第3次课 变压器与交流电机

1、鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓日日 期：期：2013/2013/0404/21/21制作人：电工基础课程组制作人：电工基础课程组單單 位：位： 成都工业学院电气系成都工业学院电气系課程名稱課程名稱: : 鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓n課程大綱課程大綱:(:(計計3 3學時學時) )1.1.变压器的定义、分类、结构变压器的定义、分类、结构 、 型号、额定值型号、额定值 2525minmin2.2.变压器的工作原理变压器的工作原理 4040minmin3.3.电动机的分类、结构、电动机的分类、结构、 型号、额定值型号、额定值 3030minmin4.4.三相交流电动机的工作原理三相交流电

2、动机的工作原理 4040minmin第第3 3次课次课 变压器与交流电动机变压器与交流电动机鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓一、变压的定义：一、变压的定义： 变压器是一种变压器是一种静止静止的电气设备的电气设备 通过线圈间的通过线圈间的电磁感应电磁感应将一种电压等级的将一种电压等级的交流电能交流电能转换转换成成同频率同频率的另一种电压等级的的另一种电压等级的交流电能交流电能。 现代大型的水力发电站，都建在峡谷地区而现代大型的水力发电站，都建在峡谷地区而远离远离工业中心工业中心城市。同样，大型火力发电厂，为了提高经济效益和保护城市城市。同样，大型火力发电厂，为了提高经济效益和保护城市环境，也建

3、在煤矿附近。环境，也建在煤矿附近。3.1 3.1 变压器变压器鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓二、变压器的应用：二、变压器的应用：1. 1. 在输电方面：在输电方面：电压越高电压越高- -电流越小电流越小- -线路损耗越小，电线线路损耗越小，电线越细（输电电压越细（输电电压110110、220220或或500kV500kV），（发电机受绝缘结构），（发电机受绝缘结构的制约，所发出的电压不太高，约的制约，所发出的电压不太高，约10.5KV10.5KV左右）。左右）。2. 2. 在用电方面：在用电方面：利用变压器把利用变压器把输电线路上输电线路上的的高压高压降低到降低到配配电电压（电电压（0.2

4、20.22、0.380.38、3.03.0、6.06.0或或10kV10kV），供用户使用。），供用户使用。3. 3. 在电子线路中：在电子线路中：用于实现信号的传递和阻抗匹配。同时用于实现信号的传递和阻抗匹配。同时，在，在电焊、整流、测量电焊、整流、测量等方面有专用变压器。等方面有专用变压器。 鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓三、变压器的分类：三、变压器的分类：按按用途用途分：分：按按绕组数绕组数分：分：按按相数相数分：分：按按容量大小容量大小分分：按按调压方式调压方式分分：按按冷却方式冷却方式分分：电力变压器、特种变压器。电力变压器、特种变压器。单绕组单绕组(自耦自耦)、双绕组、三绕组变

5、压器。、双绕组、三绕组变压器。 单相变压器、三相变压器。单相变压器、三相变压器。 无励磁调压变压器、有载调压变压器。无励磁调压变压器、有载调压变压器。 干式、油浸式、充气式变压器。干式、油浸式、充气式变压器。 小型小型(630kVA以下以下)、中型、中型(8006300kVA)、大型大型(800063000kVA)、特大型、特大型(90000以上以上)。 鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓 四、变压器的基本结构外形图：四、变压器的基本结构外形图： 连接发电机与电网的升压变压器连接发电机与电网的升压变压器鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓变压器的器身变压器的器身: :即即铁心与绕组装配。铁心与绕

6、组装配。鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓调压器（自耦变压器）调压器（自耦变压器）鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓几种小型特殊变压器几种小型特殊变压器鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓变压器的磁路变压器的磁路1u2uLZ1i2i单相变压器单相变压器+ + +由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 0.35mm 或或 0.5mm0.5mm铁心铁心一次一次绕组绕组N N1 1二次二次绕组绕组N N2 2铁心铁心鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓1 1、铁心、铁心 （1 1）材料：）材料： 用导磁性能好、铁损耗小的用导磁性能好、铁损耗小的0.350.35或或0.5mm0.5mm厚表面

