变压器和电动机第.pptx

9.1 9.1 磁路磁路9.2 9.2 变压器变压器9.3 9.3 异步电动机异步电动机*9.4*9.4 直流电动机直流电动机*9.5*9.5 控制电机控制电机第第9 9章章 变压器和电动机变压器和电动机9.1.1 铁磁材料的磁性能9.1.2 简单磁路分析9.1 9.1 磁路磁路 变压器、电动机以及许多电器和电工仪表都是以变压器、电动机以及许多电器和电工仪表都是以电磁感应为工作基础的。电磁感应为工作基础的。磁路：磁路：为了把磁场聚集在一定的空间范围内，以便为了把磁场聚集在一定的空间范围内，以便加以控制和利用，就必须用高磁导率的铁磁材料做加以控制和利用，就必须用高磁导率的铁磁材料做成一定形状的铁心，使之形成一个磁通的路径，使成一定形状的铁心，使之形成一个磁通的路径，使磁通的绝大部分通过这一路径闭合。把磁通经过的磁通的绝大部分通过这一路径闭合。把磁通经过的闭合路径称为磁路。闭合路径称为磁路。概述：概述：铁磁材料铁磁材料：是指钢、铁、镍、钴及其合金等材料，是：是指钢、铁、镍、钴及其合金等材料，是制造变压器、电机、和电器铁心的主要材料。制造变压器、电机、和电器铁心的主要材料。1 1、磁化曲线与磁滞回线、磁化曲线与磁滞回线 铁磁材料被放入磁场强度为铁磁材料被放入磁场强度为H H的磁场内，会受到强的磁场内，会受到强烈的磁化。烈的磁化。磁化曲线磁化曲线：当：当磁场强度磁场强度H H由零逐渐增加时，磁感应强度由零逐渐增加时，磁感应强度B B随之变化的曲线。随之变化的曲线。9.1.1 铁磁材料的磁性能9.1.1 铁磁材料的磁性能磁化曲线：磁化曲线：由图可知：由图可知：（1 1）磁化具有磁饱和性）磁化具有磁饱和性（2 2）磁性材料的）磁性材料的 B B H H 呈非线呈非线性关系，其磁导率性关系，其磁导率常数，也常数，也是非线性的。是非线性的。（3 3）铁磁材料的磁导率）铁磁材料的磁导率远大于远大于真空磁导率真空磁导率0，具有高导磁率。具有高导磁率。真空的导磁率真空的导磁率0 0=410-7H/m。9.1.1 铁磁材料的磁性能磁滞回线：磁滞回线：由图可知：由图可知：（1 1）铁磁材料铁磁材料具有磁滞性具有磁滞性（2 2）不同种类的）不同种类的铁磁材料铁磁材料，磁，磁滞回线的形状不同。滞回线的形状不同。（3 3）剩磁感应强度）剩磁感应强度B Br r低，矫顽力低，矫顽力H Hc c小小的铁磁材料称为软磁材料。如纯铁、的铁磁材料称为软磁材料。如纯铁、纯钢、坡莫合金等。可以用来制造变纯钢、坡莫合金等。可以用来制造变压器、电机和电器的铁心。压器、电机和电器的铁心。（4 4）剩磁感应强度）剩磁感应强度B Br r较高，矫顽力较高，矫顽力H Hc c较大的铁磁材料较大的铁磁材料称为硬磁材料或永磁材料。如碳钢、铝镍钴、稀土等。称为硬磁材料或永磁材料。如碳钢、铝镍钴、稀土等。可以用来制造永久磁铁。可以用来制造永久磁铁。9.1.1 铁磁材料的磁性能（1 1）磁滞损耗：是铁磁物质内分子反复取向所产）磁滞损耗：是铁磁物质内分子反复取向所产生的功率损耗。铁磁材料交变磁化一个循环在单生的功率损耗。铁磁材料交变磁化一个循环在单位内的磁滞损耗与磁滞回线的面积成正比，因此位内的磁滞损耗与磁滞回线的面积成正比，因此软糍材料的磁滞损耗较小，常用在交变磁化的场软糍材料的磁滞损耗较小，常用在交变磁化的场合。这种损耗的能量转变为热能而使铁磁材料发合。这种损耗的能量转变为热能而使铁磁材料发热。热。2 2、磁滞损耗和涡流损耗、磁滞损耗和涡流损耗9.1.1 铁磁材料的磁性能（2 2）涡流损耗涡流损耗：当整块铁心中的：当整块铁心中的磁通发生交变时，铁心中会产生感磁通发生交变时，铁心中会产生感应电动势，因而在垂直于磁通应电动势，因而在垂直于磁通的的平面上产生感应电流，它围绕着磁平面上产生感应电流，它围绕着磁通通成漩涡状流动，故称涡流。成漩涡状流动，故称涡流。2 2、磁滞损耗和涡流损耗、磁滞损耗和涡流损耗（3 3）铁损耗铁损耗：是磁滞损耗和涡流损耗的合称。它会使铁：是磁滞损耗和涡流损耗的合称。它会使铁心发热，从而增加电器的温升，降低效率。但在某些场心发热，从而增加电器的温升，降低效率。但在某些场合，则可以利用涡流效应来加热或冶炼金属。合，则可以利用涡流效应来加热或冶炼金属。涡流在铁心的电阻上引起的功率损耗称为涡流损耗。涡流在铁心的电阻上引起的功率损耗称为涡流损耗。它与铁心厚度的平方成正比。它与铁心厚度的平方成正比。1 1、直流磁路、直流磁路 在匝数为在匝数为N的励磁线圈中通入直流电流的励磁线圈中通入直流电流I，磁路中磁路中就会产生一个恒定磁通就会产生一个恒定磁通，这种具有这种具有恒定磁通的磁路恒定磁通的磁路称为就是称为就是直流磁路。