(gòu)封閉．出線凌亂的三相變壓器的三相原、副繞組的對應(yīng)關(guān)系。這可以使用萬用表來測量。①

用萬用表電阻檔測出每個繞組的首末端R

電阻小，為同一個繞組的首末端

電阻大，不是同一個繞組的首末端電機與變壓器63②

判別高、低壓繞組R

找出繞組的首末端后，接下來的工作就是要找出三個高壓繞組和三個低壓繞組。同樣使用萬用表的電阻檔。測得電阻值R1測得電阻值R2

比較R1和R2的大小，由于高壓繞組匝數(shù)多，低壓繞組匝數(shù)少，因此電阻大的為高壓繞組電機與變壓器64③找出每相繞組的原、副繞組

給某繞組加一個合適的交流電源～交流電源

用萬用表的交流電壓檔測量每個繞組的感應(yīng)電勢，并記錄數(shù)值。VE1E2E3

比較三個感應(yīng)電勢，有最高值的繞組即與加交流電源的繞組為同一相得原、副繞組。電機與變壓器652）判別每相原、副繞組的同極性端按單相變壓器的極性判別方法即可。3）判別相與相之間繞組的同極性端U1U2V1V2W1W2＊＊＊＊＊＊

在某一原繞組上加一個合適的交流電壓110V～

用導(dǎo)線任意連接兩相之間的某兩個繞組的端子

用電壓表測量另兩個端子之間的電壓UVU＞110V異名端U＜110V同名端電機與變壓器66

三相變壓器原、副繞組按不同連接方式的組合，形成不同的聯(lián)結(jié)組。最常用的聯(lián)結(jié)組有以下四種，即Y，yN、Y,y、Y,d、YN,d。其中YN表示繞組接成星形后，中性點具有引出線，用于三相四線制的輸出線路。4、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別

下面以Y,y0聯(lián)結(jié)組為例說明三相變壓器聯(lián)結(jié)組別的步驟：1）根據(jù)三相變壓器繞組聯(lián)結(jié)方式（Y或y、D或d）畫高、低壓繞組接線圖（繞組按A、B、C相序自左向右排列）；2）在接線圖上標(biāo)出相電動勢和線電動勢的假定正方向；電機與變壓器67AXBYCZaxbycz＊＊＊＊＊＊uABuabuAua3）畫出高壓繞組電動勢相量圖，將A、a重合，再畫出低壓繞組的電動勢相量圖（畫相量圖時應(yīng)注意三相量按順相序畫）；AXBYCZuABaxbycz4）根據(jù)高、低壓繞組線電動勢相位差，確定聯(lián)結(jié)組別的標(biāo)號。uabUAB與uab同相，所以此變壓器聯(lián)結(jié)組為Y,y0變壓器的并聯(lián)運行變壓器的并聯(lián)運行變壓器并聯(lián)運行的好處1.提高供電可靠性2.減少備用容量3.提高運行效率并聯(lián)運行的最理想情況空載時，并聯(lián)的各變壓器二次側(cè)之間無環(huán)流；負(fù)載時，并聯(lián)的各變壓器按容量合理分擔(dān)負(fù)載；負(fù)載時，并聯(lián)的各變壓器二次側(cè)電流同相位。理想并聯(lián)運行的三個條件各變壓器的額定電壓相等，變比相同；各變壓器的聯(lián)結(jié)組號相同；各變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值相等，阻抗角相同。聯(lián)結(jié)組號的問題聯(lián)結(jié)組號不相同的變壓器，絕對不允許并聯(lián)運行。比如，Yy0與Yd11并聯(lián)……ΔU2＝0.518U2由于變壓器本身的漏阻抗很小，將產(chǎn)生很大的環(huán)流，燒壞繞組。U2I·ΔU2·U2II·30°變比不等時的環(huán)流變壓器檢修

檢修分為小修和大修。大修后的變壓器須經(jīng)過驗收方可投入運行。變壓器小修指在不吊出鐵芯和繞組的情況下進(jìn)行的各項檢查和維修。小修包括以下項目：

(1)消除日常巡視中發(fā)現(xiàn)的缺陷；(2)測定繞組的絕緣電阻；(3)清掃變壓器的瓷套管和外殼；檢查各部螺紋有無松動；(4)檢查有無滲、漏油；檢查油管有無堵塞；如油量不足，應(yīng)予補油；(5)檢查氣體繼電器及其控制線是否完好；(6)檢查呼吸器是否完好；如硅膠已經(jīng)受潮，應(yīng)予更換；(7)清除儲油柜上集污器內(nèi)的污垢和積水；(8)檢查引線，并處理過熱及燒傷缺陷；(9)檢查跌開式熔斷器熔管是否完好，熔絲規(guī)格是否符合要求；(10)檢查柱上變壓器的安裝是否牢固，桿基是否下沉等。變壓器大修指放出變壓器油，吊出鐵芯和繞組的檢查和維修。大修包括以下項目：(1)清除線圈表面的油污和沉積物，觀察繞組絕緣的老化程度；如絕緣已經(jīng)損壞，應(yīng)更換繞組；(2)檢查鐵芯有無松動，壓緊螺栓的絕緣是否良好；(3)檢查分接開關(guān)有無燒傷痕跡，接觸是否緊密，定位是否準(zhǔn)確，與繞組的連接是否良好；(4)清除連通管、防爆管、散熱器等處的油垢，檢查是否堵塞；(5)檢查氣體繼電器；(6)檢查油循環(huán)裝置和濾油裝置；(7)重新油漆變壓器的外殼；(8)按規(guī)定進(jìn)行測量和試驗。電機與變壓器77特種變壓器1、電流互感器

