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1、,了解理想变压器的定义、电路符号和基本结构；了解变比的定义。了解和掌握阻抗变换的意义，会进行阻抗变换计算。理解三相异步电动机工作原理，了解其结构特点、转矩特性、机械特性和额定值。掌握三相异步电动机的启动、正反转方法。,第3章 变压器和异步电动机,3.1 变压器的结构和工作原理3.2 变压器绕组的极性3.3 三相异步电动机的结构和转动原理3.4 三相异步电动机的转矩和机械特性3.5 三相异步电动机的启动、调速和制动3.6 三相异步电动机的铭牌和选择原则3.7 电动机的分类,本章大纲,变压器功能：,变电压：电力系统,变阻抗：电子电路中的阻抗匹配（如喇叭的输出变压器）,变电流：电流互感器,变压器的结
2、构和工作原理,3.1,单相变压器,原边绕组,副边绕组,铁心：变压器的磁路。,高、低压绕组.,原边（一次绕组）：,接电源的绕组,副边（二次绕组）：,接负载的绕组,变压器的主要结构,工作过程,参考方向的确定：,原边是电源的负载；,副边是负载的电源；,变压器的工作原理,空载运行：原边接入电源，副边开路。,接上交流电源,原边电流 i1等于励磁电流 i10,产生感应电动势,i10 产生磁通（交变）,e,方向符合右螺旋法则,注意,变压器的空载运行和变压比,1.,结论：改变匝数比，就能改变输出电压。,K为变比,根据交流铁心线圈的电磁关系分析可得：,有载运行：副边接入负载。,E1 U1,E2 U2,忽略线圈电
3、阻和漏磁通的影响,所以，电压比为,当变压器接上负载后，副绕组中的电流为i2，原绕组上的电流将变为i1，原、副绕组的电阻、铁心的磁滞损耗、涡流损耗都会损耗一定的能量，但该能量通常都远小于负载消耗的电能，可以忽略。这样，可以认为变压器输入功率等于负载消耗的功率，即 变压器带负载工作时，原、副边的电流有效值与它们的电压或匝数成反比。变压器在变换了电压的同时，电流也跟着变换。,变压器的负载运行时的变流比,2.,变压器的阻抗变换作用,3.,变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。,变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。,变压器输出的额定视在功率。,电力变压器的铭牌数据,电源的工作频率。
4、50Hz,使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。N2连续可调，U2连续可调。,注意,原、副边千万不能对调使用。,公共绕组部分不能断开。,公共端不能接火线。,几种常见的特殊变压器,自耦变压器,1.,小型电源变压器,2.,小型电源变压器广泛地应用于工业生产中，如在机床电路中输入220V的交流电，通过电源变压器可以得到36V的安全电压，12V或6V的指示灯电压等。,电压互感器,3.,电压互感器是用来测量高压电网的一种专用变压器，它能把高电压变成低电压进行测量，它的构造与双绕组变压器相同。在使用时，原绕组并联在高压电源上，副绕组接低压电压表。,被测电流=电流表读数 N2/N1,1）副边不能
5、开路，以防产生高电压；,使用注意事项：,用低量程的电流表测大电流,2）铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。,电流互感器,4.,1）.同极性端(同名端),当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相 同，则两个流入(或流出）端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。,*,*,3.2,变压器绕组的极性,联结 23，顺串,*,*,串联,顺串：两异名端相连，相当于两匝数相加；,反串：两同名端相连，相当于两匝数相减；,联结 13，反串,并联,同名端两两相连。,1-3连，2-4连,2）.变压器绕组的
