《电机与电气控制技术》讲稿-高教社 11-74 绪论、基本定律定则- X62W万能铣床电气控制

《电机与电气控制技术》讲稿

教材采用：《电机与电气控制技术》高等出版社

主编：王玺珍、赵承荻、袁媛

计划课时60

授课学期______________________

任课教师_____________________

授课班级_____________________

年月

第一章变压器

第一节变压器的工作原理及分类

第三节变压器的基本结构

一、电工基木定律

1、电路欧姆定律

1）直流电路欧姆定律

7=1，流过电阻用上电流/的大小与电压〃成正比。

2）交流电路欧姆定律

z=流过阻抗Z上电流，的大小与电压〃的成止比。

2、磁路欧姆定律

在磁阻必组成的磁路中，通过磁路中的磁通中与产生该磁通的磁动势成正比,

与磁路的磁阻必成反比，即

O不=—F=-N-I-

*/

力为线圈匝数，/为流过线圈的电流，/为磁路平均长度，4为磁路的横截面积，〃为

磁路的导磁系数。

3、发电机右手定则

导体在磁场中作切割磁感线的运动时，在导体中会产生感应电动势，其大小为：

e=Blv

。为感应电动势：6儿为磁感应强度：/为切割磁感线的导体长度：口为导体切割磁感

线的速度。

感应电动势。的方向可用右手定则判定。

4、电动机左手定则

通电导体在磁场中会受到力的作用F,方向用左手定则判定。

F=BTI

产为作用力；夕为磁感应强度；/为通过导体的电流；/为导体在磁场中的有效长度。

•左手与右手定则：磁力线垂直穿过掌心

大拇指所指为力的方向

四指所指为电流的方向

5、右手螺旋定则

1）通电导线右手螺旋定则

通电的导线周围会产生磁场，其电流和磁场的方向可用右手螺旋定则来判定

2）通电线圈右手螺旋定则

通电的线圈在线圈内部及周围也会产生磁场，电流和在线圈内部的磁场方向可用右手

螺旋定则来判定

6、楞次定律

当通过线圈中的磁通发生变化时，在线圈内部会产生感应电动势e,而感应电动势

e的方向总是企图使它所形成的感应电流所产生的磁通阻止原磁通的变化。

二、单相变压器工作原理

变压器是利用电磁感应原理工作的，主要由铁心和绕组组成。两个相互绝缘且匝数

不同的绕组分别套装在铁心上，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系，一次绕组加上交

流电压小后，绕组产生励磁电流在铁心中产生与如同频率的交变磁通①，根据电磁

感应原理，在原、次边绕组中产生感应电动势臼和心。

将次边接入负载后，就有电流，2流过负载，实现了电能从原边到次边的传递。从上

式可知，一、二次绕组感应电动势的大小与绕组的1E数成正比，因此只要改变一、二次绕

组的匝数，就可变压的目的。

三、变压器极性判别

1、变压器的极性

变压器的原、次边绕组在同一个铁心上，都被同一磁通交链，因此都会在绕组中产生

在感应电动势，在任一瞬间一次绕组的某一端点的感应电动势与二次绕组的某一端感应电

动势的极性相同时，就称为同极性端或同名端，用符号“或表示。

当变压器需要扩大容量时，就需将两台变压器联在一起使用。扩大容量有两种情况,

一种是扩大电流，一种是扩大电压。将输出电压相等的变压器次边并联运行，可扩大输出

电流。将变压器的次边串联运行，可扩大输出电压。

例1：将两台220V/36V单相变压器联接成电压为220V/36V的接法，方法见下图。

例2：将一台220V/36V单相变压器与一台220V/24V的单相变压器联接成电压为

220V/60V的接法,方法见下图。

220/36V

司•

1

22OV22OV

.

Ea

•,

JZ

Y

W

EA

2、变压器绕组的极性判别

（1）分析法

对两个绕向已知的绕组，当电流从两个同极性端流入（或流出）时，铁心所产生的磁

通方向是一致的。

（2）实验法

对于已经制成的变压器，从外部无法观察绕组的绕向，可用实验的方法判别，判别方

法有交流法和直流法两种。

▲交流法

将2、4端连接在一起，在上、2端加入一个较低的交流电压U12,用交流电压表分

别测量"12、"13、ZJ.34的值，如果以13=。12-"34,则1、3为同极性端，如果"13二

〃12+"34,则1、4为同极性端。

▲直流法（电磁感应法）

用1.5V或3V的直流电源通过开关S接在高压绕组上，将直流毫伏表接在低压绕组两

端。当合上开关S的瞬间，如亳伏表指针正偏（向右），则接电源正极的端子与接毫伏表

正极的端子为同极性端。

S\r-?-I

交流法直流法

四、变压器结构、特点

1、单相变压器结构、特点

（1）铁心

80年代生产的新型电力铁心用高磁导率、低损耗的冷轧晶粒取向硅钢片制作，降低的

损耗，提高了变压器的效率。三相电力变压器铁心均采用心式结构，交叠式的叠装工艺。

交叠式铁心优点是各层磁路的接缝相互错开，气隙小，空载电流小，且铁心的夹紧装置简

单经济，可靠性高；不足之处是铁心及绕组的装配工艺较复杂。

（2）绕组

三相变压器绕组一般采用绝缘纸包的扁铜线绕成结构形式与单相变压器一样有同心

式绕组和交叠式绕组。

（3）油箱和冷却装置

为了铁心和绕组的散热和绝缘，将其放置在变压器油内，为了增加散热面积，在四周

装有散热片，容量大于10000KVA的电力变压器，采用风冷或强迫油循环冷却装置。

（4）保护装置：气体继电器、防爆管（安全勺道）

五、变压器铭牌数据

1、型号

S9-80/10

1—高压侧电压A（KV）

-------容量（KVA）

------------设计序号

-------------三相变压器

2、额定电压U1N和U2N

在三相变压器中，领定电压是指线电压。

高压侧（一次绕组）额定电压U1N是加在一次绕组上的正常工作电压值，是根据变压

器的绝缘强度和允许发热等条件规定的。

低压侧（二次绕组）额定电压U2N是变压器在空载时，高压侧加上额定电压后，二次

绕组输出的电压值。

3、额定电流I1N和12N

额定电流是根据变压器容许发热的条件而规定的满载电流值。在三相变压器中是指线

电流。

4、额定容量SM

额定容量是变压器在额定工作状态下，二次绕组的视在功率。

单相变压器的额定容量为：

U2NI2M

SN=■^000-KVA

三相变压器的额定容量为:

、后U2NI2N

SN二1000KVA

5、联结组标号

Dyn11

变压器联结组别的标号

N高压绕组作星形联结时的中性线

n低压绕组作星形联结时的中性线

d低压绕组作三角形联结

y低压绕组作星形联结

D高压绕组作三角形联结

Y高压绕组作星形联结

6、阻抗电压

又称为短路电压，是额定电流时变压器阻抗压降的大小，通常用它与额定电压U1N的

百分比来表示。

第二节单相变压器的运行原理

一、变压器的电流、磁通、感应电动势的参考方向

为了统一，按照“电工惯例”来规定参考方向：

1、在同一支路中，可压的参考方向与电流的参考方向一致。

2、磁通的参考方向与电流的参考方向之间符合右手螺旋定

则。

3、由交变磁通中的电动势感应e,其参考方向与产生该磁

通的电流参考方向一致，即感应电动势e与产生它的磁通①之间

符合右手螺旋定则时为正方向。图中电压、电流、磁通、感应电动势的参考方向是按此惯

例标出的。

二、变压器空载运行

变压器空载运行原理图变压器一次绕组接额定交流电压，而二次绕组开路，/2=0

的工作方式称为变压器的空载运行，如上图所示。

1、理想变压器

为了分析问题方便、简单，忽略漏磁通、一次绕组的电阻为及铁心的损耗，这种变

压器称为理想变压器。

空载时，在外加交流电压〃।作用下，一次绕组中通过的电流称为空载电流工，在电

流入的作用下，铁心中产生交变磁通①，同时穿过一、二次绕组，分别在其中产生感应

电动势。和02,大小与4①/"成正比。

当①二①,“sin研时，则

=2兀fN0nsin(90°-cot)=员in(900-cot)

-反in(900-cot)

感生电动势。在相位上滞后磁通中90。，有效值为

Em2兀fN中用

F=4.44力VS

因此：E\-4.44/M①加

Ei=4.44力V2①卬则

2—迫

瓦一丽

在空载情况下，空载电流％很小，在一次绕组中产生的电压降忽略不计，则小xE、,

方向相反，即电动势⑻与外加电压〃I相平衡。由于二次侧开路，则〃2=£2。因此

〃1=£1=4.44力V4

U?=Ez=4.44力V2①加

〃iF\N\

—=K,4为变压器的变比,

b2EiN2

由上分析可知：

(1)变压器一次、二次绕组的电压与一次、二次匝数成正比，即变压器有变换电压

的作用。

(2)当频率F与匝数N为常数时，加在变压器上的交流电压〃1为恒定值，则变压

器铁心中的磁通中加基本上保持不变，这就是恒磁通概念。

2、实际变压器

实际的变压器空载运行时，磁通分为两部分：一部分为主磁通①,〃过铁心同时与一、

二次绕组交链，在一、二次绕组中产生感应电动势⑨和后2；另一部分漏磁逋①m通过一

次绕组周围的空间形成闭合回路，只与一次绕组交链，在一次绕组中产生漏抗电动势

E=二/八内八。由于漏磁通经过空气形成闭合回路，磁路不会饱和，使漏磁通保持与/。

成正比，所以漏阻抗xm是一个常数。

实际变压器空载除产生主磁通和漏磁通外，还具有有功分量，以供绕组电阻和铁心中

的损耗。

电动势平衡方程式为：

I)1=—E\—Ea{+n/o

=-E\-jxnib+n/o

--E\+Zmia其中Zoi=jxa\+r\

一次绕组的电阻n很小，漏阻抗z”很小，产生的漏抗电动势也很小。所以实际变压

器在穿戴运行时仍然是：

U\工E\,〃2xE?

三、变压器负载运行

如上图，当变压器二次绕组接上负载后，二次绕组流过负载电流/2,并产生去磁磁

势/V2/2,为保持铁心中的磁通①基本不变，一次绕组中的电流由70增加为磁通势

变为M/l以抵消二次绕组电流产生的磁通势的影响。

磁动势平衡方程式为：

Niio=N\i\+N2I2

Z1=Zo4-(―，2)=/o+(---—I2)=/o+

N\K

由上可知，负载时一次侧电流入由建立主磁通①的励磁电流和供给负载的负载

电流分量八组成，,1月以抵消二次绕组磁通势磁作用，使主磁通保持不变。当二次绕组

的输出功率增加，、二次绕组的电流人增加，则使一次绕组中的电流九增加，一次侧输

入功率也随之增加，从而实现了能量从一次侧到二次侧的传递。

由于很小，公式可表示为

也

h=--12”表示力与/2在相位上相差180°,

N\

由些可知，变压器一次、二次绕组中的电流与其绕组的匝数成反比，即变压器有变换

电流的作用。

生〜名一生

〃2EiN?

由上式可知变压器的高压绕组匝数多、电流小，所需导线细；低压绕组匝数少、电流

大，所需导线粗。

电动势平衡方程式

一次绕组的电动势平衡方程式为：

I)1=—E\+z<7i/o

二次绕组的电动势平衡方程式为

・♦.