電流互感器作用是將電路中流過的大電流變換成小電流(額定值為5A或1A)供電給測量儀表和繼電器的電流線圈。

原繞組線徑較粗，匝數(shù)為一匝或幾匝，副繞組線徑較細(xì)，匝數(shù)很多。N1N2i1i2I1=I2N2N1使用注意：①串聯(lián)②可靠接地③

運行時，二次側(cè)不允許斷開電機與變壓器782、電壓互感器

電壓互感器作用是將高電壓降為低電壓（一般額定值為100V）供電給測量儀表和繼電器的電壓線圈，使測量、繼電保護(hù)回路與高壓線路隔離，保證人員和設(shè)備的安全。

原繞組匝數(shù)很多，副繞組匝數(shù)較少，F(xiàn)Uu1u2N1N2U1=N1N2U2使用注意：①②③并聯(lián)可靠接地

運行時，二次側(cè)不允許短路電機與變壓器793、自耦變壓器

自耦變壓器是單繞組變壓器，一、二次繞組共用一個線圈，繞在閉合的鐵心上，二次繞組是一次繞組的一部分,稱為公共繞組?？梢娮择钭儔浩鞯囊弧⒍卫@組之間除了有磁的耦合外，還有電的直接聯(lián)系。AXAX為原繞組，匝數(shù)為N1,N1ax為副繞組，匝數(shù)為N2,axN2

工作原理與普通變壓器相同，要注意的是公共繞組中的電流?iu1i1e1e2u2i2?i?i=i1+i2但i1與i2方向相反，故在數(shù)值上?I=I2－I1電機與變壓器80AXaxi1i2iN1N2u1u2自耦變壓器的容量SN=U1NI1NU2NI2N==U2N?I+U2NI1N這說明自耦變壓器的容量是由兩部分組成的:U2N?I是電磁容量，這部分容量與普通變壓器二次繞組中的容量是相同的。是傳導(dǎo)容量，這部分容量是通過電路的直接聯(lián)系U2NI1N從一次繞組傳至二次繞組的。這就是自耦變壓器獨有的特點。電機與變壓器81

變壓器巡查要點1、測量溫度1）、測量高低壓導(dǎo)電桿的溫度，是為了檢測連接的導(dǎo)線、螺絲是否松動、是否虛接。2）、測量變壓器器身的溫度，主要是為了檢測變壓器鐵心、線圈是否有局部過熱之處。3）、比較器身溫度表顯示的溫度與油枕油位對應(yīng)的溫度，是為了檢測變壓器是否缺油或多油。2、接地檢查，是為了保證變壓器的安全運行。電機與變壓器82三、三相籠型異步電動機

電機和變壓器一樣，也是利用電磁感應(yīng)原理工作的一種設(shè)備。它的主要作用是進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，例如電動機是將電能轉(zhuǎn)換成機械能，可以帶動其他設(shè)備工作。發(fā)電機則是將其他能量轉(zhuǎn)換成電能，不斷提高我們的生活質(zhì)量。

了解電機的基本結(jié)構(gòu)是我們今后使用或維護(hù)電動機的第一步。電機與變壓器83電機有兩大部分：定子和轉(zhuǎn)子

定子是指電機上所有固定不動的部分，主要部件是定子鐵心和定子繞組。

轉(zhuǎn)子是指電機上旋轉(zhuǎn)運動的部分，主要部件是轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組。一、三相籠型異步電動機的基本結(jié)構(gòu)電機與變壓器841、定子鐵心和定子繞組1）定子鐵心：由導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊成——導(dǎo)磁部分。2）定子繞組：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)——導(dǎo)電部分。電機與變壓器852、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組1)轉(zhuǎn)子鐵心：由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分。2）鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，形成一個多相對稱短路繞組。電機與變壓器86二、三相電動機的銘牌電機與變壓器871、型號電機與變壓器882、額定值1）額定功率額定功率是電動機在額定運行情況下，其軸上輸出的機械功率。又稱額定容量。2）額定電壓額定電壓是指電動機在額定運行時定子繞組的線電壓，他同定子繞組的接法相對應(yīng)。3）額定電流額定電流是電動機在額定運行時定子繞組的線電流。如果銘牌上有兩個電流值，則表示定子繞組在兩種不同接法時的線電流。電機與變壓器894）額定轉(zhuǎn)速在額定電壓下，輸出額定功率時的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速

