变压器与电动机的基本知识

变压器与电动机的基本知识 变压器利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置 主要构件是初级线圈 次级线圈和铁心 磁芯 在电器设备和无线电路中 常用作升降电压 匹配阻抗 安全隔离等 工作原理 变压器是变换交流电压 电流和阻抗的器件 当初级线圈中通有交流电流时 铁芯 或磁芯 中便产生交流磁通 使次级线圈中感应出电压 或电流 变压器由铁芯 或磁芯 和线圈组成 线圈有两个或两个以上的绕组 其中接电源的绕组叫初级线圈 其余的绕组叫次级线圈 理想变压器不计一次 二次绕组的电阻和铁耗 其间耦合系数K 1的变压器称之为理想变压器 变压器的结构简介1 铁心铁心是变压器中主要的磁路部分 通常由含硅量较高 厚度分别为0 35mm 0 3mm 0 27mm 表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成铁心分为铁心柱和横片俩部分 铁心柱套有绕组 横片是闭合磁路之用铁心结构的基本形式有心式和壳式两种2 绕组绕组是变压器的电路部分 它是用双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成 变压器原理图变压器的工作原理变压器利用电磁感应原理 从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器输送的电能的多少由用电器的功率决定 1 铭牌 2 信号式温度计 3 吸湿器 4 油标 5 储油柜 6 安全气道7 气体继电器 8 高压套管 9 低压套管 10 分接开关 11 油箱 12 放油阀门 13 器身 14 接地板 15 小车 油浸式电力变压器 变压器与变频器的区别 变频器 通过它调整能够达到所需要的用电频率 50hz 60hz等 来满足我们对用电的特殊需要 变压器 一般为 降压器 常见于小区附近或工厂附近 它的作用是将超高的电压降到我们居民正常用电电压 满足人们的日常用电 电压互感器电压互感器是一个带铁心的变压器 它主要由一 二次线圈 铁心和绝缘组成 当在一次绕组上施加一个电压U1时 在铁心中就产生一个磁通 根据电磁感应定律 则在二次绕组中就产生一个二次电压U2 改变一次或二次绕组的匝数 可以产生不同的一次电压与二次电压比 这就可组成不同比的电压互感器 电压互感器将高电压按比例转换成低电压 即100V 电压互感器一次侧接在一次系统 二次侧接测量仪表 继电保护等 主要是电磁式的 电容式电压互感器应用广泛 另有非电磁式的 如电子式 光电式 定义1 将高电压变成低电压的互感器 在正常使用情况下 其比差和角差都应在允许范围内 定义2 利用电磁感应原理改变交流电压量值的器件 定义3 将交流高电压转化成可供仪表 继电器测量或应用的变压设备 电压互感器 电流互感器电流互感器原理是依据电磁感应原理的 电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成 它的一次绕组匝数很少 串在需要测量的电流的线路中 因此它经常有线路的全部电流流过 二次绕组匝数比较多 串接在测量仪表和保护回路中 电流互感器在工作时 它的2次回路始终是闭合的 因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小 电流互感器的工作状态接近短路 定义1 将大电流变成小电流的互感器 在正常使用情况下其比差和角差都应在允许范围内 定义2 利用电磁感应原理改变电流量值的器件 定义3 将交流电流转换成可供仪表 继电器测量或应用的变流设备 电动机电动机 Motors 是把电能转换成机械能的设备 它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成 分布于各个用户处 电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机 电力系统中的电动机大部分是交流电机 可以是同步电机或者是异步电机 电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速 电动机主要由定子与转子组成 通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线 磁场方向 方向有关 电动机工作原理是磁场对电流受力的作用 使电动机转动 电动机电动机工作原理 当电动机的定子绕组通入三相交流电后 在定子和转子气隙中产生旋转磁场 并切割转子绕组 转子绕组中就产生了感应电流 由右手定则 可以决定电流方向 转子电流产生后与旋转磁场相互作用 转子绕组受力且形成转矩 按旋转磁场的方向且略低于旋转磁场的转速旋转起来 转差 三相笼型异步电动机转子的转速能达到旋转磁场的95 98 旋转磁场转速与转子转速之差成为转差 转差与旋转磁场转速之比成为转差率 记作S 一般S 2 5 电动机 电动机 电动机接线原理 三相异步电动机的结构 一 定子 静止部分 1 定子铁心作用 电机磁路的一部分 并在其上放置定子绕组 构造 定子铁心一般由0 35 0 5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制 叠压而成 在铁心的内圆冲有均匀分布的槽 用以嵌放定子绕组 定子铁心槽型有以下几种 半闭口型槽 电动机的效率和功率因数较高 但绕组嵌线和绝缘都较困难 一般用于小型低压电机中 半开口型槽 可嵌放成型绕组 一般用于大型 中型低压电机 所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内 开口型槽 用以嵌放成型绕组 绝缘方法方便 主要用在高压电机中 2 定子绕组作用 是电动机的电路部分 通入三相交流电 产生旋转磁场 构造 由三个在空间互隔120 电角度 队称排列的结构完全相同绕组连接而成 这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内 定子绕组的主要绝缘项目有以下三种 