项目4三项正弦交流电路1教学提纲

1、项目4三项正弦交流电路1一、三相电压的产生一、三相电压的产生三相电源由三相交流发电机产生，其结构分为：三相电源由三相交流发电机产生，其结构分为：定子和转子。定子和转子。定子定子铁芯铁芯绕组（结构相同，空间排列互差绕组（结构相同，空间排列互差1201200 0）转子转子铁芯铁芯1 1、三相发电机的基本构造、三相发电机的基本构造绕组（直流励磁）绕组（直流励磁）三相交流发电机的原理图转子转子AXCBZYSN+_( (尾端尾端) )+ +e eA Ae eB Be eC CX XA AB BY YC CZ Z( (首端首端) )+ + + 定子铁心由硅钢片叠成，它的定子铁心由硅钢片叠成，它的内圆周表面

2、冲有槽，用以放置内圆周表面冲有槽，用以放置三相电枢绕组。每相绕组是同三相电枢绕组。每相绕组是同样的，它们的始端（头）标以样的，它们的始端（头）标以A A，B B，C C，末端（尾），末端（尾）标以标以X X，Y Y，Z Z。 每个绕组的两边放置在相应的定子铁心的槽内。每个绕组的两边放置在相应的定子铁心的槽内。要求绕组的始端之间或末端之间都彼此相隔要求绕组的始端之间或末端之间都彼此相隔120度。度。 磁极是转动的，亦称转子。转子铁心上绕有励磁磁极是转动的，亦称转子。转子铁心上绕有励磁绕组，有直流励磁。选择合适的极面形状和励磁绕组，有直流励磁。选择合适的极面形状和励磁绕组的布置情况，可使空气隙中的

3、磁感应强度按绕组的布置情况，可使空气隙中的磁感应强度按正弦规律分布。正弦规律分布。2 2、对称三相电动势的产生对称三相电动势的产生当转子由原动机带动，并以匀速按顺时针方向转动时，当转子由原动机带动，并以匀速按顺时针方向转动时，则每相绕组依次切割磁力线，其中产生频率相同，幅则每相绕组依次切割磁力线，其中产生频率相同，幅值相等的正弦电动势值相等的正弦电动势e eA A、e eB B、e ec c。电动势的参考方向选。电动势的参考方向选定为自绕组的末端指向始端。定为自绕组的末端指向始端。 三相电动势瞬时表达式：三相电动势瞬时表达式：tEesinmA)120sin(mB tEe )120sin(mC

4、tEe 波形：波形：相量表达式：相量表达式：EEE 0A 120BEE 120CEE相量图：相量图：E EB BE EA A. . .120120120120120120E EC C. .e e0 0e eA Ae eB Be eC C2 2120120 240240 360360t 以以A A相为参考，则可得出：相为参考，则可得出：这三个电动势的幅值相等、频率相同、彼此间的这三个电动势的幅值相等、频率相同、彼此间的相位互差相位互差1201200 0。对称三相电动势的瞬时值之和或相量之和为零：对称三相电动势的瞬时值之和或相量之和为零：0CBAeee即：0CBA EEE或或三相交流电到达正最大值

5、的顺序称为相序。三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。供电系统三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为 A B C三相电动势达到最大值三相电动势达到最大值( (振幅振幅) )的先后次序叫做的先后次序叫做相序相序。e1 比比 e2 超前超前 120 ，e2 比比e3 超前超前 120 ，而，而 e3 又比又比 e1 超前超前120 ，称这种相序称为，称这种相序称为正相序正相序或或顺相序顺相序；反之，如果；反之，如果e1比比 e3 超前超前 120 ，e3 比比 e2 超前超前 120 ， e2 比比 e1 超前超前 120，称这种相序为称这种相序为负相序负相序或或逆相序逆相序。相序是一个十分

6、重要的概念，为使电力系统能够安全可相序是一个十分重要的概念，为使电力系统能够安全可靠地运行，通常统一规定技术标准，一般在配电盘上用靠地运行，通常统一规定技术标准，一般在配电盘上用黄色黄色标出标出 U 相，用相，用绿色绿色标出标出 V 相，用相，用红色红色标出标出 W 相。（电动机相。（电动机的旋转方向与电源相序相关。的旋转方向与电源相序相关。二、三相电源的接法1接法接法（一）三相电源的星形联结（一）三相电源的星形联结发电机三相绕组的尾端发电机三相绕组的尾端 U2、V2、W2 接于一点，称为中性接于一点，称为中性点，三相绕组的首端和中性点向用电设备供电。这种接法称为点，三相绕组的首端和中性点向用

7、电设备供电。这种接法称为三相四线制电源。三相四线制电源。（1）中性点（或零点）中性点（或零点）：三个末端相联接的点。用字母：三个末端相联接的点。用字母“N”表示中性线（或零线）：从中性点引出的一根线叫中性线表示中性线（或零线）：从中性点引出的一根线叫中性线或零线。或零线。（2）端线或相线：）端线或相线：从首端引出的三根线，俗称火线。从首端引出的三根线，俗称火线。XYZNBCAeA+eC+eB+CBAUUU、中性点中性点CU+ + +BU+ +AUABU+ + +BCU+ +CAU端线端线( (相线、火线相线、火线) )中性线中性线(零线、地线零线、地线)相电压相电压：火线与中线间的电压。：火线

