電機與電氣控制技術歡迎學習1.1鐵心線圈、磁路1.3三相電力變壓器1.2單相變壓器的基本結構和工作原理1.4其他常用變壓器第1章磁路與變壓器自學提示

討論變壓器時，既會遇到電路問題，又會遇到磁路問題，其中磁路問題是掌握變壓器原理的基礎知識，也是學習電機、電器的理論基礎。要求：了解磁路的相關概念、變壓器的結構組成，實際中常用的特殊變壓器熟悉變壓器的變換電壓原理、變換電流原理、變換阻抗原理以及用途掌握應用磁路歐姆定律和主磁通原理分析、解決磁路中的相關實際問題

工程應用實際中，大量的電氣設備都含有線圈和鐵芯。當繞在鐵芯上的線圈通電后，鐵芯就會被磁化而形成鐵芯磁路，下圖所示為電氣設備中常見的幾種磁路。

磁路是導磁性能很好的材料制成的磁力線的通路，也是人為的、集中的強磁場。圖示各磁路中的紅色虛線表示工作主磁通的路徑；紫色虛線表示通過空氣閉合的極少部分的漏磁通。1.1鐵芯線圈、磁路1.磁通uiΦ磁通Φ穿過磁路的磁力線總通過量的多少可以定性地說明磁路上的磁場情況，磁力線總數可量化為磁通，用“Φ”表示。顯然，磁通Φ的大小可定量地反映磁路中的磁場強弱。1.1.1磁路的基本物理量

線圈通電后使鐵芯磁化，形成鐵芯磁路。

國際單位制中，磁通的單位有韋伯［Wb］和麥克斯韋［Mx］，二者之間的換算關系為：1Wb=108Mx

均勻磁場中，磁感應強度B等于磁通Φ與垂直于磁場方向的面積S的比值，即：

鐵芯磁路的磁場通常均可認為是均強磁場。由上式可知，勻強磁場中穿過磁路截面的磁通量越多，磁感應強度B值就越大，因此磁感應強度B又稱之為磁通密度。2.磁感應強度

勻強磁場中，B的大小可用載流導體在磁場中所受到的電磁力來衡量。即：

國際單位制中，磁感應強度的單位有特斯拉［T］和高斯［Gs］，二者之間的換算關系為：1T=104Gs

磁導率是反映自然界物質導磁能力的物理量，用希臘字母“μ”表示。物質的種類很多，且導磁能力也各不相同，為了有效地區別它們各自的導磁能力，我們引入一個參照標準—真空的磁導率μ0:

自然界中各種物質的磁導率均與真空的磁導率相比，可得到不同的比值，我們把這個比值稱為相對磁導率，用“μr”表示，即：

顯然，相對磁導率無量綱，其值越大，表明此類物質的導磁性能越好；反之，導磁性能越差。3.磁導率μ

根據μr值的不同，自然界的物質大致可分為兩大類：（1）非磁性物質

如空氣、塑料、銅、鋁、橡膠等。非磁性物質的導磁能力很差，其磁導率與真空的磁導率非常接近，工程實際中，非磁性物質的磁導率可用真空磁導率代替，即它們的相對磁異率均約等于1。

如鐵、鎳、鈷、鋼及其合金等。鐵磁物質的導磁能力很強，其磁導率一般為真空的幾百、幾千乃至幾萬、幾十萬倍。如鑄鐵，其相對磁導率μr≈200～400；鑄鋼的相對磁導率μr≈500～2200；硅鋼的μr≈7000~10000；坡莫合金的μr≈20000～200000。顯然，鐵磁物質的磁導率不是常量，而是一個范圍，即隨外部條件變化。鐵磁性物質的相對磁導率大大于1。（2）鐵磁性物質4.磁場強度

磁場強度也是表征磁場中某點強弱和方向的物理量，用大寫字母“H”表示。磁場強度和磁感應強度有何區別和聯系？

磁感應強度B是描述磁路介質磁場的強弱和方向的物理量；磁場強度H則描述的是電流的磁場強弱和方向，與磁路的介質無關。磁感應強度和磁場強度之間的聯系可用下式表示：

磁場強度H的單位有安每米和安每厘米，二者之間的換算關系為：1A/m=10-2A/cm1.1.2磁路歐姆定律

交流鐵芯線圈磁路通常由硅鋼片疊壓制成，導磁率很高。當套在鐵芯上的線圈通電后，鐵芯迅速被磁化，成為一個人為集中的強磁場。uiΦ磁路部分電路部分交流鐵芯線圈示意圖

電流通過N匝線圈所形成的磁動勢用Fm=NI表示，磁路對磁通所呈現的阻礙作用用磁阻Rm表示，磁動勢、磁通和磁阻三者之間的關系可表述為：磁路歐姆定律

磁路歐姆定律中的磁阻Rm與磁導率μ有關，因此對鐵芯磁路來講是一個變量，定量計算相對復雜，因此沒有電路歐姆定律應用得那么廣泛，磁路歐姆定律通常用來定性分析磁路情況。

主磁通原理告訴我們，只要外加電壓有效值及電源頻率不變，鐵芯中工作主磁通最大值Φm也將維持不變。1.1.3主磁通原理uiΦ

對交流鐵芯線圈而言，設工作主磁通為：

可得：

交變磁通穿過線圈時，在線圈中感應電壓，其值為：主磁通原理例分析某含有氣隙的鐵芯線圈，線圈兩端加有效值為U的交流電壓，當氣隙增大時，鐵芯中的主磁通是增大還是減??？線圈中的電流如何變化？氣隙增大時，鐵芯磁路中的磁阻增加，但由于電源電壓效值為U和頻率f并無改變，根據主磁通原理可知，鐵芯磁路中的工作主磁通Φ并不發生改變。根據磁路歐姆定律：

磁通不變，則上式中的比值也應不變。因此，當磁阻Rm增大時，線圈中通過的電流必定增大。例分析一個交流電磁鐵，因出現機械故障，造成通電后銜鐵不能吸合，結果把線圈燒壞，試分析其原因。電磁鐵線圈中的額定電流是根據吸合后的電流限值設定的。當通電后不能吸合時，由于鐵芯和銜鐵之間存有一定的氣隙，造成鐵芯磁路中的磁阻大大增加。民主磁通原理可知，此時鐵芯磁路中的工作主磁通Φ并不發生改變。若要滿足磁路歐姆定律：就必須增大線圈中的電流，而且氣隙雖小，但磁阻遠大于鐵芯中的磁阻，此時線圈電流將是額定電流的許多倍，從而造成線圈燒毀。什么是磁滯損耗？什么是渦流損耗？何謂不變損耗和可變損耗？你會做嗎？根據物質導磁性能的不同，自然界中的物質可分為幾類？它們在相對磁導率上的區別是什么？

鐵磁物質具有哪些磁性能？銅和鋁能夠被磁化嗎？為什么？

根據工程上用途的不同，鐵磁性材料可分為幾類？試述它們的特點和用途。

問題與思考磁通Φ、導磁率μ、磁感應強度B和磁場強度H分別表征了磁路的哪些特征？1.2.1變壓器的基本結構u1i10AXΦN1N2u20axS用硅鋼片疊壓制成的變壓器鐵芯。與電源相接的一次側繞組。|ZL|與負載相接的二次側繞組。

變壓器的主體結構是由鐵芯和繞組兩大部分構成的。變壓器的繞組與繞組之間、繞組與鐵芯之間均相互絕緣。1.2單相變壓器的基本結構和工作原理u20AXaxS|ZL|u1i10ΦN1N21.變壓器的空載運行

交變的磁通穿過N1和N2時，分別在兩個線圈中感應電壓：

計算它們的比值：有：

顯然，改變線圈繞組的匝數即可實現電壓的變換。且k>1時為為降壓變壓器；k<1時為升壓變壓器。變壓比，簡稱變比1.2.2變壓器的工作原理AX|ZL|axN2SN1u2u1i1Φ2.變壓器的負載運行變壓器負載運行時，一次側電流由i0變為i1，二次側產生負載電流i2，而電壓u20相應變為u2。

