電機(jī)與電氣控制技術(shù)教案.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除第 1、2 課時課題:電磁學(xué)基礎(chǔ)知識教學(xué)目的和要求: 補(bǔ)充了解磁場的基本物理量以及鐵磁材料的性質(zhì)和磁路歐姆定律，掌握交流鐵心線圈電路中的電磁關(guān)系并了解其功率損耗情況。重點(diǎn)與難點(diǎn):掌握鐵磁材料的性質(zhì)、交流鐵心線圈電路中的電磁關(guān)系及其功率損耗。教學(xué)方法: 繪圖說明，簡單推正，結(jié)論分析，應(yīng)用介紹，案例教學(xué)。預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù): 復(fù)習(xí)前期學(xué)的電工技術(shù)基礎(chǔ)相關(guān)知識。一、磁路的基本物理量磁場可由電流產(chǎn)生，用磁感線來描述。磁場的強(qiáng)弱可用磁感線的疏密程度來表示。磁感線可以看成是無頭無尾的閉合曲線。1)磁感線的回轉(zhuǎn)方向和電流方向之間的關(guān)系遵守右手螺旋法則。 2)磁感線總是閉合的，既無起點(diǎn)，也無終點(diǎn)。 3)磁場中的磁感線不會相交，因為磁場中每一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都是確定的、唯一的。1.磁通 磁場中穿過某一截面積A的總磁線數(shù)稱為通過該面積的磁通量，簡稱磁通，單位WB。磁場中穿過某一截面積A的總磁線數(shù)稱為通過該面積的磁通量，簡稱磁通，單位WB。 當(dāng)線圈中通以電流后，大部分磁感線沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路，這部分磁通稱為主磁通；還有一部分磁通，沒有經(jīng)過氣隙和銜鐵，而是經(jīng)空氣自成回路，這部分磁通稱為漏磁通。 磁通經(jīng)過的閉合路徑叫磁路。磁路和電路一樣，分為有分支磁路和無分支磁路兩種類型。2磁感應(yīng)強(qiáng)度B 描述磁介質(zhì)中實際的磁場強(qiáng)弱和方向的物理量，是矢量，用B表示。均勻磁場中，若通過與磁感線垂直的某面積A的磁通為，則 B = / A 所以磁感應(yīng)強(qiáng)度也稱磁通密度，單位T3磁場強(qiáng)度H 是進(jìn)行磁場計算時引進(jìn)的一個物理量，電流產(chǎn)生磁場外，介質(zhì)被磁化后還會產(chǎn)生附加磁場。單位安每米。 H代表電流本身產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)弱，反映了電流的勵磁能力，大小只與該電流的大小成正比，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)； B代表電流所產(chǎn)生的以及介質(zhì)被磁化所產(chǎn)生的總磁場的強(qiáng)弱，其大小不僅與電流的大小有關(guān)，還與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。4磁導(dǎo)率磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場強(qiáng)度H之比，是衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。 = B / H為導(dǎo)磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率。真空的磁導(dǎo)率為 。鐵磁材料的 ，例如鑄鋼的約為 的1000 倍，各種硅鋼片的約為 的60007000 倍。5磁場儲能 磁場能夠儲存能量，這些能量是在磁場建立過程中由其他能源的能量轉(zhuǎn)換而來的。電機(jī)就是借助磁場儲能來實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的。二、磁性材料的性質(zhì)1高導(dǎo)磁性磁性物質(zhì)的內(nèi)部存在著很多很小的區(qū)域，稱為“磁疇”，磁化前，無外磁場的作用，雜亂無章地排列，磁場互相抵消，對外界不顯示磁性。若將鐵磁材料放入磁場，在外磁場的作用下，磁疇的軸線趨于一致，形成一個附加磁場，疊加在外磁場上，從而使合成磁場大為增強(qiáng)。變壓器和電機(jī)中的磁場是由通過線圈的電流來產(chǎn)生，這些線圈都是繞在磁性物質(zhì)（稱為鐵心）上的。采用鐵心后，在同樣的電流下，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁通將大為增加，且比鐵心外的B和大很多，一方面可用較小的電流產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場，另一方面可使絕大部分磁通集中在由磁性材料限定的空間內(nèi)。2磁飽和性如上圖中：oa段，外磁場H較弱，H的增加主要是與外磁場同方向的磁疇邊界增大的過程，B的增加緩慢；ab段，外磁場H較強(qiáng)，主要是磁疇沿外磁場的方向轉(zhuǎn)動的過程，B迅速增大；bc段，可隨外磁場方向轉(zhuǎn)動的磁疇越來越少，H的增加變慢，出現(xiàn)了磁飽和現(xiàn)象；cd段，類似于真空中的情況。3磁滯性磁性材料都具有保留其磁性的傾向，B的變化總是滯后于H的變化，稱磁滯現(xiàn)象。當(dāng)H降為零時，保留的磁感應(yīng)強(qiáng)度Br稱為剩磁強(qiáng)度，永久磁鐵的磁性就是由Br產(chǎn)生的。三、磁路的歐姆定律正如電動勢作用在一定電阻的電路上產(chǎn)生的電流遵循歐姆定律一樣，一定的磁動勢作用在一定磁阻的磁路上可以產(chǎn)生磁通。磁通的大小同樣遵循磁路的歐姆定律。當(dāng)磁路中有空氣隙存在，磁路的磁阻Rm將顯著增加。四、鐵心損耗1磁滯損耗Ph磁性材料被交變磁化時，磁疇之間相互摩擦，要消耗能量，對應(yīng)的功率損耗Ph = KhfBmV式中與材料的性質(zhì)有關(guān)，電工鋼的為1.62.3，V為鐵心體積2渦流損耗Pe磁性材料不僅是導(dǎo)磁材料，又是導(dǎo)電材料。