电机变压器教案全

1、绪言一、 电机在电能产生、传输、转换中的的作用1、电能的产生。原动机带动三相同步发电机转动产生三相电能。2变压器的作用。广泛用于远距离输电。3、电动机的作用。由此可见、电机、变压器在电能利用的三个重要环节上（产生、传输、转换），都起到不可替代的作用。二、 电机发展概况：近代电机发展的主要成就表现在以下几个方面：1、 电机容量的不断提高。2、 中、小电机的技术及经济指标不断地提高。3、 电机制造中不断应用新技术、新材料。4、 新型的特种电机不断出现。三、 本课程的任务和要求掌握变压器、异步电动机、直流电动机的结构、原理、主要特性、使用和维护知识。第一单元 变压器的分类、结构和工作原理课题一 变压

2、器的分类和用途变压器是利用电磁感应原理制成的静止电气设备。它能将某一电压值的交流电变换成同频率的所需电压值的交流电。以满足高压输电、低压供电及其他用途的需要。 一变压器的用途1、 变压器的工作原理实际上是利用电磁感应原理，把一次的电能传给二次的负载。2、 变压器的效率一般很高，容量越大，效率越高。3、 在电能的输送过程中，总是把电压提高，因为传输一定的电功率，电压越高，电流也就越小。这样即可以节省导线(截面积小)和其他架设费用也可以减少送电时导线上的损耗() 4、 电力系统中使用的电力变压器可分为升压、降压和配电变压器。5、 改变交流电压、交流电流、变换阻抗及改变相位。二变压器的分类 表11

3、课题二 变压器的结构与冷却方式一 变压器的结构（油浸式为例）变压器的主要部分是绕组和铁心，由他们组成器身。图见书712页1变压器的绕组（1） 作用：绕组是变压器的电路部分。（2） 材料：常用绝缘铜线或铝线绕制而成。（3） 绕组命名：接电源的绕组称一次绕组。接负载的绕组称二次绕组。也可按绕组所接电压高低分为高压绕组和低压绕组。（4）绕组类型：按绕组绕制方式不同可分为同心绕组和交叠绕组两种类型。A 同心绕组 同心绕组是将一次、二次侧线圈套在同一铁心柱的内外层，一般低压绕组在内层，高压绕组在外层。 图见书7页B交叠绕组将高、低压线圈绕成饼状，沿铁心轴向交叠放置，一般两端靠近铁轭处放置低压绕组，有利于

4、绝缘。多用于壳式、干式变压器及电炉变压器中。图见书7页。2变压器的铁心（1）作用：铁心是主磁通m的通道，也是安放绕组的骨架。为了提高铁心导磁能力，使变压器容量增大，体积减小，效率提高，采用性能好的导磁材料是很关键的。（2）材料：用硅钢片叠装而成。有冷轧和热轧之分。（3）类型：铁心因线圈的位置不同，可分成芯式和壳式两类。A 芯式指线圈包着铁心，适用于大容量、高电压。电力变压器大多采用此结构。B壳式是铁心包着线圈，工艺复杂，除小型干式变压器外很少采用。图见书5页 (4)装配工艺：分为对接式和叠接式。二 主要附件1油箱：里面装满了变压器油。变压器油保护铁心和绕组不受潮，又有绝缘和散热的作用。 2 储

5、油柜：也称为油枕。隔绝空气，避免潮湿空气侵入。3气体继电器（瓦斯继电器）：11页图1-5 当变压器发生故障时，器身就会过热使油分解产生气体。使气体继电器动作，切断电源，避免故障扩大。4分接开关：用来控制输出电压在允许范围内变动。一般装在一次侧（高压边）。 分无励磁调压和有载调压两种。5绝缘套管：将绕组输入输出从箱内引到箱外。由外部的磁套和中间导电杆组成。6.安全气道和压力释放阀：安全气道又称防爆管。保护油箱防止爆裂。现改用压力释放阀。7测温装置：就是热保护装置。监测油温和绕组温度。三 冷却方式1变压器的发热： 变压器在室温为35额定工作时，绕组中温度最高，铁心次之。冷却方式：9页课题三 变压器

6、的原理 一工作原理：把变压器一次侧接在交流电源上，一次侧有交变电流流过，这个电流将在铁心中产生交变磁通，从而在一次侧产生自感电动势，在二次侧产生互感电动势，将能量传递给负载。由于一次侧、二次侧匝数不等，所以输出电压也发生变化。二空载运行1.空载运行：变压器一次侧加额定电压，二次侧开路即为空载运行。 图见书13页2.理想变压器 不计绕组的电阻、铁心的损耗、磁通中的漏磁通和磁路饱和的影响，这样的变压器就称为理想变压器。它只是单纯的电感电路。（1）空载电流：空载运行时流过一次侧绕组的电流。 作用：产生主磁通，为Pcu,Pfe提供能量。（2）向量图的画法：（3）感应电动势E的计算：由法拉第电磁感应定律

