《电路基础》-项目3

学习目标要求1.能力要求了解实际变电所内整个变电流程，掌握变压器的实际接线及工作原理及电压互感器、电流互感器的接线及工作原理。识别、使用常见低压电器。会选择、使用各种类型的电动机。2.知识要求①了解磁路的基本物理量、铁磁性材料的基本特性和磁路的定律;了解变压器额定值及几个特殊变压器的工作原理、用途。②掌握变压器的电压变换、电流变换及阻抗变换作用;能正确连接变压器线圈及判断绕组极性。③了解常见低压电器的工作原理。掌握常见低压电器图形符号、文字符号以及使用方法。下一页返回学习目标要求④了解三相异步电动机的结构及其作用;掌握与三相异步电动机运行特性密切相关的重要参数。⑤了解三相异步电动机的启动、制动、调速、反转等使用方法。⑥了解其他电动机的结构、特点及使用方法。上一页返回课时分配理论学时4+技能训练2返回3.1磁场的基本物理量在电力系统和电子设备中经常用电磁转换来实现能量的转换。为了增强磁场，常把线圈绕在铁芯上，当线圈通电后产生很强的磁场，并且大部分磁通(磁力线)集中在铁芯中形成闭合回路。这个闭合回路称作磁路。要清楚磁路，首先要熟悉磁场的几个基本物理量。3.1.1磁通Φ磁通就是指垂直于磁场的某一面积A上所穿过的磁力线的数日，如图3.1所示。磁通用Φ表示，在国际单位制中，磁通的单位是韦伯(Wb)，简称韦。实用中还用麦克斯韦(简称麦，Mx)作为磁通的单位。它们之间的关系是:1Mx=10Wb。下一页返回3.1磁场的基本物理量3.1.2磁感应强度B磁感应强度B是一个表示磁场中各点的磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢量。电流产生的磁场方向与该点磁力线切线方向一致，可用右手螺旋定则来确定。如果磁场内各点的B大小相等，方向相同，则称该磁场为均匀磁场。在均匀磁场中，磁感应强度等于垂直穿过单位面积的磁力线数目，即在式(3-1)中，Φ的单位是Wb(韦巨伯),A的单位是m,磁感应强度召的国际单位是特斯拉(T)，简称特，即上一页下一页返回3.1磁场的基本物理量3.1.3磁导率μ实验证明，在通电线圈中放入铁、钻、镍等物质后，通电线圈周围的磁场将大为增强，磁感应强度月增大;若放人铜、铝、木材等物质，通电线圈周围的磁场几乎没有什么变化。这个现象表明，磁感应强度月与磁场中的介质的导磁性质有关。我们用磁导率μ来表示物质的导磁性能，μ的单位是H/m(亨/米)。磁导率值大的材料，导磁性能好。所谓的导磁性能好，指的是这类材料被磁化后能产生很大的附加磁场。不同的物质有不同的μ，在真空中的磁导率为户，由实验测得为一常数，其值为上一页下一页返回3.1磁场的基本物理量其他材料的磁导率μ和真空中的磁导率f的比值，称为该物质的相对磁导率fe即f}一召/。自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为铁磁性材料或磁性物质和非铁磁性材料两大类。铁磁性材料有铁、钻、镍及其合金等，其相对磁导率f}很大，可达几百到几万，且不是常数，随磁感应强度和温度变化而变化;非铁磁性材料有气、木材、纸、铜、铝、银等，其f}}f}}>>3.1.4磁场强度H上一页下一页返回3.1磁场的基本物理量磁场中因各种物质的导磁率不同，即磁场相同而导磁物质不同，则磁感应强度不同。这就给计算磁感应强度带来麻烦，为此引出另一个物理量——磁感应强度H。它与物质导磁率无关，与载流导体的形状、电流的大小等有关。磁场中某点磁场强度的大小等于该点的磁感应强度的数值除以该点的磁导率，磁场强度的方向与该点磁感应强度的方向相同，即磁场强度的大小只决定于励磁电流、导线的儿何形状、匝数及位置，而与磁介质的性质无关。磁场强度H是矢量，在国际单位制中，磁场强度的单位是A/m(安/米)。上一页返回3.2铁磁材料的磁性能根据导磁性能的好坏，自然界的物质可分为铁磁性材料(如铁、钢、镍等)和非铁磁性物质(铜、铝、纸等)两大类。