《电机电器》PPT课件.ppt
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1、淮安信息学院电气工程系,电机与电气控制多媒体课件,制作:李瑞年,2,多媒体重点讲次,返回,3,第一讲:变压器基本知识,本讲主要内容,一、变压器的构造和基本原理二、变压器的运行分析三、单相变压器的空载与短路试验四、变压器的运行特性,返回,变压器感性认识(图片),5,一、变压器的构造和基本原理,(一)变压器的构造及其分类,高压测,油枕,散热管,主箱体,变压器是一种利用电磁原理工作的静止装置。其主要功能是变换(升高或降低)电压。,低压测,6,(一)变压器构造,图 单相变压器的铁心和绕组a心式铁心,同心式绕组;b壳式铁心,交叠式绕组;1铁轭,2铁心柱,3低压绕组,4高压绕组。,图 三相心式变压器铁心和
2、绕组1铁心柱,2铁轭,3绕组。,1、铁心:提供磁路,分为心式结构和壳式结构两种;,7,2、绕组:建立磁场。按高低、压 在铁心上放置方式的不同,绕组有同心式和交叠式。按电压高低分为一次(原方)绕组,二次(付方)绕组。3、附件 油箱:散热,绝缘,保护铁心和绕组不受外力和潮气浸蚀。油枕:储油,减少油箱内油和空气的接触。气体继电器:瓦斯保护。绝缘套管:引出线。分接开关:调整变压比。,(一)变压器构造,8,4、变压器的分类,1)按相数的不同:变压器可分为单相变压器、三相变压器;2)按绕组数目不同:变压器可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器;3)按冷却方式不同:变压器可分为油浸式变压
3、器、充气式变压器和干式变压器。油浸式变压器又可分为:油浸自冷式、油浸风冷式和强迫油循环变压器。4)按用途不同:变压器可分为电力变压器、特种变压器、仪用互感器、试验用的高压变压器等。,9,(二)变压器的基本工作原理,1、相关名称:一次绕组,匝数N1;二次绕组,匝数N22、工作条件:一次侧要加交变电压。,3、磁场分布:主磁通:大部分经过磁阻很小的铁心闭和,与一次、二次绕组同时交链。漏磁通:很少一部分磁通经过磁阻很大的油或空气闭合。,10,4、变压器工作原理:一次绕组通电,产生变化磁通,交链到二次侧,在二次侧感应出电势。5、变压器特点:a.变压器只能传递交流电能,而不能传递直流电能;b.他只能改变交
4、流电压或电流的大小,不改变频率;,(二)变压器的基本工作原理,11,(三)变压器的铭牌数据,1、变压器的型号 例如:SL7 200/302、变压器的额定值(1)额定容量,(2)额定电压U1NU2N 是指变压器空载时,各绕组端头电压的保证值,对三相变压器指的是线电压。(3)额定电流I1NI2N(4)额定频率f,12,二、变压器的运行分析,1、空载运行时的物理情况 二次侧空载所以i2=0,U2=E2一次侧电流i0 叫空载电流(或励磁电流);输出功率P2=0,所以输入功率P1 为空载功率,数值较小;,(一)变压器的空载运行,13,(二)变压器的负载运行,二次侧:,负载上的电压:,一次侧:,14,E2
5、=kEU2=kU2I2=I2/k,r2=k2r2 x2=k2x2,等效关系,(二)变压器的负载运行,15,三、单相变压器的空载与短路试验,(一)变压器的空载实验,1实验目的:测量空载电流I0,空载损耗(铁损)P0,计算励磁阻抗Zm,电压比K。2实验方法:将低压绕组接额定电源,高压绕组开路。,进行变压器试验的目的就是为了测量变压器的几个重要参数。,3计算变压器参数 Zm=U/I0 rm=P0/I02 xm2=Zm2-rm2,16,(二)变压器的短路实验,1实验目的:测定短路阻抗Zk2实验方法:(1)将高压绕组通过调压器接到交流电源上,低压绕组短路,并按图示方式接入有关测量电表。(2)一次测电压要
