泵站电机结构及运行

1、2021-7-3扬州大学 葛强 1 泵站电气泵站电气 v v v 扬州大学扬州大学 葛强葛强 教授教授 博士博士 vv 20142014年年4 4月月 全国泵站运行与管理全国泵站运行与管理 培训班培训班 2021-7-3扬州大学 葛强 2 v理论教学理论教学（42课时）课时） v1. 1.电机原理与结构电机原理与结构(3(3类电机类电机) ) v2.2.泵站电气一次设备（泵站电气一次设备（7 7种高压种高压5 5种低压电气设备）种低压电气设备） v3.3.泵站电气二次回路（泵站电气二次回路（3 3设备保护、控制、测量）设备保护、控制、测量） v4.4.泵站微机保护原理

2、泵站微机保护原理 v5.5.泵站微机监控系统泵站微机监控系统 v实践环节实践环节 v0.50.5周（周（3 3天）读电气图天）读电气图 v1.51.5周（周（9 9天）课程设计天）课程设计 v1.01.0周（周（6 6天）实验室实习天）实验室实习 v0.50.5周（周（3 3天）参观典型泵站天）参观典型泵站 2021-7-3扬州大学 葛强 3 v0 概述 v1 变压器 v2 异步电机 v3 同步电机 2021-7-3扬州大学 葛强 4 概概 述述 电能的生产、转换、传输、分配、使用与控制等，电能的生产、转换、传输、分配、使用与控制等， 都必须通过能够进行能量传递与变换的电磁机械来实都必须通过能

3、够进行能量传递与变换的电磁机械来实 现，这些电磁机械称为电机。现，这些电磁机械称为电机。 电机的分类方法很多，按其功能可分为：电机的分类方法很多，按其功能可分为： (1)发电机：把机械能转换成电能；发电机：把机械能转换成电能； (2)电动机：把电能转换成机械能；电动机：把电能转换成机械能； (3)变压器：用于改变电压、电流及相位；变压器：用于改变电压、电流及相位； 值得指出的是，从基本原理看，发电机与电动机仅值得指出的是，从基本原理看，发电机与电动机仅 是电机的两种不同运行方式；从能量转换角度看，二是电机的两种不同运行方式；从能量转换角度看，二 者是可逆的。者是可逆的。 2021-7-3扬州大

4、学 葛强 5 1 变变 压压 器器 v1 变压器类别及结构 v2 变压器型号及额定值 v3 变压器空载、负载运行 v4 变压器运行特性及选择 2021-7-3扬州大学 葛强 6 1 变变 压压 器器 一一、变压器的类别及结构、变压器的类别及结构 变压器在国民经济各个部门中应用极为广泛，变压器在国民经济各个部门中应用极为广泛， 仅电力工业部门中，变压器的安装容量约为发仅电力工业部门中，变压器的安装容量约为发 电机装机容量的电机装机容量的57倍。按用途对变压器进行倍。按用途对变压器进行 分类，可分为分类，可分为电力变压器电力变压器和和特种变压器特种变压器两类。两类。 电力变压器在泵站中主要作为降压

5、变压器及电力变压器在泵站中主要作为降压变压器及 配电变压器。配电变压器。 2021-7-3扬州大学 葛强 7 电力变压器 输电过程中，通常将电压升高，通过高压输电线传输电过程中，通常将电压升高，通过高压输电线传 送到远方的城市，经过降压变压器降为送到远方的城市，经过降压变压器降为10kV电压，电压， 再经过配电降压变压器分配给用户。再经过配电降压变压器分配给用户。 v输送同样的功率，电输送同样的功率，电 压低则电流大，一方面由于大压低则电流大，一方面由于大 电流在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线电流在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线 路阻抗上产路阻抗上产 生大的压降，受电端电压很低

6、，电能传生大的压降，受电端电压很低，电能传 送不出去。送不出去。只有高电压能将电能输送到远方只有高电压能将电能输送到远方。 配电变压器配电变压器 2021-7-3扬州大学 葛强 8 2021-7-3扬州大学 葛强 9 2021-7-3扬州大学 葛强 10 1讯号式温度计； 2吸湿器； 3储油柜； 4油表； 5安全气道； 6气体继电器； 7高压套管 8低压套管； 9分接开关； 10油箱； 11铁心； 12线圈； 13放油阀门 2021-7-3扬州大学 葛强 11 2021-7-3扬州大学 葛强 12 变压器的主要类别 v一种一种静止的电机静止的电机 v将将一种电压的电能转换为另一种电压的电能一种

7、电压的电能转换为另一种电压的电能。 v按用途分类：按用途分类： 电力变压器，电力系统传输电能电力变压器，电力系统传输电能 电炉变压器，专给炼钢炉供电电炉变压器，专给炼钢炉供电 仪用变压器、控制变压器仪用变压器、控制变压器 2021-7-3扬州大学 葛强 13 按变压方式分类 v升压变压器升压变压器升高电压的变压器升高电压的变压器 v降压变压器降压变压器降低电压的变压器降低电压的变压器 v特殊变压器特殊变压器 ，如试验用高压变压器、电炉用，如试验用高压变压器、电炉用 变压器、电焊用变压器、晶闸管线路中的变变压器、电焊用变压器、晶闸管线路中的变 压器、用于测量仪表的压器、用于测量仪表的电压互感器电

8、压互感器和和电流互电流互 感器感器等等等等 2021-7-3扬州大学 葛强 14 按线圈数目分类 v双绕组变压器双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个在铁芯中有两个绕组，一个 为初级绕组，一个为次级绕组为初级绕组，一个为次级绕组 v自耦变压器，自耦变压器，初级、次级绕组合为一个初级、次级绕组合为一个 v三绕组变压器，三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压三个绕组连接三种不同电压 的线路的线路 v多绕组变压器，如多绕组变压器，如分裂变压器分裂变压器 2021-7-3扬州大学 葛强 15 按冷却方式分类 v油浸式变压器油浸式变压器铁芯和绕组都一起浸入灌铁芯和绕组都一起浸入灌 满了变压器油的油箱中，