直流磁路。直流磁路的例子：直流磁路的例子：9.1.2 简单磁路分析9.1.2 简单磁路分析 安培环路定律安培环路定律：在磁场中，磁场强度：在磁场中，磁场强度 H 沿任沿任一一 闭合路径闭合路径l 的线积分，等于穿过该闭合路径所围的线积分，等于穿过该闭合路径所围面积的电流面积的电流 I I 的代数和。的代数和。电流的方向与积分的循行方向符合右手螺旋电流的方向与积分的循行方向符合右手螺旋定则的电流为正，反之为负。定则的电流为正，反之为负。9.1.2 简单磁路分析直流磁路的分析：直流磁路的分析：图中表示的是具有铁心和空图中表示的是具有铁心和空气隙的直流通路，励磁线圈通气隙的直流通路，励磁线圈通入电流后，在磁路中所产生的入电流后，在磁路中所产生的磁通，大部分集中在由铁磁材磁通，大部分集中在由铁磁材料所限定的空间范围内，称为料所限定的空间范围内，称为主磁通主磁通。还有很少的一部分磁通通过铁心以外的空间闭合还有很少的一部分磁通通过铁心以外的空间闭合（如图中的（如图中的），称为），称为漏磁通漏磁通。为了分析的方便，可以只考虑主磁通，忽略漏磁通。为了分析的方便，可以只考虑主磁通，忽略漏磁通。9.1.2 简单磁路分析直流磁路的分析：直流磁路的分析：一般可以认为空气隙和铁心一般可以认为空气隙和铁心具有相同的截面积，所以铁心和具有相同的截面积，所以铁心和空气隙中的磁感应强度空气隙中的磁感应强度B=B=/A/A相同。磁场强度与磁导率有关，相同。磁场强度与磁导率有关，即即H H=B B/。即：即：R Rm m 是铁心磁阻是铁心磁阻R Rm0m0 是空气隙磁阻是空气隙磁阻 9.1.2 简单磁路分析直流磁路的分析：直流磁路的分析：磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律其中其中:NI:NI称为磁动势称为磁动势;R Rm m是各段磁路磁阻之和是各段磁路磁阻之和;R Rm m 是铁心磁阻是铁心磁阻;R Rm0m0 是空气隙磁阻是空气隙磁阻 9.1.2 简单磁路分析2 2、交流磁路、交流磁路 在图中的铁心线圈上外加正弦信号在图中的铁心线圈上外加正弦信号u u，绕组中将绕组中将流过交流电流流过交流电流i i，从而产生交变磁通，其中包括集中，从而产生交变磁通，其中包括集中在铁心中的在铁心中的主主磁通磁通 和很少的一部分和很少的一部分漏磁通漏磁通。9.1.2 简单磁路分析交流磁路的分析交流磁路的分析 主主磁通磁通在线圈中产生感应电在线圈中产生感应电动势动势e e；漏磁通漏磁通在线圈中产生在线圈中产生感应电动势感应电动势e e 。（图中未画出）。（图中未画出），考虑线圈中的电阻，考虑线圈中的电阻R R。可以写可以写出电压方程：出电压方程：由于一般由于一般e e 和和R Ri都很小，可以忽略，所以：都很小，可以忽略，所以：9.1.2 简单磁路分析交流磁路的分析交流磁路的分析e e和和 的参考方向符合右手螺旋定则：的参考方向符合右手螺旋定则：N N是励磁线圈的匝数，是励磁线圈的匝数，E Em m 是是e e的最大值。的最大值。e e的有效值为：的有效值为：9.1.2 简单磁路分析交流磁路的分析交流磁路的分析上述式子表明：上述式子表明：（1 1）当电源频率）当电源频率f f 和线圈匝数和线圈匝数N N不变时，主磁通不变时，主磁通m基基本上与外加电压本上与外加电压U U成正比，成正比，U U不变则不变则m基本不变。基本不变。（2 2）如果）如果U U不变，而磁路中的空气隙发生变化，磁阻不变，而磁路中的空气隙发生变化，磁阻也会发生变化，为了使也会发生变化，为了使m基本不变，线圈中的电流就基本不变，线圈中的电流就必然发生变化。必然发生变化。结论：结论：交流磁路中，空气隙大小的变化会引起线圈中交流磁路中，空气隙大小的变化会引起线圈中电流的变化电流的变化9.2.1 变压器的用途和基本结构9.2.2 变压器的工作原理9.2.3 变压器的特性和额定值9.2.4 自耦变压器和互感器9.2 9.2 变压器变压器变压器变压器：具有变电压，变电流，变阻抗的功能。：具有变电压，变电流，变阻抗的功能。变变压压器器的的用用途途：电电力力变变压压器器是是电电力力系系统统中中不不可可缺缺少少的的 设设备备。其其他他还还有有各各种种用用途途的的整整流流变变压压 器器、仪仪用用电电压压、电电流流互互感感器器、焊焊接接变变 压器、自藕变压器。压器、自藕变压器。变压器的结构：由铁芯和绕组两部分组成。变压器的结构：由铁芯和绕组两部分组成。9.2.1 变压器的用途和基本结构变压器按结构可分为变压器按结构可分为：心式变压器和壳式变压器。心式变压器和壳式变压器。