變壓器負載運行時，二次側電流i2產生副邊磁動勢I2N2，該磁動勢對I0N1起削弱作用。i2

根據主磁通原理，只要電源電壓和頻率不變，鐵芯中的工作主磁通Φ的數值將維持不變。因此，原邊電流i0相應增大為i1，原邊磁動勢也增大為I1N1，增大的部分恰好與二次側磁動勢相平衡。此時的磁動勢方程式為：

磁動勢平衡方程式告訴我們：變壓器二次測電流i2的大小是由負載決定的，但二次側的能量來源于一次側，兩側電路并沒有直接的電的聯系，而是通過磁耦合把能量從原邊傳遞到副邊。

由上式可得：

變壓器鐵芯的導磁率很高，因此滿足工作主磁通需要的磁動勢I0N1很小，和I1N1相比可忽略不計，因此磁動勢平衡方程式可改為：

變壓器在能量傳遞的過程中損耗很小，因此一次側和二次側的容量近似相等，有：變流比能量傳遞過程中，變壓器在變換電壓的同時也變換了電流。3.變壓器的變換阻抗作用AX|ZL|axN2SN1u2u1i1Φi2

設變壓器副邊所接負載為|ZL|，原邊等效輸入阻抗為|Z1|，則有：將變壓器的變壓比公式和變流比公式代入上式得：

上式告訴我們：只要改變變壓器的匝數比，即可獲得合適的二次側對一次側的反射阻抗|Z1|。式中k2稱為負載阻抗折算到一次側時的變換系數。已知某收音機輸出變壓器的原邊匝數為600，副邊匝數為30，原邊原來接有16Ω的揚聲器?，F因故要改接成4Ω揚聲器，問輸出變壓器的匝數N2應改為多少？例解收音機電路中，輸出變壓器所起的作用是：讓揚聲器阻抗與晶體管的輸出端阻抗匹配，以使負荷上獲得最大功率，從而驅動喇叭振動發出聲音。收音機原阻抗變換系數為：反射阻抗：改換成4Ω揚聲器后：設交流信號源電壓U=100V，內阻R0=800Ω，負載RL=8Ω。(1)將負載直接接至信號源，負載獲得多大功率？(2)經變壓器阻抗匹配，求負載獲得的最大功率是多少？此時變壓器變比是多少？例解負載直接與信號源相接時，負載上獲得的功率為：

阻抗匹配時，負載折算到原繞組的反射阻抗等于800Ω。因此負載上獲得的最大功率為：變壓器的變比為：

變壓器輸出電壓u2隨負載電流i2變化的關系稱為它的外特性，即：u2U2Ni2I2N0cos(-φ2)=0.8超前cosφ2=1cosφ2=0.8滯后u2＝f（i2）1.變壓器的外特性(1)負載為純電阻性質時，cosφ=1，輸出電壓u2隨負載電流i2的增加略有下降；

結論負載的功率因數對變壓器的外特性影響很大。(2)負載為感性時，u2隨i2的增加下降的程度加大；(3)負載為容性時，輸出特性曲線呈上翹狀態，說明u2隨

i2的增加反而加大。1.2.3變壓器的外特性

變壓器外特性變化的程度，可以用電壓調整率ΔU%來表示。電壓調整率定義為：變壓器由空載到額定I2N滿載時，副邊輸出電壓u2的變化程度。

電壓調整率反映了變壓器運行時輸出電壓的穩定性，是變壓器的主要性能指標之一。3.變壓器的損耗和效率變壓器的損耗有鐵耗和銅耗：

變壓器工作時由于主磁通不變，因此鐵損耗也基本維持不變，通常稱鐵耗為不變損耗；銅耗隨負載電流變化，稱為可變損耗。2.電壓調整率

變壓器的效率是指變壓器的輸出功率P2與輸入功率P1的比值，通常百分數表示，即：

變壓器沒有旋轉部分，因此效率比較高。控制裝置中的小型電源變壓器的效率通常在80%以上；電力變壓器的效率一般可達95%以上。

變壓器在運行中需注意，并非運行在額定負載時效率最高。實踐證明，變壓器所帶負載為滿載的70%左右時效率最高。因此，應根據負載情況采用最好的運行方式。譬如控制變壓器運行臺數，投入適當容量的變壓器等，以使變壓器能夠處在高效率情況下運行。變壓器效率

為使變壓器安全、經濟、合理地運行，同時讓用戶對變壓器的性能有所了解，制造廠家對每一臺變壓器都安裝了一塊銘牌，如：4.變壓器的銘牌和額定值只有理解銘牌上各種數據的含義，才能正確地使用變壓器。

銘牌數據中的高壓側額定電壓U1N，指加在一次繞組上的正常工作電壓值。U1N是根據變壓器的絕緣強度和允許發熱等條件規定的。接負載的低壓側額定電壓U2N，是指變壓器空載時高壓側加上額定電壓后，二次側兩端的電壓最高限值。

（1）變壓器的產品型號（2）額定電壓（3）額定電流

指根據變壓器容許發熱的條件而規定的滿載電流值。在三相電力變壓器中，額定電流均指線電流。（4）額定容量

指變壓器在額定工作狀態下，二次繞組的視在功率，其單位為kV-A。

單相變壓器的額定容量為：

三相變壓器的額定容量為：

阻抗電壓又稱為短路電壓。它標志在額定電流時變壓器阻抗壓降的大小。通常用它與額定電壓U1N的百分比來表示。（5）聯結組別標號（6）阻抗電壓

指三相變壓器一、二次繞組的連接方式。其中Y指變壓器的高壓繞組作星形聯結（D表示高壓繞組作三角形聯接）；y表示低壓側繞組作星形聯結（d表示低壓繞組作三角形聯接）；N表示高壓側繞組作星形聯結時帶有中線（n表示低壓側繞組作星形聯結時帶有中線）。變壓器能否變換直流電壓？為什么？你會做嗎？已知變壓器UIN=220V，為使鐵心不致飽和，規定Φm≤0.001Wb，問變壓器原線圈至少應繞多少匝？

欲制作一個220/110V的小型變壓器，能否原邊繞2匝，副邊繞1匝？為什么？

若不慎將額定值110/36V的小容量變壓器原邊接到110V直流電源上，副邊會產生什么情況？原邊呢？問題與思考一個交流電磁鐵，額定值為工頻電220V，現不慎接在了220V的直流電源上，問會不會燒壞？為什么？

電力變壓器在供配電系統中的作用是將一種電壓的電能轉變為另一種或幾種電壓的電能供給用戶。變電所或配電房中的電力變壓器，通常是將高壓電能轉變為低壓電能，饋電給用電設備。1.3三相電力變壓器

目前，我國交流輸電的骨干網架為500kV電壓等級，還要在500kV電網基礎上發展1000千伏特高壓輸電。這樣高的電壓，無論從發電機的安全運行方面或是從制造成本方面考慮，都不允許由發電機直接生產，必須依靠升壓變壓器將電壓升高后才能遠距離輸送。按相數來分，變壓器可分有：單相變壓器三相變壓器按冷卻性質來分，變壓器可分有：干式變壓器水冷式焊接變壓器油浸式電力變壓器110kV大型油浸式電力變壓器10kV全封閉配電變壓器大型油浸式電力變壓器箱體內部結構儲油柜變壓器油箱體高壓絕緣套管低壓絕緣套管分接開關氣體繼電器除此之外，還有安全氣道、溫度計、吊裝環和入孔支架等。

電力變壓器的鐵芯和繞組通常浸在變壓器油箱中，從變壓器外部一般看不到。散熱管1.三相電力變壓器的結構組成1.三相電力變壓器的磁路部分

電力變壓器主要由磁路系統和電路系統構成。其中磁路系統包括鐵芯和磁軛，均由硅鋼片疊壓制成，如下圖所示。

鐵芯是電力變壓器極為重要的部件。在原理上，鐵芯是構成變壓器的磁路，是能量傳遞的媒介體。它把一次電路的電能轉化為磁能，又把該磁能轉化為二次電路的電能；在結構上，鐵芯柱套上帶有絕緣的線圈，并且牢固地對它們支撐和壓緊，因此鐵芯又是構成變壓器的骨架。