7、 =-N/t 可推出 E=4.44fNm m- 主磁通幅值，Wb; f- 频率,Hz; E- 感应电动势有效值,V.U1=E1=4.44fN1m m= U1/4.44fN1 当U1,f一定时，m为一定值。U02=E2=4.44FN2m(4)变压器的变压比KK的定义是一次侧绕组相电动势E1与二次侧绕组相电动势E2之比。可得公式：K=E1/E2=U1/U02=N1/N2N1- 一次侧绕组匝数;N2- 二次侧绕组匝数.3实际变压器(1) 漏磁通及其产生的电压降 图及方程式见书14页(2) 励磁电流IO和空载损耗PO实际变压器的铁心中有铁耗（磁滞与涡流损耗），它会消耗一部分输入功率。铁耗角很小。PO较

8、小。详见书14页一、 负载运行1、原理图及电压方程式 ： 详见书15页（1） 当输入电压U1不变时，输出电压U2的稳定性主要由Zs1、Zs2决定。（2） 二次侧电路的功率因数主要由负载决定。2、磁动式平衡方程式及电流比 ： 详见书15页2.电压方程式3阻抗变换 变压器一次侧接交流电源，对电源来说是一个负载。其输入阻抗为Z1=U1/I1,而变压器二次侧输出又接了负载，电压、电流、负载之间存在Z2=U2/I2=Zfz关系。经过变压器把Z2接到电源上和不要变压器直接把Z2接到电源上,两者是完全不一样的，这里变压器起到改变阻抗的作用。 图见书17页变换公式由于 U1=KU2 I1=I2/K Z1=U1

9、/I1 Z2=U2/I2 可得阻抗变换公式Z1=U1/I1=KU2/I2/K= KU2/I2= KZ2这说明负载Z2经过变压器以后阻抗扩大了K倍。阻抗匹配：负载阻抗等于电源内阻时，负载才能得到最大输出功率。例11 见书17页 4 变压器的外特性 变压器一次侧输入额定电压和二次侧负载功率因数一定时，二次侧输出电压与输出电流的关系称为变压器的外特性，也称为输出特性。通常用曲线表示。 图见书18页当二次侧感性或阻性负载电流I2增加时，由于漏阻抗Zs1、Zs2 的影响，使输出电压下降，即外特性是下降的。如果负载变成容性时，负载电流增加使输出电压升高，即外特性是上翘的。5电压调整率 一般情况负载都是电感

10、性的，所以变压器输出电压U2是随输出电流I2的增加而略有下降的，下降的程度与Zs1、Zs2及cos有关，通常用电压调整率U来表示电压变化的程度。 详见书18页6 变压器的损耗和效率（1）铁耗PFe（2）铜耗PCuPCu=（I2/I2N）PCuN PK负荷系数= I2/I2N 铜耗PCu是随负载电流I2的变化而变化的，所以也称可变损耗。（3） 效率 是输出功率与输入功率之比。 公式见书18页 效率曲线见书20页当PCu = PFe 时变压器的效率最高。此时： =例12 见书20页课题四 变压器的空载试验与短路试验一、 空载试验1、目的和方法本实验可测定变比K、空载电流Io、空载损耗功率Po和励磁

11、阻抗Zm等。试验电路见书22页2、试验内容和步骤3、试验的实际意义（1）可以测出变压器的铁耗PFe,空载损耗是铁耗和铜耗之和，即PO=PFe+PCu,因为空载电流Io很小，所以铜耗可忽略不计，可近似认为PO PFe， 而PFem，当一次侧电压U1不变时，m不变，PFe为常数，所以PFe也称不变损耗。（2）通过空载损耗Po的测试，可以检查铁心材料的质量、装配工艺的质量和绕组的匝数是否正确、有否匝间短路。二 单相变压器短路试验1目的本实验的目的是测出变压器的额定铜耗PCuN、短路电压UK、短路阻抗ZK。2 试验电路见书24页3 试验内容和步骤4 短路试验的实际意义（1） 测出PCuN PK(功率表

12、的读数），可供变压器计算铜耗用。（2） 测出UK和ZK， 它反映一次侧绕组在额定电流时的内部压将及内部阻抗，可以用来分析变压器的运行性能。 详见书25页三 试验应注意事项第二单元 变压器绕组的极性与连接课题一 单相变压器绕组的极性一、 极性的意义直流电源的极性、交流电源的极性、单相变压器的极性1单相变压器绕组的极性：指变压器一次侧、二次侧绕组在同一磁通作用下所产生感应电动势的相位之间的相互关系，通常用同名端来标记。同名端：被同一磁通所穿过的两线圈电动势极性相同的一端就称为同名端。用“*”“.”表示。异名端:不是同极性的两端就称为异名端。没有被同一个交变磁通所贯穿的线圈，它们之间就不存在同名端的

13、问题。例题2-1 28页2.绕组的连接和极性的重要性1、 绕组串联时（1） 正向串联：也称为首尾相连，即把两个线圈的异名端相连，总电动势为两个电动势相加，电动势会越串越大，E=E1+E2 图见书28页。（2） 反向串联：也称尾尾相连（或首首相连），总电动势为两个电动势之差，电动势将变小E=E1-E2，图28页。（3） 正因为正、反向串联的总电动势相差很大，所以常用此法来判别两个绕组的同名端。2、 绕组并联时：图见书28页（1） 同极性并联：1与2大小一样，则两个绕组回路内部的总电动势为零，不会产生内部环流。I环=(E1-E2)/（Z1+Z2）=0 。变压器并联应符合这种条件。 1与2大小不等，

