第11章 变压器与电动机.ppt

1 第11章变压器与电动机 2 磁路 主磁通所经过的闭合路径 线圈通入电流后 产生磁通 分主磁通和漏磁通 11 1磁路 1 磁路 3 1 磁感应强度 与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通 磁力线 可表示磁场内某点的磁场强弱和方向 B的单位 特 斯拉 T 的单位 韦伯 矢量 2 磁场的基本物理量 磁场内各点的磁感应强度的大小相等 方向相同 这样的磁场则称为均匀磁场 4 2 磁通 磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积 称为通过该面积的磁通 单位 伏秒 5 3 磁场强度H 磁场强度是计算磁场所用的物理量 其大小为磁感应强度和导磁率之比 6 4 磁导率 表征各种材料导磁能力的物理量 7 磁性材料的磁性能 一 高导磁性指磁性材料的磁导率很高 r 1 使其具有被强烈磁化的特性 二 磁饱和性当外磁场 或励磁电流 增大到一定值时 磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致 磁化磁场的磁感应强度BJ达到饱和值 11 1 1磁性材料的磁性能 高导磁性 磁饱和性 磁滞性 8 9 磁滞回线 根据磁性能 磁性材料又可分为三种 软磁材料 磁滞回线窄长 常用做磁头 磁心等 永磁材料 磁滞回线宽 常用做永久磁铁 矩磁材料 磁滞回线接近矩形 可用做记忆元件 三 磁滞性 10 电流方向和磁场强度的方向符合右手定则 电流取正 否则取负 磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分 等于通过这个闭合路径内电流的代数和 即 1 安培环路定律 全电流定律 11 1 2磁路的分析方法 11 在无分支的均匀磁路 磁路的材料和截面积相同 各处的磁场强度相等 中 安培环路定律可写成 磁路长度L 线圈匝数N HL 称为磁压降 12 总磁通势 在非均匀磁路 磁路的材料或截面积不同 或磁场强度不等 中 总磁通势等于各段磁压降之和 例 13 对于均匀磁路 2 磁路的欧姆定律 14 励磁电流 在磁路中用来产生磁通的电流 3铁心线圈电路 铁心线圈 一个绕有线圈的闭合铁心 15 I U 直流磁路的特点 直流磁路和电路中的恒压源类似 R为线圈的电阻 一 直流磁路的分析 直流铁心线圈电路 16 二 交流磁路的分析 交流铁心线圈电路 1 电磁关系 17 电路方程 一般情况下很小 2 电压电流关系 18 假设 则 最大值 有效值 19 u i 交流磁路的特点 20 U不变 I不变 I随Rm变化 U不变时 m基本不变 直流磁路 交流磁路 磁路小结 随Rm变化 21 变压器功能 11 2变压器 22 变压器应用举例 23 单相变压器 一 变压器的基本结构 24 变压器符号 电磁关系 25 空载运行 原边接入电源 副边开路 接上交流电源 方向符合右手定则 1 电压变换 一 变压器的原理和作用 26 结论 改变匝数比 就能改变输出电压 K为变比 根据交流磁路的分析可得 时 27 负载运行 副边带负载后对磁路的影响 在副边感应电压的作用下 副边线圈中有了电流i2 此电流在磁路中也会产生磁通 从而影响原边电流i1 但当外加电压 频率不变时 铁心中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变 带负载后磁通势的平衡关系为 2 电流变换 28 结论 原 副边电流与匝数成反比 由于变压器铁心材料的导磁率高 空载励磁电流很小 可忽略 即 29 从原边等效 结论 变压器原边的等效负载 为副边所带负载乘以变比的平方 3 阻抗变换 30 例 扬声器上如何得到最大输出功率 求 负载上得到的功率 如何使负载上得到功率最大 解 1 将负载直接接到信号源上 得到的输出功率为 31 2 将负载通过变压器接到信号源上 输出功率为 结论 由此例可见加入变压器以后 输出功率提高了很多 原因是满足了电路中获得最大输出的条件 信号源内 外阻抗差不多相等 32 副边输出电压U2和输出电流I2的关系 