〃2=—E1—Ea2+1*2/0

=—E2—jXali^+rzib

=—E24-Z0-2/0

=2/2=(r+"2)/2

ZE为二次绕组漏阻抗，Z为二次绕组的负毂阻抗，n为二次绕组的负载电阻，J2

为二次绕组的负载电抗。

变压器的阻抗变换：

变压器不但具有电压变换和电流变换的作用，还具有阻抗变换的作用。

当变压器二次绕组接上阻抗为Z的负载后，则

Z'=—=—=K2Z

I\h

1

7相当于直接接在一次绕组上等效阻抗，故7=K2Z,可见接在变压器二次绕组

上负载Z与不经过变压器直接接在电源上等效负载7相减小了《2倍，即负载阻抗通过变

压器接在电源上时，相当于把阻抗增加了《2倍。

在电路应用中，为了获得最好的功率输出往往对输出电路的输出阻抗与所接的负载阻

抗要相匹配。为了在扬声器中获得最好的音响效果(最大的功率输出)，要求音响设备输

出的阻抗与扬声器的阻抗尽量相等。但实际上扬声器的阻抗很小，而音响设备等信号的输

出阻抗却很大，因此通常在两者之间加接变压器来达到阻抗匹配的目的。

6第四节三相电力变压器

一、三相油浸式电力变压器的结构

在三相电力变压器中，目前使用最广泛的是三相油浸式电力变压器，主要由铁心、绕

组、油箱和冷却装置、保护装置等部件组成。

铁心是三相变压器的磁路部分，与单相变压器一样，它由0.23~0.3mm厚的硅钢片叠

压（或卷制）而成。随着我国节能减排“十二五”规划的贯彻实施，采用新的软磁材料非

晶合金作为铁心材料的非晶合金变压器正在被迅速推广。

非晶合金是采用铁基、铁银基、钻基等合金，采用先进的超级冷技术将液态金属直接

冷却形成厚度为0.02-0.04mm的固体薄带材料来制作变压器铁心，它具有高饱和磁感应

强度、低矫顽磁力、低损耗等优点，空载损耗可比叠片式硅钢片铁心下降70%〜80%,空

载电流下降约85%,负载损耗下降20%〜30%,节能效果十分明显。

二、三相电力变压器的联结

联结组是指三相电力变压器高、低压绕组的连接方式。在三相电力变压器中，不论是

高压绕组，还是低压绕组，我国均采用星形联结及三角形联结两种方法。

1、三相变压器绕组的连接方法

三相变压器一、二次绕组均采用Y与△联结方式。

星形联结三角形联结（逆序）三角形联结（顺序）

星形联结是把三相绕组的末端U2、V2、W2（或u2、v2、w2）连接在一起，而把它们

的首端U1、VI、W1（或ul、vl、wl）分别用导线引出。三角形联结是把一把绕组的首端

与另一相绕组的首端连在一起，顺次连接成一个闭合同路，再从三个连接点引出导线。

国家标准规定：高压绕组践联结用Y表示，三角形联结用D表示，中性线用N表示。

低压绕组星形联贯用y表示，三角形联结用d表示，中性线用n表示。

三相变压器一、二次绕组不同接法的组合形式有：Y,y；YN,d；Y,yn；D,y；D,d

等。不同形式的组合，各有优缺点，高压绕组接成星形可使绕组的对发绝缘要求降低。大

电流的低压绕组采用三角形联结。可使导线截面积比星形缔结时减小，便于绕制。

2、三相变压器的联结组别

一、二次绕组线电区之间的相位关系是不同，且一、二次绕组线电动势的相位差总是

30°的整数倍。因此，国际上用时钟法规定：一次绕组线电压UUV为时钟的长针，永远指

向钟面上“12”，二次绕组线电压UUV的短针，它指向哪个数字，该数字则为该三相变压

器联结级别的标号。

(1)Y,y联结组1偶数)

(2)Y,d联结组(奇数)

