电机与电气控制--全套教学课件.pptx

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v,（二）直流电动机的工作原理,外部提供,用左手定则判断受力方向,及形成的转矩方向：,f=B,X,li,通过电刷和换向器将直,流变为元件的交流电引入,产生电磁转矩使电机旋转,带动负载旋转,建立磁场,交流直流过程？,思考：,（二）直流电动机的工作原理,电刷外接直流电源,经过换向器后，绕组中流过交流电,二、电机的可逆原理,任何一台电机既可作发电机运行，也可作,电动机运行，这一性质称为电机的可逆原理。,如果电机转子输入机械能，而电枢绕组输出电能，电机作为发电机运行；如果在电枢绕组中输入电能，转子输出机械能，则电机作为电动机运行。,电机的实际运行方式由外施条件决定：,直流电机的结构,旋转部分,:,静止部分,:,定子,转子,中间有气隙,直流电机的结构,直流电机的结构,小型直流电动机的剖面结构,一、定子部分,电磁方面：产生磁场和构成磁路。,机械方面：整个电机的支撑。,作用,:,构成,:,磁极,机座,换向极,电刷装置,端盖和轴承,（一）主磁极,产生恒定、有一定的空间分布形状的,气隙磁通密度,励磁绕组,铁心,作用：,（二）机座,整体机座,:,起导磁和机械支撑作用,叠片机座,:,只起机械支撑作用,（三）换向极,安装在相邻的两主,磁极之间，用螺钉,固定在机座上，用,来改善直流电机的,换向，一般电机容,量超过,1kW,时均应,安装换向极。,用整块钢制成，,也可用厚,11.5,mm,厚钢板或硅钢片叠成,（四）电刷,用石墨制成的导电块,（五）端盖,主要起支撑作用。,端盖固定在机座上，其上放置轴承支撑直流电机的转轴，使直流电机能够旋转。,转子又称电枢，是电机的转动部分，,其作用是感应电势和产生电磁转矩，,从而实现能量的转换,作用,:,构成,:,电枢铁心,换向器,电机转轴,电枢绕组,轴承和风扇,二、转子部分,（一）电枢铁心,材料：,为减小磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心,用,0.35mm,或,0.5mm,厚的硅钢片叠成，表面有绝缘层。,作用：,通过磁通和嵌放电枢绕组。,（二）换向器,材料：,采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好的紫铜或铜合金制成。,作用：,实现电刷内外,交直流的转换。,主极极靴和电枢间的间隙。不均匀。,空气隙,作用：,保证了电机的安全运行，又是磁路的重要组成部分。,小型电机气隙约为,1,3,mm,；大型电机气隙可达,10,12,mm,。,直流电机的铭牌,电机型号,铭牌数据主要有：,电机额定功率,电机额定电压,额定电流,额定转速,额定励磁电流,励磁方式,出厂数据如出厂编号、出厂日期等,1,额定功率,P,N,额定条件下电机所能供给的功率。,电动机额定功率,:,电动机轴上输出的最大机械功率；,发电机,额定功率,:,电刷间输出的最大电功率。额定功率的单位为,kW,直流电机的铭牌,2,额定电压,U,N,额定运行状态时，定子绕组应加,的线电压，单位为,V,直流电机的铭牌,3.,额定电流,I,N,指电机在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流值。额定电流的单位为,A,额定功率、额定电压和额定电流的关系：,发电机,P,N,=U,N,I,N,10,3,kW,电动机,P,N,=U,N,I,N,N,10,3,kW,直流电机的铭牌,4.,额定转速,n,N,：,电机运行于额定功率、额定电流、额定电压时所对应的转速。单位为,r/min,。,5.,额定励磁电流,I,fN,：,额定运行状态时的励磁电流。单位为,A,6.,励磁方式,：,直流电机的励磁线圈与其电枢线圈的连接方式。直流电机励磁有并励、串励、他励、复励等方式,。,直流电机的铭牌,直流电动机的电动势、电磁转矩和功率,一、直流电机的励磁方式和磁场,（一）励磁方式,1,他励电机,分别由两个不同的电源供电。电压可以相同，也可以不同。,2,并励电机,由同一电源供电。,励磁电流一般为,额定电流的,5%,3,串励电机,I,f,=I,a,，励磁电流数值较大，因此，串励绕组匝数很少，导线较粗。,3,串励电机,特点：,具有很大的起动转矩，但其机械特性很软，空载时有极高的转速。,应用：,不准空载或轻载运行。常用于要求很大起动转矩且转速允许有较大变化的负载等。,4,复励电机,串励绕组,他励或并励绕组,通常他励（或并励）绕,组起主要作用，串励绕,组起辅助作用。,串励绕组和他励（或并励）,绕组的磁势方向相同。,积复励：,串励绕组和他励（或并励）,绕组的磁势方向相反。