14、则两个绕组回路内部的总电动势不为零，外部不接负载时，也会产生一定的环流。I环=(E1-E2)/（Z1+Z2） 严重时甚至烧坏绕组。2）反极性并联：图见书29页 两个绕组回路内部的环流I环=(E1-E2)/（Z1+Z2）将很大，甚至烧坏线圈，这种接法是不允许的。二、 变压器绕组极性的测定1、 直观法：通过绕制方向判定极性 见书28页2、 仪表测试法：（1） 直流法 ：用1.5V或2-6V的蓄电池和直流电流表或直流电压表。 见书29-30页（2） 交流法：见书31-33页 例2-2课题二 三相变压器及连接及连接组别一、三相变压器的磁路结构 1、三相组式变压器的磁路 它的三个单相变压器铁心磁路是各自

15、独立的，只要三相电压平衡，则磁路也是对称一样的，每只变压器可作为单相变压器来分析。 图见书34页。 2、三相芯式变压器的磁路三相芯式变压器有三个铁心柱，供三相磁通分别通过。在三相电压平衡时，磁路也是对称的，总磁通=+=0 ，所以就不需要另外的铁心来供通过。图见书34页。 变压器铁心必须接地，以防感应电压或漏电。而且铁心只能一点接地，以免形成闭合回路，产生环流。二、三相芯式变压器绕组的连接 1、三相绕组的首尾判别判别的准则是：磁路对称，三相总磁通为零。如果一次侧一相首尾接错，会破坏三相磁通的相位平衡，即0，结果磁通就不能从铁心中返回，而要从空气和油箱中绕走。这就使磁阻大大增加，使空载电流IO也随

16、之增加，尤其是反接的一相空载电流IO更大，后果是严重的，所以决不允许接错首尾。首尾的判别方法：见书35页。（1）直流法（2）交流法2三相绕组的连接（1）星形接法 39页二次侧星形接法，如果首尾接反的话，会出现三相电动势不对称，明显反映在三个线电压大小不一样，其中两个线电压与相电压一样大，仅有一相线电压为倍相电压大，因此可用测量二次侧线电压的大小来判断二次侧星型接法是否接对。A星型接法的优点： B星型接法的缺点： (2)三角形接法 39页A 可分为正相序和反相序两种接法。见书39页 一次侧一相首尾接反，会使空载电流IO急剧增加，后果是严重的，所以决不允许接错首尾。二次侧绕组正确接法时，闭合回路的

17、三相电动势之和为零，即总=+ + =0，所以也就不产生环流。这时任意打开回路中一个节点，测量该节点两端所得的电压，成为三角形的开口电压，其值应该为零。若其中一相接反，则E总=2E相 它将在闭合回路中产生很大的环流，是绝不允许的。因此，只要测量一下三角形接法的开口电压是否为零，就可以断定二次侧三角形接法是否接对了。图见书39页B三角形接法的优点：见书39页C三角形接法的缺点：见书39页三 用交流法测定三相变压器绕组的极性 1.试验线路2操作步骤（1）测定一次侧三相绕组的首尾（2）测定每相一次侧、二次侧绕组的极性课题三 三相变压器绕组的连接组别 一、连接组 1 一次侧绕组三角形接法用D表示，星型接

18、法用Y表示，有中线时用YN表示。二次侧绕组分别用d、y、yn表示。一次侧、二次侧绕组的不同接法，形成了不同的连接组别，也反映出三相变压器高、低压绕组线电动势的相位关系。用时钟表示法。 2 时钟表示法：把一次侧线电压向量为长针，永远指向12点位置；相对应二次侧线电压向量为短针，它指几点钟，连接组别的标号就是几。3国家标准规定了五种常用的连接组：Y.yn0 Y,d11 YN,d11 YN,y0 Y,y0二、连接组别的判别方法：见书42-43页课题四 电力变压器的铭牌及参数的简单计算一、 电力变压器的铭牌铭牌上记载了变压器的型号及各种额定数据。书44页1、 型号和含义：表示变压器的结构特点、额定容量

19、（kVA）和高压侧的电压等级（kV）。例SL9800/10 44页2、 额定电压（U1N /U2N）详见书44页 单位是V。3、 额定电流（I1N/I2N）详见书44页4、 额定容量（SN）单位是kVA,也称视在功率。 5、额定频率 6 温升T ：详见书44页冷却方式、绝缘水平、其它数据：详见书44页二、 新型变压器简介 ：详见书45-46页三、 变压器参数的简单计算 ：详见书44-45页第三单元 变压器并联运行、维护和检修课题一 三相变压器的并联运行一、 并联运行的原因（1） 当某台变压器需要检修或故障时，就可以由备用变压器并列运行，以保证不停电，从而提高了供电质量。（2） 当负载随昼夜、季

20、节而波动时，可根据需要将某些变压器断开（称为解列）或投入（称为并列）以提高运行效率，减少不必要的损耗。（3） 随着社会经济的发展，供电站的用户不断增加，需扩展容量而增加变压器并列的台数。 当然并列的台数也不能太多，因为如单台机组容量太小，会增加损耗，增加投资和成本，也会使运行操作复杂化。二、 变压器并联运行的条件必须符合以下三个条件的变压器才可以并连运行1、 一次侧、二次侧的电压分别相等，即变比K相等。两个线圈要并联必须要电压相等、极性相同，才不会产生环流。 I环 = 如果两台二次侧电压不同的变压器负载运行时，两台变压器的承载也不平衡，电压偏大的一台承载过大。为此规定了两台变压器的一次侧、二次

