變壓器與交流電動機(jī)

1、 鐵心線圈根據(jù)勵磁電流不同分為直流鐵心線圈和交流鐵心線圈兩種。對于直流鐵心線圈電路，由于勵磁電流是直流，它產(chǎn)生的磁通是恒定的，所以不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其電流大小由外加電壓和線圈本身的電阻決定；功率損耗只有銅線線圈電阻的損耗，稱為銅損，鐵心中是沒有損耗的。 而交流鐵心線圈電路的勵磁電流是交流電，產(chǎn)生的磁通是交變的，交變的磁通將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以電磁關(guān)系和功率損耗就比較復(fù)雜 . u(Ni)i ddtNe tNedd （磁通勢）（磁通勢）tiLdd 常常數(shù)數(shù) iNLeeRi u )(ddetiLRi t, sinm )sin(ddddmttNtNe tN cosm )90t(sin2m fN)90

2、(sinm tE mmm444222 fN.fNEE EU mfN44. 4EUFe2cosPRIUIP 變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。子線路中應(yīng)用廣泛。變電壓：變電壓：電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 變阻抗：變阻抗：電子線路中的阻抗匹配電子線路中的阻抗匹配變電流：變電流：電流互感器電流互感器 ： 在電能傳輸過程中，當(dāng)輸送功率在電能傳輸過程中，當(dāng)輸送功率P =UI cos 及及負(fù)載功率因數(shù)負(fù)載功率因數(shù)cos 一定時：一定時：輸電線上電能損耗小輸電線上電能損耗小輸電線截面積減小，節(jié)省材料輸電線截面積減小，節(jié)省材料U I P = I RlI

3、 S 發(fā)電廠發(fā)電廠10.5kV輸電線輸電線220kV升壓升壓電器電器36V降壓降壓供電電壓供電電壓380 / 220V降壓降壓變電站變電站 10kV降壓降壓降壓降壓變壓器的磁路變壓器的磁路1u2uLZ1i2i單相變壓器單相變壓器+由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成厚厚0.35mm 或或 0.5mm鐵心鐵心一次一次繞組繞組N1二次二次繞組繞組N2鐵心鐵心變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)1u2uLZ1i2i單相變壓器單相變壓器+一次一次繞組繞組N1二次二次繞組繞組N2鐵心鐵心1 、空載運(yùn)行與電壓變、空載運(yùn)行與電壓變換換一次側(cè)接交流電源，一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開路。二次側(cè)開路。0i02i1u+20u+2

4、e+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe i0 ( i0N1) 1 dd011tiLe tNedd 22 空載時，空載時，鐵心中主鐵心中主磁通磁通 是是由一次繞由一次繞組磁通勢組磁通勢產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。t)sin(tNtNm111 dddde tN cosm1 )90t(sinm1 E1m144.4NfE 222111mmfNEE 有效值有效值:同同 理：理：)90t(sinm22 Ee2m244. 4NfE t, sinm 根據(jù)根據(jù)KVL：1111111111jEIXIREEIRU 變壓器一次側(cè)等效電路如圖變壓器一次側(cè)等效電路如圖1m1111444Nf.EUEU 由于電阻由于電阻 R

5、1 和感抗和感抗 (或漏磁通或漏磁通)較小較小,其兩端其兩端的電壓也較小的電壓也較小,與主磁電動勢與主磁電動勢 E 比較可忽略不計，比較可忽略不計，則則1E1R1I1U1E+一次側(cè)一次側(cè)一次側(cè)一次側(cè)KNNEEUU 2121201根據(jù)根據(jù)KVL：2m220224440Nf.EUU,I 結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。222222222jUIXIRUEIRE 22U+1u+1e+1e+1N2N+2222ZUIZ 1m11 44 4 Nf.EU m10 Nim2211 NiNi+|Z |2i1u2e1i1e1N2N+2u一般情況下：一般情況下：I0 (23)%

6、I1N 很小可忽略。很小可忽略。2211 NiNi 所所以以或或2211NINI 2211NINI 所所以以KNNII11221 結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比?；颍夯颍?21011NiNiNi 22Ni102211NiNiNi 空載磁勢空載磁勢有載磁勢有載磁勢22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 結(jié)論：結(jié)論： 變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的K 2 倍。倍。 1U2U1I2IZ+1U1IZ +：信號源信號源IER0RL+108800LL21 R

