电机与变压器课件.ppt
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电机与变压器 第一章 变压器原理ØØ第一节 变压器的工作原理及分类ØØ变压器是一种常见的静止电气设备，它利用电磁感应原理，将某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压ØØ变压器不仅对电力系统中的电能的传输、分配和安全使用有重要意义，而且广泛应用于电气控制、电子技术、测试技术及焊接技术等领域 ØØ一、变压器的基本工作原理ØØ图1-1所示为变压器的工作原理示意图其主要部件是铁心和绕组两个互相绝缘且匝数不同的绕组分别套装在铁心上，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系 ØØ其中接电源其中接电源u u1 1的绕组称为一次绕组（曾称为原绕的绕组称为一次绕组（曾称为原绕组、初级绕组）组、初级绕组）ØØ用于接负载的绕组称为二次绕组（曾称为副绕组、用于接负载的绕组称为二次绕组（曾称为副绕组、次级绕组）次级绕组）ØØ一次绕组加上交流电压一次绕组加上交流电压u u1 1后，绕组中便有电流后，绕组中便有电流i i1 1通通过，在铁心中产生与同频率的交变磁通过，在铁心中产生与同频率的交变磁通ΦΦ，根据，根据电磁感应原理，将分别在两个绕组中感应出电动电磁感应原理，将分别在两个绕组中感应出电动势势e e1 1和和e e2 2 ，， ØØ若把负载接在二次绕组上，则在电动势e2的作用下，有电流i2流过负载，实现了电能的传递。
ØØ由此可知，一、二次绕组感应电动势的大小（近似于各自的电压及）与绕组匝数成正比，故只要改变一、二次绕组的匝数，就可达到改变电压的目的，这就是变压器的基本工作原理ØØ二、变压器的分类ØØ变压器种类很多，通常可按其用途、绕组结构、铁心结构、相数、冷却方式等分类 ØØ1.按用途分类ØØ（1）电力变压器 用作电能的输送与分配ØØ按其功能不同又可分为升压、降压、配电变压器等ØØ其容量从几十千伏安到几十万千伏安，电压从几百伏到几百千伏 ØØ(2)特种变压器 在特殊场合使用的变压器ØØ如作为焊接电源的电焊变压器、电炉变压器、整流变压器等 ØØ（3）仪用变压器 用于电工测量中，如电流互感器、电压互感器等 ØØ（4）控制变压器ØØ用于小功率电源系统和自动控制系统如电源变压器、输入、输出变压器、脉冲变压器等 ØØ（5）其他变压器ØØ如试验用的高压变压器；输出电压可调的调压变压器；产生脉冲信号的脉冲变压器；压力传感器中的差动变压器 ØØ2.按绕组构成分类ØØ有双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等ØØ3.按铁心结构分类ØØ有叠片式铁心、卷制式铁心和非晶合金铁心ØØ4.按冷却方式分类ØØ有干式、油浸式自冷、油浸式风冷、强迫油循环、箱式、树脂浇注及充气式变压器等 第二节 单相变压器的构造ØØ一、铁心ØØ1 1、铁心的作用及材料、铁心的作用及材料ØØ铁心构成变压器磁路系统，铁心构成变压器磁路系统，并作为变压器的机械骨架。
并作为变压器的机械骨架铁心由铁心柱和铁轭两部铁心由铁心柱和铁轭两部分组成铁心柱上套装变分组成铁心柱上套装变压器绕组，铁轭起连接铁压器绕组，铁轭起连接铁心柱使磁路闭合的作用心柱使磁路闭合的作用ØØ对铁心的要求是：导磁性对铁心的要求是：导磁性能要好，磁滞损耗及涡流能要好，磁滞损耗及涡流损耗要尽量小损耗要尽量小 ØØ铁心均采用0.35mm以下的硅钢片制作ØØ目前国产低损耗节能变压器均用冷轧晶粒取向硅钢片，其铁损耗低，且铁心叠装系数高（因硅钢片表面有氧化膜绝缘，不必再涂绝缘漆）ØØ目前开始采用铁基、铁镍基、钴基等材料来制作变压器的铁心，这类铁心具有体积小，效率高、节能等优点，极有发展前途 ØØ2 2、铁心的结构、铁心的结构ØØ根据铁心的结构不同，变根据铁心的结构不同，变压器可分为心式、壳式和压器可分为心式、壳式和卷制式（卷制式（C C形）变压器形）变压器ØØ心式是在两侧的铁心柱上心式是在两侧的铁心柱上放置绕组，形成绕组包围放置绕组，形成绕组包围铁心的形式壳式是在中铁心的形式壳式是在中间的铁心柱上放置绕组，间的铁心柱上放置绕组，形成铁心包围绕组的形式形成铁心包围绕组的形式ØØ而卷制式铁心系用而卷制式铁心系用0.35mm0.35mm晶粒取向冷轧硅晶粒取向冷轧硅钢片剪裁成一定宽度的硅钢片剪裁成一定宽度的硅钢带后再卷制成环形，将钢带后再卷制成环形，将铁心绑扎牢固后切割成两铁心绑扎牢固后切割成两个个“U”“U”字形。
字形 ØØ其主要优点是重量轻，体积小、空载损耗小、噪声低、生产效率高、质量稳定Ø二、绕组ØØ1、绕组的作用及材料ØØ变压器的线圈通常称为绕组，它是变压器中的电路部分，小变压器一般用具有绝缘的漆包线绕制而成，对大容量变压器则用扁铜线或扁铝线绕制 ØØ2 2、绕组的结构、绕组的结构ØØ在变压器中，接到高压电网的在变压器中，接到高压电网的绕组称为高压绕组，接到低压绕组称为高压绕组，接到低压电网的绕组称为低压绕组按电网的绕组称为低压绕组按相互位置和形状不同，绕组可相互位置和形状不同，绕组可分为同心式和交叠式两种分为同心式和交叠式两种ØØ（（1 1）同心式绕组）同心式绕组 ØØ同心式绕组是将高、低压绕组同心式绕组是将高、低压绕组同心地套装在铁心柱上小容同心地套装在铁心柱上小容量单相变压器一般采用这种结量单相变压器一般采用这种结构 ØØ同心式绕组按其绕制方法的不同同心式绕组按其绕制方法的不同又可分为圆筒式、螺旋式和连续又可分为圆筒式、螺旋式和连续式等多种式等多种ØØ（（2 2）交叠式绕组）交叠式绕组ØØ又称为饼式绕组，它是将高压绕又称为饼式绕组，它是将高压绕组和低压绕组分成若干个线饼，组和低压绕组分成若干个线饼，沿着铁心柱的高度交替排列。
沿着铁心柱的高度交替排列ØØ交叠式绕组的主要优点是漏抗小、交叠式绕组的主要优点是漏抗小、机械强度好、引线方便这种形机械强度好、引线方便这种形式的绕组主要使用在低电压、大式的绕组主要使用在低电压、大电流的变压器上，如电炉变压器电流的变压器上，如电炉变压器及电阻电电焊机变压器等及电阻电电焊机变压器等 第三节 单相变压器的运行原理ØØ一、变压器的空载运行ØØ变压器一次绕组接在额定频率和额定电压的电网上，而二次绕组开路，即I2=0的工作方式称为变压器的空载运行 ØØ(1)电压的参考方向 在同一支路中，电压参考方向与电流参考方向一致ØØ(2)磁通的参考方向 磁通的参考方向与电流参考方向符合右手螺旋定则ØØ(3)感应电动势的参考方向 由交变磁通Φ产生的感应电动势e ，其参考方向与产生该磁通的电流参考方向一致ueΦi＋＋－－ ØØ按照参考方向列出的电磁感应定律方程为ØØ空载时，在外加交流电压u1作用下，一次绕组中通过的电流称为空载电流i0 ，在电流i0 作用下，铁心中产生交变磁通Φ（称为主磁通）同时穿过一、二次绕组，分别在其中产生感应电动势e1和e2 ，其大小正比于主磁通变化率 ØØ由数学分析可以得出感应电动势由数学分析可以得出感应电动势e e和和磁通磁通Φ Φ之间的关系：在相位上，之间的关系：在相位上， e e滞滞后于后于Φ Φ 90 90° °；在数值上，其有效值为；在数值上，其有效值为E E=4.44=4.44fNΦfNΦmmØØ由此可得：由此可得：E E1 1=4.44=4.44fNfN1 1Φ ΦmmØØ可得：可得：ØØ外加交流电源电压有效值与电动势近外加交流电源电压有效值与电动势近似相等；由于二次绕组开路，故端电似相等；由于二次绕组开路，故端电压与电动势相等。
压与电动势相等E E2 2=4.44=4.44fNfN2 2Φ Φmm ØØKu—变压器的电压比，也用K表示，它是变压器最重要的参数之一ØØ由上式可知，变压器一、二次绕组的电压与一、二次绕组的匝数成正比，即变压器有变换电压的作用ØØ例1 如图1-8所示，低压照明变压器一次绕组的匝数N1=880匝，一次绕组的U1=220V，现要求二次绕组输出电压U2=36V，试求二次绕组的匝数N2及电压比Ku ØØ二、变压器的负载运行ØØ变压器一次绕组接额定电压，二次绕组与负载相连变压器一次绕组接额定电压，二次绕组与负载相连的运行状态称为变压器的负载运行此时二次绕组的运行状态称为变压器的负载运行此时二次绕组中有电流中有电流i i2 2通过，由于该电流是依据电磁感应原理通过，由于该电流是依据电磁感应原理由一次绕组产生的，因此一次绕组中由空载电流由一次绕组产生的，因此一次绕组中由空载电流i i0 0变为负载电流变为负载电流i i1 1ØØ由于变压器效率都很高，通常可近似将变压器的输由于变压器效率都很高，通常可近似将变压器的输出功率出功率P P2 2和输入功率和输入功率P P1 1看作相等，即看作相等，即U U１１I I１１＝＝U U２２I I２２ØØKi—变压器的电流比 ØØ例例2 若例1中的变压器电流流过二次绕组的电流I2=1.7A，试求一次绕组中的电流I1。
ØØ解 由式1-7可得ØØ由此得出：变压器的高压由此得出：变压器的高压绕组匝数多，而通过的电绕组匝数多，而通过的电流小，因此所用的导线较流小，因此所用的导线较细；低压绕组匝数少，通细；低压绕组匝数少，通过的电流大，所用的导线过的电流大，所用的导线较粗 ØØ三、变压器的阻抗变换ØØ变压器不但具有电压变换和电流变换的作用，还具有阻抗的作用ØØ当变压器二次绕组接上阻抗为Z的负载后，有：ØØ式中ØØ由此可得 可见，接在变压器二次绕组上的负载Z与不经过变压器接在电源上的负载Z′相比减小了1/K2倍ØØ在电子电路中，在音响设备与扬声器之间加接一个变压器（称为输出变压器、线间变压器）来达到阻抗匹配的目的 ØØ例3 某晶体管收音机输出电路的输出阻抗为Z′=392Ω，接入的扬声器阻抗为Z=8 Ω，现加接一个输出变压器使两者实现阻抗匹配，试求该变压器的电压比K；若该变压器一次绕组的匝数N1=560匝，则二次绕组的匝数N2为多少？ØØ解ØØ作业布置：P21 复习思考题13、14、15 第四节 变压器的运行特性ØØ对负载来说，变压器相当于电源对于电源，我们最关心的是它的输出电压与输出电流（负载电流）之间的关系，即变压器的外特性。
从节能的角度，我们关注的是变压器在电压变换过程中的效率ØØ一、变压器的外特性及电压变化率ØØ变压器在运行时，其二次绕组的输出电流I2将随负载的变化而不断变化，我们希望输出电流在变化时，输出电压U2尽量保持不变，这个在实际上是很困难的 ØØ变压器加上负载之后，随着负载电流I2的增加， I2在二次绕组内部的阻抗压降也会增加，使二次绕组输出的电压U2随之发生变化另一方面，由于一次电流I1随I2增加，一次绕组漏阻抗上的压降也增加，一次绕组的电动势E1和二次绕组的电动势E2也会有所下降，这也会影响到二次绕组的输出电压U2 ØØ当一次电压U1和负载的功率因数cosφ2一定时，二次电压U2与负载电流I2的关系称为变压器的外特性 ØØ一般情况下，变压器的负载大多是感性负载，因一般情况下，变压器的负载大多是感性负载，因而当负载增加时，输出电压而当负载增加时，输出电压U U2 2总是下降的，其下总是下降的，其下降的程度用电压变化率表示降的程度用电压变化率表示ØØ二次绕组空载时的电压二次绕组空载时的电压U U2N2N与额定负载时的电压与额定负载时的电压U U2 2之差与之差与U U2N2N之比的百分值称为变压器的电压变之比的百分值称为变压器的电压变化率。
化率ØØ常用电力变压器从空载到满载的电压变化率ΔU﹪约为3﹪～5﹪是 ØØ例4 某台供电电力变压器U1N =10000V的高压降压后对负载供电，要求该变压器在额定负载下的输出电压U2=380V，该变压器的电压变化率ΔU﹪ =5﹪ ，求该变压器二次绕组的额定电压U2N及变压比KØØ由此可知，电力变压器铭牌上的额定电压应是400V ØØ二、变压器的损耗及效率ØØ变压器在传输电能的过程中，不可避免地要产生损耗单相变压器从电源输入的有功功率P1和向负载输出的有功功率P2 两者之差称为变压器的损耗ΔP，它包括铜损耗PCu和铁损耗PFe两部分，即ΔP= PCu +PFe即ØØ1、铁损耗PFeØØ变压器的铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗ØØ变压器的铁损耗与一次绕组上所加的电源电压有关 ØØ2 2、铜损耗、铜损耗P PCuCuØØ变压器的铜损耗也分为基本铜损耗和附加铜损耗变压器的铜损耗也分为基本铜损耗和附加铜损耗ØØ基本铜损耗是由电流在一次、二次绕组电阻上产基本铜损耗是由电流在一次、二次绕组电阻上产生的损耗，附加铜损耗是指由漏磁通产生的集肤生的损耗，附加铜损耗是指由漏磁通产生的集肤效应使电流在导体内分布不均而产生的额外损耗。
效应使电流在导体内分布不均而产生的额外损耗ØØ3 3、效率、效率η ηØØ变压器的输出功率变压器的输出功率P P2 2与输入功率与输入功率P P1 1之比之比 ØØ例5 S9-500/10型低损耗三相电力变压器的额定容量为500kV·A，设功率因数1，二次电压U2N =400V，铁损耗PFe =0.98kW，额定负载时铜损耗PCu =4.1kW，试求二次额定电流I2N及变压器的效率η ØØ解： ØØ4 4、效率特性、效率特性ØØ当一台变压器一次绕组加上额定电压，而二次绕当一台变压器一次绕组加上额定电压，而二次绕组开路（空载运行）时测得的变压器空载损耗组开路（空载运行）时测得的变压器空载损耗P P0 0即为变压器的铁损耗即为变压器的铁损耗ØØ变压器的铜损耗可以通过短路试验来测定，将变变压器的铜损耗可以通过短路试验来测定，将变压器的低压侧两端用导线短接（短路），高压侧压器的低压侧两端用导线短接（短路），高压侧加上很低的电压，使得高压侧的电流等于额定电加上很低的电压，使得高压侧的电流等于额定电流，则通过低压侧的电流也为额定电流流，则通过低压侧的电流也为额定电流ØØ在短路试验中，使得一次绕组电流等于额定值时在短路试验中，使得一次绕组电流等于额定值时的电压称为短路电压，或称为变压器的阻抗电压，的电压称为短路电压，或称为变压器的阻抗电压，用用U USCSC表示。