9.2.1 变压器的用途和基本结构图（图（a、b、c）为为心式变压器，图（心式变压器，图（d）壳式变压器。）壳式变压器。变压器的绕组有变压器的绕组有一次绕组一次绕组和和二次绕组二次绕组，一次绕组和电，一次绕组和电源连接，二次绕组和负载连接。一次绕组和二次绕组均源连接，二次绕组和负载连接。一次绕组和二次绕组均可以由一个或多个线圈组成，可以由一个或多个线圈组成，各式各样的变压器各式各样的变压器1 1、变压器的电压变换作用、变压器的电压变换作用 变压器空载：其一次绕变压器空载：其一次绕组加额定电压，二次绕组加额定电压，二次绕组开路。组开路。一次绕组接上正弦交流电压一次绕组接上正弦交流电压 u1时就有空载电流时就有空载电流i0（也称为励磁电流）通过，并产生磁通（也称为励磁电流）通过，并产生磁通。主磁通主磁通在一次、二次绕组中分别产生感应电动在一次、二次绕组中分别产生感应电动势势e1、e2。漏磁通在一次绕组中所产生的感应电动势。漏磁通在一次绕组中所产生的感应电动势e 没画没画（e与与 的的方向符合右手定则）方向符合右手定则）9.2.2 变压器的工作原理9.2.2 变压器的工作原理变压器绕组的电压方程变压器绕组的电压方程 如果假设式中的电压、电动势均是正弦量，如果假设式中的电压、电动势均是正弦量，则可以表示成相量形式：则可以表示成相量形式：由于由于 通常比较小，可以忽略，则上式又可以通常比较小，可以忽略，则上式又可以写成：写成：9.2.2 变压器的工作原理变压器绕组的电压方程变压器绕组的电压方程 假定一次、二次绕组假定一次、二次绕组的匝数分别为的匝数分别为N1N1、N2N2，则，则两个绕组电压的有效值分两个绕组电压的有效值分别为：别为：式中式中k称为变压比，称为变压比，简称变比。简称变比。如果一次侧电压比二次侧电压高，是降压变压器。如果一次侧电压比二次侧电压高，是降压变压器。如果二次侧电压比一次侧电压高，是升压变压器。如果二次侧电压比一次侧电压高，是升压变压器。9.2.2 变压器的工作原理变压器绕组的同名端变压器绕组的同名端 假定假定电流分别流入两个电流分别流入两个线圈（或流出）时，若两线线圈（或流出）时，若两线圈产生的磁通方向相同，则圈产生的磁通方向相同，则这两个线圈流入端称为同极这两个线圈流入端称为同极性端（同名端）。性端（同名端）。同名端同名端也也是各绕组电位瞬时极性相同是各绕组电位瞬时极性相同的端点。的端点。图中图中U1和和u1是同名端；是同名端；U2和和u2也是同名端；同名端可也是同名端；同名端可以以标记。标记。9.2.2 变压器的工作原理三相变压器：用于变换三相电压三相变压器：用于变换三相电压 在三相绕组中，每根铁心柱上在三相绕组中，每根铁心柱上绕者属于同一相的一次、二次绕组。绕者属于同一相的一次、二次绕组。一次绕组的首端和末端分别用一次绕组的首端和末端分别用U U1 1、V V1 1、W W1 1和和U U2 2、V V2 2、W W2 2表示；二次绕组表示；二次绕组的的首端和末端首端和末端分别用分别用u u1 1、v v1 1、w w1 1和和u u2 2、v v2 2、w w2 2表示表示。同时：一次绕组和二次绕组相应的首端是同名端；相应同时：一次绕组和二次绕组相应的首端是同名端；相应的末端也是同名端。的末端也是同名端。9.2.2 变压器的工作原理三相变压器的连接三相变压器的连接 三相变压器的三相变压器的一次一次绕组绕组和和二次二次绕绕组组都可以接成星形或三角形。因都可以接成星形或三角形。因此此三相变压器三相变压器的常用接法有的常用接法有“Y Y，y y”、“Y Y，d d”、“D D，d d”、“D D，y y”四种。四种。其中星形联结又分成三线制和四线制两种。三线制用其中星形联结又分成三线制和四线制两种。三线制用Y Y表示，四线制用表示，四线制用Y YN N表示。我国生产的三相电力变压器以表示。我国生产的三相电力变压器以”Y Y，y yn n”、“Y Y，d d”、“Y YN N，d d”三种三种 接法最多。接法最多。9.2.2 变压器的工作原理2 2、变压器的电流变换作用、变压器的电流变换作用 在在变压器变压器的的一次绕一次绕组组上上加额定电压，二次加额定电压，二次绕组绕组加负载，电路中就加负载，电路中就会产生电流会产生电流。上述关系表明，上述关系表明，当外加电压当外加电压U1和频率和频率f 保持不变，主保持不变，主磁通的最大值磁通的最大值m基本不变。基本不变。负载运行时负载运行时 和和 还是比较小，可以认为：还是比较小，可以认为：9.2.2 变压器的工作原理2 2、变压器的电流变换作用、变压器的电流变换作用 这就是变压器的电流变换作用这就是变压器的电流变换作用上式叫磁势平衡上式叫磁势平衡 由于变压器铁芯材料的磁导率高、空载励磁电流很由于变压器铁芯材料的磁导率高、空载励磁电流很小，一般不到额定电流的小，一般不到额定电流的10%10%，常可忽略，常可忽略 。