8、与中线间的电压。、U UP P线电压线电压：火线与火线间的电压。：火线与火线间的电压。CABCABUUU、U UL L讲线的颜色讲线的颜色注意：给学生讲各相绕组的标号，现在变成如下形式注意：给学生讲各相绕组的标号，现在变成如下形式。（1）相电压：）相电压：相线与中性线间的电压，用相线与中性线间的电压，用 UU、UV、UW 表示，工程上用表示，工程上用 UP 表示，各相电压之间相位相差表示，各相电压之间相位相差 。 32（2）线电压：）线电压：二根相线间的电压，用二根相线间的电压，用 UUV、UVW、UWU 表表示，工程上用示，工程上用UL表示，各线电压之间相位相差表示，各线电压之间相位相差 。

9、 32VUUVUUU WVVWUUU UWWUUUU BAABUUU CBBCUUU ACCAUUU 根据根据KVLKVL定律定律AAUU 0BBUU 120CCUU 120AXYZNBCeA+eC+eB+CU+BU+AUABU+BCU+CAU线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系因为：因为：相量图相量图由相量图可得由相量图可得303AABUU 303PU30LU 同理：同理： 30 90903303LPBBCUUUU 1501503303LPCCAUUUU且且超超线线电电压压形形联联结结时时结结论论：电电源源,3,Y PUUl 。三相线电压也是对称的三相线电压也是对称的前相应的相电压前相应

10、的相电压 ,30AUCUBUBU ABU注意：一般注意：一般三相交流电供电方式三相交流电供电方式（1）中性点：三相绕组）中性点：三相绕组 U2、V2、W2 的末端连接到一点。用的末端连接到一点。用 N 表示，如图所示。表示，如图所示。（2）中性线：从中性点引出的导线，用蓝色或）中性线：从中性点引出的导线，用蓝色或黑色黑色表示。表示。（3）相线：线圈的手端）相线：线圈的手端 U1 、V1 、W1 引出的三根线，分引出的三根线，分别用黄、绿、红三种颜色表示。别用黄、绿、红三种颜色表示。（4）供电方式：三相四线制。）供电方式：三相四线制。（5）三相四线制系统提供两种电压：）三相四线制系统提供两种电压

11、：相电压和线电压相电压和线电压。相电压：各相线与中性线之间的电压，用相电压：各相线与中性线之间的电压，用 UU 、VV 、WW 表示有效值。表示有效值。线电压：相线与相线之间的电压，用线电压：相线与相线之间的电压，用 UUV 、VVW 、WWU 表表示示。（1）三相电动势的有效值相等，相位相差。）三相电动势的有效值相等，相位相差。 32（3）线电压是相电压的倍，且超前对应的相电压。）线电压是相电压的倍，且超前对应的相电压。 32（2）相电压和线电压各自对称，相位都相差。）相电压和线电压各自对称，相位都相差。 32结论结论1接法接法2相电压和线电压相电压和线电压（二）三相电源的三角形联结（二）三

12、相电源的三角形联结 将发电机三相绕组首尾端依次连接，三个连接点作为三相将发电机三相绕组首尾端依次连接，三个连接点作为三相电源输出点。电源输出点。UL = UP0UWV UUU这说明若连接正确三角形回路中无电流，但若有一相接反，这说明若连接正确三角形回路中无电流，但若有一相接反，则导致相量和不为零而是一相电压的两倍，烧毁发电机绕组。则导致相量和不为零而是一相电压的两倍，烧毁发电机绕组。3、由于、由于发电机三相对称，相位相差发电机三相对称，相位相差 ，则有，则有 32特别需要特别需要注意注意的是，在工业用电系统中如果只引出三的是，在工业用电系统中如果只引出三根导线根导线( (三相三线制三相三线制)

13、 )，那么就都是火线，那么就都是火线( (没有中性线没有中性线) )，这，这时所说的三相电压大小均指线电压时所说的三相电压大小均指线电压 UL ；而民用电源则需要；而民用电源则需要引出中性线，所说的电压大小均指相电压引出中性线，所说的电压大小均指相电压 UP 。 【例例】已知发电机三相绕组产生的电动势大小均为已知发电机三相绕组产生的电动势大小均为 E = 220 V，试求：，试求：( (1) ) 三相电源为三相电源为 Y 联结时的相电压联结时的相电压 UP 与线与线电压电压 UL；( (2) ) 三相电源为三相电源为 联结时的相电压联结时的相电压 UP 与线电压与线电压 UL 。 解：解：(

