电机与电气控制技术教案

1、第1、2课时电磁学基础知识教学目的和要求：补充了解磁场的基本物理量以及铁磁材料的性质和磁路欧姆定律，掌握交流铁心线圈电路中的电磁关系并了解其功率损耗情况。重点与难点：掌握铁磁材料的性质、交流铁心线圈电路中的电磁关系及其功率损耗。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析，应用介绍，案例教学。预复习任务：复习前期学的电工技术基础相关知识。、磁路的基本物理量磁场可由电流产生，用磁感线来描述。磁场的强弱可用磁感线的疏密程度来表示。磁感线可以看成是无头无 尾的闭合曲线。1)磁感线的回转方向和电流方向之间的关系遵守右手螺旋法则。2) 磁感线总是闭合的，既无起点，也无终点。3) 磁场中的磁感线不会相交，因为磁

2、场中每一点的磁感应强度的方向都是确定的、唯一的。t»1 .磁通中磁场中穿过某一截面积 A的总磁线数称为通过该面积的磁通量，简称磁通 ，单位 WB磁场中穿过某一截面积 A的总磁线数称为通过该面积的磁通量，简称磁通，单位 WB当线圈中通以电流后，大部分磁感线沿铁心、衔铁和工作气隙构成回路，这部分磁通称为主磁通；还有一部分磁通，没有经过气隙和衔铁，而是经空气自成回路，这部分磁通称为漏磁通。磁通经过的闭合路径叫磁路。磁路和电路一样，分为有分支磁路和无分支磁路两种类型。2 .磁感应强度B描述磁介质中实际的磁场强弱和方向的物理量，是矢量，用B表示。均匀磁场中，若通过与磁感线垂直的某面积A的磁通为

3、,则B =/ A所以磁感应强度也称磁通密度，单位T3 .磁场强度H是进行磁场计算时引进的一个物理量，电流产生磁场外，介质被磁化后还会产生附加磁场。单位安每米。H 代表电流本身产生的磁场的强弱，反映了电流的励磁能力，大小只与该电流的大小成正比，与介质的性质 无关；B 代表电流所产生的以及介质被磁化所产生的总磁场的强弱，其大小不仅与电流的大小有关，还与介质的性 质有关。4 .磁导率w磁感应强度B与磁场强度H之比，是衡量物质导磁能力的物理量。科=B / H科为导磁物质的磁导率。真空的磁导率为。铁瞄材料的，制如铸蚓的科约为 的1000倍产各种硅钢片的科约为 的60007000儡5 .磁场储能A/m磁场

4、能够储存能量，这些能量是在磁场建立过程中由其他能源的能量转换而来的。电机就是借助磁场储能来 实现机电能量转换的。二、磁性材料的性质1 .高导磁性磁性物质的内部存在着很多很小的区域，称为“磁畴”，磁化前，无外磁场的作用，杂乱无章地排列，磁场互相抵消，对外界不显示磁性。若将铁磁材料放入磁场，在外磁场的作用下，磁畴的轴线趋于一致，形成一个附加磁场，叠加在外磁场上，从而使合成磁场大为增强。变压器和电机中的磁场是由通过线圈的电流来产生，这些线圈都是绕在磁性物质（称为铁心）上的。采用铁心后，在同样的电流下，铁心中的磁感应强度B和磁通中将大为增加，且比铁心外的 B和中大很多，一方面可用 四、铁心损耗如上图中

5、：oa段，外磁场H较弱，H的增加主要是与外磁场同方向的磁畴边界增大的过程,B的增加缓慢;ab段，外磁场H较强，主要是磁畴沿外磁场的方向转动的过程，B迅速增大；bc段，可随外磁场方向转动的磁畴越来越少，H的增加变慢，出现了磁饱和现象；cd段，类似于真空中的情况。3.磁滞性磁性材料都具有保留其磁性的倾向，B的变化总是滞后于 H的变化，称磁滞现象。当 H降为零时，保留的磁感应强度 Br称为 剩磁强度，永久磁铁的磁性就是由 Br产生的。三、磁路的欧姆定律正如电动势作用在一定电阻的电路上产生的电流遵循欧姆定律一样，一定的磁动势作用在一定磁阻的磁路上可以产生磁通。磁通的大小同样遵循磁路的欧姆定律。FRm当

6、磁路中有空气隙存在，磁路的磁阻RmW显著增加。1 .磁滞损耗Ph磁性材料被交变磁化时，磁畴之间相互摩擦，要消耗能量，对应的功率损耗_aPh = KhfBm V式中a与材料的性质有关，电工钢的 a为1.6 2.3 , V为铁心体积2 .涡流损耗Pe磁性材料不仅是导磁材料，又是导电材料。在交变磁场作用下，铁心是也会产生感应电动势，从而在垂直于 磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流表，称涡流。涡流在铁心电阻上的功率损耗称涡流损耗。Pe = K ed2f 2Bm2V式中d为钢片厚度7第3、4课时变压器的工作原理和结构教学目的和要求：变压器的一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。要求根据电磁感应

