第三章 变压器与交流异步电动机Word格式.docx

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磁场强度也是一个矢量，在均匀的介质中，他的方向和磁感应强度方向一致。

2．铁磁性材料的性质

铁磁性材料具有高的导磁能力

（1）铁磁性材料的磁化曲线

（2）磁滞回线

（3）磁路

二、磁路欧姆定律

如励磁线圈匝数为N，线圈中的电流为I，铁心的截面积为A，此路的平均长度为l，则磁路中的磁通可以根据磁路的欧姆定律进行分析，表达式为

1．磁通势

将通过线圈的电流与线圈匝数的乘积称为磁通势，用F表示，即F=NI。

单位为安，符号为A。

2．磁阻

就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用Rm表示，单位1/亨，符号为1/H。

与导体的电阻相似，磁路中磁阻的大小与磁路的长度成正比，与磁路的截面积成反比，并与组成磁路的材料的性质有关。

（μ为材料的磁导率，单位为H/m）

通过以上的分析：

通过磁路的磁通量与磁路势F成正比，与磁阻成反比，所以磁路欧姆定律为

三、变压器

1．变压器的结构

主要有铁心和绕在铁心上的绕组两部分组成。

（1）铁心是变压器的磁路部分，通常是用磁导率较高的硅钢片叠装而成，硅钢片两侧涂有绝缘漆，是叠片相互绝缘。

结构形式可分为心式（线圈包着铁心）和壳式（铁心包着线圈）两种。

（2）绕组是变压器的电路部分。

绕组是由具有良好绝缘性的圆形或矩形截面的导线绕成一定形状的线圈。

一般变压器有两个绕组或两个以上的绕组，把变压器与电源相接的绕组称为一次绕组，把变压器与负载相接的一侧绕组称为二次绕组。

2．变压器的工作原理

变压器是利用电磁感应原理工作的电气设备。

（1）互感

把由一个线圈的电流发生变化，在另一个线圈中产生的电磁感应的现象称为互感，由互感产生的感应电动势称为互感电动势。

互感电动势的大小正比于穿过此线圈磁通的变化率，或正比于另一个线圈中电流的变化率。

在电路图中，要互感线圈上的标注互感电动势极性，这就是同名端标记。

（用·

表示）

（2）变压器的工作原理

1变压原理

当一次绕组接入交流电源时，一次绕组中便有交流电流流过，便产生交变磁通，这个变化磁通经过闭合回路同时穿过一、二次绕组时，就在两个绕组中分别产生与电源频率相同的感应电动势。

一次绕组中产生的自感电动势起着阻碍电流变化的作用，与加在一次绕组两端的电压相等，与此同时，二次绕组中也产生互感电动势，此时，二次绕组相当于一电源，则二次绕组两端的电压约等于互感电动势。

