变压器和电动机.ppt

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1、1,变压器和电动机,9.1 磁路9.2 变压器9.3 异步电动机9.4 直流电动机9.5 控制电动机,主要内容,2,9.1 磁 路,主要内容,铁磁材料的磁性能,简单磁路分析,3,1.学习磁路的必要性,磁通经过的闭合路径称为磁路。磁路主要由高磁导率的铁磁材料和空气隙构成。,磁路概述,2.磁路,3.铁心,用铁磁材料做成一定形状，目的是把磁场聚集在一定的空间范围内，形成磁路，以便加以控制和利用，这就是铁心。铁心的形状，决定磁路形状。,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，工作时都会产生磁场。所以了解磁路的特性是很有必要的。,N,i,u,+,-,4,铁磁材料的磁性能,把B=

2、f(H)称为磁化曲线；它具有磁饱和性。,铁磁材料放入磁场强度为H的磁场内，会被磁化，当磁场强度H由零逐渐增加时，磁感应强度B随之变化的曲线，称为磁化曲线。如图,1.磁化曲线和磁滞回线,（1）磁化曲线,H,B,H,B,BH,0,（2）磁导率曲线,在磁化曲线上任一点的B和H之比，称为磁导率。即,把=f(H)称为磁导率曲线，铁磁材料的磁导率是非线性的。如图,H,不同的铁磁材料磁化曲线、磁导率及磁导率曲线是不同的；同一铁磁材料，H不同磁导率是不同的，即磁导率曲线是非线性的；铁磁材料的磁导率远大于非铁磁材料，两者之比约为103104倍。真空的磁导率为0=410-7H/m。,注意：,5,铁磁材料的磁性能,

3、铁磁材料在反复磁化过程中形成的闭合曲线，称为磁滞回线，如图,（3）磁滞回线,H,B,H,B,0,Br称为剩磁感应强度，简称剩磁；HC称为矫顽力；,不同的铁磁材料的磁滞回线形状是不同的。剩磁Br低，矫顽力HC小，磁滞回线窄，称为软磁材料。如纯铁、硅钢、坡莫合金。用于制造变压器、电机、电器的铁心等。剩磁Br高，矫顽力HC大，磁滞回线较宽，称为硬磁材料或永磁材料。如炭钢、铝镍钴、稀土等。制造永久磁铁。剩磁高Br，矫顽力HC小，称为矩磁材料。用于记忆元件。,注意：,Br,-HC,+Hm,-Hm,磁感应强度B的变化滞后于磁场强度H的变化，这种现象称为磁滞现象，即铁磁材料具有磁滞性。,软磁材料,硬磁材料,

4、矩磁材料,6,铁磁材料的磁性能,磁滞现象使铁磁材料在交变磁化的过程中，产生的损耗称为磁滞损耗。它是由物质内分子反复取向所产生的功率损耗。软磁材料的磁滞损耗较小。,2.磁滞损耗与涡流损耗,（1）磁滞损耗,（2）涡流损耗,当整块铁心中的磁通发生交变时，铁心中会产生感应电动势，因而在垂直于磁感应线的平面上产生感应电流，它围绕着磁感应线成漩涡状流动，故称为涡流。如图,涡流在铁心的电阻上引起功率损耗，称为涡流损耗。,减小涡流损耗的方法是：铁心用硅钢片叠成，如图。,磁滞损耗和涡流损耗合称为铁损（耗）。,i,7,简单磁路分析,如图，在匝数为N的励磁线圈中通入直流电流I，磁路中就会产生一个恒定磁通，这种具有恒

5、定磁通的磁路称为直流磁路。,1.直流磁路,全电流定律（安培环路定律）为,即，在闭合曲线上，磁场强度矢量H沿整个回路l的线积分，等于穿过该闭合曲线所围面内电流的代数和。电流方向与绕行方向符合右手螺旋定则的电流为正、反之为负。,N,I,l0,H,H0,l,在磁路中：,为主磁通；为漏磁通；铁心中磁路长度为l，磁场强度为H；空气隙长度为l0，空气隙中磁场强度为H0；空气隙和铁心截面积可认为近似相等为A；空气隙和铁心的磁感应强度均为B；,根据安培环路定律，取一磁场线作为闭合路径及循环方向，则,A,8,简单磁路分析,N,I,l0,H,H0,l,A,所以,即,故,其中,称为铁心的磁阻,称为空气隙的磁阻,NI

