电子电路PPT3

1、雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第三章第三章 变压变压器器与电动与电动机机第一节 变压器变压器 是一种静止的电气设备，它利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的设备。 一次一次 绕组绕组 铁心铁心 （磁心）（磁心） 二次二次 绕组绕组 雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系一、变压器的基本结构（一）铁心铁心是变压器的主体，分为铁心柱和磁轭两部分 图图3-1 铁心结构铁心结构 常用小型变压器的铁心形状有:E字形、口字形、C字形、日字形等图图3-2 小型变压器的铁心形状小型变压器的铁心形状雅安职业技术学院机

2、电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）绕组 绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成。绕组的作用是在通过交变电流时，产生交变磁通和感应电动势。 通过电磁感应作用，一次绕组(也称为一次线圈)的电能可传到二次绕组（也称为二次线圈），一次绕组和二次绕组具有相同或不同的匝数。 图图3-3 绕组绕组 二次绕组的感应电压（二次电压）是由一次绕组与二次绕组间的“匝数比”所决定的。 雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（三）附件绝缘材料绕组骨架屏蔽罩雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、变压器的分类小型变压器可按以下几个方面分类

3、（一）按用途分为电源变压器、选频变压器、耦合变压器、隔离变压器；（二）按结构分为双绕组变压器、多绕组变压器、线间变压器；（三）按工作频率分为：高频变压器、中频变压器、低频变压器；（四）按相数分为：单相变压器、三相变压器、多相变压器；（五）按铁心形式分类为：心式变压器、壳式变压器（六）按导磁材料分类为：铁心变压器、铁氧体磁心变压器；（七）按有无屏蔽罩分类为：屏蔽罩、无屏蔽罩两类。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系三、变压器的工作原理（一）互感现象 在电路中，变压器表示符号为 T 当变压器的线圈通入交流电流，产生交变磁通，线圈就会发生电磁感应现象，产生自感和互感电动势

4、，变压器就是利用这个电磁感应原理来工作的。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）变压器的空载运行 变压器的空载运行是指变压器一次绕组接在额定频率、额定电压的交流电源上，而二次绕组开路时的工作情况。tt2211NENE，KNNUU2121式中 K 为变压器的电压比，即变比。由此可见：变压器一次绕组、二次绕组的端电压之比等于匝数比。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（三）变压器的负载运行 变压器的负载运行是指变压器一次绕组接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次绕组次接上负载时的工作情况。KNNUU1121221电磁关系将一次、二次绕组

5、联系起来，二次绕组电流增加或减少必然引起一次绕组电流的增加或减少。负载运行时，若忽略变压器的损耗，则电源提供的功率应等于负载所需功率，即：雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（四）变压器的阻抗变换 变压器对负载也能实现变换，假如变压器负载阻抗 ZL 接在副绕组两端，变压器和负载一起等效到一次侧的负载阻抗为：L2LZKZ 这个关系称为阻抗变换公式，借此利用变压器可以实现负载阻抗的匹配。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（五）注意事项 变压器上的电压是由一次绕组决定的，而电流和功率是由二次绕组上的负载决定的。例题 3-1 一台理想变压器，当

6、一次绕组接220V交流电源时，二次绕组的输出电压是11V，如果保持一次绕组的电压不变，将二次绕组拆去18匝后，二次绕组电压降为8V，则一次绕组的匝数为多少？解：本题根据理想变压器电压与匝数的关系进行求解。因理想变压器电压与匝数的成正比关系2121NNUU故201122021NN由题意有5 .2782201821NN解此一元二次方程组得：13201N匝雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系例题 3-2 如图3-7所示电路中要使电流表读数变大，可采用的方法有（ ）A .将R上的滑片向上移动. B .将R上的滑片向下移动. C .将电键S由1掷向2 D .将电键S由1掷向3

7、雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系四、常用变压器（一）三相变压器 电能的发生、传输和分配都是用三相制的，因此，三相电压的变换在电力系统中占据着特殊重要的地位。这种变压器只有一个绕组，二次绕组是一次绕组的一部分，因此它的特点是一、二次绕组之间不仅有磁的联系，电的方面也是连通的。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）自耦变压器自耦变压器分可调式和固定抽头式两种。 和两个绕组的变压器相比较可以看出，自耦变压器节约了一个二次绕组。但是由于一、二次绕组间有直接电的联系，不够安全。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系