5）絕緣等級絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時允許的極限溫度來劃分的。

6）工作方式工作方式是對電動機按銘牌上等額定功率持續(xù)運行時間的限制，分為“連續(xù)”、“短時”和“斷續(xù)”等。7）功率因數(shù)電動機在額定運行狀態(tài)下，定子電路的功率因數(shù)。異步電動機空載運行時定子電路的功率因數(shù)很低，只有0.2～0.3，隨著負(fù)載的增加，功率因數(shù)也增加，在額定負(fù)載時一般為0.7～0.9，因此要避免空載運行。電機與變壓器908)接法中、小容量的低壓異步電動機，通常定子三相繞組的六個出線頭都引出，可根據(jù)額定電壓靈活地接成“Y”形或“D”形。U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2D聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)電機與變壓器91三相異步電動機是如何轉(zhuǎn)動起來的？

固定不動的轉(zhuǎn)子繞組和旋轉(zhuǎn)的定子磁場相切割而感應(yīng)電動勢。

轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，因此感應(yīng)電動勢在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電動勢的方向相同。

載流的轉(zhuǎn)子繞組處在磁場中，必定受到電磁力的作用。

兩個電磁力的大小相等、方向相反，因此對電動機轉(zhuǎn)軸形成了電磁轉(zhuǎn)矩。于是轉(zhuǎn)子就順著定子磁場的方向轉(zhuǎn)動起來。NS模型電機的定子磁極模型電機的轉(zhuǎn)子繞組eei2FFn0n用右手定則判斷用左手定則判斷三、三相異步電動機的工作原理電機與變壓器92

三相異步電動機的三相定子繞組以互隔1200的方式嵌放在定子鐵心中。當(dāng)三個繞組分別接入三相交流電后，便可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。實際三相電動機的旋轉(zhuǎn)磁場是如何產(chǎn)生的呢？ωt0iAXBYCZ

規(guī)定：電流為正值時，電流從繞組首端流入，從末端流出；電流為負(fù)值時，電流從繞組末端流入，從首端流出。電機與變壓器93AXBYCZωt0iωt=0時電流和磁場情況×A、C兩相電流t=0時為正，因此首端流入、末端流出?！痢罛相電流t=0時為負(fù)，末端流入、首端流出。

電流入

電流出NSn0相鄰線圈電流流向一致，在氣隙中生成合成磁場。電機與變壓器94ωt0iωt=120°AXBYCZωt=120°時電流和磁場情況×××NSn0

可見當(dāng)電流隨時間變化120°，電動機的磁場在空間的位置也隨之旋轉(zhuǎn)了120°。

觀察電流波形圖及電機示意圖可看出，合成磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的順序，A→B→C正序時氣隙磁場順時針旋轉(zhuǎn)。電機與變壓器95ωt0iωt=240°AXBYCZωt=240°時電流和磁場情況×××NSn0

觀察電流波形圖及電機示意圖可看出，合成磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的順序。電機與變壓器96ωt0iωt=360°AXBYCZ×××NSn0

電流隨時間變化一周，電動機的氣隙磁場在空間的位置也順時針旋轉(zhuǎn)了360°。表明磁場的旋轉(zhuǎn)速度與電流變化的頻率有關(guān)。ωt=360°時電流和磁場情況電機與變壓器97歸納：

只要三相異步機的對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電，就會在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生一個隨時間變化的旋轉(zhuǎn)磁場。電機與變壓器98AXBYCZ×××n0三相異步電動機工作原理概括

在電動機對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電流產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場NS

轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場相切割，生成感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流載流導(dǎo)體受電磁力的作用形成力偶力偶對電機轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩從而使固定不動的轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來。FF

若要改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向，只需任調(diào)通入定子繞組中兩相電流的相序即可。電機與變壓器99

很明顯，電動機上存在兩個轉(zhuǎn)速，一個是旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0，一個是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n。電動機的轉(zhuǎn)速n能等于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0嗎？如果二者相等，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間產(chǎn)生感應(yīng)電流成為載流導(dǎo)體→不是載流導(dǎo)體就無法在磁場中就沒有了相對切割→轉(zhuǎn)子不切割磁場就不能受力→不受力電動機就永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)運不起來。n≠n0，異步！電機與變壓器100三相電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與哪些因素有關(guān)？1、電流頻率

電流隨時間變化一周，電動機的旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)了360°。即：磁場轉(zhuǎn)速n0與電流頻率f成正比。2、磁極對數(shù)磁場轉(zhuǎn)速隨定子磁極數(shù)的增加而發(fā)生變化。

四極電機AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZAXBYCZSN

二極電機電機與變壓器101四極旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的分析AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZωt0iωt=0°時××××ωt=120°時AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ××××

