1、電機(jī)與變壓器,陳文彬,第一章 變壓器原理,第一節(jié) 變壓器的工作原理及分類(lèi) 變壓器是一種常見(jiàn)的靜止電氣設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理，將某一數(shù)值的交變電壓變換為同頻率的另一數(shù)值的交變電壓。 變壓器不僅對(duì)電力系統(tǒng)中的電能的傳輸、分配和安全使用有重要意義，而且廣泛應(yīng)用于電氣控制、電子技術(shù)、測(cè)試技術(shù)及焊接技術(shù)等領(lǐng)域。,一、變壓器的基本工作原理 圖1-1所示為變壓器 的工作原理示意圖。 其主要部件是鐵心和 繞組。兩個(gè)互相絕緣 且匝數(shù)不同的繞組分 別套裝在鐵心上，兩 繞組間只有磁的耦合 而沒(méi)有電的聯(lián)系。,其中接電源u1的繞組稱(chēng)為一次繞組（曾稱(chēng)為原繞組、初級(jí)繞組） 用于接負(fù)載的繞組稱(chēng)為二次繞組（曾稱(chēng)為副繞組、次級(jí)

2、繞組）。 一次繞組加上交流電壓u1后，繞組中便有電流i1通過(guò)，在鐵心中產(chǎn)生與同頻率的交變磁通，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將分別在兩個(gè)繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)e1和e2 ，,若把負(fù)載接在二次繞組上，則在電動(dòng)勢(shì)e2的作用下，有電流i2流過(guò)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了電能的傳遞。 由此可知，一、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。ń朴诟髯缘碾妷杭埃┡c繞組匝數(shù)成正比，故只要改變一、二次繞組的匝數(shù)，就可達(dá)到改變電壓的目的，這就是變壓器的基本工作原理。 二、變壓器的分類(lèi) 變壓器種類(lèi)很多，通?？砂雌溆猛?、繞組結(jié)構(gòu)、鐵心結(jié)構(gòu)、相數(shù)、冷卻方式等分類(lèi),1.按用途分類(lèi) （1）電力變壓器 用作電能的輸送與分配 按其功能不同又可分為升壓、降壓、配電變壓器等

3、。 其容量從幾十千伏安到幾十萬(wàn)千伏安，電壓從幾百伏到幾百千伏。,(2)特種變壓器 在特殊場(chǎng)合使用的變壓器 如作為焊接電源的電焊變壓器、電爐變壓器、整流變壓器等,（3）儀用變壓器 用于電工測(cè)量中，如電流互感器、電壓互感器等。,（4）控制變壓器 用于小功率電源系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。如電源變壓器、輸入、輸出變壓器、脈沖變壓器等。,（5）其他變壓器 如試驗(yàn)用的高壓變壓器；輸出電壓可調(diào)的調(diào)壓變壓器；產(chǎn)生脈沖信號(hào)的脈沖變壓器；壓力傳感器中的差動(dòng)變壓器。,2.按繞組構(gòu)成分類(lèi) 有雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器和自耦變壓器等。 3.按鐵心結(jié)構(gòu)分類(lèi) 有疊片式鐵心、卷制式鐵心和非晶合金鐵心。 4.按冷卻方式

4、分類(lèi) 有干式、油浸式自冷、油浸式風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)、箱式、樹(shù)脂澆注及充氣式變壓器等,第二節(jié) 單相變壓器的構(gòu)造,一、鐵心 1、鐵心的作用及材料 鐵心構(gòu)成變壓器磁路系統(tǒng)，并作為變壓器的機(jī)械骨架。鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分組成。鐵心柱上套裝變壓器繞組，鐵軛起連接鐵心柱使磁路閉合的作用。 對(duì)鐵心的要求是：導(dǎo)磁性能要好，磁滯損耗及渦流損耗要盡量小。,鐵心均采用0.35mm以下的硅鋼片制作。 目前國(guó)產(chǎn)低損耗節(jié)能變壓器均用冷軋晶粒取向硅鋼片，其鐵損耗低，且鐵心疊裝系數(shù)高（因硅鋼片表面有氧化膜絕緣，不必再涂絕緣漆）。 目前開(kāi)始采用鐵基、鐵鎳基、鈷基等材料來(lái)制作變壓器的鐵心，這類(lèi)鐵心具有體積小，效率高、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，

5、極有發(fā)展前途。,2、鐵心的結(jié)構(gòu) 根據(jù)鐵心的結(jié)構(gòu)不同，變壓器可分為心式、殼式和卷制式（C形）變壓器。 心式是在兩側(cè)的鐵心柱上放置繞組，形成繞組包圍鐵心的形式。殼式是在中間的鐵心柱上放置繞組，形成鐵心包圍繞組的形式。 而卷制式鐵心系用0.35mm晶粒取向冷軋硅鋼片剪裁成一定寬度的硅鋼帶后再卷制成環(huán)形，將鐵心綁扎牢固后切割成兩個(gè)“U”字形。,其主要優(yōu)點(diǎn)是重量輕，體積小、空載損耗小、噪聲低、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定。 二、繞組 1、繞組的作用及材料 變壓器的線圈通常稱(chēng)為繞組，它是變壓器中的電路部分，小變壓器一般用具有絕緣的漆包線繞制而成，對(duì)大容量變壓器則用扁銅線或扁鋁線繞制。,2、繞組的結(jié)構(gòu) 在變壓器中，

6、接到高壓電網(wǎng)的繞組稱(chēng)為高壓繞組，接到低壓電網(wǎng)的繞組稱(chēng)為低壓繞組。按相互位置和形狀不同，繞組可分為同心式和交疊式兩種。 （1）同心式繞組 同心式繞組是將高、低壓繞組同心地套裝在鐵心柱上。小容量單相變壓器一般采用這種結(jié)構(gòu)。,同心式繞組按其繞制方法的不同又可分為圓筒式、螺旋式和連續(xù)式等多種。 （2）交疊式繞組 又稱(chēng)為餅式繞組，它是將高壓繞組和低壓繞組分成若干個(gè)線餅，沿著鐵心柱的高度交替排列。 交疊式繞組的主要優(yōu)點(diǎn)是漏抗小、機(jī)械強(qiáng)度好、引線方便。這種形式的繞組主要使用在低電壓、大電流的變壓器上，如電爐變壓器及電阻電電焊機(jī)變壓器等。,第三節(jié) 單相變壓器的運(yùn)行原理,一、變壓器的空載運(yùn)行 變壓器一次繞組接在

7、額定頻率和額定電壓的電網(wǎng)上，而二次繞組開(kāi)路，即I2=0的工作方式稱(chēng)為變壓器的空載運(yùn)行。,(1)電壓的參考方向 在同一支路中，電壓參考方向與電流參考方向一致。 (2)磁通的參考方向 磁通的參考方向與電流參考方向符合右手螺旋定則。 (3)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的參考方向 由交變磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e ，其參考方向與產(chǎn)生該磁通的電流參考方向一致,u,e,i,按照參考方向列出的電磁感應(yīng)定律方程為 空載時(shí)，在外加交流電壓u1作用下，一次繞組中通過(guò)的電流稱(chēng)為空載電流i0 ，在電流i0 作用下，鐵心中產(chǎn)生交變磁通（稱(chēng)為主磁通）同時(shí)穿過(guò)一、二次繞組，分別在其中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1和e2 ，其大小正比于主磁通變化率。,由數(shù)學(xué)

