電機(jī)與拖動(dòng)（高職）全套教學(xué)課件

電機(jī)與拖動(dòng)緒論全套可編輯PPT課件緒論變壓器直流電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)同步電機(jī)特種電機(jī)電動(dòng)機(jī)的選擇“電機(jī)與拖動(dòng)”是將“電機(jī)學(xué)”和“電力拖動(dòng)”兩門課程有機(jī)地結(jié)合的一門課程。本課程主要研究電機(jī)的基本理論問(wèn)題，包括電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、內(nèi)部電磁變換的物理過(guò)程、功率關(guān)系和機(jī)械特性等內(nèi)容；同時(shí)將系統(tǒng)地討論電力拖動(dòng)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，重點(diǎn)放在研究電機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速三大問(wèn)題上。任務(wù)：掌握常用電機(jī)和變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能，以及電動(dòng)機(jī)的選擇方法，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下必要的理論基礎(chǔ)。一、電機(jī)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)概述1）按能量傳遞形式及用途分類發(fā)電機(jī)?？蓪⒎请娔苻D(zhuǎn)換為電能。電動(dòng)機(jī)?？蓪㈦娔苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能。變壓器?？筛淖兣c電能相關(guān)聯(lián)的電壓及電流而不改變頻率控制電機(jī)。可實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、信號(hào)處理或伺服驅(qū)動(dòng)等功能。1.電機(jī)的分類2）按電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及電源性質(zhì)分類靜止電機(jī)。變壓器是一種無(wú)運(yùn)動(dòng)部件的電能變換器，因此又稱為靜止電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)按照電源性質(zhì)的不同，又可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，而交流電機(jī)還可分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。直線電機(jī)。在電力工業(yè)中，發(fā)電機(jī)和變壓器是發(fā)電站和變電所的主要設(shè)備。在機(jī)械制造、冶金、紡織、煤炭、石油、化工、印刷及其他行業(yè)，人們利用電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，來(lái)拖動(dòng)機(jī)床、軋鋼機(jī)、紡織機(jī)、鉆探機(jī)、電鏟機(jī)、起重機(jī)、傳輸帶等各種生產(chǎn)機(jī)械。在交通運(yùn)輸業(yè)，各種交通設(shè)備需要大量的牽引電機(jī)和船用、航空電機(jī)來(lái)拖動(dòng)。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，在電力排灌、播種、收割等機(jī)械化生產(chǎn)中，都需要不同規(guī)格的電動(dòng)機(jī)。在伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、航天航空和國(guó)防科學(xué)等領(lǐng)域的自動(dòng)控制技術(shù)中，各種各樣的控制電機(jī)承擔(dān)著檢測(cè)、定位、隨動(dòng)、執(zhí)行和解算等任務(wù)。在小轎車中，裝備有各類微型特種電機(jī)。醫(yī)療儀器、電動(dòng)工具、家用電器、辦公自動(dòng)化設(shè)備和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備。2．電機(jī)的應(yīng)用以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)的拖動(dòng)方式稱為電力拖動(dòng)，又稱電機(jī)傳動(dòng)。3．電力拖動(dòng)系統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般由控制設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)設(shè)備和電源五部分組成，如圖0-1所示。圖0-1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成二、電機(jī)理論中的基本電磁定律1．描述磁場(chǎng)的物理量磁場(chǎng)是指?jìng)鬟f實(shí)物間磁力作用的場(chǎng)，它是由運(yùn)動(dòng)電荷或電場(chǎng)的變化而產(chǎn)生的。1）磁感應(yīng)強(qiáng)度在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向放置一個(gè)通電導(dǎo)體，其所受的電磁力F與電流I和導(dǎo)體長(zhǎng)度L的乘積IL之比稱為通電導(dǎo)體所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，即（0-1）磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流之間的方向關(guān)系可用右手螺旋定則來(lái)確定。在國(guó)際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位為特斯拉（T）。

右手螺旋定則:（1）假設(shè)用右手握住通電直導(dǎo)線，大拇指指向電流方向，那么彎曲的四指就表示導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)方向，如圖0-2所示；（2）假設(shè)用右手握住通電螺線管，彎曲的四指指向電流方向，那么大拇指的指向就是通電螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)方向。圖0-2右手螺旋定則如果磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相同，則這樣的磁場(chǎng)稱為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。2）磁通磁通

是描述磁場(chǎng)在某一范圍分布情況的物理量。磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的某一橫截面積S的乘積稱為通過(guò)該面積的磁通

，即（0-2）磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱為磁通密度。在國(guó)際單位制中，磁通的單位為韋伯（Wb）。

或3）磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率μ是用來(lái)衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力大小的物理量，其單位為亨利每米（H/m）。4）磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H是分析磁場(chǎng)時(shí)所引用的一個(gè)輔助物理量，定義為（0-4）在國(guó)際單位制中，磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位為安培每米（A/m）。5）磁通勢(shì)磁通勢(shì)F又稱磁動(dòng)勢(shì)，用于表征電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生磁通量的能力，類似于電場(chǎng)中的電動(dòng)勢(shì)或電壓。此外，永磁材料也以某種方式表現(xiàn)出磁通勢(shì)。磁通勢(shì)的單位為安培（A）。電流流過(guò)導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁通勢(shì)為

（0-5）式中，N——線圈匝數(shù)；I——流過(guò)導(dǎo)體的電流。2．電路定律基爾霍夫電流定律（KCL）：在任一時(shí)刻，流入某一節(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于由該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。其表達(dá)式為（0-6）（0-7）基爾霍夫電壓定律（KVL）：在任一時(shí)刻，沿任一回路的繞行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。其表達(dá)式為3．磁路定律1）磁路的基爾霍夫第一定律磁路中的任一閉合面內(nèi)，在任一瞬間進(jìn)入或穿出該閉合面的各分支磁路磁通的代數(shù)和等于零，即

（0-8）2）安培環(huán)路定律在磁場(chǎng)中，沿任一長(zhǎng)度為l的閉合磁回路，磁場(chǎng)強(qiáng)度H的線積分等于該回路環(huán)鏈所有電流I的代數(shù)和。以圖0-3所示磁路為例，應(yīng)用安培環(huán)路定律有

（0-9）圖0-3磁路在電機(jī)中，當(dāng)一個(gè)N匝的線圈流過(guò)電流I時(shí)，式（0-9）可寫為

（0-10）即

（0-11）4．電磁感應(yīng)定律變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，使磁場(chǎng)中的導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)電機(jī)線圈中的磁通發(fā)生變化時(shí)，線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)導(dǎo)體與磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體切割磁感線，使導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為切割電動(dòng)勢(shì)。1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可表示為2）切割電動(dòng)勢(shì)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，若直導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度為l，直導(dǎo)線相對(duì)于磁場(chǎng)的切割速度為v，則切割電動(dòng)勢(shì)為切割電動(dòng)勢(shì)的方向可用右手定則來(lái)判定。（0-14）右手定則：伸開右手，使大拇指與其余四指垂直且處在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直進(jìn)入手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)的方向，此時(shí)四指所指的方向即為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，如圖0-4所示。圖0-4右手定則5．電磁力定律在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，若直導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度為l，直導(dǎo)線上的電流為I，且磁場(chǎng)方向和直導(dǎo)線相互垂直，則作用在直導(dǎo)線上的電磁力為（0-15）載流導(dǎo)體所受電磁力的方向可由左手定則來(lái)判定。左手定則：若電流方向與磁場(chǎng)方向垂直，伸出左手使大拇指與其余四根手指垂直，且都在一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線從手心垂直進(jìn)入，四根手指指向電流方向，此時(shí)大拇指所指方向即為載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力方向，如圖0-5所示。圖0-5左手定則三、電機(jī)常用材料及其特性1．電機(jī)常用材料用于構(gòu)成電路，常用鋁或銅制成。導(dǎo)電材料：用于構(gòu)成磁路，常用0.35mm或0.5mm厚、兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。導(dǎo)磁材料：用于將帶電部分隔離開來(lái)，常用云母、絕緣橡膠、陶瓷等材料制成。絕緣材料：用于支撐電機(jī)結(jié)構(gòu)，常用鋼鐵或鋁合金制成。支撐材料：2．鐵磁性材料的磁化特性1）高導(dǎo)磁性在有外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇的方向?qū)⒅饾u改變到與外磁場(chǎng)方向接近或一致，使鐵磁性材料內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度大大增強(qiáng)，對(duì)外呈現(xiàn)出很強(qiáng)的磁性，如圖0-6（b）所示。此時(shí)，鐵磁性材料即被強(qiáng)烈磁化了。（a）沒(méi)有外磁場(chǎng)