電流變化120°，旋轉(zhuǎn)磁場在空間的位置僅轉(zhuǎn)過了60°；當(dāng)電流變化360°時，四極電動機的旋轉(zhuǎn)磁場才能旋轉(zhuǎn)180°。顯然，四極旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速是二極電機1/2。電機與變壓器102

綜合分析，可得電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與頻率、極對數(shù)之間的關(guān)系為：

r/1min)/(60分轉(zhuǎn)pfn=

即：異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，與電機的極對數(shù)成反比。由于電動機轉(zhuǎn)速n與n1之間存在速度差，因此我們選用一個參數(shù)—轉(zhuǎn)差率s來表示n與n1的關(guān)系。

(1)電動機起動瞬間，電動機轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)差率s=1；(2)電動機轉(zhuǎn)速最高時，轉(zhuǎn)速n≈n1，轉(zhuǎn)差率s≈0；

(3)電動機運行過程中，轉(zhuǎn)速0<n<n1，轉(zhuǎn)差率0<s<1；n=60f1p(1－s)電機與變壓器103例解

有一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速為975r/min。試求工頻情況下電動機的磁極對數(shù)和電動機的額定轉(zhuǎn)差率。由于電動機的額定轉(zhuǎn)速接近于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，所以可以估取同步轉(zhuǎn)速n1=1000r/min。電機與變壓器104四、電動機的運行特性

通過電動機工作原理的學(xué)習(xí)，我們可以發(fā)現(xiàn)電動機有許多地方和變壓器是相類似的：變壓器一次繞組接入電流，產(chǎn)生交變磁場；電動機定子繞組接入電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；

交變磁場在鐵心中環(huán)繞，在變壓器二次繞組上產(chǎn)生電磁感應(yīng)，產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流；

旋轉(zhuǎn)磁場交鏈轉(zhuǎn)子繞組；在電動機轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生電磁感應(yīng)，產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流；

變壓器一次繞組和二次繞組只有磁耦合，沒有電的直接聯(lián)系。

電動機定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組只有磁耦合，沒有電的直接聯(lián)系。電機與變壓器105電動機當(dāng)然也有許多和變壓器不一樣的地方：變壓器是靜止的，沒有旋轉(zhuǎn)部分；電動機轉(zhuǎn)子在感應(yīng)出電流后，是旋轉(zhuǎn)運動的；變壓器主磁路只在鐵心中運行；電動機旋轉(zhuǎn)磁場交鏈轉(zhuǎn)子鐵心時，需要經(jīng)過氣隙；變壓器繞組是集中繞在鐵心上的；電動機繞組是按一定規(guī)律安放在鐵心上的若干個槽內(nèi)；

所以根據(jù)變壓器的一些結(jié)論，就可以得到電動機的一些運行特性：電機與變壓器106

變壓器一次繞組感應(yīng)電勢E1=4.44fN1Φ

電動機定子繞組感應(yīng)電勢E1=4.44f1N1ΦK1（K1是線圈系數(shù)）

變壓器二次繞組感應(yīng)電勢E2=4.44fN2Φ

電動機轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢E2=4.44f2N2ΦK2（K2是線圈系數(shù)）

E1、E2的頻率為什么不一樣？

電磁感應(yīng)定律E=Blv中的v是磁場與導(dǎo)體之間的相對運動速度（n1－n）

。因此對于靜止的定子繞組來說，這個相對速度就是磁場的旋轉(zhuǎn)速度；而對于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來說，這個相對速度是磁場與轉(zhuǎn)子之間的速度差。pn160==pf160(n1－0)

電動機定子繞組感應(yīng)電勢E1的頻率=pf260(n1－n)

電動機轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢E2的頻率==60pn1n1(n1－n)sf1電機與變壓器107AXBYCZ轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢E2的頻率對電機運行有什么影響呢？

在電機定子通入電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的瞬間SN

轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)。此時轉(zhuǎn)差率s=1,

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢f2=f1，E2此時最大，轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流I2也最大。

隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高。轉(zhuǎn)差率s下降,E2和I2也隨之下降。

另外，電動機功率因素和轉(zhuǎn)子阻抗也與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。轉(zhuǎn)子在處于靜止的瞬間時，其阻抗最大、功率因素最低。隨轉(zhuǎn)速的提高，阻抗隨之下降，功率因素開始上升?？偨Y(jié)

電動機在啟動的瞬間，轉(zhuǎn)子上有很大的電流，根據(jù)磁勢平衡，則電動機定子上就會有很大的電流，從而可能會燒壞電機定子繞組。電機與變壓器108五、電動機的功率和損耗

電動機是一種將電能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置。所以在能量轉(zhuǎn)換的過程中不可避免的會產(chǎn)生各種損耗。=P13UNINcosjpFE1pCU1pCU2pFE2pmp?電源定子，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子，電磁感應(yīng)電磁功率Pe輸入電功率P1機械功率Pmec輸出機械功率P2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn))P1Pe=－(pCU1＋pFE1=PmecPe－PCU2PFE2(轉(zhuǎn)子鐵耗很小，可忽略不計）=pCU2SPe稱為轉(zhuǎn)差功率=Pe(1－S)P2=Pmec－p0+p0=p?pm稱為空載損耗，固定不變。P1=η電機與變壓器109=pCU2SPe