8、分析可以得出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e和磁通之間的關(guān)系：在相位上， e滯后于 90；在數(shù)值上，其有效值為E=4.44fNm 由此可得：E1=4.44fN1m 可得： 外加交流電源電壓有效值與電動(dòng)勢(shì)近似相等；由于二次繞組開(kāi)路，故端電壓與電動(dòng)勢(shì)相等。,E2=4.44fN2m,Ku變壓器的電壓比，也用K表示，它是變壓器最重要的參數(shù)之一。 由上式可知，變壓器一、二次繞組的電壓與一、二次繞組的匝數(shù)成正比，即變壓器有變換電壓的作用。,例1 如圖1-8所示，低壓照明變壓器一次繞組的匝數(shù)N1=880匝，一次繞組的U1=220V，現(xiàn)要求二次繞組輸出電壓U2=36V，試求二次繞組的匝數(shù)N2及電壓比Ku。,二、變壓器的負(fù)載運(yùn)行

9、變壓器一次繞組接額定電壓，二次繞組與負(fù)載相連的運(yùn)行狀態(tài)稱(chēng)為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。此時(shí)二次繞組中有電流i2通過(guò)，由于該電流是依據(jù)電磁感應(yīng)原理由一次繞組產(chǎn)生的，因此一次繞組中由空載電流i0變?yōu)樨?fù)載電流i1。 由于變壓器效率都很高，通常可近似將變壓器的輸出功率P2和輸入功率P1看作相等，即UIUI,Ki變壓器的電流比,例2 若例1中的變壓器電流流過(guò)二次繞組的電流I2=1.7A，試求一次繞組中的電流I1。 解 由式1-7可得,由此得出：變壓器的高壓繞組匝數(shù)多，而通過(guò)的電流小，因此所用的導(dǎo)線較細(xì)；低壓繞組匝數(shù)少，通過(guò)的電流大，所用的導(dǎo)線較粗。,三、變壓器的阻抗變換 變壓器不但具有電壓變換和電流變換的作用，還

10、具有阻抗的作用。 當(dāng)變壓器二次繞組接上阻抗為Z的負(fù)載后，有：,式中,由此可得,可見(jiàn)，接在變壓器二次繞組上的負(fù)載Z與不經(jīng)過(guò)變壓器接在電源上的負(fù)載Z相比減小了1/K2倍。 在電子電路中，在音響設(shè)備與揚(yáng)聲器之間加接一個(gè)變壓器（稱(chēng)為輸出變壓器、線間變壓器）來(lái)達(dá)到阻抗匹配的目的。,例3 某晶體管收音機(jī)輸出電路的輸出阻抗為Z=392，接入的揚(yáng)聲器阻抗為Z=8 ，現(xiàn)加接一個(gè)輸出變壓器使兩者實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，試求該變壓器的電壓比K；若該變壓器一次繞組的匝數(shù)N1=560匝，則二次繞組的匝數(shù)N2為多少？ 解,作業(yè)布置：P21 復(fù)習(xí)思考題13、14、15,第四節(jié) 變壓器的運(yùn)行特性,對(duì)負(fù)載來(lái)說(shuō)，變壓器相當(dāng)于電源。對(duì)于電源

11、，我們最關(guān)心的是它的輸出電壓與輸出電流（負(fù)載電流）之間的關(guān)系，即變壓器的外特性。從節(jié)能的角度，我們關(guān)注的是變壓器在電壓變換過(guò)程中的效率。 一、變壓器的外特性及電壓變化率 變壓器在運(yùn)行時(shí)，其二次繞組的輸出電流I2將隨負(fù)載的變化而不斷變化，我們希望輸出電流在變化時(shí)，輸出電壓U2盡量保持不變，這個(gè)在實(shí)際上是很困難的。,變壓器加上負(fù)載之后，隨著負(fù)載電流I2的增加， I2在二次繞組內(nèi)部的阻抗壓降也會(huì)增加，使二次繞組輸出的電壓U2隨之發(fā)生變化。另一方面，由于一次電流I1隨I2增加，一次繞組漏阻抗上的壓降也增加，一次繞組的電動(dòng)勢(shì)E1和二次繞組的電動(dòng)勢(shì)E2也會(huì)有所下降，這也會(huì)影響到二次繞組的輸出電壓U2 。

12、當(dāng)一次電壓U1和負(fù)載的功率因數(shù)cos2一定時(shí)，二次電壓U2與負(fù)載電流I2的關(guān)系稱(chēng)為變壓器的外特性,一般情況下，變壓器的負(fù)載大多是感性負(fù)載，因而當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，輸出電壓U2總是下降的，其下降的程度用電壓變化率表示。 二次繞組空載時(shí)的電壓U2N與額定負(fù)載時(shí)的電壓U2之差與U2N之比的百分值稱(chēng)為變壓器的電壓變化率。,常用電力變壓器從空載到滿載的電壓變化率U約為35是。,例4 某臺(tái)供電電力變壓器U1N =10000V的高壓降壓后對(duì)負(fù)載供電，要求該變壓器在額定負(fù)載下的輸出電壓U2=380V，該變壓器的電壓變化率U =5 ，求該變壓器二次繞組的額定電壓U2N及變壓比K。,由此可知，電力變壓器銘牌上的額定電壓

13、應(yīng)是400V,二、變壓器的損耗及效率 變壓器在傳輸電能的過(guò)程中，不可避免地要產(chǎn)生損耗。單相變壓器從電源輸入的有功功率P1和向負(fù)載輸出的有功功率P2 兩者之差稱(chēng)為變壓器的損耗P，它包括銅損耗PCu和鐵損耗PFe兩部分，即P= PCu +PFe即 1、鐵損耗PFe 變壓器的鐵損耗包括基本鐵損耗和附加鐵損耗。 變壓器的鐵損耗與一次繞組上所加的電源電壓有關(guān)。,2、銅損耗PCu 變壓器的銅損耗也分為基本銅損耗和附加銅損耗。 基本銅損耗是由電流在一次、二次繞組電阻上產(chǎn)生的損耗，附加銅損耗是指由漏磁通產(chǎn)生的集膚效應(yīng)使電流在導(dǎo)體內(nèi)分布不均而產(chǎn)生的額外損耗。 3、效率 變壓器的輸出功率P2與輸入功率P1之比,例

14、5 S9-500/10型低損耗三相電力變壓器的額定容量為500kVA，設(shè)功率因數(shù)1，二次電壓U2N =400V，鐵損耗PFe =0.98kW，額定負(fù)載時(shí)銅損耗PCu =4.1kW，試求二次額定電流I2N及變壓器的效率 。 解：,4、效率特性 當(dāng)一臺(tái)變壓器一次繞組加上額定電壓，而二次繞組開(kāi)路（空載運(yùn)行）時(shí)測(cè)得的變壓器空載損耗P0即為變壓器的鐵損耗。 變壓器的銅損耗可以通過(guò)短路試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，將變壓器的低壓側(cè)兩端用導(dǎo)線短接（短路），高壓側(cè)加上很低的電壓，使得高壓側(cè)的電流等于額定電流，則通過(guò)低壓側(cè)的電流也為額定電流。 在短路試驗(yàn)中，使得一次繞組電流等于額定值時(shí)的電壓稱(chēng)為短路電壓，或稱(chēng)為變壓器的阻抗電壓，

