变压器与电动机课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,跳转到第一页,*,第六章 变压器与电动机,变压器由线圈中和铁心组成。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此变压器中不仅有电路问题，同时也有磁路问题,。,5.1,变压器的基础知识,第六章 变压器与电动机 变压器由线,1,5.2,变压器的基本结构和工作原理,一、变压器的用途、构造和分类,变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备,用途：变压器主要用于变换电压、变换电流和变换阻抗。,变压器的分类,电力变压器,小功率电源变压器,仪用变压器,调压变压器,5.2 变压器的基本结构和工作原理一、变压器的用途、构造,2,二、变压器的基本结构,主要部件：,一,.,铁心,:,铁心的作用是提供磁通的闭合路径,。,铁心材料,（）硅钢片,（）铁氧体材料,铁心结构,铁心由多片硅钢片叠装而成,每块硅钢片表面涂有绝缘漆,厚度在,0.3,0.5mm,之间。,二、变压器的基本结构主要部件：铁心材料铁心结构,3,硅钢片的特点,:,导磁率,:7000,10000,存在涡流损耗,一般铁心都有较高的导磁率,但又是导电材料,当变化的磁通穿过铁心时,会产生闭合的感应电流,简称涡流,如图,(A),所示。铁心的截面积越大,涡流越大。涡流产生的热能称为涡流损耗,它使变压器发热。,为了减小涡流损耗,在普通的钢片中加入硅元素,增大它的电阻率,同时工艺上硅钢片表面涂绝缘材料,且用叠装工艺,减小每片的磁通量,延长涡流回路的长度,从而减少涡流。图,(B),i,i,图,(A),图,(B),硅钢片的特点:ii图(A)图(B),4,二,.,绕组,:,铁心是变压器的磁路,而绕组则是变压器的电路。二者构成变压器的核心即电磁部分。,绕组用涂有绝缘漆的铜线绕制,线的直径根据电流的大小来选用。绕组有二个,分别称为原边,(,初级,),和副边,(,次级,),。,二.绕组:铁心是变压器的磁路,而绕组则是变,5,三,.,变压器结构,三.变压器结构,6,设线圈的电阻为,R,，,主磁电动势为,e,和漏感电动势为,e,，,由,KVL，,有,：,1,电压和磁通的关系,5.3,变压器的工作原理,设电压,U,是按正弦规律变化，主磁通也是按正弦规律变化，即,若忽略电阻,R,和漏抗,X,的电压，则,：,u,的有效值为,：,或,写成相量形式则是,设线圈的电阻为R，主磁电动势为e和漏感电动势,7,2,、变压器的空载运行与变换电压作用,变压器的,一次侧接电源,，,二次侧开路,，这种运行状态称为,空载,。,变压器空载时原边电流,i,1,很小,，在铁心磁路中产生按正弦规律变化的磁通,，当,穿过两线圈时，分别感应电压：,有：,其中,k,u,称为变压器的,变压比,。,2、变压器的空载运行与变换电压作用 变压器的,8,3.,变压器的负载运行与变换电流作用,变压器的,一次侧接电源,，,二次侧与负载接通,，这种运行状态称为,负载运行,。,变压器在能量传递的过程中损耗甚小，因此：,因此：,其中,1,/,k,u,称为变压器的变流比。显然：变压器,在改变电压的同时也改变了电流，即变压器还可以变换电流,。,N,1,i,1,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,2,S,a,x,i,2,3.变压器的负载运行与变换电流作用 变压器的,9,4,、,变压器的变换阻抗作用,变压器的副边所接负载为,Z,L,，原边输入阻抗为,Z,1,时，有,：,N,1,i,1,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,2,S,a,x,i,2,因此,也就是说：,可以将副边上的负载阻抗,Z,L,折合到原绕组上，大小是负载,Z,L,乘上,k,的平方。,4、变压器的变换阻抗作用 变压器的副边所接负载为ZL,10,例：有一台降压变压器，一次电压,U1=380V,二次电压,U2=36V,如果接入一个,36V,、,60W,的灯泡，求（,1,）一、二次的电流各为多少？（,2,）相当于一次侧接上一个多少欧的电阻？,解：,（,1,）灯泡是纯电阻，因此二次电流为：,一次电流为：,（,2,）一次侧等效电阻为：,例：有一台降压变压器，一次电压U1=380V,二次电压U2=,11,变压器与电动机课件,12,5.4,变压器的使用,1,外特性,电压变化率反映电压,U,2,的变化程度。