7、涂有绝厚表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。铁心是变压器的主磁路。缘漆的硅钢片叠成。铁心是变压器的主磁路。 （2 2）结构：）结构：心式：绕组包围铁心心式：绕组包围铁心 电电力力变变压压器器壳式：铁心包围绕组壳式：铁心包围绕组 电电源源变变压压器器鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓 交错叠装交错叠装冷轧硅钢片斜角接缝叠装冷轧硅钢片斜角接缝叠装 （3 3）叠装方法：）叠装方法：鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓作用：变压器的电路。作用：变压器的电路。2、绕组、绕组三相绕组接法三相绕组接法: : 星形、三角形星形、三角形高压绕组高压绕组绕组和铁心的装配绕组和铁心的装配示意图示意图材料：用绝缘铜线或材料：用

8、绝缘铜线或 铝线绕制而成。铝线绕制而成。 匝数多匝数多导线细导线细低压绕组低压绕组匝数少匝数少导线粗导线粗鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓1 1、型号、型号表示变压器的结构、容量、电压等级、冷却方式等信息。表示变压器的结构、容量、电压等级、冷却方式等信息。“-”-”前表示：结构信息，见下页表所示；前表示：结构信息，见下页表所示；“-”-”后表示：额定容量后表示：额定容量/ /高压额定值。高压额定值。 六、变压器的型号和额定值：六、变压器的型号和额定值：鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓电力变压器分类及代表符号电力变压器分类及代表符号鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓2、额定值、额定值（1 1

9、）额定容量）额定容量 S SN N（kVAkVA）：额定运行时所能输出的视在功率。）：额定运行时所能输出的视在功率。（2 2）额定电压）额定电压 U1N/ U2N（kV） U1N是一次侧所加的额定电压是一次侧所加的额定电压; ; U2N是在加是在加U U1N1N时二次侧的时二次侧的开路开路电压。电压。（3 3）额定电流）额定电流I1N/ I2N（A）：在额定容量下允许长期通过的电流。在额定容量下允许长期通过的电流。 三相变压器三相变压器 额定电压指线电压额定电压指线电压 额定电流指线电流额定电流指线电流（4 4）额定频率：）额定频率：fN = 50 HZ单相：单相： SN = U1N I1N

10、= U2N I2N三相：三相：N22NN11NN33IUIUS鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓A96.51A1035310315033311NNNUSIA68.288A103 . 6310315033322NNNUSIV20207V310353311NNUUA67.166A368.288322NNII 例例1 1、 一台三相电力变压器，一台三相电力变压器，S SN N3150kVA3150kVA，U U1N1N/ /U U2N2N=35/6.3kV, =35/6.3kV, 星形星形/ /三角形三角形 联接。联接。 试求：（试求：（1 1）一、二次额定电流，）

11、一、二次额定电流， （2 2）一次额定相电压，二次额定相电流。）一次额定相电压，二次额定相电流。解：解： 鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓dtdNe1. 1. 变压器基本工作原理是变压器基本工作原理是基于电磁感应定律基于电磁感应定律 变压器可以把一种电压等级的交流电能转换成同频率的变压器可以把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。另一种电压等级的交流电能。一、二次绕组之间虽然没有一、二次绕组之间虽然没有电的直接联系，却有磁的耦合。电的直接联系，却有磁的耦合。 变压器能够把一次侧交流电能传递到二次侧是通过磁耦变压器能够把一次侧交流电能传递到二次侧是通过磁耦合实现的；合实