14、(1) ) 三相电源三相电源 Y 联结：相电压联结：相电压 UP = E = 220 V，线，线电压电压V3803PL UU ( (2) ) 三相电源三相电源 联结：相电压联结：相电压 UP = E = 220 V，线电压，线电压UL = UP = 220 V4.24.2负载星形联接的三相电路负载星形联接的三相电路三相负载的联接方式分为：三相负载的联接方式分为：星形（星形（ Y Y）和）和 三角形（三角形（） 两种接法，至于采用哪种两种接法，至于采用哪种方法方法 ，要根据负载的额定电压和电源电压确定。，要根据负载的额定电压和电源电压确定。 负载星形联结的三相电路有两种主要的方式：负载星形联结的

15、三相电路有两种主要的方式：1.1.三相四线制三相四线制2.2.三相三线制（负载必须完全对称）三相三线制（负载必须完全对称） 三相四线制的接法是：三相四线制的接法是：各单相负载的一端连接在相线上，各单相负载的一端连接在相线上，另一端都连接在中线上。如果不计连接导线的阻抗，负另一端都连接在中线上。如果不计连接导线的阻抗，负载承受的电压就是电源的相电压，而每相负载与电源构载承受的电压就是电源的相电压，而每相负载与电源构成一个单独的回路。成一个单独的回路。三相负载：同时需要三相电源供电的负载。三相负载：同时需要三相电源供电的负载。三相对称负载：在三相负载中，如果每相负载的电阻、电三相对称负载：在三相负

16、载中，如果每相负载的电阻、电抗都相等，这样的负载称为三相对称负载。抗都相等，这样的负载称为三相对称负载。负载的连接方法（在三相电路中）：星形、三角形。负载的连接方法（在三相电路中）：星形、三角形。与三相电源星形接法相同与三相电源星形接法相同负载星形联接的三相电路负载星形联接的三相电路NI线电流：线电流：流过端线的电流流过端线的电流CBAIII、相电流：相电流：流过每相负载的电流流过每相负载的电流结论：负载结论：负载 Y Y联结时，线电流等于相电流。联结时，线电流等于相电流。aI+ +Z ZB BZ ZC CZ ZA AN N N NAUBUCU+ + +AIBICI三相四线制三相四线制 N 电

17、源中性点电源中性点N 负载中性点负载中性点CBAIII、中线电流：（由中线电流：（由KCLKCL定律）定律）CBANIIIICBAZZZ当三相负载对称时，即当三相负载对称时，即0CBAN IIII中线电流当负载对称时，中线无电流，可以省掉中线，电路即当负载对称时，中线无电流，可以省掉中线，电路即为三相三线制：为三相三线制：注意：只有当负载完全注意：只有当负载完全对称时，才能接成三相对称时，才能接成三相三线制。如：三相异步三线制。如：三相异步电动机、三相电炉等都电动机、三相电炉等都是三相对称负载，因此是三相对称负载，因此它们都采用三相三线制它们都采用三相三线制供电，这样可省去一根供电，这样可省去

18、一根中线，节约电工材料。中线，节约电工材料。AIBICI+ +Z ZB BZ ZC CZ ZA AN N N NAUBUCU+ + +【例例】在负载作在负载作 Y 联结的对称三相电路中，已知每相负载联结的对称三相电路中，已知每相负载均为均为 |Z|= 20 ，设线电压，设线电压 UL = 380 V，试求：各相电流，试求：各相电流( (也就是也就是线电流线电流) )。解：在对称解：在对称 Y 负载中，相电压负载中，相电压 V2203LYP UU相电流相电流( (即线电流即线电流) )为为 A11A20220YPYP ZUI1若负载不对称，则若负载不对称，则 IN 0；2若有中性线，则各相负载仍

19、有对称的电源相电压，从若有中性线，则各相负载仍有对称的电源相电压，从而保证了各相负载能正常工作；而保证了各相负载能正常工作；3若没有中性线，则各相负载的电压就不再等于电源的若没有中性线，则各相负载的电压就不再等于电源的相电压，这时阻抗较小的负载的相电压可能低于其额定电压，相电压，这时阻抗较小的负载的相电压可能低于其额定电压，阻抗较大的负载的相电压可能高于其额定电压，使负载不能正阻抗较大的负载的相电压可能高于其额定电压，使负载不能正常工作，甚至会造成事故。常工作，甚至会造成事故。4结论：不对称三相负载星形联结中，中性线不可省，结论：不对称三相负载星形联结中，中性线不可省，且要可靠接地不允许安装开

20、关和熔断器。且要可靠接地不允许安装开关和熔断器。不对称三相负载星形联结时中性线的作用不对称三相负载星形联结时中性线的作用将额定电压为将额定电压为 220 V，功，功率分别为率分别为100 W 、60 W 、40 W 的的灯作星形联结，接到三相四线制的灯作星形联结，接到三相四线制的电源上。如图所示。电源上。如图所示。闭合闭合 SN ，三个灯均，三个灯均亮：断开亮：断开 SU 、SV 、SW 时灯时灯仍然正常发光。仍然正常发光。结论：相电压不变，各相电流值不同，中性线电流值不为结论：相电压不变，各相电流值不同，中性线电流值不为零。零。不对称负载星形联结时中性线的作用不对称负载星形联结时中性线的作用

