電機與變壓器課件

1、 t Ne 11 t Ne 22 ue i t Ne 2 1 2 1 N N E E KK N N E E U U u 2 1 2 1 2 1 i u K KN N U U I I 1 1 2 1 2 2 1 AA K I I u 26. 0 1 . 6 7 . 1 2 1 Z KU U N N U U I U Z N N N N 2 2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 )( 2 1 1 2 1 1 I U Z ZKZ 2 0 0 2 22 0 0 100 N N U UU U 0 0 2 2 0 0 2 2 0 0 1 2 100100100 FeCu PPP P PP P P P 1

2、2 3 4 + + 1 2 3 4 + + 1 2 3 4 + + N1 1 2 3 4 N2 V 1 2 3 4 S 3V mA cos3UIP 三相變壓器 設計型號 額定電壓 額定容量 U1 U2 u2 u1 _ N1 N2 I1 I2 I B + _ + U1 U2 2 1 2 1 2 1 U U N N E E K 1 2 I I K i K N N I I 1 2 2 1 2 1 2 1 N N U U Ku VUKU N N U u 66 100 10000 11 2 1 2 AIKI N N I i 0 . 3 5 100 22 1 2 1 U UO UN O N I ISC I

3、N 焊接電流與電弧電壓的 關系曲線 N S F F n1 n2 旋轉 磁場 轉向 U1 V2 W1 V1 W2 U2 V i U1 U2 V1 V2 W1 W2 U i W i i W i U i V i t m I o U1 U2 V2 W1 V1 W2 U1 U2 V2 W1 V1 W2 60t 90t S N SN 0t U1 U2 V2 W1 V1 W2 N S 60 A U1 U2 V2 W1 V1 W2 A U1 U2 V2 W1 V1 W2 結論：結論： 任意調換兩根任意調換兩根 電源進線，則旋轉電源進線，則旋轉 磁場反轉。磁場反轉。 0t 60t V i U1 U2 W1 W2

4、 V1 V2 U i W i V i W i U i 0 m I i t o m I N S N S 任意調換兩根電源進線任意調換兩根電源進線 (電路如圖電路如圖) p f n 1 1 60 min/3000min/ 1 506060 1 1 rr p f n U1 V2 W1 V1 W2 U2 n1 F F 1 1 n nn s 1 1 n nn s N N min/1440min/1500)04. 01 ()1 ( 1 rrnsn NN p z 2 1 p z y 2 1 1 2 Z q pm 1 24 6 22 2 Z p 1 24 2 22 2 3 Z q pm 1 3 6 03 6

5、02 3 0 2 4 p Z 異步電動機：異步電動機：旋轉磁場切割導體旋轉磁場切割導體 e， U1 E1= 4.44K1 f 1N1 m 1 0 0 00 2 6060 fs pn n nn p nn f 21 2 22 22 LfsLfX 2 2 2 2 2 2 XR E I 2 20 2 2 20 )(sXR sE )(00 02 nnIs 2 20 2 2 20 max2 1 XR E Is 2 20 2 2 2 2 2 2 2 2 2 )( cos sXR R XR R 202 SXRs 很很小小時時 1cos 2 202 XRss 較較大大時時 s 1 cos 2 %88%100 4

6、8.12 11 %100 1 2 P P kWIUP48.1285. 03 .223803cos3 111 )/( )( 9550 N N N 分分轉轉 千千瓦瓦 n P T (N m) 如某普通機床的主軸電機如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型型) 的額定功的額定功 率為率為7.5kw, 額定轉速為額定轉速為1440r/min, 則額定轉矩為則額定轉矩為 n P n P T9550 60 2 m.N7 .49 1440 5 .7 95509550 N N N n P T L1L2L3 Q1 FU Rst M 3 FU Q2 圖8-6 串電阻減壓起動 圖8-7 自耦變壓器減壓起動 1 1

