电机与拖动技术课件

高等职业教育高等职业教育机电类课程规划教材机电类课程规划教材主编主编郑立平张晶郑立平张晶主审主审刘凤春刘凤春大连理工大学出版社大连理工大学出版社第第1 1章章 直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理第第2 2章章 直流电机的基本理论及运行特性直流电机的基本理论及运行特性第第3 3章章 直流电动机的电力拖动基础直流电动机的电力拖动基础第第4 4章章 直流电机的电力拖动直流电机的电力拖动第第5 5章章 变压器变压器第第6 6章章 交流电机的绕组交流电机的绕组第第7 7章章 三相异步电动机三相异步电动机第第8 8章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动第第9 9章章 单相异步电动机单相异步电动机第第1010章同步电动机章同步电动机第第1111章微特电机章微特电机第第1212章电动机的选择章电动机的选择1.11.1直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理1.21.2直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组1.31.3直流电机的铭牌数据及主要系列直流电机的铭牌数据及主要系列第第第第1 1 1 1章章章章 直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理直流电机有直流发电机和直流电动机两种类型。1.1.1 1.1.1 直流电机的结构直流电机的结构 直流电机主要分为定子和转子两大部分。定、转子之间存在的间隙称为气隙。1.1.定子定子 定子是电机的静止部分，主要用来产生磁场。它主要包括:（1 1）主磁极）主磁极 主磁极包括铁心和励磁绕组两部分。主磁极总是N、S两极成对出现。（2 2）换向极）换向极 换向极也由铁心和绕组构成。1.11.11.11.1直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理图图1-1 1-1 直流电机的结构直流电机的结构 图图1-2 1-2 直流电机的正剖面图直流电机的正剖面图图图1-3 1-3 换向极结构换向极结构 图图1-4 1-4 电刷盒装配电刷盒装配 （3 3）电刷装置）电刷装置 电刷装置由电刷、刷握、压紧弹簧和刷杆座等组成。（4 4）机座和端盖）机座和端盖 2.2.转子转子 转子是电机的转动部分，转子的主要作用是感应电动势，产生电磁转矩，是机械能变为电能（发电机）或电能变为机械能（电动机）的枢纽。它主要包括:（1 1）电枢）电枢 电枢又包括铁心和绕组两部分。（2 2）换向器）换向器 （3 3）转轴）转轴 在转轴上安装电枢和换向器。3.3.气隙气隙 静止的磁极和旋转的电枢之间的间隙称为气隙。1.1.2 1.1.2 直流电机的基本原理直流电机的基本原理 1.1.直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理 图1-7是一台两极直流发电机的原理图。2.2.直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理 图1-8是直流电动机的原理图。1.2.1 1.2.1 电枢绕组的基本知识电枢绕组的基本知识 电枢绕组是直流电机的核心部分。电枢绕组是由许多分布在转子表面的线圈按一定规律联结而成的闭合绕组。根据联结规律的不同，电枢绕组可分为单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组及混和绕组五种型式 1.1.绕组元件绕组元件 构成绕组的线圈称为绕组元件，是用绝缘铜线绕制的。2.2.元件数、槽数、换向片数的关系元件数、槽数、换向片数的关系1.21.21.21.2直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 元件数等于换向片数等于槽数，即 S=K=Z 式中 S元件数;K换向片数;Z电枢实际槽数。包含虚槽的电机中元件数等于换向片数等于虚槽数，即 S=K=Zu 3.3.叠绕组和波绕组叠绕组和波绕组 叠绕组是指相串联的后一个元件端接部分紧叠在前一个元件端接部分的上面，整个绕组成褶叠式前进;波绕组是指相串联的两个元件像波浪式前进如图1-10所示。1.2.2 1.2.2 电枢绕组的节距电枢绕组的节距 1.1.极距极距 极距就是一个磁极在电枢表面的空间距离，即 =D/2p 字母表示极距，D表示电枢直径，p表示磁极对数。实际上，常用一个磁极表面所占的虚槽Zu 来计算极距，即图图1-10 1-10 电枢绕纽和节距电枢绕纽和节距 =Zu/2p 2.2.