6、是产生磁通的磁化力，称为磁动势。,则,称为磁路欧姆定律，Rm称为总磁阻。,由于磁阻Rm不是常数，磁路欧姆定律只能定性分析磁路；虽然空气隙很小，但0，所以Rm0很大，磁压降Rm0也很大。,注意：,直流磁路分析，因为,9,简单磁路分析,N,i,E的单位为伏（V）；f的单位为赫兹（HZ）；的单位为韦伯（Wb）,由KVL得,设主磁通为正弦交变磁通,根据电磁感应定律，在e与符合右手螺旋定则时，有,其中,2.交流磁路,如图，在匝数为N的励磁线圈上外加正弦交流电压u，绕组中将流过交流电流i，产生交变磁通，这种具有交变磁通的磁路称为交流磁路。,u,e,-,+,+,-,在磁路中：,为主磁通；为漏磁通；主磁通产生

7、的感应电动势为e；漏磁通产生的感应电动势为e；线圈电阻为R，压降为Ri。,e,则有,-,+,10,简单磁路分析,N,i,当电源频率f和线圈匝数N不变时，主磁通m与外加电压U成正比关系，即，U不变则m基本不变。当U一定时，若磁路中空气隙增加，磁阻会增加，根据磁路欧姆定律，磁通势NI和线圈中的电流必然增大。因此，在交流磁路中，当U、f、N不变时，空气隙大小发生变化时，会引起线圈电流的变化。,即，外加电压u和主磁通产生的感应电动势e相平衡，有效值为,2.交流磁路,u,e,-,+,+,-,e,实际上Ri和e均很小，KVL可近似为,可见,11,简单磁路分析,N,i,励磁电流I，由电源电压U和线圈电阻R决

8、定，与磁路磁阻无关。磁阻增加时，磁通减小，但励磁电流不变。,3.交、直流磁路比较,u,e,-,+,+,-,e,在直流磁路中,磁路欧姆定律,交流磁路外加电压与磁通关系,N,I,l0,H,H0,l,A,f、N一定时，磁通由外加电压U决定，与磁阻无关；即U一定时，磁阻变化时，磁通不变。励磁电流I，与磁阻有关，当磁阻增加时，励磁电流I增加。,在交流磁路中,U,+,-,另外：直流磁路中无涡流损耗，交流磁路中有涡流损耗。,12,9.2 变压器,主要内容,变压器的用途和基本结构,变压器的工作原理,变压器的特性和额定值,自耦变压器及仪用互感器,13,变压器的用途和基本结构,电力变压器、整流变压器、振荡变压器、

9、输入变压器、输出变压器、脉冲变压器、控制变压器、自耦变压器、仪用互感器等。,1.变压器的用途,常用的变压器有：,变压器具有变换电压、变换电流、变换阻抗的作用。电力变压器：用于电力输送；采用高压输电会降低线路损耗，提高输电效率。我国主干线路采用500kV高压输电（1000kV已用于部分干线）。电源变压器：各种电子设备的电源。,14,变压器的用途和基本结构,2.变压器结构,根据结构分为：心式变压器和壳式变压器。如图,绕组：分为一次绕组和二次绕组。一次绕组作用是励磁，即使电流产生磁场；二次绕组的作用是将交变磁场转换为电动势。,变压器由铁心和绕组两部分组成：,铁心：聚集磁场，以便用较小的电流产生较大的

10、磁场。为减小涡流铁心常用表面涂有绝缘漆膜、厚度为0.35mm的硅钢片经冲剪、叠制而成。,三相心式变压器,心式变压器,心式变压器,壳式变压器,绕组,铁心,15,变压器的工作原理,1.变压器的电压变换作用,N1,i0,u1,e1,-,+,+,-,e,e2,+,-,u20,+,-,N2,为主磁通；为漏磁通；i0为励磁电流，也称空载电流；一次绕组匝数为N1，电压为u1，电阻为R1；二次绕组匝数为N2，空载电压为u20。,一次绕组KVL为,二次绕组KVL为,忽略铁心的磁饱和性、磁滞性产生的电流、电动势波形的畸变，用相量表示为,根据交流磁路电压有效值与磁通的关系，得,k称为变压比，简称变比,故,16,变压