8、（三）电流互感器 电流互感器用来测量交流大电流或进行交流高电压下电流的测量，它是根据变压器的变流原理制成的，即2i2121IkINNI雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第二节 三相异步电动机一、三相异步电动机的结构与工作原理 实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换，把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（1）基本构造 （2）工作原理 （3）转速与转矩之间关系的机械特性 （4）启动、调速的基本原理和基本方法（5）应用场合雅安职业技术

9、学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（一） 三相异步电动机的结构 三相异步电动机的基本组成分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。此外还有端盖、风扇等附属部分，如图雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系1.定子 三相异步电动机的定子由三部分组成2.转子 三相异步电动机的转子由三部分组成雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）三相异步电动机的基本原理为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验演示实验演示实验：在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，将发现导体也跟着旋转；若改变磁铁

10、的转向，则导体的转向也跟着改变。现象解释现象解释：当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。结论：欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系1.旋转磁场的产生 图3-13为三相定子绕组AX、BY、CZ，它们在空间按互差1200的规律对称排列，接成星形与三相电源相联，则三相定子绕组内就会形成三相对称电流：图图 3-13 三相异步

11、电动机定子接线三相异步电动机定子接线)120sin()120sin(sin0mC0mBmAtIitIitIi 当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成磁场也不断地旋转，因此称为旋转磁场。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系2. 旋转磁场的方向 旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变。3三相异步电动机的转速与转差率 （1）电动机转速电动

12、机转速指电动机转子的旋转速度，用n表示。（2）同步转速同步转速即旋转磁场的转速，用n0表示。（3）转差转差即电动机的同步转速与转子的转速之差。（4）转差率转差率即转差与同步转速的比值，用S表示，即：000)(nnnnns雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系%5 . 2%1001000)9751000(%100)(00nnns雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、三相异步电动机的启动与调速（一）三相异步电动机的启动1.全压启动 全压启动又称直接启动，就是利用开关或接触器将电机绕组直接接到额定电压的电源上。直接启动的优点是启动转矩大、启动时

13、间短、启动设备简单、操作方便、易于维护、投资省、设备故障率低等优点。缺点为启动电流大。2.降压启动 对中、大型异步电机，可采用降压启动方法，以限制启动电流。待电机启动完毕，再恢复全压工作。但是降压启动的结果，会使启动转矩下降较多，所有降压启动只适用于在空载或轻负载情况下启动电机。定子电路串接电阻启动Y降压启动自耦变压器降压启动雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）三相异步电动机的调速 在生产中，为获得最高的生产率和保证产品加工质量，常要求生产机械能在不同的转速下工作，这就需要调速。根据转差率的定义异步电动机的转速为：)1 (60)1 (0spfsnn 要调节异步

14、电动机的转速，可采用改变电源频率改变电源频率、电动机的磁极对数电动机的磁极对数以及转差率转差率等三种基本方法来实现。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系三、三相异步电动机的铭牌和技术数据（一）铭牌 电动机外壳上都有铭牌，如图3-18所示，上面标记有电动机的型号、各种额定数据和连接方式等，是我们正确合理选择和使用电动机的主要依据。铭牌上各项内容意义如下：雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系1.型号 按国家标准规定，型号包括产品名称代号、规格代号等，由汉语拼音大写字母或英语字母加阿拉伯数字组成，如：我国目前生产的异步电动机产品名称代号及其汉字

15、意义如表雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系2.额定电压额定电压 与接法 额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组的线电压，它与绕组接法有对应关系。3.额定电流额定电流 铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行情况下流入定子的线电流。4.额定功率额定功率 电动机在额定运行情况下，输出的机械功率称为额定功率。5.额定转速额定转速 电动机额定运行时的转速，它略低于同步转速。6.绝缘等级绝缘等级 它是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。7.工作制工作制 通常分为连续运行、短时运行和断续运行三种，分别用代号 S1、 S2、S3 表示。8.防护等级防护等级