15、用USC表示。對(duì)于一般中小型變壓器， USC通常為額定電壓的10.5 ；,第五節(jié) 變壓器的極性及判定,一、變壓器的極性 電池有正極和負(fù)極，在將兩個(gè)電池進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)時(shí)，必須根據(jù)其極性正確連接。 由于變壓器的一次、二次繞組均繞制在同一鐵心上，都被磁通交鏈，故當(dāng)磁通交變時(shí)，在兩個(gè)繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)有一定的方向關(guān)系。,1,2,3,4,+,+,即當(dāng)一次繞組的某一端點(diǎn)瞬時(shí)電位為正時(shí)，二次繞組也必有一電位為正的對(duì)應(yīng)端點(diǎn)。這兩個(gè)對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)就稱(chēng)為同極性端或同名端，通常用符號(hào)“”表示。 在使用變壓器或其他磁耦合線圈時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到兩個(gè)線圈極性的正確連接問(wèn)題。 例某變壓器的一次繞組由兩個(gè)匝數(shù)相等的繞組組成，若每個(gè)

16、繞組額定電壓為110V，則當(dāng)電源電壓為220V時(shí)，應(yīng)把兩個(gè)繞組串聯(lián)起來(lái)；若電源電壓為110V時(shí)，則應(yīng)將它們并聯(lián)起來(lái)使用。,當(dāng)接法正確時(shí)，則兩個(gè)繞組所產(chǎn)生的磁通方向相同，它們?cè)阼F心中互相疊加。如果接法錯(cuò)誤，則兩個(gè)繞組所產(chǎn)生的磁通方向相反，它們?cè)阼F心中互相抵消，合磁通為零，兩個(gè)繞組中也沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，相當(dāng)于短路狀態(tài)，會(huì)把變壓器燒毀。 二、變壓器極性的判定 1、分析法 對(duì)兩個(gè)繞向已知的繞組而言，可這樣判斷：當(dāng)電流從兩個(gè)同極性端流入（或流出）時(shí)，鐵心中所產(chǎn)生的磁通方向相同。,2、實(shí)驗(yàn)法 對(duì)于一臺(tái)已經(jīng)制成的變壓器，無(wú)法辨認(rèn)其同名端，此時(shí)可用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定的方法有交流法和直流法兩種。 （1）

17、交流法 將一、二次繞組各取一個(gè)接線端連接在一起，并在一個(gè)繞組（N1 ）上加一個(gè)較低的交流電壓u12，再用交流電壓表分別測(cè)量U12、U13、U34各值，如果結(jié)果為： U12 = U13 U34，則說(shuō)明N1、N2繞組為反極性串聯(lián)，故1和3為同名端口；如果U12 = U13 + U34 ，則1和4為同名端口。,N1,1,2,3,4,N2,V,（2）直流法 用1.5V或3V的直流電源，直流電源接在高壓繞組上，而直流毫安表接在低壓繞組兩端。當(dāng)開(kāi)關(guān)合上的一瞬間，指針向正方向擺動(dòng)，則接直流電源正極的端子與接直流毫安表正極的端子為同名端。,1,2,3,4,S,3V,mA,第二章 三相電力變壓器,第一節(jié) 三相電

18、力變壓器的用途 三相電力變壓器用在輸電配電技術(shù)領(lǐng)域。 目前世界各國(guó)使用的電能基本上均是由各類(lèi)發(fā)電站發(fā)出的三相交流電能。 電能在向戶輸送過(guò)程需用很長(zhǎng)的輸電線。 根據(jù)三相電源公式：,在輸送功率P和功率因數(shù)cos一定時(shí)，輸電線路上的電壓U越高，線路中的電流I越小，可減少線路上的功率損耗。,電力輸送與分配都向高電壓、大功率的電力網(wǎng)發(fā)展，以便集中輸送、統(tǒng)一調(diào)度與分配電能。 這就促使輸電線路電壓由高壓（110220kV）向超高壓（330 750kV）和特高壓（750kV以上）不斷升級(jí)。 發(fā)電機(jī)本身由于其結(jié)構(gòu)及所用絕緣材料的限制，必須先通過(guò)升壓變電站，利用變壓器將電壓升高。 為了保證用電安全和符合用電設(shè)備的

19、電壓等級(jí)要求，必須通過(guò)各級(jí)降壓變電站，利用降壓變壓器將電壓降低。,根據(jù)最近的資料顯示，1kW的發(fā)電設(shè)備需88.5kVA變壓器容量與之相配套。 在電力系統(tǒng)中變壓器是容量最多最大的電氣設(shè)備。 輸電過(guò)程主要是輸電線路的損耗和變壓器的損耗，它占整個(gè)供電容量的5 9，其中變壓器損耗約占60。 高效節(jié)能變壓器的途徑：一是采用低損耗的冷軋硅鋼片；二是減少銅損耗。 對(duì)比SJ1-1000/10與S7-1000/10型變壓器 我國(guó)從70年代末變壓器換代過(guò)程： SJ S5 S7 S9 S10,第二節(jié) 三相電力變壓器的結(jié)構(gòu),一、三相電力變壓器的結(jié)構(gòu)型式 現(xiàn)代的電力系統(tǒng)都采用三相制供電，因而廣泛采用三相變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓

20、轉(zhuǎn)換。三相變壓器可以由三臺(tái)同容量的單相變壓器組成，按需要將一次繞組分別接成星形或三角形聯(lián)接。 三相變壓器的另一種結(jié)構(gòu)型式是把三個(gè)單相變壓器合成一個(gè)鐵心柱的結(jié)構(gòu)型式，稱(chēng)為三相心式變壓器。,二、三相油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu) 在三相電力變壓器中，目前使用最廣泛的是油浸式電力變壓器，其外形如圖。 三相電力變壓器主要由鐵心、繞組、油箱和冷卻裝置、保護(hù)裝置等部件組成。,1、鐵心 鐵心是三相變壓器的磁路部分，與單相變壓器一樣，它也是由0.35mm厚的硅鋼片疊壓（或卷制）而成。三相電力變壓器均采用心式結(jié)構(gòu)。 隨著高磁導(dǎo)率、低損耗的冷軋晶粒取向硅鋼片在電力變壓器被廣泛應(yīng)用，采用45斜切硅鋼片進(jìn)行疊裝。,卷制式鐵心

21、結(jié)構(gòu)已在500kVA以下容量的三相電力變壓器中廣泛采用，主要代表型號(hào)有S11及S13系列，其優(yōu)點(diǎn)是體積小、損耗低、噪聲小、價(jià)格低，已大批量生產(chǎn)。 變壓器鐵心的最新發(fā)展趨勢(shì)是采用鐵基、鐵鎳基、鈷基等非晶帶材料代替硅鋼。我國(guó)已生產(chǎn)SH11系列非晶合金電力變壓器，它具有體積小、效益高、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。,2、繞組 繞組是三相電力變壓器的電路部分。一般用絕緣紙包的扁銅線或扁鋁線繞制成。 有同心式繞組和交疊式繞組。 新型的繞組結(jié)構(gòu)為箔式繞組，用鋁箔或銅箔氧化技術(shù)和特殊工藝?yán)@制，使電力變壓器的整體性能得到較大提高。,3.油箱和冷卻裝置 大容量三相電力變壓器OSF-PSZ-360000/500已批量生產(chǎn)，為了保證

22、鐵心和繞組具有一定的散熱和絕緣能為，均將其置于絕緣的變壓器油內(nèi)，為了增加散熱面積，一般在油箱四周加裝散熱裝置。 大容量電力變壓器采用風(fēng)吹冷卻或強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻裝置。 在我國(guó)以S9-M系列、S10-M系列、S11-M系列全密封波紋電力變壓器為代表，現(xiàn)已開(kāi)始大量生產(chǎn)。,4、保護(hù)裝置 （1）氣體繼電器 在油箱和儲(chǔ)油柜之間的連接管中裝有氣體繼電器。 （2）防爆管（安全氣道） 它安裝在油箱頂部，是一個(gè)長(zhǎng)的圓形鋼筒。目前，國(guó)產(chǎn)電力變壓器已廣泛采用壓力釋放閥來(lái)取代防爆管。 5、銘牌 在每臺(tái)電力變壓器的油箱上都有一塊銘牌，標(biāo)明變壓器的型號(hào)和參數(shù)。,上圖是配電站所用的降壓變壓器的銘牌。這樣變壓器可以將10kV的高