11、器的工作原理,1.变压器的电压变换作用,N1,i0,u1,e1,-,+,+,-,e,e2,+,-,u20,+,-,N2,k简称变比,结 论,变压器可以把某一数值的交流电压变换成同频率的另一电压。当N1N2时，U1U2，k1，称为降压变压器，一次绕级为高压绕组。当N1N2时，U1U2，k1，称为升压变压器，二次绕组为高压绕组。一次、二次绕组之间没有电的连接，靠磁耦合和电磁感应作用，使二次绕组产生交流电压，即一次、二次绕级在电路上是相互隔离的。,同名端,在变压器的绕组中，把具有相同瞬时极性的端点，称为同极性端，简称同名端。通常用“”用标记。图中1、4端为同名端。,1,2,3,4,变压器的符号图,T

12、r,u1,u2,+,+,-,-,N1,N2,17,变压器的工作原理,2.变压器的电流变换作用,N1,i1,u1,e1,-,+,+,-,e,e2,+,-,u2,+,-,N2,当U、f、N1不变时，交流磁路中主磁通m基本不变，即空载时的磁通势和负载时合成磁通势应相等，即,接上负载后，铁心中的主磁通由磁通势 和 共同产生。在图示参考方向下，两磁动势产生的磁通方向相同，故合成磁通势为：,一般空载电流i0很小，仅占额定电流的百分之几，可忽略，则得,ZL,i2,为主磁通；为漏磁通；i1为一次电流，i2为二次电流；ZL为负载；,即一次、二次电流有效值与匝数成反比，这就是变流作用。,由此得,即,故得,18,变

13、压器的工作原理,3.变压器的阻抗变换作用,可见，二次绕组负载为ZL时，对一次侧而言，等效阻抗ZL等于ZL的k2倍，这就是变压器的阻抗变换作用。,设变压器负载阻抗为ZL，则一次端等效阻抗为ZL，即,电子技术中利用变压器的阻抗变换作用实现阻抗匹配的目的。,因为,+,+,-,-,ZL,+,-,所以,ZL,19,变压器的工作原理,例题9.2.1 图中信号源US=1.0V，内阻RS=200，负载电阻RL=8，今欲使负载从信号源获得最大功率，试求变压器的变比。,变压器变比为,解：负载获得最大功率的条件是：等效负载等于电源内阻，即,+,+,-,-,RL,RS,Tr,这种情况在电子技术中称为阻抗匹配。,20,

14、变压器的工作原理,N1,i0,u1,e1,-,+,+,-,e,e2,+,-,u20,+,-,N2,已知变压器绕组结构，根据电流与磁通的方向，用右手螺旋定则判断。如图,同名端的判断,1,2,3,4,方法一：,+,-,S,N1,N2,如图，当开关S接通瞬间，如果毫安表指针正向偏转，则1与3端是同名端；如果指针反向偏转，则1与4端是同名端。,mA,E,方法二：测定变压器同名端：,1,2,3,4,21,变压器的工作原理,1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V、11V、12V、14V、17V,同名端的应用,例：图是一个有三个次级绕组的变压器，将次级绕组适当连接，可以得到几种电压，分别是多少

15、？,3V,220V,答：可得到以下13种电压,1,2,3,4,5,6,5V,9V,1V电压的接线方法如图,1V,3V,220V,1,2,3,4,5,6,5V,9V,17V,17V电压的接线方法如图,22,变压器的特性和额定值,结论：二次电压U2随电流I2的增加而降低；空载时U2最大，其值为U20，称为空载电压；负载功率因数越低，U2下降越快。,电压变化率：额定负载时，输出电压的变化量与空载电压的比值。即,即：变压器一次电压为额定值时，输出电压与输出电流的关系曲线，称为变压器的外特性。,一般电力变压器的电压变化率为3%6%。,1.变压器的外特性,+,+,-,-,ZL,cos2=1,cos2=0.

