電機(jī)及拖動技術(shù)

1、高等職業(yè)教育高等職業(yè)教育機(jī)電類課程規(guī)劃教材機(jī)電類課程規(guī)劃教材主編主編鄭立平張晶鄭立平張晶主審主審劉鳳春劉鳳春大連理工大學(xué)出版社大連理工大學(xué)出版社第第1 1章章 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論及運(yùn)行特性直流電機(jī)的基本理論及運(yùn)行特性第第3 3章章 直流電動機(jī)的電力拖動基礎(chǔ)直流電動機(jī)的電力拖動基礎(chǔ)第第4 4章章 直流電機(jī)的電力拖動直流電機(jī)的電力拖動第第5 5章章 變壓器變壓器第第6 6章章 交流電機(jī)的繞組交流電機(jī)的繞組第第7 7章章 三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)第第8 8章章 三相異步電動機(jī)的電力拖動三相異步電動機(jī)的電力拖動第第9 9章章 單相異步

2、電動機(jī)單相異步電動機(jī)第第1010章同步電動機(jī)章同步電動機(jī)第第1111章微特電機(jī)章微特電機(jī)第第1212章電動機(jī)的選擇章電動機(jī)的選擇1.11.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.21.2直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組1.31.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列直流電機(jī)有直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)兩種類型。 1.1.1 1.1.1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)主要分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定、轉(zhuǎn)子之間存在的間隙稱為氣隙。 1.1.定子定子 定子是電機(jī)的靜止部分，主要用來產(chǎn)生磁場。它主要包括: （1 1）主磁極）主磁極 主磁極包括鐵心和勵磁繞組兩部分

3、。 主磁極總是N、S兩極成對出現(xiàn)。 （2 2）換向極）換向極 換向極也由鐵心和繞組構(gòu)成。 圖圖1-1 1-1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖圖1-2 1-2 直流電機(jī)的正剖面圖直流電機(jī)的正剖面圖圖圖1-3 1-3 換向極結(jié)構(gòu)換向極結(jié)構(gòu) 圖圖1-4 1-4 電刷盒裝配電刷盒裝配 （3 3）電刷裝置）電刷裝置 電刷裝置由電刷、刷握、壓緊彈簧和刷桿座等組成。 （4 4）機(jī)座和端蓋）機(jī)座和端蓋 2.2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是電機(jī)的轉(zhuǎn)動部分，轉(zhuǎn)子的主要作用是感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，是機(jī)械能變?yōu)殡娔埽òl(fā)電機(jī)）或電能變?yōu)闄C(jī)械能（電動機(jī)）的樞紐。它主要包括: （1 1）電樞）電樞 電樞又包括鐵心和繞組兩部分。

4、（2 2）換向器）換向器 （3 3）轉(zhuǎn)軸）轉(zhuǎn)軸 在轉(zhuǎn)軸上安裝電樞和換向器。 3.3.氣隙氣隙 靜止的磁極和旋轉(zhuǎn)的電樞之間的間隙稱為氣隙。 1.1.2 1.1.2 直流電機(jī)的基本原理直流電機(jī)的基本原理 1.1.直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理 圖1-7是一臺兩極直流發(fā)電機(jī)的原理圖。 2.2.直流電動機(jī)的基本工作原理直流電動機(jī)的基本工作原理 圖1-8是直流電動機(jī)的原理圖。 1.2.1 1.2.1 電樞繞組的基本知識電樞繞組的基本知識 電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分。 電樞繞組是由許多分布在轉(zhuǎn)子表面的線圈按一定規(guī)律聯(lián)結(jié)而成的閉合繞組。 根據(jù)聯(lián)結(jié)規(guī)律的不同，電樞繞組可分為單疊繞組、單波繞

5、組、復(fù)疊繞組、復(fù)波繞組及混和繞組五種型式 1.1.繞組元件繞組元件 構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，是用絕緣銅線繞制的。 2.2.元件數(shù)、槽數(shù)、換向片數(shù)的關(guān)系元件數(shù)、槽數(shù)、換向片數(shù)的關(guān)系 元件數(shù)等于換向片數(shù)等于槽數(shù)，即 S=K=Z 式中 S元件數(shù); K換向片數(shù); Z電樞實(shí)際槽數(shù)。 包含虛槽的電機(jī)中元件數(shù)等于換向片數(shù)等于虛槽數(shù)，即 S=K=Zu 3.3.疊繞組和波繞組疊繞組和波繞組 疊繞組是指相串聯(lián)的后一個元件端接部分緊疊在前一個元件端接部分的上面，整個繞組成褶疊式前進(jìn); 波繞組是指相串聯(lián)的兩個元件像波浪式前進(jìn)如圖1-10所示。1.2.2 1.2.2 電樞繞組的節(jié)距電樞繞組的節(jié)距 1.1.極距極距

