第五章 磁路.

1、5.2 5.2 变压器变压器5.3 电动机返回第五章第五章 磁路及其基本应用磁路及其基本应用5.1 5.1 磁路的基本概念磁路的基本概念5.4 5.4 继电接触控制系统继电接触控制系统 常用的电气设备如变压器、电机、电器和电工仪表等在工作时都有磁场参与作用，因此必须必须把磁场聚集在一定的空间范围内加以利用，为此，在电工设备中常用高导磁率的铁磁材料做成一定形状的铁芯，使之形成一个磁通的路径，使使磁磁通的绝大部分通过这一路径而闭合，这种磁通的通的绝大部分通过这一路径而闭合，这种磁通的路径称为磁路。路径称为磁路。5.1 磁路的基本概念磁路的基本概念1.1.磁感应强度磁感应强度 B：表示磁场内某：表示

2、磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，点的磁场强弱和方向的物理量，是矢量。是矢量。 = =s sB dSdS方向：沿磁力线切线的方向方向：沿磁力线切线的方向大小：大小：B=B= l IF均匀磁场：均匀磁场：B = B = 或或 = = BS BS S S返回5.1.1 5.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量i2. 磁通磁通磁感应强度磁感应强度B（如果不是均匀磁场，则取（如果不是均匀磁场，则取B的平均值）与的平均值）与垂直于磁场方向的面积垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁的乘积，称为通过该面积的磁通通，即，即 =BS,或或B= /S.真空的导磁率真空的导磁率0 = 4= 410

3、10- - 7（H/m）相对导磁率相对导磁率 r r = = 00 0 , ,r 10 0 B = H3. 3. 磁导率磁导率 BH返回非导磁材料非导磁材料：导磁材料：导磁材料：r 1 2. 磁场强度磁场强度 H 方向：同方向：同 B大小：大小：H = ， 磁导率磁导率B 磁化曲线磁化曲线B = B = f（H H ） 由上可知：由上可知：（1）磁性材料的磁性材料的 B H 呈非线性关系，呈非线性关系，常数常数acBB()BrHcH（I）H（I）B()返回5.1.2 铁磁材料的磁性能H（I）H（I）B()B()BBrHc（2 2） 铁磁物质的磁性能铁磁物质的磁性能* 高导磁性高导磁性 * 磁饱

4、性磁饱性 * 磁滞性磁滞性返回磁性物质磁性物质涡流损耗涡流损耗涡流涡流磁滞损耗磁滞损耗铁铁损损耗耗返回5.1.3 磁路基本定律磁路基本定律1. 1. 磁路磁路 磁通集中通过的路径磁通集中通过的路径 （a） 变压器的磁路变压器的磁路i ( c)直流电机的磁路直流电机的磁路 （b b）交流接触器的磁路交流接触器的磁路+_INSSN返回2. 2. 基本定律基本定律 安培环路定律安培环路定律：在磁场中，磁场强度：在磁场中，磁场强度 H 沿任一沿任一 闭合路径闭合路径 l 的线积分，等于穿过该闭合路径所围面的线积分，等于穿过该闭合路径所围面积的电流积的电流 I I 的代数和。的代数和。H d l = I

5、 电流的方向与积分的循行方向符合右螺旋定则电流的方向与积分的循行方向符合右螺旋定则的电流为正，反之为负。的电流为正，反之为负。返回H d l =Hd l = Hl Hl = NIN I = Hl = l = lB sxsiHx环形线圈的磁路环形线圈的磁路 例例: : 安培环路定律：安培环路定律： H d l= NI ， Hl= NINI ls =返回NI ls =F = NI 磁动势，磁动势， lsRm = 磁阻磁阻 (1）公式的意义：公式的意义： 磁阻磁阻 Rm = = 表示磁路对磁通有阻碍作用表示磁路对磁通有阻碍作用sl 磁动势磁动势 F = NI 主要用来产生磁通主要用来产生磁通 ，单位

6、为安培。NI lsRmF 磁路欧姆定律磁路欧姆定律: : 返回说说明明：磁阻与材料关系密切，导磁材料的磁阻小（磁阻与材料关系密切，导磁材料的磁阻小（大）。大）。仿电路的欧姆定律，磁通仿电路的欧姆定律，磁通 可称为磁流。可称为磁流。 若磁通一定，则磁阻若磁通一定，则磁阻 Rm 愈大，所需的励磁电流愈大，所需的励磁电流 I 愈愈大。大。 若磁动势一定，则磁通的大小取决于磁阻若磁动势一定，则磁通的大小取决于磁阻 Rm ；2 2）电路中的电阻是耗能的，而磁阻不耗能。）电路中的电阻是耗能的，而磁阻不耗能。3 3）由于铁磁材料的磁导率）由于铁磁材料的磁导率不等于常数，所以磁阻不等于常数，所以磁阻R Rm

7、m也也不是一个常数。因此不能用磁路欧姆定律进行定量计算，不是一个常数。因此不能用磁路欧姆定律进行定量计算，但应用该定律对磁路作定性分析是很重要的但应用该定律对磁路作定性分析是很重要的。INRmF = = ls返回 思考题思考题 一一： 如图所示磁路，有一段气隙如图所示磁路，有一段气隙 0 ，与同一磁路无气隙时比较所与同一磁路无气隙时比较所需电流的大小（设磁通需电流的大小（设磁通 不变）不变） 说明分析依据，分析步骤和分析结论说明分析依据，分析步骤和分析结论i2i10返回有气隙时有气隙时励磁电流励磁电流增大增大思考题二思考题二：如图为一气隙变化的磁路（电磁铁磁路）如图为一气隙变化的磁路（电磁铁磁

