电机与拖动（第4版）PPT完整全套教学课件

电机与拖动

模块一：电机分析中常用的电磁定律及材料全套PPT课件[知识目标]1.掌握电机与变压器分析中常用的电磁定律。2.掌握常用铁磁材料及其磁化性能。3.掌握磁滞损耗和涡流损耗的产生原理。4.了解电机常用的绝缘材料及其耐热等级。[能力目标]1.会根据电流判断磁场方向。2.会根据磁场判断感应电动势及电流方向。3.会判断铁磁材料中的磁滞损耗和涡流损耗的大小变化。[素质目标]1.严谨细致的工作作风。2.勇于探究、开拓创新的工作精神。3.信息检索能力及分析问题、解决问题的能力。学习目标内容导入电磁炉是我们日常生活中常用的加热电器，只要通入电流即可对铁磁性物体进行加热。电机和变压器是电能分配和使用的电器，在它们的绕组中通入电流可以完成电能的传输或转化。电能是如何转化为热能，又是如何从变压器的一次侧传递到二次侧，从电动机的定子侧传递到转子侧的呢？这就需要我们掌握电生磁、磁变生电的电磁感应原理等基本的物理定律及电气设备中使用材料的特性。内容导入1.1.1描述磁场的基本物理量1．磁感应强度B

磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度，是用来描述磁场强弱和方向的基本物理量。常用符号B表示。磁感应强度的大小为通过该点与B垂直的单位面积上磁感应线的数目，磁场强的地方，磁感应线密，相反则疏。如果磁场内各点的磁感应强度大小相等，方向相同，则该磁场被称为均匀磁场。电流可以产生磁场，即电生磁，这是电机或变压器的工作原理之一。磁感应强度的单位是特（T）。1．1磁场的物理量及基本定律2．磁通Φ磁感应强度与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通Φ，即

Φ=BS或B=Φ/S

（1-1）如果不是均匀磁场，则B取平均值。磁通的国际单位是韦伯（Wb）。1.1.1描述磁场的基本物理量1．1磁场的物理量及基本定律3．磁导率μ通电线圈所产生的磁场强弱与磁力线穿过的介质有关。同样的通电线圈在铁磁性物质中产生的磁场远大于在非磁性物质中产生的磁场，表示介质的这种导磁性质的物理量叫做磁导率，用符号μ表示。根据磁性质的不同，可以将物质分为3类：第一类为顺磁性物质，如空气、铝等，它们的磁导率比真空磁导率略大；第二类为逆磁性物质，如氢、铜等，它们的磁导率略小于真空磁导率；第三类为铁磁物质，如铁、钴、镍等，它们的磁导率是真空磁导率的几百倍甚至几千倍，其磁导率与磁场强弱有关，不是一个常数。第一类和第二类一般统称为非磁性物质。1.1.1描述磁场的基本物理量1．1磁场的物理量及基本定律4．磁场强度H磁场中某点的磁感应强度B与该点的磁导率μ的比值，称为该点的磁场强度，用H表示，即

H=B/μ （1-2）磁场内某一点的磁场强度只与电流大小、线圈匝数及该点的几何位置有关，而与磁场介质的磁性无关。磁场强度的国际单位是A/m。1.1.1描述磁场的基本物理量1．1磁场的物理量及基本定律5．磁势F电流流过导体所产生磁通量的势力，是用来度量磁场或电磁场的一种量，类似于电场中的电动势或电压。此外，永磁材料也以某种方式表现出磁动势。磁势用F表示，单位为A。对于电流流过导体所产生的磁势用如下公式表示

F=NI

式中：N—线圈的匝数；

I—电流。1.1.1描述磁场的基本物理量1．1磁场的物理量及基本定律1.1.右手螺旋定则（安培定则）（a）长导线（b）环形导线（c）螺线管

不同形状的载流体产生的磁力线1.1.2电流的磁效应—电生磁1．1磁场的物理量及基本定律电磁感应定律即法拉第定律，是指因磁通量变化产生感应电动势的现象.式中称为磁链，它表示N匝线圈所交链的总磁通，即=NΦ

1.楞次定律：线圈处于磁场中，当通过该线圈的磁通总量发生变化时，线圈中将有感应电动势产生:

1.1.1.1.3电磁感应定律—磁变生电1．1磁场的物理量及基本定律楞次定律的定义：闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。楞次定律的方向：e

总与dΦ/dt的方向相反

变化的磁通产生的感应电动势方向1.1.1.1.3电磁感应定律—磁变生电1．1磁场的物理量及基本定律2.闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中会感应电动势，产生电流。如果直导线位于均匀磁场中运动，且导体与磁力线、运动方向之间三者垂直，则感应电动势的公式为：e=Blv

式中：B—导体所在处的磁感应强度；

l—导体的有效长度；

v—导体切割磁力线的线速度。1.1.3电磁感应定律—磁变生电1．1磁场的物理量及基本定律1.1.

左手定则判断电磁力的方向载流导体处于磁场中会受到力的作用，称之为电磁力，也叫安培力。

图中左手定则判断电磁力的方向当磁力线与导体的方向相互垂直时，载流导体所受到的电磁力公式为

f=BlI

式中：B——导体所在处的磁感应强度；l——导体的有效长度；I——载流导体中流过的电流。1.1.4

电磁力定律—电磁生力1．1磁场的物理量及基本定律磁路的欧姆定律由于H=B/μ，B=Φ/S，可得Φ=

l——磁路的平均长度；

N——线圈的匝数；

S——磁路的面积；

F=NI——磁动势。Rm=l/μS是磁阻

Λm=1/Rm称为磁导

1.1.5磁路的欧姆定律1．1磁场的物理量及基本定律1．基尔霍夫第一定律穿出或进入任一闭合面的总磁通量恒等于零，类似于电路的电流定律。1.1.6磁路的基尔霍夫定律1．1磁场的物理量及基本定律2．基尔霍夫第二定律l为各段磁路的长度，H为各段磁路的磁场强度；Φ为各段磁路的磁通，Rm为各段磁路的磁阻。

上式表明，沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁压降的代数和。类似于电路的基尔霍夫第二定律，称为磁路的基尔霍夫第二定律。1.1.6磁路的基尔霍夫定律1．1磁场的物理量及基本定律（a）未磁化（b）磁化后

磁畴磁化：将铁磁性物质放入磁场后，铁磁物质呈现很强的磁性的现像称为磁化。常用的铁磁性物质有铁、镍、钴等。1.2.1铁磁性物质的磁化1

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2

常用铁磁材料及其特性磁化曲线：是指磁场的磁通密度B与磁通强度H之间的关系。非磁性材料中，因为磁导率基本不变，所以B和H成线性关系。铁磁材料的磁化曲线是非线性的。1.2.2磁化曲线1

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2

常用铁磁材料及其特性非铁磁材料的磁化曲线和铁磁材料的初始磁化曲线铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线1.2.2磁化曲线1

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2

常用铁磁材料及其特性磁滞损耗：铁磁材料周期性的正反向磁化过程中磁畴来回翻转产生摩擦而引起的损耗。磁滞损耗Ph与磁通的交变频率f成正比，与磁通密度幅值Bm的α次方成正比。即：α=1.6~2.31.2.3磁滞与磁滞损耗1

.

