項目三變壓器與電動機(jī)課件

項目三變壓器與電動機(jī)背景知識教學(xué)導(dǎo)航實物圖器材與元件自測題考核要求操作指導(dǎo)教學(xué)導(dǎo)航返回教知識重點1.磁場的主要物理量及磁性材料磁化性質(zhì)；2.磁路和磁路歐姆定律；3.變壓器結(jié)構(gòu)及工作原理；4.三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性；5.單相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理；6.特種電機(jī)工作原理；知識難點1.磁路歐姆定律2.變壓器變換電壓、變換電流、變換阻抗原理；3.三相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生原理；4.單相異步電動機(jī)的工作原理；5.特種電機(jī)工作原理。推薦教學(xué)方式注重磁場基本概念與性質(zhì)，注重變壓器、電動機(jī)的外在工作特性分析。建議學(xué)時24學(xué)時教學(xué)導(dǎo)航返回學(xué)推薦學(xué)習(xí)方法牢固掌握磁場基本概念與性質(zhì)，并將其運用于變壓器、電動機(jī)工作原理與特性的理解。必須掌握的理論知識1.磁場的主要物理量及關(guān)系；2.磁性材料的磁化性質(zhì)；3.三相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生及三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理；4.三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系；5.三相異步電機(jī)的控制方法；6.單相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理；7.交流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速與控制電壓的關(guān)系；8.步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖頻率的關(guān)系。必須掌握的技能三相籠型異步電動機(jī)的拆卸與裝配。實物圖

三相異步電動機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的動力機(jī)械。它主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子的作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。主要包括定子鐵心、定子繞組、機(jī)座等部件。轉(zhuǎn)子是電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，包括轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部件。返回器材與原件序號名稱型號規(guī)格數(shù)量1三相異步電動機(jī)Y-112M-4一臺2拉具——一套3呆扳手7件套一套4套筒扳手6.3mm一套5手錘0.5kg一把6紫銅棒300mm一根7小盒（或紙盒）——一個返回背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.1磁場的主要物理量磁場的主要物理量知識分布網(wǎng)絡(luò)磁感應(yīng)強度和磁通磁場強度和磁導(dǎo)率安培環(huán)路定律

在電磁器件中通常是利用通電線圈來建立磁場。并且使線圈繞在閉合的或接近閉合的鐵芯上，圖3-1-1所示。下面首先簡要復(fù)習(xí)描述磁場的幾個物理量。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.1.1磁感應(yīng)強度和磁通圖3-1-1通電線圈磁場I圖3—1—2磁通

磁感應(yīng)強度是表示磁場中某點磁場的強弱和方向，其單位名稱為特斯拉，簡稱特，用符號T表示。磁感應(yīng)強度是矢量，其大小表示磁場中某點磁場強弱，其方向表示該點磁場方向。磁場的分布通常用磁感線表示，磁感線某點切線方向為該點磁場方向。

1．磁感應(yīng)強度B背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.122．磁通

磁場中垂直穿過某面積的磁感應(yīng)強度的總和。如圖3—1—2所示。當(dāng)磁場為均勻磁場，所取面積為平面且與磁場方向垂直時

=B·S式（3-1-1）磁通量單位為韋伯，簡稱韋，用Wb表示提示1．磁通量是表示某范圍內(nèi)磁場的強弱。只能反映大小是標(biāo)量。而磁感應(yīng)強度是表示磁場中某點磁場強弱，即有大小又有方向，是矢量。2．磁通量與磁感線之間的關(guān)系是：當(dāng)穿過某面積磁感線數(shù)量越多，該面上的磁通量越大3．磁感應(yīng)強度又稱B為磁通密度背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123．1．2磁場強度和磁導(dǎo)率

實驗（a）鐵芯（b）銅芯圖3—1—3不同芯子的通電線圈II

兩相同的通電線圈，a圖芯子為鐵棒，b圖芯子為銅棒。用鐵棒和銅棒分別吸引鐵屑，會發(fā)現(xiàn)二者吸力明顯不同。鐵棒吸力大于銅棒，說明通電線圈產(chǎn)生磁場的強弱不僅與線圈尺寸、匝數(shù)、通入電流有關(guān)系，還與媒介質(zhì)材料有關(guān)。為了表述這些因素對磁場強弱影響，引入兩個物理量，磁場強度和磁導(dǎo)率背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.121．磁導(dǎo)率

表示媒介質(zhì)對磁場強弱的影響的物理量，其單位為H/m，實驗測得真空磁導(dǎo)率為式（3-1-2）為一常數(shù)。為了比較媒介質(zhì)對磁場的影響，把任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值稱為相對磁導(dǎo)率，用表示即：式（3-1-3）

相對磁導(dǎo)率是一個純數(shù)，將自然界物質(zhì)按相對磁導(dǎo)率不同分成三類：順磁物質(zhì)，稍大于1，如：空氣、鋁、鉑等；反磁物質(zhì)，稍小于1，如：氫、銅；鐵磁物質(zhì)，遠(yuǎn)大于1，可達(dá)到數(shù)百甚至數(shù)千以上（且不是一個常數(shù)），如鐵、鎳、鈷及其合金。順磁物質(zhì)和反磁物質(zhì)相對磁導(dǎo)率接近于1，近似認(rèn)為他們磁導(dǎo)率相同，與真空磁導(dǎo)率一致，稱為非鐵磁物質(zhì)。鐵磁物質(zhì)，磁導(dǎo)率很高，在相同通電線圈激發(fā)下能產(chǎn)生很強的磁場，在電磁器件中有很廣泛應(yīng)用。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

在通電線圈產(chǎn)生磁場中，除了線圈芯子材料即媒介質(zhì)以外，把其他因素：如線圈尺寸、匝數(shù)、通入電流等對磁場影響綜合成一個物理量，即磁場強度H。其單位為A/m，且是矢量。磁場強度和磁導(dǎo)率共同決定磁場強弱。式（3-1-4）2．磁場強度H背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123．1．3安培環(huán)路定律

如圖3-1-1環(huán)形磁場內(nèi)任取一條圓形磁感線，各點磁感應(yīng)強度、磁場強度相同。經(jīng)證明，磁場強度式（3-1-5）

稱為全電流定律，該式表明磁場強度與磁場經(jīng)歷的路徑成反比，因為路徑越長，磁場越分散，各點磁場越弱。所以在允許的情況下應(yīng)盡可能縮短磁場經(jīng)歷的路徑。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123．2磁性材料磁化性質(zhì)及磁路磁性材料及磁路知識分布網(wǎng)絡(luò)鐵磁物質(zhì)非鐵磁物質(zhì)軟磁材料硬磁材料矩磁材料物質(zhì)磁路磁路歐姆定律磁路形成的條件背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123．2．1鐵磁物質(zhì)與非鐵磁物質(zhì)背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

