船舶电气部分复习资料

1、船舶电气2014-2015（上）期末复习资料 作者：血液不再循环 船舶电气部分复习资料第一章 变压器部分第1节 变压器的结构、类型及电参量变比关系1、 变压器的基本结构铁芯采用相互绝缘的薄硅钢片叠成 ，目的：（铁损）减少涡流损耗和磁滞损耗；与电源连接的线圈为原边绕组（初级绕组），与负载连接输出电压为副边绕组（次级绕组）；冷却方式：干式变压器（最常用的类型）自身周围空气流通冷却方式） 油浸式变压器（油的对流进行冷却）2、 变压器的铭牌1.额定容量sn变压器的额定视在功率，单位为伏安(va)或千伏安（kva）.由于变压器的效率较高，通常原、副边的额定容量可认为近似相等，原、副边的功率也近似相等。2

2、.额定电压u1n/u2nu1n为原边输入电压u2n在原边接入额定电压时，副边开路时其输出的电压对于三相变压器其u1n、u2n均为线电压3.额定电流i1n/i2n分别为原、副边的额定电流值。单相变压器 sn=u2ni2nu1ni1n三相变压器 sn=3u2ni2n3u1ni1n其他还注有额定频率、额定效率、温升、三相接线法等参数。3、 变压器的工作原理三大功能变压变流变阻抗i0为空载电流产生励磁磁通势 i0n1闭合的铁芯产生磁通 e=4.44fn1m磁平衡方程式 ，在忽略空载电流i0时，原、副边绕组中电流的大小关系为i1n1i2n2 即 通过变压器进行阻抗变换后，与信号源的内阻相等或接近，从而获

3、得最大输出功率第二节 变压器的同名端判断方法二种方法分别为交流测定法接线图、直流测定法接线图三相变压器的单相同名端测量（交流测定法接线图）若电压表v2的读数大于电源电压，说明a和a是异名端若电压表v2的读数小于电源电压，说明a和a是同名端三相变压器的直流测定法（直流测定法接线图）若电流表指针正偏，说明a和a同名端若电流表指针反偏，说明a和a异名端第3节 三相电力变压器的常用连接组别1. 变压器的组成三相变压器的优点 冗余结构，在使用三相组合变压器变压的场合，当其中一台故障而又无备用设备时，作为临时措施，可将故障变压器接线拆除，其他两台按“v”（开口三角形）连接可保证船舶照明变压器不间断地供电。

4、可输出三相对称电压，向三相负载供电；“v”形连接的三相变压器的容量并不等于两台单相变压器的容量之和，而是等于单相变压器额定容量的3倍2. 变压器的连接组别“时钟表示法”把高压侧线电动势的相量作为分针，始终指着“12”这个数字，而低压侧电动势的相量作为时针，它所指的数字即表示高低压侧电动势的相量间的相位差，它所指的就是该连接组的组号。例：“yd11”表示高压绕组为星形连接，低压侧为三角形连接。数字“11”表示副边线电压超前原边对应的线电压30相位角，即副边在11点钟方向。“yny0”表示原边星形连接并带中线引出，副边星形连接，数字“0”表示副边电压与原边电压同相位，即负边在12点钟方向。y和d形

5、关系式y形连接 ul=3up il=ipd形连接 ul=up il=3ip有四种连接方式原边与副边（星形“y”、“y”，三角形“d”，“d”）原副边电压比原副边电流比y（原）,y（副）ku-1/ky（原），d（副）3ku1/kud（原），y（副）d（原），d（副）第3章 异步电动机第1节 三相异步电动机的分类和结构交流异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低廉、维护保养方便等一系列优点。异步电动机的主要缺点是必须从电网吸取滞后的无功功率，而轻载时功率因数低，这使得发电机组的容量得不到充分发挥。三相异步电动机是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很小的气隙，三相异步电动机分为

6、鼠笼式和绕线式两大类。按工作制的不同可分为连续工作制s1、短时工作制s2和断续工作制s3。根据不同的冷却方式和保护方式，异步电动机有开启式、防护式、封闭式和防爆式几种。开启式的电机价格便宜，散热条件好，但容易侵入灰尘、水汽、油污和铁屑等。1. 三相异步电动机定子结构异步电动机的定子是由定子铁芯、定子绕组、机座、端盖和接线盒等部分组成。为了产生较强的磁场和减小铁芯中的磁滞及涡流损耗，定子铁芯通常是由0.5mm左右厚度的硅钢片冲制、涂刷、叠压而成。定子绕组为三相绕组，即有三组完全相同的独立绕组。每项绕组的额定电压为220v2. 三相异步电动机转子结构三相异步电动机转子有鼠笼式和绕线式两种形式，两种