在交變磁場作用下，鐵心是也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而在垂直于磁通方向的鐵心平面內(nèi)產(chǎn)生旋渦狀的感應(yīng)電流表，稱渦流。渦流在鐵心電阻上的功率損耗稱渦流損耗。Pe = Ked2f2Bm2V 式中d為鋼片厚度第 3、4 課時課題:變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)教學(xué)目的和要求: 變壓器的一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置。要求根據(jù)電磁感應(yīng)原理掌握變壓器的工作原理、電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)、電力變壓器額定值的計算、了解電力變壓器的型號及主要系列。重點(diǎn)與難點(diǎn):重點(diǎn)是變壓器的工作原理、電力變壓器的額定值的計算。難點(diǎn)是變壓器的工作原理、電力變壓器的結(jié)構(gòu)。教學(xué)方法:以變壓器的廣泛應(yīng)用為切入點(diǎn)，以圖片和實物為依托，說明其工作原理。繪圖說明，簡單推正，結(jié)論分析，應(yīng)用介紹。預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù): 完成課后作業(yè)l 變壓器：是一種靜止的電氣設(shè)備。它是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理，將某一等級的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換成同頻率的另一等級電壓和電流的設(shè)備。l 作用：變換交流電壓、變換交流電流和變換阻抗。一、變壓器的基本工作原理變壓器是在一個閉合的鐵心磁路中，套上兩個相互獨(dú)立的、絕緣的繞組，這兩個繞組之間只有磁的耦合，沒有電的聯(lián)系，如圖1-1所示。一次繞組（也稱原繞組或初級繞組）：接交流電源；其匝數(shù)為N1；二次繞組（也稱副繞組或次級繞組）：接負(fù)載；其匝數(shù)為N2。當(dāng)在一次繞組中加上交流電壓u1時在一、二次繞組中其感應(yīng)電動勢瞬時值分別為 （1-1）二、變壓器的應(yīng)用與分類1.變壓器的應(yīng)用：變壓器能夠變換交變電壓、變換交變電流、變換阻抗。2.變壓器的種類按用途不同主要分為：l）電力變壓器：供輸配電系統(tǒng)中升壓或降壓用。2）特殊變壓器：如電爐變壓器、電焊變壓器和整流變壓器等。3）僅用互感器：如電壓互感器與電流互感器。4）試驗變壓器：高壓試驗用。5）控制用變壓器：控制線路中使用。6）調(diào)壓器：用來調(diào)節(jié)電壓。三、電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)電力變壓器主要由鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及附件等部分組成。以油浸式電力變壓器為例其基本結(jié)構(gòu)如圖12所示。1.鐵心鐵心是變壓器的磁路部分，是繞組的支撐骨架。鐵心由心柱和磁軛兩部分組成，鐵心用厚度為0.35mm，表面涂有絕緣漆的熱軋硅鋼片或冷軋硅鋼片疊裝而成。2.繞組繞組是變壓器的電路部分，常用絕緣銅線或鋁線繞制而成。工作電壓高的繞組稱為高壓繞組，工作電壓低的繞組稱為低壓統(tǒng)組。3.絕緣套管絕緣套管是變壓器繞組的引出裝置，將其裝在變壓器的油箱上，實現(xiàn)帶電的變壓器繞組引出線與接地的油箱之間的絕緣。4.油箱及其附件油箱安裝變壓器的鐵心與繞組。變壓器油起絕緣和冷卻作用。電力變壓器附件還有安全氣道、測溫裝置、分接開關(guān)、吸濕器與油表等。四、電力變壓器的額定值與主要系列1.額定值(1)額定容量SN :指的是變壓器的視在功率，單位為VA或kVA。a.單相變壓器的額定容量為:SN=UN1IN1=UN2IN2 （12）b.三相變壓器的容量為:SN=UN1IN= UN2IN2 （13）(2)額定電壓U1N和U2NUN1為一次側(cè)繞組額定電壓，它是根據(jù)變壓器的絕緣強(qiáng)度和允許發(fā)熱條件而規(guī)定的一次繞組正常工作電壓值。UN2為二次繞組額定電壓，它是當(dāng)一次繞組加上額定電壓，二次繞組的空載電壓值。對于三相變壓器，額定電壓值指的是線電壓，單位為V或kV。(3)額定電流IN1和IN2 :額定電流是根據(jù)允許發(fā)熱條件所規(guī)定的繞組長期允許通過的最大電流值，單位是A或KA。IN1是一次繞組的額定電流；IN2是二次繞組的額定電流。對于三相變壓器，額定電流是指線電流。(4)額定頻率f我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電頻率為50HZ。2電力變壓器的型號及主要系列 第 5、6 課時課題:單相變壓器的空載運(yùn)行教學(xué)目的和要求: 掌握單相變壓器的空載運(yùn)行特性。重點(diǎn)與難點(diǎn):重點(diǎn)是空載運(yùn)行時電動勢平衡方程式,空載電流的作用。難點(diǎn)是變壓器空載運(yùn)行時的相量圖。教學(xué)方法:繪圖說明，簡單推正，結(jié)論分析。預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù): 復(fù)習(xí)電工基礎(chǔ)相關(guān)知識,題解正弦量的正方向的規(guī)定。變壓器的空載運(yùn)行是指變壓器的一次繞組接在額定電壓的交流電源上，而二次統(tǒng)組開路時的工作情況，如圖1-4所示。一、空載運(yùn)行時各物理量正方向的規(guī)定正弦量的正方向通常規(guī)定如下：1）電源電壓正方向與其電流正方向采用關(guān)聯(lián)方向，即兩者正方向一致。2）繞組電流產(chǎn)生的磁通勢所建立的磁通，這二者的正方向符合右手螺旋定則。3）由交變磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢產(chǎn)，二者的正方向符合右手螺旋定則，即它的正方向與產(chǎn)生該磁通的電流正方向一致。