電機(jī)與電氣控制技術(shù)教案

第1、2課時(shí)

課題：

電磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

教學(xué)目的和要求：

補(bǔ)充了解磁場(chǎng)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(xiàn)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(xiàn)圈電路中的電磁關(guān)系及其功率損耗。

教學(xué)方法：

繪圖說(shuō)明，簡(jiǎn)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(shí)。

一、磁路的基本物理量

磁場(chǎng)可由電流產(chǎn)生，用磁感線(xiàn)來(lái)描述。磁場(chǎng)的強(qiáng)弱可用磁感線(xiàn)的疏密程度

來(lái)表示。磁感線(xiàn)可以看成是無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線(xiàn)。

1）磁感線(xiàn)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(xiàn)總是閉合的，既無(wú)起點(diǎn)，也無(wú)終點(diǎn)。

3）磁場(chǎng)中的磁感線(xiàn)不會(huì)相交，因?yàn)榇艌?chǎng)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.磁通中

磁場(chǎng)中穿過(guò)某一截面積A的總磁線(xiàn)數(shù)稱(chēng)為通過(guò)該面積的磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通中,

單位。

磁場(chǎng)中穿過(guò)某一截面積A的總磁線(xiàn)數(shù)稱(chēng)為通過(guò)該面積的磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通

①，單位。

當(dāng)線(xiàn)圈中通以電流后，大部分磁感線(xiàn)沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路，這部

分磁通稱(chēng)為主磁通；還有一部分磁通，沒(méi)有經(jīng)過(guò)氣隙和銜鐵，而是經(jīng)空氣自成

回路，這部分磁通稱(chēng)為漏磁通。

磁通經(jīng)過(guò)的閉合路徑叫磁路。磁路和電路一樣，分為有分支磁路和無(wú)分支

磁路兩種類(lèi)型。

2.磁感應(yīng)強(qiáng)度B

描述磁介質(zhì)中實(shí)際的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，是矢量，用B表示。均勻

磁場(chǎng)中，若通過(guò)與磁感線(xiàn)垂直的某面積A的磁通為①，則

B=①/A

所以磁感應(yīng)強(qiáng)度也稱(chēng)磁通密度，單位T

_Z_

.X

3.磁場(chǎng)強(qiáng)度H

是進(jìn)行磁場(chǎng)計(jì)算時(shí)引進(jìn)的一個(gè)物理量，電流產(chǎn)生磁場(chǎng)外，介質(zhì)被磁化后還

會(huì)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)。單位安每米。

H代表電流本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，反映了電流的勵(lì)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(wú)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(chǎng)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)率以

磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之比，是衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。

u=B/H

u為導(dǎo)磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率。真空的初導(dǎo)率為?！ā贰?。才料的，例〃鑄

鋼的口約為的1000伊。.各種硅鋼片的口約為的6000?7000倍。

5.磁場(chǎng)儲(chǔ)［A/m

磁場(chǎng)能夠儲(chǔ)存能量，這些能量是在磁場(chǎng)建立過(guò)程中由其他能源的能量轉(zhuǎn)換而來(lái)

的。電機(jī)就是借助磁場(chǎng)儲(chǔ)能來(lái)實(shí)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(chēng)為“磁疇”，磁化前，無(wú)外磁場(chǎng)

的作用，雜亂無(wú)章地排列，磁場(chǎng)互相抵消，對(duì)外界不顯示磁性。

若將鐵磁材料放入磁場(chǎng)，在外磁場(chǎng)的作用下，磁疇的軸線(xiàn)趨于一致，形成一

個(gè)附加磁場(chǎng)，疊加在外磁場(chǎng)上，從而使合成磁場(chǎng)大為增強(qiáng)。

變壓器和電機(jī)中的磁場(chǎng)是由通過(guò)線(xiàn)圈的電流來(lái)產(chǎn)生，這些線(xiàn)圈都是繞在磁性

物質(zhì)（稱(chēng)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①將大為增加，且比鐵心外的B和①大很多，一方面可用較小的電流

產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，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：段，外磁場(chǎng)H較弱，H的增加主要是與外磁場(chǎng)同方向的磁疇邊界

增大的過(guò)程，B的增加緩慢；段，外磁場(chǎng)H較強(qiáng)，主要是磁疇沿外磁場(chǎng)的方向

轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程，B迅速增大；段，可隨外磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的磁疇越來(lái)越少，H的增加

變慢，出現(xiàn)了磁飽和現(xiàn)象；段，類(lèi)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(chēng)磁滯現(xiàn)象。當(dāng)H降

為零時(shí)，保留的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱(chēng)為剩磁強(qiáng)度，永

久磁鐵的磁性就是由產(chǎn)生的。

三、磁路的歐姆定律

正如電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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，磁路的磁阻將顯著增加。

四、鐵心損耗

1.磁滯損耗

磁性材料被交變磁化時(shí)，磁疇之間相互摩擦，要消耗能量，對(duì)應(yīng)的功率損

耗

二av

式中a與材料的性質(zhì)有關(guān)，電工鋼的a為1.6——2.3,V為鐵心體積

2.渦流損耗

磁性材料不僅是導(dǎo)磁材料，又是導(dǎo)電材料。在交變磁場(chǎng)作用下，鐵心是也

會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，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(chēng)渦流。渦流在鐵心電阻上的功率損耗稱(chēng)渦流損耗。

=2f22V

式中d為鋼片厚度

第3、4課時(shí)

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(hào)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(jì)算、了解電力變壓器的型號(hào)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(jì)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(shí)物為依托，說(shuō)明其工作原理。