7、60 (1)(1) f ns ns p 圖5.1 單相異步電動機結構圖 圖5.2 電容分相單相電動機接線圖及相量圖 A i B i tii AmA sin )90sin(tii BmB 圖5.3 兩相電流波形圖 圖5.4 兩相旋轉磁場 i 1 2 當電流當電流i 流過定子繞組時，產(chǎn)生了一部分磁流過定子繞組時，產(chǎn)生了一部分磁 通通 1 ，同時產(chǎn)生的另一部分磁通與短路環(huán)作用，同時產(chǎn)生的另一部分磁通與短路環(huán)作用 生成了磁通生成了磁通 2 。由于短路環(huán)中感應電流的阻礙。由于短路環(huán)中感應電流的阻礙 作用，使得作用，使得 2在相位上滯后在相位上滯后 1 ，從而在電動機，從而在電動機 定子極掌上形成一個向短

8、路環(huán)方向移動的磁場，定子極掌上形成一個向短路環(huán)方向移動的磁場， 使轉子獲得所需的起動轉矩。使轉子獲得所需的起動轉矩。 罩極式單相異步電動機起動轉矩較小，轉向罩極式單相異步電動機起動轉矩較小，轉向 不能改變，常用于電風扇、吹風機中；電容分相不能改變，常用于電風扇、吹風機中；電容分相 式單相異步電動機的起動轉矩大，轉向可改變，式單相異步電動機的起動轉矩大，轉向可改變， 故常用于洗衣機等電器中。故常用于洗衣機等電器中。 圖2-19 凸極式集中勵磁罩 極電動機結構 1-凸極式定子鐵心 2-轉子 3-罩極 4-定子繞組 圖2-20 凸極式分別勵磁 罩極電動機結構 1-凸極式定子鐵心 2-罩極 3-定子繞

9、組 4-轉子 圖5.5 串電抗器調速接線圖 （a）T形接法 （b）L形接法 圖5.6 抽頭法調速接線圖 3.晶閘管調速 利用改變晶閘管的導通角，來實現(xiàn)加在單相異步電 動機上的交流電壓的大小，從而達到調節(jié)電動機轉速的 目的，這種方法能實現(xiàn)無級調速，缺點是會產(chǎn)生一些電 磁干擾。目前常用于吊式風扇的調速上。 1在圖中所示位置時在圖中所示位置時 電源正極接電源正極接 A、負極接、負極接 B，電，電 樞繞組中電流流向樞繞組中電流流向 a b c d，電樞受，電樞受 力朝逆時針方向旋轉。力朝逆時針方向旋轉。 2電樞轉過電樞轉過 90 時時 電源中斷，電樞憑慣性旋轉。電源中斷，電樞憑慣性旋轉。 3電樞轉過電

10、樞轉過 180 時時 電樞中電流流向為電樞中電流流向為 d c b a，電，電 樞受力朝逆時針方向旋轉。樞受力朝逆時針方向旋轉。 4反電動勢反電動勢 5電源電壓電源電壓 電樞轉動后，其繞組切割勵磁磁場磁感線產(chǎn)生與電樞電流方電樞轉動后，其繞組切割勵磁磁場磁感線產(chǎn)生與電樞電流方 向相反的感應電動勢，其值為向相反的感應電動勢，其值為 式中，式中， Ce 電動機電動勢常數(shù)。電動機電動勢常數(shù)。 nCE ea 加在電樞繞組上的電壓必須用于解決兩個部分的需要，即平加在電樞繞組上的電壓必須用于解決兩個部分的需要，即平 衡平衡反電動勢和克服電樞繞組的電阻電壓。衡平衡反電動勢和克服電樞繞組的電阻電壓。 aaa I

11、REU 其中電樞電流為其中電樞電流為 a a a R EU I 當負載增大時，電樞電流增大，電動機功率增大，但轉速下當負載增大時，電樞電流增大，電動機功率增大，但轉速下 降；當負載減小時，情況與上述規(guī)律相反。降；當負載減小時，情況與上述規(guī)律相反。 （一）定子（一）定子 定子由機座、主磁極、定子由機座、主磁極、 換向磁極、電刷組件組成，換向磁極、電刷組件組成， 如如右右圖所示。圖所示。 定子的橫剖平面圖定子的橫剖平面圖 如如右右圖所示。圖所示。 1機座機座 用鑄鋼或銅板焊成，用作支撐和保護整機結構，同時又是用鑄鋼或銅板焊成，用作支撐和保護整機結構，同時又是 電機磁路的一部分，有良好的導磁性能和機