提示！1．鐵磁質(zhì)剩磁性可以用來制作永久磁鐵2．鐵磁質(zhì)不同材料，剩磁大小不同，據(jù)此將鐵磁質(zhì)分為三類，見表3-2-2表背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123．2．2鐵磁物質(zhì)分類背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12提示！

鐵磁質(zhì)之所以具有高導(dǎo)磁性，是因為鐵磁質(zhì)內(nèi)部分子電流形成很多微小磁場，稱為磁疇。在沒有外磁場作用時，這些磁疇雜亂無章分布，磁性相互抵消，對外不顯磁性。當(dāng)有外磁場作用時，這些磁疇逐步轉(zhuǎn)向外磁場方向，相互疊加形成一個很強的附加磁場。從而使鐵磁質(zhì)內(nèi)部具有很強的磁性。無外磁場有外磁場圖3-2-1磁性材料的磁化背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.2.3磁路

如圖3-2-2所示通電線圈，其芯子為鐵磁質(zhì)。由于鐵磁質(zhì)磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣磁導(dǎo)率，使鐵芯內(nèi)鐵通遠(yuǎn)大于空氣中的漏磁通，忽略空氣漏磁通可近似認(rèn)為通電線圈磁場幾乎全部集中在鐵芯內(nèi)，這種集中在一定路徑內(nèi)和磁場稱為磁路。顯然磁路形狀取決于鐵芯形狀，幾種電磁設(shè)備的磁路如圖3-2-3所示圖3-2-2磁路II（a）變壓器（b）電動機(jī)（c）繼電器圖3—2—3不同的磁路II背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12思考圖3-2-4思考如果圖3-2-3中芯子材料換作膠木，通電線圈的磁場會形成磁路嗎？若芯子雖然是鐵芯但不是閉合的，如圖3-2-4還會成為磁路嗎？由此你可以總結(jié)出磁路形成的條件嗎？圖3-2-4背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

3.2.4磁路歐姆定律

如圖圓環(huán)形鐵芯，當(dāng)圓環(huán)半徑較小時可近似認(rèn)為圓環(huán)內(nèi)磁場為均勻磁場，則其內(nèi)部磁通該式稱為磁路歐姆定律

稱為磁通勢，稱為磁阻。分別對應(yīng)電阻元件在電路中的電動勢和電阻，磁通勢對應(yīng)電流，兩個關(guān)系式相似，故稱此式為磁路歐姆定律背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12思考1．變壓器、電動機(jī)等電工設(shè)備的磁路為什么都選用磁性材料制成？2．如果在圖3-2-5所示的環(huán)形鐵心上鋸下一小段，形成空氣隙，在磁通勢F不變的條件下，磁通將如何變化？圖3-2-5I背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.3交流鐵心線圈交流鐵心線圈知識分布網(wǎng)絡(luò)磁通與線圈電壓關(guān)系磁滯損耗和渦流損耗電磁鐵直流電磁鐵交流電磁鐵背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

電磁設(shè)備中經(jīng)常用到交流鐵心線圈。比如交流電動機(jī)、變壓器以及各種繼電器，因此交流鐵心線圈的電路性質(zhì)和磁路性質(zhì)非常重要。圖3-3-1為交流鐵心線圈。圖3—3—1交流鐵心線圈

背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.3.1交流鐵心線圈的磁通

當(dāng)電源電壓為正弦交流量，忽略線圈繞線電阻，漏磁通，則鐵心中磁通也應(yīng)為正弦規(guī)律設(shè)主磁通則感應(yīng)電動勢式中是主磁感應(yīng)電動勢最大值，其有效值為據(jù)基爾霍夫定律則電壓的有效值背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12提示！1．是分析變壓器、交流電機(jī)的重要依據(jù)。2．由上述分析可以得出結(jié)論，當(dāng)電源電壓U一定的只要線圈匝數(shù)N一定，其主磁通也一定，當(dāng)其他因素變化時，不應(yīng)隨之變化，這也是一個非常重要的結(jié)論。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.3.2磁滯損耗和渦流損耗

在交變磁場中，鐵心被反復(fù)磁化，據(jù)磁滯回線可知鐵心磁感應(yīng)強度下降步調(diào)總是滯后于上升步調(diào)，這就使得鐵心線圈在磁感應(yīng)強度上升時，從電源吸收電能大于磁感應(yīng)強度下降時釋放出的能量，即鐵心線圈損耗一部分電能。稱為磁滯損耗。磁滯損耗與磁滯回線包圍面積成正比。渦流

（a）渦流大（b）硅鋼片圖3-3-3渦流1．磁滯損耗渦流背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.122．渦流損耗交流鐵心線圈的交變磁場穿過鐵心，鐵心本身是導(dǎo)電的，在鐵心內(nèi)部產(chǎn)生旋渦狀的感應(yīng)電流。稱為渦流，圖3-3-3（a）所示。渦流在鐵心內(nèi)循環(huán)流動，在鐵心電阻產(chǎn)生熱消耗。稱為渦流損耗。在電機(jī)、變壓器等電磁設(shè)備中應(yīng)盡可能減小渦流損耗，采用硅鋼片疊起來做鐵心，如圖4-3-3（b）所示。一方面加長渦流路徑，提高電阻減小渦流；另一方面加入硅提高鐵心電阻率。也有很多利用渦流工作的場合。工業(yè)生產(chǎn)中高頻感應(yīng)爐利用渦流加熱、冶煉金屬；生活中電磁爐也是利用渦流加熱。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.3.3交、直流電磁鐵1．交流電磁鐵交流電磁鐵是很常用的一種電磁設(shè)備，如圖3-3-4、圖3-3-5所示。其結(jié)構(gòu)組成包括線圈、鐵心（靜鐵心）和銜鐵（動鐵心）。圖3-3-6所示。當(dāng)線圈與交流電源連接，在鐵心、銜鐵和微小氣隙構(gòu)成的磁路中建立磁場。將鐵心、銜鐵磁化，在鐵心與銜鐵的端面上出現(xiàn)極性相異的磁極。彼此相吸。使銜鐵吸向鐵心從而帶動某一機(jī)械結(jié)構(gòu)運動。完成確定的機(jī)械動作如起重；制動；吸持（吸盤）；開閉閥門等。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