根据法拉第电磁感应定律可知：

（变压比）

2变流原理

变压器能从电网中获得能量，并通过电磁感应进行能量转换后，再把电能输送给负载，根据能量守恒定律，变压器输出的功率和他从电网中吸收的功率相等，可得出

3阻抗变换原理

由于理想变压器本身无功率损耗，所以一、二次回路的视在功率、有功功率和无功功率相同，功率因数也相同，设变压器二次阻抗为ZL,一次等效阻抗为ZL`

3．变压器的运行特性

（1）变压器的额定值

1额定容量SN

2额定一、二次电压U1N和U2N

3额定电流I1N和I2N

（2）变压器的外特性及电压变化率

（3）变压器的效率

实际变压器在运行中有功率的损耗，包括铜损耗和铁损耗

1铜损耗Pcu是指电流在一、二次绕组上产生的损耗

2铁损耗PFe是指交变磁场在铁心中引起磁滞损耗以及在组成铁心的硅钢片中的涡流损耗。

变压器的效率

四、常用变压器简介

1．单相变压器

2．多绕组变压器

3．三相变压器

4．自耦变压器

5．仪用变压器

（1）电压互感器

（2）电流互感器（钳式电流表）

第二节三相异步电动机

电动机根据所使用电源性质可分为交流电动机和直流电动机，直流电动机按所使用的电流相数分为单相电动机和三相电动机两种，三相电动机又分为同步和异步两种。

一、三相异步电动机的结构

1．定子

固定不动的部分。

主要有定子铁心、定子绕组、机座、端盖、轴承等组成。

（1）定子铁心

是电动机磁路的一部分，有表面涂有绝缘层的硅钢片叠压而成，硅钢片内源表面冲有沿圆周均匀分布的槽孔，内以嵌放定子绕组。

（2）定子绕组

是电动机的电路部分，它由嵌放在定子铁心槽中的线圈按一定规则联结成的三相绕组组成，定子三相绕组结构完全对称，并与铁心绝缘。

（3）机座、端盖

机座用来固定定子铁心和定子绕组，并通过两端的端盖和轴承支承转动部分。

机座通常用铸铁和铸钢制成，它的外表面铸有散热筋，以提高散热效果。

电动机的端盖装在机座的两端，它起着保护铁心和绕组的作用。

2．转子

由转子铁心、转子绕组、转轴、风扇等组成。

（1）转子铁心

是电动机磁路的一部分，一般由0.5mm厚且表面有绝缘层的硅钢片叠压而成，硅钢片外圆周有均匀分布的导线槽，用以放置转子绕组。

（2）转子绕组

形式有：

笼式和绕线式两种。

笼式有两种结构形式：

一种结构为铜条转子；

另一种形式为小型异步电动机常用的铸铝式转子。

轴承是支承转子铁心和输出转矩的零件，一般用中碳钢制成。

风扇的作用是冷却电动机。

二、三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机是指由三相交流电源供电，利用电磁感应原理，输出转矩的旋转电动机。

1．旋转磁场

三相异步电动机的旋转磁场是由三相定子绕组通过对称交流电形成的。

在三相异步电动机中，向在空间彼此相差1200的三个相同的定子绕组中通入三相交流电流，则将产生一个沿定子内圆旋转的磁场，这就是旋转磁场。

2．旋转磁场的转速和转向

旋转磁场的转速与交流电的变化速度（频率）有关，交流电变化一周，旋转磁场也转过一周，设交流电的频率为50Hz，则旋转磁场每秒转过50转，而每分钟的转速n0=60f=60×

50r/min=3000r/min。

旋转磁场的转速又称为同步转速。

同步转速的快慢除了与电源的频率有关，还与定子绕组的结构有关，如果三相异步电动机的每相定子绕组是由两个串联的线圈做成，则定子绕组有六个线圈组成，每组线圈在空间相隔600，三相接成星形，通入三相交流电，同理分析：

由三相交流电产生的磁场有四个磁极，即磁极对数p=2。

当交流电变化900时，磁场只转过450，当电流变化一个周期，磁场只转过1800，就是说磁场的转速与极对数成反比，极对数增加，磁场的转速就减小。

旋转磁场的转速公式为

总结：

当三相异步电动机的定子绕组通入三相交流电时，产生的旋转磁场转速与电源的频率和磁场的极对数有关；

旋转磁场的转向与电源得相序有关，要使旋转磁场反向（改变电动机的转向），只要把接到三相绕组首端上的任意两根电源线对调即可。

例题3-3P100

3．电动机的转动原理

当电动机的定子绕组通以三相对称交流电时，就会产生一个旋转磁场。

设旋转磁场以同步转速顺时针转动，则静止的转子与旋转磁场之间就有相对运动，相当于定子静止，转子逆时针方向转动。

转子上半部分的导体相当于向左做切割磁感应线运动，产生感应电动势，感应电动势的方向用右手定则判断，方向垂直纸面向外；

转子下半部分的导体相当于向右做切割磁感应线运动，产生感应电动势，感应电动势的方向用右手定则判断，方向垂直纸面向内。

由于转子导体两端被铜环短接，构成一个闭合回路，因此转子导体中就有感应电流通过。

有电流流过的转子导体将在旋转磁场中受到电磁力的作用，其方向可用左手定则判断，该电磁力在转子轴上形成电磁力矩，使电动机的转子以转速旋转。

转子的转向和旋转磁场的转向一致，因此要改变电动机的转动方向，只需改变旋转磁场的转向即可。

从上面分析，电动机的转子产生感应电流并受电磁转矩旋转是因为转子与旋转磁场间存在相对运动，也就是说两者保持着一定的转速差，这是异步电动机能正常工作的必要条件。

因为若转子转速达到旋转磁场的转速时，两者之间就没有相对运动了，转子也就不再做切割磁感线的运动，转子导体也不再产生感应电流，转子受到电磁转矩为零，转子就会自动减速。

