第3章变压器与电动机《电工电子技术》

1、 变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。线路中应用广泛。 变压器的磁路变压器的磁路由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心1u2uLZ1i2i+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心 变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流：变电流：电流互感器电流互感器 一次一次绕组绕组铁心铁心二次二次绕组绕组 仪器仪器36V降压降压实验室实验室380 / 220V降压降压 发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压变电站变电站

2、10kV降压降压降压降压1u2uLZ1i2i+N1N2l1l22e+1e+1U2U1I2ILZ+1E+2E+1m1=j4.44EN f2222=( +j)UERXI2m2=j4.44EN f1111=( +j)UERXI111=EZ I222=EZ I+1U2U1I2ILZ+1E+2E+2Z1Z 1122=ENkEN1122UNkUN结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。+1U2U1I2ILZ+1E+2E+2Z1Z 有载时，铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由一次、二次由一次、二次绕组磁通势共绕组磁通势共同产生的合成同产生的合成磁通。磁通。+|Z|2i1u

3、2e1i1e1N2N+2u2222ZUIZ 1m11 44 4 Nf.EU m10 Nim2211 NiNi102211NiNiNi 空载磁势空载磁势有载磁势有载磁势一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。很小可忽略。2211 NiNi 所所以以或或2211NINI KNNII11221 结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。 +1U2U1I2ILZ+1U1IZ+2L2UZI11ZUI22122L212ZUkUUkkZIIIk2LZk Z 结论：结论： 变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模

4、的负载的阻抗模的k 2 倍。倍。 ：信号源信号源I UR0RL+108800LL21 RRNNKI U1N2U2ILR2N+如图，交流信号源如图，交流信号源的电动势的电动势 U= 120V，内阻，内阻 R 0=800 ，负载为扬声器，其等负载为扬声器，其等效电阻为效电阻为RL=8 。要求。要求:（1）若要负载上获得最大功率，用若要负载上获得最大功率，用变压器进行阻抗变换，求变压变压器进行阻抗变换，求变压器的匝数比和信号源输出的功器的匝数比和信号源输出的功率；（率；（2）当将负载直接与信）当将负载直接与信号源联接时号源联接时,信号源输出多大信号源输出多大功率？功率？ W5480080080012

5、02L2L0. RRRUP0LRR W1760888001202L2L0. RRRUP（2，为：为：KNNIIKNNUU112212121 ABP1u2u1i2iLR1N2N+电压表电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N2VR N1（匝数多）（匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少）（匝数少）u （被测电压）（被测电压）电流表电流表被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N1（被测电流）（被测电流）ARi1i2 2 U2I2U2N2 O2 2222=( +j)UERXI222=EZ I 2N22N%100%UUUU %100%1002212PPPPP 机座机座：铸钢或铸铁：铸

6、钢或铸铁端盖端盖：固定于机座：固定于机座 鼠笼转子鼠笼转子(1) 鼠笼式转子鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。 (2) 绕线式转子绕线式转子 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。 1m2m3msinsin120sin120iItiItiIt2iU1U2V1V2W1W2

7、1i3i3i1i2iitmIo0n规定规定 i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 AYCBZX()电流出电流出( )电流入电流入3i1i2iitmIo3i2i1ii tU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2NS0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSNAU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V2分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：即：2. .0t 60t 任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线(电路如图

8、电路如图)0mI3i2i1i tiomINSNS2iU1U2V1V2W1W21i3i0t 即：即：1p3i2i1ioimI tU1U2V2W1V1W2NS2iU1U2V1V2W1W21i3iW1V2U1V1W1U2V2W2U1U2V1W21i2i3iU2U1U1U2V1V2V1V2W1W2W1W2 极对数极对数2p旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关W1V2U1V1W1U2V2W2U1U2V1W21i2i3iNSSNU1U1W1W2V2V2V1V1U2U2W1W20mI3i2i1i tiomI分分）转转 /( 6010fn 工频：工频：Hz501 f分分

9、）转转 /( 30000 np=1时时)/( 6010分分转转pfn 2p180分）转/( 50011p360分）转/( 0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)f(Hz501 3p120分）转/( 00014p分分）转转/( 75090旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。U1U2V2W1V1W2分分）转转/( 6010pfn BlvBliFvF0nNS0nn 如果如果:0nn %s)91( 转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得0)(1nns %10000 nnns例例3-33-3一台三

10、相异步电动机，其额定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n= =975 r/min，电源频率，电源频率 f1 1= =50 Hz。试求电动机的。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。极对数和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns 直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，

