建筑电气技术第2章-常用建筑电气设备课件

第第2 2章章 常用建筑电气设备常用建筑电气设备 绪言：n通过本节内容的学习，了解并掌握建筑电气中常用电气设备的工作原理、结构、特性、型号、图形符号、应用要点等相关知识，为正确选择和合理使用这些电器打下基础。内容框架：n变压器n电动机n常用高压电气设备n常用低压电气设备 重点/难点：n各电气设备的工作原理和特性。preceding2006年7月13日 星期四1第2章 常用建筑电气设备 绪言：preceding2006第第1 1节节 概述概述 电气设备电气设备 电器电器 电器对电能的生产、输送、分配与应用起电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。在电着控制、调节、检测和保护的作用。在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。应用极为广泛。2006年7月13日 星期四2第1节 概述2006年7月13日 星期四2第第1 1节节 概述概述1.1 常用电器的分类常用电器的分类n继电接触式控制系统继电接触式控制系统-由控制电器组成的自动由控制电器组成的自动控制系统。控制系统。n按工作电压等级分按工作电压等级分w高压电器高压电器-用于交流电压用于交流电压1200V，直流电压，直流电压1500V及以上电路中的电器。及以上电路中的电器。例如：高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。例如：高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。w低压电器低压电器-用于交流电压用于交流电压1200V，直流电压，直流电压1500V以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。器。例如：接触器、继电器等。例如：接触器、继电器等。2006年7月13日 星期四3第1节 概述1.1 常用电器的分类2006年7月13日 第第1 1节节 概述概述n按动作原理分按动作原理分w手动电器手动电器-用手或依靠机械力进行操作的电器。用手或依靠机械力进行操作的电器。如：手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。如：手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。w自动电器自动电器-借助于电磁力或某个物理量的变化自动借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器。进行操作的电器。如：接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。如：接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。2006年7月13日 星期四4第1节 概述按动作原理分2006年7月13日 星期四4第第1 1节节 概述概述n按用途分按用途分w控制电器控制电器-用于各种控制电路和控制系统的电器。用于各种控制电路和控制系统的电器。如接触器、继电器、电动机起动器等。如接触器、继电器、电动机起动器等。w主令电器主令电器-自动控制系统中发送动作指令的电器。自动控制系统中发送动作指令的电器。如按钮、行程开关、万能转换开关等。如按钮、行程开关、万能转换开关等。w保护电器保护电器-用于保护电路及用电设备的电器。用于保护电路及用电设备的电器。如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。w执行电器执行电器-用于完成某种动作或传动功能的电器。用于完成某种动作或传动功能的电器。如电磁铁、电磁离合器等。如电磁铁、电磁离合器等。w配电电器配电电器-用于电能的输送和分配的电器。用于电能的输送和分配的电器。如高压断路器、隔离开关、刀开关、空气断路器等。如高压断路器、隔离开关、刀开关、空气断路器等。2006年7月13日 星期四5第1节 概述按用途分2006年7月13日 星期四5第第1 1节节 概述概述n按工作原理分按工作原理分w电磁式电器电磁式电器-依据电磁感应原理来工作。依据电磁感应原理来工作。如接触器、各种类型的电磁式继电器等。如接触器、各种类型的电磁式继电器等。w非电量控制电器非电量控制电器-依靠外力或某种非电物理量的变依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器。化而动作的电器。如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电器等。器等。2006年7月13日 星期四6第1节 概述按工作原理分2006年7月13日 星期四6第第1 1节节 概述概述1.2 电器的作用电器的作用n低压电器是构成低压控制电路的最基本元件。低压电器是构成低压控制电路的最基本元件。n低压控制电器作用：低压控制电器作用：能够依据操作信号或外界能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动地改变电路的状现场信号的要求，自动或手动地改变电路的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节。护、测量、指示、调节。n工作过程：工作过程：将一些非电信号或电量信号转变为将一些非电信号或电量信号转变为非通即断的开关信号或随信号变化的模拟量信非通即断的开关信号或随信号变化的模拟量信号，实现对被控对象的控制。号，实现对被控对象的控制。2006年7月13日 星期四7第1节 概述1.2 电器的作用2006年7月13日 星期第第1 1节节 概述概述n低压电器的具体作用：低压电器的具体作用：w控制作用控制作用-如电梯的上下移动、快慢速自动切换与如电梯的上下移动、快慢速自动切换与自动停层等。自动停层等。