由上述規(guī)定，在圖l-4中標(biāo)出各電壓、電流、磁通、感應(yīng)電動勢的正方向如圖中所示。二、感應(yīng)電動勢與漏磁電動勢1.感應(yīng)電動勢若主磁通，=msint，則一、二次繞組感應(yīng)電動勢瞬時值為：其有效值為：E1=4.44fN1m (1-5)E2=4.44fN2m (1-6) 相量表示為： （1-7） （1-8）2.漏磁電動勢變壓器一次繞組漏磁感應(yīng)電動勢為：=-jL1 =-jX1三、變壓器空載運(yùn)行時的電動勢平衡方程式和電壓比一次繞組電動勢平衡方程式： (1- 9) (1-10)二次繞組的端電壓等于其感應(yīng)電動勢： （1-11）變壓器一次繞組的匝數(shù)Nl與二次繞組匝數(shù)N2之比稱為變壓器的電壓比k，即 k=N1/N2=E1/E2U1/U2 (1-12)當(dāng)N2N1時，k1，則U2U1，為升壓變壓器；若N2N1，k1，則U2U1，為降壓變壓器。若改變電壓比k，即改變一次或二次繞組匝數(shù)，則可達(dá)到改變二次繞組輸出電壓時目的。四、空載電流和空載損耗變壓器空載運(yùn)行時，空載電流分解成兩部分：1無功分量，用來建立磁場，起勵磁作用，其與主磁通同相位；2有功分量，用來供給變壓器鐵心損耗，其相位超前主磁通約900。即五、變壓器空載運(yùn)行時的相量圖第 7、8 課時課題:單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行教學(xué)目的和要求: 與空載運(yùn)行時相比較，掌握單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行特性，強(qiáng)調(diào)變壓器的三個變換特性以及運(yùn)行特性。重點(diǎn)與難點(diǎn):重點(diǎn)是負(fù)載運(yùn)行時的磁通勢平衡方程式和電動勢平衡方程式，變壓器的作用，電壓變化率。難點(diǎn)是負(fù)載運(yùn)行時的基本方程式，變壓器負(fù)載運(yùn)行時的相量圖。教學(xué)方法:繪圖說明，簡單推正，結(jié)論分析。預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù): 復(fù)習(xí)單相變壓器空載運(yùn)行時的特性，預(yù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，作比較分析。變壓器的負(fù)載運(yùn)行：是指變壓器在一次繞組加上額定正弦交流電壓，二次繞組接負(fù)載ZL的情況下的運(yùn)行狀態(tài)，如圖l-6所示。一、負(fù)載運(yùn)行時的各物理量負(fù)載運(yùn)行時一、二次電流關(guān)系 (1-14)上式表明變壓器負(fù)載運(yùn)行時，二次電流的變化同時引起一次電流的變化。二、變壓器負(fù)載運(yùn)行時的基本方程式1.磁通勢平衡方程式（1） 變壓器負(fù)載運(yùn)行時磁通勢平衡方程式為 (1-15)（2） 電流平衡方程式為(1-16)忽略I10時，一、二次繞組電流有效值關(guān)系為I1=I2/k （1-17）2.電動勢平衡方程式二次繞組中漏磁電動勢即： （1-18）(1-20)(1-19)負(fù)載運(yùn)行時的一、二次繞組的電動勢平衡方程式為(1-19)(1-20)(1-21)綜上所述，變壓器負(fù)載運(yùn)行時的基本方程式有三、變壓器負(fù)載運(yùn)行時的相量圖四、變壓器的作用通過對變壓器負(fù)載運(yùn)行的分析，可以清楚地看出變壓器具有變電壓、變電流、變阻抗的作用。1.變換電壓U1/U2E1/E2=k=N1/N22.變換電流I1/I2N2/N1=1/k3.變換阻抗(1-22)上式表明，經(jīng)變壓器把負(fù)載阻抗變換為。通過選擇合適的電壓比k，可把實際負(fù)載阻抗變換為所需的阻抗值，這就是變壓器的變換阻抗作用。五、變壓器的運(yùn)行特性變壓器運(yùn)行特性主要有：（1）外特性（2）效率特性。1. 變壓器的外特性和電壓變化率(1) 變壓器的外特性：是指在一次繞組加額定電壓，負(fù)載功率因數(shù)cos2為額定值時，二次繞組端電壓U2隨負(fù)載電流I2的變化關(guān)系，即U2=f(I2) 曲線，如圖l-9所示。在純電阻負(fù)我時，電壓變化較小；為感性負(fù)我時，電壓變化較大；而在容性負(fù)載時，端電在可能出現(xiàn)隨負(fù)載電流的增加反而上升，如圖l-9中曲線3所示。(2)電壓變化率2.變壓器的效率特性變壓器的效率特性：是指負(fù)載功率因數(shù)cos2不變的情況下，變壓器效率隨負(fù)載電流變化的的關(guān)系，即曲線f（I2），如圖1-10所示。對于電力變壓器，最大效率出現(xiàn)在I2=（0.50.75）I2N時，其額定效率N0.950.99。 第9、10 課時課題:三相變壓器教學(xué)目的和要求: 掌握三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別和變壓器的并聯(lián)運(yùn)行條件，會用試驗方法來確定繞組的同名端。重點(diǎn)與難點(diǎn):重點(diǎn)是掌握三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)法，會確定繞組的同名端。難點(diǎn)是用時鐘法來分析判別三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別，掌握三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行條件。教學(xué)方法:以三相變壓器的廣泛應(yīng)用為切入點(diǎn)，以圖片和實例為依托說明其工作原理，繪圖說明三相變壓器的同名端的確定、聯(lián)結(jié)組別的判定。預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù): 復(fù)習(xí)單相變壓器的工作原理、結(jié)構(gòu)，預(yù)習(xí)三相變壓器的相關(guān)內(nèi)容，比較歸納。三相變壓器組：是由三個單相變壓器按一定方式連接在一起組成的。三相心式變壓器：將三個鐵心柱用鐵軛連在一起來構(gòu)成三相心式變壓器。