（b）有外磁場(chǎng)圖0-6磁疇與磁化為什么鐵磁性材料能夠被磁化呢？這是因?yàn)殍F磁性材料的內(nèi)部存在許多自發(fā)磁化的小區(qū)域，這些小區(qū)域稱為磁疇。2）磁飽和性在鐵磁性材料的磁化過(guò)程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的曲線稱為磁化曲線，如圖0-7所示。當(dāng)外磁場(chǎng)增強(qiáng)到一定值時(shí)，鐵磁性材料內(nèi)部所有磁疇的方向都已與外磁場(chǎng)方向一致，此時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到飽和，這種特性稱為鐵磁性材料的磁飽和性。圖0-7B和μ與H的關(guān)系由于B與H不成正比，所以，鐵磁性材料的磁導(dǎo)率

是常數(shù)，它隨H的變化而變化。3）磁滯性磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化，這種性質(zhì)稱為磁滯性。表示B與H變化關(guān)系的閉合曲線稱為磁滯回線。軟磁材料、硬磁（永磁）材料和矩磁材料三類鐵磁性材料的磁滯回線如圖0-8所示。（a）軟磁材料

（b）硬磁材料

（c）矩磁材料圖0-8鐵磁性材料的磁滯回線4）鐵芯損耗鐵磁性材料在交變磁化過(guò)程中由磁滯現(xiàn)象所引起的能量損耗稱為磁滯損耗。它是由于鐵磁性材料內(nèi)部的小磁疇在交變磁化過(guò)程中反復(fù)轉(zhuǎn)向，相互摩擦引起鐵芯發(fā)熱所造成的。（1）磁滯損耗鐵磁性材料不僅能夠?qū)Т?，同時(shí)還能夠?qū)щ姟．?dāng)線圈中通有交流電時(shí)，它所產(chǎn)生的磁通也是交變的。因此，在鐵芯內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流在垂直于磁通方向的平面內(nèi)呈旋渦狀，故稱為渦流。（2）渦流損耗渦流使鐵芯發(fā)熱所造成的功率損耗稱為渦流損耗。由于整塊金屬的電阻很小，因此，渦流很大，渦流損耗較嚴(yán)重。為減小渦流損耗，在順磁場(chǎng)方向鐵芯可由彼此絕緣的薄鋼片疊成，如圖0-9（b）所示。這樣可將渦流限制在較小的截面內(nèi)流通，并使回路電阻增大、渦流減小，從而減小渦流損耗。圖0-9渦流電機(jī)與拖動(dòng)項(xiàng)目一變壓器項(xiàng)目導(dǎo)讀變壓器是一種能夠轉(zhuǎn)移電能而不改變其交流電源頻率的靜止電能轉(zhuǎn)換器。它可利用電磁感應(yīng)原理，將一種電壓、電流等級(jí)的交流電，轉(zhuǎn)變成同頻率的另一種或多種電壓、電流等級(jí)的交流電。本項(xiàng)目主要介紹變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理，單相、三相變壓器的運(yùn)行特性，以及變壓器的維護(hù)與檢修等。任務(wù)一變壓器的認(rèn)識(shí)任務(wù)引入小李從國(guó)外帶回來(lái)一款電動(dòng)玩具，這款電動(dòng)玩具采用的是100V、50/60Hz電源充電器，無(wú)法在家中插座上直接使用，而購(gòu)買一臺(tái)電壓轉(zhuǎn)換器則需要兩三百元。于是，精通電氣技術(shù)的小李決定自己制作一個(gè)小型變壓器，用它將家用220V電壓轉(zhuǎn)換成100V電壓，然后再由電動(dòng)玩具自帶的電源充電器進(jìn)行充電。思考：變壓器的工作原理是什么？如何制作上述變壓器呢？一、變壓器的作用和分類在電力系統(tǒng)中，變壓器是一種作輸、配電用的電氣設(shè)備。在輸電方面，采用升壓變壓器來(lái)提高電能的電壓等級(jí)，可降低輸電線路對(duì)導(dǎo)線截面積的要求，減小輸電線路上的電壓降，從而降低輸電線路上的功率損耗。在配電方面，為了保證人們的用電安全和滿足用電設(shè)備的電壓要求，需要用降壓變壓器將電網(wǎng)的電壓等級(jí)降為用電設(shè)備所需的電壓等級(jí)。

在電子電路中，變壓器除用于引入電路電源外，還可用于耦合電路、傳遞信號(hào)、實(shí)現(xiàn)阻抗匹配等。1．變壓器的作用1）按用途分類電力變壓器應(yīng)用于電力系統(tǒng)中進(jìn)行變配電的變壓器，常用的有升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器等特種變壓器是具有特殊用途的變壓器的統(tǒng)稱，如自耦變壓器、互感器、電焊變壓器、整流變壓器、礦用變壓器、沖擊變壓器等。2）按電源的相數(shù)分類單相變壓器三相變壓器多相變壓器。2．變壓器的分類繞組是變壓器的電路部分，一般用絕緣銅或鋁導(dǎo)線繞制而成，可由一個(gè)線圈組成，也可由多個(gè)線圈串聯(lián)組成。繞組用于連接電路，以產(chǎn)生磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。與電源連接的繞組稱為一次繞組（或初級(jí)繞組、原邊繞組），與負(fù)載連接的繞組稱為二次繞組（或次級(jí)繞組、副邊繞組）。匝數(shù)較多的繞組工作電壓較高，稱為高壓繞組；匝數(shù)較少的繞組工作電壓較低，稱為低壓繞組。二、變壓器的基本結(jié)構(gòu)1．繞組鐵芯是變壓器的磁路部分，它由鐵芯柱和鐵軛兩部分組成。芯式變壓器：鐵芯呈口形，鐵芯柱分布在鐵芯兩側(cè)，繞組纏繞在鐵芯柱上，構(gòu)成繞組包圍鐵芯的形式，如圖1-1（a）所示。殼式變壓器：鐵芯呈日字形，鐵芯柱位于鐵芯中間，鐵軛位于兩側(cè)，繞組纏繞在鐵芯柱上，構(gòu)成鐵芯包圍繞組的形式，如圖1-1（b）所示。（a）芯式變壓器

（b）殼式變壓器圖1-1芯式變壓器和殼式變壓器2．

鐵芯根據(jù)鐵芯和繞組組合結(jié)構(gòu)的不同，變壓器又可分為芯式和殼式兩種。三、變壓器的工作原理變壓器是利用電磁感應(yīng)原理來(lái)工作的。單相變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-5（a）所示。當(dāng)單相變壓器一次繞組輸入電壓

時(shí)，一次繞組中將產(chǎn)生電流

，并產(chǎn)生同頻率的交變磁通

。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，交變磁通

將分別在兩個(gè)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

和，即

（1-1）則一、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小之比為（1-2）由此可知，當(dāng)變壓器的輸入電壓一定時(shí)，只要改變一、二次繞組的匝數(shù)比，就可得到不同的輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)了電能的傳遞。（a）結(jié)構(gòu)示意圖

（b）符號(hào)圖1-5單相變壓器的工作原理圖單相變壓器的符號(hào)如圖1-5（b）所示。四、變壓器的銘牌及額定值變壓器的額定值是指變壓器在規(guī)定的使用環(huán)境和運(yùn)行條件下的主要技術(shù)數(shù)據(jù)限定值。又稱銘牌數(shù)據(jù)。變壓器的額定值是選擇和使用變壓器的依據(jù)，常用的有額定電壓、額定電流、額定容量、額定頻率等。1．變壓器的銘牌與型號(hào)圖1-6變壓器的銘牌變壓器的型號(hào)一般反映了其結(jié)構(gòu)、冷卻方式、額定容量、電壓等級(jí)等內(nèi)容，如圖1-7所示。圖1-7變壓器的型號(hào)表示例如，變壓器的型號(hào)為“SF11-600/10”“S”表示該變壓器為三相變壓器“F”表示冷卻方式為風(fēng)冷式“11”為設(shè)計(jì)序號(hào)“600”表示額定容量為600kV·A“10”表示高壓繞組電壓等級(jí)為10kV2．變壓器的額定值1）額定電壓額定電壓包括一次額定電壓和二次額定電壓。一次額定電壓是指變壓器正常工作時(shí)一次繞組上應(yīng)加的電源電壓，用

