建筑電氣 第2章(全)39.ppt

30.05.2020,1,第2章建筑電氣基礎(chǔ)知識(shí),主要內(nèi)容,2.1電路的基本概念2.2電路的基本定律2.3單相交流電路2.4三相交流電路2.5磁路與變壓器2.6三相異步電動(dòng)機(jī),30.05.2020,2,2.1電路的基本概念,2.1.1電路的基本概念,1.電路：電路是由電工設(shè)備和元器件按一定方式聯(lián)接起來的總體，為電流流通提供了路徑。如圖為手電筒電路。,30.05.2020,3,2.1電路的基本概念,2.1.1電路的基本概念,2.電路的作用一類是電力電路，它主要起著實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換的作用，因此，在傳輸和轉(zhuǎn)換過程中，要求盡量減少能量損耗以提高效率。另一類是信號(hào)電路，其主要作用是傳輸和處理信號(hào)等（例如語言、音樂、圖像、溫度等）。在這種電路中，一般所關(guān)心的是信號(hào)傳遞的質(zhì)量，如要求不失真、準(zhǔn)確、靈敏、快速等。,30.05.2020,4,2.1電路的基本概念,2.1.2電路的基本物理量,1.電流（1）定義電荷的定向移動(dòng)形成電流.（2）表達(dá)方式符號(hào):直流為I,交流為i.大小:電荷隨時(shí)間的變化率.單位:安培(A)且：安培（A）庫侖秒（3）方向事實(shí)上：帶負(fù)電荷的電子在金屬導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)才產(chǎn)生電流習(xí)慣上：約定正電荷運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯恼较蚍治錾希翰捎萌藶殡S意設(shè)定的參考方向，并且當(dāng)參考方向和電流正方向相一致時(shí)電流的值為正值；當(dāng)參考方向和電流正方向相反時(shí)，電流值為負(fù)值。,30.05.2020,5,2.1電路的基本概念,2.1.2電路的基本物理量,1.電流（4）注意點(diǎn)在進(jìn)行電路分析時(shí)，必須先指定電流的參考方向，方能正確進(jìn)行方程的編寫和求解，題目中給出的電流方向是參考方向。只有規(guī)定了參考方向，電流的正負(fù)值才有意義，離開參考方向談電流的正負(fù)值無意義。為描述和表征電荷與元件間交換能量的規(guī)模、大小，引入電壓。,30.05.2020,6,2.1電路的基本概念,返回目錄,2.1.2電路的基本物理量,2.電壓與電位（1）電壓定義：將單位正電荷從電路中的a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)所需要的能量稱為a,b間的電壓。（2）電壓表達(dá)方式符號(hào)：大?。?jiǎn)挝唬悍兀╲）且：伏特焦耳庫侖（3）電壓極性實(shí)際極性：從高電位（“”端）指向低電位（“”端）參考極性：分析中人為隨意設(shè)定的,30.05.2020,7,2.1電路的基本概念,返回目錄,2.1.2電路的基本物理量,2.電壓與電位（4）關(guān)聯(lián)參考方向在求解電路時(shí)，對(duì)一個(gè)二端元件而言，既要標(biāo)注電流的參考方向，又要標(biāo)注電壓的參考方向，為方便起見，我們常常采用-關(guān)聯(lián)的參考方向。即沿著電流的參考方向就是電壓從正到負(fù)的方向。這樣在電路上就只需標(biāo)出電流的參考方向或電壓的參考極性。與關(guān)聯(lián)參考方向相反的是非關(guān)聯(lián)參考方向。對(duì)獨(dú)立電源，我們常采用非關(guān)聯(lián)的參考方向。,30.05.2020,8,2.1電路的基本概念,返回目錄,2.1.2電路的基本物理量,2.電壓與電位（5）電位電路中某一點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓稱為該點(diǎn)的電位.電壓也稱電位差。電位的相對(duì)性和單值性：不同參考點(diǎn)，電位不同，但任意兩點(diǎn)間的電壓始終不變。,30.05.2020,9,2.1電路的基本概念,返回目錄,2.1.2電路的基本物理量,3.電動(dòng)勢(shì)在電源內(nèi)部，非電場(chǎng)力克服電場(chǎng)力做的功。電源的做功能力用電動(dòng)勢(shì)度量。電動(dòng)勢(shì)用E表示，它的單位與電壓相同，也是伏特（V）。電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向規(guī)定為由低電位端指向高電位端。在電路中電壓源兩端A、B間的電動(dòng)勢(shì)與其電壓關(guān)系如下：,30.05.2020,10,2.1電路的基本概念,返回目錄,建筑電氣,2.1.2電路的基本物理量,4.電功率與電能電能表示電氣設(shè)備在一段時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)換的能量。對(duì)電源來說，其產(chǎn)生的電能是電源力作的功。負(fù)載所消耗的電能，就是電流通過用電器所做的功。,30.05.2020,11,2.1電路的基本概念,電功率表示電氣設(shè)備作功的能力，即電能量對(duì)時(shí)間的變化率。電功率又簡(jiǎn)稱為功率，單位為W或kW。對(duì)電源來說，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電能即電源電功率，表示為,30.05.2020,12,2.1電路的基本概念,2.1.3電路的工作狀態(tài),根據(jù)電源與負(fù)載之間連接方式及工作要求的不同，電路有開路（斷路）、短路、通路等不同的狀態(tài)。（1）開路（斷路）當(dāng)開關(guān)S打開，電源沒有與外電路接通，如圖所示，此時(shí)，電源的輸出電流為零，這就稱為電路處于開路狀態(tài)。