8、路）试分析在气隙变化（衔铁吸合前后）过程中磁阻及励试分析在气隙变化（衔铁吸合前后）过程中磁阻及励磁电磁电 流的变化情况（设流的变化情况（设 不变）。不变）。 未吸合时：有气隙，未吸合时：有气隙，磁阻大，依磁路欧姆定律磁阻大，依磁路欧姆定律（ = ），电流），电流 i 增大增大NIRm 吸合时：气隙减小，吸合时：气隙减小，磁阻减小磁阻减小 , ,（ = ），电流），电流 i 减小减小NIRm返回分析分析：3. 3. 直流磁路直流磁路 在励磁线圈中通入直流电流，磁路中会产生一个恒定磁通，这种具有恒定磁通的磁路称为直流磁路。返回IN N 匝匝5.1.4. 5.1.4. 交流磁路交流磁路 电磁关系电磁

9、关系u e = - - N d td e= - - N d d tL = = 常数常数Ni与与 i 之间呈线性关系：之间呈线性关系：iiN返回E = - - j x I.d i d t故故： e = - - N = - - L d d t 主磁通主磁通漏磁通漏磁通漏磁通u+ + e若若i为正弦电流为正弦电流主磁通感应电动势主磁通感应电动势 e 与磁通与磁通 的关系：的关系：由上式可知：由上式可知：2. Em = 2f N m E = = = 4.44 f N mEm22f N m2设设 = m sin t返回d 则：则：e = - N = N m cos t =N msin（t +/2)d t

10、= 2f N msin（t /2)= Em sin（t/2 ） 1. 主磁通感应电动势主磁通感应电动势 e 在相位上滞后于主磁通在相位上滞后于主磁通2主磁通主磁通 与电压与电压 u 和电流和电流 i 的关系的关系 依基尔霍夫电压定律得出：依基尔霍夫电压定律得出：U E =4.44f N m U = 4.44 f N mu = iR +（e）+（e）U = IR + （E）+（E）= IR +（E）+ I jx= I （ R+jx ）+（ E）则：则：U E ，返回常用的基本公式常用的基本公式（简称简称4.44公式公式） 主磁通漏磁通漏磁通u+ + e当交流磁路中的空气隙大小发生变化时，只要当交

11、流磁路中的空气隙大小发生变化时，只要U、f不变，不变， m仍基本恒定。这是交流磁路的一个重要特点，上式称为恒磁通公式。5. 5. 交、直流磁路综合分析和比较交、直流磁路综合分析和比较铁心被磁化，具有高导磁铁心被磁化，具有高导磁性、磁饱和性。性、磁饱和性。直流励磁直流励磁：IN、 、B、H 均是恒定的均是恒定的交流励磁交流励磁：IN、 、B、H 均是交变的均是交变的不同点：不同点：1. 磁场物理量磁场物理量：相同点：相同点：返回+ UI+ ui磁通磁通 由线圈两端电压确定，与磁路性质、由线圈两端电压确定，与磁路性质、结构（即不论气隙，材料，磁路长度结构（即不论气隙，材料，磁路长度 l 如何如何变

12、化）无关。变化）无关。交流磁路交流磁路：直流磁路直流磁路：当电压一定时，：当电压一定时，I I 一定，磁通一定，磁通 与磁路性质有关。（依据与磁路性质有关。（依据 ） = NIRm返回 U = 4.44 f N m依公式依公式2.2.磁通磁通 3 3. .励磁电流的大小励磁电流的大小 直流励磁：直流励磁： I = , 与磁路性质及结构无关与磁路性质及结构无关UR交流励磁：交流励磁： i 与磁路性质及结构有关与磁路性质及结构有关（U= 4.44 f N m，电压一定，电压一定， 一定，一定，返回4 4. .功率功率交流磁路：交流磁路： P = PFe + PCu （ 变化）变化）直流磁路：直流磁

13、路： P = PCu （ 恒定）恒定） I 与磁阻有关）与磁阻有关） Rm NI = ,又依又依返回5.2 5.2 变变 压压 器器5.2.1 变压器的用途和基本结构5.2.2 变压器的工作原理5.2.3 变压器的特性和额定值*5.2.4 自耦变压器及仪用互感器5.2.1 变压器的用途和基本结构返回各式各样的变压器返回 变压器空载运行变压器空载运行 i2 2 = 0= 0 i0 很小，很小，I0 I1 （ 3% 8%） e = L1 d i0d tu2 = u20 i1 1 = = i0 0i0 N1d te1 = N1 de2 = N2 dd t5.2.2 变压器的工作原理1.1.变压器的电

14、压变换作用变压器的电压变换作用（1 1）电磁关系）电磁关系返回 + + +u2u1e1e2i2ZL+ u20i1=0N1N2i0 0 （2 2）电压平衡方程式）电压平衡方程式U20 = E2 ， U20 = 4.44 f2 N2m. 电压变换特性电压变换特性电压变换特性电压变换特性电压变换特性电压变换特性 （ f 1 = f 2 ）U1U204.44f1 N1 m4.44f2 N2m= U1U20=N1N2=K返回u20e2+ + +e1. U1 = I0 （ R1 + jX ）+（E1）.一次侧：一次侧：U1E1 ， U1 = 4.44 f1 N1 m.二二 次侧：次侧：电磁关系：电磁关系：