2

常用铁磁材料及其特性1.2.4涡流与涡流损耗（a）厚铁芯（b）薄钢板叠成的铁芯涡流涡流：铁芯是导电材料，当通过铁芯的磁通随时间发生变化时，根据电磁感应定律，铁芯中将产生感应电动势，并引起环流。因为这些环流在铁芯内部围绕磁通成涡流状流动，所以称之为涡流。1.2.4涡流与涡流损耗1

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2

常用铁磁材料及其特性ke——涡流损耗系数，与铁磁材料的电阻率成正比；——铁芯的厚度；f——磁场交变的频率；Bm——铁芯中的磁通密度；V——铁芯的体积。涡流损耗的计算：1.2.4涡流与涡流损耗1

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2

常用铁磁材料及其特性铁芯损耗：涡流损耗和磁滞损耗之和。用PFe表示，它正比于磁通密度Bm的平方及磁通交变频率f的1.2~1.3次方。PFe=Ph+Pe≈kFef1.3Bm2G

式中：kFe——铁损耗系数；

G

——铁芯的重量1.2.5铁芯损耗

1

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2

常用铁磁材料及其特性绝缘材料类型：（1）匝间绝缘（2）层间绝缘（3）对地绝缘（4）外包绝缘（5）填充绝缘（6）衬垫绝缘（7）换向器绝缘1.3.1绝缘材料在电机中的应用

1

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3常用绝缘材料及耐热等级1.3.2绝缘材料的耐热等级

1

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3常用绝缘材料及耐热等级坚持成就梦想！电机与拖动

模块二：变压器学习目标[知识目标]1．了解变压器的用途与分类。2．掌握变压器的结构与工作原理。3．熟悉变压器的铭牌与额定值参数。4．掌握三相变压器的结构及连接组别。5．熟悉特殊用途变压器的结构、原理及特性。[能力目标]1．具备绕制小型变压器绕组的能力。2．能完成变压器的变压比、变压绕组的测定，以及空载、短路等一般试验。3．具备简单计算变压器额定参数、绕组匝数、变压比及效率的能力。4．具有熟练选择、使用、维护变压器的能力。5．能判断变压器故障，能对一般故障进行修理与试验。[素质目标]1．严谨细致、精益求精、追求卓越的工匠精神。2．安全意识、标准意识和质量意识。3．沟通能力及团队协作精神。内容导入

变压器是一种在电力系统和电子线路中广泛应用的电气设备，尤其是在电能的传输、分配和使用中，变压器是关键设备，具有重要意义。由发电厂发出的电能在向用户输送的过程中，通常需用很长的输电线，根据公式当输送的功率P和负载的功率因数

一定时，输电线路上的电压U越高，则流过输电线路中的电流I就越小。因此，采用高电压输送电能，不仅可以减小输电线的截面积，节约导体材料，还可减小输电线路的功率损耗。但是，由于发电机本身结构及所用绝缘材料的限制，不可能直接发出很高的电压，那如何将发电厂输出的电压变为更高等级的电压来输送，到了用户端，又如何降到用户所需的电压等级呢?如图是电力输送过程，由图可见，电力输送过程中使用了升压变压器和降压变压器。电力变压器是如何实现电压转换的，除了电力变压器，在生产生活中还有其他哪些种类的变压器，它们又是如何工作的，这是模块要学习的内容。如图是电力输送过程，由图可见，电力输送过程中使用了升压变压器和降压变压器。电力变压器是如何实现电压转换的，除了电力变压器，在生产生活中还有其他哪些种类的变压器，它们又是如何工作的，这是模块要学习的内容。内容导入2.1.1变压器的用途及分类2．1变压器的用途与结构作用：

变压器是用来改变交流电压大小的电气设备。它是根据电磁感应原理，把某一等级的交流电压变化成频率相同的另一等级的交流电压，以满足不同负载的需要。还可用来改变电流、变换阻抗以及产生脉冲等。

用途：主要用于输配电系统，而且还广泛应用于电气控制领域、电子技术领域，测试技术领域以及焊接技术领域等。

2.1.1变压器的用途及分类2．1变压器的用途与结构1．按用途分类（1）电力变压器用作电能的输送与分配。（2）特种变压器

在特殊场合使用的变压器，如作为焊接电源的电焊变压器；专供大功率电炉使用的电炉变压器；将交流电整流成直流电时使用的整流变压器等。（3）仪用互感器用于电工测量中，如电流互感器、电压互感器等。（4）控制变压器容量一般比较小，用于小功率电源系统和自动控制系统。（5）其他变压器如高压变压器、调压变压器；脉冲变压器2.1.1变压器的用途及分类2．1变压器的用途与结构2.1.1变压器的用途及分类2．1变压器的用途与结构双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。叠片式铁心、卷制式铁心、非晶合金铁心。2．按绕组构成分类3．按铁心结构分类有单相变压器、三相变压器、多相变压器。有干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等。4．按相数分类5．按冷却方式分类2.1.1变压器的用途及分类2．1变压器的用途与结构2.1.2变压器的结构2．1变压器的用途与结构1．变压器绕组是变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变压器则用扁铜线或扁铝线绕制。(1)同心式绕组高、低压绕组同心地套装在铁心柱上。为了便于与铁心绝缘，把低压绕组套装在里面，高压绕组套装在外面。按其绕制方法的不同又可分为圆筒式、螺旋式和连续式

2.1.2变压器的结构2．1变压器的用途与结构2.1.2变压器的结构2．1变压器的用途与结构

(2)交叠式绕组

将绕组分成若干个线饼交替排列又称饼式绕组漏抗小、机械强度高、引线方便。主要用在低电压、大电流的变压器上，如容量较大的电炉变压器、电阻电焊机（如点焊、滚焊和对焊电焊机）变压器等。2．变压器铁芯构成变压器磁路系统，并作为变压器的机械骨架.铁心柱磁轭采用0.35mm厚的硅钢片，减小铁耗。国产硅钢片有热轧硅钢片、冷轧无取向硅钢片、冷轧晶粒取向硅钢片。2.1.2变压器的结构2．1变压器的用途与结构心式变压器壳式变压器2．变压器铁芯2.1.2变压器的结构2．1变压器的用途与结构单相小容量变压器铁心形式为了减小铁心磁路的磁阻以减小铁心损耗，要求铁心装配时，接缝处的空气隙应越小越好。2．变压器铁芯2.1.2变压器的结构2．1变压器的用途与结构（1）油箱和冷却装置3．变压器的主要附件2.1.2变压器的结构2．1变压器的用途与结构扁形散热油管或片式散热器帮助散热油箱内装变压器油（1）油箱和冷却装置10000kV·A的电力变压器，采用风吹冷却或强迫油循环冷却装置。（2）储油柜通过连接管与油箱相通使变压器油与空气的接触面积大为减小，减缓了变压器油的老化速度新型的全充油密封式电力变压器则取消了储油柜，运行时变压器油的体积变化完全由设在侧壁的膨胀式散热器（金属波纹油箱）来补偿。3．变压器的主要附件2.1.2变压器的结构2．1变压器的用途与结构（2）保护装置在油箱和储油柜之间的连接管中装有气体继电器，当变压器发生故障时，内部绝缘物汽化，使气体继电器动作，发出信号或使开关跳闸。（a）气体继电器。3．变压器的主要附件2.1.2变压器的结构2．1变压器的用途与结构装在油箱顶部，它是一个长的圆形钢筒，上端用酚醛纸板密封，下端与油箱连通。若变压器发生故障，使油箱内压力骤增时，油流冲破酚醛纸板，以免造成变压器箱体爆裂。近年来，国产电力变压器已广泛采用压力释放阀来取代防爆管。（b）防爆管（安全气道）2.1.2变压器的结构2．1变压器的用途与结构（2）保护装置3．变压器的主要附件2.2变压器的铭牌和额定值