第一节距第一节距y y1 1 第一节距是指一个线圈两个有效边之间在电枢表面上的跨距，以虚槽数表示，如图1-10所示。为了让绕组能感应出最大的电动势，应使接近或等于极距.即 y 1=Zu/2p 式中正分数，是将y1补成整数的一个正分数。若=0，则y1=，称为整距绕组;若取正号，则y1 称为长距绕组;若取负号，则y1 TL，dn/dt 0时，系统处于加速运行状态，即处于瞬态过程。（3）当TemTL，dn/dt 0时，系统处于减速运行状态，也是处于瞬态过程。3.1 3.1 3.1 3.1 电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式3.1.23.1.2运动方程式中转矩方向的确定运动方程式中转矩方向的确定 首先选定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速 n的正方向。1.电磁转矩 Tem与转速n的正方向相同时为正，相反时为负;2.负载转矩 TL与转速n的正方向相反时为正，相同时为负;3.惯性转矩(GD2/375)dn/dt 的大小及正、负号由Tem和 TL的代数和决定。3.2.1 3.2.1 工作机构负载转矩的折算工作机构负载转矩的折算 TL=TL/k 3.2 3.2 3.2 3.2 工作机构转矩力飞轮矩质量的折算工作机构转矩力飞轮矩质量的折算工作机构转矩力飞轮矩质量的折算工作机构转矩力飞轮矩质量的折算3.2.23.2.2直线工作机构负载力的折算直线工作机构负载力的折算 TL=9.55 FLvL/n 如果起重机下放重物 TL=9.55(FLvL/n)3.2.33.2.3传动机构与工作机构飞轮矩的折算传动机构与工作机构飞轮矩的折算 图图3-1 3-1 旋转工作机构的电力拖动系旋转工作机构的电力拖动系 GD2=GD2M+GD21/k21 +GD22/（k1 k22 +GD2L/k2 在实际计算时，可以采用下式来估算系统总的飞轮矩 GD2=（1+）GD2M 3.2.4 3.2.4 直线工作机构运动质量的折算直线工作机构运动质量的折算 GD2=365 G Lv2L/n2 图图3-2 3-2 直线工作机构的电力拖动系统直线工作机构的电力拖动系统 例3-1 某电力拖动系统如图3-3所示。已知转速比 n/n1=5，n1/n L=4，飞轮矩 GD2M=20Nm2，GD21=100Nm2，GD2L=800Nm2，工作机构上的静负载转矩TL=4000Nm（阻转矩），每对齿轮的传动效率1=2=0.96。求（1）折算到电动机轴上的负载转矩TL;（2）折算到电动机轴上的系统总飞轮矩GD2;（3）对电动机轴列出运动方程式 （不计电动机的空载转矩）。图图3-3 3-3 例题例题3-13-1 解 电动机轴与工作机构轴之间的总转速比:k=（n/n1）（n1/nL）=54=20 传动机构的效率 =12=0.960.96=0.92 （1）折算到电动机轴上的负载转矩 TL=TL/k=4000/(0.9220)=217（Nm）（2）折算到电动机轴上的总飞轮矩 GD2=GD2M+GD21/k21 +GD2L（k1 k2）2 =20+100/52 +800/（54）2 =26（Nm2）（3）对电动机轴列写运动方程式 根据 Tem-TL=(GD2/375)(dn/dt)得 Tem-217=(26/375)(dn/dt)=0.0693dn/dt 负载的机械特性也称为负载转矩特性，简称负载特性。生产机械的负载转矩特性基本上可以分为三大类:3.3.1 3.3.1 恒转矩负载特性恒转矩负载特性 恒转矩负载特性，是指生产机械的负载转矩TL的大小与转速n无关的特性。恒转矩负载又分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。1.1.反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载3.3 3.3 3.3 3.3 生产机械的负载特性生产机械的负载特性生产机械的负载特性生产机械的负载特性图图3-4 3-4 反抗性恒转矩负载特性反抗性恒转矩负载特性 2.2.位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载3.3.2 3.3.2 恒功率负载特性恒功率负载特性 负载转矩TL与转速n成反比。恒功率负载特性是一条双曲线，如图3-6所示。3.3.3 3.3.3 通风机类负载特性通风机类负载特性 负载转矩基本上与转速的平方成正比。这类机械的负载特性是一条抛物线。实际生产机械的负载特性可能是以某种典型为主，或者是几种典型特性的结合。图图3-5 3-5 位能性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性图图3-6 3-6 恒功率负载特性恒功率负载特性 图图3-7 3-7 通风机类负载特性通风机类负载特性 电动机的机械特性是指电动机的转速n与其电磁转矩 Tem 之间的关系:n=f（Tem）。