三和电力变压器的联结组别有很多的，为了制造与运行方便的需要，国家标准规定了

三相电力变压器只采用五种标准联结组：Y,ynO；YN,dll；YN,y0；Y,yO；Y,dll。

Y,yO不能用于三丰变压器组，只能用于三铁心的三相变压器。

三、电力变压器运行特性

1、变压器的外特性与电压变化率

当变压器一次绕组电压和负载的功

率因数cos中一定时，二次绕组电压〃2

与负载电流/2的关系，称为变压器的外

特性。变压器的外特性是用来描述输出电

压随负载电流/2变化而变化的情况。

从变压器外特性图可以看出，当

COS<I>2=1时，〃2随下降得并不

多；当在感性负载，COS降低时，〃2

随/2下增加而下降的程度加大，主时因为滞后无功电流对变压器磁路中的主磁通的去磁

作用更为显著，而使E1和E2有所下降的原因；当在容性负载，cos中2为负值时，超前

的无功电流有助磁作用，主磁通会有所增加，使得〃2会随下的增加而提高。这些表明，

负载的功率因数对变压器外特性的影响是很大的。

一般情况下，变压器的负载大多数是感性负载，当负载增加时，输出电压U2总是下

降的。当变压器从空载到额定负载运行时，二次绕组输出电压的变化值△〃与空载电压

之比的百分数称为变压器的电压变化率，有来表示。

//2V

=—X100%

112

电压变化率反映了供电电压的稳定性，是变压器的一个重要按照权利要求。AU%越小,

则变压器二次绕组输出的电压越稳定。

2、变压器的损耗与效率

变压器从电源输入的有功功率回与向负载输出的有功功率〃2之差为变压器的损耗

功率△户，它包括铜损耗/加和铁损耗Q'c两部分。

(1)铁损耗〃匕

r磁滞损耗

.基本铁损耗\涡流损耗

铁损耗V

,口J铁心叠片间绝缘损伤面产生的局部涡流损耗

附加铁损耗t主磁通在铁心以外的结构部件引起的涡流损耗

附加损耗约为基本损耗的15%〜20$左右。变压器的铁损耗与一次绕组上所加的电源

电压大小有关，而与负载的大小无关。当电源电压一定时，铁心中的磁通基本不变，则铁

损耗也基本不变，因此铁损耗又称“不变损耗”。

(2)铜损耗/fe

变压器的铜损耗有基本铜损耗和附加铜损耗。

基本铜损耗是由电流在•次、二次绕组电阻上产生的损耗，附加损耗是由漏磁通产生

的集肤效应使电流在导体内颁不均匀而产生的额外损耗。附加铜损耗约为基本铜损耗的

2%〜3机在变压器中铜损耗与负载电流的平方成正比，所以铜损耗又称为“可变损耗二

3、效率〃

变压器的输出功率22与输入功率•之比称为变压器的效率。

由于变压器没有旋转的部件，不像电机那样有机械损耗存在，因此变压器的效率一般

都比较高。中、小型电力变压器效率在95%以上，大型电力变压器效率可达99%以上。

4、效率特性

变压器在不同的负载电流

时，输出功率与铜损都不同，因

此变压器的效率，随负载电流的

变化而变化。当铁损耗等于铜损

耗时，变压器的效率最高。

变压器的负载电流，2不同

时，输出功率02及钢损耗摩尸CU

也在变化，因此变压器的效率77

将随负载电流，2的变化而变化,

其变化规律通常用变压器的效

率特性曲线来表示，图中：

1

B—2，称为负载系数。

I2N

通过数学分析可知：当变压器的铁损耗等于铜损耗时，变压器的效率最高，通常热轧

硅钢片铁心变压器的最高效率〃=0.6〜0.7,而冷轧硅钢片铁心变压器的最高效率尸二

0.3〜0.5。也就是说目前我国生产及上网运行的三相电力变压器当负载为变压器额定容量

的30%〜50%时，变压器效率最高、最经济。

（5）电压变化率

当变压器一次绕组接额定电压，二次绕组空投时的电压。2.v（称为额定电压）与额

定负载时的电压。2之差与之比的百分值就称为变压器的电压变化率，用AU%来表

/Ko

At/%=-"x100%

U2A'

