第七章變壓器和交流電動(dòng)機(jī)

#課時(shí)計(jì)劃授課內(nèi)容：變壓器和交流電動(dòng)機(jī)授課時(shí)間：201年053月16日授課教師：孫麥森 授課班級(jí)：電子14、1141教學(xué)目的.使學(xué)生了解變壓器的主要用途和類型。.掌握變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。.掌握變壓器的電壓變換、電流變換和阻抗變換的關(guān)系。.掌握異步三相電動(dòng)機(jī)的類型、構(gòu)造原理和銘牌數(shù)據(jù)。.掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的基本和控制方法。教學(xué)重點(diǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的控制方法教學(xué)難點(diǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理教學(xué)方法演示實(shí)驗(yàn)+講解新課講授一、變壓器的構(gòu)造和原理變壓器：是一種電能轉(zhuǎn)換裝置，可以將能量從一個(gè)或多個(gè)回路轉(zhuǎn)換到另一個(gè)或多個(gè)回路中去。.類型和基本結(jié)構(gòu)（1）類型按用途分：電力、調(diào)壓、阻抗、儀用變壓器按（每相）繞組數(shù)量分：單繞組、雙繞組、三繞組、多繞組變壓器按相數(shù)分：單相、三相、多相變壓器按冷卻方式分：油浸式、干式和充氣式變壓器.變壓器的基本結(jié)構(gòu)（如圖a和b）由鐵心和繞組（線圈）和其他輔助部件（如鐵殼、骨架）等組成。⑴鐵心鐵芯是用來傳遞磁通的重要部件，通常采用導(dǎo)磁系數(shù)高又互相絕緣的硅鋼片疊加制成。鐵芯的形狀通常有“口”字型（或“D”字型）、“E”字型以及“C”字型等。如圖所示。(a)E型(b)D(a)E型(b)D型(c)C型電流集膚(趨)效應(yīng)：電流在流經(jīng)導(dǎo)體的時(shí)候大部分電荷都集于導(dǎo)體表面的現(xiàn)象。(2)繞組繞組一般采用絕緣良好的漆包線(大多為銅線)繞制在線圈骨架上構(gòu)成。2.變壓器的工作原理引言：變壓器的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈一般彼此不連通(自耦變壓器例外)，它的能量是靠鐵芯中的互感磁通來傳遞的。(1)變壓器是基于電磁感應(yīng)原理而工作的，如將原邊繞組連接到交流電源上，則副邊繞組及負(fù)載就會(huì)感應(yīng)出交變電動(dòng)勢及電流，從而實(shí)現(xiàn)了原副邊繞組之間的電能轉(zhuǎn)換和電壓變換。(2)變比①變壓比電壓變換)一般用或表示，它為原邊電動(dòng)勢與副邊電動(dòng)勢的比值。ENKu=K=—i=-1EN22②變流比電流變換U—2UU—2U1NKu

1變流比Ki=IiI2③阻抗比阻抗變換IZ1=

2IZIZ1=

21I1即IZI=K2IZI123.三相變壓器主要用于三相交流電力系統(tǒng)。三相變壓器的原理與單相變壓器的原理基本相似，現(xiàn)在一般采用三相三柱式三相變壓器，也可采用三個(gè)相同單相變壓器組合成三相變壓器。使用時(shí)可根據(jù)電源及負(fù)載需要連接成星形或三角形。二、變壓器的主要特性和參數(shù).主要特性(1)電壓變化率U—U,,U=-20 2-X100%U2NU20副邊空載電壓U2副邊滿載電壓U2N副邊額定電壓(2)變壓器的外特性用變壓器的外特性來說明負(fù)載對(duì)變壓器次極電壓的影響程度。當(dāng)原邊電壓U1=UN1=常數(shù)，cose2=常數(shù)時(shí)，副邊電壓U2與負(fù)載電流I2的關(guān)系稱為變壓器的外特性。U=f(I)22(3)變壓器的效率及特性由于變壓器在電能傳輸過程中會(huì)產(chǎn)生損耗(包括鐵損和銅損)，因此變壓器也存在效率問