正确地使用变压器的依据。电力变压器产品型号S7-500／10标准代号XXXX额定容量500kV.A产品代号XXXX额定电压10kV出厂序号XXXX额定频率50Hz3相联结组标号Y，yn0阻抗电压4％冷却方式油冷使用条件户外开关位置

高压

低压

电压／V电流／A电压／V电流/AⅠ1050027．5Ⅱ1000028．9400721．7Ⅲ950030．4XX变压器厂XX年XX月2.2.1变压器的铭牌2．2变压器的铭牌和额定值1.型号2.2.2变压器的额定值2．2变压器的铭牌和额定值2.额定电压U1N和U2N

U1N：加在一次绕组上的正常工作电压值。根据变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定U2N：变压器空载时，高压侧加上额定电压后，二次绕组两端的电压值。U2N不等于额定负载时的负载电压。有一个电压降使空载电压大于负载电压。额定电压在三相变压器中是指线电压。2.2.2变压器的额定值2．2变压器的铭牌和额定值3.额定电流I1N和I2N

根据变压器容许发热的条件而规定的满载电流值。在三相变压器中额定电流是指线电流。4.额定容量SN

变压器在额定工作状态下，二次绕组的视在功率，其单位为kV·A。单相变压器的额定容量三相变压器的额定容量2.2.2变压器的额定值2．2变压器的铭牌和额定值5.联结组标号三相变压器一、二次绕组的连接方式Y（高压绕组作星形联结）;y（低压绕组作星形联结）；D（高压绕组作三角形联结）;d（低压绕组作三角形联结）；N（高压绕组作星形联结时的中性线）;n（低压绕组作星形联结时的中性线）。2.2.2变压器的额定值2．2变压器的铭牌和额定值6.阻抗电压又称为短路电压。它标志在额定电流时变压器阻抗压降的大小。通常用它与额定电压U1N的百分比来表示。例2－1：一台三相油浸自冷式铝线变压器，已知SN＝560kV·A，U1N/U2N=10000V/400V，试求一次、二次绕组的额定电流I1N

、I2N各是多大?解：2．2变压器的铭牌和额定值

例

题互相绝缘且匝数不同只有磁的耦合而没有电的联系。1．单相变压器的基本工作原理2.3.1单相变压器的空载运行2．3变压器的空载运行及负载运行1．单相变压器的基本工作原理根据电磁感应原理：改变一、二次绕组的匝数，就可达到改变电压的目的。2.空载运行时各物理量正方向的规定二次绕组开路（1）电压的参考方向：在同一支路中，电压的参考方向与电流的参考方向一致。参考方向的规定

参考方向按“电工惯例”规定：+-ui：u是电源时（1）电压的参考方向：在同一支路中，电压的参考方向与电流的参考方向一致。参考方向按“电工惯例”规定：参考方向的规定

：u是负载上的压降时参考方向的规定

参考方向按电工惯例规定：（2）磁通的参考方向：uiΦ磁通的参考方向与电流的参考方向之间符合右手螺旋定则。（3）感应电动势的参考方向：参考方向的规定

参考方向按电工惯例规定：uiΦ-+e由交变磁通Ф产生的感应电动势e，其参考方向与产生该磁通的电流参考方向一致（在电源内部电动势方向由负极指向正极，与电流方向一致）（即感应电动势e与产生它的磁通Ф之间也符合右手螺旋定则）满足以上参考方向列出的电磁感应定律方程：

参考方向的规定

uiΦ-+e3.感应电动势和变比设Φ＝Φmsinωte滞后于Φ900结论：有效值：E1=4.44fN1ФmE2=4.44fN2Фm略去一次绕组中的阻抗不计U1≈E1＝4.44fN1Фm

U2＝E2=4.44fN2Фm

变压比，简称变比U1恒定时，变压器铁心中的磁通Фm基本上保持不变

空载电流（2～10）％IN

无功分量Iq，用来建立磁场，起励磁作用有功分量Id，用来供给变压器铁心损耗<10％I0

4.变压器的空载电流和空载损耗4.变压器的空载电流和空载损耗空载损耗绝大部分是铁心损耗P0，即磁滞损耗与涡流损耗，只有极少部分是一次绕组电阻上的铜损耗I02R

。可认为变压器的空载损耗就是变压器的铁心损耗5.空载运行时相量图单相变压器电路原理图理想变压器空载运行相量图

例2—2：如图所示，低压照明变压器一次绕组匝数N1＝660匝，一次绕组电压Ul＝220V，现要求二次绕组输出电压U2＝36V，求二次绕组匝数N2及变比Ku解：降压变压器：Ku>1

升压变压器:Ku<1单相变压器负载运行二次绕组中有电流一次绕组中电流变为i1

1．磁动势平衡方程及变流比变压器负载运行时的磁通势平衡方程式:因为电源电压不变，故负载时的磁势和空载时相同。N1I1≈N2I2忽略I0:变压器的变流比变压器的高压绕组匝数多，而通过的电流小，因此绕组所用的导线细；反之低压绕组匝数少，通过的电流大，所用的导线较粗。结论：1．磁动势平衡方程及变流比2．3变压器的空载运行及负载运行外特性:一次绕组电压U1和负载的功率因数cosφ2一定时，二次绕组电压U2与负载电流I2的关系.滞后的无功电流产生去磁作用使电压下降

超前的无功电流产生增磁作用使电压上升用标么值表示，便于不同变压器之间比较2．变压器的外特性及电压变化率电压变化率：用ΔU％来表示二次侧空载电压额定负载时二次侧电压ΔU％反映供电电压的稳定性。ΔU％越小，说明变压器二次绕组输出的电压越稳定。常用变压器ΔU％为3％～5％

例2—3：某台供电电力变压器将U1N=10000V的高压降压后对负载供电，要求该变压器在额定负载下的输出电压为U2=380V，该变压器的电压变化率ΔU％＝5％，求该变压器二次绕组的额定电压U2N及变比K。

解：U2N=400VK=U1N/U2N=10000/400=25

3.变压器的损耗及效率P1=U1I1COSφ1P2=U2I2COSφ2损耗ΔP

＝P1-P2=Pcu+PFe（1）铁损耗PFe基本铁损耗附加铁损耗与U1有关，与负载电流无关，当U1不变时，铁耗基本不变。故铁耗称为不变损耗。（2）铜损耗PCu基本铜损耗附加铜损耗电流在一次、二次绕组电阻上产生的损耗漏磁通产生的集肤效应使电流在导体内分布不均匀而产生的额外损耗