,30.05.2020,13,2.1電路的基本概念,返回目錄,建筑電氣,2.1.3電路的工作狀態(tài),（2）短路當(dāng)電源兩端的兩根導(dǎo)線由于某種事故而直接相連，如圖所示，這稱為短路。,30.05.2020,14,2.1電路的基本概念,返回目錄,建筑電氣,2.1.3電路的工作狀態(tài),（2）通路將圖中開關(guān)合上，使電源與負(fù)載接通，電路處于通路狀態(tài)。此時(shí)，電路中有電流，有能量轉(zhuǎn)換。,30.05.2020,15,2.1電路的基本概念,返回目錄,建筑電氣,本節(jié)小結(jié)：電路中基本的物理量，如：電壓、電流、功率等。電路的幾種工作狀態(tài)。,30.05.2020,16,2.2電路的基本定律,建筑電氣,2.2.1歐姆定律,歐姆定律是表示電路中電壓、電流和電阻這三個(gè)物理量之間關(guān)系的定律。導(dǎo)體中的電流I與加在導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，與導(dǎo)體兩端的電阻R成反比，它可以用下式表示：遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻。國際單位制中，電阻的單位是歐姆（），簡(jiǎn)稱歐。,30.05.2020,17,2.2電路的基本定律,建筑電氣,2.2.2基爾霍夫定律,(1)基爾霍夫電流定律(KCL)節(jié)點(diǎn):就是三條或三條以上支路的匯合點(diǎn).定律內(nèi)容：KCL又叫節(jié)點(diǎn)電流定律。它指出：電路中任一節(jié)點(diǎn)處，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出節(jié)點(diǎn)的電流之和。如果規(guī)定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正時(shí)，則流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)。則基爾霍夫電流定律表達(dá)為,30.05.2020,18,2.2電路的基本定律,建筑電氣,2.2.2基爾霍夫定律,(1)基爾霍夫電流定律(KCL)特征：kcl反映了電流的連續(xù)性，它表明在任一節(jié)點(diǎn)上，電荷既不會(huì)產(chǎn)生和消失，也不會(huì)積聚。該定律不僅適用于電路中的一個(gè)實(shí)際節(jié)點(diǎn)，而且可以推廣到電路中所取的任意封閉面。,30.05.2020,19,2.2電路的基本定律,建筑電氣,2.2.2基爾霍夫定律,(2)基爾霍夫電壓定律(KVL)回路：由若干支路所組成的閉合路徑。定律內(nèi)容：任一瞬時(shí)，作用于電路中任一回路各支路電壓的代數(shù)和恒等于零。注意事項(xiàng)：用于電路的某一回路時(shí)，必須首先假定各支路電壓的參考方向并指定回路的循環(huán)方向（順時(shí)針或逆時(shí)針），當(dāng)支路電壓與回路方向一致時(shí)取“+”號(hào)，相反時(shí)取“”號(hào)。,30.05.2020,20,2.2電路的基本定律,建筑電氣,2.2.2基爾霍夫定律,(2)基爾霍夫電壓定律(KVL)特征：基爾霍夫電壓定律實(shí)質(zhì)是能量守恒的體現(xiàn)。表達(dá)形式：在任意一個(gè)閉合回路中，各段電阻上的電壓降代數(shù)和等于各電源電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。基爾霍夫電壓定律還可以推廣到任一不閉合的電路上，但要將開口處的電壓列入方程。,30.05.2020,21,2.2電路的基本定律,返回目錄,建筑電氣,本節(jié)小結(jié)：電路的歐姆定律。電路的基爾霍夫定律。,30.05.2020,22,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.1正弦交流電的概念,正弦電流及其三要素隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電流稱為正弦電流，同樣也有正弦電壓、正弦電動(dòng)勢(shì)、正弦磁通等。這些按正弦規(guī)律變化的物理量統(tǒng)稱為正弦量。如：,1、幅值-最大值有效值-和交流電具有同樣熱效應(yīng)的直流電流值；,30.05.2020,23,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.1正弦交流電的概念,正弦電流及其三要素,2、頻率f（角頻率）f-每秒轉(zhuǎn)過的周數(shù)-每秒轉(zhuǎn)過的角度二者關(guān)系=2f周期T=1/f,30.05.2020,24,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.1正弦交流電的概念,正弦電流及其三要素,3、相位t+：t時(shí)刻線圈平面與中性面的夾角-相位t：t時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子的線圈平面轉(zhuǎn)過的電角度；：t=0時(shí)刻線圈平面與中性面的夾角-初相位相位差：兩個(gè)同頻率的正弦量的相位之差。超前、滯后、同相、反相。,30.05.2020,25,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,正弦量可用三角函數(shù)式表示，亦可用波形圖表示，雖然都能體現(xiàn)正弦量的三要素，但遇到正弦量的運(yùn)算時(shí)就特別復(fù)雜。