1電路與電工基礎(chǔ)CircuitandElectricalFoundation第3章變壓器與電動機(jī)第3章變壓器與電動機(jī)第一節(jié)磁場的基本概念和定律一、磁場的基本物理量（一）磁感應(yīng)強(qiáng)度B

磁感應(yīng)強(qiáng)度是表示磁場內(nèi)某點(diǎn)磁場強(qiáng)弱及方向的物理量，是矢量，用字母B表示。B的大小等于通過垂直于磁場方向單位面積的磁力線條數(shù)，磁力線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，單位是特斯拉（T）。

如果磁場內(nèi)每個點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相同，則這樣的磁場稱為勻強(qiáng)磁場。（二）磁通F

通過與磁場方向垂直的某一面積上的磁力線的總數(shù)稱為磁通F。在勻強(qiáng)磁場中，磁通F等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，即F=BS，單位是韋伯（Wb）。第3章變壓器與電動機(jī)（三）磁導(dǎo)率m

磁導(dǎo)率是一個用來表示介質(zhì)導(dǎo)磁性能強(qiáng)弱的物理量，不同的物質(zhì)有不同的磁導(dǎo)率，單位是亨/米（H/m）。真空的磁導(dǎo)率：

（四）相對磁導(dǎo)率物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值稱為相對磁導(dǎo)率，非鐵磁物質(zhì)近似為1，鐵磁物質(zhì)的遠(yuǎn)大于1。（五）磁場強(qiáng)度H磁場強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無關(guān)，是矢量，單位是安/米（A/m），它是為了簡化計(jì)算而引入的輔助物理量。第3章變壓器與電動機(jī)二、鐵磁材料的磁性能（一）高導(dǎo)磁性鐵磁材料的磁導(dǎo)率可達(dá)，在外磁場的作用下，其內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度大大增強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱為磁化。非磁性材料沒有磁疇的結(jié)構(gòu)，所以不具有磁化特性。（二）磁飽和性磁性物質(zhì)因磁化產(chǎn)生的磁場是不會無限制增加的，當(dāng)外磁場（或激勵磁場的電流）增大到一定程度時，全部磁疇都將轉(zhuǎn)向與外場方向一致，這時的磁感應(yīng)強(qiáng)度將達(dá)到飽和值。第3章變壓器與電動機(jī)三、磁路實(shí)際電路中，大量電感元件的線圈中有鐵芯。線圈通電后鐵芯就構(gòu)成磁路，如圖3.1所示，磁路又會影響電路，因此電工技術(shù)不僅有電路問題，同時也有磁路問題。無分支鐵芯磁路 變壓器磁路 直流電機(jī)磁路圖3.1磁路第3章變壓器與電動機(jī)四、電磁理論（一）法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律是指：當(dāng)穿過回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，它的大小與磁通量對時間的變化率成正比。若閉合電路為一個N匝的線圈，則閉合線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：（二）楞次定律圖3.2楞次定律確定感應(yīng)電流方向當(dāng)穿過線圈的磁通量發(fā)生變化時，線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如果線圈是閉合電路的一部分，則會產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電動勢所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的變化總是會阻礙原磁場的變化，這一規(guī)律稱為楞次定律。第3章變壓器與電動機(jī)（三）電磁力定律通電導(dǎo)體在磁場中將受到力的作用，這種力稱為安培力，電機(jī)學(xué)中則通常稱為電磁力。