第4章变压器和异步电动机

第4章变压器和异步电动机4.1互感与变压器4.2三相异步电动机4.3单相异步电动机4.1互感与变压器

本节我们学习互感电路同名端、互感系数以及耦合系数的测定方法;通过单相变压器绕组及同名端的判别巩固直流法和交流法的测试方法;通过完成一个小型单相电源变压器的设计和制作,来了解磁路的基本理论和应用;通过三相变压器绕组的判定掌握三相变压器绕组同名端的判别。

实训项目19互感电路的测量

一、实训目的(1)初步学习互感电路同名端、互感系数以及耦合系数的测定方法。(2)理解两个线圈相对位置的改变,以及用不同材料做线圈铁心时对互感的影响。(3)对比利用直流法和交流法判断同名端的不同之处,熟练掌握直流电流表、交流电流表的使用。

二、原理说明两个存在耦合的线圈,当一个线圈通有变化的电流时,在另一个线圈会感应电压,其大小为

(19-1)若施加正弦交流电流,则有

(19-2)其中M为互感系数,简称互感。互感的大小与线圈的物理结构、匝数、相对位置以及介质材料有关。

感应电压的极性决定于两个线圈的绕向。可以用同名端的标记“*”或“·”来识别。同名端的意义是:当两个端口的电流同时从同名端流入或流出时,两电流产生的磁通互相增强。

1.判断互感线圈同名端的方法

1)直流法如图19.1所示,在开关S闭合瞬间,若毫安表的指针正偏,则可断定“1”、“3”为同名端;指针反偏,则“1”、“4”为同名端。图19.1直流法判断线圈同名端电路原理图

2)交流法如图19.2所示,将两个线圈N1和N2的任意两端(如2、4端)连在一起,在其中的一个线圈(如N1)两端加一个低压交流电压,另一线圈开路(如N2),用交流电压表分别测出端电压U13、U12和U34。若U13是两个绕组端电压之差,即U13=±(U12-U34),则1、3是同名端;若U13是两绕组端电压之和,即U13=U12+U34,则1、4是同名端。图19.2交流法判断线圈同名端电路原理图

2.两线圈互感系数M的测定如图19.2所示，在线圈N1侧施加低压交流电压U1,测出I1及U2,根据互感电势E2M≈U20=ωMI1,可算得互感系数为(19-3)

3.耦合系数K的测定两个互感线圈耦合松紧的程度可用耦合系数K来表示,即

(19-4)如图19.2所示,先在N1侧加低压交流电压U1,测出N2侧开路时的电流I1,然后再在N2侧加电压U2,测出N1侧开路时的电流I2,求出各自的自感L1和L2,即可算得K值。

三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)直流稳压电源一台(3)互感线圈、铁心、铝棒各一个(4)数字万用表一个(5)可调电阻一卷(6)直流伏特表、直流毫安表(2mA

量程)、直流电流表(5A量程) 各一个(7)交流伏特表、交流电流表(2.5A量程)各一个(8)自耦调压器一台(9)发光二极管一个(10)510Ω电阻一个(11)小开关一个(12)导线

若干

四、实训内容和步骤(1)分别用直流法和交流法测定互感线圈的同名端。①直流法。实训线路如图19.3所示,将N1、N2同心式套在一起,并放入铁心,N1侧串入5A量程直流电流表,U为可调直流稳压电源,调至6V,然后改变可调电阻R(由大到小地调节),使流过N1侧的电流不超过0.4A,N2侧直接接入2mA量程的毫安表。将铁心迅速地拔出和插入,相当于原理说明中开关S断开和闭合瞬间,观察毫安表正、负读数的变化,来判定N1和N2两个线圈的同名端。图19.3直流法判断线圈同名端电路接线图

②交流法。按图19.4接线,将N1、N2同心式套在一起,2、4端相连。N1侧串接电流表(选0～2.5A[JP]的量程交流电流表),接至自耦调压器的输出端,N2侧开路,并在两线圈中插入铁心。

接通电源前,应首先检查自耦变压器是否调至零位,确认后方可接通交流电源,令自耦调压器输出一个很低的电压(约2V左右),使流过电流表的电流小于1.5A，然后用0～30V量程的交流电压表测量U13、U12、U34,判定同名端。拆去2、4连线,将2、3相连。

