1、第9章變壓器和電動機9.1 磁路9.2 變壓器9.3 異步電動機9.4 直流電動機9.5 控制電機9.1 磁路9.1.1鐵磁材料的磁性能9.1.2簡單磁路分析變壓器、電動機以及許多電器和電工儀表都是以電磁感應(yīng)為工作基礎(chǔ)的。磁路：為了把磁場聚集在一定的空間范圍內(nèi)，以便加以控制和利用，就必須用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料做成一定形狀的鐵心，使之形成一個磁通的路徑，使磁通的絕大部分通過這一路徑閉合。把磁通經(jīng)過的閉合路徑稱為磁路。9.1.1鐵磁材料的磁性能鐵磁材料：是指鋼、鐵、鎳、鈷及其合金等材料，是制造變壓器、電機、和電器鐵心的主要材料。1、磁化曲線與磁滯回線鐵磁材料被放入磁場強度為H的磁場內(nèi)，會受到強烈的磁

2、化。磁化曲線：當(dāng)磁場強度H由零逐漸增加時，磁感應(yīng)強度B隨之變化的曲線。9.1.1鐵磁材料的磁性能磁化曲線：（1）磁化具有磁飽和性（2）磁性材料的 BH呈非線性關(guān)系，其磁導(dǎo)率常數(shù)，也是非線性的。（3）鐵磁材料的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空磁導(dǎo)率0，具有高導(dǎo)磁率。真空的導(dǎo)磁率0410-7。=9.1.1鐵磁材料的磁性能磁滯回線：（1） 鐵磁材料具有磁滯性（2） 不同種類的鐵磁材料，磁滯回線的形狀不同。（3） 剩磁感應(yīng)強度Br低，矯頑力Hc小的鐵磁材料稱為軟磁材料。如純鐵、純鋼、坡莫合金等。可以用來制造變壓器、電機和電器的鐵心。（4）剩磁感應(yīng)強度Br較高，矯頑力Hc較大的鐵磁材料稱為硬磁材料或永磁材料。如碳鋼、鋁

3、鎳鈷、稀土等?？梢杂脕碇圃煊谰么盆F。9.1.1鐵磁材料的磁性能2、磁滯損耗和渦流損耗（1）磁滯損耗：是鐵磁物質(zhì)內(nèi)分子反復(fù)取向所產(chǎn)生的功率損耗。鐵磁材料教鞭磁化一個循環(huán)在單位內(nèi)的磁滯損耗與磁滯回線的面積成正比，因此軟糍材料的磁滯損耗較小，常用在交變磁化的場合。9.1.1鐵磁材料的磁性能2、磁滯損耗和渦流損耗（2）渦流損耗：當(dāng)整塊鐵心中的磁通發(fā)生交變時，鐵心中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，因而在垂直于磁通F的平面上產(chǎn)生感應(yīng)電流，它圍繞著磁通F成漩渦狀流動，故稱渦流。渦流在鐵心的電阻上引起的功率損耗稱為渦流損耗。（3）鐵損耗：是磁滯損耗和渦流損耗的合稱。它會使鐵心發(fā)熱，從而增加電器的溫升，降低效率。但在某些場合

4、，則可以利用渦流效應(yīng)來加熱或冶煉金屬。9.1.2簡單磁路分析1、直流磁路在匝數(shù)為N的勵磁線圈中通入直流電流I，磁路中就會產(chǎn)生一個恒定磁通F， 這種具有恒定磁通的磁路就是直流磁路。9.1.2簡單磁路分析安培環(huán)路定律：在磁場中，磁場強度 H沿任一閉合路徑l 的線積分，等于穿過該閉合路徑所圍面積的電流 I的代數(shù)和。電流的方向與積分的循行方向符合右螺旋定則的電流為正，反之為負(fù)。 Hdl = I9.1.2簡單磁路分析直流磁路的分析：圖中表示的是具有鐵心和空氣隙的直流通路，勵磁線圈通入電流后，在磁路中所產(chǎn)生的磁通，大部分集中在由鐵磁材料所限定的空間范圍內(nèi)，稱為主磁通F。還有很少的一部分磁通通過鐵心以外的空

5、間閉合（如圖中的F），稱為漏磁通 。為了分析的方便，可以只考慮主磁通，忽略漏磁通。9.1.2簡單磁路分析直流磁路的分析：一般可以認(rèn)為空氣隙和鐵心具有相同的截面積，所以鐵心和空氣隙中的磁感應(yīng)強度B= F/A相同。磁場強度與磁導(dǎo)率有關(guān)，即H=B/。B lB lHdl = Hl+ H l= NI+= NI即：mm mmm00 00 FFNINIRm是鐵心磁阻l+l= NI ,F =mm AmA0lmR+ RlRm0+ 0是空氣隙磁阻mm0m0m Am0 A9.1.2簡單磁路分析直流磁路的分析：磁路的歐姆定律其中:NI稱為磁動勢;Rm是各段磁路磁阻之和;Rm是鐵心磁阻;Rm0 是空氣隙磁阻F =NI=