12、现的； 能够改变电压是通过一、二次绕组具有不同的匝数来实能够改变电压是通过一、二次绕组具有不同的匝数来实现的。现的。总总 结结鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓NNNNNIUIUS2211NNNNNIUIUS221133三相：三相：三相变压器的额定电压和额定电流是指三相变压器的额定电压和额定电流是指线电压和线电流。线电压和线电流。单相：单相：2 2变压器可按用途、绕组数、相数、调压方式、冷却方式、变压器可按用途、绕组数、相数、调压方式、冷却方式、 容量大小进行分类。容量大小进行分类。3 3变压器最基本的结构部件是铁心和绕组。铁心是磁路，变压器最基本的结构部件是铁心和绕组。铁心是磁路，绕组是电路

13、。绕组是电路。4 4变压器额定值：额定容量、额定电压、额定电流变压器额定值：额定容量、额定电压、额定电流和额定频率。和额定频率。鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓七、变压器的工作原理：七、变压器的工作原理：什么是变压器负载运行？什么是变压器负载运行？什么是变压器的空载运行？什么是变压器的空载运行？uuZ2Z2s一次侧接电源一次侧接电源二次侧负载开路二次侧负载开路 一次侧接电源一次侧接电源 二次侧接负载二次侧接负载鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓02u1e2e1u02i0i01、变压器的空载运行：、变压器的空载运行： 一次绕组接交流电网，二次绕组开路，不带负载，即一次绕组接交流电网，二次绕组开

14、路，不带负载，即 i2= 0有效值有效值m1m1m1m1144. 42222fNfNNEE有效值有效值m2m2m2m2244. 42222fNfNNEE电动势的大小与匝数、电动势的大小与匝数、频率、主磁通成正比频率、主磁通成正比鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓23变压比变压比 k 的定义是：一、二次绕组的主电动势之比，即的定义是：一、二次绕组的主电动势之比，即 NNUUUUNNEEk212012121 2 2、变压原理：、变压原理：注意：三相变压器的变比等于一、二次绕组额定注意：三相变压器的变比等于一、二次绕组额定相电压相电压之比。之比。变压比等于一、二次绕组匝数比，近似等于一、二次额定变压

15、比等于一、二次绕组匝数比，近似等于一、二次额定电压比。电压比。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。鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓1e1u2i1i2u2e03 3、变压器的负载运行：、变压器的负载运行： 一次绕组接交流电网，二次绕组一次绕组接交流电网，二次绕组接上负载（用电设备）。接上负载（用电设备）。m11144. 4fNEUm22244. 4fNEU根据能量守恒定律：根据能量守恒定律： U1I1 = U2I21222111=IUNIUNK变流原理：一次、二次侧电流与匝数成反比。变流原理：一次、二次侧电流与匝数成反比。鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓2

16、2IUZ 11IUZZKIUKKIKUIUZ22222211ZKZ2 结论：结论： 电压比为电压比为K的变压器的变压器,可将二次绕组的负载阻抗变换为可将二次绕组的负载阻抗变换为对于电源而言扩大对于电源而言扩大K2倍的等效阻抗倍的等效阻抗,具有具有变换阻抗变换阻抗的作用。的作用。 1U2U1I2IZ+1U1IZ +鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓347 . 623012kNN 例例2 2：某收音机输出阻抗为为：某收音机输出阻抗为为360360现欲推动现欲推动88的扬声器，的扬声器，如果使扬声器获得最大功率，问，需要在扬声器和收音机之如果使扬声器获得最大功率，问，需要在扬声器和收音机之间接入多大

17、变压比的变压器？如果变压器的一次侧绕组为间接入多大变压比的变压器？如果变压器的一次侧绕组为230230匝，二次侧绕组的匝数为多少？匝，二次侧绕组的匝数为多少？ 解：解：7 . 683601LZZk221LZKZZKZ 1U2U1I2IZ+鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓空载运行结论：空载运行结论：负载运行结论负载运行结论：变电流作用变电流作用变电压作用变电压作用变阻抗作用变阻抗作用或或总总 结结鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓1U2U1I2IZ+鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓 对于一个人工磁体而言，其磁场的建立依赖于外部电场。如果外部电场是交变的，对应的磁场也要跟着变化。可是当磁场的极