21、侧的电压分别相等，变压比K的误差不允许超过%。2、 连接组别应相同如果连接组别不同，即使二次侧电压大小一样，但因相位不同，他们并联后，仍会产生内部电动势差，而导致产生环流。3、 短路阻抗（阻抗电压）要相等前面两个条件是关系到并联时是否会产生内部环流，而这个条件关系到运行时的负载分配是否合理。公式说明了一个重要规则，即变压器并联运行时的负载分配（即电流分配）与变压器的阻抗电压成反比。因此要求它们的U都一样。如果它们的U不相等，那么U小的变压器承受的电流就相对大些，就首先过载。并联运行的变压器容量之比不宜大于3：1，U要尽量接近，相差不大于10%。三 并联运行的接线课题二 变压器的维护及检修第四单

22、元 特殊用途的变压器课题一 自耦变压器自耦变压器一次侧、二次侧共用一个绕组，一次侧、二次侧绕组不但有磁的联系，还有电的联系。图见书54页。 U1/U2 E1/E2=N1/N2 =K 1 I=I= I 绕组中公共部分的电流：I= I- I=(K-1) I当K接近于1时绕组中公共部分的电流I就很小，因此共用部分绕组导线的截面积可以减小很多，减少了变压器的体积和质量，这是它的一大优点。如果K 2,则II,就没有太大的优越性了。通常K=1.2-2之间。自耦变压器输出的视在功率为S2=U2I2=U2(I+I1)=U2I+U2I1=S2+S2S2= U2I是两绕组之间电磁感应传递的能量，S2= U2I1是

23、通过电路直接从一次侧传递过来的。这是自耦变压器能量传递方式上与一般变压器区别所在，而且这两部分传递能量之比，完全取决于变比K。详见书56页。自耦变压器的用途及缺点见书55页。课题二 仪用变压器一、 电流互感器1.结构和工作原理电流互感器结构上与普通双绕组变压器相似，也有铁心和一次侧、二次侧绕组，但它的一次侧绕组匝数很少，只有一匝到几匝，导线都很粗，串联在被测的电路中，流过被测电流，被测电流的大小由用户负载决定。电流互感器的二次侧绕组匝数较多，它与电流表或功率表的电流线圈串联成为闭合电路，由于这些线圈的阻抗都很小，所以二次侧近似于短路状态。 图见书57页 根据磁势平衡方程式有： 若不考虑相位关系

24、： -电流互感器的额定电流比 - 二次侧所接电流表的读数乘以就是一次侧的被测大电流的数值。电流互感器的工作特点：见书57页1、 电流互感器的选用二次侧的额定电流为5A（1A)。详见书57-58页二、 电压互感器1、 结构和工作原理原理和普通降压变压器一样，不同的是它的变压比更准确；一次侧接有高电压，而二次侧接有电压表或其他仪表（功率表、电能表等）的电压线圈，这些负载的阻抗都很大，电压互感器近似运行在二次侧开路的空载状态。图见书43页 -二次侧电压表上的读数 只要乘变比K就是一次侧的高压电压值 2、 电压互感器的选用一般电压互感器二次侧额定电压都规定为100V。电压互感器使用中的注意事项：见书5

25、9页三 电流互感器与电压互感器的比较（59页）课题三 电焊变压器电焊变压器是交流弧焊机的主要组成部分，它实质上是一个特殊性能的降压变压器。为了保证焊接质量和电弧燃烧的稳定性，电焊变压器应满足以下条件：（1） 二次侧空载电压应为6075V，以保证容易起弧。同时为了安全，空载电压最高不超过85V。（2） 具有陡降的外特性，即当负载电流增大时，二次侧输出电压应急剧下降，图见书61页。通常额定运行时的输出电压U为30V左右 （即电弧上电压）。（3） 短路电流I不能太大，以免损坏电焊机，同时要求变压器有足够的电动稳定性和热稳定性。见书60页。（4） 为了适应不同的加工材料、工件大小和焊条，焊接电流应能在

26、一定范围内调节。见书60页。一、 带可调电抗器的电焊变压器1、 外加电抗器式：见书61页。2、 共轭式：见书61页。二、 磁分路动铁式电焊变压器：见书61-62页。三、 动圈式电焊变压器：见书62页。第二章 三相异步电动机电动机是一种将电能转换成机械能的动力设备，应用十分广泛。按所需电源的不同分为交流电动机和直流电动机，交流电动机按工作原理不同又分为同步电动机和异步电动机。异步电动机又分为三相电动机和单相电动机。单相电动机功率小，多用于小型机械设备或家用电器，三相电动机功率大，多用于工矿企业中。第一节 旋转磁场一、 定子旋转磁场的产生有效边：线圈中嵌入铁心被旋转磁场主磁通切割的导体部分。端部：

27、线圈中不嵌入铁心，仅起连接作用的部分。 图见书52页旋转磁场的产生必须要有两个条件：（1） 三相绕组必须对称，在定子铁心空间上互差120电角度；（2） 通入三相对称绕组的电流必须对称，大小、频率相同，相位相差120。二、 旋转磁场的旋转方向图见书53页结论：电动机的转向是由接入三相绕组的电流相序决定的，只要调换电动机任意两相绕组所接的电源接线（相序）,旋转磁场即反向转动，电动机也随之反转。三、 旋转磁场的旋转速度图见书53-54页三相异步电动机定子绕组如有p对磁极，旋转磁场的转速n为：n= f-三相交流电频率，H; n-旋转磁场转速，r/min； p-磁极对数。脉动磁场：磁场不再旋转，而是固定

