变压器与电动机幻灯片.ppt

第7章变压器与电动机 第5章正弦交流电路 7 1变压器 7 1 1变压器的基本结构7 1 2变压器的工作原理7 1 3几种常见的变压器7 1 4变压器的功率和铭牌 7 1 1变压器的基本结构 变压器的结构都是相似的 均由铁心和绕组 线圈 成 下图是两种变压器的常见结构 图 a 是绕组包着铁心 叫心式结构 图 b 是铁心包着绕组 叫壳式结构 变压器的心式结构与壳式结构 变压器的绕组是用紫铜材料制作的漆包线 纱包线或丝包线绕成 工作时 与电源相连的绕组称为原绕组或初级绕组 与负载相连的称为副绕组或次级绕组 如图所示 7 1 2变压器的工作原理 图 a 是变压器工作原理示意图 原绕组的匝数为 副绕组的匝数为 输入电压电流为和 输出电压电流为和 负载为 在电路中 变压器用图 b 表示 变压器的名称用字母T表示 在上图 a 中 如果断开负载 则 这时原绕组有电流 此电流称为空载电流 系维持原 副绕组产生感应电动势和的电流 要比额定运行时的电流小得多 由于和是按正弦规律交变的 所以在铁心中产生的磁通也是正弦交变的 在交变磁通的作用下 原 副绕组感应电动势的有效值为 1 变压器的空载运行和变压比 由于采用了铁磁材料作磁路 所以漏磁很小 可以忽略 空载电流很小 原绕组上的压降也可以忽略 这样 原副绕组两边的电压近似等于原副绕组的电动势 即 式中 K称为变压器的变压比 7 1 当K 1时 变压器为降压变压器 反之 K 1时 变压器为升压变压器 在一定的输出电压范围内 从副绕组上抽头 可输出不同的电压 得到多输出变压器 如下图所示 当变压器接上负载后 副绕组中的电流为 原绕组上的电流将变为 原 副绕组的电阻 铁心的磁滞损耗 涡流损耗都会损耗一定的能量 但该能量通常都远小于负载消耗的电能 可以忽略 这样 可以认为变压器输入功率等于负载消耗的功率 即 2 变压器负载运行时的变流比 结合式7 1可得由式7 2可知 变压器带负载工作时 原 副边的电流有效值与它们的电压或匝数成反比 7 2 把变压器T及负载看做原边电压的负载 根据交流电路的欧姆定律 电流 电压的有效值关系可表示为又因为 则有 3 变压器的阻抗变换作用 7 1 3几种常见的变压器 变压器的种类很多 根据用途可分为 用于输变电系统的电力变压器 用于实验室等场所的调压变压器 用于测量电压 电流的电压互感器 电流互感器以及用于电子线路的输入 输出耦合变压器等 此外根据用电相数还可将其分为单相变压器 三相变压器等 自耦变压器的铁心上只有一个绕组 原 副绕组是共用的 副绕组是原绕组的一部分 它可以输出连续可调的交流电压 如下图所示 调节箭头所示滑动端的位置 就改变了 即改变了输出电压 1 自耦变压器 自耦变压器及其原理图 2 小型电源变压器小型变压器广泛地应用于工业生产中 如在机床电路中输入220V的交流电 通过电源变压器可以得到36V的安全电压 12V或6V的指示灯电压等 小型变压器的原理图 电压互感器是用来测量电网高压的一种专用变压器 它能把高电压变成低电压进行测量 它的构造与双绕组变压器相同 在使用时 原绕组并联在高压电源上 副绕组接低压电压表 如下图所示 只要读出电压表的读数 则可得到待测高 3 电压互感器 电流互感器是用专门测量大电流的专用变压器 使用时原绕组串接在电源线上 将大电流通过副绕组变成小电流 由电流表读出其电流值 接线方法如右图所示 电压互感器 电流互感器 4 电流互感器 电力生产一般采用三相发电机 则对应的电力传输采用三相三线制或三相四线制 为了减少电能的传输损耗 需把生产出来的电能用三相变压器升压后再输送出去 到了用户后 再用三相变压器降压后供用户使用 5 三相变压器 三相变压器原理图 7 1 4变压器的功率和铭牌 1 变压器的功率 当变压器带上负载后 原边输入功率为副边的输出功率 即负载获得的功率为和分别为原 副两绕组电压与电流的相位差 变压器在实际使用时 由于电流的热效应 绕组上有铜损 铁心中有铁损 即磁滞损耗与涡流损耗 变压器总的损耗等于铜损与铁损之和 