9.2.2 变压器的工作原理3 3、变压器的阻抗变换作用、变压器的阻抗变换作用 这就是变压器的这就是变压器的阻抗变换作用阻抗变换作用。在电子技术中经常利。在电子技术中经常利用变压器的阻抗变换作用来实现阻抗匹配。用变压器的阻抗变换作用来实现阻抗匹配。如果不考虑一次、如果不考虑一次、二次绕组漏磁通感应二次绕组漏磁通感应电动势和空载电流的电动势和空载电流的影响，并忽略各种损影响，并忽略各种损耗，这样的变压器叫耗，这样的变压器叫理想变压器理想变压器。对于理想对于理想变压器：变压器：9.2.2 变压器的工作原理 例例9.2.19.2.1图示电路信号源电压有效值图示电路信号源电压有效值U US S=1.0V=1.0V，内，内阻阻R RS S=200=200，负载电阻，负载电阻R RL L=8=8，今欲使负载从信号源，今欲使负载从信号源获得最大功率，试求变压器的变比。获得最大功率，试求变压器的变比。所以变压器的变比为：所以变压器的变比为：解解 根据电路原理，负载要根据电路原理，负载要获得最大功率应使其负载的获得最大功率应使其负载的等效电阻等于电源内阻，即：等效电阻等于电源内阻，即：这就是利用变压器的阻抗变换作用来实现的阻抗匹配这就是利用变压器的阻抗变换作用来实现的阻抗匹配1 1、变压器的外特性、变压器的外特性 在变压器一次电压在变压器一次电压U1为额定值时为额定值时，的关系的关系曲线称为曲线称为变压器的外特性变压器的外特性。说明：负载是电阻或感性时，二次说明：负载是电阻或感性时，二次电压将随电流的增加而降低，这是电压将随电流的增加而降低，这是因为随着电流的增大，二次绕组的因为随着电流的增大，二次绕组的电阻电压降和漏磁通感应电动势增电阻电压降和漏磁通感应电动势增大而造成的大而造成的电力变压器的电压变化率：电力变压器的电压变化率：电力变压器的电压变化率一般为电力变压器的电压变化率一般为3%6%。9.2.3 变压器的特性和额定值9.2.3 变压器的特性和额定值2 2、变压器的损耗和效率、变压器的损耗和效率 铁铁损耗损耗变压器的损耗：变压器的损耗：铜铜损耗损耗铜损耗铜损耗 (P(PCuCu)：一次、二次绕组导线电阻所致产生的：一次、二次绕组导线电阻所致产生的损耗，称为可变损耗。损耗，称为可变损耗。铁损耗铁损耗 (P(PFeFe)：包括磁滞损耗和涡流损耗。当外加电：包括磁滞损耗和涡流损耗。当外加电压压U U1 1和频率和频率f f一定时，铁损耗也基本不变，所以铁损耗也一定时，铁损耗也基本不变，所以铁损耗也称为固定损耗。称为固定损耗。9.2.3 变压器的特性和额定值2 2、变压器的损耗和效率、变压器的损耗和效率 变压器的效率随输出变压器的效率随输出功率而变，并有一最功率而变，并有一最大值。大值。变压器的效率变压器的效率：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。变压器的效率曲线：变压器的效率曲线：例：有一单相变压器，例：有一单相变压器，U1=220V，f=50Hz，空载时，空载时，U20=110V，I0=1A，一次侧输入功率，一次侧输入功率P0=55W，二次侧接电阻额定负载时，二次侧接电阻额定负载时，I1=9.2A，I2=18A，U2=106V，一次侧输入功率一次侧输入功率P1=2120W。试求试求：1）变压器的变比）变压器的变比K，2）电压变化率）电压变化率U%3）效率）效率和和PFe、PCu。解解：1）变比变比 2）3）9.2.3 变压器的特性和额定值3 3、变压器的额定值、变压器的额定值 额定值常标在变压器的铭牌上，所以也叫铭牌参数。额定值常标在变压器的铭牌上，所以也叫铭牌参数。(1)(1)额定电压额定电压 U U1N1N/U U2N2NU U1N1N：加在一次绕组上的正常工作电压。：加在一次绕组上的正常工作电压。U U2N2N：一次绕组加额定电压时的二次侧空载电压。：一次绕组加额定电压时的二次侧空载电压。(2)(2)额定电流额定电流 I I1N1N/I I2N2N 是根据变压器容许温升而规定的电流值。在三相变压是根据变压器容许温升而规定的电流值。在三相变压器中都是指线电流。器中都是指线电流。9.2.3 变压器的特性和额定值(4)(4)额定额定频率频率f fN N变压器应接入的电源频率。我国的标准工业频率为变压器应接入的电源频率。我国的标准工业频率为50Hz50Hz,有些国家的标准工业频率为有些国家的标准工业频率为60Hz60Hz。(3)(3)额定容量额定容量 S SN N 即额定的视在功率。