一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)二、三相變壓器的電路系統(tǒng)三相變壓器的電路系統(tǒng)是指三相變壓器各相的一次統(tǒng)組、二次繞組的連接情況。三相變壓器繞組的首端和尾端的標(biāo)志規(guī)定如表l-1所示。三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)有星形和三角形兩種聯(lián)結(jié)方式。如圖l-13a所示。用字母Y或y分別表示一次繞組或二次繞組的星形聯(lián)結(jié)。若同時也把中點(diǎn)引出，則用YN或yn表示，用字母D或d分別表示一次統(tǒng)組或二次繞組的三角形聯(lián)結(jié)。我國生產(chǎn)的電力變壓器常用Yyn、Yd、YNd、Dyn等四種聯(lián)結(jié)方式，其中大寫字母表示一次繞組的聯(lián)結(jié)方式，小寫字母表示二次繞組的聯(lián)結(jié)方式。高低壓繞組相電動勢的相位關(guān)系:1. 同名端兩個繞組中電動勢極性相同的兩個端點(diǎn)2. 單相變壓器的聯(lián)結(jié)組II0 II63. 三相變壓器聯(lián)結(jié)組標(biāo)號的確定(1) 觀察繞組聯(lián)結(jié)圖，判斷聯(lián)結(jié)方式；(2) 聯(lián)結(jié)圖上標(biāo)出高低壓繞組的相電動勢和線電動勢參考方向：末端指向首端(3) 畫出高壓繞組的電動勢相量圖繞組為星形時，先確定相電動勢，再確定線電動勢，相電動勢相量畫成星形；繞組為三角形時，先確定線電動勢，再確定相電動勢，相電動勢相量畫成三角形。(4) 畫出低壓繞組的電動勢相量圖都先畫相電動勢，再畫線電動勢相量，星形聯(lián)結(jié)時，相電動勢相量畫成星形；三角形聯(lián)結(jié)時，相電動勢相量畫成三角形。(5) 判斷聯(lián)結(jié)組號，寫出聯(lián)結(jié)組三、變壓器的并聯(lián)運(yùn)行變壓器并聯(lián)運(yùn)行條件：1 并聯(lián)運(yùn)行的各臺變壓器的額定電壓與電壓比要相等。2 并聯(lián)運(yùn)行變壓器的聯(lián)結(jié)組別必須相同。3 并聯(lián)運(yùn)行的各變壓器的短路阻抗的相對值要相等。第 11、12 課時課題:其他用途的變壓器教學(xué)目的和要求:掌握自耦變壓器的工作原理和應(yīng)用。掌握電壓互感器、電流互感器的使用。掌握弧焊變壓器的使用條件。重點(diǎn)與難點(diǎn):重點(diǎn)是自耦變壓器的工作原理和電壓互感器、電流互感器使用時的注意事項和要求。難點(diǎn)是帶電抗器和帶磁分路的弧焊變壓器的調(diào)節(jié)電流原理。教學(xué)方法:繪圖說明，簡單推正，結(jié)論分析。預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù): 課后習(xí)題的完成。本節(jié)介紹常用的自耦變壓器、儀用互感器和弧焊變壓器的工作原理及特點(diǎn)。一、自耦變壓器1自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：一、二次繞組共用一個繞組。如圖l20所示。對于降壓自耦變壓器，一次繞組的一部分充當(dāng)二次繞組；對于升壓自耦變壓器，二次繞組的一部分充當(dāng)一次繞組。因此自耦變壓器一、二次繞組之間既有磁的聯(lián)系，又有電的直接聯(lián)系。將一、二次繞組共用部分的繞組稱為公共繞組。下面以降壓自耦變壓器為例分析其工作原理。2自耦變壓器的電壓比k=U1/U20E1/E2=N1/N23自耦變壓器的變流公式 (1-24) 4自耦變壓器的輸出視在功率（即容量）為S=U2I2=U2(I+I1)=U2I+U2I1=U2I2(1-1/k)+U2I1 (1-25)5使用注意事項（1）在低壓側(cè)使用的電氣設(shè)備應(yīng)有高壓保護(hù)設(shè)備，以防過電壓；（2）有短路保護(hù)措施。6種類：自耦變壓器有單相和三相兩種。一般三相自耦變壓器采用星形接法。圖1-21為三相自耦變壓器原理圖。如果將自耦變壓器的抽頭做成滑動觸頭，就成為自耦調(diào)壓器，常用于調(diào)節(jié)試驗電壓的大小。圖1-22為常用的環(huán)形鐵心單相自耦調(diào)壓器原理圖。二、儀用互感器儀用互感器：供測量用的變壓器?？煞譃殡妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅?。1.電壓互感器（1）電壓互感器：實質(zhì)上是一個降壓變壓器。圖l-23為電壓互感器原理圖。(1-26)它的一次繞組N1匝數(shù)很多，直接并接在被測的高壓線路上，二次統(tǒng)組N2匝數(shù)較少，接電壓表或其他儀表的電壓線圈。（2）使用電壓互感器時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a.電壓互感器在運(yùn)行時二次繞組絕不允許短路，否則短路電流很大，會將互感器燒壞。為此在電壓互感器二次側(cè)電路中應(yīng)串聯(lián)熔斷器作短路保護(hù)。b.電壓互感器的鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地，以防一次高壓繞組絕緣損壞時，鐵心和二次繞組帶上高電壓而觸電。c.電壓互感器有一定的額定容量，使用時不宜接過多的儀表，否則將影響互感器的準(zhǔn)確度。2.電流互感器（1）電流互感器：一次繞組匝數(shù)NI很少，一般只有一匝到幾匝；二次繞組匝數(shù)很多。使用時一次繞組串接在被測線路中，流過被測電流，而二次繞組與電流表或儀表的電流線圈構(gòu)成閉合回路，如圖124所示。(1-27)由于電流互感器二次繞組所接儀表阻抗很小，二次繞組相當(dāng)于短路，因此電流互感器運(yùn)行情況相當(dāng)于變壓器短路運(yùn)行狀態(tài)。（2）使用電流互感器時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a.電流互感器運(yùn)行時二次繞組絕不許開路。電流互感器的二次繞組電路中絕不允許裝熔斷器。