,1、復(fù)數(shù),(1)復(fù)數(shù)的表示方法,代數(shù)式：A=a+jb指數(shù)式：A=|A|ej極坐標(biāo)式：A=|A|,(2)復(fù)數(shù)的運(yùn)算,30.05.2020,26,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,1、復(fù)數(shù),(2)復(fù)數(shù)的運(yùn)算,復(fù)數(shù)的加減：利用代數(shù)式復(fù)數(shù)的乘除：利用指數(shù)式或極坐標(biāo)式,正弦量的復(fù)數(shù)表示方法,幅值（有效值）模,初相位幅角,30.05.2020,27,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,2、正弦量的相量表示,相量（與正弦量有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的復(fù)數(shù)）,定義：振幅相量有效值相量,有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,30.05.2020,28,2、正弦量的相量表示注意事項(xiàng):只有正弦量才能用相量表示；相量不能表示非正弦量；同頻率的正弦量才能畫在一個(gè)相量圖上。結(jié)論：同頻率的正弦量的疊加仍是同頻率的正弦量。,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,30.05.2020,29,例子：,已知兩頻率為50Hz的電壓，它們的相量表達(dá)式分別為：寫出這兩個(gè)相量的解析式。,解：,30.05.2020,30,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,3、電阻電路,（1）電壓和電流的關(guān)系一般關(guān)系：u與i按關(guān)聯(lián)方向則有u=iR（2）大小關(guān)系：U=RI（3）相位關(guān)系：u-i=0（4）相量關(guān)系,30.05.2020,31,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,3、電阻電路,(5)相量圖,30.05.2020,32,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,3、電阻電路,(6)功率關(guān)系瞬時(shí)功率及意義：p=ui=UmImsin2t=UI(1-cos2t)瞬時(shí)功率圖(見書P16）平均功率P=UI=I2R=U2/R,30.05.2020,33,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,4、電感元件,（1）電壓和電流的關(guān)系一般關(guān)系：u與i按關(guān)聯(lián)方向則有（2）大小關(guān)系：（3）相位關(guān)系：u-i=（4）相量關(guān)系,30.05.2020,34,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,4、電感元件,(5)相量圖,30.05.2020,35,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,4、電感元件,(6)功率關(guān)系,瞬時(shí)功率及意義：p=ui=UmImsintcost=UIsin2t瞬時(shí)功率圖（見書P18）平均功率P=0無功功率QL=UI=I2XL,30.05.2020,36,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,5、電容元件,（1）電壓和電流的關(guān)系一般關(guān)系：u與i按關(guān)聯(lián)方向則有（2）大小關(guān)系：U/I=1/C=XC（3）相位關(guān)系：u-i=-90（4）相量關(guān)系,30.05.2020,37,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,5、電容元件,(5)相量圖,30.05.2020,38,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,5、電容元件,(6)功率關(guān)系,瞬時(shí)功率及意義：p=ui=UmImsintcost=UIsin2t瞬時(shí)功率圖（見書P20）平均功率P=0無功功率QC=-UI=-I2XC,30.05.2020,39,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,6、RLC串聯(lián)電路,(1)一般關(guān)系,30.05.2020,40,2.3單相交流電路,返回目錄,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,6、RLC串聯(lián)電路,（2）相量圖,30.05.2020,41,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,6、RLC串聯(lián)電路,（3）總電壓與分電壓有效值的關(guān)系,30.05.2020,42,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,6、RLC串聯(lián)電路,（4）電壓和電流的關(guān)系大小關(guān)系相位關(guān)系電壓超前電流的相位角為,0感性；0容性；0純電阻性。角由電路元件本身性質(zhì)決定，與電壓電流無關(guān)。,30.05.2020,43,2.3單相交流電路,返回目錄,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,6、RLC串聯(lián)電路,（5）復(fù)阻抗的物理意義,復(fù)阻抗的模代表阻抗的大小，復(fù)阻抗的輻角代表電壓超前電流的角度。,30.05.2020,44,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.2正弦交流電路的計(jì)算方法,6、RLC串聯(lián)電路,（6)電壓（圖例）、阻抗、功率三角形,電壓三角形的各邊除以電流得阻抗三角形；電壓三角形的各邊乘以電流得功率三角形。