重复上述步骤,判断同名端。

图19.4交流法判断线圈同名端电路接线图

(2)自感系数M的测定。拆除2、3连线,测量U1、I1、U2,根据公式(19-1)计算出M。(3)耦合系数K的测定。在N1侧加低压交流电压U1,测出N2侧开路时的电流I1,使流过N1的电流不超过1.4A,则|Z1|=U1／I1。

然后再在N2侧加电压U2,测出N1侧开路时的电流I2,使流过N2的电流不超过1A,则|Z2|=U2／I2。

用万用表的R×1挡分别测出N1和N2线圈的电阻值R1和R2,可得各自的自感L1及L2,带入公式(19-2),即可计算得K值。(4)观察互感现象。如图19.4所示,将低压交流电压加在N1侧,N2侧接入LED发光二极管与510Ω的电阻串联的支路。①将铁心慢慢地从两线圈中抽出和插入,观察LED亮度的变化及各电表读数的变化,记录现象。②改变两线圈的相对位置,观察LED亮度的变化及仪表读数的变化,记录现象。③

改用铝棒替代铁棒,重复步骤①、

②,观察LED的亮度变化,记录现象。

五、注意事项(1)整个实训过程中,流过互感电路原边线圈的电流不得超过1.5A,流过副边线圈的电流不得超过1A。(2)实训过程中,应将小线圈套在大线圈中,并插入铁心。(3)在做交流实训前,首先要确保自耦调压器置零,再慢慢地调节。因实训所加电压只有3V左右,因此要边调节边注意观察电流表的读数不要超量程。

六、分析思考(1)实训原理中,直流法判定同名端,可否根据开关S断开瞬间毫安表的指针正反偏来判定同名端？(2)实训步骤中用直流法判断同名端是用插、拔铁心时观察电流表的正、负读数变化来确定的,这与实训原理中所描述的是否一致？

实训项目20单相变压器高、低压绕组及同名端的测量

一、实训目的(1)了解变压器的用途、结构及工作原理。(2)学习单相变压器高、低压绕组的判别方法。(3)学会变压器同名端的测量方法。

二、原理说明1.变压器的用途、结构变压器是按照电磁感应原理,将某个幅值的交变电压变为同频率的另一个幅值的交变电压的设备。通过变压器可实现电压变换、电流变换、阻抗变换等功能。使用电能时,降低电压,可减小绝缘等级及保障人身安全。在电信系统和电子线路中,变压器可用来传递交流信号和实现阻抗匹配。变压器主要由铁心和绕组两个基本部分组成,其结构示意图和图形符号如图20.1所示。变压器常用的铁心材料有硅钢、坡莫合金、铁氧体等,所用的绕组通常用绝缘的铜线或铝线绕制。变压器中接收电压等级较高一侧的绕组叫做高压绕组,接收较低电压一侧的绕组叫做低压绕组。

图20.1变压器的结构示意图和图形符号(a)结构示意图;(b)图形符号

2.变压器的高、低压绕组

由于变压器原、副边电压比等于匝数比,因此可以通过测量原、副边绕组的电阻来判别高、低压绕组。例如一个小型实验变压器,原、副边电压为220V、6V,根据N1／N2=U1／U2,则原边匝数一定高于副边匝数,原边电阻一定大于副边电阻。故电阻大的一侧为高压侧,

电阻低的一侧为低压侧。

3.变压器的同名端变压器主磁通Ф在绕组中产生的感应电动势是交变的,本没有固定的极性。这里要讲的极性,是指原副两绕组的相对极性。即在某一瞬间当原绕组的某一端电位为正时,副绕组也必然有一个电位为正的对应端,这两个对应端就叫做同极性端,或者叫做同名端。通常在同极性端旁标注以相同的符号,如“*”或“·”。当电流从两个绕组的同极性端流入(或流出)时,产生的磁通的方向相同;或者当磁通变化(增大或减小)时,在同极性端感应电动势的极性也相同。在图20.2(a)、(b)中，用“·”标出了绕组的同极性端。比较两图可见,同极性端与绕组的绕向有关。图20.2(a)中副绕组的同极性端为1,3;图(b)中副绕组的同极性端为1,4。