铜损耗与负载电流的平方成正比，所以铜损耗又称为“可变损耗”（3）效率中小型电力变压器效率在95％以上，大型电力变压器效率可达99％以上.例2－4：S9－500/10低损耗三相电力变压器额定容量500kV·A，设功率因素为1,二次电压U2N=400V，铁损耗PFe=0.98KW，额定负载时铜损耗PCu＝4.1kW，求二次额定电流I2N及变压器效率η。P2=SNCOSφ=500kW解：（4）效率特性效率η也随负载电流I2的变化而变化的关系负载系数不变损耗等于可变损耗时，变压器的效率最高。通常最高效率位于β=0.5∽0.6之间相当于直接接在一次绕组上的等效阻抗输出变压器、线间变压器阻抗匹配作用：如使音响设备输出的阻抗与扬声器的阻抗尽量相等，以获得最大的输出功率。例2—5：某晶体管收音机输出电路的输出阻抗为Z/=392Ω，接入的扬声器阻抗为Z=8Ω，现加接一个输出变压器使两者实现阻抗匹配，求该变压器的变比K；若该变压器一次绕组匝数N1=560匝，问二次绕组匝数N2为多少?解：2.4三相变压器

三相绕组按星形连接三相心式变压器三相绕组接入对称的三相交流电源时，三相绕组中产生的主磁通也是对称的，故三相磁通之和等于零，因此中间铁心柱可以省略U相W相V相励磁电流略小于U相和W相。V相1.变压器的极性同极性端或同名端：变压器的一、二次绕组绕在同一个铁心上，当同时交链的磁通Ф交变时，两个绕组中感应出电动势，当一次绕组的某一端点瞬时电位为正时，二次绕组也必有一电位为正的对应端点。这两个对应的端点，称为同极性端或同名端，通常用符号“·”表示。具有磁耦合的两个线圈，当电流分别从两线圈各自的某端同时流入(或流出)时，若两者产生的磁通相助，则这两端叫作互感线圈的同名端，用黑点“·”或星号“*”作标记。同名端：..1234两绕组绕向相同具有磁耦合的两个线圈，当电流分别从两线圈各自的某端同时流入(或流出)时，若两者产生的磁通相助，则这两端叫作互感线圈的同名端，用黑点“·”或星号“*”作标记。同名端：..1234Φ1Φ2两绕组绕向相反绕组的正确连接uu2uu绕组的错误连接Φ1=

Φ2，方向相反，e1=0，e2=0i绕组电压为110V，电源电压为220V时的连接方法绕组电压为110V，电源电压为110V时的连接方法无感应电动势，将烧毁绕组2.变压器极性的判定(1)对两个绕向已知的绕组绕向不同时，同名端不同

交流法测定同名端U13＝U12—U34，则说明N1、N2组为同极性串联，故1和3为同名端。如果U13＝U12＋U34，则1和4为同名端。2.变压器极性的判定(2)对一台已经制成的变压器直流法测定同名端

开关S合上的一瞬间，如毫伏表指针向正方向摆动，则接直流电源正极的端子与接直流毫伏表正极的端子为同名端。2.变压器极性的判定(2)对一台已经制成的变压器（1）三相变压器绕组的连接方法

绕组名称

单相变压器

三相变压器

中性点

首端

末端

首端

末端

高压绕组U1U2U1、V1、W1U2、V2、W2N

低压绕组U1U1U1、v1、w1U2、v2、w2n

中压绕组U1mU2mU1m、V1m、WlmU2m、V2m、W2mNm

绕组的首端和末端的标记3.三相变压器的连接组三相绕组的连接字母表示：旧标准：Y和△

高压Y，D，N低压y,d，n新标准：联接组别表示一次绕组线电压与二次绕组线电压之间的相位关系。一、二次绕组线电动势的相位差总是300的整数倍。因此，国际上规定，标志三相变压器一、二次绕组线电动势的相位关系用时钟表示法。规定一次绕组线电势

为长针，永远指向钟面上的“12”，二次绕组线电势

为短针，它指向钟面上的哪个数字，该数字则为该三相变压器连结组别的标号。标号为3123连接组别三相变压器一、二次绕组不同接法的组合形式有：Y，y；YN，d；Y，d；Y，yn；D，y；D，d等，其中最常用的组合形式有三种，即Y，yn；YN，d和Y，d

。大容量的变压器通常采用Y，d或YN，d连接。容量不太大而且需要中性线的变压器，广泛采用Y，yn联结，以适应照明与动力混合负载需要的两种电压。相电压只有线电压的1／，当中性点引出接地时，绕组对地的绝缘要求降低了.联接组别

Y，y0连接组

Y，y4连接组u1v1w1

Y，y8连接组u1v1w1

Y，y6连接组

Y，d11连接组u1v1w1

Y，d3连接组u1v1w1

Y，d7连接组

Y，d1连接组

12-4-8

6-10-2

Y,y?

逆序11-3-7Y,d?

顺序1-5-9常用连接组：为了制造和运行方便的需要，国家规定三相电力变压器只采用5种标准连接组：即Y,yn0、YN,d11、YN,y0、Y,y0和Y,d11。最常用的组合形式有三种，即Y，yn；YN，d和Y，d1、绕组向后移动一个铁芯柱时，连接组别好加4，即相差1200，刚好与绕组移动的相位一致。2、一二次绕组同为星形或同为三角形时，组别号为偶数，一个为星形，另一个为三角形，则组别号为奇数。并联运行：几台三相变压器的高压绕组及低压绕组分别连接到高压电源及低压电源母线上，共同向负载供电的运行方式。在变电站中，总的负载经常由两台或多台三相电力变压器并联供电（1）一、二次绕组电压应相等，即变比应相等。（2）联结组别必须相同。（3）短路阻抗（即短路电压）应相等。并联运行的变压器必须满足以下条件：电流大，可能超过额定值1.变比不等时的并联运行K1<K2E1>E2

两个二次绕组之间形成环流Ic，这个电流称为平衡电流。短路阻抗小平衡电流大电流小于额定值变压比误差不允许超过±0.5％2.联结组别不同时变压器的并联运行线电压的相位差至少为300，因此会产生很大的电压差ΔU2

如Y，y0和Y，dll两台变压器并联，二次绕组中产生比额定电流大得多的空载环流，导致变压器损坏。后果：3.短路阻抗（短路电压）不等时变压器的并联运行ZS1I1=Zs2I2E2相等，U2相等

容量相同、变比相等、联结组别也相同，但短路阻抗不等：负载电流的分配与各台变压器的短路阻抗成反比.并联运行的变压器其短路电压比不应超过10％。为合理分配负载，防止小容量的变压器过载，大容量的变压器得不到充分利用，要求投入并联运行的各变压器，最大容量与最小容量之比不宜超过三比一1.结构特点及用途一二次绕组不仅有磁耦合还有电的直接连接2.电压、电流及容量关系U1≈E1＝4.44fN1ФmU2＝E2＝4.44fN2Фm负载时的磁势平衡方程式：忽略空载磁通势，则自耦变压器一、二次绕组中的电流大小与匝数成反比，在相位上互差1800.结论:流经公共绕组中的电流I的大小为:I=I2－I1当变比K接近于1时，I很小，这部分绕组可用截面积较小的导线绕制，以节约用铜量，并减小自耦变压器的体积与重量。结论：2.电压、电流及容量关系S2=U2I2=U2（I+I1）=U2I+U2I1自耦变压器输出的视在功率为：由电磁感应原理从一次绕组传递到二次绕组的视在功率通过电路的直接联系从一次绕组直接传递到二次绕组的视在功率S2=U2I2=U2（I+I1）=U2I+U2I1自耦变压器输出的视在功率为：2.电压、电流及容量关系I1只在一部分绕组的电阻上产生铜损耗，因此自耦变压器的损耗比普通变压器要小，效率较高，因而较为经济。K一般介于1.2～2间，此时变压器优势较明显。应用举例：电力系统中，用自耦变压器把110kV、150kV、220kV和330kV的高压电力系统连接成大规模的动力系统。2.电压、电流及容量关系自耦变压器的缺点：高压侧的电气故障会波及到低压侧，很不安全。因此自耦变压器在使用时必须正确接线，且外壳必须接地，并规定安全照明变压器不允许采用自耦变压器结构形式。2.电压、电流及容量关系自耦调压器输出电压可调，可稍高于一次绕组电压例：实验室中常用的单相调压器，一次绕组输入电压U1＝220V，二次绕组输出电压U2＝0～250V在电工测量中用来按比例变换交流电流的仪器串在电路中，流过被测电流匝数少，导线粗。额定电流比一般二次侧电流表用量程为