下面讨论铁磁性材料的主要性能。铁磁材料的磁性能通常用它们的磁化曲线、磁滞回线来表示。3.2.1高导磁性铁磁性材料在外磁场的作用下具有被磁化的特性，因而磁导率很高。且铁磁材料的磁导率μ值不是常数，随H的大小而改变。在铁磁性材料的内部可分成许多小区域，称为磁畴。在无外磁场作用时，各个磁畴间的磁性相互抵消，对外不显示磁性，在外磁场作用下，磁畴就逐渐转到与外磁场相同的方向上，这样便产生了一个很强的与外磁场同方向的磁化磁场。而使磁性材料内的磁感应强度大大增加。下一页返回3.2铁磁材料的磁性能3.2.2磁饱和性铁磁性材料磁化所产生的磁场不会随外磁场的增强而无限增强，当外磁场增大到一定的值时，全部磁畴的磁场方向都转到与外磁场方向一致，这时铁磁性材料内的磁感应强度将达到饱和值，这一点充分反映在如图3.2所示的磁化曲线(B-H曲线)上。b点(膝点)到c点(饱和点)的范围。由图3.2可见，磁化曲线具有如下特点:Oa段:随H增大，B几乎是直线上升;ab段:随H增大，B的增长变慢;bc段:随H增大，B增长极慢，铁磁材料内部的磁场达到了饱和值Bm。上一页下一页返回3.2铁磁材料的磁性能3.2.3磁滞性所谓磁滞，就是在外磁场H作正负变化(如线圈中通以交变电流)的反复磁化过程中，磁性材料中磁感应强度B的变化总是落后于外磁场H的变化，磁性材料反复磁化后，可得到如图3.3所示的磁滞回线。剩磁现象就是铁磁材料磁滞性的表现。当外磁场H=0时，永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的。但有时又需要去掉剩磁，如当工件在平面磨床上加工完毕后，由于电磁吸盘有剩磁，还将工件吸附着，为此，应加反方向的外磁场，即通于反向祛磁电流，祛掉剩磁，才能将工件卸下，使B=0所需的月。值，称为矫顽磁力，如图3.3中士点所示。上一页下一页返回3.2铁磁材料的磁性能铁磁材料根据磁滞回线的不同形状，铁磁材料基本上分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料三大类。(1)软磁材料，如纯铁、铸铁、硅钢。这类材料的磁滞回线狭窄，剩磁和矫顽磁力均较小，撤去外磁场后，磁性大部分消失，在交变磁场作用下，磁滞损耗小，所以适用于交变磁场下工作的电器。例如一些电子设备中的电感元件，或变压器、电动机、发电机的铁芯都必须用软磁材料制造，交流电磁铁、继电器、接触器也必须用软磁材料，以使在切断电流后没有剩磁，也可做计算机的磁芯、磁鼓以及录音机的磁带、磁头等。上一页下一页返回3.2铁磁材料的磁性能(2)硬磁材料，如碳钢、钨钢、钻钢及铁镍合金等，这类材料的磁滞回线较宽，剩磁和矫顽磁力都较大，必须用较强的外加磁场，才能使它磁化。而且一经磁化，磁性不易消失。这类材料适用于制造永久磁铁。(3)矩磁材料，如镁锰铁氧体、1J51型铁镍合金等，磁滞回线接近矩形，在计算机和控制系统中，用于计算机存储器的磁心，用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。上一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律3.3.1磁路和磁动势在电气设备中，为了增强磁场，常把线圈绕在铁芯上，当线圈通电后产生很强的磁场，并且大部分磁通(磁力线)集中在铁芯中形成闭合回路。这个闭合回路称作磁路。图3.4所示的磁路，便是由铁芯、空气隙组成。要使磁路中建立一定大小的磁通Φ，就必须在具有一定匝数N的线圈中，通入一定大小的电流I，该电流称励磁电流，改变励磁电流I或线圈匝N,磁通中的大小就要变化。实验证明，增大电流I或增大线圈匝数N，都可以同样达到增大磁通中的目的。可见，NI乃是建立磁通的根源。所以把乘积NI称作磁路的磁动势，简称磁势。磁势的单位是安(A)。