表示，二次額定電壓是指一次繞組加上額定電壓時(shí)二次繞組上的空載電壓，用

表示。例如，6000V/400V，表示一次額定電壓為6000V，二次額定電壓為400V。

2）額定電流額定電流是指按規(guī)定的工作方式（長(zhǎng)時(shí)連續(xù)工作、短時(shí)工作或間歇工作）運(yùn)行時(shí)，一、二次繞組允許通過(guò)的最大電流，包括一次額定電流

和二次額定電流

。

3）額定容量額定容量是指二次繞組的額定電壓與額定電流的乘積，用

表示。它是視在功率，單位為V·A。

單相變壓器的額定容量為

（1-3）三相變壓器的額定容量為其相電壓與相電流乘積的

倍，即

4）額定頻率

額定頻率是指變壓器額定運(yùn)行時(shí)一次繞組外加交流電壓的頻率。

我國(guó)規(guī)定工業(yè)及民用交流電的額定頻率為50Hz。五、小型變壓器的參數(shù)設(shè)計(jì)容量在1000V·A以下的變壓器統(tǒng)稱為小型變壓器。在設(shè)計(jì)制作小型變壓器時(shí)，通常需要先確定變壓器的額定容量

、鐵芯柱的截面積

、繞組的匝數(shù)N、導(dǎo)線的直徑、鐵芯窗口的面積等參數(shù)。

1．確定額定容量

單相變壓器二次側(cè)的容量

為二次側(cè)各繞組輸出視在功率的代數(shù)和，即

（1-4）由于變壓器在傳遞電能時(shí)存在銅耗和鐵耗，因此其一次側(cè)容量

比二次側(cè)容量

要大，即

（1-5）式中，

——變壓器的效率，其值總小于1。

單相變壓器的額定容量

取一、二次繞組容量的平均值，即

（1-6）

2．計(jì)算鐵芯柱的截面積單相變壓器鐵芯柱的截面積與其額定容量有關(guān)，通常根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即

（1-7）式中，

——鐵芯柱的截面積，單位為

——截面積計(jì)算系數(shù)，其參考值如表1-1所示。

S（V·A）0～910～4950～499500～9991000以上21.75～21.4～21.2～1.41表1-1截面積計(jì)算系數(shù)的參考值

3．計(jì)算繞組的匝數(shù)和導(dǎo)線直徑1）繞組的匝數(shù)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

（1-8）因此，感應(yīng)產(chǎn)生1V電動(dòng)勢(shì)的匝數(shù)為

（1-9）則一次繞組的匝數(shù)為

（1-10）二次繞組的匝數(shù)為

式中，二次繞組增加了5%的匝數(shù)，以補(bǔ)償負(fù)載運(yùn)行時(shí)線路上的電壓降。

（1-11）2）導(dǎo)線的直徑繞組中導(dǎo)線的截面積

可由勵(lì)磁電流I和電流密度J來(lái)確定，即

（1-12）因此導(dǎo)線的直徑為

（1-13）

4．計(jì)算鐵芯窗口的面積計(jì)算鐵芯窗口的面積A時(shí)，應(yīng)先根據(jù)繞組導(dǎo)線直徑和每層導(dǎo)線的匝數(shù)確定鐵芯窗口的高度h，然后根據(jù)繞組線圈的厚度確定鐵芯窗口的寬度c，則其中

（1-14）

根據(jù)繞組線圈的厚度確定鐵芯窗口的寬度，即

（1-15）

繞組的厚度B可按照下式計(jì)算：

（1-16）

任務(wù)實(shí)施——繞制小型單相變壓器一、實(shí)施目的（1）了解小型變壓器各參數(shù)的計(jì)算方法。（2）掌握小型單相變壓器的繞制方法。電工工具1套，萬(wàn)用表、絕緣電阻表各1塊，E形硅鋼片、導(dǎo)線、木方、青殼紙、各種絕緣材料若干。二、實(shí)施器材三、實(shí)施步驟制作一臺(tái)小型單相變壓器，已知電源頻率為50Hz，單相變壓器一次側(cè)額定電壓為220

V，二次側(cè)輸出電壓為15V，從實(shí)物測(cè)得的E形硅鋼片舌寬（鐵芯柱寬度）為1.4cm，疊片厚度為2cm，鐵芯的硅鋼片為冷軋硅鋼片。1．選擇導(dǎo)線和絕緣材料根據(jù)計(jì)算的導(dǎo)線直徑選擇相應(yīng)規(guī)格的漆包線。2．制作木芯用繞線機(jī)繞制線圈時(shí)，應(yīng)將漆包線繞在預(yù)先做好的線圈骨架上。3．制作線圈骨架用青殼紙?jiān)谀拘旧暇砝@兩圈，層間和接頭處用膠水粘牢，即可制成無(wú)框骨架，如圖1-9所示。（a）粘疊后的骨架

（b）彈性紙尺寸圖1-9無(wú)框骨架1）無(wú)框骨架質(zhì)量要求較高的變壓器一般采用有框骨架，即活絡(luò)框架，其結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。a）上下邊框架

（b）夾板1（c）夾板2（d）活絡(luò)框架圖1-10有框骨架的結(jié)構(gòu)2）有框骨架4．繞線（1）裁剪好絕緣紙。（2）繞線前，先在套好木芯的骨架上墊好對(duì)鐵芯的絕緣，然后將木芯中心孔串入繞線機(jī)軸并緊固。起繞時(shí)，在導(dǎo)線引線頭壓入一條絕緣帶的折條，以便抽緊導(dǎo)線的起始線頭，如圖1-11（a）所示。（3）當(dāng)一組繞組繞制即將結(jié)束時(shí)，要墊上一條絕緣帶的折條，繼續(xù)繞線到結(jié)束，將線尾插入絕緣帶的折縫中，抽緊絕緣帶，以固定線尾，如圖1-11（b）所示。圖1-11繞線（a）

（b）（4）導(dǎo)線要求繞得緊密、整齊，不允許有疊線現(xiàn)象。（5）線包繞制好后，外層絕緣用鉚好焊片的青殼紙纏繞2～3層，用膠水粘牢，將各繞組的引出線焊接在焊片上。5．裝配鐵芯先將硅鋼片從線包兩邊一片一片地交叉對(duì)鑲；鑲到線包中部時(shí)，則要兩片兩片地對(duì)鑲；當(dāng)余下最后幾片硅鋼片時(shí)比較難鑲，需要緊片，即用螺絲刀撬開兩片硅鋼片的夾縫，然后將硅鋼片鑲?cè)耄⒂媚惧N輕輕敲入。6．絕緣處理新繞制或大修后的變壓器必須進(jìn)行浸漆和烘烤處理，浸漆烘烤工藝一般包括預(yù)烘、浸漆、滴漆、烘烤等步驟。任務(wù)二單相變壓器任務(wù)引入小李順利制作出了一個(gè)小型單相變壓器。在使用之前，為了保證安全，需要對(duì)變壓器的性能進(jìn)行測(cè)試。小李先將變壓器接通電源，然后測(cè)量它的輸出電壓，發(fā)現(xiàn)在未接100

V電源充電器（負(fù)載）的情況下，變壓器的輸出電壓為100V，而接入負(fù)載后，變壓器的輸出電壓下降到了87V，明顯不能滿足要求。思考：?jiǎn)蜗嘧儔浩鞯倪\(yùn)行特性有哪些？為什么小李制作的變壓器在接入負(fù)載后輸出電壓會(huì)明顯降低呢？一、單相變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行是指變壓器的一次繞組接交流電源、二次繞組開路時(shí)的工作狀態(tài)，其運(yùn)行原理如圖1-12所示。1.空載運(yùn)行的定義圖1-12單相變壓器的空載運(yùn)行原理2．空載運(yùn)行時(shí)各電磁量的參考方向由于變壓器接在交流電源上，因此其電壓、電流、磁通、電動(dòng)勢(shì)等的大小和方向均隨時(shí)間作周期性變化。為了能正確表明各電磁量之間的關(guān)系，一般按照以下原則來(lái)規(guī)定它們的參考方向。（1）在一次繞組中，電壓的參考方向與電流的參考方向一致。（2）磁通的參考方向與電流的參考方向之間符合右手螺旋定則。（3）繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的參考方向與產(chǎn)生該電動(dòng)勢(shì)的磁通參考方向一致，符合右手螺旋定則和楞次定律。（4）在二次繞組中，電動(dòng)勢(shì)的參考方向與電流的參考方向一致；電壓的參考方向與電流的參考方向一致。3．空載運(yùn)行變壓比變壓器空載運(yùn)行時(shí)，當(dāng)一次繞組接上交流電壓后，一次側(cè)線圈中有電流通過(guò)。在電流作用下，線圈中產(chǎn)生交變磁通（主磁通），該磁通通過(guò)一、二次繞組，在兩繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、，則故、的相位均滯后90°，且，。若忽略漏磁通和繞組電阻的影響，則對(duì)于一次繞組有