3.4.13.4.1直流电动机机械特性的表达式直流电动机机械特性的表达式 n=n0-Tem=n0n3.4.2 3.4.2 固有机械特性固有机械特性3.4 3.4 3.4 3.4 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性图图3-9 3-9 他励直流电动机的固有机械持性他励直流电动机的固有机械持性 3.4.3 3.4.3 人为机械特性人为机械特性 1.电枢回路串接电阻的人为机械特性 2.改变电枢电压的人为机械特性 3.减弱磁通时的人为机械特性 图图3-10 3-10 他励直流电动机电枢回他励直流电动机电枢回路串电阻人为机械特性路串电阻人为机械特性图图3-11 3-11 他励直流电动机降压他励直流电动机降压 人为机械特性人为机械特性 图图3-12 3-12 他励直流电动机减弱他励直流电动机减弱磁通人为机械特性磁通人为机械特性3.5.1 3.5.1 电力拖动系统的稳定运行电力拖动系统的稳定运行 设有一电力拖动系统，原来处于某一转速下运行，由于受到外界某种扰动，如负载的突然变化或电网电压的波动等，导致系统的转速发生变化而离开了原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的平衡状态，或者当外界扰动消失后能自动恢复到原来的转速下继续运行，则称该系统是稳定的;如果当外界扰动消失后，系统的转速或是无限制地上升，或是一直下降至零，则称该系统是不稳定的。3.5 3.5 3.5 3.5 电力拖动系统的稳定运行条件电力拖动系统的稳定运行条件电力拖动系统的稳定运行条件电力拖动系统的稳定运行条件3.5.2 3.5.2 电力拖动系统的稳定运行条件电力拖动系统的稳定运行条件 （1 1）必要条件）必要条件:电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，即存在Tem=TL;（2 2）充分条件）充分条件:在交点Tem=TL 处，满足dTem/dn n0 时，应用范围较小。回馈制动适用于位能负载的稳定速度下放。4.2.4 4.2.4 直流电动机的反转直流电动机的反转 一是改变电枢电流的方向;二是改变励磁电流的方向（即改变主磁场的方向）。4.3.1 4.3.1 调速性能指标调速性能指标 1.1.调速范围调速范围4.3 4.3 4.3 4.3 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速 D=nmax/nm in 2.2.调速的平滑性调速的平滑性 K=ni/ni-1 3.3.调速的相对稳定性调速的相对稳定性 s=nN/n0 100%4.4.调速的经济性调速的经济性4.3.2 4.3.2 调速方法调速方法 1.1.电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速 这种调速方法的特点是:（1）调度的平滑性差;（2）低速时，特性较软，稳定性较差 （3）轻载时调速效果不大;图图4-14 4-14 电枢串电阻调速的机械特性电枢串电阻调速的机械特性 （4）串入的电阻损耗大，效率越低;（5）电动机的转速不宜调节得太低，因此调速范围小，一般D=23。但这种调速方法具有设备简单，操作方便的优点，适于作短时调速，在起重和运输牵引装置中得到广泛的应用。2.2.减弱磁通调速减弱磁通调速4-15 4-15 他励电动机改变磁通调速接线他励电动机改变磁通调速接线 图图4-16 4-16 改变磁通调速机械特性改变磁通调速机械特性 这种调速方法的优点是:（1）可以用小容量调节电阻，控制简单，调速平滑性较好;（2）投资少，能量损耗小，调速的经济性好。这种调速方法的主要缺点是:因为正常工作时，磁路已趋饱和，所以只能采取弱磁调速方式，调速范围不广。普通电机D=1.22，特殊设计D可达到34。3.3.降低电枢电压调速降低电枢电压调速图图4-17 4-17 改变电枢电压的机械特性改变电枢电压的机械特性 降压调速的特点是:（1）可以实现无级调速，平滑性很好;（2）由于机械特性斜率不变，相对稳定性较好;（3）调速范围较广;（4）调速过程能量损耗较小;（5）需专用电源，设备投资较大。为了扩大调速范围，常常把降压和弱磁两种调速方法结合起来。4.4 4.4 4.4 4.4 直流电动机的应用直流电动机的应用直流电动机的应用直流电动机的应用5.15.1变压器的基本原理和结构及其额定值变压器的基本原理和结构及其额定值5.25.2单相变压器的空载运行和负载运行单相变压器的空载运行和负载运行5.35.3变压器的参数测定变压器的参数测定5.45.4三相变压器三相变压器5.55.5变压器的应用变压器的应用第第第第5 5 5 5章章章章 变压器变压器变压器变压器5.1.1 5.1.1 变压器的主要用途变压器的主要用途1.1.