变压器与电动机(第5次)

第3章变压器与电动机简介变压器

变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。变电压：电力系统

变阻抗：电子线路中的阻抗匹配变电流：电流互感器

变压器的主要功能有：在能量传输过程中，当输送功率P=UI

cos及负载功率因数cos

一定时：电能损耗小节省金属材料（经济）1

概述UIP=I²

RlIS电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：

发电厂10.5kV输电线220kV升压仪器36V降压…实验室380/220V降压变电站

10kV降压降压变压器的结构变压器的结构变压器的磁路绕组：一次绕组二次绕组单相变压器+–+–由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm

或0.5mm铁心变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心变压器的分类电压互感器电流互感器按用途分电力变压器(输配电用)仪用变压器整流变压器按相数分三相变压器单相变压器按制造方式壳式心式变压器符号下页上页变压器返回下页上页电力变压器返回下页上页三相电力变压器返回下页上页小变压器返回下页上页调压器整流器牵引电磁铁电流互感器返回3.1

变压器

3.3.1

变压器的工作原理3.1.1

变压器的工作原理1．变压器的分类按用途分：电力变压器，特种用途变压器。按相数分：单相、三相和多相变压器。按绕组数分：双绕组、多绕组及自耦变压器。2．变压器的结构变压器铁心：硅钢片叠压而成。变压器绕组：高强度漆包线绕制而成。其他部件：油箱、冷却装置、保护装置等。变压器铁心：硅钢片叠压而成。变压器绕组：高强度漆包线绕制而成。其他部件：油箱、冷却装置、保护装置等。铁心线圈壳式变压器心式变压器铁心线圈2．变压器的结构1N1i1一次绕组二次绕组3．变压器的工作原理u1–+e1–+e1

–+N2e2u20SZLi2–++–变压器符号U1U2u1u2u1

→i1(

i1N1)1→e1

→e1i2(i2N2

)→2→e23．变压器的工作原理e2S|Z|1N1N2i1e2u2e1u1e12i2–++––++–+–e2+–1N1N2••I0•E2

•U20•E1

•U1

•

E1

•–+––+++–(1)电压变换变压器空载：E1

=

4.44fN1mE2

=

4.44fN2m结论U1U20—–=–—=KN1N2—变比(2)电流变换SZLN1N2••I1E2

•U2

•E1

•U1

•

E1

••I2+–+–

E2

•+–+–+–+–+N1I1=N2

I2

•(I0

小)结论产生主磁通

的磁通势有效值I0=I1N(2.55)变压器接负载：(3)阻抗变换•I2KZL•U2•U1•I1Z0E•+––++–结论'ZL可利用变压器进行阻抗匹配4．变压器的铭牌数据(1)额定容量

SN三相变压器SN

=U1NI1N=U2NI2N单相变压器SN=U1NI1N=U2NI2N(2)额定电压

U1N

和

U2NU2N

应比满载运行时的输出电压U2

高出5%10%。(3)额定电流

I1N

和

I2N

允许通过的最大电流。(4)额定频率

fN

[例1]

有一台额定容量50kV

·

A、额定电压3300/220V的变压器，高压绕组为6000匝，试求：(1)低压绕组匝数；(2)高压边\低压边额定电流；(3)当一次侧保持额定电压不变，二次侧达到额定电流，输出功率9kW，cos=0.8时的二次侧端电压U2。[解](1)(2)I2N=K

I1N=6000400×15.1A=226.5A(3)

P=U2I2NcosPI2N

cosU2

=391032270.8=V

=215V3.1.2

变压器的外特性cos

=0.8cos=10U2I2外特性

U2

=f(I2)电压变化率U20–U2U20U=100%U20I2N•I2KRL•U2•U1•I1RiUs•+–+–+–3.1.3

变压器的损耗与效率1．损耗

P=PCu+PFe铜损铁损

PFe与Bm

有关2．效率

=(9099)%3.3.4

特殊变压器U1•N1N2ZL•U2++

•U1

•N1N2

•U2ZLI1

•I2

•I++1．自耦变压器2．电流互感器3.1.4

特殊变压器N1N2负载A~i1i2用来扩大测量交流电流的量程注意：测量时二次绕组电路不允许开路。电动机的分类：鼠笼式异步交流电动机授课内容：

基本结构、工作原理、机械特性、控制方法

电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机3.2交流电动机3.2.1

三相异步电动机的构造

异步电动机的应用非常广泛：在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机械，矿山机械等。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。