6、从零开始调起,一次电流表指示达到额定值为止。,3计算变压器参数Zsh=Ush/Ish rsh=Psh/Ish2 xsh2=Zsh2-rsh2,17,三、变压器的运行特性,(一)电压变化率 电压变化率:反映二次侧端电压随负载变化的程度电压变化率与三个因素有关:1、变压器负载电流大小;2、与负载的性质;3、与变压器的阻抗参数。,(二)变压器的外特性 变压器的外特性:当一次侧端电压与功率因数均为常数,变压器二次侧绕组的端电压随负载电流的变化关系。即U2=f(I2)。变压器的外特性的变化与负载的性质有关。,18,(三)变压器的效率和效率特性,1、变压器的效率:输出功率与输入功率之比的百分比。2、变压器
7、的效率特性:通过公式推导与试验可得到效率特性曲线如图所示,变压器的效率开始时随负载的增加而增加,在Pcu=PFe时有最大效率,这一点在额定负载的二分之一处附近。,效率特性曲线,返回,课后任务:1、已知电源、负载和变压器参数,求变压器的电流、电压。2、设计变压器空载实验步骤,并画出实验电路。,独立完成,20,本讲主要内容,一、直流电机的工作原理二、直流电机的结构与分类三、直流电机铭牌数据四、直流电机电枢电势和电磁转矩五、直流电机的磁场和换向问题(选讲),第三讲:直流电机基本知识,返回,直流电动机感性认识(图片),22,一、直流电机的工作原理,(一)直流电动机的基本工作原理 1)直流电动机模型,电
8、枢绕组,电刷,换向片,转动方向,磁极,23,2)、直流电机的基本工作原理,a.电磁感应定律的应用(左手定则)b.换向器的作用:保证流入的磁极下的电流方向不变(直流电)c.基本工作原理 通过电刷将直流电源加到电动机换向器上,换向器与电枢线圈相连,电枢中有电流流过,电枢电流受磁场作用力而使得电枢转动。由于电刷和换相器的作用,每一极性下的导体中的电流方向始终不变,产生单方向的电磁转矩,使电枢向一个方向旋转,这就是直流电动机的基本工作原理。,24,(二)直流发电机的基本工作原理,同一台电机,既可作电动机运行又可作发电机运行的原理,在电机理论中称为可逆原理。当原动机以某一转速拖动转子(电枢)旋转,电枢绕
9、组切割磁力线,产生感应电动势,形成感应电流,通过电刷流过负载,实现机械能转换成电能。,U,+,N,S,Ia,这是输入机械转距,这是输出电流,这是负载,发电机:电枢电流与电枢电压方向相反,输入转距,输出电能,电动机:电枢电流与电枢电压方向相同,消 耗电能,输出转距;,25,二、直流电机的结构与分类构造,(一)定子组成:机座、主磁极、换向极、端盖、轴承、和电刷等。作用:产生磁场、支撑作用。1)主磁极组成:由主极铁心、励磁绕组组成、作用:产生工作磁场。,机座,磁极,励磁绕组,直流电动机定子结构,2)换向极(图中未画出)组成:由 铁心、绕组组成。换向极绕组与电枢绕组串联。作用:改善电机的换向性能,防止
10、产生电弧火花。3)电刷装置 接通外电路与电枢绕组。和换向器一起将绕组内交流电转换为外部直流电。4)机座 固定与支撑作用,另外也是磁路的一部分。,26,二、直流电机的结构与分类构造,转子,换向器,(二)转子(电枢)包括电枢铁心、绕组、换向器和转轴等,1)电枢铁心:由0.350.5mm厚的硅钢片叠制而成。2)电枢绕组:由绝缘导线绕制的电枢线圈组成3)换向器:由绝缘材料相隔的铜片做成,并固定在轴上。,转子,换向器,27,二、直流电机的结构与分类分类,根据励磁线圈和转子绕组的联接关系,励磁式的直流电机又可细分为:,他励电动机:励磁线圈与转子电枢的电源分开。,并励电动机:励磁线圈与转子电枢并联到同一电源