21、通过实验进行说明通过实验进行说明断开断开 SW ，再断开，再断开 SN ，如图，如图所示。所示。现象：现象：40 W 的比的比 100 W 灯亮。灯亮。原因：串联分压，原因：串联分压，100 W 灯电阻比灯电阻比 40 W 的小。的小。中性线对于不对称三相负载的作用：保证三相负载电压的中性线对于不对称三相负载的作用：保证三相负载电压的对称，防止发生事故。对称，防止发生事故。若为单相多台负载，应尽量均匀地分布在三相上。若为单相多台负载，应尽量均匀地分布在三相上。将白炽灯照明电路按三相四线制星形联结，如图，各白炽将白炽灯照明电路按三相四线制星形联结，如图，各白炽灯额定电压灯额定电压 220 V，设

22、，设 U 相负载相负载 ZU 与与 V 相负载相负载 ZV 阻抗均为阻抗均为 220 ，而，而W相负相负 ZW 载阻抗为载阻抗为 20 ，将它们接在，将它们接在 380 V 的三的三相对称电源上，若相对称电源上，若 U 相灯开关断开又将中性线断开，会出现什相灯开关断开又将中性线断开，会出现什么现象。么现象。 例例解：解：U 相关闭、中性线断开，相当于将相关闭、中性线断开，相当于将 V 相白炽灯与相白炽灯与 W 相相白炽灯串联于白炽灯串联于 380 V 的线电压中，此时两负载电流为的线电压中，此时两负载电流为A58. 1A20220380|WVLZZUIUV = |Zv| I = 220 1.5

23、8 V = 347.6 VV 相白炽灯电压为相白炽灯电压为W 相白炽灯电压为相白炽灯电压为结论：结论：V 相电压升高很多，白炽灯将烧毁。相电压升高很多，白炽灯将烧毁。UW = |Zw| I = 20 1.58 V = 31.6 V负载三角形联接的三相电路负载三角形联接的三相电路Z ZABABZ ZBCBCZ ZCACAA AC CB B+ + + +CAUABUBCUBCIABICAIAIBICI相电流相电流: : 流过每相负载的电流流过每相负载的电流 、 、ABIBCICAI线电流线电流: : 流过端线的电流流过端线的电流CBAIII、负载连接在电源负载连接在电源的两根的两根相线相线之间，之

24、间，每相负载所承受的每相负载所承受的电压等于电源的线电压等于电源的线电压。电压。即即: U: UP P = U = UL L电路电路一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称相电压始终对称, , 且且线电压与相电压线电压与相电压相等。即相等。即U UABAB= =U UBCBC= =U UCACA= =U UL L= =U UP P 相电流：相电流：ABABABZUI BCBCBCZUI CAACAZUIC 线电流不等于相电流线电流不等于相电流CAABAIII ABBCBIII BCCACIII 线电流：线电流：ZUIIIIP P

25、CABCABRXarctanCABCAB PP330cos2IIIl 相量图相量图IBCIABICAUBCUABUCA30AICAI IBIC根据相量图：根据相量图：。3030且落后相应的相电流且落后相应的相电流(相电流),(相电流),3 3线电流线电流联接时联接时对称负载对称负载 : :结论结论PIIl 因此线电流也对称，即因此线电流也对称，即 。 lIIII CBA负载对称时负载对称时, 相电流对称，即相电流对称，即【例例】 在对称三相电路中，负载作在对称三相电路中，负载作 形联接，形联接， 已知每相已知每相负载均为负载均为 |Z|= 50 ，设线电压，设线电压 UL = 380 V，试求

26、各相电流和线，试求各相电流和线电流。电流。解：在解：在 联结负载中，相电压等于线电压，即联结负载中，相电压等于线电压，即 UP = UL ，则相电流，则相电流A6 . 7A50380PP ZUI线电流线电流 A2 .133PL II三相负载星形及三角形连接电路连接三相功率表的安装接线及测量三相电能表安装接线5.1变压器的结构1铁心铁心（1）磁路的通道。）磁路的通道。（3）结构型式：心式和壳）结构型式：心式和壳式。式。（2）用彼此绝缘的硅钢片）用彼此绝缘的硅钢片叠成，目的是增加电阻，减小叠成，目的是增加电阻，减小涡流和磁滞损耗。涡流和磁滞损耗。变压器是由铁心和线圈组成的。变压器是由铁心和线圈组成

27、的。项目四项目四铁心铁心线圈线圈铁心铁心线圈线圈心式心式壳壳式式铁心：铁心：硅钢片叠压而成。硅钢片叠压而成。小变压器也有用铁氧体小变压器也有用铁氧体或坡莫合金替代硅钢片。或坡莫合金替代硅钢片。心式和壳式变压器心式和壳式变压器 铁铁心心绕绕组组绕绕组组铁铁心心(I)(I)高高压压绕绕组组高高压压绕绕组组低低压压绕绕组组低低压压绕绕组组( (a a) ) 心心式式( (b b) ) 壳壳式式一次绕组（原绕组）：和电源相连的线圈。一次绕组（原绕组）：和电源相连的线圈。2绕组：电流的载体绕组：电流的载体二次绕组（副绕组）：与负载相连的线圈。二次绕组（副绕组）：与负载相连的线圈。心式：绕组分装在两个铁心