,三個(gè)三角形相似,30.05.2020,45,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.3功率因素及其改善的方法,1、平均功率及功率因素,這里,稱為二端網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)，,稱為功率因數(shù)角。,30.05.2020,46,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.3功率因素及其改善的方法,2、功率因數(shù)意義cos=P/UI為電源能量的利用率提高功率因數(shù)的第一種意義：提高電源的利用率提高功率因數(shù)的第二種意義：減少線路損耗,3、提高功率因數(shù)的原則：不能改變?cè)娐返囊磺羞\(yùn)行性能提高功率因數(shù)的方法：并聯(lián)電容,30.05.2020,47,2.3單相交流電路,建筑電氣,2.3.3功率因素及其改善的方法,4、并聯(lián)電容值的計(jì)算,30.05.2020,48,2.3單相交流電路,返回目錄,建筑電氣,本節(jié)小結(jié)：正弦交流量的三要素。正弦量的復(fù)數(shù)和相量運(yùn)算。電阻、電感和電容元件的交流電路分析及RLC串聯(lián)電路的分析。功率因素概念及功率因素的提高。,30.05.2020,49,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.1三相交流電源,1、三相交流電源（依次記為A相、B相、C相）特征如下：對(duì)稱三相電源的三個(gè)相電壓瞬時(shí)值之和為零。uA+uB+uC0相序：對(duì)稱三相電壓到達(dá)正（負(fù)）最大值的先后次序ABCA正序ACBA負(fù)序無特殊說明，三相電源的相序均是正序。,30.05.2020,50,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.1三相交流電源,波形圖,30.05.2020,51,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.1三相交流電源,2、三相電源的星形聯(lián)接,30.05.2020,52,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.1三相交流電源,2、三相電源的星形聯(lián)接相電壓對(duì)稱，線電壓也對(duì)稱；線電壓超前對(duì)應(yīng)相電壓30線電流與相電流的關(guān)系,30.05.2020,53,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.1三相交流電源,2、三相電源的星形聯(lián)接相量圖,30.05.2020,54,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.1三相交流電源,3、三相電源的三角形聯(lián)接,30.05.2020,55,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.1三相交流電源,3、三相電源的三角形聯(lián)接,線電壓與相電壓的關(guān)系：大小相等。線電流滯后對(duì)應(yīng)相電流30，且線電流是相電流的,30.05.2020,56,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.1三相交流電源,3、三相電源的三角形聯(lián)接相量圖,30.05.2020,57,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.2三相負(fù)載的組成與連接,1、負(fù)載的組成,30.05.2020,58,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.2三相負(fù)載的組成與連接,2、負(fù)載的Y聯(lián)接（三相四線制）,30.05.2020,59,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.2三相負(fù)載的組成與連接,2、負(fù)載的Y聯(lián)接（三相三線制）,30.05.2020,60,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.2三相負(fù)載的組成與連接,2、負(fù)載的Y聯(lián)接負(fù)載的Y聯(lián)接對(duì)稱電路，不論有無中線，都不會(huì)影響各相負(fù)載的電流和電壓。進(jìn)行電路計(jì)算時(shí)，可將電源中點(diǎn)和負(fù)載中點(diǎn)用一導(dǎo)線聯(lián)接，用計(jì)算一相，推知其它兩相的方法進(jìn)行分析。負(fù)載Y聯(lián)接對(duì)稱三相電路其負(fù)載電壓、電流特點(diǎn)：(1)線電壓、相電壓，線電流、相電流都是對(duì)稱的。(2)線電流等于相電流。(3)線電壓等于倍的相電壓。,30.05.2020,61,30.05.2020,62,中性線電流,30.05.2020,63,(2)三相負(fù)載不對(duì)稱（R1=5、R2=10、R3=20）分別計(jì)算各線電流,中性線電流,30.05.2020,64,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.2三相負(fù)載的組成與連接,3、負(fù)載的聯(lián)接,30.05.2020,65,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.2三相負(fù)載的組成與連接,3、負(fù)載的聯(lián)接,在分析負(fù)載作三角形聯(lián)接的電路時(shí)，只要知道三個(gè)線電壓就夠了。