16、8,I2N,I2,U2,0,U20,U2,23,变压器的特性和额定值,空载损耗：即变压器空载时产生的损耗。由于空载时铜损耗很小，这时的损耗基本上是铁心损耗，故空载损耗可认为等于铁损耗。即,分为：铁损耗PFe和铜损耗PCu,2.变压器的损耗和效率,铁损耗PFe：即交变磁场在铁心中的损耗，分为磁滞损耗和涡流损耗。由于U1、f一定时，m基本不变，所以铁损耗基本不变，故称为固定损耗。,铜损耗PCu：是一次、二次电流在绕组的电阻中产生的损耗。它随电流不同而不同，故称为可变损耗。即,24,变压器的特性和额定值,效率曲线：即变压器效率与输出功率P2之间的关系曲线，即,效率：变压器输出功率P2和输入功率P1之

17、比，称为效率，即,大型电力变压器效率可达99%以上。,2.变压器的损耗和效率,P2,0,max,结论：效率曲线是非线性的；最大效率在额定负载的50%90%左右；一般变压器不是一直在满载下运行，因此设计变压器时通常使最大效率出现在50%60%额定负载左右。,效率曲线,25,变压器的特性和额定值,（1）额定电压U1N/U2N：是根据变压器的绝缘强度和容许温升而规定的电压值。,单相变压器：,3.变压器的额定值：变压器长期安全运行的技术数据。,U1N是变压器一次侧应加的电压值。U2N是指一次端加额定电压时二次端空载电压。三相变压器中的额定电压都是指线电压。,（2）额定电流I1N/I2N：是根据变压器容

18、许温升而规定的电流值。三相变压器中指线电流。,（3）额定容量SN：表示变压器输出电功率的能力。是视在功率。,三相变压器：,（4）额定频率f：使用交流电源的频率。工频为50HZ。,（5）相数：单相、三相。,（6）温升：额定运行时,变压器内部温度容许超出规定的环境温度(40)的数值，它与绝缘材料的性能有关。,26,变压器的特性和额定值,一次电流为：,例题9.2.2 有一单相变压器，一次额定电压U1N=220V，二次额定电压U2N=20V，额定容量SN=75VA。求变压器的变比k，二次侧和一次侧额定电流I2N和I1N。设空载电流忽略不计。,二次电流为,解：变比为,27,自耦变压器及互感器,只有一个绕

19、组，二次绕组是一次绕组的一部分;一次、二次绕组之间既有磁的联系，也有电的联系。转动滑动触点，输出电压平滑可调。,特 点:,1.自耦变压器,N1,i1,ZL,u1,+,-,u2,+,-,N2,特别注意:,一次、二次绕组不可对调。接线时区分零线和地线，否则不安全。当滑动触点高于b点时输出电压大于输入电压。,u1,u2,+,+,-,-,b,1,2,相线,零线,28,自耦变压器及互感器,作用是将高电压变换成低电压，送到测量仪表、或控制、保护设备，使仪表、设备和工作人员与高压电路隔离。,（1）电压互感器,2.互感器,电压互感器接线图,（2）电流互感器,作用是将大电流变换为小电流，送到测量仪表显示，或送控

20、制、保护设备作为检测信号。,V,FU,N1,N2,A,N1,N2,电流互感器接线图,N1N2,N1N2,U2=100V,二次侧不得短路,I2=5A,二次侧不得开路,29,自耦变压器及互感器,是电流互感器和电流表组成的交流电流测量仪表。用它测量电流时，不必断开被测电路，使用十分方便。,（3）钳形电流 表,2.互感器,使用方法：先按下压块，使动铁心张开，把被测电流的导线套进钳形铁心内，然后放开压块使铁心闭合，就可读出电流大小。,i,如果电流太小，可将导线在钳形铁心上绕n圈，此时实际电流是指示值除以n。,30,9.3 异步电动机,主要内容,三相异步电动机的结构和工作原理,三相异步电动机的特性和额定值

21、,三相异步电动机的使用,单相异步电动机,31,电机概述,电机,发电机,电动机,把机械能转换成电能的装置,把电能转换成机械能的装置,电动机,交流电动机,直流电动机,同步电动机,异步电动机,单相电动机,三相电动机,控制电动机,串励电动机,他励电动机,并励电动机,复励电动机,永磁电动机,电机：利用电磁原理进行机械能与电能互换的装置。,32,定子部分：机壳、铁心、绕组,转子部分：铁心、绕组（鼠笼型和绕线型）,1.三相异步电动机的结构,三相异步电动机的结构和工作原理,33,定子部分,定子铁心,定子绕组,U1,U2,W2,V2,W1,V1,三相定子绕组接线端子,U1,U2,W2,V2,W1,V1,U1,U