w保护作用保护作用-能根据设备的特点，对设备、环境以及能根据设备的特点，对设备、环境以及人身安全实行自动保护，如电动机的过热保护，电人身安全实行自动保护，如电动机的过热保护，电网的短路保护、漏电保护等。网的短路保护、漏电保护等。w测量作用测量作用-利用仪表及与之相适应的电器，对设备、利用仪表及与之相适应的电器，对设备、电网或其它非电参数进行测量。如电流、电压、功电网或其它非电参数进行测量。如电流、电压、功率、转速、温度、湿度等。率、转速、温度、湿度等。2006年7月13日 星期四8第1节 概述低压电器的具体作用：2006年7月13日 星期第第1 1节节 概述概述w调节作用调节作用-低压电器可对一些电量和非电量进行调低压电器可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求。如柴油机油门的调整、房整，以满足用户的要求。如柴油机油门的调整、房间温度和湿度的调节、光照度的自动调节等。间温度和湿度的调节、光照度的自动调节等。w指示作用指示作用-利用低压电器的控制、保护等功能，检利用低压电器的控制、保护等功能，检测出设备运行状况与电气电路工作情况。如绝缘监测出设备运行状况与电气电路工作情况。如绝缘监测、保护掉牌指示等。测、保护掉牌指示等。w转换作用转换作用-在用电设备之间转换或对低压电器，控在用电设备之间转换或对低压电器，控制电路分时投入运行，以实现功能切换。如励磁装制电路分时投入运行，以实现功能切换。如励磁装置手动与自动的转换、供电的市电与自备电的切换置手动与自动的转换、供电的市电与自备电的切换等。等。2006年7月13日 星期四9第1节 概述2006年7月13日 星期四9第第1 1节节 概述概述w常用低压电器的主要种类及用途常用低压电器的主要种类及用途2006年7月13日 星期四10第1节 概述常用低压电器的主要种类及用途2006年7月13日第第1 1节节 概述概述2006年7月13日 星期四11第1节 概述2006年7月13日 星期四11第第1 1节节 概述概述2006年7月13日 星期四12第1节 概述2006年7月13日 星期四12第第1 1节节 变压器变压器1.1 变压器功能与分类变压器功能与分类变压器变压器-根据电磁感应原理电磁感应原理制成的一种电能转换设备电能转换设备，用来将交流电由一种等级的电压与电流转换为同频的另一种等级的电压与电流。main body2006年7月13日 星期四13第1节 变压器1.1 变压器功能与分类main body2第第1 1节节 变压器变压器n变压器分类：变压器分类：w按相数分：按相数分：单相、三相或多相；w根据作用分：根据作用分：升压变压器、降压变压器、接地变压器；w按用途分：按用途分：用于电力系统的电力变压器、用于局部动力和照明的小容量变压器、用于传递信号的耦合和控制变压器；w根据绕组数量分：根据绕组数量分：自耦变压器、两绕组变压器、三绕组变压器；w根据冷却方式分：根据冷却方式分：自冷干式变压器、风冷干式变压器、自冷油浸式变压器、风冷油浸式变压器、水冷油浸式变压器。main body2006年7月13日 星期四14第1节 变压器变压器分类：main body2006年7月1第第1 1节节 变压器变压器1.2 变压器的结构与工作原理变压器的结构与工作原理1、变压器的结构、变压器的结构两个或两个以上绕组两个或两个以上绕组(线圈线圈)，绕在一个公共铁心上；铁心，绕在一个公共铁心上；铁心和绕组组合成变压器的主体。和绕组组合成变压器的主体。n基本结构组成：基本结构组成：w电路部分，即一次绕组和二次绕组；电路部分，即一次绕组和二次绕组；w磁路部分磁路部分,由硅钢片叠成的铁心柱；由硅钢片叠成的铁心柱；n其他辅助结构：其他辅助结构：w油箱；油箱；w绝缘套管；绝缘套管；w油位计；油位计；w温度计；温度计；w储油柜。储油柜。main body2006年7月13日 星期四15第1节 变压器1.2 变压器的结构与工作原理main bo第第1 1节节 变压器变压器n单相变压器的结构：单相变压器的结构：w心式变压器：心式变压器：绕组装在铁心的两个铁心柱上。绕组装在铁心的两个铁心柱上。单相变压器的结构比较简单，有较大的绝缘单相变压器的结构比较简单，有较大的绝缘空间，用于功率大、电压高的变压器以减空间，用于功率大、电压高的变压器以减少用铁量，电力变压器大部分采用心式变压少用铁量，电力变压器大部分采用心式变压器；器；w壳式变压器：壳式变压器：铁心包围着绕组的上下和两侧，铁心包围着绕组的上下和两侧，这种机械强度较好，铁心散热条件好，但工这种机械强度较好，铁心散热条件好，但工艺复杂，用铜量大，用于功率较小的干式变艺复杂，用铜量大，用于功率较小的干式变压器。压器。main body2006年7月13日 星期四16第1节 变压器单相变压器的结构：main body2006年第第1 1节节 变压器变压器(1)变压器铁心：变压器铁心：作用作用:构成磁路，支撑绕组。构成磁路，支撑绕组。由垂直的铁心柱和水平的铁轭两部分组成。为减由垂直的铁心柱和水平的铁轭两部分组成。为减小涡流损耗，铁心用小涡流损耗，铁心用o35mm厚的硅钢片交厚的硅钢片交错叠装而成，硅钢片表面涂有绝缘漆并经氧化错叠装而成，硅钢片表面涂有绝缘漆并经氧化处理形成绝缘层。处理形成绝缘层。main body2006年7月13日 星期四17第1节 变压器(1)变压器铁心：main body2006年第第1 1节节 变压器变压器(2)变压器的绕组变压器的绕组(线圈线圈)：作用作用:变压器的电路部分，是构成交流电的通路，变压器的电路部分，是构成交流电的通路，通以励磁电流建立磁场。通以励磁电流建立磁场。小功率的单相变压器的绕组多用高强度漆包线绕制；大小功率的单相变压器的绕组多用高强度漆包线绕制；大功率的三相变压器的绕组可用扁铜线或铝线绕制。绕功率的三相变压器的绕组可用扁铜线或铝线绕制。绕组的形状多为圆筒形。低压绕组靠近铁心，高压绕组组的形状多为圆筒形。低压绕组靠近铁心，高压绕组同心地套在低压绕组的外面。同心地套在低压绕组的外面。一次绕组：一次绕组：变压器接电源一边的绕组；变压器接电源一边的绕组；二次绕组：二次绕组：接负载一边的绕组。