下一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律由于铁磁性材料的磁导率μ远远大于空气的磁导率，所以磁通主要沿铁芯而闭合，只有很少部分磁通经过空气或其他材料。我们把通过铁芯的磁通称为主磁通，一般情况下，漏磁通很少，常略去不计。3.3.2磁阻与磁路欧姆定律如果把相同的磁动势加到不同的磁路中去，获得的磁通也不相同。这说明磁通除了与磁动势有关外，还与组成磁路的物质及尺寸有关。这里我们引出一个磁阻的概念，磁阻表示磁路对磁动势建立磁通所呈现的阻力，用表示。磁动势、磁通、磁阻间的关系，可通过下式进行计算:上一页下一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律式(3-3)与电路的欧姆定律相似，故也称为磁路的欧姆定律，是磁路分析和计算的基础。它表明，在磁路中，磁通Φ与磁动势NI成正比，与磁阻R}成反比。磁路的磁阻大小与构成磁路的材料性质及几何尺寸有关，这个关系是其中，l为磁路的平均长度(m)，A为磁路的截面积(rTl，μ磁路材料的磁导率，磁阻的单位是1/H(亨-1)。上一页下一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律式(3-4)表明，用μ大的材料构成的磁路具有较小的磁阻，在同样大的磁动势作用下，就能产生较大的磁通。图3.5就是单相变压器的一种磁路。它由同一种材料组成，且各段铁芯的横截面积相等，这种磁路称为均匀磁路。计算这种磁路时，}=NI/，其中R}为均匀磁路的磁阻。如图3.4所示，假若磁路中有一很短的空气隙，于是磁路就由铁芯和空气隙两种物质组成，这种磁路称为不均匀磁路。计算不均匀磁路时，先将磁路分段:铁芯部分和空气隙部分各成为一段磁路，这两段磁路的磁阻分别是Rwu;.R若用磁路欧姆定律表示这种不均匀磁路的磁通，则有上一页下一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律

R}为气隙磁阻，它比铁芯磁阻大很多倍。显然，要在图3.4磁路中产生和图3.5磁路中相同的磁通，则需要很大的磁动势。3.3.3交流铁心线圈电路及功率损耗铁芯线圈按励磁方式不同，有直流铁芯线圈和交流铁芯线圈。直流铁芯线圈中，由于励磁电流是直流，产生的磁通是恒定的，在线圈和铁芯中没有感应电动势，所以电压、电流关系及功率与一般直流电路相同。上一页下一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律而交流铁芯线圈电路，由于铁芯线圈中的磁通是变化的，在线圈中会产生感应电动势，而且还由于铁芯的导磁性能不像空气一样，会发生变化，故交流铁芯线圈在电磁关系、功率损耗等方面和直流铁芯线圈有所不同。1.交流铁芯线圈电路中的电磁关系图3.6所示为交流铁芯线圈原理图，线圈的电压和磁通关系如图3.6(a)所示，电路模型如图3.6(b)所示。在线圈中加上正弦交流电压u，则在线圈中产生交变电流i及相应的磁动势iN。此磁动势产生的磁通有两部分:一部分Φ经铁芯形成闭合路径，称主磁通，也称工作磁通;另一部分中Φδ经空气形成闭合路径，称漏磁通。上一页下一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律根据电磁感应现象，Φ和Φδ分别产生感应电动势e和eδ,设e和eδ与产生的感应磁通的参考方向符合右手螺旋关系。由于铁芯线圈电阻电压降和漏磁产生的感应电动势很小，故被忽略，则由电磁感应定律可知上一页下一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律由此可见，当线圈加上正弦电压时，铁芯中的磁通也是同频率的正弦交流量，相位滞后电压90˚，在数值上端电压有效值U=4.44了:‘。