,差复励：,直流电机的电枢电动势,电枢电动势：,直流电机正、负电刷之间的感应电动势，即每个支路里的感应电动势,。,电动势常数,，电,机做好后仅与电,机结构有关：,N,为电枢导体总数,直流电机的电磁转矩,制造好的直流电机其电磁转矩仅,与电枢电流和气隙磁通成正比,直流电动机的机械特性,（一）他励直流电动机的机械特性,1,机械特性的表达式,机械特性：,U=U,N,、,I,f,I,fN,、电枢回路电阻为,恒值的条件下，电动机的转速,n,与电磁转矩之,间的关系：,n=f(Tem),（一）他励直流电动机的机械特性,1,机械特性的表达式,理想,空载,转速,机械特性的斜率,转速降,理想空,载转速,实际空载转速,斜率,越小，特性越平，称为,硬特性,。反之称为软特性,（一）他励直流电动机的机械特性,1,机械特性的表达式,（一）他励直流电动机的机械特性,2,固有机械特性和人为机械特性,固有（自然）机械特性：,电枢电压、励磁磁通,为额定值，且电枢回路不外串电阻时的机械特性。,机械特性斜率很小，他励直流电动机的固有机械特性是硬特性。通常额定转速降,n,N,只有额定转速的百分之几到百分之十几。,（一）他励直流电动机的机械特性,2,固有机械特性和人为机械特性,人为机械特性：,电枢串电阻时的人为特性,电,阻,增,加,斜率,增加,（一）他励直流电动机的机械特性,2,固有机械特性和人为机械特性,人为机械特性：,降低电枢电压时的人为特性,改变电压时，只能在低于,额定电压的范围内变化,特点：,人为特性的斜率不变，但理想空载转速,n,0,随电压的降低而正比减小,（一）他励直流电动机的机械特性,2,固有机械特性和人为机械特性,人为机械特性：,减弱励磁磁通时的人为特性,只能在额定值以下调节励磁电流,.,实际运行条件下，,电机工作在磁通越,小，稳定转速越高,的区域。,知识实施,直流电机的运行准备,（,1,）检查,1,）检查轴承润滑脂是否洁净、适量，润滑脂占轴承室的三分之二为宜。,2,）用柔软、干燥而无绒毛的布块擦拭换向器表面，并检视其是否光洁，如有油污，则可蘸少许汽油拭净之。,3,）检查电刷压力是否正常均匀，刷握的固定是否可靠，电刷在刷握内是否太紧或太松，电刷与换向器的接触是否良好。,4,）检查在刷握座上是否标有电刷位置的记号。,5,）用手转动电枢，检查是否阻塞或在转动时是否有撞击或摩擦之声。,直流电机的运行准备,（,2,）试验,1,）绝缘电阻测试,2,）绕组直流电阻的测量,3,）耐压试验,4,）空载试验,任务,1.2,直流电机的拖动及其实现,1,直流电动机的启动与反转,启动：,电动机接通电源后，由静止状态加速,到稳定运行状态的过程。,启动转矩为,T,st,=C,T,I,st,如果他励直流电动机在额定电压下直接启动，,由于启动瞬间,n=0,，,Ea=0,，故启动电流为：,电枢电阻,Ra,很小，所以，直接启动电流将达到,很大的数值，通常可达到（,10,20,）,I,N,后果：,引起电网电压下降，影响电网上其他用户,使电动机的换向严重恶化，甚至会烧坏电动机,过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构,除了个别容量很小的电动机外，一般直流电动机,不允许直接启动。,（,1,）要有足够大的启动转矩。,（,2,）启动电流要限制在一定的范围内。,（,3,）,启,动设备要简单、可靠。,对直流电动机的启动的要求：,限制启动电流的方法：,他励直流电动机：,电枢回路串电阻启动,降低电枢电压启动,启动时应保证电动机的磁通为最大值，以使转矩较大,1,电枢回路串电阻启动,启动前，应使励磁回路调节电阻,Rst=0,，,对于普通直流电动机，一般要求,Ist,（,1.5,2,）,I,N,为了缩短启动时间，保持电动机在启动过程中,的加速不变，应将启动电阻平滑地切除，最后,使电动机转速达到运行值。,采用三级电阻起动时电动机的电路原理图,及其机械特性,起动点，,I,st,和,T,st,都为最大值,转速逐步上升,串入全,部电阻,逐级切,除电阻,稳定运行点,（三）他励直流电动机的反转,反转方法：,改变,的方向,改变,I,a,的方向,2,降压起动,当直流电源电压可调时，可以采用降压方法起动。,降低,U,起动,n,，,E,a,I,a,逐渐提高电源电压，保证,起动电流和转矩保持在一,定的数值上。,特点：,需要专用电源，,设备投资较大,起动平稳，,起动过程中能量损耗小,（二）他励直流电动机的调速,调速：,机械调速,:,电气调速,:,改变传动机构速比,改变电动机参数,人为地改变电动机的,机械特性，从而使负载工作点发生变化，,转速随之变化。