9、可以加强绝缘和改满了变压器油的油箱中，可以加强绝缘和改 善冷却散热条件善冷却散热条件 v干式变压器干式变压器 ，能满足特殊要求，如安全，能满足特殊要求，如安全 2021-7-3扬州大学 葛强 16 按相数分类 v单相变压器单相变压器 v三相变压器三相变压器 2021-7-3扬州大学 葛强 17 电力变压器的基本结构电力变压器的基本结构 v铁芯铁芯铁芯铁芯 v带有绝缘的带有绝缘的绕组绕组绕组绕组 v变压器油油变压器油油 v油箱油箱油箱油箱 v绝缘套管套管绝缘套管套管 2021-7-3扬州大学 葛强 18 铁芯变压器的磁路 v电力变压器的铁心是由0.35mm厚的冷轧硅钢 片叠成。减少涡流损耗，提高

10、导磁系数。 铁心柱 铁轭 2021-7-3扬州大学 葛强 19 铁芯的交叠装配 v单相变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层单相变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层 的接缝，从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于的接缝，从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于 流通流通 接逢处气隙小接逢处气隙小 v可以避免涡流在钢片之间流通可以避免涡流在钢片之间流通 2021-7-3扬州大学 葛强 20 v三相芯式变压器的铁心排列法，主要使 叠缝相互交叠，从而减少磁路的磁阻 2021-7-3扬州大学 葛强 21 变压器铁心柱的横切面 返回 2021-7-3扬州大学 葛强 22 绕组变压器的电路 v变压器绕组一般为绝缘扁铜线或

11、绝缘圆铜线变压器绕组一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线 在绕线模上绕制而成。在绕线模上绕制而成。 v为便于制造、在电磁力作用下受力均匀以及为便于制造、在电磁力作用下受力均匀以及 机械性能良好，绕组线圈作成圈形。机械性能良好，绕组线圈作成圈形。 v按照绕组在铁芯中的排列方法分类，变压器按照绕组在铁芯中的排列方法分类，变压器 可分为可分为铁芯式铁芯式和和铁壳式铁壳式两类两类 v基本型式：基本型式：同芯式，交叠式同芯式，交叠式 2021-7-3扬州大学 葛强 23 单相芯式变压器铁心及绕组 v绕组绕组同芯同芯套装在变压器铁心柱上，低压套装在变压器铁心柱上，低压 绕组在内层，高压绕组套装在低压绕组绕组在内层

12、，高压绕组套装在低压绕组 外层，以便于绝缘。外层，以便于绝缘。 2021-7-3扬州大学 葛强 24 铁壳式变压器铁壳式变压器 v变压器的铁芯柱在中间，铁轭在两旁环绕，且把绕变压器的铁芯柱在中间，铁轭在两旁环绕，且把绕 组包围起来组包围起来 v结构比较坚固、制造工艺复杂，高压绕组与铁芯柱结构比较坚固、制造工艺复杂，高压绕组与铁芯柱 的距离较近，绝缘也比较困难的距离较近，绝缘也比较困难 v通常应用于电压很低而电流很大的特殊场合，例如，通常应用于电压很低而电流很大的特殊场合，例如， 电炉用变压器。这时巨大的电流流过绕组将使绕组电炉用变压器。这时巨大的电流流过绕组将使绕组 上受到巨大的电磁力，铁壳式

13、结构可以加强对绕组上受到巨大的电磁力，铁壳式结构可以加强对绕组 的机械支撑，使能承受较大的电磁力。的机械支撑，使能承受较大的电磁力。 2021-7-3扬州大学 葛强 25 绕组的基本型式绕组的基本型式 v同芯式同芯式铁芯式变压器常用。高压绕组和铁芯式变压器常用。高压绕组和 低压绕组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁低压绕组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁 芯柱上芯柱上 v交叠式交叠式 铁壳式变压器常用。高压绕组和铁壳式变压器常用。高压绕组和 低压绕组各分为若干个线饼，沿着铁芯柱的低压绕组各分为若干个线饼，沿着铁芯柱的 高度交错地排列着高度交错地排列着 返回 2021-7-3扬州大学 葛强 26 变压

14、器油变压器油冷却、绝缘冷却、绝缘 v变压器油起两个作用：变压器油起两个作用： v 绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间 v散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油 管，以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环，管，以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环， 外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱 2021-7-3扬州大学 葛强 27 油箱 机械支撑、冷却散热、 变压器运行时产生热量，使变压变压器运行时产生热量，使变压 器油膨胀，储油柜中变压器油上器油膨胀，储油柜中变

15、压器油上 升，温度低时下降。升，温度低时下降。 储油柜使变压器油与空气接触面储油柜使变压器油与空气接触面 较少，较少， 减缓了变压器油的氧化过减缓了变压器油的氧化过 程及吸收空气中的水分的速程及吸收空气中的水分的速 度。度。呼吸呼吸 保护作用 当变压器出现故障时，产生的当变压器出现故障时，产生的 热量使变压器油汽化，气体继热量使变压器油汽化，气体继 电器动作，发出报警信号或切电器动作，发出报警信号或切 断电源。断电源。 如果事故严重，变压器油大量如果事故严重，变压器油大量 汽化，油气冲破安全气道管口汽化，油气冲破安全气道管口 的密封玻璃，冲出变压器油箱，的密封玻璃，冲出变压器油箱， 避免油箱爆