6、極距就是一個磁極在電樞表面的空間距離，即 =D/2p 字母表示極距，D表示電樞直徑，p表示磁極對數(shù)。 實(shí)際上，常用一個磁極表面所占的虛槽Zu 來計算極距，即圖圖1-10 1-10 電樞繞紐和節(jié)距電樞繞紐和節(jié)距 =Zu /2p 2.2.第一節(jié)距第一節(jié)距y y1 1 第一節(jié)距是指一個線圈兩個有效邊之間在電樞表面上的跨距，以虛槽數(shù)表示，如圖1-10所示。 為了讓繞組能感應(yīng)出最大的電動勢，應(yīng)使接近或等于極距.即 y 1 =Zu /2p 式中正分?jǐn)?shù)，是將y1補(bǔ)成整數(shù)的一個正分?jǐn)?shù)。 若=0，則y1 =，稱為整距繞組; 若取正號，則y1 稱為長距繞組; 若取負(fù)號，則y1 TL，dn/dt 0時，系統(tǒng)處于加速

7、運(yùn)行狀態(tài)，即處于瞬態(tài)過程。 （3）當(dāng)TemTL，dn/dt 0時，系統(tǒng)處于減速運(yùn)行狀態(tài)，也是處于瞬態(tài)過程。 3.1.23.1.2運(yùn)動方程式中轉(zhuǎn)矩方向的確定運(yùn)動方程式中轉(zhuǎn)矩方向的確定 首先選定電動機(jī)處于電動狀態(tài)時的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檗D(zhuǎn)速 n的正方向。 1.電磁轉(zhuǎn)矩 Tem與轉(zhuǎn)速n的正方向相同時為正，相反時為負(fù); 2.負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL與轉(zhuǎn)速n的正方向相反時為正，相同時為負(fù); 3.慣性轉(zhuǎn)矩 (GD2/375) dn/dt 的大小及正、負(fù)號由Tem和 TL的代數(shù)和決定。3.2.1 3.2.1 工作機(jī)構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算工作機(jī)構(gòu)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算 TL=TL/k 3.2.23.2.2直線工作機(jī)構(gòu)負(fù)載力的折算直線工作機(jī)構(gòu)負(fù)

8、載力的折算 TL=9.55 FLvL/n 如果起重機(jī)下放重物 TL=9.55 (FLvL/n) 3.2.33.2.3傳動機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)飛輪矩的折算傳動機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)飛輪矩的折算 圖圖3-1 3-1 旋轉(zhuǎn)工作機(jī)構(gòu)的電力拖動系旋轉(zhuǎn)工作機(jī)構(gòu)的電力拖動系 GD2 =GD2M + GD21 /k21 + GD22/（k1 k22 + + GD2L /k2 在實(shí)際計算時，可以采用下式來估算系統(tǒng)總的飛輪矩 GD2 =（1+）GD2M 3.2.4 3.2.4 直線工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動質(zhì)量的折算直線工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動質(zhì)量的折算 GD2 =365 G Lv2L /n2 圖圖3-2 3-2 直線工作機(jī)構(gòu)的電力拖動系統(tǒng)直線工作機(jī)構(gòu)

9、的電力拖動系統(tǒng) 例3-1 某電力拖動系統(tǒng)如圖3-3所示。 已知轉(zhuǎn)速比 n/n1 =5， n1/n L=4，飛輪矩 GD2M =20Nm2 ，GD21 =100Nm2， GD2L =800Nm2 ，工作機(jī)構(gòu)上的靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL =4000Nm（阻轉(zhuǎn)矩），每對齒輪的傳動效率1 =2 =0.96。 求（1）折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL ; （2）折算到電動機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪矩GD2 ; （3）對電動機(jī)軸列出運(yùn)動方程式 （不計電動機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩）。 圖圖3-3 3-3 例題例題3-13-1 解 電動機(jī)軸與工作機(jī)構(gòu)軸之間的總轉(zhuǎn)速比: k=（n/n1）（n1/nL） =54=20 傳動機(jī)構(gòu)的效率 =12 =

10、0.960.96=0.92 （1）折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL =TL /k =4000/(0.9220)=217（Nm） （2）折算到電動機(jī)軸上的總飛輪矩 GD2 =GD2M +GD21/k21 + GD2L（k1 k2）2 =20+100/52 +800/（54）2 =26（Nm2） （3）對電動機(jī)軸列寫運(yùn)動方程式 根據(jù) Tem-TL =(GD2/375) (dn/dt) 得 Tem-217=(26/375) (dn/dt) =0.0693dn/dt 負(fù)載的機(jī)械特性也稱為負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，簡稱負(fù)載特性。 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性基本上可以分為三大類: 3.3.1 3.3.1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒

11、轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，是指生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速n無關(guān)的特性。 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又分為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種。 1.1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載圖圖3-4 3-4 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 2. 2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載3.3.2 3.3.2 恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載特性 負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n成反比。恒功率負(fù)載特性是一條雙曲線，如圖3-6所示。3.3.3 3.3.3 通風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性通風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性 負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比。 這類機(jī)械的負(fù)載特性是一條拋物線。 實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性可能是以某種典型為主，或者是幾種典型特

