第3次课 变压器与交流电机

日期：2013/04/21制作人：电工基础课程组單位：

成都工业学院电气系課程名稱:电工基础課程大綱:(計3學時)1.变压器的定义、分类、结构

、型号、额定值

25min2.变压器的工作原理

40min3.电动机的分类、结构、型号、额定值

30min4.三相交流电动机的工作原理

40min第3次课变压器与交流电动机一、变压的定义：

变压器是一种静止的电气设备

通过线圈间的电磁感应将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。

现代大型的水力发电站，都建在峡谷地区而远离工业中心城市。同样，大型火力发电厂，为了提高经济效益和保护城市环境，也建在煤矿附近。3.1变压器二、变压器的应用：1.在输电方面：电压越高-电流越小-线路损耗越小，电线越细（输电电压110、220或500kV），（发电机受绝缘结构的制约，所发出的电压不太高，约10.5KV左右）。2.在用电方面：利用变压器把输电线路上的高压降低到配电电压（0.22、0.38、3.0、6.0或10[kV]），供用户使用。3.在电子线路中：用于实现信号的传递和阻抗匹配。同时，在电焊、整流、测量等方面有专用变压器。三、变压器的分类：按用途分：按绕组数分：按相数分：按容量大小分：按调压方式分：按冷却方式分：电力变压器、特种变压器。单绕组(自耦)、双绕组、三绕组变压器。单相变压器、三相变压器。无励磁调压变压器、有载调压变压器。干式、油浸式、充气式变压器。小型(630kVA以下)、中型(800~6300kVA)、大型(8000~63000kVA)、特大型(90000以上)。

四、变压器的基本结构外形图：连接发电机与电网的升压变压器变压器的器身:即铁心与绕组装配。调压器（自耦变压器）几种小型特殊变压器五、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1、铁心

（1）材料：

用导磁性能好、铁损耗小的0.35或0.5mm厚表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。铁心是变压器的主磁路。

（2）结构：心式：绕组包围铁心电力变压器壳式：铁心包围绕组电源变压器交错叠装冷轧硅钢片斜角接缝叠装

（3）叠装方法：作用：变压器的电路。2、绕组三相绕组接法:星形、三角形高压绕组绕组和铁心的装配示意图材料：用绝缘铜线或铝线绕制而成。

匝数多导线细低压绕组匝数少导线粗1、型号表示变压器的结构、容量、电压等级、冷却方式等信息。“-”前表示：结构信息，见下页表所示；“-”后表示：额定容量/高压额定值。

六、变压器的型号和额定值：电力变压器分类及代表符号2、额定值（1）额定容量SN（kVA）：额定运行时所能输出的视在功率。（2）额定电压U1N/U2N（kV）U1N是一次侧所加的额定电压;U2N是在加U1N时二次侧的开路电压。（3）额定电流I1N/I2N（A）：在额定容量下允许长期通过的电流。

三相变压器额定电压指线电压额定电流指线电流（4）额定频率：fN

=

50HZ单相：SN=U1NI1N=U2NI2N三相：

例1、

一台三相电力变压器，SN＝3150kVA，U1N/U2N=35/6.3kV,星形/三角形联接。

试求：（1）一、二次额定电流，（2）一次额定相电压，二次额定相电流。解：

1.变压器基本工作原理是基于电磁感应定律变压器可以把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。一、二次绕组之间虽然没有电的直接联系，却有磁的耦合。变压器能够把一次侧交流电能传递到二次侧是通过磁耦合实现的；能够改变电压是通过一、二次绕组具有不同的匝数来实现的。总结三相：三相变压器的额定电压和额定电流是指线电压和线电流。单相：2．变压器可按用途、绕组数、相数、调压方式、冷却方式、

容量大小进行分类。3．变压器最基本的结构部件是铁心和绕组。铁心是磁路，绕组是电路。4．变压器额定值：额定容量、额定电压、额定电流和额定频率。七、变压器的工作原理：什么是变压器负载运行？什么是变压器的空载运行？uu~Z2Z2s一次侧接电源二次侧负载开路

一次侧接电源二次侧接负载1、变压器的空载运行：

一次绕组接交流电网，二次绕组开路，不带负载，即

i2=0有效值有效值电动势的大小与匝数、频率、主磁通成正比变压比

k

的定义是：一、二次绕组的主电动势之比，即

2、变压原理：注意：三相变压器的变比等于一、二次绕组额定相电压之比。变压比等于一、二次绕组匝数比，近似等于一、二次额定电压比。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。233、变压器的负载运行：

一次绕组接交流电网，二次绕组接上负载（用电设备）。m11144.4F=»fNEUm22244.4F==fNEU根据能量守恒定律：U1I1=U2I2变流原理：一次、二次侧电流与匝数成反比。4.变压器的阻抗变换原理：由图可知：结论：电压比为K的变压器,可将二次绕组的负载阻抗变换为对于电源而言扩大K2倍的等效阻抗,具有变换阻抗的作用。