对于一般中小型变压器，表示对于一般中小型变压器， U USCSC通常为通常为额定电压的额定电压的４４﹪﹪～～10.5 10.5 ﹪﹪ ；； 第五节 变压器的极性及判定ØØ一、变压器的极性一、变压器的极性ØØ电池有正极和负极，在将两电池有正极和负极，在将两个电池进行串联或并联时，个电池进行串联或并联时，必须根据其极性正确连接必须根据其极性正确连接ØØ由于变压器的一次、二次绕由于变压器的一次、二次绕组均绕制在同一铁心上，都组均绕制在同一铁心上，都被磁通交链，故当磁通交变被磁通交链，故当磁通交变时，在两个绕组中感应出的时，在两个绕组中感应出的电动势有一定的方向关系电动势有一定的方向关系1234Φ++－－·· ØØ即当一次绕组的某一端点瞬时即当一次绕组的某一端点瞬时电位为正时，二次绕组也必有电位为正时，二次绕组也必有一电位为正的对应端点这两一电位为正的对应端点这两个对应的端点就称为同极性端个对应的端点就称为同极性端或同名端，通常用符号或同名端，通常用符号“·”“·”表示ØØ在使用变压器或其他磁耦合线在使用变压器或其他磁耦合线圈时，经常会遇到两个线圈极圈时，经常会遇到两个线圈极性的正确连接问题。
性的正确连接问题ØØ例某变压器的一次绕组由两个例某变压器的一次绕组由两个匝数相等的绕组组成，若每个匝数相等的绕组组成，若每个绕组额定电压为绕组额定电压为110V110V，则当电，则当电源电压为源电压为220V220V时，应把两个绕时，应把两个绕组串联起来；若电源电压为组串联起来；若电源电压为110V110V时，则应将它们并联起来时，则应将它们并联起来使用1234++－－··Φ1234++－－··Φ ØØ当接法正确时，则两个绕组所产生的磁通方向相同，它们在铁心中互相叠加如果接法错误，则两个绕组所产生的磁通方向相反，它们在铁心中互相抵消，合磁通为零，两个绕组中也没有感应电动势产生，相当于短路状态，会把变压器烧毁ØØ二、变压器极性的判定ØØ1、分析法ØØ对两个绕向已知的绕组而言，可这样判断：当电流从两个同极性端流入（或流出）时，铁心中所产生的磁通方向相同 ØØ2 2、实验法、实验法ØØ对于一台已经制成的变压器，无法对于一台已经制成的变压器，无法辨认其同名端，此时可用实验的方辨认其同名端，此时可用实验的方法进行测定，测定的方法有交流法法进行测定，测定的方法有交流法和直流法两种和直流法两种ØØ（（1 1）交流法）交流法 将一、二次绕组各取将一、二次绕组各取一个接线端连接在一起，并在一个一个接线端连接在一起，并在一个绕组（绕组（N N1 1 ）上加一个较低的交流电）上加一个较低的交流电压压u u1212，再用交流电压表分别测量，再用交流电压表分别测量U U1212、、U U1313、、U U3434各值，如果结果为：各值，如果结果为： U U1212 = = U U1313 －－ U U3434，则说明，则说明N N1 1、、N N2 2绕绕组为反极性串联，故组为反极性串联，故1 1和和3 3为同名端为同名端口；如果口；如果U U1212 = = U U1313 + + U U34 34 ，则，则1 1和和4 4为同名端口。
为同名端口N11234N2V～ ØØ（2）直流法 ØØ用1.5V或3V的直流电源，直流电源接在高压绕组上，而直流毫安表接在低压绕组两端当开关合上的一瞬间，指针向正方向摆动，则接直流电源正极的端子与接直流毫安表正极的端子为同名端1234S3VmA 第二章 三相电力变压器ØØ第一节第一节 三相电力变压器的用途三相电力变压器的用途ØØ三相电力变压器用在输电配电技术领域三相电力变压器用在输电配电技术领域ØØ目前世界各国使用的电能基本上均是由各类发目前世界各国使用的电能基本上均是由各类发电站发出的三相交流电能电站发出的三相交流电能ØØ电能在向户输送过程需用很长的输电线电能在向户输送过程需用很长的输电线ØØ根据三相电源公式：根据三相电源公式：ØØ在输送功率在输送功率P P和功率因数和功率因数coscosφ φ一定时，输电线一定时，输电线路上的电压路上的电压U U越高，线路中的电流越高，线路中的电流I I越小，可减越小，可减少线路上的功率损耗少线路上的功率损耗 ØØ电力输送与分配都向高电压、大功率的电力网发展，以便集中输送、统一调度与分配电能ØØ这就促使输电线路电压由高压（110～220kV）向超高压（330 ～ 750kV）和特高压（750kV以上）不断升级。
ØØ发电机本身由于其结构及所用绝缘材料的限制，必须先通过升压变电站，利用变压器将电压升高ØØ为了保证用电安全和符合用电设备的电压等级要求，必须通过各级降压变电站，利用降压变压器将电压降低 ØØ根据最近的资料显示，根据最近的资料显示，1kW1kW的发电设备需的发电设备需8 8～～8.5kV·A8.5kV·A变压器容量与之相配套变压器容量与之相配套ØØ在电力系统中变压器是容量最多最大的电气设备在电力系统中变压器是容量最多最大的电气设备ØØ输电过程主要是输电线路的损耗和变压器的损耗，输电过程主要是输电线路的损耗和变压器的损耗，它占整个供电容量的它占整个供电容量的5 5﹪﹪～～ 9 9﹪﹪，其中变压器损耗，其中变压器损耗约占约占6060﹪﹪ØØ高效节能变压器的途径：一是采用低损耗的冷轧高效节能变压器的途径：一是采用低损耗的冷轧硅钢片；二是减少铜损耗硅钢片；二是减少铜损耗ØØ对比对比SJ1-1000/10SJ1-1000/10与与S7-1000/10S7-1000/10型变压器型变压器ØØ我国从我国从7070年代末变压器换代过程：年代末变压器换代过程：ØØSJ → S5 → S7 → S9 → S10SJ → S5 → S7 → S9 → S10 第二节 三相电力变压器的结构ØØ一、三相电力变压器的结构型式ØØ现代的电力系统都采用三相制供电，因而广泛采用三相变压器来实现电压转换。
三相变压器可以由三台同容量的单相变压器组成，按需要将一次绕组分别接成星形或三角形联接ØØ三相变压器的另一种结构型式是把三个单相变压器合成一个铁心柱的结构型式，称为三相心式变压器 ØØ二、三相油浸式电力变压器的结构ØØ在三相电力变压器中，目前使用最广泛的是油浸式电力变压器，其外形如图ØØ三相电力变压器主要由铁心、绕组、油箱和冷却装置、保护装置等部件组成 ØØ1、铁心ØØ铁心是三相变压器的磁铁心是三相变压器的磁路部分，与单相变压器路部分，与单相变压器一样，它也是由一样，它也是由0.35mm0.35mm厚的硅钢片叠压（或卷厚的硅钢片叠压（或卷制）而成三相电力变制）而成三相电力变压器均采用心式结构压器均采用心式结构ØØ随着高磁导率、低损耗随着高磁导率、低损耗的冷轧晶粒取向硅钢片的冷轧晶粒取向硅钢片在电力变压器被广泛应在电力变压器被广泛应用，采用用，采用45°45°斜切硅钢片斜切硅钢片进行叠装进行叠装 ØØ卷制式铁心结构已在500kVA以下容量的三相电力变压器中广泛采用，主要代表型号有S11及S13系列，其优点是体积小、损耗低、噪声小、价格低，已大批量生产ØØ变压器铁心的最新发展趋势是采用铁基、铁镍基、钴基等非晶带材料代替硅钢。
我国已生产SH11系列非晶合金电力变压器，它具有体积小、效益高、节能等优点 ØØ2、绕组ØØ绕组是三相电力变压器绕组是三相电力变压器的电路部分一般用绝的电路部分一般用绝缘纸包的扁铜线或扁铝缘纸包的扁铜线或扁铝线绕制成线绕制成ØØ有同心式绕组和交叠式有同心式绕组和交叠式绕组ØØ新型的绕组结构为箔式新型的绕组结构为箔式绕组，用铝箔或铜箔氧绕组，用铝箔或铜箔氧化技术和特殊工艺绕制，化技术和特殊工艺绕制，使电力变压器的整体性使电力变压器的整体性能得到较大提高能得到较大提高 ØØ3.油箱和冷却装置ØØ大容量三相电力变压器OSF-PSZ-360000/500已批量生产，为了保证铁心和绕组具有一定的散热和绝缘能为，均将其置于绝缘的变压器油内，为了增加散热面积，一般在油箱四周加装散热装置ØØ大容量电力变压器采用风吹冷却或强迫油循环冷却装置ØØ在我国以S9-M系列、S10-M系列、S11-M系列全密封波纹电力变压器为代表，现已开始大量生产 ØØ4、保护装置ØØ（1）气体继电器 在油箱和储油柜之间的连接管中装有气体继电器ØØ（2）防爆管（安全气道） 它安装在油箱顶部，是一个长的圆形钢筒目前，国产电力变压器已广泛采用压力释放阀来取代防爆管。
ØØ5、铭牌ØØ在每台电力变压器的油箱上都有一块铭牌，标明变压器的型号和参数 ØØ上图是配电站所用的降压变压器的铭牌这样变上图是配电站所用的降压变压器的铭牌这样变压器可以将压器可以将10kV10kV的高压降为的高压降为400V400V的低压，供三相的低压，供三相负载使用负载使用ØØ（（1 1）型号）型号 S 9— 80 / 10三相变压器设计型号额定电压额定容量ØØ（（2 2）额定电压）额定电压U U1N1N和和U U2N2N ØØ高压侧电压可在额定值高压侧电压可在额定值±5±5﹪﹪范围内选择，即范围内选择，即1050010500～～9500V9500V，以低压的额定电压为，以低压的额定电压为400V400V二次绕组二次绕组的输出电压随负载电流的增加而降低，为保证输的输出电压随负载电流的增加而降低，为保证输出电压出电压380V380V，考虑电压变化率为，考虑电压变化率为5 5﹪﹪，故，故二次绕二次绕组的额定电压为组的额定电压为400V400V 第三章 其他变压器ØØ一、自耦变压器的结构特点及用途ØØ如果把一、二次绕组合二为一，使二次绕组成为成为一次绕组的一部分，这种只有一个绕组的变压器称为自耦变压器。
U1U2u2u1_N1N2I1I2IB+_+U1U2 ØØ在高压输电系统中，自耦变压器主要用来连接两个电压等级相近的电力网，作联络变压器之用实验室常用具有滑动触点的自耦调压器获得可任意调节的交流电压ØØ此外自耦变压器还常用做异步电动机的起动补偿器，对电动机进行减压起动ØØ二、电压、电流及容量关系ØØ自耦变压器也是利用电磁感应原理工作的当给一次绕组U1U2的两端施加交变电压U1时，铁心中产生交变磁通，并分别在一次绕组及二次绕组中产生感应电动势 ØØ自耦变压器的电压比K为ØØ前面已经讲过变压器一、二次绕组中的电流与一、二次绕组的匝数成反比，即ØØ在相位上I1和I2互差180° °，流经公共绕组中的电流I的大小为I= I2－－ I1ØØ当电压比K的数值相差不大，即公共绕组中的电流I很小，因而这部分可用截面较小的导线绕制 ØØ理论分析和实践都可以证明：理论分析和实践都可以证明：当一、二次绕组电当一、二次绕组电压之比接近压之比接近1 1时，或者说不大于时，或者说不大于2 2时，自耦变压器时，自耦变压器的的优点比较显著，实际应用中电压比一般在优点比较显著，实际应用中电压比一般在1.21.2～～2 2的范围内。
因此在电力系统中，用自耦变压器把的范围内因此在电力系统中，用自耦变压器把110kV110kV、、 220kV 220kV和和330kV330kV的高压电力系统连接成大的高压电力系统连接成大规模的动力系统规模的动力系统ØØ缺点在于：缺点在于：一、二次绕组的电路直接连在一起，一、二次绕组的电路直接连在一起，造成高压侧的电气故障会波及低压侧，这是很不造成高压侧的电气故障会波及低压侧，这是很不安全的ØØ因此，要求自耦变压器在使用时必须正确接线，因此，要求自耦变压器在使用时必须正确接线，且外壳必须接地且外壳必须接地，，并规定安全照明变压器不允许并规定安全照明变压器不允许采用自耦变压器结构形式采用自耦变压器结构形式ØØ自耦变压器不仅用于降压，也可作为升压变压器自耦变压器不仅用于降压，也可作为升压变压器 ØØ如果把自耦变压器的抽头做成滑动触点，就可构成输出电压可调的自耦变压器为了使滑动接触可靠，这种自耦变压器的铁心做成圆环形，其上均匀分布绕组，滑动触点由电刷构成，由于其输出电压可调，因此称为自耦调压器 ØØ如实验室中常用的单相调压器，一次绕组输入电压U1=220V，二次绕组输出电压U2=0～250V，在使用时要注意：一、二次绕组的公共端U2或u2 接零线，U1端接电源相线，u1端和u2端作为输出。
ØØ还必须注意自耦变压器在接电源之前，必须把手柄转到零位，使输出电压为零，以后再慢慢顺时针转动手柄，使输出电压逐步上升 第二节 仪用互感器ØØ电工仪表中的交流电流表一般可直接用来测量电工仪表中的交流电流表一般可直接用来测量5 5～～10A10A以下的电流，交流电压表可直接用于测量以下的电流，交流电压表可直接用于测量450V450V以下的电压而在实践中有时往往需测量几以下的电压而在实践中有时往往需测量几百安、几千安的大电流及几万伏的高电压，此时百安、几千安的大电流及几万伏的高电压，此时必须加接仪用互感器必须加接仪用互感器ØØ仪用互感器是作为测量用的专用设备，分为仪用互感器是作为测量用的专用设备，分为电流电流互感器和电压互感器互感器和电压互感器两种它们的工作原理与变两种它们的工作原理与变压器相同压器相同ØØ使用仪用互感器的目的有：使用仪用互感器的目的有：一是为了测量人员的一是为了测量人员的安全，使测量回路与高压电网相互隔离；二是扩安全，使测量回路与高压电网相互隔离；二是扩大测量仪表（电流表及电压表）的测量范围大测量仪表（电流表及电压表）的测量范围 ØØ一、电流互感器一、电流互感器ØØ在电工测量中用来按比例变在电工测量中用来按比例变换交流电流的仪器称为电流换交流电流的仪器称为电流互感器。