变压器的作用变压器的作用 它的作用是将一种电压等级的交流电能转换成另一种电压等级的交流电能。2.2.变压器的分类变压器的分类 （1 1）按用途，变压器可分为）按用途，变压器可分为:电力变压器（包括升压变压器、降压变压器、配电变压器等）、仪用互感器（电压互感器和电流互感器）和特种变压器（调压变压器、电炉变压器、电焊变压器、整流变压器等）。（2 2）按相数可分为）按相数可分为:单相变压器和三相变压器。5.15.15.15.1变压器的基本原理和结构及其额定值变压器的基本原理和结构及其额定值变压器的基本原理和结构及其额定值变压器的基本原理和结构及其额定值 （3 3）按绕组的个数可分为）按绕组的个数可分为:自耦变压器、双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器。（4 4）按铁心结构，可分为）按铁心结构，可分为:心式变压器和壳式变压器。（5 5）按冷却介质和冷却方式可分为）按冷却介质和冷却方式可分为:干式（空气冷却）变压器、油浸式变压器（包括油浸自冷式、油浸风冷式、油浸强迫油循环式等）和充气式冷却变压器。5.1.25.1.2变压器的工作原理变压器的工作原理5.1.35.1.3变压器的基本结构变压器的基本结构 1.铁心 2.绕组 3.绝缘套管 图图5-1 5-1 变压器工作原理示意图变压器工作原理示意图 图图5-2 5-2 油浸式电力变压器的外形图油浸式电力变压器的外形图 4.油箱及变压器油 5.保护装置 （1）储油柜 （2）吸湿器 （3）气体继电器和安全气道 （4）散热器5.1.45.1.4变压器的铭牌变压器的铭牌 1.1.变压器的额定容量变压器的额定容量S SN N。是指变压器在额定运行时输出的视在功率。2.2.变压器的额定电压变压器的额定电压U U1N1N/U/U2N2N。是指变压器在空载状态下一次侧允许的电压和二次侧测得的电压。3.3.变压器的额定电流变压器的额定电流I I1N1N/I/I2N2N。变压器在额定容量下，一次侧和二次侧绕组允许长期通过的电流。4.4.变压器的额定频率变压器的额定频率f fN N。变压器电压或电流每秒交变的次数，我国规定工业用电的标准频率为50Hz。例5-1 一台三相双绕组变压器，额定数据 SN=750kVA，U1N/U2N=6000/400V。求变压器一次侧和二次侧绕组的额定电流。解 I1N=SN/3 U1N=750103/36000=72.17（A）I2N=SN/3 U2N=750103/3400=1082.56（A）变压器的空载运行是指变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次侧开路时的运行状态。1.1.正方向的规定正方向的规定 正方向就是先规定一个参考方向。5.25.25.25.2单相变压器的空载运行和负载运行单相变压器的空载运行和负载运行单相变压器的空载运行和负载运行单相变压器的空载运行和负载运行 （1）在负载支路（变压器的一次侧对电源而言相当于负载），电流的正方向与电压降的正方向一致;在电源支路（变压器的二次侧对负载而言相当于电源），电流的正方向与电动势的正方向一致。（2）磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则。（3）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则。2.2.空载运行的电磁关系空载运行的电磁关系 （1）主磁通和漏磁通 主磁通占总磁通的绝大部分，而漏磁通只大约占主磁通的1%。图图5-11 5-11 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 （2）感应电动势与电压比 设主磁通=m sint 各感应电动势的有效值为 E1=N1m/2=2f1N1m/2=4.44f1N1m E2=N2m/2=2f1N2m/2=4.44f1N2m E1=N11m/2=2f1N11m/2=4.44f1N11m 一、二次绕组电动势之比称为电压比，用k表示 k=E1/E2=N1/N2 3.3.空载运行的电动势平衡方程空载运行的电动势平衡方程 U1=-E1-E1+I0r1=-E1+I0（r1+jx1）=-E1+I0Z1 4.4.空载运行的等效电路空载运行的等效电路 U1=-E1+I0Z1=I0（rm+jxm）+I0（r1+jx1）5.2.2 5.2.2 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 变压器的负载运行，是指变压器的一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次侧接负载时的运行状态。1.1.