但是,已经制成的变压器或电机、电器,由于经过浸漆或其它工艺处理,从外观已无法辨认两线圈的具体绕向,同极性也就无法看出,这就要用实训方法来测定同极性端了。通常采用下面两种实训方法。

图20.2变压器的同极性端(a)绕法1;(b)绕法2(1)交流法测绕组极性。用交流法测定绕组极性的电路如图20.3(a)所示。将两个绕组1-2和3-4的任意两端(如2和4)连接在一起,在其中一个绕组(如1和2)的两端加一个比较低的便于测量的电压。用伏特表分别测量1、3两端的电压U13和两绕组的电压U12及U34。如果U13的数值是两绕组电压之差,则1和3是同极性端。如果U13是两绕组电压之和,则1和4是同极性端。(2)直流法测绕组极性。用直流法测定绕组极性的电路如图20.3(b)所示。在开关S闭合瞬间,如果毫安表的指针正向偏转,则1和3是同极性端;反向偏转时,则1和4是同极性端。图20.3测定变压器绕组的极性(a)交流法; (b)直流法

三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)单相变压器一个(3)自耦变压器一台(4)数字万用表一个(5)导线一卷(6)螺丝刀、剥线钳、尖嘴钳各一把

以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。

四、实训内容和步骤

(1)用万用表电阻挡测出给定变压器两边绕组的电阻值,并指出哪端是高压侧,哪端是低压侧,结果填入表20-1中。

表20-1变压器电阻测量

(2)交流法测单相变压器同名端。为安全起见,利用自耦调压器供给30V交流电(以万用表交流挡测出结果为准),加于单相变压器一个绕组的两端,按交流法找出单相变压器的同名端,填入表20-2中。(3)直流法测单相变压器同名端。按直流法测同名端,并用交流法结果加以验证。

表20-2同名端的判定

五、注意事项(1)选择直流法时,用万用表直流毫安挡测量,注意避免反偏电流过大时损坏指针,故最好先选择直流毫安最大挡,再逐步减小。(2)选择直流法时,观察开关闭合瞬间指针偏转情况,因为在开关闭合以后,直流电产生了恒定磁通,副绕组没有感应电动势产生,也就没有感应电流通过毫安表。

六、分析思考(1)图20.4所示的变压器,共可获得多少组输出电压？其值各为多少？(2)试确定图20.5中变压器的原绕组1-2和副绕组3-4、5-6的同极性端。

图20.4思考题(1)的电路图

图20.5思考题(2)的电路图

(3)降压变压器原边绕组的直流电阻一定_______________(大于／小于／等于)副边绕组的直流电阻。(4)判断变压器原、副边绕组同名端的方法有_______________法和_______________法。

实训项目21小型变压器的设计制作

一、实训目的

(1)加深对变压器原理的理解。通过变压器的设计制作实训,进一步熟悉单相小型变压器的设计过程,掌握变压器绕制的方法和工艺过程。(2)掌握一种维修小型变压器的技能,如果从事电气技术工作,需选用小型变压器,在没有现成产品可选时,有能力设计自制。(3)培养学生自行设计、制作、调试电路的能力。(4)培养学生独立撰写实训报告的能力。

二、原理说明

变压器设计内容主要是变压器容量、铁心截面的选择、绕组匝数以及导线的直径等,这里介绍一种简易的设计方法。1.变压器的设计容量(1)副绕组容量S2。S2=U2I2(21-1)(2)原边容量S1。考虑变压器本身存在损耗,原绕组的容量要比副绕组的容量大。

(21-2)其中，η为变压器的效率。

(3)变压器设计容量。由于原、

副绕组的容量不等,因此变压器的容量由原、

副绕组的平均容量决定,即

(21-3)

2.计算铁心截面积

单相小容量变压器一般采用壳式铁心,三相则采用芯式铁心。壳式铁心只在中心柱上有绕组,如图21.1所示。芯式铁心在三个芯柱上均有绕组，如图21.2所示。有关小型变压器铁心柱截面积的计算大都采用下面的经验公式:(21-4)图21.1壳式铁心

