變壓器與電動機(第5次).

1、第第 3 章章 變壓器變壓器與電動機簡介與電動機簡介 變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。子線路中應(yīng)用廣泛。變電壓：變電壓：電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 變阻抗：變阻抗：電子線路中的阻抗匹配電子線路中的阻抗匹配變電流：變電流：電流互感器電流互感器 ： 在能量傳輸過程中，當輸送功率在能量傳輸過程中，當輸送功率P =UI cos 及及負載功率因數(shù)負載功率因數(shù)cos 一定時：一定時：電能損耗小電能損耗小節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟）節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟）U I P = I RlI S 發(fā)電廠發(fā)電廠10.5kV輸電線輸電線220kV升壓升壓儀器儀器36V降壓降

2、壓實驗室實驗室380 / 220V降壓降壓變電站變電站 10kV降壓降壓降壓降壓變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的磁路變壓器的磁路1u2uLZ1i2i單相變壓器單相變壓器+由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成厚厚0.35mm 或或 0.5mm鐵心鐵心一次一次繞組繞組N1二次二次繞組繞組N2鐵心鐵心下 頁上 頁變壓器變壓器返 回下 頁上 頁電力變壓器電力變壓器返 回下 頁上 頁三相電力變壓器三相電力變壓器返 回下 頁上 頁小變壓器小變壓器返 回下 頁上 頁調(diào)壓器調(diào)壓器整流器整流器牽引電磁鐵牽引電磁鐵電流互感器電流互感器返 回3.1變壓器變壓器3.3.1變壓器的工作原理變壓器的工作原理3.1.1變壓

3、器的工作原理變壓器的工作原理1變壓器的分類變壓器的分類按用途分按用途分：電力變壓器，特種用途變壓器。電力變壓器，特種用途變壓器。按相數(shù)分按相數(shù)分：單相、三相和多相變壓器。單相、三相和多相變壓器。按繞組數(shù)分按繞組數(shù)分：雙繞組、多繞組及自耦變壓器。雙繞組、多繞組及自耦變壓器。2變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器鐵心變壓器鐵心：硅鋼片疊壓而成。硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組變壓器繞組：高強度漆包線繞制而成。高強度漆包線繞制而成。其他部件其他部件：油箱、冷卻裝置、保護裝置等。油箱、冷卻裝置、保護裝置等。變壓器鐵心變壓器鐵心：硅鋼片疊壓而成。硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組變壓器繞組：高強度漆包線繞制而成。高強度漆包

4、線繞制而成。其他部件其他部件：油箱、冷卻裝置、保護裝置等。油箱、冷卻裝置、保護裝置等。鐵心鐵心線圈線圈殼式變壓器殼式變壓器心式變壓器心式變壓器鐵心鐵心線圈線圈2變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu) 1N1i1一次繞組一次繞組二次繞組二次繞組3變壓器的工作原理變壓器的工作原理u1+e1+e 1 +N2e2u20SZLi2+tNedd11 tNedd111 tNedd22 變壓器符號變壓器符號U1U2u1u2u1 i1( i1N1) 1 e 1 e1i2 (i2N2 ) 2 e 23變壓器的工作原理變壓器的工作原理e2S|Z| 1N1N2 i1e2u2e1u1e 1 2i2+e 2+ 1N1N2 I0E2 U

5、20E1 U1 E 1 +( (1) )電壓變換電壓變換變壓器空載：變壓器空載：01111IREEU 11EU E1 = 4.44 f N1 m220EU E2 = 4.44 f N2 m21201EEUU 21m2m12120144. 444. 4NNfNfNEEUU 結(jié)論結(jié)論U1U20 = = KN1N2 變比變比( (2) ) 電流變換電流變換SZLN1N2 I1E2 U2 E1 U1 E 1 I2+ E 2 +N1I1= N2 I2 ( I0 小小)結(jié)論結(jié)論產(chǎn)生主磁通產(chǎn)生主磁通 的磁通勢的磁通勢有效值有效值I0 = I1N (2.5 5)變壓器接負載：變壓器接負載：012211ININ