,由,得调速方法：,改变电压,U,减弱磁通,电枢回路串电阻,2,调速方法,（,1,）电枢回路串电阻调速,设电动机拖动恒转矩,负载原运行于,A,点，,串电阻后对应的运行,点为,B,，,C,点。,恒转矩负载时电枢,串电阻调速过程,缺点：,（,1,）由于电阻只能分段调节，所以调速的平,滑性差。,（,2,）低速是特性曲线斜率大，静差率大，所,以转速的相对稳定性差。,电枢串电阻调速的,优点,:,设备简单，操作方便；,缺点：,（,3,）轻载时调速范围小，额定负载时调速范,围一般为,D2,。,（,4,）如果负载转矩保持不变，则调速后输出,功率（,P,2,T,L,n,）随转速的下降而减小，,此时效率较低。而且转速越低，所串电阻越大，损耗越大，效率越低，所以这种调速方法是不太经济的。,（,2,）降低电源电压调速,电压越低，,稳态转速也越低,电压从,U,N,下降至,U,1,再降至,U,2,转速从,n,N,降至,n,1,再降至,n,2,。,降压调速的优点：,（,1,）电源电压能够平衡调节，可以实现无,级调速；,（,2,）调速前后机械特性的斜率不变，硬度,较高，负载变化时，速度稳定性好；,（,3,）无论轻载还是重载，调速范围相同，,一般可达,D=2.5,12,；,（,4,）电能损耗较小。,降压调速的直流电源：,GM,系统示意图,SCRM,系统示意图,（,3,）减弱磁通调速,改变磁通只能从额定值往下调，调节磁通,调速即是弱磁调速。,减弱磁通调速,2,1,U,，电枢电流反向，电磁转矩的方向也随,之改变：由驱动转矩变成制动转矩。从能量,传递方向看，电机处于发电状态。,机车恒速下坡,重物匀速下放,降压调速时产生回馈制动,增磁调速时产生回馈制动,由于转速不能突变在降压,时形成的回馈制动,回馈制动,学习情景,2,变压器,变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。,变电压：,电力系统,变阻抗：,电子线路中的阻抗匹配,变电流：,电流互感器,变压器的主要功能有,：,在能量传输过程中，当输送功率,P,=,UI,cos,及负载功率因数,cos,一定时：,电能损耗小,节省金属材料（经济）,一、,概述,U,I,P,=,I,R,l,I,S,电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：,发电厂,10.5kV,输电线,220kV,升压,仪器,36V,降压,实验室,380/220V,降压,变电站,10kV,降压,降压,变压器的分类,电压互感器,电流互感器,按用途分,电力变压器,(,输配电用,),仪用变压器,整流变压器,按相数分,三相变压器,单相变压器,按制造方式,壳式,心式,变压器符号,变压器的铭牌和额定值,铭牌,正确地使用变压器的依据,电力变压器,产品型号,S7-500,10,标准代号,XXXX,额定容量,500kV.A,产品代号,XXXX,额定电压,10kV,出厂序号,XXXX,额定频率,50Hz 3,相,联结组标号,Y,，,yn0,阻抗电压,4,冷却方式,油冷,使用条件,户外,开关位置,高压,低压,电压,V,电流,A,电压,V,电流,/A,10500,27,5,10000,28,9,400,721,7,9500,30,4,XX,变压器厂,XX,年,XX,月,1,）变压器的型号,三、,变压器的铭牌和技术数据,S J L 1000/10,变压器额定容量,(KVA),铝线圈,冷却方式,J:,油浸自冷式,F:,风冷式,相数,S:,三相,D:,单相,高压绕组的额定电压,(KV),2,）额定值,额定电压,U,1N,、,U,2N,变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值,单相：,U,1N,，一次侧电压，,U,2N,，二次侧空载时的电压,三相：,U,1N,、,U,2N,，一次、二次侧的线电压,额定电流,I,1N,、,I,2N,变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。,单相：一次、二次侧绕组允许的电流值,三相：一次、二次侧绕组线电流,额定容量,S,N,传送功率的最大能力。,单相：,三相：,容量,S,N,输出功率,P,2,一次侧输入功率,P,1,输出功率,P,2,注意：变压器几个功率的关系（单相）,效率,容量：,一次侧输入功率：,输出功率：,变压器运行时的功率取决于负载的性质,2),额定值,（五）联结组标号,三相变压器一、二次绕组的连接方式,Y,（高压绕组作星形联结）、,y,（低压绕组作,星形联结）；,D,（高压绕组作三角形联结）、,d,（低压绕组作,三角形联结）；,N,（高压绕组作星形联结时的中性线）、,n,（低压绕组作星形联结时的中性线）。,（六）阻抗电压,又称为短路电压。,它标志在额定电流时变压器阻抗压降的大小。