電力變壓器的電路系統主要由雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞制而成，是變壓器最基本的組成部分，繞組與鐵芯合稱電力變壓器本體，是建立磁場和傳輸電能的電路部分。

不同容量、不同電壓等級的電力變壓器，繞組形式也各不相同。一般電力變壓器中常采用同心式和交疊式兩種結構形式。2.三相電力變壓器的電路部分同心式繞組是把高壓繞組與低壓繞組套在同一個鐵心上，一般是將低壓繞組放在里邊，高壓繞組套在外邊，以便絕緣處理。但輸出電流很大的大容量電力變壓器，低壓繞組引出線的工藝復雜，往往把低壓繞組放在高壓繞組的外面。同心式繞組結構簡單、繞制方便，故被廣泛采用。按照繞制方法的不同，同心式繞組又可分為圓筒式、螺旋式、連續式、糾結式等幾種。

普通電力變壓器通常不采用交疊式繞組形式。交疊式繞組又叫交錯式繞組，即在同一鐵芯上，高壓繞組、低壓繞組交替排列、間隙較大、絕緣較復雜、包扎工作量較大。它的優點是力學性能較好，引出線的布置和焊接比較方便、漏電抗較小，因此一般多用于電壓為35kV及以下的電爐變壓器中。

電力變壓器三相繞組的聯接形式

電力變壓器的每一個電壓側都有三個繞組，高壓側繞組用U-X、V-Y、W-Z作線端標志，其中短橫杠前面為繞組的首端標號，橫杠后面為繞組的尾端標號。

低壓側繞組用u-x、v-y、w-z作線端標志，若為三繞組變壓器，則中壓側繞組用Um-Xm、Vm-Ym、Wm-Zm作線端標志。UVWXYZ繞組為三角形連接

三相電力變壓器無論一次側還是二次側繞組，均有星形和三角形兩種聯結方式。

星形聯結是把三相繞組的末端連接在一起，而把它們的首端分別用導線引出，如圖（a）所示。

三角形聯結是把一相繞組的末端和另一相繞組的首端連在一起，順次連接成一個閉合回路，然后從首端用導線引出，如圖（b）（c）所示。其中圖（b）的三相繞組按逆序的三角形聯結。而圖（c）的三相繞組則按順序三角形聯結。

三相變壓器的聯結組別不僅與繞組的繞向和首末端標志有關，而且還與三相繞組的連接方式有關。①Y，d11（Y0/Δ-11）：這種聯結組別通常用于低壓側電壓高于400V，高壓側電壓為35kV及以下的輸配電系統中。

1.3.2三相電力變壓器的聯結組別

我國國家標準規定只生產下列5種標準聯結組別的電力變壓器，即Y，d11；Y，yn0；YN，d11；YN，y0；Y，y0。其中前3種最為常用，其主要用途為：

②Y，yn0（Y/y0-12）這種聯結組別一般用在低壓側電壓為400/230V的配電變壓器中，供電給動力和照明混合負載。三相動力負載用400V線電壓，單相照明負載用230V相電壓。yn表示星形聯結的中心點引至變壓器箱殼的外面再與“地”相接。③YN，d11（Y0/d-11）這種聯結組別常用在高壓側需要中心點接地的輸電系統中，例如110kV及220kV等超高壓系統中。此外也可以用在低壓側電壓高于400V、高壓側電壓為35kV及以下的輸配電系統中。1.3.3三相電力變壓器的并聯運行

為保證并聯運行的變壓器空載時并聯回路無環流，各變壓器的負荷分配應與其容量成正比，且滿足以下條件：

①并聯各變壓器的聯結組別標號相同；②并聯各變壓器的變比相同（允許有±0.5%的差值）；③并聯各變壓器短路電壓相等（允許有±10%的差值）。

除上述三個條件外，對于并聯運行的變壓器的容量比一般不宜超過3:1。上述條件必須要嚴格執行的就是第①條1.3.4三相電力變壓器的配件

參看課本，在此不再敘述。1.3.5三相電力變壓器臺數的選擇、容量的確定及過負荷能力

1.變壓器臺數的選擇

在選擇電力變壓器時，應首選低損耗節能型變壓器，如：S9系列電力變壓器S10系列電力變壓器

對于安裝在室內的電力變壓器，通常選擇干式變壓器

如果變壓器安裝在多塵或有腐蝕性氣體嚴重影響的場所，一般需選擇密閉型變壓器或防腐型變壓器：其臺數的選擇應考慮下列原則：（1）滿足用電負荷對可靠性的要求。在有一、二級負荷的變電所中，宜選擇兩臺主變壓器，在技術經濟上比較合理時，主變壓器也可選擇多于兩臺。三級負荷一般選擇一臺主變壓器，如果負荷較大時，也可選擇兩臺主變壓器。

（2）負荷變化較大時，宜采用經濟運行方式的變電所，可考慮采用兩臺主變壓器。（3）降壓變電所與系統相連的主變壓器選擇原則一般不超過兩臺。（4）在選擇變電所主變壓器臺數時，還應適當考慮負荷的發展，留有擴建增容的余地。2.變壓器容量的確定（1）單臺變壓器的確定

工廠車間變電所中，單臺變壓器容量不宜超過1000kVA，對裝設在二層樓以上的干式變壓器，其容量不宜大于630kVA。即：①當任一臺變壓器單獨運行時，應滿足總計算負荷的60%～70%的要求，即

SN≥（0.6～0.7）Se②任一臺變壓器單獨運行時，應能滿足全部一、二級負荷總容量的需求，即

SN≥SⅠe+SⅡe（2）兩臺主變壓器的確定裝有兩臺主變壓器時，每臺主變壓器的額定容量SN應同時滿足以下兩個條件：

（3）考慮負荷發展留有一定的容量通常變壓器容量和臺數的確定與工廠主接線方案相對應，因此在設計主接線方案時，同時要考慮到用電單位對變壓器臺數和容量的要求。單臺主變壓器的容量選擇一般不宜大于1250kVA；對裝在樓上的電力變壓器，單臺容量不宜大于630kVA；對居住小區的變電所，單臺油浸式變壓器容量不宜大于630kVA。另外，還要考慮負荷的發展，留有安裝主變壓器的余地。

變壓器為滿足某種運行需要而在某些時間內允許超過其額定容量運行的能力稱為過負荷能力。變壓器的過負荷通?？煞譃檎＿^負荷和事故過負荷兩種。

（1）變壓器的正常過負荷能力

電力變壓器運行時的負荷是經常變化的，日常負荷曲線的峰谷差可能很大。根據等值老化原則，電力變壓器可以在一小段時間內允許超過額定負荷運行。2.電力變壓器的過負荷

變壓器的正常過負荷能力，是以不犧牲變壓器正常壽命為原則來制定的，同時還規定過負荷期間負荷和各部分溫度不得超過規定的最高限值。我國的限值為：繞組最熱點溫度不得超過140℃；自然油循環變壓器負荷不得超過額定負荷的1.3倍，強迫油循環變壓器負荷不得超過額定負荷的1.2倍。（2）變壓器的事故過負荷事故過負荷又稱為短時急救過負荷。當電力系統發生事故時，保證不間斷供電是首要任務，加速變壓器絕緣老化是次要的。所以，事故過負荷和正常過負荷不同，它是以犧牲變壓器壽命為代價的。事故過負荷時，絕緣老化率允許比正常過負荷時高得多，即允許較大的過負荷，但我國規定繞組最熱點的溫度仍不得超過140℃。考慮到夏季變壓器的典型負荷曲線，其最高負荷低于變壓器的額定容量時，每低1℃可允許過負荷1%，但以過負荷15%為限。正常過負荷允許最高不得超過額定容量的20%。