当电源频率f、线圈匝数N一定时，主磁通的幅值氨L大小只取决于外施电压的有效值，与磁路性质无关。它是分析变压器、交流电动机、交流接触器等的重要概念。2.交流铁芯线圈的功率损耗在交流铁芯线圈中，除了在线圈电阻上有功率损耗Iz(称为铜损△P)外，处于交变磁化下的铁芯也有功率损耗(称为铁损△P)，它有磁滞损耗△P和涡流损耗△尸两部分。上一页下一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律(1)磁滞损耗△Pi铁磁性材料交变磁化时，会产生磁滞现象，磁性材料内部磁畴反复转向，必然克服阻力做功，磁畴间相互摩擦引起铁芯发热。这种在反复磁化过程中的能量损失叫磁滞损耗，用△Pi表示。为了减小磁滞损耗，铁芯应选用磁滞回线狭小的软磁材料制造，硅钢就是变压器和电动机中常用的铁芯材料。(2)涡流损耗△尸上一页下一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律磁性材料不仅有导磁性能，同时又有导电性能。当线圈中通过变化的电流i时，在铁芯中穿过的磁通也是变化的。由于构成磁路的铁芯是导体，于是在交变磁通的作用下，铁芯中将产生感应电动势和感应电流，如图3.7(a)中虚线所示。由于这种感应电流在垂直于磁通方向的平面内环流着，形成的磁力线呈旋涡状，故称涡流。涡流会使铁芯发热，引起的功率损耗称为涡流损耗，用△尸表示。在电机和电器铁芯中的涡流是有害的。因为它不仅消耗电能，使电气设备效率降低，而且涡流损耗转变为热量，使设备温度升高，严重时将影响设备正常运行。在这种情况下，要尽量减小涡流。上一页下一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律减小涡流的方法是采用表面彼此相互绝缘的硅钢片叠合，做成电器设备的铁芯，如图3.7(b)所示。它不仅有较高的磁导率，还有较大的电阻率，这样，一方面把产生涡流的区域划小，另一方面增加涡流的路径总长度，相当于增大涡流路径的电阻，因而可以减小涡流。涡流虽然在很多电器中会引起不良后果，但在另一些场合下，人们却利用涡流为生产、生活服务。例如，利用涡流的热效应来冶炼金属，日常生活中的电磁灶也是利用涡流的原理制成的，它给人们的生活带来很大的便利。综上所述，交流铁芯线圈中的功率损耗为上一页下一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律铜损和铁损都要从电源吸取能量，并转化为热能而使铁芯发热。因此，大容量的变压器和交流电动机需采用各种相应的冷却措施。【思考题】(1)磁场的基本物理量有哪些?(2)铁磁性材料的磁导率为何不是常数?用螺丝刀在磁铁上摩擦后，可吊起小螺丝钉的原理是什么?(3)铁磁性材料按其磁滞回线的形状不同，可分为几类?各有什么不同?做变压器应该选用哪种材料?上一页下一页返回3.3磁路和磁路的欧姆定律(4)什么叫磁路?(5)试简述交流铁芯线圈中的电磁关系。(6)举例说明涡流和磁滞的有害一面和它们的应用一面。上一页返回3.4变压器变压器是一种常见的电气设备，它利用电磁感应原理传输电能或信号，可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，在电力系统和电子线路中广泛应用。例如，发电了一般要用变压器将电功率升压后，再输送到用电的区域，因为，在P，coscφ为一定值时，采用的电压愈高，则输电线路中的电流愈小，因而可以减少输电线路上的损耗，节约导电材料。远距离输电采用高电压是最为经济的。电能输送到用电区域后，为了适应用电设备的电压要求，还需通过各级变电站(所)利用变压器将电压降低为各类电器所需要的电压值。