23、壓降為400V的低壓，供三相負(fù)載使用。 （1）型號(hào) S 9 80 / 10,三相變壓器,設(shè)計(jì)型號(hào),額定電壓,額定容量,（2）額定電壓U1N和U2N 高壓側(cè)電壓可在額定值5范圍內(nèi)選擇，即105009500V，以低壓的額定電壓為400V。二次繞組的輸出電壓隨負(fù)載電流的增加而降低，為保證輸出電壓380V，考慮電壓變化率為5，故二次繞組的額定電壓為400V。,第三章 其他變壓器,一、自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及用途 如果把一、二次繞組合二為一，使二次繞組成為成為一次繞組的一部分，這種只有一個(gè)繞組的變壓器稱(chēng)為自耦變壓器。,U1,U2,u2,u1,_,N1,N2,I1,I2,I,B,+,_,+,U1,U2,在高

24、壓輸電系統(tǒng)中，自耦變壓器主要用來(lái)連接兩個(gè)電壓等級(jí)相近的電力網(wǎng)，作聯(lián)絡(luò)變壓器之用。實(shí)驗(yàn)室常用具有滑動(dòng)觸點(diǎn)的自耦調(diào)壓器獲得可任意調(diào)節(jié)的交流電壓。 此外自耦變壓器還常用做異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)補(bǔ)償器，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行減壓起動(dòng)。 二、電壓、電流及容量關(guān)系 自耦變壓器也是利用電磁感應(yīng)原理工作的。當(dāng)給一次繞組U1U2的兩端施加交變電壓U1時(shí)，鐵心中產(chǎn)生交變磁通，并分別在一次繞組及二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,自耦變壓器的電壓比K為,前面已經(jīng)講過(guò)變壓器一、二次繞組中的電流與一、二次繞組的匝數(shù)成反比，即,在相位上I1和I2互差180，流經(jīng)公共繞組中的電流I的大小為I= I2 I1。 當(dāng)電壓比K的數(shù)值相差不大，即公共繞組中

25、的電流I很小，因而這部分可用截面較小的導(dǎo)線繞制。,理論分析和實(shí)踐都可以證明：當(dāng)一、二次繞組電壓之比接近1時(shí)，或者說(shuō)不大于2時(shí)，自耦變壓器的優(yōu)點(diǎn)比較顯著，實(shí)際應(yīng)用中電壓比一般在1.22的范圍內(nèi)。因此在電力系統(tǒng)中，用自耦變壓器把110kV、 220kV和330kV的高壓電力系統(tǒng)連接成大規(guī)模的動(dòng)力系統(tǒng)。 缺點(diǎn)在于：一、二次繞組的電路直接連在一起，造成高壓側(cè)的電氣故障會(huì)波及低壓側(cè)，這是很不安全的。 因此，要求自耦變壓器在使用時(shí)必須正確接線，且外殼必須接地，并規(guī)定安全照明變壓器不允許采用自耦變壓器結(jié)構(gòu)形式。 自耦變壓器不僅用于降壓，也可作為升壓變壓器。,如果把自耦變壓器的抽頭做成滑動(dòng)觸點(diǎn)，就可構(gòu)成輸出電

26、壓可調(diào)的自耦變壓器。為了使滑動(dòng)接觸可靠，這種自耦變壓器的鐵心做成圓環(huán)形，其上均勻分布繞組，滑動(dòng)觸點(diǎn)由電刷構(gòu)成，由于其輸出電壓可調(diào)，因此稱(chēng)為自耦調(diào)壓器。,如實(shí)驗(yàn)室中常用的單相調(diào)壓器，一次繞組輸入電壓U1=220V，二次繞組輸出電壓U2=0250V，在使用時(shí)要注意：一、二次繞組的公共端U2或u2 接零線，U1端接電源相線，u1端和u2端作為輸出。 還必須注意自耦變壓器在接電源之前，必須把手柄轉(zhuǎn)到零位，使輸出電壓為零，以后再慢慢順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使輸出電壓逐步上升。,第二節(jié) 儀用互感器,電工儀表中的交流電流表一般可直接用來(lái)測(cè)量510A以下的電流，交流電壓表可直接用于測(cè)量450V以下的電壓。而在實(shí)踐中有

27、時(shí)往往需測(cè)量幾百安、幾千安的大電流及幾萬(wàn)伏的高電壓，此時(shí)必須加接儀用互感器。 儀用互感器是作為測(cè)量用的專(zhuān)用設(shè)備，分為電流互感器和電壓互感器兩種。它們的工作原理與變壓器相同。 使用儀用互感器的目的有：一是為了測(cè)量人員的安全，使測(cè)量回路與高壓電網(wǎng)相互隔離；二是擴(kuò)大測(cè)量?jī)x表（電流表及電壓表）的測(cè)量范圍。,一、電流互感器 在電工測(cè)量中用來(lái)按比例變換交流電流的儀器稱(chēng)為電流互感器。 電流互感器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理與單相變壓器相似，它也有兩個(gè)繞組：一次繞組串聯(lián)在被測(cè)量的交流電路中，流過(guò)的是被測(cè)電流I1，它一般只有一匝或幾匝，用粗導(dǎo)線繞制；二次繞組匝數(shù)較多，與交流電流表相接。,故 I1=KiI2 Ki稱(chēng)為電流

28、互感器的額定電流比，標(biāo)注在電流互感器的銘牌上，只要讀出接在二次線圈一側(cè)電流表的讀數(shù)，則一次電路的待測(cè)電流就很容易從式中得到。,由變壓器工作原理可得：,在實(shí)際應(yīng)用中，與電流互感器配套使用的電流表已換算成一次電流，其標(biāo)度尺即按電流分度，這樣可以直接讀數(shù)，不必進(jìn)行換算。例如按5A制造的與額定電流比為600/5電流互感器配套使用的電流表，其標(biāo)度尺即按600A分度。 注意以下事項(xiàng)： 1）電流互感器的二次繞組絕對(duì)不允許開(kāi)路。 因?yàn)槎卫@組開(kāi)路時(shí)，電流互感器處于空載運(yùn)行，此時(shí)一次繞組流過(guò)的電流（被測(cè)電流）全部為勵(lì)磁電流，使鐵心中的磁通急劇增大。,一方面使鐵心損耗急劇增加，造成鐵心過(guò)熱，燒損繞組；另一方面將在

29、二次繞組上感應(yīng)出很高的電壓，可能使絕緣擊穿，并危及測(cè)量人員和設(shè)備的安全。因此需檢修或拆換電流表、功率表的電流線圈時(shí)，必須先將電流互感器的二次繞組短接。 2）電流互感器的鐵心及二次繞組一端必須可靠接地。以防止絕緣擊穿后電力系統(tǒng)的高壓危及工作人員及設(shè)備的安全。,例1 有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y2280S4，額定電壓為380V，額定電流為140A，額定功率為75kW,試選擇電流互感器的規(guī)格，并計(jì)算流過(guò)電流表的實(shí)際電流。,解 為了確保測(cè)量的準(zhǔn)確性，又考慮電動(dòng)機(jī)允許可能出現(xiàn)的短時(shí)過(guò)負(fù)載等因素，應(yīng)使被測(cè)電流約為滿量程的1/23/4，因此選擇電流互感器額定電流為_(kāi)A。,利用互感器原理制造的便攜式鉗形電流