图21.2芯式铁心

式中,K为系数,它与容量S有关;A为铁心柱截面积,由A即可决定芯柱的宽度a和叠片的厚度b。原则上,a×b=A即可。但一般壳式取b／a=1.2～2.2。参看表21-1。表21-1小型变压器设计参考数据

表21-2小型变压器常用铁心叠片尺寸

图21.3铁心叠片尺寸比例

3.铁心窗口的估算

由于铁心窗口的大小是固定的,所有导线匝数必须穿过窗口,并有良好的绝缘，因此在实际绕制前,对窗口能否容纳下所有匝数要进行估算,如不合适可根据估算的情况作相应的改变,以取得最佳效果。一般估算步骤如下:首先根据变压器容量,选择合适的窗口面积,可根据下列经验公式进行选择:(21-6)

4.计算绕组匝数

由感应电动势有效值的基本公式E=4.44fNΦm可以导出下列具体计算公式:

(21-7)

式中,Bm为铁心磁通密度,单位为T(1T=104GS,根据铁心材料选取);

KFe为考虑到铁心叠片叠压时有间隙而引入的叠压系数,一般为0.92～0.95(0.35mm片取0.92,0.5mm片取0.95,涂漆时取0.93,不涂漆时取0.95)。变压器采用电源频率为50Hz,电源电压U≈E,则有

(21-8)上式说明电压为U时的总匝数,也可求出电压为1V时的匝数N0:(21-9)

(1)原绕组匝数计算：

(21-10)(2)副绕组匝数计算。计算小型变压器副绕组时,要考虑各种损耗,需要适当增加一些匝数,使副绕组电压在额定负载时保持额定值,一般可取

N2=(1.05-1.10)N0U2

(21-11)

5.绕组导线截面的确定

绕组导线截面可根据绕组的电流及电流密度来确定。

原、

副绕组的电流分别为(21-12)考虑原绕组电流还含有空载励磁分量,I1值修正如下：

j为绕组导线的电流密度,一般原、副绕组电流密度取相同值。取值可参看表21－1小型变压器设计参考数据,一般j取2.5A／mm2。由πd2／4=I／j,得原绕组导线直径为(21-13)所以

原绕组电流

副绕组电流

原绕组导线直径

副绕组导线直径

设计完毕后,要检验铁心窗口是否能容下所有匝数,同学们可自行验算。

变压器绕制完成后,还要进行绝缘处理。电源变压器的寿命和可靠性主要取决于绝缘程度。据有关部门统计,变压器有60%的故障出在绝缘问题中。为防潮湿、霉变和盐雾，可采取以下措施:(1)对整个变压器或单独对线包用绝缘漆浸渍。(2)用环氧树脂对线包端面进行端封。(3)对整个变压器(或线包)进行裹覆或对整个变压器进行灌注。

端封、灌注和裹覆统称灌封,一般只采用其中一种,而浸渍却是必不可少的。通过工艺手段使绝缘漆浸入线包或整个变压器内部微小空隙的方法称为浸渍。它是提高变压器可靠性很有效的方法。浸渍有以下四个好处:(1)防潮能力大幅度提高;(2)提高机械强度;(3)提高抗电强度;(4)提高传热和耐热能力。

三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)硅钢片、木芯 若干(3)QZ型漆包线 若干(4)数字万用表 一个(5)0.05mm的聚酯薄膜作铁心绝缘,0.12mm的青壳纸作绕组绝缘若干(6)绝缘套管、接线板、夹板若干(7)绕线机、裁纸刀、三角尺、烙铁、螺钉旋具、扳手、尖嘴钳、手锯等 若干以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。

四、实训内容和步骤绕制一个控制变压器,一次侧额定电压为380V;二次侧共有三个绕组,其额定参数分别为:12V／0.8A一组;36V／2.5A一组;6.3V／0.3A一组。(1)工具:绕线机、裁纸刀、三角尺、烙铁、螺钉旋具、扳手、尖嘴钳、手锯等。(2)材料:硅钢片选用a=30mm,c=19mm,h=53mm,L=106mm,H=91mm的GEL-30型标准硅钢片,净叠厚b=47mm,实际叠厚b′=52.2mm。一次侧380V／0.36A绕组用0.44mm(最大外径为0.5mm)的QZ型漆包线绕1212匝。二次侧12V／0.8A绕组用0.64mm(最大外径为0.72mm)的QZ型漆包线绕42匝。二次侧36V／2.5A绕组用1.12mm(最大外径为1.23mm)的QZ型漆包线绕126匝。