,通常用它与额定电压,U,1N,的百分比来表示。,一、单相变压器的基本结构,（一）铁心,构成变压器磁路系统，并作为变压器的机械骨架,铁心柱,磁轭,0.35 mm,厚的硅钢片，减小铁耗。,国产硅钢片,有热轧硅钢,片、冷轧无,取向硅钢片、,冷轧晶粒取,向硅钢片,心式变压器,壳式变压器,单相小容量变压器铁心形式,为了减小铁心,磁路的磁阻以,减小铁心损耗，,要求铁心装配,时，接缝处的,空气隙应越小,越好。,（二）绕组,变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有,绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变,压器则用扁铜线或扁铝线绕制。,1,同心式绕组,高、低压绕组同心地套装在铁心柱上。为了便于与铁心绝缘，把低压绕组套装在里面，高压绕组套装在外面。,按其绕制方法的不同又可分为,圆筒式、螺旋式和连续式,2,交叠式绕组,将绕组分成若干个线饼交替排列,又称饼式绕组,漏抗小、机械强度高、引线方便。主要用在低电压、大电流的变压器上，如容量较大的电炉变压器、电阻电焊机（如点焊、滚焊和对焊电焊机）变压器等。,优点,:,变压器的工作原理,单相变压器,+,+,一次,绕组,N,1,二次,绕组,N,2,铁心,一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。,(1),空载运行情况,1.,电磁关系,一次侧接交流电源，二次侧开路。,+,+,+,+,+,1,i,0,(,i,0,N,1,),1,空载时，铁心中主磁通,是,由一次绕组磁通势产生的。,(2),带负载运行情况,1.,电磁关系,一次侧接交流电源，二次侧,接负载,。,+,+,+,1,1,i,1,(,i,1,N,1,),i,1,i,2,(,i,2,N,2,),2,有载时，铁心中主磁通,是,由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。,2,i,2,+,e,2,+,e,2,+,u,2,Z,2.,电压变换,（设加正弦交流电压）,有效值,:,同 理：,主磁通按正弦规律变化，设为 则,(1),一次、二次侧主磁通感应电动势,根据,KVL,：,变压器一次侧等效电路如图,由于电阻,R,1,和感抗,X,1,(,或漏磁通,),较小,其两端的电压也较小,与主磁电动势,E,1,比较可忽略不计，则,+,+,+,(2),一次、二次侧电压,式中,R,1,为,一次侧,绕组的电阻,;,X,1,=,L,1,为,一次侧,绕组的感抗,(,漏磁感抗，由漏磁产生,),。,（匝比）,K,为,变比,对二次侧，,根据,KVL,：,结论：改变匝数比，就能改变输出电压。,式中,R,2,为,二次,绕组的电阻,;,X,2,=,L,2,为,二次,绕组的感抗；,为,二次,绕组的端电压。,变压器空载时,:,+,u,2,+,+,+,i,1,i,2,+,e,2,+,e,2,式中,U,20,为变压器空载电压。,故有,3.,电流变换,(,一次、二次侧电流关系,),有载运行,可见，铁心中主磁通的最大值,m,在变压器空载和有载时近似保持不变。即有,不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有,由上式，若,U,1,、,f,不变，则,m,基本不变，近于常数。,空载,：,有载：,+,|,Z,|,+,+,+,一般情况下：,I,0,(23)%,I,1N,很小可,忽,略。,或,结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。,或：,1,.,提供产生,m,的磁势,2,.,提供用于补偿 作用,的磁势,磁势平衡式：,空载磁势,有载磁势,4.阻抗变换,由图可知：,结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的,K,2,倍。,+,+,+,(1),变压器的匝数比应为,：,信号源,R,0,R,L,+,R,0,+,+,解,:,例,1:,如图，交流信号源的电动势,E,=120V,，内阻,R,0,=800,，,负载为扬声器，其等效电阻为,R,L,=8,。要求,:,（,1,）当,R,L,折算到原边的等效电阻 时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（,2,）当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？,信号源的输出功率：,电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。