下一页返回3.4变压器变压器种类很多，按其用途不同，有电源变压器、控制变压器、电焊变压器、自祸变压器、仪用互感器等。变压器种类虽多，但基本原理和结构是一样的。3.4.1变压器的基本结构变压器具有变换交流电压、交流电流和阻抗的作用。变压器由套在一个闭合铁芯上的两个或多个线圈(绕组)构成，如图3.8所示。铁芯和线圈是变压器的基本组成部分。为了减少磁通变化时所引起的涡流损失，变压器的铁芯要用厚度为0.35~0.5mm的硅钢片叠成。片间用绝缘漆隔开。上一页下一页返回3.4变压器变压器和电源相连的线圈称为原绕组(或原边，或初级绕组、一次绕组)，和负载相连的线圈称为副绕组(或副边，或次级绕组、二次绕组)。绕组采用高强度漆包线绕成，它是变压器的电路部分，要求各部分之间相互绝缘。绕组与绕组及绕组与铁芯之间都是互相绝缘的。除了铁芯和绕组外，较大容量的变压器还有冷却系统、保护装置以及绝缘套管等。大容量变压器通常是三相变压器。3.4.2变压器的工作原理为了叙述方便，下面分两种情况分析变压器的运行状态。上一页下一页返回3.4变压器1.变压器的空载运行变压器原线圈接上额定的交变电压，副线圈开路不接负载，称为空载运行，如图3.9所示。:'V;和N分别为一次和二次绕组的匝数。(1)空载电流在外加正弦电压u;的作用下，原线圈内有交变电流I流过，称作变压器的空载电流，又称励磁电流。它与原线圈匝数:‘V的乘积i},N称为励磁磁势。二次绕组中的电流iz=0，二次电压为开路电压u。上一页下一页返回3.4变压器(2)电压变换由于二次绕组开路，变压器的一次绕组相当于一个交流铁芯线圈电路，励磁电流越大，一次线圈匝数越多，所产生的磁通也越大。于是由i},产生的主磁通Φ通过铁芯闭合，既穿过一次绕组，又穿过二次绕组，在一次和二次绕组内分别产生感应电压W,u在忽略漏磁通中产生的电动势。和线圈电阻上压降的情况下，一次电压的有效值为同样，在Φ的作用下，二次绕组产生的感应电压有效值为上一页下一页返回3.4变压器由式(3-10)和式(3-11)可得由式(3-12)可知，在变压器空载运行时，一次、二次电压的比值等于一次、二次绕组的匝数比，比值K称为变压器的电压比。当一次、二次绕组匝数不同时，变压器就可以把某一数值的交流电压变换为同频率的另一数值的交流电压，这就是变压器的电压变换作用。当变压器的N,<Nz，即凡

时，称为降压变压器;反之，当N,<Nz，即K<时，称为升压变压器。上一页下一页返回3.4变压器2.变压器负载运行变压器的一次绕组接上电源、二次绕组接有负载的运行状态称为负载运行状态，如图3.10所示。二次绕组接上负载Z后，经过一次、二次绕组交链形成的磁祸合，产生电压uz，二次绕组就有电流i:流过，从而有电能输出。iz流过二次绕组N将产生磁通，使主磁通变化，因当电源电压u;和电源频率f一定时，氨

近似于常数。故一次的励磁电流I为维持主磁通基本不变，将变为i}，因此，带负上一页下一页返回3.4变压器载时的一次绕组i,N,、二次绕组i,:‘V共同产生的主磁通应该与空载时原绕组i,}:‘产生的主磁通相等，即变压器空载电流i,是励磁用的，由于铁芯质量高，空载电流是很小的次绕组额定电流1\的3%~10%。因此i:‘V;与相比，i:常可忽略。(3-13)可写成式(3-14)中的负号表明，变压器负载运行时，副边磁势与原边磁势相位相反副边磁势对原边磁势起去磁作用，原边电流和副边电流在相位上几乎相差180˚。上一页下一页返回3.4变压器由式(3-14)可知，一次、二次绕组的电流有效值关系为K称为变压器的变流比，表示原、副绕组内的电流大小与线圈匝数成反比。根据式(3-12)和式(3-15)可得上一页下一页返回3.4变压器变压器可以把一次侧绕组的能量通过氨L的联系传输到二次侧绕组去，实现了能量的传输。式(3-17)表明，在不考虑变压器本身损耗的情况下(理想状态)，变压器原绕组输入的功率等于副绕组输出的功率。【例3-1】已知变压器N,=800匝，Nz=200匝,U,=2负载为纯负载为电阻，求变压器的二次电压U:、一次电流1;和输入功率尸;、输出功率尸(忽略变压器的漏磁和损耗)。