接负载一边的绕组。变压器的铁心、一次绕组和二次绕组之间是彼此绝变压器的铁心、一次绕组和二次绕组之间是彼此绝缘的。缘的。main body2006年7月13日 星期四18第1节 变压器(2)变压器的绕组(线圈)：main body第第1 1节节 变压器变压器2工作原理工作原理n利用利用电磁感应原理电磁感应原理将电源的电能传递到负载中。将电源的电能传递到负载中。n变压器的一次绕组与交流电源变压器的一次绕组与交流电源Ui接通后，经绕组流过交接通后，经绕组流过交变电流变电流Ii，铁心中便有交变磁通，铁心中便有交变磁通，即一次绕组从电源，即一次绕组从电源吸取电能转变为磁能；吸取电能转变为磁能；n在铁心中同时交在铁心中同时交(环环)链一次、二次绕组，由于电磁感链一次、二次绕组，由于电磁感应作用，分别在一次、二次绕组上产生频率相同的感应作用，分别在一次、二次绕组上产生频率相同的感应电动势应电动势E1、E2，根据电磁感应定律，绕组的感应电，根据电磁感应定律，绕组的感应电动势正比于它的匝数。动势正比于它的匝数。n如果此时二次绕组接通负载，在二次绕组感应电动势如果此时二次绕组接通负载，在二次绕组感应电动势作用下，便有电流输出给负载，铁心中的磁能又转换作用下，便有电流输出给负载，铁心中的磁能又转换为电能。为电能。main body2006年7月13日 星期四19第1节 变压器2工作原理main body2006年7月1第第1 1节节 变压器变压器3变压器的空载运行特性与电压变换变压器的空载运行特性与电压变换空载运行状态空载运行状态-变压器一次绕组接交流电源、变压器一次绕组接交流电源、二次绕组未接负载的工作状态。二次绕组未接负载的工作状态。w变压器空载运行时，其二次绕组开路，变压器空载运行时，其二次绕组开路，I2=0，此时一次绕组中的电流，此时一次绕组中的电流I0称为称为空载电流或空载电流或励磁电流励磁电流。w由于由于I2=0，二次绕组对一次绕组的工作状态，二次绕组对一次绕组的工作状态没有任何影响，变压器在传递电能的过程中，没有任何影响，变压器在传递电能的过程中，铁心的交变磁通，在一次、二次绕组中的每铁心的交变磁通，在一次、二次绕组中的每一匝线圈中都产生相同的感应电动势。一匝线圈中都产生相同的感应电动势。main body2006年7月13日 星期四20第1节 变压器3变压器的空载运行特性与电压变换main b第第1 1节节 变压器变压器n空载运行时：空载运行时：E-绕组产生的感应电动势；N-绕组匝数；n变压器空载时，一次绕组电阻及电抗的电压降变压器空载时，一次绕组电阻及电抗的电压降甚小。甚小。U-绕组端电压；K-变压器的电压比；结论：结论：变压器的电压比近似等于一次、一次绕组变压器的电压比近似等于一次、一次绕组的匝数之比，可见变压器具有变换电压的功能。的匝数之比，可见变压器具有变换电压的功能。降压变压器：电压比K1；升压变压器：K1。main body2006年7月13日 星期四21第1节 变压器空载运行时：main body2006年7月1第第1 1节节 变压器变压器4变压器的负载运行特性与电流变换变压器的负载运行特性与电流变换负载运行状态负载运行状态-变压器二次绕组接上负载变压器二次绕组接上负载ZL。变压器在负载运行状态下，二次绕组中有电流变压器在负载运行状态下，二次绕组中有电流I2通过，二次绕组的磁动势通过，二次绕组的磁动势I2N2产生磁通，其中产生磁通，其中大部分通过铁心而闭合大部分通过铁心而闭合(小部分是漏磁通小部分是漏磁通)。此。此时，铁心中的主磁通由时，铁心中的主磁通由m是一个由一次、一次是一个由一次、一次绕组的磁动势共同产生的合成磁通。绕组的磁动势共同产生的合成磁通。main body2006年7月13日 星期四22第1节 变压器4变压器的负载运行特性与电流变换main b第第1 1节节 变压器变压器但实际上铁心中主磁通的幅值在变压器空载或有负载时是差但实际上铁心中主磁通的幅值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的。有：不多恒定的。有：I-绕组的电流；绕组的电流；N-绕组匝数；绕组匝数；可见：可见：(1)一次、二次绕组的磁动势在相位上近似反相，一次、二次绕组的磁动势在相位上近似反相，即二次绕即二次绕组的磁动势对一次绕组的磁动势有去磁作用。变压器由空组的磁动势对一次绕组的磁动势有去磁作用。变压器由空载到负载运行时它的一次电流从载到负载运行时它的一次电流从I0增大到增大到I1，以抵偿二次，以抵偿二次绕组磁动势对一次绕组磁动势的去磁作用，从而维持主磁绕组磁动势对一次绕组磁动势的去磁作用，从而维持主磁通恒定不变。通恒定不变。(2)一次、一次绕组的电流关系为：一次、一次绕组的电流关系为：一次、二次绕组中电流一次、二次绕组中电流之比等于其电压比之比等于其电压比K的倒数，即变压器变换电流的功能。的倒数，即变压器变换电流的功能。负载变化，但其电压比负载变化，但其电压比K仍不变，所以当负载增加时，仍不变，所以当负载增加时，I1随着增大，而随着增大，而I2也必须相应增大。也必须相应增大。main body2006年7月13日 星期四23第1节 变压器但实际上铁心中主磁通的幅值在变压器空载或有负载第第1 1节节 变压器变压器5变压器的阻抗变换变压器的阻抗变换变压器的阻抗变换功能变压器的阻抗变换功能-实际的负载阻抗ZL并没有改变，而是通过变压器改变了从一次侧看进去的等效阻抗ZL。故：变压器具有变换电压、变换电流和变换阻抗故：变压器具有变换电压、变换电流和变换阻抗的三种特性。的三种特性。main body2006年7月13日 星期四24第1节 变压器5变压器的阻抗变换main body2006第第1 1节节 变压器变压器【例】某信号源的电动势 E 为 10V，内阻 R0 为 500，负载电阻 RL为 5 ，当 RL折算到原边的等效电阻与 R0相等时，求变压器的变比以及负载得到的功率。如果将该负载直接与信号源联接时，负载得到的功率又为多少？