28、柱上，结构简单，用铁量较心式：绕组分装在两个铁心柱上，结构简单，用铁量较少，适用于容量大，电压高的变压器。少，适用于容量大，电压高的变压器。壳式：绕组装在同一个铁心上，绕组呈上下缠绕或里外壳式：绕组装在同一个铁心上，绕组呈上下缠绕或里外缠绕，机械强度好，铁心散热好，适用于小型变压器。缠绕，机械强度好，铁心散热好，适用于小型变压器。3其他附件其他附件 绝缘层绝缘层 冷却设备冷却设备 铁壳或铝壳（电磁屏蔽作用）。铁壳或铝壳（电磁屏蔽作用）。4变压器冷却装置变压器冷却装置: 油箱、散热器等。油箱、散热器等。5变压器的图形符号变压器的图形符号12341、2 为一次绕组为一次绕组3、4 为二次绕组为二次

29、绕组u2+ u1+ u1、u2 分别为输入与输出电压分别为输入与输出电压单相变压器单相变压器1u2uLR1i2i铁芯铁芯原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组结构：结构：1u2uLR1i2i1u1i2u2iLR变压器符号：变压器符号：2211iuiu工作过程：工作过程：空载运行空载运行 ：原边接入电源，副边开路。：原边接入电源，副边开路。接上接上交流电源交流电源1u 原边电流原边电流 i1等等 于励于励 磁电流磁电流 i10 dtdNedtdNe2211 产生感应电动势产生感应电动势二二. 工作原理工作原理1u2e1i1e1N2N i10 产生磁通产生磁通（交变）（交变）结论：改变匝数比，就能改变输

30、出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。KNNEEUU212121K为变比为变比10i1u20u2i1e2emmNfENfE221144. 444. 4根据交流磁路的分析根据交流磁路的分析可得：可得：202uu 02i时时 （变电压）（变电压）原、副边电压关系原、副边电压关系负载运行负载运行 副边带负载后对磁路的副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了作用下，副边线圈中有了电流电流 i2 。此电流在磁路中此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流也会产生磁通，从而影响原边电流 i1。但当外加电压、但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值

31、在变压器空载或频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变有负载时基本不变 。带负载后磁动带负载后磁动势的平衡关系为：势的平衡关系为：)44. 4(11mNfU NiNiNi1022111u2e1i1e1N2NZ2iKNNII11221结论：原、副边电流与匝数成反比结论：原、副边电流与匝数成反比1102211NiNiNi原、副边电流关系原、副边电流关系 （变电流）（变电流）2211NINI 由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略很小，可忽略 。即：。即：02211NINI)(10i1i1u2u2iLZ1N2N原、副边

32、阻抗关系原、副边阻抗关系结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。变比的平方。 将将21212211INNI ,UNNU 代入，代入， 得得222211IUNNZ 因为因为222ZIU 所以所以2222211ZKZNNZ i1uRsRL信号源信号源设：设：信号电压的有效值信号电压的有效值:U1= 50V;信号内阻：信号内阻： Rs=100 ;负载为扬声器，其等负载为扬声器，其等 效电阻：效电阻：RL=8。求：负载上得到的功率求：负载上得到的功率解：解：（1）将负载直接接到信号源上）将负载直接接到信号源上，得到的输出功，得到的输出功

33、 率为：率为： W)(7 . 181085022LLSRRRUpL扬声器上如何得到最大输出功率扬声器上如何得到最大输出功率阻抗变换举例：阻抗变换举例：1i1u2u2iLR1N2NRs（2）将负载通过变压器接到信号源上。）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：输出功率为：W25. 698981005022LLSLRRRUp设变比设变比 1:5 . 321NNK9885 . 32LR则：则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了 很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条 件（信号源内、外阻抗差不多相等

34、）。件（信号源内、外阻抗差不多相等）。 例例 有一台降压变压器，一次绕组有一台降压变压器，一次绕组电压为电压为 220 V，二次，二次绕组电压为绕组电压为 110 V，一次绕组为，一次绕组为 2200 匝，若二次绕组接入阻匝，若二次绕组接入阻抗为抗为 10 的阻抗，问变压器的变比、二次绕组匝数，一次、的阻抗，问变压器的变比、二次绕组匝数，一次、二次绕组中电流各为多少二次绕组中电流各为多少? 解解 变压器变比为变压器变比为二次绕组匝数为二次绕组匝数为匝匝 10012201102002 1212 UUNN211022021 UUk二次绕组电流为二次绕组电流为A11A10110L22 ZUI一次绕组

35、电流为一次绕组电流为A5 . 5A11200210012121 INNI（一）变压器的空载运行和变压比（一）变压器的空载运行和变压比1空载运行空载运行：变压器一次绕组接电源，二次绕组开路的状态：变压器一次绕组接电源，二次绕组开路的状态。2空载电流（励磁电流）：空载电流（励磁电流）：在外加电压作用下，原绕组中通在外加电压作用下，原绕组中通过的电流。过的电流。3在理想状态下，变压器的电压变换关系为。在理想状态下，变压器的电压变换关系为。KNNNfNfEEUU 21m2m1212144. 444. 4 KNNUU 2121变压器绕组电压的有效值与一次、二次绕组的匝数成正比。变压器绕组电压的有效值与一