上一页下一页返回3.4变压器上一页下一页返回3.4变压器3.4.3变压器的阻抗变换作用变压器除了变换电压和电流外，还可以进行阻抗变换，以实现“匹配”，如图3.11(a)所示。负载阻抗}G}接在变压器二次绕组，对电源来说其外部分可用另一个阻抗Z‘l来等效代替，如图3.11(b)所示。所谓等效，就是两端输人的电压、电流和功率不变。上一页下一页返回3.4变压器}G又称为折算阻抗。式(3-18)表明，在忽略漏磁的情况下，只要改变匝数比，就可把负载阻抗变换为比较合适的数值，且负载性质不变。这种变换通常称为阻抗变换。上一页下一页返回3.4变压器

【例3-2】在图3.12所示电路中，交流信号源的电动势E=120V，内阻凡=8Ω，负载电阻凡=8Ω(当凡折算到一次侧的等效电阻R',一凡时，求变压器的匝数比和信号源输出功率;(2)当将负载直接与信号源连接时，信号源输出多大的功率?上一页下一页返回3.4变压器(2)当将负载直接接在信号源上时(图3.12(b))此例说明了变压器的阻抗变换功能可实现负载阻抗与信号源阻抗相匹配，从而使负载得到最大输出功率。3.4.4变压器额定值、损耗和效率为了正确、合理地使用变压器，应当熟悉其额定值及效率。变压器正常运行的状态和条件，称为变压器的额定工作情况。表征变压器额定工作情况下的电压、电流和功率，称为变压器的额定值，它标在变压器的铭牌上。上一页下一页返回3.4变压器变压器的主要额定值如下:(1)额定电压U\和UZ

一次额定电压U\是指根据绝缘材料和允许发热所规定的应加在一次绕组上的正常工作电压有效值。二次额定电压UZ是指一次绕组上加额定电压时二次绕组输出电压的有效值。三相变压器U\和UZ\均指线电压。(2)额定电流1\和Izx一次、二次额定电流1\和Iz是指根据绝缘材料所允许的温度而规定的一次、二次绕组中允许长期通过的最大电流有效值。三相变压器中，1\和Iz\均指线电流。上一页下一页返回3.4变压器(3)额定容量S\额定容量S\是指变压器二次额定电压和额定电流的乘积，即二次的额定视在功率，单位为伏安(v.n)或千伏安(ckv.在单相变压器中额定容量实际上是变压器长期运行时，允许输出的最大功率，反映了变压器传送电功率的能力，但变压器实际使用时的输出功率是由负载阻抗和功率因数决定的。上一页下一页返回3.4变压器(4)额定频率了\额定频率了

是指变压器应接人的电源频率。我国规定标准工业频率为50Hz。使用变压器时一般不能超过其额定值，除此之外，还必须注意:分清一次、二次绕组;工作温度不能过高;防止变压器绕组短路，以免烧毁变压器。变压器负载运行时，原线圈的有功功率为P,=U,1,co，副线圈给负载输出的有功功率为Pz-UzIzc，这里cos为负载的功率因数。由于变压器并不理想，损耗不可避免，输人的有功功率和输出的有功功率之差，就是变压器的损耗。变压器的效率为上一页下一页返回3.4变压器小型变压器的效率为80%~90%，大型变压器的效率可达98%左右。3.4.5变压器绕组的同极性端变压器绕组的同极性端是指各绕组电位瞬时极性相同的对应端。同极性端又称同名端。同极性端用符号“·”标记，如图3.13所示。由图3.13(a)不难看出，当电流从两个绕组同极性端注人(或流出)时，产生的磁通方向相同;或当磁通变化(增大或减小)时，两个绕组的同极性端感应电动势的极性相同。如果图3.13(a)中的3-4绕组反绕，如图3.13(b)所示，则1端和4端为同极性端。上一页下一页返回3.4变压器在使用变压器时，应根据绕组同极性端正确连接各绕组。例如，一台变压器的原绕组有相同的两个绕组，当把变压器原边接到220V交流电源上时，若两个绕组分别承受耐压为110V时，应将绕组的2端与3端相连，如图3.14(a)所示。