在運(yùn)行中若要拆下電流表，應(yīng)先將二次繞組短路后再進(jìn)行。b.電流互感器的鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地。以免絕緣損壞時，高壓側(cè)電壓傳到低壓則，危及儀表及人身安全。c.電流表內(nèi)阻抗應(yīng)很小，否則影響測量精度。三、弧焊變壓器弧焊變壓器實質(zhì)上是一臺特殊的降壓變壓器。1對弧焊變壓器提出以下要求：l）為保證容易起弧，空載電壓應(yīng)在6075V之間。2）負(fù)載運(yùn)行時具有電壓迅速下降的外特征，如圖l25所示。一般在額定負(fù)載時輸出電壓在30V左右。3）焊接電流可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。4）短路電流不應(yīng)過大，且焊接電流穩(wěn)定。2如何滿足上述要求：弧焊變壓器具有較大的電抗，且可以調(diào)節(jié)。為此弧焊變壓器的一、二次繞組分裝在兩個鐵心柱上。為獲得電壓迅速下降的外特性，以及弧焊電流可調(diào)，可采用串聯(lián)可變電抗器法和磁分路法，由此滋生出帶電抗器的弧焊變壓器和帶磁分路的弧焊變壓器。第 13、14 課時課題:三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理教學(xué)目的和要求:掌握三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)。會用轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率的公式計算有關(guān)參數(shù)。重點(diǎn)與難點(diǎn):重點(diǎn)是掌握三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。難點(diǎn)旋轉(zhuǎn)磁場的理解。教學(xué)方法:以三相異步電動機(jī)的廣泛應(yīng)用為切入點(diǎn)，以多媒體課件圖片和實例為依托掌握三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，繪圖說明三相異步電動機(jī)的工作原理，介紹旋轉(zhuǎn)磁場的建立，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的條件，轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速等問題。預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù):課后復(fù)習(xí)理解旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速的區(qū)別；完成課后作業(yè)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)分類：按工作方式不同，可分為 直流發(fā)電機(jī) 直流電機(jī) 直流電動機(jī) 感應(yīng)（異步）電動機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī) 感應(yīng)電機(jī)（異步電機(jī)） 交流電機(jī) 感應(yīng)（異步）發(fā)電機(jī)同步電機(jī) 同步發(fā)電機(jī) 同步電動機(jī) 同步補(bǔ)償機(jī)其中，異步電動機(jī)按相數(shù)不同，可分為三相異步電動機(jī)和單相異步電動機(jī)；按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，可分為籠型和繞線轉(zhuǎn)子型，其中籠型三相異步電動機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、效率高、制造容易、成本低等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。一、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)： 三相異步電動機(jī)主要結(jié)構(gòu)包括：靜止的定子、旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子以及兩者之間的氣隙。1 定子-定子鐵心、定子繞組、機(jī)座1)定子鐵心：作用：形成磁路組成：0.5mm硅鋼片疊制。直徑大于1米的鐵心用扇形片拼成槽型：半閉口槽（小型電機(jī)）、半開口槽（低壓中型）、開口槽（大型）2)定子繞組：作用：電路部分，感應(yīng)電勢組成：圓銅線或扁銅線，導(dǎo)線線徑小于1.53mm，散下線；成形線圈（大電機(jī)）。3)機(jī)座：作用:機(jī)械支撐 結(jié)構(gòu)：中小型電機(jī)鑄鐵；大型用鋼板焊接。4)氣隙-0.2mm1.5mm，作用是磁場耦合因為磁勢大部分都消耗在氣隙上，氣隙小則電機(jī)的空載磁化電流就小，功率因數(shù)高?？紤]到機(jī)械的原因，氣隙又不能太小。2 轉(zhuǎn)子-轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞線或鼠籠繞組、軸1)轉(zhuǎn)子鐵心作用：磁路的一部分組成：0.5mm硅鋼片疊制。中小型電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心直接疊裝在軸上；大電機(jī)則用轉(zhuǎn)子支架。2)轉(zhuǎn)子繞組作用：感應(yīng)電勢、流過電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩結(jié)構(gòu)：中小型電機(jī)用鑄鋁轉(zhuǎn)子鼠籠結(jié)構(gòu)；繞線電機(jī)用銅導(dǎo)線，利用滑環(huán)和電刷外接起動設(shè)備。3. 接線:對于三相異步電動機(jī)定子繞組可以接成星形或三角形。定子接線方式： 4分類與用途 二、三相異步電動機(jī)工作原理：定子三相對稱繞組通入三相對稱電流，產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的氣隙磁場。