16、它是按电机外壳防护形式的不同来分级的9.额定效率额定效率 效率是指电动机运行时它输出的机械功率P2和输入电动机的电功率P1之比的百分数，N10.额定功率因数额定功率因数 Ncos雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）异步电动机的技术数据 异步电动机除了铭牌上介绍的常用额定数据外，在产品目录或电工手册中，通常还列出了其他一些技术数据，如起动电流倍数、起动能力、过载系数、额定功率因数和额定效率等。 一般三相异步电动机额定运行时功率因数较高， ，额定运行时的效率也是如此，但空载和轻载时它们都比较低，所以要防止长期空载和轻载运行9 . 07 . 0cosN雅安职业技术学

17、院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第三节 单相异步电动机 一、 单相异步电动机的基本概念单相异步电动机 是指用单相交流电源供电的异步电动机。二、单相异步电动机的工作原理和机械特性 当单相正弦交流电通入定子单相绕组时，就会在绕组轴线方向上产生一个大小和方向交变的磁场，如图图图3-19 单相交变磁场单相交变磁场（一）单相异步电动机的工作原理雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系 这种磁场的空间位置不变，其幅值在时间上随交变电流按正弦规律变化，具有脉动特性，因此称为脉动磁场，如图3-20(a)所示。 图图3-20 脉动磁场分解成两个方向相反的旋转磁场脉动磁场

18、分解成两个方向相反的旋转磁场 (a) 交变脉动磁场交变脉动磁场 (b) 脉动磁场的分解脉动磁场的分解雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）单相异步电动机的机械特性 两个旋转磁场作用于笼型转子的导体中将产生两个方向相反的电磁转矩T+ 和T - ，合成后得到单相异步电动机的机械特性，如图3-21所示。图3-21 单相异步电动机的机械特性雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系图3-22 两相绕组产生的旋转磁场从图3-22可知，单相异步电动机一相绕组通电的机械特性有如下特点：雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（三）

19、单相异步电动机的启动 单相异步电动机由于启动转矩为零，所以不能自行启动。为了解决单相异步电动机的启动问题，可在电动机的定子中加装一个启动绕组。如图3-22所示。图3-22 两相绕组产生的旋转磁场 如果工作绕组与启动绕组对称，即匝数相等，空间互差90电角度，通入相位差90的两相交流电，则可在气隙中产生旋转磁场，转子就能自行启动 上述启动方法称为单相异步电动机的分相启动分相启动，即把单相交流电裂变为两相交流电，从而在单相异步电动机内部建立一个旋转磁场。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（四）单相异步电动机的正反转将工作绕组或启动绕组的首末端对调将电容器从一个绕组改接到

20、另一个绕组12雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（五）单相异步电动机的调速 单相异步电动机与三相异步电动机一样，转速的调节也比较困难。如果采用变频调速则设备复杂，成本高。因此，一般只采用简单的降压调速。串电抗器调速 12定子绕组抽头调速双向晶闸管调速 3雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系三、单相异步电动机常见故障及处理方法雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第四节 直流电动机一、直流电动机的基本原理 直流电动机通过换向器配合电刷，当电枢通电时位于磁场N极下的绕组电流从首端流至尾端，位于磁场S极下的绕组电流从

21、尾端流至首端。因此产生一个可使转子持续转动的电磁转矩电磁转矩。图3-26 直流电动机模型雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系 根据电磁感应定律，在恒定磁场中，当导体切割磁场磁力线时，导体中将感应电动势。如果磁力线、导体及其运动方向三者互相垂直，则导体中产生的感应电动势的大小为：BLve 式中, 为磁感应强度,单位为T； L为导体切割磁力线的有效长度,单位为m； v为导体切割磁场的线速度，单位为m/s； e为导体感应电动势，单位为V。 依据电磁力定律，当磁场与载流导体相互垂直时，作用在载流导体上的电磁力为：BILf 式中， I为载流导体中电流，单位为A； f 为电磁力