二次侧6.3V／0.3A绕组用0.44mm(最大外径为0.5mm)的QZ型漆包线绕22匝。此绕组和12V／0.8A绕组共占一层。

绕线骨架用厚度为1mm的弹性纸制作。铁心绝缘用三层0.05mm的聚酯薄膜。一次、二次绕组间绝缘用三层厚度为0.12mm的青壳纸;二次绕组间绝缘用一层厚度为0.12mm的青壳纸。380V绕组层间绝缘用厚度为0.05mm的聚酯薄膜;36V绕组层间绝缘用厚度为0.1mm的聚酯薄膜。绕组最外侧用层厚为0.12mm的青壳纸。(3)实习步骤按小型变压器绕制工艺绕制绕组。绕制结束后,先镶片,紧固铁心,焊接引出线,交教师检验,合格后再进行烘干、

浸漆。

五、注意事项

(1)木心和绕线芯子做好后,送教师检验,合格后才可绕线。(2)绕制绕组不要搞错线径。(3)一次侧绕组引出线放在左侧,二次侧绕组引出线放在右侧。(4)导线排列要紧密、整齐,不可有叠线现象,匝数要准确。绕线按380V绕组→36V绕组→12V绕组→6.3V绕组顺序进行。(5)不可损伤导线绝缘层,若发现导线绝缘层受损,要及时修复。

(6)各绕组引出线都要套绝缘套管,并接到接线板上,接线板用夹板固定在变压器上。(7)铁心镶片时,注意不要损伤线包,硅钢片接口不可有空隙。(8)铁心用夹板紧固。

六、分析思考(1)试分析小型单相变压器设计程序中,各项步骤间的相互关系。哪些步骤是假设性的,其假设的根据是什么?对后续计算有什么影响?(2)试述小型变压器绕组绕制的几个主要工艺步骤。(3)绕制小型变压器时,为什么静电屏蔽层不能自行短路,两端要留有一定的缝隙?(4)镶嵌变压器硅钢片时,应注意哪几点?(根据操作实践回答)(5)绕线时,线圈首尾端怎样固定?(6)放置层间绝缘或绕组间绝缘时,应注意些什么？

实训项目22三相变压器绕组的判定

一、实训目的(1)掌握三相变压器同相绕组、高压侧绕组及各相绕组同名端的测试方法。(2)掌握三相变压器不同连接组别及相量图的画法。

二、原理说明

1.三相变压器的连接组别

三相变压器中有六个线圈,其中与三相电源相连接的三个线圈为原边线圈,其首端分别以1U1、1V1、1W1,末端以1U2、1V2、1W2来表示,而与这三个原边线圈相应的另外三个线圈为副边线圈,其首端和末端分别以2U1、2V1、2W1和2U2、2V2、2W2来表示,如图22.1所示。

图22.1三相变压器线圈

变压器的连接组别就是用时针的表示方法来说明原、副边线电压的相位关系。三相变压器的一次绕组和二次绕组由于接线方式的不同,线电压间有一定相位差。以一次线电压作为长针,把它固定在12点上,二次侧相应线电压相量作为短针,如果它们相隔330°,则二次线电压相量必定落在330°／30°=11点,如图22.2所示。如果相差180°,那么二次线电压相量必定落在6点上,也就是说这一组三相变压器接线组别属于6点。

图22.2时钟图

图22.3线圈的接法

2.三相变压器的相量图画法三相变压器中,三个原边线圈与三相交流电源连接应当有两种接法,即Ｙ形和△形,如图22.3所示。同样,三个副线圈的连接方式也有这两种接法。三相变压器原、副边绕组都可用Ｙ形或△形连接,用Y形连接时,中性点可引出,也可不引出,这样原、副边绕组可有如下的组合:Y／Y或Y／YN;Y／△或YN／△;△／Y或△／YN;△／△等。例如，Y／Y-12代表原边线圈和副边线圈都为Y形接法,原边线电压相量和副边线电压相量相位相差360°,时钟相量图如图22.4所示。图22.4Y／Y-12时钟相量图

