变压器与电动机

关于变压器与电动机

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=UIcos

及负载功率因数cos

一定时：电能损耗小节省金属材料（经济）一、概述U

I

P=I²RlI

S

§一、变压器与电动机第2页,共112页，2024年2月25日，星期天

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降压降压第3页,共112页，2024年2月25日，星期天2.1.1变压器的分类变压器的种类有很多，为了适应不同的使用目的和工作条件，通常可按其相数、用途、冷却方式、绕组结构、铁芯结构、等分类。

1.按照相数分①.单相变压器

常用于单相交流电路的隔离、电压等级变换或组合成三相变压器。常用于输配电系统中变换电压和传输电能。②.三相变压器

第4页,共112页，2024年2月25日，星期天

属于三相变压器，用于输配电系统中变换电压和传输电能。常用于电工测量和自动保护装置。2.按照用途分①.电力变压器②.仪用互感器

第5页,共112页，2024年2月25日，星期天③．自耦变压器

用于实验室以及工业上的电压调节。用于冶炼及热处理设备的电源。④.电炉变压器

第6页,共112页，2024年2月25日，星期天⑤．电焊变压器

常用于信号的自动检测检测中。常用于焊接各类钢材的交流电焊机上。⑥.差动变压器

第7页,共112页，2024年2月25日，星期天3.按冷却方式分①.油浸式变压器

常用于大、中型变压器。油循环风冷，常用于大型变压器。

②.风冷式变压器第8页,共112页，2024年2月25日，星期天③.自冷式变压器

空气冷却，常用于中、小型变压器。常用于安全防火要求较高的场合。（例如：地铁、机场和高层建筑等）

④.干式变压器第9页,共112页，2024年2月25日，星期天4.按铁芯结构分①.壳式铁芯

除小型干式变压器外很少采用。常用于大、中型变压器及高压的电力变压器。电力变压器多采用该铁心。变压器的分类方法很多，采用不同的分类标准，变压器所属的类型则不同，上面采用的分类方法是最常用的一种。②.芯式铁心

第10页,共112页，2024年2月25日，星期天变压器的分类

按用途分：电力变压器和特种变压器。

按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。

按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。

按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。

按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。

按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。

我国变压器的主要系列：SJL1（三相油浸铝线电力变压器）、SEL1（三相强油风冷铝线电力变压器）、SFPSL1（三相强油风冷三线圈铝线电力变压器）、SWPO（三相强油水冷自耦电力变压器）等。

按容量分：小型、中型、大型和特大型变压器。第11页,共112页，2024年2月25日，星期天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铁心第12页,共112页，2024年2月25日，星期天2.1.2变压器的结构

变压器的核心部件是铁心和绕组，为了解决散热、绝缘、密封以及安全等问题，还需要油箱、绝缘套管、储油柜、压力释放阀、温度计、气体继电器、冷却装置和安全气道、铭牌等附件。根据用途不同，变压器的结构也有所不同，以某型号的油浸式电力变压器为例来说明变压器的结构，其外观结构如下图所示。第13页,共112页，2024年2月25日，星期天第14页,共112页，2024年2月25日，星期天二、变压器的工作原理原边绕组N1名词介绍幅边绕组N2一次绕组N1二次绕组N2一次侧二次侧均指电源侧均指负载侧什么是变压器负载运行？什么是变压器空载运行？u~u~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第15页,共112页，2024年2月25日，星期天二、变压器的工作原理变压器空载运行u~Z2sI0空载电流U1U20此时的变压器相当于交流铁心线圈变比二次侧额定电压空载运行的结论：原幅边之比等于原幅边匝数之比，等于常数k这就是变压器的变电压作用第16页,共112页，2024年2月25日，星期天u~Z2变压器负载运行U1I1U2I2两边绕组中通过的磁通是相同的只要U1不变，主磁通就不应该变，所以有：磁动势平衡方程式有载时原边磁动势分为两部分1.产生主磁通（励磁分量）I02.用来补偿I2N2（负载分量I2）,又称去磁一般I0很小，小型变压器只有2~3%，大的不过10%，当略去I0N1后有：变电流作用负载运行结论：变电流作用任载后，电压比是否还等于变比k?变电压作用还有一个作用是变阻抗幅边Z2原边Z1变阻抗作用或第17页,共112页，2024年2月25日，星期天二、变压器的工作原理空载运行结论：负载运行结论：变电流作用变电压作用变阻抗作用或总结第18页,共112页，2024年2月25日，星期天变压器的外特性和额定值2.额定值一般变压器的额定值在其名牌上给出。额定电压额定电流额定容量额定频率一次额定电压U1N正常时一次绕组所加电压的有效值。二次额定电压U2N一次电压为U1N时，变压器空载时对应二次侧的空载电压有效值，即U20=U2N一次额定电流I1N一次绕组加额定电压，正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值。二次额定电流I2N一次绕组加额定电压，正常工作时二次绕组允许长期通过的最大电流有效值。指二次侧的输出额定视在功率即：额定频率50HZ第19页,共112页，2024年2月25日，星期天三、变压器的外特性和额定值1.外特性电压保持不变，变压器接负载后，由于一、二次侧均有电流通过，必然在一次侧、二次侧内阻抗上产生电压降，从而使二次电压随负载电流增加变小。称曲线为变压器的外特性。变压器外特性电压调整率满载时电压空载电压一般在5%以内第20页,共112页，2024年2月25日，星期天四、变压器的损耗和效率变压器损耗△p分铁损△pFe和铜损△pCu