12、械強度。電機磁路的一部分，有良好的導磁性能和機械強度。 2主磁極主磁極 由鐵心和勵磁繞組組成。鐵心由極身和極靴兩部分組成，如由鐵心和勵磁繞組組成。鐵心由極身和極靴兩部分組成，如 下下圖所示。圖所示。 勵磁繞組繞在鐵心外面，主磁極的作用是在勵磁繞組中通入勵磁繞組繞在鐵心外面，主磁極的作用是在勵磁繞組中通入 勵磁電流時產(chǎn)生主磁通。勵磁電流時產(chǎn)生主磁通。 3換向磁極換向磁極 換向磁極的作用是為了改善換向性能，減小換向火花。換換向磁極的作用是為了改善換向性能，減小換向火花。換 向磁極與轉子間氣隙較大，渦流較小，可用整塊鋼制成。其上向磁極與轉子間氣隙較大，渦流較小，可用整塊鋼制成。其上 的繞組一般與電樞

13、繞組串聯(lián)，用橫截面較大的銅導線繞制。的繞組一般與電樞繞組串聯(lián)，用橫截面較大的銅導線繞制。 4電刷組件電刷組件 電刷組件由電刷、刷握、刷桿、刷桿座及壓緊彈簧組成，如電刷組件由電刷、刷握、刷桿、刷桿座及壓緊彈簧組成，如 下下圖所示。圖所示。 電刷內(nèi)有用細銅絲編織成的刷辮與外電路導通，從而連接電電刷內(nèi)有用細銅絲編織成的刷辮與外電路導通，從而連接電 樞、電刷及電路，引入或導出電樞電流。樞、電刷及電路，引入或導出電樞電流。 （二）電樞（二）電樞 電樞又稱轉子，作用是在勵磁磁場作用下，產(chǎn)生感應電動電樞又稱轉子，作用是在勵磁磁場作用下，產(chǎn)生感應電動 勢和電磁轉矩，實現(xiàn)電能與機械能之間的轉換。其結構如勢和電磁

14、轉矩，實現(xiàn)電能與機械能之間的轉換。其結構如下下圖圖 所示。所示。 1電樞鐵心電樞鐵心 電機磁路的另一部分，為減小渦流由硅鋼片疊壓而成。在電機磁路的另一部分，為減小渦流由硅鋼片疊壓而成。在 電區(qū)外緣有嵌放繞組的鐵心槽，整個鐵心固定在轉動軸上，隨電區(qū)外緣有嵌放繞組的鐵心槽，整個鐵心固定在轉動軸上，隨 軸一起轉動。軸一起轉動。 2電樞繞組電樞繞組 由絕緣銅導線或扁銅線在模具上繞制成型后嵌放在轉子鐵由絕緣銅導線或扁銅線在模具上繞制成型后嵌放在轉子鐵 心槽中，伸出鐵心槽的端部，均用非磁性絲帶扎緊，每個線圈心槽中，伸出鐵心槽的端部，均用非磁性絲帶扎緊，每個線圈 的首尾端，均按一定規(guī)律，焊接到換向片上。的首

15、尾端，均按一定規(guī)律，焊接到換向片上。 3換向器換向器 由若干個楔形銅片裝成一圓柱體，片與片之間用云母絕緣。由若干個楔形銅片裝成一圓柱體，片與片之間用云母絕緣。 結構如結構如下下圖所示。圖所示。 換向片與轉軸之間又用換向片與轉軸之間又用 塑料絕緣，固定在轉軸的一塑料絕緣，固定在轉軸的一 端，按照一定規(guī)律與電樞繞端，按照一定規(guī)律與電樞繞 組連接。它的作用是變換電組連接。它的作用是變換電 樞電流方向并通過電刷將電樞電流方向并通過電刷將電 樞繞組與電路接通。樞繞組與電路接通。 （三）直流電機的其他部分（三）直流電機的其他部分 直流電機的其他部分還有端蓋、軸承、轉軸、風扇、接線直流電機的其他部分還有端蓋