15、（忽略漏磁通）（忽略漏磁通） 变压器负载运行变压器负载运行由由 i0增大到增大到 i1 1i2 0u1i1i1N1e1 = N1 dd ti2N2i2e2 = N2 dd t2. 变压器的电流变换作用变压器的电流变换作用返回 i1+ + +u2u1e1e2i2ZLN1N2.空载时合成磁动势：空载时合成磁动势：N1I0负载时合成磁动势：负载时合成磁动势：N1I1 + N2 I2. N1I0 N1 I1 + N2 I2. 磁势平衡方程式磁势平衡方程式由电磁关系可知：主磁通由电磁关系可知：主磁通 是由是由 i1 1N1 1 ，i2 2N2 2共同共同作用的结果作用的结果返回 i1+ + +u2u1e

16、1e2i2ZLN1N2且且U1不变不变，m不变不变 N1 I1 N2 I2 （ I0 很小，忽略）很小，忽略）.I1 = I1 + I1= I0 + （ ）I2.N1N2 由由 N1 I1 N2 I2 得原副边电流大小之比：得原副边电流大小之比：I0 励磁分量；励磁分量； 负载分量负载分量. I2 .N1N2 = = 电流变换特性电流变换特性I1N2I2N1K1返回 i1+ + +u2u1e1e2i2ZLN1N2 N1I0 N1 I1 + N2 I2.3.3. 变压器的阻抗变换作用变压器的阻抗变换作用 负载获得最大输出功率的负载获得最大输出功率的 条件条件阻抗变换特性阻抗变换特性 ZL = =

17、 ZLK 2= ZL 返回.+ U1.I1ZLU1I1K U2(1/K)I2K2= ZL N1I1ZL+ U1U2I2.N2. 1. 变压器的外特性：变压器的外特性： U2 = f（ I2 ）U2 = E2 = U205.2.3 变压器的特性和额定值U2U20cos2 =1cos2 1(感性负载感性负载)返回 理想情况理想情况. i1+ + +u2u1e1e2i2ZLN1N2 实际运行实际运行U2 = E2 I2 （ R2 + jX2 ） . . . I2 电压调整率电压调整率U20 U2U20U = 100%UR2 E2+ jX+ R2U2+ I2UL2+ ZL2. 变压器的损耗和效率变压器

18、的损耗和效率变压器损耗：变压器损耗： P = Pcu + PFePcu = Pcu1 + Pcu2 = I12 R1 +I22 R2 （可变损耗可变损耗）PFe Bm 2 （不变损耗）（不变损耗）I2变压器的效率：变压器的效率： = = = P1P2P2+ P P2+ Pcu + PFeP2P2返回 i1+ + +u2u1e1e2i2ZLN1N2返回3. 变压器的额定值变压器的额定值 i1+ + +u2u1e1e2i2ZLN1N2 额定电压额定电压 U1N/U2N 额定电流额定电流 I1N/I2N 额定容量额定容量 SN = U2N I2N返回4. 变压器绕组的极性变压器绕组的极性N1N2N3

19、123456 变压器在使用中有时需要把绕组串联以提高电变压器在使用中有时需要把绕组串联以提高电压、压、 并联以增大电流，这时应首先确定变压器绕组并联以增大电流，这时应首先确定变压器绕组间的相对极性，即所谓间的相对极性，即所谓同名端同名端。 通过同一变化磁通过同一变化磁通时，在各绕组感应通时，在各绕组感应电动势极性相同的端电动势极性相同的端子称为同名端（或称子称为同名端（或称为同极性端）为同极性端）N1N2N3123456（a）N1N2N3123456（b）返回并联 ：同名端相连串联 ：异名端相连作业：作业：5.1.2，5.2.2，5.2.51. 自耦变压器自耦变压器*5.2.4 自耦变压器及仪

20、用互感器返回 将变压器的一次绕组和二次绕组合二将变压器的一次绕组和二次绕组合二为一，使二次绕组成为一次绕组的一部分，为一，使二次绕组成为一次绕组的一部分，这种只有一个绕组的变压器称为这种只有一个绕组的变压器称为自耦变压自耦变压器器。 通过滑动触点来连续改变二次侧绕组的通过滑动触点来连续改变二次侧绕组的匝数，以达到输出电压平滑调节的自耦变压匝数，以达到输出电压平滑调节的自耦变压器，称为器，称为调压器。调压器。 结构特点：一结构特点：一次、二次共用一个次、二次共用一个绕组，改变滑动端绕组，改变滑动端位置可改变位置可改变U2 2 。 工作原理：工作原理：手柄接触臂绕组42135220V110V025

21、0V负载 与普通变压器相比较不同点在于一次、二次与普通变压器相比较不同点在于一次、二次绕组不仅有磁的联系，而且有电的直接联系。所绕组不仅有磁的联系，而且有电的直接联系。所以在使用中要注意安全，操作不当就会造成事故。以在使用中要注意安全，操作不当就会造成事故。 U1U2=N1N2=K = = = = I1I2N2N1K1返回N1I1N2+ I2U2U1+ 各式各样的调压器返回(1) 电压互感器电压互感器N2N1100Vu 高压 使用注意事项：使用注意事项：（1）二次绕组不能短路二次绕组不能短路 （2）保护接地保护接地 结构特点：结构特点： N1N2N2与与 串联，串联，Rv很大，很大， I2I1

22、 相当于变压器相当于变压器空载情况空载情况V U1U2=N1N2=K 原理：原理：U1=KU22. 2. 仪用互感器仪用互感器返回（2 2）电流互感器）电流互感器 结构特点：结构特点：2.2. N1 N23.3.副边与测量电表相连副边与测量电表相连 使用电流互感器时注意：使用电流互感器时注意： 1.1.副边决不允许断开副边决不允许断开 2.2.铁心和副绕组可靠接地铁心和副绕组可靠接地i2i1N2N11.1.原边与负载相串联原边与负载相串联 I1 = IL返回返回电压互感器电压互感器电流互感器电流互感器钳型电流表钳型电流表几种仪用互感器返回5.3 异步电动机异步电动机概述概述5.3.1 三相异步