36、次、二次绕组的匝数成正比。比值比值 K 称为变压比。称为变压比。4K 1 降压变压器；降压变压器； K 1 升压变压器；升压变压器； K = 1 隔离变压器。隔离变压器。（二）变压器的负载运行和变流比（二）变压器的负载运行和变流比1负载运行：负载运行：二次绕组接入负载二次绕组接入负载 zL 。2211IUIU KNNII11221 变压器一次、二次绕组电流的有效值与一次、二次绕组匝变压器一次、二次绕组电流的有效值与一次、二次绕组匝数成反比。空载时：数成反比。空载时：I2 = 0，I1 很小。很小。2在理想情况下，一次侧功率等于二次侧功率有在理想情况下，一次侧功率等于二次侧功率有3变压器的效率变

37、压器的效率 P：变压器的损耗，它包括变压器的损耗，它包括铜损：铜损：绕组直流电阻通电后发热的热损耗绕组直流电阻通电后发热的热损耗PPPPP 1212 通常都在通常都在 95% 以上。以上。铁损：铁损：铁心在导磁过程中所产生的涡流损耗和磁滞损耗之铁心在导磁过程中所产生的涡流损耗和磁滞损耗之和。和。1变压器的功率损耗变压器的功率损耗外加电压固定时磁通固定，铁损不变，称固定损耗。外加电压固定时磁通固定，铁损不变，称固定损耗。主要有两部分主要有两部分铁损耗铁损耗铜损耗铜损耗磁滞损耗磁滞损耗涡流损耗涡流损耗铜损的大小随电流变化而变化，称可变损耗。铜损的大小随电流变化而变化，称可变损耗。2变压器的效率变压

38、器的效率效率效率 =输出功率输出功率输入功率输入功率输出功率输出功率输出功率输出功率 + 铁损耗铁损耗 + 铜损耗铜损耗= 100%变压器效率一般在变压器效率一般在 95% 98% 以上，负载一般在以上，负载一般在 40% 60% 额定负载时效率最高。额定负载时效率最高。5.2互感器 互感器是一次系统和二次系统之间的联互感器是一次系统和二次系统之间的联络元件，将一次系统侧的高电压、大电流转络元件，将一次系统侧的高电压、大电流转换为二次侧标准的低电压和小电流，向二次换为二次侧标准的低电压和小电流，向二次电路提供交流电源，以正确反映一次系统的电路提供交流电源，以正确反映一次系统的正常运行和故障情况

39、。正常运行和故障情况。互感器互感器 电流互感器电流互感器电压互感器电压互感器TVTV将一次侧的高电压变换成二次将一次侧的高电压变换成二次侧的标准低电压（侧的标准低电压（100100或或100/ V100/ V），），其一次绕组与被测电网相并联，二次其一次绕组与被测电网相并联，二次绕组与二次测量仪表和继电器的电压绕组与二次测量仪表和继电器的电压线圈相并联。线圈相并联。3（一）互感器与系统的连接（一）互感器与系统的连接电电流流互互感感器器TA将一次侧的大电流变换成二次侧的标将一次侧的大电流变换成二次侧的标准小电流（准小电流（5或或1A），其一次绕组串联于被），其一次绕组串联于被测电路内，二次绕组与

40、二次测量仪表和继电测电路内，二次绕组与二次测量仪表和继电器的电流线圈相串联。器的电流线圈相串联。电电压压互互感感器器（二）互感器的作用（二）互感器的作用技术方面技术方面经济方面经济方面安全方面安全方面可以将高电压变成低电压，大电流变可以将高电压变成低电压，大电流变成小电流，便于测量；也易实现自动成小电流，便于测量；也易实现自动化和远动化。化和远动化。使测量仪表和继电器标准化、小型化，使测量仪表和继电器标准化、小型化，结构轻巧，价低。可用低电压、小截面结构轻巧，价低。可用低电压、小截面的控制电缆，屏内布线简单、安装调试的控制电缆，屏内布线简单、安装调试方便，造价低。方便，造价低。使测量仪表和继电

41、器与一次高压隔离，使测量仪表和继电器与一次高压隔离，且互感器二次接地保证了设备和人身安且互感器二次接地保证了设备和人身安全。一次系统发生短路时，能够保护测全。一次系统发生短路时，能够保护测量仪表和继电器免受大电流的伤害，保量仪表和继电器免受大电流的伤害，保证了设备安全。证了设备安全。5.3异步电动机的构造异步电动机的构造电动机由电动机由定子定子和和转子转子两个基本部分组成，如图两个基本部分组成，如图6-1所示。所示。图图 6-1三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造 笼型异步电动机的结构型异步电动机由定子和转子组成，定子和转子间留有很小型异步电动机由定子和转子组成，定子和转子间留有很小的空气