繪圖說(shuō)明，簡(jiǎn)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)

?變壓器：是種靜止的電氣設(shè)備。它是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理，將某一等

級(jí)的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換成同頻率的另一等級(jí)電壓和電流的設(shè)備。

?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(gè)閉合的鐵心磁路中，套上兩個(gè)相互獨(dú)立的、絕緣的繞組，

這兩個(gè)繞組之間只有磁的耦合，沒(méi)有電的聯(lián)系，如圖1-1所示。

一次繞組（也稱(chēng)原繞組或初級(jí)繞組）：接

交流電源；其匝數(shù)為N1；

二次繞組（也稱(chēng)副繞組或次級(jí)繞組）：接

負(fù)載；其匝數(shù)為岫。

圖i-i變壓器基本工作原理

當(dāng)在一次繞組中加上交流電壓a時(shí)在一、二次繞組中其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值

分別為

（1-1）

二、變壓器的應(yīng)用與分類(lèi)

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(lèi)按用途不同主要分為：

1）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(yàn)變壓器：高壓試驗(yàn)用。

5）控制用變壓器：控制線(xiàn)路中使用。

6)調(diào)壓器：用來(lái)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1—2所示。

1.鐵心

鐵心是變壓器的磁路部分，是繞組的支撐骨架。鐵心由心柱和磁帆兩部分

組成，鐵心用厚度為0.35,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(xiàn)或鋁線(xiàn)繞制而成。工作電壓高的

繞組稱(chēng)為高壓繞組，工作電壓低的繞組稱(chēng)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(shí)現(xiàn)帶電

的變壓器繞組引出線(xiàn)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(cè)溫裝置、分接開(kāi)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

⑴額定容量:指的是變壓器的視在功率，單位為V-A或?A。

a.單相變壓器的額定容量為1122(1—2)

b.三相變壓器的容量為61/22(1—3)

⑵額定電壓UIN和U2N

I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。

2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(duì)于三相變壓器，額定電壓值指的是線(xiàn)電壓，單位為V或。

⑶額定電流1和2：額定電流是根據(jù)允許發(fā)熱條件所規(guī)定的繞組長(zhǎng)期允許通過(guò)的

最大電流值，單位是A或。

I是一次繞組的額定電流；

2是二次繞組的額定電流。對(duì)于三相變壓器，額定電流是指線(xiàn)電流。

(4)額定頻率f

我國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電頻率為500

2.電力變壓器的型號(hào)及主要系列

產(chǎn)品型號(hào)S9_500/10標(biāo)準(zhǔn)號(hào)

敝定容俄500kVA使用條件戶(hù)外式

額定電壓10000/400V冷卻條件ONAN

額定電流28.9/721.7A短路電壓4.05%

額定頻率50Hz器身吊審1015kg

相數(shù)三相油瓶302kg

聯(lián)結(jié)級(jí)別YyflO總?cè)?753kg

制造廠(chǎng)產(chǎn)生H期

第5、6課時(shí)

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(shí)電動(dòng)勢(shì)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(shí)的相量圖。

教學(xué)方法：

繪圖說(shuō)明，簡(jiǎn)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(shí)，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(kāi)路時(shí)的工作情況，如圖1-4

所示。

圖1一4單相變壓器空載運(yùn)行原理圖

一、空載運(yùn)行時(shí)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U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(shì)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(dòng)勢(shì)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4中標(biāo)出各電壓、電流、磁通、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向如圖中

所示。

二、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與漏磁電動(dòng)勢(shì)

1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

若主磁通，?t,則一、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為：

=￡imsin(cot-90°)

。2=-N?-=￡2mSin(s￡-900

其有效值為：E尸4.44中.(1-5)

E2=4.442m(1-6)

相量表不為：￡]=-./4.44例①,"(1-7)

5=-/4.44雙右，"(1-8)

2.漏磁電動(dòng)勢(shì)

變壓器一次繞組漏磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)牖為：％/.0OL/.01

三、變壓器空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式和電壓比

一次繞組電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：

q=—g-或+A%=「￡+/：A+〃;。x?(1—9)

日產(chǎn)-￡=-J4.44叫也(1-10)

二次繞組的端電壓等于其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

t/20=E2(1-11)

變壓器一次繞組的匝數(shù)與二次繞組匝數(shù)N2之比稱(chēng)為變壓器的電壓比k,即

1212^U12(1-12)

當(dāng)N2>NI時(shí)，k<l,則U2>U1,為升壓變壓器;若N2VN1,k>l,則U2VU1,

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(shí)目的。

四、空載電流和空載損耗

變壓器空載里行時(shí)，空載電流4分解成兩部分：

1.無(wú)功分量LOQ,用來(lái)建立磁場(chǎng)，起勵(lì)磁作用，其與主磁通同相位；

2.有功分量人”，用來(lái)供給變壓器鐵心損耗，其相位超前主磁通約90°。

即

???

，10=，IOP+AOP

五、變壓器空載運(yùn)行時(shí)的相量圖

第7、8課時(shí)

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(shí)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(gè)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(shí)的磁通勢(shì)平衡方程式和電動(dòng)勢(shì)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(shí)的基本方程式，變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖。

教學(xué)方法：

繪圖說(shuō)明，簡(jiǎn)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(shí)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)載的情況下的運(yùn)行狀態(tài)，如圖6所示。

圖1-6變壓器負(fù)載運(yùn)行示意圖

一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的各物理量

負(fù)費(fèi)運(yùn)行時(shí)一、.二次電流關(guān)系

A71=-(NjN2).i2(1-14)

上式表明變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，二次電流的變化同時(shí)引起一次電流的變化。

二、變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式

1.磁通勢(shì)平衡方程式

a)突壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁通勢(shì)平衡方程式為

士+B=尸01

12+］乂=/；。乂(1-15)

(2)電流平衡方程式為

忽略L(fǎng)。時(shí)，一、二次繞組電流有效值關(guān)系為

112(1-17)

2.電動(dòng)勢(shì)平衡方程式

二次繞組中漏磁電動(dòng)勢(shì)％即：

Zb2=-J；23乙2=-X2(1T8)

負(fù)載運(yùn)行時(shí)的一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為

6=一￡+；與+“乂|=一￡+；|4

%=-邑-，2&_〃2X?=石2-，2Z?