6、NI RmRmm + Rm09.1.2簡單磁路分析2、交流磁路在圖中的鐵心線圈上外加正弦信號u，繞組中將流過交流電流i，從而產(chǎn)生交變磁通， 其中包括集中在鐵心中的主磁通FF和很少的一部分漏磁通。9.1.2簡單磁路分析交流磁路主磁通F在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e；漏磁通F在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e。（圖中未畫出），考慮線圈中的電阻R?？梢詫懗鲭妷悍匠蹋簎 = -e - e + Ri由于一般e 和Ri 都很小，可以忽略，所以： u -e9.1.2簡單磁路分析交流磁路F = Fm sinwte和F的參考方向符合右手螺旋定則：e = -N dF = -N dFm sin wtdtdt= NF(sin wt

7、- p ) = E(sin wt - p )mm22N是勵磁線圈的匝數(shù)，Em 是e的最大值。e的有效值為：E = Em =11wNF2p fNF= 4.44 fNFmmm222U E = 4.44 fNFm9.1.2簡單磁路分析交流磁路F = NI= NIU E = 4.44 fNF Rm+ Rm0Rmmm上述式子表明：和線圈匝數(shù)N不變時，主磁通Fm基（1）當(dāng)電源頻率f本上與外加電壓U成正比，U不變則Fm基本不變。（2）如果U不變，而磁路中的空氣隙發(fā)生變化，磁阻也會發(fā)生變化，為了使Fm基本不變，線圈中的電流就必然增加。結(jié)論：交流磁路中，空氣隙大小的變化會引起線圈中電流的變化9.2 變壓器9.2

8、.19.2.29.2.39.2.4變壓器的用途和基本結(jié)構(gòu)變壓器的工作原理變壓器的特性和額定值自耦變壓器和互感器9.2.1變壓器的用途和基本結(jié)構(gòu)變壓器：具有變電壓，變電流，變阻抗的功能。變壓器的用途：電力變壓器是電力系統(tǒng)中不可缺少的設(shè)備。其他還有各種用途的整流變壓器、儀用電壓、電流互感器、焊接變壓器、自藕變壓器。變壓器的結(jié)構(gòu)：由鐵芯和繞組兩部分組成。9.2.1變壓器的用途和基本結(jié)構(gòu)變壓器按結(jié)構(gòu)可分為：心式變壓器和殼式變壓器。圖（a、b、c)為心式變壓器，圖（d）殼式變壓器。變壓器的繞組有一次繞組和二次繞組，一次繞組和電源連接，二次繞組和負(fù)載連接。一次繞 組和二次繞組均可以由一個或多個線圈組成。9

9、.2.2變壓器的工作原理1、變壓器的電壓變換作用變壓器空載：其一次繞組加額定電壓，二次繞組開路。一次繞組接上正弦交流電壓u1時就有空載電流i0（也稱勵磁電流）通過，并產(chǎn)生主磁通F。主磁通F在一次、二次繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e1、e2 。漏磁通在一次繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e沒畫 （e與F的方向符合右手定則）9.2.2變壓器的工作原理變壓器繞組的電壓方程u1 = -e1 - e1 + R1i0= e2u20假設(shè)式中的電壓、電動勢均是正弦量，則可以表示成相量形式：U= -E - E + R I1U201= E211 0E 和R I由于通常比較小，可以忽略，則上式又可以11 0寫成：U1 -E1U

10、20 = E29.2.2變壓器的工作原理變壓器繞組的電壓方程假定一次、二次繞組的匝數(shù)分別為 N1、N2 , ，則兩個繞組電壓的有效值分別為：U1 E1 = 4.44 fN1Fm E2 = 4.44 fN2FmU20式中k稱為變壓比，簡稱變比。如果一次側(cè)電壓比二次側(cè)電壓高，是降壓變壓器。如果二次側(cè)電壓比一次側(cè)電壓高，是升壓變壓器。 U1 E1=N1= k U20E2N29.2.2變壓器的工作原理變壓器繞組的同名端假定電流分別流入兩個線圈（或流出）時，若兩線圈產(chǎn)生的磁通方向相同，則這兩個線圈 流入端稱為同極性端（同名端）。同名端也是各繞組電位瞬時極性相同的端點。圖中U1和u1是同名端； 可以標(biāo)記。

11、U2和u2也是同名端；同名端9.2.2變壓器的工作原理三相變壓器：用于變換三相電壓在三相繞組中，每根鐵心柱上繞者屬于同一相的一次、二次繞組。一次繞組的首端和末端分別用U1、V1、W1和U2、V2、W2表示；二次繞組的首端和末端分別用u1、v1、w1和u2、v2、w2表示。同時，一次繞組和二次繞組相應(yīng)的首端是同名端；相應(yīng)的末端也是同名端。9.2.2變壓器的工作原理三相變壓器的連接三相變壓器的一次繞組和二次繞組都可以接成星形或三角形。因此三相變壓器的常用接法有“Y，y”、“Y，d”、“D，d”、“D，y”四種。其中星形聯(lián)結(jié)又分成三線制和四線制兩種。三線制用Y表示，四線制用YN表示。我國生產(chǎn)的三相電