即 U20 原边加额定电压 副边开路时 副边的输出电压 三 变压器的外特性和技术数据 1 外特性 变压器的电压变换率 33 为防止涡流损失 和Bm的平方成正比 铁心一般由磁导率高材料叠合而成 变压器的损耗包括两部分 铜损 PCU 绕组导线电阻所致 磁滞损失 磁滞现象引起铁心发热 造成的损失 涡流损失 交变磁通在铁心中产生的感应电流 涡流 造成的损失 铁损 PFE 2变压器的损耗与效率 34 额定电压变压器副边开路 空载 时 原 副边绕组允许的电压值 额定电流变压器满载运行时 原 副边绕组允许的电流值 额定容量变压器副边额定电压和额定电流的乘积 即副边的视在功率 3 技术数据 以单相变压器为例 35 注意 变压器几个功率的关系 36 一 自耦变压器 使用时 改变滑动端的位置 便可得到不同的输出电压 实验室中用的调压器就是根据此原理制作的 注意 原 副边千万不能对调使用 以防变压器损坏 因为N变小时 磁通增大 电流会迅速增加 11 2 2特殊变压器 37 二 三相变压器 三相变压器按结构特点分为两种 三相变压器组 三相心式变压器 三相变压器组 由三台单相变压器组成的 每组的主磁通各自沿自己的磁路闭合 所以三相变压器的磁路彼此独立 38 三相心式变压器的磁路彼此相关 这种铁心结构是由三相变压器组演变而来的 将三个单相变压器合并成上图所示 则中间铁心柱流过的磁通为0 所以 中间心柱可以省去 即得图 c 所示三相变压器 三相心式变压器 39 三 电压互感器 用低量程的电压表测高电压 被测电压 电压表读数 N1 N2 40 四 电流互感器 用低量程的电流表测大电流 被测电流 电流表读数 N2 N1 1 副边不能开路 以防产生高电压 2 铁心 低压绕组的一端接地 以防在绝缘损坏时 在副边出现过压 使用注意事项 41 交流异步电动机 应用最广泛的一种电动机 厂矿企业 交通工具 娱乐 科研 农业生产 日常生活都离不开异步电动机 11 3异步电动机 42 交流电动机 电动机 直流电动机 他励 并励 串励 复励 电动机的分类 43 YLJ系列三相力矩电动机 Y2系列三相异步电动机 11 3 1结构与工作原理 44 一 三相异步机的结构 转子铁心 用硅钢片叠成的圆柱形铁心 与定子铁心共同构成磁路 外圆周有安放转子绕组的槽 定子绕组 每相匝数相同 且在空间位置互差120 产生旋转磁场 定子铁心 用硅钢片叠成的圆筒形铁心 内圆周有安放定子绕组的槽 转子绕组 在旋转磁场作用下 产生感应电动势或电流 45 转子绕组 分鼠笼式和线绕式两种 线绕式 或称绕线式 在转子槽内安放三相对称绕组 接成Y形 由端环和炭刷引出三个端 外接三相Y形接法的可变电阻 用于起动限流或凋速 也可直接通过短路端环短接 鼠笼式 将铜条插入转子槽内 两端用铜环短接 形似鼠笼 或直接用熔铝浇铸而成 称为铸铝转子 46 气隙 在定 转子之间有一定的气隙 气隙大小对异步机的性能有很大的影响 一般气隙长度应为机械条件所容许达到的最小值 中小型电机气隙一般为0 1 0 2mm 气隙大磁阻大 要产生同样大小的旋转磁场就需较大的励磁电流 由于励磁电流基本上是无功电流 所以为了降低电机的空载电流 提高功率因数 气隙应尽量减少 47 总结三相异步电动机的结构 48 二 三相异步机的工作原理 转动原理 49 磁极旋转 导线切割磁力线产生感应电动势 导线长 切割速度 右手定则 50 异步 2 线圈比磁场转得慢 51 旋转磁场的产生 A Y C B Z 异步机中 旋转磁场代替了旋转磁极 电流出 电流入 X 52 合成磁场方向 向下 53 同理分析 可得其它电流角度下的磁场方向 54 旋转方向 取决于三相电流的相序 改变电机的旋转方向 换接其中两相 旋转磁场的旋转方向 55 旋转磁场的转速大小 56 极对数 P 的概念 57 极对数 P 的改变 将每相绕组分成两段 按右下图放入定子槽内 形成的磁场则是两对磁极 58 极对数 59 极对数和转速的关系 60 三相异步电动机的同步转速 极对数 每个电流周期磁场转过的空间角度 同步转速 61 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系 