项目五 任务2三相笼型异步电动机自耦变压器降压启动

项目五：电镀行车电动机的起动控制三相异步电动机的软起动623三相笼型异步电动机的Y/△降压起动三相笼型异步电动机的自耦变压器降压起动4三相绕线转子异步电动机的起动控制1三相笼型异步电动机的起动控制方案电镀行车电动机的起动控制电路设计5变压器是根据电磁感应原理，将某一等级的交流电压和电流转换成同频率另一等级的交流电压和电流的静止电气设备。一、变压器简介变压器具有变换电压、变换电流和变换阻抗的功能。1）按用途分：2）按相数分:电力变压器、特殊变压器、仪用互感器、（高压）试验用变压器、控制变压器及调压器。3）按每相绕组的个数分：4）按冷却方式分:双绕组、三绕组、多绕组和自耦变压器。5）按结构形式分:干式、油浸式。心式、壳式。单相变压器、三相变压器、多相变压器。1.变压器的分类一次绕组（原绕组/原边）：接电源，用下标1标注其参数。二次绕组（副绕组/副边）：接负载，用下标2标注其参数。实际上，一、二次绕组并非绕在两个不同的铁心柱上，而是同心地绕在同一铁心柱上。通常低压绕组在内，高压绕组在外。大容量变压器一般还配备有专门的散热装置。2.变压器的基本结构在一个闭合的铁心磁路上，套两个相互独立、彼此绝缘的绕组，就构成了单相变压器。高、低压绕组之间，低压绕组与铁心柱之间都必须留有一定的绝缘间隙和散热通道(油道)，并用绝缘纸板筒隔开。安培定则也叫右手螺旋定则，是表示电流和电流所激发出的磁场的磁感线方向之间关系的定则。复习：安培定则通电直导线中的安培定则（安培定则一）：右手握住通电直导线，大拇指指电流方向，四指的指向就是磁感线的环绕方向。通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：右手握住通电螺线管，四指弯曲与电流方向一致，大拇指所指的那一端就是通电螺线管的N极。根据电磁感应原理，一、二次绕组中将分别感应出交变电动势。若在二次绕组两端接上负载，便会有交流电流过二次绕组。一次绕组接上交流电源，就会在铁心中生成同时交链一、二次绕组的交变磁通。一次绕组和二次绕组之间只有磁的耦合，没有电的联系！3.变压器的基本工作原理右手螺旋定则空载时，铁心中的主磁通Φ由原边绕组的磁通势产生。有载时，铁心中的主磁通Φ由原、副边绕组的磁通势共同产生。3.变压器的基本工作原理4.单相变压器的电压变换一次侧电路U1=-E1+(R1

+

jX1)I1=-E1+Z1I1R1、X1、Z1：一次绕组电阻、漏电抗和漏阻抗。U1≈-E1单相变压器电路图E1=-j4.44N1fΦm忽略Z1，则：二次侧电路E2=

-j4.44N2fΦm

U2=E2-(R2

+

jX2)I2U2≈E2忽略Z2，则：一、二次绕组的电压比≈U1U2=kE1E2=N1N2结论：改变变压器的变比k，就可改变输出电压u2。k是一、二次绕组的匝数比，称为变压器的变比。=E2-Z2I2S9型配电变压器（10kV）特种变压器5.变压器产品实物图展示干式变压器壳式变压器电力变压器自耦变压器二、电力变压器电力变压器：

在供、输、配电系统中，升高或降低电压的变压器。当电流通过用电设备（电阻）后，其设备两端产生的电位差（电势差）称为电压降：U降=IR。电流通过电阻就会有能量损失，根据能量守恒定律，这部分损失的能量一定会以其他能量的形式释放出来，如发光、发热、发声或者是机械能，普通的电阻只会发热。电阻的热功率公式为：P=I2R。