6、连接,三相异步电动机接上电源就会转动，这是为什么呢？,从图示演示得出两点启示：第一、有一个旋转的磁场；第二、转子跟着磁场转动。异步电动机转子转动的原理与上述演示相似。那么在三相异步电动机中，磁场从何而来，又是怎么旋转呢？下面就来逐步讨论这个问题。,3.3 三相异步电动机的结构和转动原理,三相异步电动机的基本结构,三相异步电动机由静止的定子和转动的转子两大部分组成。,三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和三相绕组等组成。机座通常由铸铁或铸钢制成，机座内装有很薄且表面绝缘的硅钢片叠制而成的筒形铁心，铁心内圆上冲有均匀分布的平行槽口。,（a）定子的硅钢片（b）未装绕组的定子（c）装有三相绕组的定子
7、,三相异步电动机的定子绕组由三相对称绕组组成，按一定空间角度依次嵌放在定子槽内，接成星形或三角形，并与铁心绝缘。,，,，,（a）星形连接（b）三角形连接,在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,线绕式：接成星型的三相绕组,鼠笼式：绕组短路,鼠笼转子,转子,转子：转轴、转子铁心、转子绕组,转轴,1）铁心：硅钢片叠成,2）绕组：,1.旋转磁场的产生及方向,iA,iB,iC,t=0,三相异步电动机的旋转磁场,t=60,t=120,t=180,同理可得其他时刻旋转磁场的方向。,结论：,1）旋转磁场的转向,旋转磁场的方向取决于三相电流的相序。,（当电流的相序为A-B-C时，旋转磁场的方向沿绕组的首端A
8、-B-C的方向，与电流相序一致。）,任意调换电源线中的两相，旋转磁场与原方向相反。,旋转磁场的转速通常称为：电动机的同步转速,p 旋转磁场的极对数,对电动机来讲，f 和 p 通常是一定的，此时n0为常数,f 电源电流的频率,2.旋转磁场的转速,p=1,电流在时间上变化一周 磁场在空间上变化一周,f：电流的频率,旋转磁场的转速：n0=60f（r/min）,p=2,电流在时间上变化一周 磁场在空间上变化半周,旋转磁场的转速：n0=60f/2（r/min）,三相定子绕组接入三相电源，产生旋转磁场；,旋转磁场切割转子导体，在转子导体中产生感应电动势，短路的转子导体产生感应电流；,载流导体（转子导体）在
9、磁场中受力，转子旋转。,三相异步电动机的转动原理,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系,电动机转速n,旋转磁场转速:n0,转差率的概念：,转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。,电动机起动瞬间:,（转差率最大）,电动机额定负载运行时:,3.4,三相异步电动机的转矩与机械特性,电动机的作用是把电能转换为机械能，它输送给生产机械的是电磁转矩T（简称转矩）和转速。因此，在选用电动机时，总是要求电动机的转矩与转速的关系（称为机械特性）符合机械负载的要求。因此，了解电动机的转矩的大小受哪些因素影响，如何计算，对更好地使用电动机意义深远。电磁转矩是三相异步电动机的重要物理量，机械特性则反映了一台电动机