负载运行的磁通势平衡方程负载运行的磁通势平衡方程 I1=I0+I2（-N2/N1）=I0+I2（-1/k）图图5-12 5-12 变压器空载时的等效电路变压器空载时的等效电路 图图5-13 5-13 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 2.2.负载运行的电动势平衡方程负载运行的电动势平衡方程 （1 1）一次绕组的电动势方程式）一次绕组的电动势方程式 U1=-E1-E1+I1r1=-E1+I1（r1+jx1）=-E1+I1Z1 （2 2）二次绕组的电动势方程式）二次绕组的电动势方程式 U2=-E2-E2+I2r2=-E2+I2（r2+jx2）=-E2+I2Z2 （3 3）负载运行时变压器的基本方程式）负载运行时变压器的基本方程式 U1=-E1+I1Z1 U2=-E2+I2Z2 I1=I0+(-I2/k）k=E1/E2 -E1=I0Zm U2=I2ZL 3.3.变压器的参数折算变压器的参数折算 （1）变压器折算的目的 （2）变压器折算的方法 二次电动势、电压的折算 E2=kE2 同理 U2=kU2 图图5-14 5-14 变压器一、二次侧等效电路变压器一、二次侧等效电路 二次电流的折算 I2=(N2/N1)I2=I2/k 二次阻抗的折算 r2=（I2/I2）2r2=k2r2 x2=（I2/I2）2x2=k2x2 二次负载阻抗的折算 ZL=k2 ZL 4.4.变压器负载时的等效电路变压器负载时的等效电路 图图5-15 5-15 变压器的变压器的T T型等效电路型等效电路 图图5-16 5-16 变压器的近似等效电路变压器的近似等效电路 5.3.1 5.3.1 空载试验空载试验 空载试验的目的是测出空载电流 I0、空载电压 U0和空载损耗 P0，并计算出电压比 k和励磁阻抗 Zm。变压器空载时的总阻抗为|Z0|=|Z1+Zm|=U1N/I0 k=U20/U1N 5.3.2 5.3.2 短路试验短路试验 短路试验的目的是测量短路电流 IK、短路损耗 PK和短路电压 UK，并计算变压器的短路阻抗 ZK。5.35.35.35.3变压器的参数测定变压器的参数测定变压器的参数测定变压器的参数测定图图5-18 5-18 空载试验原理接线图空载试验原理接线图|Zk|=UK/IK rk=PK/I2k Xk=Z2K-R2k 对于T形等效电路，可以认为:r1r2=rK/2，x1x2=xK/2。根据国家标准规定，油浸电力变压器和电机的绕组应换算为75下的数值。rK75=(234.5+75)/(234.5+)rK 在75时的短路阻抗为|ZK75|=r2K75+r2K UK75=I1N|ZK75|/U1N100%图图5-19 5-19 短路试验原理线图短路试验原理线图 5.4.1 5.4.1 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统 1.1.三相变压器组的磁路系统三相变压器组的磁路系统 5.45.45.45.4三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器图图5-20 5-20 三相变压器组的磁路系统三相变压器组的磁路系统 2.2.三相心式变压器的磁路系统三相心式变压器的磁路系统5.4.2 5.4.2 三相变压器的电路系统（联结组别）三相变压器的电路系统（联结组别）1.1.三相变压器的绕组联结三相变压器的绕组联结 （1）三相绕组的端点标识 对于三相变压器而言，绕组的标识为:A、B、C表示三相高压绕组的首端;图图5-21 5-21 三相心式变压器磁路系统三相心式变压器磁路系统 X、Y、Z表示三相高压绕组的末端;x、y、z表示三相低压绕组的首端;a、b、c表示三相低压绕组的末端;N、n表示星形联结的高压和低压绕组的中性点。（2）三相绕组的联结法 星形联结 三角形联结图图5-22 5-22 星形联结星形联结 图图5-23 5-23 三角形联结三角形联结 2.2.三相变压器的联结组标号三相变压器的联结组标号 （1 1）三相变压器的联结组）三相变压器的联结组 三相变压器高、低压侧的联结方式有Y,y;Y,d;D,d;D,y四种。逗号前面字母表示高压侧的联结方式，逗号后面字母表示低压侧的联结方式，绕组的联结方式就是变压器的联结组。（2 2）三相变压器的联结组别）三相变压器的联结组别 Y，y0联结 图图5-24 Y5-24 Y，y 0 y 0 联结组联结组 Y，d联结 Y，d联结的三相变压器有1、3、5、7、9、11六种奇数组号的联结组。（3 3）三相变压器的标准联）三相变压器的标准联结组结组 国家对变压器的联结组作了统一规定，规定Y，yn0;Y，d11;YN，d11;YN，y0;Y，y0五种作为三相双绕组电力变压器的标准联结组。