电动机的作用是将交流电能转换成机械能，电动机分交流电动机和直流电动机两大类，而交流电动机又分为异步电动机和同步电动机。1．异步电动机按电动机定子相数分：

三相异步电动机、单相异步电动机。2．按电动机的转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机。1.定子3.2.2

三相异步电动机的构造铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。A----XB----YC----Z三相绕组机座：铸钢或铸铁

转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)

鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)

绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：

结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。3.2.3

三相异步电动机的转动原理

定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)AXBYCZ1.旋转磁场的产生o电动机的转动原理1.转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针

切割转子导体右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩TnF

电动机的转动原理•••SNn0ne(i)ff转子导体旋转磁极形成旋转磁场，旋转磁场的转速也称为同步转速。笼型转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。3.2.4

三相异步电动机的转矩与机械特性

4.4.1转矩公式电磁转矩T

=KT

I2

cos2

电磁转矩是由旋转磁场的磁通

和转子电流的

I2

有功分量相互作用而产生的，所以与结构有关的常数常数1

转矩公式2

机械特性曲线sT10TstTmsmsNTN转矩特性

T=f(s)T

与

成正比机械特性曲线n=f(T

)1．额定转矩TNT=TC=T2+T0

T2P2：电动机轴上的输出功率P2

单位：瓦(W)n单位：转/分(r/min)T单位：牛米(N·m)nTstT2=

TN(在

b点)On0TTmnNTNba由dT/ds=0，得sm

=

±

–—R2X20sm=

–—R2X20取正值sm

—称为临界转差率代入

T

的表达式求得最大转矩Tmax2．最大转矩T

max不同电源电压的转矩特性nOn0TTstT

maxnNTNdU1(4)

sm

=

R2/X20结论：(1)

Tmax

U12(2)

Tmax

与R2

无关(3)

过载系数Tmax

TN1.82.2sm

与U1

无关2．最大转矩Tmax不同转子电阻的转矩特性nOn0TTmaxR2起动瞬间n

=

0，s

=

1U1↓→

Tst

↓↓R2↑→

Tst↑负载转矩T2

>

Tst，不能起动。负载转矩T2

<

Tst，可带负载起动。st

Tst

TN一般st

1.02.2起动转矩倍数3．起动转矩Tst3.2.5

三相异步电动机的起动

4.5.1起动性能1

起动性能起动初始瞬间，n

=

0，s

=

1

(1)起动电流

Ist

大，4~7IN。频繁起动会使电动机过热。

过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，影响邻近负载的正常工作。

(2)

起动转矩

Tst

不大，虽然刚起动时转子电流较大，但转子的功率因数很低,不能满载起动。电磁转矩

T

=KT

I2

cos

2

2、起动方法1．直接起动直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。

特点：

起动转矩小；起动电流大，比额定值大

4~7

倍；影响同一电网上其他负载的正常工作。

优点：简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机。2．降压起动起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。(1)星形—三角形(Y-)换接起动FUW2U1U2V1V2W1QS1转子定子绕组

只适用于电动机在工作时定子绕组为

形接法。QS2YW1V1U1U2V2W2形U1U2V1W1V2W2Y形FUW2U1U2V1V2W1QS1转子定子绕组QS2V2(1)星形—三角形(Y-)换接起动Y形形起动电流和起动转矩都降低为直接起动时的三分之一。

QS2起动三相自耦变压器(2)自耦降压起动U1U2V1V2W1W2QS1M3~U1U2V1V2W1W2QS1QS2运转起动三相自耦变压器M3~(2)自耦降压起动~~绕线型电动机起动时，可在转子绕组中串联电阻，以减小起动电流。(3)转子串电阻起动Rst转子

三相异步电动机的调速调速方法变频调速(笼型电动机)变极调速(笼型电动机)变转差率调速(绕线型电动机)

三相异步电动机的制动

4.7.1能耗制动QS运转制动RP

+–M3~SNnff制动时定子接入直流电源产生固定磁场，i2

受到阻转矩；当n→0，i2→0，T→0。制动：将动能→电能→热能。优点：能耗小，制动准确、平稳，不会反转。缺点：需要另外加直流电源。e2(i2)•1

能耗制动QS正转制动将三相中的任意两相对调，产生制动转矩，使M停机。优点：方法简单，制动效果好。缺点：能量消耗大。旋转磁场与转子的相对转速为(n1+n)→

I2→

I1。必须在笼型电动机的定子或绕线型电动机的转子中串入电阻R，以防止烧坏绕组。M3~R2

反接制动三相异步电动机铭牌数据1.型号

磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4

用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机教材表8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结3.电压例如：380/220V、Y/是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用