12、性的結(jié)合。 圖圖3-5 3-5 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖圖3-6 3-6 恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載特性 圖圖3-7 3-7 通風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性通風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性 電動機(jī)的機(jī)械特性是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與其電磁轉(zhuǎn)矩 Tem 之間的關(guān)系: n=f（Tem）。3.4.13.4.1直流電動機(jī)機(jī)械特性的表達(dá)式直流電動機(jī)機(jī)械特性的表達(dá)式 n=n0-Tem=n0n3.4.2 3.4.2 固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性圖圖3-9 3-9 他勵直流電動機(jī)的固有機(jī)械持性他勵直流電動機(jī)的固有機(jī)械持性 3.4.3 3.4.3 人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性 1.電樞回路串接電阻的人為機(jī)械特性 2.改變電樞電壓的人為機(jī)械

13、特性 3.減弱磁通時的人為機(jī)械特性 圖圖3-10 3-10 他勵直流電動機(jī)電樞回他勵直流電動機(jī)電樞回路串電阻人為機(jī)械特性路串電阻人為機(jī)械特性圖圖3-11 3-11 他勵直流電動機(jī)降壓他勵直流電動機(jī)降壓 人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性 圖圖3-12 3-12 他勵直流電動機(jī)減弱他勵直流電動機(jī)減弱磁通人為機(jī)械特性磁通人為機(jī)械特性3.5.1 3.5.1 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 設(shè)有一電力拖動系統(tǒng)，原來處于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，由于受到外界某種擾動，如負(fù)載的突然變化或電網(wǎng)電壓的波動等，導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開了原來的平衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在新的條件下達(dá)到新的平衡狀態(tài)，或者當(dāng)外界擾動消失后能

14、自動恢復(fù)到原來的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)運(yùn)行，則稱該系統(tǒng)是穩(wěn)定的; 如果當(dāng)外界擾動消失后，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速或是無限制地上升，或是一直下降至零，則稱該系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。3.5.2 3.5.2 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件 （1 1）必要條件）必要條件: : 電動機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性必須有交點(diǎn)，即存在Tem =TL ; （2 2）充分條件）充分條件: : 在交點(diǎn)Tem =TL 處， 滿足dTem/dn n0 時，應(yīng)用范圍較小。 回饋制動適用于位能負(fù)載的穩(wěn)定速度下放。4.2.4 4.2.4 直流電動機(jī)的反轉(zhuǎn)直流電動機(jī)的反轉(zhuǎn) 一是改變電樞電流的方向; 二是改變勵磁電流的方向（即改變主磁場的方

15、向）。4.3.1 4.3.1 調(diào)速性能指標(biāo)調(diào)速性能指標(biāo) 1.1.調(diào)速范圍調(diào)速范圍 D=nmax /nm in 2.2.調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性 K=ni/ni-1 3.3.調(diào)速的相對穩(wěn)定性調(diào)速的相對穩(wěn)定性 s=nN /n0 100% 4.4.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性4.3.2 4.3.2 調(diào)速方法調(diào)速方法 1.1.電樞回路串電阻調(diào)速電樞回路串電阻調(diào)速 這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是: （1）調(diào)度的平滑性差; （2）低速時，特性較軟，穩(wěn)定性較差 （3）輕載時調(diào)速效果不大; 圖圖4-14 4-14 電樞串電阻調(diào)速的機(jī)械特性電樞串電阻調(diào)速的機(jī)械特性 （4）串入的電阻損耗大，效率越低; （5）電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不宜調(diào)

16、節(jié)得太低，因此調(diào)速范圍小，一般D=23。但這種調(diào)速方法具有設(shè)備簡單，操作方便的優(yōu)點(diǎn)，適于作短時調(diào)速，在起重和運(yùn)輸牽引裝置中得到廣泛的應(yīng)用。 2.2.減弱磁通調(diào)速減弱磁通調(diào)速4-15 4-15 他勵電動機(jī)改變磁通調(diào)速接線他勵電動機(jī)改變磁通調(diào)速接線 圖圖4-16 4-16 改變磁通調(diào)速機(jī)械特性改變磁通調(diào)速機(jī)械特性 這種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是: （1）可以用小容量調(diào)節(jié)電阻，控制簡單，調(diào)速平滑性較好; （2）投資少，能量損耗小，調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性好。 這種調(diào)速方法的主要缺點(diǎn)是: 因?yàn)檎９ぷ鲿r，磁路已趨飽和，所以只能采取弱磁調(diào)速方式，調(diào)速范圍不廣。 普通電機(jī)D=1.22，特殊設(shè)計D可達(dá)到34。 3.3.降低電樞電

17、壓調(diào)速降低電樞電壓調(diào)速圖圖4-17 4-17 改變電樞電壓的機(jī)械特性改變電樞電壓的機(jī)械特性 降壓調(diào)速的特點(diǎn)是: （1）可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，平滑性很好; （2）由于機(jī)械特性斜率不變，相對穩(wěn)定性較好; （3）調(diào)速范圍較廣; （4）調(diào)速過程能量損耗較小; （5）需專用電源，設(shè)備投資較大。 為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，常常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來。 5.15.1變壓器的基本原理和結(jié)構(gòu)及其額定值變壓器的基本原理和結(jié)構(gòu)及其額定值5.25.2單相變壓器的空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行5.35.3變壓器的參數(shù)測定變壓器的參數(shù)測定5.45.4三相變壓器三相變壓器5.55.5變壓器的應(yīng)用變壓器的應(yīng)用