對油浸電力變壓器事故過負荷運行時間允許值的規定可參看課本中表2-1和表2-2。

電力變壓器短路情景你會做嗎？

電力變壓器主要由哪些部分組成？變壓器在供配電技術中起什么作用？

變壓器并聯運行的條件有哪些？其中哪一條應嚴格執行？問題與思考單臺變壓器容量的確定主要依據什么？若裝有兩臺主變壓器，容量又應如何確定？1.4其他常用變壓器1.4.1自耦變壓器定義：把普通雙繞組變壓器的高壓側繞組和低壓側繞組相串聯，即可構成一臺自耦變壓器，如下圖所示。連成自耦變壓器實際自耦變壓器普通雙繞組變壓器AXaxN1N2AN1XaxN2AXaxN1N2

左圖所示為實驗室常用的單相和三相自耦調壓器。實際應用中，自耦變壓器只用一個繞組，原繞組匝數較多，原繞組的一部分兼作副繞組。兩者之間不僅有磁的耦合，而且還有電的直接聯系。

自耦變壓器的工作原理和普通雙繞組變壓器相同。因此，其變比公式與雙繞組變壓器一樣，即：實驗室中單相調壓器結構原理圖優點：額定容量相同時，自耦變壓器與雙繞組變壓器相比，其單位容量所消耗的材料少、變壓器的體種小、造價低，而且銅耗和鐵耗都小，因而效率較高。自耦調壓器的特點缺點：由于原、副邊共用一個繞組，因此當高壓側遭受過電壓時，會波及低壓側，為避免危險，需在自耦變壓器的原、副邊都裝設避雷器。結論自耦調壓器不能當作安全變壓器來使用。

電焊變壓器是專供電焊機使用的特殊變壓器。工廠和施工工地廣泛使用的交流電焊機就是由一個電焊變壓器和一個可變電抗器構成的。其中電焊變壓器是一個降壓變壓器。對電焊變壓器的要求：空載時要有約為60~70V足夠大的引弧電壓；焊接時要求電壓陡降，額定負載下電壓約25~30V。在焊條與工件相碰不起弧、即副邊短路時，短路電流要求不能過大。此外，還要求能夠調節焊接電流的大小。變壓器電抗器可動鐵心u2/Vi2/A07030IN電焊變壓器外特性1.4.2電焊變壓器

電壓互感器和電流互感器又稱為儀用互感器，是電力系統中使用的測量設備，其工作原理與變壓器基本相同。1.與小量程的標準化電表配合測量高電壓、大電流；2.使測量回路與被測回路隔離，以保障人員和設備的安全；3.為各類繼電保護和控制系統提供控制信號。使用儀用互感器的目的電壓互感器產品圖電流互感器產品圖1.4.3儀用互感器

電壓互感器的原繞組匝數很多，并聯于待測電路兩端；副繞組匝數較少，與電壓表及電度表、功率表、繼電器的電壓線圈并聯。用于將高電壓變換成低電壓。1.電壓互感器電壓互感器原理圖電壓互感器使用注意事項

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電壓互感器的副邊不允許短路。因為一旦發生短路，副邊將產生一個很大的電流，導致原邊電流隨之激增，由此將燒壞互感器的繞組。*

電壓互感器的副邊應當可靠接地。*

電壓互感器的副邊阻抗不得小于規定值，以減小誤差。2.電流互感器

電流互感器的原繞組線徑較粗，匝數少與待測電路負載串聯；副繞組線徑細且匝數多，與電流表及電度表、功率表、繼電器的電流線圈串聯。用于將大電流變換為小電流。A·N1·N2負荷Ф電流互感器原理圖電流互感器使用注意事項

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電流互感器的副邊不允許開路。因其原邊電流是由被測電路決定的。正常運行時副邊相當于短路，具有強烈的去磁作用，所以鐵芯中工作主磁通所需的勵磁電流相應很小。若副邊開路，原邊電流全部成為勵磁電流而導致鐵芯中工作磁通劇增，致鐵芯嚴重飽和過熱而燒損，同時因副繞組匝數很多，又會感應出危險的高電壓，危及操作人員和測量設備的安全。*

電壓互感器的副邊應當可靠接地。*

副邊阻抗不得超過規定值，以免增大誤差。自耦變壓器為什么不能用作安全變壓器？本章內容你掌握得如何？

電壓互感器和電流互感器在使用過程中都有哪些注意事項？電焊變壓器的外特性和普通變壓器相比有何不同？檢驗學習結果END謝謝大家！2.5三相異步電動機的選擇2.1三相異步電動機的結構和工作原理2.3電力拖動的基本知識2.4三相異步電動機的控制技術2.2三相電動機的電磁轉矩和機械特性2.6單相異步電動機第2章異步電動機自學提示

電動機是利用電磁原理實現電能與機械能相互轉換的機械裝置。其中異步電動機廣泛應用于廠礦企業，農業生產，交通工具，娛樂，科研以及日常生活。要求：了解電動機的結構組成、工作原理、銘牌數據，特種電機的特點及應用熟悉異步電動機的啟動、調速和制動控制技術，單相異步機的特點及原理應用掌握異步電動機的電磁轉矩，并能運用異步機的機械特性分析實際問題2.1三相異步電動機的結構和工作原理

三相異步電動機的基本結構可分為定子、轉子兩大部分以及一些輔件。由于其結構簡單、制造成本低廉、使用和維修方便、運行可靠且效率高等優點，被廣泛應用于工農業生產中的各種機床、水泵、通風機、鍛壓和鑄造機械、傳送帶、起重機及家用電器、實驗設備中。2.1.1三相異步電動機的結構與組成2.1.1三相異步電動機的結構與組成定子機座是電動機的支架，通常用鑄鐵或鑄鋼制成。

異步電動機的定子鐵芯是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成的。定子鐵芯內圓沖有分布的槽。定子鐵芯構成異步電動機磁路的一部分。定子繞組是由漆包線繞制而成，嵌入到定子鐵芯槽中。構成電機電路的一部分。

異步電動機的定子指其固定不動部分，主要包括有：

異步電動機的轉子指其旋轉部分，主要部件包括：轉子轉子鐵芯也是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成。在其內圓沖有均勻分布的槽，用來嵌放轉子繞組。轉子鐵芯構成了電動機磁路的又一部分。轉子繞組大部分是澆鑄鋁籠型，大功率也有銅條制成的籠型轉子導體。轉子繞組構成電動機電路的另一部分。轉軸一般用45號鋼制成，用來傳遞電磁轉矩。

繞線型異步電動機的轉子結構中，轉子鐵芯與鼠籠式類似，但轉子繞組則是采用漆包線繞制而成的對稱三相繞組，嵌放到轉子鐵芯中。繞線型轉子三相繞組必須連接成星形，三個向外的引出端子與固定在轉軸上的三個相互絕緣的銅滑環相接，如下圖所示：電刷與滑環緊壓，并通過輸電線與三相可變電阻器相聯。顯然，繞線型異步電動機的轉子繞組正常工作時也應是閉合的。

由于繞線式異步電動機的轉子采用轉子繞組串電阻啟動和調速，因此啟動性能和調速性能均比鼠籠式異步電動機優越。三相異步電動機是如何轉動起來的？

設三相異步電動機模型的定子磁極是順時針轉動的。固定不動的轉子繞組和旋轉的定子磁場相切割而感應電動勢。

轉子繞組是閉合的，因此感應電動勢在繞組中產生感應電流。感應電流的方向與感應電動勢的方向相同。

載流的轉子繞組處在磁場中，必定受到電磁力的作用。

兩個電磁力的大小相等、方向相反，因此對電動機轉軸形成了電磁轉矩。于是轉子就順著定子磁場的方向轉動起來。NS模型電機的定子磁極模型電機的轉子繞組eei2FFn0電機轉動的關鍵是：旋轉的定子磁場！n用右手定則判斷用左手定則判斷2.1.2三相異步電動機的工作原理實際三相電動機的旋轉磁場是如何產生的呢？