,结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。,原因：,满足了最大功率输出的条件：,（,2,）将负载直接接到信号源上时,，,输出功率,为：,变压器的运行特性,为什么二次侧,额定电压为,0.4kv,而不是,380V?,S9,电力变压器,一、变压器的外特性及电压变化率,外特性,:,一次绕组电压,U,1,和负载的功率因数,cos,2,一,定时，二次绕组电压,U,2,与负载电流,I,2,的关系,.,滞后的无功电流产生去磁作用使电压下降,超前的无功电流产生增磁作用使电压上升,用标么值表示，便于不同变压器之间比较,电压变化率：,用,U,来表示,二次侧空载电压,额定负载时二次侧电压,U,反映供电电压的稳定性。,U,越小，说明变压器二次绕组输出的电压,越稳定。,常用变压器,U,为,3,5,二、变压器的损耗及效率,P,1,=,U,1,I,1,COS,1,P,2,=,U,2,I,2,COS,2,损耗,P,P,1,-,P,2,=,P,cu,+,P,Fe,1,铁损耗,P,F,e,基本铁损耗,附加铁损耗,与,U,1,有关，与负载电流无关，当,U,1,不变时，,铁耗基本不变。故铁耗称为不变损耗。,2,铜损耗,P,Cu,基本铜损耗,附加铜损耗,电流在一次、二次绕组,电阻上产生的损耗,漏磁通产生的集肤效应,使电流在导体内分布不,均匀而产生的额外损耗,铜损耗与负载电流的平方成正比，,所以铜损耗又称为“,可变损耗,”,3,效率,中小型电力变压器效率在,95,以上，,大型电力变压器效率可达,99,以上,.,4,效率特性,效率,也随负载电流,I,2,的变化而变化的关系,负载系数,不变损耗等于可变,损耗时，变压器的,效率最高。,通常最高效率位于,=0.50.6,之间,其他用途变压器,一、自耦变压器,（一）结构特点及用途,一二次绕组不仅有磁耦合,还有电的直接连接,（二）电压、电流及容量关系,U,1,E,1,4.44,fN,1,m,U,2,E,2,4.44,fN,2,m,负载时的磁势平衡方程式：,忽略空载磁通势，则,自耦变压器一、二次绕组中的电流大小与,匝数成反比，在相位上互差,180,0,.,结论,:,流经公共绕组中的电流,I,的大小为,:,I,=,I,2,I,1,当变比,K,接近于,1,时，,I,很小，这部分绕组,可用截面积较小的,导线绕制，以节约,用铜量，并减小自,耦变压器的体积与,重量。,结论：,（二）电压、电流及容量关系,（二）电压、电流及容量关系,S,2,=,U,2,I,2,=,U,2,（,I,+,I,1,）,=,U,2,I,+,U,2,I,1,自耦变压器输出的视在功率为：,由电磁感应原理从一次绕组,传递到二次绕组的视在功率,通过电路的直接联系从一次,绕组直接传递到二次绕组的,视在功率,S,2,=,U,2,I,2,=,U,2,（,I,+,I,1,）,=,U,2,I,+,U,2,I,1,自耦变压器输出的视在功率为：,I,1,只在一部分绕组的电阻上产生铜损,耗，因此自耦变压器的损耗比普通变压器要小，效率较高，因而较为经济。,（二）电压、电流及容量关系,K,一般介于,1.2,2,间，此时变压器优势较,明显。,应用举例：,电力系统中，用自耦变压器把,110 kV,、,150 kV,、,220 kV,和,330kV,的高压电力系统,连接成大规模的动力系统。,自耦变压器的缺点：,高压侧的电气故障会波及到低压侧，很不安全。因此自耦变压器在使用时必须正确接线，且外壳必须接地，并规定安全照明变压器不允许采用自耦变压器结构形式。,（二）电压、电流及容量关系,自耦调压器,输出电压可调，可稍高于,一次绕组电压,例：,实验室中常用的单相调压器，一次绕组输入,电压,U,1,220V,，二次绕组输出电压,U,2,0,250V,电流表,被测电流,=,电流表读数,N,2,/,N,1,二次侧不能开路，,以防产生高电压；,2.,铁心、低压绕组的,一端接地，以防在,绝缘损坏时，在二次侧出现过压。,使用注意事项：,3.,电流互感器,实现用低量程的电流表测量大电流,（被测电流）,N,1,（匝数少,）,N,2,（匝数多,）,A,R,i,1,i,2,钳形电流表,利用电流互感器原理,如被测电流过小，可将被测导线在钳口内多绕,几圈，然后将读数除以所绕匝数,二次侧不能短路，,以防产生过流；,2.,铁心、低压绕组的,一端接地，以防在,绝缘损坏时，在二次侧出现高压。,使用注意事项：,电压表,被测电压,=,电压表读数,N,1,/,N,2,2.,电压互感器,实现用低量程的电压表测量高电压,V,R,N,1,（匝数多,）,保险丝,N,2,（匝数少,）,u,（被测电压）,三、电焊变压器,电焊变压器的结构特点：,电焊变压器必须具有较大的漏抗，而且可以进行调节故铁心的气隙比较大，一次、二次绕组分装在不同的铁心柱上，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。