2006年7月13日 星期四25第1节 变压器【例】某信号源的电动势 E 为 10V，内第第1 1节节 变压器变压器2006年7月13日 星期四26第1节 变压器2006年7月13日 星期四26第第1 1节节 变压器变压器1.3 变压器的运行特性变压器的运行特性1变压器的外特性变压器的外特性对对用电设备来说，变压器相当于电源；对用电设备来说，变压器相当于电源；对变压器来说，用电设备就是负载。变压器来说，用电设备就是负载。变压器一次、二次绕组既有电阻又有电抗，变压器一次、二次绕组既有电阻又有电抗，当电流通过时，必然产生电压降。从而当电流通过时，必然产生电压降。从而使使二次电压随负载的增减而变化二次电压随负载的增减而变化。变压器的外特性变压器的外特性-由于负载电流由于负载电流I2变化引变化引起的输出端电压起的输出端电压U2的变化的特性曲线。的变化的特性曲线。main body2006年7月13日 星期四27第1节 变压器1.3 变压器的运行特性main body2第第1 1节节 变压器变压器n当当I20时，时，二次电压二次电压U2U2N，变压器二次绕，变压器二次绕组空载电压组空载电压U20=U2N，U2N称为二次绕组的额称为二次绕组的额定电压定电压。n当负载为电阻时，当负载为电阻时，cos1.0，变压器二次输，变压器二次输出电压逐渐降低，下降并不多；出电压逐渐降低，下降并不多；n当负载为感性时，当负载为感性时，cos1.0，随着变压器二，随着变压器二次负载电流次负载电流I2增大，变压器二次输出电压下降增大，变压器二次输出电压下降较大，其原因是较大，其原因是去磁作用去磁作用较强。较强。n当负载为容性时当负载为容性时，cos0，随着变压器二次，随着变压器二次负载电流负载电流I2增大，变压器二次输出电压增大，增大，变压器二次输出电压增大，其原因是对变压器磁路中的主磁通的其原因是对变压器磁路中的主磁通的助磁作用助磁作用较强。较强。main body2006年7月13日 星期四28第1节 变压器当I20时，二次电压U2U2N，变压器二次第第1 1节节 变压器变压器2变压器的电压调整率变压器的电压调整率 电压调整率电压调整率-从空载到满载（从空载到满载（I2=I2N），二次），二次电压变化的数值与空载电压的比值。电压变化的数值与空载电压的比值。U20-变压器的二次空载电压变压器的二次空载电压(kv)；U2-变压器的二次输出额定电流时的端电压变压器的二次输出额定电流时的端电压(kv)；电力变压器的电压调整率一般约为电力变压器的电压调整率一般约为23。main body2006年7月13日 星期四29第1节 变压器2变压器的电压调整率 main body2第第1 1节节 变压器变压器3变压器的损耗和效率变压器的损耗和效率 (1)变压器的损耗变压器的损耗变压器运转时是有损耗的，损耗分：变压器运转时是有损耗的，损耗分：n铜损耗：铜损耗：指变压器在负载运行时，一次、二次指变压器在负载运行时，一次、二次绕组电流绕组电流(I1、I2)在各自绕组的电阻在各自绕组的电阻(R1、R2)上所消耗的有功功率，可变损耗即：上所消耗的有功功率，可变损耗即：n铁损耗：铁损耗：是由磁滞损耗及涡流损耗两部分构成是由磁滞损耗及涡流损耗两部分构成的。不变损耗的。不变损耗:main body2006年7月13日 星期四30第1节 变压器3变压器的损耗和效率 main body2第第1 1节节 变压器变压器w磁滞损耗磁滞损耗(Ph)：磁滞现象磁滞现象-变压器铁心中的磁通是交变的，在交变励变压器铁心中的磁通是交变的，在交变励磁的情况下，磁通的变化滞后于电流的变化的现象。磁的情况下，磁通的变化滞后于电流的变化的现象。磁滞现象的存在造成铁心发热，即有能量损耗，称为磁滞现象的存在造成铁心发热，即有能量损耗，称为磁滞损耗。磁滞损耗。w涡流损耗涡流损耗(Pe)：涡流损耗为铁心内部。涡流损耗为铁心内部。涡流涡流-交变磁通产生的感应电动势引起的电流在铁心交变磁通产生的感应电动势引起的电流在铁心内形成环流。涡流使铁心发热而消耗的能量，称为内形成环流。涡流使铁心发热而消耗的能量，称为涡流损耗。涡流损耗。main body2006年7月13日 星期四31第1节 变压器磁滞损耗(Ph)：main body2006年第第1 1节节 变压器变压器(2)变压器的效率变压器的效率变压器在运行时，其输入的有功功率变压器在运行时，其输入的有功功率P1为输出有为输出有功功率功功率P2与铜损耗与铜损耗Ph和铁损耗和铁损耗PFe之和，即之和，即:变压器效率变压器效率-变压器输出有功功率变压器输出有功功率P2与输入有与输入有功功率功功率Pl的比值。的比值。变压器的损耗很小所以效率很高，通常在变压器的损耗很小所以效率很高，通常在95以上。在一般变压器中，当负载为额定负载的以上。在一般变压器中，当负载为额定负载的50一一58时，效率达到最大值。时，效率达到最大值。main body2006年7月13日 星期四32第1节 变压器(2)变压器的效率main body2006年第第1 1节节 变压器变压器1.4 变压器的铭牌变压器的铭牌变压器的铭牌表明了：型号、各种额定数变压器的铭牌表明了：型号、各种额定数据、使用条件等。据、使用条件等。国产的中、小型电力变压器的主要型号有：国产的中、小型电力变压器的主要型号有：S7、SL7、S9、SC8、SCL2等。等。三相电力变压器的铭牌：三相电力变压器的铭牌：main body2006年7月13日 星期四33第1节 变压器1.4 变压器的铭牌main body200第第1 1节节 变压器变压器n变压器的型号的含义如下：变压器的型号的含义如下：如：如：S9-1000/10表示三相铜绕组油浸式（自冷式）变表示三相铜绕组油浸式（自冷式）变压器，设计序号为压器，设计序号为9，容量为，容量为1000 kVA，高压绕组额，高压绕组额定电压为定电压为10 kV。main body2006年7月13日 星期四34第1节 变压器变压器的型号的含义如下：main body20第第1 1节节 变压器变压器1额定电压额定电压 一次绕组额定电压一次绕组额定电压U1N-变压器在额定运行条件变压器在额定运行条件下，根据变压器的绝缘等级和允许的发热条件下，根据变压器的绝缘等级和允许的发热条件所确定的一次绕组的电压值。