电压变化率反映了供电电压的稳定性，是变压器的一个重要性能指标。AU%越小，

说明变压器二次绕组输出的电压越稳定，因此要求变压器的AU%越小越好。常用的电力

变压器从空载到满载，电压变化率为4%〜6%。

第五节常用变压器

在各种电气设备、家用电器和电子仪器设备中都广泛使用各种小型变压器，它们的容

量一般都比较小，因而体积小、重量轻，却承担着不同的功能，成为必不可少的器件。常

见的有各类控制变压器、电焊变压器、自耦变压器、互感器、脉冲变压器、旋转变压器等。

一、小功率电源变压器

1、控制变压器

控制变压器是指工作在50〜60Hz频率下的电源变压器，又称工频电源变压器，用

于低压局部照明电源、信号灯或指示灯电源以及电气控制设备中控制电路的电源。

控制变压器容量都比较小，常见的都在几百伏安以下，一次电压为220V与380V,

二次电压为220V、127V.HOW36V、24V、12V、6V等，也可按需要特制。

2、中频及高频电源变压器

（1）中频电源变压器

中频电源变压器是指工作在400〜1000Hz频率范围内的电源变压器。由于工作频率

的上升，为减小涡流损耗，铁心用0.2mm厚冷轧硅钢片构成，且铁心中的磁感应强度4

一般取得较低。它既可二作在正弦波电压下，也可工作在方波（或矩形波）电压下。中频

电源变压器的其他结构与工频电源变压器相同。

（2）高频电源变压器

高频电源变压器是指工作在10〜20KHz频率范围内的电源变压器，主要用在开关稳压

电源的变换器中。其结构特点有：

①不能使用普通硅钢片制作铁心，一般均用铁氧体铁心。它的电阻率高，故涡流损

耗小。

②由于绕组中通过的是高频电流，因此集肤效应使导线中心部分电流密度变小，从

而减小了导线的有效面积，引起发热，故通常使用多股高频铜导线或薄铜箔绕制绕组。

③高频电源变压器的工作温度不能超过70℃,否则铁氧体的电磁性能将急剧下降。

二、自耦变压器

1、结构特点及用途

前面叙述的变压器，其一次、二次绕组是分开绕制的，它们虽装在同一铁心上，但相

互之间是绝缘的，即一次、二次绕组之间只有磁的耦合，而没有电的直接联系。这种变压

器称为双绕组变压器。如果把一次、二次绕组合二为一，使二次绕组成为一次绕组的一部

分，这种只有•个绕组的变压器称为自耦变压器，自耦变压器的•次、二次绕组之间除了

有磁的耦合外，还有电内直接联系。

—i1

U呼

0

。2

-O+

u2

自耦变压器工作原理图

自耦变压器可节省铜和铁的消耗量，从而减小变压器的体积、重量，降低制造成本,

且有利于大型变压器的运输和安装。在高压输电系统中，自耦变压器主要用来连接两个电

压等级相近的电力网，作联络变压器之用。在实验室里常用具有滑动触点的自耦调压器获

得可任意调节的交流电压。此外，自耦变压器还常用作异步电动机的起动补偿器，对电动

机进行降压起动。

2、电压、电流及容量关系

自耦变压器也是利用电磁感应原理工作的，当一次绕组U1、U2两端加交变电压Ui

时，铁心中产生交变的磁通，并分别在一次绕组及二次绕组中产生感应电动势臼及石2,

当二次绕组接上负载后，就有电流人流过。

〃ILN\U\

K=—=——=——

hN2(72

自耦变压器一次、二次绕组中的电流大小与匝数成反比，在相位上互差180。。因此，

流经公共绕组中的电流斛的大小为：

I=12—1\

可见，流经公共绕组中的电流总是小于输出电流相2o当变比物接近1时，则相1与

痢2的数值相差不大，即公共绕组中的电流相很小，因而这部分绕组可用截面积较小的

导线绕制，以节约用铜量，并减小自耦变压器的体积与重量。

理论分析和实践都可以证明：当一次、二次绕组电压之比接近1时，或者说不大于2

时，自耦变压器的优点比较显著，当变比大于2时，好处就不多了。所以实际应用的自耦

变压器，其变比一般在1.2〜2.0的范围内。

自耦变压器的缺点在于：一次、二次绕组的电路直接连在一起，造成高压侧的电气故

障会波及低压侧，这是很不安全的，因此要求自耦变压器在使用时必须正确接线，且外壳

必须接地，并规定安全照明变压器不允许采用自耦变压器结构形式。

3、自耦调压器

如果把自耦变压器的抽头做成滑动触点，就可构成输出电压可调的自耦变压器。由于

其输出电压可调，因此称为自耦调压器，其外形图和电路原理图如图所示。

单相自耦调压器

自耦变压器的一次绕组匝数,忆固定不变，并与电源相连，一次绕组的另一端点U2和

滑动触点a之间的绕组/2就作为二次绕组。当滑动触点a移动时，输出电压〃2随之改

变，这种调压器的输出电压〃2可低于一次绕组电压〃］，也可稍高于一次绕组电压。

三、仪用互感翳

仪用互感器是作为测量用的专用设备，分电流互感器和电压互感器两种，它们的工作

原理与变压器相同。使用仪用互感器的目的有：一是为了测量人员的安全，使测量回路与

高压电网相互隔离；二是扩大测量仪表(电流表及电压表)的测量范围。

仪用互感器除用于交流电流及交流电压的测量外，还用于各种继电保护装置的测量系

统。

1、电流互感器

在电工测量中用来按比例变换交流电流的仪器

称为电流互感器。

电流互感器的基本结构形式及工作原理与单相

变压器相似，它也有两个绕组：一次绕组串联在被

测的交流电路中，流过的是被测电流槽1,一般只

有一匝或几匝，用粗导线绕制；二次绕组匝数较多，

与交流电流表相接，如图所示。

一般二次电流表用量程为5A的仪表。只要改电流互感器原理图

变接入的电流互感器的交流比，就可测量大小不同

的一次电流。在实际应用中，与电流互感器配套使用的电流表已换算成一次电流，其标度

尺即按一次电流分度，这样可以直接读数，不必再进行换算。

例如，按5A制造的但与额定电流比为600A/5A的电流互感器配套使用的电流

表，其标度尺即按600A分度。

使用电流互感器时必须注意以下事项：

(1)电流互感器的二次绕组绝对不允许开路。

（2）电流互感器的铁心及二次绕组一端必须可靠接地

2、钳形电流表

目前生产和使用的有指针式和数字式两类，它们的工作原理是相似的，压动压块，即

可使可动铁心张开，将被测载流导线钳入铁心窗口中，被测导线相当于电流互感器的一次

绕组，铁心上绕二次绕组，与测量仪表相连，可直接读出被测电流的数值。其优点是测量

线路电流时不必断开电路，使用方便。

使用钳形电流表时应注意使被测导线处于窗口中央，否则会增加测量误差；不知电流

大小时，应将选挡开关置于大量程上，以防损坏表计；如果被测电流过小，可将被测导线

在钳口内多绕几圈，然后将读数除以所绕匝数；使用时还要注意安全，保持与带电部分的

