電工電子技術(shù)（第3版） 課件 第3章 變壓器與電動(dòng)機(jī)

磁場主要物理量電工電子技術(shù)

知識(shí)目標(biāo)01

1.認(rèn)識(shí)磁場各個(gè)物理量及安培環(huán)路定律能力目標(biāo)021.會(huì)使用物理量表示磁場

素質(zhì)目標(biāo)03訓(xùn)練西蒙學(xué)習(xí)法，養(yǎng)成聚焦專注堅(jiān)持的學(xué)習(xí)習(xí)慣學(xué)習(xí)目標(biāo)K知識(shí)引入磁現(xiàn)象是最早被發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象之一，指南針是最早利用地球磁場工作的工具。在現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)和生活中處處可見

磁場的應(yīng)用，電機(jī)、變壓器、收音機(jī)、電磁測量裝置、熱核聚變裝置等古老的指南針磁現(xiàn)象一、磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通

1．磁感應(yīng)強(qiáng)度B

磁感應(yīng)強(qiáng)度是表示磁場中某點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱和方向，其單位為特斯拉，簡稱特，用符號(hào)T表示。磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，其大小表示磁場中某點(diǎn)磁場強(qiáng)弱，其方向表示該點(diǎn)磁場方向。磁場的分布通常用磁感線表示，磁感線某點(diǎn)切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁場方向。uiΦ磁通Φ2．磁通

磁場中垂直穿過某面積的磁感應(yīng)強(qiáng)度的總和。單位為韋伯，簡稱韋，Wb

磁通量是表示某范圍內(nèi)磁場的強(qiáng)弱，只能反映大小，是標(biāo)量。

磁通量與磁感線之間的關(guān)系是：當(dāng)穿過某面積磁感線數(shù)量越多，該面上的磁通量越大=B·S磁場為均勻磁場，所取面積為平面且與磁場方向垂直

二、磁感強(qiáng)度和磁導(dǎo)率uiΦ磁通Φ通電線圈芯子為鐵，芯子為膠木。會(huì)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部磁場強(qiáng)弱明顯不同，說明通電線圈產(chǎn)生磁場的強(qiáng)弱不僅與線圈尺寸、匝數(shù)、通入電流有關(guān)系，還與媒介質(zhì)材料有關(guān)。為了表述這些因素對(duì)磁場強(qiáng)弱影響，引入兩個(gè)物理量，磁場強(qiáng)度和磁導(dǎo)率

1．磁導(dǎo)率

表示媒介質(zhì)對(duì)磁場強(qiáng)弱的影響的物理量，其單位為H/m，實(shí)驗(yàn)測得真空磁導(dǎo)率為

為一常數(shù)。

相對(duì)磁導(dǎo)率：為了比較媒介質(zhì)對(duì)磁場的影響，把任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值，即：

相對(duì)磁導(dǎo)率是一個(gè)純數(shù)，將自然界物質(zhì)按相對(duì)磁導(dǎo)率不同分成三類：

順磁物質(zhì)，稍大于1，如：空氣、鋁、鉑等；

反磁物質(zhì)，稍小于1，如：氫、銅；

鐵磁物質(zhì)，遠(yuǎn)大于1，可達(dá)到數(shù)百甚至數(shù)千以上（且不是一個(gè)常數(shù)），如鐵、鎳、鈷及其合金。順磁物質(zhì)和反磁物質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率接近于1，近似認(rèn)為他們磁導(dǎo)率相同，與真空磁導(dǎo)率一致，稱為非鐵磁物質(zhì)，或非導(dǎo)磁物質(zhì)。鐵磁物質(zhì)，磁導(dǎo)率很高，在相同通電線圈激發(fā)下能產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，稱為導(dǎo)磁物質(zhì)，在電磁器件中有很廣泛應(yīng)用。二、磁感強(qiáng)度和磁導(dǎo)率uiΦ磁通Φ通電線圈芯子為鐵，芯子為膠棒，會(huì)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部磁場強(qiáng)弱明顯不同，說明通電線圈產(chǎn)生磁場的強(qiáng)弱不僅與線圈尺寸、匝數(shù)、通入電流有關(guān)系，還與媒介質(zhì)材料有關(guān)。為了表述這些因素對(duì)磁場強(qiáng)弱影響，引入兩個(gè)物理量，磁場強(qiáng)度和磁導(dǎo)率

2．磁場強(qiáng)度H

在通電線圈產(chǎn)生磁場中，除了線圈芯子材料即媒介質(zhì)以外，把其他因素：如線圈尺寸、匝數(shù)、通入電流等對(duì)磁場影響綜合成一個(gè)物理量，即磁場強(qiáng)度H。其單位為A/m，且是矢量。磁場強(qiáng)度和磁導(dǎo)率共同決定磁場強(qiáng)弱。3.安培環(huán)路定律：又稱為全電流定律，該式表明磁場強(qiáng)度與磁場經(jīng)歷的路徑成反比，因?yàn)槁窂皆介L，磁場越分散，各點(diǎn)磁場越弱。所以在允許的情況下應(yīng)盡可能縮短磁場經(jīng)歷的路徑。