7、转子包括转子铁芯、转子绕组、转轴、轴承、滑环（仅限绕线式）、风叶等。铜条绕组是把裸铜条插入转子铁芯槽内，两端用两个端环焊成通路。铸铁绕线是将铝熔化后浇铸到转子铁芯槽内，两个端环及冷却的风翼也同时铸成，一般小型鼠笼式异步电动机都采用铸铝转子。绕线式转子的铁芯同鼠笼式转子铁芯一样，但其绕组却和定子绕组相似，是以绝缘铜线绕组的三相对称组。绕组的排布形式必须与定子绕组相对应（具有相同的磁极对数），切通常连接成星形，其三端分别固定于三个铜制滑环上。通过滑环与固定于机座电刷架上电刷的滑动接触与外接电路接通。绕线式转子绕组回路中可接入附加电阻或其他控制装置，由改装异步电动机的转子电阻值来改善电动机的启动性能

8、或调速性能。3. 气隙与励磁电流异步电动机定子、转子之间气隙很小，中小型电机一般为0.22.0mm。气隙的大小直接关系到电动机的运行性能。气隙越小，电机磁路的磁阻越小，因而减小了励磁电流，提高了电动机运行时的功率因数。过小的气隙不仅能造成电机加工和装配的困难，而且运转时容易发生定子转子之间的摩擦和碰撞。第2节 三相异步电动机的铭牌及基本参数1. 三相异步电动机铭牌参数的意义3kw以下多接成星形，4kw以上的多接成三角形。380v/220v y/ 代表 电源电压是380v时应接成星形，220v时则接成三角形额定电压un(v)额定运行时，定子绕组所接电源线电压值。使用中如果电压过高，电机绝缘会受到

9、破坏，同时电流会增加；但是如果电压过低，则电机的转速下降，电流变大，易引起过热。额定电流in(a)电动机额定电压下带额定负载运行时，电机的线电流。一般保护器件主要是根据该参数和负载特点来设置额定功率pn（kw）额定运行时，电动机轴上输出的机械功率。连续使用电动机的额定功率是指电动机在环境温度为45时，带额定负载长期连续工作，温度逐渐升高稳定后不超过绝缘材料的允许温度。额定转速nn(r/min)电动机额定状态运行时的转速。额定频率fn（hz）电源频率，船舶有50hz和60hz两种电制。额定功率因数cosn电动机额定运行时的功率因数，一般在0.80.9之间，空载时功率因数很低，一般为0.20.3。

10、接法电机有星形连接和三角形连接两种，注意接法与电压定额之间的关系。定额主要分成连续s1、短时s2和断续s3三种。我国短时工作的标准时间有15min，30min，60min，90min等四种。我国规定标准的负载持续率10%、25%、40%和60%四种。绝缘等级及温升所用的绝缘材料的允许极限温度来划分的。允许极限温度是指电机绝缘材料的允许最高工作温度，它所反映绝缘材料的耐热性能。防护等级防止外物侵入是指工具、人的手指、水等均不可接触到电器内部，以免触电、碰伤或损坏电器。第3节 三相异步电动机的机械特性及其特征参数1. 三相异步电动机的工作原理三相交流电在定子绕组中形成的圆形旋转磁场，转子因切割磁感

11、线产生电流，转子载流导体在磁场中受力，产生的电磁转矩驱动转子旋转。原因：通过交流电产生圆形旋转磁场旋转时与转子绕组有相对运动，因此三相绕组能产生电动势。由于转子绕组是闭合绕组，在感应电动势的作用下，三相绕组流进三相短路电流，使电流与圆形旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，从而使转子转动。随着定子绕组中的三相电流随时间不断的变化，它所产生的合成磁场则在空间不断的旋转，即对称的三相电流通过定子绕组能够产生圆形旋转磁场。通过每项定子绕组的磁通随时间按正弦规律变化，以其最大值最为旋转磁场的每极磁通。异步电动机的气隙磁通除了与定子绕组匝数、绕组排布形式以及气隙大小等电机本身的结构参数有关外，还与电源电压的大

12、小有关。气隙磁通的大小将于定子绕组所接的电源电压值成正比。2. 旋转磁场的转向圆形旋转磁场的转向是与三相绕组中电流达到最大值的顺序一致。若改变其转向只需把通入定子绕组的电源相序改变，即任意交换两根电源进线即可。3.转子导体内的感应电流对于定子绕组通电后产生的旋转磁场，可用一对旋转磁极来等效替代，此时p=1，转速n0。由于转子切割磁感线产生旋转磁场进而产生感应电动势，转子绕组是短路的，因此在转子感应电动势方向相同的转子电流流过。载有转子电流的转子绕组在旋转磁场的作用下将受到电磁力的作用，这些电磁力对转子转轴形成力矩，作用方向与旋转磁场方向一致。当电磁转矩与负载转矩一致时，电机转速保持平衡稳定。4