6、IN 02211 ININ2211ININ KNNII11221 ( (3) )阻抗變換阻抗變換I2KZLU2U1I1Z0E+結(jié)論結(jié)論ZL可利用變壓器進行阻抗匹配可利用變壓器進行阻抗匹配1221212212221()NUUNNUNINIIN LL1212 UUZZII ，LL212()NZZN 4變壓器的銘牌數(shù)據(jù)變壓器的銘牌數(shù)據(jù)( (1) )額定容量額定容量 SN三相變壓器三相變壓器SN = U1NI1N= U2NI2N單相變壓器單相變壓器SN = U1NI1N = U2NI2N ( (2) )額定電壓額定電壓 U1N 和和 U2NU2N 應(yīng)比滿載運行時的輸出電壓應(yīng)比滿載運行時的輸出電壓 U2

7、 高出高出 5% 10%。( (3) )額定電流額定電流 I1N 和和 I2N 允許通過的最大電流。允許通過的最大電流。( (4) )額定頻率額定頻率 fN 例例 11有一臺有一臺額定容量額定容量 50 kV A、額定電壓、額定電壓 3300/220 V 的變壓器，高壓繞組為的變壓器，高壓繞組為 6000 匝，匝，試求：試求：( (1) )低低壓繞組匝數(shù)；壓繞組匝數(shù)；( (2) )高壓邊高壓邊 低壓邊額定電流；低壓邊額定電流；( (3) )當一次側(cè)保當一次側(cè)保持額定電壓不變，二持額定電壓不變，二次側(cè)達到額定電流，輸出功率次側(cè)達到額定電流，輸出功率 9 kW， cos = 0.8 時的二次側(cè)端電

8、壓時的二次側(cè)端電壓 U2。 解解 ( (1) )21N2N1NNUU 40033002206000N1N212 UUNN( (2) )A1 .15A3300105031NNN1 USII2N=K I1N=600040015.1 A = 226.5 A( (3) ) P = U2I2Ncos PI2N cos U2 =39 103227 0.8=V = 215 V3.1.2變壓器的外特性變壓器的外特性cos = 0.8cos = 10U2I2 外特性外特性 U2 = f (I2)電壓變化率電壓變化率U20 U2U20 U =100%U20I2NI2KRLU2U1I1RiUs+3.1.3變壓器的損

9、耗與效率變壓器的損耗與效率1損耗損耗 P = PCu+ PFe銅損銅損222211CuIRIRP 鐵損鐵損 PFe 與與 Bm 有關(guān)有關(guān)2效率效率%100%100FeCu2212 PPPPPP = (90 99)%3.3.4特殊變壓器特殊變壓器U1N1N2Z ZL LU2+ + U1 N1N2 U2ZLI1 I2 I+ + 1自耦變壓器自耦變壓器KNNUU 2121KNNII11221 21III 2電流互感器電流互感器3.1.4特殊變壓器特殊變壓器KNNII11221 N1N2負載負載Ai1i22121INNI 用來擴大測量交流電流的量程用來擴大測量交流電流的量程注意：測量時二次繞組電路不允

10、許開路。注意：測量時二次繞組電路不允許開路。鼠籠式異步交流電動機授課內(nèi)容：鼠籠式異步交流電動機授課內(nèi)容： 3.2.1三相異步電動機的構(gòu)造三相異步電動機的構(gòu)造異步電動機的應(yīng)用非常廣泛：異步電動機的應(yīng)用非常廣泛：在工業(yè)方面：中、小型軋鋼設(shè)備，機床、輕工機械、起在工業(yè)方面：中、小型軋鋼設(shè)備，機床、輕工機械、起重機械，礦山機械等。重機械，礦山機械等。在農(nóng)業(yè)方面：脫粒機、粉碎機、排灌機械及加工機械。在農(nóng)業(yè)方面：脫粒機、粉碎機、排灌機械及加工機械。在家用電器方面：電風(fēng)扇、空調(diào)機、洗衣機、電冰箱等。在家用電器方面：電風(fēng)扇、空調(diào)機、洗衣機、電冰箱等。電動機的作用是將交流電能轉(zhuǎn)換成機械能，電動機分電動機的作用是

11、將交流電能轉(zhuǎn)換成機械能，電動機分交流電動機和直流電動機兩大類，而交流電動機又分為異交流電動機和直流電動機兩大類，而交流電動機又分為異步電動機和同步電動機。步電動機和同步電動機。1異步電動機按電動機定子相數(shù)分：異步電動機按電動機定子相數(shù)分：三相異步電動機、單相異步電動機。三相異步電動機、單相異步電動機。2按電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：按電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：籠型異步電動機、籠型異步電動機、繞線型異步電動機繞線型異步電動機。機座：鑄鋼或鑄鐵機座：鑄鋼或鑄鐵 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子: 在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。流。鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子(1) 鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子 鐵芯槽內(nèi)放銅條