所确定的一次绕组的电压值。二次绕组额定电压二次绕组额定电压U2N-在变压器的一次绕组加在变压器的一次绕组加上额定电压，二次绕组空载时的电压值。上额定电压，二次绕组空载时的电压值。main body2006年7月13日 星期四35第1节 变压器1额定电压 main body2006年7第第1 1节节 变压器变压器2额定电流额定电流 额定电流额定电流-是根据变压器的长期允许发热条件而是根据变压器的长期允许发热条件而规定的满载电流值。规定的满载电流值。n三相变压器：三相变压器：n单相变压器：单相变压器：main body2006年7月13日 星期四36第1节 变压器2额定电流 main body2006年7第第1 1节节 变压器变压器3额定容量额定容量 额定容量额定容量-变压器在额定使用条件下的输出视在功率(S)。见上式。视在功率视在功率(S)：即交流电压和交流电流的乘积。视在功率包括两部分：有功功率（）和无功功率（）。main body2006年7月13日 星期四37第1节 变压器3额定容量 main body2006年7第第1 1节节 变压器变压器1.5 变压器的调压方式变压器的调压方式适当地改变一次、二次绕组的匝数，就可以达到适当地改变一次、二次绕组的匝数，就可以达到变换电压的目的变换电压的目的。利用变换变压器一次绕组分利用变换变压器一次绕组分接头来调节变压器二次绕组的电压，这是最常接头来调节变压器二次绕组的电压，这是最常用也是最基本的调压方式。用也是最基本的调压方式。变压器变换分接头的调压方式，分为变压器变换分接头的调压方式，分为无载调压和无载调压和有载调压有载调压两种。两种。main body2006年7月13日 星期四38第1节 变压器1.5 变压器的调压方式main body2第第1 1节节 变压器变压器1.6 三相变压器的联接三相变压器的联接n一次（或二次）绕组的联接方式：n星形（Y）联接：n三角形（）联接：n三相变压器的常见联接组：main body2006年7月13日 星期四39第1节 变压器1.6 三相变压器的联接main body2第第1 1节节 变压器变压器1.7 自耦变压器自耦变压器工作特点工作特点:是一次、二次绕组不仅有磁的联系，而且有电的联系。自耦变压器的工作原理与双绕组变压器相同。n一次、二次电压和它们的匝数成正比，即n一次、二次电流和它们的匝数成反比，即要把次、二次绕组的公共端接零。main body2006年7月13日 星期四40第1节 变压器1.7 自耦变压器main body2006第第1 1节节 变压器变压器1.8 电焊变压器电焊变压器电焊变压器是为焊接金属工件而设计的特殊变压器。特点：特点：因为在焊接过程中，电焊变压器的负载经常处于从空载（当焊条与工件分离时）到短路（当焊条与工件接触时）或者从短路到空载之间急剧变化的状态，所以，要求电焊变压器具有急剧下降的外特性。这样，短路时，由于输出电压迅速下降，副边电流也不至于过大；空载时，由于副边电流为零，输出电压能迅速恢复到点火电压。main body2006年7月13日 星期四41第1节 变压器1.8 电焊变压器main body2006年第第2 2节节 异步电动机异步电动机2.1 电动机的转动原理电动机的转动原理1三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构n两个基本部分：两个基本部分：定子定子(固定部分固定部分)-由机座和装在机座内的圆筒形铁心由机座和装在机座内的圆筒形铁心组成。铁心的内圆周表面冲有槽，放置对称的三相组成。铁心的内圆周表面冲有槽，放置对称的三相绕组绕组UlU2、VlV2、W1W2，汇成六个端头分别引到，汇成六个端头分别引到接线盒中，可以联结成接线盒中，可以联结成Y形或形或 形。形。转子转子(旋转部分旋转部分)-在构造上分成两种型式：笼型和绕在构造上分成两种型式：笼型和绕线转子型。转子铁心是圆柱状，用表面冲槽型的硅线转子型。转子铁心是圆柱状，用表面冲槽型的硅钢片叠制而成。将铁心装在转轴上，转轴承受机械钢片叠制而成。将铁心装在转轴上，转轴承受机械负载。是三相、并连成负载。是三相、并连成Y形形。main body2006年7月13日 星期四42第2节 异步电动机2.1 电动机的转动原理main bo第第2 2节节 异步电动机异步电动机main body2006年7月13日 星期四43第2节 异步电动机main body2006年7月13日 第第2 2节节 异步电动机异步电动机main body2006年7月13日 星期四44第2节 异步电动机main body2006年7月13日 第第2 2节节 异步电动机异步电动机2转子转动原理转子转动原理 定子定子绕组通入绕组通入三相电流三相电流产生随电流的交变而在空间中产生随电流的交变而在空间中不断地旋转着的不断地旋转着的旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场切割切割转子导体，转子导体，在其中在其中感应出电动势感应出电动势，在闭合导体中，在闭合导体中产生电流产生电流转子转子导体电流与旋转磁场相互作用而产生导体电流与旋转磁场相互作用而产生电磁转矩电磁转矩，使电，使电动机转动。动机转动。main body2006年7月13日 星期四45第2节 异步电动机2转子转动原理 main body2第第2 2节节 异步电动机异步电动机3旋转磁场的方向旋转磁场的方向 电动机转子转动的方向和旋转磁场旋转方向是相电动机转子转动的方向和旋转磁场旋转方向是相同的。同的。在三相电路中，电流出现正幅值的顺序在三相电路中，电流出现正幅值的顺序依次为依次为U1-V1-W1。因此磁场的旋转方向与这。因此磁场的旋转方向与这个顺序一致，如果将联结于三相电源的三个相个顺序一致，如果将联结于三相电源的三个相序中序中任意两相对调任意两相对调后，使电动机旋转磁场的方后，使电动机旋转磁场的方向相反，从而使电动机转子跟着改变方向，即向相反，从而使电动机转子跟着改变方向，即反转反转。