13、. 三相异步电动机转子的转速如果将定子每相绕组有p个单元串联，则会形成p对磁极的旋转磁场。当点了变化一周，则其在空间内转过1/p转。如果定子绕组所接电源的频率为f，则旋转磁场的转速n0为电源频率为50hz时，一对极旋转磁场（p=1）时的同步转速为3000r/min，两对(p=2)时为1500r/min，三对（p=3）时为1000r/min，四对极（p=4）时为750r/min.转差的相对值为转差率，用s表示，它是异步电动机的一个基本参量 即： 例如：n=0时，s=1 ；n=n0时，s=0；nn0时，s为负。5. 三相异步电动机的工作状态当电动机处于电动运行状态时，0nn0，故0s1.当nn0时

14、，0s1，异步电动机处于电动运行状态（以后若无特别指明，对异步电动机的分析均在此范围内进行）；当n=0时，s=1，异步电动机处于堵转状态（或者电动机启动的瞬间）；当n=n0时，s=0，异步电动机处于理想空载运行状态；当nn0时，s0，异步电动机处于发电制动状态；当nn0时，s1，异步电动机处于反接制动状态；6.三相异步电动机的工作特性当异步电动机的转子以转速n旋转时，转子绕组切割磁感线定子旋转的相对速度为n0-n，由于转子绕组的磁极对数总是与定子磁极对数相同，设定三相交流电的频率为f1，则转子绕组中的感应电流的频率显然电动机的堵转状态，s=1，f2=f1，电动机与变压器类似，只是，电机转子是短

15、路的，而在电机同步时，s=0，转子没有感应电动势，也就没有频率，即f2=0.当电机转速变化时，转子各相关的物理量，如感应电动势、转子电流、转子感抗、功率因数等均将随转差率s而变化，有关曲线如右图所示由于转子转速为n=（1-s）n0，转子中产生的感应电动势和感应电流的频率为f2=f1，转子磁势相对于转子的转速为n2=60f2/p=60sf1/p=sn0，则转子磁势相对于定子的转速为n+sn0=sn0+（1-s）n0=n0，即当转子旋转时，定、转子间的磁势相对禁止。7. 三相异步电动机电磁转矩及其机械特性曲线电磁转矩（t）与负载转矩（tl）异步电动机运行时，一方面定子旋转磁场使得转子绕组产生感应电

16、动势，并形成转子电流，同时转子电流又与定子旋转磁场相互作用形成电磁力矩。由于转子电流i2与感应电动势e2的相位差为2，且呈电感性，其功率因数为cos2；而e2与定子旋转磁场具有固定相位关系。由此可知异步电动机的电磁转矩t将与旋转磁场的每极磁通、转子电流i2及其功率因数cos2成正比，即可得以下表达式：异步电动机的电磁力矩的大小与转差率（或转速）有关。电动机运行时，其轴上产生的电磁力矩t作为驱动力矩在克服了电机本身的风阻、摩擦阻力等空载阻转矩t0后，对外输出转矩t2.考虑到t0很小，一般可忽略，因此可得异步电动机中转矩平衡方程式：t=t2+t0t2而输出转矩t2用以带动生产机械旋转，当拖动系统稳

17、定运行时t2与生产机械在电机轴上形成的负载转矩tl平衡，即t2=tl电动机的机械特性电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩t之间的关系，即n=f（t）或s=f（t）。三相异步电动机的额定转矩额定转矩tn是电动机在额定负载时的输出转矩，它根据电动机铭牌上的额定功率pn和额定转速nn求得如上图所示，考察异步电动机的机械特性曲线图，当转差率s在01（或n在0n0）范围内变化时，曲线以极值点（tm、nm）为界分为am和mb两端。a点为理想空载工作点，电动机的输出转矩为零，其转速即为旋转磁场的同步转速n0；n点为额定工作点，在改点上，电动机的转速为额定转速，输出额定转矩tn，在am段曲线略有倾斜，