23、电动机的结构和工作原理5.3.2 三相异步电动机的特性和额定值5.3.3 三相异步电动机的使用5.3.4 单相异步电动机5.3 异步电动机异步电动机概述概述：返回电电 动动 机机 直直 流流 电动机电动机异步交流异步交流 电动机电动机绕绕线线式式鼠鼠笼笼式式并并励励他他励励 交交 流流 电动电动 机机同步交流同步交流电动机电动机串串励励复复励励返回异步交流电动机的分类异步交流电动机的分类返回5.3.1 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理1.1.三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构返回异步电动机异步电动机由定子和转由定子和转子子鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠

24、笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：鼠笼式： 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。绕线式：绕线式： 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。2. 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机接上电源，就会转动。这是什么道理呢？为了说明这个转动原理，我们先来做个演示。返回电动机转动原理演示电动机转动原理演示返回返回电动机转动原理演示电动机转动原理演示旋转磁场产生的原理旋转磁场产生的

25、原理 在实际的异步电动机中，转子之所以会转动也是由于旋转磁场的作用。但在异步电动机中，并没有旋转的永久磁铁，那么旋转磁场是如何产生的呢？返回返回返回返回1. 电动机的定子绕组接入三相电源后，对称三相电流产电动机的定子绕组接入三相电源后，对称三相电流产生的合成磁场是旋转磁场。生的合成磁场是旋转磁场。2. 旋转磁场的旋转方向与通入定子绕组三相电流的相序旋转磁场的旋转方向与通入定子绕组三相电流的相序一致。一致。 对换定子绕组中任意两相接线，即可改变电动机转向。tiAiBiC0n0n0 转子转动的方向和磁场旋转的方向相同。小结iAiBiCt0返回3 3、旋转磁场的转速、旋转磁场的转速 同步转速同步转速

26、 n0 旋转磁场有两个磁极（旋转磁场有两个磁极（N N、S S），称），称为一对磁极电机，极对数为一对磁极电机，极对数 p p =1=1 。 当当 p =1 时，通入定子绕组时，通入定子绕组的电流变化一周，旋转磁场恰好的电流变化一周，旋转磁场恰好转过一圈。转过一圈。 当定子绕组在定子槽内放置的空间位置改变时， p = 1 ？W1U1V1n0 t = 0U1U2W1W2V1V2返回n0= 60 f1NS 若将定子线圈分为两段，绕组间的空若将定子线圈分为两段，绕组间的空间位置相差间位置相差60600 0, ,则：则： 极对数极对数 p = 2 。W1U2V2W2U1U2V1V2W1W2U1V1 t

27、 = 0n0U1U2U1U2W1W1W2W2 V1V1V2V2NSSN返回U2n0 t = 0U1U1U2NSSNW1W1W2W2V1V1V2V2n0 t = 60U1U1U2U2W1W1W2W2V1V1V2V2NSSN返回n0= r/min 60 f pW1U2V2W2U1U2V1V2W1W2U1V1iAiBiC0iAiBiC6000t30同步转速同步转速 n0同步转速同步转速n0极对数极对数 p2341300030001500150010001000750750(r/min)返回n0= r/min 60 f p 4、 转子转速转子转速 n 转子转速转子转速 n 与同步转速与同步转速 n0

28、之差是保证电动机之差是保证电动机工作的必要条件，故称为工作的必要条件，故称为异步电动机。异步电动机。n0 同步转速n 转子转速 起动瞬间： n = 0 ，s = 1理想情况： n = n0 ，s = 0一般情况： s =（19%）转差率公式：转差率公式：s = n0 nn0 记住记住 s s 是是很重要的公式很重要的公式返回变压器：变压器： 变化变化 eU1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2 11 444Nf.U i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2异步电动机：异步电动机：旋转磁场切割导体旋转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1 每极磁通每极磁通1

29、11444Nf.U 1U 旋转磁场与定子导体间的相对速度为旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以，所以1601pn0f 感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f 1= 电源频率电源频率 f定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化变化 定子感应电势频率定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 2 126060fspn0n0nn0pnn0f= = = = = =旋转磁场切割定子导体和转子导

30、体的速度不同旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同 E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LfsLfX = = =X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 222222XREI = =2202220)(sXRsE = =)(0002nnIs= = = =2202220max21XREIs = = =220222222222)( cossXRRXRR = = = = 202SXRs 很很小小时时1cos2 202XRss 较较大大时时s1cos2 2202220222222)( XREXREIss = = = =2202222)(cosXRRs = = 变化

31、曲线变化曲线随随、SI cos22 )(2 Isn)cos(2 sn 结论：结论：转子转动时，转转子转动时，转 子电路中的各量均与转子电路中的各量均与转 差率差率 s有关，即与转速有关，即与转速 n有关。有关。I2cos 2s1I2,2cos O作业作业5.3.2111444Nf.U 222222XREI = =2202220)(sXRsE = =220222222222)( cossXRRXRR = = = = E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 电机电路分析电机电路分析5.3.2 三相异步电动机的特性和额定值三相异步电动机的特