7、RNNKIE1N2U2ILR2N+如圖交流信號源如圖交流信號源 E= 120V，內(nèi)阻內(nèi)阻 R 0=800 ，負(fù)載為揚(yáng)聲器，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為其等效電阻為RL=8 。要求。要求:（1）當(dāng)當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻折算到原邊的等效電阻RL=800 時，求變壓器的匝數(shù)比和時，求變壓器的匝數(shù)比和信號源輸出的功率；（信號源輸出的功率；（2）當(dāng)將）當(dāng)將負(fù)載直接與信號源聯(lián)接時負(fù)載直接與信號源聯(lián)接時,信號信號源輸出多大功率？源輸出多大功率？ W548008008001202L2L0.RRREP 0LRR W1760888001202L2L0.RRREP （2，為：為：1、額定值N1N1N2N2NIUI

8、US N1N1NIUS 容量：容量： 21PP 一次側(cè)輸入功率：一次側(cè)輸入功率： cos222IUP 輸出功率：輸出功率： 變壓器運(yùn)行變壓器運(yùn)行時的功率取時的功率取決于負(fù)載的決于負(fù)載的性質(zhì)性質(zhì)122222)。%100%20220 UUUU)(22IfU 2 U2I2U20I2N2 O FeCu2212PPPPPP 主要介紹鼠籠式異步交流電動機(jī)：主要介紹鼠籠式異步交流電動機(jī)： 機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子: 在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。流。鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子(1) 鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子 鐵芯槽內(nèi)放銅條，端鐵芯槽內(nèi)放銅條，端 部用短路環(huán)形

9、成一體。部用短路環(huán)形成一體。 或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組?；蜩T鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2) 繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。變電動機(jī)的機(jī)械特性。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。外加電阻可人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。AXYCBZ分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 6010pfn BlvBliFvF0nNS 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIoiCiAiBitmIo0n規(guī)定規(guī)定 i : “+”

10、 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 AYCBZX()電流出電流出( )電流入電流入CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSNAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場 即：即：0t 60t 任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(電路如圖電路如圖)CiAXCZBYAiBi0mICiBiAi tiomINSNS0t 即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCB

11、ZNSCYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ 極對數(shù)極對數(shù)2p旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)與三相繞組的排列有關(guān)CYABCXYZAXBZAiBiCiAX XNSZ CZBYB Y A C SNBiCiAiimIt 0分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) /( 6010fn 工頻：工頻：Hz501 f分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) /( 30000 np=1時時0mICiBiAi tiomINSAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNSX NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2時時BiCiAiit mI0分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 150026010 fn0n30AX

12、 XZ CZBYB Y A C NSNS)/( 6010分分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)pfn 2p180分）轉(zhuǎn)/( 50011p360分）轉(zhuǎn)/( 0003極對數(shù)極對數(shù)每個電流周期每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速)f(Hz501 3p120分）轉(zhuǎn)/( 00014p分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 75090旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率與頻率f1和極對數(shù)和極對數(shù)p有關(guān)。有關(guān)。0nn 如果如果:0nn %s)91( 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得0)(1nns %10000 nnns 例例1 1：一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速 n= =975 r/min

13、，電源頻率，電源頻率 f1 1= =50 Hz。試求電動機(jī)的。試求電動機(jī)的極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。解：解：根據(jù)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)根據(jù)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：速的關(guān)系可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns 磁極數(shù)磁極數(shù)( 極對數(shù)極對數(shù) p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明電動機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。用以表明電動機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號機(jī)座長度代號機(jī)座中心高（機(jī)座中心高（mm）三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)接線盒接線盒。通常。通常聯(lián)結(jié)聯(lián)

14、結(jié)電機(jī)容量電機(jī)容量Y3kW 聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)電電機(jī)機(jī)容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2V1W1U1W1V1W2V2例如：例如：380/220V、Y/ 是指線電壓為是指線電壓為 380V 時時 采用采用 Y聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)；線電壓為；線電壓為 220V 時采用時采用 聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)。 表示星形表示星形聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)下電機(jī)的線電流為下電機(jī)的線電流為 6.73A；三角形；三角形聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)下線電下線電流為流為 11.64A。兩種接法下相電流均為。兩種接法下相電流均為 6.73A12PP cos3NN1IUP 鼠籠電機(jī)鼠籠電機(jī) =7293電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組的電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組的額定功率是指電

15、機(jī)在額定運(yùn)行時軸上輸出的機(jī)額定功率是指電機(jī)在額定運(yùn)行時軸上輸出的機(jī)械功率械功率 P2，它不等于從電源吸取的電功率，它不等于從電源吸取的電功率 P1。PN 三相異步電動機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載三相異步電動機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時約為時約為 0.7 0.9。空載時功率因數(shù)很低，只有?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有 0.2 0.3。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最高。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最高。 P2cos O曲曲線線)(Tfn 1U1f2RnT)(Tfn 在一定的電源電壓和頻率及轉(zhuǎn)子電阻情況下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，即曲線稱為電動機(jī)的機(jī)械特性 1、穩(wěn)定區(qū)與不穩(wěn)定區(qū)abTLT電動機(jī)工作在段穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定區(qū)