导线是有电阻的，输电线路在输送电能时既会有电压降，又会有功率损耗。当导线的电阻（R=ρl/S）一定时，输电线路上的电压降和功率损耗由输电电流I决定。发电站一般远离用电区，而发电机发出的交流电往往是10.5kV和18kV，达不到高压输电要求。若直接向用户送电，输电线路上的电压降和功率损耗都很大，不但不经济，甚至无法将电能送出。升压变压器发电站远距离输送用户降压变压器用电区超高压电我国规定高压输电线路电压为110kV、220kV、330kV和500kV等。输电电压U的高低与输电距离l和输电功率S有关。输电距离越远，输电功率越大，要求的输电电压越高。三相变压器的输出容量（视在功率）为：输电功率S相同的情况下，电压U越高，输电电流I就越小，输电线路上的电压降U降和功率损耗P就越小。输电电流I小，还可以减小输电线的截面积S，节省材料，达到减小投资和降低运行费用的目的。在高压输电的用户侧，一定要把电压降低之后再提供给用户。二、电力变压器1.电力变压器的基本结构三相油浸式电力变压器基本结构图电力系统中应用最广泛的是油浸式电力变压器。1-信号式温度计2-吸湿器3-储油柜4-油表5-安全气道6-气体继电器7-高压套管8-低压套管9-分接开关10-油箱11-铁心12-线圈13-放油阀门1）铁心12341432奇数层偶数层形成闭合磁路，也是固定绕组及其他部件的骨架由铁心柱和磁轭两部分组成，大多采用厚度为0.35mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。主要由铁心、绕组、绝缘套管、油箱及附件等组成。2）绕组变压器的电路部分用绝缘圆导线或扁导线绕成，有铜导线和铝导线两种。根据工作电压的高低，分为高压绕组和低压绕组。3）绝缘套管绝缘套管是绕组的引出装置，装在变压器的油箱上，以实现带电的绕组引出线与接地的油箱之间的绝缘。1.电力变压器的基本结构4）油箱装在油箱和储油柜的连通管里。变压器内部故障时绝缘物产生气体，使气体继电器动作，发故障信号或切除变压器电源。铁心和绕组浸泡在变压器油中，不与空气接触，避免被潮湿侵蚀。同时，变压器油的对流能够将变压器工作中铁心和绕组产生的热量经油箱和油箱上的散热管散发出去，降低了变压器的温升。安装在油箱上方的圆筒形的容器，经连通管与油箱相连。变压器的器身（铁心与绕组）安装在装有变压器油的油箱内，变压器油起绝缘和冷却作用。5）储油柜（油枕）柜内油面高度随变压器油的热胀冷缩而变化，因为柜内油与空气接触面积小，降低了变压器油的受潮和老化速度，确保了变压器油的绝缘性能。6）气体继电器采用高强度钢板焊接而成1.电力变压器的基本结构2.心式变压器与壳式变压器

心式变压器

壳式变压器2.心式变压器与壳式变压器

心式变压器结构简单，绕组的装配和绝缘工艺都比较简单。壳式变压器特种变压器。高、低压绕组套在同一铁心柱上，低压在内，高压在外。铁心接地，电位为0，低压绕组在内，易于与铁心绝缘。易于加强对绕组的机械支撑，绕组能承受较大的电磁力，适于通过大电流。国产电力变压器。特点：应用：机械强度高，制造工艺复杂，所用材料较多。绕组大部分被铁心包围，高压绕组也靠近铁心柱，绝缘处理较困难。特点：应用：11221.额定容量SN

视在功率，是变压器在额定工作条件下输出能力的保证值。额定值标注在变压器油箱表面的铭牌上，是正确、合理、经济地使用变压器的依据。

单相变压器：

三相变压器：三、变压器的铭牌与额定值

N=（P2N/P1N）×100%2.额定效率

N变压器的输出与输入额定有功功率之比，用百分数表示。3.额定电压U1N/U2N

4.额定电流I1N/I2N

指在U1N作用下，一、二次绕组在允许发热条件下工作时，允许长期通过的最大电流值。※三相变压器的额定电压和额定电流是指线电压和线电流。U1N是指保证变压器一次绕组正常工作的电压值。U2N指一次绕组加额定电压，并且分接开关置于额定分接头处时，二次绕组的空载电压值。即：当U1=U1N时，U20=U2N。5.额定频率f1

我国规定的标准工业用电频率为50Hz。1.自耦变压器的基本结构自耦变压器的一、二次绕组共用一个绕组，通电工作时绕组之间不仅有磁的耦合，而且有电的直接联系。三相自耦变压器结构示意图和电路原理图环形铁心单相自耦调压器原理图降压自耦变压器原理图三相自耦变压器常用作较大容量三相异步电动机的减压起动设备；自耦调压器常在实验室中作调压设备。四、自耦变压器2.自耦变压器的工作原理1）电压关系≈U1U2E1E2=N1N2=k忽略漏阻抗，则：外加电压U1一定，改变绕组的匝数N2（降压变）或N1（升压变），就能改变自耦变压器的变比k，从而达到调节输出电压U2的目的。2）电流关系注意：I1与