說明，從氣隙傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率分為兩部分，一小部分變?yōu)檗D(zhuǎn)子銅損耗，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榭倷C械功率。轉(zhuǎn)差率越大，轉(zhuǎn)子銅損耗就越多，電機效率越低。

的兩邊同時除以機械角速度得或電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩等于總機械功率除以轉(zhuǎn)子機械角速度。輸出轉(zhuǎn)矩電機與變壓器1101.異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的幾種表達(dá)式

五、異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩電動機的結(jié)構(gòu)常數(shù)每極下工作主磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)上式中各參數(shù)：每極下工作主磁通遵循主磁通原理。轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)和轉(zhuǎn)子電流均隨轉(zhuǎn)差率的變化而變化。em1）電機與變壓器111

將公式中各量的計算式代入電磁轉(zhuǎn)矩公式，即可得到電磁轉(zhuǎn)矩的另一種參數(shù)表達(dá)式：

電磁轉(zhuǎn)矩T正比電源電壓U1的平方，反映了電動機的電磁轉(zhuǎn)矩在負(fù)載不變情況下，其大小取決于電源電壓的高低。但這并不意味電動機的工作電壓越高，電動機實際輸出轉(zhuǎn)矩就越大。上式說明，只要電機參數(shù)不發(fā)生變化，電磁轉(zhuǎn)矩

電動機輸出機械轉(zhuǎn)矩的大小，實際上決定于來自于電動機軸上負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩T等于負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL時，電動機就會在某一速度下穩(wěn)定運行；若T>TL，電動機就會加速運行；若T<TL，電動機則要減速運行直至停轉(zhuǎn)。21U2sR22(202)sXR+=Kf1Tem2）電機與變壓器112異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩有三個重要值，分別為：Tmsm1T0sn=0n=n0根據(jù)公式可得異步機的電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線：最大電磁轉(zhuǎn)矩對應(yīng)最大電磁轉(zhuǎn)矩的臨界轉(zhuǎn)差率。(1)額定轉(zhuǎn)矩TN

電動機額定電壓下以額定轉(zhuǎn)速nN運功率單位若為W時，9550改為9.55行，輸出額定機械功率PN時，電機轉(zhuǎn)軸上對應(yīng)輸出的機械轉(zhuǎn)矩為額定電磁轉(zhuǎn)矩TN。電機與變壓器113

最大轉(zhuǎn)矩反映了電動機帶最大負(fù)載的性能，我們把它與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為電動機的過載能力，即：TMT0s最大電磁轉(zhuǎn)矩起動電磁轉(zhuǎn)矩(2)最大轉(zhuǎn)矩TM

起動轉(zhuǎn)矩反映了異步機帶負(fù)載起動時的性能。起動轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩之比稱作電動機的起動能力，即：Tst(3)起動轉(zhuǎn)矩Tst

λm通常在1.6~2.0之間。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過了最大轉(zhuǎn)矩，電動機將停轉(zhuǎn)。

λst通常在1.4~1.8之間。如果電機的起動轉(zhuǎn)矩Tst小于電動機軸上的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL時，電動機將無法起動。電機與變壓器114異步電動機的機械特性n0T機械特性曲線額定工作點NnNTNTstTM額定轉(zhuǎn)矩

電動機運行在AB段，其電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。ABC

機械特性曲線可分為穩(wěn)定運行區(qū)AB段和非穩(wěn)定運行區(qū)BC段兩部分。

電機穩(wěn)定運行時TL=TN。當(dāng)負(fù)載增加時，TL'>TN動力小于阻力

電機穩(wěn)定運行狀態(tài)被破壞

轉(zhuǎn)速n下降

轉(zhuǎn)差率s上升

轉(zhuǎn)子電路感應(yīng)電動勢增加

電流I2增大

定子電流I1隨之增大

電磁轉(zhuǎn)矩T增大至T′

當(dāng)T′=TL′時

電動機轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定在n'上，此時n′<n。特性曲線的N點向右移。

顯然，把轉(zhuǎn)矩特性曲線旋轉(zhuǎn)90°后即可得到機械特性曲線。額定轉(zhuǎn)速最大電磁轉(zhuǎn)矩起動電磁轉(zhuǎn)矩分析N′N″電機與變壓器115

電機穩(wěn)定運行在TL=TN。當(dāng)負(fù)載減少時，TL″<TN動力大于阻力

電機的穩(wěn)定運行狀態(tài)被破壞

轉(zhuǎn)速n上升

轉(zhuǎn)差率s下降

轉(zhuǎn)子電路感應(yīng)電動勢減小

電流I2減小

定子電流I1隨之減小

電磁轉(zhuǎn)矩T減小至T″

當(dāng)T″=TL″時

電動機轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定在n″上，此時n″>n。沿特性曲線左移。電機與變壓器116四.單相異步電動機簡介