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體運(yùn)動（相對磁場，磁場轉(zhuǎn)速快）切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，進(jìn)而產(chǎn)生電流。電流與氣隙磁場的相互作用產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同的拖動轉(zhuǎn)矩。電機(jī)從電網(wǎng)吸收電功率，經(jīng)過氣隙的耦合作用從軸上輸出機(jī)械功率。 （一）三相交流電的旋轉(zhuǎn)磁場 1旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 二極電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 四極電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場2旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為同步速3旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)磁場由超前相電流所在的相繞組軸線轉(zhuǎn)向滯后相電流所在的相繞組軸線。改變電流相序，則旋轉(zhuǎn)磁場改變方向。4三相合成磁場的性質(zhì)：1） 電流變化一個周期，即360電角度時，旋轉(zhuǎn)磁場在空間上轉(zhuǎn)過同樣數(shù)值的電角度。2） 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為同步速3） 旋轉(zhuǎn)磁場由超前相電流所在的相繞組軸線轉(zhuǎn)向滯后相電流所在的相繞組軸線。4） 改變電流相序，則旋轉(zhuǎn)磁場改變方向。總之，對稱三相繞組通過對稱三相電流，產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場。（二）轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動 1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的原理轉(zhuǎn)子則切割磁力線而產(chǎn)生電流 （右手定電流I方向）電流在磁場中切割磁力線而產(chǎn) 生力及力矩（左手定方向）它與n0方向相同,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動中，n比n0小 2轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n、轉(zhuǎn)差率s 三、三相異步電動機(jī)的銘牌及主要系列。1.型號2.額定值額定功率PN: 電動機(jī)在額定情況下運(yùn)行，由軸端輸出的機(jī)械功率，單位為W，kW。額定電壓UN: 電動機(jī)在額定情況下運(yùn)行,施加在定子繞組上的線電壓，單位為V。額定頻率fN：50Hz。額定電流IN：電動機(jī)在額定電壓、額定頻率下軸端輸出額定功率時，定子繞組的線電流，單位為A。額定轉(zhuǎn)速nN：電動機(jī)在額定電壓、額定頻率、軸端輸出額定功率時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。對于三相異步電動機(jī)，額定功率： 第 15、16 課時課題:三相異步電動機(jī)的運(yùn)行教學(xué)目的和要求: 三相異步電動機(jī)負(fù)載與空載運(yùn)行時相比較，掌握三相異步電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行時的各物理量變化。重點(diǎn)與難點(diǎn):重點(diǎn)是空載與負(fù)載運(yùn)行時的磁通勢平衡方程式和電動勢平衡方程式，。難點(diǎn)是運(yùn)行時的基本方程式，負(fù)載運(yùn)行時轉(zhuǎn)子各物理量與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系。教學(xué)方法:繪圖說明，簡單推正，結(jié)論分析。預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù): 復(fù)習(xí)變壓器空載與負(fù)載運(yùn)行時的特性，預(yù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，作比較分析。一、三相異步電動機(jī)的空載運(yùn)行電動機(jī)空載運(yùn)行是指電動機(jī)軸上沒有帶任何負(fù)載，故電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n非常接近旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n1，nn1，即轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)速接近于零，因此可認(rèn)為E20，則I20，空載運(yùn)行時，電動機(jī)定子空載電流I0近似等于勵磁電流。其主要作用是產(chǎn)生三相旋轉(zhuǎn)磁通勢，同時也提供空載損耗，即定子繞組銅損、鐵心損耗和轉(zhuǎn)子的機(jī)械摩擦損耗等。 旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電動機(jī)每極磁通m在定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢：E1=-j4.44f1N1K1m 異步電動機(jī)定子電流產(chǎn)生的磁通中除主磁通m與定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組交鏈外，還有部分磁通僅與定子繞組交鏈而不進(jìn)入轉(zhuǎn)子磁路，這部分磁通稱為定子漏磁通1，它將在定子繞組中產(chǎn)生漏感電動勢1用漏感抗壓降表示為：E1=-jI0X1因為I0X170%，效率通常在（1/4 3/4）PN時達(dá)到最大。