22、2,W2,V2,W1,V1,A,A,B,C,B,C,电动机Y接法,电动机接法,34,转子部分,转子铁心,转子绕组,笼型转子绕组,绕线型转子绕组接线方法,35,三相对称绕组分布,三相对称绕组接法（Y）,三相对称电流,定子绕组,转子绕组,三相异步电动机的结构和工作原理,2.旋转磁场,36,三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90,0,60,90,37,三相电流合成磁场的分布情况,三相对称绕组，接通三相对称电源后，所产生的合成磁场是随时间旋转的，即是一个旋转磁场。,可见：,旋转磁场的方向由电源相序决定，将任意两相对调，旋转磁场旋转方向相反。,以上旋转磁场有两个

23、磁极，称为一对磁极，这样的旋转磁场称为两极磁场。,当电源变化一次，旋转磁场旋转一周，即360。,38,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。,U1,U2,U1,U2,V1,V2,V2,V2,W1,W2,W1,W2,三相电流合成磁场的分布情况,三相对称绕组接法,三相对称绕组分布,60,39,U1,U2,U1,U2,V1,V2,V1,V2,W1,W2,W1,W2,+,+,+,+,N,N,S,S,三相电流合成磁场的分布情况,产生了4极磁场，磁极对数为2。即,可见：,磁极对数：p=2,40,U1,U2,U1,U2,V1,V2,V1,V2,W1,W2,W1,W2

24、,+,+,+,+,N,N,S,S,30,U1,U2,U1,U2,V1,V2,V1,V2,W1,W2,W1,W2,+,+,+,+,N,N,S,S,U1,U2,U1,U2,V1,V2,V1,V2,W1,W2,W1,W2,+,+,+,+,N,N,S,S,60,磁场转过30,磁场转过60,磁极对数p=2时，磁场转过的角度是电源变化角度的二分之一,可见：,三相电流合成磁场的分布情况,41,旋转磁场的转向、转速和磁极对数结论,1 三相对称绕组接通三相电源，产生旋转磁场。,2 旋转磁场的方向由电源相序决定。,3 旋转磁场磁极对数p由定子绕组结构决定。,4 旋转磁场的转速称为同步转速n1。即,f1为电源频率，

25、单位为HZ；p为磁极对数；n1为旋转磁场的转速。单位为：r/min,不同磁极对数p的旋转磁场的转速n1,42,N,S,n1,n1,n,T,F,F,三相电源接入三相异步电动机，产生转速为n1的旋转磁场。(设p=1)转子绕组与旋转磁场之间产生相对运动，转子产生感应电动势；转子绕组产生感应电流，转子绕组受到电磁力F，形成电磁转矩T；转子在电磁转矩作用下以转速为n的速度旋转。,3.三相异步电动机的工作原理,三相异步电动机的结构和工作原理,因为转子电流是由电磁感应产生的，因此称为感应电动机。,转子旋转必需具备条件,转子绕组必需是闭合的，即有感应电流流过。,转子与定子间有一定转速和转向的旋转磁场。,转差n

26、：同步转速n1与转子转速n之差。即,转差率s：转差与同步转速之比，称为转差率，即：,电动机起动瞬间，n=0，s=1；称为堵转状态。在理想空转状态下，nn1，s0。称为理想空转。,额定转差率sN：额定状态下运行时的转差率，即,一般为sN=0.010.07,异步电动机的运行特征,转了的转向由旋转磁场方向决定，两者方向一致。,转子的转速n总是低于旋转磁场的转速n1。故称为异步电动机。,三相异步电动机的结构和工作原理,解：因为额定转速nN略低于同步转速n1，所以同步转速为,额定转差率sN为,因为,是8极电动机,例题9.3.1 一台三相异步电动机的额定转速为nN=730r/min，电源频率为50HZ，求

27、磁极对数p和额定转差率sN。,三相异步电动机的结构和工作原理,所以磁极对数为,式中：,CT与电机结构有关的常数；m旋转磁场每极下的磁通；I2转子电路中相电流的有效值；cos2转子电路的功率因数。,1.三相异步电动机的电磁转矩,45,三相异步电动机的特性和额定值,电磁转矩公式为:,电磁转矩另一表达式:,CT与电机结构有关的常数；U1电动机电源电压；R2转子电路每相电阻值；X20n=0时，转子电路每相漏电抗；s异步电动机的转差率。,可见电磁转矩是转差率的函数，把T与s之间关系称为转矩特性。,转矩特性曲线，即,46,三相异步电动机的特性和额定值,T,Tm,scr,s,1,由转矩特性曲线得：,当s=0