如果误将2端与4端相接，将1端、3端接到220V电源上，这样，两个绕组的磁动势相互抵消，铁芯中不产生磁通，绕组中没有感应电动势，于是绕组(通常绕组的电阻是很小的)中将通过很大的电流，将把原绕组烧毁。若两个绕组分别承受电压为220V时，则应是绕组的1端与3端相连，如图3.14(b)所示。上一页下一页返回3.4变压器3.4.6特殊变压器1.自耦变压器自耦变压器分可调式和固定抽头式两种。这种变压器的特点是二次绕组是一次绕组的一部分。因此，一次、二次绕组之间不仅有磁场的联系，而且还有电的联系。图3.15是实验室中常用的一种可调式自耦变压器，其工作原理与双绕组变压器相同，图3.16是它的原理电路。分接头a做成能用手柄操作的自由滑动的触头，从而可平滑地调节二次电压，所以这种变压器又称自祸调压器。当一次侧加上电压U;时，二次侧可得电压U:，且同样有上一页下一页返回3.4变压器自耦变压器的优点是:结构简单，节省材料，效率高。但这些优点只有在变压器变比不大的情况下才有意义(一般不大于2)。应该注意，由于自耦变压器的一次、二次绕组之间有电的直接联系，当高压侧发生接地或二次绕组断线等故障时，高压将直接窜人低压侧，容易发生事故;其次，一次和二次绕组不可接错，否则很容易造成电源被短路或烧坏自祸变压器。另外，当自耦变压器绕组接地端误接到电源相线时，即使二次电压很低，人触及二次侧任一端时均有触电的危险。因此，自祸变压器不允许作为安全变压器来使用。上一页下一页返回3.4变压器2.仪用互感器用于测量的变压器称为仪用互感器，简称互感器。采用互感器的日的是扩大测量仪的量程，使测量仪表与大电流或高电压电路隔离。互感器按用途可分为电流互感器和电压互感器两种。(1)电流互感器电流互感器是一种将大电流变换为小电流的变压器，其工作原理与普通变压器的负载运行相同，其工作原理和电路符号如图3.17(a)，(b)所示。上一页下一页返回3.4变压器电流互感器的一次绕组用粗导线绕成，匝数很少，与被测线路串联。二次绕组导线细，匝数多，与测量仪表相连接，通常二次绕组的额定电流设计成5A或1A。由于Iz/l,=K;(K为电流互感器的电流比)，则Iz=K;l,，则测量仪表读得的电流1:为被测线路电流1;的K倍。电流互感器中经常使用的钳形电流表(俗称卜表)，如图3.17(c)所示。它是电流互感器的一种，由一个与电流表组成闭合回路的二次绕组和铁芯构成，其铁芯可以开合。测量时，先张开铁芯，将待测电流的导线卜人闭合铁芯，则卜人导线便成为电流互感器的一次绕组，经电流变换后，从电流表就可以直接读出被测电流的大小。上一页下一页返回3.4变压器

(2)电压互感器电压互感器是一个降压变压器，其工作原理与普通变压器空载运行相似，如图3.18所示。电压互感器的一次绕组匝数较多，与被测高压线路并联，二次绕组匝数较少，并连接在高阻抗的测量仪表上。通常二次绕组的额定电压规定为100V。3.4.7三相变压器上一页下一页返回3.4变压器电力工业中，输配电都采用三相制。变换三相交流电电压，则用三相变压器。因此，三相电压的变换在电力系统中占据着特殊重要的地位。变换三相电压，既可以用一台三铁芯柱式的三相变压器，也可以用三台单相变压器组成的三相变压器组来完成，后者用于大容量的变换。三相变压器的原理结构如图3.19所示，它由三根铁芯柱和三组高低绕组等组成。高压绕组的首端和末端分别用U,,V,,W;和U,,V,,标示，低压绕组的首、末端分别用U.},V.},W:和U?,V标示。绕组的连接方法有多种，其中常用的有Y一Y和Y一△。这里前者表示高压绕组的接法，后者表示低压绕组的接法。图3.20示出了这两种接法的接线情况。上一页下一页返回3.4变压器三相变压器比三个单相变压器组合效率高，成本低，体积小，因此应用广泛。三相变压器的额定容量为式中，Uz},l分别为副边额定线电压、额定电流。【思考题】(1)若电源电压与频率都保持不变，试问变压器铁芯中的氨L是空载时大，还是有负载时大?

