电工技术--变压器、电动机

1、电工技术 电气与信息工程学院 变压器及应用 变压器广泛应用于各种交流电路中，与人们 的生产生活密切相关。 问题： 变压器可应用在哪些方面？ 1、电力变压器、电力变压器 发电厂发出的电压一般为610kV；在电能输送过程中 ，为了减少线路损耗，通常要将电压升高到110 500kV；图1为发电厂附近的升压变压器。而我们日常 使用的交流电的电压为220V；三相电动机的线电压则 为380V，这又需要变压器将电网的高压交流电降低到 380/220V；图2为各用电单位附近的降压变压器。因此 变压器是电力系统中的关键设备，其容量远大于发电 机的容量。 图1 升压变压器 图2 降压变压器 箱式变电站箱式变电站-

2、简称：箱变简称：箱变 将高压开关设备、配电变压器和低压配 电装置按一定接线方案组合在一起，安装方 便，组合灵活，特别适用于城网建设与改造。 2、 调压变压器调压变压器 电气技术人员做试验时，要用调压变压器（ 自耦变压器式），能在0250V范围内连续调节 输出电压。 调压变压器 3、整流变压器、整流变压器 将电网电压转换为整流装置（交流变直流）所需要的 电压。 整流变压器的功能： (1)供给整流系统适当的电压； (2)减小因整流系统造成的波形畸变对电网的污染。 变频、电解、电镀等行业需要整流变压器。 整流变压器 4、电焊变压器、电焊变压器 焊接金属器件常用交流电焊机，是一种特殊 的降压变压器。

3、电焊变压器 要求： （1）具有急剧 变化的外特性， 满足负载从短路 （焊条与工件接 触）到空载（焊 条与工件分离） 状态的运行变化； （2）能够调节 负载电流，以适 应不同的焊件和 不同规格的焊条。 5、电流互感器、电流互感器(CT)（大电流变小电流） 在供电用电的线路中电流大大小小相差悬 殊，从几安到几万安都有，为便于二次仪表测 量需要转换为比较统一的电流。另外线路上的 电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流 互感器就起到变流和电气隔离作用。 6、电压互感器、电压互感器(PT)(高电压变低电压） 把高电压按比例关系变换成100V或更低等 级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置 使用。同时

4、，使用电压互感器可以将高电压与 电气工作人员隔离。 7、 隔离变压器隔离变压器 有的电器为了使用安全要用变比为1的变压器进行 电气隔离。 如： 在电力系统中,为了防止架空输电线路上的雷 电波进入室内，需经过隔离变压器联络 。 在维修彩色电视机时，因为有彩色电视机的电源 部分和市电相连，若维修人员不注意碰到了这部分电 路，就会引触电，危及人身安全。因此，在维修一些 家用电器时，也应该接上隔离变压器。 在医疗系统中，尤其是那些生命攸关的场所，如外 科手术室、重症监护室、心脏手术室等地，隔离变压 器就象一个门一样，将医疗地区的非保护区域和保护 区域的电气线路隔开，防止线路绝缘层上危险电流造 成微电击

5、。 8、耦合变压器、耦合变压器 在广播扩音电路中，为了使音箱扬声器得到 最大功率，可用变压器实现阻抗匹配。 9、电源适配器、电源适配器 人们平时常用的小型稳压电源和充电器中也 包含着变压器，如图所示为电源适配器。 如多数笔记本电脑的电源适配器可以自动检 测100240V交流电(50/60Hz）。 电源适配器 小型变压器 变压器虽然大小悬殊, 用途各异, 但其基本结 构和工作原理却是相同的。 心式变压器心式变压器壳式变压器壳式变压器 心式变压器 （用铁量少，大容量） 壳式变压器 （用铁量多，小容量） 变压器的铭牌参数 每台变压器都有一铭牌，上 面标注着型号、额定值及其 它数据，便于用户了解变压

6、器的运行性能。 电力变压器 产品型号 SL7315/10 产品编号 额定容量 315kVA 使用条件 户外式 额定电压 10000/400V 冷却条件 ONAN 额定电流 18.2/454.7A 短路电压 4% 额定频率 50 Hz 器身吊重 765kg 相 数 三相 油 重 380kg 联接组别 Y yno 总 重 1525kg 制 造 厂 生产日期 电力变压器铭牌示意图 ONAN:Oil Natural Air Natural油浸自冷式 短路电压百分数就是阻抗电压百分数：反映了变压器初级与次级之间的 电磁耦合程度，耦合程度越高，阻抗电压百分数越低。（短路试验） 变压器习题练习 如图所示的电