1.铁损是交变的主磁通在铁心中产生磁滞损耗△ph和涡流损耗△pe之和又称为固定损耗2.铜损又称为可变损耗变压器一次侧、二次侧均有电阻，当有电流通过时，产生损耗3.效率一次侧输入功率p1

，二次侧输出功率p2，效率为η△p=△pFe+△pCu小型变压器的效率为70~85%，大型变压器效率可达98%第21页,共112页，2024年2月25日，星期天了解三相电压的变换ABCXYZabczyx1)三相变压器的结构高压绕组：A-XB-YC-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低压绕组：a-xb-yc-za、b、c：首端x、y、z：尾端2)三相变压器的联结方式联结方式：高压绕组接法低压绕组接法三相配电变压器动力供电系统（井下照明）高压、超高压供电系统常用接法:第22页,共112页，2024年2月25日，星期天（1）三相变压器Y/Y0联结线电压之比：ACBbca+–+–+–+–第23页,共112页，2024年2月25日，星期天（2）三相变压器Y0/

联结线电压之比：ACBabc+–+–+–第24页,共112页，2024年2月25日，星期天3.电流变换(一次、二次侧电流关系)有载运行

可见，铁心中主磁通的最大值

m在变压器空载和有载时近似保持不变。即有

不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有由上式，若U1、f不变，则

m基本不变，近于常数。空载：有载：+–|Z|+–+–+–第25页,共112页，2024年2月25日，星期天一般情况下：I0(2~3)%I1N很小可忽略。或结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：1.提供产生

m的磁势2.提供用于补偿作用

的磁势磁势平衡式：空载磁势有载磁势第26页,共112页，2024年2月25日，星期天1）变压器的型号5.变压器的铭牌和技术数据SJL1000/10

变压器额定容量(KVA)

铝线圈

冷却方式J:油浸自冷式F:风冷式相数S:三相D:单相

高压绕组的额定电压(KV)

第27页,共112页，2024年2月25日，星期天2）额定值

额定电压U1N、U2N

变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值单相：U1N，一次侧电压，

U2N，二次侧空载时的电压三相：U1N、U2N，一次、二次侧的线电压

额定电流I1N、I2N

变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。单相：一次、二次侧绕组允许的电流值三相：一次、二次侧绕组线电流第28页,共112页，2024年2月25日，星期天变压器的维修

变压器由于自身结构复杂，因此，在长期的运行过程中，经常会有故障产生，作为一名电气工作人员，对变压器产生的一些故障应具有排除的能力，而变压器故障的判定以及解决并不是特别的困难，只要具备一些变压器的知识，并经常进行工作实践，变压器的维修是有规律可循的。第29页,共112页，2024年2月25日，星期天2.5.1.变压器绕组、绝缘故障原因分析及解决方法变压器绕组及绝缘故障主要表现为：绕组绝缘电阻低，绕组接地，绕组对铁心放电，绕组相间短路，匝间或排间短路，原、副边绕组之间短路；绕组断路，绕组绝缘击穿或烧毁；油浸式变压器的绝缘油故障；绕组之间，绕组与铁心之间绝缘距离不符合要求，绕组变形等。这些故障均会使变压器不能正常运行，而且这类故障是变压器的常见故障，如果不及时发现和处理，其后果十分严重。1.变压器绕组及绝缘故障的原因分析变压器绕组及绝缘电阻不符合规范主要有以下几种原因：①.变压器绕组受潮，接地绝缘电阻不合格；②.变压器内部混入金属异物，造成绝缘电阻不合格；③.变压器直流电阻不合格及开、短路故障；④.绕组放电、击穿或烧毁故障；⑤.变压器油含有水分。第30页,共112页，2024年2月25日，星期天2.变压器绕组及绝缘故障的解决方法1).变压器绕组受潮、接地绝缘电阻不合格的分析处理