(1-17)對(duì)于二次繞組有

(1-18)對(duì)同一變壓器而言，當(dāng)加在一次繞組兩邊的電壓不變時(shí)，由于、為常量，故基本保持不變，稱為恒磁通。此時(shí)有

(1-19)式中，——變壓器的變壓比，簡(jiǎn)稱變比，它是一次繞組與二次繞組之間的電壓比，也可用表示。4．空載電流和空載損耗空載電流是指變壓器空載運(yùn)行時(shí)通過(guò)一次繞組的電流，它一般僅為變壓器額定電流的2%～10%。它一方面用來(lái)產(chǎn)生主磁通，另一方面用來(lái)補(bǔ)償變壓器的鐵損。因此，可將分為兩部分，一部分為無(wú)功分量

，用來(lái)建立磁場(chǎng)，起勵(lì)磁作用，其相位與主磁通相同；另一部分為有功分量，用于補(bǔ)償鐵損，其相位超前90°。故有

(1-20)

上述關(guān)系也可用相量表示，其相量圖如圖1-13所示。通常，，因此可視為，即空載電流主要用于建立磁場(chǎng)，相當(dāng)于勵(lì)磁電流。變壓器空載時(shí)無(wú)功率輸出，它從電源獲取的全部功率都在其內(nèi)部消耗，這部分損耗稱為空載損耗?？蛰d損耗包括變壓器的鐵損和一次繞組上的銅損，而僅占的2%左右，故可認(rèn)為變壓器的空載損耗即為其鐵損，即。圖1-13空載電流相量圖二、單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行是指變壓器的一次繞組接交流電源、二次繞組接負(fù)載時(shí)的工作狀態(tài)，其運(yùn)行原理如圖1-14所示。1．負(fù)載運(yùn)行的定義圖1-14單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行原理2．負(fù)載運(yùn)行變流比變壓器在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，二次繞組中將有電流通過(guò)。二次繞組的磁通勢(shì)也會(huì)產(chǎn)生磁通，并在一次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這會(huì)使得一次繞組中的電流發(fā)生變化。如果將變壓器空載時(shí)一次繞組的電流記作，將接入負(fù)載后一次繞組的電流記作，則空載時(shí)，主磁通由一次繞組的磁通勢(shì)決定；接入負(fù)載后，主磁通由一、二次繞組的合成磁通勢(shì)決定。當(dāng)和不變時(shí)，和基本不變，即不論空載或負(fù)載，鐵芯中主磁通的最大值基本不變，則有用相量表示為由于空載電流很小，可忽略不計(jì)，則

(1-21)于是，一、二次繞組的電流變換關(guān)系為

(1-22)式中，——變壓器的變流比。式（1-22）表明，變壓器一、二次繞組的電流之比與它們的匝數(shù)成反比，故可通過(guò)改變變壓器繞組的匝數(shù)來(lái)改變電流。變壓器一次繞組的電流由變壓器所接負(fù)載的電流決定。

3．阻抗變換變壓器不僅能變換電壓和電流，還能變換阻抗。如圖1-15（a）所示變壓器中，設(shè)其一、二次繞組的內(nèi)阻，漏磁通及空載電流均忽略不計(jì)，則負(fù)載阻抗模為

(1-23)如圖1-15（a）所示方框部分可以用一個(gè)阻抗模來(lái)等效代替，如圖1-15（b）所示，則有

(1-24)圖1-15負(fù)載阻抗的等效變換(a)(b)由于所以

(1-25)

式（1-25）表明，負(fù)載阻抗模|Z|經(jīng)過(guò)變壓器變換后，擴(kuò)大了倍。我們可以采用不同的變壓比，把負(fù)載阻抗模變換為所需要的數(shù)值，以達(dá)到電路的匹配狀態(tài)，使負(fù)載上獲得最大輸出功率，這種做法稱為阻抗匹配。例如，在音響設(shè)備中，為了使揚(yáng)聲器達(dá)到較好的音響效果，需要使其獲得較大的功率輸出，這就要求音響設(shè)備的輸出阻抗與揚(yáng)聲器的阻抗盡量匹配。但實(shí)際上，揚(yáng)聲器的阻抗較小，通常只有幾歐到十幾歐，而音響設(shè)備的輸出阻抗則較大，故可在兩者之間加裝一個(gè)變壓器來(lái)進(jìn)行阻抗匹配。解：（1）根據(jù)式（1-19）可得空載時(shí)二次繞組的電壓為（2）若二次繞組上接的負(fù)載，忽略線圈內(nèi)阻及漏磁通，則二次繞組的電流為根據(jù)式（1-22）可得一次繞組的電流為【例1-1】有一單相變壓器，其一、二次繞組的匝數(shù)為，。若一次繞組上接220V的交流電壓，求：（1）空載時(shí)，二次繞組的電壓為多少？（2）二次繞組上接的負(fù)載時(shí)，一、二次繞組的電流各為多少？三、單相變壓器參數(shù)的測(cè)定方法1．空載試驗(yàn)單相變壓器空載試驗(yàn)的目的是測(cè)定變壓器的變壓比K、空載電流和（或）空載損耗，并求出勵(lì)磁阻抗，由此得出變壓器的勵(lì)磁電阻和勵(lì)磁電抗。單相變壓器空載試驗(yàn)的電路圖如圖1-16所示。通過(guò)儀表可測(cè)得、、、的值，由此可計(jì)算變壓器的勵(lì)磁參數(shù)如下。圖1-16單相變壓器空載試驗(yàn)的電路圖變壓器的變壓比為

(1-26)勵(lì)磁阻抗為

(1-27)勵(lì)磁電阻為(1-28)勵(lì)磁電抗為(1-29)2．短路試驗(yàn)變壓器短路試驗(yàn)的目的是通過(guò)測(cè)量短路電流、短路電壓和短路損耗，來(lái)計(jì)算短路電壓百分值、銅損和短路阻抗。單相變壓器短路試驗(yàn)的電路圖如圖1-17所示。圖1-17單相變壓器短路試驗(yàn)的電路圖將變壓器的二次側(cè)短接，一次側(cè)通過(guò)調(diào)壓器接電源。試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使一次側(cè)電壓從零開始逐漸升高，觀察電流表的讀數(shù)，待所測(cè)電流達(dá)到一次側(cè)額定電流時(shí)停止升壓；然后讀取對(duì)應(yīng)的、值。當(dāng)時(shí)，因外加電壓較低，故鐵芯中的主磁通很小，鐵損也很小，可以忽略不計(jì)。因此有

(1-30)由此可計(jì)算短路參數(shù)如下。短路阻抗為(1-31)短路電阻為(1-32)短路電抗為

(1-33)由于導(dǎo)體的電阻值和溫度有關(guān)，短路試驗(yàn)時(shí)導(dǎo)體的溫度不同，試驗(yàn)結(jié)果也不同，因此根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試驗(yàn)所得電阻值要換算為基準(zhǔn)工作溫度75℃時(shí)的數(shù)值，換算公式為勵(lì)磁電阻為

(1-34)式中，——溫度折算系數(shù)，其中銅繞組為，鋁繞組為；——試驗(yàn)時(shí)的室溫。在基準(zhǔn)工作溫度下，短路電流為額定值時(shí)，，該電壓稱為變壓器的短路電壓或阻抗壓降。由于變壓器的電壓等級(jí)較多，為便于使用，短路電壓通常用額定電壓的百分值來(lái)表示，即