7、原理掌握变压器的工作原理、电 力变压器的基本结构、电力变压器额定值的计算、了解电力变压器的型号及主要系列。重点与难点：重点是变压器的工作原理、电力变压器的额定值的计算。难点是变压器的工作原理、电力变压器的结构。教学方法：以变压器的广泛应用为切入点，以图片和实物为依托，说明其工作原理。绘图说明，简单推正，结论分析， 应用介绍。预复习任务：完成课后作业变压器：是一种静止的电气设备。它是根据电磁感应的原理，将某一等级的交流电压和电流转换成同 频率的另一等级电压和电流的设备。作用：变换交流电压、变换交流电流和变换阻抗。、变压器的基本工作原理变压器是在一个闭合的铁心磁路中，套上两个相互独立的、绝缘的绕组

8、，这两个绕组之间只有磁的耦合，没 有电的联系，如图1-1所示。变压器基本工作原理一次绕组（也称原绕组或初级绕组）：接交流电源；其匝数为N1;二次绕组（也称副绕组或次级绕组）：接负载；其匝数为N2O当在一次绕组中加上交流电压ui时在一、二次绕组中其感应电动势瞬时值分别为z dei 二 一Ni 一dte2 = -N2 一 dt曳=Ei =Ne2E2N2（1-1）二、变压器的应用与分类1.变压器的应用：变压器能够变换交变电压、变换交变电流、变换阻抗。2.变压器的种类按用途不同主要分为：l )电力变压器：供输配电系统中升压或降压用。2)特殊变压器：如电炉变压器、电焊变压器和整流变压器等。3)仅用互感器

9、：如电压互感器与电流互感器。4)试验变压器：高压试验用。5)控制用变压器：控制线路中使用。6)调压器：用来调节电压。三、电力变压器的基本结构电力变压器主要由铁心、绕组、绝缘套管、油箱及附件等部分组成。以油浸式电力变压器为例其基本结构如图1 2所示。1 .铁心铁心是变压器的磁路部分，是绕组的支撑骨架。铁心由心柱和磁轲两部分组成，铁心用厚度为0.35mm表面涂有绝缘漆的热轧硅钢片或冷轧硅钢片叠装而成。2 .绕组绕组是变压器的电路部分，常用绝缘铜线或铝线绕制而成。工作电压高的绕组称为高压绕组，工作电压低的绕组称为低压统组。3 .绝缘套管绝缘套管是变压器绕组的引出装置，将其装在变压器的油箱上，实现带电

10、的变压器绕组引出线与接地的油箱 之间的绝缘。4 .油箱及其附件油箱安装变压器的铁心与绕组。变压器油起绝缘和冷却作用。电力变压器附件还有安全气道、测温装置、分接开关、吸湿器与油表等。四、电力变压器的额定值与主要系列1 .额定值 (1)额定容量Sn：指的是变压器的视在功率，单位为a.单相变压器的颔定谷量为：Sn=UN1I n1=UN4 N2(1 2) b.三相变压器的容量为：Sn= J3UN1I N= J3 UN2I N2 (1 3) (2)额定电压 U1N和U2N5为一次侧绕组额定电压，它是根据变压器的绝缘强度和允许发热条件而规定的一次绕组正常工作电压值。U2为二次绕组额定电压，它是当一次绕组加

11、上额定电压，二次绕组的空载电压值。对于三相变压器，额定电压值指的是线电压，单位为V或kVoA或KA(3)额定电流IN1和IN2：额定电流是根据允许发热条件所规定的绕组长期允许通过的最大电流值，单位是I N1是一次绕组的额定电流；I N2是二次绕组的额定电流。对于三相变压器，额定电流是指线电流。(4)额定频率f我国规定的标准工业用电频率为50Hz。2 .电力变压器的型号及主要系列产品型C99. 500/10标准号第定容量500k V A使用条件户外式额定电压10000川）ov冷却条件ONA5戚定电流2W.9/721r7A姬路电E4.4W%定棘率斯守吊堂1015k冈相敦三相油Ifi302Jcg联站

12、级别苒啾3%制窗厂产生日期1单相变压器的空载运行教学目的和要求：掌握单相变压器的空载运行特性。重点与难点：重点是空载运行时电动势平衡方程式，空载电流的作用。难点是变压器空载运行时的相量图。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析。预复习任务：复习电工基础相关知识，题解正弦量的正方向的规定。变压器的空载运行是指变压器的一次绕组接在额定电压的交流电源上，而二次统组开路时的工作情况，如图1-4所示。图1-4单相变压器空载运行原理图一、空载运行时各物理量正方向的规定正弦量的正方向通常规定如下：0。1）电源电压U正方向与其电流I正方向采用关联方向，即两者正方向一致。0。2）绕组电流I产生的磁通势所建立的磁

13、通 小，这二者的正方向符合右手螺旋定则。3）由交变磁通。产生的感应电动势产，二者的正方向符合右手螺旋定则，即它的正方向与产生该磁通的电 流正方向一致。由上述规定，在图1-4中标出各电压、电流、磁通、感应电动势的正方向如图中所示。、感应电动势与漏磁电动势1 .感应电动势若主磁通，4 =虫>所cot ,则一、二次绕组感应电动势瞬时值为:一 » /Vj = K3fhIHirT( an )其有效值为：Ei=4.44fN 1m(1-5)E2=4.44fN 2m(1-6)(1-7)(1-8)相量表示为：E： = -j4.44fN1 /me2 = -j4.44fN2,m2 .漏磁电动势变压器