对运行、备用或修理的变压器，均有受潮的可能，所以一定要防止潮气和水分侵入，以免导致绕组、铁心和变压器油(油浸式)受潮，引起绝缘电阻低而造成变压器的各种故障。对需要吊心检修的变压器，要保持检修场所干净无潮气，吊心检修超过24h的，器身一定要烘烤，在检修中如发现变压器已受潮，必须先烘干后套装。同时要注意：a.受潮的油要过滤；b.变压器密封处要密封好；C.要定期检查储油柜、净油器及去湿器应完好，定期更换硅胶等吸湿剂；d.库存备用变压器应放置在干燥的库房或场地，变压器油要定期进行化验；e.要定期检查防雷装置，尤其是雷雨季节更要检查；f.非专业人员不可随意打开变压器零部件；总之，使用、维修、保管变压器均要采取防止变压器受潮、受腐蚀的措施。第31页,共112页，2024年2月25日，星期天例：有一台备用三相电力变压器10／0.4kV在库中存放一年多，运至现场时用2000V兆欧表测一次绕组绝缘电阻仅为0.9MΩ。分析处理如下：查入库前记录各项指标合格。检查发现箱盖边沿密封不严，放置中潮气、水分入浸，吊心检查发现油箱内侧面有锈迹，由于变压器静止存放，入侵水分沉在油箱底部，由于处于静止状态，侵入水分和变压器油及挥发物达到基本平衡，整个铁心和绕组尚未受潮。所以只需要对油进行处理。在现场对变压器油采取真空滤油处理，使油箱底部水分在真空加热滤油过程中挥发掉，直至绝缘电阻合格为止。第32页,共112页，2024年2月25日，星期天2)、变压器内部混入金属异物，造成绝缘电阻不合格的分析处理。对于该故障产生的原因以及处理方法，可通过以下两个实际例子的分析来进行说明。例一台电炉变压器相对地的绝缘电阻为零。分析处理如下：该变压器在运行中二段母线接地信号铃响，电压表指示一相电压降低、两相电压升高。经拉闸检查6kV开关、母线和变压器高压套管均无异常，用兆欧表测变压器绝缘，一次侧B相绝缘电阻为零，其余正常，判定B相接地。经吊心检查发现一、二次绕组之间有一只顶丝，使一次对二次短路放电，引起不完全的接地，同时还发现二次绕组裸扁铜排外层有轻度电弧烧伤。经取出顶丝检查，发现是上方电抗器线圈上的顶丝因松脱落入变压器内。将顶丝重新拧入电抗器线圈上，再合闸，变压器运行正常，B相绝缘电阻达120MΩ。第33页,共112页，2024年2月25日，星期天3、变压器直流电阻不合格、断路和短路故障

对三相变压器其一次或二次绕组出现三相直流电阻不平衡，或某一相(或两相)大，另两相(或一相)小，说明变压器绕组有开路、引线脱焊或虚接，绕组匝数错误或有匝间、层间短路等故障；还可能是同一绕组用不同规格导线绕制以及绕向反或连接错等。而这些原因均会造成变压器三相直流电阻不平衡、变压器送电跳闸、不运行或带负载能力下降等。为防止断路故障，应从下述几方面做好预防工作。a.绕组绕制时用力不宜过猛、换位时换位处S弯不要弯折过度；b.接头焊接要牢，不应有虚焊假焊，焊口不应有毛刺或飞边；c.绕制的线圈层间、排间绝缘距离要符合规范，以防放电时灼伤导线而断路；d.防止变压器过载运行；e.母排和一次绕组瓷套管导杆连接要牢，一、二次绕组引线与本相套管引接头焊接要牢，如螺栓连接的螺母要拧紧；f.应加强变压器的日常维护保养工作。第34页,共112页，2024年2月25日，星期天例:有一台SJl—560kV.A变压器在运行中过热，拉闸检查发现三相直流电阻不平衡。分析处理如下：该变压器额定电压为13.8／0.4kV、Y/yn0连接，经检查发现A相直流电阻是B、C相的两倍。经吊心检查A相两根并绕的导线有一根在引线处脱焊。将脱焊的这根导线重新和另一根并齐焊牢在引线上，从而排除了故障。第35页,共112页，2024年2月25日，星期天2.5.2绕组放电、击穿或烧毁故障在变压器内部如果存在局部放电，表明变压器绝缘有薄弱环节，或绝缘距离不符合要求，放电时间一长或放电严重，将会使绝缘击穿，绕组击穿或烧毁是较大故障。只有提高修造质量、按规程操作、加强维护保养，才能防止放电或击穿变压器。因此必须采取有效措施，防止变压器发生放电故障。1.加强日常维护保养，对大中型及重要供电区域的变压器应有监视设备；2.修理变压器应选用优质的绝缘材料，绝缘距离应符合要求，修复后密封要严；3.保持吸湿器有效，应有防雷措施；4.大型高压变压器要装有接地屏，防止放电。第36页,共112页，2024年2月25日，星期天例：有一台SJ6—750kV.A变压器一次绕组出现放电故障。分析处理如下：该变压器在运行中出现异声，油温逐渐升高，最后经气体继电器动作，用1000V绝缘电阻表测一次绝缘电阻为0.5MΩ，二次为2.1MΩ。吊心检查发现器身受潮，A、B两相一次绕组中底部有放电痕迹。查出其主要原因是注油后注油孔未垫胶垫和拧入堵塞，潮气由此入侵，而吸湿器因注油孔未堵不起吸湿作用，所以绕组和油均受潮而放电。对变压器油现场真空滤油，一次绕组虽放电但并未受电弧严重灼伤，不需包扎处理，仅器身烘干后组装，封、堵好注油孔，即排除了该故障。第37页,共112页，2024年2月25日，星期天2.5.3.变压器油不合格的原因、防止措施和判定方法