11、上。,串励电动机:励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。,复励电动机:励磁线圈与转子电枢的联接有串有并,接在同一电源上。,28,直流发电机的构造原理,直流发电机的分类与此类同,只是在示意图中要注意各项参数的方向。电动机:电枢电流与电枢电压方向相同,消耗电能,输出转距;发电机:电枢电流与电枢电压方向相反,输入转距,输出电能;,U,+,N,S,Ia,这是输入机械转距,这是输出电流,这是负载,29,三、直流电机铭牌数据,直流电机的额定数据主要有以下几种。1、额定容量(功率)PN(单位:KW)直流电动机 PN=UNINN(输出机械能)直流发电机 PN=UNIN(输出电能)2、额定电压UN(单位:V)在
12、额定情况下,电刷两端输出(发电机)或输入(电动机)的电压。3、额定电流IN(单位:A)在额定情况下,电刷流入或流出的电流。4、额定转速nN(单位:r/min)在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。5、额定励磁电流IfN(单位:A)6、铭牌上没有的额定值:额定转矩TN、额定效率N 其中TN=9.55 PN/nN N:在带额定负载运行是,输出机械功率与输入功率之比。,30,四、直流电机电枢电势和电磁转矩,ex=BavLv每根导体;,当每极磁通量为常值时,感应电势与转速成正比;当转速恒定时,感应电势与磁通量成正比,而与磁通量密度的分布无关;,电刷在磁极的中心线上,即与位于两极中间处的元件相连,
13、得到的感应电势最大。,每根导体;,整个电枢,整个电枢,2.电磁转矩,1.感应电势,返回,独立完成,课后任务:讨论直流电动机换向器周围的“环火”问题和解决办法。,32,第六讲:三相交流电动机基本知识,本讲主要内容:,一、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的基本结构 三、三相异步电动机的铭牌数据,返回,交流电动机感性认识,35,异步电动机原理模型,e,i,磁铁,闭合线圈,人为转动,感应电流受力而旋转,感生电流,36,一、三相异步电动机的工作原理,三相异步电动机的简图,外部是定子铁心,内部是转子铁心,二者之间是均匀的气隙。定子铁心中嵌放三相定子绕组,每相绕组均只有一个线圈,分别是AX、BY、
14、CZ,三相绕组对称放置,空间互差120。定子绕组外接三相电源,流经绕组的电流三相对称,相序为ABC,,1、旋转磁场的产生,为了研究磁场的变化情况,选取t=0、t=90、t=210、t=330四个时刻,如图所示。三相电流产生了一个两极磁场(一对磁极),随着电流的交变,磁场在空间发生旋转,产生一个旋转磁场。,产生旋转磁场的条件 一是空间对称的三相定子绕组;二是通入三相对称电流。,37,由图可以看出,当某一相绕组中的电流达到最大值时,旋转磁场的轴线方向与该相绕组的轴线重合。三相电流是按相序先后达到正向最大值的,所以,旋转磁场的旋转方向取决于绕组中三相电流的相序。,2、旋转磁场的转向,图中,三相电流相
15、序为ABC,三相绕组AX、BY、CZ按顺时针方向排列,绕组中的电流按顺时针方向先后达到最大值,故旋转磁场的转向为顺时针。如果将定子绕组的三相电源线中的任意两相交换,则绕组中三相电流的相序即由顺时针变为逆时针,旋转磁场也相应地逆时针反向旋转。,38,图中的每相绕组由两个线圈串联组成,如A相绕组由线圈AX与AX串联成AXAX,首端为A,末端为X.。各相绕组首端之间相差60空间角度,末端之间相差60空间角度,均匀分布在定子铁心中。,3、旋转磁场的转速,选取t=0、t=120、t=240、t=360四个时刻,可以看出,图2中的旋转磁场有两对磁极,即p=2。同样,若每相绕组由三个线圈串联组成,并在定子铁