12、力變壓器 以”Y，yn”、“Y，d”、“YN，d”三種接法最多。9.2.2變壓器的工作原理2、變壓器的電流變換作用在變壓器的一次繞組上加額定電壓，二次繞組加負(fù)載，電路中就會產(chǎn)生電流 。負(fù)載運行時 E 和R還是比較小，可以認(rèn)為I110U1 E1 = 4.44 fN1Fm上述關(guān)系表明，當(dāng)外加電壓U1和頻率f保持不變，主磁通的最大值Fm基本不變。. N1 I1 + N1 I1 = N1 I 09.2.2變壓器的工作原理2、變壓器的電流變換作用.N1 I1 + N2 I 2 = N1 I 0上式叫磁勢平衡由于變壓器鐵芯材料的磁導(dǎo)率高、空載勵磁電流很小，一般不到額定電流的10%，?？珊雎浴?I1 - N

13、2 I 2.N1這就是變壓器的電流變換作用有效值I N2 I= 1 I1N2k219.2.2變壓器的工作原理3、變壓器的阻抗變換作用如果不考慮一次、二次繞組漏磁通感應(yīng)電動勢和空載電流的影響，并忽略各種損耗，這樣的變壓器叫理想變壓器。對于理想變壓器：這就是變壓器的阻抗變換作用。在電子技術(shù)中經(jīng)常利用變壓器的阻抗變換作用來實現(xiàn)阻抗匹配。U= -kUZ = U1 = -kU2= k 2Z= ( N1 )2 Z12LI- 1 ILNL1 2k29.2.2變壓器的工作原理例9.2.1圖示電路信號源電壓有效值US =1.0V，內(nèi)阻 RS=200，負(fù)載電阻RL=8 ，今欲使負(fù)載從信號源獲得最大功率，試求變壓器

14、的變比。解根據(jù)電路原理，負(fù)載要獲得最大功率應(yīng)使其負(fù)載的等效電阻Z= k Z= R2等于電源內(nèi)阻，即：LLSRS200 = 5k =所以變壓器的變比為：RL8這就是利用變壓器的阻抗變換作用來實現(xiàn)阻抗匹配。9.2.3變壓器的特性和額定值1、變壓器的外特性在變壓器一次電壓U1為額定= f (I2 )值時 ，U2的關(guān)系曲線稱為變壓器的外特性 。說明：負(fù)載是電阻或感性時，二次電壓將隨電流的增加而降低，這是因為隨著的增大，二次繞組的電阻電壓降和漏磁通感應(yīng)電動勢增大而造成的電力變壓器的電壓變化率：電壓變化率一般為 3%6DU % = U20 -U2 100%。U209.2.3變壓器的特性和額定值2、變壓器的

15、損耗和效率鐵損耗變壓器的損耗：銅損耗鐵損耗(PFe)：包括磁滯損耗和渦流損耗。當(dāng)外加電壓U1和頻率f一定時，鐵損耗也基本不變，所以鐵損耗也稱為固定損耗。銅損耗(PCu)：一次、二次繞組導(dǎo)線電阻所致產(chǎn)生的損耗，稱為可變損耗。9.2.3變壓器的特性和額定值2、變壓器的損耗和效率變壓器的效率：變壓器的輸出功率P2與輸入功率P1之比:變壓器的效率曲線：變壓器的效率隨輸出功率而變，并有一最大值。h = P2 100 % =P2100 %P1P2 + PFe + PCu9.2.3變壓器的特性和額定值3、變壓器的額定值額定值常標(biāo)在變壓器的銘牌上，所以也叫銘牌參數(shù)。U1NU2N(1)額定電壓/U1N：加在一次

16、繞組上的正常工作電壓。U2N：一次繞組加額定電壓時的二次側(cè)空載電壓。I1NI2N(2)額定電流/是根據(jù)變壓器容許溫升而規(guī)定的電流值。在三相變壓器中都是指線電流。9.2.3變壓器的特性和額定值(3)額定容量 SN即額定的視在功率。= U2N I2N單相變壓器的視在功率為： SN三相變壓器的視在功率為：SN(4)額定頻率fN=3U2 N I2 N變壓器應(yīng)接入的電源頻率。我國的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率為50Hz,有些國家的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率為60Hz。(5) 相數(shù)(6) 溫升:變壓器在額定值運行時,變壓器內(nèi)部溫度允許超出規(guī)定的環(huán)境溫度(+40)的數(shù)值,與絕緣材料的性能有關(guān).9.2.4自耦變壓器和互感器1、自耦變壓器將