最常用的联结组标号有三种:图图5-25 Y5-25 Y，d11d11联结组联结组 Y Y，yn0:yn0:主要用于配电线路中，高压侧电压不超过35kV,低压侧电压低于400V，由于低压侧有中性线，因此低压侧还可提供单相电压200V。Y Y，d11:d11:用于高压侧电压不超过35kV，低压侧电压超过400V的配电线路中。YNYN，d11:d11:用于110kV及以上高压输电线路。可为高压侧电力系统的中性点接地提供条件。5.5.1 5.5.1 整流变压器整流变压器 1.1.整流变压器的作用整流变压器的作用5.55.55.55.5变压器的应用变压器的应用变压器的应用变压器的应用 整流变压器主要用作硅整流设备的电源变压器，它将电源电压变换成整流器所需要的交流电压，还可以将三相交流系统变换为多相系统，以减小整流器输出直流电压脉动的作用。2.2.整流变压器的特点整流变压器的特点 （1）一、二次绕组的视在功率不相等，而且二次视在功率大于一次视在功率。（2）由于阻抗大，其外形较短胖，并且绕组和铁心的机械强度也大。（3）有特殊的绕组联结组及补偿装置。（4）效率较低。3.3.整流变压器的分类整流变压器的分类 4.4.整流变压器的运行原理整流变压器的运行原理图图5-26 5-26 单相半波不单相半波不可控整流电路可控整流电路5.5.2 5.5.2 电焊变压器电焊变压器 电焊变压器又称焊接用变压器。对电焊变压器有几点要求:（1）电焊变压器应具有6070V空载电压，以保证容易起弧.（2）焊接电流要求能够调节大小。（3）电焊变压器应有迅速下降的外特性。（4）短路电流要大小适宜。图图5-28 5-28 电焊变压器的原理接线图电焊变压器的原理接线图 5.5.3 5.5.3 自耦变压器自耦变压器 1.1.自耦变压器的结构特点自耦变压器的结构特点 2.2.自耦变压器的主要优缺点和用途自耦变压器的主要优缺点和用途 降低成本，减少变压器的体积、重量，且有利于大型变压器的运输和安装。并且内部铜损耗和铁损耗小，提高了效率。图图5-29 5-29 自耦变压器自耦变压器 自耦变压器的缺点是由于一、二次绕组之间有电的联系，当高压侧发生电气故障将直接涉及到低压侧，因此变压器内部绝缘与过电压保护措施要加强。自耦变压器不能作为安全照明变压器使用。在高电压、大容量的输电系统中，自耦变压器主要用来联结两个电压等级相近的电力网，作联络变压器。在实验室中采用二次侧带滑动接触的自耦变压器用作调压器。此外，自耦变压器还可用作异步电动机的启动补偿器。3.3.自耦变压器的基本方程式自耦变压器的基本方程式 （1 1）电压关系）电压关系 U1a E1=4.44fN1m U2a E2=4.44fN2m k=E1/E2 =N1/N2 （2 2）电流关系）电流关系 I2=I1a+I2a=（-1/k）I2a+I2a=(1 I/k)I2a （3 3）自耦变）自耦变 S2=U2aI2a=U2a（I2+I1a）=U2aI2+U2aI1a 4.4.使用应注意的问题使用应注意的问题 （1）在电网中运行的自耦变压器，中性点必须可靠接地。（2）一次侧、二次侧需加装避雷装置。（3）自耦变压器短路保护措施的要求比双绕组变压器要高,要有限制短路电流的措施。（4）使用三相自耦变压器时，通常增加一个三角形联结的附加绕组，用来抵消三次谐波。5.5.4 5.5.4 仪用互感器仪用互感器 1.1.电压互感器电压互感器 使用电压互感器需注意以下事项:（1）使用电压互感器时二次侧不允许短路。（2）二次绕组和铁心应可靠接地，保证测量人员的安全。2.2.电流互感器电流互感器 使用电流互感器需注意以下事项:（1）使用电流互感器时不允许二次侧开路。（2）二次绕组和铁心应可靠接地，保证测量人员的安全。图图5-31 5-31 电流互感器原理图电流互感器原理图 图图5-30 5-30 电压互感器原理图电压互感器原理图 6.16.1交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识6.26.2三相单层绕组及双层绕组三相单层绕组及双层绕组6.36.3交流绕组的电动势交流绕组的电动势6.46.4交流绕组的磁通势交流绕组的磁通势第第第第6 6 6 6章章章章 交流电机的绕组交流电机的绕组交流电机的绕组交流电机的绕组6.1.1 6.1.1 交流电机的主要型式交流电机的主要型式 1.同步电机 2.异步电机6.1.2 6.1.2 交流电机绕组的基本要求和分类交流电机绕组的基本要求和分类 1.对交流绕组的基本要求 （1）三相绕组必须对称。（2）线圈的组成应遵循电动势相加的原则，以获得尽可能大的线圈电动势和磁通势。（3）波形好。6.1 6.1 6.1 6.1 交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识 （4）有足够的机械强度和绝缘强度，散热条件好。（5）制造简单、节省材料、工艺性好、维修方便。2.2.交流绕组的分类交流绕组的分类 （1）按相数可分为单相绕组和多相绕组。