18、5.1.1 5.1.1 變壓器的主要用途變壓器的主要用途1.1.變壓器的作用變壓器的作用 它的作用是將一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)換成另一種電壓等級的交流電能。 2.2.變壓器的分類變壓器的分類 （1 1）按用途，變壓器可分為）按用途，變壓器可分為: : 電力變壓器（包括升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器等）、儀用互感器（電壓互感器和電流互感器）和特種變壓器（調(diào)壓變壓器、電爐變壓器、電焊變壓器、整流變壓器等）。 （2 2）按相數(shù)可分為）按相數(shù)可分為: : 單相變壓器和三相變壓器。 （3 3）按繞組的個數(shù)可分為）按繞組的個數(shù)可分為: : 自耦變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器。 （4

19、4）按鐵心結(jié)構(gòu)，可分為）按鐵心結(jié)構(gòu)，可分為: : 心式變壓器和殼式變壓器。 （5 5）按冷卻介質(zhì)和冷卻方式可分為）按冷卻介質(zhì)和冷卻方式可分為: : 干式（空氣冷卻）變壓器、油浸式變壓器（包括油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式、油浸強(qiáng)迫油循環(huán)式等）和充氣式冷卻變壓器。5.1.25.1.2變壓器的工作原理變壓器的工作原理5.1.35.1.3變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu) 1.鐵心 2.繞組 3.絕緣套管 圖圖5-1 5-1 變壓器工作原理示意圖變壓器工作原理示意圖 圖圖5-2 5-2 油浸式電力變壓器的外形圖油浸式電力變壓器的外形圖 4.油箱及變壓器油 5.保護(hù)裝置 （1）儲油柜 （2）吸濕器 （3）氣體繼

20、電器和安全氣道 （4）散熱器5.1.45.1.4變壓器的銘牌變壓器的銘牌 1.1.變壓器的額定容量變壓器的額定容量S SN N。是指變壓器在額定運(yùn)行時輸出的視在功率。 2.2.變壓器的額定電壓變壓器的額定電壓U U1N1N/U/U2N2N。是指變壓器在空載狀態(tài)下一次側(cè)允許的電壓和二次側(cè)測得的電壓。 3.3.變壓器的額定電流變壓器的額定電流I I1N1N/I/I2N2N。變壓器在額定容量下，一次側(cè)和二次側(cè)繞組允許長期通過的電流 。 4.4.變壓器的額定頻率變壓器的額定頻率f fN N。變壓器電壓或電流每秒交變的次數(shù)，我國規(guī)定工業(yè)用電的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz。 例5-1 一臺三相雙繞組變壓器，額定數(shù)據(jù)

21、 SN=750kVA， U1N/U2N=6000/400V。 求變壓器一次側(cè)和二次側(cè)繞組的額定電流。 解 I1N =SN /3 U1N =750103/36000 =72.17（A） I2N =SN /3 U2N =750103/3400 =1082.56（A）變壓器的空載運(yùn)行是指變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次側(cè)開路時的運(yùn)行狀態(tài)。1.1.正方向的規(guī)定正方向的規(guī)定 正方向就是先規(guī)定一個參考方向。 （1）在負(fù)載支路（變壓器的一次側(cè)對電源而言相當(dāng)于負(fù)載），電流的正方向與電壓降的正方向一致; 在電源支路（變壓器的二次側(cè)對負(fù)載而言相當(dāng)于電源），電流的正方向與電動勢的正方向一致。 （

22、2）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則。 （3）感應(yīng)電動勢的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則。 2.2.空載運(yùn)行的電磁關(guān)系空載運(yùn)行的電磁關(guān)系 （1）主磁通和漏磁通 主磁通占總磁通的絕大部分，而漏磁通只大約占主磁通的1%。 圖圖5-11 5-11 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行 （2）感應(yīng)電動勢與電壓比 設(shè)主磁通= m sint 各感應(yīng)電動勢的有效值為 E1= N1m /2 =2f1N1m/2 =4.44f1N1m E2= N2m /2 =2f1N2m/2 =4.44f1N2m E1=N11m /2 =2f1N11m /2 =4.44f1N11m 一、二次繞

23、組電動勢之比稱為電壓比，用k表示 k=E1/E2 =N1/N2 3.3.空載運(yùn)行的電動勢平衡方程空載運(yùn)行的電動勢平衡方程 U1=-E1- E1+I0r1=-E1 +I0（r1 +jx1）=-E1 +I0Z1 4. 4.空載運(yùn)行的等效電路空載運(yùn)行的等效電路 U1=-E1+I0Z1=I0（rm +jxm）+I0（r1 +jx1）5.2.2 5.2.2 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行 變壓器的負(fù)載運(yùn)行，是指變壓器的一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次側(cè)接負(fù)載時的運(yùn)行狀態(tài)。 1.1.負(fù)載運(yùn)行的磁通勢平衡方程負(fù)載運(yùn)行的磁通勢平衡方程 I1 =I0 +I2（-N2 /N1 ）=I0 +