安全距离，如被测导线的电压较高时，还应戴绝缘手套和使用绝缘垫。

3、钳形万用表

钳形电流表最初是用来测量交流电流的，但是现在万用表有的功能它也都有，可以测

量交直流电压、电流、电容容量、二极管、三极管、电阻、温度、频率等等，称为钳形万

用表。

如需测交直流电压、电阻、频率等其他物理量时，与使用万用表的方法一样进行测量。

因此钳形万用表既有钳形电流表测大电流的功能，又有万用表测电压等物理量的功能，使

用十分方便，在空调器的检修等场合被广泛使用。

4、电压互感器

在电工测量中用来按比例变换交流电压的仪器称为电压互感器。电压互感器的基本结

构形式及工作原理与单相变压器很相似，实际上是一台降压变压器。

一般二次电压表均用量程为100V的仪表。只要改变接入的电压互感器的变压比，就

可测量高低不同的电压。在实际应用中，与电压互感器配套使用的电压表已换算成一次电

压，其标度尺是按一次电压分度，这样可以直接读数，不必再进行换算。例如，按100V

制造但与额定电压比10000V/100V的电压互感器配套使用的电压表，其标度尺即按

10000V分度。

使用电压互感器时必须注意以下事项：

（1）电压互感器的二次绕组在使用时绝不允许短路。

（2）电压互感器的铁心及二次绕组的一端必须可靠地接地，以保证工作人员及设备

的安全。

（3）电压互感器有一定的额定容量，使用时二次绕组回路不宜接入过多的仪表，以

免影响电压互感器的测量精度。

四、电焊变压器

电焊变压器是

交流弧焊机的主要组成部分，它实质上是一台特殊的降压变压器。在焊接中，为了保

证焊接质量和电弧的稳定燃烧，对电焊变压器提出了如下的要求：

（1）电焊变压器在空载时，应有一定的空载电压，以保证起弧容易。另一方面，为

「操作者的安全，空载起弧电压乂不能太高，最高不宜超过85V,通常为60〜75V。

（2）有负载时，电压应随负载的增大而急剧下降，即应有陡降的外特性，如图所示。

通常在额定负载时的输出电压30V左右。

（3）在短路时，短路电流不应过大，以免损坏电焊机。

（4）为了适应不同的焊接工件和不同焊条的需要，要求电焊变压器输出的电流能在

一定范围内进行调节。

为了满足上述要求，电焊变压器必须具有较大的漏抗，而且可以进行调市。因此，电

焊变压滞的结构特点是，铁心的气隙比较大，一次、一次绕组不是同心地套在一个铁心柱

上，而是分装在不同的铁心柱上，再用磁分路法、串联可变电抗器法及改变二次绕组的接

法等来调节焊接电流。

五、整流变压器

用来单独给整流电路供电的电源变压器称为整流变压器，它是整流装置中的重要组成

部分。

1、整流变压器的作用

（1）在一般情况下整流电路所需要的供电电压与电网电压往往不一致，这就需用整

流变压器把电网电压变换成整流电路要求的电压。

（2）在大容量整流电路中，为了得到平稳的直流电压，往往采用多相整流电路（如

六相整流、十二相整流），则可用三相整流变压器，其二次侧接成六相或十二相。

（3）为了尽可能减少电网与整流装置之间的相互干扰，要求整流后的直流电路与电

网交流电路之间能够隔离，也要用整流变压器。

2、整流变压器的结构与工作特点

（1）普通电源变压器的负载一般都是恒定的阻抗，因此输入与输出的电流、电压波

形一般都是正弦波，而且一次、二次绕组视在功率相等。

整流变压器的二次绕组由于所接整流元件只在一个周期内的部分时间轮流导电，所以

二次绕组中流过的电流是非正弦电流，含有直流分量。它将使铁心损耗增加而发热，另外

往往二次绕组的视在功率也比一次绕组的要大。

（2）当整流兀件被击穿而短路时，变压器中将流过很大的短路电流，因此整流变压

器的漏抗较大，外形结构较为矮胖，机械强度要求高。

（3）整流变压器二次绕组中可能产生过电压而危及绝缘，因此需加强绝缘。

实验一变压器的空载试验和短路试验

一、实验目的

1、熟悉和掌握单相变压器的实验方法。

2、根据单相变压器的空载和短路实验数据，计算变压器的等值参数和运

行性能。

3、了解参数对变压器性能的影响。

4、了解仪表的选用及不同的接法对实验准确度的影响。

二、实验内容

1、测定变压器线电压的变化。

2、测定变压器绕组的极性。

3、空载实验：测取空载特性曲线。

4、短路实验：测取短路特性曲线。

三、实验器材

1、单相变压器1套

2、电流表2只

3、电压表2只

4、调压器1个

5、功率表2个

6、电工工具若干

四、实验原理

1、变压比的测定可选用双电压表法。

按图1接线，在变压器的高压侧施加一个适合电压表量限的电压，一般可在高压侧额

定电压的1〜25%范围内选择，并尽量使两个电压表指针偏转均能在刻度的一半以上，以

提高测量的准确度。

图1变压器双电压表测变比

2、变压器绕组极性的测定可采用下列方法：

（1）采用直流感应法时，按图2接线。将变压器高压侧U1端接电池的正极，U2端

接到电池负极，低压侧接检流计。当按下开关后，若检流计指针正向偏转，则与检流计正

端相连接线柱为U1,另一端为u2；若检流针反向偏转，则与检流计正端相连的接线柱为

u2,与负端相连的接线柱为ul。

旦,

I

I

I

I

I

I

图2直流感应法测极性图3交流感应法测极性

(2)采用交流感应法时，可按图3接线，在变压器高压侧施加交流电压，u2端与高

压侧的U2端相连接，读取电压表数值。如果U=U1+U2,则表示接于高压端J2的低压端

为ul,另一端则为尾端u2；如果U=U1—U2,则表示接于高压端U2的低压端为尾端u2,

另一端则为ul,如图3所示。

3、空载试验通常是将高压侧开路，由低压侧通电进行测量，由于空载时功率因数较

低，所以测量功率最好采用低功率因数瓦特表，因为变压器空载抗很大，故电压表应该接

在电流表的外侧，以免分流而引起误差，如图4。

图4空载实验接线图图5短路实验接线图

空载特性是指变压器空载时,Uo=f(Io)、P0Cos<Do=f(Uo)的关系。

4、短路实验是将低压侧短路，从高压侧通电进行测量。调压器的输出电压应从低值

逐步上调，以免电压过高，电流过大而损坏仪表。由于短路阻抗较小，所以电流表应接在

电压表的外侧，如图5。

短路特性是指变压器短路时，PK、Cos①K、UK=f(IK)的关系。

五、实验步骤和方法。

1、用兆欧表分别检查变压器一次、二次绕组和一、二次绕组对箱壳及地的冷态绝缘

电阻。

2、变比的测定，用双电压表法。

3、极性的测定，按内容说明方法进行。

4、空载实验

(1)按图4接线，要认真检查接线。

(2)将自耦调压器调零，低压侧合闸通电，逐步将电压调至低压侧额定值：即U0=U2N)