（2）按槽内层数可分为单层绕组和多层绕组。（3）按每极每相槽数可分为整数槽绕组和分数槽绕组。6.1.3 6.1.3 交流绕组的几个基本术语交流绕组的几个基本术语 1.1.极距极距 相邻磁极轴线之间沿定子内圆表面跨过的距离称为极距，用表示。=Z/2p 2.2.电角度电角度 电角度=p机械角度 3.3.槽距角槽距角 =(p360)/Z 4.4.线圈（元件）线圈（元件）线圈是构成交流绕组的基本单元。5.5.线圈节距线圈节距y 1 y 1（第一节距）（第一节距）一个线圈的两个有效边所间隔的距离称为线圈节距，用槽数表示。线圈节距等于极距（y1=）的绕组称为整距绕组;线圈节距大于极距（y1）的绕组称为长距绕组;线圈节距小于极距（y1）的绕组称为短距绕组。6.6.每极每相槽数每极每相槽数q q 每个磁极下每相绕组有效边所占有的槽数，称为每极每相槽数，用q表示。q=Z/2mp 7.7.相带相带 每一磁极下，每相绕组所占有的电角度称为绕组的相带。图6-1 相带分布情况6.2.1 6.2.1 三相单层绕组三相单层绕组 单层绕组的每个槽内只放置一个线圈边，整台电机的线圈总数等于定子槽数的一半。1.1.三相单层同心式绕组三相单层同心式绕组 同心式绕组是由几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。现以一台三相单层绕组，定子槽数Z=24，磁极数2p=2，每相支路数2a=2的三相交流电机为例。6.2 6.2 6.2 6.2 三相单层绕组及双层绕组三相单层绕组及双层绕组三相单层绕组及双层绕组三相单层绕组及双层绕组 图图6-2 6-2 三相单层同心式三相单层同心式 绕组展开图（绕组展开图（A A相）相）2.2.三相单层链式绕组三相单层链式绕组 单层链式绕组是由形状、几何尺寸和节距都相同的线圈构成，每个线圈都像链条上的一个个环，故称为链式绕组。以定子槽数为24，磁极数为4，每相支路数为1的三相异步电动机定子绕组为例。图图6-3 6-3 三相单层链式绕组展开图（三相单层链式绕组展开图（A A相）相）3.3.三相单层交叉式绕组三相单层交叉式绕组 由两组大小线圈交叉布置，故称交叉式绕组。以一台Z=36，2p=4，2a=2的三相交流电机为例。图图6-4 6-4 三相单层交叉式绕组展开图（三相单层交叉式绕组展开图（A A相）相）单层绕组的优点是:工艺简单，制造较容易;下线方便，槽的利用率比较高，不会在槽内发生层间或相间绝缘击穿故障。单层绕组的缺点是:故槽漏抗较大;不能通过选择节距来抑制电动势和磁通势中的高次谐波，电磁性能较差。单层绕组广泛应用于10kW以下的小型异步电动机中。6.2.2 6.2.2 三相双层绕组三相双层绕组 双层绕组的每个槽内放置两个线圈边，分上下两层嵌放，中间用层间绝缘隔开。以一台定子槽数 Z=36，磁极数 2P=4，每相支路数 2a=2的三相交流电机为例。双层绕组的优点是:所有线圈尺寸相同，有利于绕制;图图6-5 6-5 三相双层叠绕组三相双层叠绕组A A相展开图（相展开图（a=1a=1）有利于散热;绕组节距可以合理灵活地选择;可以得到较多的并联支路数。双层绕组的缺点是:嵌线工艺复杂，下线较困难;线圈组间连线较长，不经济;降低了槽的利用率;短距时，存在相间绝缘击穿的可能性。三相双层绕组广泛应用于10kW以上的同步电机和大中型异步电动机中。6.3.1 6.3.1 线圈的感应电动势及短距系数线圈的感应电动势及短距系数 1.1.导体的电动势导体的电动势 气隙中离坐标原点处的磁通密度的表达式为 Bx=Bm sin6.3 6.3 6.3 6.3 交流绕组的电动势交流绕组的电动势交流绕组的电动势交流绕组的电动势 图图6-6 6-6 交流发电机模型交流发电机模型 图图6-7 6-7 导体的电动势导体的电动势 （1 1）电动势频率）电动势频率 f1=pn/60 （2 2）电动势的大小）电动势的大小 e=Bx lv=Bm lvsin=Em sint 有效值 Ec1=(Bl/2)(2p/60)n =(/2)f11=2.22f11 2.2.整距线圈的电动势整距线圈的电动势 整距线圈的电动势的有效值为 Eyl（y 1=）=4.44f1 Nc1 3.3.短距线圈的电动势短距线圈的电动势图图6-8 6-8 整距线圈电动势整距线圈电动势 短距线圈电动势的有效值为 Eyl（y 1 6，允许直接起启动。（2）对40kW的三相异步电动机，有，3/4+600/(440)=4.55.5不允许直接启动。8.2.3 8.2.3 降压启动降压启动 （1 1）星形）星形三角形（三角形（Y-DY-D）降压启动）降压启动 （a a）星形联接的定子绕组）星形联接的定子绕组 （b b）三角形联接的定子绕组）三角形联接的定子绕组 图图8-7 8-7 鼠笼式电动机的星形鼠笼式电动机的星形三角形（三角形（YDYD）转换启动）转换启动 鼠笼式电动机的星形三角形（Y-D）转换启动电流为直接启动电流的1/3。