main body2006年7月13日 星期四46第2节 异步电动机3旋转磁场的方向 main body第第2 2节节 异步电动机异步电动机2.2 三相异步电动机的极对数和转速三相异步电动机的极对数和转速1三相异步电动机的极对数三相异步电动机的极对数Pn旋转磁场有旋转磁场有一对极一对极：在三相绕组中，：在三相绕组中，定子定子每相每相绕组只有一个线圈，三相绕组的始端之间存在绕组只有一个线圈，三相绕组的始端之间存在1200空间角度。空间角度。n旋转磁场有旋转磁场有两对磁极两对磁极：定子定子每相绕组两个线圈每相绕组两个线圈串联。各绕组的始端之间相差串联。各绕组的始端之间相差600。main body2006年7月13日 星期四47第2节 异步电动机2.2 三相异步电动机的极对数和转速m第第2 2节节 异步电动机异步电动机2三相异步电动机的转速三相异步电动机的转速异步电动机的异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关转速与旋转磁场的转速有关。p对磁极时，磁场转速对磁极时，磁场转速n0为：为：可见：可见：旋转磁场的转速旋转磁场的转速n0的大小与电流频率的大小与电流频率f1成成正比，与磁极对数正比，与磁极对数p成反比。成反比。一台三相异步电动机，一台三相异步电动机，f1和和p通常是一定的，所通常是一定的，所以磁场转速以磁场转速n0为常数。为常数。供电系统的频率为供电系统的频率为50Hz，不同磁极对数的旋转，不同磁极对数的旋转磁场的转速磁场的转速n0：main body2006年7月13日 星期四48第2节 异步电动机2三相异步电动机的转速main bod第第2 2节节 异步电动机异步电动机异步电动机转子的转速异步电动机转子的转速n旋转磁场的转速旋转磁场的转速n0。（n n0）如果转子的转速与旋转磁场的转速相等，则转子如果转子的转速与旋转磁场的转速相等，则转子与旋转磁场之间就没有相对运动，磁力线就不与旋转磁场之间就没有相对运动，磁力线就不切割转子导体，转子电动势和电流以及电磁转切割转子导体，转子电动势和电流以及电磁转矩也就不能产生。即矩也就不能产生。即“异步异步”通常称旋转磁场的转速通常称旋转磁场的转速n0为为“同步转速同步转速”。转差率转差率s：表征转子转速表征转子转速n与同步转速与同步转速n0之间相差之间相差的程度。的程度。转差率转差率s很小，一般很小，一般s=0.0010.009。main body2006年7月13日 星期四49第2节 异步电动机异步电动机转子的转速n旋转磁场的转速n第第2 2节节 异步电动机异步电动机2.3 电动机的机械特性电动机的机械特性1异步电动机的转距特性异步电动机的转距特性电磁转矩的大小和转子电流的大小及气隙磁场的电磁转矩的大小和转子电流的大小及气隙磁场的强弱有直接关系。强弱有直接关系。转子电流愈大、磁场愈强，转子电流愈大、磁场愈强，电磁转矩也就愈大。电磁转矩也就愈大。还和转子电路的还和转子电路的功率因数功率因数有一定关系。有一定关系。对于己制好的电动机的对于己制好的电动机的电磁转矩电磁转矩T只与转差率只与转差率s有有关。关。main body2006年7月13日 星期四50第2节 异步电动机2.3 电动机的机械特性main bo第第2 2节节 异步电动机异步电动机转矩特性曲线转矩特性曲线T=f(s)：起动转矩起动转矩-电动机起动的瞬间电动机起动的瞬间s1时的转矩时的转矩Tst；转子达到同步转速时转子达到同步转速时s0，转子电流为零（转、定子间，转子电流为零（转、定子间无相对转速，电磁转矩就不能产生），无相对转速，电磁转矩就不能产生），转矩转矩T也为零也为零；最大转矩最大转矩-当当s达到某一值达到某一值sm（临界转差率）时，电磁（临界转差率）时，电磁转矩达到最大值转矩达到最大值Tm。一般异步电动机的。一般异步电动机的sm在在0.040.14之间之间。额定转矩额定转矩-对应于额定负载时的转矩对应于额定负载时的转矩TN。额定转差率。额定转差率sN。main body2006年7月13日 星期四51第2节 异步电动机转矩特性曲线T=f(s)：main bo第第2 2节节 异步电动机异步电动机2异步电动机异步电动机机械特性曲线机械特性曲线nf(T)：w“电动机稳定电动机稳定运行区运行区”-BD这一运行这一运行区域。区域。w“不稳定运行不稳定运行区区”-CB段。段。main body2006年7月13日 星期四52第2节 异步电动机2异步电动机机械特性曲线main bo第第2 2节节 异步电动机异步电动机分析：分析：n电动机在旋转时，电动机在旋转时，作用在轴上的转矩作用在轴上的转矩有：电动机产生有：电动机产生的的电磁转矩电磁转矩T和作用在轴上的和作用在轴上的机械负载转矩机械负载转矩。n电动机在电动机在起动瞬间起动瞬间n0，电动机的电磁转矩为，电动机的电磁转矩为起动转起动转矩矩Tst、，如果电磁转矩、，如果电磁转矩小于小于负载转矩，电动机将负载转矩，电动机将无法无法起动起动，反之，电动机的，反之，电动机的转速转速n将不断上升将不断上升。n电动机的电磁转矩将开始沿着机械特性曲线的电动机的电磁转矩将开始沿着机械特性曲线的CB段段上上升升，经过最大转矩，经过最大转矩Tm后沿着曲线后沿着曲线BD段减小。段减小。n当电磁转矩当电磁转矩等于等于负载转矩时，电动机以负载转矩时，电动机以稳定的转速稳定的转速n运运行。行。n若若机械负载增加机械负载增加，在曲线，在曲线BD段上，随着电动机转速的段上，随着电动机转速的下降，电磁转矩将增加。当电磁转矩等于负载转矩时，下降，电磁转矩将增加。当电磁转矩等于负载转矩时，电动机达到电动机达到新的平衡点新的平衡点稳定运行。稳定运行。n若电动机轴上若电动机轴上负载转矩减小负载转矩减小时，电动机的时，电动机的转速将增加转速将增加，此时电动机以较高的转速运行在此时电动机以较高的转速运行在BD段。段。