28、在线圈的轴线上，只是磁场的大小随电流的变化而变化。图见书54页如果通入三相异步电动机的三相交流电断了一相，定子绕组将产生脉动磁场。这种缺相运行是不正常的，会造成流过绕组的电流太大而烧毁，必须立即切断电源检修。第五单元 电动机的基础知识课题一 电动机的种类和用途 电动机的分类方法很多75页 一 防护型式分电动机的种类、特点和用途(表5-1) 二 按电能种类分电动机的主要种类、性能及用途（表5-2）课题二 三相异步电动机的结构三相异步电动机均由定子和转子两大部分组成。图见书57页一、 定子部分：电动机的静止部分称为定子，主要有定子铁心、定子绕组和机座等部件。1、 定子铁心：是电动机磁路的一部分并放

29、置定子绕组。为了减小定子铁心中的损耗，铁心一般用厚0.35-0.5mm、表面有绝缘层的硅钢片叠状而成。详见书77页。2、 定子绕组：作用是通入三相对称交流电，产生旋转磁场。详见书77页。3、 机座：的作用是固定定子铁心，并以两个端盖支撑转子，同时保护整台电动机的电磁部分和散发电动机运行中产生的热量。详见书77页。二、 转子部分转子是电动机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组、转轴、风叶等组成。1、 转子铁心：详见书78页。2、 转子绕组：的作用是产生感生电动势和电流，并在旋转磁场的作用下产生电磁力矩而使转子转动。根据结构不同分为笼性和绕线型两种。详见书79页。三、 其他部分（详见书79页。）四、

30、铭牌：它简要标出了一些主要技术数据，共正确选用电动机之用。(详见书98-100页。)课题四 异步电动机的工作原理一、 三相异步电动机的转动原理 1.旋转磁场的产生（93页）n1=2.转子感生电流的产生:详见书93页3.转子电磁力矩的产生：详见书94页二、 异步电动机的转动特点及转差率异步电动机转子导体上电流是感应产生的，所以也称为感应电动机。如果转子转速达到旋转磁场转速，则两者之间相对静止，转子转速和旋转磁场转速做到同步，因此旋转磁场转速也可称为同步转速。此时转子上导体无切割磁力线运动，转子导体不能感应电动势，当然也不可能有感生电流和电磁转距。所以感应电动机的转速总是小于旋转磁场的转速（同步转

31、速），故称为异步电动机。通常将同步转速n与转子转速n之差对同步转速n之比成为转差率，用S表示。 S= n = n(1-S)转差率S是电动机的一个重要参数，在运行状态下0S1例题见书94页三 三相异步电动机主要参数及相互关系1. 三相异步电动机主要参数（1）电磁转矩 T=T+T=CICOST电磁转矩，N.mT-空载转矩，指空载时电动机本身的摩擦力矩，N.m；T-轴上输出的转矩，当稳定运行时等于负载转矩，N.m；C-电动机转矩常数，与电动机结构有关；COS-转子每相功率因数；C-电机结构常数。电磁转矩与电压的平方成正比，电压的变化将显著地影响电动机的输出转矩。（2）额定功率（3）转子每相绕组电流I

32、2曲线图见书95页(4)转子电路的功率因数： (5) 效率：输出功率与输入功率之比的百分比。 电动机功率越大，效率一般也越高。2 三相异步电动机的功率平衡方程式： P1=P0+Pcu+P2=Pfe+P+Pcu+P2=P+P2异步电动机的损耗主要存在于：（1） 定子与转子上的铜耗，它与流过定、转子电流的平方成正比，因此与负载大小有关。（2） 铁心中的磁滞、涡流损耗，统称为铁损耗，它与定子上所加电压的平方成正比。（3） 电动机的机械摩擦、风阻力等，统称为机械损耗，它与电动机转速的平方成正比。3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性曲线：电磁转矩T与转速n(S)之间的关系曲线。见书96页

33、（1） 机械特性曲线上的特殊点：A电动机启动瞬间，n=0,即S=1,可得启动转矩或称为堵转转矩。B但转子速度达到同步转速，即n=n时，S=0,此时I=0,电机转矩T=0,是一种理想状态。C 电动机额定负载T运行时，转速为n，转差率为S。当S=S=r/X时，转矩T达到最大值： T 当r= X时，S=1，电动机有最大启动力矩=，能重载启动。曲线见书97页。 过载系数； 其值通常为1.82.5。1、 稳定工作区与非稳定工作区： 异步电动机的机械特性曲线可以分成稳定工作区和非稳定工作区两部分。（1）稳定工作区：在S范围内，忽略SX可得： 可见随S的增加(转速下降），驱动转矩T相应增加，这个区域称为稳定