互感器ØØ电流互感器的基本结构及工电流互感器的基本结构及工作原理与单相变压器相似，作原理与单相变压器相似，它也有两个绕组：一次绕组它也有两个绕组：一次绕组串联在被测量的交流电路中，串联在被测量的交流电路中，流过的是被测电流流过的是被测电流I I1 1，它一，它一般只有一匝或几匝，用粗导般只有一匝或几匝，用粗导线绕制；二次绕组匝数较多，线绕制；二次绕组匝数较多，与交流电流表相接与交流电流表相接 故 I1=KiI2Ki称为电流互感器的额定电称为电流互感器的额定电流比，标注在电流互感器流比，标注在电流互感器的铭牌上，只要读出接在的铭牌上，只要读出接在二次线圈一侧电流表的读二次线圈一侧电流表的读数，则一次电路的待测电数，则一次电路的待测电流就很容易从式中得到流就很容易从式中得到由变压器工作原理可得： ØØ在实际应用中，与电流互感器配套使用的电流表已换算成一次电流，其标度尺即按电流分度，这样可以直接读数，不必进行换算例如按5A制造的与额定电流比为600/5电流互感器配套使用的电流表，其标度尺即按600A分度ØØ注意以下事项：ØØ1）电流互感器的二次绕组绝对不允许开路ØØ因为二次绕组开路时，电流互感器处于空载运行，此时一次绕组流过的电流（被测电流）全部为励磁电流，使铁心中的磁通急剧增大。
ØØ一方面使铁心损耗急剧增加，造成铁心过热，烧损绕组；另一方面将在二次绕组上感应出很高的电压，可能使绝缘击穿，并危及测量人员和设备的安全因此需检修或拆换电流表、功率表的电流线圈时，必须先将电流互感器的二次绕组短接ØØ2）电流互感器的铁心及二次绕组一端必须可靠接地以防止绝缘击穿后电力系统的高压危及工作人员及设备的安全 ØØ例1 有一台三相异步电动机，型号为Y2－280S－4，额定电压为380V，额定电流为140A，额定功率为75kW,试选择电流互感器的规格，并计算流过电流表的实际电流ØØ解 为了确保测量的准确性，又考虑电动机允许为了确保测量的准确性，又考虑电动机允许可能出现的短时过负载等因素，应使被测电流约可能出现的短时过负载等因素，应使被测电流约为满量程的为满量程的1/21/2～～3/43/4，因此选择电流互感器额定电，因此选择电流互感器额定电流为流为__________A A ØØ利用互感器原理制造的便携式钳形电流表，它的铁心可以张开，将被测载流导线钳入铁心窗口中，被测导线相当于电流互感器的一次绕组，铁心绕二次绕组与测量仪表相连，可直接读出被测电流的数值其优点是测量线路电流时不必断开电路，使用方便。
ØØ使用注意事项：使用注意事项：ØØ1 1）应使被测导线处于窗）应使被测导线处于窗口中央，否则会增加测量口中央，否则会增加测量误差；误差；ØØ2 2）若不知电流大小，应）若不知电流大小，应将量程选择开关置于大量将量程选择开关置于大量程上；程上；ØØ3 3）若被测电流过小，可）若被测电流过小，可将被测导线在钳口内多绕将被测导线在钳口内多绕几圈；几圈；ØØ4 4）若被测电压过高，应）若被测电压过高，应戴绝缘手套和使用绝缘垫戴绝缘手套和使用绝缘垫 ØØ二、电压互感器ØØ在电工测量中用来按比例变换交流电压的仪器称为电压互感器ØØ电压互感器的基本结构及工作原理与单相变压器相似它的一次绕组匝数为N1，与待测电路并联；二次绕组匝数为N2，与电压表并联 ØØ其一次电压为U1，二次电压为U2，因此电压互感器实际上是一台降压变压器，其电压比Ku为ØØ通常情况下，通常情况下，K Ku u标注在电压互感器的铭牌上，只标注在电压互感器的铭牌上，只要读出二次电压表的读数，一次电路的电压即可要读出二次电压表的读数，一次电路的电压即可得出一般二次电压表均采用量程为得出一般二次电压表均采用量程为100V100V的仪表。
的仪表只要改变接入的电压互感器的电压比，就可测量只要改变接入的电压互感器的电压比，就可测量高低不同的电压在实际应用中，与电压互感器高低不同的电压在实际应用中，与电压互感器配套使用的电压表已换算成一次电压，其标度尺配套使用的电压表已换算成一次电压，其标度尺即按一次电压分度即按一次电压分度 ØØ例如按100V制造的与额定电压比1000/100的电压互感器配套使用的电压表，其标度尺即按10000V分度ØØ使用电压互感器时必须注意以下事项：ØØ1)电压互感器的二次绕组在使用时绝不允许短路若发生短路，将产生很大的短路电流，导致电压互感器烧坏ØØ2)电压互感器的铁心及二次绕组的一端必须可靠接地保证工作人员及设备的安全ØØ3)二次绕组不宜接入过多的仪表，以免影响电压互感器的测量精度 ØØ例2 用变压比为10000/100电压互感器，变流比为100/5的电流互感器扩大量程，其电流表读数为3.0A，电压表读数为66V,试求被测电路的电流、电压各为多少？ØØ解 电流互感器的负载电流等于电流表的读数乘上电流互感器的负载电流等于电流表的读数乘上电流互感器的电流比电流互感器的电流比ØØ而电压互感器所测电压等于电压表的读数乘上电压而电压互感器所测电压等于电压表的读数乘上电压互感器的电压比互感器的电压比 第三节第三节 电焊变压器电焊变压器ØØ一、电焊变压器的结构特点电焊变压器的结构特点ØØ交流弧焊机由于结构简单、成本低廉、制造容易和维护方便而被广泛应用。
电焊变压器是交流弧焊机的主要组成部分，它实质上是一台特殊的降压变压器ØØ在焊接中，为了保证焊接质量和电弧的稳定燃烧，对电焊变压器提出如下要求：ØØ1)电焊变压器在空载时，应有一定的空载电压，通常Uo=60～75V，以便于起弧 ØØ2)在负载时，电压应随负载的增大而急剧下降通常在额定负载时的输出电压约为30VØØ3)在短路时，短路电流Isc不应过大，以免损坏电焊变压器ØØ4)为了适应不同的焊接工件和焊条的需要，要求电焊变压器输出的电流能在一定范围内进行调节UUOUNONIISCIN焊接电流与电弧电压的关系曲线 ØØ为了满足上述要求，电焊变压器必须具有较大的漏抗，而且可以进行调节因此，电焊变压器的特点是：ØØ铁心的气隙比较大；一次、二次分装在不同的铁心柱上，再用磁分路法、串联可变电抗器法及改变二次绕组的接法等来调节焊接电流ØØ工业上使用的交流弧焊机类型很多，如抽头式、动铁心、动线圈式和综合式等，都是依据上述原理制造的 ØØ二、磁分路动铁心式弧焊机ØØ其基本结构及工作原其基本结构及工作原理如下：该型交流弧理如下：该型交流弧焊机的电焊变压器为焊机的电焊变压器为磁分路动铁心结构，磁分路动铁心结构，它的铁心由固定铁心它的铁心由固定铁心和活动铁心两部分组和活动铁心两部分组成。
成固定铁心为固定铁心为“ “口口” ”字字形，两边的方柱上绕形，两边的方柱上绕有一次绕组和二次绕有一次绕组和二次绕组 ØØ活动铁心安装在固定铁心中间的螺杆上，当转动铁心调节装置手轮时，螺杆转动，活动铁心就沿着导杆在固定铁心的方口中移动，从而改变固定铁心中的磁通，调节焊接电流ØØ它的一次绕组绕在固定铁心的一边，二次绕组由两部分组成，一部分与一次绕组绕在同一边，另一部分绕在铁心的另一侧ØØ焊接电流的粗调靠变更二次绕组的接线板上连接片的接法来实现的ØØ接法II用焊接电流大的场合，接法I用于焊接电流小的场合 ØØ焊接电流的细调节则是通过焊接电流的细调节则是通过手轮移动铁心的位置，改变手轮移动铁心的位置，改变漏抗，从而得到均匀的电流漏抗，从而得到均匀的电流调节ØØBX1BX1系列交流弧焊机有三种系列交流弧焊机有三种型号：型号：BX1-135BX1-135的焊接电流的焊接电流调节范围为调节范围为2525～～150A150A，用于，用于薄钢片的焊接；薄钢片的焊接；BX1-330BX1-330电电流调节范围为流调节范围为5050～～450A450A，，BX1-500BX1-500则为则为5050～～680A680A，可，可用来焊接不同厚度的低碳钢用来焊接不同厚度的低碳钢板。
板 ØØ三、动圈式弧焊机ØØ动圈式弧焊机的典型产品是BX3系列它的焊接电流调节是靠改变一次绕组和二次绕组之间的距离（从而改变它们之间的漏抗大小）来实现的结构如图，一次绕组是固定的，而二次绕组可借助于调节机构在中间铁心柱上上下移动，从而改变了一、二次绕组之间的距离距离越大，漏抗就越大，输出电压降低，焊接电流变小 第四节 整流变压器ØØ从20世纪70年代起，由整流电路供电的整流电源逐步取代了直流发电机，成为产生直流电源的主要方法ØØ用来单独给整流电路供电的电源变压器叫做整流变压器，它是整流装置中的重要组成部分ØØ一、整流变压器的作用ØØ1)把电网电压变换成整流电路要求的电压 ØØ2）在大容量整流电路中，为了得到平稳的直流电压，往往采用多相整流电路（如六相、十二相整流），这就需要用到三相整流变压器，其二次侧接成六相或十二相ØØ3）为了尽可能减少电网与整流装置之间的相互干扰，要求把整流后的直流电路与电网交流电路彼此隔离 ØØ三、整流变压器的结构三、整流变压器的结构与工作特点与工作特点ØØ1 1））由于整流变压器的由于整流变压器的二次绕组所接整流器件二次绕组所接整流器件只在一个周期的部分时只在一个周期的部分时间内轮流导电，所以二间内轮流导电，所以二次绕组中流过的电流是次绕组中流过的电流是非正弦电流，含有直流非正弦电流，含有直流分量。
它将使铁心因损分量它将使铁心因损耗增加而加热，另外往耗增加而加热，另外往往二次绕组的视在功率往二次绕组的视在功率也比一次绕组的要大也比一次绕组的要大 ØØ2）当整流器件被击穿而发生短路时，变压器将流过很大的短路电流，因此整流变压器的漏抗较大，它输出的直流电压外特性较软，其外形结构较为矮胖，机械强度要求好ØØ3）由于整流变压器二次绕组中可能产生过电压而损坏绝缘层，因此需要加强绝缘处理 第五节 小功率电源变压器ØØ小功率电源变压器是专门用作某些小功率负载的供电电源之用，按工作频率的不同可分为工频、中频和高频电源变压器按铁心结构型式的不同可分为E形及口形变压器铁心、C形变压器、R形变压器、O形（环形）变压器ØØ一、按工作频率分类（1）工频电源变压器 是指工作在50～ 60Hz频率的电源变压器 铁心用0.35 mm或0.5mm冷轧硅钢片制成 （2）中频电源变压器 是指工作在400～1000Hz频率下的电源变压器其铁心用0.2mm冷轧硅钢片制成3）高频电源变压器 的指工作在10～20kHz频率下的电源变压器它主要用于开关稳压电源的变换器中，它的结构特点：1)一般均用铁氧体磁心，它的电阻率高，故涡流损耗小。
2）因为集肤效应使导线中心部分电流密度变小，通常使用多股高频铜导线或薄铜箔绕制绕组 3）高频变压器的工作温度不能超过70℃，否则铁氧体的电磁性能将急剧下降 ØØ二、按铁心结构分类ØØ（1）E形及口形铁心变压器ØØ（2）C形变压器 由于冷轧硅钢带的磁感应强度B比较高，加上绝缘等级较高（为B级或H级），故体积小，用铜量省 ØØ（3）R形变压器 其主要特点是铁心为整体结构，铁心卷绕好以后绑扎紧并浸漆处理成型由于不切割，因此磁路无空气隙，磁阻小，使变压器的空载损耗小，温升低另外由于铁心截面为圆形，因而绕组也是圆形，节省了用铜量，体积小，噪音低常采用卧式结构，特别适合于高密度安装的设备中 ØØ（（4 4））O O形变压器形变压器 又称环又称环形变压器，工作在工频电形变压器，工作在工频电源下的源下的O O形变压器其铁心形变压器其铁心用晶粒取向冷轧硅钢带或用晶粒取向冷轧硅钢带或合金钢带绕制而成具有合金钢带绕制而成具有R R形变压器的优点，且铁形变压器的优点，且铁心制作简单，能充分利用心制作简单，能充分利用铁心的磁性能，漏磁小铁心的磁性能，漏磁小ØØ随着电子技术的高速发展，随着电子技术的高速发展，高频、脉冲、开关电源及高频、脉冲、开关电源及逆变器等大多采用环形铁逆变器等大多采用环形铁心结构。
心结构 第四章 三相异步电动机ØØ第一节 电机概述ØØ电机是一种实现电能与机械能相互转换的电磁装电机是一种实现电能与机械能相互转换的电磁装置其运行原理基于电磁感应原理其运行原理基于电磁感应原理ØØ电机的种类和规格很多，按其电流类型分类，可电机的种类和规格很多，按其电流类型分类，可分为分为直流电机直流电机和和交流电机交流电机两大类ØØ交流电机可分为交流电机可分为交流发电机交流发电机和和交流电动机交流电动机两大类ØØ目前广泛采用的交流发电机是同步发电机，这是目前广泛采用的交流发电机是同步发电机，这是一种由原动机拖动旋转产生交流电能的装置当一种由原动机拖动旋转产生交流电能的装置当前世界各国的电能几乎均由同步发电机产生前世界各国的电能几乎均由同步发电机产生 ØØ交流电动机则是指由交流电源供电将交流电能转变为机械能的装置交流电动机可分为同步电动机和异步电动机两类ØØ同步电动机是指电动机的转速始终与交流电源的频率同步，不随所拖动的负载变化而变化的电动机，它主要用于功率较大，转速不要求调节的生产机械ØØ异步电动机电动机的转速随负载变化而稍有变化的旋转电机，这是目前使用最多的一类电动机按供电电源的不同，又可分为三相异步电动机和单相异步电动机两大类。
ØØ三相异步电动机是由三相交流电源供电，由于其结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用维护方便，因此在工、农业及其他各个领域中都获得了广泛应用ØØ据我国及世界上一些发达国家的统计表明，在整个电能消耗中，电动机的耗能约占60﹪～67 ﹪ ，而在电动机的耗能中，三相异步电动机又占首位ØØ单相异步电动机用单相交流电源，功率比较小，主要用家庭、办公场所等只有单相交流电的场所 电机电机电机电机变压器变压器变压器变压器直流电机直流电机直流电机直流电机交流电机交流电机交流电机交流电机控制电机控制电机控制电机控制电机伺服电机、步进电机、直线电机、测速发电机、伺服电机、步进电机、直线电机、测速发电机、伺服电机、步进电机、直线电机、测速发电机、伺服电机、步进电机、直线电机、测速发电机、自整角机、旋转变压器等自整角机、旋转变压器等自整角机、旋转变压器等自整角机、旋转变压器等直流发电机直流发电机直流发电机直流发电机直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机同步电机同步电机同步电机同步电机异步电机异步电机异步电机异步电机同步发电机同步发电机同步发电机同步发电机同步电动机同步电动机同步电动机同步电动机异步发电机异步发电机异步发电机异步发电机同步电动机：单相、三相异步电动机同步电动机：单相、三相异步电动机同步电动机：单相、三相异步电动机同步电动机：单相、三相异步电动机 第二节 三相异步电动机的工作原理ØØ一、旋转磁场一、旋转磁场ØØ1.1.旋转磁场及其产生旋转磁场及其产生ØØ如图为异步电动机旋如图为异步电动机旋转原理示意图。