18、电动机的转速随转矩的增加而略有下降。曲线的倾斜度越小，转矩的变化所引起的转速降落就越小，则称为曲线越“硬”三相异步电动机的最大转矩机械特性曲线中的最大转矩tm所对应的转差率sm称为临界转差率，sm和tm可通过以下t-s曲线方程对s求导并令其相等于零，即令 dt/ds=0并简化根据以上公式可知异步电动机有如下特点最大转矩tm的大小与电源电压的平方成正比，而与转子回路电阻无关。tmu2 临界转差率sm与电源电压无关，与转子电阻成正比。最大电磁转矩与临界转差率近似与成正比过载系数tm也是电动机可能产生的最大转矩，如果负载转矩tltm，电动机会承担不了而停转。电动机的最大转矩与额定转矩之比称为过载系数

19、，即过载系数反映了电动机的过载能力。普通异步电动机的过载系数为1.6-2.2，而对于起重用的电动机则可达2.2-2.8。三相异步电动机的启动转矩电动机在启动的瞬间（n=0，即s=1）的转矩称为启动转矩tst，将它代入以下公式电动机堵转时转速也为零，因此tst也称为堵转转矩。启动转矩与额定转矩之比为称为启动转矩倍速kt，也是衡量电动机性能的一个重要指标，kt越大，对于同样的负载，电动机的启动加速过程就越快。普通异步电动机的启动转矩倍速kt在1.1-2.0之间，即kt1。第四节 单相异步电动机的特点和启动原理1. 单相异步电动机的基本结构单相异步电动机是以单相交流电作为电源的异步电动机，其转子采用

20、鼠笼式结构，定子绕组通常有两个，在空间相隔90安放，一个为主绕组（也称为运行绕组），另一个为副边绕组（又称为启动绕组）。单相异步电动机有两种工作方式：一种是启动绕组只在启动时接入电路，启动结束后就从电源断开另一种是两个绕组在启动，运行中，都接入电源上，两个绕组都是工作绕组。2.单相异步电动机的工作原理运行绕组单独通电时的机械特性如果仅将单相异步电动机的运行绕组接通单相交流电源，流过交流电流时，电机中产生的磁动势为脉振磁动势。由于一个脉振磁动势可以分解为两个转向相反、转速相同、幅值相等的旋转磁动势f+和f-，所以单相异步电动机的转子在脉振磁动势作用下产生的电磁转矩tem，应该等于正转磁动势f+和

21、反转磁动势f-分别作用下产生的电磁转矩之和。单相异步电动机的转子在脉动磁场作用下产生电磁转矩t，应该等于正向旋转磁场作用下产生的电磁转矩t+和逆向旋转磁场作用下产生的电磁转矩t-之和即t=t+t-，同样机械特性n=f(t+)和n=f(t-) 两条曲线合成，如右图所示，合成的机械特性具有下列特点：当n=0时，tst=0，即电动机无启动转矩，不能自行启动。当n0时，t0，即只要电动机转动起来，其轴上就有一个动力性质的电磁转矩，若该电磁转矩大于负载转矩，则电动机就能在此电磁转矩作用下正向加速至接近于同步转速的某一点稳定运行，反向时的情况与此完全相同。综上所述，单相异步电动机若只有工作绕组接单相交流电

22、源，则能够运行但无法自行启动。3. 单相异步电动机的启动方法电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机是其启动绕组中串入一适当容量的电容，然后与工作绕组并联接到单相交流电源上，如右图所示，此时启动绕组中的电流在时间相位上近似超前于工作绕组中的电流90。这样在空间位置上相隔90的两个绕组分别流过时间相位上相差90的电流，这将使得电动机气隙中产生旋转磁场，从而使得转子获得启动转矩而转动起来如果启动绕组按短时工作设计，电动机在启动后到达一定转速时，通过离心开关或其他继电装置将启动绕组和工作绕组断开，此时电动机靠工作绕组维持运行，这类电机称为“电容启动单相异步电动机”而如果启动绕组在电机运行过程中不从电源上断开，则类电机称为“电容转向单相异步电动机”。若改变电容分相式异步电动机的转向，需要将工作绕组或启动绕组中的一个出线端调整即可。但是，从总供电处对调接线，没有改变工作绕组或启动绕组的相位关系，所以改动外接电源不能改变转向罩极式单相异步电动机罩极式单相异步电动机的转子也是采用鼠笼式结构，定子铁芯由硅钢片叠成，通常做成凸极式。其定子绕组集中套在磁极上，铁芯凸出的磁极上约为三分之一处开槽，套上铜制短路环上，也称为罩极绕组。铁芯被罩部分的磁通在时间相位上总是滞后与未罩部分铁芯中的磁通即 转子的转向总是由磁极的未罩部分转向被罩部分第5节 交流电动机常见的故障诊断与恢复运行第四章 电机拖动基础第二节