32、性和额定值 1. 1.异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩电磁转矩电磁转矩 ：T=G mI2cos 2T=Gs R2U12R22+(sX20)2定子通入三定子通入三相电流产生相电流产生旋转磁场旋转磁场转子绕组切转子绕组切割磁力线，割磁力线，产生感应电产生感应电动势动势E闭合导线闭合导线产生电流产生电流 i2载流导体载流导体在磁场中在磁场中受力受力 fU1 定子绕组相电压定子绕组相电压X20 转子静止时的感抗转子静止时的感抗 s 转差率转差率R2 转子绕组电阻转子绕组电阻cos 2转子电路功率因数转子电路功率因数I2转子电流转子电流 m磁场磁通磁场磁通2. 2. 异步电动机的机械特性异步电动

33、机的机械特性T=Gs R2U12R22+(sX20)2TmaxTst（s=1)0TnnNTNn0(s=0)0sTTmaxTNSNSm1额定转矩额定转矩 TN NTN = T2 + T0TN T2P2 = T2P2T2 =P22n/60P2n= 9550TN = 9550P2NnN0sTTmaxTNSNSmTmaxTst0TnnNTNn0P2 : kwnN : r/minT : Nm 最大转矩最大转矩TmaxSm=R2X20 Tmax = GU22X20TmaxTst0TnnNTNn0smS=0S=1T=Gs R2U12R22+(sX20)20TnSmTmaxUUUU U USmTmaxR2R2

34、R2 R2 R2 510.2 N. m mN2510mN 4478551902st = = = =.T (2) Ist =7IN=7 84.2=589.4 AA519645983131st stY.II= = = = = 在在U = 0.9UN 时时132329183%8042909183%80NstY = = = = .TT121459183%5042909183%50NstY = = = = .TT起动起动(3)mN918385513131ststY = = = = =.TT 对上对上例中的电动机采用自耦变压器降压起例中的电动机采用自耦变压器降压起动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压的

35、动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压的64%，求这时的线路起动电流，求这时的线路起动电流Ist和电动机的起和电动机的起动转矩动转矩Tst 。设电动机的起动电压为设电动机的起动电压为U，电动机的起动，电动机的起动电流为电流为Ist stNst640640I.ZU.ZUI= = = = = 依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，可求得线路起动电流可求得线路起动电流Ist。64. 0Nstst= = = = UUIIA424145890.64 6406406406402st2ststst.I.I.I.I= = = = = = = = = 2 UT 又又22N

36、stst640 .UUTT= = = = mN 226 8551640640 2st2st = = = = = .T.T 采用自耦降压法起动时，若采用自耦降压法起动时，若加到电动机上的加到电动机上的 电压与额定电压之比为电压与额定电压之比为 x ，则线路，则线路 起动电流起动电流Ist 为为st2stIxI= = 电动机的起动转距电动机的起动转距Tst 为为st2stTxT = = 结论：结论：2.2.异步电动机的调速异步电动机的调速三相异步电动机的转速公式：三相异步电动机的转速公式：三相异步电动机的调速方法：三相异步电动机的调速方法：n = (1 s) n0= (1 s)p60 f1 改变极

37、对数改变极对数 p 改变电流频率改变电流频率 f1 改变转差率改变转差率 sU1U2V2V1U1U2V1V2U1U1U2U2V1V1V2V2播放中完毕开始开始播放中 完毕 改变极对数改变极对数 变频调速变频调速f1 = 50 Hz整流器逆变器M3 +f 可变可变转子滑环Rst定子变转差率调速变转差率调速电刷线绕型电动机5.3.4 单相异步电动机单相异步电动机 单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪声小的优点。由于只需要单相电源供电，因而使用方便，被广泛应用于家用电器、电动工具以及自动化仪表等设备中。其功率一般在 1KW 以下。返回各式各样的单相电动机与电动工具返回定子为单相绕组，定子为单相绕

38、组， 转子为鼠笼式。转子为鼠笼式。返回 单相异步电动机的结构特点单相异步电动机的结构特点U1U2U1U2返回脉动磁场的产生脉动磁场的产生U1U2 单相正弦电流在单相绕组中产生的磁场是在单相正弦电流在单相绕组中产生的磁场是在空间固定方位、随时间作正弦变化的脉动磁场。空间固定方位、随时间作正弦变化的脉动磁场。返回设：B=Bm sin t 可以分解为两个幅值相等，旋转角速度相可以分解为两个幅值相等，旋转角速度相同，但旋转方向相反的两个磁场同，但旋转方向相反的两个磁场 B1 和和 B2 。B = B1 + B2 脉动磁场分析脉动磁场分析 转矩特性曲线转矩特性曲线 脉动磁场可以分脉动磁场可以分解为两个相

39、反方向旋解为两个相反方向旋转的磁场。转的磁场。 当转子静止，即当转子静止，即T =T , T=0TTTTss100122S = S = 1 时，时，单相异步电动机起动转矩为零，不能自行起动旋转。单相异步电动机起动转矩为零，不能自行起动旋转。单相异步电动机关键要解决产生起动转矩的问题。单相异步电动机关键要解决产生起动转矩的问题。i1SCWS+uW ： 工作绕组 S：起动绕组返回起动措施起动措施1.1.电容分相法电容分相法 i2t= 0。W1W2S1S2t= 45。W1W2S1S2t= 90。S1S2W1W2两相两相 电流电流和旋和旋转的转的磁场磁场0ti45。2i1i90。 ，同，同时在空间上也