即额定的视在功率。单相变压器的视在功率为：单相变压器的视在功率为：三相变压器的视在功率为：三相变压器的视在功率为：(5)(5)相数相数(6)(6)温升温升:变压器在额定值运行时变压器在额定值运行时,变压器内部温度允许超变压器内部温度允许超出规定的环境温度出规定的环境温度(+40)(+40)的数值的数值,与绝缘材料的性能有与绝缘材料的性能有关关.1 1、自耦变压器、自耦变压器 将变压器的一次绕组和二次绕将变压器的一次绕组和二次绕组合二为一，使二次绕组成为一次组合二为一，使二次绕组成为一次绕组的一部分，这种只有一个绕组绕组的一部分，这种只有一个绕组的变压器称为的变压器称为自耦变压器自耦变压器。通过滑动触点来连续改变二次通过滑动触点来连续改变二次侧绕组的匝数，以达到输出电压平侧绕组的匝数，以达到输出电压平滑调节的自耦变压器，称为滑调节的自耦变压器，称为调压器调压器。9.2.4 自耦变压器和互感器9.2.4 自耦变压器和互感器 与普通变压器相比较，不同点在于一次、二次绕与普通变压器相比较，不同点在于一次、二次绕组不仅有磁的联系，而且有电的直接联系。所以在使组不仅有磁的联系，而且有电的直接联系。所以在使用中要注意安全，操作不当就会造成事故。用中要注意安全，操作不当就会造成事故。1 1、自耦变压器、自耦变压器 各式各样的调压器各式各样的调压器9.2.4 自耦变压器和互感器2 2、互感器、互感器(1)(1)电压互感器电压互感器 原理：原理：被测电压加在一次绕组（高被测电压加在一次绕组（高压绕组），测量仪表加在二次绕组。测压绕组），测量仪表加在二次绕组。测量时将仪表的实际读数乘上变比就是被量时将仪表的实际读数乘上变比就是被测电压的数值。测电压的数值。作用：作用：是将高电压变换成低电压，是将高电压变换成低电压，然后送测量仪表或控制、保护设备，使然后送测量仪表或控制、保护设备，使仪表、设备和工作人员与高电压隔离。仪表、设备和工作人员与高电压隔离。使用注意点：使用注意点：（1 1）二次绕组不能短路（）二次绕组不能短路（2 2）保护接地）保护接地9.2.4 自耦变压器和互感器2 2、互感器、互感器(2)(2)电流互感器电流互感器 原理：原理：一次绕组匝数很少，与被测一次绕组匝数很少，与被测电路串联。测量时只要把电流表的实际电路串联。测量时只要把电流表的实际读数乘上变比就是被测电流的数值。读数乘上变比就是被测电流的数值。作用：作用：是将大电流变换成小电流，是将大电流变换成小电流，以便送测量仪表显示或送控制、保护设以便送测量仪表显示或送控制、保护设备作为检测信号。备作为检测信号。使用注意点：使用注意点：1.1.二次绕组决不允许开路二次绕组决不允许开路 2.2.铁心和副绕组可靠接地铁心和副绕组可靠接地9.2.4 自耦变压器和互感器2 2、互感器、互感器钳型电流表：钳型电流表：是电流互感器和电流表组成的是电流互感器和电流表组成的交流电流测量仪表，用它来测量电交流电流测量仪表，用它来测量电流时不必断开被测电路，使用十分流时不必断开被测电路，使用十分方便方便 钳型电流表的使用：钳型电流表的使用：先将被测电流的导线套进先将被测电流的导线套进钳型铁心内，并成为电流钳型铁心内，并成为电流互感器的一次绕组，而绕在铁心上的互感器的一次绕组，而绕在铁心上的 二次绕组与电流表二次绕组与电流表构成闭合回路，从电流表就可读出被测电流的大小。构成闭合回路，从电流表就可读出被测电流的大小。9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理9.3.2 三相异步电动机的特性和额定值9.3.3 三相异步电动机的使用9.3.4 单相异步电动机9.3 9.3 异步电动机异步电动机概述电电机机：利利用用电电磁磁原原理理实实现现电电能能与与机机械械能能相相互互转转换换的的一一种装置。种装置。发电机发电机：将机械能转换成电能的电机。将机械能转换成电能的电机。电动机电动机：将电能转换成机械能的电机。将电能转换成机械能的电机。电动机的分类电动机的分类：按照所用电能种类的不同，电动机可按照所用电能种类的不同，电动机可 分为直流电动机和交流电动机两大类。分为直流电动机和交流电动机两大类。交流电动机的分类交流电动机的分类：交流电动机又分为同步电动机和交流电动机又分为同步电动机和 异步电动机。异步电动机。1 1、三相异步电动机的结构、三相异步电动机的结构组成组成：定子与转子两个基本部分定子与转子两个基本部分定子：定子：定子是电动机的固定部分，主要由定子铁心、定子是电动机的固定部分，主要由定子铁心、定子绕组和机座等组成。定子绕组和机座等组成。定子铁芯：定子铁芯：用涂有绝缘漆的硅钢用涂有绝缘漆的硅钢片叠成，并固定在机座中。