若長度為L的導(dǎo)體處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中，則當(dāng)導(dǎo)體方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直、導(dǎo)體流過電流I時，電磁力的計(jì)算公式為其方向用左手定則確定，即：平伸左手，大拇指和其余四指垂直，手心正對磁北極，磁力線垂直穿過手心，四指的指向?yàn)閷?dǎo)體中電流方向，拇指的指向?yàn)殡姶帕Ψ较?。?章變壓器與電動機(jī)第二節(jié)變壓器一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器主要由鐵芯、繞組和附件組成。（一）鐵芯鐵芯是變壓器的主體，分為鐵芯柱和磁軛兩部分，如圖3.3所示。其中鐵芯柱構(gòu)成主磁路，磁軛使磁路形成閉合回路。為了減少鐵芯內(nèi)部的渦流損耗和磁滯損耗，鐵芯多采用硅鋼片疊壓而成。常用小型變壓器的鐵芯形狀有E字形、F字形、C字形、日字形等，如圖3.4所示。為了提高導(dǎo)磁性能，裝配時通常要求交替疊裝。圖3.3鐵芯結(jié)構(gòu)E字形F字形C字形日字形圖3.4小型變壓器的鐵芯形狀第3章變壓器與電動機(jī)（二）繞組繞組是變壓器的電路部分，它由銅或鋁絕緣導(dǎo)線繞制而成，如圖3.5所示。繞組的作用是在通過交變電流時產(chǎn)生交變磁通和感應(yīng)電動勢。通過電磁感應(yīng)作用，一次繞組（也稱為一次線圈）的電能可傳到二次繞組（也稱為二次線圈），一次繞組和二次繞組具有相同或不同的匝數(shù)。圖3.5繞組第3章變壓器與電動機(jī)（三）附件（1）絕緣材料。絕緣材料是變壓器的重要附件之一，作用是保證變壓器的電氣絕緣性能，主要用于鐵芯與繞組之間、繞組與繞組之間、繞組的層與層之間、引出線與其他繞組及鐵芯之間部位的絕緣。小型變壓器所用的絕緣材料有青殼紙、聚酯薄膜青殼紙、聚酯薄膜、黃蠟綢（紙）等。對于引出線的絕緣，多選用玻璃絲漆管或黃蠟管等。（2）繞組骨架。作用是支撐和固定繞組，便于裝配鐵芯。（3）屏蔽罩。在對漏磁通的防護(hù)要求較高的場合，變壓器的外層應(yīng)加裝用導(dǎo)磁材料制成的金屬屏蔽罩，以防止漏磁通干擾線路工作。如中頻變壓器、要求較高的電源變壓器。第3章變壓器與電動機(jī)二、變壓器的分類在電子電器中，廣泛使用小型變壓器，小型變壓器的分類方法有：按用途分為電源變壓器、選頻變壓器、耦合變壓器、隔離變壓器。按結(jié)構(gòu)分為雙繞組變壓器、多繞組變壓器、線間變壓器。按工作頻率分為高頻變壓器、中頻變壓器、低頻變壓器。按相數(shù)分為單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。按鐵芯形式分為心式變壓器、殼式變壓器。按導(dǎo)磁材料分為鐵芯變壓器、鐵氧體磁芯變壓器。按有無屏蔽罩分為有屏蔽罩變壓器、無屏蔽罩變壓器。第3章變壓器與電動機(jī)三、變壓器的工作原理（一）互感現(xiàn)象在電路中，變壓器表示符號為T，如圖3.6所示。當(dāng)變壓器的線圈通入交流電流時，產(chǎn)生交變磁通，線圈就會發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生自感和互感電動勢，變壓器就是利用這個電磁感應(yīng)原理來工作的。圖3.6變壓器符號（二）變壓器的空載運(yùn)行圖3.7空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行是指變壓器一次繞組接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，而二次繞組開路時的工作情況?？蛰d運(yùn)行時的物理情況如圖3.7所示。第3章變壓器與電動機(jī)一次繞組接上交流電壓，鐵芯中產(chǎn)生的交變磁通同時通過一次、二次繞組，一次、二次繞組單匝線圈中交變的磁通可視為相同。設(shè)一次繞組匝數(shù)為，二次繞組匝數(shù)為，單匝線圈的磁通為F，感應(yīng)電動勢為由此得，忽略線圈內(nèi)阻得第3章變壓器與電動機(jī)（三）變壓器的負(fù)載運(yùn)行圖3.8負(fù)載運(yùn)行

電磁關(guān)系將一次、二次繞組聯(lián)系起來，二次繞組電流增加或減少必然引起一次繞組電流的增加或減少。負(fù)載運(yùn)行時，若忽略變壓器的損耗，則電源提供的功率應(yīng)等于負(fù)載所需的功率，即