17、變壓器的一次繞組和二次繞組合二為一，使二次繞組成為一次繞組的一部分，這種只有一個繞組的變壓器稱為自耦變壓器。通過滑動觸點來連續(xù)改變二次側(cè)繞組的匝數(shù)，以達(dá)到輸出電壓平滑調(diào)節(jié)的自耦變壓器，稱為調(diào)壓器。9.2.4自耦變壓器和互感器1、自耦變壓器與普通變壓器相比較，不同點在于一次、二次繞組不僅有磁的聯(lián)系，而且有電的直接聯(lián)系。所以在使用中要注意安全，操作不當(dāng)就會造成事故。9.2.4自耦變壓器和互感器2、互感器(1)電壓互感器作用：將高電壓變換成低電壓，送測量儀表或控制、保護(hù)設(shè)備，使儀表、設(shè)備和工作人員與高電壓隔離。原理：被測電壓加在一次繞組（高壓繞組），測量儀表加在二次繞組。測量時將儀表的實際讀數(shù)乘上變

18、比就是被測電壓的數(shù)值。使用注意點：二次繞組不能短路;保護(hù)接地。9.2.4自耦變壓器和互感器2、互感器(2)電流互感器作用：是將大電流變換成小電流， 以便送測量儀表顯示或送控制、保護(hù)設(shè)備作為檢測信號。原理：一次繞組匝數(shù)很少，與被測電路串聯(lián)。測量時只要把電流表的實際讀數(shù)乘上變比就是被測電流的數(shù)值。使用注意點：二次繞組決不允許開路；鐵心和副繞組可靠接地。9.2.4自耦變壓器和互感器2、互感器鉗型電流表：是電流互感器和電流表組成 的交流電流測量儀表，用它來 測量電流時不必斷開被測電路， 使用十分方便鉗型電流表的使用：先將被測電流的導(dǎo)線套進(jìn)鉗型鐵心內(nèi)，并成為電流互感器的一次繞組，而繞在鐵心上的二次繞組與

19、電流表構(gòu)成閉合回路，從電流表就可讀出被測電流的大小。9.3 異步電動機9.3.19.3.29.3.3三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理三相異步電動機的特性和額定值三相異步電動機的使用9.3.4單相異步電動機概述電機：利用電磁原理實現(xiàn)電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的一種裝置。發(fā)電機：將機械能轉(zhuǎn)換成電能的電機。電動機：將電能轉(zhuǎn)換成機械能的電機。電動機分類：按照所用電能種類的不同，電動機可分為直流電動機和交流電動機兩大類。交流電動機分類：交流電動機又分為同步電動機和異步電動機。，9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理1、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)組成：定子與轉(zhuǎn)子兩個基本部分定子：定子是電動機的固定部分主要由定子鐵心、

20、定子繞組和機座等組成。定子鐵芯：用涂有絕緣漆的硅鋼片疊成，并固定在機座中。定子鐵芯內(nèi)圓上沖有均勻分布的糟口，用來嵌放定子繞組。9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理1、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)定子繞組：定子繞組由絕緣導(dǎo)線繞制而成，按一定規(guī)律連接成三相對稱結(jié)構(gòu)，稱為三相對稱繞組。三相定子繞組有六個出線端， 其中每相繞組的首端分別標(biāo)記為U1、V1、W1，末端分別標(biāo)記為U2、V2、W2，實際使用時，可以根據(jù)電源電 壓和電動機額定電壓將三相繞組聯(lián) 接成星形或三角形。9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理1、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)定子繞組的連接其中圖（b）是三角形連接，圖（c）是星形連接9.3.1三相異步

21、電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理1、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子是電動機的旋轉(zhuǎn)部分，主要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等組成。轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵芯用硅鋼片疊壓成圓柱狀，并固定在轉(zhuǎn)軸上，鐵心外圓周上有均勻分布的槽， 用來安放轉(zhuǎn)子繞組。三相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組根據(jù)其構(gòu)造不同分為繞線轉(zhuǎn)子和籠型兩種。前者稱為繞線型異步電動機，后者稱為籠型異步電動機。9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理1、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)籠型異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組：由嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的導(dǎo)電條組成的。轉(zhuǎn)子鐵心的兩端各有一個導(dǎo)電端環(huán)，并把所有的導(dǎo)電條連接起來。9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理1、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)籠型異步電動機的拆散形

22、狀9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理1、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組：繞線式轉(zhuǎn)子繞組也是三相繞組，連接成星形，即將三個末端聯(lián)在一起，三個始端分別焊接到轉(zhuǎn)軸上三個彼此絕緣的滑環(huán)上?；h(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)，與轉(zhuǎn)軸也互相絕緣，通過三組靜止的電刷將轉(zhuǎn)子繞組與外電路接通。9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理2、旋轉(zhuǎn)磁場（1）兩極電動機三相定子繞組的簡單模型和接線圖三相定子繞組在空間互成120，連接成星形，表示導(dǎo)線中電流從里面流出，表示導(dǎo)線中電流向里面流進(jìn)。三相定子繞組接到三相對稱電源，產(chǎn)生的三相電流也對稱，其波形圖見右。9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理2、旋