通常希望,U,2,的变动愈小愈好，一般变压器在5%左右。,2,损耗,铁损,P,Fe,包括磁滞损耗和涡流损耗。,损耗：,铜损：,其中：,3.,效率,：,5.4 变压器的使用1外特性 电压变化率反映,13,特点：,副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有,磁,的联系，也有,电,的联系。,5.5,其它,特殊变压器,1自耦变压器,u,1,u,2,自耦变压器的,工作原理,和普通双绕组变压器,一样,，因此,变比相同,自耦变压器也称为,自耦调压器,，它的最大,特点,就是,可以通过转动手柄来获得原、副边所需要的,各种电压,。,u,1,u,2,自耦变压器的电路图符号,特点：副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有磁的联系，也,14,电压互感器：,电压互感器的原绕组匝数,很多,，,并联,于待测电路两端；副绕组匝数,较少,，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈,并联,。用于将高电压变换成低电压。使用时,副绕组不允许短路,。,L,1,L,2,N,1,N,2,V,电压互感器使用时，,副绕组,侧并联,阻抗不得太小,，否则,影响测量精度,。,电压互感器二次侧表头额定值为,标准值,100V,。,2,仪用互感器,电压互感器：电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路两端；,15,电流互感器：,原绕组线径,较粗,，匝数,很少,，与被测电路负载,串联,；副绕组线径,较细,，匝数,很多,，与电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈,串联,。用于将大电流变换为小电流。使用时,副绕组电路不允许开路,。,A,N,2,N,1,电流互感器,副绕组,侧所接仪表的阻抗,不得大于规定值,！,电流互感器二次侧表头额定值为,标准值,5A,（或,1A,）。,电流互感器：原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；副,16,5.6,三相异步电动机的结构,5.6 三相异步电动机的结构,17,铁心：由内周有槽的,0.5mm,厚,硅钢片 叠成。是磁路的一部分,A-X,B-Y,C-Z,三相绕组,机座：铸铁或钢板焊接,支撑铁心和固定电机,硅钢片,装有三相绕组的定子,1,、,定子,铁心：由内周有槽的0.5mm厚硅钢片 叠成。是,18,定子绕组的接线,定子三相绕组的联接方法,。通常,B,Z,A,C,X,Y,X,A,Z,B,Y,C,A,B,C,Z,X,Y,Y,联结,C,A,B,Z,X,Y,联结,Z,X,Y,B,C,A,定子绕组的接线定子三相绕组的联接方法。通常BZACXYXAZ,19,2,、转子,笼型,绕线式,转子,:,在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流,产生旋转力矩,转轴,转子铁心,转子绕组,0.5mm,的硅钢片叠压,2、转子笼型绕线式 转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动,20,笼型转子,(1),笼型转子,铁芯槽内放铜条，端,部用短路环形成一体 或铸铝形成转子绕组,。,笼型转子(1)笼型转子,21,(2,),绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,三相转子绕组通常连接成星形，即三个末端连在一起，三个首端分别与转轴上的三个滑环（滑环与轴绝缘且滑环间相互绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以便改善电机的起动和调速性能,。,绕线式转子绕组与外接变阻器的连接,(2)绕线式转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成,22,5.7,三相电动机的原理,电动机是通过电磁转换将电能转换成机器能的电气设备,。,一、旋转磁场的定性描述,旋转磁场的产生,把三相定子绕组接成星形接到对称三相电源，定子绕组中便有对称三相电流流过。,电流的参考方向规定从绕组的始端经绕组内部指向末端。