電工電子技術(shù) 課件 模塊5 變壓器與電動(dòng)機(jī)

電工電子技術(shù)

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(模塊5變壓器與電動(dòng)機(jī))

單元1鐵磁性物質(zhì)一、鐵磁性物質(zhì)與磁化1.磁化鐵磁材料內(nèi)部是由許多體積很小的磁疇(磁體)所組成，在常態(tài)下，整體不顯磁性，將其放在外磁場(chǎng)（BO）中,內(nèi)部磁疇受外磁場(chǎng)作用將改變其雜亂無(wú)章的取向而趨于一致，產(chǎn)生附加磁場(chǎng)（B′），而被磁化。2.磁化曲線鐵磁材料被磁化的過(guò)程，可以由磁化曲線形象表示之。（1）起始磁化曲線B=f（H），表明了鐵磁材料最初磁化的變化過(guò)程。(2)磁滯回線鐵磁材料在大小和方向不斷變化的外加磁場(chǎng)作用下進(jìn)行反復(fù)磁化，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化形成磁滯回線。其中：

Br-----剩磁，是鐵磁材料被磁化后外場(chǎng)去掉后所保留的磁性。

Hc----矯頑力，是磁化后的鐵磁材料被完全去磁所應(yīng)該加的最小磁場(chǎng)強(qiáng)度。

在鐵磁材料反復(fù)磁化的過(guò)程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。二、常用磁性材料1.軟磁性材料

軟磁性材料的矯頑磁力、剩磁、磁滯損耗均較小，磁滯回線狹長(zhǎng)，它既容易磁化，又容易退磁。常用于制造鎮(zhèn)流器、變壓器、電動(dòng)機(jī)以及各種中、高頻電磁元件的鐵心等。2.硬磁性材料

硬磁性材料的矯頑磁力、剩磁、磁滯損耗均較大，磁滯回線較寬，一經(jīng)磁化，就能獲得很強(qiáng)的剩磁，而且不易退磁。適用于制造永久磁鐵，如揚(yáng)聲器、耳機(jī)、電話機(jī)、錄音機(jī)以及各種磁電式儀表中。3.矩磁材料

磁滯回線近似于一個(gè)矩形，剩磁很大，接近飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，但矯頑力較小，易于翻轉(zhuǎn)，常在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中作記憶元件和開(kāi)關(guān)元件。三、磁路與磁路歐姆定律（1）磁路：運(yùn)用鐵磁材料的高磁導(dǎo)率特性將磁力線約束在鐵心所定范圍內(nèi)而形成的磁通路徑.。（2）磁路歐姆定律其中：IN----磁通勢(shì)

Rm----磁阻

Φ----磁通

四、渦流及其應(yīng)用

當(dāng)鐵心線圈中通有交變電流時(shí)，鐵心中將產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)將在鐵心中的閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，這些電流呈旋渦狀，稱之為渦流。

渦流在鐵心中流動(dòng)，使鐵心發(fā)熱產(chǎn)生能量損耗，稱之為渦流損耗。

渦流將使變壓器、電機(jī)等電氣設(shè)備的鐵心發(fā)熱，浪費(fèi)了能量，還可能損壞電器。為了減小渦流損耗，通常采用厚度約0.35mm的硅鋼片疊成鐵心，可大大降低渦流損耗。

渦流也有其有利的一面，可利用其熱效應(yīng)來(lái)做成中頻感應(yīng)爐來(lái)冶煉金屬，做成電磁爐來(lái)加熱和烹飪食物等等。

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(模塊5變壓器與電動(dòng)機(jī))

單元2單相變壓器一、外形、構(gòu)造、符號(hào)

二、組成變壓器主要由鐵心、繞組和附件等組成。（1）鐵心

鐵心是變壓器的磁路部分,并作為變壓器的機(jī)械骨架。為了減小渦流損耗和磁滯損耗，鐵心一般由0.35mm或0.5mm表面涂有絕緣漆的冷軋或熱軋硅鋼片疊裝而成。鐵心有EI形、F形、∏形和C形等多種。（2）繞組

繞組是變壓器的電路部分，一般用絕緣扁銅線或漆包線在繞線模上繞制而成。與電源連接的繞組稱為初級(jí)繞組（也稱原邊繞組）；與負(fù)載連接的繞組稱為次級(jí)繞組（也稱副邊繞組）。根據(jù)不同的需要，一個(gè)變壓器可以有多個(gè)次級(jí)繞組，以輸出不同的電壓。三、工作原理當(dāng)變壓器初級(jí)繞組通以交流電流時(shí)，在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，初、次級(jí)繞組都產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，次級(jí)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于新的電源，這就是變壓器的基本工作原理。1.變壓（空載運(yùn)行）2.變流（帶載運(yùn)行）3.變阻抗

四、變壓器的外特性、損耗及效率1.外特性外特性是指初級(jí)加額定電壓，負(fù)載功率因數(shù)一定時(shí)，次級(jí)電壓U2隨負(fù)載電流I2變化的關(guān)系，即U2=f(I2)。2.損耗變壓器運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生損耗，分為銅損耗和鐵損耗。（1）銅損耗（PCu）

變壓器中初、次級(jí)繞組中都有一定的電阻，當(dāng)電流流過(guò)繞組時(shí)，就要發(fā)熱產(chǎn)生損耗，這種損耗就是銅損耗。（2）鐵損耗（PFe）