14、一次绕组漏磁感应电动势E £ 为:Eff1 =-jI 10 3 L1 =-j I 10 X111三、变压器空载运行时的电动势平衡方程式和电压比一次绕组电动势平衡方程式：U； =.E： - E； I；R1 =匕 I；R1j I；X1(1- 9)U1 ： -E： = j4.44fN(1-10)二次绕组的端电压等于其感应电动势： U 20 = E2( 1-11 )变压器一次绕组的匝数N与二次绕组匝数 N2之比称为变压器的电压比k,即k=N 1/N2=E1/E2 = U1/U2(1-12)k,当N2>N时，kv1,则U2>Ui,为升压变压器；若 N2<Ni, k>1,

15、则Ub<Ui,为降压变压器。若改变电压比 即改变一次或二次绕组匝数，则可达到改变二次绕组输出电压时目的。四、空载电流和空载损耗变压器空载运行时，空载电流110分解成两部分：1 .无功分量lloQ ,用来建立磁场，起励磁作用，其与主磁通同相位；2 .有功分量|*op ,用来供给变压器铁心损耗，其相位超前主磁通约90°。即* I 10 = I 10P ' I 10P五、变压器空载运行时的相量图单相变压器的负载运行教学目的和要求：与空载运行时相比较，掌握单相变压器的负载运行特性，强调变压器的三个变换特性以及运行特性。重点与难点：重点是负载运行时的磁通势平衡方程式和电动势平衡方

16、程式，变压器的作用，电压变化率。难点是负载运行时的基本方程式，变压器负载运行时的相量图。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析。预复习任务：二次绕组接负载Zl的情况下的运行状态,复习单相变压器空载运行时的特性，预习本节内容，作比较分析。变压器的负载运行：是指变压器在一次绕组加上额定正弦交流电压, 如图如所示。图1.6变压器负载运行示意图、负载运行时的各物理量负载运行时一、二次电流关系l1 - -(Ni N2).l2(1-14)上式表明变压器负载运行时，二次电流的变化同时引起一次电流的变化。二、变压器负载运行时的基本方程式1,磁通势平衡方程式(1) 变压器负载运行时磁通势平衡方程式为FiF2 =

17、 F10I1 N1 I2 N2 = I10 N1(1-15)(2) 电流平衡方程式为I 1 = I 10N2 JI 2N1 2=I 10=I I_ I10 I 1L(1-16)忽略I 10时，一、二次绕组电流有效值关系为11=I 2/k(1-17 )2.电动势平衡方程式0二次绕组中漏磁电动势 E。2即:Ejj - Bx2(1-18)负载运行时的一、二次绕组的电动势平衡方程式为u1 = E： I*R1 j I1x1 = -e1 I1z1 U 2 =-E2-I2R2 -j I 2 X 2 = E2-J2Z2U2 =I：Zl(1-19)(1-20)(1-21)综上所述，变压器负载运行时的基本方程式有

18、I 1 N1 I 2 N2 = I10 N1U1 = -E1I1 R1j I1 X1 = -E1I1 Z1=e2 I2 R2 -j I2x2E1 =kE2U 2 - I 2 Zl三、变压器负载运行时的相量图四、变压器的作用通过对变压器负载运行的分析，可以清楚地看出变压器具有变电压、变电流、变阻抗的作用。1 .变换电压U/U2=E1/E2=k=NJN22 .变换电流I1/I 2=N/N1=1/k第9、10课时3.变换阻抗13图1-B变压器的阻抗变换原理Ui11(Ni /N2)U2 一(N2 / N1)I2上式表明，经变压器把负载阻抗ZL变换为(1-22)'Zl。通过选择合适的电压比k,可

19、把实际负载阻抗变换为所需的阻抗值，这就是变压器的变换阻抗作用。五、变压器的运行特性变压器运行特性主要有：(1)外特性(2)效率特性。1.变压器的外特性和电压变化率(1)变压器的外特性：是指在一次绕组加额定电压，负载功率因数cos 4 2为额定值时，二次绕组端电压U随负载电流|2的变化关系，即U2=f(I 2) 曲线，如图1-9所示。在纯电阻负我时，电压变化较小；为感性负我时, 电流的增加反而上升，如图1-9中曲线3所示。图1-9变压器的外特性电压变化较大；而在容性负载时，端电在可能出现随负载002 0.3 04 0 5 06 0.7 0.K 0.9 L012 /碗(2)电压变化率u % =U2