而不必追究電源是星形聯(lián)接還是三角形聯(lián)接。,30.05.2020,66,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.2三相負(fù)載的組成與連接,3、負(fù)載的聯(lián)接,負(fù)載三角形聯(lián)接的對(duì)稱三相電路，負(fù)載中的三相電壓和電流都是對(duì)稱的。每相負(fù)載上的線電壓與相電壓相等，線電流的大小是相電流倍。且滯后相應(yīng)的相電流30。負(fù)載形聯(lián)接的對(duì)稱三相電路，其負(fù)載電壓、電流特點(diǎn)：(1)相電壓、線電壓，相電流、線電流均對(duì)稱。(2)線電壓等于相電壓。(3)線電流的有效值等于相電流有效值的倍。,30.05.2020,67,例子：,已知負(fù)載聯(lián)接的對(duì)稱三相電路，電源為Y聯(lián)接，其相電壓為110V,負(fù)載每相阻抗Z=4+3j歐。求負(fù)載的相電壓和線電流。,解：,電源線電壓：,設(shè)：,相電流：,30.05.2020,68,對(duì)稱性：,線電流：,-156.9,30.05.2020,69,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.3三相功率,1、在三相電路中，三相負(fù)載的有功功率等于每相負(fù)載上的有功功率之和。2、負(fù)載有功、無功及視在功率（1）有功功率,30.05.2020,70,2.4三相交流電路,建筑電氣,2.4.3三相功率,（2）無功功率對(duì)稱三相負(fù)載時(shí)=sin（3）視在功率=對(duì)稱三相負(fù)載，則=,30.05.2020,71,例子：,某三相異步電動(dòng)機(jī)每相繞組的等值阻抗，功率因素，正常運(yùn)行時(shí)繞組作三角形連接，電源電壓為380V。試求：1）正常運(yùn)行時(shí)的相電流，線電流和電動(dòng)機(jī)輸入功率。2）為了減小起動(dòng)電流，在起動(dòng)時(shí)改接成星型，試求此時(shí)的線電流和電動(dòng)機(jī)輸入功率。,30.05.2020,72,解：,（1）正常運(yùn)行時(shí)繞組作三角形連接,cos,30.05.2020,73,（2）起動(dòng)時(shí)改接成星型,cos,30.05.2020,74,2.4三相交流電路,返回目錄,建筑電氣,本節(jié)小結(jié)：三相交流電源的Y和三角形連接規(guī)律。負(fù)載的Y和三角形連接規(guī)律。對(duì)稱三相電路的分析及計(jì)算步驟。三相交流電路的功率計(jì)算。,30.05.2020,75,垂直穿過某一面積S的磁力線的總根數(shù)。韋伯wb,穿過單位面積的磁力線根數(shù)。特斯拉Twb/m2,磁場(chǎng)中某點(diǎn)的B與該點(diǎn)的磁導(dǎo)率的比值。,1.磁通,2.磁感應(yīng)強(qiáng)度B,3.磁場(chǎng)強(qiáng)度H,4.導(dǎo)磁系數(shù),描述導(dǎo)磁能力大小的物理量。通常使用相對(duì)導(dǎo)磁系數(shù),無量綱,真空導(dǎo)磁系數(shù),安/米，A/m,A/cm,2.5磁路與變壓器,2.5.1磁路的基本物理量及基本定律,30.05.2020,76,2.5磁路與變壓器,2.5.1磁路的基本物理量及基本定律,磁路：磁通所經(jīng)過的閉合回路。,30.05.2020,77,磁動(dòng)勢(shì),沿任一閉合路徑，H的線積分等于包圍在這閉合路徑內(nèi)各電流的代數(shù)和,若磁場(chǎng)均勻則有,無分支磁路,平均長(zhǎng)l,線圈N匝,I,N,磁通,導(dǎo)磁系數(shù),截面積S,根據(jù),磁路歐姆定律,磁阻Rm,全電流定律：,磁路歐姆定律：,30.05.2020,78,2.5磁路與變壓器,返回目錄,建筑電氣,2.5.2變壓器,變壓器：是一種靜止的電機(jī)，它利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、電流的電能。換句話說，變壓器就是實(shí)現(xiàn)電能在不同等級(jí)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。,30.05.2020,79,2.5磁路與變壓器,建筑電氣,2.5.2變壓器,1變壓器的作用與結(jié)構(gòu)（1）作用：利用電磁感應(yīng)原理變換交流電壓、交流電流及阻抗等。大小懸殊，用途各異。（2）結(jié)構(gòu)：一般電力變壓器主要由鐵心和繞組兩個(gè)基本部分組成。,30.05.2020,80,2.5磁路與變壓器,建筑電氣,油浸式電力變壓器,信號(hào)溫度計(jì),吸濕器,儲(chǔ)油柜,油表,安全氣道,氣體繼電器,高壓套管,低壓套管,分接開關(guān),油箱,鐵芯,繞組,放油閥門,30.05.2020,81,2.5磁路與變壓器,建筑電氣,2.5.2變壓器,鐵芯：構(gòu)成了變壓器的磁路，同時(shí)又是套裝繞組的骨架。鐵心材料：為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般用高磁導(dǎo)率的磁性材料硅鋼片疊成。硅鋼片其厚度為0.350.5mm，兩面涂以厚0.020.23mm的漆膜，使片與片之間絕緣。,30.05.2020,82,2.5磁路與變壓器,建筑電氣,2.5.2變壓器,繞組：繞組是變壓器的電路部分。一次繞組（原繞組）：輸入電能二次繞組（副繞組）：輸出電能分為同心式、交迭式同心式繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，所以，國產(chǎn)的均采用這種結(jié)構(gòu)，交迭式主要用于特種變壓器中。,30.05.2020,83,2.5磁路與變壓器,建筑電氣,2.5.2變壓器,2.