3Tmn.9

綜上所述，變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式有

；12+/，23/；0環(huán)

J,=-E+IR+JZ,X)=-E+Iz,

??x?}}??i?l

U2=E)—IR>—j12X2=E?—12Z2

E}=kE2

k

U2=1?ZL

三、變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖

四、變壓器的作用

通過(guò)對(duì)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

U122E⑵2

2.變換電流

I12^N2]=1

3.變換阻抗

等效電路

圖1-8變壓器的阻抗變換原理

上式表明，經(jīng)變?nèi)谄靼沿?fù)載阻抗|乙|變換為％］。通過(guò)選擇合適的電壓比k,

可把實(shí)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)

率因數(shù)由2為額定值時(shí)，二次繞組端

壓U隨負(fù)載電流L的變化關(guān)系，即U2(I2)

曲線(xiàn)，如圖9所示。圖1-9變壓器的外特性

在純電阻負(fù)我時(shí)，電壓變化較小;為感性負(fù)我時(shí)，電壓變化較大；而在容

性負(fù)載時(shí)，端電在可能出現(xiàn)隨負(fù)載電流的增加反而上升，如圖9中曲線(xiàn)3所示。

⑵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)5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(xiàn)n=f(L),如圖1T0所示。

對(duì)于電力變壓器，最大效率出現(xiàn)在(?

0.5〃2N

0.75)心時(shí),其額定效率一=0.定一0.99。

圖1-10變壓器的效率特性

第9、10課時(shí)

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(huì)用試驗(yàn)方法來(lái)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(huì)確定繞組的同名端。

難點(diǎn)是用時(shí)鐘法來(lái)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(shí)例為依托說(shuō)明其工作原理,

繪圖說(shuō)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(gè)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(gè)鐵心柱用鐵輒連在一起來(lái)構(gòu)成三相心式變壓器。

一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)

圖三相變壓器組的磁路系統(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1所示。

表1-1三相變壓器繞組首端和末端的標(biāo)志

繞組名稱(chēng)首端尾端中性點(diǎn)

一次繞組A、B、CX、Y、ZN

二次繞組a、b、cx、y、zn

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13a所示。

圖1-13三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)方式

a)星形聯(lián)結(jié)b)星形聯(lián)結(jié)中點(diǎn)引出c)三角形聯(lián)結(jié)

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(shí)也把中點(diǎn)

引出，則用或表示，

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(guó)生產(chǎn)的電

力變壓器常用、、、等四種聯(lián)結(jié)方式，其中大寫(xiě)字母表示一次繞組的聯(lián)結(jié)方式，

小寫(xiě)字母表示二次繞組的聯(lián)結(jié)方式。

高低壓繞組相電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系：

1.同名端

兩個(gè)繞組中電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩個(gè)端點(diǎn)

2.單相變壓器的聯(lián)結(jié)組

06

3.三相變壓器聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)的確定

(1)觀(guān)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(dòng)勢(shì)和線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)

參考方向：末端指向首端

(3)畫(huà)出高壓繞組的電動(dòng)勢(shì)相量圖

繞組為星形時(shí)，先確定相電動(dòng)勢(shì)，再確定線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，相電動(dòng)勢(shì)相量畫(huà)成星形;

繞組為三角形時(shí)，先確定線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，再確定相電動(dòng)勢(shì)，相電動(dòng)勢(shì)相量畫(huà)成三

角形。

(4)畫(huà)出低壓繞組的電動(dòng)勢(shì)相量圖

都先畫(huà)相電動(dòng)勢(shì)，再畫(huà)線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)相量，星形聯(lián)結(jié)時(shí)，相電動(dòng)勢(shì)相量畫(huà)成星形;

三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，相電動(dòng)勢(shì)相量畫(huà)成三角形。

(5)判斷聯(lián)結(jié)組號(hào)，寫(xiě)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(tái)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(duì)值要相等。

第11、12課時(shí)

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(shí)的注意事項(xiàng)

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(shuō)明，簡(jiǎn)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(gè)繞組。如圖1—20所示。

對(duì)于降壓自耦變壓器，一次繞組的一部分充當(dāng)二次繞組；對(duì)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(chēng)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

120-E1212

3.自.耦變壓器的.變流.公式

X=-(愀/乂“2=-力/%(1-24)

4.自耦變壓器的輸出視在功率(即容量)為

—

2I22(1)22I12I2(11)2I1(1—25)

5.使用注意事項(xiàng)

圖1-20降壓自耦變壓器原理圖

(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(guò)電壓；

(2)有短路保護(hù)措施。

6.種類(lèi)：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(dòng)觸頭，就成為自耦調(diào)壓器，常用于調(diào)節(jié)

試驗(yàn)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。

圖1-21三相自耦變壓器原理圖

a)結(jié)構(gòu)示意圖b)電路原理圖圖1-22單相自耦調(diào)壓器原理圖

二、儀用互感器

儀用互感器：供測(cè)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(shí)質(zhì)上是一個(gè)降壓變