20、N -U2 100%U 2N3 .变压器的效率特性变压器的效率特性：是指负载功率因数cos 4 2不变的情况下，变压器效率随负载电流变化的的关系，即曲线Y =f (I2),如图1-10所示。对于电力变压器，最大效率出现在I 2= ( 0.50.75) 12N时，其额定效率 予 n=0.95 -0.99。图I/O变压器的效率特性三相变压器教学目的和要求：掌握三相变压器的联结组别和变压器的并联运行条件，会用试验方法来确定绕组的同名端。重点与难点：重点是掌握三相变压器绕组的联结法，会确定绕组的同名端。难点是用时钟法来分析判别三相变压器的联结组别，掌握三相变压器的并联运行条件。教学方法：以三相变压器的

21、广泛应用为切入点，以图片和实例为依托说明其工作原理，绘图说明三相变压器的同名端的 确定、联结组别的判定。预复习任务：复习单相变压器的工作原理、结构，预习三相变压器的相关内容，比较归纳。三相变压器组：是由三个单相变压器按一定方式连接在一起组成的。三相心式变压器：将三个铁心柱用铁轲连在一起来构成三相心式变压器。、三相变压器的磁路系统图1/1三相变压器组的磁路系统二、三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统是指三相变压器各相的一次统组、二次绕组的连接情况。三相变压器绕组的首端和尾 端的标志规定如表1-1所示。*11三相变压器缢组首端和未端的标志_境细名称首端尾端中性点二次绕组X、Y、ZN二次绕组a.

22、bxCn三相变压器绕组的联结有星形和三角形两种联结方式。如图l-13a所示。图1J3三相变压器绕组的联结方式H)星形联结b)星形联结中点引出三箱形联结用字母丫或y分别表示一次绕组或二次绕组的星形联Z若同时也把中点引出，则用YN或yn表示，用字母D或d分别表示一次统组或二次绕组的三角形联结。我国生产的电力变压器常用Yyn、Yd YNd Dyn等四种联结方式，其中大写字母表示一次绕组的联结方式，小写字母表示二次绕组的联结方式。高低压绕组相电动势的相位关系 ：1 .同名端两个绕组中电动势极性相同的两个端点2 .单相变压器的联结组II0 II63.三相变压器联结组标号的确定(1)观察绕组联结图，判断联

23、结方式；(2)联结图上标出高低压绕组的相电动势和线电动势参考方向：末端指向首端(3)画出高压绕组的电动势相量图绕组为星形时，先确定相电动势，再确定线电动势，相电动势相量画成星形；绕组为三角形时，先确定线电动势，再确定相电动势，相电动势相量画成三角形。(4)画出低压绕组的电动势相量图都先画相电动势，再画线电动势相量，星形联结时，相电动势相量画成星形；三角形联结时，相电动势相量画成三角形。(5)判断联结组号，写出联结组三、变压器的并联运行变压器并联运行条件：1 .并联运行的各台变压器的额定电压与电压比要相等。2 .并联运行变压器的联结组别必须相同。3 .并联运行的各变压器的短路阻抗的相对值要相等。

24、1519其他用途的变压器教学目的和要求：掌握自耦变压器的工作原理和应用。掌握电压互感器、电流互感器的使用。掌握弧焊变压器的使用条件。重点与难点：重点是自耦变压器的工作原理和电压互感器、电流互感器使用时的注意事项和要求。难点是带电抗器和带磁分路的弧焊变压器的调节电流原理。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析。预复习任务：课后习题的完成。本节介绍常用的自耦变压器、仪用互感器和弧焊变压器的工作原理及特点。、自耦变压器1-20所示。对于降压自耦变压器，一次绕组1 .自耦变压器的结构特点是：一、二次绕组共用一个绕组。如图的一部分充当二次绕组；对于升压自耦变压器，二次绕组的一部分充当一次绕组。因此自耦变

25、压器一、二次绕组之间既有磁的联系，又有电的直接联系。将一、二次绕组共用部分的绕组称为图降压自耦变压器原理图公共绕组。下面以降压自耦变压器为例分析其工作原理。2 .自耦变压器的电压比k=U"U 20 = E 1/E2=N/N23 .自耦变压器的变流公式 I1 = -(N2, N1) I2 = -I2/k (1-24)4 .自耦变压器的输出视在功率(即容量)为S=UI2=U2(I+I 1)=U2l+U2l 1=U2I 2(1-1/k)+U 2I 1(1-25)5 .使用注意事项(1)在低压侧使用的电气设备应有高压保护设备，以防过电压；(2)有短路保护措施。6 .种类：自耦变压器有单相和三

26、相两种。一般三相自耦变压器采用星形接法。图1-21为三相自耦变压器原理图。1-22为常用的环形铁心单相自耦调压器原理图。图L2I三相自耦变压器原理图a)靖梅示意图h)电路原理图图单相自耦调压器原理图、仪用互感器仪用互感器：供测量用的变压器。可分为电压互感器和电流互感器。1.电压互感器(1)电压互感器：实质上是一个降压变压器图1-23为电压互感器原理图。U1N1.=kuU2N2U2U1ku(1-26)它的一次绕组N匝数很多，直接并接在被测的高压线路上，二次统组 N匝数较少，接电压表或其 他仪表的电压线圈。图b23电压互感器原理图(2)使用电压互感器时，应注意以下几点:a.电压互感器在运行时二次绕