时,读取空载电压U0,空载电流10,空载功率P0值5〜7组,

记入表3—1中。额定电压值附近多测两点。

表1空载特性数据

实验数据计算数据

序号

Uo(V)Io(A)Po(W)Cos4>o

1

2

3

4

5

（3）读取数据后，降低电压到最低值，然后切断电源。

5、短路实验

（1）按图5进行接线，然后认真检查。

（2）低压侧短接，自耦调压器调零，从高压侧合闸送电，逐渐升高电压使短路电流

IK等于额定值（即IK=I1N）时，读取短路电压UK,短路电流IK、短路功率PK值5〜7组，

记入表3—2中，额定电流附近多记两点，同时记录周围介质温度t,实验后降低电压到

最低值，再切断电源。

表2短路特性数据

实验数据计算数据

UK(V)IK(A)PK(W)Cos6K

六、实验注意事项

空载实验用低功率因数表。

七、实验报告要求

1、编写实验目的，抄录仪表和设备的名称、规格、数量及编号等。

2、给出实验的实际线路图。

3、计算变比及判断变压器极性的结果。

4、列表填写实验数据和进行简单计算。

「第二章三相异步电机简介

第一节电机简介

第三节三相异步电动机的结构

一、电机简介

电机是一种用来将电能与机械能相互转换的电磁装置。其运行原理基于电磁感应定律。

1、电机的种类

按其电流类型分类，可分为直流电机和交流电机两大类。

按其功能的不同，交流电机可分为交流发电机和交流电动机两大类。

目前广泛采用的交流发电机是同步发电机，这是一种由原动机拖动旋转（如火力发电

厂的汽轮机、水电站的水轮机）产生交流电能的装置。当前世界各国的电能几乎均由同步

发电机产生。交流电动机则是指由交流电源供电将交流电能转变为机械能的装置。

根据电动机转速的变化情况，可分为同步电动机和异步电动机两类。

交流同步电动机：是指电动机的转速始终保持与交流电源的频率同步，不随所拖动的

负载变化而变化的电动机，它主要用于功率较大转速不要求调节的生产机械,如大型水泵、

空气压缩机、矿井通风机等。

交流异步电动机：是指由交流电源供电、电动机的转速随负载变化而稍有变化的旋转

电机，这是目前使用最多的一类电动机。

按供电电源的不同，异步电动机又可分为三相异步电动机和单相异步电动机两大类。

三相异步电动机：由三相交流电源供电，由于其结构简单、价格低廉、坚固耐用、使

用维护方便，因此在工农业及其他领域中都获得了广泛的应用。据我国及世界上一些发达

国家的统计表明，在整个电能消耗中，电动机的耗能约占总用电量的60〜70%。而在整个

电动机的耗能中，三相异步电动机又居首位。

单相异步电动机：取用单相交流电源，电动机功率一般都比较小，主要用于家庭、办

公场所等只有单相交流电源的场所，用于电风扇、空调、电冰箱、洗衣机等电器设备中。

随着科学技术的飞速发展，特别是自动控制系统和计算装置的不断进步，在普通旋转

电机的基础上又产生了多种具有特殊性能的电机，它们主要作为信号元件来使用，也可作

为功率元件来使用，如测速发电机、自整角机、旋转变压器、伺服电动机、步进电动机、

直线电动机、无刷直流电动机、微型同步电动机等。

二、三相异步电动机的结构

按其外壳防护方式E勺不同常见的有防护型(IP22、IP23)封闭型(IP44、IP54)两大

类。由于封闭型结构能防止固体异物、水滴等进入电动机内部，并能防止人与物触及电动

机带电部位与运动部位，运行中安全性好，因而成为目前使用最广泛的结构形式。在封闭

型中乂可根据使用场合的不同分成许多类型，如用于煤矿的隔爆型，用于化工企业的防腐

型，用于水下的井下潜水型等。

按电动机转子结构的不同又可分为笼型异步电动机和绕线转子异步电动机。

按其工作电压的高低不同分为高压异步电动机和低压异步电动机。

按其工作性能的不同分为高起动转矩异步电动机和高转差异步电动机。

按其外形尺寸及功率的大小可分为大型、中型、小型异步电动机等。

三相异步电动机虽然种类繁多，但基本结构均由定子和转子两大部分组成，定子和

转子之间有空气隙。

1、定子

(1)定子铁心作为电动机磁通的通路，对铁心材料的要求是既要有良好的导磁性能、

剩磁小，乂要尽量降低涡流损耗，一般用厚0.35mm以下表面有绝缘层的硅钢片冲片叠

压而成。在定子铁心的内圆冲有沿圆周均匀分布的槽，在槽内嵌放三相定子绕组。

(2)定子绕组作为电动机的电路部分，通入三相交流电产生旋转磁场。它由嵌放在

定子铁心槽中的线圈按一定规则连接成三相定子绕组。小型异步电动机定子三相绕组一般

采用高强度漆包圆铜线绕成。大中型异步电动机则用漆包扁铜线或玻璃丝包扁铜线绕成。

三相定子绕组之间及绕组与定子铁心槽间均垫以绝缘材料绝缘，三相异步电动机定子

绕组的主要绝缘项目有以下三种：

对地绝缘是定子绕组整体与定子铁心之间的绝缘。

相间绝缘是各相定子绕组之间的绝缘。

匝间绝缘是每相定子绕组各线匝之间的绝缘。

(3)定子三相绕组的结构完全对称，一般有6个出线端UI、U2、VI、V2、Wl、W2

置于机座外部的接线盒内,根据需要接成星形(Y)或二角形(△).也可将6个出线端接

入控制电路中实行星形与三角形的换接。

(4)机座

机座的作用是固定定子铁心和定子绕组，并通过两侧的端盖和轴承来支承电动机转子。

同时可保护整台电动机的电磁部分和发散电动机运行中产生的热量。

机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，而有些微型电动机的机座

则采用铸铝件以降低电动机的重量。封闭式电动机的机座外面有散热筋以增加散热面积，

防护式电动机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可以直接对流，以利于散

热。

（5）端盖

借助置于端盖内的滚动轴承将电动机转子和机座连成一个整体，端盖一般均为铸钢件,

微型电动机则用钢板或铸铝件。

2、转子

转子指电动机的旋转部分，包括转子铁心、转子绕组、风扇、转轴等。三相异步电动

机的转子有笼型转子和绕线转子两种。

（1）转子铁心

转子铁心作为电动机磁路的一部分，一般用0.35mm硅钢片冲制叠压而成，硅钢片

外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常都是用定子铁心冲落后的硅钢片来冲制

转子铁心冲片，再将铁心冲片叠压成完整的转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直

接压装在转轴上，而大中型异步电动机（转子直径在400mm以上）的转子铁心则借助

干转子支架压在转轴卜.