由得表明一次、二次繞組電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢?，匝數(shù)不同，不僅能改變電壓，同時也能改變電流。第3章變壓器與電動機(jī)（四）變壓器的阻抗變換變壓器對負(fù)載也能實(shí)現(xiàn)變換，假如變壓器負(fù)載阻抗ZL接在二次繞組兩端，變壓器和負(fù)載一起等效到一次側(cè)的負(fù)載阻抗為：這個關(guān)系稱為阻抗變換公式，借此利用變壓器可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載阻抗的匹配。式（3-3）表明，當(dāng)二次繞組接入負(fù)載阻抗ZL時，相當(dāng)于在一次繞組中接入的等效阻抗。（五）注意事項(xiàng)第3章變壓器與電動機(jī)例3-1一臺理想變壓器，當(dāng)一次繞組接220V交流電源時，二次繞組的輸出電壓是11V，如果保持一次繞組的電壓不變，將二次繞組拆去18匝后，二次繞組電壓降為8V，則一次繞組的匝數(shù)為多少？第3章變壓器與電動機(jī)例3-2如圖3.9所示的電路中要使電流表讀數(shù)變大，可采用的方法有（）。A.將R上的滑片向上移動 B.將R上的滑片向下移動C.將電鍵S由1擲向2 D.將電鍵S由1擲向3圖3.9例3-2圖第3章變壓器與電動機(jī)四、常用變壓器（一）三相變壓器電能的產(chǎn)生、傳輸和分配都是用三相制的，因此，三相電壓的變換在電力系統(tǒng)中占據(jù)著特殊重要的地位。變換三相電壓，既可以用一臺三鐵芯柱式的三相變壓器完成，也可以用三臺單相變壓器組成的三相變壓器組來完成，后者用于大容量的變換。圖3.10三相心式變壓器的構(gòu)造第3章變壓器與電動機(jī)（二）自耦變壓器自耦變壓器分可調(diào)式和固定抽頭式兩種。圖3.11（a）是實(shí)驗(yàn)室中常用的一種可調(diào)式自耦變壓器，其工作原理與雙繞組變壓器相同，圖3.11（b）是它的原理電路。分接頭a做成能用手柄操作自由滑動的觸頭，從而可平滑地調(diào)節(jié)二次電壓，所以這種變壓器又稱自耦調(diào)壓器。（a） （b）圖3.11自耦變壓器及其原理電路第3章變壓器與電動機(jī)（三）電流互感器電流互感器用來測量交流大電流或進(jìn)行交流高電壓下電流的測量，它是根據(jù)變壓器的變流原理制成的，即圖3.12所示為電流互感器的接線圖和符號圖。使用時切記二次繞組不得開路，否則會在二次側(cè)產(chǎn)生過高的危險(xiǎn)電壓，為了安全考慮，二次繞組的一端和鐵殼都必須接地。（a）接線圖 （b）符號圖圖3.12電流互感器第3章變壓器與電動機(jī)第三節(jié)三相異步電動機(jī)一、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機(jī)。電機(jī)利用電磁感應(yīng)原理和電磁力定律實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機(jī)，把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備叫作電動機(jī)。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機(jī)，特別是三相異步電動機(jī)，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、價格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地用來驅(qū)動各種金屬切削機(jī)床、起重機(jī)、鍛壓機(jī)、傳送帶、鑄造機(jī)械、功率不大的通風(fēng)機(jī)、水泵等。對于各種電動機(jī)我們應(yīng)該了解以下幾個方面的問題：基本構(gòu)造。工作原理。轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的機(jī)械特性。起動、調(diào)速的基本原理和基本方法。應(yīng)用場合。第3章變壓器與電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的基本組成分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分），此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分，如圖3.13所示。圖3.13三相電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖第3章變壓器與電動機(jī)（1）定子。三相異步電動機(jī)的定子由三部分組成，（2）轉(zhuǎn)子。三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子由三部分組成第3章變壓器與電動機(jī)（二）三相異步電動機(jī)的工作原理圖3.14三相異步電動機(jī)的工作原理結(jié)論：要使異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。第3章變壓器與電動機(jī)（1）旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生。圖3.15所示為三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差120°的規(guī)律對稱排列，接成星形與三相電源相連，則三相定子繞組內(nèi)就會形成三相對稱電流：圖3.15三相異步電動機(jī)定子接線第3章變壓器與電動機(jī)隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，如圖3.16所示。（a）

t=0° （b）

t=120° （c）

t=240°圖3.16旋轉(zhuǎn)磁場的形成可見，當(dāng)定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場也不斷地旋轉(zhuǎn)，因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場。第3章變壓器與電動機(jī)（2）旋轉(zhuǎn)磁場的方向。旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中的電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。這時，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。（3）三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率。 電動機(jī)轉(zhuǎn)速：電動機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，用n表示。同步轉(zhuǎn)速：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，用n0表示。轉(zhuǎn)差：電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速之差。轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速的比值，用s表示，即（0<s<1）