我們?nèi)粘Ｉ罴稗k公場所通常是單相供電，因此很多儀器、各種電動小型工具、家用電器等，都采用單相異步電動機。單相異步機采用鼠籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，一般容量多在0.75KW以下。電容運轉(zhuǎn)單相機洗衣機電動機電風(fēng)扇電動機制冷壓縮機

三相異步電動機只所以能夠轉(zhuǎn)動，是因為它的定子繞組通入對稱三相交流電后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。那么，單相異步電動機通入單相交流電后，產(chǎn)生的是一個什么樣的磁場呢？電機與變壓器117單相異步電動機的定子磁場單相機定子單相機轉(zhuǎn)子ωt0i在定子繞組中通入單相交流電×××

電流正半周，線圈導(dǎo)體中通過的電流始終為正值

合成磁場隨時間大小不斷變化，但磁場軸線的位置始終不變。NS

電流的負(fù)半周，線圈導(dǎo)體中通過的電流方向始終為負(fù)×××SN

合成磁場隨時間大小不斷變化，但磁場軸線的位置始終不變。顯然，單相異步電動機的定子磁場是一個大小和方向隨時間不斷變化、但磁場軸線位置始終不變的脈動磁場。所以單向異步機的轉(zhuǎn)子不會自行起動，也就是說單相異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩為零。電機與變壓器118如何使單相異步電動機旋轉(zhuǎn)起來呢？電容分相法可讓單相異步機轉(zhuǎn)動

電容分相式異步電動機的定子有兩個繞組：一個是工作繞組；另一個是起動繞組，兩個繞組在空間對稱嵌放。起動繞阻與電容C串聯(lián)，使起動繞組電流i2和工作繞組電流i1產(chǎn)生90°的相位差，即：

加入起動繞組后，和工作繞組并聯(lián)連接于單相交流電源上。

可見，單相電動機定子兩繞組的合成磁場也是一個隨時間空間位置不斷變化的旋轉(zhuǎn)磁場。單相電動機也因之可以自行起動了。AXBYAXBYAXBY電機與變壓器119

直流電機可分為直流發(fā)電機和直流電動機兩大類。將機械能轉(zhuǎn)化為電能的直流電機是直流發(fā)電機，將電能轉(zhuǎn)化為機械能的直流電機是直流電動機。直流電機具有良好的調(diào)速性能、較大的起動轉(zhuǎn)矩和過載能力，一般應(yīng)用于對起動和調(diào)速要求較高的場合。另外，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、維護(hù)較困難是直流電機的不足之處。五、直流電動機工業(yè)直流電機直流伺服電機外轉(zhuǎn)子直流電機電機與變壓器120直流電動機結(jié)構(gòu)也分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定子轉(zhuǎn)子一、直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)1、直流電機的主要結(jié)構(gòu)電機與變壓器121定子主要部件有：（1）主磁極

主要作用是產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成1—機座；2—主磁極鐵心；3—勵磁繞組（2）換向磁級1—換向極鐵心；2—換向極繞組

主要作用改善換向，減小電火花。電機與變壓器122

與換向器配合,完成交直流的互換。數(shù)目與主磁極相同。（3）電刷裝置電刷座與電刷轉(zhuǎn)子又稱為電樞，其主要部件有

既是主磁路的一部分，又可以放置電樞繞組。（1）電樞鐵心電機與變壓器123（2）電樞繞組

電樞繞組與換向器聯(lián)結(jié)。主要作用產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)機電能量的轉(zhuǎn)換。（3）換向器

與電刷裝置配合,完成直流與交流的互換電機與變壓器124電機與變壓器1252、直流電動機工作原理

把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負(fù)極。此時電樞線圈中將有電流流過。

直流電動機是將電能轉(zhuǎn)變成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。

在磁場作用下，有F=BIL。該電磁力形成電磁轉(zhuǎn)矩,使電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電機與變壓器126電機與變壓器127電樞繞組有兩種連接方式：單疊繞組和單波繞組，下圖以單疊繞組為例。另外一半電樞繞組也構(gòu)成另外一條支路。不管電樞如何轉(zhuǎn)動，一條支路中繞組感應(yīng)的總電勢大小基本不變（微小脈動）。+-電機與變壓器128

單疊繞組的并聯(lián)支路圖說明，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后電樞繞組所有元件被兩個電刷所平分為2條支路，即并聯(lián)支路數(shù)與磁極數(shù)相同。有2a=2p。

另外一種連接連接方式，單波繞組的并聯(lián)支路數(shù)則恒等于2，即2a=2。

電機的電樞電動勢Ea，電磁轉(zhuǎn)矩Te則因為連接方式的不同而不同。兩個重要公式如下：Ea=CeΦnTe=CtΦIaCt=9.55CeCe=pN/60a電機與變壓器129二、直流電動機的種類和銘牌