12、，端鐵芯槽內(nèi)放銅條，端 部用短路環(huán)形成一體。部用短路環(huán)形成一體。 或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組?；蜩T鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2) 繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。變電動機的機械特性。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護工作量大；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。外加電阻可人為改變電動機的機械特性。 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIoAXYCBZ分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 6010pfn BlvBliFvF0nNS電動機的轉(zhuǎn)動原

13、理電動機的轉(zhuǎn)動原理SN n0ne( i )ff轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子導(dǎo)體導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)磁極形成旋轉(zhuǎn)磁旋轉(zhuǎn)磁極形成旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速也稱場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速也稱為同步轉(zhuǎn)速?；\型轉(zhuǎn)子在為同步轉(zhuǎn)速?；\型轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下也轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)磁場的作用下也轉(zhuǎn)動起來，其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場起來，其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。的轉(zhuǎn)向相同。3.2.4三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性4.4.1轉(zhuǎn)矩公式轉(zhuǎn)矩公式電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 T = KT I2 cos 2電磁轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場電磁轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場的磁通的磁通 和轉(zhuǎn)子電流的和轉(zhuǎn)子電流的 I2 有有功分量相互作用而產(chǎn)生的，所以功分量相互作用而產(chǎn)生的，所以與結(jié)構(gòu)有關(guān)的

14、常數(shù)與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)常數(shù)常數(shù)1轉(zhuǎn)矩公式轉(zhuǎn)矩公式22022212)(sXRUsRKT 2機械特性曲線機械特性曲線sT10TstTmsmsNTN轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性 T = f (s)22022212)(sXRUsRKT T 與與成正比成正比21U機械特性曲線機械特性曲線 n = f (T )1額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 TNT = TC = T2 + T0 T260222nPTT NN2N550. 9nPT P2：電動機軸上的輸出功率電動機軸上的輸出功率P2 單位：瓦單位：瓦( (W) )n 單位：轉(zhuǎn)單位：轉(zhuǎn)/分分( (r/min) )T 單位：牛米單位：牛米( (N m) )nTstT2 = TN ( (在

15、在 b 點點) )On0TTmnNTNba29550PTn 由由 dT/ds = 0，得得sm = R2X20sm = R2X20取正值取正值sm 稱為臨界轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率代入代入 T 的表達式的表達式求得最大轉(zhuǎn)矩求得最大轉(zhuǎn)矩 Tmax2最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 T max不同電源電壓的轉(zhuǎn)矩特性不同電源電壓的轉(zhuǎn)矩特性nOn0TTstT maxnNTNdU1212021max2UXUKT 22022212)(sXRUsRKT 1U 11UU ( (4) ) sm = R2 /X20結(jié)論：結(jié)論：( (1) ) Tmax U12( (2) ) Tmax 與與 R2 無關(guān)無關(guān)( (3) ) 過載系數(shù)過載系

16、數(shù) Tmax T N 1.8 2.2sm 與與 U1 無關(guān)無關(guān)2最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 Tmax不同轉(zhuǎn)子電阻的轉(zhuǎn)矩特性不同轉(zhuǎn)子電阻的轉(zhuǎn)矩特性nOn0TTmax2R 22RR R2起動瞬間起動瞬間 n = 0，s = 1U1 Tst R2 Tst負載轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩 T2 Tst ，不能起動。，不能起動。負載轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩 T2 Tst ，可，可帶負載帶負載起動。起動。 st Tst TN一般一般 st 1.0 2.2起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)3起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩 Tst22022212XRURKT 22022212)(sXRUsRKT 3.2.5三相異步電動機的起動三相異步電動機的起動4.5.1起動性能起動性

17、能1起動性能起動性能起動初始瞬間，起動初始瞬間，n = 0，s = 1( (1) )起動電流起動電流 Ist 大，大，4 7IN。頻繁起動會使電動機過頻繁起動會使電動機過熱。熱。過大的起動電流在短時間內(nèi)會在線路上造成較大的過大的起動電流在短時間內(nèi)會在線路上造成較大的電壓降落，影響鄰近負載的正常工作。電壓降落，影響鄰近負載的正常工作。( (2) ) 起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩 Tst 不大，雖然剛起動時轉(zhuǎn)子電流較大，不大，雖然剛起動時轉(zhuǎn)子電流較大，但轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低但轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低, 不能滿載起動。不能滿載起動。電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T = KT I2 cos 22、起動方法起動方法1直接起動直接起動直接