启动转矩也减小到直接启动时的1/3。这种方法只适合于空载或轻载时启动。（2 2）自耦变压器降压启动）自耦变压器降压启动 启动时电源接自耦变压器原边，副边接电动机，启动结束后电源直接加到电动机上。自耦变压器降压启动适用于容量较大的或正常运行时联成星形不能采用星形-三角形（Y-D）转换启动的鼠笼式异步电动机。图图8-8 8-8 自耦变压器降压启动接线图自耦变压器降压启动接线图8.3.1 8.3.1 机械制动机械制动 机械制动是利用机械装置使电动机在切断电源后迅速停转.8.3 8.3 8.3 8.3 三相异步机的制动三相异步机的制动三相异步机的制动三相异步机的制动 图图8-8 8-8 电磁抱闸制动控制电磁抱闸制动控制 8.3.2 8.3.2 能耗制动能耗制动 将异步机的定子绕组从三相交流电源上断开后，立即接到直流电源上，来实现制动。它的优点是能量消耗小，制动平稳,停车准确可靠，对交流电网无冲击，适用于某些金属切削机床.图图8-9 8-9 能耗制动原理图能耗制动原理图 图图8-11 8-11 定子绕组联接直流电源定子绕组联接直流电源8.3.3 8.3.3 反接制动反接制动 反接制动分为电源反接制动和倒拉反接制动两种。电源反接制动，电源反接制动，这种制动方法制动迅速，用在经常正反转的生产机械上。倒拉反接制动，倒拉反接制动，常用于起重机缓慢提升和下放重物过程中.图图8-12 8-12 电源反接制动电源反接制动 图图8-13 8-13 电源反接制动的机械特性电源反接制动的机械特性 图图8-14 8-14 倒拉反接制动的机械特性倒拉反接制动的机械特性8.3.4 8.3.4 回馈制动回馈制动 电动机转速超过旋转磁场转速，即电动机变成发电机，把机械能转变成电能馈送给电网，故称为回馈制动。所谓调速，就是指电动机在同一负载下能得到不同的转速.8.4.1 8.4.1 变极调速变极调速 用改变定子绕组的接法来改变极对数，这种电机称多速电动机。图图8-16 8-16 回馈制动机械特性回馈制动机械特性 8.4 8.4 8.4 8.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 8.4.2 8.4.2 变频调速变频调速 变频调速采用专用变频调速装置变频器，目前广泛使用的变频器主要采用交-直-交方式。图图8-16 8-16 绕组变极联接图绕组变极联接图 图图8-20 8-20 变频调速装置变频调速装置 8.4.3 8.4.3 绕线式异步机转子串电阻调速绕线式异步机转子串电阻调速 该方法适用于绕线式异步电动机，通常在绕线式电动机的转子电路中接入调速电阻。这种调速方法特点是改变调速电阻大小，可得到平滑调速.设备简单，投资少，但能量损耗大，广泛应用于起重设备中。8.5.1 8.5.1 转子串接电阻器启动转子串接电阻器启动8.5 8.5 8.5 8.5 绕线式异步电动机的启动绕线式异步电动机的启动绕线式异步电动机的启动绕线式异步电动机的启动图图8-22 8-22 转子串接电阻器转子串接电阻器 启动接线图启动接线图 8.5.2 8.5.2 转子串频敏变阻器的启动转子串频敏变阻器的启动图图8-23 8-23 转子串接电阻器转子串接电阻器 启动特性曲线启动特性曲线 （a a）频敏变阻器的结构）频敏变阻器的结构 （b b）等效电路图）等效电路图 图图8-23 8-23 绕线式电动机转子电路接入频敏变阻器启动绕线式电动机转子电路接入频敏变阻器启动 常用于要求启动转矩较大的生产机械上，如卷扬机、起重机等。图图8-24 8-24 串入频敏变阻器的机械特性曲线串入频敏变阻器的机械特性曲线 9.19.1单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理9.29.2单相异步电动机的类型单相异步电动机的类型9.39.3单相异步电动机的应用单相异步电动机的应用第第第第9 9 9 9章章章章 单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机10.110.1同步电动机同步电动机10.210.2三相永磁同步电动机三相永磁同步电动机10.310.3同步电动机应用同步电动机应用第第第第10101010章章章章 同步电动机同步电动机同步电动机同步电动机11.111.1概述概述11.211.2直流伺服电动机直流伺服电动机11.311.3步进电动机步进电动机11.411.4测速发电机测速发电机11.511.5直线电动机简介直线电动机简介第第第第11111111章章章章 微特电机微特电机微特电机微特电机12.112.1电动机种类电压转速和结构形式的选择电动机种类电压转速和结构形式的选择12.212.2电动机容量的选择电动机容量的选择第第第第12121212章章章章 电动机的选择电动机的选择电动机的选择电动机的选择