題。P耳=—2X100%P鐵損由磁滯損耗和渦流損耗組成；銅損是由原副邊繞組內(nèi)阻引起的損耗。當(dāng)原邊電壓U「UN1=常數(shù)，cos42=常數(shù)時(shí)，效率與負(fù)載電流I2的關(guān)系稱為變壓器的效率特性。.主要技術(shù)參數(shù)(1)型號(hào)(2)額定參數(shù)(3)其他參數(shù).變壓器的檢驗(yàn)(1)繞組區(qū)分與電阻測量線細(xì)、匝數(shù)多、電阻大為高壓繞組，線粗、匝數(shù)少、電阻小為低壓繞組。(2)絕緣檢查用兆歐表(搖表)測量各繞組之間、各繞組對(duì)地之間的組值，一般為幾十兆歐。(3)變比測定先在初級(jí)繞組上加低壓電源，測量各繞組的電壓計(jì)算出變比。(4)檢測磁化電流次級(jí)開路時(shí)的原邊電流為磁化電流。如數(shù)值大于額定電流的3%-8%，則表明次級(jí)繞組匝數(shù)太小或鐵心磁導(dǎo)率太小(磁阻太大)。如變壓器磁化電流太大時(shí)，變壓器不可用。三、特殊變壓器.自耦變壓器每相只有一個(gè)繞組。.多繞組變壓器次級(jí)繞組為兩個(gè)及兩個(gè)以上繞組。即輸出有多組電壓。.互感器是一種特殊變壓器。有電流互感器和電壓互感器。作用：測量、保護(hù)和隔離等作用。四、異步電動(dòng)機(jī)利用電磁感應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩的原動(dòng)機(jī)。.三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造定子繞組是電機(jī)的電路部分.三相定子繞組對(duì)稱分布在定子鐵心槽中，每相繞組的兩端分別用U1—U2、V1—V2、W1—W2表示，可根據(jù)需要接成星型或三角型，如圖所示。接線圖UUABC原理圖接線圖ABC原理圖W2W1接線圖UUABC原理圖接線圖ABC原理圖W2W1(a)星形接法(b)(a)星形接法(b)三角形接法一定子:三相交流異步電動(dòng)機(jī)的組成一定子:三相交流異步電動(dòng)機(jī)的組成一轉(zhuǎn)子:固定不動(dòng)的部分—一定子鐵心轉(zhuǎn)動(dòng)的部分L定子繞組L轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組L轉(zhuǎn)軸空氣隙是電機(jī)主磁路的一部分，氣隙越L空氣隙L空氣隙小，功率因數(shù)越高，空載電流越小。中小型電動(dòng)機(jī)的氣隙一般為0.2-2mm。轉(zhuǎn)子繞組有籠型和繞線型兩種.如圖所示。繞線式轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是由絕緣的導(dǎo)線繞制而成的三相對(duì)稱繞組，其繞組一般接成星型，三個(gè)首端分別接到固定在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)滑環(huán)上，由滑環(huán)上的電刷引出與外加變阻器聯(lián)接，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的閉合回路，如圖所示。.三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱三相繞組中通入三相電源后，會(huì)在其鐵心中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，通過電磁感應(yīng)在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。(1)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生當(dāng)對(duì)稱三相電流通入對(duì)稱三相繞組時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(大小不變，轉(zhuǎn)速一定)。(2)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向