16、某點(diǎn)時，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，電動機(jī)以某個轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。 電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩會自動地與負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持平衡， 這種現(xiàn)象稱電動機(jī)的自適應(yīng)過程。 電動機(jī)在bc段不穩(wěn)定區(qū)時不穩(wěn)定區(qū)時，則電磁轉(zhuǎn)矩不能自適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化， 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時轉(zhuǎn)速降低， 工作點(diǎn)沿特性曲線下移， 電磁轉(zhuǎn)矩反而減小， 這會使轉(zhuǎn)速更為降低，直到轉(zhuǎn)速為零，出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。NnNT)/()(9550NNN分分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)千千瓦瓦nPT OnT0n(N m) 如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型型) 的額定功的額定功率為率為7.5kw, 額定轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速為1440r/min, 則額定轉(zhuǎn)矩為則額定轉(zhuǎn)矩為nPnPT955

17、0602 m.N7 .4914405 .795509550NNN nPTOn0nTmaxNmaxTT 一般三相異步電動機(jī)的過載系數(shù)為一般三相異步電動機(jī)的過載系數(shù)為2 .28 .1 電動機(jī)起動時的轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)起動時的轉(zhuǎn)矩。起動時起動時n= 0 時時，s =1 st121st, ) 1 (TUUT(2) Tst與與 R2 有關(guān)，有關(guān)， 適當(dāng)使適當(dāng)使 R2 Tst 。對繞線式。對繞線式 電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻 R 2 , 可使可使Tst =Tmax 。體現(xiàn)了電動機(jī)帶體現(xiàn)了電動機(jī)帶載起動的能力。載起動的能力。 0nOnTNststTTK 起動能力起動能力T2 sT2 TT =T2n

18、T T 2達(dá)到新的平衡達(dá)到新的平衡T20nnTOnU Tm U UTst 0nNUT2nTOstTTOn0nR2 Tst n maxT2T 不同場合應(yīng)選用不不同場合應(yīng)選用不同的電機(jī)。如金屬切同的電機(jī)。如金屬切削，選硬特性電機(jī)；削，選硬特性電機(jī)；重載起動則選軟特性重載起動則選軟特性電機(jī)。電機(jī)。stTTOn0nR2 Tst n maxT2T問題：問題：。 一般中小型鼠籠式電機(jī)起動電流為額定電流的一般中小型鼠籠式電機(jī)起動電流為額定電流的5 7 倍倍; 電動機(jī)的起動電動機(jī)的起動 二、三十千瓦以下的異步電動機(jī)一般都采用二、三十千瓦以下的異步電動機(jī)一般都采用直接起動。直接起動。星形星形-三角形三角形(Y

19、) 換接起動換接起動自耦降壓起動自耦降壓起動(3) 轉(zhuǎn)子串電阻起動轉(zhuǎn)子串電阻起動以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。ZUIll3:Y 星形聯(lián)結(jié)時星形聯(lián)結(jié)時ZUIll3 三三角角形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)時時：Z31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2lUU31P (a) 僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。 )(2StUT (b) Y 起動起動 ststTIY 換接起動適合于空載或輕載起動的場合換接起動適合于空載或輕載起動的場合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+U

20、l+U1W2V2W1U2V1L1L3L2FUQQ2R 12220220)(st2IIRXREIRR滑環(huán)滑環(huán)電刷電刷定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子起動電阻起動電阻 R2 Tst 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT A2849230880380310453. 1)NNN3N2Ncos310 UPI 一臺一臺Y225M-4型的三相異步電型的三相異步電 動機(jī)，定子動機(jī)，定子繞組繞組型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：，

21、求： 2）由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 （四極電動機(jī)）（四極電動機(jī)）minr 15000/n 013. 015001480150000N nnns 3）mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9638429022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT 在在上例中上例中(1)如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 510.2Nm, 試試問在問在U=UN和和U =0.9UN兩種情況下電動機(jī)能否起兩種情況下電動機(jī)能否起動？（動？（2）采用）采用Y- 換接起動時，求起動電流和換接起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。起動轉(zhuǎn)矩。 又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)矩的又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)矩的80%和和50%時，電動機(jī)能否起動？時，電動機(jī)能否起動？ (1) Tst = 551.8Nm 510.2 N. m mN2510mN 4478551902st .T (2) Ist =7IN=7 84.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U = 0.9UN 時時132329183%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY .TT起動起動mN918385513131ststY .TT(