18、性变化时，磁体内部的分子要重新排列，这就要消耗一些能量，该能量称为磁滞损耗。 鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓据 麦克斯韦电磁理论可知，闭合导体周围会产生变化的磁场，变化磁场周围也会产生变化的电场。 电涡流造成危害的实例,提出:单芯电缆不得穿金属管敷设.也不得单独敷设于封闭式金属桥架内或紧贴大的金属体敷设,以避免产生电涡流烧毁电缆,引起火灾.三相负荷应尽量平衡,以降低因负荷不平衡产生的电涡流引起的金属外护套的温升. 鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓涡流的利用：鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓FeCu2212PPPPPP 鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓3.2 3.2 电动机电动机鴻超準

19、（成都）自動化人才初級班專訓鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓（1 1）定子铁芯与定子绕组定子铁芯与定子绕组：定子铁芯定子铁芯：定子三相绕组定子三相绕组：匝数相同匝数相同空间排列互差空间排列互差1201200 0定子铁芯定子铁芯定子绕组定子绕组AXBYCZ首端首端末端末端XAYBCZ鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓1) 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。鼠笼式转子鼠笼式转子鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓2)

20、2) 绕线式转子绕线式转子根据转子的不同，交流异步电动机分为根据转子的不同，交流异步电动机分为：鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。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。鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓可转动闭合线圈可转动闭合线圈鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓1、三相异步电动机的工作原理分析三相异步电动机的工作原理分析：对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流

21、通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场( (磁场能量磁场能量) )磁场绕组切磁场绕组切割转子绕组割转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生 e 和和 i转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中受到电磁力的作用受到电磁力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载机械负载旋转起来旋转起来三相交流电能三相交流电能输出机械能量输出机械能量上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIo鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓iCiAiBitmIo0n规定规定 i : “+” 首

22、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( )电流入电流入鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSN鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓分析可知：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：3 3、M3M3鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓电动机正反转电路图电动机正反转电路图鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓0t 即：即：1pCiBiA

23、ioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNS鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓CYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ NSSN同理：若定子每相绕组由同理：若定子每相绕组由 n 个线圈串联个线圈串联, , 则形则形成成 n 对磁极的旋转磁场。对磁极的旋转磁场。P = n鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓)/( 6010分分转转pfn 鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓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。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

24、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鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓0nn 如果如果: :0nn 鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓%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 %10000nnnS例例3 3：一台三相异步电动机，其额定转速：一台三相异步电动机，其额定转速 n = 975 r/min，电，电源频率源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系根据

25、异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：可知：n0 = 1000 r/min ,= 1000 r/min ,2.5%100%10009751000%10000nnns鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓（1 1）变压器原、副绕组是与同一主磁通）变压器原、副绕组是与同一主磁通 相交链，异步电相交链，异步电动机中定子和转子绕组与同一旋转动机中定子和转子绕组与同一旋转磁通磁通 相交链。因此异步相交链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原、副绕组。变压器的原、副绕组。（2 2）变压器：）变压器： 变化变化 e U1 E1=4.44 f N1 异步机异步机：

26、旋转旋转 e U1 E1= 4.44 f N1 （3 3）变压器：）变压器：I2 增大增大 I1增大，增大，以保持以保持 基本不变，基本不变， 以达到传递能量的目的。以达到传递能量的目的。 异步机：当负载增加时，转子电流异步机：当负载增加时，转子电流I2 增大增大 I1增大，增大， 以保持以保持 基本不变，以达到传递能量的目的。基本不变，以达到传递能量的目的。 鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓异步机是异步机是旋转旋转的。的。异步机中的定子和转子之间是异步机中的定子和转子之间是有不大的气隙有不大的气隙。异步机中转子感应电动势的异步机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的频率是随转子转速改变的。鴻超準（成都）自動化人才初級班專訓 磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座长度代号机座中心高（机座中心高（mm）三相异步电动机三相异步电动机鴻超準（成都）自動化人才初級班