28、，即n=n1时，转子中无感应电动势，不产生转矩，所以T=0；,当s增加时，T随之增加；当s=scr时，T达到最大Tm，称为最大转矩，此时的转差率scr称为临界转差率。可求得,Tst,可见：临界转差率与转子电阻有关；最大转矩与电源电压U1的平方成正比。Tst为起动转矩。,电源电压U1对转矩特性曲线的影响，如图,47,三相异步电动机的特性和额定值,T,Tm,scr,s,1,Tm,U1,U1,Tm,U1,转子电阻R2对转矩特性曲线的影响，如图,T,Tm,scr,s,1,R2,R2,R2,scr,scr,几点说明,2.三相异步电动机的机械特性,48,三相异步电动机的特性和额定值,转速n与电磁转矩T之间

29、的关系曲线，即,T,Tm,scr,s,1,n,T,Tst,Tm,TN,nN,n1,0,0,D,C,B,Tst,电磁转矩曲线,机械特性曲线,三相异步电动机具有硬的机械特性，如BD段。,额定转矩TN，在额定状态下工作时的电磁转矩。,过载系数(过载能力)T：最大转矩与额定转矩的比值，即,一般为22.2,起动转矩Tst，起动瞬间的电磁转矩。起动能力为,一般为1.72.2,为使电动机正常起动，起动转矩必须大于负载转矩；运行时，负载转矩不得超过最大转矩，否则会出现“堵转”而烧毁电动机。,3.三相异步电动机的工作特性,49,三相异步电动机的特性和额定值,工作特性,电动机输出机械功率是由它拖动的机械负载决定的

30、，负载一定时，电动机以某一转速稳定运行。当负载变化时，电动机运行参数相应变化。异步电动机轻载或接近空载时，功率因数和效率都较低，因此，应使电动机在满载或接近满载情况下工作。,0,P2,PN2,I0,T2,I1,cos1,n,电动机的转速n，即输出转矩T2，即定子电流I1，即定子电路功率因数cos1，即 效率，即,是指，在外加电压U1和频率f1一定时，电动机运行参数与电动机输出机械功率P2的关系。包括有：,从电动机工作特性可看出：,4.三相异步电动机的额定值,50,三相异步电动机的特性和额定值,忽略电动机机械损耗时，额定转速nN、额定功率PN、额定转矩TN、角速度之间关系为,（1）额定功率PN：

31、在额定运行情况下,电动机轴上输出的机械功率。,（2）额定电压UN：在额定运行时的线电压。,（3）额定电流IN：在额定运行时的线电流。,（4）额定频率fN：在额定运行时交流电源频率。,（5）额定转速nN：在额定运行时的转速。r/min,PN单位为W，nN单位为r/min，TN单位为Nm，,若PN单位取kW，上式可写成,式中：,（6）额定转矩TN：在额定运行时的转矩。Nm,4.三相异步电动机的额定值,51,三相异步电动机的特性和额定值,（7）额定功率因数cosN：在额定运行情况下，定子电路的功率因数，一般在0.70.9之间。,一般为75%92%,（8）额定效率N：在额定运行时的效率，根据下式计算,

32、（9）定额：电动机运行情况，分为：连续运行、短时运行、断续运行。,52,n,T,C,p,N,起动过程,接通电源,旋转磁场,转子产生感应电流,产生电磁转矩,当TstTLst时n由0开始增加,在PC段T随n增加而增大,C点后T随n增加而减小,当T=TL时电机稳定运行起动结束,起动过程会出现很大的起动电流，一般：,三相异步电动机的使用,1.三相异步电动机的起动,(1)直接起动（全压起动）,53,起动电流对电动机本身的影响,正常情况下起动电流对电动机本身无影响；但频繁起动时会使电动机发热。,起动电流对其他设备的影响,由于起动电流较大，引起电网电压下降，造成同一电网中其他用电设备工作不正常。如白炽灯变暗