在图22.4中,原、副边绕组不仅都是Y形连接,而且原边和副边都以同极性端作为首端,因此从相量图上可以看出原、副边的电势是同相位,所以应标记为“12”,即把这种连接标记为Y／Y-12连接组或用(y,y0)表示。在图22.4中,相量图的画法如下:(1)先画高压侧相电压的相量图。(2)画高压侧U、V相的线电压的相量图,并作为分针指向12点。(3)画低压侧相电压相量图。(4)画低压侧U、V相的线电压的相量图,并作为时针。

三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)待测量的三相变压器一台(3)三相变压器一台(4)自耦变压器一台(5)万用表一个(6)导线一卷(7)螺丝刀、剥线钳、尖嘴钳各一把

四、实训内容和步骤(1)准备好一台待测量的三相变压器。(2)准备好用于测量的三相交流电源、三相变压器、自耦变压器和万用表,三相电源必须对称平衡。(3)高低压绕组判别:用万用表测出各绕组的电阻,电阻大的为高压绕组,电阻小的为低压绕组,并做好标记。(假定经测量1-2,3-4,5-6为低压绕组;7-8,9-10,11-12为高压绕组。)

(4)同相绕组判别:在任意一个高压绕组两端加一交流安全电压(例如用自耦变压器加一交流12V电压),分别测量3个低压绕组两端的电压,电压最高的一组与所加电压的高压绕组为同相绕组(经判别,假设1、2与7、8,3、4与9、10,5、6与11、12为同相绕组)。(5)中间相绕组判别:当在高压绕组某一相加电压时,测得另两个高压绕组的电压相等(或测量低压绕组时有两个低压绕组电压相等,且为另外一个低压绕组电压的一半),则该相即为中间相绕组(经判别,假设9、10,3、4为中间相)。

(6)同相绕组同名端判别:将同相的高、低压绕组的一端连接起来(1、8),在高压侧加12V交流电压,测量高、低压绕组的另两端(2、7)及高压绕组两端电压(V1),如图22.5所示。若U2、7＞U7、8=12V,则1与8为异名端(即V2＞V1,则1与8为异名端);若U2、7<U7、8=12V,则1与8为同名端(即V2＜V1,则1与8为同名端)。图22.5同相绕组同名端判别图

(7)高压侧绕组同名端判别:将两个高压绕组的一端连接起来(8、10),在另一高压绕组(11、12)加12V交流电压,测量连接的两高压绕组两端(7、8,9、10)的电压及未连两端(7、9)的电压,如图22.6所示。若U7、9=|U7、8-U9、10|,则8与10为同名端;若U7、9=U7、8+U9、10,则8与10为异名端。图22.6高压侧绕组同名端判别图

(8)各相绕组同名端确定:由上述确定的高压绕组的同名端(设为8、10、12)和同相绕组的同名端(设为2、8,3、9,6、11),可确定各相绕组同名端(8、2、10、4、12、5为同名端,同时7、1、9、3、11也为同名端)。并填写表22-1中高、

低压绕组同名端对应端子号。

表22-1高、低压绕组同名端对应端子号

(9)画连接组别图:Y／Y-12组别图如图22.7所示。①画变压器高低压的六个绕组(见图22.7(a))。②在六个绕组上标上端子号和同名端(见图22.7(b))。③按照同名端出线、Y形接法,将变压器连接好,并标明出线端和电压参考方向(见图22.7(c))。

图22.7Y／Y-12组别图

(10)画相量图：Y／Y-12相量图如图22.8所示。①按顺时针方向Y形连接,画高压侧相电压的相量图(见图22.8(a))。②画高压侧U、V相的线电压的相量图,并作为分针指向12点(见图22.8(b))。③根据组别图,按顺时针方向Y形连接,画低压侧相电压相量图(见图22.8(c))。④画低压侧U、V相的线电压的相量图,并作为时针,与高压侧U、V相的线电压重合,即指向12点(见图22.8(d))。