圖23為電壓互感器原理圖。

_9

圖L23電壓互感器原理圖

它的一次繞組M匝數(shù)很多，直接并接在被測(cè)的

高壓線(xiàn)路上，二次統(tǒng)組M匝數(shù)較少，接電壓表或其

他儀表的電壓線(xiàn)圈。

(2)使用電壓互感器時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

a.電壓互感器在運(yùn)行時(shí)二次繞組絕不允許短路，否則短路電流很大，會(huì)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(shí)，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(shí)不宜接過(guò)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)很少，一般只有一匝到幾匝；二次繞組匝數(shù)很

多。使用時(shí)一次繞組串接在被測(cè)線(xiàn)路中，流過(guò)被測(cè)電流，而二次繞組與電流表

或儀表的電流線(xiàn)圈構(gòu)成閉合回路，如圖1—24所示。

fl-97

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(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

a.電流互感器運(yùn)行時(shí)二次繞組絕不許開(kāi)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

圖1-24電流互感器原理圖

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(shí)，

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(cè)量精度。

三、弧焊變壓器

弧焊變壓器實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)特殊的降壓變壓器。

1.對(duì)弧焊變壓器提出以下要求：

1)為保證容易起弧，空載電壓應(yīng)在60—75V之間。

2)負(fù)載運(yùn)行時(shí)具有電壓迅速下降的外特征，如圖1—25所示。一般在額定

負(fù)載時(shí)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(guò)大，且焊接電流穩(wěn)定。

2.如何滿(mǎn)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(gè)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(shí)

課題：

三相異步電動(dòng)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(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)。會(huì)用轉(zhuǎn)速

與轉(zhuǎn)差率的公式計(jì)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(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。

難點(diǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的理解。

教學(xué)方法：

以三相異步電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用為切入點(diǎn)，以多媒體課件圖片和實(shí)例為依托

掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，繪圖說(shuō)明三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，介紹旋轉(zhuǎn)

磁場(chǎng)的建立，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的條件，轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速等問(wèn)題。

預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù)：

課后復(fù)習(xí)理解旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(lèi)：按工作方式不同，可分為

r直流發(fā)電機(jī)

r置流電機(jī)直流?動(dòng)機(jī)感應(yīng)（異步）電動(dòng)

機(jī).

旋轉(zhuǎn)電M感應(yīng)電I機(jī)（異步電機(jī)）

率流電機(jī)感應(yīng)（異步）發(fā)電

機(jī)i

「同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)

<同步電動(dòng)機(jī)

I同步補(bǔ)償機(jī)

其中，異步電動(dòng)機(jī)按相數(shù)不同，可分為三相異步電動(dòng)機(jī)和單相異步電動(dòng)機(jī);

按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，可分為籠型和繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子型，其中籠型三相異步電動(dòng)機(jī)由于具

有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)：

三相異步電動(dòng)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。

i.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：0.5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(kāi)口槽（低壓中型）、開(kāi)口槽（大型）

2）定子繞組：

作用：電路部分，感應(yīng)電勢(shì)

組成：圓銅線(xiàn)或扁銅線(xiàn)，導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑小于1.53,散下線(xiàn)；成形線(xiàn)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0.2~1.5,作用是磁場(chǎng)耦合

因?yàn)榇艅?shì)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(xiàn)或鼠籠繞組、軸

1）轉(zhuǎn)子鐵心

作用：磁路的一部分

組成：0.5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(shì)、流過(guò)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(xiàn)電機(jī)用銅導(dǎo)線(xiàn)，利用滑環(huán)和

電刷外接起動(dòng)設(shè)備。

3.接線(xiàn):對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組可以接成星形或三角形。

定子接線(xiàn)方式：

4.分類(lèi)與用途

二、三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理：

定子三相對(duì)稱(chēng)繞組通入三相對(duì)稱(chēng)電流，產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的氣隙磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)

子導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)（相對(duì)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速快）切割磁力線(xiàn)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)

生電流。電流與氣隙磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)從

電網(wǎng)吸收電功率，經(jīng)過(guò)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(chǎng)

1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

二極電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

四極電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

2.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為同步速

3.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由超前相電流所在的相繞組軸線(xiàn)轉(zhuǎn)向滯后相電流所在的相繞組軸

線(xiàn)。改變電流相序，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改變方向。

4.三相合成磁場(chǎng)的性質(zhì)：

1)電流變化一個(gè)周期，即360電角度時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間上轉(zhuǎn)過(guò)同樣數(shù)值

的電角度。

2)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為同步速

3)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由超前相電流所在的相繞組軸線(xiàn)轉(zhuǎn)向滯后相電流所在的相繞組

軸線(xiàn)。

4)改變電流相序，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改變方向。

總之，對(duì)稱(chēng)三相繞組通過(guò)對(duì)稱(chēng)三相電流，產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

(二)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)

1.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理

轉(zhuǎn)子則切割磁力線(xiàn)而產(chǎn)生電流

（右手定電流I方向）

?電流在磁場(chǎng)中切割磁力線(xiàn)而產(chǎn)

生力及力矩（左手定方向）

?它與nO方向相同,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)

?在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)中，n比nO小

2.轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)差率s

三、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌及主要系列。

1.型號(hào)

2.額定值

①額定功率：電動(dòng)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,。

②額定電壓：電動(dòng)機(jī)在額定情況下運(yùn)行，施加在定子繞組上的線(xiàn)電壓,單位為V。

③額定頻率：50o

④額定電流：電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下軸端輸出額定功率時(shí)，定子繞組

的線(xiàn)電流，單位為A。

⑤額定轉(zhuǎn)速：電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率、軸端輸出額定功率時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)