22、，单位为N。电磁力的方向用左手定则左手定则确定。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系 实际上，直流电动机的电枢上有许多线圈，这些线圈产生的电磁转矩合成为一个总的电磁转矩，拖动负载转动。 电枢转动时切割磁力线而产生的感应电动势E大小为：nCE=e 电枢电流与磁场相互作用产生的电磁转矩T大小为：aT=ICT 总之，在上述直流电动机的工作过程中，单从电枢线圈的角度看，每个导体中的电流方向是交变的；但从磁极看，每个磁极下导体中电流的方向是固定的，即不管是哪个导体运行到该极下，其中的电流方向总是相同的。因此，直流电动机可获得恒定方向的电磁转矩，使电机持续旋转。雅安职业技术学院

23、机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、直流电动机的基本结构 直流电动机由定子部分与转子部分组成。定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系三、直流电动机的分类 直流电机按照励磁方式可分为他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电动机，不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。（一） 他励直流电动机雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）并励直流电动机（三）串励直流电动机雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信

24、息工程系（四）复励直流电动机复励直流电机有并励并励和串励串励两个励磁绕组雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系四、直流电动机的机械特性 电动机轴上的电磁转矩T与转速n的关系叫作电动机的机械特性。下面以他励直流电动机为例分析直流电动机的机械特性。KTnCRICUnaae-=C-=02Te式中 n0 为理想空载转矩，K为一常数，即机械特性曲线的斜率。图为他励直流电动机的机械特性曲线雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系五、直流电动机的启动与调速（一）直流电动机的启动 直流电动机从接通电源开始转动，直至升速到某一固定转数稳定运行，这一过程称为电动机

25、的启动过程。直流电动机有全压启动、变阻器启动和降压启动三种方法。全压启动全压启动 变阻器启动变阻器启动 降压启动降压启动雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）直流电动机的调速 在电动机的机械负载不变的条件下改变电动机的转数即被称为调速。影响电动机转数的有电源电压、电枢电阻和主磁通，只要改变其中的任意一个，电动机的转数就可得到调整。改变电枢回路串联电阻的调速法改变电枢回路串联电阻的调速法 改变励磁回路电阻的调速法改变励磁回路电阻的调速法 改变端电压调速法改变端电压调速法雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第五节 低压电器控制 电动机或其

26、他电气设备电路的接通或断开，目前普遍采用继电器、接触器、按钮及开关等控制电器来组成控制系统。这种控制系统一般称为继电器接触器控制系统。一、低压电器的结构（一）电磁结构1.组成2.原理 当线圈中有工作电流通过时，通电线圈产生磁场，于是电磁吸力克服弹簧的反作用力使得衔铁与铁芯闭合，由连接结构带动相应的触头动作。3.作用 将电磁结构中线圈中的电流转换成电磁力，带动触头动作，完成通断电路的控制作用，将电磁能转换成机械能。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）触头系统1.按其接触形式分按其接触形式分2.按控制的电路分按控制的电路分3.按原始状态分按原始状态分雅安职业技术学

27、院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（三）灭弧系统1.电弧的产生电弧的产生 电弧产生高温并有强光，可将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时可引起事故或火灾。2.灭弧的方法灭弧的方法 （1）机械灭弧 （2）磁吹灭弧 （3）窄缝灭弧 （4）栅片灭弧图3-38 窄缝灭弧室的断面图图3-39 金属栅片灭弧示意图雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、常用控制电器元件（一）刀开关 刀开关是最简单的一种电器。常用的三相刀开关由三极刀片(动触点)和刀座(静触点)安装于瓷质底座上，并盖上胶木盖组成。三相刀开关常作为电源开关用，也可用于小容量电动机作不频繁的直接起动。 使用刀开关时要注意：不允许将它倒装和平装，以免发生不必要的误动作；胶木盖一定要盖上，以防电弧烧伤。刀开关的图形符号和文字符号如图雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）组合开关 三极组合开关的基本结构是：三对静触点分别装于三层绝缘胶木触点座内，与顶层绝缘板叠装起来，一端伸出盒外作为接线柱；三个动片触点则套在装有手柄的绝缘转动方轴上。转动转轴即可使三对触点(彼此相差一定角度)同时接通或断开。它的图形符号和文字符号如图图3-41 组合开关的符号图3-42 用组合开关起停电动机的接线图雅安职业技术学院机电