5A的仪表。钳形电流表量程及读数：二次电流表量程一般为5A。实际中已换算成一次电流，其标度尺即按一次电流分度，这样可以直接读数，不必再进行换算。电流互感器使用注意事项：二次绕组绝对不允许开路电流互感器的铁心及二次绕组一端必须可靠接地用电流互感器进行电流测量时存在一定的误差，根据误差的大小，电流互感器分下列各级：0.2、0.5、1.0、3.0、10.0。如0.5级的电流互感器表示在额定电流时，测量误差最大不超过±0.5％精度：在电工测量中用来按比例变换交流电压的仪器实际上是一台降压变压器二次电压表量程一般为100V。实际中已换算成一次电压，其标度尺即按一次电压分度，可以直接读数，不需换算。电压互感器使用注意事项：（1）电压互感器的二次绕组在使用时绝不允许短路。（2）电压互感器的铁芯及二次绕组的一端必须可靠地接地。（3）电压互感器有一定的额定容量，使用时二次绕组回路不宜接入过多的仪表，以免影响电压互感器的测量精度。例2—6：用变压比为10000／100V的电压互感器，变流比为100／5A的电流互感器扩大量程，其电流表读数为3.5A，电压表读数为96V，试求被测电路的电流、电压各为多少？解：因为电流互感器负载电流等于电流表读数乘上电流互感器电流比，即电压互感器所测高电压等于电压表读数乘上变比，即被测电路的电流为70A，电压为9600V电焊变压器是交流弧焊机的主要组成部分，它实质上是一台特殊的降压变压器。为了保证焊接质量和电弧的稳定燃烧，对电焊变压器的要求：1.电焊变压器在空载时，应有一定的空载电压，通常Uo＝60～75V左右，以保证起弧容易。另一方面，为了操作者的安全，空载起弧电压又不能太高，最高不宜超过85V2.在负载时，电压应随负载的增大而急剧下降，即应有陡降的外特性。通常在额定负载时的输出电压约30V左右3.短路电流ISC不应过大，以免损坏电焊机4.为了适应不同的焊接工件和不同焊条的需要，要求电焊变压器输出的电流能在一定范围内进行调节电焊变压器的结构特点：电焊变压器必须具有较大的漏抗，而且可以进行调节故铁心的气隙比较大，一次、二次绕组分装在不同的铁心柱上，用磁分路法、串联可变电抗器法及改变二次绕组的接法等来调节焊接电流。常用形式：抽头式可动铁心式可动线圈式综合式BXl系列磁分路动铁心式弧焊机外形图

二次绕组分为两部分。一部分和一次绕组接在同一侧，另一部分绕在铁心的另一侧，相当于电感。焊接电流粗调焊接电流的细调节：通过手轮移动铁心的位置，改变漏抗，从而得到均匀的电流调节。串入所有电抗线圈及一半二次绕组串入所有二次绕组及一半电抗线圈BXl系列弧焊机的三种型号：BXl—35的焊接电流调节范围为25～150A，用于薄钢片的焊接；BXl—330的焊接电流调节范围为50～450A；BXl—500则为50～680A，可用来焊接不同厚度的低碳钢板。动圈式弧焊机的典型产品BX3系列：焊接电流调节是靠改变一次绕组和二次绕组之间的距离（从而改变它们之间的漏抗大小）来实现的。还可将一次及二次绕组串联或并联来扩大电流调节范围。1．变压比的测定变压比的测定可选用双电压表法。按图所示接线，在变压器的高压侧施加一个适合电压表量限的电压，一般可在高压侧额定电压的1%～25%范围内选择，并尽量使两个电压表指针偏转均能在刻度的一半以上，以提高测量的准确度。2．变压器绕组极性的测定（1）采用直流感应法时，按图所示接线。将变压器高压侧U1端接电池的正极，U2端接到电池的负极，低压侧接检流计。当按下开关后，若检流计指针正向偏转，则与检流计正端相连接线柱为u1，另一端为u2；若检流针反向偏转，则与检流计正端相连的接线柱为u2，与负端相连的接线柱为u1。2．变压器绕组极性的测定（2）采用交流感应法时，可按图2-42所示接线。在变压器高压侧施加交流电压，u2端与高压侧的U2端相连接，读取电压表数值。如果U=U1+U2，则表示接于高压端U2的低压端为u1，另一端则为尾端u2；如果U=U1U2，则表示接于高压端U2的低压端为尾端u2，另一端则为u1。

作用：利用参数、基本方程式、等效电路、相量图求变压器的运行性能。3.变压器的空载试验求变比k、空载电流I0、空载损耗P0以及等效电路中的励磁阻抗Zm，从而判断铁心和线圈质量。试验时，一般在变压器低压侧加电压，测量高压侧对应的电压、电流和功率。目的：3.变压器的空载试验空载试验线路图计算时，采用电压为额定点的参数，因为空载电流很小，此时的铜损耗很小，故可近似认为额定电压点测得的空载损耗即为变压器额定运行时的空载损耗即铁耗。计算：总阻抗Z0=Z1+Zm此处U20指高压侧电压，U1指低压侧电压。即试验电压。注意：若空载试验在低压侧进行，要获得高压侧参数时，必须进行折算。空载时功率因数很低，一般采用0.2的功率因数表。3.变压器的空载试验求负载时的铜损耗和短路阻抗。试验时，一般在变压器高压侧加电压，低压侧直接短路，测量高压额定电流点对应的电压、电流和功率。目的：短路试验线路图4.变压器的短路试验计算时，采用电流为额定点的参数，因为此时短路电压很低，铁损耗很小，故可近似认为额定电流点测得的短路损耗即为变压器额定运行时的铜损耗。计算：4.变压器的短路试验温度换算：由于线圈电阻随温度而变化，试验时的温度和实际变压器运行时的温度不同，国家标准规定，变压器的短路电阻应换算到工作温度750C时的值。4.变压器的短路试验短路电压（或阻抗电压）：短路试验时，使短路电流为额定电流时加在一次侧的电压称为短路电压，即USN=ISNZS75,它为额定电路在短路阻抗上的压降，亦称作阻抗电压。短路电压通常用与额定电压的百分值来表示，即标么值。4.变压器的短路试验短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗直接影响变压器的运行性能，所以正常运行时希望它小些，这样负载变化时二次电压波动小，但从短路故障的角度，为限制短路电流，又希望阻抗电压大些。小型变压器的US为4～10.5，大型变压器为12.5～17.5％。4.变压器的短路试验1．测定极性（1）测定相间极性。被测变压器选用Y/Y接法的三相心式变压器，其中测得直流阻值大的为高压绕组，用A、B、C、X、Y、Z标记。否则为低压绕组，用a、b、c、x、y、z标记。①按图所示接线。其中A、X接到电源的U、V两端子上，Y、Z短接。②接通交流电源，在绕组A、X间施加约50%UN的电压。③用电压表测出电压UBY、UCZ、UBC，若UBC=|UBYUCZ|，则首末端标记正确；若UBC=|UBY+UCZ|，则标记不对。须将B、C两相任一相绕组的首末端标记对调。④用同样方法，将B、C两相中的任一相施加电压，另外两相末端相连，测定出每相首、末端正确的标记。（2）测定原、副方极性。①暂时标出三相低压绕组的标记a、b、c、x、y、z，然后按图所示接线，原、副方中点用导线相连。②在高压三相绕组上施加约50%的额定电压，用电压表测量电压UAX、UBY、UCZ、Uax、Uby、Ucz、UAa、UBb、UCc，若UAa=UAxUax，则A相高、低压绕组同相，并且首端A与a端点为同极性。若UAa=UAX+Uax，则A与a端点为异极性。③用同样的方法判别出B、b、C、c两相原、副方的极性。④高低压三相绕组的极性确定后，根据要求连接出不同的连接组。2．三相变压器连接组别的测定测定变压器连接组时，可采用双电压表法，在高压侧施加一低于250V的三相交流电压（为了计算方便，一般加100V），用电压表依次测量电压UAB、Uab、UBb、UCc及UBc。然后根据经验公式来判断是何种连接组别。