片叠成，并固定在机座中。定子铁芯内圆上冲有均匀定子铁芯内圆上冲有均匀分布的糟口，用来嵌放定分布的糟口，用来嵌放定子绕组。子绕组。9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理1 1、三相异步电动机的结构、三相异步电动机的结构9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理定子绕组：定子绕组：定子绕组由绝缘导线绕制而成，按一定规律定子绕组由绝缘导线绕制而成，按一定规律连接成三相对称结构，称为三相对称绕组。连接成三相对称结构，称为三相对称绕组。三相定子绕组有六个出线端，三相定子绕组有六个出线端，其中每相绕组的首端分别标记为其中每相绕组的首端分别标记为U1U1、V1V1、W1W1，末端分别标记为，末端分别标记为U2U2、V2V2、W2W2，实际使用时，可以根据电源，实际使用时，可以根据电源电压和电动机额定电压将三相绕组电压和电动机额定电压将三相绕组联接成星形或三角形。联接成星形或三角形。1 1、三相异步电动机的结构、三相异步电动机的结构9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理定子绕组的连接定子绕组的连接其中（其中（b b）图是三角形连接，（）图是三角形连接，（c c）图是星形连接）图是星形连接1 1、三相异步电动机的结构、三相异步电动机的结构9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理转子：转子：转子是电动机的旋转部分，主要由转子铁转子是电动机的旋转部分，主要由转子铁心、转子绕组和转轴等组成。心、转子绕组和转轴等组成。转子铁心：转子铁心：转子铁芯用转子铁芯用硅钢片叠压成硅钢片叠压成圆柱状，并固圆柱状，并固定在转轴上定在转轴上，铁心外圆周上有均匀分布的槽，铁心外圆周上有均匀分布的槽，用来安放转子绕组。用来安放转子绕组。三相异步电动机的转子绕组根据其构造不同分为三相异步电动机的转子绕组根据其构造不同分为绕线转子和笼型两种。前者称为绕线转子和笼型两种。前者称为绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机，后者称为后者称为笼型异步电动机。笼型异步电动机。1 1、三相异步电动机的结构、三相异步电动机的结构9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理 笼型异步电动机笼型异步电动机的转子绕组：的转子绕组：是由嵌放在转子铁心是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成的。转子铁心的两端各有一个导电端槽内的导电条组成的。转子铁心的两端各有一个导电端环，并把所有的导电条连接起来。环，并把所有的导电条连接起来。1 1、三相异步电动机的结构、三相异步电动机的结构9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理 笼型异步电动机笼型异步电动机的拆散形状的拆散形状1 1、三相异步电动机的结构、三相异步电动机的结构9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理 绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机的转的转子绕组：子绕组：绕线式转子绕组也是绕线式转子绕组也是三相绕组，连接成星形，即将三相绕组，连接成星形，即将三个末端联在一起，三个始端三个末端联在一起，三个始端分别焊接到转轴上三个彼此绝分别焊接到转轴上三个彼此绝缘的滑环上。滑环固定在转轴缘的滑环上。滑环固定在转轴上与转轴一起旋转，与转轴也上与转轴一起旋转，与转轴也互相绝缘，通过三组静止的电互相绝缘，通过三组静止的电刷将转子绕组与外电路接通。刷将转子绕组与外电路接通。2 2、旋转磁场、旋转磁场9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理 （1 1）两极电动机三相定两极电动机三相定子绕组的简单模型和接线图子绕组的简单模型和接线图 三相定子绕组在空间互成三相定子绕组在空间互成120120，连接成星形，连接成星形，表示导表示导线中电流从里面流出，线中电流从里面流出，表示表示导线中电流向里面流进，导线中电流向里面流进，三相定子绕组接到三相对三相定子绕组接到三相对称电源，产生的电流也互相称电源，产生的电流也互相对称。其波形图见右。对称。其波形图见右。