在一转原理示意图在一个可旋转的马蹄形磁个可旋转的马蹄形磁铁中间，放置一只可铁中间，放置一只可自由转动的笼形短路自由转动的笼形短路线圈，也称笼形转子线圈，也称笼形转子当转动马蹄形磁铁时，当转动马蹄形磁铁时，笼形转子会跟着一起笼形转子会跟着一起转动 ØØ这是因为磁铁转动时，其磁感线（磁通）切割笼型转子的导体，在导体中因电磁感应而产生感应电动势，由于转子本身是短路的，因而导体中就有电流通过，方向如图该电流又与旋转磁场相互作用，产生转动力矩驱动笼形转子随着旋转磁场的转向而旋转起来，这就是异步电动机的简单工作原理NSFFn1n2旋转磁场转向 ØØ下面先分析旋转磁场产生的下面先分析旋转磁场产生的条件，再分析三相异步电动条件，再分析三相异步电动机的工作原理机的工作原理ØØ右图为三相异步电动机定子右图为三相异步电动机定子绕组结构示意图在定子铁绕组结构示意图在定子铁心上冲有均匀分布的铁心槽，心上冲有均匀分布的铁心槽，在定子空间各相差在定子空间各相差120120° °电角电角度的铁心槽中布置有三相绕度的铁心槽中布置有三相绕组组U1U2U1U2、、V1V2V1V2、、W1W2W1W2，，三相绕组接成星形联结。
三相绕组接成星形联结ØØ现向定子三相绕组中分别通现向定子三相绕组中分别通入三相交流电入三相交流电i iU U、、i iV V、、i iWW，各，各相电流将在定子绕组中分别相电流将在定子绕组中分别产生相应的磁场产生相应的磁场U1V2W1V1W2U2 U1 U2 V1 V2W1W2 oU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2 ØØ由此可以得出结论：在三相异步电动机定子铁在三相异步电动机定子铁心中布置结构完全相同、在空间各相差心中布置结构完全相同、在空间各相差120120° °电角电角度的三相定子绕组，分别向三相定子绕组通入三度的三相定子绕组，分别向三相定子绕组通入三相交流电，则在定子、转子与空气隙中产生一个相交流电，则在定子、转子与空气隙中产生一个沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场ØØ2.旋转磁场的旋转方向ØØ三相交流电的变化次序（相序）为U相达到最大值→ V相达到最大值→ W相达到最大值将U相交流电接U相绕组、 V相交流电接V相绕组、 W相交流电接W相绕组，则产生的旋转磁场的旋转方向为U相→ V相→ W相（顺时针旋转），即与三相交流电的变化相序一致。
AU1U2V2W1V1W2AU1U2V2W1V1W2结论：结论： 任意调换两根任意调换两根电源进线，则旋转电源进线，则旋转磁场反转磁场反转 U1 U2W1W2V1V20 to任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线(电路如图电路如图) ØØ由此可以得出结论：由此可以得出结论：旋转磁场的旋转方向决定于通旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组中的三相交流电的相序，且与三相交流入定子绕组中的三相交流电的相序，且与三相交流电源的相序电源的相序U U→ → V V→ → WW的方向的方向一致只要任意调换一致只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即反转ØØ3.旋转磁场的旋转速度ØØ旋转磁场的转速可用公式表示为ØØf f1 1——交流电的频率（交流电的频率（HzHz）；）；ØØp p——电动机的磁极对数；电动机的磁极对数；ØØn n1 1——旋转磁场的转速，又称同步转速旋转磁场的转速，又称同步转速（（r/minr/min）） ØØ例1 通入三相异步电动机定子绕组中的交流电频率f=50Hz，试分别求电动机磁极对数p=1、 p=2、 p=3及p=4时旋转磁场的转速n1。
ØØ解 当p=1ØØ上述四个数据很重要上述四个数据很重要, ,因为目前使用的各类三相异因为目前使用的各类三相异步电动机的转速与上述四种转速密切相关（均小步电动机的转速与上述四种转速密切相关（均小于上述四种转速）于上述四种转速）ØØ例如例如Y132S-2Y132S-2型三相异步电动机（型三相异步电动机（p=1p=1 ）的额定转）的额定转速速n=2900r/minn=2900r/min：：ØØ布置作业：布置作业：P118 P118 复习思考题复习思考题1 1、、4 4 ØØ二、三相异步电动机的旋转原理ØØ1.转子旋转原理ØØ三相定子绕组通入三相交流电产生一个同步转速为n1的旋转磁场，该旋转磁场将切割转子导体，在转子导体中产生感应电动势，由于转子导体自成闭合回路，因此该电动势将在转子导体中形成电流，U1V2W1V1W2U2n1FF ØØ其电流方向可用右手定则判定可以相对地把磁其电流方向可用右手定则判定可以相对地把磁感线看成不动，而导体以与旋转磁场相反的方向感线看成不动，而导体以与旋转磁场相反的方向（逆时针）去切割磁感线，从而可以判定出在该（逆时针）去切割磁感线，从而可以判定出在该瞬间转子导体中的电流方向如图所示，即电流从瞬间转子导体中的电流方向如图所示，即电流从转子上半部的导体流出，流入下半部导体中。
转子上半部的导体流出，流入下半部导体中ØØ有电流流过的转子导体将在旋转磁场中受电磁力有电流流过的转子导体将在旋转磁场中受电磁力F F的作用，其方向可用左手定则判定该电磁力的作用，其方向可用左手定则判定该电磁力F F在在转子轴上形成电磁转矩，使异步电动机以转速转子轴上形成电磁转矩，使异步电动机以转速n n旋旋转ØØ归纳出三相异步电动机的旋转原理：归纳出三相异步电动机的旋转原理：转子绕组在转子绕组在旋转磁场的作用下产生感应电流；载有电流的转旋转磁场的作用下产生感应电流；载有电流的转子导体受电磁力的作用，产生电磁转矩使转子旋子导体受电磁力的作用，产生电磁转矩使转子旋转转子的转向与旋转磁场转向一致转子的转向与旋转磁场转向一致 ØØ2.2.转差率转差率ØØ由上面的分析可以看出，转子的转速由上面的分析可以看出，转子的转速n n一定要小于一定要小于旋转磁场的转速旋转磁场的转速n n1 1，如果转子转速与旋转磁场转，如果转子转速与旋转磁场转速相等，则转子导体就不再切割旋转磁场，转子速相等，则转子导体就不再切割旋转磁场，转子导体中不再产生感应电动势和电流，电磁力导体中不再产生感应电动势和电流，电磁力F F将为将为零，转子就将减速。
零，转子就将减速ØØ因此异步电动机的因此异步电动机的“ “异步异步” ”就是指电动机的转速就是指电动机的转速n n与与旋转磁场的转速之间存在着差异，两者的步调不旋转磁场的转速之间存在着差异，两者的步调不一致ØØ又由于异步电动机的转子绕组并不直接与电源相又由于异步电动机的转子绕组并不直接与电源相接，而是依据电磁感应来产生电动势和电流，获接，而是依据电磁感应来产生电动势和电流，获得电磁转矩而旋转，因此又称感应电动机得电磁转矩而旋转，因此又称感应电动机 ØØ把异步电动机旋转磁场的转速，即同步转速n1与电动机转速n之差称为转速差，转速差与旋转磁场转速之比称为异步电动机的转差率sØØ转差率s是异步电动机的一个重要物理量， s的大小与异步电动机运行情况密切有关 ØØ3.异步电动机的三种运行状态ØØ(1)电动机运行状态（0＜ s ＜1）ØØ1)当异步电动机在静止状态或刚接上电源，转子转速n=0, 对应的转差率s=1ØØ2)如转子转速n=n0，则转差率s=0ØØ3)异步电动机在正常状态下运行时，转差率在0～1之间变化ØØ4)三相异步电动机在额定状态下运行，额定转差率sN约在0.01 ～0.06 ØØ例2 已知Y2-160M-4型三相异步电动机的同步转速n1=1500r/min，额定转差率sN=0.04，试求该电动机的额定转速nN。
ØØ解 由公式得ØØ5)当三相异步电动机空载时，由于电动机只需克服空气及摩擦阻力，故转差率很小，约为0.004～0.007 ØØ(2)发电机状态（s<0 ） 转子转速n超过同步转速n1，即n > n1 ，则s<0 ØØ转子导体与旋转磁场的相对切割方向与电动状态时正好相反，故转子绕组中的电动势及电流和电动状态时相反，电磁转矩T也反向成为阻力矩机械外力必须克服电磁转矩做功，以保持n > n1 即电机此时输入机械功率，输出电功率，处于发电状态运行 ØØ(3)电磁制动状态（1
ØØ按电动机转子结构的不同又可分为笼型异步电动机和绕线转子异步电动机 ØØ按工作电压可分为高压异步电动机和低压异步电动机ØØ按工作性能分为高起动转矩和高转差率异步电动机 ØØ一、定子ØØ定子是指电动机静止不动的部分，主要包括定子铁心、定子绕组、机座、端盖、罩壳等ØØ1.定子铁心ØØ定子铁心作为电动机磁通的通路，对铁心材料的要求是既有良好的导磁性能，剩磁小，又要尽量降低涡流损耗，一般用0.35～0.5mm厚表面有绝缘层的硅钢片（涂绝缘漆或硅钢片表面具有氧化膜绝缘层）叠压而成 ØØ2.定子绕组ØØ定子绕组作为电动机的电路部分，通入三相交流电产生旋转磁场它由嵌放在定子铁心槽中的线圈按一定规则连接成三相定子绕组小型异步电动机绕组一般采用高强度漆包圆铜线制成，大中型则用漆包扁铜线或玻璃丝包扁铜线绕制成形绕组则外绝缘层后，再整体嵌放在定子铁心槽内ØØ按布置方式不同可分为单层绕组和双层绕组 第四节 三相异步电动机的定子绕组ØØ绕组是三相异步电动机的主要组成部分，是产生旋转磁场、实现能量转换的关键部件、也是容易损坏的部位定子绕组是由许多嵌放在定子铁心槽内的线圈按照一定的规律分布、排列并连接而成的为满足异步电动机的运行要求，必须保证各相绕组的状态、尺寸及匝数都相同，且在空间的分布就彼此相差120°电角度。
ØØ一、定子绕组的分类ØØ若按槽内层数来分，可分为单层绕组、双层绕组和单双层混合绕组按每极每相所占槽数来分，可分为整数槽和分数槽绕组；又可分为链式绕组、同心式绕组、交叉式绕组、叠绕组和波绕组等ØØ二、定子绕组的常用术语ØØ1.线圈、线圈组、绕组ØØ线圈也称为绕组元件，是构成绕组的最基本单元，它是用绝缘导线（圆线或扁线）按一定形状绕制而成的，可由一匝或多匝 ØØ组成部分 ；多个线圈连接成一组称为线圈组；由多个线圈或线圈组按照一定的规律连接在一起就形成一相绕组ØØ2.极距τØØ定子绕组一个磁极所占定子圆周的距离称为极距，一般用定子槽z1数来表示，即ØØ式中2p—磁极数 ØØ3. 3.线圈节距线圈节距y yØØ一个线圈的两个有效边所跨定子圆周的距离称为一个线圈的两个有效边所跨定子圆周的距离称为节距，一般也用定子槽数来表示节距，一般也用定子槽数来表示ØØ如某线圈的一个有效边嵌放在第如某线圈的一个有效边嵌放在第1 1槽，而另一个有槽，而另一个有效边嵌放在第效边嵌放在第6 6槽，则其节距槽，则其节距y=(6-1)y=(6-1)槽槽=5=5槽槽从绕组产生最大磁通势或电动势的要求出发，节距组产生最大磁通势或电动势的要求出发，节距y y 应接近极距应接近极距τ τ即即ØØ当当y=y= τ τ时，称为整距绕组；当时，称为整距绕组；当y 该几何角度就称为机械角度2 2））电电角角度度 计计量量电电和和磁磁变变化化的的角角度度称称为为电电角角度度，，从从电电磁磁方方面面看看，，导导体体每每经经过过一一对对磁磁极极N N、、S S，，其其感感应应电电动动势势变变化化一一个个周周期期，，也也即即相相位位变变化化了了360360º º电电角角度度，，所所以以每每对对磁磁极极对对应应的的是是360360º º电电角角度度若若电电动动机机有有p p对对磁磁极极，，则则相相应应的的电电角角度度为为p pX X 360360º º因因此，此，电角度电角度= =P P××机械角度机械角度 三相异步电动机定子绕组（5）每极每相槽数q 在每一个磁极下每相绕组所占有的槽数，称为每极每相槽数可用下式计算式中，m为相数 三相异步电动机定子绕组（（6 6））相相带带 每每相相绕绕组组在在一一对对磁磁极极下下所所连连续续占占有有的的宽宽度度（（用用电电角角度度表表示示））称称为为相相带带在在异异步步电电动动机机中中，，一一般般将将每每相相所所占占有有的的槽槽数数均均匀匀地地分分布布在在每每个个磁磁极极下下，，因因为为每每个个磁磁极极占占有有的的电电角角度度是是180180º º，，对对三三相相绕绕组组而而言言，，每每相相占占有有的的电电角角度度是是6060º º，，所所以以称称为为6060º º相相带带。 而而每每极极每每相相槽槽数数就就是是指指这这6060º º相相带带中中有有q q个个槽槽实实际际在在多多对对磁磁极极的的电电动动机机定定子子绕绕组组中中，，每每对对磁磁极极都都占占有有360360º º电电角角度度，，根根据据6060º º相相带带法法，，绕绕组组的的相相带带排排列列顺顺序序应应为为U1U1→→W2W2→→V1V1→→U2U2→→WlWl→→V2V2 三相异步电动机定子绕组（（7 7））极极相相组组 将将一一个个磁磁极极下下属属于于同同一一相相的的线线圈圈按按一一定定方方式式串串联联成成的的线线圈圈组组，，称称为为极极相相组组这这个个概概念念很很重重要要，，因因为为在在实实际际制制造造电电动动机机时时，，一一般般把把一一相相绕绕组组分分成成若若干干个个极极相相组组( (线线圈圈组组) )绕绕好好，，再再分分组组嵌嵌线线，，最最后后再再连连接接起起来来成成为为一一相绕组极相组数极相组数=2=2pmpm3 3．三相定子绕组的分布与连接．三相定子绕组的分布与连接三三相相异异步步电电动动机机定定子子绕绕组组的的作作用用是是产产生生对对称称的的旋旋转转磁磁场场，，因因此此除除了了三三相相电电源源必必须须对对称称外外，，要要求求三三相相交交流流绕绕组组也也必必须须是是对对称称的的，，其其构构成成（（分分布布、、排排列列与与连连接接））原原则则如下：如下： （（1 1））各各相相绕绕组组在在每每个个磁磁极极下下应应均均匀匀分分布布，，以以达达到到磁磁场场的的对对称称，，因因此此先先将将定定子子槽槽数数按按极极均均分分（（分分极极））每每极极180180º º电电角角度度，，每每极极下下分分为为三三个个相相带带，，每每个个相相带带6060º º电电角角度度。 