电工电子技术基础 王慧丽 第2版 课件 第3、4章 电机与变压器、电力拖动

第3章电机与变压器3.1变压器3.1.1变压器的概述3.1.2变压器的工作原理3.1.3变压器的损耗和额定值3.2直流电机3.2.1直流电机的构造3.2.2直流电机的工作原理3.2.3直流电动机的励磁方式和特性3.3三相异步电动3.3.1三相异步电动机3.3.2旋转磁场3.3.3三相异步电动机工作原理3.3.4三相异步电动机转速3.3.5三相异步电动机的铭牌3.1变压器的概述3.1.1

变压器的概述

一变压器的用途

变压器是一种常见的电气设备，具有变换电压、变换电流、变换阻抗的作用，主要用途：1、电力系统中输变电。

配电变压器升压变压器降压变压器2、为多种仪器仪表、电子线路提供合适的电流和电压。3、电子技术中耦合、隔离信号和实现阻抗匹配

仪器仪表、电子线路等电子技术中变压器4、用于各种焊接、电炉等特殊变压器。

焊接、电炉等特种变压器

二变压器的构造和分类

1、构造变压器主要是由铁心和绕组两部分组成

铁心：硅钢片叠制，厚度0.35mm或0.5mm绕组：用绝缘材料的铜质线圈绕制

绕组一次绕组（初级绕组、原绕组）与电源相连

二次绕组（次级绕组、副绕组）与负载相连变压器结构图

2、变压器分类

心式变压器壳式变压器(1)根据铁心和绕组的结构心式变压器壳式变压器自冷式变压器（小型）油冷式变压器（大型）(2)根据冷却方式自冷式变压器油冷式变压器3.1变压器的概述3.1.2

变压器的工作原理一

变压器的电压变换作用

K称为变压器的变比；U1为一次绕组电压（输入电压、电源电压）；U2为二次绕组电压（输出电压、负载电压）；N1、N2

分别为一、二次绕组的匝数；E1

、E2

分别为一、二次绕组的电动势。变压器原理图二

变压器的电流变换作用

I1、I2

分别为初级绕组的电流和次级绕组的电流。变压器原理图三

变压器的阻抗变换作用

变压器原理图Z负载阻抗，Z’初级绕组的阻抗3.1变压器的概述3.1.3

变压器损耗和额定值一

变压器的损耗和效率1.变压器的损耗包括两部分：铜损(

Pcu)

：绕组导线电阻的损耗

铁损(

PFe

)：磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造成的损耗涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感应电流(涡流)造成的损耗2.变压器的效率：变压器效率曲线

负载为额定负载的（50~75）%时，最大输出功率输入功率二

变压器的铭牌变压器的铭牌额定值1）额定容量SN（kVA）：指铭牌规定在额定使用条件下所能输出的视在功率，对三相变压器而言，额定容量指三相容量之和。2）额定电压UN（kV或V）：指变压器长时间运行时所能承受的工作电压。一次额定电压

，是指规定加到一次侧的电压；二次额定电压

，是指变压器一次加额定电压时，二次空载时的端电压，在三相变压器中，额定电压指的是线电压。3）额定电流IN（A）：指变压器的额定容量下，允许长期通过的电流。同样，三相变压器的额定电流也指的是线电流。4）额定频率

fN（Hz）：中国规定标准工频为50Hz。3.2直流电机3.2.1

直流电机的构造直流发电机（电源）直流电动机（动力）直流测速发电机（信号传递）直流伺服电动机（信号传递）直流电动机外形图直流电机主要是由定子和转子两大部分组成。一、定子部分（a）主磁极（b）机座机座主磁极换向磁极端盖电刷装置等组成二、转子（电枢）部分（a）转子主体（b）电枢钢片电枢铁心电枢绕组换向器转轴风扇等组成

a)结构图b)轴向截面图a)1—端盖2—风扇3—机座4—电枢5—主磁极6—刷架7—换向器8—接线板9—出线盒10—换向器b)1—机座2—主磁极3—转轴4—电枢铁心5—换向磁极6—电枢绕组7—换向器8—电刷3.2直流电机3.2.2

直流电机工作原理NSNS－E＋－E＋一直流发电机工作原理注意：电刷与负载连接固定不动，电刷压在换向片上。换向器和线圈连接并转动，无论怎样转动，总是上半边A的电流向外，下半边B的电流向里。直流发电机工作原理图ABAB右手定则电刷换向片二直流电动机工作原理直流电动机工作原理图NSNS＋U－＋U－电刷换向片左手定则ABAB3.2直流电机3.2.3

直流电动机的励磁方式和特性直流电动机按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。MIaIf+Uf－+Ua－MIfIIaM+U－IIaMIaIf+U－I他励并励串励复励3.3三相异步电机3.3.1

三相异步电动机的结构电动机直流电动机交流电动机交流电动机同步电动机异步电动机异步电动机按相数三相异步电动机单相相异步电动机按结构鼠笼式异步电动机绕线式异步电动机三相交流异步电动机利用电磁感应原理将三相交流电能转换成机械能，带动其他设备工作。主要由两部分组成：定子（固定部分）和转子（旋转部分）三相交流异步电动机外形图三相交流异步电动机定子结构图一定子

电机上固定不动的部分，是由机座、定子铁心、定子绕组三部分组成基座

铁心定子绕组端盖笼型转子绕组笼型转子铁心二转子指电机上旋转运动的部分，是由转子铁心和转子绕组组成。

转子转轴笼型转子绕线型转子根据转子绕组结构的不同分为笼型转子和绕线型转子。三相异步电动机结构分解图3.3三相异步电机3.3.2

旋转磁场三相异步电动机的三相定子绕组以互隔1200的方式嵌放在定子铁心中。当三个绕组U1U2、V1V2、W1W2分别接入三相对称交流电后，便可以产生旋转磁场。一、旋转磁场的产生实际三相电动机的旋转磁场是如何产生的呢？U1U2V1V2W1W2三相对称电流波形图ωt0iU1V1iUiViWW1U2V2W2电动机结构示意图电动机接线图首端：U1V1W1末端：U2V2W2ωt=0时电流波形图ωt0iU1U2V1V2W1W2×××电流入