直流電磁鐵是線圈接直流電，由于其電壓、電流恒定，在線圈兩端沒有感應(yīng)電動勢。在電源電壓U作用下，線圈中電流，當(dāng)U一定，電流I一定,R為線圈線電阻，一般很小，當(dāng)U很大時直流鐵心線圈電流I很大，可能因過熱造成損壞，直流電磁鐵與交流電磁鐵各方面性質(zhì)比較如表3-3-1背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12提示！思考？電磁鐵吸力與空氣隙磁感應(yīng)強度和磁極面積成正比。1．交流電磁鐵銜鐵卡住，長時間不能吸合，會燒毀線圈，你能說出原因嗎？2．直流鐵心線圈和交流鐵心線圈一般不能換用這是為什么？背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.4變壓器工作原理變壓器知識分布網(wǎng)絡(luò)變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器工作原理變壓作用變流作用阻抗變換變壓器外特性背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12變壓器的作用變換電流——主要用于電工測量變換阻抗——主要用于電子技術(shù)領(lǐng)域變換電壓——主要用于輸、配電電路

變壓器是一種變換交流電壓的電磁設(shè)備，這也是其“變壓器”名稱的原因。但其實際起到的作用還有另外兩個

前面曾學(xué)過，交流電路中，輸送相同電功率時，電壓越高，線路電流越低，線路損耗越小，同時對輸電線要求越低。所以在輸配電網(wǎng)絡(luò)中，常采用高壓輸電，利用變壓器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電壓升高向用戶輸送。電能被送到用電區(qū)后，再根據(jù)用戶不同需求，利用變壓器將電壓降低至用戶需求電壓。如工廠用電：大型動力設(shè)備，10kV、6KV、3kV；小型動力設(shè)備和照明用電，380V、220V；特殊場合，36V、24V、12V、6V。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

變壓器種類很多，圖3-4-1所示。按用途分：用于輸配電的電力變壓器；用于電工測量的儀用互感器；用于電子電路的整流變壓器和阻抗變換器等。按電能變換相數(shù)分為單相變壓器和三相變壓器。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.4.1變壓器的結(jié)構(gòu)a)心式變壓器b)殼式變壓器圖3-4-2變壓器結(jié)構(gòu)

變壓器結(jié)構(gòu)主要包括鐵心和繞在鐵心上的兩個線圈或多個線圈組成。變壓器按其鐵心結(jié)構(gòu)形式分為殼式和心式兩種如圖3-4-2所示。殼式一般用于小容量變壓器，心式一般用于大容量。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

圖3-4-2為單相雙繞組變壓器的原理結(jié)構(gòu)示意圖及其表示符號。其中與電源連接線圈（繞組）稱為原繞組、初級繞組或一次繞組。對應(yīng)電壓和匝數(shù)分別用U1、N1表示；與負(fù)載連接的線圈成為付繞組、次級繞組或二次繞組，對應(yīng)電壓和匝數(shù)分別用U2、N2表示。提示為防止變壓器內(nèi)部短路，繞組與繞組、繞組與鐵心之間要良好絕緣。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.4.2變壓器工作原理

在圖3-4-2中，原方繞組從接交流電源，在鐵心內(nèi)建立交變磁場，該交變磁場在原繞組和付繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e1、e2；電動勢e2作用于負(fù)載，實現(xiàn)電能由電源向負(fù)載的傳輸。圖3-4-2變壓器空載運行狀態(tài)圖3-4-3變壓器符號背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.121．空載運行狀態(tài)（變壓器變壓作用）

圖3-4-2中負(fù)載開路時，為變壓器空載運行狀態(tài)，付繞組電流i2為0，原繞組i10稱為空載電流。為分析簡便，忽略繞組繞線電阻，鐵心損耗，磁路漏磁通以及磁飽和等影響，即變壓器為理想變壓器。變壓器付邊電壓原付邊電壓之比此式也可用于電壓相量形式變壓器原邊電壓背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12提示1．由上式可知，變壓器原付邊電壓在如圖參考方向時，互為反相關(guān)系。2．原付邊電壓有效值之比為式中N1——原繞組匝數(shù)，N2——付繞組匝數(shù)，k——變比系數(shù)當(dāng)，為升壓變壓器；當(dāng)，為降壓變壓器。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.122.負(fù)載運行狀態(tài)

變壓器付繞組接有負(fù)載時，為負(fù)載運行狀態(tài)，此時，變壓器原、付繞組電流分別為、。、

變壓器在帶載運行狀態(tài)時，當(dāng)電源電壓與空載時相同時，據(jù)公式，則鐵心中主磁通不變。付繞組電壓不變，即空載運行狀態(tài)時變壓公式可用于負(fù)載運行狀態(tài)。

相對于空載運行狀態(tài)，由于鐵心中主磁通沒變，鐵心磁阻也沒有變化，則線圈磁動勢也不變，即背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

由于鐵心磁導(dǎo)率很高，在鐵心中建立一定強度的磁場，需電流很小，近似分析可認(rèn)為空載電流i10是0，則有此式也適用于電流相量的形式其有效值之比為圖3-4-4變壓器負(fù)載運行背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.變壓器變換阻抗作用+-+-+-a)原理電路b)等效電路圖3-4-5變壓器阻抗變換作用

如圖3-4-5負(fù)載經(jīng)變壓器與電源連接，相對于電源而言其負(fù)載為背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12結(jié)論1變壓器原邊等效阻抗性質(zhì)與負(fù)載相同；2變壓器原邊等效阻抗，當(dāng)改變原、付繞組匝數(shù)，可改變變壓器原邊等效阻抗。變壓器阻抗變換作用常用于電子電路的阻抗匹配。在電子放大電路中，為有效驅(qū)動負(fù)載工作,常要求負(fù)載電阻與放大器等效內(nèi)阻相等（阻抗匹配），使負(fù)載從放大器中取用最大電功率。如實際負(fù)載不符合匹配要求，可在負(fù)載與放大器輸出端之間連接變壓器，進(jìn)行阻抗變換。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.124．變壓器外特性O(shè)I2圖3-4-6變壓器外特性

U2U20U2N

理想變壓器當(dāng)外接負(fù)載發(fā)生變化時，付繞組電壓U2不變，而實際變壓器由于繞組內(nèi)阻及漏磁通影響，當(dāng)負(fù)載變化時，U2隨之變化。

外特性是指保持電源電壓U1不變，U2隨I2的變化關(guān)系，即，U2=f(I2)一般用曲線表示，如圖3-4-6所示。在感性負(fù)載條件下，即U2隨I2增加而略有下降。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.5繞組的同名端及繞組串聯(lián)和并聯(lián)

知識分布網(wǎng)絡(luò)繞組的同名端及串、并聯(lián)同名端繞組連接并聯(lián)串聯(lián)