三三相相绕绕组组的的分分布布在在每每极极下下按按相相带带顺顺序序U1U1→→W2W2→→V1V1→→U2U2→→W1W1→→V2V2均均匀匀分分布2 2））各各相相绕绕组组引引出出线线应应彼彼此此相相隔隔120120º º展展开开图图中中每每个个相相邻邻相相带的电流参考方向相反带的电流参考方向相反3 3）同相绕组中线圈之间应顺着电流参考方向进行连接同相绕组中线圈之间应顺着电流参考方向进行连接4 4））同同一一相相绕绕组组的的各各有有效效边边在在同同性性磁磁极极下下，，电电流流方方向向应应相相同同；；而而在在异异性性磁磁极极下下，，电电流流方方向向相相反反为为节节约约铜铜线线，，节节距距应应尽尽可能短5 5）各相绕组的电源引出线应彼此相隔）各相绕组的电源引出线应彼此相隔120120º º电角度 三相异步电动机定子绕组（三）展开图绘制训练1．三相单层绕组的绘制（1）单层链式绕组 三相异步电动机Y-90L-4型定子绕组为单层链式，定子槽数Z1＝24，极数2p＝４，相数m＝3，节距y＝5（即1-6），绘出链式绕组展开图 绘制步骤如下： 三相异步电动机定子绕组1）分极、分相 每极所占槽数 槽每极每相槽数 槽2）标出同一相中线圈两有效边的电流方向 根据“同性磁极下电流方向相同、异性磁极下电流方向相反”的原则标出电流方向。 3）确定节距 y＝5（6-1） 三相异步电动机定子绕组4 4））确确定定各各相相绕绕组组电电源源引引出出线线 各各相相绕绕组组引引出出线线应应彼彼此此相相隔隔120120º º电电角角度度由由于于相相邻邻两两槽槽间间相相隔隔的的电电角度角度为为则则120120º º电电角角度度应应相相隔隔120120º º/30/30º º＝＝4 4槽槽U U相相首首端端U U1 1嵌嵌放放在在第第2 2槽槽，，V V相相首首端端V V1 1嵌嵌放放在在2+42+4＝＝６６（（槽槽）），，WW相首端相首端WWl l嵌放在嵌放在6+46+4＝＝1010（槽）5 5）将每个极相组顺电流方向连接起来将每个极相组顺电流方向连接起来6 6））按按电电流流方方向向将将每每相相绕绕组组串串联联起起来来，，接接线线规规则则可可归归纳纳为为““头头接接头头，，尾尾接接尾尾( (反反串串联联) )””画画好好的的展展开图如图开图如图7 7- -3 3所示 三相异步电动机定子绕组图图7 7- -3 243 24槽槽4 4极单层链式绕组展开图极单层链式绕组展开图 三相异步电动机定子绕组（2）同心式绕组 同心式绕组的结构特点是各相绕组均由不同节距的同心线圈（大线圈套在小线圈外面）经适当连接而成，这种绕组的端部较长，常用于两极电动机中，每极每相槽数为q≥4的偶数。 （3）交叉式绕组 交叉式绕组主要用于每极每相槽数q＝3（奇数）的小型三相异步电动机定子绕组中 三相异步电动机定子绕组（四）绘制圆形接线参考图在三相异步电动机的实际接线时，为了能清楚看出各线圈组之间的连结方式，常采用一种简化了的圆形接线参考图，简称接线图画接线图时，不管每极每相有几个槽，也不管一个极相组内有几个线圈，每一个极相组都用一根带箭头的短圆弧线来表示，箭头所指方向表示电流参考方向 三相异步电动机定子绕组（五）绘制定子绕组概念图（五）绘制定子绕组概念图 用用一一个个小小方方块块代代表表定定子子绕绕组组的的一一个个极极相相组组，，在在每每个个小小方方块块上上面面用用箭箭头头表表示示该该极极相相组组的的电电流流方方向向，，显显极极式式电电机机相相邻邻极极相相组组电电流流方方向向应应相相反反，，顺顺着着电电流流方方向向把把每每相相的的各各极极相相组组连连接接起起来来所所得得到到的的接接线线图图，，即即是是定定子子绕绕组组的的概概念念图图可可以以看看出出，，概概念念图图可可以以理理解解为为是是把把圆圆形形接线图拉直后所得到的接线图拉直后所得到的 第五节 三相异步电动机的运行原理与特性一、三相异步电动机的运行原理一、三相异步电动机的运行原理1.1.旋转磁场对定子绕组的作用旋转磁场对定子绕组的作用旋转磁场将在不动的定子绕组中产生感应电动势。 旋转磁场将在不动的定子绕组中产生感应电动势异步电动机：异步电动机：旋转磁场切割导体旋转磁场切割导体 e，， U1 E1= 4.44K1 f 1N1 m2.2.旋转磁场对转子绕组的作用旋转磁场对转子绕组的作用（（1 1）转子感应电动势及电流的频率）转子感应电动势及电流的频率 （（2 2）转子绕组感应电动势）转子绕组感应电动势E2E2的大小的大小E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2 （3）转子的电抗和阻抗 （（4 4）） 转子电流转子电流 I I2 2（（（（5 5）））） 转子电路的功率因数转子电路的功率因数转子电路的功率因数转子电路的功率因数 cos cos 2 2转子绕组的感应电流转子绕组的感应电流转子绕组的感应电流转子绕组的感应电流 ØØ二、三相异步电动机的功率和效率ØØ1.功率和效率ØØ轴上输出的机械功率轴上输出的机械功率P P2 2总小于其从电网输入的电总小于其从电网输入的电功率功率P P1 1ØØ例8 有一台Y2-160M-4型异步电动机输出功率P2=11kW,额定电压U2=380V，额定电流I1=22.3A，电动机功率因数cosφ1=0.85,试求额定输入功率P1及效率η。 ØØ解： ØØ异步电动机在运行中的功率损耗有：异步电动机在运行中的功率损耗有：ØØ（（1 1）电流在定子绕组中的铜损耗）电流在定子绕组中的铜损耗P Pcu1cu1及转子绕组及转子绕组中铜损耗中铜损耗P Pcu2cu2ØØ（（2 2）交变磁通在电动机定子中产生的磁滞损耗及）交变磁通在电动机定子中产生的磁滞损耗及涡流损耗，通称铁损耗涡流损耗，通称铁损耗P PfefeØØ（（3 3）机械损耗）机械损耗P Pt t 电动机在额定负载时的转矩电动机在额定负载时的转矩电动机在额定负载时的转矩电动机在额定负载时的转矩2 2. . . .功率和转矩关系功率和转矩关系功率和转矩关系功率和转矩关系额定转矩额定转矩额定转矩额定转矩(N • m) 如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型型) 的额定功的额定功率为率为7.5kw, 额定转速为额定转速为1440r/min, 则额定转矩为则额定转矩为 一、概述一、概述起起动动是是指指电电动动机机通通电电后后转转速速从从零零开开始始逐逐渐渐加加速速到到正常运转的过程正常运转的过程三三相相异异步步电电动动机机在在起起动动时时，，由由于于转转子子的的机机械械惯惯性性使使转转子子起起动动的的瞬瞬间间转转速速n n＝＝００、、转转差差率率Q Q＝＝１１，，转转子子绕绕组组产产生生较较大大的的感感应应电电动动势势，，在在转转子子绕绕组组中中产产生生很很大大的的感感应应电电流流，，使使定定子子绕绕组组中中流流过过的的起起动动电电流流也也很很大大，，约约为为额额定定电电流流的的（（4 4～～7 7））倍倍。 虽虽然然起起动动电电流流很很大大，，但但因因转转子子绕绕组组的的感感抗抗很很大大，，这这时时转转子子电电路路的的功功率率因因数数很很低低，，所所以以起起动动转转矩矩并并不不大大，，一一般般起起动动转转矩矩约约为为其其额额定定转转矩矩的的0.950.95～～2 2倍倍因因此此异异步步电电动动机机起起动动的的主主要要问问题题是是：：起起动电流大，而起动转矩并不大动电流大，而起动转矩并不大第六节第六节 三相异步电动机的起动的起动 三相异步电动机的起动与调速 在在电电力力系系统统中中，，一一方方面面要要求求电电动动机机具具有有足足够够大大的的起起动动转转矩矩，，使使拖拖动动系系统统尽尽快快达达到到正正常常运运行行状状态态；；另另一一方方面面要要求求起起动动电电流流不不要要太太大大，，以以免免电电网网产产生生过过大大电电压压降降，，从从而而影影响响接接在在同同一一电电网网上上其其他他用用电电设设备备的的正正常常运运行行此此外外，，还还要要求求起起动动设设备备尽尽量量简简单单、、经经济济、、便便于于操操作作和和维维护护因因此此，，对对异异步步电电动动机机的的起起动动提提出出以以下要求：下要求： 三相异步电动机的起动与调速 （（1 1）应该有足够大的起动转矩。 应该有足够大的起动转矩2 2）尽可能小的起动电流尽可能小的起动电流3 3）起动过程中转速应该平滑地上升起动过程中转速应该平滑地上升4 4））起起动动方方法法应应该该可可靠靠、、正正确确、、方方便便，，起起动动设设备备简简便便、、经经济5 5）起动过程中的功率损耗应尽可能地小起动过程中的功率损耗应尽可能地小对对于于不不同同类类型型和和不不同同容容量量的的异异步步电电动动机机，，应应采采用用不不同同的的起起动动方方法法笼笼型型异异步步电电动动机机的的起起动动分分为为全全压压起起动动和和降降压压起起动动两两种种绕绕线线式式异异步步电电动动机机则则采采用用转转子子绕绕组组串串电电阻的方法阻的方法 二、三二、三相相笼笼型异步型异步电动电动机的直接起机的直接起动动三三相相笼笼型型异异步步电电动动机机有有两两种种起起动动方方法法，，即即在在额额定定电电压压下下的的全全压压起起动动（（又又称称直直接接起起动动））和和经经过过起起动动设设备备减减压压后后的的降降压压起起动动（（也也称称降降压压起起动动） 直直接接起起动动是是指指利利用用闸闸刀刀开开关关或或接接触触器器将将电电动动机直接接到额定电压的电网上来机直接接到额定电压的电网上来起起动电动机。 动电动机 三相异步电动机的起动与调速 通常认为只需满足下述三个条件中的一条即可：通常认为只需满足下述三个条件中的一条即可：1 1））容容量量在在7.5kW7.5kW以以下下的的三三相相异异步步电电动动机机一一般般均均可可采采用用直直接起动接起动2 2））直直接接起起动动方方法法的的应应用用主主要要受受电电网网容容量量的的限限制制，，一一般般情情况况下下，，只只要要直直接接起起动动时时的的起起动动电电流流在在电电网网上上引引起起的的电电压压降降不不超超过过额额定定电电压压的的1010％％～～1515％％，，并并使使变变压压器器的的短时过载不超过最大允许值短时过载不超过最大允许值3 3））由由独独立立的的动动力力变变压压器器供供电电时时，，允允许许直直接接起起动动的的电电动动机容量不超过变压器的机容量不超过变压器的2020 ％ 三、三三、三相相笼笼型异步型异步电动电动机的减机的减压压起起动动减减压压起起动动是是利利用用起起动动设设备备将将电电压压适适当当减减小小后后加加到到电电动动机机的的定定子子绕绕组组上上起起动动，，等等电电动动机机转转速速升升高高到到接接近近稳稳定定转转速速时时，，再再使使电电动动机机定定子子绕绕组组上上的的电电压压恢恢复复至至额额定定值值进进行行正正常常运运行行。 由由于于电电动动机机电电磁磁转转矩矩与与电电源源电电压压平平方方成成正正比比，，所所以以减减压压起起动动时时起起动动转转矩矩将将大大为为降降低低为为此此，，减减压压起起动动方方法法仅仅适适用用于于电电动动机机空空载载或或轻轻载载起起动动笼笼型型电电动动机机常常见见的的降降压压起起动动方方法法有有四四种种：：丫丫－－△△转转换换减减压压起起动动；；定定子子绕绕组组串串接接电电阻阻减减压压起起动动；；自自耦耦变变压压器器减减压压起起动动和延边三角形减压起动和延边三角形减压起动 1 1））Y Y-△-△转转换换减减压压起起动动 对对于于正正常常运运行行时时定定子子绕绕组组为为三三角角形形连连接接，，并并有有六六个个出出线线端端子子的的笼笼型型异异步步电电动动机机，，为为了了减减小小起起动动电电流流，，起起动动时时将将定定子子绕绕组组星星形形连连接接，，以以减减低低起起动动电电压压，，起起动动后后再再联联成成三三角角形形这这种种起起动动方方法法称称为为Y Y-△-△减减压压起起动动，，其其接接线线图图如如图图8 8- -8 8所所示示起起动动时时将将星星→→三三角角转转换换开开关关的的手手柄柄Q2Q2置置于于起起动动位位，，则则电电动动机机定定子子三三相相绕绕组组的的末末端端U2U2、、V2V2、、W2W2连连成成一一个个公公共共点点，，三三相相电电源源L1L1、、L2L2、、L3L3经经开开关关Q1Q1向向电电动动机机定定子子三三相相绕绕组组的的首首端端UIUI、、ViVi、、WlWl供供电电，，电电动动机机以以星星形形连连接接起起动动。 加加在在每每相相定定子子绕绕组组上上的的电电压压为为电电源源线线电电压压U U1 1的的倍倍，，因因此此起起动动电电流流较较小小Q1Q1闭闭合合，，定定子子绕绕组组连连接接成成星星形形，，电电动动机机减减压压起起动动，，当当电电动动机机转转速速接接近近稳稳定定转转速速时时，，再再把把开开关关Q2Q2推推到到运运行行位位，，电电动动机机定定子子三三相相绕绕组组接接成成三三角角形形连连接接，，这这时时加加在在电电动动机机每每相相绕绕组组上上的的电电压压即即为为线线电电压压U U1 1，，电电动动机机正正常常运行 2 2））定定子子绕绕组组串串电电阻阻减减压压起起动动 定定子子绕绕组组串串电电阻阻减减压压起起动动是是指指电电动动机机起起动动时时，，把把电电阻阻串串接接在在电电动动机机定定子子绕绕组组与与电电源源之之间间，，通通过过电电阻阻的的分分压压作作用用来来减减低低定定子子绕绕组组上上的的起起动动电电压压，，待待电电动动机机起起动动后后，，再再将将电电阻阻短短接接使使电电动动机机在在额额定定电电压压下下正正常常运运行行，，如如图图8 8- -6 6所所示示这这种种减减压压起起动动控控制制线线路路有有手手动动控控制制、、按按钮钮与与接接触触器器控控制制、、时时间间继继电电器器自自动动控控制制和和手手动动自自动动混混合合控控制制等等四四种种方方式式，，目目前这种减压起动方法在生产实际中的应用正逐步减少。 