（1）Y，y12按图2-47（a）所示接好线。A、a两端点用导线连接，在高压方施加三相对称的额定电压，测出UAB、Uab、UBb、UCc及UBc，将数据记录于表中。线电压之比。若试验测取的数值UBb，UCc，UBc与用上述两公式计算出的电压相同，则表示绕组连接正确，属Yy12连接组。（2）Y，y6将Y，y12连接组的副方绕组首、末端标记对调，A、a两点用导线相连，如图2-48（a）所示。按前面方法测出电压UAB、Uab、UBb、UCc及UBc，将数据记录于表中。若实测电压UBb、UCc、UBc的数值与由两式计算出的电压相同，则绕组连接正确，属于Y,y6连接组.1．绕线前的准备工作（1）导线、绝缘材料的选择根据小型变压器计算结果选择相应的漆包线。绝缘材料应从两个方面考虑，一方面是绝缘强度，另一方面是允许厚度。对于层间绝缘应用厚度为0.08mm的牛皮纸，线包外层绝缘使用厚度为0.25mm的青壳纸。1．绕线前的准备工作（2）木芯与线圈骨架的制作①木芯的制作。在绕制变压器线圈时，将漆包线绕在预先做好的线圈骨架上，但骨架本身不能直接套在绕线机轴上绕线，它需要一个塞在骨架内腔中的木质芯子，木芯的正中心要钻有供绕线机轴穿过的10mm的孔，孔不能偏斜，否则由于偏心造成绕组不平稳而影响线包的质量。2．绕制（1）裁剪好各种绝缘纸。绝缘纸的宽度应稍长于骨架的宽度，而长度应稍大于骨架周长。还应考虑到绕制后所需的余量。（2）起绕。①起绕时，在导线引线头上压入一条用青壳纸或牛皮纸做成的长绝缘折条，待绕几匝后抽紧起始头，如图（a）所示。②绕线时，通常按照一次侧绕组→静电屏蔽→二次侧高压绕组→二次侧低压绕组的顺序，依次叠绕。当二次侧绕组的组数较多时，每绕制一组用万用表检查测量一次。（3）绕制方法①导线和绝缘材料的选用。导线选用缩醛或聚酯漆包圆铜线。绝缘材料的选用受耐压要求和允许厚度的限制，层间绝缘按两倍层间电压的绝缘强度选用，常采用电话纸、电缆纸、电容器纸等，在要求较高处可采用聚酯薄膜、聚四氟乙烯或玻璃漆布；铁芯绝缘及绕组间绝缘按对地电压的两倍选用，一般采用绝缘纸板、玻璃漆布等，要求较高的则采用层压板或云母制品。②制作引出线。变压器每组线圈都有两个或两个以上的引出线，一般用多股软线、较粗的铜线或用铜皮剪成的焊片制成，将其焊在线圈端头，用绝缘材料包扎好后，从骨架端面预先打好的孔中伸出，以备连接外电路。对于绕组线径在0.35mm以上的都可用本线直接引出，方法如图所示；线径在0.35mm以下的，要用多股软线制作引出线，也可用薄铜皮做成的焊片作为引出线头。引出线的连接方法如下图所示。（3）绕制方法（4）线尾的固定。（5）层间绝缘的安放（6）静电屏蔽层（静电隔离层）的安放（7）绕组的抽头（8）绕组的中心抽头（9）绕组的初步检查

①用量具测量绕组各部分尺寸与设计是否相符，以保证铁芯的装配。

②用电桥测量绕组的直流电阻，以保证负载用电的需要。

③用眼睛观察绕组的各部分引线及绝缘是否完好，以保证可靠地使用。（10）绝缘处理3．铁芯的装配（1）铁芯装配的要求①铁芯要装得紧，不仅可防止铁芯从骨架中脱出，还能保证有足够的有效截面和避免绕组通电后因铁芯松动而产生杂音。②装配铁芯时不得划破或胀破骨架，误伤导线，造成绕组的断路或短路。③铁芯磁路中不应有气隙，各片开口处要衔接紧密，以减小铁芯磁阻。④要注意装配平整、美观。注意：装配铁芯前，应先进行硅钢片的检查和选择。（2）硅钢片的检查及挑选①检查硅钢片是否平整，冲压时是否留下毛刺②检查表面是否锈蚀③检查硅钢片表面绝缘是否良好，如有剥落，应重新涂刷绝缘漆。④检查硅钢片的含硅量是否满足要求。3．铁芯的装配（3）铁芯的插片1—线包；2—引出线；3—绝缘衬片；4、5—E形硅钢片嵌完铁芯后在铁芯螺孔中穿入螺栓固定即可。也可将铁皮剪成一定的形状，包套在铁芯外边用于固定。（4）抢片与错位现象②错位现象①抢片现象4．调整测试由于小型单相变压器比较简单，制成之后一般只进行外表调整和空载测试。（1）调整不通电，观察外表，查看铁芯是否紧密、整齐，有无松动等，绕组和绝缘层有无异常。发现问题及时调整。空载通电后，有无异常噪声，对铁芯不紧、铁片不够所造成的噪声进行夹紧整理。（2）测试①测量绝缘电阻。用兆欧表测量各绕组对地，各绕组间的绝缘电阻大于50M。②测量额定电压。在一次侧加额定电压，测量二次侧各个绕组的开路电压，与设计值相比，是否在允许范围内。二次侧高压绕组允许误差U≤±5%，二次侧低压绕组允许误差U≤±5%；中心抽头电压允许误差U≤±2%。科学严谨、精益求精