16、裂。避免油箱爆裂。 返回 2021-7-3扬州大学 葛强 28 绝缘套管 v绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。 v在瓷套和导电杆间留有一道充油层在瓷套和导电杆间留有一道充油层充充 油套管油套管 v当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕 着导电杆包上几层绝缘纸筒，在每个绝缘着导电杆包上几层绝缘纸筒，在每个绝缘 纸筒上贴附有一层铝箔，则沿着套管的径纸筒上贴附有一层铝箔，则沿着套管的径 向距离，绝缘层和铝箔层构成串联电容器，向距离，绝缘层和铝箔层构成串联电容器， 使磁套与导电杆间的电场分布均匀使磁套与导电杆间的电场分布均匀 v套管外形常

17、做成伞形，套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈电压愈高、级数愈 多多。 返回 2021-7-3扬州大学 葛强 29 二、变压器的额定值及型号二、变压器的额定值及型号 v额定容量额定容量SN制造厂所规定的在额定制造厂所规定的在额定 条件下使用时输出能力的保证值。单位条件下使用时输出能力的保证值。单位 为为VA或或kVA。对。对三相变压器指三相的总三相变压器指三相的总 容量容量。 v由于效率高，原、副方的额定容量设计由于效率高，原、副方的额定容量设计 得相等，与体积、用铜量有关。得相等，与体积、用铜量有关。 2021-7-3扬州大学 葛强 30 v额定电压额定电压由制造厂所规定的变压器由制造厂所规

18、定的变压器在空载在空载 时额定分接头上的电压保证值时额定分接头上的电压保证值。单位为。单位为V或或kV。 当变压器初级侧在额定分接头处接有额定电压当变压器初级侧在额定分接头处接有额定电压 U1N，次级侧空载电压即为次级侧额定电压，次级侧空载电压即为次级侧额定电压U2N。 对三相变压器，对三相变压器，铭牌上的额定电压指线电压铭牌上的额定电压指线电压 v额定电流额定电流额定容量除以各绕组的额定电压额定容量除以各绕组的额定电压 所计算出来的所计算出来的线电流值线电流值。单位用。单位用A或或kA。 v电力变压器的额定频率是电力变压器的额定频率是50Hz 变压器的额定值变压器的额定值 2021-7-3扬

19、州大学 葛强 31 额定值的关系 v单相变压器 v三相变压器 N N N N N N U S I U S I 2 2 1 1 N N N N N N U S I U S I 2 2 1 1 33 返回 2021-7-3扬州大学 葛强 32 变压器的型号及系列 v国产变压器型号的规定：国产变压器型号的规定： v相数：单相（相数：单相（D）、三相（）、三相（S）；）； v绕组冷却方式：气体（绕组冷却方式：气体（Q）、空气（）、空气（K）；）； v箱壳外冷却介质：空气自冷（箱壳外冷却介质：空气自冷（）、风冷（）、风冷（F）、水冷（）、水冷（W）；）； v循环方式：自然循环（循环方式：自然循环（）、强

20、迫循环（）、强迫循环（P）、导体内冷（）、导体内冷（N）；）； v绕组数：双绕组（绕组数：双绕组（）、三绕组（）、三绕组（S）、自耦（）、自耦（O）；）； v调压方式：无激磁方式（调压方式：无激磁方式（）、有载调压（）、有载调压（Z）；）； v 例：例： S W P O 125000 / 220 v 三相三相 水冷水冷 强迫强迫 自耦自耦 容量（容量（kVA） 高压绕组电压等级高压绕组电压等级 （kV） vS 500/ 10 v 三相油浸自冷双绕组三相油浸自冷双绕组 500 kVA，10 kV级电力变压器级电力变压器 2021-7-3扬州大学 葛强 33 变压器的发热和冷却 v假定：假定：铁芯

21、和各个绕组都是独立的发热单位铁芯和各个绕组都是独立的发热单位。 即认为铁芯的发热仅来源于即认为铁芯的发热仅来源于铁芯损耗铁芯损耗，各绕，各绕 组的发热来源于各自的组的发热来源于各自的铜耗铜耗，它们相互间并，它们相互间并 没有热量交换。没有热量交换。 v由于油的对流作用，油在受热后将上升、而由于油的对流作用，油在受热后将上升、而 在冷却后又将下降。油浸变压器中，沿着油在冷却后又将下降。油浸变压器中，沿着油 箱高度，上部的温度要比下部的温度略高箱高度，上部的温度要比下部的温度略高 2021-7-3扬州大学 葛强 34 2021-7-3扬州大学 葛强 35 油浸变压器的绕组均用油浸变压器的绕组均用A

22、级绝缘级绝缘。根据我。根据我 国的气候情况，国家标准规定以国的气候情况，国家标准规定以+40作作 为周围环境空气的最高温度，并据此规定为周围环境空气的最高温度，并据此规定 变压器各部分的容许温升变压器各部分的容许温升 绕组最高允许温度为绕组最高允许温度为105 2021-7-3扬州大学 葛强 36 变压器的冷却 v常用冷却介质常用冷却介质油（油浸式）、空气（干式）油（油浸式）、空气（干式） v冷却方式冷却方式油浸自冷式；油浸风冷式油浸自冷式；油浸风冷式(人工人工 通风通风)；强制油循环冷却式；强制油循环冷却式 v油箱形式油箱形式 平滑油箱：平滑油箱：50kVA 波形油箱波形油箱 管形油箱：管形