,常用形式：,抽头式,可动铁心式,可动线圈式,综合式,BXl,系列弧焊机的三种型号：,BXl35,的焊接电流调节范围为,25,150A,，,用于薄钢片的焊接；,BXl330,的焊接电流调节范围为,50,450A,；,BXl500,则为,50,680A,，可用来焊接不同厚,度的低碳钢板。,动圈式弧焊机的典型产品,BX3,系列：,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。还可将一次及二次绕组串联或并联,来扩大电流调节范围。,三相变压器的极性,（一）变压器的极性,同极性端或同名端：,变压器的一、二次绕组绕在同一个铁心上，当同时交链的磁通,交变时，两个绕组中感应出电动势，当一次绕组的某一端点瞬时电位为正时，二次绕组也必有一电位为正的对应端点。这两个对应的端点，称为同极性端或同名端，通常用符号“,”,表示。,变压器绕组的正确连接图,绕组的错误连接,绕组电压为,110V,，电源电压为,220V,时的连接方法,绕组电压为,110V,，电源电压为,110V,时的连接方法,无感应电动势，将烧毁绕组,（二）变压器极性的判定,1,对两个绕向已知的绕组,绕向不同时，,同名端不同,（二）变压器极性的判定,2,对一台已经制成的变压器,交流法测定同名端,U,13,U,12,U,34,，,则说明,N1,、,N2,组为,反极性串联，,故,1,和,3,为同名端。,如果,U,13,U,12,U,34,，,则,1,和,4,为同名端。,（二）变压器极性的判定,2,对一台已经制成的变压器,直流法测定同名端,开关,S,合上的一瞬间，如毫伏表指针向正方向摆动，则接直流电 源正极的端子与接直流毫伏表正极的端子为同名端。,任务,2.2,三相变压器的分析及其应用,1,：,电能的产生、输送与分配,电力系统组成的方框图,三相电力系统,2,：,高压输电,:,电能,升压,输电,降压,用户,三相变压器组,一、三相变压器的基本结构,三相心式变压器,三相绕组接入对称的三相交流电源时，三相绕组中产生的主磁通也是对称的，故三相磁通之和等于零，因此中间铁心柱可以省略,三相变压器外形,1,铁心,铁心是三相变压器的磁路部分，与单相变压,器一样，它也是由,0.35mm,厚的硅钢片,叠压,（或卷制）而成，新型电力变压器铁心均用,冷轧晶粒取向硅钢片制作，以降低其损耗。,三相电力变压器铁心均采用心式结构。,阶梯形的级数越多，则变压器结构越紧凑，,但叠装工艺越复杂。,铁心柱截面形状,2,绕组,绕组是三相电力变压器的电路部分。一般,用绝缘纸包的扁铜线或扁铝线绕成，,当前新型的绕组结构为箔式绕组电力变压器，,绕组用铝箔或铜箔氧化技术和特殊工艺绕制，,交叠式绕组,同心式绕组,绕组的结构形式,：,3,油箱和冷却装置,油箱内装变压器油,扁形散热油管,或片式散热器,帮助散热,10 000 kVA,的电力变压器，采用风吹冷却或强迫油,循环冷却装置。,储油柜：,通过连接管与油箱相通使变压器油与空气的接触面积大为减小，减缓了变压器油的老化速度,新型的全充油密封式电力变压器则取消了储油柜，,运行时变压器油的体积变化完全由设在侧壁的膨,胀式散热器（金属波纹油箱）来补偿。,4,保护装置,在油箱和储油柜之间的连接管中装有气体继电器，当变压器发生故障时，内部绝缘物汽化，使气体继电器动作，发出信号或使开关跳闸。,（,1,）气体继电器。,装在油箱顶部，它是一个长的圆形钢筒，上端用酚醛纸板密封，下端与油箱连通。若变压器发生故障，使油箱内压力骤增时，油流冲破酚醛纸板，以免造成变压器箱体爆裂。近年来，国产电力变压器已广泛采用压力释放阀来取代防爆管。,（,2,）防爆管（安全气道）。,（一）三相变压器绕组的联结方法,绕组名称,单相变压器,三相变压器,中性点,首端,末端,首端,末端,高压绕组,U1,U2,U1,、,V1,、,W1,U2,、,V2,、,W2,N,低压绕组,U1,U1,U1,、,v1,、,w1,U2,、,v2,、,w2,n,中压绕组,U1m,U2m,U1m,、,V1m,、,Wlm,U2m,、,V2m,、,W2m,Nm,绕组的首端和末端的标记,三相变压器的联结组,三相绕组联结方法,字母表示：,旧标准：,Y,和,高压,Y,，,D,，,N,低压,y,d,，,n,新标准：,联结组别,表示一次绕组线电压与二次绕组,线电压之间的,相位关系。,一、二次绕组线电动势的相位差总是,30,0,的整,数倍。因此，国际上规定，标志三相变压器,一、二次绕组线电动势的相位关系用,时钟表,示法。