24、I2（-1/k ） 圖圖5-12 5-12 變壓器空載時的等效電路變壓器空載時的等效電路 圖圖5-13 5-13 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行 2.2.負(fù)載運(yùn)行的電動勢平衡方程負(fù)載運(yùn)行的電動勢平衡方程 （1 1）一次繞組的電動勢方程式）一次繞組的電動勢方程式 U1=-E1- E1+I1r1=-E1 +I1（r1 +jx1）=-E1 +I1Z1 （2 2）二次繞組的電動勢方程式）二次繞組的電動勢方程式 U2=-E2- E2+I2r2=-E2 +I2（r2 +jx2）=-E2 +I2Z2 （3 3）負(fù)載運(yùn)行時變壓器的基本方程式）負(fù)載運(yùn)行時變壓器的基本方程式 U1 =-E1+I1Z1 U

25、2 =-E2+I2Z2 I1 =I0+(-I2/k ） k =E1/E2 -E1 =I0Zm U2 =I2ZL 3. 3.變壓器的參數(shù)折算變壓器的參數(shù)折算 （1）變壓器折算的目的 （2）變壓器折算的方法 二次電動勢、電壓的折算 E2 =kE2 同理 U2 =kU2 圖圖5-14 5-14 變壓器一、二次側(cè)等效電路變壓器一、二次側(cè)等效電路 二次電流的折算 I2 =(N2/N1)I2 =I2/k 二次阻抗的折算 r2 =（I2 /I2）2r2 =k2r2 x2 =（I2 /I2）2x2 =k2x2 二次負(fù)載阻抗的折算 ZL =k2 ZL 4.4.變壓器負(fù)載時的等效電路變壓器負(fù)載時的等效電路 圖圖5

26、-15 5-15 變壓器的變壓器的T T型等效電路型等效電路 圖圖5-16 5-16 變壓器的近似等效電路變壓器的近似等效電路 5.3.1 5.3.1 空載試驗(yàn)空載試驗(yàn) 空載試驗(yàn)的目的是測出空載電流 I0、空載電壓 U0和空載損耗 P0，并計算出電壓比 k和勵磁阻抗 Zm。 變壓器空載時的總阻抗為 |Z0|=|Z1 +Zm|=U1N /I0 k=U20 / U1N 5.3.2 5.3.2 短路試驗(yàn)短路試驗(yàn) 短路試驗(yàn)的目的是測量短路電流 IK、短路損耗 PK和短路電壓 UK，并計算變壓器的短路阻抗 ZK 。 圖圖5-18 5-18 空載試驗(yàn)原理接線圖空載試驗(yàn)原理接線圖 |Zk|=UK / IK

27、rk=PK / I2k Xk =Z2K -R2k 對于T形等效電路，可以認(rèn)為: r1r2=rK/2，x1x2=xK/2。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，油浸電力變壓器和電機(jī)的繞組應(yīng)換算為75下的數(shù)值。 rK75=(234.5+75)/(234.5+)rK 在75時的短路阻抗為 |ZK75|=r2K75+r2K UK75=I1N |ZK75| /U1N100% 圖圖5-19 5-19 短路試驗(yàn)原理線圖短路試驗(yàn)原理線圖 5.4.1 5.4.1 三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng) 1.1.三相變壓器組的磁路系統(tǒng)三相變壓器組的磁路系統(tǒng) 圖圖5-20 5-20 三相變壓器組的磁路系統(tǒng)三相變壓器組的磁路系統(tǒng) 2

28、. 2.三相心式變壓器的磁路系統(tǒng)三相心式變壓器的磁路系統(tǒng)5.4.2 5.4.2 三相變壓器的電路系統(tǒng)（聯(lián)結(jié)組別）三相變壓器的電路系統(tǒng)（聯(lián)結(jié)組別） 1.1.三相變壓器的繞組聯(lián)結(jié)三相變壓器的繞組聯(lián)結(jié) （1）三相繞組的端點(diǎn)標(biāo)識 對于三相變壓器而言，繞組的標(biāo)識為: A、B、C表示三相高壓繞組的首端; 圖圖5-21 5-21 三相心式變壓器磁路系統(tǒng)三相心式變壓器磁路系統(tǒng) X、Y、Z表示三相高壓繞組的末端; x、y、z表示三相低壓繞組的首端; a、b、c表示三相低壓繞組的末端; N、n表示星形聯(lián)結(jié)的高壓和低壓繞組的中性點(diǎn)。 （2）三相繞組的聯(lián)結(jié)法 星形聯(lián)結(jié) 三角形聯(lián)結(jié)圖圖5-22 5-22 星形聯(lián)結(jié)星形聯(lián)