18、起動是在起動時把電動機的定子繞組直接接入電直接起動是在起動時把電動機的定子繞組直接接入電網(wǎng)。網(wǎng)。特點：特點：起動轉(zhuǎn)矩小；起動電流大，比額定值大起動轉(zhuǎn)矩??；起動電流大，比額定值大 4 7 倍；影倍；影響同一電網(wǎng)上其響同一電網(wǎng)上其他負載的正常工作。他負載的正常工作。優(yōu)點：優(yōu)點：簡單、方便、經(jīng)濟、起動過程快，適用于中小型籠簡單、方便、經(jīng)濟、起動過程快，適用于中小型籠型異步電動機。型異步電動機。2降壓起動降壓起動起動時降低電動機的電源電壓，待電動機轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)起動時降低電動機的電源電壓，待電動機轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時，再把電壓恢復(fù)正常。定轉(zhuǎn)速時，再把電壓恢復(fù)正常。( (1) )星形星形三角形三角形( (Y-

19、 ) )換接起動換接起動FUW2U1U2V1V2W1QS1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子繞組繞組只適用于電動機在工作時定子繞只適用于電動機在工作時定子繞組為組為 形接法。形接法。 QS2YW1V1U1U2V2W2 形形U1U2V1W1V2W2Y 形形FUW2U1U2V1V2W1QS1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子繞組繞組 QS2V2( (1) )星形星形三角形三角形( (Y- ) )換接起動換接起動Y 形形ZUZUIIll3pYpYY 形形ZUZUIIll333pp 31Y llII31322ststY llUUTT起動電流和起動轉(zhuǎn)矩都降起動電流和起動轉(zhuǎn)矩都降低為直接起動時的三分之一。低為直接起動時的三分之一。 QS2起

20、動起動三相自耦變壓器三相自耦變壓器( (2) )自耦降壓起動自耦降壓起動U1U2V1V2W1W2QS1M3U1U2V1V2W1W2QS1QS2運轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)起動起動三相自耦變壓器三相自耦變壓器M3 ( (2) )自耦降壓起動自耦降壓起動 繞線型電動機起動時，可在轉(zhuǎn)子繞組中串聯(lián)電阻，繞線型電動機起動時，可在轉(zhuǎn)子繞組中串聯(lián)電阻，以減小起動電流。以減小起動電流。( (3) )轉(zhuǎn)子串電阻起動轉(zhuǎn)子串電阻起動Rst轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子三相異步電動機的調(diào)速三相異步電動機的調(diào)速調(diào)速方法調(diào)速方法pfsnsn1060)1()1( 變頻調(diào)速變頻調(diào)速( (籠型電動機籠型電動機) )變極調(diào)速變極調(diào)速( (籠型電動機籠型電動機) )變轉(zhuǎn)差

21、率調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速( (繞線型電動機繞線型電動機) )三相異步電動機的制動三相異步電動機的制動4.7.1能耗制動能耗制動QS運轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)制動制動RP +M3 SNnff制動時定子接入直流電源產(chǎn)生固定磁場制動時定子接入直流電源產(chǎn)生固定磁場，i2 受到阻轉(zhuǎn)矩；當受到阻轉(zhuǎn)矩；當 n0，i20，T0。 制動制動：將動能將動能 電能電能 熱能。熱能。優(yōu)點：能耗小，制動準確、平穩(wěn)，不會反轉(zhuǎn)。優(yōu)點：能耗小，制動準確、平穩(wěn)，不會反轉(zhuǎn)。缺點：需要另外加直流電源。缺點：需要另外加直流電源。e2(i2)1能耗制動能耗制動QS正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)制動制動將三相中的任意兩相對調(diào)，將三相中的任意兩相對調(diào)，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使 M 停機。停機。優(yōu)點：方法簡單，制動效果好。優(yōu)點：方法簡單，制動效果好。缺點：能量消耗大。缺點：能量消耗大。旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速為為 (n1+ n) I2 I1。必須在籠型電動機的定子或必須在籠型電動機的定子或繞線型電動機的轉(zhuǎn)子中串入電阻繞線型電動機的轉(zhuǎn)子中串入電阻 R，以防止燒壞繞組。，以防止燒壞繞組。M3 R2反接制動反接制動 磁極數(shù)磁極數(shù)( 極對數(shù)極對數(shù) p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座長度代號機座中心高（機座中心高（mm）三相異步電動