23、轉(zhuǎn)磁場（2）三相交流電流在定子內(nèi)共同產(chǎn)生的磁場在一個周期內(nèi)的變化情況9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理2、旋轉(zhuǎn)磁場（2）三相交流電流在定子內(nèi)共同產(chǎn)生的磁場在一個周期內(nèi)的變化情況結(jié)論：a、三相正弦交流電通過電機的三相對稱繞組，在電機中所建立的合成磁場是旋轉(zhuǎn)的。b、如果將三相繞組接至電源的三根引線中的任 意兩根對調(diào)，即改變相序，可以發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向也改變了。所以旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與通入定子繞組三相電流的相序一致。9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理2、旋轉(zhuǎn)磁場（3）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速模型中所產(chǎn)生的合成磁場是一個具有兩極的磁場， 也就是一對極，用p=1表示?？梢宰C明，在磁極對數(shù)p=1的情況下

24、，三相定子電流變化一個周期，產(chǎn)生的磁場在空間上剛好也旋轉(zhuǎn)一周。此時，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為：n1=60f轉(zhuǎn)/分9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理（3）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步分析表明，在磁極對數(shù)p的情況下，三相定子電流變化一個周期，產(chǎn)生的磁場在空間上轉(zhuǎn)過一對磁極的角度。即1/p。因此合成旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為：n1也稱為同步轉(zhuǎn)速，其單位為r/min(轉(zhuǎn)/分）我國交流電網(wǎng)電源的頻率是f=50Hz，故當(dāng)磁對極數(shù)p為1、2、3、4時，相應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速n1分別為3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min。n= 60 f1p9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理3、三相異步電動機

25、的工作原理三相異步電動機工作原理示意圖圖中用一對旋轉(zhuǎn)的磁鐵來代替旋轉(zhuǎn)磁場（假設(shè)P =1），當(dāng)它以恒定轉(zhuǎn)速n1順時針旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體逆時針切割磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電動勢方向由右手定則來確定。9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理3、三相異步電動機的工作原理在電動勢的作用下，閉合的轉(zhuǎn)子繞組就有電流產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力方向由左手定則確定。由電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向一致。若要改變電動機旋轉(zhuǎn)方向，只要改變磁場的旋轉(zhuǎn)方向，即任意對調(diào)三相定子繞組二根相線的接法就可以了。9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理3、三相異步電動機的工作原理電動

26、機的轉(zhuǎn)速：異步電動機之所以會轉(zhuǎn)動，是由于旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間有相對運動。轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場之間無相對運動，轉(zhuǎn)子繞組中就不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁力也就消失了，轉(zhuǎn)子就不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動。因此，異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是小于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1，異步電動機的名稱也由此而來。9.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理3、三相異步電動機的工作原理轉(zhuǎn)差：轉(zhuǎn)子速n與同步轉(zhuǎn)速n1之間的差值稱為轉(zhuǎn)差，用n表示：n= n1n轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速n1比稱為轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差，用s表示：0s1，一般額定轉(zhuǎn)差率sN很小，為0.010.07。s = Dn = n1 - n n1n19.3.2三相異步電動機的特性和額定值1、三相異步

27、電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性三相異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩是旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子電流相互作用而形成的。假設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場每極下的磁通為m，轉(zhuǎn)子電路每相繞組電流和功率因素為I2和cos2，則三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為 ：其中CT 是由電動機結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)T = CT Fm I2 cosj29.3.2三相異步電動機的特性和額定值1、三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性電磁轉(zhuǎn)矩的另一種表示方法：其中：R2為電動機轉(zhuǎn)子電路每相繞組的電阻；X20為電動機剛接通電源而轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子中每相繞組的感抗；CT是由電動機結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)。T = C U 2sR2T1R2 + (sX)22209.3.2三相異步電動機的特性和額定值1、三

28、相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性若電源電壓和頻率不變，轉(zhuǎn)子電阻和電抗為常數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系為三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線：當(dāng)s=scr時，電磁轉(zhuǎn)矩Tm為最大轉(zhuǎn)矩，通常把scr稱為臨界轉(zhuǎn)差率。，動，9.3.2三相異步電動機的特性和額定值1、三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性機械特性：電動機轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系曲線。通常三相異步電動機運行在BD段此時當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩有較大變化時，電機的轉(zhuǎn)速變化不大，因此三相異步電動機具有硬的機械特性。圖中：Tst為起動轉(zhuǎn)矩稱起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，表示起動能力，一般為1.72.2；TN為額定轉(zhuǎn)矩；稱過載系數(shù)，一般為22.2。lT= Tm / TNKSt = Tst

29、 / TN9.3.2三相異步電動機的特性和額定值1、三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性轉(zhuǎn)子電阻變化對機械特性曲線的影響：電源電壓變化對機械特性曲線的影響：9.3.2三相異步電動機的特性和額定值2、三相異步電動機的工作特性三相異步電動機的工作特性：指當(dāng)外加電源電壓U1 和頻率f1一定時，電動機的轉(zhuǎn)速n、輸出轉(zhuǎn)矩T2、定子電流I1、定子電路功率因素cos1和效率對電動機輸出的機械功率P2的關(guān)系。9.3.2三相異步電動機的特性和額定值3、三相異步電動機的額定值（1）額定功率PN電動機在額定運行狀態(tài)下，軸上輸出的機械功率，單位是瓦（W）或千瓦（kW）。（2）額定電壓UN電動機在額定運行時的線電壓，單位