速，單位為。

對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率：

PN=6UN3Ncosd

第15、16課時(shí)

課題：

三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行

教學(xué)目的和要求：

三相異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載與空載運(yùn)行時(shí)相比較，掌握三相異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行

時(shí)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(shí)的磁通勢(shì)平衡方程式和電動(dòng)勢(shì)平衡方程式，。

難點(diǎn)是運(yùn)行時(shí)的基本方程式，負(fù)載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子各物理量與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系。

教學(xué)方法：

繪圖說(shuō)明，簡(jiǎn)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(shí)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(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行

電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行是指電動(dòng)機(jī)軸上沒(méi)有帶任何負(fù)載，故電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n非常

接近旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速nl,n^nl,即轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)速接近于零，

因此可認(rèn)為E2七0,則12-0,空載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子空載電流10近似等于

勵(lì)磁電流。其主要作用是產(chǎn)生三相旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，同時(shí)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(chǎng)產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)每極磁通中m在定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

E.4.44fNK血

異步電動(dòng)機(jī)定子電流產(chǎn)生的磁通中除主磁通中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(chēng)為定

子漏磁通①皿它將在定子繞組中產(chǎn)生漏感電動(dòng)勢(shì)用漏感抗壓降表示為：

EaloXal

因?yàn)镮oX°i?El,可忽略不計(jì)，則：Ul^l,U-E1=4.44fNKi①m

由上式可知，當(dāng)電源頻率一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的每極磁通中m僅與外加電壓U1

成正比。一般情況，電源電壓為額定值，所以每極磁通中m基本是一恒定值，

負(fù)載變化時(shí)，中m也基本不變。

三相異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的電磁現(xiàn)象，電壓平衡方程式與變壓器基本相

似，但變壓器是靜止的不存在機(jī)械摩擦損耗，也基本上不存在氣隙。所以三相

異步電動(dòng)機(jī)的空載電流比變壓器的空載電流大的多。在大、中型容量的異步電

動(dòng)機(jī)中，10占額定電流的10%?35%；在小容量的電動(dòng)機(jī)中，則占35%?50%,

甚至60%。因此空載時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的漏抗壓降占額定電壓的2%?5%,而變壓

器的漏抗壓降不超過(guò)0.5%。

二、三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行

三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行時(shí)，由于負(fù)載轉(zhuǎn)距的影響，實(shí)際轉(zhuǎn)速低于理想

同步轉(zhuǎn)速，若負(fù)載轉(zhuǎn)距不變，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)個(gè)物理量的關(guān)系如下：

(一)、轉(zhuǎn)子繞組的各電磁量

L轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率：fz=sf\；正常運(yùn)行時(shí),f2=0.5~3//z;

2.轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E2s=4.44%N人2中=.$瑪；

3.轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏抗：忽略集膚效應(yīng)，認(rèn)為不變4不變；

4.轉(zhuǎn)子繞組的電流：正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子端電壓1)2=0,%=——=一^；

r2+jx2sr2+jsx2

有效值：；

結(jié)論：轉(zhuǎn)子電流L隨S的增加而增加。

5.轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)：

結(jié)論：轉(zhuǎn)子功率因數(shù)隨S的增加而減小。

6.轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速：月相對(duì)轉(zhuǎn)子速度：〃2="="孤=皿

PP

E相對(duì)定子速度：〃2+〃=S〃1+〃=〃1

結(jié)論：月與月相對(duì)靜止。

(二)、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程

1.磁動(dòng)勢(shì)形式：耳+居=月

2.電流形式:I\=Io+IlL

**定性分析方程的物理意義：

(三)、電動(dòng)勢(shì)平衡方程

1.方程:U\=-￡1i+/i(rl+y%1)

0=E2s-l2(r2+jx2S)

Ei=-/o(rm+jx,?)=-/oZm

2.Z“,的物理意義與變壓器的相同，但由于氣隙的存在，比變壓器的小。

第17、18課時(shí)

課題:

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性與電磁轉(zhuǎn)矩特性

教學(xué)目的和要求：

了解三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性，掌握三相異步電動(dòng)機(jī)工作特性中的功率

因數(shù)特性、效率特性與電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式。

重點(diǎn)與難點(diǎn)：

''重點(diǎn)W難點(diǎn)是定性分析工作特性中的功率因數(shù)特性、效率特性與電磁轉(zhuǎn)矩表

達(dá)式。

教學(xué)方法：

繪圖說(shuō)明，簡(jiǎn)單推正，結(jié)論分析。

預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù)：

電動(dòng)機(jī)效率的計(jì)算與電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算。

一、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性

工作特性指：額定電壓和額定頻率下，7,COS^,7^/(=/(P))的關(guān)系。

它可以由電機(jī)參數(shù)計(jì)算出來(lái)也可以試驗(yàn)測(cè)試出來(lái)。

1.轉(zhuǎn)差率特性S=f(P2)

空載時(shí)，P2=0,pcu20,pcu2=sPem,s^O,n^ni

負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流增加，所以鼻f=sT

=Pem丁=〃但，2COS夕2

一般s(0.01?0.05)(l)ni=(0.99?0.95)nb(P2)是一條下降曲線(xiàn)。

2.效率特性n=f(p2)

空載時(shí)，P2=0,7=0

負(fù)載時(shí)，負(fù)載小損耗增加緩慢，效率快速上升，直到不變損耗;可變損耗，

效率達(dá)到最大。

ZP=3H+PC“2+P3+(PFUC)，負(fù)載繼續(xù)增加，兩個(gè)銅耗增加很快，使效率下

降。

異步電動(dòng)機(jī)效率〃>70%,效率通常在（1/4?3/4）時(shí)達(dá)到最大。

3.功率因數(shù)特性cosg=/（g）

空載時(shí)，定子電流基本上是勵(lì)磁電流，它是無(wú)功電流，所以空載功率因數(shù)非常

低，小于0.2o

負(fù)載時(shí)，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(guò)額定負(fù)載后，轉(zhuǎn)差變大，鼻fnsfn%=arctan'X2。T=>cos^2cos^J

R?