23、油箱：200kVA 散热器油箱：散热器油箱：25006300kVA 返回 2021-7-3扬州大学 葛强 37 三、变压器空、负载负载运行 1、空载电磁物理现象 空载电流空载电流i0，i1i0。全部用以激磁全部用以激磁激磁电流激磁电流im，i0im 激磁电流产生激磁电流产生激磁磁势激磁磁势imN1，建立交变磁场，建立交变磁场 2021-7-3扬州大学 葛强 38 v变比变比初级电压初级电压与与次级次级空载时空载时端点电压端点电压之比之比。 v电压变比电压变比k 决定于初级、次级绕组匝数比。决定于初级、次级绕组匝数比。 v略去电阻压降和漏磁电势略去电阻压降和漏磁电势 2 2、电压变比、电压变比

24、2 1 2 1 20 1 N N E E U U k 2021-7-3扬州大学 葛强 39 3 3 变压器负载运行变压器负载运行 负载运行是指一侧绕组接电源，另一侧负载运行是指一侧绕组接电源，另一侧 绕组接负载运行绕组接负载运行。 返回 2021-7-3扬州大学 葛强 40 负载时的电磁物理现象负载时的电磁物理现象 v变压器的初级、次级绕组没有电的联系，功率传递变压器的初级、次级绕组没有电的联系，功率传递 依靠互感。依靠互感。在功率传递过程中应满足能量守恒，在在功率传递过程中应满足能量守恒，在 电路上需满足电压平衡、磁路上需满足磁势平衡电路上需满足电压平衡、磁路上需满足磁势平衡。 m N1 N

25、2 2021-7-3扬州大学 葛强 41 变压器的等效电路 v单相变压器等值电路单相变压器等值电路 2021-7-3扬州大学 葛强 42 1、电压变化率 v电压变化程度电压变化程度由于变压器内部存在着电由于变压器内部存在着电 阻和漏抗，负载时产生电阻压降和漏抗压降，阻和漏抗，负载时产生电阻压降和漏抗压降， 导致次级侧电压随负载电流变化而变化。导致次级侧电压随负载电流变化而变化。 v设外施电压为额定电压，取空载与额定负载设外施电压为额定电压，取空载与额定负载 两种情况下的次级侧电压的算术差与空载电两种情况下的次级侧电压的算术差与空载电 压之比定义为电压变化率压之比定义为电压变化率(又称电压调整率

26、又称电压调整率) 四、变压器运行特性 2021-7-3扬州大学 葛强 43 电压变化率与负载性质电压变化率与负载性质 v U与负载电流的功率因数有关与负载电流的功率因数有关 2021-7-3扬州大学 葛强 44 影响副边端电压的因素影响副边端电压的因素 负载大小负载大小=I1I1N=I2I2N 漏阻抗漏阻抗rk，xk 负载性质负载性质 2，容性负载容性负载U0，感性负载感性负载U0 即：输出端电压可能 超过额定电压 100*sincos% 2*2* kk xrU 2021-7-3扬州大学 葛强 45 2、变压器的效率、变压器的效率 v效率：输出功率与输入功率之比效率：输出功率与输入功率之比 v

27、输入功率是输出功率与全部损耗之和输入功率是输出功率与全部损耗之和 v损耗损耗 p 初级绕组铜耗初级绕组铜耗pcu1=I12r1 次级绕组铜耗次级绕组铜耗pcu2I22r2 铁芯损耗铁芯损耗pFeIm2rm =P2/P1=P2/(P2+ p)=(P1- p)/P1 2021-7-3扬州大学 葛强 46 间接法计算效率损耗分离法损耗分离法 2021-7-3扬州大学 葛强 47 效率曲线效率曲线 v当负载的功率因数保持不变，效率随负当负载的功率因数保持不变，效率随负 载电流而变化的关系称为效率曲线载电流而变化的关系称为效率曲线 2021-7-3扬州大学 葛强 48 最大效率最大效率 v不变损耗不变损

28、耗p0不随负载电流变化不随负载电流变化 v可变损耗可变损耗2PkN 随负载电流二次方变化随负载电流二次方变化 v极值条件：极值条件： 当可变损耗等于不变损耗时效率达到最大当可变损耗等于不变损耗时效率达到最大 v一般一般m=0.50.77 kN pp 2 0 0 2 2 2 cos cos ppS S kNN N 返回 2021-7-3扬州大学 葛强 49 2 交交 流异步流异步 电电 机机 v1 异步电机类别及结构 v2 异步电机型号及额定值 v3 异步电机基本工作原理 v4 异步电机运行特性及选择 v5 异步电机起动及调速运行 2021-7-3扬州大学 葛强 50 2 交交 流流 异步电异步

29、电 机机 概述概述 异步电动机是工农业生产中应用最广泛的一种电机。异步电动机是工农业生产中应用最广泛的一种电机。 在农业方面，用于拖动水泵、粉碎机及其他农副业加工机在农业方面，用于拖动水泵、粉碎机及其他农副业加工机 械等；在民用电器方面则用于电风扇、洗衣机、电冰箱、械等；在民用电器方面则用于电风扇、洗衣机、电冰箱、 空调机等。空调机等。 优点：优点：结构简单、运行可靠、效率较高、制造容易、成本结构简单、运行可靠、效率较高、制造容易、成本 较低且坚固耐用。较低且坚固耐用。 缺点：缺点：不能经济地在较宽广范围内平滑调速；必须从电网不能经济地在较宽广范围内平滑调速；必须从电网 中吸取滞后电流，使电网

30、功率因数降低。所以，在一些要中吸取滞后电流，使电网功率因数降低。所以，在一些要 求调速范围较宽的生产机械中，可采用直流电动机；而在求调速范围较宽的生产机械中，可采用直流电动机；而在 单机容量较大，需要恒速运行的场合，多采用功率因数可单机容量较大，需要恒速运行的场合，多采用功率因数可 调的同步电动机。调的同步电动机。 2021-7-3扬州大学 葛强 51 2 交交 流异步流异步 电电 机机 一、异步电动机的分类及结构一、异步电动机的分类及结构 通常可分为下列几类：通常可分为下列几类： (1)按定子相数分有单相、两相及三相三种。按定子相数分有单相、两相及三相三种。 (2)按转子结构分有绕线型及笼型