2 2、旋转磁场、旋转磁场9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理（2 2）三相交流电流在定子内）三相交流电流在定子内共同产生的磁场在一个共同产生的磁场在一个周期内的变化情况周期内的变化情况2 2、旋转磁场、旋转磁场9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理 （2 2）三相交流电流在定子内共同产生的磁场在一三相交流电流在定子内共同产生的磁场在一个周期内的变化情况个周期内的变化情况 结论：结论：a a、三相正弦交流电通过电机的三相对称绕组，在、三相正弦交流电通过电机的三相对称绕组，在电机中所建立的合成磁场是旋转的。电机中所建立的合成磁场是旋转的。b b、如果将三相绕组接至电源的三根引线中的任意、如果将三相绕组接至电源的三根引线中的任意两根对调，即改变相序，可以发现旋转磁场的方向也两根对调，即改变相序，可以发现旋转磁场的方向也改变了。所以改变了。所以旋转磁场的旋转方向与通入定子绕组三旋转磁场的旋转方向与通入定子绕组三相电流的相序一致。相电流的相序一致。2 2、旋转磁场、旋转磁场9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理 （3 3）旋转磁场的转速旋转磁场的转速 模型中所产生的合成磁场是一个具有两极的磁场，模型中所产生的合成磁场是一个具有两极的磁场，也就是一对磁极，用也就是一对磁极，用p=1=1表示。表示。可以证明，在磁极对数可以证明，在磁极对数p=1=1的情况下，三相定子电的情况下，三相定子电流变化一个周期，产生的磁场在空间上刚好也旋转一流变化一个周期，产生的磁场在空间上刚好也旋转一周。此时，旋转磁场的转速为：周。此时，旋转磁场的转速为：n n1 1=60=60f f 转转/分。分。9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理 （3 3）旋转磁场的转速旋转磁场的转速 进一步分析表明，在磁极对数进一步分析表明，在磁极对数p的情况下，三相定的情况下，三相定子电流变化一个周期，产生的磁场在空间上转过一对子电流变化一个周期，产生的磁场在空间上转过一对磁极的角度。即磁极的角度。即1/1/p。因此合成旋转磁场的转速为：。因此合成旋转磁场的转速为：n n1 1也称为同步转速，其也称为同步转速，其单位为单位为r/min(r/min(转转/分）分）我国交流电网电源的频率是我国交流电网电源的频率是f f=50Hz=50Hz，故当磁对极数，故当磁对极数p为为1 1、2 2、3 3、4 4时，相应的同步转速时，相应的同步转速n n1 1分别为分别为3000r/min3000r/min、1500r/min1500r/min、1000r/min1000r/min、750r/min750r/min。3 3、三相异步电动机的工作原理、三相异步电动机的工作原理9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理 三相异步电动机三相异步电动机工作原理示意图工作原理示意图 图中用一对旋转的磁铁来代替旋转磁场（假设图中用一对旋转的磁铁来代替旋转磁场（假设p p=1=1，），），当它以恒定转速，当它以恒定转速n n1 1顺时针旋转时，转子导体逆时顺时针旋转时，转子导体逆时针切割磁场而产生感应电动势，电动势方向由右手定则针切割磁场而产生感应电动势，电动势方向由右手定则来确定。来确定。3 3、三相异步电动机的工作原理、三相异步电动机的工作原理9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理 在电动势的作用下，闭合的在电动势的作用下，闭合的转子绕组就有电流产生，转子电流转子绕组就有电流产生，转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力方向由左手定则确定。电磁力方向由左手定则确定。由电磁力产生的电磁转矩拖动转子旋转，其旋转方向由电磁力产生的电磁转矩拖动转子旋转，其旋转方向与旋转磁场方向一致。若要改变电动机旋转方向，只要与旋转磁场方向一致。若要改变电动机旋转方向，只要改变磁场的旋转方向，即任意对调三相定子绕组二根相改变磁场的旋转方向，即任意对调三相定子绕组二根相线的接法就可以了。线的接法就可以了。