在電動機的對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電；AXBYCZωt0iωt=0時電流和磁場情況×A、C兩相電流t=0時為正，因此首端流入、尾端流出?！痢罛相電流t=0時為負，尾端流入、首端流出。

電流入

電流出NSn0相鄰線圈電流流向一致，在氣隙中生成合成磁場，方向為：ωt0iωt=120°AXBYCZωt=120°時電流和磁場情況×××NSn0

顯然，電流隨時間變化120°電角，電動機的氣隙磁場在空間的位置也隨之旋轉了120°。

觀察電流波形圖及電機示意圖可看出，合成磁場的轉向取決于三相電流的順序，A→B→C正序時氣隙磁場順時針旋轉。ωt0iωt=240°AXBYCZωt=240°時電流和磁場情況×××NSn0

電流隨時間繼續變化，經歷了120°電角的同時，電動機的氣隙磁場在空間的位置也順時針旋轉了120°。ωt0iωt=360°AXBYCZωt=360°時電流和磁場情況×××NSn0

電流隨時間變化一周，電動機的氣隙磁場在空間的位置也順時針旋轉了360°。

可見，工程實際中，三相異步電動機定子和轉子之間的氣隙旋轉磁場代替了模型電機定子的轉動磁極。歸納：只要三相異步機的對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電，就會在定子和轉子之間的氣隙中產生一個隨時間空間位置不斷變化的旋轉磁場。AXBYCZ×××n0三相異步電動機工作原理概括

在電動機對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電流產生氣隙旋轉磁場NS轉子導體與磁場相切割感應電動勢，由于閉合生成感應電流載流導體受電磁力的作用形成力偶力偶對電機轉軸形成電磁轉矩從而使固定不動的轉子順著旋轉磁場的方向轉動起來。FF

若要改變電動機的旋轉方向，只需任調通入定子繞組中兩相電流的相序即可。三相電動機旋轉磁場的轉速與哪些因素有關？AXBYCZ

設電動機各相定子繞組有四個線圈，各相首尾相接順串后分別構成三相定子繞組時，其磁極對數：AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ

當電動機各相定子繞組的四個線圈首接首、尾接尾連接后分別構成三相定子繞組時，其磁極對數：SN

顯然，頻率不變時，電動機旋轉磁場的轉速取決于電動機的極對數p。四極旋轉磁場轉速的分析AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ

相鄰線圈電流的流向一致，其合成磁場的分布情況為：ωt0iωt=0°時××××ωt=120°時AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ××××

電流變化120°，旋轉磁場在空間的位置僅轉過了60°；當電流變化360°時，四極電動機的旋轉磁場才能旋轉180°。顯然，四極旋轉磁場的轉速是二極電機的1/2。

依此類推，可得電動機旋轉磁場的轉速與極對數之間的關系為：

電動機通常工作在50Hz的工頻情況下，因此：

即：異步電動機旋轉磁場的轉速與電源頻率成正比，與電機的極對數(出廠時就已經確定)成反比?？梢?，改變電機的極對數，可以得到不同的轉速。有關轉差率的討論

電動機的轉差速度與磁場轉速之比稱為轉差率，用s表示：

顯然，電動機的轉差率隨著電動機轉速的升高而減小。(1)電動機起動瞬間，電動機轉速n=0，轉差率s=1；(2)電動機轉速最高時，轉速n≈n0，轉差率s≈0；(3)電動機運行過程中，轉速0<n<n0，轉差率0<s<1；問題與討論

電動機的轉速n能等于旋轉磁場的轉速n1嗎？分析如果二者相等，則轉子與旋轉磁場之間產生感應電流成為載流導體→不是載流導體就無法在磁場中n≠n1，異步！就沒有了相對切割→轉子不切割磁場就不能受力→不受力電動機就永遠轉運不起來。例解有一臺三相異步電動機，其額定轉速為975r/min。試求工頻情況下電動機的磁極對數和電動機的額定轉差率。由于電動機的額定轉速接近于旋轉磁場的轉速，所以即該電動機的極對數p=3，同步轉速n0=1000r/min。額定轉差率為：2.1.3三相異步電動機的銘牌數據三相異步電動機型號Y132M-4功率7.5kW頻率50Hz電壓380V

電流15.4A

接法Δ轉速1440r/min絕緣等級B工作方式連續標準編號工作制S1

B級絕緣年月編號××電機廠Y表示異步機，132(mm)表示機座中心高；M代表中機座(L長機座、S短機座)，-4代表4極電機。額定功率指的是電動機輸出的機械功率。額定電壓、電流均指電動機額定運行情況下的定子線電壓、線電流的數值。額定轉速指的是電動機轉子的轉速n。

三相異步電動機的定子繞組有兩種接法：Y形和Δ形

。

三相定子繞組由機殼外面的接線盒引出，如圖示：Y形接線Δ形接線額定效率輸出的機械功率與輸入的電功率之比，稱為電動機的效率。功率因數

電動機是感性負載，功率因數較低。額定負載時約為0.7～0.9之間，在空載和輕載時更低，只有0.2～0.3左右。溫升與絕緣等級

絕緣等級是按其繞組所用的絕緣材料在使用時允許的極限溫度來分等級的。而極限溫度則是指電動機絕緣結構中最熱點的最高容許溫度。絕緣等級AEBFH極限溫度105120130155180例解有一臺JO2-62-4型三相異步電動機，其銘牌數據為：10kW，380V，50Hz，Δ接法，nN=1450r/min，η=87%，。試求該電機的額定電流和額定轉差率。由銘牌數據可知該電動機的定子繞組為三角形接法，所以加在電動機各相定子繞組上的電壓等于電源線電壓380V。該電動機輸入的電功率可根據銘牌數據中的額定功率及額定效率求得：由三相電功率的計算公式可求出由銘牌數據可知電動機為4極電機，同步轉速因此，額定轉差率何謂異步電動機的轉差速度？轉差率？異步電動機處在何種狀態時轉差率最大？何狀態下轉差率最??？

你能否從異步電動機結構上識別出鼠籠型和繞線型？二者的工作原理相同嗎？

問題與思考能否說出三相鼠籠型異步電動機名稱的由來。為什么異步電動機也經常被人們稱為感應電動機？2.2三相電動機的電磁轉矩和機械特性電動機的結構常數每極下工作主磁通轉子電流轉子電路功率因數

異步電動機的電磁轉矩等于轉子中各載流導體在旋轉磁場作用下，受到電磁力所形成的轉矩之總和。上式中各參數：每極下工作主磁通遵循主磁通原理。轉子電路的功率因數和轉子電流均隨轉差率的變化而變化。2.2.1電磁轉矩

將公式中各量的計算式代入電磁轉矩公式，即可得到電磁轉矩的另一種表達形式：

電磁轉矩T正比電源電壓U12的平方，反映了電動機的電磁轉矩在負載不變情況下，其大小取決于電源電壓的高低。但這并不意味電動機的工作電壓越高，電動機實際輸出的電磁轉矩就越大。上式說明，只要電機參數不發生變化，電磁轉矩

電動機拖動機械負載運行時，輸出機械轉矩的大小，實際上決定于來自于電動機軸上負載阻轉矩的大小。換言之，當電磁轉矩T等于負載阻轉矩TL時，電動機就會在某一速度下穩定運行；若T>TL，電動機就會加速運行；若T<TL，電動機則要減速運行直至停轉。異步電動機電磁轉矩特性電磁轉矩有三個重要值，分別為：Tmsm1T0sn=0n=n0根據公式可得異步機的電磁轉矩特性曲線：最大電磁轉矩對應最大電磁轉矩的臨界轉差率。1.額定轉矩TN