31、两种。后者又包括单笼、按转子结构分有绕线型及笼型两种。后者又包括单笼、 双笼及深槽型三类。双笼及深槽型三类。 (3)按有无换向器又可分为无换向器及换向器异步电动机。按有无换向器又可分为无换向器及换向器异步电动机。 此外，还有高起动转矩异步电动机、高转差率异步电动此外，还有高起动转矩异步电动机、高转差率异步电动 机、高转速异步电动机等。机、高转速异步电动机等。 异步电机也可作异步发电机使用，常用于电网尚未到达异步电机也可作异步发电机使用，常用于电网尚未到达 地区，又找不到同步发电机的情况，或地区，又找不到同步发电机的情况，或用于风力发电等特用于风力发电等特 殊场合。殊场合。 2021-7-3扬州

32、大学 葛强 52 2 交交 流异步流异步 电电 机机 异步电动机的基本结构异步电动机的基本结构 异步电动机主要由静止的定子和转动的转子两大部分组异步电动机主要由静止的定子和转动的转子两大部分组 成，定子和转子之间有一个很小的气隙，此外还有端盖、成，定子和转子之间有一个很小的气隙，此外还有端盖、 轴承和通风装置等。图轴承和通风装置等。图1示出绕线型异步电动机剖面图。示出绕线型异步电动机剖面图。 (一一)异步电动机的定子异步电动机的定子 异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分 组成。组成。 1定子铁心定子铁心 定子铁心是异步电动机主磁通磁路

33、的一部分，装在机座定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分，装在机座 里。由于通过定子铁心的磁通大小和方向都是交变的，为里。由于通过定子铁心的磁通大小和方向都是交变的，为 了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用0.5mm厚、表面厚、表面 涂绝缘漆的硅钢片叠装而成。涂绝缘漆的硅钢片叠装而成。 2021-7-3扬州大学 葛强 53 2021-7-3扬州大学 葛强 54 2021-7-3扬州大学 葛强 55 2 交交 流流 异步电异步电 机机 2定子绕组定子绕组 定子绕组是异步电动机定子部分的电路，它由许多线圈按一定规律联接定子绕组是异步电动机定子部分的电路，它由许多

34、线圈按一定规律联接 而成而成。对于容量较小的电机，绕组由高强度漆包圆铜线。对于容量较小的电机，绕组由高强度漆包圆铜线(或铝线或铝线)绕成。而中、绕成。而中、 大容量异步电动机绕组可用玻璃丝包扁铜线绕制。大容量异步电动机绕组可用玻璃丝包扁铜线绕制。 2021-7-3扬州大学 葛强 56 2 交交 流流 异步电异步电 机机 3机座机座 作用：固定和支撑定子铁心。机座应有足够的机械强度和刚作用：固定和支撑定子铁心。机座应有足够的机械强度和刚 度。对中、小型异步电动机，常用铸铁机座。大型电机一般采度。对中、小型异步电动机，常用铸铁机座。大型电机一般采 用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一底

35、板上。用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一底板上。 2021-7-3扬州大学 葛强 57 2 交交 流流 异步电异步电 机机 （二二）异步电动机的转子异步电动机的转子 异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。 1转子铁心转子铁心 转子铁心也是电动机主磁路的一部分，它用转子铁心也是电动机主磁路的一部分，它用0.5mm厚，冲有厚，冲有 槽的硅钢片叠成。铁心固定在转轴或转子支架上。整个转子铁槽的硅钢片叠成。铁心固定在转轴或转子支架上。整个转子铁 心的外表面呈圆柱形。心的外表面呈圆柱形。 2转子绕组转子绕组 可分为可分为笼型笼型和和绕

36、线型绕线型两种结构。两种结构。 绕线型绕组也是三相绕组，通常接成绕线型绕组也是三相绕组，通常接成Y形，嵌于转子铁心槽形，嵌于转子铁心槽 内。转子绕组的三条引出线分别接到与转轴绝缘的三个滑环上，内。转子绕组的三条引出线分别接到与转轴绝缘的三个滑环上， 通过三个电刷使转子绕组与外电路接通。因而转子绕组既能自通过三个电刷使转子绕组与外电路接通。因而转子绕组既能自 身短路，又能把外加电阻或电抗引入转子电路以改善电动机的身短路，又能把外加电阻或电抗引入转子电路以改善电动机的 运行性能，如图运行性能，如图2所示。所示。 2021-7-3扬州大学 葛强 58 2021-7-3扬州大学 葛强 59 2021-

37、7-3扬州大学 葛强 60 2 交交 流异步流异步 电电 机机 2转子绕组转子绕组 笼型绕组是一个自行短路的绕组。在转子每个槽里笼型绕组是一个自行短路的绕组。在转子每个槽里 安放一根比铁心稍长的导体，在铁心两端各用一个端安放一根比铁心稍长的导体，在铁心两端各用一个端 环把所有导条都连接起来，形成一个自己短路的绕组。环把所有导条都连接起来，形成一个自己短路的绕组。 如去掉铁心，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图如去掉铁心，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图 3a所示，故称笼型转子。笼型转子导条可以是铜条，所示，故称笼型转子。笼型转子导条可以是铜条， 也可用铸铝方法将导条、也可用铸铝方法将导条、端