30、表，它的鐵心可以張開(kāi)，將被測(cè)載流導(dǎo)線鉗入鐵心窗口中，被測(cè)導(dǎo)線相當(dāng)于電流互感器的一次繞組，鐵心繞二次繞組與測(cè)量?jī)x表相連，可直接讀出被測(cè)電流的數(shù)值。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量線路電流時(shí)不必?cái)嚅_(kāi)電路，使用方便。,使用注意事項(xiàng)： 1）應(yīng)使被測(cè)導(dǎo)線處于窗口中央，否則會(huì)增加測(cè)量誤差； 2）若不知電流大小，應(yīng)將量程選擇開(kāi)關(guān)置于大量程上； 3）若被測(cè)電流過(guò)小，可將被測(cè)導(dǎo)線在鉗口內(nèi)多繞幾圈； 4）若被測(cè)電壓過(guò)高，應(yīng)戴絕緣手套和使用絕緣墊。,二、電壓互感器 在電工測(cè)量中用來(lái)按比例變換交流電壓的儀器稱(chēng)為電壓互感器。 電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理與單相變壓器相似。它的一次繞組匝數(shù)為N1，與待測(cè)電路并聯(lián)；二次繞組匝數(shù)為N2，與電壓

31、表并聯(lián)。,其一次電壓為U1，二次電壓為U2，因此電壓互感器實(shí)際上是一臺(tái)降壓變壓器，其電壓比Ku為,通常情況下，Ku標(biāo)注在電壓互感器的銘牌上，只要讀出二次電壓表的讀數(shù)，一次電路的電壓即可得出。一般二次電壓表均采用量程為100V的儀表。只要改變接入的電壓互感器的電壓比，就可測(cè)量高低不同的電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，與電壓互感器配套使用的電壓表已換算成一次電壓，其標(biāo)度尺即按一次電壓分度。,例如按100V制造的與額定電壓比1000/100的電壓互感器配套使用的電壓表，其標(biāo)度尺即按10000V分度。 使用電壓互感器時(shí)必須注意以下事項(xiàng)： 1)電壓互感器的二次繞組在使用時(shí)絕不允許短路。若發(fā)生短路，將產(chǎn)生很大的短路電

32、流，導(dǎo)致電壓互感器燒壞。 2)電壓互感器的鐵心及二次繞組的一端必須可靠接地。保證工作人員及設(shè)備的安全。 3)二次繞組不宜接入過(guò)多的儀表，以免影響電壓互感器的測(cè)量精度,例2 用變壓比為10000/100電壓互感器，變流比為100/5的電流互感器擴(kuò)大量程，其電流表讀數(shù)為3.0A，電壓表讀數(shù)為66V,試求被測(cè)電路的電流、電壓各為多少？,解 電流互感器的負(fù)載電流等于電流表的讀數(shù)乘上電流互感器的電流比,而電壓互感器所測(cè)電壓等于電壓表的讀數(shù)乘上電壓互感器的電壓比,第三節(jié) 電焊變壓器,一、電焊變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 交流弧焊機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、制造容易和維護(hù)方便而被廣泛應(yīng)用。電焊變壓器是交流弧焊機(jī)的主要組成

33、部分，它實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)特殊的降壓變壓器。 在焊接中，為了保證焊接質(zhì)量和電弧的穩(wěn)定燃燒，對(duì)電焊變壓器提出如下要求： 1)電焊變壓器在空載時(shí)，應(yīng)有一定的空載電壓，通常Uo=6075V，以便于起弧。,2)在負(fù)載時(shí)，電壓應(yīng)隨負(fù)載的增大而急劇下降。通常在額定負(fù)載時(shí)的輸出電壓約為30V。 3)在短路時(shí)，短路電流Isc不應(yīng)過(guò)大，以免損壞電焊變壓器。 4)為了適應(yīng)不同的焊接工件和焊條的需要，要求電焊變壓器輸出的電流能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。,U,UO,UN,O,N,I,ISC,IN,焊接電流與電弧電壓的關(guān)系曲線,為了滿足上述要求，電焊變壓器必須具有較大的漏抗，而且可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，電焊變壓器的特點(diǎn)是： 鐵心的氣

34、隙比較大；一次、二次分裝在不同的鐵心柱上，再用磁分路法、串聯(lián)可變電抗器法及改變二次繞組的接法等來(lái)調(diào)節(jié)焊接電流。 工業(yè)上使用的交流弧焊機(jī)類(lèi)型很多，如抽頭式、動(dòng)鐵心、動(dòng)線圈式和綜合式等，都是依據(jù)上述原理制造的。,二、磁分路動(dòng)鐵心式弧焊機(jī) 其基本結(jié)構(gòu)及工作原理如下：該型交流弧焊機(jī)的電焊變壓器為磁分路動(dòng)鐵心結(jié)構(gòu)，它的鐵心由固定鐵心和活動(dòng)鐵心兩部分組成。固定鐵心為“口”字形，兩邊的方柱上繞有一次繞組和二次繞組。,活動(dòng)鐵心安裝在固定鐵心中間的螺桿上，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)鐵心調(diào)節(jié)裝置手輪時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，活動(dòng)鐵心就沿著導(dǎo)桿在固定鐵心的方口中移動(dòng)，從而改變固定鐵心中的磁通，調(diào)節(jié)焊接電流。 它的一次繞組繞在固定鐵心的一邊，二次繞

35、組由兩部分組成，一部分與一次繞組繞在同一邊，另一部分繞在鐵心的另一側(cè)。 焊接電流的粗調(diào)靠變更二次繞組的接線板上連接片的接法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 接法II用焊接電流大的場(chǎng)合，接法I用于焊接電流小的場(chǎng)合。,焊接電流的細(xì)調(diào)節(jié)則是通過(guò)手輪移動(dòng)鐵心的位置，改變漏抗，從而得到均勻的電流調(diào)節(jié)。 BX1系列交流弧焊機(jī)有三種型號(hào)：BX1-135的焊接電流調(diào)節(jié)范圍為25150A，用于薄鋼片的焊接；BX1-330電流調(diào)節(jié)范圍為50450A，BX1-500則為50680A，可用來(lái)焊接不同厚度的低碳鋼板。,三、動(dòng)圈式弧焊機(jī) 動(dòng)圈式弧焊機(jī)的典型產(chǎn)品是BX3系列。它的焊接電流調(diào)節(jié)是靠改變一次繞組和二次繞組之間的距離（從而改變它們之間

36、的漏抗大?。﹣?lái)實(shí)現(xiàn)的。結(jié)構(gòu)如圖，一次繞組是固定的，而二次繞組可借助于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在中間鐵心柱上上下移動(dòng)，從而改變了一、二次繞組之間的距離。距離越大，漏抗就越大，輸出電壓降低，焊接電流變小。,第四節(jié) 整流變壓器,從20世紀(jì)70年代起，由整流電路供電的整流電源逐步取代了直流發(fā)電機(jī)，成為產(chǎn)生直流電源的主要方法。 用來(lái)單獨(dú)給整流電路供電的電源變壓器叫做整流變壓器，它是整流裝置中的重要組成部分。 一、整流變壓器的作用 1)把電網(wǎng)電壓變換成整流電路要求的電壓。,2）在大容量整流電路中，為了得到平穩(wěn)的直流電壓，往往采用多相整流電路（如六相、十二相整流），這就需要用到三相整流變壓器，其二次側(cè)接成六相或十二相。 3