+–+–+–

例2：某收音机输出阻抗为为360Ω现欲推动8Ω的扬声器，如果使扬声器获得最大功率，问，需要在扬声器和收音机之间接入多大变压比的变压器？如果变压器的一次侧绕组为230匝，二次侧绕组的匝数为多少？

解：+–+–空载运行结论：负载运行结论：变电流作用变电压作用变阻抗作用或总

结5、变压器的损耗与效率(

)变压器的损耗包括两部分：（1）铜损(

PCu)：绕组导线电阻的损耗。+–+–涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的

感应电流(涡流)造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，

造成的损耗。（2）铁损(

PFe)对于一个人工磁体而言，其磁场的建立依赖于外部电场。如果外部电场是交变的，对应的磁场也要跟着变化。可是当磁场的极性变化时，磁体内部的分子要重新排列，这就要消耗一些能量，该能量称为磁滞损耗。

据麦克斯韦电磁理论可知，闭合导体周围会产生变化的磁场，变化磁场周围也会产生变化的电场。

电涡流造成危害的实例,提出:①单芯电缆不得穿金属管敷设.也不得单独敷设于封闭式金属桥架内或紧贴大的金属体敷设,以避免产生电涡流烧毁电缆,引起火灾.②三相负荷应尽量平衡,以降低因负荷不平衡产生的电涡流引起的金属外护套的温升.

为减少涡流损耗，铁心一般由电阻率较高的导磁硅钢片叠成。涡流的利用：变压器的效率为：一般

95%,负载为额定负载的(50~75)%时，

最大。输入功率输出功率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、复励电动机一、电动机的分类、结构：控制用电动机：司服电动机、步进电动机3.2电动机1、电动机的分类：定子铁芯及定子绕组定子端盖及轴承端盖及轴承转子转子铁芯及转子绕组接线盒机壳及底座2、三相异步电动机的结构：（1）定子铁芯与定子绕组：定子铁芯：定子三相绕组：匝数相同空间排列互差1200由内周有槽的硅钢片叠成。定子铁芯定子绕组AXBYCZ首端末端XAYBCZ（2）转子：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。转子绕组：鼠笼式转子2)绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式根据转子的不同，交流异步电动机分为：（3）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。转动的必要条件：★空间旋转磁场★可转动闭合线圈二、三相异步电动机的工作原理：1、三相异步电动机的工作原理分析：对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场(磁场能量)磁场绕组切割转子绕组转子绕组中产生e和i转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子旋转起来机械负载旋转起来三相交流电能输出机械能量上一页下一页返回上一节下一节定子三相绕组通入

三相交流电(星形联接)AXBYCZ2、旋转磁场的产生：oo规定

i:“+”首端流入，尾端流出。

i:“–”尾端流入，首端流出。

AYCBZX(•)电流出(

)电流入

tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°600o分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°3、旋转磁场的旋转方向：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。电动机正转电动机反转电源~UVWM3~UVW电源~M3~电动机正反转电路图4、旋转磁场的极对数P：（1）当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：o

tAXBYCZAXYCBZC'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC×●×●×●×●同理：若定子每相绕组由n个线圈串联,

则形成n对磁极的旋转磁场。P=n（2）若定子每相绕组由两个线圈串联

，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。5、旋转磁场的转速：旋转磁场的转速取决于磁场的极对数6、旋转磁场转速n0与极对数p

的关系：旋转磁场转速

n0与频率

f1

和极对数

p

有关。可见:极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速

n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即：如果:无转子电动势和转子电流转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导体无转矩8、转差率：

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。7、“异步的含义”：异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得：转差率S

：例3：一台三相异步电动机，其额定转速

n

=

975r/min，电源频率

f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0

=

1000r/min,即p

=3额定转差率为：9、三相异步电动机的电磁关系与变压器比较：（1）变压器原、副绕组是与同一主磁通

相交链，异步电动机中定子和转子绕组与同一旋转磁通

相交链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原、副绕组。（2）变压器：

变化

e

U1

E1=4.44fN1

异步机：

旋转

e

U1

E1=

4.44fN1

（3）变压器：I2

增大

I1增大，以保持

基本不变，

以达到传递能量的目的。

异步机：当负载增加时，转子电流I2

增大

I1增大，

以保持

基本不变，以达到传递能量的目的。

10、三相异步电动机与变压器的不同之处：（1）变压器是静止的。

而异步机是旋转的。（2）变压器的磁路是无气隙的。

而异步机中的定子和转子之间是有不大的气隙。（3）变压器中原、副绕组的感应电动势是同频率的。

而异步机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的。三、三相交流异步电动机的铭牌数据、技术数据：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V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联接W1U1V1W2U2V2联接3、

额定电压：例如：380/220V、Y/是指线电压为380V时采用Y联接；