40、相差时在空间上也相差一个角度，两者合一个角度，两者合成以后也会产生一成以后也会产生一个旋转磁场。个旋转磁场。1 1滞后于滞后于2 22.2.罩极电动机罩极电动机短路铜环短路铜环定子绕组定子绕组 当定子绕组通入当定子绕组通入交流电流而产生脉动交流电流而产生脉动磁场时，由于短路环磁场时，由于短路环中感生电流的作用，中感生电流的作用，使通过磁极的磁通分使通过磁极的磁通分成成1 1和和2 2两部分。两部分。1 12 2凸极磁极凸极磁极笼型笼型转子转子作业作业:5.3.3 5.3.5 5.3.6 5.45.4继电接触控制系统继电接触控制系统5.4.1 5.4.1 基本控制器件基本控制器件5.4.25.4

41、.2三相异步鼠笼电动机的三相异步鼠笼电动机的基本控制基本控制电路电路5.4.35.4.3 行程控制行程控制5.4.4 5.4.4 时间控制时间控制5.4.55.4.5 应用举例应用举例学习目标学习目标l掌握常用低压控制电器的结构、功能和用途；掌握常用低压控制电器的结构、功能和用途；l掌握自锁、联锁的作用和方法；掌握自锁、联锁的作用和方法；l掌握过载、短路和失压保护的作用和方法；掌握过载、短路和失压保护的作用和方法；l掌握基本控制线路的组成、作用和工作过程，能读懂简单掌握基本控制线路的组成、作用和工作过程，能读懂简单的控制线路，能设计简单的控制线路。的控制线路，能设计简单的控制线路。低压低压电器

42、电器配电配电电器电器控制控制电器电器开关开关熔断器熔断器接触器接触器继电器继电器起动器起动器时间继电器时间继电器热继电器热继电器5.4.1 5.4.1 常用低压控制电器常用低压控制电器5.1.1 手动电器手动电器电路符号：电路符号：Q1、闸刀开关、闸刀开关作用作用：通常用来接通和断开电源（做电源隔离开关）：通常用来接通和断开电源（做电源隔离开关）分类分类：单极、双极、三极：单极、双极、三极 通常电源的进线要接在静触头，负载接在另一通常电源的进线要接在静触头，负载接在另一侧。这样，当切断电源时，触刀不带电。侧。这样，当切断电源时，触刀不带电。2 2、组合开关、组合开关作用作用：常用作电源引入开关

43、，也可以用来直接启动：常用作电源引入开关，也可以用来直接启动 和停止小容量的电动机。和停止小容量的电动机。 工作过程：工作过程：转动手柄转动手柄 转轴转动（动触电和转轴固定）转轴转动（动触电和转轴固定）转动动触点，静触点不动，顺时针转过转动动触点，静触点不动，顺时针转过90 动静触点接触在一起，接通电源。动静触点接触在一起，接通电源。再顺时针转过再顺时针转过90 ，动静触点分开。，动静触点分开。电路符号：电路符号：Q3.按钮按钮作用作用：用于控制电路的接通或断开。：用于控制电路的接通或断开。结构结构：在常态下：上面的一对触点接通，称为常闭触点。在常态下：上面的一对触点接通，称为常闭触点。 下面

44、的一对触点断开，称为常开触点。下面的一对触点断开，称为常开触点。常开触点常开触点常闭触点常闭触点按下按钮：按下按钮：动作过程动作过程：松开按钮：松开按钮：常闭触点先断开，常开触点后闭合。常闭触点先断开，常开触点后闭合。常开触点先断开，常闭触点后闭合。常开触点先断开，常闭触点后闭合。常开常开(动合动合)按钮按钮电路符号电路符号SB复合按钮复合按钮常开按钮和常开按钮和 常闭按钮做在一起。常闭按钮做在一起。常闭常闭(动断动断)按钮按钮SBSB1.交流接触器交流接触器结构：结构：作用：作用：用于接通和断开电动机或用于接通和断开电动机或其他电气设备的主电路。其他电气设备的主电路。电磁铁电磁铁触点触点铁心

45、铁心吸引线圈吸引线圈静铁心静铁心动铁心动铁心主触点（主触点（3对）常开对）常开辅助触点辅助触点常开常开常闭常闭5.1.2 自动电器自动电器主触点做成桥式：主触点做成桥式： 为了减小每个断为了减小每个断点上的电压。每个点上的电压。每个触点有两个断点，触点有两个断点，主触点是连动的。主触点是连动的。 吸引线圈：吸引线圈：引出两个接线端引出两个接线端子通过按钮接在子通过按钮接在电源上。电源上。主触点能通过比较大的电流，接在电机的主电路中，主触点能通过比较大的电流，接在电机的主电路中，辅助触点通过的电流较小，接在电机的控制电路中。辅助触点通过的电流较小，接在电机的控制电路中。主触点和辅助触点主触点和辅

46、助触点固定在绝缘架上，固定在绝缘架上，与动铁心一起动作。与动铁心一起动作。线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁主触头主触头弹簧弹簧辅助辅助触头触头M3电机电机动作过程动作过程线圈通电线圈通电衔铁被吸合衔铁被吸合触头闭合触头闭合电机接通电机接通电源电源接触器电路符号：接触器电路符号：接触器线圈接触器线圈接触器主触头用于主电路接触器主触头用于主电路 （流过的电流大，（流过的电流大，需加灭弧装置需加灭弧装置）常开常开常闭常闭接触器辅助触头用于控制电路接触器辅助触头用于控制电路 （流过的电流小，无（流过的电流小，无需加灭弧装置需加灭弧装置）接触器控制对象接触器控制对象：电动机及其它电力负载电动机及其它电力负载接触

