電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 王慧麗 第2版 課件 第3、4章 電機(jī)與變壓器、電力拖動

第3章電機(jī)與變壓器3.1變壓器3.1.1變壓器的概述3.1.2變壓器的工作原理3.1.3變壓器的損耗和額定值3.2直流電機(jī)3.2.1直流電機(jī)的構(gòu)造3.2.2直流電機(jī)的工作原理3.2.3直流電動機(jī)的勵磁方式和特性3.3三相異步電動3.3.1三相異步電動機(jī)3.3.2旋轉(zhuǎn)磁場3.3.3三相異步電動機(jī)工作原理3.3.4三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速3.3.5三相異步電動機(jī)的銘牌3.1變壓器的概述3.1.1

變壓器的概述

一變壓器的用途

變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，具有變換電壓、變換電流、變換阻抗的作用，主要用途：1、電力系統(tǒng)中輸變電。

配電變壓器升壓變壓器降壓變壓器2、為多種儀器儀表、電子線路提供合適的電流和電壓。3、電子技術(shù)中耦合、隔離信號和實現(xiàn)阻抗匹配

儀器儀表、電子線路等電子技術(shù)中變壓器4、用于各種焊接、電爐等特殊變壓器。

焊接、電爐等特種變壓器

二變壓器的構(gòu)造和分類

1、構(gòu)造變壓器主要是由鐵心和繞組兩部分組成

鐵心：硅鋼片疊制，厚度0.35mm或0.5mm繞組：用絕緣材料的銅質(zhì)線圈繞制

繞組一次繞組（初級繞組、原繞組）與電源相連

二次繞組（次級繞組、副繞組）與負(fù)載相連變壓器結(jié)構(gòu)圖

2、變壓器分類

心式變壓器殼式變壓器(1)根據(jù)鐵心和繞組的結(jié)構(gòu)心式變壓器殼式變壓器自冷式變壓器（小型）油冷式變壓器（大型）(2)根據(jù)冷卻方式自冷式變壓器油冷式變壓器3.1變壓器的概述3.1.2

變壓器的工作原理一

變壓器的電壓變換作用

K稱為變壓器的變比；U1為一次繞組電壓（輸入電壓、電源電壓）；U2為二次繞組電壓（輸出電壓、負(fù)載電壓）；N1、N2

分別為一、二次繞組的匝數(shù)；E1

、E2

分別為一、二次繞組的電動勢。變壓器原理圖二

變壓器的電流變換作用

I1、I2

分別為初級繞組的電流和次級繞組的電流。變壓器原理圖三

變壓器的阻抗變換作用

變壓器原理圖Z負(fù)載阻抗，Z’初級繞組的阻抗3.1變壓器的概述3.1.3

變壓器損耗和額定值一

變壓器的損耗和效率1.變壓器的損耗包括兩部分：銅損(

Pcu)

：繞組導(dǎo)線電阻的損耗

鐵損(

PFe

)：磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵心發(fā)熱，造成的損耗渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感應(yīng)電流(渦流)造成的損耗2.變壓器的效率：變壓器效率曲線

負(fù)載為額定負(fù)載的（50~75）%時，最大輸出功率輸入功率二

變壓器的銘牌變壓器的銘牌額定值1）額定容量SN（kVA）：指銘牌規(guī)定在額定使用條件下所能輸出的視在功率，對三相變壓器而言，額定容量指三相容量之和。2）額定電壓UN（kV或V）：指變壓器長時間運(yùn)行時所能承受的工作電壓。一次額定電壓

，是指規(guī)定加到一次側(cè)的電壓；二次額定電壓

，是指變壓器一次加額定電壓時，二次空載時的端電壓，在三相變壓器中，額定電壓指的是線電壓。3）額定電流IN（A）：指變壓器的額定容量下，允許長期通過的電流。同樣，三相變壓器的額定電流也指的是線電流。4）額定頻率

fN（Hz）：中國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工頻為50Hz。3.2直流電機(jī)3.2.1

直流電機(jī)的構(gòu)造直流發(fā)電機(jī)（電源）直流電動機(jī)（動力）直流測速發(fā)電機(jī)（信號傳遞）直流伺服電動機(jī)（信號傳遞）直流電動機(jī)外形圖直流電機(jī)主要是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。一、定子部分（a）主磁極（b）機(jī)座機(jī)座主磁極換向磁極端蓋電刷裝置等組成二、轉(zhuǎn)子（電樞）部分（a）轉(zhuǎn)子主體（b）電樞鋼片電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸風(fēng)扇等組成

a)結(jié)構(gòu)圖b)軸向截面圖a)1—端蓋2—風(fēng)扇3—機(jī)座4—電樞5—主磁極6—刷架7—換向器8—接線板9—出線盒10—換向器b)1—機(jī)座2—主磁極3—轉(zhuǎn)軸4—電樞鐵心5—換向磁極6—電樞繞組7—換向器8—電刷3.2直流電機(jī)3.2.2