电流出NSn1合成磁场方向ωt=0时磁场情况示意图

规定：电流为正值时，电流从绕组首端流入，末端流出；电流为负值时，电流从末端流入，首端流出。1、ωt=0时磁场和波形情况U1U2V1V2W1W2×××电流入

电流出n1合成磁场方向ωt=120°时磁场情况示意图

规定：电流为正值时，电流从绕组首端流入，末端流出；电流为负值时，电流从末端流入，首端流出。NSωt0iωt=120°ωt=120°时电流波形图2、ωt=120°时磁场和波形情况U1U2V1V2W1W2×××电流入

电流出n1合成磁场方向ωt=240°时磁场情况示意图

规定：电流为正值时，电流从绕组首端流入，末端流出；电流为负值时，电流从末端流入，首端流出。ωt=240°时电流波形图NSωt0iωt=240°3、ωt=

240°时磁场和波形情况U1U2V1V2W1W2×××电流入

电流出n1合成磁场方向ωt=360°时磁场情况示意图ωt=360°时电流波形图ωt0iωt=360°NS

归纳：只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个随时间变化的旋转磁场。电流随时间变化一周，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转了360°。4、ωt=

360°时磁场和波形情况二、旋转磁场的转向旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致。电流的正序：U－V－W电流的逆序：W－V－Un1n1若要改变电动机的旋转方向，只需任调通入定子绕组中两相电流的相序即可。3.3三相异步电机3.3.3

三相异步电动机的工作原理U1U2V1V2W1W2×××n1NS

在电动机对称三相定子绕组中通入对称三相交流电流产生气隙旋转磁场

转子导体与磁场相切割，生成感应电动势、感应电流载流导体受电磁力的作用形成力矩力矩对电机转轴形成电磁转矩从而使固定不动的转子顺着旋转磁场的方向转动起来。三相异步电动机工作原理概括3.3三相异步电机3.3.4

三相异步电动机转速三相电动机旋转磁场的转速与哪些因素有关？○○○○○○

定子每相一个线圈，旋转磁场为二极。旋转磁场的磁极对数

P=1

电流变化一周，磁场也旋转一周。磁场的转速n1=60f1(r/min)

定子每相二个线圈，旋转磁场为四极。旋转磁场的磁极对数

P=2

电流变化一周，磁场也旋转0.5周。磁场的转速n1=60f1/2(r/min)

改变定子绕组的接线方式，可以改变异步电动机的极数。旋转磁场的转速n1与电动机的极数P成反比，与交流电的频率f成正比。公式：P234n1150010007503.3三相异步电机3.3.5

三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌一、型号二、额定值（1）额定功率PN

额定功率是电动机在额定运行情况下，其轴上输出的机械功率。又称额定容量，单位W或KW。（2）额定电压UN

额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组的线电压，他同定子绕组的接法相对应。（3）额定电流IN

额定电流是电动机在额定运行时定子绕组的线电流。如果铭牌上有两个电流值，则表示定子绕组在两种不同接法时的线电流。三、接法W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1

接线柱的连接星形联结三角形联结W2U2V2U1V1W1四、温升及绝缘等级绝缘等级AEBFH最高允许温度/℃105120130155180最高允许温升/℃607580100125表3-2绝缘材料等级绝缘材料等级第4章电力拖动4.1常用低压电器4.2典型三相异步电动机控制电路4.2.1变压器的概述4.2.2变压器的工作原理4.1常用的低压电器

手动电器

刀开关低压电器

自动电器按钮

自动空气断路器

交流接触器

时间继电器

热继电器

中间继电器

一刀开关

用途：用作电源的引入开关，或用来直接起动和停止小容量电动机。结构：操作手柄闸刀夹座绝缘底板文字符号：QS图形符号单掷单刀单掷双刀单掷三刀

二组合开关

用途：用作电源的引入开关，或用来直接起动、停止、正反转小容量电动机。50Hz380V以下或直流220V以下的电路中图形符号Q文字符号：

三按钮

用途：通常用来短时间接通或断开控制电路按钮的示意图复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式静触头常开静触头外壳4SBSBSB结构符号名称常闭按钮(停止按钮)常开按钮(起动按钮)复合按钮1234123按钮帽（电器联锁）

四熔断器

熔断器俗称保险丝，是一种简单有效的短路保护电器。熔断器中的熔体一般是熔点很低的铅锡合金丝，也可用截面很细的铜丝制成。当电路发生短路时，通过熔丝的电流很大，将其烧断，从而切断电源，保护电器设备。图形符号为：FU

五交流接触器

交流接触器结构及工作原理复位弹簧动铁心线圈静铁心主触点(常开)辅助触点

接触器是利用电磁力来接通和断开大电流电路的一种自动控制电器，它常用在控制电动机的主电路上。1231´2´3´常闭触点常开触点允许通过大电流用在主电路中只许通过小电流用在控制电路中符号：KM线圈KM常开(动合)触点KM常闭(动断)触点

主触点允许通过的电流大，一般在异步电动机的定子中使用；

辅助触点允许通过的电流小，一般在控制电路中使用交流接触器实物图CJX1系列交流接触器CJX2系列交流接触器CJT1系列交流接触器六

中间继电器

中间继电器常用来传递多个信号