47、器技术指标接触器技术指标：额定工作电压额定工作电压、电流电流、触点数目触点数目等。等。KMKMKMKM简单的接触器控制简单的接触器控制ABCM3刀闸接入电源刀闸接入电源自锁自锁停止停止按钮按钮起动起动按钮按钮特点特点：小电流控小电流控 制大电流。制大电流。2.中间继电器中间继电器继电器和接触器的主要区别在于，触发器继电器和接触器的主要区别在于，触发器 的主的主触头可以通过大电流，而继电器的触头可以通过大电流，而继电器的 触头只能通触头只能通过小电流。所以，继电器只能用于控制电路中。过小电流。所以，继电器只能用于控制电路中。结构：结构：电磁铁电磁铁铁心铁心静铁心静铁心动铁心动铁心吸引线圈吸引线圈

48、触点触点常开常开常闭常闭若干对若干对工作原理：工作原理：同交流接触器。同交流接触器。作用：作用：符号：符号：线圈线圈常开常开常闭常闭触点触点热元件热元件3.热继电器热继电器结构结构：常闭触头常闭触头双金双金属片属片I扣板扣板I热元件热元件电动机过载时电动机过载时 转速降低转速降低热元件热元件一段电阻不大的电阻丝一段电阻不大的电阻丝 n0-n增大增大 I2增大增大 I1增大增大 电阻丝发热电阻丝发热热元件要串联在主电路中。热元件要串联在主电路中。I双金双金属片属片双金属片双金属片两种具有不同线膨胀系数的金属片。两种具有不同线膨胀系数的金属片。 受热时，双金属片的膨胀程度不同，下层的膨胀受热时，双

49、金属片的膨胀程度不同，下层的膨胀系数大，下层的膨胀程度大于上层，双金属片向上系数大，下层的膨胀程度大于上层，双金属片向上弯曲，使扣板脱扣，触点动作。弯曲，使扣板脱扣，触点动作。常闭触点接在控制电路中。常闭触点接在控制电路中。I工作原理：工作原理：主电路电流超过额定值主电路电流超过额定值 电阻丝发热电阻丝发热 双金属片受热膨胀双金属片受热膨胀 向上弯曲向上弯曲 双金属片与扣板托扣双金属片与扣板托扣 弹簧带动扣板将常闭触点断开弹簧带动扣板将常闭触点断开 断开控制电路断开控制电路 断开主电路断开主电路应用：应用：用于电动机的过载保护。用于电动机的过载保护。 由于热惯性，热继电器不能用作短路保护由于热

50、惯性，热继电器不能用作短路保护（发生短路时，要求电路立即断开，而热继电（发生短路时，要求电路立即断开，而热继电器不能立即动作。）器不能立即动作。）特点：特点： 电动机起动或短时过载时，虽然电路电流电动机起动或短时过载时，虽然电路电流大，但热继电器不会动作，可避免电动机不必大，但热继电器不会动作，可避免电动机不必要的停车。要的停车。热继电器的符号热继电器的符号热元件热元件串联在主电路中串联在主电路中串联在控制电路中串联在控制电路中常闭触头常闭触头KHKH热继电器的技术指标热继电器的技术指标整定电流：热元件中的电流超过此电流整定电流：热元件中的电流超过此电流20%时，热继电器应在时，热继电器应在2

51、0分钟内动作。（整定电分钟内动作。（整定电流与电动机的额定电流基本一致。）流与电动机的额定电流基本一致。）4.熔断器熔断器作用作用：用于短路保护（：用于短路保护（电路中电流过大，熔断电路中电流过大，熔断）。）。常用熔断器常用熔断器(a)管式熔断器管式熔断器(b)插式熔断器插式熔断器(c)螺旋式熔断器螺旋式熔断器电路符号：电路符号：FU熔体额定电流熔体额定电流IF 的选择：的选择：stFII216 .113. 频繁起动频繁起动 的电机的电机stFII315.21异步电机的起动电流异步电机的起动电流 Ist=(57) 额定电流额定电流2. 一般电机一般电机LFII（稍大）（稍大）1. 无冲击电流的

52、场合无冲击电流的场合（如电灯、电炉）（如电灯、电炉）作用作用：可实现短路、过载、失压保护。可实现短路、过载、失压保护。5. 自动空气断路器自动空气断路器结构结构：过流过流脱扣器脱扣器欠压欠压脱扣器脱扣器过流过流脱扣器脱扣器欠压欠压 脱扣器脱扣器短路（过载）保护短路（过载）保护：I 过流脱扣器的线圈产生较强的电磁吸力过流脱扣器的线圈产生较强的电磁吸力 衔铁吸下衔铁吸下 顶开锁钩顶开锁钩 使主触点断开使主触点断开 过流过流脱扣器脱扣器欠压欠压 脱扣器脱扣器欠压保护欠压保护：U严重下降或断电时严重下降或断电时 欠压脱扣器的衔铁被释放欠压脱扣器的衔铁被释放 顶开锁钩顶开锁钩 使主触点断开使主触点断开

53、电动机直接起动、停车控制电动机直接起动、停车控制5.4.2 三相异步鼠笼电动机三相异步鼠笼电动机的基本控制的基本控制 电动机正反转控制电动机正反转控制 电动机既能点动又能连续运行的控制电动机既能点动又能连续运行的控制 电动机异地控制电动机异地控制 电动机顺序控制（联锁控制）电动机顺序控制（联锁控制）2）所有电器均用规定的图形和文字符号表示）所有电器均用规定的图形和文字符号表示, 同一电器的各个组成部分可以分别画在主电同一电器的各个组成部分可以分别画在主电 路和控制电路中，但要使用相同的文字符号。路和控制电路中，但要使用相同的文字符号。1）主电路和控制电路可以分开画。）主电路和控制电路可以分开画