磁性材料磁化性質(zhì)及磁路田玉主講老師：電工電子技術(shù)

知識(shí)目標(biāo)01

1.認(rèn)識(shí)鐵磁材料的磁化性質(zhì)和磁化原理2.認(rèn)識(shí)鐵磁材料的分類能力目標(biāo)021.會(huì)利用鐵磁材料磁化性質(zhì)分析鐵磁材料的應(yīng)用

思政目標(biāo)03敢于嘗試，發(fā)現(xiàn)潛力，建立突破自我，超越自我的信心學(xué)習(xí)目標(biāo)K知識(shí)引入磁鐵可以吸引鐵質(zhì)的釘子，卻不能吸引木質(zhì)的材料，這是為什么呢？一、磁路及磁路歐姆定律

1．磁路

通電線圈，其芯子為鐵磁質(zhì)。由于鐵磁質(zhì)磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣磁導(dǎo)率，使鐵芯內(nèi)磁通遠(yuǎn)大于空氣中的漏磁通，忽略空氣漏磁通可近似認(rèn)為通電線圈磁場幾乎全部集中在鐵芯內(nèi)，這種集中在一定路徑內(nèi)的磁場稱為磁路。顯然磁路形狀取決于鐵芯形狀uiΦ磁通Φ2．磁路歐姆定律

稱為磁通勢，稱為磁阻，分別對(duì)應(yīng)電阻元件在電路中的電動(dòng)勢和電阻，磁通量對(duì)應(yīng)電流，兩個(gè)關(guān)系式相似，故稱此式為磁路歐姆定律變壓器磁路電動(dòng)機(jī)磁路一、磁路及磁路歐姆定律uiΦ磁通Φ1．變壓器、電動(dòng)機(jī)等電工設(shè)備的磁路為什么都選用磁性材料制成？2．電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子之間有氣隙，與整塊鐵芯比較，在磁通勢F不變的條件下，磁通將如何變化？3.雖然是鐵芯但不是閉合的，如圖還會(huì)成為磁路嗎？由此你可以總結(jié)出磁路形成的條件嗎？變壓器磁路電動(dòng)機(jī)磁路思考12非線性！m不是常數(shù)矯頑力矯頑力剩磁剩磁磁滯性磁飽和非線性1.鐵磁質(zhì)磁化性質(zhì)：非線性；高導(dǎo)磁性；磁飽和性；磁滯性?；敬呕€：B=f（H）或

Φ=f（I）H（I）B（

F）0baB（

F）H（I）ti勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流ti001122334455661二、磁性材料磁化性質(zhì)及分類

鐵磁材料根據(jù)工程上用途的不同可以分為三大類：軟磁材料具有磁導(dǎo)率很高、易磁化、易去磁的顯著特點(diǎn)，適用于制作各種電機(jī)、電器的鐵心。軟磁材料硬磁材料的磁導(dǎo)率不太高、但一經(jīng)磁化能保留很大剩磁且不易去磁，適用于制作各種永久磁體。硬磁材料矩磁材料磁導(dǎo)率極高、磁化過程中只有正、負(fù)兩個(gè)飽和點(diǎn)，適用于制作各類存儲(chǔ)器中記憶元件的磁芯。矩磁材料BH0硬磁性材料磁滯回線包圍的面積很寬大。BH0BH0軟磁性材料磁滯回線包圍的面積很小。二、磁性材料磁化性質(zhì)及分類2.分類鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個(gè)分子電流圈流向一致，這些分子電流產(chǎn)生的磁場疊加起來，就形成了一個(gè)個(gè)天然的小磁性區(qū)域—磁疇。不同鐵磁物質(zhì)內(nèi)部磁疇的數(shù)量不同。通常情況下，鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列雜亂無章，其磁性相互抵消，因此對(duì)外不顯示磁性。鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁性。是因?yàn)樵谄鋬?nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)—磁疇。這些磁疇相當(dāng)于一個(gè)個(gè)小磁鐵。顯然，磁疇是由分子電流產(chǎn)生的。有外磁場作用時(shí)磁疇在外界磁場的作用下，均發(fā)生歸順性轉(zhuǎn)向，使得鐵磁材料內(nèi)部形成一個(gè)很強(qiáng)的附加磁場。磁疇是怎么形成的？二、磁性材料磁化性質(zhì)及分類3.鐵磁材料磁化原因4.鐵芯損耗根據(jù)電流的熱效應(yīng)原理，渦流通過鐵芯時(shí)將使鐵芯發(fā)熱，顯然渦流增加設(shè)備絕緣設(shè)計(jì)的難度，渦流嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備的燒損。φ在交變磁場作用下，整塊鐵芯中產(chǎn)生的旋渦狀感應(yīng)電流稱為渦流。為減小渦流損耗，常用硅鋼片疊壓制成電機(jī)電器的鐵芯。(1)磁滯損耗鐵磁材料反復(fù)磁化時(shí)，內(nèi)部磁疇的極性取向隨著外磁場的交變來回翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)的過程中，由于磁疇間相互摩擦而引起的能量損耗稱為磁滯損耗。磁滯損耗使鐵芯發(fā)熱。(2)渦流損耗渦流對(duì)電氣設(shè)備有何影響？二、磁性材料磁化性質(zhì)及分類K像鐵磁材料磁化一樣，事物都有潛力存在，我們應(yīng)該樹立信心，敢于嘗試，發(fā)現(xiàn)潛力，建立突破自我，超越自我的信心。學(xué)與悟goodbye交、直流電磁鐵田玉主講老師：電工電子技術(shù)