如圖3-5-1變壓器付邊有兩個相同的繞組，如每個繞組可提供110V電壓，將兩個線圈正確串聯(lián)可得到220V電壓以適應(yīng)不同負(fù)載的要求。兩線圈正確連接的第一步應(yīng)先判明線圈的同名端。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.5.1同名端1．同名端與同一磁通交鏈的兩線圈，在變動磁通作用下產(chǎn)生電動勢的同極性端稱為同名端，用“＊”、“△”或“●”表示。２．同名端判別方法假設(shè)從兩線圈的任意兩端分別通入電流，如二電流產(chǎn)生磁場方向一致，則這兩端為同名端，否則為異名端。如圖3-5-1所示①②③④ⅠⅡ圖3-5-1繞組同名端S①③圖3-5-2直流法判斷同名端+-②④背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12提示！

這種方法只能用于繞組繞行方向已知的情況，對于不知道線圈繞行方向的兩線圈可用實驗法測定。實驗方法有交流法和直接法兩種。現(xiàn)介紹直流法，如圖3-5-2所示，當(dāng)合上開關(guān)S瞬間，如檢流計指示電流向下，則①和③是同名端，若電流向上則①和④是同名端。①②③④ⅠⅡ圖3-5-1繞組同名端S①③圖3-5-2直流法判斷同名端+-②④

你能解釋這是為什么嗎？背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.5.2繞組連接（a）串聯(lián)（b）并聯(lián)圖3-5-3變壓器繞組的串聯(lián)與并聯(lián)

繞組連接有兩種方式：串聯(lián)、并聯(lián)，其正確連接方法是：串聯(lián)：兩線圈異名端接到一起，剩余兩端接電源（一次繞組）或負(fù)載（二次繞組）。并聯(lián)：兩線圈同名端分別接至一起，如圖3-5-3所思考？兩繞組串、并聯(lián)接錯會出現(xiàn)什么問題？背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.6三相變壓器及特殊用途變壓器三相變壓器及特殊用途變壓器知識分布網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)接法自耦變壓器電流互感器電壓互感器三相變壓器特殊用途變壓器背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.6.1三相變壓器

三相變壓器用于三相交流電的傳輸，其外形及結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-6-1。三相變壓器一般用于電力傳輸系統(tǒng)，容量大、電壓高。在結(jié)構(gòu)上為了使鐵心和繞組間良好絕緣和散熱，鐵心和繞組浸泡在裝有絕緣油的油箱內(nèi)，油箱外表面裝有油管散熱器。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

三相變壓器工作原理與單相變壓器相同，每相高、低壓繞組繞在同一鐵心柱上，穿過同一磁通，通過電磁感應(yīng)進(jìn)行電能傳輸。高低、壓繞組都有星形、三角形接法，相互組合可有六種接法。其中最常用的有三種：Yyn;Y,d和YN,d。Y,yn接法即高壓繞組星形聯(lián)結(jié)，低壓繞組也是星形聯(lián)結(jié)，且?guī)е行跃€；Y,d連接方式的特點是高壓繞組接成星形，低壓繞組接成三角形；YN，d接法是高壓繞組接成星形且

帶中性線，低壓繞組接成三角形。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.6.2特殊變壓器

特殊變壓器常用的有自耦變壓器、電流互感器、電壓互感器。它們外形如圖所示，其特點與應(yīng)用如表3-6-1所示。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12負(fù)載A被測電路背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.7三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.7.1異步電動機(jī)轉(zhuǎn)動原理和轉(zhuǎn)差率

圖3-7-1（a）所示為異步電動機(jī)模型機(jī)，圖3-7-1（b）所示為異步電動機(jī)轉(zhuǎn)動原理。手柄與磁極相連。手柄轉(zhuǎn)動，磁極隨之轉(zhuǎn)動。磁極中間放置一個短路銅條做成的轉(zhuǎn)子，當(dāng)手柄帶動磁極轉(zhuǎn)動時，會發(fā)現(xiàn)短路銅環(huán)隨磁極同方向旋轉(zhuǎn)。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12提示！為什么轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)動起來？當(dāng)磁場旋轉(zhuǎn)時，磁場與轉(zhuǎn)子間有相對運動，銅條切割磁感線，在銅條回路產(chǎn)生感應(yīng)電流，使銅條成為載流導(dǎo)體，載流導(dǎo)體在磁場力作用下轉(zhuǎn)動起來。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與磁場旋轉(zhuǎn)方向相同，但轉(zhuǎn)速總是低于磁場轉(zhuǎn)速。

定義磁場轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速。用表示n1；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n,則轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率是電機(jī)一個重要參數(shù)，其值范圍0﹤S≤1背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.7.2三相異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場

由上面模型機(jī)可知，磁場的旋轉(zhuǎn)是電機(jī)旋轉(zhuǎn)的前提，在三相異步電機(jī)中，采用給三相定子繞組通入三相對稱交流電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。U1V1W1U1V1W2U1U2連線圖3-7-2三相異步電動機(jī)定子鐵心與三相單匝繞組背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

三相異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是定子和轉(zhuǎn)子。其中定子是固定的中空的鐵心，內(nèi)壁槽中對稱放置三相線圈繞組，三相繞組與三相電源連接。如圖3-7-2所示。三相繞組接成星形，如圖3-7-3所示。VU1U2V1V2W2W1W1W2V1V2U2iViWiWiVUWUVWU1iUiU圖3-7-3三相繞組星形連接背景知識返回3.13.23.33.43.53.93.103.113.12三相電流分別是三相繞組電流波形如圖3-7-4iiUiViWO60°120°180°240°300°360°ωt圖3-7-4三相交流電波形圖3.63.73.8背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

（a）=0°（b）=60°（c）=120°（d）=180°V2U2W2V2U2W2V2U2W2V2U2W2U1W2V2W1U2V1U1W2V2W1U2V1U1W2V2W1U2V1U1W2V2W1U2V1SNNSNSNSU1V1W1U1V1W1U1V1W1U1V1W1圖3-7-5三相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

取不同時刻分析定子內(nèi)部磁場情況。如圖3-7-5由圖可看出在定子內(nèi)部形成了二極（一對磁極）旋轉(zhuǎn)磁場。交流電變化一周磁場旋轉(zhuǎn)一周。即二極旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速=60×50=3000（轉(zhuǎn)/分）。轉(zhuǎn)子安裝在定子鐵心內(nèi)部，在旋轉(zhuǎn)磁場作用下轉(zhuǎn)動起來。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12提示！思考？1任意對調(diào)三相繞組中兩相繞組與電源連接位置，即改變?nèi)嗬@組電流相序，可改變旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向，這是我們改變電機(jī)轉(zhuǎn)向的方法。2如果每相繞組有兩個線圈，仍然對稱分布在定子鐵心內(nèi)部，可形成四極（兩對磁極）磁場。這時磁場同步轉(zhuǎn)速：