電動機額定電壓下以額定轉速nN運功率單位若為W時，9550改為9.55行，輸出額定機械功率PN時，電機轉軸上對應輸出的機械轉矩為額定電磁轉矩TN。

最大轉矩反映了電動機帶最大負載的性能，我們把它與額定轉矩的比值稱為電動機的過載能力，即：TMT0s最大電磁轉矩啟動電磁轉矩2.最大轉矩TM

啟動轉矩反映了異步機帶負載啟動時的性能。啟動轉矩與額定電磁轉矩之比稱作電動機的啟動能力，即：Tst3.啟動轉矩Tst

λm通常在1.6~2.0之間。如果負載轉矩超過了最大轉矩，電動機將停轉。

λst通常在1.4~1.8之間。如果電機的啟動轉矩Tst小于電動機軸上的負載阻轉矩TL時，電動機將無法啟動。2.2.2異步電動機的機械特性n0T機械特性曲線額定工作點NnNTNTstTM額定轉矩

電動機運行在AB段，其電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力。ABC

機械特性曲線可分為穩定運行區AB段和非穩定運行區BC段兩部分。

電機穩定運行時TL=TN。當負載增加時，TL'>TN動力小于阻力

電機穩定運行狀態被破壞

轉速n下降

轉差率s上升

轉子電路感應電動勢增加

電流I2增大

定子電流I1隨之增大

電磁轉矩T增大至T′

當T′=TL′時

電動機轉速重新穩定在n'上，此時n′<n。特性曲線的N點向右移。

顯然，把轉矩特性曲線旋轉90°后即可得到機械特性曲線。額定轉速最大電磁轉矩起動電磁轉矩分析

電機穩定運行在TL=TN。當負載減少時，TL″<TN動力大于阻力

電機的穩定運行狀態被破壞

轉速n上升

轉差率s下降

轉子電路感應電動勢減小

電流I2減小

定子電流I1隨之減小

電磁轉矩T減小至T″

當T″=TL″時

電動機轉速重新穩定在n″上，此時n″>n。沿特性曲線左移。N′N″1．降低定子端電壓時U1時的人為機械特性2.2.3異步電動機的人為機械特性

人為地改變異步電動機的定子繞組端電壓U1、電源頻率f1、定子極對數p、定子回路電阻或電抗、轉子回路的電阻和電抗中的一個或多個參數后，所獲得的機械特性稱為人為機械特性。

如果負載轉矩接近額定，降低電源電壓對電動機的運行是極為不利的。因為當負載為額定值不變時，若電源電壓因故降低，氣隙主磁通減小，但轉速變化不大，其功率因數cosφ2變化不大，則從公式Tem=CTΦ0I2'cosφ2可知，轉子電流I2'要增大，使定子電流I1相應增大。其中：TL1-恒轉矩負載特性；TL2-風機類負載特性。2．定子回路串接三相對稱阻抗時的人為機械特性

當其他量不變，僅在異步電動機定子回路串入三相對稱阻抗Rf時的人為機械特性如下圖所示。sm、Tm及Tst都隨Rf的增大而減小。定子串入對稱阻抗，一般用于鼠籠式異步電動機的降壓啟動，以限制啟動電流。3．轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性

在繞線式異步電動機的轉子回路串入同樣大小的電阻RP，使轉子回路電阻由R2上升為R2‘＝R2+RP，n1及Tm都不變；sm隨著RP的增大而增大，Tst值將改變，開始隨RP的增大而增大，一直增大到RP’時，Tst=Tm，如RP繼續增大，Tst將開始減小，人為機械特性如下圖所示。

繞線式異步電動機在轉子回路中串接對稱電阻，可用來對繞線式異步電動機速度的平滑調節，還適用于改善繞線式異步電動機的啟動性能。將三相繞線式異步電動機的定子轉子三相繞組開路，問這臺電動機能否轉動？

三相異步電動機中的空氣隙大小對電動機運行有何影響？

問題與思考為什么增加三相異步電動機的負載時，定子電流會隨之增加？已知三相異步電動機運行在額定狀態下，當（1）負載增大；（2）電壓升高；（3）頻率升高時，試分別分析電動機的轉速和電流的變化情況？

電動機的轉矩與電源電壓之間的關系如何？若在運行過程中電源電壓降為額定值的60%，假如負載不變，電動機的轉矩、電流及轉速有何變化？2.3電力拖動的基本知識采用電動機拖動生產機械，并實現生產工藝過程各種要求的系統，稱為電力拖動系統。電力拖動系統一般由控制設備、電動機、傳動機構、生產機械和電源等組成，如下圖所示。

電動機作為原動機，通過傳動系統拖動生產機械工作；控制設備由各種控制電機、電器、自動化元器件及工業控制計算機、可編程控制器等組成，用以控制電動機的運行，從而實現對生產機械各種運動的控制；電源用來向電動機和控制設備供電；生產機械則是執行各種運動的機構。2.3.1電力拖動系統的運動方程式1.單軸電力拖動系統運動方程式

上式中的T是電動機的電磁轉矩，TL是來自于電動機軸上的生產機械阻轉矩，它們的單位均是牛米【N·m】；GD2是飛輪力矩，單位是牛米平方【N·m2】。2.運動方程式中各轉矩正方向的確定及工作性質

在上述運動方程式中：①任意規定某一旋轉方向為n的正方向。電磁轉矩T的正方向與轉速n的正方向相同。當T為正值時，為拖動轉矩；當T為負值時，為制動轉矩。

②負載轉矩TL的正方向與轉速n的正方向相反。負載轉矩TL為正值時，為阻轉矩；當TL為負值時，為拖動轉矩。③加速轉矩

的大小

及正負號由電磁轉矩T和負載阻轉矩TL的代數和確定。3.電力拖動系統的狀態

電力拖動系統的運動狀態有加速狀態、減速狀態和穩定運行狀態3種，可以根據運行方程進行判斷。由此可知，當電力拖動系統的電磁轉矩和負載阻轉矩相等時，電力拖動系統處于穩定運行狀態，轉速為定值；一旦受到外界干擾，這種穩定運行狀態就會打破，電動機的轉速就會發生變化。對于一個穩定系統而言，當系統的平衡被打破時，應具有恢復平衡狀態的能力。①當T=TL時，電力拖動系統處于靜止或勻速運行的穩定狀態；②當T>TL時，電力拖動系統處于加速過渡過程狀態；③當T<TL時，電力拖動系統處于減速過渡過程狀態。2.3.1電力拖動系統的負載轉矩特性

恒轉矩負載特性是指生產機械的負載轉矩TL與電動機的轉速n無關的特性。分反抗性恒轉矩負載和位能性恒轉矩負載兩種。

圖示為反抗性恒轉矩負載，其轉矩的大小不變，方向始終與生產機械的運動方向相反，總是阻礙運動。按正方向規定，當轉速n為正方向時，反抗性負載轉矩TL方向與n方向相反，即TL也為正，負載在圖中第Ⅰ象限；當n為反方向時，反抗性負載轉矩TL方向與n方向相同，即TL為負，負載在圖中第Ⅲ象限。1.恒轉矩負載特性

位能性恒轉矩負載是由重力作用產生的。其特點：不論生產機械運行方向變化與否，負載轉矩的絕對值恒定不變，且方向也不變（與運動方向無關），總是重力作用的方向。如起重機提升和下放重物屬于此類負載。

圖示為位能性恒轉矩負載。當起重機提升重物時，負載轉矩TL方向與n方向相反，負載轉矩TL為阻轉矩，負載在圖中第Ⅰ象限；當起重機下放重物時，負載轉矩TL方向與n方向相同，即負載轉矩TL為負，負載在圖中第Ⅳ象限。位能性恒轉矩負載的機械特性

恒功率負載特性的特點是：當電動機的轉速變化時，負載從電動機吸取的功率為恒定值，即TL與n成反比，特性曲線為一條雙曲線。

顯然，當功率一定時，負載轉矩與電動機的轉速成反比。車床的車削加工就是恒功率負載，車床粗加工時，切削量大，負載阻力大，采用低速檔；精加工時，切削量小，負載阻力小，采用高速檔。2.恒功率負載的機械特性