知識(shí)目標(biāo)01

1.認(rèn)識(shí)交流鐵芯線圈電壓與磁通的關(guān)系2.認(rèn)識(shí)交直流電磁鐵的組成、作用、工作原理能力目標(biāo)021.會(huì)分析交直流電磁鐵的故障原因

思政目標(biāo)03體驗(yàn)“正泰電器”深耕電器行業(yè)，做大做強(qiáng)的堅(jiān)韌不拔精神學(xué)習(xí)目標(biāo)K知識(shí)引入uΦei交流勵(lì)磁：線圈中上加正弦交流電壓，產(chǎn)生勵(lì)磁電流產(chǎn)生交變磁通在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢電磁關(guān)系e=-NdΦdt一、交流鐵芯線圈（忽略漏磁通和線圈繞線電阻）假設(shè)：mmfNΦU

2

最大值：有效值：mmfNΦUU44.42

=tfNΦm

cos2=tNΦum

cos

則：提醒：當(dāng)電源電壓U一定，只要線圈匝數(shù)N一定，其主磁通也一定，當(dāng)其他因素變化時(shí)，主磁通不變22結(jié)構(gòu)：鐵心、繞組、銜鐵IU工作原理：線圈通電產(chǎn)生電磁力吸合銜鐵線圈斷電電磁力消失釋放銜鐵應(yīng)用：工業(yè)控制線圈鐵心銜鐵氣隙電磁吸力：f=1078

B02S0

（牛頓）經(jīng)驗(yàn)公式氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度氣隙截面面積二、交直流電磁鐵勵(lì)磁線圈加交流電壓—交流鐵心線圈注意：電磁吸力以兩倍的電源頻率波動(dòng)，引起震動(dòng)和噪聲。在部分磁路上加分磁環(huán)，使兩部分磁路中的磁通產(chǎn)生相位差，消除震動(dòng)和噪聲。二、交直流電磁鐵1.交流電磁鐵電磁吸力：銜鐵吸合過程中吸力大小不變線圈電流：銜鐵吸合過程中電流不斷減小mfNΦU44.4=mRF=ΦSlRm

=為什么？

交流電磁鐵銜鐵卡住，長時(shí)間不能吸合，會(huì)燒毀線圈交流電磁鐵銜鐵卡住，長時(shí)間不能吸合，線圈電流長時(shí)間處于較大狀態(tài)，發(fā)熱大，引起線圈燒毀。勵(lì)磁線圈加直流電壓—直流鐵心線圈思考：交流電磁鐵的鐵心是硅鋼片疊成，直流電磁鐵的鐵心可以是一整塊軟鋼二、交直流電磁鐵2.直流電磁鐵電磁吸力：銜鐵吸合過程中吸力增強(qiáng)線圈電流：銜鐵吸合過程中電流不變mRF=ΦSlRm

=為什么？

交直流電磁鐵不能換用？交流電磁鐵接直流電源，產(chǎn)生很大勵(lì)磁電流，可能燒毀線圈直流電磁鐵接交流電源，勵(lì)磁電流太小，電磁力太小，無法吸合注意：goodbye變壓器結(jié)構(gòu)與工作原理田玉主講老師：電工電子技術(shù)

知識(shí)目標(biāo)01

1.認(rèn)識(shí)變壓器的結(jié)構(gòu)2.認(rèn)識(shí)變壓器的變換電壓、變換電流、變換阻抗的作用與原理能力目標(biāo)021.會(huì)計(jì)算變壓器變換電壓、變換電流、變換阻抗