以此類推，當(dāng)每相繞組線圈增加，產(chǎn)生p對磁極時，磁場同步轉(zhuǎn)速為

對于工頻交流電，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場磁極對數(shù)分別是p=1,p=2,p=3,p=4時，其同步轉(zhuǎn)速分別是多少？背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.8三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)知識分布網(wǎng)絡(luò)鼠籠式繞線式定子繞組聯(lián)結(jié)定子轉(zhuǎn)子背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

三相異步電動機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。圖3-8-1為三相異步電動機(jī)的外形，圖.3-8-2為其基本結(jié)構(gòu)圖。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.8.1定子

定子的作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。主要包括定子鐵心、定子繞組、機(jī)座等部件。定子鐵心是電動機(jī)磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。定子鐵心一般由0.35~0.5毫米厚，表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。如圖3-8-3所示為定子鐵心沖片。

定子繞組是電動機(jī)的電路部分，通入三相對稱交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。小型異步電動機(jī)定子繞組通常用高強度漆包線繞制成線圈后再嵌放在定子鐵心槽內(nèi)。大中型電機(jī)則用經(jīng)過絕緣處理后的銅條嵌放在定子鐵心槽內(nèi)。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

三相繞組的三個首端、三個尾端接在電機(jī)外殼的接線盒上，以便與三相電源連接。三相繞組有兩種接法：星形和三角形。如圖3-8-4所示U1V1W1W2U2V2U1V1W1U1V1W1U1V1W1W2U2V2U2V2W2U2V2W2圖3-8-4定子繞組聯(lián)結(jié)背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.8.2．轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子是電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，包括轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部件。轉(zhuǎn)子鐵心作為電機(jī)磁路的一部分，一般用0.5毫米厚相互絕緣的硅鋼片沖制疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的槽，放置轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組的作用是切割定子旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，并在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下產(chǎn)生電磁力矩而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。根據(jù)構(gòu)造的不同可分鼠籠式和繞線式兩種結(jié)構(gòu)。鼠籠式通常有兩種結(jié)構(gòu)型式，中小型異步電動機(jī)的鼠籠轉(zhuǎn)子一般為鑄鋁式轉(zhuǎn)子，將融化了的鋁澆鑄在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)連同兩端的短路環(huán)成為一個完整體。另一種結(jié)構(gòu)為銅條轉(zhuǎn)子，即在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)放置銅條，銅條的兩端用短路環(huán)焊接起來，形成一個鼠籠的形狀。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

繞線式異步電動機(jī)的定子繞組結(jié)構(gòu)與鼠籠式異步電動機(jī)完全一樣，但其轉(zhuǎn)子繞組與鼠籠式異步電動機(jī)則絕然不同，繞線式轉(zhuǎn)子繞組也和定子繞組一樣作成三相對稱繞組，如圖3-8-5所示。手柄可變電阻器電刷滑環(huán)轉(zhuǎn)子繞組圖3-8-5繞線轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖

它的磁極對數(shù)和定子繞組也相同。三相轉(zhuǎn)子繞組一般都接成星形接法。一般繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組與外接變阻器連接，改變電阻阻值可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，所以繞線式異步電動機(jī)調(diào)速性能好。但其成本高。轉(zhuǎn)軸是用以傳遞轉(zhuǎn)矩及支承轉(zhuǎn)子的重量。一般都由中碳鋼或合金鋼制成。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.9三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.9.1電磁轉(zhuǎn)矩

三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)與磁場強弱、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流成正比，所以電磁轉(zhuǎn)矩T為

式中還與轉(zhuǎn)子繞組電路的功率因數(shù)有關(guān)，這是因為轉(zhuǎn)子繞組是感性電路，電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的機(jī)械功率與電路的平均功率對應(yīng)。是由電動機(jī)自身結(jié)構(gòu)決定的系數(shù)，稱為電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。進(jìn)一步分析得到背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12知識拓展對上述式子簡要分析如下：1磁通

三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理與變壓器相似。三相異步電動機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組和二次繞組，它們都是彼此相互獨立的電路。定子繞組外接交流電源，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n1切割靜止的定子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e1。與變壓器原理相似，

上式表明，旋轉(zhuǎn)磁場的磁通量Φ由電源電壓U1決定。當(dāng)U1不變時，Φ就基本是恒定的，與電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械負(fù)載無關(guān)。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次繞組，其感應(yīng)電動勢e2為

但轉(zhuǎn)子繞組電路的電量的頻率f2與交流電源頻率f1不同，而是小于f1

這是因為旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速切割定子繞組；而以相對轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組，使轉(zhuǎn)子回路內(nèi)各電量的頻率為背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.9.2機(jī)械特性

當(dāng)電動機(jī)的電源電壓U1保持恒定，轉(zhuǎn)子電路的參數(shù)R2、X20為定值時，其轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系稱為機(jī)械特性。由轉(zhuǎn)矩特性可轉(zhuǎn)換得到機(jī)械特性圖3-9-2a01b圖3-9-1轉(zhuǎn)矩特性bOac圖3-9-2機(jī)械特性背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.121.機(jī)械特性的穩(wěn)定運行區(qū)和非穩(wěn)定運行區(qū)

機(jī)械特性的ab段與轉(zhuǎn)矩特性的0b段對應(yīng)，是電動機(jī)的穩(wěn)定運行區(qū)，bc段與轉(zhuǎn)矩特性的ba段對應(yīng)，是電動機(jī)的非穩(wěn)定運行區(qū)。最大電磁轉(zhuǎn)矩Tmax所對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率Sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率。

電動機(jī)起動瞬間n=0、s=1，所以對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩Tst稱為起動轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)在穩(wěn)定運行區(qū)運行有自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩適應(yīng)負(fù)載變化的能力。在此區(qū)段內(nèi)，若機(jī)械負(fù)荷增大，因阻力矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速n2下降，隨轉(zhuǎn)速n2下降，電磁轉(zhuǎn)矩增大，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與阻力矩平衡時，電機(jī)以較低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。在bc區(qū)段內(nèi)，若機(jī)械負(fù)荷增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速n2下降，隨轉(zhuǎn)速n2下降，電磁轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速進(jìn)一步下降，直至停轉(zhuǎn)。所以電機(jī)在bc區(qū)段內(nèi)不可能穩(wěn)定運行。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.122．三個典型轉(zhuǎn)矩1）額定轉(zhuǎn)矩電動機(jī)在額定狀態(tài)下運行時電磁轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩。其計算式子為2）最大轉(zhuǎn)矩Tmax經(jīng)分析當(dāng)Sm=R/X20電磁轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩Tmax與額定轉(zhuǎn)矩TN之比稱為過載系數(shù)，,表示電機(jī)過載能力。一般電機(jī)過載系數(shù)在1.8-2.5之間。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12提示！1最大電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓成正比，當(dāng)電源電壓降低，最大電磁轉(zhuǎn)矩按平方規(guī)律下降，當(dāng)負(fù)載大于最大電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)停車，這時旋轉(zhuǎn)磁場以最大相對轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子電流、定子電流最大。如不及時切斷電源容易出現(xiàn)“悶車”，即電機(jī)因過熱而燒毀。nnmnm′OR2R2﹤R2′R2′圖3-9-3轉(zhuǎn)子電阻對機(jī)械特性的影響TstTst′TmaxT2臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子繞組電阻成正比，增大轉(zhuǎn)子繞組電阻，臨界轉(zhuǎn)差率提高，臨界轉(zhuǎn)速下降，而最大電磁轉(zhuǎn)矩不變，機(jī)械特性圖變化如圖3-9-3這時穩(wěn)定運行區(qū)范圍變大，調(diào)速范圍大，另外起動轉(zhuǎn)矩增大，起動性能好。繞線式電機(jī)外接可調(diào)電阻，轉(zhuǎn)子繞組電阻大，所以其調(diào)速性能、起動性能好。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123．起動轉(zhuǎn)矩起動時，電機(jī)轉(zhuǎn)速n=0,s=1代入