30、是伏（V）或千伏（kV）。（3）額定電流IN電動機在額定運行時的線電流，單位是安（A）。如果三相定子繞組有兩種接法，就有兩個相對應(yīng)的額定電流值。9.3.2三相異步電動機的特性和額定值3、三相異步電動機的額定值（4）額定頻率fN電動機在額定運行時交流電源的頻率。（5）額定轉(zhuǎn)速nN電動機在額定運行時的轉(zhuǎn)速，單位是r/min（轉(zhuǎn)/分）。忽略電動機的機械損耗，nN（單位r/min）、PN （單位kW） 、T （單位N.m)三者之間N的關(guān)系為：T= 9550 PN NnN9.3.2三相異步電動機的特性和額定值3、三相異步電動機的額定值（6）額定功率因素cosN電動機在額定運行時定子電路的功率因素，通常在

31、0.700.90之間。（7）額定效率N可以根據(jù)下式計算：電動機在額定運行時的效率，異步電動機的hN 約為75%92%。（8）定額電動機的運行情況，可分為三種基本方式：連續(xù)運行、短時運行和斷續(xù)運行。h=PN100%N3UIcosjNNN9.3.3三相異步電動機的使用1、三相異步電動機的起動起動：三相異步電動機與電源接通以后，如果電動機的起動轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載的反轉(zhuǎn)矩，則轉(zhuǎn)子從靜止開始轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速逐漸升高至穩(wěn)定運行， 這個過程叫起動。起動方法：直接起動、降壓起動、轉(zhuǎn)子串接電阻起動等（籠型電動機）。9.3.3三相異步電動機的使用（1）、直接起動直接起動又稱為全壓起動，就是啟動時直接將三相定子繞組接至額定電壓

32、的電源上。直接起動的優(yōu)點是簡單、方便、經(jīng)濟、起動過程快，不需要專門的啟動設(shè)備；缺點是啟動電流Ist大（47倍的額定電流）。直接起動適合于中小型籠型異步電動機的起動。當(dāng)電源容量相對于電動機的功率足夠大時，也應(yīng)盡量采用直接起動9.3.3三相異步電動機的使用（2）、降壓起動降壓起動即在電動機起動時降低電動機的電源電壓，待電動機轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時，再把電壓恢復(fù)到正常值。由于起動時電壓的降低，減小了起動電流， 但由于起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，其值也將隨之大大減小。降壓起動的具體方法：星形-三角形（Y-）換接起動和自耦減壓起動。，9.3.3三相異步電動機的使用（a）、星形-三角形（Y-）換接起動這種方法適合

33、于正常運行時定子繞組是三角形聯(lián)接的籠型電動機。起動時，開關(guān)S2向下閉合， 使電動機的定子繞組為星形聯(lián)結(jié)；當(dāng)電動機到達(dá)一定轉(zhuǎn)速后迅速把開關(guān)向上合，定子繞組轉(zhuǎn)換成三角形聯(lián)結(jié)，使電動機在額定電壓下運行。9.3.3三相異步電動機的使用（a）、星形-三角形（Y-）換接起動星形-三角形（Y-）換接起動在起動時，每相定子繞組的電壓為額定電壓的1/3 ,電動機的起動電流是直接起動時的1/3。但起動轉(zhuǎn)矩也降低到直接起動時的1/3，所以使用時必須注意起動轉(zhuǎn)矩能否滿足要求。9.3.3三相異步電動機的使用（b）、自耦減壓起動這種方法對于正常運行時定子繞組是星形聯(lián)結(jié)和正常運行時為三角形聯(lián)結(jié)的籠型電動機都適用起動時，電動

34、機連接在自耦變壓器的低壓側(cè)，進(jìn)行降壓起動；當(dāng)電動機到達(dá)一定轉(zhuǎn)速后，將開關(guān)QS2由“起動”側(cè)切換至“運行”側(cè)，使電動機獲得額定電壓而運轉(zhuǎn)，同時將自耦變壓器斷開。9.3.3三相異步電動機的使用（3）、轉(zhuǎn)子串接電阻起動這種方法適合于繞線轉(zhuǎn)子電動機。起動時，在轉(zhuǎn)子回路中接入適當(dāng)大小的電阻，既可限制起動電流，還可增加起動轉(zhuǎn)矩。若選擇適當(dāng)?shù)碾娮柚?，使scr=1，則起動轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩。在電動機起動過程中應(yīng)將串入的電阻逐漸短接。轉(zhuǎn)子串接電阻起動可以縮短起動時間，適用于功率較大的電動機重載下起動，如起重機、卷揚機等。它的缺點是控制設(shè)備龐大，且能耗較大。9.3.3三相異步電動機的使用2、三相異步電動機的反轉(zhuǎn)只要