前这种减压起动方法在生产实际中的应用正逐步减少 三相异步电动机的起动与调速 L1L2L3Q1FURstM3～FUQ2图8-6 串电阻减压起动图8-7 自耦变压器减压起动 3 3））自自耦耦变变压压器器的的减减压压起起动动 这这种种减减压压起起动动方方法法是是利利用用自自耦耦变变压压器器来来减减低低加加在在电电动动机机定定子子绕绕组组上上的的起起动动电电压压，，如如图图8 8- -7 7所所示示起起动动时时，，先先合合上上开开关关Q1Q1，，再再将将开开关关Q2Q2投投向向““起起动动””位位置置，，这这时时经经过过自自耦耦变变压压器器减减压压后后的的交交流流电电压压加加到到电电动动机机三三相相定定子子绕绕组组上上，，电电动动机机开开始始减减压压起起动动，，待待电电动动机机转转速速升升高高到到一一定定值值后后，，再再把把Q2Q2投投向向““运运行行””位位置置，，使使电电动动机机与与自自耦耦变变压压器器脱脱离离，，从从而而在在全全压下正常运行压下正常运行采采用用自自耦耦变变压压器器减减压压起起动动，，可可以以使使电电源源供供给给电电动动机机的的起起动动电电流流为为直直接接起起动动的的1/k1/k2 2倍倍。 由由于于电电压压减减低低为为1/k1/k倍，故电动机的起动转矩减为倍，故电动机的起动转矩减为1/k1/k2 2倍 用用Y Y-△-△减减压压起起动动时时，，起起动动电电流流为为直直接接采采用用三三角角形形连连接接时时起起动动电电流流的的1 1／／3 3，，所所以以对对减减低低起起动动电电流流很很有有效效，，但但起起动动转转矩矩也也只只有有用用三三角角形形连连接接直直接接起起动动时时的的1 1／／3 3，，即即起起动动转转矩矩减减低低很很多多，，故故只只能能用用于于轻轻载载或或空空载载起起动动的的设设备备上上此此法法的的最最大大优优点点是是所所需需设设备备较较少少、、价价格格低低，，因因而而获获得得了了较较为为广广泛泛的的采采用用由由于于此此法法只只能能用用于于正正常常运运行行时时为为三三角角形形连连接接的的电电动动机机上上，，因因此此我我国国生生产产的的J02J02系系列列、、Y Y系系列列、、Y2Y2系系列列三三相相笼笼型型异异步步电电动动机机，，凡凡功功率率在在4kW4kW及以上者，正常运行时都采用三角形连接及以上者，正常运行时都采用三角形连接 4 4））延延边边三三角角形形减减压压起起动动 延延边边三三角角形形减减压压起起动动是是指指电电动动机机起起动动时时，，把把定定子子绕绕组组的的一一部部分分接接成成△△，，另另一一部部分分接接成成Y Y，，使使整整个个绕绕组组接接成成延延边边三三角角形形，，如如图图8-98-9（（a a））所所示示，，待待电电动动机机起起动动后后，，再再把把定定子子绕绕组组改改接接成成△△全全压压运运行行，，如如图图8-98-9（（b b））所所示示。 这这种种起起动动方方法法称称为为延延边边三三角角形减压起动形减压起动延边延边△△减压起动是在减压起动是在Y Y-△-△减压起动的基础上加以减压起动的基础上加以改进而形成的一种起动方式，它把改进而形成的一种起动方式，它把Y Y和和△△两种接法结两种接法结合起来，使电动机每相定子绕组承受的电压小于合起来，使电动机每相定子绕组承受的电压小于△△连连接时的相电压，而大于接时的相电压，而大于Y Y形连接时的相电压，并且每形连接时的相电压，并且每相绕组电压的大小可随电动机绕组抽头（相绕组电压的大小可随电动机绕组抽头（U3U3、、V3V3、、W3W3）位置的改变而调节，从而克服了）位置的改变而调节，从而克服了Y Y-△-△减压起动时减压起动时起动电压偏低，起动转矩偏小的缺起动电压偏低，起动转矩偏小的缺点 图图8-9 8-9 延边三角形减压起动电动机定子绕组的连接方式延边三角形减压起动电动机定子绕组的连接方式(a)(a)延边延边△△连结；连结； (b) (b)△△连结连结 四、四、绕线转绕线转子异步子异步电动电动机的起机的起动动 三三相相绕绕线线式式转转子子异异步步电电动动机机与与笼笼型型异异步步电电动动机机的的主主要要区区别别是是转转子子绕绕组组可可通通过过电电刷刷和和集集电电环环与与起起动动变变阻阻器器或或频频敏敏变变阻阻器器串串联联，，以以改改善善电电动动机机的的机机械械性性能能，，从从而而达达到到减减小小起起动电动电流，增大增大起流，增大增大起动转动转矩以及平滑矩以及平滑调调速的目的。 速的目的1 1. .转子绕组串入电阻起动转子绕组串入电阻起动绕绕线线转转子子异异步步电电动动机机转转子子电电路路串串变变阻阻器器起起动动，，其其控控制制原理图如图原理图如图8 8- -1010所示起动前将变阻器电阻调到最大位置，使电阻全部接人起动前将变阻器电阻调到最大位置，使电阻全部接人转子电路，然后合上转子电路，然后合上QSQS，随着电动机转速逐渐升高，将变，随着电动机转速逐渐升高，将变阻器的电阻逐级切除，并最后将变阻器电阻全部短接阻器的电阻逐级切除，并最后将变阻器电阻全部短接 三相异步电动机的起动与调速 三相异步电动机的起动与调速 2. 2.转子电路串人频敏变阻器起动转子电路串人频敏变阻器起动 频频敏敏变变阻阻器器起起动动的的特特点点是是，，它它起起动动时时的的电电阻阻值值，，能能随随着着转转速速的的上上升升而而自自动动平平滑滑地地减减小小，，使使电电动动机机能能平平稳稳地地起起动动频频敏敏变变阻阻器器的的结结构构如如图图8-118-11（（a a））所所示示，，起起动原理图如图动原理图如图8-118-11（（b b）频频敏敏变变阻阻器器由由铁铁心心和和绕绕组组两两个个主主要要部部分分组组成成，，一一般般做做成成三三柱柱式式，，每每个个柱柱上上有有一一个个绕绕组组，，实实际际上上是是一一个个特特殊殊的的三三相相铁铁心心电电抗抗器器，，通通常常接接成成星星形形。 频频敏敏变变阻阻器器的铁心是用几毫米到几十毫米厚的钢板焊成的的铁心是用几毫米到几十毫米厚的钢板焊成的 三相异步电动机的起动与调速 绕线转子异步电动机转子电路串频敏变阻器起动绕线转子异步电动机转子电路串频敏变阻器起动的原理图，如图的原理图，如图8-118-11（（b b）所示当电动机起动时，）所示当电动机起动时，电动机转速很低，转子频率电动机转速很低，转子频率f f2 2很大（接近很大（接近f f1 1），铁心中），铁心中的损耗很大，即等效电阻的损耗很大，即等效电阻R R2 2很大，因此限制了起动电很大，因此限制了起动电流，增大了起动转矩随着电动机转速的增加，转子流，增大了起动转矩随着电动机转速的增加，转子电流频率电流频率f f2 2下减（下减（f f2 2＝＝QfQf1 1），于是），于是R R2 2减小，使电动机减小，使电动机逐渐起动整个起动过程中，由于频敏变阻器的等值逐渐起动整个起动过程中，由于频敏变阻器的等值阻抗随转子电流频率的减小而减小，从而达到自动变阻抗随转子电流频率的减小而减小，从而达到自动变阻的目的，实现了电动机的无级起动因此，只需要阻的目的，实现了电动机的无级起动因此，只需要一级频敏变阻器就可以平稳地把电动机起动起来。 起一级频敏变阻器就可以平稳地把电动机起动起来起动结束后，应将频敏变阻器短接，切除频敏变阻器动结束后，应将频敏变阻器短接，切除频敏变阻器 三相异步电动机的起动与调速 三相异步电动机的起动与调速 （二）交流电动机的调速原理（二）交流电动机的调速原理所所谓谓调调速速就就是是用用人人为为的的方方法法来来改改变变异异步步电电动动机机机机械械特特性性，，使使它它在在同同一一负负载载下下，，获获得得不不同同的的转转速速，，以以适适应生产的需要根据三相异步电动机的转速公式应生产的需要根据三相异步电动机的转速公式可知，三相异步电动机的调速有以下三种方法：可知，三相异步电动机的调速有以下三种方法：1 1）变极调速）变极调速 改变定子绕组的磁极对数改变定子绕组的磁极对数p p2 2）变转差率调速）变转差率调速 改变电动机的转差率改变电动机的转差率s s3 3）变频调速）变频调速 改变电源频率改变电源频率f f1 1 三相异步电动机的起动与调速 1 1．．变变极极调调速速将将三三相相异异步步电电动动机机定定子子绕绕组组展展开开图图简简化化成成如如图图8-8-1212（（a a））的的形形式式，，此此时时U U相相绕绕组组的的磁磁极极数数为为，，若若改改变变绕绕组组的的连连接接方方法法，，使使一一半半绕绕组组中中的的电电流流方方向向改改变变，，成成为为图图8-128-12（（b b））的的形形式式，，则则此此时时U U相相绕绕组组的的磁磁极极数数即即变变为为，，由由此此可可以以得得出出：：当当每每相相定定子子绕绕组组中中有有一一半半绕绕组组内内的的电电流方向改变时，即达到了变极调速的目的。 流方向改变时，即达到了变极调速的目的 三相异步电动机的起动与调速 图图8-12 8-12 变极调速电动机绕组展开示意图变极调速电动机绕组展开示意图(a) 2(a) 2p p=4=4；； (b) 2 (b) 2p p=2=2 三相异步电动机的起动与调速 多多速速电电动动机机定定子子绕绕组组的的接接线线方方法法很很多多，，双双速速电电动动机机常常用用的的接接线线方方法法有有两两种种，，一一种种是是绕绕组组从从单单星星形形（（Y Y））改改接接成成双双星星形形（（2Y2Y）），，如如图图8-138-13（（a a））所所示示；；另另一一种种是是绕绕组组从从三三角角形形（（△△））改改变变成成双双星星形形（（2Y2Y）），，如如图图8-138-13（（b b）所示这这两两种种连连接接方方法法都都是是使使磁磁极极减减少少一一半半而而使使转转速速增增加加一一倍倍，，但但电电动动机机相相应应的的机机械械特特性性和和允允许许负负载载却却各各不不相相同同，，宜宜采采用用哪哪一一种种连连接接方方法法，，要要根根据据生生产产机机械械的的要要求来选择求来选择 三相异步电动机的起动与调速 三相异步电动机的起动与调速 图图8-13 8-13 双速电动机定子绕组接线双速电动机定子绕组接线(a) Y(a) Y／／2 2联结；联结； (b) (b) △△/YY/YY联结联结 三相异步电动机的起动与调速 2 2．改．改变转变转差率差率s s调速调速图图8-14 8-14 绕线转子异步电动机转子串电阻调速的机绕线转子异步电动机转子串电阻调速的机械特性械特性改改变变转转差差率率s s的的调调速速方方法法有有：：转转子子回回路路串串电电阻阻、、改改变电源电压、电磁转差离合器调速等方法。 变电源电压、电磁转差离合器调速等方法1 1））转转子子回回路路串串电电阻阻调调速速 即即改改变变转转子子电电路路的的电电阻，此法只适用于绕线转子异步电动机阻，此法只适用于绕线转子异步电动机 三相异步电动机的起动与调速 如如图图8-148-14所所示示，，绕绕线线转转子子异异步步电电动动机机转转子子串串电电阻阻后后，，电电动动机机的的同同步步转转速速和和最最大大转转矩矩都都保保持持不不变变，，，，但但临临界界转转差差率率增增大大，，而而临临界界转转差差率率与与转转子子回回路路电电阻阻成成正正比比，，串串入入的的电电阻阻越越大大，，转转差差率率越越大大，，电电动动机机的的转转速速就就越低，机械特性就越软，从而达到调速的目的越低，机械特性就越软，从而达到调速的目的这这种种调调速速方方法法简简单单，，但但在在转转子子电电路路中中串串入入电电阻阻要要消消耗耗功功率率，，使使电电动动机机的的效效率率减减低低；；且且调调速速范范围围小小，，又又只只用用于于绕绕线线转转子子异异步步电电动动机机上上，，故故一一般般仅仅用用在在运运输输、、起重等断续工作的生产机械上起重等断续工作的生产机械上 三相异步电动机的起动与调速 （（2 2））改改变变电电源源电电压压调调速速 改改变变电电动动机机的的电电源源电电压压U U1 1，，可可改改变变最最大大转转矩矩的的数数值值，，因因为为电电动动机机的的电电磁磁转转矩矩与与电电源源电电压压的的平平方方成成正正比比，，即即，，对对应应不不同同电电源源电电压压的的机机械械特特性如图性如图8-158-15所示。 所示3 3））电电子子转转差差离离合合器器调调速速 这这种种调调速速方方法法适适用用于于电电磁磁调调速速异异步步电电动动机机电电磁磁调调速速异异步步电电动动机机又又称称滑滑差差电电动动机机电电磁磁调调速速异异步步电电动动机机是是由由笼笼形形异异步步电电动动机机、、转转差差离合器和控制装置三部分组成离合器和控制装置三部分组成 三相异步电动机的起动与调速 3 3．改．改变电变电源源频频率率调调速速通通过过改改变变电电源源频频率率来来调调节节电电动动机机转转速速的的方方法法，，称称为变频调速为变频调速当当改改变变电电源源频频率率f f时时，，异异步步电电动动机机的的同同步步转转速速n n1 1与与频率频率f f成正比变化，从而转子转速成正比变化，从而转子转速n n也随之改变也随之改变变变频频调调速速的的调调速速范范围围较较大大，，其其调调速速范范围围可可达达1010：：1 1，，能能实实现现无无级级调调速速，，且且调调速速时时对对负负载载性性质质能能根根据据需需要要加加以以控控制制：：在在U Ul l／／f f为为常常数数的的情情况况下下，，可可适适用用要要求求恒恒转转矩矩负负载载；；而而在在U U1 1＝＝定定值值的的情情况况下下，，可可适适用用要要求求恒恒功率的负载。 