(1-35)短路電壓是變壓器的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了變壓器在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的電壓損失。一般來(lái)說(shuō)，中小型變壓器的為4%～10.5%，大型變壓器的為12.5%～17.5%。四、單相變壓器的運(yùn)行特性1．單相變壓器的外特性單相變壓器在額定狀態(tài)下空載運(yùn)行時(shí)，其二次側(cè)電壓為二次額定電壓；單相變壓器在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，由于其內(nèi)部存在電阻和電抗，其二次側(cè)電壓將隨負(fù)載的變化而變化。當(dāng)變壓器的電源電壓為額定電壓，且負(fù)載的功率因數(shù)一定時(shí)，二次側(cè)電壓與二次側(cè)電流的變化曲線稱為變壓器的外特性，如圖1-18所示。圖1-18變壓器的外特性當(dāng)變壓器帶容性負(fù)載（）運(yùn)行時(shí)，若，則隨的增大而增大；當(dāng)變壓器帶純電阻負(fù)載（）運(yùn)行時(shí)，隨的增大而略微減??；當(dāng)變壓器帶感性負(fù)載（）運(yùn)行時(shí)，隨的增大而減小較多。變壓器在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，和之間存在差值，這一差值與的比值稱為電壓變化率或電壓調(diào)整率，用表示，即

(1-36)一般情況下，當(dāng)時(shí)，變壓器額定負(fù)載的電壓變化率約為5%。2．單相變壓器的效率特性變壓器從電源吸收的有功功率，扣除鐵損和兩側(cè)繞組的銅損，即為變壓器輸出的有功功率，也即變壓器負(fù)載上消耗的功率，即

（1-37）與比值的百分?jǐn)?shù)稱為變壓器的效率，用表示，即

(1-38)變壓器在額定負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，，而在任意負(fù)載下則有(1-39)式中，——負(fù)載系數(shù)，。由于，因此有代入式（1-38）后整理得

（1-40）式（1-40）表明，變壓器的效率隨負(fù)載系數(shù)的變化而變化，由于，故變壓器的效率隨負(fù)載電流的變化而變化。隨變化的曲線稱為變壓器的效率特性，如圖1-19所示。圖1-19變壓器的效率特性任務(wù)實(shí)施——單相變壓器的空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)一、實(shí)施目的（1）掌握單相變壓器空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)的目的和原理。（2）通過(guò)空載試驗(yàn)，測(cè)量單相變壓器的變壓比和空載參數(shù)。（3）通過(guò)短路試驗(yàn)，測(cè)量單相變壓器的短路電流、短路電壓、短路損耗等參數(shù)。萬(wàn)用表、交流電流表、交流電壓表、單相功率表各1塊，單相變壓器（220V/55V）1臺(tái)，單相自耦調(diào)壓器（0～250V）1臺(tái)，閘刀開關(guān)、熔斷器及導(dǎo)線若干。二、實(shí)施器材三、實(shí)施步驟1．單相變壓器空載試驗(yàn)1）測(cè)量單相變壓器的變壓比（1）按如圖1-20所示連接電路。圖1-20變壓比測(cè)量電路（2）將單相自耦調(diào)壓器Ty的手柄置于零位，閉合電源開關(guān)S。（3）調(diào)節(jié)單相自耦調(diào)壓器的手柄，使加在單相變壓器低壓側(cè)的電壓

分別為額定電壓

的100%、75%、50%，依次測(cè)量高壓側(cè)對(duì)應(yīng)的電壓

。（4）根據(jù)3次測(cè)量結(jié)果，分別計(jì)算單相變壓器的變壓比

，取三次計(jì)算結(jié)果的平均值作為該變壓器的實(shí)際變壓比。將測(cè)量與計(jì)算結(jié)果填入表1-3中。

表1-3單相變壓器的變壓比測(cè)量與計(jì)算結(jié)果序號(hào)/V/V1

2

3

變壓器的實(shí)際變壓比

（2）將單相自耦調(diào)壓器的手柄置于零位，閉合電源開關(guān)S。（3）調(diào)節(jié)單相自耦調(diào)壓器的手柄，使其輸出電壓等于變壓器低壓側(cè)的額定電壓

（55

V），觀察交流電流表、單相功率表的讀數(shù)

，并將測(cè)量結(jié)果填入表1-4中。2）測(cè)量單相變壓器的空載參數(shù)（1）按如圖1-21所示連接電路。圖1-21空載試驗(yàn)電路

（4）根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算勵(lì)磁阻抗

、勵(lì)磁電阻

和勵(lì)磁電抗

將計(jì)算結(jié)果填入表1-4中。表1-4單相變壓器的空載參數(shù)測(cè)量與計(jì)算結(jié)果/V/A/W

///

3）繪制單相變壓器的空載特性曲線（1）調(diào)節(jié)單相耦合調(diào)壓器的手柄，使其輸出電壓

等于變壓器低壓側(cè)額定電壓

的1.2倍，讀取交流電流表讀數(shù)

。（2）逐漸降低單相耦合調(diào)壓器的輸出電壓

，直至

從中選取若干節(jié)點(diǎn)，依次讀取各節(jié)點(diǎn)輸出電壓

和交流電流表讀數(shù)

的值，將測(cè)量結(jié)果填入表1-5中。表1-5單相變壓器的空載特性測(cè)量結(jié)果/V

/A

（3）根據(jù)測(cè)量結(jié)果，繪制單相變壓器的空載特性曲線。

2．單相變壓器短路試驗(yàn)（1）按如圖1-22所示連接電路。圖1-22短路試驗(yàn)電路（2）將單相自耦調(diào)壓器的手柄置于零位，閉合電源開關(guān)S。（3）調(diào)節(jié)單相自耦調(diào)壓器的手柄，使其輸出電壓逐漸增大，觀察交流電流表的讀數(shù),直至

達(dá)到單相變壓器一次繞組的額定電流值為止，此時(shí)讀取交流電流表、交流電壓表、單相功率表的讀數(shù)

將測(cè)量結(jié)果填入表1-6中。

（4）根據(jù)測(cè)量結(jié)果，計(jì)算短路電壓百分值

、銅損

和短路阻抗

，將計(jì)算結(jié)果填入表1-6中。表1-6單相變壓器的短路試驗(yàn)測(cè)量與計(jì)算結(jié)果/A/V/W

/W/

任務(wù)三三相變壓器任務(wù)引入在某些航電設(shè)備中，常使三相變壓器做Yd連接，將220V的交流電變換成線電壓為36V的三相交流電，以此作為輸出電源向儀表系統(tǒng)等重要負(fù)載供電。對(duì)于此類36V輸出電源，通常要求其能對(duì)稱輸出，以保證負(fù)載的平穩(wěn)運(yùn)行。思考：三相變壓器有哪些連接組別？三相變壓器采用Yd連接的運(yùn)行特點(diǎn)是什么？一、三相變壓器的磁路結(jié)構(gòu)三相變壓器可由3臺(tái)同容量單相變壓器的一、二次繞組按照一定的順序連接組成，此類變壓器稱為三相組式變壓器；也可用鐵軛把3個(gè)鐵芯柱連在一起構(gòu)成，此類變壓器稱為三相芯式變壓器。1．三相組式變壓器的磁路結(jié)構(gòu)三相組式變壓器的磁路結(jié)構(gòu)如圖1-23所示。其各相磁路相互獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)。當(dāng)外加三相對(duì)稱電壓時(shí)，三相主磁通對(duì)稱，三相空載電流也對(duì)稱。圖1-23三相組式變壓器的磁路結(jié)構(gòu)2．三相芯式變壓器的磁路結(jié)構(gòu)三相芯式變壓器是將3臺(tái)單相變壓器的鐵芯合在一起經(jīng)演變而成的，其演變過(guò)程如下。（1）將3臺(tái)單相變壓器各自的一個(gè)鐵芯柱貼合在一起，形成一個(gè)整體，如圖1-24（a）所示。（2）將中間鐵芯柱省去，如圖1-24（b）所示。當(dāng)繞組流過(guò)三相交流電時(shí)，通過(guò)中間鐵芯柱的磁通是三相磁通之和。因?yàn)槿嚯妷簩?duì)稱，所以（3）將三相鐵芯柱的中心線排列在同一平面內(nèi)，演變成常見(jiàn)的三相芯式變壓器形式，如圖1-24（c）所示。（a）有中間鐵芯柱

（b）無(wú)中間鐵芯柱

（c）常用型圖1-24三相芯式變壓器的磁路結(jié)構(gòu)