世界最大容量的白鹤滩电站首台500kV主变压器高压试验顺利通过。2021年1月14日凌晨，白鹤滩右岸电站15号500kV主变压器顺利通过安装完成后的高压电气试验，各项试验数据结果均优于国家标准，达到三峡集团精品标准，这也是白鹤滩电站首台500kV主变压器。主变压器是电能转换的核心设备，白鹤滩右岸电站25台500kV单相主变压器运输到现场后需重新安装和试验，安装质量决定着电能输送的安全可靠性。为高标准、高质量完成主变压器安装施工，三峡机电工程技术有限公司组织机电安装各相关单位开展主变压器安装技术攻关，优化了安装工艺流程，研究制定局部环境质量控制工装等，施工工期较原计划节省了45天。此次15号机主变压器顺利通过高压试验，质量达到精品标准，验证了现场安装工艺和质量控制措施，也为后续其他主变压器的安装积累了丰富的经验。【启示】该主变压器是三峡集团联合保定天威保变电气股份有限公司，为满足白鹤滩水电站16台100万kW水轮发电机组电能外送“量身定制”的，是目前世界单相变压器容量最大的升压变压器。同学们是不是为这个高标准、高质量的主变压器的安装工艺、试验标准和质量精度而感到惊叹和自豪呢？我们应该以此为标杆，学好变压器的结构与工作原理等相关知识与技能，安全谨慎、标准规范地完成变压器的空载、短路等试验，树立质量意识，培养科学严谨、精益求精等工匠精神。变

压

器坚持成就梦想！学习目标[知识目标]1．熟悉直流电机的结构。2．理解直流发电机和直流电动机的工作原理与可逆性。3．掌握直流电动机的工作特性与机械特性。4．掌握直流电机的感应电动势、电磁转矩与功率平衡方程式。5．掌握直流电动机的起动、调速、反转及制动的原理与方法。[能力目标]1．能熟练起动直流电动机。2．能熟练进行直流电动机的调速和制动。3．能完成直流电动机的一般维护。4．会通过试验测定并励直流电动机的工作特性与机械特性。[素质目标]1．严谨细致、精益求精、勇于创新的工匠精神。2．安全意识、环保意识和质量意识。3．分析问题、解决问题的能力及团队协作精神。内容导入

直流电动机由于其良好的调速性能和动力常应用于工业拖动控制系统中，如龙门刨床工作台的拖动、电力机车牵引和辅助压缩机驱动。牵引电机作为电力机车的重要部件之一，它安装在转向架上，通过齿轮与轮对相连；机车在牵引状态运行时，牵引电机将电能转换成机械能，通过轮对驱动机车运行，此时电机处于电动机状态；当机车在电气制动状态下运行时，牵引电机将机械能转化为电能，产生电制动力，此时电机处于发电机状态。

直流电动机在日常生活中也经常被使用，如玩具、电动剃须刀等。电动剃须刀是以剪切动作进行剃须的，对于旋转式电动剃须刀，当接通电源开关后，电动机高速旋转，带动刀架上的内刀片与网罩的刃口做无间隙的相对运动，将伸入网罩孔内的胡须切断，达到剃须的目的。电动剃须刀的电动机一般采用永磁式直流电动机，额定电压一般为1.5V或3V，转速为6000～8000r/min，对电动机的要求是运转平稳。在工业控制和日常生活中，不同的直流电机是如何工作的，什么样的工作特性与机械特性能保证直流电机稳定高效运行，其起动、调速、反转及制动的原理与方法为模块三重点学习的内容。学习导图1.直流发电机的工作原理把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向。）

直流发电机原理模型

在图所示瞬间，导体ab、cd的感应电动势方向分别由b指向a和由d指向c。这时电刷A呈正极性,电刷B呈负极性。

当线圈逆时针方向旋转180°时，这时导体cd位于N极下，导体ab位于S极下，各导体中电动势都分别改变了方向。直流发电机原理模型

直流发电机原理模型由图可知，和电刷A接触的导体永远位于N极下，同样，和电刷B接触的导体永远位于S极下。因此电刷A的极性总为正，而电刷B的极性总为负，在电刷两端可获得直流电动势。如果电枢上线圈数增多，并按照一定的规律把它们连接起来，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。实现了机械能到电能的转换。这就是直流发电机的工作原理。

直流电动机的原理模型2.直流电动机的工作原理导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。

当电枢转了180°后，导体cd转到N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷A流入，经导体cd、ab后，从电刷B流出。这时导体cd受力方向变为从右向左，导体ab受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。直流电动机的原理模型结论：电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体

ab和cd

流入，使线圈边只要处于N

极下，其中通过电流的方向总是由电刷A

流入的方向，而在S

极下时，总是从电刷

B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。实现电能向机械能的转变。这就是直流电动机的工作原理。直流电机的工作原理仅仅揭示了如何利用基本电磁规律以实现机电能量转换的道理，但是要将其付诸应用，直流电机必须具有能满足电磁和机械两方面要求的合理的结构型式。

小型直流电机的结构1.定子部分

直流电机定子部分主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置、端盖等组成。2.转子部分直流电机转子部分主要由电枢铁心和电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。

换向器的结构例如:1.铭牌铭牌钉在电机机座的外表面，其上标明电机主要额定数据及电机产品数据，供使用者使用时参考。铭牌数据主要包括：电机型号、电机额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、额定励磁电流、励磁方式等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编号、出厂日期等。2.直流电机的主要系列电机的产品型号表示电机的结构和使用特点，国产电机的型号一般采用大写的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，其格式为：第一部分用大写的汉语拼音表示产品代号，第二部分用阿拉伯数字表示设计序号，第三部分用阿拉伯数字表示机座代号，第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号。下面以Z2-92为例说明如下。