29、結(jié) 圖圖5-23 5-23 三角形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié) 2.2.三相變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號三相變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號 （1 1）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組 三相變壓器高、低壓側(cè)的聯(lián)結(jié)方式有Y,y; Y,d; D,d; D,y四種。逗號前面字母表示高壓側(cè)的聯(lián)結(jié)方式，逗號后面字母表示低壓側(cè)的聯(lián)結(jié)方式，繞組的聯(lián)結(jié)方式就是變壓器的聯(lián)結(jié)組。 （2 2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別 Y，y0聯(lián)結(jié) 圖圖5-24 Y5-24 Y，y 0 y 0 聯(lián)結(jié)組聯(lián)結(jié)組 Y，d聯(lián)結(jié) Y，d聯(lián)結(jié)的三相變壓器有1、3、5、7、9、11六種奇數(shù)組號的聯(lián)結(jié)組。 （3 3）三相變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)）三相變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組結(jié)組

30、 國家對變壓器的聯(lián)結(jié)組作了統(tǒng)一規(guī)定，規(guī)定Y，yn0;Y，d11;YN，d11;YN，y0;Y，y0五種作為三相雙繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組。 最常用的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號有三種:圖圖5-25 Y5-25 Y，d11d11聯(lián)結(jié)組聯(lián)結(jié)組 Y Y，yn0: yn0: 主要用于配電線路中，高壓側(cè)電壓不超過35kV,低壓側(cè)電壓低于400V，由于低壓側(cè)有中性線，因此低壓側(cè)還可提供單相電壓200V。 Y Y，d11: d11: 用于高壓側(cè)電壓不超過35kV，低壓側(cè)電壓超過400V的配電線路中。 YNYN，d11: d11: 用于110kV及以上高壓輸電線路。可為高壓側(cè)電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地提供條件。5.5.1 5.5.

31、1 整流變壓器整流變壓器 1.1.整流變壓器的作用整流變壓器的作用 整流變壓器主要用作硅整流設(shè)備的電源變壓器，它將電源電壓變換成整流器所需要的交流電壓，還可以將三相交流系統(tǒng)變換為多相系統(tǒng)，以減小整流器輸出直流電壓脈動的作用。 2.2.整流變壓器的特點(diǎn)整流變壓器的特點(diǎn) （1）一、二次繞組的視在功率不相等，而且二次視在功率大于一次視在功率。 （2）由于阻抗大，其外形較短胖，并且繞組和鐵心的機(jī)械強(qiáng)度也大。 （3）有特殊的繞組聯(lián)結(jié)組及補(bǔ)償裝置。 （4）效率較低。 3.3.整流變壓器的分類整流變壓器的分類 4.4.整流變壓器的運(yùn)行原理整流變壓器的運(yùn)行原理圖圖5-26 5-26 單相半波不單相半波不可控整

32、流電路可控整流電路5.5.2 5.5.2 電焊變壓器電焊變壓器 電焊變壓器又稱焊接用變壓器。對電焊變壓器有幾點(diǎn)要求: （1）電焊變壓器應(yīng)具有6070V空載電壓，以保證容易起弧. （2）焊接電流要求能夠調(diào)節(jié)大小。 （3）電焊變壓器應(yīng)有迅速下降的外特性。 （4）短路電流要大小適宜。 圖圖5-28 5-28 電焊變壓器的原理接線圖電焊變壓器的原理接線圖 5.5.3 5.5.3 自耦變壓器自耦變壓器 1.1.自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2.2.自耦變壓器的主要優(yōu)缺點(diǎn)和用途自耦變壓器的主要優(yōu)缺點(diǎn)和用途 降低成本，減少變壓器的體積、重量，且有利于大型變壓器的運(yùn)輸和安裝。并且內(nèi)部銅損耗和鐵損耗

33、小，提高了效率。 圖圖5-29 5-29 自耦變壓器自耦變壓器 自耦變壓器的缺點(diǎn)是由于一、二次繞組之間有電的聯(lián)系，當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生電氣故障將直接涉及到低壓側(cè)，因此變壓器內(nèi)部絕緣與過電壓保護(hù)措施要加強(qiáng)。自耦變壓器不能作為安全照明變壓器使用。 在高電壓、大容量的輸電系統(tǒng)中，自耦變壓器主要用來聯(lián)結(jié)兩個電壓等級相近的電力網(wǎng)，作聯(lián)絡(luò)變壓器。在實(shí)驗(yàn)室中采用二次側(cè)帶滑動接觸的自耦變壓器用作調(diào)壓器。此外，自耦變壓器還可用作異步電動機(jī)的啟動補(bǔ)償器。 3.3.自耦變壓器的基本方程式自耦變壓器的基本方程式 （1 1）電壓關(guān)系）電壓關(guān)系 U1a E1 =4.44fN1m U2a E2 =4.44fN2m k=E1/E2