工作原理,30.05.2020,84,2.5磁路與變壓器,2.5.2變壓器,（1）空載運(yùn)行：原繞組接交流電壓，副繞組開路的運(yùn)行狀態(tài)叫空載運(yùn)行。,30.05.2020,85,（2）負(fù)載運(yùn)行：原繞組接交流電壓，副繞組接負(fù)載,30.05.2020,86,（3）阻抗變換：,2,30.05.2020,87,2.5磁路與變壓器,建筑電氣,2.5.2變壓器,3.三相變壓器對(duì)三相電源進(jìn)行電壓變換時(shí)，可用三臺(tái)單相變壓器組來完成，一般用一臺(tái)三相變壓器來完成。三相變壓器的工作情況于單相變壓器完全相同。,30.05.2020,88,2.5磁路與變壓器,建筑電氣,2.5.2變壓器,4.變壓器的型號(hào)及參數(shù)（1）變壓器的型號(hào)變壓器的型號(hào)表明了變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、額定容量（KVA）和高低壓側(cè)電壓等級(jí)（KV）。（2）變壓器的額定值額定值是制造廠對(duì)變壓器在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。,30.05.2020,89,2.5磁路與變壓器,建筑電氣,2.5.2變壓器,額定容量SN指額定運(yùn)行時(shí)的視在功率。以VA、kVA或MVA表示。由于變壓器的效率很高，通常一、二次側(cè)的額定容量設(shè)計(jì)成相等。額定電壓U1N和U2N正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓稱為變壓器一次側(cè)的額定電壓。二次側(cè)的額定電壓U2N是指變壓器一次側(cè)加額定電壓時(shí)二次側(cè)的空載電壓。額定電壓以V或kV表示。對(duì)三相變壓器，額定電壓是指線電壓。,30.05.2020,90,2.5磁路與變壓器,建筑電氣,2.5.2變壓器,額定電流I1N和I2N單相變壓器三相變壓器,30.05.2020,91,2.5磁路與變壓器,返回目錄,建筑電氣,本節(jié)小結(jié)：磁路的幾個(gè)概念及定律。變壓器的結(jié)構(gòu)、用途及原理分析。三相變壓器簡(jiǎn)介。變壓器的幾個(gè)主要額定值。,30.05.2020,92,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,異步電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最廣泛的一種電動(dòng)機(jī)，廠礦企業(yè)，交通工具，娛樂，科研，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，日常生活都離不開異步電動(dòng)機(jī)。優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便、效率較高。缺點(diǎn)：功率因數(shù)較低，調(diào)速性能不如直流電動(dòng)機(jī)。,30.05.2020,93,三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu),30.05.2020,94,轉(zhuǎn)子,三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu),30.05.2020,95,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌,1、定子部分定子鐵心：導(dǎo)磁部分。定子繞組：導(dǎo)電部分。機(jī)座：具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。,30.05.2020,96,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌,（1）定子鐵心為降低損耗，鐵心用硅鋼片疊壓而成，硅鋼片兩面涂絕緣漆。下圖為定子槽,其中(a)開口槽，用于高壓電機(jī)；(b)半開口槽，用于中型500V以下電機(jī)；(c)半閉口槽，用于低壓小型異步電機(jī)中。,30.05.2020,97,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌,30.05.2020,98,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌,（2）定子繞組高壓大、中型容量的定子繞組常采用Y接，只有三根引出線，如下圖(a)所示。中、小容量低壓異步電動(dòng)機(jī)常把定子繞組的六根出線頭都引出來，根據(jù)需要接成Y或形，如下圖(b)所示。繞組用絕緣的銅（或鋁）導(dǎo)線繞成，嵌在定子槽內(nèi)。,30.05.2020,99,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),返回上頁,建筑電氣,2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌,30.05.2020,100,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌,（3）機(jī)座固定與支撐定子鐵心。如果是端蓋軸承電機(jī)，還要支撐電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分。應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。對(duì)中、小型異步電動(dòng)機(jī)，通常用鑄鐵機(jī)座。對(duì)大型電機(jī)，一般采用鋼板焊接的機(jī)座。