27、组绝不允许短路，否则短路电流很大，会将互感器烧坏。为此在电压互感器二 次侧电路中应串联熔断器作短路保护。b.电压互感器的铁心和二次绕组的一端必须可靠接地，以防一次高压绕组绝缘损坏时，铁心和二次绕组带上 高电压而触电。c.电压互感器有一定的额定容量，使用时不宜接过多的仪表，否则将影响互感器的准确度。如果将自耦变压器的抽头做成滑动触头，就成为自耦调压器，常用于调节试验电压的大小。图2.电流互感器(1)电流互感器：一次绕组匝数N很少，一般只有一匝到几匝；二次绕组匝数很多。使用时一次绕组串接在被测线路中，流过被测电流，而二次绕组与电流表或仪表的电流线圈构成闭合回路，如图1 24所示。.(1-27)由于

28、电流互感器二次绕组所接仪表阻抗很小，二次绕组相当于短 路，因此电流互感器运行情况相当于变压器短路运行状态。(2)使用电流互感器时，应注意以下几点：a.电流互感器运行时二次绕组绝不许开路。电流互感器的二次绕 组电路中绝不允许装熔断器。在运行中若要拆下电流表，应先将二次 绕组短路后再进行。b.电流互感器的铁心和二次绕组的一端必须可靠接地。以免绝缘 损坏时，高压侧电压传到低压则，危及仪表及人身安全。图L24电流互感器原理图c.电流表内阻抗应很小，否则影响测量精度。1 .对弧焊变压器提出以下要求：1)为保证容易起弧，空载电压应在6075V之间。2)负载运行时具有电压迅速下降的外特征，如图 1 25所示

29、。一般在额定负载时输出电压在30V左右。3)焊接电流可在一定范围内调节。4)短路电流不应过大，且焊接电流稳定。2 .如何满足上述要求：弧焊变压器具有较大的电抗，且可以调节。为此弧焊变压器的一、二次绕组分装在两个铁心柱上。为获得电 压迅速下降的外特性，以及弧焊电流可调，可采用串联可变电抗器法和磁分路法，由此滋生出带电抗器的弧焊变 压器和带磁分路的弧焊变压器。三相异步电动机的结构与原理教学目的和要求：掌握三相异步电动机的基本结构与工作原理，电动机的铭牌数据。会用转速与转差率的公式计算有关参数。重点与难点：重点是掌握三相异步电动机的基本结构与工作原理。难点旋转磁场的理解。教学方法：以三相异步电动机的

30、广泛应用为切入点，以多媒体课件图片和实例为依托掌握三相异步电动机的结构，绘图 说明三相异步电动机的工作原理，介绍旋转磁场的建立，转子转动的条件，转向、转速等问题。预复习任务：课后复习理解旋转磁场的转速、电机转速的区别；完成课后作业。旋转电机分类：按工作方式不同，可分为L直流发电机直流电机:直流电动机感应（异步）电动机旋转电机 ，感应电机（异步电机）*交流电机-JL感应（异步）发电机同步电机1r同步发电机V 同步电动机-同步补偿机其中，异步电动机按相数不同，可分为三相异步电动机和单相异步电动机；按转子结构不同，可分为笼型和 绕线转子型，其中笼型三相异步电动机由于具有结构简单、运行可靠、效率高、制

31、造容易、成本低等优点得到广 泛应用。一、三相异步电动机的结构：三相异步电动机主要结构包括：静止的定子、旋转的转子以及两者之间的气隙。1 .定子- 定子铁心、定子绕组、机座1）定子铁心:作用：形成磁路组成：0.5mm硅钢片叠制。直径大于 1米的铁心用扇形片拼成槽型：半闭口槽（小型电机）、半开口槽（低压中型）、开口槽（大型）2）定子绕组：作用：电路部分，感应电势组成：圆铜线或扁铜线，导线线径小于1.53mm,散下线；成形线圈（大电机）。3）机座：作用：机械支撑结构：中小型电机铸铁；大型用钢板焊接。4）气隙-0.2mm1.5mm作用是磁场耦合因为磁势大部分都消耗在气隙上，气隙小则电机的空载磁化电流就

32、小，功率因数高。考虑到机械的原因, 气隙又不能太小。2 .转子-转子铁心、转子绕线或鼠笼绕组、轴 1）转子铁心作用：磁路的一部分组成：0.5mm硅钢片叠制。中小型电机转子铁心直接叠装在轴上；大电机则用转子支架。2）转子绕组作用：感应电势、流过电流产生转矩结构：中小型电机用铸铝转子鼠笼结构；绕线电机用铜导线，利用滑环和电刷外接起动设备。3 .接线：对于三相异步电动机定子绕组可以接成星形或三角形。定子接线方式：4 .分类与用途23二、三相异步电动机工作原理：定子三相对称绕组通入三相对称电流，产生同步转速旋转的气隙磁场。转子导体运动（相对磁场，磁场转速快）切割磁力线，产生感应电动势，进而产生电流。电