变压器油如果保管存放不当、在运行中油受潮或过热，都会逐渐变质、老化和劣化，使绝缘性能下降，必须及时更换，或采取滤油方式，使不合格的绝缘油合格，从而保证油浸变压器及互感器正常运行，减少变压器故障。1.运行中的变压器油受潮原因以及防止方法如下受潮原因:变压器油注入油箱后，在运行中油会受潮或进入水分，其主要原因是：在吊心检修时或向变压器中注油时，油本身接触了空气，虽时间不长，但已吸收了少量潮气和水分；安装或检修变压器时密封不严、外界潮气和水分进入了变压器油箱。防止方法如下：修理人员必须将变压器严格密封，既防止油漏出，又防止外界潮气入侵；吊心检修必须在晴天进行，超过24h的，变压器器身必须烘干处理；注油、滤油应采取真空滤油为好；防止变压器过热和温升超限，减少油氧化发生。第38页,共112页，2024年2月25日，星期天

2.变压器油质的判定方法打开油箱盖(或放出一器皿油)，用肉眼观察变压器油的颜色，如果油的颜色发暗、变成深褐色，或油黏度、沉淀物增大，闻到有酸的气味，油中有水滴等，均说明该变压器油已经老化和劣化，已经不合格，必须采取措施，提高其性能。

3.运行中变压器油质量标准、内容及指标

要判定变压器油的质量，应进行多项测定和化验，所测数值应与标准值对比，这样从量的角度来判定其超标的程度，因此掌握运行油的质量标准，对维修人员十分重要。运行油质量标准可参见相关标准。第39页,共112页，2024年2月25日，星期天2.5.4变压器铁心过热故障的原因分析及解决方法导致变压器铁心过热的主要原因是铁心多点接地和铁心片间绝缘不好造成铁耗增加所致。因此必须加强对变压器铁心多点接地的检测和预防。1.铁心多点接地的检测a.交流法

给变压器二次(低压)绕组通以220-380V交流电压，则铁心中将产生磁通。打开铁心和夹件的连接片，用万用表的毫安挡检测，当两表笔在逐级检测各级铁轭时，正常接地时表中有指示，当触接到某级上表中指示为零时，则被测处因无电流通过，该处叠片为接地点。第40页,共112页，2024年2月25日，星期天

b.直流法打开铁心与夹件的连接，在铁轭两侧的硅钢片上施加6V直流电压，再用万用表直流电压挡，依次测量各级铁心叠片间的电压。当表指针指示为零或指针指示相反时，则被测处有故障接地点。

C.电流表法当变压器出现局部过热，怀疑是铁心有多点接地，可用电流表测接地线电流。因为铁心接地导线和外接地线导管相接，利用其外引接地套管，接入电流表，如测出有电流存在，说明铁心有多点接地处；如果只有一点正常接地，测量时电流表应无电流值或仅有微小电流值。第41页,共112页，2024年2月25日，星期天2.变压器铁心多点接地的预防措施制造或大修变压器而需要更换铁心时，要选好材质；裁剪时，勿压坏叠片两面绝缘层，裁剪毛刺要小；保持叠片干净，污物、金属粉粒不可落在叠片上，叠压合理，接地片和铁心要搭接牢固，和地线要焊牢。接地片离铁轭、旁柱符合规定距离，防止器身受潮使铁心锈蚀，总装变压器时铁心与外壳或油箱的距离应符合规定；其他金属组件、部件不可触及铁心，加强维护，防止过载运行，一旦出现多点接地应及时排除。第42页,共112页，2024年2月25日，星期天例:有台560kV.A电力变压器在运行中有异声且过热。分析处理如下：该变压器在供电运行中出现“嚓嚓”响声、手摸外壳烫手，但配电盘上电压表、电流表指示正常：拉闸后吊心检查，发现下夹件垫脚与铁轭间的绝缘纸板脱落且破损，使垫脚铁轭处叠片相碰，导致接地所致。此时松开上、下夹件紧固螺母，更换上、下铁轭间的绝缘纸板，放正垫脚，重新固定好上、下夹件螺母，就可以排除两点接地故障。第43页,共112页，2024年2月25日，星期天2.5.5变压器铁心接地、短路故障的检测检测方法如下。1.电流表法用钳式电流表分别测量夹件接地回路中电流I1和铁心接地回路中电流I2。当测得回路中电流相等，判定为上铁轭有多点接地；当所测I2＞＞I1，则说明下铁轭有多点接地；当所测I1＞＞I2，根据多年测试经验判定为铁心轭部与外壳或油箱相碰。2.用绝缘电阻表测量绝缘电阻