,30.05.2020,101,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌,2、轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子鐵心：是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子繞組：1）鼠籠式轉(zhuǎn)子2）繞線式轉(zhuǎn)子,30.05.2020,102,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌,1）鼠籠式轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子的每個(gè)槽里放上一根導(dǎo)體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來，形成一個(gè)短路的繞組。如果把轉(zhuǎn)子鐵心拿掉，剩下來的繞組形狀像個(gè)松鼠籠子。,30.05.2020,103,導(dǎo)條的材料有用銅的，也有用鋁的?；\型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、是一種經(jīng)濟(jì)、耐用的電機(jī)，所以應(yīng)用極廣。,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌,30.05.2020,104,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌,2）繞線式轉(zhuǎn)子繞線型轉(zhuǎn)子的繞組，和定子繞組一樣，由絕緣導(dǎo)線組成的三相繞組，一般都聯(lián)接成Y形。與籠型轉(zhuǎn)子相比較，繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，價(jià)格稍貴，因此只在要求起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)距大，或需平滑調(diào)速的場(chǎng)合使用。,30.05.2020,105,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌,3、銘牌數(shù)據(jù)（1）額定功率PN指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率，單位是kW。（2）額定電壓UN指額定運(yùn)行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，單位為V。（3）額定電流IN指電動(dòng)機(jī)在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率時(shí)，定子繞組中的線電流，單位為A。,30.05.2020,106,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理,1、轉(zhuǎn)動(dòng)原理電生磁：三相對(duì)稱繞組通往三相對(duì)稱電流時(shí)，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。電磁力：轉(zhuǎn)子載流體在磁場(chǎng)作用下受電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。,30.05.2020,107,返回,30.05.2020,108,異步電動(dòng)機(jī)的工作原理-旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生,U,V,W,V,W,異步機(jī)中,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)代替了旋轉(zhuǎn)磁極,()電流出,()電流入,U,30.05.2020,109,對(duì)應(yīng)電流各時(shí)刻的合成磁場(chǎng)方向:,結(jié)論：電流變化一周，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)3600。,N,N,N,N,定子通入三相電流，定子內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),30.05.2020,110,30.05.2020,111,30.05.2020,112,異步電動(dòng)機(jī)的工作原理-異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理,（1）.轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流,（2）.電磁轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向,定子繞組通入電流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，與轉(zhuǎn)子繞組間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)子電路是閉合的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流。根據(jù)左手定則可知在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生了電磁力。,電磁力分布在轉(zhuǎn)子兩側(cè)，對(duì)轉(zhuǎn)軸形成一個(gè)電磁轉(zhuǎn)距T，電磁轉(zhuǎn)距的作用方向與電磁力的方向相同，因此轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。,返回,30.05.2020,113,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理,2、轉(zhuǎn)差率在正常情況下，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）。