,规定一次绕组线电势 为长针，永远指向钟,面上的“,12”,，二次绕组线电势 为短针，,它指向钟面上的哪个数字，该数字则为该三,相变压器联结组别的标号。,联结组别,标号为,3,12,3,三相变压器一、二次绕组不同接法的组合形式有：,Y,，,y,；,YN,，,d,；,Y,，,d,；,Y,，,yn,；,D,，,y,；,D,，,d,等，,其中最常用的组合形式有三种，即,Y,，,yn,；,YN,，,d,和,Y,，,d,。,大容量的变压器通常采用,Y,，,d,或,YN,，,d,联结。,容量不太大而且需要中性线的变压器，广泛采用,Y,，,yn,联结，以适应照明与动力混合负载需要的两种电压。,相电压只有线电压的,1,，当中性点引出接,地时，绕组对地的绝缘要求降低了,.,Y,y0,联结组,（二）,Y,，,y,联结组,Y,y6,联结组,（二）,Y,，,y,联结组,Y,d11,联结组,（三）,Y,，,d,联结组,Y,d1,联结组,（三）,Y,，,d,联结组,为了制造及运行方便的需要，国家标准规定了,三相电力变压器只采用五种标准联结组，,即,Y,，,yn0,、,YN,，,d11,、,YN,，,y0,、,Y,，,y0,和,Y,，,dll,。,常用，它用于容量不大的三相配电变压器，低,压侧电压为,400,230 V,，用以供给动力和照明,的混合负载。一般这种变压器的最大容量为,1800kVA,，高压侧的额定电压不超过,35kV,Y,，,yn0,三相变压器的并联运行,并联运行：,几台三相变压器的高压绕组及低压绕组分别,连接到高压电源及低压电源母线上，共同向,负载供电的运行方式。,在变电站中，总的负载经常由两台或多台,三相电力变压器并联供电,（,1,）一、二次绕组电压应相等，即变比,应相等。,（,2,）联结组别必须相同。,（,3,）短路阻抗（即短路电压）应相等。,并联运行的变压器必须满足以下条件：,三相变压器的并联运行,电流大，可能超过额定值,（一）变比不等时的并联运行,K,1,E,2,两个二次绕组之间形成环流,I,c,，,这个电流称为平衡电流。,短路阻抗小,平衡电流大,电流小于额定值,变压比误差不允许超过,0.5,（二）联结组别不同时变压器的并联运行,线电压的相位差至少,为,30,0,，因此会产生很,大的电压差,U,2,如,Y,，,y0,和,Y,，,dll,两台,变压器并联，,二次绕组中产生比额定电流大得多的空载环流，导致变压器损坏。,后果：,（三）短路阻抗（短路电压）不等时变压器的并联运行,Z,S1,I,1,=,Z,s2,I,2,E,2,相等，,U,2,相等,容量相同、变比相等、联结组别,也相同，但短路阻抗不等：,负载电流的分配与各台变压器的,短路阻抗成反比,.,并联运行的变压器其短路电压比,不应超过,10,。,为合理分配负载，防止小容量的,变压器过载，大容量的变压器得,不到充分利用，要求投入并联运,行的各变压器，最大容量与最小,容量之比不宜超过三比一,学习情景,3,异步电机,异步电动机的工作原理,1.,工作原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,方向,:,顺时针,切割转子导体,右手定则,感应电动势,E,20,旋转磁场,感应电流,I,2,旋转磁场,左手定则,电磁力,F,F,电磁转矩,T,n,F,2,、转差率,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与,旋转磁场的同步转速之比称为,转差率。,由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场,旋转的方向一致，但转子转速,n,不可能达到与旋转磁场的转速相等，即,异步电动机,如果,:,无转子电动势和转子电流,转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切,割转子导条,无转矩,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,异步电动机运行中,:,转子转速亦可由转差率求得,转差率,s,例,1,：,一台三相异步电动机，其额定转速,n,=,975 r/min,，电源频率,f,1,=,50 Hz,。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转,速的关系可知：,n,0,=1000 r/min,即,p,=3,额定转差率为,二、旋转磁场,定子三相绕组通入三,相交流电,(,星形联接,),A,X,B,Y,C,Z,1,.,旋转磁场的产生,o,o,规定,i,:,“+”,首端流入，尾端流出。,i,:,“,”,尾端流入，首端流出。