第一部分字符的含义如下:Z系列：一般用途直流电动机（如Z2，Z3，Z4等系列）。ZJ系列：精密机床用直流电动机。ZT系列：广调速直流电动机。ZQ系列：直流牵引电动机。ZH系列：船用直流电动机。ZA系列：防爆安全性直流电动机。ZKJ系列：挖掘机用直流电动机。ZZJ系列：冶金起重机用直流电动机。额定数据：电机额定功率PN：额定条件下电机所能供给的功率。对于电动机是指电动机轴上输出的额定机械功率；对于发电机是指电刷间输出的额定电功率。单位为kW。额定电压UN：额定条件下，电机出线端的平均电压。对于电动机是指输入额定电压，对于发电机是指输出额定电压。单位为V。额定电流IN：电机在额定电压情况下，运行于额定功率时对应的电流值。单位为A。额定转速nN：对应于额定电压、额定电流，电机运行于额定功率时对应的转速。单位为r/min。额定励磁电流IfN：对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流，单位为A。励磁方式：是指直流电机的励磁线圈与其电枢线圈的连接方式。直流电机励磁有并励、串励、复励等方式。额定状态：在电机运行时，若所有的物理量均与其额定值相同，则称电机运行于额定状态。欠载运行：若电机的运行电流小于额定电流，则称电机为欠载运行；过载运行：若电机的运行电流大于额定电流，则称电机为过载运行。直流电机在发电状态下运行，除需要原动机拖动外，还需要供给励磁绕组励磁电流。供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式，直流电机的励磁方式分为他励和自励两大类。以下是直流电动机的励磁方式。直流电机中除主极磁场外，当电枢绕组中有电流流过时，还将会产生电枢磁场。电枢磁场与主磁场的合成形成了电机中的气隙磁场，它是直接影响电枢电动势和电磁转矩大小的。要了解气隙磁场的情况，就要先分析清楚主磁场和电枢磁场的特性.定义：直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，且可以不计其影响的一种运行状态，此时电机无负载，即无功率输出。所以直流电机空载时的气隙磁场可以看作就是主磁场，即由励磁磁通势单独建立的磁场，此时的磁场称为空载磁场。直流电机空载时的磁场分布示意图1.直流电机的磁路2.空载时气隙磁磁通密度的分布图形如果不计铁磁材料中的磁压降，则在气隙中各处所消耗的磁通势均为励磁磁通势。在极靴下，气隙小，气隙中沿电枢表面上各点磁密较大；在极靴范围外，气隙增加很多，磁密显著减小，至两极间的几何中性线处磁密为零。直流电机空载磁场的磁密分布为一平顶波负载时的气隙磁场将由励磁磁通势和电枢磁通势共同作用所建立。1.电枢磁场假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴磁动势。定义:电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应。电刷在几何中性线上时的电枢磁场分布2．电枢反应从空载磁场和电枢磁场可知，空载磁场和电枢磁场轴线刚好正交，但在主磁极的前极尖处（电枢进入主磁极的极边）两磁场方向相同，而在后极尖处（电枢离开主磁极的极边）两磁场方向相反。因此，在前极尖处磁场被加强，而在后极尖处磁场被削弱，使气隙的磁场畸变，这就是电枢磁场对励磁磁场的影响，称为电枢反应。结论：（1）由于电枢反应，气隙磁场不再仅由励磁磁场建立，而是与电枢磁场共同作用而建立合成磁场，并发生畸变，主磁极的前极尖磁感应强度加强，后极尖的磁感应强度减弱。（2）合成磁场的物理中性线逆着旋转方向移动一个角度，但此时电刷轴线仍在几何中心线上，电流的分界线仍未变，但磁场的分界线（即物理中性线）移动之后，产生电动势的分界线也移动，不再像空载那样与几何中心线重合。（3）在几何中心线划分的极区范围内，当磁路为线性时，极轴两边的助磁效应恰与去磁效应相补偿，故合成磁场的磁通—有效磁通，仍与励磁磁通—主磁通Φ0相等，也就是说，电枢反应只引起磁场分布曲线畸变，而不改变有效磁通的大小。因此，当电机带负载而磁路不饱和时，电枢绕组产生的感应电动势仍与空载时相等。如果磁路是非线性的，则前极尖可能达到饱和，磁感应强度加强不多，出现去磁现象，合成磁通将比Φ0小，那么电枢绕组的感应电动势便有所下降。（4）由于合成磁感应强度波形是非线性的，所以电枢绕组中每个元件的感应电动势不等，造成换向片间电位差不等，增加换向困难。为了保证电机的正常换向，就必须使直轴电枢反应不能起增磁作用，从而要求在电机运行时，最好是将电刷由几何中心线移到物理中心线上，即作电动机运行时，可逆转动方向移一个合适的角度，作发电机运行时，则要顺时针移动一个合适角度。根据电磁定律可知，无论是直流发电机还是直流电动机，当其运行时，电枢绕组切割了磁场，就要产生感应电势，由于电枢绕组中又有电流通过（带负载），其与磁场的作用就会产生电磁转矩。1.直流电机的感应电动势直流电机无论作电动机运行还是作发电机运行，电枢绕组内都感应产生电动势,这个感应电动势是指一条支路的电动势。要计算支路电动势，可先求出每个元件电动势的平均值，然后乘上每条支路串联元件数，就可得出支路电动势。

式中：

p—极对数；

n—电枢转速；

N—电枢导体总数；

Φ

—每极磁通；

Ce为电动势常数。上式表明直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通和电机转速有关。

当电机制造好以后，与电机结构有关的常数Ce不再变化，因此电枢电动势仅与气隙磁通和转速有关，改变转速和磁通均可改变电枢电动势的大小。

根据电磁力定律，当电枢绕组中有电枢电流流过时，在磁场内将受到电磁力的作用，该力与电机电枢铁心半径之积为电磁转矩。

式中CT

为转矩常数，仅与电机结构有关。从Ce与CT

的表达式可以看出CT=9.55Ce。

由Tem=CTΦIa可看出，制造好的直流电机其电磁转矩仅与电枢电流和气隙磁通成正比。

3.3.2直流电机的电磁转矩一根导体在磁场中所受的电磁力为：fav=Bavlia每根导体的电磁转矩为：总的电磁转矩为额定功率P。指在额定条件下电机所供给的功率。对直流发电机而言，是指发电机带额定负载时，电刷端输出的功率，即：对直流电动机的额定功率为输出机械功率，其值为输入电功率乘以效率。3.3.3直流电机的功率电机是进行能量转换的装置，因而功率关系是电机运行中最基本的关系。电机在运行过程中，存在输入功率、输出功率和各种损耗，它们之间应满足能量守恒定律。在进行能量转换的过程中，电机内部产生各种损耗，其能量转换为热能使电机发热。3.3.3直流电机的功率1．电机的损耗（1）铜损耗PCu。铜损耗包括电枢绕组、励磁绕组、换向极绕组、补偿绕组的铜损耗和电刷与换向器接触电阻产生的损耗。铜损耗的大小与电流、绕组电阻及电刷的接触电阻有关。铜损耗将引起绕组及换向器发热。铜损耗与电流二次方成正比，随着电机的负载变化，称为可变损耗。（2）机械损耗Pmec。机械损耗是指电机旋转时，转动部分与静止部分以及周围空气摩擦所引起的损耗，主要有轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗、电枢与周围空气的摩擦损耗等，其大小和电机转速有关。机械损耗将引起轴承和换向器发热。1．电机的损耗（3）铁损耗PFe。交变磁通在铁芯中产生的磁滞和涡流损耗称为铁损耗。电枢铁芯在静止的磁场中旋转，通过铁芯中的磁通为交变磁通，产生铁损耗；电枢旋转时，电枢槽口引起主磁极表面磁通脉动，在极靴表面产生铁损耗。铁损耗大小与电机的转速、磁感应强度及铁芯冲片的厚度、材料有关。铁损耗将引起铁芯发热。PFe和Pmec在电机空载时就存在，称为空载损耗P0，表示为

P0=PFe+Pmec

空载损耗P0与电机的负载无关，也称为不变损耗。（4）附加损耗Pad。除了上述各种损耗之外，电机还存在附加损耗。附加损耗很难精确计算，一般估计为电机输出功率的0.5%～1%，即Pad=(0.5%～1%)P2。3.3.3直流电机的功率3.3.3直流电机的功率电机的总损耗ΣP

:3.3.3直流电机的功率2．电磁功率通过电磁作用传递的功率称为电磁功率，用Pem表示。电磁功率既可以看成是机械功率，又可以看成是电功率。从机械功率的角度看Pem，它是电磁转矩Tem和旋转角速度Ω

的乘积，即Pem=TemΩ。从电功率角度看Pem，它是电枢电势Ea和电枢电流Ia的乘积，即Pem=EaIa。根据能量守恒定律，两者相等，即Pem=Tem

=EaIa。3.3.3直流电机的功率