保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘 1 对地绝缘 定子绕组整体与定子铁心间的绝缘 2 相间绝缘 各相定子绕组间的绝缘 3 匝间绝缘 每相定子绕组各线匝间的绝缘 电动机接线盒内的接线 电动机接线盒内都有一块接线板 三相绕组的六个线头排成上下两排 并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1 U1 2 V1 3 W1 下排三个接线桩自左至右排列的编号为6 W2 4 U2 5 V2 将三相绕组接成星形接法或三角形接法 凡制造和维修时均应按这个序号排列 3 机座作用 固定定子铁心与前后端盖以支撑转子 并起防护 散热等作用 构造 机座通常为铸铁件 大型异步电动机机座一般用钢板焊成 微型电动机的机座采用铸铝件 封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积 防护式电机的机座两端端盖开有通风孔 使电动机内外的空气可直接对流 以利于散热 二 转子 旋转部分 1 三相异步电动机的转子铁心 作用 作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组 构造 所用材料与定子一样 由0 5毫米厚的硅钢片冲制 叠压而成 硅钢片外圆冲有均匀分布的孔 用来安置转子绕组 通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心 一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上 大 中型异步电动机 转子直径在300 400毫米以上 的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上 2 三相异步电动机的转子绕组作用 切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流 并形成电磁转矩而使电动机旋转 构造 分为鼠笼式转子和绕线式转子 1 鼠笼式转子 转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成 若去掉转子铁心 整个绕组的外形像一个鼠笼 故称笼型绕组 小型笼型电动机采用铸铝转子绕组 对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成 鼠笼转子分为 阻抗型转子 单鼠笼型转子 双鼠笼型转子 深槽式转子几种 起动转矩等特性各有不同 2 绕线式转子 绕线转子绕组与定子绕组相似 也是一个对称的三相绕组 一般接成星形 三个出线头接到转轴的三个集流环上 再通过电刷与外电路联接 特点 结构较复杂 故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛 但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件 用以改善异步电动机的起 制动性能及调速性能 故在要求一定范围内进行平滑调速的设备 如吊车 电梯 空气压缩机等上面采用 三 三相异步电动机的其它附件1 端盖 支撑作用 2 轴承 连接转动部分与不动部分 3 轴承端盖 保护轴承 4 风扇 冷却电动机 三相异步电动机型号字母表示的含义J 异步电动机 O 封闭 L 铝线缠组 W 户外 Z 冶金起重 Q 高起动转轮 D 多速 B 防爆 R一绕线式 S 双鼠笼 K一 高速 H 高转差率 三相异步电动机的七种调速方式一 变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的 特点如下 1 具有较硬的机械特性 稳定性良好 2 无转差损耗 效率高 3 接线简单 控制方便 价格低 4 有级调速 级差较大 不能获得平滑调速 5 可以与调压调速 电磁转差离合器配合使用 获得较高效率的平滑调速特性 本方法适用于不需要无级调速的生产机械 如金属切削机床 升降机 起重设备 风机 水泵等 二 变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率 从而改变其同步转速的调速方法 变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器 变频器可分成交流 直流 交流变频器和交流 交流变频器两大类 目前国内大都使用交 直 交变频器 其特点 1 效率高 调速过程中没有附加损耗 2 应用范围广 可用于笼型异步电动机 3 调速范围大 特性硬 精度高 4 技术复杂 造价高 维护检修困难 本方法适用于要求精度高 调速性能较好场合 三 串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差 达到调速的目的 大部分转差功率被串入的附加电势所吸收 再利用产生附加的装置 把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用 根据转差功率吸收利用方式 串级调速可分为电机串级调速 机械串级调速及晶闸管串级调速形式 多采用晶闸管串级调速 其特点为 1 可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上 效率较高 2 装置容量与调速范围成正比 投资省 适用于调速范围在额定转速70 90 的生产机械上 3 调速装置故障时可以切换至全速运行 避免停产 4 晶闸管串级调速功率因数偏低 谐波影响较大 本方法适合于风机 水泵及轧钢机 矿井提升机 挤压机上使用 四 绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻 使电动机的转差率加大 电动机在较低的转速下运行 串入的电阻越大 电动机的转速越低 此方法设备简单 控制方便 但转差功率以发热的形式消耗在电阻上 属有级调速 机械特性较软 五 定子调压调速方法当改变电动机的定子电压时 可以得到一组不同的机械特性曲线 