二、三相變壓器繞組的連接組1．變壓器繞組的極性在變壓器的一、二次繞組中，某一瞬時(shí)同為高電位（或同為低電位）的出線端稱為同名端，一般用“·

”標(biāo)識(shí)。當(dāng)變壓器一、二次繞組的繞向相同時(shí)，其同名端均在首端，標(biāo)記如圖1-25（a）所示。當(dāng)變壓器一、二次繞組的繞向相反時(shí)，其同名端一個(gè)在首端，一個(gè)在尾端，標(biāo)記如圖1-25（b）所示。

（a）繞向相同

（b）繞向相反圖1-25三相變壓器一、二次繞組電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系在連接3個(gè)高壓繞組和3個(gè)低壓繞組之前，需要判斷高、低壓繞組的極性，標(biāo)記首、末端。表1-8常見(jiàn)的三相變壓器首末端標(biāo)記繞組名稱首

端末

端中性點(diǎn)高壓繞組、、、、N低壓繞組、、、、n2．三相變壓器繞組的連接三相變壓器的高、低壓繞組均可采用星形連接和三角形連接。星形連接是將三相繞組的末端

、、

（或

、

）連接在一起，構(gòu)成中性點(diǎn)，再將它們的首端

、、（或、、）引出箱外，如圖1-26所示。

圖1-26三相繞組的星形連接1）星形連接2）三角形連接三角形連接是指將三相繞組的各相首尾相接，構(gòu)成一個(gè)閉合的回路，再將三相繞組的首端

、

、

（或

、

、

）引出箱外。根據(jù)首尾端連接順序的不同，三角形連接有順序和逆序兩種接法。順序（順時(shí)針）三角形連接是指三相繞組按照

的順序連接，如圖1-27（a）所示；逆序（逆時(shí)針）三角形連接是指三相繞組按照

的順序連接，如圖1-27（b）所示。（a）順序三角形連接

（b）逆序三角形連接圖1-27三相變壓器的三角形連接

3．三相變壓器的連接組三相變壓器一、二次繞組不同接法的組合，形成不同的連接組，例如，Yy、Yd、Ynd、Yyn、Dy、Dd等，下面以Yy、Yd連接組為例進(jìn)行介紹。在Yy連接組中，變壓器的一、二次繞組都采用星形連接，其接線圖如圖1-28（a）所示。若變壓器一、二次繞組的首端為同名端，則一、二次繞組對(duì)應(yīng)的相電動(dòng)勢(shì)之間的相位相同，線電動(dòng)勢(shì)之間的相位也相同，相量圖如圖1-28（b）所示。若將一次繞組線電動(dòng)勢(shì)

指向“12”點(diǎn)鐘（即0點(diǎn)鐘）方向，則二次繞組線電動(dòng)勢(shì)

也指向“12”點(diǎn)鐘方向，如圖1-28（c）所示。故這種連接方式稱為Yy0連接組。1）Yy連接組

（a）接線圖

（b）相量圖

（c）時(shí)鐘表示圖圖1-28Yy0連接組在Yy連接組中，若變壓器一、二次繞組的首端為異名端，則二次繞組線電動(dòng)勢(shì)

與一次繞組線電動(dòng)勢(shì)相量方向相反，將指向“6”點(diǎn)鐘方向，這種連接方式稱為Yy6連接組。

2）Yd連接組在Yd連接組中，變壓器的一次繞組采用星形連接，二次繞組采用逆序三角形連接，其接線圖如圖1-29（a）所示。變壓器一、二次繞組的首端為同名端，一、二次繞組電動(dòng)勢(shì)的相量圖如圖1-29（b）所示。若將一次繞組線電動(dòng)勢(shì)

指向“12”點(diǎn)鐘方向，則二次繞組線電動(dòng)勢(shì)

，它超前

指向時(shí)鐘“11”點(diǎn)鐘方向，如圖1-29（c）所示。故這種連接方式稱為Yd11連接組。

（a）接線圖

（b）相量圖

（c）時(shí)鐘表示圖圖1-29Yd11連接組若在Yd11連接組中將二次繞組的三角形連接相序改變，變?yōu)轫樞蛉切芜B接，則時(shí)鐘短針

將滯后

，指向時(shí)鐘“1”點(diǎn)鐘方向，這種連接方式稱為Yd1連接組。

三、三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行是指將兩臺(tái)或多臺(tái)變壓器的一、二次繞組分別接到各自的公共母線上，共同對(duì)負(fù)載供電的運(yùn)行方式，其接線圖如圖1-30所示。圖1-30變壓器并聯(lián)運(yùn)行接線圖1．三相變壓器并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)（1）提高供電的可靠性。當(dāng)某臺(tái)變壓器發(fā)生故障（或需要檢修）時(shí)，可以將它切除檢修，并將備用變壓器投入并聯(lián)運(yùn)行來(lái)為用戶供電，從而避免了中途停電。（2）提高運(yùn)行效率。當(dāng)負(fù)載隨晝夜、季節(jié)而波動(dòng)時(shí)，可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整投入并聯(lián)運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)，以提高運(yùn)行效率，減少不必要的損耗。（3）提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。變電所的用戶是不斷發(fā)展、不斷增加的，建立變電所時(shí)可以適當(dāng)減少備用容量，當(dāng)用電量增加時(shí)再分批投入新的變壓器，從而減少一次投資。2．三相變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件1）變壓比應(yīng)相等兩個(gè)線圈并聯(lián)時(shí)，必須電壓相等、極性相同（即變壓比相等），才不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。如圖1-31（a）所示，如果兩臺(tái)變壓比不相等()的變壓器并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)兩臺(tái)變壓器的一次繞組均接電源

時(shí)，其二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不相等（不是相同的)。假設(shè)

，則

，兩繞組之間將產(chǎn)生環(huán)流

，如圖1-31（b）所示。圖1-31變壓比不相等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行

為了限制平衡電流，通常規(guī)定：并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，其變壓比

誤差不能超過(guò)變壓比誤差的計(jì)算公式為

（1-42）環(huán)流

稱為平衡電流，其大小與兩臺(tái)變壓器的短路阻抗

和

有關(guān)，即

（1-41）

2）各變壓器的連接組應(yīng)相同兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其連接組應(yīng)相同。兩臺(tái)變壓器的連接組不同，其二次側(cè)線電壓的相位差至少為30°，會(huì)產(chǎn)生很大的電壓差

。如圖1-32所示為Yy0和Yd11兩臺(tái)變壓器并聯(lián)時(shí)，二次繞組線電壓之間的電壓差為

，其中

，此時(shí)

的大小為

（1-43）圖1-32連接組不同的兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行的電壓差

3）變壓器的短路阻抗（短路電壓）應(yīng)相等兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其等效電路如圖1-33所示。圖1-33變壓器并聯(lián)運(yùn)行等效電路當(dāng)兩臺(tái)并聯(lián)的變壓器都正常運(yùn)行時(shí)，其二次側(cè)輸出電壓應(yīng)相等，即

則有

（1-44）任務(wù)實(shí)施——繞制小型單相變壓器一、實(shí)施目的（1）通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定三相變壓器繞組的極性。（2）通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定和校驗(yàn)三相變壓器的連接組。電工工具1套，萬(wàn)用表、交流電壓表各1塊，三相變壓器1臺(tái)（500～1000V·A），導(dǎo)線若干。二、實(shí)施器材三、實(shí)施步驟1．繞組極性的測(cè)定1）一、二次繞組的測(cè)定（1）用萬(wàn)用表的電阻擋測(cè)量三相變壓器的12個(gè)出線端，區(qū)分開6個(gè)繞組。（2）將3個(gè)一次繞組分別標(biāo)記為,3個(gè)二次繞組分別標(biāo)記為2）一次繞組極性的測(cè)定（1）按如圖1-34所示連接電路。（2）接通交流電源，調(diào)節(jié)其大小約為（3）用電壓表測(cè)出電壓

、、

的大小。

圖1-34測(cè)定一次繞組極性線路圖

（4）若

，則首末端標(biāo)記正確；若,則標(biāo)記錯(cuò)誤，應(yīng)該將V、W兩相中任一相繞組的端點(diǎn)標(biāo)記互換。（5）按照同樣的方法，將V、W兩相中的任一相加上約電壓，另外兩相末端相連，然后測(cè)定出U、W相間標(biāo)記。測(cè)定好后，標(biāo)記出3個(gè)一次繞組的同名端。