34、运行区。详见书66页 （2）非稳定工作区：在1SS，忽略r可得： 可见随S的增加(转速下降），驱动转矩T相应减少，这个区域称为不稳定运行区。详见书66页 结论：（1） 在稳定运行区内，负载变化时电动机转速变化很小，属于硬机械特性；（2） 异步电动机有较大过载能力；（3） 电源电压发生变化时，电动机转矩变化较大，转速略有变化，电压过低容易损坏电动机。（4） 加大转子电路的电阻可以增大电动机的启动转矩，也可用于调速，但机械特性变软。（5） 除风机型负载外，一般负载不能在非稳定运行区工作。 例5-2 5-3 见书97页三相异步电动机的转矩与电压、功率的关系其工作原理与变压器有相似之处，可以把电动机的

35、定子当成变压器的一次侧，两者的一次侧电路各电量关系基本相同；转子当成变压器的二次侧，不过异步电动机的转子是转动的。一、 定子电路：E1=4.44K1N1f1E1 -定子绕组感应电动势有效值，V;K1 -定子绕组的绕组系数，K1 1，约为0.9N1 -定子每相绕组的匝数；f1 -定子绕组感应电动势频率，等于所加电源频率；-每极旋转磁通最大值，Wb。U1E1=4.44K1N1f1(忽略定子绕组电阻r和漏电抗X上的电压时) 二、 转子电路：1、 转子绕组的感应电动势和频率旋转磁场转速n与转子转速n之间的速度差决定了转子中感应电动势频率f。f=Sf转子绕组感应电动势为：E2=4.44K2N2f2=4.

36、44K2N2Sf=SEE=4.44K2N2fK2 转子绕组的绕组系数；N2- 转子每相绕组的匝数；E-转子不转时的感应电动势；V。2、 转子绕组的阻抗X=2fL= 2SfL=SXX=2fLL-每相转子绕组的漏电感，H;X-每相转子未转时的漏电抗，；X-每相转子 转动时的漏电抗，。转子阻抗为：见书页3、 转子电流和功率因数三、 异步电动机的转矩与电压的关系：四、 异步电动机的转矩与功率：1、 转矩和功率的关系：T=9.55T-电动机的输出转矩，N.m；P-电动机的输出功率，W;n-电动机的转速，r/min。2、 额定转矩；当电动机处于额定状态运行时，P=P,n=n，可得：T=9.55 本公式适用

37、于任何电动机。五、 异步电动机的效率： 课题五 电动机的铭牌和型号 第六单元 三相异步电动机的运行 课题一 三相异步电动机的启动电动机的启动是指电动机加入电压开始转动到正常运转为止的过程。在生产过程中，电动机要经常启动与停机。因此，对启动提出下列要求；1电动机应有足够大的启动转矩，以使启动时间尽量短。2保证足够启动转矩的前提下，启动电流尽可能小。3转速尽可能平滑上升，减少对电动机及负载的冲击。4启动设备尽量简单、经济、可靠、维护方便。大启动电流将引起两种情况，一是大启动电流在线路上产生很大的电压降，影响同一线路上其他负载的正常工作，严重时还可能使本电动机的启动转矩太小而不能启动。二是经常需要启

38、动的电动机，往往造成绕组过热，绝缘老化，从而缩短电动机的使用寿命。为了避免大启动电流对电机、电网的不良影响，要采取适当的启动方法来降低启动电流，满足上述条件。一、 笼型异步电动机的直接启动1 条件：电动机直接启动又成为全压启动，启动时加在电动机定子绕组上的电压为额定电压，一台电动机只需满足下述三个条件中的一个，即能直接启动：见书101页2 优点二、 笼型异步电动机的降压启动降压启动是指在电动机启动是降低加在定子绕组上的电压，启动结束时加额定电压。能减少启动电流，但也大大减少了启动转矩，故只适用于空载或轻载启动，常用的启动方法有：1、 自耦变压器（补偿器）降压启动：见书102页2、 星-三角（Y

39、-）启动: 见书102页3、 延边三角形启动：见书102页4、 定子串电阻（或电抗）降压启动：见书103页三、 绕线转子电动机的启动三相绕线转子异步电动机有转子串联电阻及转子串接频敏变阻器两种启动方法。1、 转子串接电阻启动：这种启动方法既减少了启动电流，又有较大的启动转矩，适合电动机重载启动。见书103页2、 转子串接频敏变阻器启动：缺点是功率因数低，启动转矩不很大，如重载启动，仍应采用转子串联电阻启动。 课题二 异步电动机的调速调速：改变异步电动机的转速。从异步电动机转速公式：n = n(1-S) =（1-S）可以看出，异步电动机调速有三种方法：（1） 改变定子绕组的磁极对数p-变极调速；

40、（2） 改变电动机的转差率S-转子串联电阻，或改变定子绕组上的电压；（3） 改变供给电动机电源的频率f-变频调速。一、 变极调速：只适用于笼型转子。优点是所需设备简单，缺点时电动机绕组引出头多，调速只能有级调节，级数少。往往与机械调速配套使用，已达到相互补充，扩大调速范围的目的。二、 改变转差率调速：1、 变阻调速：是通过改变电动机转子电路的外接电阻实现的，因此只适用于绕线转子电动机的调速。详见书105页主要应用于起重、运输机械的调速。变阻调速原理与转子串联电阻启动是一样的，但应该注意到启动用的转子外接串联电阻功率往往较小，不能用于调速；而调速用的外接串联电阻功率较大，可以用作启动。2、 变压