54、。4）与电路无关的部件与电路无关的部件( (如铁芯、支架、弹簧等如铁芯、支架、弹簧等) ) 在控制电路中不画出。在控制电路中不画出。设计电路的基本原则：设计电路的基本原则：3）电器上的所有触点均按常态画。）电器上的所有触点均按常态画。在电工技术中所绘制的控制线路图为原理图，它不在电工技术中所绘制的控制线路图为原理图，它不考虑电器的结构和实际位置，突出的是电器原理。考虑电器的结构和实际位置，突出的是电器原理。5）各继电器、接触器的线圈绝对不允许串联！）各继电器、接触器的线圈绝对不允许串联！M3 M3 M名称名称图形符号图形符号文字文字符号符号名称名称图形符号图形符号文字符文字符号号三相笼三相笼型

55、异步型异步电动机电动机D D按钮触点按钮触点常开常开SBSB常闭常闭三相绕三相绕线式异线式异步电动步电动机机D D接触器吸引线圈接触器吸引线圈继电器吸引线圈继电器吸引线圈KMKMKA(U,I )KA(U,I )直流直流电电动机动机ZDZD接触接触器触器触点点主触点主触点KMKM辅助辅助触点触点常开常开常闭常闭常用电机、电器的图形符号和文字符号常用电机、电器的图形符号和文字符号 常用电机、电器的图形符号和文字符号常用电机、电器的图形符号和文字符号 单相变单相变压器压器T T 常闭延常闭延时闭合时闭合常开延时闭合常开延时闭合KTKT常闭延时断开常闭延时断开三极开三极开关关QKQK常开延时断开常开延

56、时断开常闭延时闭合常闭延时闭合熔断器熔断器FUFU行程开行程开关触点关触点常开常开常闭常闭信号灯信号灯HLHL热继电热继电器器动断触点动断触点FRFR热元件热元件1. 鼠笼式电动机的直接起停控制鼠笼式电动机的直接起停控制M3ABCKMFUQ点动控制点动控制KMBCSB动作过程动作过程触头（触头（KM）打开）打开按钮松开按钮松开线圈（线圈（KM）断电）断电 电机停转。电机停转。触头（触头（KM）闭合）闭合按下按钮（按下按钮（SB） 线圈（线圈（KM）通电）通电电机转动；电机转动；控制电路控制电路主电路主电路2. 电动机连续运行电动机连续运行KM自锁自锁自锁的作用自锁的作用按下按钮（按下按钮（SB

57、），线圈（），线圈（KM）通电，）通电，电机起动；同时，辅助触头（电机起动；同时，辅助触头（KM）闭合，）闭合，即使按钮松开，线圈保持通电状态，电机即使按钮松开，线圈保持通电状态，电机连续运转。连续运转。M3ABCKMFUQKMSB2CBSB1起动起动按钮按钮停车停车按钮按钮KMM3ABCKMFUQKMSB2SB1停机时：停机时：按下按下SB1KM线圈断电线圈断电KM主触点断开主触点断开KM辅助触点断开辅助触点断开电机断电停车电机断电停车松开松开SB1，线圈保持断电，线圈保持断电停车按钮停车按钮完整的电动机的直接起停控制完整的电动机的直接起停控制M3ABCKMFUQSKHKMSB1KMSB2K

58、H保护措施保护措施A BKMQFRM3KMSB1KMSB2FRCFU短路保护：短路保护：熔断器熔断器电路发生短路电路发生短路 FU立即熔断立即熔断 切断主电路切断主电路 电机停转电机停转保护过程：保护过程：A BKMQKHM3KMSB1KMSB2KHCFU过载保护：过载保护：热继电器热继电器保护过程：保护过程：过载超过一定程度过载超过一定程度主电路中主电路中KH热元件热元件发热，双金属片动作发热，双金属片动作控制电路中的控制电路中的常闭触点常闭触点KH断开断开KM线圈断电线圈断电KM主触点断开主触点断开电机停转电机停转若电机单相运行：若电机单相运行： 两个热元件通过过载两个热元件通过过载电流，

59、保护电机不会长时电流，保护电机不会长时间单相运行。间单相运行。A BKMQFRM3KMSB1KMSB2FRCFU欠压（零压）保护：欠压（零压）保护：交流接触器交流接触器保护过程：保护过程：KM线圈接线电压线圈接线电压Ul 当当Ul 时时动铁释放（静铁产生动铁释放（静铁产生的电磁吸力不足以吸的电磁吸力不足以吸合动铁）合动铁）KM主触点断开主触点断开电机停转电机停转此时，若不重新按下此时，若不重新按下SB2 ，电机不能自行，电机不能自行起动。起动。控制过程及控制作用控制过程及控制作用KM 触点断开触点断开按下停车按钮（按下停车按钮（SB1）线圈（线圈（KM）断电）断电 电机停转。电机停转。触头（触

60、头（KM）闭合）闭合按下按钮（按下按钮（SB2） 线圈（线圈（KM）通电）通电电机转动；电机转动；1）起动）起动由于自锁的作用，松开由于自锁的作用，松开按钮，电动机仍将转动按钮，电动机仍将转动2）停车）停车3）保护）保护短路保护：短路保护：电路中任一地方短路，电路中任一地方短路，FU熔断，电源切断。熔断，电源切断。过载保护：过载保护：电动机过载，电动机过载，KH常闭触点断开，电源切断。常闭触点断开，电源切断。失压保护：失压保护：电路中失压，电路中失压，KM线圈断电，自锁断开，线圈断电，自锁断开，复电时不能自行起动。复电时不能自行起动。KMSB1KMSB2SFR2 电动机的点动控制电动机的点动控