用绝缘电阻表检测铁心、夹件、穿心螺杆等件的绝缘电阻时，判定其标准如下：对运行的大中型变压器，一般采用1000V绝缘电阻表测量穿心螺杆对铁心和对夹件的绝缘电阻。第44页,共112页，2024年2月25日，星期天对10kV及以下变压器，绝缘电阻应不小于2MΩ为合格；20～35kV级的绝缘电阻应不小于5MΩ；40～66kV级的，应不小于7.5MΩ；66kV以上至220kV高压变压器绝缘电阻应不小于20MΩ。所测小于上述规定时，说明有短路故障存在，应进一步打开接地片，分别测夹件、铁心、穿心螺杆、钢压环件对地的绝缘电阻，找出短路故障并及时排除。

3.直流电压法用12-24V直流电压施加在铁心上铁轭两侧，再用万用表毫伏挡分别测量各级铁心段的电压降，对称级铁心段的电压降应相等。在测量时若发现某一级电压降非常小，可能该级叠片间有局部短路故障，应进一步检查排除。第45页,共112页，2024年2月25日，星期天2.5.6变压器运行方式、改接、改造及综合修理1.电力变压器并列、解列技术及异常现象处理电力变压器运行方式变压器运行方式从负载角度上分为额定运行方式及允许过负载运行方式；从接入电网台数上分为单台独立运行供电和两台以上多台并联(也叫并列)运行；另外还有不正常运行，如断相运行、欠载运行、三相不平衡运行等。不同运行方式，变压器运行效率不同，其发热和温升不同，出现故障机率程度不同，因此必须根据具体情况正确分析。第46页,共112页，2024年2月25日，星期天2.电力变压器并联运行的必要性

所谓电力变压器的并联运行，就是将两台或两台以上的电力变压器其一次绕组分别接到电网共同的母线上，其二次绕组也连接到共同的母线上，以这样的方式运行称为变压器的并联(列)运行。a.在大电网里为了解决升压或降压中一台变压器容量不足的问题，必须用两台以上变压器并联使用。b.多台变压器并联运行时，如某一台有故障退出修理，可由完好的其他并联变压器继续供电，保证重要用户不中断供电。C.采用变压器并联运行有利于对供电负载的变化进行调节，负载高峰时可多并联几台，负载低谷时可解列其中一台或数台。d.并联运行有利于对变压器进行不中断供电的计划修理，减少备用变压器的数量，有利于用户增容供电。第47页,共112页，2024年2月25日，星期天3.并联运行变压器防止环流产生的措施①.当两台或多台变压器并联运行时，虽然并联条件均具备，有时还会出现环流，这可能是由于分接位置放置不对，或其中一台变压器匝数不对。②.在三相电源对称下，符合要求的并联变压器会出现环流，为防止环流产生，在并联运行中先要检查分接开关位置与绕组引线接头位置是否正确，按铭牌上连接图的分接位置进行检查，同时转动箱盖上分接开关手柄，动作要正确和灵活。对并联运行的变压器，在绕组重绕时，一、二次绕组匝数和几何尺寸应正确无误，否则修理后会因匝数不对，造成变压比等参数不对，从而导致环流产生。第48页,共112页，2024年2月25日，星期天例12:某厂有750kV.A及1800kV.A两台电压等级、连接组别及阻抗电压Uk％一致的变压器。并联投运后，测得二次电压分别为386.7V(750kV.A)及383.9V(1800KV.A)，测得的电流分别为1200A及1400A，负载分配不成比例。原因及后果分析如下：两台变压器属同一电压等级，但电压比不一样，二次侧空载电压相差386.7V-383.9V＝2.8V，以750KV.A二次电压为基础，电压差为0.724％，对并联运行的变压器，电压最大误差只允许在0.5％以内。由于二次电压不同，在两台变压器之间产生环流，电压高的一台(750kV.A)除负载电流外增加了环流，1800kV.A的变压器电流是负载电流减去环流，故二者负载不按比例分配，长期用下去750kV.A的变压器会过热或烧损。第49页,共112页，2024年2月25日，星期天消除环流的办法：由于两台变压器二次电压误差大，只有解决了这个问题，才能使其消除环流，使负载按比例分配。因此复测两台变压器的电压比，将电压比调节至接近相等，若无法调整，可外接一电抗器，用以限制环流，使负载分配合理。以上所选择的实例以及总结的方法都是在实践的过程中总结出来的，而由于变压器结构复杂，故障也是千变万化，要想真正的掌握维修变压器的方法，还要依靠不断的实践，并且通过实践来来认识和总结出更多的规律。第50页,共112页，2024年2月25日，星期天

使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。特殊变压器1.自耦变压器ABP+–+–第51页,共112页，2024年2月25日，星期天二次侧不能短路，以防产生过流；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现高压。使用注意事项：电压表被测电压=电压表读数

N1/N22.电压互感器实现用低量程的电压表测量高电压VR

N1（匝数多）保险丝

N2（匝数少）~u（被测电压）第52页,共112页，2024年2月25日，星期天电流表被测电流=电流表读数

N2/N1二次侧不能开路，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现过压。使用注意事项：3.电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2第53页,共112页，2024年2月25日，星期天8.1