三相異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0取決于兩個因素：三相交流電源的頻率f1和電動機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)p（由定子繞組的放置方法決定），用公式可表示為（3-7）（3-8）第3章變壓器與電動機(jī)例3-3有一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速r/min，電源頻率f1=50Hz，求電動機(jī)的極數(shù)和額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)差率。

課堂互動第3章變壓器與電動機(jī)二、三相異步電動機(jī)的起動與調(diào)速（一）三相異步電動機(jī)的起動異步電動機(jī)起動時，起動電流一般為電機(jī)額定電流的4～7倍。其起動方法有以下幾種：（1）全壓起動。（2）降壓起動。1）定子電路串接電阻起動。圖3.17定子電路串接電阻起動第3章變壓器與電動機(jī)2）Y－△降壓起動。圖3.18Y－△降壓起動3）自耦變壓器降壓起動。圖3.19自耦變壓器降壓起動第3章變壓器與電動機(jī)（二）三相異步電動機(jī)的調(diào)速在生產(chǎn)中，為獲得最高的生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品加工質(zhì)量，常要求生產(chǎn)機(jī)械能在不同的轉(zhuǎn)速下工作，這就需要調(diào)速。根據(jù)轉(zhuǎn)差率的定義，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為由式可知，要調(diào)節(jié)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，可采用改變電源頻率、電動機(jī)的磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率三種基本方法來實(shí)現(xiàn)。

課堂互動1．三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法有________、________和________。2．籠型三相異步電動機(jī)常用的降壓起動方法有________起動和________起動。3．從降低起動電流來考慮，三相異步電動機(jī)可以采用降壓起動，但起動轉(zhuǎn)矩將降低，因而只適用（

）或輕載起動的場合。A．重載 B．輕載 C．空載第3章變壓器與電動機(jī)三、三相異步電動機(jī)的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)（一）銘牌電動機(jī)外殼上都有銘牌，如圖3.20所示，上面標(biāo)記有電動機(jī)的型號、各種額定數(shù)據(jù)和連接方式等，是我們正確合理地選擇和使用電動機(jī)的主要依據(jù)。圖3.20電動機(jī)的銘牌第3章變壓器與電動機(jī)我國目前生產(chǎn)的異步電動機(jī)產(chǎn)品名稱代號及其漢字意義見表3.3，Y系列新產(chǎn)品比老產(chǎn)品J系列在相同功率時，效率高、體積小、重量輕。表3.3異步電動機(jī)產(chǎn)品名稱代號第3章變壓器與電動機(jī)表3.4絕緣材料的耐熱分級和極限溫度第3章變壓器與電動機(jī)第3章變壓器與電動機(jī)（二）異步電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)異步電動機(jī)除了銘牌上介紹的常用額定數(shù)據(jù)外，在產(chǎn)品目錄或電工手冊中通常還列出了其他一些技術(shù)數(shù)據(jù)，如起動電流倍數(shù)、起動能力、過載系數(shù)、額定功率因數(shù)和額定效率等。一般三相異步電動機(jī)額定運(yùn)行時功率因數(shù)較高，0.7～0.9，額定運(yùn)行時的效率也是如此，但空載和輕載時它們都比較低，所以要防止長期空載和輕載運(yùn)行。