三相交流電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘的轉(zhuǎn)速n1、定子電流頻率fl及磁極對(duì)數(shù)p之間的關(guān)系是:旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1又稱為同步轉(zhuǎn)速.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向由定子繞組中通入的電流的相序來決定，欲改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，只需要改變通入三相繞組中電流的相序，即把三相定子繞組首端（U1、V1、W1）的任意兩根與電源相連的線對(duì)調(diào)，就改變了定子繞組中電流的相序，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向也就改變了.如圖所示(a)(b)(a)(b)（3）異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相對(duì)稱定子繞組中通入三相對(duì)稱交流電，電機(jī)氣隙中將產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速為n1的旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，轉(zhuǎn)子繞組中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流（其方向由右手定則確定）。轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流處于定子旋轉(zhuǎn)磁場中，與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)子受力方向由左手定則確定），從而使轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)起來。由于只有轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場保持一定的轉(zhuǎn)速差，才能使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對(duì)磁場作切割運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n永遠(yuǎn)小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1。異步電動(dòng)機(jī)的名稱就是由此而得來。（4）轉(zhuǎn)差率n—n~s二—x100%n1在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，一腿=2%-6%。是決定異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)變量。.三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)（1）型號(hào)（2）額定數(shù)據(jù)A.額定功率:也稱額定容量，指電動(dòng)機(jī)在額定工作狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，用符號(hào)PN表示。B.額定電壓:是指電動(dòng)機(jī)定子繞組規(guī)定使用的線電壓，用符號(hào)UN表示。C.額定電流:指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，輸出額定功率時(shí)，流過定子繞組的線電流，用符號(hào)IN表示。D.額定頻率:指電機(jī)應(yīng)接交流電源的頻率，用符號(hào)fN表示。E.額定轉(zhuǎn)速:指在額定電壓、額定頻率及額定輸出功率的情況下轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，用符號(hào)nN表示，單位為轉(zhuǎn)/分（r/min）。F.接法:是指電動(dòng)機(jī)定子繞組的連接方式，常用的接法有 Y和兩種。G.絕緣等級(jí):是指電動(dòng)機(jī)繞組所采用的絕緣材料的耐熱等級(jí)，它表明了電動(dòng)機(jī)所允許的最高工作溫度。H.定額:指電動(dòng)機(jī)在額定條件下，允許連續(xù)使用的時(shí)間，一般有連續(xù)、短時(shí)和斷續(xù)三種。4.單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)是指由單相交流電源供電的異步電動(dòng)機(jī).它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、噪聲小、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于家用電器、醫(yī)療器械、電動(dòng)工具、自動(dòng)控制系統(tǒng)等方面。但它與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)相比較，體積大，運(yùn)行性能差。所以，一般只做成（0.6KW以下）小容量的電動(dòng)機(jī)。（1）單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理單相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與三相籠式異步電動(dòng)機(jī)相似，有定子和籠型轉(zhuǎn)子，只不過定子繞組是單相的。其工作原理與三相異步電動(dòng)機(jī)基本相同。為了使單相電動(dòng)機(jī)能夠自行起動(dòng)，在電動(dòng)機(jī)的定子鐵心槽中嵌放兩個(gè)繞組，一個(gè)叫主繞組（也稱工作繞組），另一個(gè)叫輔助繞組（也稱起動(dòng)繞組）。兩個(gè)繞組在空間相差90o電角度，如果通入相位互差90o的兩個(gè)正弦交流電，那么就能產(chǎn)生一個(gè)與三相異步電動(dòng)機(jī)相似的旋轉(zhuǎn)磁場，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自起動(dòng)。（2）常用單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)根據(jù)起動(dòng)方式不同，可分為分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)及罩極式電動(dòng)機(jī)等幾種類型。如電容分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī)接線原理圖:輔助繞組主繞組支路是一個(gè)感性回路，流過它的電流iA滯后電源電壓，輔助繞組支路中由于串接了一個(gè)電容器而使電路呈容性，流過它的電流iB超前電源電壓，當(dāng)電容器的容量選擇得當(dāng)時(shí)，就可以使兩支路中的電流iA和iB在相位上相差90o,那么，在電機(jī)氣隙中就得到一個(gè)接近園形的旋轉(zhuǎn)磁場從而有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在此起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下，電動(dòng)機(jī)開始自起動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到75%?85%同步轉(zhuǎn)速時(shí)，離心開關(guān)SA便自動(dòng)將輔助繞組支路斷開。主繞組進(jìn)入獨(dú)立穩(wěn)定工作狀態(tài)。

五、三相異步電動(dòng)機(jī)的控制.常用控制電器(1)開關(guān)類低壓電器(2)控制類低壓電器(3)主令電器(4)保護(hù)類低壓電器.三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)(1)全壓起動(dòng)(2)降壓起動(dòng)3.三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制接觸器聯(lián)鎖正反控制線路接線原理圖工作原理：合上電源閘刀QS,按下SB1,KM1線圈獲電,KM1常開觸點(diǎn)閉合三相電源按U-V-W相序送入電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn).KM1輔助常開觸點(diǎn)閉合，起到自鎖功能KM1輔助常閉觸點(diǎn)斷開,接觸器KM2線圈支路開路，防止此時(shí)誤按SB2造成相間短路.按下SB3,KM1線圈斷電常開