直流电机的构造

直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。直流电机的优点：(1)调速性能好,调速范围广,易于平滑调节。

(2)起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。

(3)易于控制。应用:(1)轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。

(2)用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等第54页,共112页，2024年2月25日，星期天8.1.1

直流电动机的构造极掌极心励磁绕组机座转子直流电动机的磁极和磁路

直流电机由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成。SN++++N+++++S+++第55页,共112页，2024年2月25日，星期天2.转子(电枢)

由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。1.磁极永磁式:

由永久磁铁做成。励磁式:

磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成电磁铁。励磁:

磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。电枢铁心：由硅钢片叠装而成。电枢绕组：单个绕组元件组成。用来在电机中产生磁场。第56页,共112页，2024年2月25日，星期天1.他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。8.1.2直流电机的分类

直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机2.并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。UUfIaM+_+_If他励IaUM+_If+_IE并励第57页,共112页，2024年2月25日，星期天4.复励电动机励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。3.串励电动机励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。串励UIa+_IfM复励U+_IMIa第58页,共112页，2024年2月25日，星期天8.3

直流电动机的机械特性特点:

励磁绕组与电枢并联由图可求得由上分析可知：

当电源电压U和励磁回路的电阻Rf一定时,励磁电流If和磁通

不变，即

=常数。则IaUM+_If+_IE第59页,共112页，2024年2月25日，星期天8.3

直流电动机的机械特性令：T=KT

Ia=KT

Ia

即：并励电动机的磁通

=常数，转矩与电枢电流成正比。

由以下公式求得IaUM+_If+_IE第60页,共112页，2024年2月25日，星期天式中：n=f(T)

特性曲线n0nNTN

并励电动机在负载变化时，转速n的变化不大—硬机械特性（自然特性）。改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线n0T

n第61页,共112页，2024年2月25日，星期天

例:有一并励电动机，其额定数据如下：P２=22KW,

UN=110V,

nN=1000r/min,

=0.84,并已知

Rf=27.5

，Ra=0.04,试求:(1)额定电流I,额定电枢电流Ia及额定励磁电流If

;(2)损耗功率PaCu,及PO

;(3)额定转矩T;(4)反电动势E。解：(1)P2是输出功率，额定输入功率为额定电流额定励磁电流额定电枢电流第62页,共112页，2024年2月25日，星期天（2）电枢电路铜损励磁电路铜损总损失功率空载损耗功率（3）额定转矩（4）反电动势第63页,共112页，2024年2月25日，星期天8.4

并励电动机的起动与反转起动直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。Iast太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器；起动时,n=0

1.起动问题：(1)起动电流大(2)起动转矩大

起动时，起动转矩为(10~20)TN,造成机械冲击，使传动机构遭受损坏。一般Iast限制在(1.5~2.5)IN。第64页,共112页，2024年2月25日，星期天2.起动方法3.注意事项(1)电枢串电阻起动法(2)降压起动法：

直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通,不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：在满磁下将Rst置最大处，逐渐减小Rst使n升高。最大起动电压Ust为第65页,共112页，2024年2月25日，星期天(1)如果电动机是静止的，由于转矩太小(T=KT

Ia),

电机将不能起动，这时反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组有被烧坏的危险。

(2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势

E立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的

转矩不满足负载的需要，电动机必将减速而停转，更加促使电枢电流的增大，以至烧毁电枢绕组和换向器。

(3)如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭受严重的机械损伤，而且因电枢电流过大而将绕组烧坏。（

E

Ia

T>>

T0

n

飞车）第66页,共112页，2024年2月25日，星期天2.反转例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供电均可。电磁转矩：T=KT

Ia

(1)改变励磁电流的方向。

(2)改变电枢电流的方向。注意：改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两者的方向不能同时变。改变直流电机转向的方法有两种：第67页,共112页，2024年2月25日，星期天8.5

并励(他励)电动机的调速并励(他励)电动机与异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上由其独特的优点。

1.调速均匀平滑，可以无级调速(注：异步机改变极对数调速的方法叫有级调速)。

2.调速范围大，调速比可达200以上(调速比等于最大转速和最小转速之比）,因此机械变速所用的齿轮箱可大大简化。主要优点：由转速公式:可见直流电机调速方法有三种。第68页,共112页，2024年2月25日，星期天可见：在U一定的情况下，改变

可改变转速n。8.5.1

改变磁通调速

保持电枢电压U不变，改变励磁电流If(调R´f)以改变磁通

。由式Rf

If

n

一般只采用减少励磁电流(减弱磁通)的方法调速,即

改变磁通调速的方法：减小磁通，n只能上调。改变

时的机械特性如图。TLTn（

减小）R

f增加

O第69页,共112页，2024年2月25日，星期天调速过程:直至T=TC达到新的平衡。电压U保持一定,减小磁通

。

Rf

E

Iａ

n

Ia

E

瞬间T

>T２T

第70页,共112页，2024年2月25日，星期天(1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受机械本身强度所限，n不能太高。(2)调速设备简单，经济，电流小，便于控制。(3)机械特性较硬，稳定性较好。(4)对专门生产的调磁电动机,其调速幅度可达3~4,