图22.8Y／Y-12相量图

(11)通电验证。①将变压器按指定组别连接好,并把1U1、2U1连接在一起,如图22.9所示;然后将变压器高压侧接入相电压为100V的三相交流电源上,测量有关数据,看是否符合验证结果。

图22.9通电验证示意图

②验证结果:Y／Y-12,UN1,2U1＞UN1,2V1=UN1,2W1。

五、注意事项(1)变压器通电前应先检查有无接错。(2)三相交流电源必须对称平衡。(3)测量电压验证关系时,加在所测变压器高压绕组上的各相电压为100V,应注意安全,防止触电。

六、分析思考(1)变压器通电前应做哪些检查？(2)使用的三相交流电源有什么要求？(3)画相量图有什么用途？(4)在生产实践中,判断变压器的连接组别有什么意义？(5)同名端与出线端有何异同？

4.2三相异步电动机

异步电动机结构简单、制造容易、工作可靠、维护方便、价格低廉,在工农业生产和日常生活中应用十分广泛。

实训项目23三相异步电动机的测量及三表使用

一、实训目的(1)掌握三相异步电动机的基本构造。(2)掌握三相异步电动机铭牌数据的意义。(3)掌握三相异步电动机绝缘电阻的测量方法。(4)掌握三相异步电动机相电压及线电压的测量方法。(5)掌握三相异步电动机相电流及零序电流的测量方法。(6)掌握万用表、

兆欧表(摇表)、

钳表的正确使用。

二、原理说明1.三相异步电动机三相异步电动机分成两个基本部分:定子(固定部分)和转子(旋转部分),如图23.1所示。

图23.1三相异步电动机的构造

1)定子三相异步电动机定子由机座(铸铁或铸钢制成)、装在机座内的圆筒形铁心(由互相绝缘的硅钢片叠成)以及铁心内圆周表面槽中放置的对称三相定子绕组(接成星形或三角形)组成。

2)转子三相异步电动机的转子根据构造上的不同分为两种形式:鼠笼式和线绕式。转子铁心是圆柱状,也用硅钢片叠成,表面有冲槽,如图23.2所示。铁心装在转轴上,轴上加机械负载。

图23.2定子和转子的铁心

(1)鼠笼式。鼠笼式的转子绕组做成鼠笼状,就是在转子铁心的槽中放铜条,其两端用端环连接，如图23.3所示；或者在槽中浇铸铝液,铸成一个鼠笼,如图23.4所示,这样便可以用比较便宜的铝来代替铜,同时制造也快。因此,目前中小型鼠笼式电动机的转子很多是铸铝的。鼠笼式异步电动机的“鼠笼”是它的构造特点,易于识别。由于构造简单,价格低廉，工作可靠，使用方便,鼠笼式电动机成为生产上应用最广泛的一种电动机。

图23.3鼠笼式转子(a)鼠笼式绕组；(b)转子外形

图23.4铸铝的鼠笼式转子

(2)线绕式。线绕式异步电动机的构造如图23.5所示。它的转子绕组同定子绕组一样,也是三相的;它连成星形。每相的始端连接在三个铜制的滑环上,滑环固定在转轴上。环与环,环与转轴都互相绝缘。在环上用弹簧压着碳质电刷。启动电阻和调速电阻是借助于电刷同滑环和转子绕组连接的,如图23.5所示。通常就是根据线绕式异步电动机具有三个滑环的构造特点来辨认它的。

图23.5线绕式异步电动机的构造

要正确使用电动机,必须要看懂铭牌。

Y132M-4型电动机的铭牌如下：

此外,它的主要技术数据还有:功率因数0.85,效率87%。

2.钳形电流表钳形电流表(简称钳表)是一种用于测量正在运行的电气线路中交流电流大小的仪表。在不断开电路而需要测量电流的场合就要用到它。钳表的使用方法很简单,测量时只需将正在运行的待测导线夹入钳表钳口内,然后读取表头指针读数即可。钳形电流表的使用方法如图23.6所示。

图23.6钳形电流表的使用

使用钳形电流表时应注意:(1)使用合适的量程挡。不可以用小量程挡测量大电流。测量完毕,要将转换开关放在最大量程挡位置,以便下次安全使用。如果被测电流较小,用最小量程挡测量时读数还是不明显,可将被测导线多绕几圈放进钳口进行测量,然后将读数除以所绕圈数就是实际的电流值。(2)禁止在测量过程中切换量程挡。(3)被测电路的电压要低于钳表额定电压值,否则,容易造成事故或引起触电危险。