另一方面，一旦转子转速变慢，转子和旋转磁场间又重新产生相对运动，使转子重新电磁转矩的作用，而且电磁转矩增大。

当电磁转矩和负载产生的阻力矩平衡时，转子就不再减速，而且在较低的转速下又作等速运动。

综上所述，在负载不变时，当转子转速偏高而接近同步转速时，转子受到的电磁转矩变小，使转子减速；

当转子转速偏低时，转子受到的电磁转矩变大，又会迫使转子加快转速。

最后使转子基本稳定在某一转速上。

而转子的转速是总是小于同步转速的，所以这种电动机成为异步电动机。

又因为这种电动机的转子是由电磁感应产生的，故又称为感应电动机。

（1）转差率

（2）电动机转速

三、三相异步电动机的机械特性

主要讲解“机械特性图”：

各个特殊点的分析

1．额定转矩

是指电动机在额定负载下稳定运行时的电磁转矩。

2．最大转矩

最大转矩是电动机能够提供的极限转矩，用Tm。

由于它是机械特性上稳定区和不稳定区的分界点，故电动机运行中的负载转矩不能超过最大转矩，否则电动机的转速越来越低，直至停转（俗称闷车），此时电动机的电流会增加至额定值的6~7倍，时间过长将会引起电动机的严重过热，甚至烧毁。

过载系数：

过载系数用来描述电动机允许的瞬时过载的能力。

一般三相异步电动机的过载系数为1.8~2.2。

3．起动转矩

是指电动机刚刚启动瞬间（n=0）的转矩，用Tst表示。

启动转矩必须大于负载转矩，电动机才能旋转。

起动转矩倍数：

4．转矩与外加电压的关系

电动机的电磁转矩与转速有关外，还与外加电压有关。

在电源频率、电动机结构和转速一定时，异步电动机转矩的大小与加在定子绕组上的电压的平方成正比，因此外加电压变化很小时，异步电动机的启动转矩将显著变化。

四、三相异步电动机的铭牌数据

1．型号

2．额定电压

是指电动机定子绕组规定使用的线电压。

3．额定转速

是指电动机在额定运行状态下转子的转速。

4．额定功率与效率

是指电动机在额定工作状态下运行时允许输出的机械功率P2N。

电动机的输出功率不等于输入功率，其差值等于电动机的损耗功率，包括铜损耗、铁损耗和机械损耗等。

电动机的输出功率与输入功率之比称为效率ηN。

以Y120M-4为例：

输入功率

输出功率

效率

5．额定电流

是指电动机在额定工作状态下定子绕组的线电流。

6．绝缘等级

表示电动机绕组及其他绝缘部件所用绝缘材料的等级。

绝缘等级

Y

A

E

B

F

H

C

最高允许温度/0C

90

105

120

130

155

180

大于180

7．额定频率

是指加在电动机定子绕组上的电源频率。

50Hz

8．接法

是指电动机定子绕组在额定电压下的连接方法。

9．工作方式

是指电动机按铭牌值工作时可持续运行的时间，一般分为连续运行、短时运行、断续运行三种，分别用S1,S2,S3。

10．功率因数

是指电动机输出额定功率时定子绕组相电压与相电流之间相位差的余弦。

第三节单相异步电动机

单相异步电动机是利用单相交流电源供电的一种小容量的交流电动机。

一、单相异步电动机的结构及工作特点

1．单相异步电动机的结构

主要有定子、转子、端盖等组成。

2．单相异步电动机的工作特点

单相异步电动机定子绕组上的工作绕组是单相绕组，当工作绕组接通单相交流电源后，就会产生一个磁场。

当通入电流为零时，产生的磁场也为零；

当交变电流经过T/4达到最大时，磁场也为最大；

当电流反向，产生的磁场也反向。

由此可见，单相异步电动机定子工作绕组通入单相交流电后，产生的磁场大小及方向在不断地变化，但磁场的轴线在空间保持固定的位置，这种磁场称为脉动磁场。

由于单相异步电动机的转子原来静止不动，则在脉动磁场的作用下，转子导体因与磁场之间没有相对运动而不会产生感应电动势和电流，也就不存在电磁力的作用，因此转子仍然静止不动，即单相异步电动机没有起动转矩，不能自行启动。

此时，如果拨动一下电动机的转子，则转子导体就会切割定子脉冲磁场，从而产生感应电流，并在磁场中受到电磁力的作用，与三相异步电动机转动原理一样，转子将顺着拨动方向转动起来。

二、单相电容式异步电动机

单相异步电动机根据不同的启动方法可以分为电容起动式、电容式和罩极式等几种。

由于电容式电动机的效率高、运行性能好、过载能力大而且制作方便，所以应用较为广泛。