課堂互動1．電動機(jī)銘牌上的功率指的是輸入功率還是輸出功率？電壓是指線電壓還是相電壓？2．某電動機(jī)的型號是Y112M－4，它是幾極的？其同步轉(zhuǎn)速是多少？3．為什么總是希望電動機(jī)在滿載或接近滿載的情況下運(yùn)行？第3章變壓器與電動機(jī)第四節(jié)單相異步電動機(jī)一、單相異步電動機(jī)的基本概念單相異步電動機(jī)是指用單相交流電源供電的異步電動機(jī)。二、單相異步電動機(jī)的工作原理和機(jī)械特性（一）單相異步電動機(jī)的工作原理當(dāng)單相正弦交流電通入定子單相繞組時，就會在繞組軸線方向上產(chǎn)生一個大小和方向交變的磁場，如圖3.21所示。圖3.21單相交變磁場第3章變壓器與電動機(jī)這種磁場的空間位置不變，其幅值在時間上隨交變電流按正弦規(guī)律變化，具有脈動特性，因此稱為脈動磁場，如圖3.22（a）所示?？梢?，單相異步電動機(jī)中的磁場是一個脈動磁場，不同于三相異步電動機(jī)中的旋轉(zhuǎn)磁場。（a）交變脈動磁場 （b）脈動磁場的分解圖3.22脈動磁場分解成兩個方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場為了便于分析，這個脈動磁場可以分解為大小相等、方向相反的兩個旋轉(zhuǎn)磁場，如圖3.22（b）所示，它們分別在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出大小相等、方向相反的電動勢和電流。第3章變壓器與電動機(jī)（二）單相異步電動機(jī)的機(jī)械特性兩個旋轉(zhuǎn)磁場作用于籠型轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體中將產(chǎn)生兩個方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩和，合成后得到單相異步電動機(jī)的機(jī)械特性，如圖3.23所示。圖3.23單相異步電動機(jī)的機(jī)械特性第3章變壓器與電動機(jī)（三）單相異步電動機(jī)的起動圖3.24兩相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場單相異步電動機(jī)由于起動轉(zhuǎn)矩為零，所以不能自行起動。為了解決單相異步電動機(jī)的起動問題，可在電動機(jī)的定子中加裝一個起動繞組。如果工作繞組與起動繞組對稱，即匝數(shù)相等，空間互差90°電角度，通入相位差90°的兩相交流電，則可在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子就能自行起動，如圖3.24所示。第3章變壓器與電動機(jī)（四）單相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)（1）將工作繞組或起動繞組的首末端對調(diào)。（2）將電容器從一個繞組改接到另一個繞組。（五）單相異步電動機(jī)的調(diào)速單相異步電動機(jī)與三相異步電動機(jī)一樣，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)也比較困難。如果采用變頻調(diào)速則設(shè)備復(fù)雜、成本高。因此，一般只采用簡單的降壓調(diào)速。第3章變壓器與電動機(jī)（1）串電抗器調(diào)速。圖3.25串電抗器調(diào)速1－工作繞組；2－起動繞組將電抗器與電動機(jī)定子繞組串聯(lián)，利用電流在電抗器上產(chǎn)生的壓降，使加到電動機(jī)定子繞組上的電壓低于電源電壓，從而達(dá)到降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。第3章變壓器與電動機(jī)（2）定子繞組抽頭調(diào)速。為了節(jié)約材料、降低成本，可把調(diào)速電抗器與定子繞組做成一體。由單相電容運(yùn)行異步電動機(jī)組成的臺扇和落地扇普遍采用定子繞組抽頭調(diào)速的方法。這種電動機(jī)的定子鐵芯槽中嵌放有工作繞組1、起動繞組2和調(diào)速繞組3，通過調(diào)速開關(guān)改變調(diào)速繞組與起動繞組及工作繞組的接線方法，從而達(dá)到改變電動機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)弱，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。圖3.26定子繞組抽頭調(diào)速1－工作繞組；2－起動繞組；3－調(diào)速繞組第3章變壓器與電動機(jī)（3）雙向晶閘管調(diào)速。如果去掉電抗器，又不想增加定子繞組的復(fù)雜程度，則單相異步電動機(jī)還可以采用雙向晶閘管調(diào)速。調(diào)速時，旋轉(zhuǎn)控制線路中的帶開關(guān)電位器就能改變雙向晶閘管的控制角，使電動機(jī)得到不同的電壓，達(dá)到調(diào)速的目的，如圖3.27所示。圖3.27雙向晶閘管調(diào)速1－工作繞組；2－起動繞組