10、的运行性能。,转矩表达式：,电磁转矩,式中KT为与电动机结构相关的常数，U1为定子绕组的相电压，s是转差率，R2是转子电路每相的电阻，X20是电动机启动时转子尚未转起来时的转子感抗。,电磁转矩与相电压U1的平方成正比，所以电源电压的波动将对电动机的电磁转矩产生很大的影响。,当电源电压U1和f1一定且R2、X20都是常数时，电磁转矩T只随转差率s变化。T与s之间的关系可用转矩特性T=f（s）表示，其特性如曲线如下所示。,1）.电动机等速运行的条件,T=TC,电磁转矩=阻力转矩,阻力转矩：主要是电动机轴上的机械负载转矩T2和电动机的空载损耗转矩（主要是机械损耗转矩）T0,TC=T2+T0 T2,忽
11、略T0，电动机等速运行的条件：,T=T2,机械特性,T=T2,匀速运行,减速运行,加速运行,T T2,T T2,电动机的运行状态：,2）.三个重要转矩,1）额定转矩 TN,P2 输出的机械功率,Nm,2）最大转矩 Tm,电动机能够产生的最大转矩。一般允许电动机的负载转矩在较短的时间内超过其额定转矩，但是不能超过最大转矩。因此，最大转矩也表示电动机允许短时过载的能力，用过载系数m表示为,一般三相异步电动机的过载系数为1.82.2。,3）启动转矩 Tst,电动机在启动瞬间的转矩,Tst,n=0,启动系数,通常为0.8 2,3）.电动机运行状态分析,1）不稳定运行区（b、c段）,启动时,TstT2,
12、电机加速,转速沿机械特性曲线上升,上升到e点,T=T2,电机进入稳定区运行。,若负载变化使T2增加,T2T2,T不能突变,TT2,电机减速,转速沿机械特性曲线下降,很快达到n=0,发生闷车,2）稳定运行区（a、b段）,假设：电动机稳定运行在e点。,T=T2,若负载变化使T2减小,T2T2,T不能突变,TT2,电机加速,转速沿机械特性曲线上升,上升到e点,T=T2,电机达到新的稳定状态，转速为n,nn,若负载变化使T2增加,T2T2,T不能突变,TT2,电机减速,转速沿机械特性曲线下降,下降到e点,T=T2,电机达到新的稳定状态，转速为n,nn,电动机的稳定运行区比较平坦，转速变化不大。,电动机
13、只能在稳定区运行，不能稳定运行在不稳定区。,n0=1500r/min的电动机能否稳定运行在750r/min?,不能！电机在750r/min进入不稳定区。,启动状态,启动时n=0，转子导条切割磁力线速度很大。,影响,启动电流大。,Ist=57 IN,原因,启动转矩不大。,Tst=0.82 TN,3.5,三相异步电动机的启动、调速和制动,适用：二三十千瓦以下的异步电动机。,2）降压起动。,Y 起动,自耦降压起动,1）全压启动,特点：简单，起动电流大,三相异步电动机的启动,星三角降压启动,自耦变压器降压启动,三相异步电动机的调速,负载不变改变电动机的转速或者负载变化保持电动机速度不变的方法称为异步电
14、动机的调速。电动机调速用的最多的是变频调速，其基本原理是：采用整流电路将交流电转换为直流电，再由逆变器将直流电变换为频率、电压可调的三相交流电。,变极调速是改变定子绕组的连接方式及改变磁极对数，使电动机获得不同的转速。,三相异步电动机的制动,电动机在断电时要保证克服惯性迅速停机，需要对其进行制动。制动的方法主要有反接制动和能耗制动两种。,反接制动是指在电动机停机时，将其三相电源线中的两根对调，产生相反的转据，起到制动作用。当转速接近于零时，要切断电源，以防反转。能耗制动是在断电的同时，接通直流电源。直流电源产生的磁场是固定的，而转子由于惯性转动产生的感应电流与直流电磁场相互作用产生的转矩方向恰
15、好与电动机的转向相反，起到制动的作用。,3.6,三相异步电动机的铭牌和选择原则,每台电动机的机座上都有一个铭牌，标记了电动机的型号、额定值和连接方法等。,三相异步电动机的铭牌,1.型号：,Y 112 M 4,2.额定电压：,额定运行时，定子绕组上应加的线电压。,一般规定电动机的电压不应高于或低于额定值的5%。,3.额定电流：,额定运行时，定子绕组的线电流。,4.功率和效率：,额定功率：电动机在额定运行状态下，其转子轴 上输出的机械功率。,额定运行状态：定子加额定电压，转子带额定负载。,效率：,输入功率 P1N：,5.功率因数,电机的功率因数指定子的功率因数。,电机的功率因数是变量，不同的工作状