37、）為了盡可能減少電網(wǎng)與整流裝置之間的相互干擾，要求把整流后的直流電路與電網(wǎng)交流電路彼此隔離。,三、整流變壓器的結(jié)構(gòu)與工作特點(diǎn) 1）由于整流變壓器的二次繞組所接整流器件只在一個(gè)周期的部分時(shí)間內(nèi)輪流導(dǎo)電，所以二次繞組中流過(guò)的電流是非正弦電流，含有直流分量。它將使鐵心因損耗增加而加熱，另外往往二次繞組的視在功率也比一次繞組的要大。,2）當(dāng)整流器件被擊穿而發(fā)生短路時(shí)，變壓器將流過(guò)很大的短路電流，因此整流變壓器的漏抗較大，它輸出的直流電壓外特性較軟，其外形結(jié)構(gòu)較為矮胖，機(jī)械強(qiáng)度要求好。 3）由于整流變壓器二次繞組中可能產(chǎn)生過(guò)電壓而損壞絕緣層，因此需要加強(qiáng)絕緣處理。,第五節(jié) 小功率電源變壓器,小功率電源變

38、壓器是專(zhuān)門(mén)用作某些小功率負(fù)載的供電電源之用，按工作頻率的不同可分為工頻、中頻和高頻電源變壓器。按鐵心結(jié)構(gòu)型式的不同可分為E形及口形變壓器鐵心、C形變壓器、R形變壓器、O形（環(huán)形）變壓器。 一、按工作頻率分類(lèi) （1）工頻電源變壓器 是指工作在50 60Hz頻率的電源變壓器。 鐵心用0.35 mm或0.5mm冷軋硅鋼片制成。,（2）中頻電源變壓器 是指工作在4001000Hz頻率下的電源變壓器。其鐵心用0.2mm冷軋硅鋼片制成。 （3）高頻電源變壓器 的指工作在1020kHz頻率下的電源變壓器。它主要用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的變換器中，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 1)一般均用鐵氧體磁心，它的電阻率高，故渦流損耗小。

39、2）因?yàn)榧w效應(yīng)使導(dǎo)線中心部分電流密度變小，通常使用多股高頻銅導(dǎo)線或薄銅箔繞制繞組。,3）高頻變壓器的工作溫度不能超過(guò)70，否則鐵氧體的電磁性能將急劇下降。,二、按鐵心結(jié)構(gòu)分類(lèi) （1）E形及口形鐵心變壓器 （2）C形變壓器 由于冷軋硅鋼帶的磁感應(yīng)強(qiáng)度B比較高，加上絕緣等級(jí)較高（為B級(jí)或H級(jí)），故體積小，用銅量省。,（3）R形變壓器 其主要特點(diǎn)是鐵心為整體結(jié)構(gòu)，鐵心卷繞好以后綁扎緊并浸漆處理成型。由于不切割，因此磁路無(wú)空氣隙，磁阻小，使變壓器的空載損耗小，溫升低。另外由于鐵心截面為圓形，因而繞組也是圓形，節(jié)省了用銅量，體積小，噪音低。常采用臥式結(jié)構(gòu)，特別適合于高密度安裝的設(shè)備中。,（4）O形變壓

40、器 又稱(chēng)環(huán)形變壓器，工作在工頻電源下的O形變壓器其鐵心用晶粒取向冷軋硅鋼帶或合金鋼帶繞制而成。具有R形變壓器的優(yōu)點(diǎn)，且鐵心制作簡(jiǎn)單，能充分利用鐵心的磁性能，漏磁小。 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，高頻、脈沖、開(kāi)關(guān)電源及逆變器等大多采用環(huán)形鐵心結(jié)構(gòu)。,第四章 三相異步電動(dòng)機(jī),第一節(jié) 電機(jī)概述 電機(jī)是一種實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。其運(yùn)行原理基于電磁感應(yīng)原理。 電機(jī)的種類(lèi)和規(guī)格很多，按其電流類(lèi)型分類(lèi)，可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類(lèi)。 交流電機(jī)可分為交流發(fā)電機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)。 目前廣泛采用的交流發(fā)電機(jī)是同步發(fā)電機(jī)，這是一種由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生交流電能的裝置。當(dāng)前世界各國(guó)的電能幾乎均由同步發(fā)電機(jī)

41、產(chǎn)生。,交流電動(dòng)機(jī)則是指由交流電源供電將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置。交流電動(dòng)機(jī)可分為同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)兩類(lèi)。 同步電動(dòng)機(jī)是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速始終與交流電源的頻率同步，不隨所拖動(dòng)的負(fù)載變化而變化的電動(dòng)機(jī)，它主要用于功率較大，轉(zhuǎn)速不要求調(diào)節(jié)的生產(chǎn)機(jī)械。 異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化而稍有變化的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，這是目前使用最多的一類(lèi)電動(dòng)機(jī)。按供電電源的不同，又可分為三相異步電動(dòng)機(jī)和單相異步電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)。,三相異步電動(dòng)機(jī)是由三相交流電源供電，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用、使用維護(hù)方便，因此在工、農(nóng)業(yè)及其他各個(gè)領(lǐng)域中都獲得了廣泛應(yīng)用。 據(jù)我國(guó)及世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家的統(tǒng)計(jì)表明，在整個(gè)電能消耗中，電動(dòng)機(jī)的

42、耗能約占6067 ，而在電動(dòng)機(jī)的耗能中，三相異步電動(dòng)機(jī)又占首位。 單相異步電動(dòng)機(jī)用單相交流電源，功率比較小，主要用家庭、辦公場(chǎng)所等只有單相交流電的場(chǎng)所。,電機(jī),變壓器,直流電機(jī),交流電機(jī),控制電機(jī),伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直線電機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器等,直流發(fā)電機(jī),直流電動(dòng)機(jī),同步電機(jī),異步電機(jī),同步發(fā)電機(jī),同步電動(dòng)機(jī),異步發(fā)電機(jī),同步電動(dòng)機(jī)：?jiǎn)蜗唷⑷喈惒诫妱?dòng)機(jī),第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理,一、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及其產(chǎn)生 如圖為異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)原理示意圖。在一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的馬蹄形磁鐵中間，放置一只可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的籠形短路線圈，也稱(chēng)籠形轉(zhuǎn)子。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)馬蹄形磁鐵時(shí)，籠形轉(zhuǎn)子會(huì)跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)

43、。,這是因?yàn)榇盆F轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其磁感線（磁通）切割籠型轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體，在導(dǎo)體中因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于轉(zhuǎn)子本身是短路的，因而導(dǎo)體中就有電流通過(guò)，方向如圖。該電流又與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩驅(qū)動(dòng)籠形轉(zhuǎn)子隨著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向而旋轉(zhuǎn)起來(lái)，這就是異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理。,N,S,F,F,n1,n2,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向,下面先分析旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的條件，再分析三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理。 右圖為三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組結(jié)構(gòu)示意圖。在定子鐵心上沖有均勻分布的鐵心槽，在定子空間各相差120電角度的鐵心槽中布置有三相繞組U1U2、V1V2、W1W2，三相繞組接成星形聯(lián)結(jié)。 現(xiàn)向定子三相繞組中分別通入三相交流電iU、iV