思政目標(biāo)03傳承中國工匠精神學(xué)習(xí)目標(biāo)K知識(shí)引入2017年，自主研制成功世界首臺(tái)、國際領(lǐng)先、電壓等級(jí)最高、容量最大的500kV100MVA串聯(lián)變壓器，我國變壓器產(chǎn)量較高且出口比例占全球排名第二，如此驕人的成就是變壓器行業(yè)的勞動(dòng)者們辛勤奮斗的結(jié)果，“安全零事故、質(zhì)量零缺陷、進(jìn)度零延誤”的“三個(gè)零”標(biāo)準(zhǔn)，是中國工匠精神的具體體現(xiàn)。2019年，首臺(tái)±400kV換流變壓器順利通過全部出廠試驗(yàn)項(xiàng)目。各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議要求，技術(shù)性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平，再次彰顯了西電西變?cè)趽Q流變壓器設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍地位和領(lǐng)跑水平。u1i10AXΦN1N2u20axS|ZL|1.變壓器的基本結(jié)構(gòu)用硅鋼片疊壓制成的變壓器鐵芯。與負(fù)載相接的二次側(cè)繞組。與電源相接的一次側(cè)繞組。變壓器的主體結(jié)構(gòu)是由鐵芯和繞組兩大部分構(gòu)成的。變壓器的繞組與繞組之間、繞組與鐵芯之間均相互絕緣。一、變壓器結(jié)構(gòu)30工作過程u2Φi1N1u1i2N2參考方向的確定：

原邊是電源的負(fù)載；

副邊是負(fù)載的電源；N1N2e1e2

原、副邊的e與

符合右螺旋法則；二、變壓器工作原理空載運(yùn)行：原邊接入電源，副邊開路。接上交流電源原邊電流i1等于勵(lì)磁電流i10

產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢1i

i10

產(chǎn)生磁通

（交變）二、變壓器工作原理（一）變換電壓

321u二、變壓器工作原理（一）變換電壓變壓器原付邊電壓之比：原付邊電壓相量之比：1．由上式可知，變壓器原付邊電壓在如圖參考方向時(shí)，互為反相關(guān)系。2．原付邊電壓有效值之比為式中N1：原繞組匝數(shù)，N2：付繞組匝數(shù)，k：變比系數(shù)當(dāng)，

為升壓變壓器；當(dāng)，

為降壓變壓器。1u二、變壓器工作原理（二）變換電流

相對(duì)于空載運(yùn)行狀態(tài)，由于鐵心中主磁通沒變，鐵心磁阻也沒有變化，則線圈磁動(dòng)勢也不變，即

此式也適用于電流相量的形式

其有效值之比為

變壓器付繞組接有負(fù)載時(shí)，為負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)，變壓器原、付繞組電流分別為、。

變壓器在帶載運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，當(dāng)電源電壓與空載時(shí)相同時(shí)，據(jù)公式，則鐵心中主磁通不變。

付繞組電壓不變，即空載運(yùn)行狀態(tài)時(shí)變壓公式可用于負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。結(jié)論：1.原副邊電流反相2.原副邊電流之比與匝數(shù)成反比LZu1i1

二、變壓器工作原理（三）變換阻抗結(jié)論1.變壓器原邊等效阻抗性質(zhì)與負(fù)載相同；2.變壓器原邊等效阻抗，

當(dāng)改變?cè)?、付繞組匝數(shù)，可改變變壓器原邊等效阻抗。

變壓器阻抗變換作用常用于電子電路的阻抗匹配。

在電子放大電路中，為有效驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作,常要求負(fù)載電阻與放大器等效內(nèi)阻相等（阻抗匹配），使負(fù)載從放大器中取用最大電功率。如實(shí)際負(fù)載不符合匹配要求，可在負(fù)載與放大器輸出端之間連接變壓器，進(jìn)行阻抗變換。goodbye三相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)原理田玉主講老師：電工電子技術(shù)

知識(shí)目標(biāo)01

1.認(rèn)識(shí)三相異步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理2.認(rèn)識(shí)同步轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率的參數(shù)3.認(rèn)識(shí)三相異步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場能力目標(biāo)021.會(huì)計(jì)算同步轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率2.會(huì)根據(jù)三相異步電機(jī)的參數(shù)正確選用電機(jī)、會(huì)進(jìn)行正確三相繞組連接