16、、軸承、轉軸、風扇、接線 板、接線盒等。板、接線盒等。 （一）并勵電機（一）并勵電機 電機勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，共用一個直流電源供電，如電機勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，共用一個直流電源供電，如 下下圖所示。圖所示。 為了保證電樞的輸出功率，電樞繞組線徑粗、匝數(shù)少、電阻為了保證電樞的輸出功率，電樞繞組線徑粗、匝數(shù)少、電阻 小，應有足夠大的工作電流。小，應有足夠大的工作電流。 （二）串勵電機（二）串勵電機 電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)接于同一電源，如圖所示。電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)接于同一電源，如圖所示。 為了減小勵磁電壓，勵磁繞組的線徑粗、匝數(shù)少、電阻小。為了減小勵磁電壓，勵磁繞組的線徑粗、匝

17、數(shù)少、電阻小。 電機主磁極上嵌放兩套獨立的繞組，一套與電樞繞組并電機主磁極上嵌放兩套獨立的繞組，一套與電樞繞組并 聯(lián)，另一套與電樞繞組串聯(lián)，如聯(lián)，另一套與電樞繞組串聯(lián)，如下下圖所示。圖所示。 以上三種勵磁方式的直流電機作發(fā)電機時，它們的勵磁電以上三種勵磁方式的直流電機作發(fā)電機時，它們的勵磁電 流都是由自己發(fā)出的，所以通稱為自勵電機流都是由自己發(fā)出的，所以通稱為自勵電機。 他勵電機的勵磁電流由另外的直流電源供給，如圖所示。他勵電機的勵磁電流由另外的直流電源供給，如圖所示。 這類電機設備較復雜，但它的優(yōu)點是：勵磁電流不受電樞這類電機設備較復雜，但它的優(yōu)點是：勵磁電流不受電樞 電壓影響，而只與勵磁電

18、源電動勢和勵磁繞組有關。電壓影響，而只與勵磁電源電動勢和勵磁繞組有關。 并勵電動機轉速公式并勵電動機轉速公式 串勵電動機轉速公式串勵電動機轉速公式 下面以改變主磁極磁通下面以改變主磁極磁通 調速為例分析其調速方法及原理。調速為例分析其調速方法及原理。 e aa C IRU n e aLa )( C IRRU n 1并勵電動機的變并勵電動機的變 調速調速 在勵磁支路上串入一阻值連續(xù)可調的變阻器在勵磁支路上串入一阻值連續(xù)可調的變阻器 RP，如圖所示。，如圖所示。 由由 e aa C IRU n 可知，可知，RP 增大時，增大時， 減小，轉速減小，轉速 n 上升上升；RP 減小時，減小時， 增大，增

19、大， 轉速轉速 n 下降下降。 2串勵電動機變串勵電動機變 調速調速 在勵磁支路上并入一阻值連續(xù)可調的變阻器，如圖所示。在勵磁支路上并入一阻值連續(xù)可調的變阻器，如圖所示。 轉速公式應修改為轉速公式應修改為 e aPLa )/( C IRRRU n 因此，因此，RP 增大時，增大時， 增大，轉速增大，轉速 n 下降下降；RP 減小時，減小時， 減小，轉速減小，轉速 n 上升。上升。 （1）可實現(xiàn)無級平滑調速。）可實現(xiàn)無級平滑調速。 3根據(jù)轉矩公式根據(jù)轉矩公式 T = CT Ia 分析，在調速中如保持轉矩分析，在調速中如保持轉矩 T 不變，不變， 減小，電樞電流減小，電樞電流 Ia 必然增大。如果

20、調速前已達額定值，必然增大。如果調速前已達額定值， 則不能用此法調速。它只適用于調高速度以前電樞電流未達額則不能用此法調速。它只適用于調高速度以前電樞電流未達額 定值的情況。這種調速方法具有如下特點：定值的情況。這種調速方法具有如下特點： （2）調節(jié)器速后，新的轉速仍較穩(wěn)定。）調節(jié)器速后，新的轉速仍較穩(wěn)定。 （3）勵磁電流小，能量損耗小。）勵磁電流小，能量損耗小。 （4）這種調速方法的缺點是轉速只能調到比加調速變阻器）這種調速方法的缺點是轉速只能調到比加調速變阻器 前的轉速高。前的轉速高。 1保持電樞電流方向不變，將勵磁繞組反接，改變勵磁電保持電樞電流方向不變，將勵磁繞組反接，改變勵磁電 流方

