電工電子技術 課件 模塊5 變壓器與電動機

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(模塊5變壓器與電動機)

單元1鐵磁性物質一、鐵磁性物質與磁化1.磁化鐵磁材料內部是由許多體積很小的磁疇(磁體)所組成，在常態(tài)下，整體不顯磁性，將其放在外磁場（BO）中,內部磁疇受外磁場作用將改變其雜亂無章的取向而趨于一致，產生附加磁場（B′），而被磁化。2.磁化曲線鐵磁材料被磁化的過程，可以由磁化曲線形象表示之。（1）起始磁化曲線B=f（H），表明了鐵磁材料最初磁化的變化過程。(2)磁滯回線鐵磁材料在大小和方向不斷變化的外加磁場作用下進行反復磁化，磁感應強度B隨磁場強度H變化形成磁滯回線。其中：

Br-----剩磁，是鐵磁材料被磁化后外場去掉后所保留的磁性。

Hc----矯頑力，是磁化后的鐵磁材料被完全去磁所應該加的最小磁場強度。

在鐵磁材料反復磁化的過程中，磁感應強度的變化總是落后于磁場強度的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。二、常用磁性材料1.軟磁性材料

軟磁性材料的矯頑磁力、剩磁、磁滯損耗均較小，磁滯回線狹長，它既容易磁化，又容易退磁。常用于制造鎮(zhèn)流器、變壓器、電動機以及各種中、高頻電磁元件的鐵心等。2.硬磁性材料

硬磁性材料的矯頑磁力、剩磁、磁滯損耗均較大，磁滯回線較寬，一經磁化，就能獲得很強的剩磁，而且不易退磁。適用于制造永久磁鐵，如揚聲器、耳機、電話機、錄音機以及各種磁電式儀表中。3.矩磁材料

磁滯回線近似于一個矩形，剩磁很大，接近飽和磁感應強度，但矯頑力較小，易于翻轉，常在計算機和控制系統(tǒng)中作記憶元件和開關元件。三、磁路與磁路歐姆定律（1）磁路：運用鐵磁材料的高磁導率特性將磁力線約束在鐵心所定范圍內而形成的磁通路徑.。（2）磁路歐姆定律其中：IN----磁通勢

Rm----磁阻

Φ----磁通

四、渦流及其應用

當鐵心線圈中通有交變電流時，鐵心中將產生變化的磁場，變化的磁場將在鐵心中的閉合回路中產生感應電動勢和感應電流，這些電流呈旋渦狀，稱之為渦流。

渦流在鐵心中流動，使鐵心發(fā)熱產生能量損耗，稱之為渦流損耗。

渦流將使變壓器、電機等電氣設備的鐵心發(fā)熱，浪費了能量，還可能損壞電器。為了減小渦流損耗，通常采用厚度約0.35mm的硅鋼片疊成鐵心，可大大降低渦流損耗。

渦流也有其有利的一面，可利用其熱效應來做成中頻感應爐來冶煉金屬，做成電磁爐來加熱和烹飪食物等等。

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(模塊5變壓器與電動機)

單元2單相變壓器一、外形、構造、符號

二、組成變壓器主要由鐵心、繞組和附件等組成。（1）鐵心

鐵心是變壓器的磁路部分,并作為變壓器的機械骨架。為了減小渦流損耗和磁滯損耗，鐵心一般由0.35mm或0.5mm表面涂有絕緣漆的冷軋或熱軋硅鋼片疊裝而成。鐵心有EI形、F形、∏形和C形等多種。（2）繞組

繞組是變壓器的電路部分，一般用絕緣扁銅線或漆包線在繞線模上繞制而成。與電源連接的繞組稱為初級繞組（也稱原邊繞組）；與負載連接的繞組稱為次級繞組（也稱副邊繞組）。根據不同的需要，一個變壓器可以有多個次級繞組，以輸出不同的電壓。三、工作原理當變壓器初級繞組通以交流電流時，在鐵心中產生交變磁通，根據電磁感應原理，初、次級繞組都產生感應電動勢，次級繞組的感應電動勢相當于新的電源，這就是變壓器的基本工作原理。1.變壓（空載運行）2.變流（帶載運行）3.變阻抗

四、變壓器的外特性、損耗及效率1.外特性外特性是指初級加額定電壓，負載功率因數(shù)一定時，次級電壓U2隨負載電流I2變化的關系，即U2=f(I2)。2.損耗變壓器運行時將產生損耗，分為銅損耗和鐵損耗。（1）銅損耗（PCu）

變壓器中初、次級繞組中都有一定的電阻，當電流流過繞組時，就要發(fā)熱產生損耗，這種損耗就是銅損耗。（2）鐵損耗（PFe）

當鐵心中的磁通交變時，在鐵心中要產生磁滯損耗和渦流損耗，這兩項統(tǒng)稱為鐵損耗。

鐵損耗不隨負載大小變化，也稱為不變損耗；銅耗隨負載大小變化，也稱為可變損耗。3.變壓器的效率變壓器的輸入功率為P1=U1I1COSφ1；輸出功率為P2=U2I2COSφ2兩者關系為：P1-P2=PCu+PFe