3 功率因數(shù)特性 空載時，定子電流基本上是勵磁電流，它是無功電流，所以空載功率因數(shù)非常低，小于0.2。負(fù)載時，隨著輸出功率增加，定子電流有功分量加大，在額定負(fù)載左右達(dá)到最大值。超過額定負(fù)載后，轉(zhuǎn)差變大，4 轉(zhuǎn)矩特性 因為轉(zhuǎn)速變化很小。5 定子電流特性 空載時，P2=0, I20, 負(fù)載時，負(fù)載電流增加， 定子電流增加。 I1 T2 S P2 異步電動機(jī)工作特性圖二、三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)距特性（一）、物理表達(dá)式物理表達(dá)式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與磁通、轉(zhuǎn)子有功電流的關(guān)系，即式中， 稱為異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)(二)、 參數(shù)表達(dá)式參數(shù)表達(dá)式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與參數(shù)的的關(guān)系，即 因為： 所以 得上式討論 曲線,即轉(zhuǎn)矩特性：其他參數(shù)一定， 分析：異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差率s在01之間，但實際上s在0sm（臨界轉(zhuǎn)差率）時， 穩(wěn)定；s在1sm之間，不穩(wěn)定；，s=sm，處于臨界狀態(tài)。 電磁制動狀態(tài) 電動機(jī)狀態(tài) 發(fā)電機(jī)狀態(tài) Tem TN Tmax Tst + S=1 Sm SN0- Tmax 轉(zhuǎn)矩特性三個特征轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩TN：額定負(fù)載時 *注：的單位為kW。最大電磁轉(zhuǎn)矩Tmax： 特點(diǎn)：Tmax與成正比；而Sm與無關(guān)；Tmax與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)；而Sm與轉(zhuǎn)子電阻有關(guān)；f1一定時，越大， Tmax越小。過載能力（或最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)） 一般為1.62.5，越大，過載能力越強(qiáng)。起動轉(zhuǎn)矩Tst n=0, S=1，得 當(dāng)轉(zhuǎn)子回路電阻為：時，起動轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大電磁轉(zhuǎn)矩。 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：，起動能力強(qiáng)。 JO2：1.01.8；Y：1.42.2；特殊電機(jī)：4.0以上。（1）電源電壓、頻率一定時，認(rèn)為參數(shù)不變， 電磁轉(zhuǎn)矩只與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，曲線如右圖示。（5.26Fig）（2） s=1起動時，電抗起主要作用，R2/s相對較小。（3）s接近零時，R2/s相對較大起主要作用.（4） s等于零時，到同步速n=n1時,Tem=01 最大電磁轉(zhuǎn)矩 令得： 正號為電動機(jī)，負(fù)號為發(fā)電機(jī)通常，電阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電抗值，上式簡化為：討論：（1）頻率一定時，最大轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比。 （2）最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，但出現(xiàn)最大電磁轉(zhuǎn)矩時得轉(zhuǎn)差率s與成比例。利用這個特點(diǎn)，可以在轉(zhuǎn)子繞組（繞線式）中串電阻改變轉(zhuǎn)差率（速度）。 (3) 頻率一定，最大轉(zhuǎn)矩與漏抗成反比。 （4）電機(jī)過載能力 kM=1.62.5范圍，它是電機(jī)的重要性能指標(biāo)之一。2 起動轉(zhuǎn)矩令s=1 得 對于繞線式電機(jī)，轉(zhuǎn)子回路可以串電阻，使電機(jī)起動時獲得最大轉(zhuǎn)矩，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) （1.02.0 ）3. 異步電動機(jī)性能指標(biāo)包括：經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：效率、功率因數(shù)技術(shù)指標(biāo)：最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)(1.62.5)、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（1.02.0）、起動電流倍數(shù)（47）第 19、20 課時課題:三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性教學(xué)目的和要求: 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性的含義，掌握三相異步電動機(jī)固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性曲線的特點(diǎn)。重點(diǎn)與難點(diǎn):重點(diǎn)是分析兩種人為機(jī)械特性曲線上的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。