44、、iW，各相電流將在定子繞組中分別產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)。,由此可以得出結(jié)論：在三相異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心中布置結(jié)構(gòu)完全相同、在空間各相差120電角度的三相定子繞組，分別向三相定子繞組通入三相交流電，則在定子、轉(zhuǎn)子與空氣隙中產(chǎn)生一個(gè)沿定子內(nèi)圓旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 2.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向 三相交流電的變化次序（相序）為U相達(dá)到最大值 V相達(dá)到最大值 W相達(dá)到最大值。將U相交流電接U相繞組、 V相交流電接V相繞組、 W相交流電接W相繞組，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閁相 V相 W相（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)），即與三相交流電的變化相序一致。,結(jié)論： 任意調(diào)換兩根 電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)。,任意調(diào)換兩根電源進(jìn)

45、線 (電路如圖),由此可以得出結(jié)論：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向決定于通入定子繞組中的三相交流電的相序，且與三相交流電源的相序U V W的方向一致。只要任意調(diào)換電動(dòng)機(jī)兩相繞組所接交流電源的相序，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)即反轉(zhuǎn)。,3.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速可用公式表示為 f1交流電的頻率（Hz）； p電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)； n1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，又稱(chēng)同步轉(zhuǎn)速（r/min）,例1 通入三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中的交流電頻率f=50Hz，試分別求電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)p=1、 p=2、 p=3及p=4時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1。,解 當(dāng)p=1,上述四個(gè)數(shù)據(jù)很重要,因?yàn)槟壳笆褂玫母黝?lèi)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與上述四種轉(zhuǎn)速密切相關(guān)（均小于上述

46、四種轉(zhuǎn)速）。 例如Y132S-2型三相異步電動(dòng)機(jī)（p=1 ）的額定轉(zhuǎn)速n=2900r/min： 布置作業(yè)：P118 復(fù)習(xí)思考題1、4,二、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理 1.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理 三相定子繞組通入三相交流電產(chǎn)生一個(gè)同步轉(zhuǎn)速為n1的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體自成閉合回路，因此該電動(dòng)勢(shì)將在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中形成電流，,n1,F,F,其電流方向可用右手定則判定?？梢韵鄬?duì)地把磁感線看成不動(dòng)，而導(dǎo)體以與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相反的方向（逆時(shí)針）去切割磁感線，從而可以判定出在該瞬間轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流方向如圖所示，即電流從轉(zhuǎn)子上半部的導(dǎo)體流出，流入下半部導(dǎo)體中。 有電流流過(guò)的轉(zhuǎn)子

47、導(dǎo)體將在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中受電磁力F的作用，其方向可用左手定則判定。該電磁力F在轉(zhuǎn)子軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，使異步電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)。 歸納出三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理：轉(zhuǎn)子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流；載有電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受電磁力的作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向一致。,2.轉(zhuǎn)差率 由上面的分析可以看出，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n一定要小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1，如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相等，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體就不再切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中不再產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，電磁力F將為零，轉(zhuǎn)子就將減速。 因此異步電動(dòng)機(jī)的“異步”就是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速之間存在著差異，兩者的步調(diào)不一致。 又由于異步電動(dòng)

48、機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組并不直接與電源相接，而是依據(jù)電磁感應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流，獲得電磁轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)，因此又稱(chēng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。,把異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速n1與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n之差稱(chēng)為轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)速差與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速之比稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s。,轉(zhuǎn)差率s是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要物理量， s的大小與異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況密切有關(guān)。,3.異步電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài) (1)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（0 s 1） 1)當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)或剛接上電源，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=0, 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率s=1。 2)如轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=n0，則轉(zhuǎn)差率s=0。 3)異步電動(dòng)機(jī)在正常狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率在01之間變化。 4)三相異步電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行，額定

49、轉(zhuǎn)差率sN約在0.01 0.06。,例2 已知Y2-160M-4型三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1=1500r/min，額定轉(zhuǎn)差率sN=0.04，試求該電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nN。 解 由公式得,5)當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)只需克服空氣及摩擦阻力，故轉(zhuǎn)差率很小，約為0.0040.007。,(2)發(fā)電機(jī)狀態(tài)（s n1 ，則s n1 。即電機(jī)此時(shí)輸入機(jī)械功率，輸出電功率，處于發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行。,(3)電磁制動(dòng)狀態(tài)（11。 此時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上產(chǎn)生的電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)。此狀態(tài)時(shí)一方面定子繞組從電源吸取電功率，另一方面外加力矩克服電磁轉(zhuǎn)矩做功，向電機(jī)輸入機(jī)械功率，它們均變成電機(jī)內(nèi)部的熱損耗。,第三節(jié)

50、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 三相異步電動(dòng)機(jī)種類(lèi)繁多，按其外殼防護(hù)方式的不同可分開(kāi)起型（IP11）、防護(hù)型（IP22） （IP23） 、封閉型（IP44） （IP54）三大類(lèi)。 由于封閉型結(jié)構(gòu)能防止固體異物、水滴等進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，并能防止人與物體觸及電動(dòng)機(jī)帶電部位與運(yùn)動(dòng)部位，因此其運(yùn)行安全性能良好，因而成為目前使用最廣泛的結(jié)構(gòu)型。 按電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同又可分為籠型異步電動(dòng)機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。,按工作電壓可分為高壓異步電動(dòng)機(jī)和低壓異步電動(dòng)機(jī)。 按工作性能分為高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和高轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)。,一、定子 定子是指電動(dòng)機(jī)靜止不動(dòng)的部分，主要包括定子鐵心、定子繞組、機(jī)座、端蓋、罩殼等。 1.定子鐵心 定子

51、鐵心作為電動(dòng)機(jī)磁通的通路，對(duì)鐵心材料的要求是既有良好的導(dǎo)磁性能，剩磁小，又要盡量降低渦流損耗，一般用0.350.5mm厚表面有絕緣層的硅鋼片（涂絕緣漆或硅鋼片表面具有氧化膜絕緣層）疊壓而成。,2.定子繞組 定子繞組作為電動(dòng)機(jī)的電路部分，通入三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。它由嵌放在定子鐵心槽中的線圈按一定規(guī)則連接成三相定子繞組。小型異步電動(dòng)機(jī)繞組一般采用高強(qiáng)度漆包圓銅線制成，大中型則用漆包扁銅線或玻璃絲包扁銅線繞制。成形繞組則外絕緣層后，再整體嵌放在定子鐵心槽內(nèi)。 按布置方式不同可分為單層繞組和雙層繞組。,第四節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組,繞組是三相異步電動(dòng)機(jī)的主要組成部分，是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)

52、換的關(guān)鍵部件、也是容易損壞的部位。定子繞組是由許多嵌放在定子鐵心槽內(nèi)的線圈按照一定的規(guī)律分布、排列并連接而成的。為滿足異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求，必須保證各相繞組的狀態(tài)、尺寸及匝數(shù)都相同，且在空間的分布就彼此相差120電角度。,一、定子繞組的分類(lèi) 若按槽內(nèi)層數(shù)來(lái)分，可分為單層繞組、雙層繞組和單雙層混合繞組。按每極每相所占槽數(shù)來(lái)分，可分為整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽繞組；又可分為鏈?zhǔn)嚼@組、同心式繞組、交叉式繞組、疊繞組和波繞組等。 二、定子繞組的常用術(shù)語(yǔ) 1.線圈、線圈組、繞組 線圈也稱(chēng)為繞組元件，是構(gòu)成繞組的最基本單元，它是用絕緣導(dǎo)線（圓線或扁線）按一定形狀繞制而成的，可由一匝或多匝,組成部分 ；多個(gè)線圈連接成一