它是表征異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)基本參數(shù)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變化。,注意！,n1=n?,30.05.2020,114,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.3三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性,1、電磁轉(zhuǎn)矩它由定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生的。它與磁通量和轉(zhuǎn)子電流的有功分量的乘積成正比。從物理特性上描述了三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性，這一表達(dá)式又稱為三相異步電動(dòng)機(jī)的物理表達(dá)式。,30.05.2020,115,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.3三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性,2、機(jī)械特性機(jī)械特性是指電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線。異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性就是T-s曲線。幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：起動(dòng)點(diǎn)；最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)；額定工作點(diǎn),30.05.2020,116,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.3三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性,2、機(jī)械特性,30.05.2020,117,2.6三相異步電動(dòng)機(jī),建筑電氣,2.6.3三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性,2、機(jī)械特性（1）同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)：異步電動(dòng)機(jī)不可能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)。（2）額定運(yùn)行點(diǎn)：電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均為額定值。異步電動(dòng)機(jī)可長(zhǎng)期運(yùn)行在額定狀態(tài)。（3）最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為最大值，稱為最大轉(zhuǎn)矩，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率。,30.05.2020,118,電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩。,1.額定轉(zhuǎn)矩TN,三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩,額定轉(zhuǎn)矩,(Nm),如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為,30.05.2020,119,2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax,電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)載的能力。,臨界轉(zhuǎn)差率,將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得,30.05.2020,120,當(dāng)U1一定時(shí)，Tmax為定值,過載系數(shù)(能力),一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)為,(3)工作時(shí)必須使T2T2電機(jī)能起動(dòng)，否則不能起動(dòng)。,起動(dòng)能力,30.05.2020,122,4.電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析,電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。,自適應(yīng)負(fù)載能力是電動(dòng)機(jī)區(qū)別于其它動(dòng)力機(jī)械的重要特點(diǎn)（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，必須由操作者加大油門，才能帶動(dòng)新的負(fù)載)。,此過程中，n、sE2,I2I1電源提供的功率自動(dòng)增加。,T2,s,T2T,T=T2,n,T,達(dá)到新的平衡,30.05.2020,123,5.U1和R2變化對(duì)機(jī)械特性的影響,(1)U1變化對(duì)機(jī)械特性的影響,T2,30.05.2020,124,(2)R2變化對(duì)機(jī)械特性的影響,R2,Tst,n,硬特性：負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。,軟特性：負(fù)載增加時(shí)轉(zhuǎn)速下降較