21、向；流方向； 2保持勵磁電流方向不變，將電樞繞組反接，從而改變電保持勵磁電流方向不變，將電樞繞組反接，從而改變電 樞電流方向。樞電流方向。 大型同步電動機大型同步電動機 60TYK永磁同步電動機永磁同步電動機 微型同步電動機微型同步電動機 同步電動機的結構同步電動機的結構 轉子磁極結構轉子磁極結構 凸極型轉子的外形圖凸極型轉子的外形圖 一、同步電動機的工作原理 同步電動機的定子三相繞組中通 入對稱三相交流電時，對稱的三相 繞組中產(chǎn)生旋轉磁場，當轉子的勵 磁繞組加入勵磁電流時，轉子好象 一個“磁鐵”，在旋轉磁場的帶動 下旋轉。這時，轉子的轉速和旋轉 磁場的同步轉速相等。 由于同步電動機的轉子的轉

22、矩是旋轉磁場與轉子磁場不同 極性間的吸引力所產(chǎn)生的，所以轉子的轉速始終等于旋轉磁 場轉速，不因負載改變而改變。 同步電動機異步起動法起動時原理接線圖 一、一、 永磁式微型同步電動機永磁式微型同步電動機 永磁式同步電動機永磁式同步電動機磁滯式同步電動機磁滯式同步電動機 異步起動式永磁同步電動異步起動式永磁同步電動 機的轉子結構機的轉子結構 徑向式磁滯起動式永磁徑向式磁滯起動式永磁 同步電動機的結構同步電動機的結構 二、二、 反應式微型同步電動機反應式微型同步電動機 分段式隱極轉子結構分段式隱極轉子結構 凸極轉子結構圖凸極轉子結構圖 反應式同步電動機結構原理反應式同步電動機結構原理 4.5.3 磁

23、滯式同步電動機磁滯式同步電動機 (a)磁性套筒磁性套筒 (b)非磁性套筒非磁性套筒 磁滯電動機的轉矩作用原理圖磁滯電動機的轉矩作用原理圖 （一）基本結構（一）基本結構 步進電動機通入一個電脈沖信號只轉動一個角度。下面介步進電動機通入一個電脈沖信號只轉動一個角度。下面介 紹反應式旋轉運動步進電動機。紹反應式旋轉運動步進電動機。 單段式反應式旋轉運動步單段式反應式旋轉運動步 進電動機的結構如圖所示。進電動機的結構如圖所示。 三相反應式步進電動機原理如圖所示。三相反應式步進電動機原理如圖所示。 當向當向 U 相繞組通入電脈沖時，相繞組通入電脈沖時， 由于磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，由于磁通總是沿磁

24、阻最小的路徑閉合， 于是產(chǎn)生磁場力使轉子軸線與于是產(chǎn)生磁場力使轉子軸線與 U 相相 繞組軸線對齊。如將電脈沖改通入到繞組軸線對齊。如將電脈沖改通入到 V 相繞組中，根據(jù)同樣的原理，轉子相繞組中，根據(jù)同樣的原理，轉子 沿順時針方向旋轉沿順時針方向旋轉 60 。如定子繞組。如定子繞組 按按 UVWU 的順序重復通入的順序重復通入 電脈沖，轉子就按順時針的方向一步電脈沖，轉子就按順時針的方向一步 一步轉動。一步轉動。 每對定子磁極上繞有一對控制每對定子磁極上繞有一對控制 繞組被稱為一相，定子磁極數(shù)為相繞組被稱為一相，定子磁極數(shù)為相 數(shù)的兩倍。在定子磁極極面和轉子數(shù)的兩倍。在定子磁極極面和轉子 外緣均開有分布均勻的小齒，兩者外緣均開有分布均勻的小齒，兩者 齒型和齒距相同，齒型和齒距相同，U 相磁極的小齒相磁極的小齒 子與轉子小齒一一對正，而子與轉子小齒一一對正，而 V 相磁相磁 極的小齒與轉子小齒錯開極的小齒與轉子小齒錯開 1/3 齒距，齒距， W 相則錯開相則錯開 2/3 齒距，這種結構稱齒距，這種結構稱 為槽齒結構。為槽齒結構。 這種電動機制造簡便、精確度高，每轉一步對應的轉子轉這種電動機制造簡便、精確度高，每轉