3）一、二次繞組極性的測(cè)定（1）按如圖1-35所示連接電路。

圖1-35測(cè)定一、二次繞組極性線路圖（2）接通交流電源，調(diào)節(jié)其大小約為

（3）用電壓表測(cè)量出電壓。（4）按照同樣的方法，測(cè)定出V、W兩相一、二次繞組的極性。（5）測(cè)定好后，標(biāo)記出3個(gè)二次繞組的同名端。若

，則U相端與端為同名端，標(biāo)記正確；若，則U相端為

端非同名端，應(yīng)把標(biāo)記互換。

2．連接組別的測(cè)定1）Yy連接組的測(cè)定及校驗(yàn)（1）根據(jù)三相變壓器繞組的連接組別（Yy）畫出高、低壓繞組接線圖并標(biāo)識(shí)首末端，在接線圖上標(biāo)出電動(dòng)勢(shì)的假定正方向，如圖1-28（a）所示。（2）畫出一次繞組的線電動(dòng)勢(shì)相量圖

，如圖1-28（b）所示。

（3）畫出時(shí)鐘表示圖，將一次繞組線電動(dòng)勢(shì)

作為長(zhǎng)針指向“12”點(diǎn)鐘位置，將二次繞組線電動(dòng)勢(shì)

作為短針標(biāo)識(shí)在時(shí)鐘上，如圖1-28（c）所示。

（4）將一次繞組

接上三相交流電源，

端與端用導(dǎo)線連接起來(lái)，接通交流電源，調(diào)節(jié)其大小約為

。

（5）依次測(cè)量電壓

將其記錄在表1-12的測(cè)量值一欄中。

6）計(jì)算

并記錄在表1-12的“校驗(yàn)值”一欄中，校驗(yàn)式為（7）比較表1-12中的各校驗(yàn)值與測(cè)量值，若相同，則繞組連接正確，連接組標(biāo)號(hào)為Yy0，否則為其他標(biāo)號(hào)。表1-12Yy連接組的測(cè)定及校驗(yàn)測(cè)量值校驗(yàn)值/V/V/V/V/VK/V/V/V

（1-45）（1-46）（1-47）

2）Yd連接組的測(cè)定及校驗(yàn)Yd連接組的判定及校驗(yàn)步驟與Yy連接組基本相同。四、注意事項(xiàng)（1）本實(shí)訓(xùn)中加在三相變壓器一次繞組上的電源電壓不能超過(guò)其額定電壓。（2）通電前應(yīng)由指導(dǎo)老師檢查連接好的試驗(yàn)電路圖，核實(shí)無(wú)誤后方可進(jìn)行試驗(yàn)。（3）由于本試驗(yàn)中各步驟相關(guān)性較強(qiáng)，所以每次試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)確保測(cè)量結(jié)果無(wú)誤才可進(jìn)行下面試驗(yàn)。（4）試驗(yàn)完畢后應(yīng)先關(guān)電源再拆線，同時(shí)注意人身及設(shè)備安全。校驗(yàn)式為

（1-48）任務(wù)四變壓器的維護(hù)與檢修任務(wù)引入某自耦變壓器在投入運(yùn)行后，其一次側(cè)有電壓，但電流較小，二次側(cè)既無(wú)電壓也無(wú)電流。維修師傅初步判斷是二次側(cè)斷路所致。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，維修師傅最終找出故障原因?yàn)槎蝹?cè)引出線端頭斷裂，于是挑出線圈上的斷頭，焊上新的引出線，重新包好絕緣層，檢測(cè)無(wú)誤后通電運(yùn)行，自耦變壓器恢復(fù)正常。思考：自耦變壓器的工作原理是什么？它的常見(jiàn)故障有哪些？當(dāng)其發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)如何進(jìn)行檢測(cè)和維修呢？一、電力變壓器的日常維護(hù)與檢修1．電力變壓器的日常維護(hù)（1）平時(shí)應(yīng)保持電力變壓器瓷套管及絕緣子的清潔。（2）應(yīng)保證電力變壓器電氣連接的可靠性，定期檢查各分接開關(guān)，并檢查各觸頭有無(wú)松動(dòng)、灼傷、疤痕，以及其轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性及接觸定位是否異常。（3）應(yīng)保證油冷卻系統(tǒng)的油量和油質(zhì)，定期檢查油位、油溫是否正常，有無(wú)漏油現(xiàn)象，油色有無(wú)變化，油中有無(wú)沉淀物等；檢查散熱器有無(wú)滲漏、生銹、污垢淤積以及限制變壓器油自由流動(dòng)的機(jī)械損傷。（4）每年檢測(cè)避雷器接地的可靠性。避雷器必須可靠接地，在天氣干燥時(shí)檢測(cè)接地電阻，其值不應(yīng)超過(guò)4MΩ。（5）每三年對(duì)電力變壓器的線圈、套管以及避雷器進(jìn)行介損檢測(cè)。2．電力變壓器的日常檢修（1）當(dāng)電力變壓器的負(fù)荷超過(guò)允許的正常過(guò)負(fù)荷值時(shí)，應(yīng)按規(guī)定降低負(fù)荷。（2）電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，由于振動(dòng)會(huì)造成內(nèi)部的鐵軛、繞組、引線、夾件、壓釘?shù)炔考蓜?dòng)或位移，此時(shí)應(yīng)將松動(dòng)或發(fā)生位移的部件緊固。（3）若出現(xiàn)電力變壓器內(nèi)部聲音異常且有爆裂聲；溫度異常并不斷上升；儲(chǔ)油柜或安全氣道噴油；油色變化過(guò)快，油內(nèi)出現(xiàn)碳質(zhì)；套管有嚴(yán)重的破損和放電現(xiàn)象等，應(yīng)立即停電修理。（4）當(dāng)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重漏油等原因使油面顯著下降，低于油位計(jì)的指示限度時(shí)，應(yīng)立即加油。加油時(shí)應(yīng)遵守規(guī)定，如果因大量漏油而使油面顯著下降，則應(yīng)將瓦斯保護(hù)方式設(shè)為“只動(dòng)作于信號(hào)”，而且必須迅速采取堵塞漏油措施，并立即加油。（5）變壓器油位因溫度上升而逐漸升高時(shí)，若最高溫度時(shí)的油位可能高出油位指示計(jì)，則應(yīng)放油，使油位降至適當(dāng)?shù)母叨?，以免溢油。二、特種變壓器及其故障檢修1．常用的特種變壓器1）自耦變壓器自耦變壓器實(shí)際是一臺(tái)單繞組變壓器，其二次繞組是一次繞組的一部分。其結(jié)構(gòu)原理如圖1-36所示。圖1-36自耦變壓器的結(jié)構(gòu)原理與單相變壓器相同，在忽略漏阻抗壓降的影響時(shí)有

（1-49）則

式中，

——自耦變壓器的變壓比。自耦變壓器常見(jiàn)應(yīng)用如下：（1）自耦變壓器可用于連接兩個(gè)電壓接近的大電網(wǎng)，用一個(gè)體積較小的自耦變壓器就可以傳遞較大功率的電能。（2）在大容量的交流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，用自耦變壓器進(jìn)行降壓可以減小交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。（3）把自耦變壓器繞組的中間抽頭做成滑動(dòng)觸頭，可以構(gòu)成自耦調(diào)壓器。2）互感器互感器又稱為儀用變壓器，是一種用以傳遞信息給測(cè)量?jī)x器、儀表和保護(hù)、控制裝置的電能變換器，分為電流互感器和電壓互感器兩種，它們的工作原理與變壓器相同。使用互感器一般有兩個(gè)目的：為了保證工作人員的安全，將測(cè)量回路與高壓電網(wǎng)隔離；可以使用小量程的電流表測(cè)量大電流，用低量程的電壓表測(cè)量高電壓。（1）電流互感器。如圖1-37所示為電流互感器的結(jié)構(gòu)原理。電流互感器的運(yùn)行情況相當(dāng)于單相變壓器的短路運(yùn)行。圖1-37電流互感器的結(jié)構(gòu)原理由于電流互感器要求誤差較小，所以勵(lì)磁電流越小越好，因此鐵芯的磁通密度較低，一般為0.08～0.10Wb/m2。若忽略勵(lì)磁電流，由磁通勢(shì)平衡關(guān)系可得