为了改善电动机的起动及运行性能，笼型异步电动机转子铁心一般都采用斜槽结构

（即转子槽并不与电动机转轴的轴线在同一平面上，而是扭斜了一个角度）。

（2）转子绕组

转子绕组用来切割定子旋转磁场，产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下受

力而使转子转动，分笼型转子和绕线转子两类，笼型和绕线转子异步电动机即由此得名。

①笼型转子

通常有两种不同的结构形式，中小型异步电动机的笼型转子一般为铸铝式转子，即采

用离心铸铝法，将熔化了的铝铸在转子铁心槽内成为一个整体，连两端的短路环和风扇叶

片一起铸成。随着压力铸铝技术的不断完善，目前大部分工厂已改用压力铸铝工艺来替代

离心铸铝。

另一种结构为铜条转子，即在转子铁心槽内放置没有绝缘的铜条，铜条的两端用短路

环焊接起来，形成一个笼型的形。铜条转子制造较复杂，价格较高，主要用于功率较大的

异步电动机上。

②绕线转子

绕线型三相异步电动机的定子部分构成与笼型异步电动机相同，即也由定子铁心、三

相定子绕组和机座等构成。转子绕组的结构形式与定子绕组相似，也采用由绝缘导线绕成

的三相绕组或成型的三相绕组嵌入转子铁心槽内，并作星形联结，3个引出端分别接到压

在转子轴一端并且互相绝缘的铜制滑环（称为集电环）上，再通过压在集电环上的3个电

刷与外电路变阻器相连接，调节变阻器的电阻值就可达到调节电动机转速的目的。因此在

某些对起动性能及调速有特殊要求的设备（如起重设备、卷扬机械、鼓风机、压缩机、泵

类等)中，较多米用绕线转子异步电动机。

3、其他附件

轴承：用来连接转动部分与固定部分，目前都采用滚动轴承以减小摩擦阻力。

轴承端盖：保护轴承，使轴承内的润滑脂不致溢出，并防止灰、砂、脏物等浸入润滑

脂内。

风扇：用于冷却电动机。

4、气隙

为了保证三相异步电动机的正常运转，在定子与转子之间有气隙。气隙对三相异步电

动机的性能影响极大。气隙大，则磁阻大，由电源提供的励磁电流大，使电动机运行时的

功率因数低。但气隙过小时，将使装配困难，容易造成运行中定子与转子铁心相碰。一般

气隙约0.2〜1.5mm。

5、电动机铭牌

铭牌上标出了该电动机的型号及主要技术数据，供正确使用电动机时参考。

三用异步电动机

型号Y2-132S-I功率5.5kW电流U.7A

频率50Hz电压380V接法△转速1110r/min

防护等级IP11,R软68kg工作制S1F级绝缘

・电机厂

(1)型号

Y2-132S-1

II।---------磁极数

\------机座类别(L-长机座・M—中机座・S—短机座)

1----------------中心高度(mm)

I-----------设计序号

---------------异步电动机

(2)额定功率PN(5.5kW)

表示电动机在额定工作状态下运行时，允许输出的机械功率(kW)。

(3)额定电流/N(11.7A)

表示电动机在额定工作状态下运行时，定子电路输入的线电流(A)。

(4)额定电压UN(380V)

表小电动机在额定工作状态下运行时，定子电路所加的线电压(V)。三相异步电动

机的额定功率PN与其他额定数据之间有如下关系

PN=6UN/N77NCOS纱，COS0N为额定功率因数，77N为额定效率。

(5)额定转速(1440r/min)

表示电动机在额定工作状态下运行时的转速(r/min)。

(6)接法(△)

表示电动机定子三相绕组与交流电源的连接方法，对J02、Y及Y2系列电动机而言,

国家标准规定凡3kW及以下者均采用星形联结；4kW及以上者均采用三角形联结。

(7)防护等级(IF44)

表示电动机外壳防护的方式。IP44是开启型，［P22、IP23是防护型，IP44是封闭型。

(8)绝缘等级

表示电动机各绕组及其他绝缘部件所用绝缘材料的等级。绝缘材料按耐热性能可分为

7个等级。目前国产电动机使用的绝缘材料耐热等级为B、F、H、C四个等级，

绝缘等级YAEBFH

最高允许温度/190105120130I：；-180200

(9)定额工作制

指电动机按铭牌值工作时，可以持续运行的时间和顺序。电动机定额分连续定额、短

时定额和断续定额三种。分别用SI、S2、S3表示。

(1)连续定额(S1)

表示电动机按铭牌值工作时可以长期连续运行。

(2)短时定额(S2)

表示电动机按铭牌值工作时只能在规定的时间内短时运行。我国规定的短时运行时间

为lOmin、30mirix60c及90min四种c

(3)断续定额(S3)

表示电动机按铭牌值工作时，运行一段时间就要停止一段时间，周而复始地按一定周

期重复运行。每一周期为Imin,我国规定的负载持续率为15%、40%及60%四种(如40%

则表示电动机工作4min就需休息6min)。

”第二节三相异电动机工作原理

一、旋转磁场的产生

1、定子三相绕组结构特点

在定子铁心上冲有均匀分布的铁心槽，在定子空间各相差120°电角度的铁