16、态cos不同。,6.转速,电源电压=UN，频率=fN，电机的输出功率=P2N时，电动机每分钟的转数。,7.接法,定子三相绕组的接法。,例：铭牌数据：380/220、Y/,指：UL=380v时，采用Y形连接,UL=220v时，采用形连接,三相异步电动机的功率选择原则,功率的选择实际上也就是容量的选择，如果容量选择太大，容量没得到充分利用，既增加投资，也增加运行费用。如选得过小，电动机的温升过高，影响寿命，严重时，可能还会烧毁电动机。对于长期运行（长时工作制）的电动机，可选其额定功率PN等于或略大于生产机械所需的功率；对于短时工作制或重复短时制工作的电动机，可以选择专门为这类工作制设计的电动机，也
17、可选择常时制电动机，但可根据间歇时间的长短，电动机功率的选择要比生产机械负载所要求的功率要小一些。,三相异步电动机的种类和形式选择原则,选择电动机的种类是从交流或直流、机械特性、调速与启动性能、维护及价格等方面来考虑的。因为通常生产场所用的都是三相交流电源，如果没有特殊要求，一般都应采用交流电动机。在交流电动机中，三相笼型异步电动机结构简单，坚固耐用、工作可靠，价格低廉，维护方便；其主要缺点是调速困难，功率因数较低，启动性能较差。因此，要求机械特性较硬而无特殊调速要求的一般生产机械的拖动应尽可能采用笼型电动机。在功率不大的水泵和通风机、运输机、传送带上，在机床的辅助运动机构（如刀架快速移动、横
18、梁升降和夹紧等）上，差不多都采用笼型电动机。一些小型机床上也采用它作为主轴电动机。绕线性电动机的基本性能与笼型相同。其特点是启动性能较好，并可在不大的范围内平滑调速。但是他的价格较笼型电动机为贵，维护亦较不便。因此，对某些起重机、卷扬机、锻压机及重型机床的横梁移动等不能采用笼型电动机的场合，才采用绕线型电动机。,1.种类的选择,2.结构型式的选择,开启式电动机这种类型的电动机在构造上无特殊防护装置，用于干燥无尘的场所。这种电动机散热效果良好。全封闭式电动机这种电动机具有全封闭式的外壳，既防水的滴溅又防粉尘等杂物。散热条件不如开启式电动机。密闭式电动机密闭式电动机的外壳严密封闭，有的密闭式电动机
19、具有很好的防水性能（如潜水泵电机）。由于采用密闭结构，所以这种电动机的散热条件较差，所以多采用外部冷却的方式。防爆电动机这种电动机也采用密闭式结构。此外，电机骨架被设计成能够承受巨大的压力。能够将电机内部的火花、绕组电路短路，打火等完全与外界隔绝。这种电机用在一些高粉尘、有爆炸气体、燃烧气体环境的场合。,三相异步电动机的电压和转速的选择原则,1电压的选择原则,电动机电压等级的选择，要根据电动机的类型，功率以及使用地点的电源电压来决定。Y系列鼠笼式电动机的额定电压只有380V一个等级。只有大功率的电动机才采用3000V和6000V的电压。,2.转速的选择原则,异步电动机的速度由于受到电源频率和电
20、动机旋转磁场极对数的限制，选择并范围不大。电动机的额定转速是根据生产机械的要求而选定的。但是，通常转速不低于500r/min。因为当功率一定时，电动机的转速愈低，则其尺寸愈大，价格愈贵，而且效率也较低。因此就不如购买一台高速电动机，再另配减速器合算。,3.7,电动机的分类,由于生产上的需要，设计和生产出了多种电气和机械性能不同的电动机，以适合不同的机械负载的工作要求。,（1）普通启动转矩电动机：用于一般机械负载的启动。大部分的电动机都属于这个范畴。（2）高启动转矩电动机：这种电动机用于启动条件非常差的场合，如水泵、活塞式压缩机等。（3）高转差率电动机：这些电机适用加快大惯性负载的启动过程（像离心干燥机、大飞轮）。,