課堂互動1．單相異步電動機(jī)與三相異步電動機(jī)相比主要有哪些不同之處？2．簡單說明串電抗器調(diào)速的原理及方法。3．常用的吊扇可用哪幾種調(diào)速方法？第3章變壓器與電動機(jī)三、單相異步電動機(jī)的常見故障及處理方法表3.5單相異步電動機(jī)的常見故障及處理方法第3章變壓器與電動機(jī)第五節(jié)直流電動機(jī)一、直流電動機(jī)的基本原理直流電動機(jī)通過換向器配合電刷，當(dāng)電樞通電時位于磁場N極下的繞組電流從首端流至尾端，位于磁場S極下的繞組電流從尾端流至首端，因此產(chǎn)生一個可使轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動的電磁轉(zhuǎn)矩，如圖3.28所示。圖3.28直流電動機(jī)模型第3章變壓器與電動機(jī)根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在恒定磁場中，當(dāng)導(dǎo)體切割磁場磁力線時，導(dǎo)體中將感生電動勢。如果磁力線、導(dǎo)體及其運(yùn)動方向三者互相垂直，則導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小為依據(jù)電磁力定律，當(dāng)磁場與載流導(dǎo)體相互垂直時，作用在載流導(dǎo)體上的電磁力為電磁力的方向用左手定則確定。第3章變壓器與電動機(jī)直流電動機(jī)的工作原理是基于載流導(dǎo)體在磁場中受力，產(chǎn)生電磁力，形成電磁轉(zhuǎn)矩的基本原理。但要獲得恒定方向的轉(zhuǎn)矩，需要將其外電路的直流電流變?yōu)槔@組中的交流電流，即同樣需要機(jī)械整流裝置，如圖3.29所示。圖3.29直流電動機(jī)工作原理組圖電樞轉(zhuǎn)動時切割磁力線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E的大小為電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T的大小為總之，在上述直流電動機(jī)的工作過程中，單從電樞線圈的角度看，每個導(dǎo)體中的電流方向是交變的；但從磁極看，每個磁極下導(dǎo)體中電流的方向是固定的，即不管是哪個導(dǎo)體運(yùn)行到該極下，其中的電流方向總是相同的。因此，直流電動機(jī)可獲得恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。第3章變壓器與電動機(jī)

課堂互動1．直流電動機(jī)是由________轉(zhuǎn)換成________輸出，其電磁轉(zhuǎn)矩的作用為________。2．直流電動機(jī)是接入直流電源，所以電樞繞組元件內(nèi)的電動勢和電流都是直流。這個說法對不對？第3章變壓器與電動機(jī)二、直流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)由定子部分與轉(zhuǎn)子部分組成。定子包括：主磁極、機(jī)座、換向極、電刷裝置等。轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、軸和風(fēng)扇等。圖3.30直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖第3章變壓器與電動機(jī)三、直流電動機(jī)的分類直流電動機(jī)按照勵磁方式可分為他勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、串勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)，不同勵磁方式的直流電動機(jī)有著不同的特性。（一）他勵直流電動機(jī)勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個直流電源供電，如圖3.31所示。（二）并勵直流電動機(jī)并勵直流電動機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，接線如圖3.32所示。作為并勵發(fā)電機(jī)來說，是電動機(jī)本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機(jī)相同。圖3.31他勵直流電動機(jī)工作原理圖 圖3.32并勵直流電動機(jī)工作原理圖第3章變壓器與電動機(jī)（三）串勵直流電動機(jī)串勵直流電動機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后再接于直流電源，接線如圖3.33所示。這種直流電動機(jī)的勵磁電流就是電樞電流。（四）復(fù)勵直流電動機(jī)復(fù)勵直流電動機(jī)有并勵和串勵兩個勵磁繞組，接線如圖3.34所示。若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復(fù)勵；若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復(fù)勵。圖3.33串勵直流電動機(jī)工作原理圖 圖3.34復(fù)勵直流電動機(jī)工作原理圖第3章變壓器與電動機(jī)四、直流電動機(jī)的機(jī)械特性電動機(jī)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系叫作電動機(jī)的機(jī)械特性。下面以他勵直流電動機(jī)為例來分析直流電動機(jī)的機(jī)械特性。電樞回路電壓平衡方程式（3-15）將式（3-15）代入得（3-16）（3-17）第3章變壓器與電動機(jī)圖3.35他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性曲線第3章變壓器與電動機(jī)五、直流電動機(jī)的起動與調(diào)速（一）直流電動機(jī)的起動直流電動機(jī)有全壓起動、變阻器起動和降壓起動三種方法。（1）全壓起動。全壓起動就是將電動機(jī)直接接入到額定電壓的電源上起動。由于電動機(jī)所加的是額定電源，而電動機(jī)開始接通電源瞬間電樞不動，電樞反電動勢E為零，所以起動時電流很大。起動時電動機(jī)最大電流為全壓起動的優(yōu)點(diǎn)是不需要其他設(shè)備，操作簡便；缺點(diǎn)是由于Ra很小，所以額定電壓下直接起動時Ia很大，一般可達(dá)額定電流的10～20倍。這是電樞繞組尤其是換向器所承受不了的。同時，過大的起動轉(zhuǎn)矩會產(chǎn)生很大的機(jī)械沖擊，易造成傳動機(jī)構(gòu)的損壞。所以只適用于小型電動機(jī)，如家用電器中的直流電動機(jī)。第3章變壓器與電動機(jī)（2）變阻器起動。