main body2006年7月13日 星期四53第2节 异步电动机分析：main body2006年7月1第第2 2节节 异步电动机异步电动机2.4 电动机的铭牌电动机的铭牌main body2006年7月13日 星期四54第2节 异步电动机2.4 电动机的铭牌main body第第2 2节节 异步电动机异步电动机1型号型号 型号具体说明如下：型号具体说明如下：main body2006年7月13日 星期四55第2节 异步电动机1型号 main body2006年第第2 2节节 异步电动机异步电动机2功率功率 指电动机在指电动机在额定额定运行情况下机轴上运行情况下机轴上输出的机械功输出的机械功率率。3电压电压 指电动机的指电动机的额定电压额定电压，它表示电动机，它表示电动机定子绕组定子绕组某某种接法时种接法时(Y、)应加的应加的电源线电压电源线电压。4电流电流 指电动机的指电动机的额定电流额定电流，它表示电动机在额定电压，它表示电动机在额定电压下，轴上输出额定功率时的下，轴上输出额定功率时的定子线电流定子线电流。main body2006年7月13日 星期四56第2节 异步电动机2功率 main body2006年第第2 2节节 异步电动机异步电动机5联结联结 指指定子三相绕组的接法定子三相绕组的接法。在接电源之前，六个引出线。在接电源之前，六个引出线端（端（U1、U2、V1、V2、W1、W2）必须正确连）必须正确连接（接（Y型或型或 型）。型）。其中其中U1、U2表示第一相绕组始末端，表示第一相绕组始末端，V1、V2是第二是第二相绕组始末端，相绕组始末端，W1、W2是第三相绕组始末端。是第三相绕组始末端。main body2006年7月13日 星期四57第2节 异步电动机5联结 main body2006年第第2 2节节 异步电动机异步电动机6转速转速 转速指电动机在转速指电动机在额定额定运行时的转速。运行时的转速。7功率因数功率因数 指电动机在指电动机在额定额定运行时运行时定子电路定子电路的功率因数。的功率因数。三相异步电动机的三相异步电动机的功率因数较低功率因数较低额定负载时约为额定负载时约为0.70.9。轻载和空载时更低轻载和空载时更低，只有，只有0.20.3。8防护等级防护等级main body2006年7月13日 星期四58第2节 异步电动机6转速 main body2006年第第2 2节节 异步电动机异步电动机9温升温升 指电动机在运行中定子绕组发热而升高的温度。指电动机在运行中定子绕组发热而升高的温度。电动机的允许温升与绝缘的等级有关：电动机的允许温升与绝缘的等级有关：main body2006年7月13日 星期四59第2节 异步电动机9温升 main body2006年第第2 2节节 异步电动机异步电动机2.5 电动机的起动、正反转与制动电动机的起动、正反转与制动1异步电动机的起动异步电动机的起动 起动过程起动过程-电动机接通电源后，从转速为零瞬间开始电动机接通电源后，从转速为零瞬间开始直到直到转速稳定转速稳定为止的过程。为止的过程。(1)笼型三相异步电动机的起动控制笼型三相异步电动机的起动控制1)直接起动直接起动“直接起动直接起动”-就是利用刀开关、接触器或电磁就是利用刀开关、接触器或电磁起动器等将电动机起动器等将电动机直接直接接到具有额定电压的电源接到具有额定电压的电源上。上。特点：特点：起动简单经济，但起动简单经济，但起动电流大起动电流大。当电源容当电源容量足够大，起动时不致造成对电网电压的显著波量足够大，起动时不致造成对电网电压的显著波动，可以采用直接起动。动，可以采用直接起动。main body2006年7月13日 星期四60第2节 异步电动机2.5 电动机的起动、正反转与制动ma第第2 2节节 异步电动机异步电动机补：起动特性n起动电流：起动电流：刚起动时，旋转磁场对静止的转子有着很大的相对转速，这时转子绕组中感应出的电动势和产生的转子电流都很大。转子电流增大，定子电流必然相应增大。一般中小型鼠笼式电动机的定子起动电流(指线电流)与额定电流之比值大约为57。n例如Y132M4型电动机的额定电流为15.4A，起动电流与额定电流之比值为7，因此起动电流为715.4107.8A。2006年7月13日 星期四61第2节 异步电动机补：起动特性2006年7月13日 星期第第2 2节节 异步电动机异步电动机n适用适用:一般在设计规范中规定：一般在设计规范中规定：w当电源采用公用低压网络供电时，容量在当电源采用公用低压网络供电时，容量在11kw及及以下时可采用全电压直接起动；以下时可采用全电压直接起动；w当电源取自居住小区变电所低压配电装置时，容量当电源取自居住小区变电所低压配电装置时，容量在在15kw及以上者可以来用全电压直接起动。及以上者可以来用全电压直接起动。可采用如下经验公式确定能否直接起动：可采用如下经验公式确定能否直接起动：main body2006年7月13日 星期四62第2节 异步电动机适用:main body2006年7月1第第2 2节节 异步电动机异步电动机2)减压起动减压起动w“减压起动减压起动”-就是利用某些设备如自耦变压器，就是利用某些设备如自耦变压器，或变换电动机定子绕组的联结法，或变换电动机定子绕组的联结法，使电动机的端电使电动机的端电压低于额定值，借以减小起动电流。压低于额定值，借以减小起动电流。w适用：适用：直接起动时直接起动时电流超过电流超过了允许值，且了允许值，且起动转矩起动转矩又又不需很大不需很大时。时。Y 起动起动异步电动机定子绕组串接电阻的减压起动异步电动机定子绕组串接电阻的减压起动自耦变压器减压起动自耦变压器减压起动main body2006年7月13日 星期四63第2节 异步电动机2)减压起动main body2006年第第2 2节节 异步电动机异步电动机Y 起动起动w起动过程：起动时将其定子绕组连接成星形起动过程：起动时将其定子绕组连接成星形，当电，当电机转速接近额定转速（正常运行）时，再机转速接近额定转速（正常运行）时，再换接成三换接成三角形角形。w优点：优点：减压起动时的电流为直接三角形起动时的减压起动时的电流为直接三角形起动时的13。w缺点：缺点：减压起动时的起动转矩也减小到减压起动时的起动转矩也减小到13。