恒功率負載從電動機吸取的功率為：

通風機泵類負載的機械特性為一條拋物線，水泵、油泵、鼓風機、通風機和螺旋槳等均屬于此類負載。式中的C是比例常數。3.通風機泵類負載的機械特性

通風機泵類負載是按離心原理工作的，其特點是負載轉矩TL的大小與電動機轉速n的平方成正比。即

應當指出的是，實際的負載可能是上述單一類型的，也可能是幾種典型負載的綜合。如起重機提升重物時，除位能性負載外，還要克服系統摩擦轉矩這一反抗性負載轉矩，所以此時電動機軸上的負載轉矩TL就為這兩種轉矩之和。

在什么條件下，電力拖動系統處于靜止或勻速運動的穩定狀態？

說一說什么是恒轉矩負載，其負載特性有什么特點？問題與思考當異步電動機的轉速n下降，而外加電源電壓不變時，這時電動機的電磁轉矩會不會改變？2.4三相異步電動機的控制技術2.4.1三相異步電動機的啟動控制

人們對電動機啟動的要求：啟動電流小、啟動轉矩大、啟動時間短和所用啟動裝置及操作方法盡量簡單易行。1.三相鼠籠型異步電動機的啟動三相鼠籠型異步電動機的啟動有全壓啟動和降壓啟動兩種方法。（1）全壓啟動

異步電動機若要啟動成功，必須保證啟動轉矩TST大于來自軸上的負載阻轉矩TL。TST和TL之間的差值越大，電動機啟動過程越短；但一般中、小型鼠籠式異步電動機的啟動電流IST約為額定電流IN的4～7倍，因此差值過大又會引起傳動機構受到較大的沖擊力而造成損壞；頻繁啟動的生產機械，其啟動時間的長短將對勞動生產率或線路產生一定的影響。

通常規定，電動機容量在10kW以下，并且小于供電變壓器容量的20％時，電動機才可直接加全壓啟動，或者滿足下式全壓啟動也叫做直接啟動。其顯著優點：操作簡單。缺點：啟動電流較大，通常是額定電流的4~7倍，這么大的起動電流將使線路電壓下降，嚴重時影響同一電網上的其它負載正常工作。時，電動機方可直接加全壓啟動，稱為全壓啟動。

因此，凡不滿足全壓啟動條件的電動機，需采用降壓啟動。降壓啟動并不是降低電源電壓，而是采用某種方法，使加在電動機定子繞組上的電壓降低。

（2）定子繞組串電阻或電抗的降壓啟動

電動機啟動時，在定子電路中串入電阻或電抗，使加在電動機定子繞組上的相電壓低于定子繞組的額定電壓，啟動電流IST'就會小于全壓啟動時的起動電流IST，待電動機起動完畢，再將串入定子繞組中的電阻或電抗切除，使電動機在額定電壓下正常運行。

降壓啟動即分兩步進行：先給電動機接通較低電壓以限制啟動電流，待電動機轉動達到一定轉速時，再加上額定電壓使其進入正常運行。

這種啟動方法具有啟動平衡、運行可靠、設備簡單等特點，但啟動轉矩隨電動機定子相電壓的平方降低，因此只適合空載或輕載啟動。

即：電動機啟動時定子繞組連成星形，啟動后轉速升高，當轉速基本達到額定值時再切換成三角形連接的啟動方法。手柄上打，定子繞組Δ形運行手柄下搬，定子繞組成Y形啟動優點：啟動電流降為全壓啟動時的1/3；QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2缺點：啟動轉矩也降為全壓啟動時的1/3。適用范圍正常運行時定子繞組為三角形連接，且每相繞組都有兩個引出端子的電機。三相異步電動機Y-Δ啟動器閉合電源開關，為電機通電做好準備（3）Y-Δ降壓啟動

例解某三相異步電動機，接于線電壓=380V的三相電源，已知電機三相定子繞組正常運行為

形接法，額定電流IN=20A，剛啟動瞬間電流與額定電流之比是7。

求：（1）接法時的啟動電流Ist

（2）若啟動時電機改為Y接法，求

IstY。(1)已知Ist/IN=7，可得直接啟動時的起動電流為：(2)若改為Y形啟動，根據前面所講知識可得：采用Y-Δ起動，顯然大大減小了啟動電流對電網的影響。

利用三相自耦變壓器將電動機在啟動過程中的端電壓降低，以達到減小啟動電流的目的。自耦變壓器備有40％、60％、80％等多種抽頭，使用時要根據電動機啟動轉矩的要求具體選擇。運行時上打與電機直通啟動時下搬通過自耦變壓器降壓QS1L3V1L2L1QS2FUU1W1V1U1W1L2L1L3優點：缺點：具有不同的抽頭，可以根據啟動轉矩的要求，比較方便的得到不同的電壓。設備體積大、成本高。適用范圍

適用于容量較大的電動機或不能用Y-Δ降壓啟動的鼠籠式三相異步電動機。三相自耦變壓器閉合電源開關，為電機通電做好準備（3）自耦降壓啟動

2.繞線型異步電動機的啟動繞線式異步電動機啟動時，只要在轉子電路中串入適當的啟動電阻Rst，就可以達到減小啟動電流增大啟動轉矩的目的。（1）轉子串電阻降壓啟動

啟動過程中逐步切除啟動電阻，啟動完畢后將啟動電阻全部短接，電動機正常運行。（2）轉子串頻敏變阻器的降壓啟動

頻繁變阻器是一種阻抗值隨頻率明顯變化、靜止的無觸點電磁元件。頻敏變阻器實質上是一個鐵芯損耗很大的三相電抗器，鐵芯做成三柱式，由較厚的鋼板疊成。三個鋼板柱上每柱繞一個線圈，三相線圈接成星形，然后接到繞線型轉子異步電動機的轉子繞組上，

頻敏變阻器在啟動過程中可自動減小阻值，這種降壓啟動的優點是結構簡單、使用方便、壽命長和啟動電流小以及啟動轉矩大的優點，且啟動過程平滑性好。與鼠籠型異步機相比，繞線型異步機的啟動轉矩更大，在要求啟動轉矩較大的卷揚機、起重機等場合得到了廣泛的應用。

2.4.2三相異步電動機的調速控制

在負載不變的情況下，用人為的方法使電動機的轉速從某一數值改變到另一數值的過程稱為調速。(1)改變極對數p，

實現有級調速；由式可知，異步電動機的調速通過三種形式可實現：三相異步電動機的轉速公式：(2)改變轉差率s，

實現無級調速；(3)改變電源頻率f1，

實現無級調速。

目前，第三種調速方法發展很快，且調速性能較好。其主要環節是研制變頻電源，通常由整流器、逆變器等組成。

變極調速能做到分級變速，不可能實現無級調速。但變極調速比較經濟、簡便，目前廣泛應用于機床中各拖動系統，以簡化機床的傳動機構。1.變極調速（適用于鼠籠型異步電動機）變極原理：

籠型異步機定子每相繞組可看成是由兩個完全對稱的“半相繞組”組成，a）圖中U相的1U1、1U2和2U1、2U2兩個半繞組為頭尾相接順向串聯，形成一個4極磁場；b）圖中兩個半繞組采取尾接尾方式，c）圖中兩個半繞組頭尾反向并聯，均可構成2極磁場。顯然，只要改變定子繞組接法即可達變極目的，簡單易行。a）圖為每相兩個半繞組采取順向串聯后的Y接，產生的是4極旋轉磁場；b）圖為每相半繞組反并時的三相繞組接線圖；右圖為每相的兩個半繞組反并后構成的YY接三相繞組，變為2極旋轉磁場。Y/YY變極調速