當(dāng)鐵心中的磁通交變時(shí)，在鐵心中要產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，這兩項(xiàng)統(tǒng)稱為鐵損耗。

鐵損耗不隨負(fù)載大小變化，也稱為不變損耗；銅耗隨負(fù)載大小變化，也稱為可變損耗。3.變壓器的效率變壓器的輸入功率為P1=U1I1COSφ1；輸出功率為P2=U2I2COSφ2兩者關(guān)系為：P1-P2=PCu+PFe

或P1=P2+PCu+PFe則變壓器的效率為電工電子技術(shù)

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單元3三相異步電動(dòng)機(jī)一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)（1）定子

電機(jī)固定不動(dòng)的部分叫定子。主要由機(jī)座、鐵心和定子繞組等組成如上圖，三相定子繞組嵌放在定子鐵心槽內(nèi)，定子繞組的三個(gè)首端為U1、V1、W1，末端為U2、V2、W2，都由機(jī)座上的接線盒中引出。

根據(jù)三相定子繞組的額定電壓及電源的線電壓的關(guān)系，三相定子繞組可接成星形或三角形。（2）

轉(zhuǎn)子

三相異步電動(dòng)機(jī)鼠籠式轉(zhuǎn)子由鐵心和繞組構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖，轉(zhuǎn)子鐵心由硅鋼片疊成，并固定在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子繞組（通常用銅條）為鼠籠狀，通常用鋁澆鑄而成。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理1.三相電流的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組，是由在空間彼此相隔1200的三組相同的線圈（即三相對(duì)稱繞組）組成，各相繞組的始端分別由U1、V1、W1表示，末端分別以U2、V2、W2表示。定子繞組聯(lián)接成Y形或Δ形。當(dāng)三相定子繞組通有三相交流電流后，它們?cè)谵D(zhuǎn)子空間的合成磁場(chǎng)將隨電流的變化而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)，這就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。定子繞組接線和三相電流波形及t0~t1時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（又稱同步轉(zhuǎn)速）的轉(zhuǎn)速n1與交流電源的頻率f1有關(guān)，同時(shí)也與電動(dòng)機(jī)定子繞組的磁極對(duì)數(shù)p有關(guān)。它們之間的關(guān)系為：2.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理靜止的、自行閉合的轉(zhuǎn)子在空間受到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用，由于之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流而成為載流導(dǎo)體。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，受電磁力的作用而對(duì)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生作用方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向一致的電磁轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子就順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。

轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖如下：若使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向也隨之而改變。因此，若要讓三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，只需把電機(jī)定子繞組與三相電源連接的三根導(dǎo)線任意兩根對(duì)調(diào)即可。*三.三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性（1）、轉(zhuǎn)差率若電機(jī)轉(zhuǎn)速為n2,則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為n1-n2,此相對(duì)轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之比，稱為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用S表示，即轉(zhuǎn)差率是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。（1）轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)：n2=0，S=1（2）電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)：n2趨近于n1，S趨近于零。（3）一般情況下:0<S<1之間。三相異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)差率很小，即SN≈0.02

0.06。（2)、電磁轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)所決定的轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT、磁極的平均磁通Φ、轉(zhuǎn)子電流I2及轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos

2有關(guān)，可以證明它們之間的關(guān)系為T=CTΦI2cos

2

代入有關(guān)量之后，得到電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系：并繪出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系曲線：(3)、機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即n2=f（T）曲線。特性分析：（1）AB段

穩(wěn)定工作區(qū)，在此區(qū)段內(nèi)n2隨著T的增大而略有下降。電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)在此區(qū)段內(nèi)，在距離Tm較遠(yuǎn)的地方，并具有較大的過(guò)載能力。（2）BC段

非穩(wěn)定區(qū)，在此區(qū)段內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的下降而減小。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)一瞬間，轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。當(dāng)Tst大于電機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩TZ時(shí)，轉(zhuǎn)子逐漸加速，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩沿著n2=f（T）曲線CB上升，經(jīng)最大轉(zhuǎn)矩Tm后又BA下降。當(dāng)T等于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩Te時(shí)，電動(dòng)機(jī)就以額定轉(zhuǎn)速ne穩(wěn)定運(yùn)行電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的幾個(gè)概念：①

電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力(2.0～2.2)②電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力（1.7～2.2）可見(jiàn)（1）異步電動(dòng)機(jī)工作在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)時(shí)，具有硬的機(jī)械特性，即隨著負(fù)載的變化而轉(zhuǎn)速變化很小；

（2）異步電動(dòng)機(jī)具有較大的過(guò)載能力和起動(dòng)能力；

（3）異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩外加電源電壓的平方成正比，即電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)電源電壓的變化十分敏感。

四、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)電動(dòng)機(jī)的銘牌:

（1）型號(hào)

（M、S、L分別表示中、短、長(zhǎng)機(jī)座）（2）額定電壓指電動(dòng)機(jī)定子繞組按銘牌上規(guī)定接法時(shí)應(yīng)加的線電壓值。（3）接法

現(xiàn)在生產(chǎn)的額定電壓為380V，4KW以上的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)均為D形（三角形）接法。（4）額定功率Pe

指電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)不過(guò)熱，軸上