16、心中均匀排列,则可产生3对磁极的旋转磁场。,结 论 旋转磁场的转速 n1 取决于电流频率 f 和磁极对数 p。,39,4、工作原理,三相交流电源接通三相定子绕组,定子绕组产生三相对称电流,三相对称电流在电机内部建立旋转磁场,旋转磁场与转子绕组产生相对运动(切割),转子绕组中产生感应电流,感应电流转子绕组(感应电流)在磁场中受到电磁力的作用,在电磁力作用下,转子逆时针方向开始旋转,转速为n。,三相对称电流,旋转磁场,感应电流,由此可知,异步电动机是通过载流的转子绕组在磁场中受力而使电动机旋转的,而转子绕组中的电流由电磁感应产生,并非外部输入,故异步电动机又称感应电动机。,40,5、转差率,旋转磁
17、场的转速与转子(电动机)的转速之差称为转差,转差与旋转磁场的转速之比称为转差率,用s表示,即,转差率s是异步电动机运行时的一个基本变量,负载变化时,s也随之改变,空载时,s0.005,满载时,s0.06。,A,Y,C,B,Z,X,n1,n,旋转磁场转速,电动机转速,41,【例题】,异步电动机满载时,s0.06故异步电动机的额定转速略小于磁场同步转速,由此可知同步转速 n1=750 r/min,p=4,2p=8。,空载转速 n0=(1s0)n1=(10.267%)750=748 r/min,r/min,额定转差率,某三相异步电动机,电源频率为50Hz,空载转差率s0=0.00267,额定转速nN
18、=730 r/min。试求:电机的极数2p、同步转速n1、空载转速n0、额定转差率sN。【解】旋转磁场的同步转速为,42,二、三相异步电动机基本结构与分类,(1)定子 定子铁心:嵌放绕组,提供磁路。(2)转子:定子绕组:产生旋转磁场。转子铁心:嵌放绕组,提供磁路。转子绕组:感应出电势、电流。(笼型和绕线型)(3)机壳气隙等(4)材料:铁心均由硅钢片叠压而成;,1、三相异步电动机的结构,43,2、电动机的分类,交流电动机,电动机,直流电动机,他励、异励、串励、复励,控制电机:步进电机,伺服电机,自整角机,按构造和原理分类,44,三、三相异步电动机的铭牌数据,1、额定容量(功率)PN(单位:KW)
19、指转轴上输出的机械功率。2、额定电压UN(单位:V):加在定子绕组上的线电压。3、额定电流IN(单位:A):输入定子绕组的线电流。,4、额定转速nN(单位:r/min)。5、额定频率 fN(单位:HZ):我国工频为50HZ。6、绝缘等级。,7、接线方法:定子绕组有Y和两种接法。8工作方式:连续、短时、断续周期。,返回,独立完成,课后任务:已知电动机的名牌数据(nN,PN,IN,cos),计算其额定转差率,额定转矩与额定效率。,46,第十一讲 单相交流异步电动机及其应用,一、单相电流只能产生脉振磁场,二、单相分相式异步电动机,四、三相异步电动机的单相运行,三、单相罩极式异步电动机,主要内容,返回
20、,单相电动机感性认识,48,【引入】,单相异步电动机使用单相交流电源,驳接电源方便,结构简单,成本低廉,运行可靠,广泛用于家用电器、电动工具、医疗设备等各方面。与同容量的三相异步电动机相比,单相异步电动机体积大、性能差,故单相异步电动机多为小容量,其功率一般不超过750W。单相异步电动机的结构也分为定子和转子两部分,定子绕组接单相交流电源,转子多为笼型。,49,一、单相电流只能产生脉振磁场,根据电机学的理论,在时间上有相位差的多相交变电流流经在空间上有相位差的多相绕组时,才能产生旋转磁场。,单相异步电动机的单相定子绕组中流过单相交变电流时,产生的不是旋转磁场,而是磁场轴线位置在空间静止不动的脉