變阻器起動就是在起動時將一組起動電阻Rp串入電樞回路，以限制起動電流，而當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)上升到額定轉(zhuǎn)數(shù)后，再把起動變阻器從電樞回路中切除。變阻器起動的優(yōu)點(diǎn)是起動電流小；缺點(diǎn)是變阻器比較笨重，起動過程中要消耗很多能量。（3）降壓起動。降壓起動就是在起動時通過暫時降低電動機(jī)供電電壓的辦法來限制啟動電流，當(dāng)然降壓起動要有一套可變電壓的直流電源，這種方法只適合于大功率電動機(jī)。第3章變壓器與電動機(jī)（二）直流電動機(jī)的調(diào)速在電動機(jī)的機(jī)械負(fù)載不變的條件下改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)被稱為調(diào)速。（1）改變電樞回路串聯(lián)電阻圖3.36改變電樞回路串聯(lián)電阻的調(diào)速法（2）改變勵磁回路電阻圖3.37改變勵磁回路電阻的調(diào)速法（3）改變端電壓。改變電樞的端電壓U也可以相應(yīng)地提高或降低直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。由于電動機(jī)的電壓不能超過額定電壓，因而這種調(diào)速方法只能把轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)低，不能調(diào)高。第3章變壓器與電動機(jī)第六節(jié)

低壓電器控制一、低壓電器的結(jié)構(gòu)（一）電磁結(jié)構(gòu)（1）組成。電磁結(jié)構(gòu)一般由鐵芯、銜鐵、線圈等幾部分組成。按通過線圈的電流種類分有交流電磁結(jié)構(gòu)和直流電磁結(jié)構(gòu)；按電磁結(jié)構(gòu)的形狀分有E形和U形兩種；按銜鐵的運(yùn)動形式分有拍合式和直動式兩大類。圖3.38常用的電磁結(jié)構(gòu)第3章變壓器與電動機(jī)（2）原理。當(dāng)線圈中有工作電流通過時，通電線圈產(chǎn)生磁場，于是電磁吸力克服彈簧的反作用力使得銜鐵與鐵芯閉合，由連接結(jié)構(gòu)帶動相應(yīng)的觸頭動作。（3）作用。將電磁結(jié)構(gòu)中線圈中的電流轉(zhuǎn)換成電磁力，帶動觸頭動作，完成通斷電路的控制作用，將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。（二）觸頭系統(tǒng)觸頭是用來接通或斷開電路的，其結(jié)構(gòu)形式有很多種。（1）按其接觸形式分。按其接觸形式分為點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸三種。圖3.39常見的觸頭結(jié)構(gòu)第3章變壓器與電動機(jī)（2）按控制的電路分。按控制的電路分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流。輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只允許通過較小的電流。（3）按原始狀態(tài)分。按原始狀態(tài)分為常開觸頭和常閉觸頭。當(dāng)線圈不帶電時，動、靜觸頭是分開的，稱為常開觸頭；當(dāng)線圈不帶電時，動、靜觸頭是閉合的，稱為常閉觸頭。（三）滅弧系統(tǒng)（1）電弧的產(chǎn)生。電弧產(chǎn)生高溫并有強(qiáng)光，可將觸頭燒損，并使電路的切斷時間延長，嚴(yán)重時可引起事故或火災(zāi)。（2）滅弧的方法。機(jī)械滅弧：通過機(jī)械將電弧迅速拉長，用于開關(guān)電路。磁吹滅?。涸谝粋€與觸頭串聯(lián)的磁吹線圈產(chǎn)生的磁力作用下，電弧被拉長且被吹入由固體介質(zhì)構(gòu)成的滅弧罩內(nèi)，電弧被冷卻熄滅。窄縫滅弧：在電弧形成的磁場、電場力的作用下，將電弧拉長進(jìn)入滅弧罩的窄縫中，使其分成數(shù)段并迅速熄滅，如圖3.40所示，該方式主要用于交流接觸器中。圖3.40窄縫滅弧室的斷面圖第3章變壓器與電動機(jī)柵片滅?。寒?dāng)觸頭分開時，產(chǎn)生的電弧在電場力的作用下被推入一組金屬柵片而被分成數(shù)段，彼此絕緣的金屬片相當(dāng)于電極，因而就有許多陰陽極壓降，對交流電弧來說，在電弧過零時使電弧無法維持而熄滅，如圖3.41所示，交流電器常用柵片滅弧。圖3.41金屬柵片滅弧示意圖第3章變壓器與電動機(jī)二、常用控制電器元件（一）刀開關(guān)