4.轉(zhuǎn)矩特性芍72T因?yàn)檗D(zhuǎn)速變化很小。

5.定子電流特性/1=/（^）70=/1+/2

空載時(shí)，P2=0,L^O,1、=1。

P2

異步電動(dòng)機(jī)工作特性圖

二、三相異步電動(dòng)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&,=C“<D,j8S%

m

=Pem=機(jī)舊/2COS%=\N|)/2COS<p2

Tem1COS=C,,?,,/COS%

V2J

。gN#,V11=/〃”2人2甑2

式中,72=M2稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)

V2kJV2

（二）、參數(shù)表達(dá)式

gpU：歲

參數(shù)表達(dá)式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與參數(shù)的的關(guān)系，即小

2

|+(Xib+X2b)

2電",

.2R；

p-=m^~

因?yàn)椋翰?I>所以得上式

?+kl(z+X2j

Q,=M

p

討論(=小)曲線(xiàn)，即轉(zhuǎn)矩特性：其他參數(shù)一定，*=/($)

分析：異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率S在0?1之間，但實(shí)際上s在。?(臨界轉(zhuǎn)差率)

時(shí)，穩(wěn)定；s在1?之間，不穩(wěn)定；，，處于臨界狀態(tài)。

轉(zhuǎn)矩特性

三個(gè)特征轉(zhuǎn)矩

①額定轉(zhuǎn)矩:額定負(fù)載時(shí)7；=2=9.55.生xl()3(N.M

n

CNN

**注：名的單位為。

②最大電磁轉(zhuǎn)矩：

T.—i

4引士八+片+區(qū)+/)2]的(為+》2)

2

+(x,+x2)玉+為2

特點(diǎn)：⑴與u；成正比；而與u：無(wú)關(guān)；

⑵與轉(zhuǎn)子電阻無(wú)關(guān)；而與轉(zhuǎn)子電阻有關(guān)；

⑶fl一定時(shí)，$+4越大，越小。

⑷過(guò)載能力(或最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù))一般為1.6~2.5,越大，過(guò)載能力越

強(qiáng)。

③起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

0,1，得I,

22

2媼G+r2)+(x,+x2)]

當(dāng)轉(zhuǎn)子回路電阻為：/+/=玉+4時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大電磁轉(zhuǎn)矩。

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：，kslt,Txlt,起動(dòng)能力強(qiáng)。

2：1.0?1.8；Y：1.4-2.2；特殊電機(jī)：4.0以上。

(1)電源電壓、頻率一定時(shí)，認(rèn)為參數(shù)不變，

電磁轉(zhuǎn)矩只與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，曲線(xiàn)如右圖示。(5.26)

(2)1起動(dòng)時(shí)，電抗起主要作用，R2相對(duì)較小。

(3)s接近零時(shí)，R2相對(duì)較大起主要作用.

(4)s等于零時(shí)，到同步速1時(shí)0

1.最大電磁轉(zhuǎn)矩

S_+_____&_____

令%=()得：,JR『+(XW+X2J

正號(hào)為電動(dòng)機(jī)，負(fù)號(hào)為發(fā)電機(jī)

通常，電阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電抗值，上式簡(jiǎn)化為:2

一+"hpU：

max一甸(X”+X20)

討論：（1）頻率一定時(shí)，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(wú)關(guān)，但出現(xiàn)最大電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)得轉(zhuǎn)差率S與七成比例。利用這

個(gè)特點(diǎn)，可以在轉(zhuǎn)子繞組（繞線(xiàn)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(guò)載能力1.6?2.5范圍，它是電機(jī)的重要性能指標(biāo)之

O

2.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

令得T,

1s2

2^,[(/e1+/?2)+(xl<r+x2(T)r]

對(duì)于繞線(xiàn)式電機(jī)，轉(zhuǎn)子回路可以串電阻，使電機(jī)起動(dòng)時(shí)獲得最大轉(zhuǎn)矩，

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（1.0-2.0）

3.異步電動(dòng)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)（L6?2.5）、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（1.0?2.0）、起動(dòng)電

流倍數(shù)（4-7）

第19、20課時(shí)

課題：

三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

教學(xué)目的和要求：

三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的含義，掌握三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性和

人為機(jī)械特性曲線(xiàn)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(xiàn)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(shuō)明，簡(jiǎn)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(gè)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(xiàn)方式）電機(jī)的固有T—n特性曲線(xiàn)對(duì)于曲

線(xiàn)如下頁(yè)圖，它由四個(gè)特殊點(diǎn)決定：

1、0,。(0),電動(dòng)機(jī)處于理想空載點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速no.