直流電機(jī)工作原理NSNS－E＋－E＋一直流發(fā)電機(jī)工作原理注意：電刷與負(fù)載連接固定不動，電刷壓在換向片上。換向器和線圈連接并轉(zhuǎn)動，無論怎樣轉(zhuǎn)動，總是上半邊A的電流向外，下半邊B的電流向里。直流發(fā)電機(jī)工作原理圖ABAB右手定則電刷換向片二直流電動機(jī)工作原理直流電動機(jī)工作原理圖NSNS＋U－＋U－電刷換向片左手定則ABAB3.2直流電機(jī)3.2.3

直流電動機(jī)的勵磁方式和特性直流電動機(jī)按勵磁方式可分為他勵電動機(jī)、并勵電動機(jī)、串勵電動機(jī)和復(fù)勵電動機(jī)。MIaIf+Uf－+Ua－MIfIIaM+U－IIaMIaIf+U－I他勵并勵串勵復(fù)勵3.3三相異步電機(jī)3.3.1

三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)電動機(jī)直流電動機(jī)交流電動機(jī)交流電動機(jī)同步電動機(jī)異步電動機(jī)異步電動機(jī)按相數(shù)三相異步電動機(jī)單相相異步電動機(jī)按結(jié)構(gòu)鼠籠式異步電動機(jī)繞線式異步電動機(jī)三相交流異步電動機(jī)利用電磁感應(yīng)原理將三相交流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動其他設(shè)備工作。主要由兩部分組成：定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）三相交流異步電動機(jī)外形圖三相交流異步電動機(jī)定子結(jié)構(gòu)圖一定子

電機(jī)上固定不動的部分，是由機(jī)座、定子鐵心、定子繞組三部分組成基座

鐵心定子繞組端蓋籠型轉(zhuǎn)子繞組籠型轉(zhuǎn)子鐵心二轉(zhuǎn)子指電機(jī)上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的部分，是由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成。

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸籠型轉(zhuǎn)子繞線型轉(zhuǎn)子根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同分為籠型轉(zhuǎn)子和繞線型轉(zhuǎn)子。三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)分解圖3.3三相異步電機(jī)3.3.2

旋轉(zhuǎn)磁場三相異步電動機(jī)的三相定子繞組以互隔1200的方式嵌放在定子鐵心中。當(dāng)三個繞組U1U2、V1V2、W1W2分別接入三相對稱交流電后，便可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。一、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生實際三相電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場是如何產(chǎn)生的呢？U1U2V1V2W1W2三相對稱電流波形圖ωt0iU1V1iUiViWW1U2V2W2電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖電動機(jī)接線圖首端：U1V1W1末端：U2V2W2ωt=0時電流波形圖ωt0iU1U2V1V2W1W2×××電流入

電流出NSn1合成磁場方向ωt=0時磁場情況示意圖

規(guī)定：電流為正值時，電流從繞組首端流入，末端流出；電流為負(fù)值時，電流從末端流入，首端流出。1、ωt=0時磁場和波形情況U1U2V1V2W1W2×××電流入

電流出n1合成磁場方向ωt=120°時磁場情況示意圖

規(guī)定：電流為正值時，電流從繞組首端流入，末端流出；電流為負(fù)值時，電流從末端流入，首端流出。NSωt0iωt=120°ωt=120°時電流波形圖2、ωt=120°時磁場和波形情況U1U2V1V2W1W2×××電流入

電流出n1合成磁場方向ωt=240°時磁場情況示意圖

規(guī)定：電流為正值時，電流從繞組首端流入，末端流出；電流為負(fù)值時，電流從末端流入，首端流出。ωt=240°時電流波形圖NSωt0iωt=240°3、ωt=

240°時磁場和波形情況U1U2V1V2W1W2×××電流入

電流出n1合成磁場方向ωt=360°時磁場情況示意圖ωt=360°時電流波形圖ωt0iωt=360°NS

歸納：只要三相異步機(jī)的對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電，就會在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生一個隨時間變化的旋轉(zhuǎn)磁場。電流隨時間變化一周，電動機(jī)的氣隙磁場在空間的位置也順時針旋轉(zhuǎn)了360°。4、ωt=