直流電動機按產(chǎn)生磁場的方式來進(jìn)行區(qū)分，分為兩大類：他勵和自勵。

他勵是指通入電動機定子中，產(chǎn)生磁場的電流If與通入電動機轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流Ia分別由兩個電源提供。

他勵的特點是,勵磁電流If的大小與電樞電壓U及負(fù)載等參數(shù)無關(guān)。若U=Uf，則他勵電動機與并勵電動機性能相同。1、直流電動機的分類電機與變壓器130

自勵是指勵磁電流與電樞電流共用一個電源，根據(jù)勵磁繞組與電樞繞組的連接形式，又分為串勵、并勵和復(fù)勵三種勵磁方式。串勵是指勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)連接。

串勵的特點勵磁線圈匝數(shù)少，線徑較粗，If較大，有If=Ia。串勵電動機有較大的啟動轉(zhuǎn)矩，但轉(zhuǎn)速容易發(fā)生波動。適用于要求較大啟動轉(zhuǎn)矩且允許轉(zhuǎn)速變化較大的工作場合。電機與變壓器131并勵是指勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接。

并勵的特點是勵磁電流If較小，線圈匝數(shù)較多，線徑較細(xì)，有電源總電流I=If+Ia。中小型直流電動機多為并勵電動機。復(fù)勵是勵磁繞組與電樞繞組采用串、并聯(lián)混合連接。

主磁極由兩個勵磁繞組組成:一個與電樞繞組串聯(lián)，稱為串勵繞組;另一部分勵磁繞組再與電樞繞組并聯(lián)，其特點是電動機的主磁通由這兩個勵磁繞組共同產(chǎn)生。電機與變壓器1322、直流電機的銘牌型號：

國產(chǎn)電機型號一般采用大寫的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其格式為：第一部分用大寫的拼音表示產(chǎn)品代號，第二部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)計序號，第三部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示機座代號，第四部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示電樞鐵心長度代號。如：Z2—92中的Z表示一般用途直流電機；2表示設(shè)計序號，第二次改型設(shè)計；9表示機座代號；2表示電樞鐵心長度代號。電機與變壓器133額定功率PN

額定功率PN

是指在額定條件下電機的輸出功率。對于電動機，額定功率是指電動機電樞軸上輸出的機械功率；對于發(fā)電機，額定功率是指電刷間輸出的電功率。額定功率的單位為kW。

對于電動機，UN是指電樞上的輸入額定電壓；對于發(fā)電機，UN是指電樞輸出的額定電壓。額定功率UN額定功率IN

IN是指電機在額定電壓下，運行于額定功率時對應(yīng)的電流值。額定功率ηN電動機發(fā)電機電機與變壓器134三、直流電動機的機械特性1、電勢平衡、功率平衡及轉(zhuǎn)矩平衡方程式

在直流電動機中，感應(yīng)電動勢Ea是由于電樞繞組和磁場之間的相對運動而產(chǎn)生的。是反電動勢，其與電樞所加外電壓相平衡。以并勵電動機為例，方程式有：直流電動機的電動勢平衡方程式為：U＝Ea+IaRa直流電動機的功率平衡方程式為：P1＝P2+?P

Pe＝P2+P0?P＝Pacu+P0直流電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為：Te＝T2+T0

在直流電機中，電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩Te克服負(fù)載的制動轉(zhuǎn)矩T2和空載轉(zhuǎn)矩T0，帶動電動機穩(wěn)定運行。電機與變壓器135

Z2—71型并勵直流電動機，其銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=30kW，UN=220V，ηN=0.88,Ra=0.1Ω,nN=3000r/min,If=1.765A,

求額定電流IN、電樞電流Ia、勵磁回路的電阻Rf和反向電動勢Ea。Ia=IN－If=155－1.765=153.235AAUPUPINNNNINN15522088.0/1030/3=×===hW6.124765.1220=＝

＝fNfIUREa=UN－IaRa=220－153.235×0.1=204.68V電機與變壓器136

一臺并勵直流電動機，電源電壓UN=230V時，電樞電流IN=60A，電樞電組Ra=0.1Ω，Φ=0.08Wb，Ce=2.5，求電樞反電勢Ea及此時的轉(zhuǎn)速n。

Ea=UN－IaRa=230－60×0.1=224V1120r/min=＝eCaEnΦ224＝

.02

直流電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)分別為PN=10kW，UN=220V，IN=

54.8A

，nN=3000r/min，試求電動機在額定運行情況下電動機的電磁轉(zhuǎn)矩、輸入功率和

效率。

電機與變壓器137

一臺直流并勵電動機，PN=10kW，IN=54.8A，UN=220V，電樞電阻Ra=0.4Ω。若直接起動，起動電流為多少？若采用電樞回路串電阻起動，將起動電流降為額定值的1.5倍，則應(yīng)串多大的起動電阻？直接起動時，起動電流為=電樞回路串電阻起動時，起動電流為15=.+=NstastIRRUIW3.24.0=-2208.545.1×-aR5.1NIU=stR則起動電阻電機與變壓器1382、機械特性方程