34、=N1/N2 （2 2）電流關(guān)系）電流關(guān)系 I2=I1a +I2a =（-1/k ）I2a +I2a =(1 I/k )I2a （3 3）自耦變）自耦變 S2 =U2aI2a =U2a（I2+I1a）=U2aI2+U2aI1a 4.4.使用應(yīng)注意的問題使用應(yīng)注意的問題 （1）在電網(wǎng)中運(yùn)行的自耦變壓器，中性點(diǎn)必須可靠接地。 （2）一次側(cè)、二次側(cè)需加裝避雷裝置。 （3）自耦變壓器短路保護(hù)措施的要求比雙繞組變壓器要高,要有限制短路電流的措施。 （4）使用三相自耦變壓器時，通常增加一個三角形聯(lián)結(jié)的附加繞組，用來抵消三次諧波。5.5.4 5.5.4 儀用互感器儀用互感器 1. 1.電壓互感器電壓互感器

35、使用電壓互感器需注意以下事項: （1）使用電壓互感器時二次側(cè)不允許短路。 （2）二次繞組和鐵心應(yīng)可靠接地，保證測量人員的安全。 2.2.電流互感器電流互感器 使用電流互感器需注意以下事項: （1）使用電流互感器時不允許二次側(cè)開路。 （2）二次繞組和鐵心應(yīng)可靠接地，保證測量人員的安全。 圖圖5-31 5-31 電流互感器原理圖電流互感器原理圖 圖圖5-30 5-30 電壓互感器原理圖電壓互感器原理圖 6.16.1交流繞組的基本知識交流繞組的基本知識6.26.2三相單層繞組及雙層繞組三相單層繞組及雙層繞組6.36.3交流繞組的電動勢交流繞組的電動勢6.46.4交流繞組的磁通勢交流繞組的磁通勢6.1

36、.1 6.1.1 交流電機(jī)的主要型式交流電機(jī)的主要型式 1.同步電機(jī) 2.異步電機(jī)6.1.2 6.1.2 交流電機(jī)繞組的基本要求和分類交流電機(jī)繞組的基本要求和分類 1.對交流繞組的基本要求 （1）三相繞組必須對稱。 （2）線圈的組成應(yīng)遵循電動勢相加的原則，以獲得盡可能大的線圈電動勢和磁通勢。 （3）波形好。 （4）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣強(qiáng)度，散熱條件好。 （5）制造簡單、節(jié)省材料、工藝性好、維修方便。 2.2.交流繞組的分類交流繞組的分類 （1）按相數(shù)可分為單相繞組和多相繞組。 （2）按槽內(nèi)層數(shù)可分為單層繞組和多層繞組。 （3）按每極每相槽數(shù)可分為整數(shù)槽繞組和分?jǐn)?shù)槽繞組。 6.1.3 6.1.

37、3 交流繞組的幾個基本術(shù)語交流繞組的幾個基本術(shù)語 1.1.極距極距 相鄰磁極軸線之間沿定子內(nèi)圓表面跨過的距離稱為極距，用表示。 =Z/2p 2.2.電角度電角度 電角度=p機(jī)械角度 3.3.槽距角槽距角 =(p360)/Z 4.4.線圈（元件）線圈（元件） 線圈是構(gòu)成交流繞組的基本單元。 5.5.線圈節(jié)距線圈節(jié)距y 1 y 1 （第一節(jié)距）（第一節(jié)距） 一個線圈的兩個有效邊所間隔的距離稱為線圈節(jié)距，用槽數(shù)表示。 線圈節(jié)距等于極距（y1 =）的繞組稱為整距繞組; 線圈節(jié)距大于極距（y1 ）的繞組稱為長距繞組; 線圈節(jié)距小于極距（y1 ）的繞組稱為短距繞組。 6.6.每極每相槽數(shù)每極每相槽數(shù)q q

38、 每個磁極下每相繞組有效邊所占有的槽數(shù)，稱為每極每相槽數(shù)，用q表示。 q=Z/2mp 7.7.相帶相帶 每一磁極下，每相繞組所占有的電角度稱為繞組的相帶。圖6-1 相帶分布情況6.2.1 6.2.1 三相單層繞組三相單層繞組 單層繞組的每個槽內(nèi)只放置一個線圈邊，整臺電機(jī)的線圈總數(shù)等于定子槽數(shù)的一半。 1.1.三相單層同心式繞組三相單層同心式繞組 同心式繞組是由幾何尺寸和節(jié)距不等的線圈連成同心形狀的線圈組構(gòu)成。 現(xiàn)以一臺三相單層繞組，定子槽數(shù)Z=24，磁極數(shù)2p=2，每相支路數(shù)2a=2的三相交流電機(jī)為例。 圖圖6-2 6-2 三相單層同心式三相單層同心式 繞組展開圖（繞組展開圖（A A相）相）