,A,Y,C,B,Z,X,(),电流出,(,),电流入,t,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,三相电流合成磁场 的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转,60,合成磁场旋转,90,60,0,o,A,A,X,Z,B,C,Y,A,A,X,Z,B,C,Y,分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场,即：,一个电流周期，旋转磁场在空间转过,360,取决于三相电流的相序,2,.,旋转磁场的旋转方向,结论：任意调换两根,电源进线，则旋转,磁场反转。,任意调换两根电源进线,(,电路如图,),A,X,C,Z,B,Y,0,t,o,3,.,旋转磁场的极对数,P,当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，,即：,o,t,A,X,B,Y,C,Z,A,X,Y,C,B,Z,若定子每相绕组由两个线圈串联,，绕组的始端,之间互差,60,，将形成,两对磁极的旋转磁场。,C,Y,A,B,C,X,Y,Z,A,X,B,Z,A,X,B,Y,C,极对数,旋转磁场的磁极对数,与三相绕组的排列有关,C,Y,A,B,C,X,Y,Z,A,X,B,Z,0,4,.,旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p,=1,时,0,t,o,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,p,=,2,时,0,旋转磁场转速,n,0,与极对数,p,的关系,极对数,每个电流周期,磁场转过的空间角度,同步转速,旋转磁场转速,n,0,与频率,f,1,和极对数,p,有关。,可见,:,161,2.,异步电机的基本结构及铭牌数据,异步电机外形图 异步电机结构图,一、异步电机的基本结构,1.,定子,定子铁心：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。由厚度为,0.5mm,的硅钢片叠装而成。为了嵌放定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若干个形状相同的槽。,一、异步电机的基本结构,定子铁心的槽形主要有三种：半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。开口槽适用于高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。,一、异步电机的基本结构,2.,定子,定子绕组：构成电路部分。其作用是感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。,机座：固定和支撑定子铁心。因此要求有足够的机械强度。,一、异步电机的基本结构,2.,转子,转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转子绕组。由厚度为,0.5mm,的硅钢片叠装而成，在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。,转子绕组：构成电路部分。有两种结构型式：笼型绕组和绕线型绕组。,转轴：支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。,166,一、异步电机的基本结构,2.,转子,笼型绕组,：在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。这种笼型绕组一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。,Y.Q.Xiong 2005-5,第,5,章 异步电机,167,一、异步电机的基本结构,2.,转子,绕线型绕组,：与定子绕组相似、极数相同的三相对称绕组。一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷与外电路接通。绕线型转子的特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速。,一、异步电机的基本结构,3.,气隙,定、转子之间的间隙，也是电机主磁路的组成部分。,气隙大小对异步电机的性能影响很大。,为了减小电机主磁路的磁阻，降低电机的励磁电流，提高电机的功率因数，气隙应尽可能小。异步电机气隙长度应为定、转子在运行中不发