38、端环与风扇同时铸成，见图环与风扇同时铸成，见图 3b。大中型。大中型异步电动机异步电动机采采用用铜铜条条与与端端环焊接构成的笼环焊接构成的笼 型转子绕组，小型异步电动机采用铸铝转子绕型转子绕组，小型异步电动机采用铸铝转子绕组，笼组，笼 型转子上无滑环型转子上无滑环，导条与转子槽间不需绝缘，所以结，导条与转子槽间不需绝缘，所以结 构简单、制造方便、运行可构简单、制造方便、运行可靠。靠。 2021-7-3扬州大学 葛强 61 a)铜条笼型转子； b)铸铝笼型转子 2021-7-3扬州大学 葛强 62 2021-7-3扬州大学 葛强 63 异步电机的气隙（异步电机的气隙（air gap） v特点特点

39、气隙很小，在中、小型电机中，气隙气隙很小，在中、小型电机中，气隙 一般为一般为0.2-1.50.2-1.5毫米。毫米。 v气隙大小对电机性能有很大的影响气隙大小对电机性能有很大的影响 气隙大气隙大：磁阻大，励磁电流（空载电流）大，功：磁阻大，励磁电流（空载电流）大，功 率因数低；气隙磁场谐波含量（漏磁引起附加率因数低；气隙磁场谐波含量（漏磁引起附加 损耗）减少，改善启动性能。损耗）减少，改善启动性能。 气隙小气隙小：按加工可能及机械安全所限制。：按加工可能及机械安全所限制。 2021-7-3扬州大学 葛强 64 2021-7-3扬州大学 葛强 65 三、异步电机的铭牌及额定值 2021-7-3

40、扬州大学 葛强 66 异步电动机的额定值及系列 v额定功率额定功率PN，指电动机在额定方式下运行时，转轴上，指电动机在额定方式下运行时，转轴上 输出的机械功率（输出的机械功率（W W或或kWkW）。）。 v额定电压额定电压UN，指电动机在额定方式运行时定子绕组应，指电动机在额定方式运行时定子绕组应 加的线电压（加的线电压（V V或或kVkV）。）。 v额定电流额定电流IN，指电动机在额定电压和额定功率状态下，指电动机在额定电压和额定功率状态下 运行时，流入定子绕组的额定线电流（运行时，流入定子绕组的额定线电流（A A）。）。 v额定频率额定频率f f，我国工业频率为，我国工业频率为50HZ50

41、HZ。 v额定转速额定转速nN，指在额定状态下运行时的转子转速（，指在额定状态下运行时的转子转速（r r minmin）。）。 2021-7-3扬州大学 葛强 67 v对三相电动机，额定功率：对三相电动机，额定功率： v三相异步电动机的主要技术指标是指效三相异步电动机的主要技术指标是指效 率、功率因数、起动性能（堵转转矩、率、功率因数、起动性能（堵转转矩、 堵转电流和起动过程中的最小转矩）、堵转电流和起动过程中的最小转矩）、 最大转矩和噪声、振动最大转矩和噪声、振动。 NNNNN IUPcos3 2021-7-3扬州大学 葛强 68 四、异步电机的基本原理 v三种运行方式三种运行方式 电动机运

42、行电动机运行 发电机运行发电机运行 电磁制动电磁制动 2021-7-3扬州大学 葛强 69 转子静止时的电路表示 正方向按变压器惯例 2222 11111 0jxrIE jxrIEU 2021-7-3扬州大学 葛强 70 v频率归算前的异步电动机电路频率归算前的异步电动机电路 2021-7-3扬州大学 葛强 71 v3.3.频率归算后异步电机的定、转子电路图频率归算后异步电机的定、转子电路图 2021-7-3扬州大学 葛强 72 v异步电机异步电机 T T 形等值电路形等值电路 2021-7-3扬州大学 葛强 73 过载能力及起动转矩倍数过载能力及起动转矩倍数 v最大转矩倍数：最大转矩与额定转

43、矩之比最大转矩倍数：最大转矩与额定转矩之比 v普通电机普通电机km=1.82.5，在有特殊要求时也，在有特殊要求时也 可特殊制造成可特殊制造成km=2.83.0。 N m T T k max 2021-7-3扬州大学 葛强 74 典型的工作特性曲线 定性定性： 转速转速随输出增加略有随输出增加略有 下降下降 负载转矩负载转矩近似与输出近似与输出 功率成正比功率成正比 定子电流定子电流随负载增加随负载增加 效率和功率因数效率和功率因数随负随负 载有不同的变化载有不同的变化 五、三相异步电动机起动与调速运行 1 三相鼠笼式异步电机起动 2 三相绕线式异步电机起动 3 改善起动性能的三相异步电机 4

44、 三相异步电机调速 2021-7-3扬州大学 葛强 76 一、起动方法综述一、起动方法综述 鼠笼式电机的起动方法鼠笼式电机的起动方法 二、鼠笼式电机的全压起动二、鼠笼式电机的全压起动 三、鼠笼式电机的降压起动三、鼠笼式电机的降压起动（重点（重点） 2021-7-3扬州大学 葛强 77 一、异步电机起动方法综述一、异步电机起动方法综述 影响异步电机起动方法的因素：供电影响异步电机起动方法的因素：供电 系统容量；负载性质；起动频繁程度。系统容量；负载性质；起动频繁程度。 负载性质（三种）负载性质（三种） 全压直接起动条件（供电容量及起动全压直接起动条件（供电容量及起动 频繁程度）频繁程度） 202

45、1-7-3扬州大学 葛强 78 负载性质三种负载性质三种： 3. 3.起动时仅有很小的阻力转矩，起动起动时仅有很小的阻力转矩，起动 过程中负载与转速的平方成正比，如水过程中负载与转速的平方成正比，如水 泵、风机。泵、风机。变阻力矩。变阻力矩。 2. 2.起动时仅有很小的阻力转矩，起动起动时仅有很小的阻力转矩，起动 过程中基本不变，额定转速时加负载，过程中基本不变，额定转速时加负载， 如机床；如机床；小阻力矩小阻力矩。 1. 1.起动时有较大的阻力转矩，起动过起动时有较大的阻力转矩，起动过 程中负载不变，如起重机；程中负载不变，如起重机；大阻力矩。大阻力矩。 2021-7-3扬州大学 葛强 79