33、流与气隙磁场的相互作用产生与转子转向相同的拖动转矩。 电机从电网吸收电功率，经过气隙的耦合作用从轴上输出机械功率。（一）三相交流电的旋转磁场1 .旋转磁场的产生V(L2) 0 2： L3 > OL3 )0、2U2U2U2U2a)b)c)J)二极电动机旋转磁场的产生2 .旋转磁场的转速旋转磁场的转速为同步速60 fini 二P3 .旋转磁场的旋转方向旋转磁场由超前相电流所在的相绕组轴线转向滞后相电流所在的相绕组轴线。改变电流相序，则旋转磁场改 变方向。4 .三相合成磁场的性质：1）电流变化一个周期，即 360电角度时，旋转磁场在空间上转过同样数值的电角度。2）旋转磁场的转速为同步速60fi

34、n1 3）旋转磁场由超前相电流所在的相绕组轴线转向滞后相电流所在的相绕组轴线。4）改变电流相序，则旋转磁场改变方向。总之，对称三相绕组通过对称三相电流，产生气隙旋转磁场。（二）转子的转动1 .转子转动的原理转子则切割磁力线而产生电流（右手定电流I方向） 电流在磁场中切割磁力线而产生力及力矩（左手定方向） 它与n0方向相同，使转子转动起来 在转子转动中，n比n0小2 .转子的转速 n、转差率sc ni -n Sni三、三相异步电动机的铭牌及主要系列。1 .型号2 .额定值额定功率Pn：电动机在额定情况下运行，由轴端输出的机械功率，单位为 W kW额定电压LN:电动机在额定情况下运行，施加在定子绕

35、组上的线电压，单位为V。额定频率fN： 50Hz。额定电流In：电动机在额定电压、额定频率下轴端输出额定功率时，定子绕组的线电流，单位为A。额定转速nN：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定功率时，转子的转速，单位为r/min。对于三相异步电动机，额定功率：Pn = J3L N In n cos : n三相异步电动机的运行教学目的和要求：三相异步电动机负载与空载运行时相比较，掌握三相异步电动机负载运行时的各物理量变化。重点与难点：重点是空载与负载运行时的磁通势平衡方程式和电动势平衡方程式，。难点是运行时的基本方程式，负载运行时转子各物理量与转差率的关系。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分

36、析。预复习任务：复习变压器空载与负载运行时的特性，预习本节内容，作比较分析。一、三相异步电动机的空载运行电动机空载运行是指电动机轴上没有带任何负载，故电动机的转速n非常接近旋转磁场的同步转速n1 , n=n1,即转子与旋转磁场相对转速接近于零，因此可认为E2= 0,则12=0,空载运行时，电动机定子空载电流I0近似等于励磁电流。其主要作用是产生三相旋转磁通势，同时也提供空载损耗，即定子绕组铜损、铁心损耗和转 子的机械摩擦损耗等。旋转磁场产生的电动机每极磁通m在定子绕组中产生白感应电动势：E产-j4.44f 1NK1m异步电动机定子电流产生的磁通中除主磁通m与定子绕组、转子绕组交链外，还有部分磁

37、通仅与定子绕组交链而不进入转子磁路，这部分磁通称为定子漏磁通 1,它将在定子绕组中产生漏感电动势E -用漏感抗压降表不为:巳 1 = -jI oX/因为 IoX, 1<<E1,可忽略不计，则： U1=-E1, U1 =E1=4.44f 1NK m由上式可知，当电源频率一定时，电动机的每极磁通 m仅与外加电压 U1成正比。一般情况，电源电压为额 定值，所以每极磁通 m基本是一恒定值，负载变化时，m也基本不变。三相异步电动机空载运行时的电磁现象，电压平衡方程式与变压器基本相似，但变压器是静止的不存在机械 摩擦损耗，也基本上不存在气隙。所以三相异步电动机的空载电流比变压器的空载电流大的多

38、。在大、中型容量 的异步电动机中，I0占额定电流的10%L35%在小容量的电动机中，则占35%l50%甚至60%因此空载时，异步电动机的漏抗压降占额定电压的2%- 5%而变压器的漏抗压降不超过 0.5%。、三相异步电动机的负载运行三相异步电动机的负载运行时，由于负载转距的影响，实际转速低于理想同步转速，若负载转距不变，电机 稳定运行时个物理量的关系如下：（一）、转子绕组的各电磁量1 .转子电动势的频率： f2 =sf1 ；正常运行时，f2 =0.53Hz；2 .转子绕组的感应电动势：E2s =4.44f2N2kw2G = sE2 ;3 .转子绕组的电阻和漏抗：忽略集肤效应，认为不变r2不变；U

39、2=0,- E2ssE2I 2 =2jX2 s2jSX2x2s = 2行2 L2 = 2nsf1 L2 = s” ；4 .转子绕组的电流：正常运行时，转子端电压有效值：I2 = , sE2-；,片（SX2）2结论：转子电流I2随S的增加而增加。5.转子绕组的功率因数:cos1- 2222 (SX2)2结论：转子功率因数随S的增加而减小。296.转子磁动势的转速:60 f260 sfiF2相对转子速度：1 =sniP PF2相对定子速度：E + n = sr + n = ni结论：F1与F2相对静止。（二）、磁动势平衡方程1 .磁动势形式：F1+F2=F02 .电流形式：I 1 = I 0+I