7、路中，已知交流信 号 ，其内阻 ，负载电 阻 ，为使负载能获得最大功率， 求变压器的变比k，电流I1、I2，电压U1、 U2，以及负载的功率P。 2A S I 0 100R 1 L R + u1 - + u2 - R0RL i2i1 iS N2 N1 分析： 折算到原绕组的电阻 应等于 。可得， 变压器变比为： R L R L 0 100R RN 100 01 k=10 NR1 L2 + u1 - + u2 - R0RL i2i1 iS N2 N1 因为 变换到原边后为 ， 故变压器原边的电流和电压分别为： 利用分流公式得： 而电压： 进而，得， 1 L R 100RL L 1S 0L 100

8、 21 100 100 R IIA RR 11L 1 100100UI RV 21 10 110AIkI 1 2 100 10 10 U UV k = （A） 负载的功率P ： 22 2L 101 100 PI RW 作业讲评作业讲评 作业 P213 7.12 已知某音频线路电压为 50V，输出阻抗为800，现选用阻抗为 8的扬声器，问应使用变比为多少的变 压器？扬声器获得的功率是多少？ | 2 ZkZ 解： 10 8 800 R L 0 2 1 R N N k 2 2 S L 0L 50 8000.78 W 800800 U PR RR 骣 骣 = 桫 +桫 作业 P213 7.13 信号源

9、电压Us=10V，内 阻Ro=400，负载电阻RL=8。为使负 载能获得最大功率，在信号源与负载之 间接入一台变压器。求变压器的变比， 变压器原、副边电压、电流，以及负载 的功率。 0 RO us 0 RO us 1 . 7 8 400 R L 0 2 1 R N N k S 1 0L 10 0.0125 400400 U IA RR = + （ ） 11L 0.01254005UI RV= （ ） 解： L 1S 0L 400 105 v 400400 R UU RR = + 或：（ ） RO us 21 7.10.01250.089)IkIA=（ 1 2 5 0.71( ) 7.1 U U

10、V k = 22 1L 0.01254000.063 (W)P I R = 22 2L 0.08980.063 W)PI R=或：（ 作业 P213 7.15 1100 1 N220 1 U 180 2 N120 3 N 2 7.2R =W 3 3R =W 如图所示的变压器，原绕组 匝，接在电压 副边有两个绕组，其中匝， 负载电阻 , 。 求：（1）两个副绕组的电压U2、U3各为多少？ （2）原、副边电流I1、I2、I3各为多少？ （3）原边等效负载电阻是多少？ V的交流电源上， 匝, + u1 - + u2 - R2 + u3 - R3 i1 i2 i3 N2 N3 N1 + u1 - +

11、u2 - R2 + u3 - R3 i1 i2 i3 N2 N3 N1 分析分析 因为变压器原、副绕组交链的是同一个主磁 通，所以主磁通变化时在绕组里每匝线圈感应的电 动势相同，对于结构确定的变压器来说，这个值是 固定的，不论变压器有几个副绕组，计算原边与各 个副边的电压比，仍然和只有一个副绕组的计算方 法相同。此外可以证明，变压器有多个副绕组时的 电流变换关系为 332211 INININ 2 21 1 180 22036(v 1100 N UU N =） + u1 - + u2 - R2 + u3 - R3 i1 i2 i3 N2 N3 N1 3 31 1 120 22024 v 1100

12、 N UU N =（ ） 解：（1） + u1 - + u2 - R2 + u3 - R3 i1 i2 i3 N2 N3 N1 2 2 2 36 5) 7.2 U IA R = （ 3 3 3 24 8( ) 3 U IA R = 解：（2） 223 3 1 1 18051208 1.69( ) 1100 N IN I IA N + = + u1 - + u2 - R2 + u3 - R3 i1 i2 i3 N2 N3 N1 1 1 1 220 130 1.67 U R I =W（ ） （3）原边等效负载电阻 随着电气时代的到来，我们告别了蒸随着电气时代的到来，我们告别了蒸 汽机，能源的转换必

13、须要电机来实现，比汽机，能源的转换必须要电机来实现，比 如电能的产生，电能的转化。可以说现代如电能的产生，电能的转化。可以说现代 社会动力设备绝大多数采用电动机作为动社会动力设备绝大多数采用电动机作为动 力。小到我们生活常用的剃须刀，大到火力。小到我们生活常用的剃须刀，大到火 车头的驱动，都是电推进，而电机就是电车头的驱动，都是电推进，而电机就是电 推进的核心。推进的核心。 （你身边还有哪些用到电机的地方？（你身边还有哪些用到电机的地方？） 1 电机的分类电机的分类 按用途分可以分为：发电机和电动机。按用途分可以分为：发电机和电动机。 按电压电流形式分，可以分为：直流电机，交流电按电压电流形式

