變壓器與電動機(第5次)

第3章變壓器與電動機簡介變壓器

變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。變電壓：電力系統(tǒng)

變阻抗：電子線路中的阻抗匹配變電流：電流互感器

變壓器的主要功能有：在能量傳輸過程中，當(dāng)輸送功率P=UI

cos及負(fù)載功率因數(shù)cos

一定時：電能損耗小節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟）1

概述UIP=I2

RlIS電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：

發(fā)電廠10.5kV輸電線220kV升壓儀器36V降壓…實驗室380/220V降壓變電站

10kV降壓降壓變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的磁路繞組：一次繞組二次繞組單相變壓器+–+–由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成厚0.35mm

或0.5mm鐵心變壓器的電路一次繞組N1二次繞組N2鐵心變壓器的分類電壓互感器電流互感器按用途分電力變壓器(輸配電用)儀用變壓器整流變壓器按相數(shù)分三相變壓器單相變壓器按制造方式殼式心式變壓器符號下頁上頁變壓器返回下頁上頁電力變壓器返回下頁上頁三相電力變壓器返回下頁上頁小變壓器返回下頁上頁調(diào)壓器整流器牽引電磁鐵電流互感器返回3.1

變壓器

3.3.1

變壓器的工作原理3.1.1

變壓器的工作原理1．變壓器的分類按用途分：電力變壓器，特種用途變壓器。按相數(shù)分：單相、三相和多相變壓器。按繞組數(shù)分：雙繞組、多繞組及自耦變壓器。2．變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器鐵心：硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組：高強度漆包線繞制而成。其他部件：油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等。變壓器鐵心：硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組：高強度漆包線繞制而成。其他部件：油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等。鐵心線圈殼式變壓器心式變壓器鐵心線圈2．變壓器的結(jié)構(gòu)1N1i1一次繞組二次繞組3．變壓器的工作原理u1–+e1–+e1

–+N2e2u20SZLi2–++–變壓器符號U1U2u1u2u1

→i1(

i1N1)1→e1

→e1i2(i2N2

)→2→e23．變壓器的工作原理e2S|Z|1N1N2i1e2u2e1u1e12i2–++––++–+–e2+–1N1N2??I0?E2

?U20?E1

?U1

?

E1

?–+––+++–(1)電壓變換變壓器空載：E1

=

4.44fN1mE2

=

4.44fN2m結(jié)論U1U20—–=–—=KN1N2—變比(2)電流變換SZLN1N2??I1E2

?U2

?E1

?U1

?

E1

??I2+–+–

E2

?+–+–+–+–+N1I1=N2

I2

?(I0

小)結(jié)論產(chǎn)生主磁通

的磁通勢有效值I0=I1N(2.55)變壓器接負(fù)載：(3)阻抗變換?I2KZL?U2?U1?I1Z0E?+––++–結(jié)論'ZL可利用變壓器進(jìn)行阻抗匹配4．變壓器的銘牌數(shù)據(jù)(1)額定容量

SN三相變壓器SN

=U1NI1N=U2NI2N單相變壓器SN=U1NI1N=U2NI2N(2)額定電壓

U1N

和

U2NU2N

應(yīng)比滿載運行時的輸出電壓U2

高出5%10%。(3)額定電流

I1N

和

I2N

允許通過的最大電流。(4)額定頻率

fN

[例1]

有一臺額定容量50kV

·

A、額定電壓3300/220V的變壓器，高壓繞組為6000匝，試求：(1)低壓繞組匝數(shù)；(2)高壓邊\低壓邊額定電流；(3)當(dāng)一次側(cè)保持額定電壓不變，二次側(cè)達(dá)到額定電流，輸出功率9kW，cos=0.8時的二次側(cè)端電壓U2。[解](1)(2)I2N=K

I1N=6000400×15.1A=226.5A(3)

P=U2I2NcosPI2N

cosU2

=391032270.8=V

=215V3.1.2

變壓器的外特性cos

=0.8cos=10U2I2外特性

U2

=f(I2)電壓變化率U20–U2U20U=100%U20I2N?I2KRL?U2?U1?I1RiUs?+–+–+–3.1.3

變壓器的損耗與效率1．損耗

P=PCu+PFe銅損鐵損

PFe與Bm

有關(guān)2．效率

=(9099)%3.3.4

特殊變壓器U1?N1N2ZL?U2++

?U1

?N1N2

?U2ZLI1

?I2

?I++1．自耦變壓器2．電流互感器3.1.4

特殊變壓器N1N2負(fù)載A~i1i2用來擴大測量交流電流的量程注意：測量時二次繞組電路不允許開路。電動機的分類：鼠籠式異步交流電動機授課內(nèi)容：

基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機械特性、控制方法

電動機交流電動機直流電動機三相電動機單相電動機同步電動機異步電動機他勵、并勵電動機串勵、復(fù)勵電動機3.2交流電動機3.2.1

三相異步電動機的構(gòu)造

異步電動機的應(yīng)用非常廣泛：在工業(yè)方面：中、小型軋鋼設(shè)備，機床、輕工機械、起重機械，礦山機械等。在農(nóng)業(yè)方面：脫粒機、粉碎機、排灌機械及加工機械。在家用電器方面：電風(fēng)扇、空調(diào)機、洗衣機、電冰箱等。

電動機的作用是將交流電能轉(zhuǎn)換成機械能，電動機分交流電動機和直流電動機兩大類，而交流電動機又分為異步電動機和同步電動機。1．異步電動機按電動機定子相數(shù)分：

三相異步電動機、單相異步電動機。2．按電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：籠型異步電動機、繞線型異步電動機。1.定子3.2.2