40、1L*定性分析方程的物理意义：（三）、电动势平衡方程1 .方程：U 1 = E1 + I 1（r1 + jX1）0 =E2S - I 2（2 jX2s）E1 = f0（m jXm）=T0Zm2 . Zm的物理意义与变压器的相同，但由于气隙的存在，比变压器的小。三相异步电动机的工作特性与电磁转矩特性教学目的和要求：了解三相异步电动机的工作特性，掌握三相异步电动机工作特性中的功率因数特性、效率特性与电磁转矩的 表达式。重点与难点：重点与难点是定性分析工作特性中的功率因数特性、效率特性与电磁转矩表达式。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析。预复习任务：电动机效率的计算与电磁转矩的计算。一、三相异步

41、电动机的工作特性工作特性指：额定电压和额定频率下，n,Qcos叼,T2J1 = f (P2)的关系。它可以由电机参数计算出来也可以试验测试出来。1,转差率特性 s=f(P2)s=-pcu2Pem空载时，P2=0, I 2=0, Peg=。,Pcu2=SPem，S =。，n =m2 '负载时，负载电流增加，I2 = pcu2=miI2比 所以p2ns=Pem =m)E2 12 cos ：2一般 s(0.01 0.05) n=(1-s)ni=(0.99 0.95 ) n i, n=f(p 2)是一条下降曲线。k2.效率特性= f(P2)。=旦=1二上P1P空载时，P2=0,=0负载时，负载

42、小损耗增加缓慢，效率快速上升，直到不变损耗=可变损耗，效率达到最大。p P=(Pcu1邓cu2 +pad)或PFe +pmec ),负载继续增加，两个铜耗增加很快，使效率下降。异步电动机效率 >70%效率通常在(1/43,功率因数特性cos%=f(p2)3/4) Pn时达到最大。空载时，定子电流基本上是励磁电流，它是无功电流，所以空载功率因数非常低，小于0.2 。负载时，随着输出功率增加，定子电流有功分量加大，在额定负载左右达到最大值。sX .超过额7E负载后，转差变大，F2 = s =52 = arctan® ncos/cosR J4转矩特性T2 fp2) T2=460P2

43、nT2 因为转速变化很小。5.定子电流特性 Ii=f（P2）Io=li+l2空载时，P2=0, I 2=0, I1 =I0负载时，负载电流增力口,Il =1。（2）异步电动机工作特性图定子电流增加。二、三相异步电动机的电磁转距特性（一）、物理表达式物理表达式描述了电磁转矩与磁通、转子有功电流的关系，即Tem = CM '''m1 2 cos ' 2TemPammiE2 12 cos ：2 mi 2二fl NikNI m 12 cos ：221n160pmiNikNiml 2 cos 2 uCm"：'mI 2 cos ：2式中，CmpmiNikN

44、i 1pm)2N2kN22kiI2 = ki I2 称为异步电动机转矩常数（二）、参数表达式参数表达式描述了电磁转矩与参数的的关系，即mipUi2R2 s2 二f17RiR2,2 R2s因为:Pem m11 2所以Tem=£m得上式1讨论Tem =f曲线,即转矩特性：其他参数一定，Tem = f（S）分析：异步电动机转差率 S在。1之间，但实际上S在。Sm （临界转差率）时，dTem:0稳定；S在1Smds之间，dTmt。不稳定；更”=0 , s=sm,处于临界状态。 dsds转矩特性三个特征转矩额定转矩Tn：额定负载时 Tn = PN -9.55 PN 103(N m) 1 NnN

45、*注：Pn的单位为kWZ最大电磁转矩Tmax22mi pUimiPUiT max 一4-：f1r1. r12 (x1 x2 )24二fi(xi x2 )22Sm :二 .12 (XiX2 )2x1 x22. _ 2将点：Tmax与U.成正比；而争与U1无关；Tmax与转子电阻无关；而，与转子电阻有关；Ffl 一定时，X1 + X2越大，T max越小。过载能力(或最大转矩倍数)kM =TmaX一般为1.62.5 ,越大，过载能力越强。Tn起动转矩Tstn=0, S=1 ,得 TsmiPUil2 二fi(i2 )2 (Xi X2 )2当转子回路电阻为：r2' +rs= X1 +x2

46、9;时，起动转矩达到最大电磁转矩。Tst起动转矩倍数：kst = 上，kst T , Tst T ,起动能力强。TnJO 2： 1.0 1.8; Y: 1.4 2.2 ;特殊电机：4.0 以上。(1)电源电压、频率一定时，认为参数不变，电磁转矩只与转差率有关，曲线如右图示。(5.26Fig )(2) s=1起动时，电抗起主要作用， R/s相对较小。(3) s接近零时，R2/s相对较大起主要作用.(4) s等于零时，到同步速 n=ni时,Tem=01 .最大电磁转矩令 dTem=0 得：JYR-Xg+X2/dsT 上 PUi2I max j-4-fi !-R| ；Ri2 - Xi二 X2：I正号