,5.7 三相电动机的原理一、旋转磁场的,23,o,A,Y,C,B,Z,X,(),电流,出,(,),电流,入,oAYCBZX()电流出()电流入,24,三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场,；,t,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,合成磁场方向向下,合成磁场旋转,60,合成磁场旋转,90,60,0,o,90,0,90,0,三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生,25,结论：,在对称的三相绕组中通入三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。,一个电流周期，旋转磁场在空间转过,360,A,A,X,Z,B,C,Y,A,A,X,Z,B,C,Y,结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。,任意调换两根电源进线,o,60,0,90,0,结论：AAXZBCYAAXZBCY结论：任意调换两根电源进,26,或者说磁场旋转方向取决于三相电流的相序,旋转磁场的旋转方向,当定子绕组在定子铁心中排列方向为顺时针方向时，其电流合成磁场的空间旋转方向也为顺时针方向。,反之亦然。,磁场的旋转方向与三相绕组在定子铁心中排列顺序的方向（即相序）一致。电流相序为,A-B-C,时磁场顺时针方向旋转；电流相序为,A-C-B,时磁场逆时针方向旋转。,或者说磁场旋转方向取决于三相电流的相序 旋转磁场的旋转方向,27,3,、,旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速,n,取决于磁场的极对数,P,p,=1,时,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,0,t,o,3、旋转磁场的转速工频：旋转磁场的转速n取决于磁场的极对数,28,若定子每相绕组由两个线圈串联,，绕组的始端,之间互差,60,，将形成,两对磁极的旋转磁场。,极对数,旋转磁场的磁极对数,与三相绕组的排列有关,C,Y,A,B,C,X,Y,Z,A,X,B,Z,0,A,X,B,Y,C,若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端极对数旋转,29,p,=,2,时,0,p=2时0,30,二、旋转磁场转速,n,1,与极对数,p,的关系,:,极对数,每个电流周期,磁场转过的空间角度,同步转速,旋转磁场转速,n,1,与频率,f,1,和极对数,p,有关。,可见,:,二、旋转磁场转速n1与极对数 p 的关系:极对数每个电流周期,31,三、转子的转动原理,t,=0,时,转子电流,和,转子旋转,情况,n,1,A,X,B,Y,C,Z,N,S,用右手定则可判断出转子导体中,感应电流的方向,如图示；,再用左手定则判断出转子导体的受力方向为上右下左，因此,转子顺着同步磁场,n,1,的方向转动,。,异步机的转动原理,三相对称定子绕组中通入对称三相交流电，即在气隙中形成一个在时间上、空间上都随时间变化的一个旋转磁场。固定不动的转子导体与旋转磁场相切割后感应电流成为载流导体。载流导体又和旋转磁场相互作用，对轴生成电磁转矩，于是电动机就顺着同步转速的方向转动起来,。,问题与讨论,电动机的转速,n,能,等于,同步转速,n,1,吗？,转子与旋转磁场间没有相对运动,提示,：,如果,转子不切割磁场不能生成感应电流,转子不是载流导体则不能受力转动,三、转子的转动原理t=0时转子电流和转子旋转情况n1AX,32,四、转差率,旋转磁场的同步转速,n,1,和电动机转子转速,n,之差与,旋转磁场的同步转速之比称为,转差率。,由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场,旋转的方向一致，但转子转速,n,不可能达到与旋转磁场的转速,n,1,相等，即,异步电动机,转差率,S,的概念,转子感生电流的频率,转差率,S,为：,四、转差率 旋转磁场的同步转速n1和电动机转子转速n,33,异步电机运行中,:,电动机起动瞬间,:,（转差率最大）,转子转速亦可由转差率求得,由,转子感生,电流频率,异步电机运行中:电动机起动瞬间:（转差率最大）转子转速亦可由,34,例：,一台三相异步电动机，其额定转速,n,=,975 r/min,，电源频率,f,1,=,50 Hz,。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转,速的关系可