或P1=P2+PCu+PFe則變壓器的效率為電工電子技術

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(模塊5變壓器與電動機)

單元3三相異步電動機一、三相異步電動機的結構（1）定子

電機固定不動的部分叫定子。主要由機座、鐵心和定子繞組等組成如上圖，三相定子繞組嵌放在定子鐵心槽內，定子繞組的三個首端為U1、V1、W1，末端為U2、V2、W2，都由機座上的接線盒中引出。

根據三相定子繞組的額定電壓及電源的線電壓的關系，三相定子繞組可接成星形或三角形。（2）

轉子

三相異步電動機鼠籠式轉子由鐵心和繞組構成，其結構如圖，轉子鐵心由硅鋼片疊成，并固定在轉軸上。轉子繞組（通常用銅條）為鼠籠狀，通常用鋁澆鑄而成。二、三相異步電動機的工作原理1.三相電流的旋轉磁場

三相異步電動機的定子繞組，是由在空間彼此相隔1200的三組相同的線圈（即三相對稱繞組）組成，各相繞組的始端分別由U1、V1、W1表示，末端分別以U2、V2、W2表示。定子繞組聯(lián)接成Y形或Δ形。當三相定子繞組通有三相交流電流后，它們在轉子空間的合成磁場將隨電流的變化而在空間不斷地旋轉，這就是旋轉磁場。定子繞組接線和三相電流波形及t0~t1時刻的旋轉磁場：旋轉磁場（又稱同步轉速）的轉速n1與交流電源的頻率f1有關，同時也與電動機定子繞組的磁極對數(shù)p有關。它們之間的關系為：2.三相異步電動機的轉動原理靜止的、自行閉合的轉子在空間受到旋轉磁場的作用，由于之間的相對運動，轉子導體內產生感應電動勢和感應電流而成為載流導體。在旋轉磁場中，受電磁力的作用而對轉軸產生作用方向與旋轉磁場方向一致的電磁轉矩，因此轉子就順著旋轉磁場的旋轉方向轉動起來。

轉動原理圖如下：若使旋轉磁場反轉，則轉子的轉動方向也隨之而改變。因此，若要讓三相異步電動機實現(xiàn)反轉，只需把電機定子繞組與三相電源連接的三根導線任意兩根對調即可。*三.三相異步電動機的運行特性（1）、轉差率若電機轉速為n2,則轉子與旋轉磁場之間的相對轉速為n1-n2,此相對轉速與同步轉速之比，稱為異步電動機的轉差率，用S表示，即轉差率是分析異步電動機運行特性的一個重要數(shù)據。（1）轉子尚未轉動時：n2=0，S=1（2）電動機空載運行時：n2趨近于n1，S趨近于零。（3）一般情況下:0<S<1之間。三相異步電動機在額定負載下運行時，其轉差率很小，即SN≈0.02

0.06。（2)、電磁轉矩三相異步電動機的電磁轉矩T與電動機的結構所決定的轉矩常數(shù)CT、磁極的平均磁通Φ、轉子電流I2及轉子電路的功率因數(shù)cos

2有關，可以證明它們之間的關系為T=CTΦI2cos

2

代入有關量之后，得到電磁轉矩與轉差率的關系：并繪出轉矩與轉差率的關系曲線：(3)、機械特性電動機的機械特性是指電動機的轉速和電磁轉矩之間的關系，即n2=f（T）曲線。特性分析：（1）AB段

穩(wěn)定工作區(qū)，在此區(qū)段內n2隨著T的增大而略有下降。電動機額定轉矩應在此區(qū)段內，在距離Tm較遠的地方，并具有較大的過載能力。（2）BC段

非穩(wěn)定區(qū)，在此區(qū)段內，電磁轉矩隨轉子轉速的下降而減小。電動機起動一瞬間，轉矩稱為起動轉矩Tst。當Tst大于電機軸上負載轉矩TZ時，轉子逐漸加速，電動機電磁轉矩沿著n2=f（T）曲線CB上升，經最大轉矩Tm后又BA下降。當T等于電機額定轉矩Te時，電動機就以額定轉速ne穩(wěn)定運行電動機機械特性的幾個概念：①

電動機的過載能力(2.0～2.2)②電動機的起動能力（1.7～2.2）可見（1）異步電動機工作在穩(wěn)定區(qū)內時，具有硬的機械特性，即隨著負載的變化而轉速變化很?。?/p>

（2）異步電動機具有較大的過載能力和起動能力；

（3）異步電動機的電磁轉矩外加電源電壓的平方成正比，即電動機的電磁轉矩對電源電壓的變化十分敏感。

四、三相異步電動機的銘牌數(shù)據電動機的銘牌:

（1）型號

（M、S、L分別表示中、短、長機座）（2）額定電壓指電動機定子繞組按銘牌上規(guī)定接法時應加的線電壓值。（3）接法

現(xiàn)在生產的額定電壓為380V，4KW以上的Y系列三相異步電動機均為D形（三角形）接法。（4）額定功率Pe

指電動機在額定轉速下長期連續(xù)工作時，電動機不過熱，軸上