电动机转速 62 电动机的转动原理 在电动机定子绕组中通入三相对称交流电流后 产生旋转磁场 旋转磁场的磁力线切割转子导条 导条中就感应出电动势 在电动势的作用下 闭合的导条中就有电流 该电流与旋转磁场相互作用 使转子导条受到电磁力作用 由电磁力产生电磁转矩 转子就转动起来 63 转差率的概念 异步电机运行中 转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差 即 64 1三相异步电动机的电路分析 11 3 2电磁转矩和机械特性 65 i2 66 取决于转子和旋转磁场的相对速度 67 转子功率因数 i2 68 结论 转子电路的电动势 电流 频率 感抗 功率因数等都与转差率S有关 与转差率S的关系如右图所示 I2 COS 2 69 电磁转矩T 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下 受到电磁力所形成的转距之总和 常数 每极磁通 转子电流 转子电路的 一 转矩公式 2机械特性 70 得到转矩公式 71 根据转矩公式 二 三相电动机的机械特性 72 三个重要转矩 n0 T n 牛顿 米 73 电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整 这种能力称为自适应负载能力 直至新的平衡 此过程中 时 电源提供的功率自动增加 74 如果电机将会因带不动负载而停转 求解 75 过载系数 三相异步机 76 n0 T n 77 机械特性和电路参数的关系 和电压的关系 结论 78 和转子电阻的关系 79 机械特性的软硬 硬特性 负载变化时 转速变化不大 运行特性好 软特性 负载增加转速下降较快 但起动转矩大 起动特性好 80 一 三相异步机铭牌与技术数据 11 3 3使用 1 型号Y132M 4 转差率 M 机座长度代号 M 中机座 S 短机座 L 长机座 81 3 联接方式 Y 接法 82 4 额定电压 定子绕组在指定接法下应加的线电压 说明 一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5 例 380 220Y 是指 线电压为380V时采用Y接法 当线电压为220V时采用 接法 83 5 额定电流 定子绕组在指定接法下的线电流 如 表示三角接法下 电机的线电流为11 2A 相电流为6 48A 星形接法时线 相电流均为6 48A 6 额定功率 额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率 不等于从电源吸收的功率 两者的关系为 其中 84 额定负载时一般为0 7 0 9 空载时功率因数很低约为0 2 0 3 额定负载时 功率因数最大 注意 实用中应选择合适容量的电机 防止 大马 拉 小车 的现象 7 功率因数 cos 1 85 8 绝缘等级 绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度来分级的 极限温度是指电动机绝缘结构中最热点的最高允许温度 86 二 三相异步机的起动 87 三相异步机的起动方法 1 直接起动 二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动 3 转子串电阻起动 88 Y 起动 89 90 转子串电阻起动 起动时将适当的R串入转子绕组中 起动后将R短路 91 转子串电阻起动的特点 2 R2选的适当 转子串电阻既可以降低起动电流 又可以增加起动力矩 92 方法 和电源相接的任意两相互换 就可实现反转 三 三相异步电动机的正 反转 93 制动方法 1 抱闸 加机械抱闸 2 反接制动 停车时 将电动机接电源的任意两相反接 使电动机由原来的旋转方向反过来 以达制动的目的 四 三相异步电动机的制动 94 3 能耗制动 停车时 断开交流电源 接至直流电源上 产生制动转矩 制动转矩的大小与直流电流的大小有关 直流电流的大小一般为电动机额定电流的0 5 1倍 95 4 发电反馈制动 当电