刀開關(guān)是最簡單的一種電器。常用的三相刀開關(guān)由三極刀片（動觸點(diǎn)）和刀座（靜觸點(diǎn)，安裝于瓷質(zhì)底座上，并蓋上膠木蓋）組成。三相刀開關(guān)常作為電源開關(guān)用，也可用于小容量電動機(jī)作不頻繁的直接起動。圖3.42刀開關(guān)的符號使用刀開關(guān)時需要注意：不允許將它倒裝和平裝，以免發(fā)生不必要的誤動作；膠木蓋一定要蓋上，以防電弧燒傷。刀開關(guān)的圖形符號和文字符號如圖3.42所示。第3章變壓器與電動機(jī)（二）組合開關(guān)

組合開關(guān)實(shí)質(zhì)上也是一種刀開關(guān)，常作為機(jī)床電氣控制線路的電源引入開關(guān)，也可以直接起動小容量的籠型異步電動機(jī)。

目前常用的有HZ10系列組合開關(guān)。圖3.43組合開關(guān)的符號圖3.44用組合開關(guān)起停電動機(jī)的接線圖圖3.44所示是用組合開關(guān)直接控制三相交流異步電動機(jī)的起動和停止的接線圖。第3章變壓器與電動機(jī)（三）按鈕按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛的電器，通常用來接通或斷開小電流的控制回路，如接觸器、繼電器的線圈電路。

當(dāng)按下按鈕帽3時，動觸點(diǎn)1將原來接通的一對靜觸點(diǎn)（動斷觸點(diǎn)）4斷開，同時接通原來斷開的靜觸點(diǎn)（動合觸點(diǎn)）5。松手后，復(fù)位彈簧2將動觸點(diǎn)復(fù)位。

通常，我們將未受外力作用或線圈未通電時斷開的觸點(diǎn)，亦即受外力作用或線圈通電時才閉合的觸點(diǎn)稱為動合（常開）觸點(diǎn)，情況相反的觸點(diǎn)稱為動斷（常閉）觸點(diǎn)。（a）結(jié)構(gòu)示意圖

（b）圖形符號圖3.45按鈕1－動觸點(diǎn)；2－復(fù)位彈簧；3－按鈕帽；4、5－靜觸點(diǎn)第3章變壓器與電動機(jī)（四）熔斷器熔斷器由熔體和安裝熔體的絕緣底座（或熔管）組成。熔斷器串接于被保護(hù)電路中，電流通過熔體時產(chǎn)生的熱量與電流的平方、電流通過的時間成正比。電流越大，則熔體熔斷時間越短，這種特性稱為熔斷器的反時限保護(hù)特性或安秒特性。圖3.46熔斷器第3章變壓器與電動機(jī)（五）交流接觸器

交流接觸器是電力拖動控制系統(tǒng)中用得最多的電器