41、调速：是改变电动机定子绕组上的电压，可得到一组不同的机械特性曲线，从而改变转速。详见书105页。变频调速：是改变电动机电源的频率，应用最广的是恒磁通调速，或称为恒转矩调速，将转速往额定转速以下调节。由U1E1=4.44K1N1f1可看出，降低交流电源频率f，如果电压U1不变，则主磁通将增加，铁心饱和损耗增大，导致电动机发热。为此通常要求主磁通保持不变：即在改变频率的同时改变电源电压，并保持U1/ f1为常数。异步电动机的变频调速有三种方式：（1） 恒磁通调速：见书106页（2） 恒电流调速：见书106页（3） 恒功率控制：见书106页变频调速具有质量轻、体积小、惯性小、效率高等优点，价格也在逐

42、步下降。随着计算机技术的发展，采用矢量控制技术，是目前交流调速的发展方向。课题三 三相异步电动机的反转和制动一、 三相异步电动机的反转 电动机的转向取决于旋转磁场方向，而改变旋转磁场的方向，只要改变接入定子绕组的三相交流电电源相序，即电动机任意两相绕组与交流电源接线互相对调。从而实现了电动机正、反转的转换。线路图见书109页。二、 三相异步电动机的制动 电动机与电源断开之后，为了使电动机迅速准确地停转，通常采用的制动方法有机械制动和电气制动，电气制动又分反接制动、能耗制动和再生制动。 1、机械制动：是利用机械装置使电动机在电源切断以后迅速停转的方法。常用的机械制动有电磁离合器和电磁抱闸。 电磁

43、抱闸结构图及工作原理见书110页2、电气制动（1）反接制动：反接制动是改变正在转动的电动机定子绕组中任意两相与电源接线的相序，是旋转磁场转向与原来相反，从而使转子受到反力矩作用，转速迅速下降到零。但电动机转速接近零时，立即切断电源，以免电动机反转。电动机正常运转时的转差率S<1,在反接制动开始瞬间，电动机转速n还来不及改变，但旋转磁场已反向，此时转差率位S2。转子与旋转磁场的相对速度非常大，转子感生电流比启动瞬间的电流还大，因此经常反接制动，电流冲击大，电动机会过热，甚至损坏；电磁转矩从驱动立刻变为制动，对电动机转轴及传动部分有很大的机械冲击。因此反接制动时通常接入限流电阻，以缓和电流和

44、机械冲击，详见书110页。 （2）能耗制动：原理见书111页。这种制动方法是利用转子惯性转动切割磁通而产生制动转矩，把转子的动能消耗在转子回路的电阻上，所以成为能耗制动。它的优点是制动能力较强，能耗少，制动较平稳，对电网及机械设备冲击小；但在低速时制动力矩也随之减小，不宜制停，需要直流电源。（3）再生制动（发电制动）：由于外力的作用（一般指势能负荷，如起重机在下放重物时），电动机的转速n超过同步转速n,电动机处于发电状态，定子电流方向反了，电动机转子导体的受力方向也反了，驱动力矩变为制动力矩，即电动机是将机械能转化为电能，向电网反向送电。详见书111页。第七单元 单相异步电动机单相异步电动机是

45、利用单相电源供电的一种小容量交流电动机。它具有结构简单，运行可靠，维修方便等优点。特别是可以直接用220V交流电源供电，所以得到广泛应用，例如风扇、洗衣机、冰箱、小型车床等。不足之处是它与同容量的三相异步电动机相比较，体积较大，运行性能较差，效率较低。因此，一般制成小型和微型系列，容量一般在几十瓦到几百瓦之间。课题一 单相异步电动机的工作原理及分类一、 单相异步电动机的原理脉动磁场的分解和合成：见书117、118页 在n=0处，两个力矩大小相等，方向相反，合力矩T=0,说明了缺项的三相异步电动机不会自行启动的原因；在n0处，两个力矩大小不相等，方向相反，合力矩T0，从而也说明了运行中的三相异步

46、电动机如缺相后仍会继续转动的原因。缺相运行的三相异步电动机工作的两相绕组可能会流过超过额定值的电流，时间稍长会过热损坏。由图可知：单相绕组产生的脉动磁场是没有启动力矩的，但启动后电动机就有力矩了，电动机正反向都可转，方向有所加外力方向决定。二、 单相异步电动机的结构及分类 分类：罩极式和分相式电动机1. 罩极式电动机罩极式异步电动机定子铁心通常由厚0.5mm的硅钢片叠压而成，每个磁极极面的1/3处开有小槽，在极柱上套上铜制的短路环，就好像把这部分磁极罩起来一样，所以称罩极式异步电动机。励磁绕组套在整个磁极上，必须正确连接，以使其上下刚好产生一对磁极。如果是四极电动机，则磁极极性应按N、S、N、

47、S的顺序排列。当励磁绕组内通入单相交流电时，磁场变化情况：见书104页。从以上分析可以看出，罩极电动机磁极的磁通分布在空间上是移动的，由未罩部分向被罩部分移动，好似旋转磁场一样，从而使笼型结构的转子获得启动转距，并且也决定了电动机的转向是由未罩部分向被罩部分旋转。其转向是由定子的内部结构决定的，改变电源接线不能改变电动机的转向。罩极电动机的主要优点是结构简单、制造方便、成本低、运行时噪声小、维护方便。按磁极形式的不同，可分为凸极式和隐极式两种，其中凸极式机构较为常见。主要缺点是启动性能及运行性能较差，效率和功率因数都较低，方向不能改变。主要用于小功率空载启动的场合，如各种仪表风扇等。2.分相式