即把输出功率与输入功率比值的百分数称为变压器的效率 用表示 2变压器的效率 变压器铭牌上标有变压器在额定负载运行情况下的额定电压 电流等 如图所示 其主要数据如下 3变压器的铭牌 额定容量指次级的最大视在功率 用S表示 初级额定电压指的是初级绕组的电压规定值 次级额定电压指的是初级绕组加额定电压 次级绕组开路时的电压 额定电流指规定的满载电流值 除以上的额定值以外 还包括有工作频率 绝缘等级 工作温度等 7 2三相交流异步电动机 7 2 1三相异步电动机的基本结构7 2 2三相异步电动机的工作原理7 2 3三相异步电动机的铭牌7 2 4三相异步电动机的控制 7 2 1三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机是一种将电能转换为机械能 输出机械转矩的动力设备 如图右上所示三相异步电动机主要由定子和转子两个基本部分组成 其基本结构如图右下所示 三相异步电动机 三相异步电动机的结构 三相异步电动机的定子是由机座 定子铁心和三相绕组等组成 机座通常由铸铁或铸钢制成 机座内装有很薄且表面绝缘的硅钢片叠制而成的筒形铁心 铁心内圆上冲有均匀分布的平行槽口 三相异步电动机的定子 三相异步电动机的定子绕组由三相对称绕组组成 按一定空间角度依次嵌放在定子槽内 并与铁心绝缘 并按电动机铭牌上的说明接成星形或三角形 三相异步电动机的联接 三相异步电动机的转子由转轴 转子铁心和转子绕组组成 可分为鼠笼式和绕线式两种 转子铁心由相互绝缘的硅钢片叠压固定在转轴上 呈圆柱形 在转子铁心的外圆周上冲有均匀分布的沟槽 用来嵌放转子绕组 转子冲片如下图 a 所示 鼠笼式转子绕组是在沟槽内嵌放铜条或铝条 并在两端与金属短路环 称为端环 焊接而成 其形状与鼠笼相似 所以称为鼠笼式转子 如下图 b 所示 l00kW以下鼠笼式电动机的转子通常用熔化的铝浇铸在沟槽内制成 称为铸铝转子 在浇铸的同时 把转子端环和冷却电动机用的扇叶也一起用铝铸成 如图 c 所示 三相异步电动机的转子结构 绕线式转子绕组与定子绕组形式相似 如下图所示 嵌放在转子铁心沟槽内的对称三相绕组通常末端接在一起 呈星形联接 三个始端分别与固定在转轴上的彼此绝缘的三个铜环联接 绕线式转子绕组 7 2 2三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机的定子绕组中通入下图右所示的对称三相电流后 就会在电动机内部产生一个与三相电流的相序方向一致的转速为的旋转磁场 如下图左所示 旋转磁场的转速又称为同步转速 三相交流电流 三相异步电动机的工作原理 通常把同步转速与转子转速n之差对同步转速之比值 称为异步电动机的转差率 有转差率s是异步电动机一个重要的参数 当电动机刚启动时 n 0 s 1 转子转速越高 s越小 7 2 3三相异步电动机的铭牌 额定电压与接法每台电动机的机座上都有一个铭牌 标记了电动机的型号 额定值和联接方法等 如下图所示 要正确使用电动机 必须能看懂铭牌 按电动机铭牌所规定的条件和额定值运行 称做额定运行状态 型号指电动机的产品代号 规格代号和特殊环境代号 国产异步电动机的型号一般用汉语拼音字母和一些阿拉伯数字组成 其含义如下图所示 电动机的型号 额定功率 指电动机在额定运行时轴上输出机械功率 单位是kW 额定电压与接法 指电动机在额定运行时定子绕组应加的线电压 单位为V 铭牌标注 是指当电源线电压为220V时 定子绕组应采用三角形联接 而电源线电压为380V时 定子绕组应采用星形联接 额定电流 指电动机在额定运行时定子绕组的线电流 单位为A 额定频率 指加在电动机定子绕组上的允许频率 额定转速 指电动机在额定电压 额定频率和额定输出功率情况下 电动机的转速 单位是r min 绝缘等级 指电动机内部所用绝缘材料允许的最高温度等级 它决定了电动机工作时允许的温升 7 2 4三相异步电动机的控制 1三相异步电动机的启动 三相异步电动机的启动分为全压启动和降压启动 加在定子绕组的启动电压为电动机的额定电压的启动方式称为全压启动 