42、间隙。的空气间隙。定子由定子铁心、定子绕组和机座组成。定子由定子铁心、定子绕组和机座组成。（一）定子（一）定子2铁心铁心：是电动机的磁路：是电动机的磁路部分。由彼此绝缘的硅钢片叠成，部分。由彼此绝缘的硅钢片叠成，目的是减小铁损（涡流和磁滞损目的是减小铁损（涡流和磁滞损耗）。硅钢片内圆冲有均匀分布耗）。硅钢片内圆冲有均匀分布的槽口用来嵌放线圈。整个铁心的槽口用来嵌放线圈。整个铁心被固定在铸铁机座内。被固定在铸铁机座内。1机座机座：用于容纳定子铁心和绕组并固定端盖，起保护：用于容纳定子铁心和绕组并固定端盖，起保护和散热作用。和散热作用。 3绕组：绕组：是电动机的电路部分。三组，均匀分布，空间是电动

43、机的电路部分。三组，均匀分布，空间位置彼此相差位置彼此相差 120。铁心铁心定子绕组定子绕组机座机座定子铁定子铁心冲片心冲片U1U2（U相）相）定子定子 三相异步电动机的定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定是由机座、定子铁心和定子绕子绕 组组成。组组成。 1定子定子 三相异步电动机的定子由三相异步电动机的定子由机座机座、铁心铁心和和定子绕组定子绕组组成。组成。定子绕组定子绕组是电动机的电路部分，由三相对称绕组组成，按是电动机的电路部分，由三相对称绕组组成，按一定规则连接，有六个出线端。即一定规则连接，有六个出线端。即 U1-U2、V1-V2 、W1-W2 接到接到机座的接线盒中，定子

44、绕组接成星形或三角形。机座的接线盒中，定子绕组接成星形或三角形。图图 6-2定子绕组的星形和三角形联结图定子绕组的星形和三角形联结图 1转轴：输出机械转矩。转轴：输出机械转矩。2铁心：由外圆冲有均匀槽口、彼此绝缘的硅钢片叠成。铁心：由外圆冲有均匀槽口、彼此绝缘的硅钢片叠成。3绕组：笼型绕组铸于铁心槽内，铝质或铜质，为短路绕绕组：笼型绕组铸于铁心槽内，铝质或铜质，为短路绕组，两端铸有端环。整个转子套在转轴上形成紧配合，被支承组，两端铸有端环。整个转子套在转轴上形成紧配合，被支承在端盖中央的轴承中。在端盖中央的轴承中。（二）转子（二）转子2. 转子转子根据转子绕组根据转子绕组结构的不同分结构的不同

45、分为：为： 三相异步电动机的转子三相异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕是由转子铁心、转子绕 组组和转轴组成。和转轴组成。转子铁心转子铁心冲片冲片铁心铁心转子绕组转子绕组转轴转轴笼型转子笼型转子去掉铁心后的转子导条去掉铁心后的转子导条（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）笼型转子笼型转子绕线型转子绕线型转子（转子铁心槽内嵌有三相绕组）（转子铁心槽内嵌有三相绕组）图图 6 - 7绕线式转子绕组与外绕线式转子绕组与外接变阻器的连接接变阻器的连接（三）其他附件（三）其他附件端盖、轴承、轴承盖、风扇叶、接线盒。端盖、轴承、轴承盖、风扇叶、接线盒。2转子转子转子转子是异步电动机的旋转部

46、分，由是异步电动机的旋转部分，由转轴转轴、转子铁心转子铁心和和转转子绕组子绕组三部分组成，其作用是输出机械转矩。跟据构造的不三部分组成，其作用是输出机械转矩。跟据构造的不同，转子绕组分为同，转子绕组分为绕线式绕线式和和笼型笼型两种，图两种，图 6-3 ( (a) )所示为笼所示为笼型绕组，型绕组，( (b) )为铸铝的笼型转子。为铸铝的笼型转子。图图 6-3 笼型绕组及转子笼型绕组及转子 3.转子轴用来支撑转子并传递机转子轴用来支撑转子并传递机械转矩械转矩 .异步电动机转子与定异步电动机转子与定子之间气隙约子之间气隙约0.21.0毫米毫米二二.工作原理工作原理 为了说明三相异步电机的转动原理，

47、我们为了说明三相异步电机的转动原理，我们 先做一个演示实验如图先做一个演示实验如图6-4所示。所示。SN图图 6-4 旋转磁场带动鼠笼转子旋转磁极间放一个由铜条构成的鼠龙式转子，当磁极间放一个由铜条构成的鼠龙式转子，当我们摇动磁极时转子跟着转动。我们摇动磁极时转子跟着转动。异步电机转子转动原理与图异步电机转子转动原理与图6-4相似可用图相似可用图6-5所示加以说明所示加以说明NS-+FFnNS0n图图 6-5 转子转动原理0n二、二、 工作原理工作原理1.1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生 三相异步电动机的定子三相异步电动机的定子铁心中放入三相定子绕铁心中放入三相定子绕 组。组。U U2 2V