48、电动机为了获得单相电动机的启动转矩，通常在单相电动机的定子上安装两套绕组，两套绕组的空间位置相差90电角度。一套是工作绕组（主绕组），长期接电源工作；另一套是启动绕组（副绕组、辅助绕组），以产生启动转矩和固定电动机转向，根据启动方式的不同，有以下几种电动机，见书119页。（1）电阻启动单相异步电动机 （2）电容运行（电容）异步电动机 见书119页 (3) 单相电容启动异步电动机 见书120页。(4) 双值电容单相异步电动机 见书120页 三 单相异步电动机的启动开关主要有以下三种： 1.电磁启动继电器 2.离心开关 3.PTC元件课题三单相异步电动机的运行一、反转1.改变接线单相异步电动机反转

49、，必须要旋转磁场反转，即把工作绕组或启动绕组中的一组首端和末端与电源的接线对调。因为异步电动机的转向是从电流相位超前的绕组向电流相位落后的绕组旋转的，如果把其中的一个绕组反接，等于把这个绕组的电流相位改变了180，假若原来这个绕组是超前90，则改接后变成了滞后90，结果旋转磁场的方向随之改变。 2.改变电容器的连接 图见书125页图7-133外部接线无法改变罩极式电动机的转向，因为它的转向是由内部结构决定的，所以它一般用于不需改变转向的场合。二、调速在风机型负载情况下，调速一般有以下方法：1、 串电抗器调速：见书126页2、 电动机绕组内部抽头调速：见书126页3、 晶闸管调速：见书126页4

50、、 变频调速：见书126页第八单元 直流电动机 直流电机具有可逆性，它可以做发电机用，也可以做电动机用。 直流发电机的作用是将机械能转换成直流电能，可以作为电解、电镀、电焊以及自动控制系统的直流电源。应当指出，随着晶闸管可控变流技术的发展，一种新型的直流电源基本取代了直流发电机。 直流电动机的作用是将直流电能转换成机械能，虽然其结构较复杂，使用、维护较麻烦，价格昂贵；但由于其启动、调速性能良好，仍广泛应用于轧钢机、高炉卷扬、电力机车、金属切削等工作负载变化较大、要求频繁启动、改变方向、平滑地调速的生产机械上。课题一 直流电机的原理、构造及铭牌直流发电机模型图见书页一、 直流发电机工作原理：直流

51、发电机在原动机的拖动下旋转，电枢上的导体切割磁力线产生交变电动势，在通过换向器的整流作用，在电刷间获得直流电压输出，从而实现了将机械能转换成直流电能的目的。 分析过程见书页一直流电动机的工作原理：直流电动机是根据通电导体在磁场内受力而运动的原理制成的。图及分析过程见书130页直流电动机的工作原理：直流电动机在外加电压的作用下，在导体中形成电流，载流导体在磁场中将受电磁力的作用，由于换向器的换向作用，导体进入异性磁极时，导体中的电流方向也相应改变，从而保证了电磁转矩的方向不变，使直流电动机能连续旋转，把直流电能转换成机械能输出。直流电机的运行是可逆的。当它作为发电机运行时，外加转矩拖动转子旋转，

52、线圈产生感应电动势，接通负载以后提供电流，从而将机械能转变成电能。当它作为电动机运行时，通电的线圈导体在磁场中受力，产生电磁转矩并拖动机械负载转动，从而将电能转变成机械能。二 直流电动机的构造直流电机可以分为定子和转子两大部分，定子和转子之间的空隙成为空气隙。1.定子部分：主要是产生主磁场和作为机械的支撑。 (1)主磁极：用来产生电机工作的主磁场，有主磁极铁心和励磁绕组组成，见书133页。（2）换向磁极：其作用是产生换向磁场，改善电机的换向。又称附加磁场。由换向磁极铁心和换向磁极绕组组成。（3）机座：起导磁作用（电机磁路的一部分）和支撑作用（4）电刷装置：作用是通过电刷与换向器的滑动接触，把电

53、枢绕组中的电动势（或电流）引到外电路，或把外电路的电压、电流引入电枢绕组。见书134页。2 转子（电枢）（1）电枢铁心：是直流电机主磁路的一部分，在铁心槽中嵌放电枢绕组。见书135页。（2）电枢绕组：作用是通过电流产生感生电动势和电磁转矩实现能量转换。见书134页。（3）换向器：见书116页。（4）转轴：作用是用来传递转矩。（5）风扇：用来降低运行中电机的温升。3.直流电动机的气隙三 直流电机的分类1.按励磁方式分类（1）他励电机：励磁电流由其他的直流电源供电，它与电枢绕组互不相连。永磁电动机也属他励电动机137页。(2)自励电机：励磁绕组不需要独立的励磁电源。A并励电机：励磁绕组与电枢绕组并联，见书138页。B串励电机：励磁绕组与电枢绕组串联，见书138页。C复励电机：主磁极上有两个励磁绕组，一个与电枢并联；另一个与电枢串联。当两个绕组产生的磁通方向一致时，称为积复励电机；反之称为差复利电机。 不同的励磁方式会产生不同的电机输出特性，从而可适用于不同的场合。见书138页