46、 电机特性与典型负载曲线 00.20.40.60.81.0 2 3 1 M s 三种典型负载起动特性 Mst M-s 2021-7-3扬州大学 葛强 80 一、 三相笼型异步电动机的起动方法 两种：直接起动、间接起动两种：直接起动、间接起动 （一）直接起动（一）直接起动 直接起动（直接起动（全压起动）：全压起动）：把把全部电源全部电源电压直接电压直接 加到电动机的定子绕组，这时起动电流较大（加到电动机的定子绕组，这时起动电流较大（5-75-7倍）。倍）。 一般规定一般规定: : 功率低于功率低于7.5kW7.5kW时允许直接起动。时允许直接起动。 功率大于功率大于7.5kW7.5kW，而电源总

47、容量较大，符合下式，也，而电源总容量较大，符合下式，也 允许直接起动。允许直接起动。 AkV AkV I I K N st I 起动电机容量 电源总容量 3 4 1 1 1 2021-7-3扬州大学 葛强 81 1. .使用独立变压器：使用独立变压器：不频繁起动不频繁起动电机电机 容量小于容量小于30%变压器容量；变压器容量；频繁起动频繁起动电机电机 容量小于容量小于20%变压器容量。采用全压直接起动。变压器容量。采用全压直接起动。 2. .使用共同电源：起动压降使用共同电源：起动压降U5%Ue， 可采用全压直接起动，用开关或接触器把异步可采用全压直接起动，用开关或接触器把异步 电动机直接投入

48、电网。电动机直接投入电网。 直接起动特点：不需任何起动设备，起动直接起动特点：不需任何起动设备，起动 简单。简单。 当变压器容量与系统计算容量相差不大，当变压器容量与系统计算容量相差不大， 则用则用降压起动。降压起动。 全压直接起动条件（供电容量及起动频繁程度） 2021-7-3扬州大学 葛强 82 二、鼠笼式电机的降压起动二、鼠笼式电机的降压起动( (重点重点) ) 定义：定义：起动时以起动时以低于额定电压低于额定电压的电压的电压 接至定子绕组，当转速上升至额定转速接至定子绕组，当转速上升至额定转速 时，再切换到额定电压运行。时，再切换到额定电压运行。 注：注：降压起动主要用于起动时降压起动

49、主要用于起动时负载负载 转矩不大转矩不大的场合。的场合。 1 1用自耦变压器降压起动用自耦变压器降压起动 2 2用用YY转换开关降压起动转换开关降压起动 2021-7-3扬州大学 葛强 83 1 K A B C 自耦 变压器 2 K 异步电动机 自耦变压器起动 运行 起动 I =I 1a1 . . 2a I I 2 . ZL x X 1 . 1a U 1 U . 2 2a U =U . 2 单相自耦变压器 . st I ka . st I ka 2 A B C A 1.1.自耦变压器降压起动线路图自耦变压器降压起动线路图 2021-7-3扬州大学 葛强 84 当采用变比为当采用变比为Ka1的自

50、耦变压器进的自耦变压器进 行降压起动时：行降压起动时： 电动机绕组中的起动电流（即自耦电动机绕组中的起动电流（即自耦 变压器变压器次级绕组电流次级绕组电流I2st）：）： Nst a st I k I 1 2 Nst a st I k I 2 1 1 Nst a st M k M 2 1 起动转矩起动转矩： 初级绕组电流初级绕组电流( (电网母线电网母线) )： 分析及结论分析及结论： 2021-7-3扬州大学 葛强 85 2.Y2.Y起动线路图及其分析起动线路图及其分析 1 K Y 电 网 定子 绕组 A X Y B Z C 2 K (a) (b) (c) Y起动及其分析 (a)接线图；(b

51、)接成时；(c)接成Y时 I = st z UN3 I = stY z UN 3 UN . I = st U z N UN . UN 3 B C A X C B YZ 起动运行 A X BY Z C A B C A B C 2021-7-3扬州大学 葛强 86 分析及结论分析及结论： 3 1 I IY 3 1 N st M M 小结（方案比较）：小结（方案比较）： 自耦变压器：需有专用起动设备自耦变压器：需有专用起动设备, 可选方案多可选方案多,有有 3个抽头个抽头 (1:0.55，1:0.64， 1:0.73) 即即3个变压方案可选；个变压方案可选； Y ：起动设备结构简单（定起动设备结构简

52、单（定 子需角形接法）子需角形接法）,但只有一种方案。但只有一种方案。 2021-7-3扬州大学 葛强 87 一、 三相笼型异步电动机的起动方法 两种：直接起动、间接起动两种：直接起动、间接起动 （一）直接起动（一）直接起动 直接起动（直接起动（全压起动）：全压起动）：把把全部电源全部电源电压直接电压直接 加到电动机的定子绕组，这时起动电流较大（加到电动机的定子绕组，这时起动电流较大（5-75-7倍）。倍）。 一般规定一般规定: : 功率低于功率低于7.5kW7.5kW时允许直接起动。时允许直接起动。 功率大于功率大于7.5kW7.5kW，而电源总容量较大，符合下式，也，而电源总容量较大，符合