2、()，為電動(dòng)機(jī)額定工作點(diǎn)。這時(shí)：(n0-)/n0,=9.55

為電機(jī)額定功率(W),電機(jī)額定轉(zhuǎn)速(),額定轉(zhuǎn)差率S=0.06~0.015

3、T=n=0(S=l)起動(dòng)工作點(diǎn)：

對(duì)于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩受如下條件的影響：

(1)電源電壓，U影響較大，U波動(dòng)，T平方關(guān)系變化

(2)轉(zhuǎn)子電阻R2合適有較大值

(3)電感X2。大下降

一般用起動(dòng)能力系數(shù)人來(lái)表示電動(dòng)機(jī)起動(dòng)能力的好壞。

入(一般人21)

異步電機(jī)工作的條件是起動(dòng)》負(fù)載

4、當(dāng)丁=$=,在臨界工作點(diǎn)，這時(shí)=2/2XM=R2/X20

由于T,ocU2,所以電源波動(dòng)對(duì)扭矩最大值影響很大。在電機(jī)工作過(guò)程

中：負(fù)載變化(沖擊)不能〉。以過(guò)載能力系數(shù)人m來(lái)表示：X

一般，鼠籠式為：入m=1.8?2.2

線(xiàn)繞式為：入m=2.5?2.2

二、人為機(jī)械特性：

人為地改變異步電動(dòng)機(jī)定子電壓U1、電源頻率fl、定子極對(duì)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(gè)或多個(gè)參數(shù)，所獲得的機(jī)械特性,

稱(chēng)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(gè)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(dòng)轉(zhuǎn)矩公式

CUPsR：

22

口R;+(SX2)

1、降低定子端電壓的人為機(jī)械特性

根據(jù)公式，U1下降，nl、不變，、與成正比例降低。

2.轉(zhuǎn)子回路串對(duì)稱(chēng)三相電阻的人為機(jī)械特性

根據(jù)上述四個(gè)公式：nl不變，隨的增大面增大（下降），開(kāi)始隨的增大

而增大；當(dāng)增大到2時(shí)2二，繼續(xù)增大，開(kāi)始減小，如圖中的3時(shí)3減小到

1與2之間，大于1?？梢?jiàn)，電阻越大，線(xiàn)性段特性越軟。

第21、22課時(shí)

課題：

三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)

教學(xué)目的和要求：

掌握籠型與繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式與特點(diǎn)，學(xué)會(huì)根據(jù)負(fù)載的工作情

況選擇起動(dòng)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(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法。

教學(xué)方法：

以對(duì)起動(dòng)的要求為切入點(diǎn)，提出問(wèn)題的解決辦法，以多媒體課件為依托，

繪圖說(shuō)明，簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法及其特點(diǎn)。

起動(dòng)：轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)程。

起動(dòng)要求：1、足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

2、盡可能小的起動(dòng)電流

3、轉(zhuǎn)速平滑上升

4、起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)

5、起動(dòng)過(guò)程的功率損耗盡可能小

一、直接起動(dòng)（全壓起動(dòng)）

就是起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)直接加電網(wǎng)電壓，這時(shí)起動(dòng)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(dòng)力電時(shí)且電機(jī)功率＜30%

變壓器功率時(shí)（頻繁）、電機(jī)功率＜20%變壓器功率時(shí)（不頻繁）可以直接起動(dòng)。

起動(dòng)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(guò)額定允許值，一方面由于與電壓的平方成正比，下降更多，負(fù)載重時(shí)可

能不能起動(dòng)，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(dòng)機(jī)可能停轉(zhuǎn)；（2）繞組過(guò)熱，起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、頻繁時(shí)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(dòng)

（一）鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法

1.定子串電阻或電抗器起動(dòng)

使加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的相電壓Ug低于電源相電壓e

特點(diǎn)：1）適用于空載起動(dòng)（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(dòng)機(jī)。

2.自耦變壓器降壓起動(dòng)

自耦變壓器用作起動(dòng)補(bǔ)償器。

一、二次電壓比為K,K=U12=N12

U1—＜t）電源相電壓U2—U10定子繞組相電壓

?380V

所以，Ui?-o

全壓起動(dòng)時(shí)電流=0

減壓是相電流2=U19=0=

自耦變壓器的一次電流I=2=2

Ui?=<t>'=2

特點(diǎn)：1、在相同的起動(dòng)電流下，從電網(wǎng)吸取的電流減小，即T相同時(shí)，I下降

2、自耦變壓器副邊有多個(gè)抽頭，所以起動(dòng)電壓可選

3、起動(dòng)設(shè)備多且體積大，成本比較高

4、不適于頻繁起動(dòng)（過(guò)電流工作）

5、有一定的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（適用輕載）

6、用在不能Y—△起動(dòng)的場(chǎng)合，（Y形接法工作的電機(jī)）

3.丫一△起動(dòng)

只適用于定子繞組在正常工作時(shí)為三解形聯(lián)接的三相異步電動(dòng)機(jī)。

Y起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)在相電壓e百起動(dòng)

△起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)在相電壓

（線(xiàn)電壓）

設(shè)每相繞組起動(dòng)電流為中

么，線(xiàn)電流為AGEG

/A=（6）/（G）=1/3

/=1/3

說(shuō)明：起動(dòng)電流I是直接起動(dòng)的1/3；起動(dòng)扭矩T是直接起動(dòng)的1/3

特點(diǎn)：1、起動(dòng)電流小，所需設(shè)備簡(jiǎn)單

2、力矩小，適于空載起動(dòng)（輕載）

3、有專(zhuān)門(mén)的Y—△起動(dòng)器

（二）、繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法

繞線(xiàn)電機(jī)由于轉(zhuǎn)子繞組可在起動(dòng)時(shí)串聯(lián)電阻改善特性所以有比較大的起動(dòng)

轉(zhuǎn)矩和比較小的起動(dòng)電流。對(duì)于重載和頻繁起動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，三相鼠籠式異步