48、V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U1 1V V1 1W W1 1i iu ui iv vi iw w定子绕组定子绕组Y接接接入三相对称电源。接入三相对称电源。 t t0 02 2i iu ui iw wi iv vi itIi sinmu )120sin(Omv tIi )120sin(Omw tIi t =0i iu u= 0= 0i iv v为为负负值值i iw w为为正正值值U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + +U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + +t=0360240120t = 12

49、0t = 240t = 360U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + +U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + +N NSN NN NN NSS SS S2.2.磁场的旋转方向磁场的旋转方向 与绕组中电流的相序一致与绕组中电流的相序一致U-V-W-U。 t t0 02 2i iu ui iw wi iv vi i t t0 0i iu ui iv vi iw wi it=0360240120U U1 1V V1 1W W1 1i iu ui iw wi iv vU U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W

50、2 2U U2 2+ + +N NS St = 120U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + +N NS SU U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + +N NSt=0t = 240绕组中电流的相序为绕组中电流的相序为U- W - V -U，磁场逆时针旋转。磁场逆时针旋转。t = 360 把三相异步电动机的三把三相异步电动机的三根线任意调换两根与电源相根线任意调换两根与电源相接，电动机旋转方向反向。接，电动机旋转方向反向。 旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数p与取决于三相定子绕组的结与取决于三相定子绕组的结构和连接方

51、式。构和连接方式。3. 3. 旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数 p p4. 4. 旋转磁场的转速旋转磁场的转速n n0 0pfn1160 (转转/每分）每分）电源频率电源频率电动机的磁极对数电动机的磁极对数7501000150030004321pn(转转/每分每分)极对数（极对数（P）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：即：AXYCBZNS极对数（极对数（P）的改变）的改变CYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形将每相绕组分成两段，按右下图放入定子

52、槽内。形成的磁场则是两对磁极。成的磁场则是两对磁极。X AAXBYBYCZCZ图图 产生四极旋转磁场的定子绕组ABCABCXYZ(a)ACBXYZciBiAi（b）极对数极对数2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimItiCiTt 400t41Tt 22Tt 433Tt 22320NNSSNNSSNNSSNNSSNNSS(a)(d)(b)(c)(e)无电流电流进电流出图图aiBiXNSASNZBX AYCZBCY0t分）转/( 600pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30极对数和转速的关系极对数和转速的关系AiBiCimIt旋转磁场的转

53、速旋转磁场的转速 上述旋转磁场具有一对磁极，若用上述旋转磁场具有一对磁极，若用 p 表示磁极对数，则表示磁极对数，则 p = 1。磁极对数。磁极对数 p = 1 的旋转磁场，其转速与正弦电流同步，若交的旋转磁场，其转速与正弦电流同步，若交流电的频率为流电的频率为 f ，则旋转磁场的转速，则旋转磁场的转速n0 = 60 fpfn600 式中式中 n0 又称为同步转速又称为同步转速 。磁极对数磁极对数 p = 2 时，交流电变化一周，旋转磁场转动时，交流电变化一周，旋转磁场转动 1/2周，周，依此类推当旋转磁场具有依此类推当旋转磁场具有 p 对磁极时，交流电变化一周，旋转对磁极时，交流电变化一周，

54、旋转磁场转动磁场转动 1/p 周。因此交流电频率为周。因此交流电频率为 f ，磁极对数为，磁极对数为 p ，则旋，则旋转磁场的转速为转磁场的转速为U U1 1U U2 2V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2+ + +SN6.1.3 三相异步电动机的运转原理三相异步电动机的运转原理+ff转子转子转速转速n旋转的磁场可以带动旋转的磁场可以带动转子同方向旋转转子同方向旋转异步电动机原理图异步电动机原理图+转子转子定子定子磁场转速磁场转速n1n 三相异步电动机转子在旋三相异步电动机转子在旋转磁场的作用下转动起来，其转磁场的作用下转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。转向与旋转磁场的转向相同

55、。磁场转磁场转速速n1转子转子感应电感应电动势动势(电流电流)n = (1s) n1转差率：转差率：0 s sN= 0.01 0.061 11 1n nn nn ns s 例例6.1 一台额定转速为一台额定转速为1450r/min的三相异步电动机，的三相异步电动机，求：求：额定转差率。额定转差率。解：解：速）速）旋转磁场转速（同步转旋转磁场转速（同步转 1 1n n转子转速转子转速 n因为因为sN= 0.01 0.06，所以该电动机为，所以该电动机为4极电机，极电机，旋转磁场转速为旋转磁场转速为1500 r/min。033033. .0 01500150014501450150015001 1

56、N N1 1N N n nn nn ns s电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速电动机转速:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但 异步异步电动机电动机0nn无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示提示：如果如果0nn 转差率转差率 的概念：的概念：)(s%10000nnns异步电机运行中异步电机运行中:%91s转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 , 0sn（转差率最大）（转差率最大）三、笼型电动机的铭牌三相异步电动机三相异步电动机型型号号Y112M- -4额定频率额定频率50 Hz额定功率额定功率4 kW绝缘等级绝缘等