53、下式，也 允许直接起动。允许直接起动。 AkV AkV I I K N st I 起动电机容量 电源总容量 3 4 1 1 1 2021-7-3扬州大学 葛强 88 （二）（二）减压起动减压起动( (降压起动降压起动) ) 1电阻减压电阻减压或或电抗减压起动电抗减压起动 图图11-1：电阻减压起动，图电阻减压起动，图11-2：电抗减压起动。电抗减压起动。 M 3 1 Q 2 Q 运行 起动 st R 1 Q 运行 2 Q 起动 M 3 st L ) 111(图)211(图 2021-7-3扬州大学 葛强 89 1、电阻减压电阻减压或或电抗减压电抗减压起动起动 v在电源端串入电阻、或电抗在电源端

54、串入电阻、或电抗 v串电阻：损耗增加串电阻：损耗增加 v串电抗：起动功率因数更低串电抗：起动功率因数更低 1 1 2 1 1 st st IU U TU 2021-7-3扬州大学 葛强 90 2 2、自耦变压器自耦变压器起动起动 v对自耦变压器（对自耦变压器（Tr）：设变比为）：设变比为k, 则则： v对电机： 11 21 22 21 12 12 UW kUUk UW IW kIIk IW 1 1 2 1 1 st st IU U TU 2021-7-3扬州大学 葛强 91 直接起动时：电压直接起动时：电压U1，电流，电流Ist，起动转矩为，起动转矩为Tst 经经Tr后，电压：后，电压：U2U

55、1/k 加在电机上，电机电流正比减小，为加在电机上，电机电流正比减小，为 该电流再经该电流再经Tr,其原方电路再降其原方电路再降k倍，即为：倍，即为： 电机转矩正比电机上电压平方：电机转矩正比电机上电压平方： 结论结论： 自耦变的变比为自耦变的变比为 电机电压为原来的电机电压为原来的 电机电流为原来的电机电流为原来的 电机从源吸取的电流为原来的电机从源吸取的电流为原来的 2 st st Ik Ik k st Ik 2 stst TTk 1 2 1 1 1 k k k k 2021-7-3扬州大学 葛强 92 图图11-411-4：自耦补偿起动的：自耦补偿起动的 原理线路图。原理线路图。 开关：

56、开关：“起动起动”位置位置，电机减压，电机减压 起动。起动。 待转速接近稳定值时，开关投向待转速接近稳定值时，开关投向 “运行运行”位置位置，电动机全压运行，电动机全压运行， 起动结束。起动结束。 M 3 运行 起动 TA )410(图 2021-7-3扬州大学 葛强 93 3星星-三角（三角（YD）起动）起动 图图11-5表示星表示星三角起动三角起动 的原理线路图。将开关的原理线路图。将开关Q2投向投向 “Y” 位置，电动机减压起动。电动机位置，电动机减压起动。电动机 转速接近稳定值时，转速接近稳定值时，Q2迅速投向迅速投向 D，起动结，起动结束。束。 1 Q 2 Q 12 3 456 Y

57、52 4 1 6 3定子 接线匣 )510(图 D 2021-7-3扬州大学 葛强 94 1 Q 2 Q 12 3 456 Y 52 4 1 6 3定子 接线匣 )510(图 D 1, 1 3 3 :1,1 1 11 , 1 33 :, 13 3 1 : 3 1 : 3 : 1 : 3 phl lph phl ph phY phY LY Y II ifUU T II thenY U T UUU III III TTT 2021-7-3扬州大学 葛强 95 （一）转子串联电阻起动（一）转子串联电阻起动 可达减小起动电流，如图可达减小起动电流，如图11-8。 起动步骤起动步骤为：为： （1）电刷放

58、下，变阻器调到最大位置。）电刷放下，变阻器调到最大位置。 （2）将定子接通电源。）将定子接通电源。 （3）随转速增加，减小电阻，直到电阻）随转速增加，减小电阻，直到电阻 完全切除。完全切除。 （4）转速稳定后，电环短接，举刷。）转速稳定后，电环短接，举刷。 特点特点：有较好的起动特性，：有较好的起动特性， 适用适用：功率较大的重载起动。：功率较大的重载起动。 M 3 电刷 集电环 st R )810(图 二三相绕线转子异步电动机的起动方法 2021-7-3扬州大学 葛强 96 ）图（911 ）图（1011 1 R m R m X （二）转子串频敏电阻器起动 1 1、频敏电阻器、频敏电阻器 铁芯

59、：整块铁（增大铁耗）铁芯：整块铁（增大铁耗） 通交流电，损耗随电流频率变化通交流电，损耗随电流频率变化 2 2、串频敏电阻器起动原理、串频敏电阻器起动原理 起动：起动：f2高，铁耗大，相当于转子回路串大的电阻高，铁耗大，相当于转子回路串大的电阻 运行：运行：f2很小，铁耗小，相当于串联的电阻很小很小，铁耗小，相当于串联的电阻很小 2021-7-3扬州大学 葛强 97 一、一、深槽转子深槽转子异步电机异步电机 起动起动 槽底比槽口导线的槽底比槽口导线的漏漏 电抗大电抗大。导条中电流。导条中电流 密度密度j j的分布自上而的分布自上而 下逐步地减小。电流下逐步地减小。电流 大部分集中到导条的大部分

60、集中到导条的 上部，这种现象称为上部，这种现象称为 电流的电流的集肤效应集肤效应。 三、改善起动性能的三相异步电动机 2021-7-3扬州大学 葛强 98 v由于集肤效应，转子导条等效截面减小，等效电阻由于集肤效应，转子导条等效截面减小，等效电阻 增加增加 v集肤效应与电流频率有关：频率高，集肤效应显著。集肤效应与电流频率有关：频率高，集肤效应显著。 v电机起动：转子电流频率高，集肤效应明显，转子电机起动：转子电流频率高，集肤效应明显，转子 效率电阻大。效率电阻大。 v运行：转子电流频率低，集肤效应基本消失，转子运行：转子电流频率低，集肤效应基本消失，转子 效率电阻小。效率电阻小。 v增加了起