思政目標(biāo)03培植心系國家努力創(chuàng)新的精神學(xué)習(xí)目標(biāo)38NSn磁鐵閉合線圈ein0M一、三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理知識(shí)引入磁極旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電流磁場力矩nfNSn0ei一、三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理結(jié)論：1、線圈的轉(zhuǎn)向與磁場的轉(zhuǎn)向一致。2、線圈的轉(zhuǎn)速低于磁場的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的條件：旋轉(zhuǎn)磁場（一）旋轉(zhuǎn)磁場形成二、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場：三相定子繞組中通入三相交流電流而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)的磁場U1V2W1U2V1W2L1L2L3三相繞組相隔120o星形聯(lián)接三相交流電源W2U2V2U1V1W1L1L2L3（一）旋轉(zhuǎn)磁場形成二、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場首端U1、V1、W1接三相電源L1、L2、L3，相序?yàn)?→2→3，三相對(duì)稱電流i1、i2、i3流入定子繞組，相位互差120o。o（一）旋轉(zhuǎn)磁場形成二、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場o從波形看電流流向U1V2W1U2V1W2NS右手定則判斷合成磁場ωt=0時(shí)：i1=0，U1U2中無電流；i2為負(fù)，方向?yàn)橛蒝2流入，從V1流出；i3為正，方向?yàn)閺腤1流入，從W2流出；三相電流產(chǎn)生N極在上，S極在下的合成磁場。（一）旋轉(zhuǎn)磁場形成二、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場oU1V2W1U2V1W2NSU1V2W1U2V1W2NSωt=2π/3時(shí)：i2=0，V1V2中無電流；i3為負(fù)，方向?yàn)橛蒞2流入，從W1流出；i1為正，方向?yàn)閺腢1流入，從U2流出；合成磁場順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120o從波形看電流流向（一）旋轉(zhuǎn)磁場形成二、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場oU1V2W1U2V1W2NSU1V2W1U2V1W2NSU1V2W1U2V1W2NSωt=4π/3時(shí)：i1為負(fù)，方向?yàn)橛蒛2流入，從U1流出；i2為正，方向?yàn)閺腣1流入，從V2流出；i3=0，W1W2中無電流；合成磁場又順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120o從波形看電流流向（一）旋轉(zhuǎn)磁場形成二、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場o從波形看電流流向U1V2W1U2V1W2NSU1V2W1U2V1W2NSU1V2W1U2V1W2NSU1V2W1U2V1W2NSωt=2π時(shí)：合成磁場又順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120o，與ωt=0時(shí)完全一樣。（二）旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向二、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場在定子的三個(gè)空間上互差120o的線圈中分別通入在相位上互差120o的三相交流電時(shí)，能產(chǎn)生一個(gè)合成的旋轉(zhuǎn)磁場，從而使轉(zhuǎn)子隨旋轉(zhuǎn)磁場按相同方向旋轉(zhuǎn)，如要改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，需要改變旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向。任意對(duì)調(diào)兩相繞組與電源連接位置可以改變旋轉(zhuǎn)磁場方向討論

將三根導(dǎo)線中的任意兩根對(duì)調(diào)位置，旋轉(zhuǎn)磁場方向如何？47CZAXYBNSAXBYCZ極對(duì)數(shù)p=1C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'A'X'AXC'Z'CZBB'Y'YNNSS（三）旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速二、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場極對(duì)數(shù)p=2旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1（轉(zhuǎn)/每分）

f1=50Hz時(shí)的同步轉(zhuǎn)速7501000150030004321pn(轉(zhuǎn)/每分)又稱：同步轉(zhuǎn)速n1（四）轉(zhuǎn)差率二、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場

轉(zhuǎn)速差：同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差。

轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)速差與同步轉(zhuǎn)速的比值，用s表示。s是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況的一個(gè)重要參數(shù)1.啟動(dòng)時(shí)：n=0,s=1，轉(zhuǎn)差率最大。2.穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)：n接近n1，s很小。3.額定運(yùn)行時(shí)：s約為0.01～0.08。4.空載時(shí)：s約為0.005以下。5.若n=n1，則s=0，稱為理想空載狀態(tài)，實(shí)際運(yùn)行中不存在。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)銘牌的作用：例：Y100—2型電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)如下：三相交流異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y100L—2功率2.2kW頻率50Hz電壓380V電流6.4A接法Y轉(zhuǎn)速2870r/min絕緣等級(jí)B工作方式S1溫升750C重量150kg防護(hù)等級(jí)IP442001年8月杰飛電機(jī)廠向使用者簡要說明電動(dòng)機(jī)的一些額定數(shù)據(jù)和使用方法。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)1.型號(hào)Y160L-4三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座中心高(mm)磁極數(shù)(S短機(jī)座；M中機(jī)座；L長機(jī)座)p：磁極對(duì)數(shù)2.功率PN

額定運(yùn)行時(shí)，軸上輸出的機(jī)械功率，又稱為電動(dòng)機(jī)容量。輸入功率效率三、三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)3.額定電壓UN

額定運(yùn)行時(shí)，定子繞組上應(yīng)加的線電壓。4.額定電流IN

在UN、PN時(shí)，流入定子繞組的線電流。5.額定轉(zhuǎn)速nN

在UN、PN、IN時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。

根據(jù)電動(dòng)機(jī)的（額定）功率PN、（額定）轉(zhuǎn)速nN，可求出電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩式中，pN單位為W，nN的單位為r/min。