得起動轉(zhuǎn)矩

上式表示起動轉(zhuǎn)矩與電源電壓、轉(zhuǎn)子繞組電阻成正比。提高電源電壓或轉(zhuǎn)子繞組電阻可提高電機(jī)起動能力，電機(jī)越易于起動，起動越迅速。起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為起動系數(shù)，表示電機(jī)起動能力。一般電機(jī)起動系數(shù)1.7～2.2之間，背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12應(yīng)用三相異步電動機(jī)的銘牌及數(shù)據(jù)在異步電動機(jī)的機(jī)座上都裝有一塊銘牌，如圖3-9-4所示，銘牌上標(biāo)出了該電動機(jī)的型號及一些技術(shù)數(shù)據(jù)，以便正確選用電動機(jī)。型號（Y112M-4）Y—異步電動機(jī)112—機(jī)座中心高（mm）M—機(jī)座類別代號，S：短機(jī)座，M：中機(jī)座，L：長機(jī)座4—磁極數(shù)額定功率PN（4.0千瓦）表示電動機(jī)在額定工作狀態(tài)下運行時允許輸出的機(jī)械功率，瓦或千瓦。額定電流IN（8.8安）表示電動機(jī)在額定工作狀況下運行時定子電路輸入的線電流，安。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12額定電壓UN（380伏）表示電動機(jī)在額定工作狀況下運行時的線電壓，伏。額定轉(zhuǎn)速nN（1440轉(zhuǎn)/分）表示電動機(jī)在額定工作狀況運行時的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分。接法表示電動機(jī)定子三相繞組與交流電源的聯(lián)接方法，對J02系列及Y系列電動機(jī)而言，國家規(guī)定凡3千瓦及以下者大多采用星形接法，4千瓦及以上者采用三角形接法。防護(hù)等級（IP44）表示電動機(jī)外殼防護(hù)的型式。頻率fN（50赫）表示電動機(jī)使用的交流電源的頻率。圖3-9-4三相異步電動機(jī)的銘牌

功率因數(shù)cosΦ背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12圖3-9-4三相異步電動機(jī)的銘牌型號Y-112M-4功率4.0kW頻率50Hz電壓380v電流8.8A接法△轉(zhuǎn)速1440r/min絕緣等級B工作方式S1功率因數(shù)0.70防護(hù)等級IP44重量45kg×××電機(jī)廠生產(chǎn)日期×年×月×日

功率因數(shù)是電動機(jī)產(chǎn)品重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。三相異步電動機(jī)是感性負(fù)載，定子繞組相電流滯后于相電壓Φ角度。在額定工作狀態(tài)下，功率因數(shù)約在0.7～0.9之間。在空載或輕載運行時，功率因數(shù)僅為0.2～0.3.背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.10三相異步電機(jī)的控制三相異步電機(jī)的控制知識分布網(wǎng)絡(luò)Y—△變換繞線型電機(jī)起動起動方法調(diào)速降壓起動改變磁極對數(shù)p調(diào)速變頻調(diào)速制動改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速正、反轉(zhuǎn)反接制動能耗制動直接起動定子繞組串聯(lián)電阻背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.10.1三相異步電機(jī)的起動

三相異步電機(jī)的起動問題：起動電流很大，一般為額定電流的4~7倍。過大的啟動電流一方面使負(fù)載端電壓下降，影響其他負(fù)載的正常工作；另一方面如電機(jī)頻繁起動，繞組發(fā)熱，損壞絕緣，甚至燒毀。提示

電機(jī)剛起動時，轉(zhuǎn)速為0，轉(zhuǎn)差率最大，據(jù)前面分析轉(zhuǎn)子電流，定子電流最大。三相異步電機(jī)起動方法有如下幾種：1．直接起動定子繞組直接與電源連接起動稱為直接起動。其優(yōu)點是起動簡單，可靠，成本低，起動快。但啟動電流大，所以只能用于小容量電機(jī)，一般用于容量低于7.5KW小型電機(jī)。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.122．降壓起動起動時降低定子繞組電壓，以減小啟動電流，正常運行時再恢復(fù)正常電壓稱為降壓起動。具體有下面幾種方法

1）定子繞組串聯(lián)電阻起動時定子繞組串接電阻與電源連接，使繞組電壓降低。如圖3-10-1所示。這種方法的缺點是電阻消耗能量，一般換用電抗器。但電抗器體積大，成本高。目前這種方法已很少使用。

2）Y—△變換

起動時將三相定子繞組接成Y型，正常運行時換成△型。如圖3-10-2所示。這種方法設(shè)備簡單，價格低，但只能用于正常運行時為三角形接法的電機(jī)，且由于起動轉(zhuǎn)矩低，不能用于重載起動。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123．繞線型電機(jī)起動圖3-10-1定子繞組串聯(lián)電阻降壓起動圖3-10-2Y—△降壓起動L1L2L3L1L2L3QSQSQS1QS2QS2RFUFU運行起動YM3～U1V1V2W1W2背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

如前面所述，繞線型電機(jī)轉(zhuǎn)子可以與外接變阻器連接，起動時將電阻調(diào)至最大，達(dá)到正常轉(zhuǎn)速將電阻切除。采取這種方法既降低起動電流，還提高起動轉(zhuǎn)矩。所以繞線型電機(jī)適用于要求頻繁起動且起動轉(zhuǎn)矩較大的機(jī)械設(shè)備。這種方法還可以采用頻敏電阻，利用電阻隨頻率自動變化的特性，使起動過程更平滑。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.10.2三相異步電機(jī)的調(diào)速調(diào)速是指當(dāng)負(fù)載不變時，人為改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的過程。注意！