35、將電動機與電源的三根連接線中的任意兩根對調(diào)，電動機的轉(zhuǎn)向就與原來相反了。3、三相異步電動機的調(diào)速電動機的調(diào)速是在負(fù)載不變的情況下，用人為的方法改變電動機的轉(zhuǎn)速。s = n1 - n , n= 60 f1 n = (1- s) 60 f11npp1電動機的調(diào)速方法有：改變電動機的磁極對數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s和電源頻率f1。9.3.3三相異步電動機的使用（1）、改變磁極對數(shù)調(diào)速-有級調(diào)速。異步電動機的磁對極數(shù)由定子繞組的布置和連接方法決定。改變每相繞組中各線圈的連接方法（串聯(lián)或并聯(lián)）就可以改變磁對極數(shù)。圖（a）兩組線圈串聯(lián)，產(chǎn)生了兩對磁極；圖（b）兩組線圈并聯(lián)，產(chǎn)生了一對磁極。9.3.3三相異步電動機的使

36、用（2）、改變電源頻率調(diào)速變頻調(diào)速是一種無級調(diào)速，連續(xù)改變電源的頻率f1（變頻時，電壓有效值也按一定的規(guī)律變化），可以平滑地在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速，并具有硬的機械特性。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：調(diào)速時要求轉(zhuǎn)矩保持不變，因此在改變f1的同時應(yīng)保持U1/f1=常數(shù)，使U1與f1成正比變化。恒功率調(diào)速：調(diào)速時要求功率保持不變，因此轉(zhuǎn)速n調(diào)低（或調(diào)高）時轉(zhuǎn)矩T增加（或減小)（T.n=常數(shù)），應(yīng)要求在改變f1的同時保持U1 與f1的開方成正比變化。=常數(shù)，使U1/f19.3.3三相異步電動機的使用（3）、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速由轉(zhuǎn)子電阻變化對機械特性曲線的影響可知，改變轉(zhuǎn)子電路電阻，可改變機械特性曲線的位置，因此在同一負(fù)載轉(zhuǎn)矩

37、下有不同的轉(zhuǎn)速。此時旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速沒有改變，屬于改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法。這種調(diào)速方法線路簡單，但只適用于繞線型異步電動機，文泛應(yīng)用于起重、運輸、和冶金等生產(chǎn)機械上。缺點是調(diào)速電阻要消耗較大的功率、效率低，低速時須串接大電阻，機械特性較軟，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差。9.3.3三相異步電動機的使用4、三相異步電動機的制動制動使電動機切斷電源后迅速停車。制動類型：電氣制動：機械制動和電氣制動。（1)反接制動在電動機停車時加反相序三相電源，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使電動機快速停車，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時，切斷電源。反接制動時電流大，常在主（定子）電路中串入限流（制動）電阻。常用于小容量電動機。9.3.3三相異步電動機的使用4、三相異步

38、電動機的制動（2) 能耗制動電動機斷開三相電源停車時，在兩電源接線斷間加直流電源，產(chǎn)生直流磁場，進(jìn)而轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使電動機快速停車，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時，切斷直流電源。能耗制動電源能量消耗小，制動平穩(wěn)。9.3.4單相異步電動機單相異步電動機采用單相交流電源供電的異步電動機。廣泛應(yīng)用于電動工具、療器械和自動化控制系統(tǒng)中。家用電器、醫(yī)常用的單相異步電動機有電容式和罩極式兩種類型。9.3.4單相異步電動機1、電容式單相異步電動機單相異步電動機的定子繞組如是單相繞組，轉(zhuǎn) 子為籠型繞組，當(dāng)定子繞組中通入單相交流電后， 在定子內(nèi)會產(chǎn)生一個隨時間按正弦規(guī)律變化而空間位置不變的脈動磁場，它并不旋轉(zhuǎn)。若轉(zhuǎn)子原來是

39、靜止的，在脈動磁場作用下，由于不能切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，它仍保持靜止，電動機不能自行起動。為使單相異步電動機能自行起動，必須使轉(zhuǎn)子在起動時能產(chǎn)生一定的起動轉(zhuǎn)矩。9.3.4單相異步電動機1、電容式單相異步電動機電容式電動機是用電容分相法來產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩的。電容分相式異步電動機定子裝有工作繞組W和起動繞組S，兩個繞組在空間上相差90。起動繞組串接適當(dāng)容量的電容器C后與工作繞組并聯(lián)接至同一單相電源。此時兩繞組上的電流相位差近乎90。9.3.4單相異步電動機1、電容式單相異步電動機當(dāng)具有90相位差的兩個電流通過空間位置相差90的兩相繞組時，產(chǎn)生的合成磁場為旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子在這個旋轉(zhuǎn)磁場的作用下就產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)

40、。電動機的轉(zhuǎn)向由旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向決定。要改變電動機的轉(zhuǎn)向，只要將起動繞組或工作繞組接到電源的兩個端子對調(diào)即可。，9.3.4單相異步電動機1、電容式單相異步電動機如果在起動繞組中串入一個離心開關(guān)，當(dāng)電動機起動運轉(zhuǎn)后依靠離心力的作用使開關(guān)斷開， 起動繞組斷電，但電動機依然能繼續(xù)運轉(zhuǎn)，這種電動機稱為電容起動電動機。如果不串入離心開關(guān)，起動后起動繞組仍通電運行，這種電動機稱為電容運轉(zhuǎn)電動機。9.3.4單相異步電動機例題9.3.2 試說明圖示家用電扇調(diào)速電路的工作原理。解該電扇采用電容式電動機拖動，電路中串入具有抽頭的電抗器，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S處于不同的位置時， 電抗器的電壓降不同，使電動機端電壓改變而實現(xiàn)