360°時磁場和波形情況二、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相電流的相序一致。電流的正序：U－V－W電流的逆序：W－V－Un1n1若要改變電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，只需任調(diào)通入定子繞組中兩相電流的相序即可。3.3三相異步電機(jī)3.3.3

三相異步電動機(jī)的工作原理U1U2V1V2W1W2×××n1NS

在電動機(jī)對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電流產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場

轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場相切割，生成感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流載流導(dǎo)體受電磁力的作用形成力矩力矩對電機(jī)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩從而使固定不動的轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來。三相異步電動機(jī)工作原理概括3.3三相異步電機(jī)3.3.4

三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速三相電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與哪些因素有關(guān)？○○○○○○

定子每相一個線圈，旋轉(zhuǎn)磁場為二極。旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)

P=1

電流變化一周，磁場也旋轉(zhuǎn)一周。磁場的轉(zhuǎn)速n1=60f1(r/min)

定子每相二個線圈，旋轉(zhuǎn)磁場為四極。旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)

P=2

電流變化一周，磁場也旋轉(zhuǎn)0.5周。磁場的轉(zhuǎn)速n1=60f1/2(r/min)

改變定子繞組的接線方式，可以改變異步電動機(jī)的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1與電動機(jī)的極數(shù)P成反比，與交流電的頻率f成正比。公式：P234n1150010007503.3三相異步電機(jī)3.3.5

三相異步電動機(jī)的銘牌三相異步電動機(jī)的銘牌一、型號二、額定值（1）額定功率PN

額定功率是電動機(jī)在額定運(yùn)行情況下，其軸上輸出的機(jī)械功率。又稱額定容量，單位W或KW。（2）額定電壓UN

額定電壓是指電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組的線電壓，他同定子繞組的接法相對應(yīng)。（3）額定電流IN

額定電流是電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組的線電流。如果銘牌上有兩個電流值，則表示定子繞組在兩種不同接法時的線電流。三、接法W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1

接線柱的連接星形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié)W2U2V2U1V1W1四、溫升及絕緣等級絕緣等級AEBFH最高允許溫度/℃105120130155180最高允許溫升/℃607580100125表3-2絕緣材料等級絕緣材料等級第4章電力拖動4.1常用低壓電器4.2典型三相異步電動機(jī)控制電路4.2.1變壓器的概述4.2.2變壓器的工作原理4.1常用的低壓電器

手動電器

刀開關(guān)低壓電器

自動電器按鈕

自動空氣斷路器

交流接觸器

時間繼電器

熱繼電器

中間繼電器

一刀開關(guān)

用途：用作電源的引入開關(guān)，或用來直接起動和停止小容量電動機(jī)。結(jié)構(gòu)：操作手柄閘刀夾座絕緣底板文字符號：QS圖形符號單擲單刀單擲雙刀單擲三刀

二組合開關(guān)

用途：用作電源的引入開關(guān)，或用來直接起動、停止、正反轉(zhuǎn)小容量電動機(jī)。50Hz380V以下或直流220V以下的電路中圖形符號Q文字符號：

三按鈕

用途：通常用來短時間接通或斷開控制電路按鈕的示意圖復(fù)位彈簧支柱連桿常閉靜觸頭橋式靜觸頭常開靜觸頭外殼4SBSBSB結(jié)構(gòu)符號名稱常閉按鈕(停止按鈕)常開按鈕(起動按鈕)復(fù)合按鈕1234123按鈕帽（電器聯(lián)鎖）

四熔斷器

熔斷器俗稱保險絲，是一種簡單有效的短路保護(hù)電器。熔斷器中的熔體一般是熔點很低的鉛錫合金絲，也可用截面很細(xì)的銅絲制成。當(dāng)電路發(fā)生短路時，通過熔絲的電流很大，將其燒斷，從而切斷電源，保護(hù)電器設(shè)備。圖形符號為：FU

五交流接觸器

交流接觸器結(jié)構(gòu)及工作原理復(fù)位彈簧動鐵心線圈靜鐵心主觸點(常開)輔助觸點

接觸器是利用電磁力來接通和斷開大電流電路的一種自動控制電器，它常用在控制電動機(jī)的主電路上。1231′2′3′常閉觸點常開觸點允許通過大電流用在主電路中只許通過小電流用在控制電路中符號：KM線圈KM常開(動合)觸點KM常閉(動斷)觸點

主觸點允許通過的電流大，一般在異步電動機(jī)的定子中使用；

輔助觸點允許通過的電流小，一般在控制電路中使用交流接觸器實物圖CJX1系列交流接觸器CJX2系列交流接觸器CJT1系列交流接觸器六

中間繼電器

中間繼電器常用來傳遞多個信號