電機(jī)調(diào)速與自動轉(zhuǎn)速變化的區(qū)別。電機(jī)負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速會自動變化以適應(yīng)負(fù)載變化，但這不是調(diào)速。

電機(jī)轉(zhuǎn)速表示式為由上式可看出可以通過改變磁極對數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s和電源頻率f進(jìn)行調(diào)速1．改變磁極對數(shù)p調(diào)速定子繞組每相通常有多個繞組，采取改變各繞組連接方式的方法，可改變旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。這種操作方式?jīng)Q背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

這種操作方式?jīng)Q定了只能進(jìn)行有級調(diào)速，級數(shù)少，一般只有2~4個同步轉(zhuǎn)速，且只能用于籠型電機(jī)。但這種調(diào)速設(shè)備簡單。2．改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速

這種調(diào)速方法只能用于繞線型電機(jī)。據(jù)式，改變轉(zhuǎn)子回路電阻臨界轉(zhuǎn)差率變化。參考圖3-9-3，改變轉(zhuǎn)子回路電阻機(jī)械特性曲線移動，對同一負(fù)載轉(zhuǎn)速不同，實現(xiàn)調(diào)速。這種調(diào)速方法設(shè)備也比較簡單，且操作方便可實現(xiàn)平滑調(diào)速，缺點是電阻耗能大，機(jī)械特性變軟。

隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，可以應(yīng)用專門的變頻設(shè)備—變頻器進(jìn)行調(diào)速。這種方法調(diào)速性能優(yōu)于上面兩種，如調(diào)速范圍寬，平滑性好，機(jī)械特性硬等。目前已得到廣泛應(yīng)用。3．變頻調(diào)速背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.10.3三相異步電機(jī)的反轉(zhuǎn)

任意交換定子繞組兩相繞組與電源連接位置，可改變旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。3.10.4三相異步電機(jī)的制動

電機(jī)被切斷電源后，由于慣性會持續(xù)運轉(zhuǎn)一段時間，然后逐漸停止。為使電機(jī)快速停止需采取相應(yīng)的方法。

1．反接制動當(dāng)需要電機(jī)停止時，將定子繞組改成反轉(zhuǎn)接法，旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子受到反方向作用力快速停止。使用這種方法要注意當(dāng)轉(zhuǎn)速接近0時，及時切斷電源，以免電機(jī)反向起動。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.122．能耗制動QS1QS2FURFnTZS圖3-10-3能耗制動L1L2L3M3～FN+—

如圖3-10-3當(dāng)切斷交流電源后給任意兩相繞組接入一直流電源，直流電流產(chǎn)生一個恒定磁場，由于轉(zhuǎn)子仍在慣性旋轉(zhuǎn)，切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受到相反磁力矩作用，電機(jī)快速停轉(zhuǎn)。這種方法轉(zhuǎn)子消耗直流電能，故稱能耗制動。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12單相異步電動機(jī)知識分布網(wǎng)絡(luò)電容分相式單相異步電動機(jī)電阻啟動罩極式運行原理結(jié)構(gòu)3．11單相異步電動機(jī)背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

三相異步電動機(jī)運行平穩(wěn)，工作穩(wěn)定，功率大。廣泛應(yīng)用于工廠大型機(jī)械設(shè)備的拖動。但在生活用電或其他只有單相交流電場合不能使用，單相異步電動機(jī)可用于這些場合。圖3-11-1單相異步電動機(jī)外形啟動電容

它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點，主要用于小功率（容量在0.6kW以下）的電扇、鼓風(fēng)機(jī)、油泵、醫(yī)療器械、小型車床和家用電器中。單相異步電動機(jī)外形如圖3-11-1所示。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.11.1單相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)定子鐵心定子繞組轉(zhuǎn)子氣隙圖3-11-2脈動磁場定子鐵心定子繞組轉(zhuǎn)子氣隙

單相異步電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與三相異步電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相似。但定子內(nèi)繞組是單相繞組，與單相交流電源連接。如圖3-11-2所示。隨繞組中交流電流一周期內(nèi)正負(fù)半波變化，電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個脈動磁場。如圖3-11-2所示。雖然磁場大小、方向不斷變化，但其軸線位置不變。不是旋轉(zhuǎn)磁場。所以單相異步電動機(jī)不能自行起動。為使單相異步電動機(jī)自行起動，一般有下面幾種方法：電容分相式；電阻分相式；罩極式。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.11.2單相異步電動機(jī)的運行原理1．電容分相式單相異步電動機(jī)如圖3-11-3所示，定子上有兩套繞組，一相稱主繞組LA（工作繞組），另一相為副繞組LB（啟動繞組）。兩相繞組垂直放置。主繞組電流滯后于電壓90°，副繞組因串入電容器C，～220VCiAiB圖3-11-3電容分相式單相異步電動機(jī)SLALBM1～

其電流iB超前iA，適當(dāng)選擇電容容量，可使電流iB超前iA90這樣就會在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，實現(xiàn)單相異步電動機(jī)的起動。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12提示！取幾個不同瞬時可分析旋轉(zhuǎn)磁場的形成。

起動后副繞組即使斷開，電機(jī)仍可繼續(xù)運行。在啟動繞組中串聯(lián)一個離心開關(guān)，剛開始起動時離心開關(guān)閉合，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到75%～85%同步轉(zhuǎn)速時，開關(guān)自動斷開，將輔助繞組從電源上切除，主繞組進(jìn)入單獨運行狀態(tài)。這種電機(jī)稱為單相電容起動異步電動機(jī)。因其具有較大的起動轉(zhuǎn)矩，適用于各種滿載起動的機(jī)械，如小型空氣壓縮機(jī)，部分冰箱壓縮機(jī)中也采用。單相異步電動機(jī)的副繞組也可以不斷開，隨電動機(jī)長期工作，這種電動機(jī)稱為單相電容運行異步電動機(jī)。這種電機(jī)運行性能較好，功率因數(shù)、過載能力比普通單相異步電動機(jī)好。但啟動性能不如單相電容啟動異步電動機(jī)，常用于吊扇、空調(diào)器、吸塵器等場合。改變電機(jī)運行方向的方法是將任意一個繞組的兩個接線端互換。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12應(yīng)用！