功率的负载 第五章 单相异步电动机 内容提要内容提要 单单相相异异步步电电动动机机是是利利用用单单相相交交流流电电源源供供电电的的一一种种小小容容量量交交流流电电动动机机，，功功率率约约在在8W8W～～750W750W之之间间单单相相异异步步电电动动机机具具有有结结构构简简单单, ,成成本本低低廉廉, ,维维修修方方便便等等特特点点，，被被广广泛泛应应用用于于如如冰冰箱箱、、电电扇扇、、洗洗衣衣机机等等家家用用电电器器及及医医疗疗器器械械中中但但与与同同容容量量的的三三相相异异步步电电动动机机相相比比，，单单相相异异步步电电动机的体积较大、运行性能较差、效率较低动机的体积较大、运行性能较差、效率较低 单单相相异异步步电电动动机机有有多多种种类类型型，，目目前前应应用用最最多多的的是是电电容容分分相相的的单单相相异异步步电电动动机机，，这这实实际际上上是是一一种种两两相相运运行行的电动机，下面仅就这种电动机进的电动机，下面仅就这种电动机进行介绍 单相异步电动机的种类：1.单相电阻起动异步电动机—冰箱压缩机2.单相电容起动异步电动机--冰箱压缩机3.单相电容起动运转异步电动--空调压缩机4.单相罩极异步电动机—小家电按其工作原理、结构和转速等分三类：单相异步电动机、单相同步电动机和单相串励电动机 第一节 单相异步电动机的基本结构和工作原理异步电机主要由固定不动的定子和旋转的转子两部分组成，定、转子之间有气隙. 一、一、一、一、单相异步电动机的结构单相异步电动机的结构 在结构上与三相笼形异步电动机类似，转子绕组也为一在结构上与三相笼形异步电动机类似，转子绕组也为一笼形转子。 定子上有一个单相工作绕组和一个启动绕组，笼形转子定子上有一个单相工作绕组和一个启动绕组，为了能产生旋转磁场，在启动绕组中还串联了一个电容为了能产生旋转磁场，在启动绕组中还串联了一个电容器，其结构如图器，其结构如图5.15.1所示 图5.1 单相异步电动机结构图 ØØ1.定子ØØ定子由定子铁心、定子绕组、机座、端盖等部分组成，其主要作用是通入交流电，产生旋转磁场ØØ2.转子ØØ转子由转子铁心、转子绕组、转轴等组成，其作用是导体切割旋转磁场，产生电磁转矩，拖动机械负载工作ØØ3.单相异步电动机的铭牌 1 .单相异步电动机的脉动磁场图图5.7 5.7 单相绕组产生的脉动磁场单相绕组产生的脉动磁场 若单相异步电动机的转子静止不动，则在脉动磁场作用下，若单相异步电动机的转子静止不动，则在脉动磁场作用下，转子导体因与磁场之间没有相对运动，而不产生感应电动转子导体因与磁场之间没有相对运动，而不产生感应电动势和电流，也就不存在电磁力的作用，因此转子仍然静止势和电流，也就不存在电磁力的作用，因此转子仍然静止不动，不动，即单相异步电动机没有起动转矩，不能自行起动即单相异步电动机没有起动转矩，不能自行起动。 2. 两相绕组旋转磁场的产生图图9.6 9.6 两相绕组产生的旋转磁场两相绕组产生的旋转磁场 ØØ第二节 电容分相单相异步电动机ØØ一、电容分相单相异步电动机的工作原理ØØ在定子铁心上嵌放着两套绕组，即工作绕组U1U2和起动绕组Z1Z2图5.2 电容分相单相电动机接线图及相量图 为为了了能能产产生生旋旋转转磁磁场场，，利利用用启启动动绕绕组组中中串串联联电电容容实实现现分分相相，，其其接接线线原原理理如如图图5.25.2（（a a））所所示示只只要要合合理理选选择择参参数数便便能能使使工工作作绕绕组组中中的的电电流流 与与启启动动绕绕组组中中的的电电流流 相相位位相相差差90°90°，，如如图图5.25.2（（b b））所所示，分相后两相电波形如图示，分相后两相电波形如图5.35.3所示 设设 则则 图5.3 两相电流波形图 如同分析三相绕组旋转磁场一样，将正交的两相交流电流通如同分析三相绕组旋转磁场一样，将正交的两相交流电流通入在空间位置上互差入在空间位置上互差90°90°的两相绕组中，同样能产生旋转磁场，如的两相绕组中，同样能产生旋转磁场，如图图5.45.4所示。 所示 与三相异步电动机相似，只要交换启动绕组或工作绕组两与三相异步电动机相似，只要交换启动绕组或工作绕组两端与电源的连接便可改变旋转磁场的方向端与电源的连接便可改变旋转磁场的方向 图5.4 两相旋转磁场 1. 电容（分相）启动单相异步电动机图图9.10 9.10 电容起动单相异步电动机接线及向量图电容起动单相异步电动机接线及向量图二、电容分相单相异步电动机的分类 1. 电容运行单相异步电动机图图9.11 9.11 单相电容运转异步电动机接线图单相电容运转异步电动机接线图 3. 双值电容单相异步电动机1）接线图 图图9.12 9.12 单相电容启动及运转异步电动机接线图单相电容启动及运转异步电动机接线图 2）单相双值电容异步电动机工作原理 9.3.1 单相电阻（分相）启动异步电动机1 1．接线图．接线图．接线图．接线图2 2．启动原理．启动原理．启动原理．启动原理图图9.8 9.8 单相电阻启动异步电动机接线及向量图单相电阻启动异步电动机接线及向量图 9.3.1 单相电阻（分相）启动异步电动机3 3．单相电阻（分相）启动异步电动机的应用．单相电阻（分相）启动异步电动机的应用．单相电阻（分相）启动异步电动机的应用．单相电阻（分相）启动异步电动机的应用 第四节 罩极式单相异步电机~~i 1 2定子绕组定子绕组定子绕组定子绕组鼠笼式转子鼠笼式转子鼠笼式转子鼠笼式转子短路环短路环短路环短路环极掌极掌极掌极掌( (极靴极靴极靴极靴) ) 当电流当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁流过定子绕组时，产生了一部分磁通通 1 ，同时产生的另一部分磁通与短路环作用，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通生成了磁通 2 。 由于短路环中感应电流的阻碍由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得作用，使得 2在相位上滞后在相位上滞后 1 ，从而在电动机，从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩使转子获得所需的起动转矩 罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中故常用于洗衣机等电器中 图2-19 凸极式集中励磁罩极电动机结构1-凸极式定子铁心 2-转子3-罩极 4-定子绕组图2-20 凸极式分别励磁罩极电动机结构1-凸极式定子铁心2-罩极 3-定子绕组4-转子 第五第五第五第五节节节节 单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速 单单相相异异步步电电动动机机的的调调速速方方法法主主要要有有变变频频调调速速、、晶晶闸闸管管调调速速、、串串电电抗抗器器调调速速和和抽抽头头法法调调速速等等。 变变频频调调速速设设备备复复杂杂、、成成本本高高、、很很少少采采用用下下面面简简单单介介绍绍目目前前较较多多采采用用的的串串电电抗抗器器调调速速、、抽抽头头法法调调速速和和晶晶闸闸管管调调速1.1.串电抗器调速串电抗器调速 在在电电动动机机的的电电源源线线路路中中串串联联起起分分压压作作用用的的电电抗抗器器，，通通过过调调速速开开关关选选择择电电抗抗器器绕绕组组的的匝匝数数来来调调节节电电抗抗值值，，从从而而改改变变电电动动机机两两端端的的电电压压，，达达到到调调速速的的目目的的，，如如图图5.55.5所所示示串串电电抗抗器器调调速速，，其其优优点点是是结结构构简简单单，，容容易易调调整整调调速速比比，，但但消消耗耗的的材材料料多多，，调速器体积大调速器体积大图5.5 串电抗器调速接线图 2.2.抽头法调速抽头法调速 如如果果将将电电抗抗器器和和电电机机结结合合在在一一起起，，在在电电动动机机定定子子铁铁心心上上嵌嵌入入一一个个中中间间绕绕组组( (或或称称调调速速绕绕组组) )，，通通过过调调速速开开关关改改变变电电动动机机气气隙隙磁磁场场的的大大小小及及椭椭圆圆度度，，可可达达到到调调速速的的目目的的。 根根据据中中间间绕绕组组与与工工作作绕绕组组和和启启动动绕绕组组的的接接线线不不同同，，常常用用的的有有T T形形接接法法和和L L形形接接法法，，如如图图5.65.6所示 抽抽头头法法调调速速与与串串电电抗抗器器调调速速相相比比较较，，抽抽头头法法调调速速时时用用料料省省，，耗电少，但是绕组嵌线和接线比较复杂耗电少，但是绕组嵌线和接线比较复杂a）T形接法 （b）L形接法 图5.6 抽头法调速接线图 3.晶闸管调速 利用改变晶闸管的导通角，来实现加在单相异步电动机上的交流电压的大小，从而达到调节电动机转速的目的，这种方法能实现无级调速，缺点是会产生一些电磁干扰目前常用于吊式风扇的调速上 直直直直流流流流电电动动机机机机原原原原理理理理示示示示意意意意图图如如如如右右右右图图所示第一节 直流电动机的工作原理及可逆性第六章 直流电机 直直直直流流流流发发电电机机机机与与与与直直直直流流流流电电动动机机机机在在在在理理理理论论上是可逆的。 上是可逆的上是可逆的上是可逆的一、一、一、一、直流直流直流直流电动电动机的工作原理机的工作原理机的工作原理机的工作原理 1．在．在图中所示位置中所示位置时 电源源正正极极接接 A、、负极极接接 B，，电枢枢绕组中中电流流流流向向 a b c d，，电枢枢受受力朝逆力朝逆时针方向旋方向旋转 2．．电枢枢转过 90 时 电源中断，源中断，电枢凭枢凭惯性旋性旋转 3．．电枢枢转过 180 时 电枢枢中中电流流流流向向为 d c b a，，电枢受力朝逆枢受力朝逆时针方向旋方向旋转 4．反．反电动势5．．电源源电压 电枢枢转动后后，，其其绕组切切割割励励磁磁磁磁场磁磁感感线产生生与与电枢枢电流流方方向相反的感向相反的感应电动势，其，其值为式中，式中， Ce ——电动机机电动势常数 加加在在电枢枢绕组上上的的电压必必须用用于于解解决决两两个个部部分分的的需需要要，，即即平平衡平衡反衡平衡反电动势和克服和克服电枢枢绕组的的电阻阻电压其中其中电枢枢电流流为 当当负载增增大大时，，电枢枢电流流增增大大，，电动机机功功率率增增大大，，但但转速速下下降；当降；当负载减小减小时，情况与上述，情况与上述规律相反。 律相反 第二节 直流电机的构造 （一）定子（一）定子 定定子子由由机机座座、、主主磁磁极极、、换向向磁磁极极、、电刷刷组件件组成成，，如如右右图所示 定子的横剖平面定子的横剖平面图如如右右图所示1．机座．机座用用铸钢或或铜板板焊成成，，用用作作支支撑撑和和保保护整整机机结构构，，同同时又又是是电机磁路的一部分，有良好的机磁路的一部分，有良好的导磁性能和机械磁性能和机械强强度 2．主磁极．主磁极由由铁心心和和励励磁磁绕组组成成铁心心由由极极身身和和极极靴靴两两部部分分组成成，，如如下下图所示励励磁磁绕组绕在在铁心心外外面面，，主主磁磁极极的的作作用用是是在在励励磁磁绕组中中通通入入励磁励磁电流流时产生主磁通生主磁通 第一节 直流电机 3．．换向磁极向磁极换向向磁磁极极的的作作用用是是为了了改改善善换向向性性能能，，减减小小换向向火火花花换向向磁磁极极与与转子子间气气隙隙较大大，，涡流流较小小，，可可用用整整块钢制制成成其其上上的的绕组一般与一般与电枢枢绕组串串联，用横截面，用横截面较大的大的铜导线绕制第一节 直流电机 4．．电刷刷组件件电刷刷组件件由由电刷刷、、刷刷握握、、刷刷杆杆、、刷刷杆杆座座及及压紧弹簧簧组成成，，如如下下图所示。 所示电刷刷内内有有用用细铜丝编织成成的的刷刷辫与与外外电路路导通通，，从从而而连接接电枢、枢、电刷及刷及电路，引入或路，引入或导出出电枢枢电流第一节 直流电机 （二）电枢（二）电枢电枢枢又又称称转子子，，作作用用是是在在励励磁磁磁磁场作作用用下下，，产生生感感应电动势和和电磁磁转矩矩，，实现电能能与与机机械械能能之之间的的转换其其结构构如如下下图所示第一节 直流电机 1．．电枢枢铁心心电机机磁磁路路的的另另一一部部分分，，为减减小小涡流流由由硅硅钢片片叠叠压而而成成在在电区区外外缘有有嵌嵌放放绕组的的铁心心槽槽，，整整个个铁心心固固定定在在转动轴上上，，随随轴一起一起转动2．电枢绕组．电枢绕组由由绝缘铜导线或或扁扁铜线在在模模具具上上绕制制成成型型后后嵌嵌放放在在转子子铁心心槽槽中中，，伸伸出出铁心心槽槽的的端端部部，，均均用用非非磁磁性性丝带扎扎紧，，每每个个线圈圈的首尾端，均按一定的首尾端，均按一定规律，律，焊接到接到换向片上 第一节 直流电机 3．．换向器向器由由若若干干个个楔楔形形铜片片装装成成一一圆柱柱体体，，片片与与片片之之间用用云云母母绝缘结构如构如下下图所示换向向片片与与转轴之之间又又用用塑塑料料绝缘，，固固定定在在转轴的的一一端端，，按按照照一一定定规律律与与电枢枢绕组连接接。 它它的的作作用用是是变换电枢枢电流流方方向向并并通通过电刷刷将将电枢枢绕组与与电路接通三）直流电机的其他部分（三）直流电机的其他部分 直直流流电机机的的其其他他部部分分还有有端端盖盖、、轴承承、、转轴、、风扇扇、、接接线板、接板、接线盒等 （一）并励电机（一）并励电机 电机机励励磁磁绕组与与电枢枢绕组并并联，，共共用用一一个个直直流流电源源供供电，，如如下下图所示三、直流电机的励磁 为了了保保证电枢枢的的输出出功功率率，，电枢枢绕组线径径粗粗、、匝匝数数少少、、电阻阻小，小，应有足有足够大的工作大的工作电流 （二）串励电机（二）串励电机电机的励磁机的励磁绕组与与电枢枢绕组串串联接于同一接于同一电源，如源，如图所示为了减小励磁了减小励磁电压，励磁，励磁绕组的的线径粗、匝数少、径粗、匝数少、电阻小第一节 直流电机 （三）复励电机（三）复励电机（三）复励电机（三）复励电机 电机机主主磁磁极极上上嵌嵌放放两两套套独独立立的的绕组，，一一套套与与电枢枢绕组并并联，另一套与，另一套与电枢枢绕组串串联，如，如下下图所示 （四）他励电机（四）他励电机（四）他励电机（四）他励电机 以以上上三三种种励励磁磁方方式式的的直直流流电机机作作发电机机时，，它它们的的励励磁磁电流都是由自己流都是由自己发出的，所以通称出的，所以通称为自励自励电机机。 