33、、荧光灯熄灭或闪烁、电动机突然堵转。,直接起动的优点,三相异步电动机的使用,起动设备简单，投资少，起动过程快，操作简便。适用于中小型异步电动机。,电机2,白炽灯,荧光灯,u,电机1,Rl,Rl,u1,+,-,+,-,54,起动时降低电压，起动后在额定电压下运行。,（a）Y-换接起动,Y接法时：,起动时为Y接法，运行时为接法,ILY=IPY,IP,IL,ZP,uL,uL,ZP,接法时：,即：,因为：,所以：,或：,特点：,（2）降压起动,三相异步电动机的使用,+,+,-,-,55,Y-换接起动方法接线图,起动,运行,Y-起动方法适用范围,运行时采用接法。起动时的负载转矩要小于直接起动时，起动转矩

34、的三分之一。,U1,U2,V1,W1,V2,W2,三相异步电动机的使用,56,（b）自耦变压器降压起动,用起动补偿器,副边输出电压U2，分别为原边电压U1的40%、60%、80%（55%、64%、73%）。,U1,U2,即：,K称为降压比,特点：,直接起动时起动电流,直接起动时起动转矩,降压起动时起动电流,降压起动时起动转矩,起动补偿器,接线图,三相异步电动机的使用,57,（3）转子串接电阻起动（三相绕线式异步电动机的起动方法）,特点：,既可以减小起动电流，又可以增加起动转矩。,起动结束，切除全部电阻，并将电刷处短路。,三相异步电动机的使用,T,Tm,scr,s,1,R2,R2,R2,R2R2

35、R2,scr,scr,Tst1,Tst2,Tst,58,三相异步电动机的使用,2.三相异步电动机的反转,方法：把电动机与电源的三根连线中的任意两根对调即可。,3.三相异步电动机的调速,因为：,所以异步电动机的转速为：,可见：改变f、p、s可以达到调速的目的。,59,特点：方法简单，需要专用多速电动机，只能实现分级调速。,（1）改变磁极对数调速（多速电机）,方法：改变定子绕组的串、并联连接方法，使电动机成为2极、4极、6极、8极电机，实现调速。,串联时 p=2,三相异步电动机的使用,U1,U2,U2,U1,N,N,S,S,N,S,U1,U1,U1,U1,U2,U2,U2,U2,U2,U2,U1,

36、U1,并联时 p=1,60,变频器,50Hz,频率调节范围：0.5几百赫兹,特点：实现无级调速；起动电流小，起动转矩大，起动能力强。,三相异步电动机的使用,（2）改变电源频率调速（变频器）,61,特点：设备简单、投资少，但能量损耗大，效率低。,三相异步电动机的使用,（3）改变转差率调速（即：改变转子电阻）,T,Tm,s,s,1,R2,R2,R2,R2R2R2,s,s,TL,62,例：三相异步电动机技术参数为：PN=37kW，nN=1480r/min，UN=380V，N=91.8%，cos=0.87，Ist/IN=7.0，Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2。求：(1)同步转速，磁极对数

37、，额定转差率sN，它是几极电机？(2)求TN、Tst、Tmax、(3)输入功率P1，额定电流IN，起动电流Ist（4）若负载转矩TL为100Nm，能否采用Y-换接起动？,解：,磁极对数为:,额定转差率为:,是4极电动机。,(2)额定转矩为:,起动转矩为:,最大转矩为:,（3）输入功率为:,起动电流为:,(1)同步转速为:,应用举例,(4)能采用Y换接起动。因为：,额定电流为:,63,解：,例：已知电机 技术参数为：PN=45kW，nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cos=0.88，Ist/IN=7.0，Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2。求：(1)额定电流IN

38、；(2)若负载转矩为100Nm，能否采用Y-换接起动？(3)采用自耦变压器降压起动，起动补偿器降压比为0.4、0.6、0.8，若起动时的负载为250Nm，应选择降压比为多少？,（1）因为,所以,（2）直接起动转矩为：,所以能采用Y-起动。,（3）当K=0.4时,当K=0.6时,当K=0.8时,所以，选择K=0.8,应用举例,64,单相异步电动机,单相异步电动机概述,采用单相电源的异步电动机称为单相异步电动机，它广泛用于电动工具、家用电器、医疗机械和自动控制系统中。,大小按正弦规律变化，但方向只有两个固定方向。在脉动磁场作用下，转子受到的转矩为零，电动机不能自行起动。即无起动转矩。,单相绕组接通