11、因此，对较大，因此，对调速要求较高调速要求较高的生产机械或者需要的生产机械或者需要较较大起动转矩大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。的生产机械往往采用直流电动机驱动。 NSNS 直流电机由定直流电机由定子子(磁极磁极)、转子、转子(电枢电枢)和机座等和机座等部分构成。部分构成。 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。由永久磁铁做成。由永久磁铁做成。磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，磁极上绕线圈，线圈中通过直流电， 形成电磁铁。形成电磁铁。磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称 为励磁。为励磁。 直流电机按照励磁直流电机按照励磁方

12、式可分为他励电动机、方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机并励电动机、串励电动机和复励电动机。和复励电动机。UaUfIaM+_+_IffRaRIaUM+_IffRaR+_IE UIa+_IfM复励复励U+_IMIa IU+SbNacdU+U+电刷电刷换向片换向片U+IFFTn U+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷 CE: 与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数n: 电动机转速电动机转速 ：磁通磁通U+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷 aaaaRInCRIEUERaIaE+UM 02TTT aaRIEU 励磁绕组与电枢并联励磁绕组与电枢并联由图可求得由图可

13、求得aaREUI IfIIaUM+_fRaR+_EffRUI aafIIII 由上分析可知：由上分析可知： 当电源电压当电源电压U和励磁回路的电阻和励磁回路的电阻Rf一定时一定时, 励磁电励磁电流流If和磁通和磁通则则即：并励电动机的磁通即：并励电动机的磁通 由以下公式由以下公式IfIIaUM+_fRaR+_Ea2CC CETERUnTaaCCETUEI REanT TI Innn 0a2TEC CRnT0CEUn令：令：a2TE:C CRnT转速降0E:CUn理理想想空空载载转转速速式中：式中：n0nNTNn0T改变电枢电压和电枢回路串电改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线阻可得人工

14、特性曲线 有一并励电动机，其额定数据如下有一并励电动机，其额定数据如下:P=22KW, UN=110V, nN=1000r/min, = 0.84, 并已知并已知Rf= 27.5 ，Ra= 0.04 , 试求试求: (1) 额定电流额定电流I , 额定额定 电枢电流电枢电流Ia及及额定励磁电流额定励磁电流If ; (2) 损耗功率损耗功率 PaCu , 及及 PO ; (3) 额定转矩额定转矩T; (4) 反电动势反电动势E。解：解：(1) P2是输出功率，额定输入功率为是输出功率，额定输入功率为KW19.2684. 02221 PPA2381101019.2631 UPI额定电流额定电流额定

15、励磁电流额定励磁电流A45 .27110ff RuI额定电枢电流额定电枢电流A2344238fa III （2）电枢电路铜损）电枢电路铜损W219023404. 02a2aaCu IRPW44045 .272f2ffCu IRP励磁电路铜损励磁电路铜损总损失功率总损失功率W4190220002619021 PPP空载损耗功率空载损耗功率W200021904190aCu10 PPPm.N210100022955095502 nPT（3）额定转矩）额定转矩（4）反电动势）反电动势V6 .10023404. 0110aa IRUE ( 步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲步进电机是利用电磁铁的作用

16、原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。距离。 种类种类：励磁式励磁式和和两种。两种。 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。结构和工作原理。如下：如下：ABCIAIBIC 定子内圆周定子内圆周均匀分布着六个均匀分布着六个磁极，磁极上有磁极，磁极上有励磁绕组，每两励磁绕组，每两个相对的绕组组个相对的绕组组成一相。转子有成一相。转子有四个齿。四个齿。定子定子转子转子 CABBCA3412 C

17、ABBCA3412 同理，同理，B相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过30 角，角，2、4齿和齿和B、B 磁极轴线对齐；当磁极轴线对齐；当C相通电时，相通电时，转子再转过转子再转过30 角，角，1、3齿和齿和C 、C磁极轴线磁极轴线对齐。对齐。1C342CABBA 这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。所以称为三相单三拍工作方式。 按按AB C A 的顺序给三相绕组的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转轮流通电，转子便

18、一步一步转动起来。每一拍转过过30( (步距角步距角) )，每个通电循环周期，每个通电循环周期( (3拍拍) )转过转过90( (一个齿距角一个齿距角) )。 按按AAB B BC C CA的顺序给三相的顺序给三相绕组轮流通电。绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制这种方式可以获得更精确的控制特性。特性。 CABBCA3412CABBCA3412 A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿与齿与A、A 对齐。对齐。 A、B相同时通电，相同时通电，A、A 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，齿，转子转转子转过过15 ，到达左图到达左图所示位置。所示位置。 CABBCA3412 B B 相通电，相通电，转子转子2、4齿与齿与B、B 对齐对齐, ,又转又转过过15 。3412CABBCA B、C相同时通电，相同时通电，C 、C 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子再转齿，转子再转过过15 。 三相反应式步进电动机的一个通电循环周三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每个循每个循环周期分为六拍。每拍转子转过环周期分为六拍。每拍转子转过15 （步距角），（步距角），一一个通电循环周期个通电循环周期(