3.兆欧表我们知道,通电线路必须有良好的绝缘,才能保证设备正常运行和人体不致接触带电部分而触电。例如,对于新装和大修后的低压电力和照明线路,要求线路的绝缘电阻不应低于0.5MΩ,而在潮湿地区(如广东),线路的绝缘电阻要大于0.22MΩ。室内布线完成后，我们如何知道线路的绝缘是否符合上述要求，可以安全通电呢?以下介绍的兆欧表可以解决这个问题。兆欧表又称摇表,是用来检查线路、电机和电器绝缘情况以及测量绝缘电阻的仪表,如图23.7所示。它的内部有一个手摇发电机和表头,外部有三个接线柱L(线路端)、E(接地端)、G(屏蔽端)和手摇发电机的手柄。

图23.7兆欧表

1)兆欧表的选用(1)额定电压等级的选择。兆欧表的电压等级就是内部手摇发电机的额定电压。一般情况下,额定电压在500V以下的设备,选用500V或1000V的兆欧表;额定电压在500V以上的设备,选用1000～2500V的兆欧表。(2)电阻量程范围的选择。如图23.8所示,兆欧表的表盘刻度线上有两个小黑点,小黑点之间的区域为准确测量区域。所以在选表时应注意使所需测量的绝缘电阻值在准确测量区域的范围内。

图23.8兆欧表的刻度线

2)兆欧表的使用方法(1)验表。测量前应将兆欧表进行一次开路和短路实验,检查兆欧表是否良好。若将两连接线开路,轻轻摇动手柄,指针应指在“∞”处,这时如再把两连接线短接一下,指针应指在“0”处。符合这两点要求的兆欧表是良好的,否则兆欧表有误差。(2)被测设备要断开电源。对于电容设备还要进行放电。(3)测量照明线路或电力线路对地的绝缘电阻时,一般只用“L”和“E”端,在测量电缆对地绝缘电阻或被测设备的漏电流较严重时,就要使用“G”端,如图23.9所示。

图23.9测量照明线路、电动机和电缆绝缘电阻的接线图(a)测量照明线路绝缘电阻;(b)测量电动机绕组绝缘电阻;(c)测量电缆绝缘电阻

(4)线路接好后,可按顺时针方向转动兆欧表的发电机摇把。摇动的速度应由慢而快。当转速达到一定值时(一般ZC-25型为120r／min左右),保持转速均匀稳定,1分钟后读数。表针指示的数值就是所测得的绝缘电阻值。(5)兆欧表未停止转动之前,切勿用手触及设备的测量部分或兆欧表接线柱。

三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)交流接触器、热继电器各一个(3)常闭按钮、常开按钮各一个(4)指示灯一个(5)熔断器二个(6)三相异步电动机一台(7)万用表、钳形电流表、兆欧表各一个(8)导线一卷(9)螺丝刀、剥线钳、尖嘴钳各一把以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。

四、实训内容和步骤(1)识别三相异步电动机的基本构造。(2)识别三相异步电动机的铭牌。(3)用摇表测量三相异步电动机的绝缘电阻。(4)用万用表测量三相异步电动机的相电压及线电压。(5)用钳表测量三相异步电动机的相电流及零序电流,将测量结果填入表23-1中。

表23-1三相异步电动机测量结果

五、注意事项(1)由于在实训过程中接触的是380V交流电,测量时一定要注意绝缘,切勿用手接触裸露的金属部分。(2)测量过程中注意量程的选择。启动前要清除电机周围的杂物,实训中要注意安全。(3)接通电源后如果电动机不转,必须立即断电以防电动机烧毁。(4)用钳表测电流时,等电动机启动稳定后,再测量。(5)使用兆欧表时,摇动手柄的转速要均匀,快慢要适度。

六、分析思考

(1)三相异步电动机定子由______________、________________及______________组成;鼠笼式转子由_______________和______________组成;线绕式转子由________________、_______________和______________组成。(2)电动机