w适用：三角形适用：三角形联结的联结的大型大型三相异步电动机空载或轻三相异步电动机空载或轻载时起动。载时起动。main body2006年7月13日 星期四64第2节 异步电动机Y起动main body2006年第第2 2节节 异步电动机异步电动机异步电动机定子绕组串接电阻的减压起动异步电动机定子绕组串接电阻的减压起动w起动过程：起动过程：闭合开关闭合开关Q1，引入三相电源，此时电阻，引入三相电源，此时电阻R与电动机定于绕组串联，与电动机定于绕组串联，电阻分压电阻分压使定子绕组的使定子绕组的电压小于电源电压，电动机起动转速升高后，闭合电压小于电源电压，电动机起动转速升高后，闭合Q2使电阻使电阻R短路，电源电压全部降落在电动机的定短路，电源电压全部降落在电动机的定子绕组上，电动机正常运行。子绕组上，电动机正常运行。w适用：定子绕组为星形适用：定子绕组为星形的，一般的，一般功率大于功率大于10kw的的笼型异步电动机；笼型异步电动机；main body2006年7月13日 星期四65第2节 异步电动机异步电动机定子绕组串接电阻的减压起动m第第2 2节节 异步电动机异步电动机自耦变压器减压起动自耦变压器减压起动利用特制的三相自耦变压器将电动机减压后起动。利用特制的三相自耦变压器将电动机减压后起动。w起动过程：起动过程：起动时，先将起动时，先将Q1闭合，闭合，Q2扳向起动位扳向起动位置。当转速接近额定转速时，再将起动器扳向运行置。当转速接近额定转速时，再将起动器扳向运行位置，切除自耦变压器。位置，切除自耦变压器。main body2006年7月13日 星期四66第2节 异步电动机自耦变压器减压起动main body2第第2 2节节 异步电动机异步电动机(2)三相绕线转子异步电动机的起动控制三相绕线转子异步电动机的起动控制Y 减压起动减压起动与笼型异步电动机与笼型异步电动机Y 减压起动相似。减压起动相似。在绕线转子异在绕线转子异步电动机的转子绕组回路中串接附加电阻，步电动机的转子绕组回路中串接附加电阻，便有良便有良好的起动特性。绕线转子异步电动机能够减小起动好的起动特性。绕线转子异步电动机能够减小起动电流，电流，起动转矩却较大起动转矩却较大。w适用：适用：常用于要求常用于要求起动转矩较大起动转矩较大的卷扬机、锻压机的卷扬机、锻压机和起重机等生产机械上。和起重机等生产机械上。w起动过程：起动时（起动过程：起动时（Y型）串接附加电阻型）串接附加电阻，随着转，随着转速的上升，将附加电阻速的上升，将附加电阻逐段切除逐段切除，并转接为，并转接为 型型。注意：起动电阻器仅供起动使用，不可将电阻器长期注意：起动电阻器仅供起动使用，不可将电阻器长期接入转子电路。接入转子电路。main body2006年7月13日 星期四67第2节 异步电动机(2)三相绕线转子异步电动机的起动控制m第第2 2节节 异步电动机异步电动机转子回路串接频敏变阻器起动转子回路串接频敏变阻器起动w起动过程：起动过程：刚起动时，刚起动时，频敏变阻器频敏变阻器RF呈现最大呈现最大的阻的阻抗，转子的起动电流减小，随着转于转速的上升，抗，转子的起动电流减小，随着转于转速的上升，感应电动势频率降低感应电动势频率降低因而变阻器因而变阻器阻抗减小阻抗减小。起动。起动结束后，将频敏变阻器从电路中切除。结束后，将频敏变阻器从电路中切除。main body2006年7月13日 星期四68第2节 异步电动机转子回路串接频敏变阻器起动main b第第2 2节节 异步电动机异步电动机2三相异步电动机的正反转控制三相异步电动机的正反转控制 转子旋转方向与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁转子旋转方向与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的旋转方向完全取决于三相电源的相序。场的旋转方向完全取决于三相电源的相序。要想改变电动机的旋转方向，只需将三相电源的相序要想改变电动机的旋转方向，只需将三相电源的相序改变即可。改变即可。即任意将三相中的两相对调接于电动机即任意将三相中的两相对调接于电动机的定子绕组。的定子绕组。w正转正转-开关开关Q闭合时，电源闭合时，电源L1接接U相，相，L2接接V相，相，L3接接W相。相。w反转反转-Q向下合闸时，电源向下合闸时，电源L1接接V相，相，L2接接U相，相，L3接接W相，相，U、V对调，对调，旋转磁场反转旋转磁场反转，电动机反转，电动机反转。main body2006年7月13日 星期四69第2节 异步电动机2三相异步电动机的正反转控制 mai第第2 2节节 异步电动机异步电动机3三相异步电动机的制动控制三相异步电动机的制动控制 电动机断电后迅速停止或反转，这就需要对电动电动机断电后迅速停止或反转，这就需要对电动机进行制动，也就是加上与转子转动方向相反机进行制动，也就是加上与转子转动方向相反的转矩（的转矩（制动转矩）制动转矩）。制动的制动的常用方法常用方法有：有：机械摩擦制动（可采用带轮摩擦或电磁抱闸）、能耗机械摩擦制动（可采用带轮摩擦或电磁抱闸）、能耗制动（电气）、反接制动（电气）和发电反馈制动制动（电气）、反接制动（电气）和发电反馈制动（电气）等。（电气）等。main body2006年7月13日 星期四70第2节 异步电动机3三相异步电动机的制动控制 main第第2 2节节 异步电动机异步电动机(1)能耗制动：能耗制动：“能耗制动能耗制动”-用消耗转子的功能用消耗转子的功能(转换为电能转换为电能)进行进行制动。制动。在电动机脱开电源后，立即在在电动机脱开电源后，立即在定子定子绕组中绕组中通入直流电通入直流电流流，此直流电流在电功机中产生一个力向恒定的磁，此直流电流在电功机中产生一个力向恒定的磁场，产生的电磁转矩与转子惯性旋转场，产生的电磁转矩与转子惯性旋转方向相反方向相反，也，也就是制动转矩。就是制动转矩。w制动转矩的大小制动转矩的大小决定于直流磁场的强弱和转子电流决定于直流磁场的强弱和转子电流的大小。的大小。w直流电流的大小直流电流的大小一般为电动机定子额定电流的一般为电动机定子额定电流的0.51.0倍。而对绕线