他励电机的励磁电流由另外的直流电源供给，如图所示他励电机的励磁电流由另外的直流电源供给，如图所示 这类电机机设备较复复杂，，但但它它的的优点点是是：：励励磁磁电流流不不受受电枢枢电压影响，而只与励磁影响，而只与励磁电源源电动势和励磁和励磁绕组有关 一、直流电动机的起动一、直流电动机的起动1 1．并励电动机的串电阻起动与反转．并励电动机的串电阻起动与反转（（1 1））按按图图11-511-5并并励励电电动动机机启启动动原原理理图图分分析析电电路路，，按按图图11-611-6所所示示接接线线，，或或按按实实验验室室提提供供的的设设备备接接线线图图接接线2 2））直直流流电电动动机机启启动动前前应应将将励励磁磁变变阻阻器器R Rf f置置于于阻阻值值最最小小位位置置以以保保证证起起动动时时主主磁磁场场最最强强将将起起动动器器手手柄柄置置于于零零位位，，使使启启动动变变阻阻器器R Rst st置置于于阻阻值值最最大大位位置置，，以以限限制电动机启动时的启动电流制电动机启动时的启动电流第六节 直流电动机的起动、调速、反转与制动 （（3 3））合合上上电电源源开开关关Q Q缓缓慢慢减减小小启启动动变变阻阻器器RstRst阻阻值值，，直直至至启启动动变变阻阻器器阻阻值值为为零零，，直直流流电电动动机机启启动动完完毕；观察并记下直流电动机的转向。 毕；观察并记下直流电动机的转向4 4））用用转转速速表表正正确确测测量量直直流流电电动动机机的的转转速速适适当当调调节节励励磁磁变变阻阻器器R Rf f的的大大小小，，观观察察电电动动机机转转速速变变化化情情况，但应注意电动机转速不能过高况，但应注意电动机转速不能过高5 5））停停机机时时，，断断开开电电源源开开关关Q Q，，待待电电动动机机完完全全停停车车后后，，分分别别改改变变直直流流电电动动机机励励磁磁绕绕组组和和电电枢枢绕绕组组的的接接法法，，再再启启动动电电动动机机，，观观察察直直流流电电动动机机的的转转向向变变化化并并记记录于表录于表11-211-2中 并励电动机转速公式并励电动机转速公式二、直流电动机的调速控制 串励电动机转速公式串励电动机转速公式 下面以改变主磁极磁通下面以改变主磁极磁通 调速为例分析其调速方法及原理调速为例分析其调速方法及原理 1．并励．并励电动机的机的变 调速速在励磁支路上串入一阻值连续可调的变阻器在励磁支路上串入一阻值连续可调的变阻器 RP，如图所示如图所示由由可可知知，，RP 增增大大时，， 减减小小，，转速速 n 上上升升；；RP 减减小小时，， 增增大大，，转速速 n 下降下降。 2．串励．串励电动机机变 调速速 在励磁支路上并入一阻值连续可调的变阻器，如图所示 在励磁支路上并入一阻值连续可调的变阻器，如图所示转速公式应修改为转速公式应修改为 因因此此，，RP 增增大大时，， 增增大大，，转速速 n 下下降降；；RP 减减小小时，， 减小，减小，转速速 n 上升 （（1）可）可实现无无级平滑平滑调速 3．．根根据据转矩矩公公式式 T = CT Ia 分分析析，，在在调速速中中如如保保持持转矩矩 T 不不变，， 减减小小，，电枢枢电流流 Ia 必必然然增增大大如如果果调速速前前已已达达额定定值，，则不不能能用用此此法法调速速它它只只适适用用于于调高高速速度度以以前前电枢枢电流流未未达达额定定值的情况这种种调速方法具有如下特点：速方法具有如下特点： （ （2））调节器速后，新的器速后，新的转速仍速仍较稳定 （ （3）励磁）励磁电流小，能量流小，能量损耗小 （（4））这种种调速速方方法法的的缺缺点点是是转速速只只能能调到到比比加加调速速变阻阻器器前的前的转速高 让直流电动机反转有两种方法：让直流电动机反转有两种方法：让直流电动机反转有两种方法：让直流电动机反转有两种方法：二、直流电动机的反转控制 1．．保保持持电电枢枢电电流流方方向向不不变变，，将将励励磁磁绕绕组组反反接接，，改改变变励励磁磁电电流方向；流方向； 2．．保保持持励励磁磁电电流流方方向向不不变变，，将将电电枢枢绕绕组组反反接接，，从从而而改改变变电电枢电流方向。 枢电流方向 第七章 同步电机大型同步电动机大型同步电动机 60TYK永磁同步电动机永磁同步电动机 微型同步电动机微型同步电动机 第二节 同步电机的基本结构 与直流机、异步电动机一样，同步电动机也是由定子和转与直流机、异步电动机一样，同步电动机也是由定子和转子两大部分组成子两大部分组成 1 1 1 1、定子、定子、定子、定子 同步电动机，由于尺寸太大，硅钢片常制成扇形，同步电动机，由于尺寸太大，硅钢片常制成扇形，然后对成圆形然后对成圆形2 2、转子、转子 由磁极、转轴、阻尼绕组、滑环、由磁极、转轴、阻尼绕组、滑环、电刷等组成，在电刷和滑环通入直流电电刷等组成，在电刷和滑环通入直流电励磁，产固定磁极励磁，产固定磁极 根据容量大小和转速高低转子结构根据容量大小和转速高低转子结构分凸极和隐极两种分凸极和隐极两种 同步电动机的结构同步电动机的结构 转子磁极结构转子磁极结构 凸极型转子的外形图凸极型转子的外形图 第一节 同步电机的工作原理及用途 一、同步电动机的工作原理 同步电动机的定子三相绕组中通入对称三相交流电时，对称的三相绕组中产生旋转磁场，当转子的励磁绕组加入励磁电流时，转子好象一个“磁铁”，在旋转磁场的带动下旋转。 这时，转子的转速和旋转磁场的同步转速相等 由于同步电动机的转子的转矩是旋转磁场与转子磁场不同极性间的吸引力所产生的，所以转子的转速始终等于旋转磁场转速，不因负载改变而改变 同步电动机的同步电动机的V V形曲线指：在保持电压形曲线指：在保持电压U U和负载和负载T TL L不变的条件不变的条件下，电枢电流下，电枢电流I I1 1与励磁电流与励磁电流I If f之间的关系曲线，即之间的关系曲线，即I I1 1=ƒ(=ƒ(I If f) )V V形形曲线可通过试验测得曲线可通过试验测得 从图中可见，不同的负载对应一条从图中可见，不同的负载对应一条V V形曲线，对于每条形曲线，对于每条V V形曲线，电枢电流形曲线，电枢电流I I1 1都有一最小值，曲线最低点的功率因数都有一最小值，曲线最低点的功率因数coscosφφ=1=1，是正常励磁点，以此点为界，左边是欠励，右边是，是正常励磁点，以此点为界，左边是欠励，右边是过励；过励；V V形曲线的左上半部分，其功率因数已超出对应于稳定形曲线的左上半部分，其功率因数已超出对应于稳定极限的数值，所以是不稳定区。 极限的数值，所以是不稳定区 同步电动机的励磁电流应如何调节则要视电动机运行时同步电动机的励磁电流应如何调节则要视电动机运行时电网的实际情况而定，若电网功率因数未达到要求，需要同电网的实际情况而定，若电网功率因数未达到要求，需要同步电动机提供无功，则电动机应工作在过励状态（但应以电步电动机提供无功，则电动机应工作在过励状态（但应以电枢电流不超过额定值为极限），以提电网的功率因数；若电枢电流不超过额定值为极限），以提电网的功率因数；若电网功率因数已达到要求，则同步电动机应工作在正常励磁状网功率因数已达到要求，则同步电动机应工作在正常励磁状态，这时电动机功率因数为态，这时电动机功率因数为1 1、电枢电流、电枢电流I I1 1最小、铜损最小、最小、铜损最小、效率最高效率最高 第三节 同步电动机的旋转原理和起动方法ØØ 若将同步电动机同时双边励磁，由于定子旋转磁场转速为同若将同步电动机同时双边励磁，由于定子旋转磁场转速为同步转速步转速n n1 1，而起动瞬间转子处于静止，气隙磁场与转子磁极之间，而起动瞬间转子处于静止，气隙磁场与转子磁极之间存在相对运动，不能产生平均的同步电磁转矩，即同步电动机存在相对运动，不能产生平均的同步电磁转矩，即同步电动机本身没有起动转矩，使电动机自行起动。 本身没有起动转矩，使电动机自行起动 为了解决起动问题，必须采取其它方法，常用的方法有：为了解决起动问题，必须采取其它方法，常用的方法有： ①①辅助电动机起动法；辅助电动机起动法； ②②变频起动法；变频起动法； ③③异步起动法异步起动法 一、辅助电动机起动法 辅助电动机起动法是选用一台与同步电动机辅助电动机起动法是选用一台与同步电动机极数相同的小型异步电动机作为辅助电动机，极数相同的小型异步电动机作为辅助电动机，起动时，先起动辅助电动机将同步电动机拖动起动时，先起动辅助电动机将同步电动机拖动到异步转速，然后将同步电动机投入电网，加到异步转速，然后将同步电动机投入电网，加入励磁，利用同步转矩把同步电动机转子牵入入励磁，利用同步转矩把同步电动机转子牵入同步，同时切除辅助电动机电源，这种方法适同步，同时切除辅助电动机电源，这种方法适用于同步电动机的空载起动用于同步电动机的空载起动 二、变频起动法 由于恒频起动时，作用在转子上的平均转矩为由于恒频起动时，作用在转子上的平均转矩为零，使电动机无法自行起动。 变频起动法是在起零，使电动机无法自行起动变频起动法是在起动前将转子加入直流，利用变频电源使频率从零动前将转子加入直流，利用变频电源使频率从零缓慢升高，旋转磁场牵引转子缓慢同步加速，直缓慢升高，旋转磁场牵引转子缓慢同步加速，直至达到额定转速，起动完毕这种方法多用于大至达到额定转速，起动完毕这种方法多用于大型同步电动机的起动型同步电动机的起动 三、异步起动法 异步起动法是在转子上加装起动绕组，其异步起动法是在转子上加装起动绕组，其结构如同异步机的鼠笼绕组起动时，先不结构如同异步机的鼠笼绕组起动时，先不给励磁绕组励磁，同步电动机定子绕组接电给励磁绕组励磁，同步电动机定子绕组接电源，通过起动绕组作用，产生起动转矩，使源，通过起动绕组作用，产生起动转矩，使同步电动机自行起动，当转速达同步电动机自行起动，当转速达95%95%同步转速同步转速左右后，给同步电动机的励磁绕组通入直流，左右后，给同步电动机的励磁绕组通入直流，转子自动牵入同步转子自动牵入同步 同步电动机异步起动法起动时原理接线图 第二节 微型同步电动机一、一、 永磁式微型同步电动机永磁式微型同步电动机永磁式同步电动机永磁式同步电动机磁滞式同步电动机磁滞式同步电动机 异步起动式永磁同步电动异步起动式永磁同步电动机的转子结构机的转子结构 径向式磁滞起动式永磁径向式磁滞起动式永磁同步电动机的结构同步电动机的结构 二、二、 反应式微型同步电动机反应式微型同步电动机分段式隐极转子结构分段式隐极转子结构 凸极转子结构图凸极转子结构图 反应式同步电动机结构原理反应式同步电动机结构原理 4.5.3 磁滞式同步电动机磁滞式同步电动机(a)磁性套筒磁性套筒 (b)非磁性套筒非磁性套筒 磁滞电动机的转矩作用原理图磁滞电动机的转矩作用原理图 第一节 步进电动机 （一）基本结构 （一）基本结构 步步进进电电动动机机通通入入一一个个电电脉脉冲冲信信号号只只转转动动一一个个角角度度。 下下面面介介绍反应式旋转运动步进电动机绍反应式旋转运动步进电动机 单单段段式式反反应应式式旋旋转转运运动动步步进电动机的结构如图所示进电动机的结构如图所示第七章 常用特种电机 三相反应式步进电动机原理如图所示 三相反应式步进电动机原理如图所示二）工作原理（二）工作原理（二）工作原理（二）工作原理 当当向向 U 相相绕组通通入入电脉脉冲冲时，，由由于于磁磁通通总是是沿沿磁磁阻阻最最小小的的路路径径闭合合，，于于是是产生生磁磁场力力使使转子子轴线与与 U 相相绕组轴线对齐如如将将电脉脉冲冲改改通通入入到到 V 相相绕组中中，，根根据据同同样的的原原理理，，转子子沿沿顺时针方方向向旋旋转 60 如如定定子子绕组按按 U——V—W—U ··· 的的顺序序重重复复通通入入电脉脉冲冲，，转子子就就按按顺时针的的方方向向一一步一步步一步转动 每每对定定子子磁磁极极上上绕有有一一对控控制制绕组被被称称为一一相相，，定定子子磁磁极极数数为相相数数的的两两倍倍在在定定子子磁磁极极极极面面和和转子子外外缘均均开开有有分分布布均均匀匀的的小小齿，，两两者者齿型型和和齿距距相相同同，，U 相相磁磁极极的的小小齿子子与与转子子小小齿一一一一对正正，，而而 V 相相磁磁极极的的小小齿与与转子子小小齿错开开 1/3 齿距距，，W 相相则错开开 2/3 齿距距，，这种种结构构称称为槽槽齿结构。 构 这种种电动机机制制造造简便便、、精精确确度度高高，，每每转一一步步对应的的转子子转角小，容量角小，容量获得得较高的起高的起动转矩和运行矩和运行频率 在在工工程程技技术上上，，从从一一相相通通电切切换到到另另一一相相通通是是称称为一一拍拍，，而而三三相相依依次次通通电的的运运行行方方式式称称为三三相相单三三拍拍运运行行方方式式在在使使用用中中，，还可可 U、、V 两两相相同同时通通电，，使使转子子轴线转至至 U、、V 两两相相之之间的的轴线上上这类按按 UV—VW—WU 的的顺序序，，两两相相同同时依依次次通通电的的运运行行方方式式称称为三三相相双双三三拍拍运运行行方方式式此此外外还可可按按 U—UV—V—VW—W—WU 的的组合方式依次通合方式依次通电，称，称为三相六拍运行方式三相六拍运行方式 采采用用槽槽齿结构构可可使使步步距距角角更更小小，，设转子子齿数数为 Z，，步步进电动机拍数机拍数为 N，，则步距角步距角为 将将输输入入信信号号转转换换成成轴轴上上的的角角位位移移或或角角速速度度输输出出按按使使用用电电源源不不同同分分为为交交流流伺伺服服电电动动机机和和直直流流伺伺服服电电动动机机，，下下面面以以交交流流伺伺服电动机为例分析其基本结构、工作原理、机械特性及应用。 服电动机为例分析其基本结构、工作原理、机械特性及应用 （一）基本结构（一）基本结构第二节 伺服电动机 交交流流伺伺服服电动机机的的结构构与与单相相电容容式式异异步步电动机机相相似似，，有有两两相相在在空空间按按 90 电角角度度分分布布的的绕组，，分分别为励励磁磁绕组和和控控制制绕组，，两两个个绕组分分别由由独独立的立的电源供源供电如图所示 转子结构有笼型和非磁性杯型两种，结构如图所示转子结构有笼型和非磁性杯型两种，结构如图所示。