例如530~2120r/min及310~1240r/min。

减小

调速的特点：(1)若调速后Ia

保持不变，电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。(2)这种调速方法只适用于恒功率调速(如用于切削机床)。使用调磁调速时应注意：第71页,共112页，2024年2月25日，星期天8.5.2

改变电压调速由转速公式知：调电压U，n0变化，但斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。n0"n0'电压降低Tc特性曲线n0nT0改变电压调速的特点:(1)工作时电压不允许超过UN

，而n

U,所以调速只能向下调。(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性好。第72页,共112页，2024年2月25日，星期天(3)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。(4)调速幅度较大。调速过程:保持If

为额定,减小电枢电压。

U

Ia

T

T

=TC稳定n

E

Ia

T

改变电压调速需要用电压可以调节的专用设备，投资费用较高。近年来已普遍采用晶闸管整流电源对电动机进行调压和调磁，以改变它的转速。第73页,共112页，2024年2月25日，星期天例:

有一他励电动机，已知U=220V,Ia=53.8A,n=1500r/minRa=0.7

。今将电枢电压降低一半，而负载转矩不变，问转矩降低多少？解:由T=KT

Ia可知，在保持负载转矩和励磁电流不变的条件下，电流也保持不变。电压降低后的转速n

对原来的转速n之比为第74页,共112页，2024年2月25日，星期天8.5.3

电枢回路串电阻调速

电枢中串入电阻,使

n

、

n0不变，即电机的特性曲线变陡(斜率变大)，在相同力矩下,n

。特性曲线如图。Rann0T

电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，因此n只能下调。特点：(1)设备简单，操作方便。(2)机械特性软，稳定性差。(3)能量损耗大，只用于小型直流机。Ra

+

R电阻增大第75页,共112页，2024年2月25日，星期天1.额定功率PN:

电机轴上输出的机械功率。2.额定电压UN:

额定工作情况下的电枢上加的直流电压。（例：110V，220V，440V）3.额定电流IN:

额定电压下轴上输出额定功率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。

三者关系：PN=UNIN

（

：效率）4.额定转速nN:

在PN,UN,IN

时的转速。直流电机的转速一般在500r/min

以上。特殊的直流电机转速可以做到很低（如每分钟几转）或很高（每分钟3000转以上）。注意:调速时对于没有调速要求的电机，最大转速不能超过1.2nN

。

。直流电动机的额定值第76页,共112页，2024年2月25日，星期天(3)恒功率负载（P一定时，T和n

成反比)，要选软特性电机拖动。如：电气机车等。直流电动机特性类型的选择:(1)恒转矩的生产机械(TL一定，和转速无关)要选硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。(2)通风机械负载，机械负载TL

和转速n的平方成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。

直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。8.5.4电动机的连接(1)绕组的阻值范围电枢绕组的阻值在零点几欧姆到1~2欧姆。第77页,共112页，2024年2月25日，星期天他励(并励)电机的励磁绕组的阻值有几百欧姆。串励电机的励磁绕组的阻值与电枢绕组的相当。（2）绕组的符号(1)绕组的阻值范围电枢绕组的阻值在零点几欧姆到1~2欧姆。S1T1B1C1H1

BC1Q1S2T2B2C2H2

BC2Q2电枢绕组他励绕组并励绕组串励绕组换向极绕组补偿绕组起动绕组始端绕组名称末端第78页,共112页，2024年2月25日，星期天§三交流电动机1三相异步电动机的结构与工作原理2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性3

三相异步电动机的启动、调速和制动4三相异步电动机的使用第79页,共112页，2024年2月25日，星期天交流电动机电动机直流电动机鼠笼式异步机他励、异励、串励、复励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、控制方法电动机的分类

一、三相异步电动机的结构及工作原理同步机绕线式第80页,共112页，2024年2月25日，星期天V’VW’U’UW三相异步机的结构定子转子第81页,共112页，2024年2月25日，星期天三相异步机的结构V’VW’U’UW转子定子定子绕组（三相）机座转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场线绕式鼠笼式鼠笼转子1.1第82页,共112页，2024年2月25日，星期天异步电动机的工作原理-----旋转磁场的产生UV’WVW’异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极(•)电流出(

)电流入U’1.2第83页,共112页，2024年2月25日，星期天对应电流各时刻的合成磁场方向:结论：电流变化一周，磁场旋转3600。××N××N××N××N定子通入三相电流，定子内产生旋转磁场1.2第84页,共112页，2024年2月25日，星期天异步电动机的工作原理---异步电动机的转动原理1.21.

转子电动势和转子电流2.