39、2. 2.三相單層鏈?zhǔn)嚼@組三相單層鏈?zhǔn)嚼@組 單層鏈?zhǔn)嚼@組是由形狀、幾何尺寸和節(jié)距都相同的線圈構(gòu)成，每個線圈都像鏈條上的一個個環(huán)，故稱為鏈?zhǔn)嚼@組。 以定子槽數(shù)為24，磁極數(shù)為4，每相支路數(shù)為1的三相異步電動機(jī)定子繞組為例。 圖圖6-3 6-3 三相單層鏈?zhǔn)嚼@組展開圖（三相單層鏈?zhǔn)嚼@組展開圖（A A相）相） 3.3.三相單層交叉式繞組三相單層交叉式繞組 由兩組大小線圈交叉布置，故稱交叉式繞組。 以一臺Z=36，2p=4，2a=2的三相交流電機(jī)為例。 圖圖6-4 6-4 三相單層交叉式繞組展開圖（三相單層交叉式繞組展開圖（A A相）相） 單層繞組的優(yōu)點(diǎn)是: 工藝簡單，制造較容易; 下線方便，槽的利用

40、率比較高，不會在槽內(nèi)發(fā)生層間或相間絕緣擊穿故障。 單層繞組的缺點(diǎn)是: 故槽漏抗較大; 不能通過選擇節(jié)距來抑制電動勢和磁通勢中的高次諧波，電磁性能較差。 單層繞組廣泛應(yīng)用于10kW以下的小型異步電動機(jī)中。6.2.2 6.2.2 三相雙層繞組三相雙層繞組 雙層繞組的每個槽內(nèi)放置兩個線圈邊，分上下兩層嵌放，中間用層間絕緣隔開。 以一臺定子槽數(shù) Z=36，磁極數(shù) 2P=4，每相支路數(shù) 2a=2的三相交流電機(jī)為例。 雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)是: 所有線圈尺寸相同，有利于繞制;圖圖6-5 6-5 三相雙層疊繞組三相雙層疊繞組A A相展開圖（相展開圖（a=1a=1） 有利于散熱; 繞組節(jié)距可以合理靈活地選擇; 可以得

41、到較多的并聯(lián)支路數(shù)。 雙層繞組的缺點(diǎn)是: 嵌線工藝復(fù)雜，下線較困難; 線圈組間連線較長，不經(jīng)濟(jì); 降低了槽的利用率; 短距時，存在相間絕緣擊穿的可能性。 三相雙層繞組廣泛應(yīng)用于10kW以上的同步電機(jī)和大中型異步電動機(jī)中。6.3.1 6.3.1 線圈的感應(yīng)電動勢及短距系數(shù)線圈的感應(yīng)電動勢及短距系數(shù) 1.1.導(dǎo)體的電動勢導(dǎo)體的電動勢 氣隙中離坐標(biāo)原點(diǎn)處的磁通密度的表達(dá)式為 Bx = Bm sin圖圖6-6 6-6 交流發(fā)電機(jī)模型交流發(fā)電機(jī)模型 圖圖6-7 6-7 導(dǎo)體的電動勢導(dǎo)體的電動勢 （1 1）電動勢頻率）電動勢頻率 f1 =pn/60 （2 2）電動勢的大小）電動勢的大小 e=Bx lv=B

42、m lvsin=Em sint 有效值 Ec1 =(Bl/2) (2p/60) n =(/2)f11 =2.22f11 2. 2.整距線圈的電動勢整距線圈的電動勢 整距線圈的電動勢的有效值為 Eyl（y 1 =）=4.44f1 Nc1 3. 3.短距線圈的電動勢短距線圈的電動勢圖圖6-8 6-8 整距線圈電動勢整距線圈電動勢 短距線圈電動勢的有效值為 Eyl（y 1 6，允許直接起啟動。 （2）對40kW的三相異步電動機(jī)，有， 3/4 +600/(440) =4.55.5不允許直接啟動。8.2.3 8.2.3 降壓啟動降壓啟動 （1 1）星形）星形三角形（三角形（Y-DY-D）降壓啟動）降壓啟

43、動 （a a）星形聯(lián)接的定子繞組）星形聯(lián)接的定子繞組 （b b）三角形聯(lián)接的定子繞組）三角形聯(lián)接的定子繞組 圖圖8-7 8-7 鼠籠式電動機(jī)的星形鼠籠式電動機(jī)的星形三角形（三角形（YDYD）轉(zhuǎn)換啟動）轉(zhuǎn)換啟動 鼠籠式電動機(jī)的星形三角形（Y-D）轉(zhuǎn)換啟動電流為直接啟動電流的1/3。 啟動轉(zhuǎn)矩也減小到直接啟動時的1/3。 這種方法只適合于空載或輕載時啟動。 （2 2）自耦變壓器降壓啟動）自耦變壓器降壓啟動 啟動時電源接自耦變壓器原邊，副邊接電動機(jī)，啟動結(jié)束后電源直接加到電動機(jī)上。 自耦變壓器降壓啟動適用于容量較大的或正常運(yùn)行時聯(lián)成星形不能采用星形-三角形（Y-D）轉(zhuǎn)換啟動的鼠籠式異步電動機(jī)。 圖圖8-8 8-8 自耦變壓器降壓啟動接線圖自耦變壓器降壓啟動接線圖8.3.1 8.3.1 機(jī)械制動機(jī)械制動 機(jī)械制動是利用機(jī)械裝