第3章變壓器與電動機簡介變壓器

變壓器是一種常見的電氣設備，在電力系統和電子線路中應用廣泛。變電壓：電力系統

變阻抗：電子線路中的阻抗匹配變電流：電流互感器

變壓器的主要功能有：在能量傳輸過程中，當輸送功率P=UI

cos及負載功率因數cos

一定時：電能損耗小節省金屬材料（經濟）1

概述UIP=I2

RlIS電力工業中常采用高壓輸電低壓配電，實現節能并保證用電安全。具體如下：

發電廠10.5kV輸電線220kV升壓儀器36V降壓…實驗室380/220V降壓變電站

10kV降壓降壓變壓器的結構變壓器的結構變壓器的磁路繞組：一次繞組二次繞組單相變壓器+–+–由高導磁硅鋼片疊成厚0.35mm

或0.5mm鐵心變壓器的電路一次繞組N1二次繞組N2鐵心變壓器的分類電壓互感器電流互感器按用途分電力變壓器(輸配電用)儀用變壓器整流變壓器按相數分三相變壓器單相變壓器按制造方式殼式心式變壓器符號下頁上頁變壓器返回下頁上頁電力變壓器返回下頁上頁三相電力變壓器返回下頁上頁小變壓器返回下頁上頁調壓器整流器牽引電磁鐵電流互感器返回3.1

變壓器

3.3.1

變壓器的工作原理3.1.1

變壓器的工作原理1．變壓器的分類按用途分：電力變壓器，特種用途變壓器。按相數分：單相、三相和多相變壓器。按繞組數分：雙繞組、多繞組及自耦變壓器。2．變壓器的結構變壓器鐵心：硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組：高強度漆包線繞制而成。其他部件：油箱、冷卻裝置、保護裝置等。變壓器鐵心：硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組：高強度漆包線繞制而成。其他部件：油箱、冷卻裝置、保護裝置等。鐵心線圈殼式變壓器心式變壓器鐵心線圈2．變壓器的結構1N1i1一次繞組二次繞組3．變壓器的工作原理u1–+e1–+e1

–+N2e2u20SZLi2–++–變壓器符號U1U2u1u2u1

→i1(

i1N1)1→e1

→e1i2(i2N2

)→2→e23．變壓器的工作原理e2S|Z|1N1N2i1e2u2e1u1e12i2–++––++–+–e2+–1N1N2??I0?E2

?U20?E1

?U1

?

E1

?–+––+++–(1)電壓變換變壓器空載：E1

=

4.44fN1mE2

=

4.44fN2m結論U1U20—–=–—=KN1N2—變比(2)電流變換SZLN1N2??I1E2

?U2

?E1

?U1

?

E1

??I2+–+–

E2

?+–+–+–+–+N1I1=N2

I2

?(I0

小)結論產生主磁通

的磁通勢有效值I0=I1N(2.55)變壓器接負載：(3)阻抗變換?I2KZL?U2?U1?I1Z0E?+––++–結論'ZL可利用變壓器進行阻抗匹配4．變壓器的銘牌數據(1)額定容量

SN三相變壓器SN

=U1NI1N=U2NI2N單相變壓器SN=U1NI1N=U2NI2N(2)額定電壓

U1N

和

U2NU2N

應比滿載運行時的輸出電壓U2

高出5%10%。(3)額定電流

I1N

和

I2N

允許通過的最大電流。(4)額定頻率

fN

[例1]

有一臺額定容量50kV

·

A、額定電壓3300/220V的變壓器，高壓繞組為6000匝，試求：(1)低壓繞組匝數；(2)高壓邊\低壓邊額定電流；(3)當一次側保持額定電壓不變，二次側達到額定電流，輸出功率9kW，cos=0.8時的二次側端電壓U2。[解](1)(2)I2N=K

I1N=6000400×15.1A=226.5A(3)

P=U2I2NcosPI2N

cosU2

=391032270.8=V

=215V3.1.2

變壓器的外特性cos

=0.8cos=10U2I2外特性

U2

=f(I2)電壓變化率U20–U2U20U=100%U20I2N?I2KRL?U2?U1?I1RiUs?+–+–+–3.1.3

變壓器的損耗與效率1．損耗

P=PCu+PFe銅損鐵損

PFe與Bm

有關2．效率

=(9099)%3.3.4

特殊變壓器U1?N1N2ZL?U2++

?U1

?N1N2

?U2ZLI1

?I2

?I++1．自耦變壓器2．電流互感器3.1.4

特殊變壓器N1N2負載A~i1i2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許開路。電動機的分類：鼠籠式異步交流電動機授課內容：

基本結構、工作原理、機械特性、控制方法

電動機交流電動機直流電動機三相電動機單相電動機同步電動機異步電動機他勵、并勵電動機串勵、復勵電動機3.2交流電動機3.2.1

三相異步電動機的構造

異步電動機的應用非常廣泛：在工業方面：中、小型軋鋼設備，機床、輕工機械、起重機械，礦山機械等。在農業方面：脫粒機、粉碎機、排灌機械及加工機械。在家用電器方面：電風扇、空調機、洗衣機、電冰箱等。

電動機的作用是將交流電能轉換成機械能，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步電動機和同步電動機。1．異步電動機按電動機定子相數分：

三相異步電動機、單相異步電動機。2．按電動機的轉子結構分：籠型異步電動機、繞線型異步電動機。1.定子3.2.2

三相異步電動機的構造鐵心：由內周有槽的硅鋼片疊成。A----XB----YC----Z三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵

轉子:在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流。2.轉子鼠籠轉子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)

鼠籠式轉子鐵芯槽內放銅條，端部用短路環形成一體?；蜩T鋁形成轉子繞組。(2)

繞線式轉子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式鼠籠式電動機與繞線式電動機的的比較：鼠籠式：

結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線式：結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。3.2.3

三相異步電動機的轉動原理

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯接)AXBYCZ1.旋轉磁場的產生o電動機的轉動原理1.轉動原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉子導體右手定則感應電動勢E20旋轉磁場感應電流I2旋轉磁場左手定則電磁力FF電磁轉矩TnF

電動機的轉動原理???SNn0ne(i)ff轉子導體旋轉磁極形成旋轉磁場，旋轉磁場的轉速也稱為同步轉速。籠型轉子在旋轉磁場的作用下也轉動起來，其轉向與旋轉磁場的轉向相同。3.2.4

三相異步電動機的轉矩與機械特性

4.4.1轉矩公式電磁轉矩T

=KT

I2

cos2

電磁轉矩是由旋轉磁場的磁通

和轉子電流的

I2

有功分量相互作用而產生的，所以與結構有關的常數常數1

轉矩公式2

機械特性曲線sT10TstTmsmsNTN轉矩特性

T=f(s)T

與

成正比機械特性曲線n=f(T

)1．額定轉矩TNT=TC=T2+T0

T2P2：電動機軸上的輸出功率P2

單位：瓦(W)n單位：轉/分(r/min)T單位：牛米(N·m)nTstT2=

TN(在

b點)On0TTmnNTNba由dT/ds=0，得sm

=

±

–—R2X20sm=

–—R2X20取正值sm

—稱為臨界轉差率代入

T

的表達式求得最大轉矩Tmax2．最大轉矩T

max不同電源電壓的轉矩特性nOn0TTstT

maxnNTNdU1(4)

sm

=

R2/X20結論：(1)

Tmax

U12(2)

Tmax

與R2

無關(3)

過載系數Tmax

TN1.82.2sm

與U1

無關2．最大轉矩Tmax不同轉子電阻的轉矩特性nOn0TTmaxR2起動瞬間n

=

0，s

=

1U1↓→

Tst

↓↓R2↑→

Tst↑負載轉矩T2

>

Tst，不能起動。負載轉矩T2

<

Tst，可帶負載起動。st

Tst

TN一般st

1.02.2起動轉矩倍數3．起動轉矩Tst3.2.5

三相異步電動機的起動

4.5.1起動性能1

起動性能起動初始瞬間，n

=

0，s

=

1

(1)起動電流

Ist

大，4~7IN。頻繁起動會使電動機過熱。

過大的起動電流在短時間內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。

(2)

起動轉矩

Tst

不大，雖然剛起動時轉子電流較大，但轉子的功率因數很低,不能滿載起動。電磁轉矩

T

=KT

I2

cos

2

2、起動方法1．直接起動直接起動是在起動時把電動機的定子繞組直接接入電網。

特點：

起動轉矩小；起動電流大，比額定值大

4~7

倍；影響同一電網上其他負載的正常工作。

優點：簡單、方便、經濟、起動過程快，適用于中小型籠型異步電動機。2．降壓起動起動時降低電動機的電源電壓，待電動機轉速接近穩定轉速時，再把電壓恢復正常。(1)星形—三角形(Y-)換接起動FUW2U1U2V1V2W1QS1轉子定子繞組

只適用于電動機在工作時定子繞組為

形接法。QS2YW1V1U1U2V2W2形U1U2V1W1V2W2Y形FUW2U1U2V1V2W1QS1轉子定子繞組QS2V2(1)星形—三角形(Y-)換接起動Y形形起動電流和起動轉矩都降低為直接起動時的三分之一。

QS2起動三相自耦變壓器(2)自耦降壓起動U1U2V1V2W1W2QS1M3~U1U2V1V2W1W2QS1QS2運轉起動三相自耦變壓器M3~(2)自耦降壓起動~~繞線型電動機起動時，可在轉子繞組中串聯電阻，以減小起動電流。(3)轉子串電阻起動Rst轉子

三相異步電動機的調速調速方法變頻調速(籠型電動機)變極調速(籠型電動機)變轉差率調速(繞線型電動機)

三相異步電動機的制動

4.7.1能耗制動QS運轉制動RP

+–M3~SNnff制動時定子接入直流電源產生固定磁場，i2

受到阻轉矩；當n→0，i2→0，T→0。制動：將動能→電能→熱能。優點：能耗小，制動準確、平穩，不會反轉。缺點：需要另外加直流電源。e2(i2)?1

能耗制動QS正轉制動將三相中的任意兩相對調，產生制動轉矩，使M停機。優點：方法簡單，制動效果好。缺點：能量消耗大。旋轉磁場與轉子的相對轉速為(n1+n)→

I2→

I1。必須在籠型電動機的定子或繞線型電動機的轉子中串入電阻R，以防止燒壞繞組。M3~R2

反接制動三相異步電動機銘牌數據1.型號

磁極數(極對數p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機教材表8.8.1中列出了各種電動機的系列代號。異步電動機產品名稱代號產品名稱異步電動機繞線式異步電動機防爆型異步電動機高起動轉矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法接線盒定子三相繞組的聯接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯結W1U1V1W2U2V2聯結3.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯結；線電壓為220V時采用