14、分，可以分为：直流电机，交流电 机（异步电机和同步电机）。机（异步电机和同步电机）。 按励磁方式分，可以分为永磁（永磁体昂贵）和电按励磁方式分，可以分为永磁（永磁体昂贵）和电 励磁励磁 永磁同步电机 直流电机原理图 直流电机工艺复杂，有换向器，维护不方便，单直流电机工艺复杂，有换向器，维护不方便，单 机功率较小，限制了其应用。（教材机功率较小，限制了其应用。（教材P242) 交流电机分为：三相异步电机（鼠龙式，绕线交流电机分为：三相异步电机（鼠龙式，绕线 式），电励磁同步电机，式），电励磁同步电机，永磁同步电机（现在用永磁同步电机（现在用 得很广泛的新型电机，优点多）得很广泛的新型电机，优点多

15、） 绕线式异步电机转子 鼠笼式异步电机转子 同步电机和异步电机（感应电机）的工作原理都 是定转子磁场之间的相互作用来使电机运动的， 两者磁路如下： 异步电机与同步电机的区别：异步电机与同步电机的区别： 异步电机：定子的旋转磁场在转子中产生异步电机：定子的旋转磁场在转子中产生 感应电流，产生电磁转矩，转子中并不直感应电流，产生电磁转矩，转子中并不直 接产生磁场，因此，转子的转速一定小于接产生磁场，因此，转子的转速一定小于 同步转速。同步转速。 同步电机：转子本身产生固定方向的磁场同步电机：转子本身产生固定方向的磁场 （用永磁体或直流电流产生），定子旋转（用永磁体或直流电流产生），定子旋转 磁场拖

16、着转子磁场（转子）转动，因此，磁场拖着转子磁场（转子）转动，因此， 转子的转速一定等于同步转速。转子的转速一定等于同步转速。 所以同步电机所以同步电机的转速与交流工频的转速与交流工频50Hz电源电源 同步，即同步，即2极电机极电机3000转、转、4极极1500、6极极1000 等，异步电机的转速则稍微滞后，即等，异步电机的转速则稍微滞后，即2极极2880 、4极极1440、6极极960等。等。 我们身边电机应用的例子？ 1.空调用电机 空调中一般用什空调中一般用什 么类型的电机，么类型的电机， 节能是现在的生节能是现在的生 活的一个主题，活的一个主题， 格力赫兹变频空格力赫兹变频空 调的广告又

17、是什调的广告又是什 么意思？么意思？ 原理：现在空调压缩机用的很多是原理：现在空调压缩机用的很多是永磁同步电机永磁同步电机，或者，或者 直流无刷电机直流无刷电机，首先空调中的整流电路将市电（，首先空调中的整流电路将市电（220v交交 流）整成直流供给逆变器，由于电机的转速与逆变器出流）整成直流供给逆变器，由于电机的转速与逆变器出 来的三相供电频率有关，所以我们可以控制逆变器来控来的三相供电频率有关，所以我们可以控制逆变器来控 制供电频率以致控制电机转速，我们通常将逆变器称为制供电频率以致控制电机转速，我们通常将逆变器称为 变频器。变频器。 变频是把变频是把220V中中50HZ的频率变成的频率变

18、成 5HZ-50HZ可调的频率，以改变压缩可调的频率，以改变压缩 机的转速，从而达到空调输出能量的机的转速，从而达到空调输出能量的 调节，起到节电的作用调节，起到节电的作用。 核心技术是把交流变成直流，再变核心技术是把交流变成直流，再变 成可变频率的三相交流，频率随着室成可变频率的三相交流，频率随着室 内温度变化而自动调节内温度变化而自动调节。 2 电动自行车用电机 电动自行车上用的电机是直流无刷电机。电动自行车上用的电机是直流无刷电机。 通过手柄可以控制加在电机的电压，进而控制电通过手柄可以控制加在电机的电压，进而控制电 流，电流影响转速和转矩即实现调速流，电流影响转速和转矩即实现调速 异步