47、为电动机，负号为发电机通常，电阻值远远小于电抗值，上式简化为:sm =R2'Xi；_- , X2;_-Tmax二2m1 pU 14 二fi(Xi 二 X2二)讨论：(1)频率一定时，最大转矩与电源电压平方成正比。(2)最大转矩与转子电阻无关，但出现最大电磁转矩时得转差率s与R2成比例。利用这个特点，可以在转子绕组（绕线式）中串电阻改变转差率（速度）（3）频率一定，最大转矩与漏抗成反比。（4）电机过载能力kM =Tmax kM=1.62.5范围，它是电机的重要性能指标之一。Tn2.起动转矩令s=1得Tst，2 ' m1 pU 1 R2忡+R2 2 +仅1仃+*2仃2对于绕线式电机

48、，转子回路可以串电阻，使电机起动时获得最大转矩,Sm =1R+RuXh+X20r起动转矩倍数kst =区 （1.02.0 ）Tn3.异步电动机性能指标包括：经济指标：效率、功率因数技术指标：最大转矩倍数（1.62.5）、起动转矩倍数（1.02.0）、起动电流倍数（47）3137三相异步电动机的机械特性教学目的和要求：三相异步电动机的机械特性的含义，掌握三相异步电动机固有机械特性和人为机械特性曲线的特点。重点与难点：重点是分析两种人为机械特性曲线上的转速与转矩的关系。难点是理解机械特性方程的参数变化。教学方法：绘图说明，简单推正，结论分析。预复习任务：课后归纳固有机械特性中的四个关键点、人为机械

49、特性的特点。、固有机械特性在额定条件下（电压、频率、接线方式）电机的固有T n特性曲线对于曲线如下页图，它由四个特殊点决定:1、T=0, n=n0（S=0）,电动机处于理想空载点，电动机转速为理想空载转速n0.2、T=TN,n=n n（S=Sn）,为电动机额定工作点。这时：Sn=（ n 0- n n）/ n 0 , Tn =9.55P N/n nPn为电机额定功率（W1 , n n电机额定转速（r/min ） , S n额定转差率 S=0.060.0153、T=Tst n =0 （S= 1）起动工作点：对于起动转矩Tst受如下条件的影响:(1)电源电压，U影响较大，U波动，T平方关系变化(2)

50、转子电阻R2合适Tst有较大值(3)电感X20大,Tst下降一般用起动能力系数入st来表示电动机起动能力的好坏。入 st=Tst/TN (一般 X st > 1 )异步电机工作的条件是起动Tst >负载TL4、当 T= Tmax S = Sm n=nm,在临界工作点，这时 Tmax= KU2/2 X20, Sm= R2/ X 20由于T, Tmax8U2 ，所以电源波动对扭矩最大值影响很大。在电机工作过程中：负载变化(冲击)不能Tmax以过载能力系数入m来表示：入m=Tm/TN一般，鼠笼式为：1m =1.82.2线绕式为：1m =2.52.2、人为机械特性:P、定子回路电阻或电抗、

51、转子回路电阻或电人为地改变异步电动机定子电压U1、电源频率f1、定子极对数抗中的一个或多个参数，所获得的机械特性，称为人为机械特性。关于人为机械特性的分析，主要是分析四个公式:同步转速公式60 fi临界转差率公式smWX2最大转矩公式CUP起动转矩公式CUP SRflfl 2X-1、降低定子端电压的人为机械特性根据公式，U1下降，n1、Sm不变，Tm Tst与U12成正比例降低。2.转子回路串对称三相电阻的人为机械特性根据上述四个公式：n1,Tm不变，Sm随Rp的增大面增大（NmF降），Tst开始随Rp的增大而增大；当Rp增大到 Rp2时Tst2 = Tm, Rp 继续增大，Tst开始减小，如

52、图中的 Rp3时Tst3减小到Tst1与Tst2之间, Sm大于1。可见，电阻Rp越大，线性段特性越软。第21、22课时三相异步电动机起动教学目的和要求：掌握笼型与绕线式异步电动机的起动方式与特点，学会根据负载的工作情况选择起动方式。重点与难点：重点与难点是区分笼型与绕线式异步电动机的起动方法。教学方法：以对起动的要求为切入点，提出问题的解决办法，以多媒体课件为依托，绘图说明，简单推正，结论分析， 应用介绍。预复习任务：课后归纳异步电动机的起动方法及其特点。起动：转子从静止状态到稳定运行的过程。起动要求：1、足够大的起动转矩2 、尽可能小的起动电流3 、转速平滑上升4 、起动设备简便经济5 、起动过程的功率损耗尽可能小一、直接起动（全压起动）就是起动时，电动机直接加电网电压，这时起动电流比较大所以不是所有的电机都可能这样使用。一般的， 当有独立的变压器供动力电时且电机功率<30峨压器功率时（频繁）、电机功率<20蹴压器功率时（不频繁）可以直接起动。起动电流大：（1）使电网电压降低，前端供电变压器的输出电压下降很大，可能超过额定允许值，一方面由于 Tst与电压的平方成正比，Tst下降更多，负载重时可能不能起动，另一方面影响同一供电变压器的其它负载，电灯变暗，重载的电动机可能停转；（2）绕组