I2

相位相反。I1I2N2N1≈1k=I=

I1＋I2

公共绕组的电流：降压变压器中，I1<I2。

升压变压器中，I1>I2。降压变升压变3.自耦变压器的特点

SN一定时，变比k越接近1，感应功率的值越小，传递功率所占比例越大，经济效果越显著，所以自耦变压器常用于变比k<2的场合。②一次绕组从电源吸收的功率，由电路直接传送到负载，称为传递功率。自耦变压器提供给负载的视在功率，包括感应功率和传递功率两部分。传递功率的存在，使自耦变压器比相同容量的双绕组变压器的结构尺寸更小、材料更省、损耗更少、效率更高。①由电磁感应产生并传送到负载，称为电磁功率或感应功率。因为自耦变压器的一次侧和二次侧之间有电的直接联系，所以一次侧的电气故障会波及到二次侧，也可能会把高电压引入低压绕组。为确保使用安全，自耦变压器必须正确接线，外壳必须接地，用在低压侧的电气设备都应设置高压保护和短路保护。注意事项：五、仪用变压器仪用互感器分为电流互感器和电压互感器。1）仪用互感器能够使测量回路与被测回路隔离，保证工作的安全可靠，特别在继电保护测量系统中应用广泛。使用仪用互感器的好处：2）使用仪用互感器时，用普通量程的电压表和电流表就能够测量高电压和大电流。仪用互感器比直接测量高电压、大电流电路时所用的仪表、继电器规格小得多，便于制造，也大大减小了测量仪表的备用容量。仪用变压器又称仪用互感器，是利用变压器既可变压又可变流的原理，制造出来的专供测量用的变压器。1.电压互感器

国产电压互感器的额定电压等级一次绕组与被测电路并联，输入电压是U1。二次绕组与阻抗很大的仪表线圈串联，二次侧电流近似为0，输出电压是U2。二次侧电压通常设计为U2N=100V，一次侧电压U1N选用与被测电路额定电压相同的电压等级，如：3kV、6kV、10kV等。

U1U2≈N1N2=ku因为N1很大、N2很小，所以ku总是远大于1，即：电压互感器能将高电压转换成低电压来测量。电压互感器实际上是空载运行的降压变压器。ku是电压互感器的电压比。电压互感器原理图②铁心和二次绕组的一端必须牢固接地，防止一次高压绕组绝缘损坏时，高电压传到铁心和二次绕组而使操作人员触电。①二次绕组禁止短路，防止短路电流损坏电压互感器。③电压互感器有一定的额定容量，使用时二次侧不宜接过多的仪表，否则将影响互感器测量的准确度。即：应在电压互感器二次侧电路中串联熔断器作短路保护。电压互感器的使用注意事项电压互感器实物照2.电流互感器电流互感器实质上是短路运行的升压变压器。一次绕组与被测电路串联，流过的电流I1就是被测电流；二次绕组与电流表或仪表的电流线圈构成闭合回路，流过的电流是I2。电流互感器的额定电流等级由于二次绕组所接仪表的阻抗很小，所以二次绕组工作在接近短路的状态。因为N1很小、N2很大，所以ki总是远大于1，即：电流互感器能将大电流转换成小电流来测量。ki是电流互感器的电流比。I1I2=N2N1=ki

忽略励磁电流，则有：二次侧额定电流设计为I2N=5A，I1N有100A、500A、2000A等多个等级。电流互感器原理图①电流互感器运行时二次绕组绝不许开路。若二次绕组开路，则电流互感器成为空载运行状态，此时一次绕组中流过的大电流全部成为励磁电流，铁心中的磁通密度猛增，磁路严重饱和。一方面会使铁心过热而烧坏绕组绝缘，另一方面，因二次绕组匝数很多，将感应出很高的电压，可能使绝缘击穿，危及仪表及操作人员的安全。因此，电流互感器的二次绕组电路中绝不允许装熔断器。在运行中若要拆下电流表，应先将二次绕组短路后再拆除。②电流互感器的铁心和二次绕组的一端必须可靠接地，以免绝缘损坏时，高压侧电压传到低压侧而危及人身及仪表安全。③电流表内阻抗应很小，否则将影响测量精度。电流互感器的使用注意事项六、自耦变压器减压起动电网电压加在自耦变压器一次绕组上，自耦变压器二次绕组的电压加在电动机定子绕组上，电动机在低压下起动。自耦变压器被切除，电网电压直接加在电动机定子绕组上，电动机全压运行。自耦变减压起动原理图起动时，双投开关Q投向起动侧。自耦变减压起动等效电路起动时，电动机定子绕组串入降压自耦变压器，定子绕组电压为自耦变压器的二次侧电压。起动完成，切除自耦变压器，定子绕组加上额定电压，电动机全压运行。起动结束，双投开关Q投向运行侧。自耦变压器减压起动的参数关系自耦变压器的变比k﹥1。1）在限制起动电流相同的情况下，自耦变压器减压起动比串电阻减压起动获得的起动转矩要大。线路复杂，设备价格较高、体积较大，不允许频繁起动。起动电压降为直接起动时的（1/