19、电机应用在哪些方面？异步电机应用在哪些方面？ （我们第八章主要学习的是三相异步电动机）我们第八章主要学习的是三相异步电动机） 异步电动机具有结构简单，制造、使用和异步电动机具有结构简单，制造、使用和 维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低 等优点。等优点。 异步电动机主要广泛应用于驱动机床、水异步电动机主要广泛应用于驱动机床、水 泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备、矿山机泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备、矿山机 械、轻工机械、农副产品加工机械等大多数工械、轻工机械、农副产品加工机械等大多数工 农生产机械以及家用电器和医疗器械等。农生产机械以及家用电器和医

20、疗器械等。 在家用电器中应用比较多，例如电扇、在家用电器中应用比较多，例如电扇、 洗衣机、电冰箱、空调、吸尘器等，但主要是洗衣机、电冰箱、空调、吸尘器等，但主要是 单相异步电动机。单相异步电动机。 火车牵引电机火车牵引电机 火车牵引用的是三相异步电机，因为：交流火车牵引用的是三相异步电机，因为：交流 机速度范围广，单机功率大，结构简单，恒机速度范围广，单机功率大，结构简单，恒 功率范围广，缺点是调速难，但现在的调速功率范围广，缺点是调速难，但现在的调速 技术足以使交流机的调速性能和直流电机媲技术足以使交流机的调速性能和直流电机媲 美。美。 电力机车采用单相交流供电，经过车头整流后，电力机车采用

21、单相交流供电，经过车头整流后， 再经过逆变器，逆变为交流，控制逆变器就能控再经过逆变器，逆变为交流，控制逆变器就能控 制电机的转速即车速制电机的转速即车速 电动机练习 三相异步电动机额定值如下： ， ， ，Y/接法， 。令电源线电压 ，试求： （1）该电动机应采用何种接法？ （2）此时额定电流IN、额定转矩TN、额定转 差率sN和额定输入功率P1各为多少？ （3）该电动机能否采用Y-降压起动？ N 7.5PKW= N 1440 /minnr= N 380/ 220UV=85. 0cos N 87. 0 N 220 l UV= 分析:(1) 额定电压是指Y/形接法时定子 绕组上应接电源的额定线电

22、压,并且Y形接 法线电压是形接法线电压的 倍。 解:(1) 因为电动机的额定电压为 380/220V，且Y/接法，而工作电源的线 电压为220V，所以电动机定子绕组应采用 三角形接法，这样才能保证电机定子绕组 电压为220V，使电机能在额定状态下正常 工作。 3 (2)在额定状态下，电源输入到三相异步电 动机定子的功率P1与额定电压UN、额定 电流IN和额定功率因素 的关系为 而与额定功率和额定效率的关系为 N cos NNN1 cos3IUP 1 N N P P 3 N NN 7.510 =26.62 3cos32200.870.85 N N P IA U (2) 由于三相异步电动机的额定转

23、速略小 于同步转速，与1440r/min最接近的同步 转速为 ，所以 (3) 可以，因为现正常使用时采用的是三角 形联接，起动时可采用星形联接起动。 955049.74 N N N P TNm n 0=1500 /min nr 0 0 - 100% = 4% N N nn s n 1 = 8 .6 2 N N P PK W 作业讲评作业讲评 作业 P250 8.14 当工作电源的线电压为 380V时，能否使用一台铭牌数据为：额 定电压为220V、接法为形或Y形的三相 异步电动机？如果能使用，定子绕组该 采用何种接法？ 分析分析 因为Y形接法线电压是形接法线 电压的 倍，所以，只有一个额定电压值

24、 却既可接成形又可接成Y形的电动机， 额定电压是指形接法时定子绕组上应接 电源的额定线电压，若是指Y形接法时定 子绕组上应接电源的额定线电压，则在 形接法时电动机处于过载状态。 解解 能使用。但因为电动机的额定电压为 220V，而工作电源的线电压为380V，所 以电动机定子绕组应采用Y形接法，这样 才能保证绕组电压为220V。 3 作业 P250 8.15 一台三相异步电动机的额 定数据如下： kW， r/min， 电源频率为50 Hz。求： （1）额定状态下的转差率sN、电流IN和转 矩TN； （2）起动电流Ist、最大转矩Tmax、起动 转矩Tst和定子功率P1。 5 . 5 N P1440 N n N 380UV= 855. 0 N 84. 0cos N 7 N st I I 2 . 2 N st T T 2 . 2 N max T T 04. 0 1500 14401500 0 N0 N n nn s 解（1） 3 N N NNN 5.5 10 11.64) 3cos33800.8550.84 P IA Uhj = 创 （ N N N 5.5 9550955036.5 (