6.額定頻率

fN

我國電網(wǎng)頻率為50HZ。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)7.接法

電動(dòng)機(jī)三相定子繞組的接線方法。接線盒接線盒接Y接P<3kWP>4kWK制勝深藍(lán)，艦載機(jī)電磁彈射技術(shù)發(fā)明者——馬偉明是一位“不當(dāng)官不愛錢不要命，挺直腰板”的愛國工匠，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻克的多項(xiàng)技術(shù)擁有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，曾獲國家科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，領(lǐng)先于世界水平，個(gè)人獲得“八一勛章”，他心系強(qiáng)軍努力創(chuàng)新，始終如一永不放棄。非常值得我們學(xué)習(xí)。學(xué)與悟goodbye三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)田玉主講老師：電工電子技術(shù)

知識(shí)目標(biāo)01

1.認(rèn)識(shí)三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成能力目標(biāo)021.能夠按要求拆裝小型三相異步電機(jī)

思政目標(biāo)03樹立初心報(bào)國匠心筑夢(mèng)的情懷學(xué)習(xí)目標(biāo)K知識(shí)引入電機(jī)又叫電動(dòng)機(jī)、馬達(dá)，1821年，世界上第一臺(tái)電機(jī)問世，發(fā)明者是大名鼎鼎的科學(xué)家法拉第，電機(jī)的運(yùn)用非常廣泛，大到油井的開采設(shè)備、輪船、汽車、飛機(jī)等，小到手機(jī)、CD等產(chǎn)品，2018年曾有人分析認(rèn)為，中國在電機(jī)領(lǐng)域落后西方5年，但是誰也沒有想到，很短的時(shí)間內(nèi)，中國就在最高端的電機(jī)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了彎道超車，從落后到領(lǐng)先，比如登上世界領(lǐng)先水平的輪轂電機(jī)，永磁電機(jī)，華為三合一電機(jī)，大疆無人機(jī)上的電機(jī)，新能源汽車電機(jī)，在電機(jī)領(lǐng)域，中國已經(jīng)從全面落后到部分領(lǐng)先。（一）三相異步電動(dòng)機(jī)的組成三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定子stator定子鐵心定子繞組機(jī)座轉(zhuǎn)子

rotor轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)軸繞線型

籠型

（二）定子的結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)機(jī)座機(jī)座：鑄鐵或鑄鋼定子鐵心定子繞組由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組等組成。定子鐵心沖片在機(jī)座內(nèi)，由0.5mm或者0.35mm厚的互相絕緣的硅鋼片做成的定子鐵芯沖片疊成的圓筒形鐵芯。定子鐵心（二）定子的結(jié)構(gòu)二、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)彼此相隔120o，構(gòu)成對(duì)稱三相繞組，星形或三角形，接法取決于電動(dòng)機(jī)每相繞組的額定電壓和額定電流。定子繞組（三）轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子鐵心：由轉(zhuǎn)子鐵心沖片沖下的內(nèi)圓硅鋼片疊成，壓裝在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子鐵心與定子鐵心之間有空氣隙，共同組成磁路。轉(zhuǎn)子繞組：嵌入轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)轉(zhuǎn)軸風(fēng)扇組成（三）轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)鼠籠型內(nèi)嵌鑄鋁或銅條鼠籠式：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。轉(zhuǎn)子繞組繞線型內(nèi)嵌三相繞組繞線式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。K初心報(bào)國，匠心筑夢(mèng)，中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高級(jí)技師、全國優(yōu)秀共產(chǎn)黨員，洪家光，面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片打磨精度要求非常高，最精尺寸做到2微米的技術(shù)難題，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)刻苦鉆研、鍥而不舍、不斷挑戰(zhàn)自我，成功攻克航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片滾輪精密磨削技術(shù)，榮獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。學(xué)與悟goodbye三相電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性田玉主講老師：電工電子技術(shù)

知識(shí)目標(biāo)01

1.認(rèn)識(shí)三相異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩2.認(rèn)識(shí)三相異步電機(jī)的機(jī)械特性3.認(rèn)識(shí)三相異步電機(jī)的三個(gè)典型轉(zhuǎn)矩能力目標(biāo)021.會(huì)計(jì)算額定轉(zhuǎn)矩2.會(huì)根據(jù)三個(gè)典型轉(zhuǎn)矩的影響因素分析電機(jī)的故障3.會(huì)根據(jù)機(jī)械特性分析電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)