全压启动时 刚接通电源瞬间 旋转磁场和转子间的相对转速较大 由于电磁感应则定子电流也很大 一般为额定电流的4 7倍 如图所示 过大的启动电流会在线路上造成较大的电压降 影响供电线路上其它设备的正常工作 此外 当启动频繁时 过大的启动电流会使电动机过热 影响使用寿命 通常10kW以下的异步电动机才采用直接启动方式 降压启动是指启动时降低加在电动机定子绕组上的电压 待启动结束后再恢复额定值运行 三相异步电动机的降压启动常用串电阻降压启动 星三角降压启动和自耦变压器降压启动等方法 如下图所示 a 串电阻降压启动 b 星三角降压启动 c 自耦变压器降压启动各种降压启动示意图 负载不变改变电动机的转速或者负载变化保持电动机速度不变称为异步电动机的调速 电动机调速用的最多的是变频调速 其基本原理是 采用整流电路将交流电转换为直流电 再由逆变器将直流电变换为频率 电压可调的三相交流电 如下图所示 2三相异步电动机的调速 变频调速示意图对于绕线式电动机 通过改变接到转子电路中的电阻的大小 从而进行调速 变极调速是改变定子绕组的连接方式 改变磁极对数 使电动机获得不同的转速 电动机在断电时要保证克服惯性迅速停机 需要对其进行制动 反接制动是指在电动机停机时 将其三相电源线中的两根对调 产生相反的转据 起到制动作用 当转速接近于零时 要切断电源 以防反转 能耗制动是在断电的同时 接通直流电源 直流电源产生的磁场是固定的 而转子由于惯性转动产生的感应电流与直流电磁场相互作用产生的转矩方向恰好与电动机的转向相反 起到制动的作用 3三相异步电动机的制动 三相异步电动机的转向与旋转磁场的方向一致 而旋转磁场方向与三相电源相序有关 因此要实现三相异步电动机的反转 只需将三根相线中的两根对调即可 4三相异步电动机的正反转 7 3单相异步电动机 单相异步电动机的结构与三相异步电动机类似 也是由定子和转子两大部分组成 其基本结构如下图所示 单相异步电动机的定子为单相绕组 单相异步电动机的基本结构 当绕组通入单相交流电时会产生一个磁极轴线位置固定不变 而磁感应强度的大小随时间做正弦交变的脉动磁场 磁极轴线的位置如下图中的虚线所示 单相异步电动机的磁场 由于脉动磁场是不旋转的磁场 所以在转子导条中不能产生感应电流 也不会形成电磁转矩 因此单相电动机没有启动转矩 但当外力使转子旋转起来后 因转子与脉动磁场之间的相对运动而产生的电磁转矩能使其继续沿原方向旋转 为了使单相异步电动机产生启动转矩 常采用电容分相和罩极两种方法 这里只介绍电容分相式单相异步电动机的基本原理 7 4实验1 简易变压器的制作 实验目的了解变压器制作的一般程序 掌握绕制简易变压器的实际技能 掌握判断变压器原 副边绕组的好坏的方法 掌握测量变压器电压比和电流比的方法 1 制作一只小型变压器 容量SN为10VA 原边接电压 副边输出电压 2 判断变压器原 副边绕组的好坏 3 测量变压器电压比 电路有三种工作状态 实验内容 实验步骤要制作一只变压器 要经过设计 线圈绕制和铁心装配几个步骤 假定我们所制作的变压器已经设计 核算好 现只需进行绕组的绕制和铁心的装配 1 制作简易变压器绕组的绕制铁心的装配2 判断变压器原 副边绕组的好坏3 测量变压器电压比 实验器材 制作变压器所需的绕组骨架 漆包线 硅钢片和绝缘材料等调压器1台电压表或万用表2台其它附件若干 实验注意事项绕组绕指的好坏决定了变压器的质量 搭建变压器测试电路时 注意不要接错端子 7 5实验2 三相异步电机操作 了解三相异步电动机的基本结构理解三相异步电动机铭牌的含义 掌握三相异步电动机星 三角联接方式 掌握三相异步电动机正反转控制 实验目的 读取三相异步电动机铭牌数据 按照铭牌说明对电动机进行星形联接 对电动机进行三角形联接 联接电动机的正反转控制电路 实验内容 实验步骤 读取所示电动机铭牌数据填入表按照下图 a 所示将电动机接成星形连接 按照下图 b 所示将电动机接成三角形连接 设计电动机正反转控制线路 电动机定子绕组的接线示意图 1 三相异