顯然，變極調速實質上是通過改變繞組的連接方式來改變電流的方向，進而改變極對數的一種調速方法。為保證變極調速前后電動機旋轉方向不變，在改變三相異步電動機定子繞組接線的同時，必須將V、W兩相的線端對調，使電動機接入電源的相序改變，這一點在工程實踐中尤其應注意。a）圖變極前每相兩個半繞組采取順向串聯后的Δ接，產生的是4極旋轉磁場；b）圖為每相半繞組反并時的三相繞組接線圖；右圖為每相的兩個半繞組反并后構成的YY接三相繞組，變為2極旋轉磁場。Δ/YY變極調速Y/YY變極調速前后，電動機的極數由4極變為2極減少一半，轉速增加一倍，輸出功率增大一倍，而輸出轉矩基本不變，屬于恒轉矩調速性質，適用于拖動起重機、電梯、運輸帶等恒轉矩負載電動機的調速。

變極調速具有操作簡單、設備成本低、效率高、機械特性硬的特點，且采用不同的接線方式，即可適用于恒轉矩負載、又可適用于恒功率負載的調速。只是鼠籠型異步電動機的變極調速屬于有級調速，而且只能是有限的幾檔速度，因此適用于對調速要求不高且不需平滑調速的場合。

可見，電動機Δ/YY變極調速后，電動機的極數由4極變為2極減少一半，轉速增加一倍，轉矩則近似減小一半，輸出功率基本不變，因此屬于恒功率調速性質，適用于車床切削加工。例如當粗車削時，進刀量大，轉速低；精車削時，進刀量小，轉速高，但負載功率近似不變。

變頻調速的基本原理是根據電動機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：n=60f（1-s）/p，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。下圖所示為變頻電動機產品。2.變頻調速

變頻調速的關鍵是為電動機設置專用的變頻電源，因此成本較高。目前晶閘管變頻電源已經可以把50Hz的交流電源轉換成頻率可調的交流電源，以實現范圍較寬的無級調速，隨著電子器件成本的不斷降低和可靠性的不斷提高，變頻調速的應用將越來越廣泛。

在繞線式電動機轉子回路中串入可調節的電阻來改變電動機的轉差率，以達到調速目的的方法。

3.變轉差率調速

這種變轉差率調速的方法，其優點是有一定的調速范圍，且可做到無級調速，設備簡單、操作方便。缺點是能耗較大，效率較低，并且隨著調速電阻的增大，機械特性將變軟，運行穩定性將變差。一般應用于短時工作制、且對效率要求不高的起重設備中。

變轉差率調速的特點是電動機同步轉速不變。2.4.3三相異步電動機的反轉控制

三相異步電動機的轉動方向總是同旋轉磁場的旋轉方向相一致，而旋轉磁場的方向取決于通入異步電動機定子繞組中的三相電流的相序。因此，若要電動機反轉，只需把接到電動機定子繞組上的三根電源線中的任意兩根對調一下位置，三相異步電動機即可改變旋轉方向。2.4.4三相異步電動機的制動控制

電動機斷電后由于機械慣性總要經過一段時間才能停下來。為了提高生產效率及安全，采用一定的方法讓高速運轉的電動機迅速停轉，就是所謂的制動。三相異步電動機常用的制動方法有以下幾種：1.能耗制動n0=0當電動機三相定子繞組與交流電源斷開后，把直流電通入兩相繞組，產生固定不動的磁場n0。

電動機由于慣性仍在運轉，轉子導體切割固定磁場產生感應電流。

載流導體在磁場中又會受到與轉子慣性方向相反的電磁力作用，由此使電動機迅速停轉。

能耗制動常用于生產機械中的各種機床制動。M~3R＋－NS×·FFn2.反接制動

把與電源相接的三根火線中的任意兩根對調，使旋轉磁場改變方向，從而產生制動轉矩的方法。

在電動機的定子繞組中通入對稱三相交流電，電動機順時針轉動。

改變通入定子繞組中電流的相序，旋轉磁場反向，轉子受到與慣性旋轉方向相反的電磁力，使電機迅速停轉。

反接制動方法制動動力強，停車迅速，無需直流電源，但制動過程中沖擊力大，電路能量消耗也大。反接制動通常適用于某些中型車床和銑床的主軸制動。M~3ABCn0NS×·FF3.再生發電制動

再生發電制動也稱為回饋制動。是一種使用在電力機車、有軌電車、無軌電車及起重機或混合動力汽車上常見的制動方法。n>n0

由于慣性，電動機的轉速只能逐漸下降，這時出現了n>n0的情況；起重機快速下放重物時，重物拖動轉子也會出現n>n0的情況。只要電動機轉速n超過同步轉速n0的情況發生，電動機就會從電動狀態轉入發電運行狀態，這時轉子電流和電磁轉矩的方向均發生改變，其中電動機轉矩成為阻止電動機加速，限制轉速的制動轉矩。

再生發電制動過程中，電動機將重物的勢能轉變為電能再反饋回送給電網，所以再生發電制動也常被稱為反饋制動。反饋制動實際上不是讓電動機迅速停轉而是用于限制電動機的轉速。一臺380V、Y接的鼠籠式異步機，能否采用Y-Δ啟動？為什么？

三相異步電動機若要反轉，須采取什么措施？問題與思考何謂三相異步電動機的啟動？直接啟動應滿足什么條件？何謂三相異步電動機的調速？鼠籠式異步電動機的調速方法有哪些?

何謂三相異步電動機的制動？電氣制動的方法有哪些？2.5三相異步電動機的選擇

異步電動機應用很廣，它所拖動的生產機械多種多樣，要求也各不相同。選用異步電動機應從技術和經濟兩個方面進行考慮，以實用、合理、經濟和安全為原則，正確選用其種類、功率、結構、轉速等，以確保安全可靠地運行。2.5.1種類選擇

鼠籠型三相異步電動機結構簡單、堅固耐用、工作可靠、維護方便、價格低廉，但調速性能差，啟動電流大、啟動轉矩較小，功率因數較低。一般用于無特殊調速要求的生產機械，如泵類、通風機、壓縮機、金屬切削機床等。

繞線型異步電動機起動性能和調速性能優于鼠籠型異步機，但結構復雜，起動、維護較麻煩，價格比較貴。主要適用需要有較大起動轉矩、且調速性能要求較高的起重機、卷揚機、電梯等。。2.5.2功率選擇

電動機功率的選擇是由生產機械決定的。電動機功率選擇的原則是：電動機的額定功率等于或稍大于生產機械的功率。

開啟式異步機在結構上無特殊防護裝置，但通風散熱好、價格便宜，適用于干燥、無灰塵的場所；防護式電動機的機殼或端蓋處有通風孔，可防雨、防濺及防止鐵屑等雜物掉入電機內部，但不能防塵、防潮。適用于灰塵不多且較干燥的場所；封閉式電機外殼嚴密封閉，能防止潮氣和灰塵進入，但體積較大，散熱差，價格較高，常用于多塵、潮濕的場所；防爆式電動機外殼和接線端全部密閉，不會讓電火花濺到殼外，能防止外部易燃、易爆氣體侵入機內，適用于石油、化工企業，煤礦及其他有爆炸性氣體的場所。。2.5.3結構選擇2.5.4轉速選擇

電動機功率一定時，轉速越高，體積就越小，價格也越低，但需要變速比較大的減速機構。因此，選擇時應綜合考慮電動機和機械傳動等諸方面因素。電動機的功率選擇原則是什么？

問題與思考在啟動性能要求不高的場合，通常選用鼠籠式異步機還是選擇繞線式異步機？工廠機床內的異步電動機通常采用哪種外形結構？2.6單相異步電動機

實驗室、家庭及辦公場所通常是單相供電，因此實驗室的很多儀器、各種電動小型工具、家用洗衣機、電冰箱、電風扇等，都采用單相異步電動機。單相異步機采用鼠籠式轉子結構，一般容量多在0.75kW以下。電容運轉單相機洗衣機電動機電風扇電動機制冷壓縮機單相異步電動機產品圖2.6.1單相異步電動機的啟動問題及其分類2.6.1單相異步機的啟動問題

三相異步電動機只所以能夠轉動，是因為它的定子繞組通入對稱三相交流電后產生的旋轉磁場。那么，單相異步電動機通入單相交流電后，產生的是一