思政目標(biāo)03學(xué)習(xí)中國電機(jī)人的奮斗精神，為科技發(fā)展做貢獻(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)K知識(shí)引入中國電機(jī)成就--永磁電機(jī)為了提升電機(jī)的功率密度，工程師發(fā)現(xiàn)可以把圓線改為扁形的線，因?yàn)閳A線會(huì)導(dǎo)致相鄰的三根線有間隙，而扁形的線則幾乎沒有間隙，就提高了電機(jī)的功率密度。但是扁線電機(jī)加工難度很大，為了解決這個(gè)難題，工程師在扁形銅線上涂了10層特殊材料，使用更先進(jìn)的纏繞方式才解決了這個(gè)難題，現(xiàn)在全球主要的扁線加工產(chǎn)能基本在中國大陸，也就是說我們掌握了永磁電機(jī)最關(guān)鍵的兩項(xiàng)：永磁材料和扁線加工現(xiàn)在在國內(nèi)生產(chǎn)的特斯拉ModelY就換裝了新的國產(chǎn)電機(jī)，不斷價(jià)格更低了，扭矩和功率反而比大陸以外的同類電機(jī)提升近10%，這就是國產(chǎn)永磁電機(jī)的崛起，也讓我們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域整體上真正領(lǐng)先了世界。電磁轉(zhuǎn)矩T由轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流I2（電流的有功分量I2cos

2

）和旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通

相互作用而產(chǎn)生

CT——與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)

cos

2——轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)一、三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩定子

三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理與變壓器相似。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組和二次繞組，它們都是彼此相互獨(dú)立的電路。定子繞組外接交流電源，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n1切割靜止的定子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢e1。與變壓器原理相似。上式表明，旋轉(zhuǎn)磁場的磁通量Φ由電源電壓U1決定。當(dāng)U1不變時(shí)，Φ就基本是恒定的，與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械負(fù)載無關(guān)。

定子電壓：定子磁通：一、三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子功率因數(shù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次繞組，但轉(zhuǎn)子繞組電路的電量的頻率f2與交流電源頻率f1不同，而是小于f1，這是因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速切割定子繞組；而以相對(duì)轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組701.TU12

電源電壓變化時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響很大。2.T受轉(zhuǎn)子電阻的影響(非線性）。

∵R2

、X20為常數(shù)，U1和f1一定（電源電壓為額定值）

∴

T只隨轉(zhuǎn)差率S（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n）變化。

T=f(S)—固有轉(zhuǎn)矩特性

n=f(T)

—機(jī)械特性K——常數(shù)U1——定子繞組的相電壓3.電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)：一、三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩二、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性bc段，是電動(dòng)機(jī)的非穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)：在bc區(qū)段內(nèi)，若機(jī)械負(fù)荷增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速n2下降，隨轉(zhuǎn)速n2下降，電磁轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速進(jìn)一步下降，直至停轉(zhuǎn)。所以電機(jī)在bc區(qū)段內(nèi)不可能穩(wěn)定運(yùn)行

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電源電壓U1保持恒定，轉(zhuǎn)子電路的參數(shù)R2、X20為定值時(shí)，其轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系稱為機(jī)械特性。（一）穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和非穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)n0TnTnabc

最大轉(zhuǎn)矩

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

臨界轉(zhuǎn)差率ab段，是電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)：在此區(qū)段內(nèi)，若機(jī)械負(fù)荷增大，因阻力矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速n2下降，隨轉(zhuǎn)速n2下降，電磁轉(zhuǎn)矩增大，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與阻力矩平衡時(shí)，電機(jī)以較低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行二、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

當(dāng)Sm=R/X20

電磁轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩,最大轉(zhuǎn)矩Tmax與額定轉(zhuǎn)矩TN之比稱為過載系數(shù)，,表示電機(jī)過載能力。一般電機(jī)過載系數(shù)在1.8-2.5之間。（二）三個(gè)典型轉(zhuǎn)矩n0TnTnabc

最大轉(zhuǎn)矩

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

臨界轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩1.額定轉(zhuǎn)矩(Nm)2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax3．起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速n=0,s=1代入得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

上式表示起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓、轉(zhuǎn)子繞組電阻成正比。提高電源電壓或轉(zhuǎn)子繞組電阻可提高電機(jī)起動(dòng)能力，電機(jī)越易于起動(dòng)，起動(dòng)越迅速。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為起動(dòng)系數(shù)，表示電機(jī)起動(dòng)能力。一般電機(jī)起動(dòng)系數(shù)1.7～2.2之間二、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

最大電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓成正比，當(dāng)電源電壓降低，最大電磁轉(zhuǎn)矩按平方規(guī)律下降，當(dāng)負(fù)載大于最大電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)停車，這時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場以最大相對(duì)轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子電流、定子電流最大。如不及時(shí)切斷電源容易出現(xiàn)“悶車”，即電機(jī)因過熱而燒毀。（二）三個(gè)典型轉(zhuǎn)矩

臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子繞組電阻成正比，增大轉(zhuǎn)子繞組電阻，臨界轉(zhuǎn)差率提高，臨界轉(zhuǎn)速下降，而最大電磁轉(zhuǎn)矩不變，機(jī)械特性圖變化如圖，這時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)范圍變大，調(diào)速范圍大，另外起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，起動(dòng)性能好。繞線式電機(jī)外接可調(diào)電阻，轉(zhuǎn)子繞組電阻大，所以其調(diào)速性能、起動(dòng)性能好。nnmnm′OR2R2﹤R2′R2′

轉(zhuǎn)子電阻對(duì)機(jī)械特性的影響TstTst′TmaxT電源電壓降低造成電機(jī)“悶車”增大轉(zhuǎn)子繞組電阻“提升調(diào)速性能、起動(dòng)性能”注

意goodbye三相異步電機(jī)控制田玉主講老師：電工電子技術(shù)

知識(shí)目標(biāo)01

1.認(rèn)識(shí)三相異步電機(jī)的啟動(dòng)問題和啟動(dòng)方法2.認(rèn)識(shí)三相異步電機(jī)的制動(dòng)方法3.認(rèn)識(shí)三相異步電機(jī)的調(diào)速方法能力目標(biāo)021.會(huì)根據(jù)要求選擇合適的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速方法

素質(zhì)目標(biāo)03訓(xùn)練運(yùn)用知識(shí)分析問題解決問題的能力學(xué)習(xí)目標(biāo)K知識(shí)引入高鐵動(dòng)車組是怎么剎車的？

我國高速列車作為高速鐵路新技術(shù)的核心，其技術(shù)進(jìn)展日新月異，在350km/h速度級(jí)高速列車中，最難解決的核心技術(shù)之一是制動(dòng)系統(tǒng)的研制。為抵消前進(jìn)時(shí)巨大的慣性力，常用制動(dòng)情況下，高速列車使用復(fù)合制動(dòng)，即多種制動(dòng)方式同時(shí)采用，制動(dòng)力分別來自空氣制動(dòng)、電制動(dòng)和非黏著制動(dòng)。高速列車制動(dòng)時(shí)，采用電氣信號(hào)傳送制動(dòng)指令，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，根據(jù)檢測到的列車速度設(shè)定制動(dòng)力的大小。一、三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)2．降壓起動(dòng)起動(dòng)時(shí)降低定子繞組電壓，以減小啟動(dòng)電流，正常運(yùn)行時(shí)再恢復(fù)正常電壓稱為降壓起動(dòng)。

1）定子繞組串聯(lián)電阻

缺點(diǎn)是電阻消耗能量，目前這種方法已很少使用

2）Y—△變換

起動(dòng)時(shí)將三相定子繞組接成Y型，正常運(yùn)行時(shí)換成△型。設(shè)備簡單，價(jià)格低，但只能用于正常運(yùn)行時(shí)為三角形接法的電機(jī)，且由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩低，不能用于重載起動(dòng)。1．直接起動(dòng)定子繞組直接與電源連接起動(dòng)稱為直接起動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)簡單，可靠，成本低，起動(dòng)快。但啟動(dòng)電流大，所以只能用于小容量電機(jī)，一般用于容量低于7.5KW小型電機(jī)。

三相異步電機(jī)的起動(dòng)問題：起動(dòng)電流很大，一般為額定電流的4~7倍。過大的啟動(dòng)電流一方面使負(fù)載端電壓下降，影響其他負(fù)載的正常工作；另一方面如電機(jī)頻繁啟動(dòng)，繞組發(fā)熱，損壞絕緣，甚至燒毀。啟動(dòng)問題提示

電機(jī)剛起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速為0，轉(zhuǎn)差率最大，據(jù)前面分析轉(zhuǎn)子電流，定子電流最大。三相異步電機(jī)起動(dòng)方法一、三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

起動(dòng)電流很大，一般為額定電流的4~7倍。因?yàn)殡姍C(jī)剛起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速為0，轉(zhuǎn)差率最大，據(jù)前面分析轉(zhuǎn)子電流，定子電流最大。一方面使負(fù)載端電壓下降，影響其他負(fù)載的正常工作；另一方面如電機(jī)頻繁，繞組發(fā)熱，損壞絕緣，甚至燒毀。啟動(dòng)問題QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2三相異步電動(dòng)機(jī)Y-Δ起動(dòng)器閉合電源開關(guān)，為電機(jī)通電做好準(zhǔn)備提示

電機(jī)剛起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速為0，轉(zhuǎn)差率最大，據(jù)前面分析轉(zhuǎn)子電流，定子電流最大。一、三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)3）自耦降壓起動(dòng)

1.利用三相自耦變壓器將電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中的端電壓降低，以達(dá)到減小起動(dòng)電流的目的。2.自耦變壓器備有40％、60％、80％等多種抽頭，使用時(shí)要根據(jù)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求具體選擇

起動(dòng)電流很大，一般為額定電流的4~7倍。因?yàn)殡姍C(jī)剛起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速為0，轉(zhuǎn)差率最大