3 3、三相异步电动机的工作原理、三相异步电动机的工作原理9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理 电动机的转速：电动机的转速：异步电动机异步电动机之所以会转动，是由于旋转磁场之所以会转动，是由于旋转磁场与转子之间有相对运动，与转子之间有相对运动，转子绕组与旋转磁场之间无相对运动，转子绕组中转子绕组与旋转磁场之间无相对运动，转子绕组中也就不能产生感应电流，拖动转子旋转的电磁力也就也就不能产生感应电流，拖动转子旋转的电磁力也就消失了，因此转子就不能继续转动。由次可知，异步消失了，因此转子就不能继续转动。由次可知，异步电动机转子转速电动机转子转速n n总是要小于旋转磁场的同步转速总是要小于旋转磁场的同步转速n n1 1，异步电动机的名称也由此而来。异步电动机的名称也由此而来。3 3、三相异步电动机的工作原理、三相异步电动机的工作原理9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理 转差：转差：转子速转子速n n与同步转速与同步转速n n1 1之间的差值称为转差，用之间的差值称为转差，用n n 表表示：示：n n=n n1 1n n 转差率：转差率：转差与同步转速转差与同步转速n n1 1比称为转差率转差，比称为转差率转差，用用s s表示：表示：00s s11，一般额定转差率，一般额定转差率s sN N很小，为很小，为0.010.070.010.07。例题：一台异步电动机的额定转速例题：一台异步电动机的额定转速n nN N=730r/min=730r/min，电，电源频率为源频率为50Hz50Hz，求其磁极对数，求其磁极对数P P和额定转差率和额定转差率S SN N。9.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理解：解：因为异步电动机的额定转速因为异步电动机的额定转速n nN N略低于同步转速略低于同步转速n n，而而f=50Hzf=50Hz时，时，n1=60*50/Pn1=60*50/P，略高于，略高于n nN N=730r/min=730r/min的的n n1 1，只能是，只能是750r/min750r/min，故磁极对数：故磁极对数：P=4P=41 1、三相异步电动机的电磁转矩、三相异步电动机的电磁转矩 三相异步电动机电磁转矩是旋转磁场与转子电流相三相异步电动机电磁转矩是旋转磁场与转子电流相互作用而形成的。互作用而形成的。假设旋转磁场每极下的磁通为假设旋转磁场每极下的磁通为m m，转子电路每相绕转子电路每相绕组电流和功率因素为组电流和功率因素为I I2 2和和coscos2 2，则三相异步电动机的，则三相异步电动机的电电磁转矩为磁转矩为：其中其中C CT T 是由电动机结构决定的常数是由电动机结构决定的常数9.3.2 三相异步电动机的特性和额定值9.3.2 三相异步电动机的特性和额定值1 1、三相异步电动机的电磁转矩、三相异步电动机的电磁转矩电磁转矩的另一种表示方法：电磁转矩的另一种表示方法：其中：其中：R R2 2 为电动机转子电路每相绕组的电阻；为电动机转子电路每相绕组的电阻；X X2020 为电动机刚接通电源而转子尚未转动时为电动机刚接通电源而转子尚未转动时转子中每相绕组的感抗；转子中每相绕组的感抗；C CT T 是由电动机结构决定的常数。是由电动机结构决定的常数。9.3.2 三相异步电动机的特性和额定值1 1、三相异步电动机的电磁转矩、三相异步电动机的电磁转矩 三相异步电动机三相异步电动机的转矩特性曲线：的转矩特性曲线：当当s s =s scrcr时，电磁转矩时，电磁转矩T Tm m为最大转矩，通常把为最大转矩，通常把s scrcr称为临界转差率。称为临界转差率。9.3.2 三相异步电动机的特性和额定值1 1、三相异步电动机的电磁转矩、三相异步电动机的电磁转矩 三相异步电动机三相异步电动机电源变化对的转矩特电源变化对的转矩特性曲线的影响：性曲线的影响：三相异步电动机转三相异步电动机转子电路电阻对的转矩子电路电阻对的转矩特性曲线的影响：特性曲线的影响：9.3.2 三相异步电动机的特性和额定值2 2、三相异步电动机的机械特性、三相异步电动机的机械特性 机械特性机械特性是表示是表示电动机转速电动机转速n n与与电磁转矩电磁转矩T T之间的关系曲线。之间的关系曲线。通常三相异步电动机运行在通常三相异步电动机运行在BDBD段，段，此时当负载转矩有较大变化时，电动此时当负载转矩有较大变化时，电动机的转速变化不大，因此三相异步电机的转速变化不大，因此三相异步电动机具有硬的机械特性。动机具有硬的机械特性。其中：其中：T TN N为额定转速；为额定转速；为过载系数，一般在为过载系数，一般在22.222.2之间；之间；T Tstst为起动转矩，为起动转矩，T Tstst/T TN N