53、組稱(chēng)為線圈組；由多個(gè)線圈或線圈組按照一定的規(guī)律連接在一起就形成一相繞組。,2.極距 定子繞組一個(gè)磁極所占定子圓周的距離稱(chēng)為極距，一般用定子槽z1數(shù)來(lái)表示，即 式中2p磁極數(shù),3.線圈節(jié)距y 一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊所跨定子圓周的距離稱(chēng)為節(jié)距，一般也用定子槽數(shù)來(lái)表示。 如某線圈的一個(gè)有效邊嵌放在第1槽，而另一個(gè)有效邊嵌放在第6槽，則其節(jié)距y=(6-1)槽=5槽。從繞組產(chǎn)生最大磁通勢(shì)或電動(dòng)勢(shì)的要求出發(fā)，節(jié)距y 應(yīng)接近極距即,當(dāng)y= 時(shí)，稱(chēng)為整距繞組；當(dāng)y時(shí)，稱(chēng)為短距繞組,三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組,（4）機(jī)械角度和電角度 1）機(jī)械角度 即幾何角度，如一個(gè)圓周所對(duì)應(yīng)的幾何角度為360，該幾何角度就稱(chēng)為機(jī)械角

54、度。 2）電角度 計(jì)量電和磁變化的角度稱(chēng)為電角度，從電磁方面看，導(dǎo)體每經(jīng)過(guò)一對(duì)磁極N、S，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化一個(gè)周期，也即相位變化了360電角度，所以每對(duì)磁極對(duì)應(yīng)的是360電角度。若電動(dòng)機(jī)有p對(duì)磁極，則相應(yīng)的電角度為pX 360。因此， 電角度=P機(jī)械角度,三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組,（5）每極每相槽數(shù)q 在每一個(gè)磁極下每相繞組所占有的槽數(shù)，稱(chēng)為每極每相槽數(shù)?？捎孟率接?jì)算 式中，m為相數(shù)。,三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組,（6）相帶 每相繞組在一對(duì)磁極下所連續(xù)占有的寬度（用電角度表示）稱(chēng)為相帶。在異步電動(dòng)機(jī)中，一般將每相所占有的槽數(shù)均勻地分布在每個(gè)磁極下，因?yàn)槊總€(gè)磁極占有的電角度是180，對(duì)三相繞組而言，每

55、相占有的電角度是60，所以稱(chēng)為60相帶。而每極每相槽數(shù)就是指這60相帶中有q個(gè)槽。實(shí)際在多對(duì)磁極的電動(dòng)機(jī)定子繞組中，每對(duì)磁極都占有360電角度，根據(jù)60相帶法，繞組的相帶排列順序應(yīng)為U1W2V1U2WlV2。,三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組,（7）極相組 將一個(gè)磁極下屬于同一相的線圈按一定方式串聯(lián)成的線圈組，稱(chēng)為極相組。這個(gè)概念很重要，因?yàn)樵趯?shí)際制造電動(dòng)機(jī)時(shí)，一般把一相繞組分成若干個(gè)極相組(線圈組)繞好，再分組嵌線，最后再連接起來(lái)成為一相繞組。 極相組數(shù)=2pm 3三相定子繞組的分布與連接 三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的作用是產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，因此除了三相電源必須對(duì)稱(chēng)外，要求三相交流繞組也必須是對(duì)稱(chēng)的，其

56、構(gòu)成（分布、排列與連接）原則如下：,（1）各相繞組在每個(gè)磁極下應(yīng)均勻分布，以達(dá)到磁場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)，因此先將定子槽數(shù)按極均分（分極）每極180電角度，每極下分為三個(gè)相帶，每個(gè)相帶60電角度。三相繞組的分布在每極下按相帶順序U1W2V1U2W1V2均勻分布。 （2）各相繞組引出線應(yīng)彼此相隔120。展開(kāi)圖中每個(gè)相鄰相帶的電流參考方向相反。 （3）同相繞組中線圈之間應(yīng)順著電流參考方向進(jìn)行連接。 （4）同一相繞組的各有效邊在同性磁極下，電流方向應(yīng)相同；而在異性磁極下，電流方向相反。為節(jié)約銅線，節(jié)距應(yīng)盡可能短。 （5）各相繞組的電源引出線應(yīng)彼此相隔120電角度。,三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組,（三）展開(kāi)圖繪制訓(xùn)練 1

57、三相單層繞組的繪制 （1）單層鏈?zhǔn)嚼@組 三相異步電動(dòng)機(jī)Y-90L-4型定子繞組為單層鏈?zhǔn)?，定子槽?shù)Z124，極數(shù)2p，相數(shù)m3，節(jié)距y5（即1-6），繪出鏈?zhǔn)嚼@組展開(kāi)圖。 繪制步驟如下：,三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組,1）分極、分相 每極所占槽數(shù) 槽 每極每相槽數(shù) 槽 2）標(biāo)出同一相中線圈兩有效邊的電流方向 根據(jù)“同性磁極下電流方向相同、異性磁極下電流方向相反”的原則標(biāo)出電流方向。 3）確定節(jié)距 y5（6-1）,三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組,4）確定各相繞組電源引出線 各相繞組引出線應(yīng)彼此相隔120電角度。由于相鄰兩槽間相隔的電角度為 則120電角度應(yīng)相隔120/304槽。U相首端U1嵌放在第2槽，V相首

58、端V1嵌放在2+4（槽），W相首端Wl嵌放在6+410（槽）。 5）將每個(gè)極相組順電流方向連接起來(lái)。 6）按電流方向?qū)⒚肯嗬@組串聯(lián)起來(lái)，接線規(guī)則可歸納為“頭接頭，尾接尾(反串聯(lián))”。畫(huà)好的展開(kāi)圖如圖7-3所示。,三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組,圖7-3 24槽4極單層鏈?zhǔn)嚼@組展開(kāi)圖,三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組,（2）同心式繞組 同心式繞組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是各相繞組均由不同節(jié)距的同心線圈（大線圈套在小線圈外面）經(jīng)適當(dāng)連接而成，這種繞組的端部較長(zhǎng)，常用于兩極電動(dòng)機(jī)中，每極每相槽數(shù)為q4的偶數(shù)。 （3）交叉式繞組 交叉式繞組主要用于每極每相槽數(shù)q3（奇數(shù)）的小型三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中。,三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組,（四

59、）繪制圓形接線參考圖 在三相異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際接線時(shí)，為了能清楚看出各線圈組之間的連結(jié)方式，常采用一種簡(jiǎn)化了的圓形接線參考圖，簡(jiǎn)稱(chēng)接線圖。畫(huà)接線圖時(shí)，不管每極每相有幾個(gè)槽，也不管一個(gè)極相組內(nèi)有幾個(gè)線圈，每一個(gè)極相組都用一根帶箭頭的短圓弧線來(lái)表示，箭頭所指方向表示電流參考方向。,三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組,（五）繪制定子繞組概念圖 用一個(gè)小方塊代表定子繞組的一個(gè)極相組，在每個(gè)小方塊上面用箭頭表示該極相組的電流方向，顯極式電機(jī)相鄰極相組電流方向應(yīng)相反，順著電流方向把每相的各極相組連接起來(lái)所得到的接線圖，即是定子繞組的概念圖?？梢钥闯?，概念圖可以理解為是把圓形接線圖拉直后所得到的。,第五節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理與特性,一、三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理 1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子繞組的作用 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將在不動(dòng)的定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,異步電動(dòng)機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割導(dǎo)體 e， U1 E1= 4.44K1 f 1N1m,2.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的作用 （1）轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)