21、振磁场,如图所示。,50,脉振磁场分解为两个旋转磁场,一个固定不动的脉振磁场可分解成两个转速相同、转向相反的旋转磁场,或者说,两个转速相同、转向相反的旋转磁场可以合成为一个位置不动的脉振磁场。为了便于分析,将单相异步电动机的脉振磁场,同三相异步电动机一样,单相异步电动机的转子会在旋转磁场作用下产生电磁转矩,并且是两个方向相反、大小相等的转矩,二者作用相互抵消,转子静止不动。,正序旋转磁场,负序旋转磁场,F正,F反,51,单相异步电动机的机械特性,它具有如下几个特点:,1)当转速n=0时,无起动转矩,不能起动,即“不推不转”;2)当n0,T0,机械特性在第象限,即“正推正转”;3)当n0,T0,
22、机械特性在第象限,即“反推反转”。,上述分析说明,单相异步电动机的单相定子绕组通电后不会建立旋转磁场,没有起动转矩。为解决起动问题,必须设法使电动机起动时产生一个真正的旋转磁场,常用的方法有分相起动和罩极起动,据此可将单相异步电动机分成两种类型。,52,二、单相分相式异步电动机,分相起动方式是在定子铁心上安放两相绕组,一个是主绕组(工作绕组),另一个是副绕组(起动绕组),两相绕组的空间位置相差90电角度。在两相绕组中分别通入相位差为90或接近90的两相电流,建立起旋转磁场,转子在旋转磁场作用下产生起动转矩,转子起动旋转。当转速上升至(70 80)%nN时,利用离心开关或继电器触点将副绕组切除,
23、正常运行时,只有主绕组接在电源上。,53,1、电阻分相,如图3所示,与主绕组A相比,副绕组B电阻较大,两相绕组中流过相位不同的两相电流,可以建立旋转磁场,电动机便可起动,此种方法称为电阻分相起动。由于两相电流的相位差达不到90,大小也不相等,属于不对称电流,建立的是椭圆形旋转磁场,电动机的起动转矩较小,只能用于轻载起动的场合。,图3 电阻分相起动单相异步电动机原理,转子,A,B,K,.IA,.IB,.U,.IB,.IA,.U,54,2、电容分相,如图4所示,在副绕组B的回路中串接电容器C,正确选择电容值,可使大小相等,相位差90,形成两相对称电流,建立圆形旋转磁场,产生较大的起动转矩,可用于满
24、载起动的场合,此种方法称为电容分相起动。,单相分相式异步电动机的转向取决于旋转磁场的方向,只要将主绕组或副绕组的两个出线端对调,使旋转磁场反向旋转,电动机即可反转。,55,三、单相罩极式异步电动机,如图5所示,罩极式电动机的定子多做成凸极铁心,铁心上套装集中绕组(短路环)。每个磁极对应的一侧开有一个小槽,槽中套装短路铜环,罩住小部分铁心,称为罩极。,单相罩极式异步电动机结构简单、制造方便,但起动转矩较小,多用在小型电风扇、录音机等设备中。罩极电动机的转向总是从磁极的未罩部分指向罩极部分,转向不能改变。,56,罩极式电动机的旋转磁场,当定子绕组中通入单相交变电流后,将产生交变磁通,磁通B的变化滞
25、后于磁通A的变化。这就使得有不同空间位置的A和B在时间上也有了相位差,好象磁场从没有短路环的一侧向有短路环的一侧移动,形成一个移动磁场,可将其看成一个椭圆度很大的,使转子产生电磁转矩并旋转,如图6所示。,57,四、三相异步电动机的单相运行,三相异步电动机在起动前有一相断路,在运行过程中有一相断路成单相运行,有时遇到有三相电动机,而只有单相电源,独立完成,返回,课后作业:单相异步电动机起动转距是怎样产生 的?单相电动机一般有几个接线端?,0,59,第十二讲 控制电机及其应用,一、伺服电动机,二、测速发电机,三、步进电动机,主要内容,返回,60,一、伺服电动机,伺服电动机是自动控制系统中的执行元件
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