39、交流电源时，在定子内会产生一个大小随时间按正弦规律变化，而空间位置不变的脉动磁场。如图,N,N,S,S,i,t,i,i,正半周,负半周,脉动磁场的特点,脉动磁场虽无起动转矩，但当外力使转子延某一方向转动后，会使转子受到同方向的转矩而继续转动。即无起动转矩，但会产生转矩。,65,单相异步电动机,1.电容式电动机,为使单相电动机自行起动，电容式电动机定子中有一个工作绕组W，一个起动绕组S，接线如图,+,W1,W2,C,S1,S2,-,绕组W、S在空间位置上相差90，起动绕组S串联起动电容C，使工作绕组的电流I1和起动绕组的电流I2相位差近似等于90，这样两绕组电流产生的合成磁场为旋转磁场。,工作原

40、理,电容的作用是将单相电流分成相位差近似为90的两相电流，所以C称为分相电容，该电动机称为电容分相式单相异步电动机,转子,66,单相异步电动机,电容式单相电动机反转方法,+,S,W2,2,1,W1,-,电容运转电动机：如果电动机起动后，起动绕组仍通电运行，这种电动机称为电容运转电动机。,将工作绕组或起动绕组两个端子对调即可。对于工作绕组和起动绕组相同的电动机，反转接线如图。,C,电容起动电动机：如果起动绕组中串联一个离心开关，起动后依靠离心力的作用使开关断开，切断起动绕组，这种电动机称为电容起动电动机。,电容式电动机分为：电容运转电动机和电容起动电动机,67,单相异步电动机,解：,S,W,22

41、0V,M,S,该电扇由电容式电动机拖动，电路中串入具有抽头的电抗器，当转换开关S接不同位置时，电抗器上电压降不同，电动机端电压随之改变，实现有级调速。,快,例题9.3.2：图是一种家用电扇的调速电路，试说明工作原理。,中,慢,停,C,68,单相异步电动机,2.罩极式电动机,+,-,罩极式电动机结构示意图,工作原理,当定子绕组通入交流电流而产生脉动磁场时，通过短路环部分的磁通滞后于无短路环部分的磁通，两部分磁通在空间上相差一个角度，故电动机的磁场是一个移动的磁场。,凸极式磁极,短路铜环,定子绕组,笼型转子在这个移动磁场的作用下就产生电磁转矩而旋转。,旋转方向是由未加短路环部分向有短路环部分方向旋

42、转。,单相电动机适用于单相电源的场合。但它效率低、功率因数和过载能力都较低，容量一般在1kW 以下。,69,9.4 直流电动机,主要内容,直流电动机的工作原理,直流电动机的励磁方式和特性,无刷直流电动机,70,将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类，其中自励又分为并励、串励和复励3种。,71,9.5 控制电机,主要内容,步进电机,伺服电机,72,控制电机概述,控制电机包括：步进电动机、伺服电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器等,随着科学技术的迅猛发展，特别是自动化技术的发展，控制电机的应用更为广泛，对控制电

43、动机的性能提出了许多新的更高的要求。随着新材料的涌现，特别是高性能稀土永磁材料的问世和电力电子器件的发展，出现了性能优越的新型控制电动机，如开关磁阻电动机、无刷直流电动机、永磁伺服电动机等。,控制电机：主要作用是转换和传递信号，用于各个行业的自动控制系统中。,73,直线步进电机,步进电机,步进电机：是一种能将电脉冲信号变换为机械转角或转速的电动机。其转动的角度与输入电脉冲的个数成正比，而转速则与输入脉冲的频率成正比。,主要特点：起动速度快、反转和制动灵敏，有宽广的调速范围。,用途：广泛用于数控技术、自动绘图、自动记录设备中。,分类：根据结构分为反应式和永磁式。,74,伺服电机（又称执行电机）,伺服电机：是在自动控制系统和装置中的执行元件。它以电压作为输入量，以转速和转向作为输出量，根据输入的电压信号不断变化转速和转向。将输入信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。,主要特点：当输入信号为零时无自转现象，转速随转矩的增加而均匀下降。,分类：根据使用电源分为交流伺服电机和直流伺服电机。,用途：广泛用于数控技术、自动控制系统中。,75,伺服电机（又称执行电机）,76,伺服电机（又称执行电机）,77,伺服电机（又称执行电机）,78,END,