（1-50）式中，

——電流互感器的變流比。

（2）電壓互感器。電壓互感器的一次繞組匝數(shù)很多，直接并聯(lián)到被測(cè)的高壓線路上；二次繞組匝數(shù)較少，接在高阻抗的測(cè)量?jī)x表（如電壓表、功率表的電壓線圈等）上。因此電壓互感器的二次電流很小，其運(yùn)行情況相當(dāng)于單相變壓器的空載運(yùn)行。3）電焊變壓器交流電弧焊接在實(shí)際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，其電源通常采用電焊變壓器。為了保證電焊的質(zhì)量和電弧燃燒的穩(wěn)定性，電焊變壓器一般有以下要求。（1）電焊變壓器應(yīng)具有60～75V的空載電壓，以保證起弧容易，考慮到操作的安全性，一般不超過(guò)85V。（2）電焊變壓器應(yīng)具有迅速下降的外特性，如圖1-38所示，以滿足電弧特性的要求。圖1-38電焊變壓器的外特性（3）為了滿足不同工件的焊接需要，電焊變壓器應(yīng)具有調(diào)節(jié)焊接電流大小的功能。（4）短路電流不應(yīng)太大，也不應(yīng)太小。常用的電焊變壓器有帶電抗器的電焊變壓器和加裝可移動(dòng)鐵芯的磁分路電焊變壓器兩種，如圖1-39所示。（a）帶電抗器的電焊變壓器

（b）加裝可移動(dòng)鐵芯的磁分路電焊變壓器圖1-39電焊變壓器的工作原理（a）帶電抗器的電焊變壓器

（b）加裝可移動(dòng)鐵芯的磁分路電焊變壓器圖1-39電焊變壓器的工作原理帶電抗器的電焊變壓器如圖1-39（a）所示。它是在二次繞組中串接一個(gè)電抗器，電抗器中的氣隙可以用螺桿調(diào)節(jié)。加裝可移動(dòng)鐵芯的磁分路電焊變壓器如圖1-39（b）所示。它是在一、二次繞組鐵芯柱中間，加裝一個(gè)可移動(dòng)的磁分路鐵芯，為電焊變壓器提供一個(gè)磁分路。1）引出線端頭斷裂如果斷裂的端頭處在線圈的最外層，可掀開絕緣層，挑出線圈上斷裂的端頭，焊上新的引出線，包好絕緣層即可；如果斷裂的端頭處在線圈內(nèi)層，一般無(wú)法修復(fù)，需要拆開重繞。2）線圈的匝間短路如果匝間短路發(fā)生在線圈的最外層，可掀去絕緣層后，在短路處局部加熱（指對(duì)浸過(guò)漆的線圈，可用電吹風(fēng)機(jī)加熱），待漆膜軟化后，用薄竹片輕輕挑起絕緣已破壞的導(dǎo)線。若線芯沒(méi)損傷，可插入絕緣紙，裹住后撳平；若線芯已損傷，則應(yīng)將其剪斷，去除已短路的一匝或多匝導(dǎo)線，將剪開的兩端焊接后墊妥絕緣紙，撳平。用以上兩種方法修復(fù)后均應(yīng)涂上絕緣漆，吹干后再包上外層絕緣。如果故障發(fā)生在無(wú)骨架線圈兩邊沿口的上下層之間，一般也可按上述方法修復(fù)。如果故障發(fā)生在線圈內(nèi)部，一般無(wú)法修理，需拆開重繞。2．特種變壓器常見(jiàn)故障及檢修方法3）線圈對(duì)鐵芯短路其檢修方法可參照匝間短路的有關(guān)內(nèi)容。4）鐵芯噪聲過(guò)大鐵芯噪聲有電磁噪聲和機(jī)械噪聲兩種。如果是電磁噪聲，屬于設(shè)計(jì)原因的，可換用質(zhì)量較佳的同規(guī)格硅鋼片；屬于其他原因的，應(yīng)減輕負(fù)載或排除漏電故障。如果是機(jī)械噪聲，應(yīng)采取措施壓緊鐵芯。5）線圈漏電線圈漏電故障的基本特征是鐵芯帶電和線圈溫升變大，通常是線圈受潮或絕緣老化所所致。若是受潮，只要烘干后故障即可排除；若是絕緣老化，嚴(yán)重的一般較難排除，輕度的可拆去外層包纏的絕緣層，烘干后重新浸漆。6）線圈過(guò)熱線圈過(guò)熱通常是過(guò)載或漏電所致，也可能是設(shè)計(jì)原因所致；若是局部過(guò)熱，則多是匝間短路所致。其檢修方法可參照匝間短路的有關(guān)內(nèi)容。7）鐵芯過(guò)熱鐵芯過(guò)熱通常是過(guò)載、設(shè)計(jì)不佳、硅鋼片質(zhì)量不佳或重新裝配硅鋼片時(shí)少插入硅鋼片等原因所致。其檢修方法可參照上述相關(guān)內(nèi)容。8）輸出側(cè)電壓下降輸出側(cè)電壓下降通常是一次側(cè)輸入的電源電壓不足（未達(dá)到額定值）、二次繞組存在匝間短路，對(duì)鐵芯短路、漏電，或過(guò)載等原因所致。其檢修方法可參照上述相關(guān)內(nèi)容。任務(wù)實(shí)施——檢修變壓器一、實(shí)施目的掌握小型變壓器的檢修流程及檢修方法。常用電工工具1套，萬(wàn)用表、兆歐表各1塊，自耦變壓器1臺(tái)，滑桿電阻器（75Ω、10A）1個(gè)，導(dǎo)線若干。二、實(shí)施器材三、實(shí)施步驟1．絕緣電阻的檢測(cè)用兆歐表檢測(cè)線圈與鐵芯之間以及線圈匝間的絕緣電阻，正常均應(yīng)不低于0.5MΩ。若檢測(cè)異常，則分析故障原因，并進(jìn)行相關(guān)檢查，找出故障位置并排除故障。2．通電檢測(cè)（1）觀察并記錄該自耦變壓器的型號(hào)、額定電壓、額定電流、輸出電壓、容量及變壓比等參數(shù)。（2）空載檢查：接通電源，使自耦變壓器二次側(cè)開路，檢測(cè)自耦變壓器二次繞組的電壓、一次側(cè)電流是否正常。（3）帶額定負(fù)載檢查：檢測(cè)自耦變壓器一、二次側(cè)的電流和繞組的電壓。記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)，并分析檢測(cè)結(jié)果是否正常。（4）變壓器工作一段時(shí)間后，查看自耦變壓器的溫度是否正常；是否有異響。如果溫度偏高或有異響，則進(jìn)行相關(guān)檢查，找出故障位置并排除故障。電機(jī)與拖動(dòng)項(xiàng)目二直流電機(jī)項(xiàng)目導(dǎo)讀直流電機(jī)是實(shí)現(xiàn)直流電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電力機(jī)械，從能量轉(zhuǎn)換的角度來(lái)劃分，直流電機(jī)可分為直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)兩大類。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)和調(diào)速性能，常用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速有較高要求的場(chǎng)合，如大型可逆式軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、造紙和印刷機(jī)械、大型精密機(jī)床和大型起重機(jī)，以及電力機(jī)車、城市電車、地鐵列車、電動(dòng)自行車、船舶機(jī)械等。直流發(fā)電機(jī)主要用作各種直流電源，如直流電動(dòng)機(jī)電源、直流電焊機(jī)電源等。本項(xiàng)目主要介紹直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、銘牌數(shù)據(jù)、運(yùn)行特性及其維護(hù)與檢修方法等內(nèi)容。任務(wù)一直流電機(jī)的認(rèn)識(shí)任務(wù)引入小張經(jīng)常騎電動(dòng)自行車上下班。2020年初，小張接連幾個(gè)月都在家辦公，電動(dòng)自行車也一直閑置著。某日他準(zhǔn)備去公司辦公，便提前將電動(dòng)自行車充滿電，并檢查電動(dòng)自行車的狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它在行駛時(shí)的噪聲很大，速度也比平時(shí)變慢了許多，由于當(dāng)時(shí)維修店都沒(méi)有開門營(yíng)業(yè)，小張決定自己動(dòng)手進(jìn)行修理。通過(guò)查閱資料，小張發(fā)現(xiàn)該電動(dòng)自行車采用的是永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)，并初步判斷噪聲是由于電動(dòng)自行車長(zhǎng)時(shí)間閑置，使電動(dòng)機(jī)