从而获得不同转速 由于电动机的转矩与电压平方成正比 因此最大转矩下降很多 其调速范围较小 使一般笼型电动机难以应用 为了扩大调速范围 调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机 如专供调压调速用的力矩电动机 或者在绕线式电动机上串联频敏电阻 为了扩大稳定运行范围 当调速在2 1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的 调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源 目前常用的调压方式有串联饱和电抗器 自耦变压器以及晶闸管调压等几种 晶闸管调压方式为最佳 调压调速的特点 1 调压调速线路简单 易实现自动控制 2 调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中 效率较低 3 调压调速一般适用于100KW以下的生产机械 六 电磁调速电动机调速方法电磁调速电动机由笼型电动机 电磁转差离合器和直流励磁电源 控制器 三部分组成 直流励磁电源功率较小 通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成 改变晶闸管的导通角 可以改变励磁电流的大小 电磁转差离合器由电枢 磁极和励磁绕组三部分组成 电枢和后者没有机械联系 都能自由转动 电枢与电动机转子同轴联接称主动部分 由电动机带动 磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分 当电枢与磁极均为静止时 如励磁绕组通以直流 则沿气隙圆周表面将形成若干对N S极性交替的磁极 其磁通经过电枢 当电枢随拖动电动机旋转时 由于电枢与磁极间相对运动 因而使电枢感应产生涡流 此涡流与磁通相互作用产生转矩 带动有磁极的转子按同一方向旋转 但其转速恒低于电枢的转速N1 这是一种转差调速方式 变动转差离合器的直流励磁电流 便可改变离合器的输出转矩和转速 电磁调速电动机的调速特点 装置结构及控制线路简单 运行可靠 维修方便 1 调速平滑 无级调速 2 对电网无谐影响 3 速度失大 效率低 本方法适用于中 小功率 要求平滑动 短时低速运行的生产机械 七 液力耦合器调速方法液力耦合器是一种液力传动装置 一般由泵轮和涡轮组成 它们统称工作轮 放在密封壳体中 壳中充入一定量的工作液体 当泵轮在原动机带动下旋转时 处于其中的液体受叶片推动而旋转 在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时 就在同一转向上给涡轮叶片以推力 使其带动生产机械运转 液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的 在工作过程中 改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速 作到无级调速 其特点为 1 功率适应范围大 可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要 2 结构简单 工作可靠 使用及维修方便 且造价低 3 尺寸小 能容大 4 控制调节方便 容易实现自动控制 本方法适用于风机 水泵的调速 三相异步电动机故障原因及排除三相异步电动机应用广泛 但通过长期运行后 会发生各种故障 及时判断故障原因 进行相应处理 是防止故障扩大 保证设备正常运行的一项重要的工作 一 通电后电动机不能转动 但无异响 也无异味和冒烟 1 故障原因 电源未通 至少两相未通 熔丝熔断 至少两相熔断 过流继电器调得过小 控制设备接线错误 2 故障排除 检查电源回路开关 熔丝 接线盒处是否有断点 修复 检查熔丝型号 熔断原因 换新熔丝 调节继电器整定值与电动机配合 改正接线 二 通电后电动机不转 然后熔丝烧断1 故障原因 缺一相电源 或定干线圈一相反接 定子绕组相间短路 定子绕组接地 定子绕组接线错误 熔丝截面过小 电源线短路或接地 2 故障排除 检查刀闸是否有一相未合好 可电源回路有一相断线 消除反接故障 查出短路点 予以修复 消除接地 查出误接 予以更正 更换熔丝 消除接地点 三 通电后电动机不转有嗡嗡声l 故障原因 定 转子绕组有断路 一相断线 或电源一相失电 绕组引出线始末端接错或绕组内部接反 电源回路接点松动 接触电阻大 电动机负载过大或转子卡住 电源电压过低 小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬 轴承卡住 2 故障排除 查明断点予以修复 检查绕组极性 判断绕组末端是否正确 紧固松动的接线螺丝 用万用表判断各接头是否假接 予以修复 减载或查出并消除机械故障 检查是还把规定的面接法误接为Y 是否由于电源导线过细使压降过大 予以纠正 重新装配使之灵活 更换合格油脂 修复轴承 四 电动机起动困难 额定负载时 电动机转速低于额定转速较多1 故障原因 电源电压过低 面接法电机误接为Y 笼型转子开焊或断裂 定转子局部线圈错接 接反 修复电机绕组时增加匝数过多 电机过载 2 故障排除 测量电源电压 设法改善 纠正接法 检查开焊和断点并修复 查出误接处 予以改正 恢复正确匝数 减载 五 电动机空载电流不平衡 三相相差大1 故障原因 重绕时 定子三相绕组匝数不相等 绕组首尾端接错 电源电压不平衡 绕组存在匝间短路 线圈反接等故障 2 故障排除 重新绕制定子绕组 检查并纠正 测量电源电压 设法消除不平衡 峭除绕组故障 六 电动机空载 过负载时 电流表指针不稳 摆动1 故障原因 笼型转子导条开焊或断条 绕线型转子故障 一相断路 或电刷 集电环短路装置接触不良 2 故障排除 查出断条予以修复或更换转子 检查绕转子回路并加以修复 七 电动机空载电流平衡 但数值大1 故障原因 修复时 定子绕组匝数减少过多 电源电压过高 Y接电动机误接为 电机装配中 转子装反 使定子铁芯未对齐 有效长度减短 气隙过大或不均匀 大修拆除旧绕组时 使用热拆法不当