41、有級調(diào)速。9.3.4單相異步電動機2、罩極式單相異步電動機罩極式電動機的定子制成凸極式磁極，定子繞組套裝在這個磁極上，并在每個磁極表面上開有一個小槽，將磁極分成大小兩個部分，在較小的一部分套著一個短路銅環(huán)（又稱罩極線圈）。9.3.4單相異步電動機2、罩極式單相異步電動機罩極式電動機當(dāng)定子繞組接入單相交流電流而產(chǎn)生脈動磁場 時，由于短路環(huán)中感應(yīng)電流的作 用，使通過磁極的磁通分成兩個 部分，一部分穿過極面未罩部分，另一部分穿過極面被罩部分。9.3.4單相異步電動機2、罩極式單相異步電動機這兩個部分磁通數(shù)量上不相等，在相位上也不同，通過短路環(huán)上的這部分要滯后另一部分磁通，故電機的磁場是一個移動的磁場

42、?；\型轉(zhuǎn)子在這個移動磁場的作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)。電動機的旋轉(zhuǎn)方向由磁極未加短路環(huán)部分向套有短路環(huán)部分的方向旋轉(zhuǎn)9.4 直流電動機9.4.19.4.29.4.3直流電動機的工作原理直流電動機的勵磁方式和特性無刷直流電動機9.4.1直流電動機的工作原理直流電動機由直流電源供電的電機，主要由定子、轉(zhuǎn)子和其他零部件組成。定子：包括機座、磁極（磁極鐵心與勵磁繞組） 以及電刷裝置（ 圖中未畫出）等。轉(zhuǎn)子：又稱為電樞，包括電樞繞組、電樞鐵心轉(zhuǎn)軸 和換向器圖中未畫出）等。9.4.1直流電動機的工作原理圖中用固定磁極表示由直流電流勵磁產(chǎn)生的定子磁極?？梢苑治觯航柚鷵Q向片的換向作用，在同一磁極下的電樞繞組各導(dǎo)

43、體都具有相同的電流方向，使電 動機產(chǎn)生固定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動負(fù)載運轉(zhuǎn)。9.4.1直流電動機的工作原理（1）直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T與磁極磁通、電樞電流Ia之間的關(guān)系，可表示為（2）電動機轉(zhuǎn)動起來后，電樞繞組的每根導(dǎo)體切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E，E的方向根據(jù)右手定則決定，由于E的方向與電樞電流方向相反，故稱為反電E = CE Fn動勢。它的大小可以表示為：（3）假設(shè)電樞電流Ia在電樞電路電阻Ra上會產(chǎn)生電壓降，則電樞電路的電壓平衡方程為：U = E + Ra Ia：T = CT FIa。9.4.2直流電動機的勵磁方式和特性直流電動機按勵磁方式可分為他勵電動機、并勵電動機、串勵電動機和復(fù)他勵電動

44、機1、他勵電動機他勵電動機的勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個直流電源供電。電動機的轉(zhuǎn)速可以表示為：電動機的機械特性曲線：n =E= U - Ra Ia =U-RaT C FC FC FC C F2EEEET9.4.2直流電動機的勵磁方式和特性2、并勵電動機并勵電動機的勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)后由同一個直流電源供電。并勵電動機和他勵電動機沒有本質(zhì)的區(qū)別，所有他勵電動機的結(jié)論、特性也完全適用于并勵電動機。 小型的直流電動機常常采用永久磁鐵制成的磁極，這種電機稱為永磁式直流電動機。其工作原理及性能與他勵電動機基本相同。9.4.2直流電動機的勵磁方式和特性3、串勵電動機串勵電動機的勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián)后由

45、一個直流電源供電。I=Ia=If在磁路未飽和時，可以認(rèn)為磁通與電樞電流Ia 成正比，即： =kIa。T = CFI= CkI2TaTan =U-Ra + RfT CFCCF2EET9.4.2直流電動機的勵磁方式和特性4、復(fù)勵電動機復(fù)勵電動機有兩個勵磁繞組， 一個與電樞繞組串聯(lián)，另一個并聯(lián)，共同由一個直流電源供電。復(fù)勵電動機的機械特性介于并勵電動機和串勵電 動機之間。復(fù)勵電動機既可以具有串勵電動機的某些 優(yōu)點，又可以象并勵電動機那樣在空載和輕載下運行，在船舶、起重和采礦等設(shè)備中都有應(yīng)用。9.4.3無刷直流電動機無刷直流電動機是隨著大功率開關(guān)器件、稀土永磁材料、微機、電機及控制理論的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種新型電動機。無刷直流電動機具有一般有刷