將電動勢平衡方程式U＝Ea+IaRa與重要公式Ea=CeΦn相組合，可得eaaeaFFCRIUCEn-==

再將另一個重要公式Te=CTΦIa與上式相組合，可得并勵電動機的固有機械特性方程式：nCUeF=-2TCCReTaFe

該特性曲線是一條向下傾斜的直線。說明電機轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的增大而降低。Tn0n0UCeF為電動機理想空載轉(zhuǎn)速n0=電機與變壓器139nCUeF=-2TCCReTaFe

若改變U、Ra或Φ，電動機的機械特性將會發(fā)生改變。稱作人為機械特性。1）串電阻RTn0n0RaRa+R1Ra+R1+R2

可見，電樞串電阻后，空載轉(zhuǎn)速不變，機械特性變軟，負(fù)載稍有波動，即可使轉(zhuǎn)速有較大變化。電機與變壓器1402、降電壓UTn0n0UNU1U1＜

UNU2U2＜

U1＜

UN

可見，降電壓后，空載轉(zhuǎn)速降低，但機械特性硬度不變。即轉(zhuǎn)速整體下降，但帶負(fù)載能力保持不變。3、弱磁通Φ0Tnn0ΦNΦ1Φ1＜

ΦNn1

Φ2

Φ2＜Φ1＜ΦNn2

可見，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不太大時，磁通減小使轉(zhuǎn)速升高。電機與變壓器1413、串勵直流電動機的機械特性

串勵電動機的特點是If=Ia，因此當(dāng)負(fù)載電流較小，磁通與勵磁電流呈線性關(guān)系時。有：

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩接近為零時，電機轉(zhuǎn)速趨于無窮大，所以串勵電動機不宜輕載或空載運行。其機械特性很軟，隨負(fù)載增加，轉(zhuǎn)速下降很快。機械特性方程=eaaeΦCIR-NΦCUn=f2kaR-f1kNUeTeT電機與變壓器142

因為起動時，轉(zhuǎn)速為零，電樞感應(yīng)的電勢為零，根據(jù)電壓平衡方程，起動時電樞電流Ia=（U-Ea）/Ra=U/Ra

。而∵電樞電阻通常很小，所以起動電流很大（10～20倍的額定電流）?！?.5kW以上的直流電動機不能直接起動，否則Ia、T沖擊很大，火花很大。

起動方法：在保持最大勵磁電流情況下。（Te=CtΦIa，Φ

最大，才能減小Ia，并增大啟動轉(zhuǎn)矩Tst）

1）電樞回路串電阻起動；注意不能采用滑動變阻器，應(yīng)采用分段切除的變阻器。

2）降壓起動。起動電流控制在1.5～2.0IN。4、起動和反轉(zhuǎn)電機與變壓器143

反轉(zhuǎn)方法1.改變電樞電流方向，勵磁電流方向不變；

2.改變勵磁電流方向，電樞電流方向不變。即：單獨改變電樞繞組或單獨改變勵磁繞組的接線。注意：反轉(zhuǎn)瞬間，電樞電流很大，應(yīng)該采取措施限流。同時改變電樞和勵磁繞組的接線，則電樞電流和勵磁電流的方向?qū)⑼瑫r改變，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變，電動機的轉(zhuǎn)速也不變。交、直流兩用電動機的工作原理就是以此為依據(jù)的。交、直流兩用電動機實際上是一臺直流電動機，使用時若電源為交流電，則轉(zhuǎn)向仍然不會發(fā)生變化。電機與變壓器144

高壓電機巡查要點1、測量溫度1）、測量軸承溫度，是為了檢測軸承磨損情況以及潤滑油是否缺少。2）、測量機身溫度，是為了檢測冷卻系統(tǒng)是否暢通，是否存在冷卻死角。2、檢測聲音及振動情況1）、檢測軸承聲音及振動情況，是為了檢測軸承內(nèi)外套的間隙以及軸承與軸承室的間隙是否過大。2）、檢測機身聲音及振動情況，是為了檢測電機軸與負(fù)載軸連接是否同心以及電機地腳是否水平、是否松動。3、接地檢查，是為了保證高壓電機的安全運行。4、聞電機內(nèi)部空氣的氣味，是為了檢查線圈是否有電暈放電的情況發(fā)生。

第一章變壓器原理本章教學(xué)目標(biāo)：1、掌握變壓器的結(jié)構(gòu)及其基本工作原理；2、掌握變壓器的外特性及電壓調(diào)整率；3、掌握變壓器的空載試驗和短路試驗；4、了解變壓器的損耗和銘牌數(shù)據(jù)意義；5、掌握變壓器效率的計算方法。本章教學(xué)重點：1．變壓器的工作原理；2．變壓器的外特性及電壓調(diào)整率。本章教學(xué)難點：1．變壓器空載、負(fù)載運行時各量間的關(guān)