三相異步電動機的構(gòu)造鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。A----XB----YC----Z三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。2.轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)

鼠籠式轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體?；蜩T鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2)

繞線式轉(zhuǎn)子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式鼠籠式電動機與繞線式電動機的的比較：鼠籠式：

結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。3.2.3

三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生o電動機的轉(zhuǎn)動原理1.轉(zhuǎn)動原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF

電動機的轉(zhuǎn)動原理???SNn0ne(i)ff轉(zhuǎn)子導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)磁極形成旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速也稱為同步轉(zhuǎn)速。籠型轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下也轉(zhuǎn)動起來，其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。3.2.4

三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性

4.4.1轉(zhuǎn)矩公式電磁轉(zhuǎn)矩T

=KT

I2

cos2

電磁轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場的磁通

和轉(zhuǎn)子電流的

I2

有功分量相互作用而產(chǎn)生的，所以與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)常數(shù)1

轉(zhuǎn)矩公式2

機械特性曲線sT10TstTmsmsNTN轉(zhuǎn)矩特性

T=f(s)T

與

成正比機械特性曲線n=f(T

)1．額定轉(zhuǎn)矩TNT=TC=T2+T0

T2P2：電動機軸上的輸出功率P2

單位：瓦(W)n單位：轉(zhuǎn)/分(r/min)T單位：牛米(N·m)nTstT2=

TN(在

b點)On0TTmnNTNba由dT/ds=0，得sm

=

±

–—R2X20sm=

–—R2X20取正值sm

—稱為臨界轉(zhuǎn)差率代入

T

的表達(dá)式求得最大轉(zhuǎn)矩Tmax2．最大轉(zhuǎn)矩T

max不同電源電壓的轉(zhuǎn)矩特性nOn0TTstT

maxnNTNdU1(4)

sm

=

R2/X20結(jié)論：(1)

Tmax

U12(2)

Tmax

與R2

無關(guān)(3)

過載系數(shù)Tmax

TN1.82.2sm

與U1

無關(guān)2．最大轉(zhuǎn)矩Tmax不同轉(zhuǎn)子電阻的轉(zhuǎn)矩特性nOn0TTmaxR2起動瞬間n

=

0，s

=

1U1↓→

Tst

↓↓R2↑→

Tst↑負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2

>

Tst，不能起動。負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2

<

Tst，可帶負(fù)載起動。st

Tst

TN一般st

1.02.2起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)3．起動轉(zhuǎn)矩Tst3.2.5

三相異步電動機的起動

4.5.1起動性能1

起動性能起動初始瞬間，n

=

0，s

=

1

(1)起動電流

Ist

大，4~7IN。頻繁起動會使電動機過熱。

過大的起動電流在短時間內(nèi)會在線路上造成較大的電壓降落，影響鄰近負(fù)載的正常工作。

(2)

起動轉(zhuǎn)矩

Tst

不大，雖然剛起動時轉(zhuǎn)子電流較大，但轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低,不能滿載起動。電磁轉(zhuǎn)矩

T

=KT

I2

cos

2

2、起動方法1．直接起動直接起動是在起動時把電動機的定子繞組直接接入電網(wǎng)。

特點：

起動轉(zhuǎn)矩??；起動電流大，比額定值大

4~7

倍；影響同一電網(wǎng)上其他負(fù)載的正常工作。

優(yōu)點：簡單、方便、經(jīng)濟、起動過程快，適用于中小型籠型異步電動機。2．降壓起動起動時降低電動機的電源電壓，待電動機轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時，再把電壓恢復(fù)正常。(1)星形—三角形(Y-)換接起動FUW2U1U2V1V2W1QS1轉(zhuǎn)子定子繞組

只適用于電動機在工作時定子繞組為

形接法。QS2YW1V1U1U2V2W2形U1U2V1W1V2W2Y形FUW2U1U2V1V2W1QS1轉(zhuǎn)子定子繞組QS2V2(1)星形—三角形(Y-)換接起動Y形形起動電流和起動轉(zhuǎn)矩都降低為直接起動時的三分之一。

QS2起動三相自耦變壓器(2)自耦降壓起動U1U2V1V2W1W2QS1M3~U1U2V1V2W1W2QS1QS2運轉(zhuǎn)起動三相自耦變壓器M3~(2)自耦降壓起動~~繞線型電動機起動時，可在轉(zhuǎn)子繞組中串聯(lián)電阻，以減小起動電流。(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動Rst轉(zhuǎn)子

三相異步電動機的調(diào)速調(diào)速方法變頻調(diào)速(籠型電動機)變極調(diào)速(籠型電動機)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速(繞線型電動機)

三相異步電動機的制動

4.7.1能耗制動QS運轉(zhuǎn)制動RP

+–M3~SNnff制動時定子接入直流電源產(chǎn)生固定磁場，i2

受到阻轉(zhuǎn)矩；當(dāng)n→0，i2→0，T→0。制動：將動能→電能→熱能。優(yōu)點：能耗小，制動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，不會反轉(zhuǎn)。缺點：需要另外加直流電源。e2(i2)?1

能耗制動QS正轉(zhuǎn)制動將三相中的任意兩相對調(diào)，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使M停機。優(yōu)點：方法簡單，制動效果好。缺點：能量消耗大。旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速為(n1+n)→

I2→

I1。必須在籠型電動機的定子或繞線型電動機的轉(zhuǎn)子中串入電阻R，以防止燒壞繞組。M3~R2

反接制動三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機教材表8.8.1中列出了各種電動機的系列代號。異步電動機產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機繞線式異步電動機防爆型異步電動機高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2聯(lián)結(jié)3.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時采用