圖3-11-4是某洗衣機(jī)電機(jī)控制原理圖，當(dāng)按強洗開關(guān)時，電容接入副繞組，電機(jī)起動，并一直單方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)按標(biāo)準(zhǔn)洗開關(guān)S2時，S3定時控制，S4合向上面位置，電機(jī)正轉(zhuǎn)，S4合向下面位置，電機(jī)反轉(zhuǎn)。洗衣機(jī)電機(jī)控制器～220V圖3-11-4洗衣機(jī)電動機(jī)控制電路原理圖強洗S1標(biāo)準(zhǔn)洗S2定時器S3正反轉(zhuǎn)S4C主繞組副繞組洗滌方式定時器及正反轉(zhuǎn)背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.122．單相電阻啟動異步電動機(jī)副繞組中串入的不是電容而是適當(dāng)電阻或副繞組采用的導(dǎo)線比主繞組截面細(xì)，匝數(shù)少?？山瓶醋髁鬟^繞組中的電流滯后電源電壓90°電角度，兩繞組中的電流相位相差近似90°電角度，達(dá)到啟動目的。電阻啟動異步電動機(jī)在電冰箱的壓縮機(jī)中獲得廣泛應(yīng)用。

定子轉(zhuǎn)子單相繞組短路環(huán)3-11-5罩極式單相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖3．罩極式單相異步電動機(jī)罩極式單相異步電動機(jī)的定子鐵心一般都做成凸極式，單相勵磁繞組集中放在凸極上。在磁極的端部開一個凹槽將磁極分成兩部分，其中一部分嵌入短路環(huán)。如圖3-11-5所示。定子轉(zhuǎn)子單相繞組短路環(huán)3-11-5罩極式單相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12思考

三相異步電機(jī)運行時，因為一相繞組斷開而燒毀是常出現(xiàn)的故障。結(jié)合單相電機(jī)運行特征，你能分析出這是為什么嗎？如果斷相發(fā)生在起動時，電機(jī)能起動嗎？如不能及時斷開電源，電機(jī)很容易燒毀，這是為什么？背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.12特種電機(jī)簡介知識分布網(wǎng)絡(luò)運行特點三相單三拍運行方式交流伺服電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)工作原理控制方式結(jié)構(gòu)工作原理三相單、雙六拍運行方式特種電機(jī)背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123.12.1交流伺服電動機(jī)

伺服電動機(jī)作用是把所接受的電信號轉(zhuǎn)換為電動機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向、角位移或角速度。以實現(xiàn)電信號對被驅(qū)動對象運行方式的控制，按電源性質(zhì)的不同，伺服電動機(jī)可分為交流和直流兩大類。本書只介紹交流伺服電機(jī)。1．交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)交流伺服電機(jī)外形，如圖3-12-1所示。交流伺服電動機(jī)的定子結(jié)構(gòu)和單相交流異步電動機(jī)相似，交流伺服電動機(jī)是兩相異步電動機(jī)，定子上繞有兩個形式相同并在空間互差90o電角度的繞阻，其中一個是勵磁繞組，另一個是控制繞組。圖3-12-1交流伺服電機(jī)外形圖背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

交流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子與一般異步電機(jī)有很大差別。常見的有籠型轉(zhuǎn)子和非磁性空心杯轉(zhuǎn)子兩種?；\型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和普通異步電動機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子相似，但有兩個重要特征：一是外形細(xì)而長，以減小轉(zhuǎn)動慣量；二是轉(zhuǎn)子繞組電阻大，保證轉(zhuǎn)子起動迅速，并且當(dāng)控制信號消失時，能快速停轉(zhuǎn)。非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子通常用鋁合金或銅合金制成空心薄壁圓筒，以減小轉(zhuǎn)動慣量，為減小磁阻，在杯型轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子。2．工作原理交流伺服電動機(jī)的定子繞組如圖3-12-2所示。圖中f為勵磁繞組，它由恒定電壓的交流電源勵磁。K為控制繞組，一般由伺服放大器供電。兩個繞組的軸線在空間相差90o電角度。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12

控制繞組上所加的控制電壓UK與勵磁電壓Uf有一定相位差，在理想的情況下，相位差角為90o電角度。兩個繞組中的電流共同在氣隙中建立一個旋轉(zhuǎn)磁場，從而使電機(jī)起動運行。

當(dāng)控制電壓UK為0時，電機(jī)內(nèi)磁場為脈動磁場，轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)；當(dāng)控制繞組加上控制電壓，電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；當(dāng)改變控制電壓大小，電機(jī)機(jī)械特性如圖3-12-3變化，同一負(fù)載下，電機(jī)轉(zhuǎn)速不同；當(dāng)控制電信號消失，轉(zhuǎn)子迅速停止。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.123．交流伺服電動機(jī)控制方式

上面說明了用控制信號的幅值大小控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，也可以用其他方式進(jìn)行控制。交流伺服電動機(jī)有以下三種控制方式：（1）幅值控制控制電壓與勵磁電壓的相位差保持90o不變，改變控制電壓的大小以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。（2）相位控制控制電壓的大小保持不變，改變控制電壓與勵磁電壓之間的相位差，相位差越大，轉(zhuǎn)速越高，相位差為0時，轉(zhuǎn)速為0.

（3）幅值－相位控制同時改變控制電壓幅值和相位進(jìn)行控制。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.124．交流伺服電動機(jī)運行特點1）運行范圍寬：由于轉(zhuǎn)子電阻很大，交流伺服電動機(jī)的穩(wěn)定運行區(qū)寬，調(diào)速范圍大。2）無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：交流伺服電動機(jī)由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特征，轉(zhuǎn)動慣量很小，另外轉(zhuǎn)子電阻很大，在控制信號消失時，伺服電動機(jī)能迅速自行停止轉(zhuǎn)動。3）起動迅速，反應(yīng)靈敏：交流伺服電動機(jī)由于轉(zhuǎn)子電阻很大，啟動轉(zhuǎn)矩大，起動迅速，且由于轉(zhuǎn)動慣量小，對控制電壓變化能迅速做出反應(yīng)。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12圖3-12-4步進(jìn)電機(jī)外形3.12.2步進(jìn)電動機(jī)

步進(jìn)電動機(jī)是將電脈沖信號變換成角位移或直線位移的執(zhí)行元件。每輸入一個電脈沖，電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度或前進(jìn)一步，故稱步進(jìn)電動機(jī)又稱為脈沖電動機(jī)。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用更為廣泛。步進(jìn)電動機(jī)可分為磁阻式，感應(yīng)式和永磁式三種。

本書主要介紹磁阻式步進(jìn)電動機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)外形，如圖3-12-4所示。背景知識返回3.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.121．結(jié)構(gòu)三相磁阻式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3-12-5所示，其定子上裝有六個均勻分布的磁極，每個磁極上都有控制繞組，繞組接成三相星形接法，其中每兩個相對的磁極組成一相；定子鐵心由硅鋼片疊成。其轉(zhuǎn)子上沒有繞組，由硅鋼片或軟磁材料疊成，轉(zhuǎn)子具有四個均勻分布的齒。2．三相單三拍運行方式圖3-12-5所示，當(dāng)U相繞組通入電脈沖時，