电磁转距和转子旋转方向定子绕组通入电流后，产生旋转磁场，与转子绕组间产生相对运动，由于转子电路是闭合的，产生转子电流。根据左手定则可知在转子绕组上产生了电磁力。电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转距T

，电磁转距的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁场的旋转方向转动起来。第85页,共112页，2024年2月25日，星期天异步电动机的工作原理---异步电动机的转动原理1.23.转子转速和转差率转子转速n与旋转磁场的转速n1

的方向一致，但不能相等（应保持一定的转差）。n1又称为同步转速。常用转差率s来表示n与n1

相差的程度，即4.异步电动机带负载运行轴上加机械负载，轴阻力↑，转速↓，转子与旋转磁场相对切割速度↑，转子感应电流↑，输入电流↑。第86页,共112页，2024年2月25日，星期天此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。又称两极机。即：UXYWVZ当磁极对数P=1时，一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°n1称为同步转速当P=1时5.电动机的极对数、极数和转速异步电动机的工作原理---异步电动机的转动原理1.2第87页,共112页，2024年2月25日，星期天异步电机运行中:转差为旋转磁场同步转速与电动机转速之差。电动机起动瞬间:（转差率最大）转差率S的概念转差率S为：由转子感生电流的频率转子感生电流频率第88页,共112页，2024年2月25日，星期天极对数（P）的改变对转速的影响C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'

将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。极对数极对数P同步转速n112343000r/min1500r/min1000r/min750r/min第89页,共112页，2024年2月25日，星期天例1：三相异步电动机p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速nN=960r/min。求：转差率s，转子电动势的频率f2同步转速：转差率：第90页,共112页，2024年2月25日，星期天例2.一台50Hz的异步电动机，额定转速nN=730r/min,空载转差率为0.00267，求电动机的极对数、同步转速、空载转速及额定负载时的转差率。解：nN=730r/min对应的同步转速应是750r/min根据得得额定转差率：第91页,共112页，2024年2月25日，星期天二、三个重要转矩n1Tn（牛顿•米）nN电机在额定电压下，以额定转速nN

运行，输出额定功率PN时，电机转轴上输出的转矩。额定转矩TN:TN、Tmax、Tst1负载转矩用TL

表示TstTmax第92页,共112页，2024年2月25日，星期天最大转矩：电机带动最大负载的能力。2n1nnNTstTmax过载系数3启动转矩Tst:

一般电动机启动时的转矩Tst

体现了电动机带载起动的能力。若Tst>TL电动机能起动，否则将起动不了。如果TL>

Tmax电动机将会因带不动负载而停转。启动系数第93页,共112页，2024年2月25日，星期天n1TnTmTstTL启动：Tst>TL(负载转矩)，电机启动转速n，转矩Tcc点：转矩达最大Tm

，转速n继续，T，沿cb走bb点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行若TL

，暂时T<TL,nsI2Tn电动机的自适应负载能力

电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。常用特性段s=0s=1正常工作条件：TL<Tmax，否则电机将停转。启动条件：

Tst>TL

否则电动机不能启动。注意第94页,共112页，2024年2月25日，星期天例4:三相异步电动机，额定功率P2N=10kW，额定转速nN=1450r/min，启动能力Tst/TN=1.4，过载系数=2.0，效率为87.5%。求额定转矩、启动转矩、最大转矩及额定输入功率。（1）额定转矩TN（2）启动转矩Tst（3）最大转矩Tm解：所求量：TN、Tst、Tm、P1N（4）输入功率P1N第95页,共112页，2024年2月25日，星期天起动电流：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7倍。大电流使电网电压降低影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累电机过热影响：三、三相异步电动机的启动、调速和制动原因：起动时n=0

，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子电流定子电流1、三相异步机的起动第96页,共112页，2024年2月25日，星期天（1）直接起动。10千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。（2）降压起动。Y－

起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动。

2、三相异步机的起动方法：先减小定子电压--------减小启动电流，待启动完毕后再加上额定电压降压起动下面主要介绍Y－

启动方法第97页,共112页，2024年2月25日，星期天Y－

起动

正常运行UwVvuW

起动时ABCXYZ设：电机每相阻抗为主要目的：减小启动电流启动电流只有原来的1/3第98页,共112页，2024年2月25日，星期天AZBYXC正常运行UPABCXYZ起动UP'（2）Y－

起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合Y－

起动。第99页,共112页，2024年2月25日，星期天例5:三相异步电动机，电源电压=380V，三相定子绕组接法运行，额定电流IN=20A，启动系数Ist/IN=7，求：（1）接法时的启动电流Ist

（2）若启动时改为Y接法，求IstY（1）Ist=7IN=720=140A解：（2）IstY=Ist/3=140/3=47A第100页,共112页，2024年2月25日，星期天例6有一三相异步电动机，△连结，P2N=28

kw，U1N=380V，I1N=58A，cosφ1N=0.88，nN=1445r/min，Ist=6IN,Kst=1.1,λ=2.3,TL=73.5N.m,