電動(dòng)機(jī)難以滿(mǎn)足要求時(shí)，才選用三相繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)。因?yàn)?，繞線(xiàn)式異步電

動(dòng)機(jī)與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)相比較，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制維護(hù)較困難，制造成本較

高，價(jià)格較貴。

1.轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)起動(dòng)

接線(xiàn)原理圖見(jiàn)P52的圖2-24。

起動(dòng)口寸，轉(zhuǎn)子串入全部電阻，］等于「，對(duì)應(yīng)于a點(diǎn)；n/,電磁轉(zhuǎn)矩、；到

b點(diǎn)時(shí)切除1,對(duì)應(yīng)于c點(diǎn)；n/到d點(diǎn)，切除2,對(duì)應(yīng)于e點(diǎn)；n/到f點(diǎn)，切除

3,對(duì)應(yīng)于g點(diǎn),直至在固有機(jī)械特性的h點(diǎn),穩(wěn)定運(yùn)行。

特點(diǎn)：1、與直流電機(jī)起動(dòng)類(lèi)似；用接觸器切換

2、由于起動(dòng)時(shí)，R比較大，所以轉(zhuǎn)子功率因數(shù)?2t,有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)

矩

3、適于帶載起動(dòng)

2.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)

頻敏變阻器是一個(gè)鐵心損耗很大的三相電抗器，鐵心做成三柱式，由較厚

的鋼板疊成。每柱上繞一個(gè)線(xiàn)圈，三相線(xiàn)圈聯(lián)結(jié)成星形，然后接到繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異

步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組上接線(xiàn)原理圖見(jiàn)P52的圖2-25o

每相繞組產(chǎn)刑

鐵心損耗林牧電阻

每相電抗

起動(dòng)時(shí)“工科，鐵心飽和，小，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子回路串入較大的起動(dòng)電阻,

一起動(dòng)電流小，轉(zhuǎn)矩大；

|相當(dāng)于隨著轉(zhuǎn)速的上升，自動(dòng)連續(xù)地減

一小起動(dòng)電流；當(dāng)轉(zhuǎn)速約等于額定轉(zhuǎn)速時(shí)

-----------很小2極低、都很小，相當(dāng)于將起動(dòng)電

阻全部切除。

特點(diǎn)：

(1)起動(dòng)電流小

(2)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大

(3)起動(dòng)過(guò)程平滑性好。

第23、24課時(shí)

課題：

三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)

教學(xué)目的和要求：

利用機(jī)械特性方程分析三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)過(guò)程。

重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)是三相異步電動(dòng)機(jī)的三種制動(dòng)方法與特點(diǎn)。

難點(diǎn)是倒拉反接制動(dòng)的理解；三種制動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率易混淆。

教學(xué)方法:

始終用電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程為基礎(chǔ)，定性地分析三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

過(guò)程及其特點(diǎn)。

預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù)：

課后歸納異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法及其特點(diǎn)。

三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法:

一.機(jī)械制動(dòng)：加機(jī)械抱閘

二.電氣制動(dòng)

1.反接制動(dòng)：

停車(chē)時(shí)，將電動(dòng)機(jī)接電源的任意兩相反接，使電動(dòng)機(jī)由原來(lái)的旋轉(zhuǎn)方向反

過(guò)來(lái)，以達(dá)制動(dòng)的目的。三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)有電源反接制動(dòng)和倒拉反

接制動(dòng)。

a)

注意：

反接制動(dòng)時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)速很大。即切割磁力線(xiàn)的速度

很大，造成12增加，引起n變大。

為限制電流，在制動(dòng)時(shí)要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻。

2.能耗制動(dòng)

3.回饋制動(dòng)(再生發(fā)電制動(dòng))

(1)反向回饋制動(dòng)

(2)正向回饋制動(dòng)

第25、26課時(shí)

課題：

三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速

教學(xué)目的和要求：

掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。

重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)是三相異步電動(dòng)機(jī)的三種調(diào)速方法與特點(diǎn)。

難點(diǎn)是變轉(zhuǎn)差率調(diào)速方法。

教學(xué)方法：

以三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為基礎(chǔ)，定性地分析三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

過(guò)程及其特點(diǎn)。

預(yù)復(fù)習(xí)任務(wù)：

課后歸納異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法及其特點(diǎn)。

異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理：

〃=（1-=（1-s）

三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法：

1）變頻調(diào)速

改變異步電動(dòng)機(jī)定子電源頻率fl來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速nl,從而進(jìn)行調(diào)速。

2）變極調(diào)速

改變異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)P來(lái)改變電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速nl來(lái)進(jìn)行調(diào)速。

3）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

調(diào)速過(guò)程中保持電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速nl不變，改變轉(zhuǎn)差率s來(lái)進(jìn)行調(diào)速。其中

有降低定子電壓、在繞線(xiàn)型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入電阻或串附加電動(dòng)勢(shì)等

方法調(diào)速。

一、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速

（一）變極原理

s

-

2u2

U2

（二）兩

UIU2種常用的

a)變極接線(xiàn)

法

p2PP

Ty=95501=9550—^=9550^^=Tw

nY1nYnyy

2.A/變極調(diào)速

Pyy_GUJiN'ycoscpvy

?1.15

COSt

PK3t7^/wT|APAV3

（三）變極調(diào)速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

二、變頻調(diào)速

（一）變頻與調(diào)壓的配合

i.變頻時(shí)應(yīng)保持電動(dòng)機(jī)主磁通不變，此時(shí)電動(dòng)機(jī)定子電壓與頻率應(yīng)有