難點(diǎn)是理解機(jī)械特性方程的參數(shù)變化。教學(xué)方法:繪圖說明，簡單推正，結(jié)論分析。預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù): 課后歸納固有機(jī)械特性中的四個關(guān)鍵點(diǎn)、人為機(jī)械特性的特點(diǎn)。一、固有機(jī)械特性在額定條件下（電壓、頻率、接線方式）電機(jī)的固有Tn特性曲線對于曲線如下頁圖，它由四個特殊點(diǎn)決定：1、T=0，n=n0(S=0),電動機(jī)處于理想空載點(diǎn)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速n0.2、T=TN,n=nN(S=SN),為電動機(jī)額定工作點(diǎn)。這時：SN=( n0- nN)/ n0 ， TN =9.55PN/nNPN為電機(jī)額定功率（W）, nN電機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）, SN額定轉(zhuǎn)差率S0.060.0153、TTst n0（S1）起動工作點(diǎn):對于起動轉(zhuǎn)矩Tst受如下條件的影響：（1）電源電壓，U影響較大， U波動，T平方關(guān)系變化（2）轉(zhuǎn)子電阻R2合適 Tst有較大值（3）電感X20大,Tst下降一般用起動能力系數(shù)st來表示電動機(jī)起動能力的好壞。 n0nS0nNSNSmnm01TNTstTmax st=Tst/TN（一般st 1）異步電機(jī)工作的條件是起動Tst負(fù)載TL4、當(dāng)TTmax SSm n=nm，在臨界工作點(diǎn)，這時TmaxKU2/2 X20， SmR2/ X20由于T， TmaxU2 ，所以電源波動對扭矩最大值影響很大。在電機(jī)工作過程中：負(fù)載變化（沖擊）不能Tmax。以過載能力系數(shù)m來表示：m=Tm/TN一般，鼠籠式為：m =1.82.2線繞式為：m =2.52.2二、人為機(jī)械特性：人為地改變異步電動機(jī)定子電壓U1、電源頻率f1、定子極對數(shù)P、定子回路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗中的一個或多個參數(shù)，所獲得的機(jī)械特性，稱為人為機(jī)械特性。 關(guān)于人為機(jī)械特性的分析，主要是分析四個公式：同步轉(zhuǎn)速公式 臨界轉(zhuǎn)差率公式 最大轉(zhuǎn)矩公式 起動轉(zhuǎn)矩公式 1、降低定子端電壓的人為機(jī)械特性 根據(jù)公式，U1下降，n1、Sm不變，Tm、Tst與U12成正比例降低。2轉(zhuǎn)子回路串對稱三相電阻的人為機(jī)械特性 根據(jù)上述四個公式：n1,Tm不變，Sm隨Rp的增大面增大（Nm下降），Tst開始隨Rp的增大而增大；當(dāng)Rp增大到Rp2時Tst2 = Tm, Rp繼續(xù)增大，Tst開始減小，如圖中的Rp3時Tst3減小到Tst1與Tst2之間，Sm大于1。可見，電阻Rp越大，線性段特性越軟。第 21、22 課時課題:三相異步電動機(jī)起動教學(xué)目的和要求: 掌握籠型與繞線式異步電動機(jī)的起動方式與特點(diǎn)，學(xué)會根據(jù)負(fù)載的工作情況選擇起動方式。重點(diǎn)與難點(diǎn):重點(diǎn)與難點(diǎn)是區(qū)分籠型與繞線式異步電動機(jī)的起動方法。教學(xué)方法:以對起動的要求為切入點(diǎn)，提出問題的解決辦法，以多媒體課件為依托，繪圖說明，簡單推正，結(jié)論分析，應(yīng)用介紹。預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù): 課后歸納異步電動機(jī)的起動方法及其特點(diǎn)。起動：轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定運(yùn)行的過程。起動要求：1、足夠大的起動轉(zhuǎn)矩 2、盡可能小的起動電流 3、轉(zhuǎn)速平滑上升 4、起動設(shè)備簡便經(jīng)濟(jì) 5、起動過程的功率損耗盡可能小一、直接起動（全壓起動） 就是起動時，電動機(jī)直接加電網(wǎng)電壓，這時起動電流比較大所以不是所有的電機(jī)都可能這樣使用。一般的，當(dāng)有獨(dú)立的變壓器供動力電時且電機(jī)功率30%變壓器功率時（頻繁）、電機(jī)功率20%變壓器功率時（不頻繁）可以直接起動。起動電流大：（1）使電網(wǎng)電壓降低，前端供電變壓器的輸出電壓下降很大，可能超過額定允許值，一方面由于TST與電壓的平方成正比，TST下降更多，負(fù)載重時可能不能起動，另一方面影響同一供電變壓器的其它負(fù)載，電燈變暗，重載的電動機(jī)可能停轉(zhuǎn)；（2）繞組過熱，起動時間長、頻繁時發(fā)熱更嚴(yán)重，加速絕緣老化，大電流沖擊下繞組受電磁力作用易變形，甚至發(fā)生短路故障。二、降壓起動（一）鼠籠式異步電動機(jī)的起動方法1.定子串電阻或電抗器起動 使加在電動機(jī)定子繞組上的相電壓U1低于電源相電壓UN U1 =IST(R+XL) UN = IST (R+XL) U1/ UN = IST/ IST =1/K TST/ TST = 1/K2特點(diǎn)：1）適用于空載起動（輕載）2）電阻耗能（電抗器太貴，體積大）,適用于較小容量的電動機(jī)。 2. 自耦變壓器降壓起動 自耦變壓器用作起動補(bǔ)償器。 一、二次電壓比為K ，K = U1/U2 = N1/N2 U1 = UN 電源相電壓 U2 = U1 定子繞組相電壓 所以，U1 = UN/K 全壓起動時電流IST = UN/ZK 減壓是相電流IST2 = U1/ZK = UN/KZK = IST/K 自耦變壓器的一次電流IST1 = IST2/K = IST/K2U1 = UN/K TST= TST/K2特點(diǎn)：1、在相同的起動電流下，從電網(wǎng)吸取的電流減小，即T相同時，I下降2、自耦變壓器