上一页下一页返回3.4变压器(2)变压器能否变换直流电压?若把一台电压为220/110V的变压器接入220V的直流电源，将发生什么后果?为什么?(3)一台电压为220/110V的变压器，N}-2000匝，Nz-1000。能否将其匝数减为400匝和200匝以节省铜线?为什么?(4)简述钳形电流表的工作原理。上一页返回3.5常用低压电气与电气符号在工业生产与日常生活等领域用电中，经常用到一些起控制及保护作用的开关及保护器，他们大都属于低压电器，低压电器是指工作在直流1500V、交流1200V以下的各种电器，按动作性质可分为手动电器和自动电器两种，下面介绍常用的几种电器。3.5.1刀开关和熔断器1.刀开关刀开关是结构最简单的一种手动电器，它由刀片(刀开关本体)和刀座(静触点)组成，其外形和表示符号分别如图3.21所示。刀片下面装有熔封，起保护作用。主要用于不频繁接通和分断电路，或用来将电路与电源隔离，此时又称为“隔离开关”。下一页返回3.5常用低压电气与电气符号安装时，电源线应与静触点相连，负载与刀片和熔丝一侧相连，这样安装，当断开电源时，刀片不带电。选用刀开关主要选择其额定电压和额定电流，数值要与所控制电路的电压与电流相符合。2.熔断器熔断器(俗称保险丝)是一种最常用和有效的短路保护电器，串接在被保护的电路中。线路正常工作时，熔断器的熔体不熔断;一旦发生短路故障时，电路中产生大电流使熔断器的熔体熔断，及时切断电源，以达到保护线路和电气设备的目的。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号熔断器有开启式、半封闭式和封闭式等儿种，图3.22所示是两种封闭式熔断器。在保护照明线路时，所选择熔断器的电流要等于或稍大于被保护电路的电流。在保护电动机线路时，单台电动机时熔体额定电流为电动机额定电流的1.5~2.5倍;几台电动机共用的总熔体的额定电流可按下式估算上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号3.5.2按钮和行程开关1.按钮按钮也是一种简单的手动开关，应用很普遍，通常用于发出操作信号，以接通和断开电动机及其他电气设备的控制电路，故它的额定电流较小。根据结构不同分为动合按钮、动断按钮和带动断及动合触头为一体的复式按钮，如图3.23所示是复式按钮结构示意图。当用手按下按钮时，原来闭合的触点(常闭或动断触点)则断开，原来断开的触点(常开或动合触点)被闭合。当手松开后，由于弹簧张力的作用，触点恢复原状。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号2.行程开关行程开关又叫限位开关，它是利用机械部件的位移来切换电路的自动电器。其外形、结构及符号如图3.24所示。将行程开关安装在适当位置，当预装在生产机械运动部件上的撞块压下推杆1时，行程开关的动断触点3断开，动合触点4闭合。当撞块离开推杆1时，恢复弹簧2将推杆和触点恢复原状。3.5.3继电器上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号继电器是根据一定的信号使其触头闭合或断开，从而实现对电气线路的控制或保护作用的一种自动电器。它的触点电流容量小，主要用来传递信号，不能接在主电路中，这是它和接触器的主要区别。继电器在自动化系统中应用广泛，其种类繁多，这里仅就几种简单且常用的继电器介绍如下。

1.热继电器热继电器是利用电流热效应使电路断开的保护电器。主要在电动机出现断相、欠电压和过载等故障时进行保护。热继电器的工作原理示意图如图3.25所示。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号热继电器的发热元件(电阻丝)绕在具有不同热膨胀系数的双金属片上，串接于电动机的主电路中，而动断触点则串联于电动机的控制电路中。电动机正常工作时相当于不作用，而当出现过载时，电流超过额定电流，经一定时间后，发热元件的发热量增大，足以使双金属片发生较大的弯曲变形，通过动作机构使动断触点断开，控制电路断开，接触器断电，主触点断开电源，电动机停转，从而达到过载保护的目的。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号热继电器的主要技术数据是整定电流。所谓整定电流是指长期通过发热元件而不动作的最大电流。电流超过整定电流20%时，热继电器应当在20min内动作;当过载电流超过整定电流的50%时，应当在2min内动作。超过的电流数值越大，则发生动作的时间越短。由于热惯性，热继电器不能作短路保护，而且电动机启动或短时过载时，热继电器不会动作，保证电动机的正常运行。目前，常用的热继电器有JR:和JR。系列。JR:系列为两相结构;JR。系列是三相结构(即发热元件和双金属片是三相的)，且有带或不带断相保护两种。一般多选用三相结构。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号2.时间继电器时间继电器是按照所整定的时间间隔的长短来切换电路的自动电器。按工作作原理分类有:电磁式、电动式、电子式和空气阻尼式等。下面介绍通电延时型空气阻尼式时间继电器。空气阻尼式(又称气囊式)时间继电器是利用空气阻尼的原理工作的。它主要由电磁系统、工作触点、气室和传动机构四部分构成，结构如图3.26所示。当吸引线圈1通电时，将衔铁2吸下，使铁芯与活塞杆之间有一段距离，活塞杆在释放弹簧4的作用下向下移动。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号因伞形活塞5的表面固定有一层橡皮膜6，活塞下移时，在膜的上面造成空气稀薄的空间，而下方的压力加大，限制了活塞杆下移的速度，只能慢慢下移，当移动到一定位置时，杠杆11使微动开关10动作。可见，延时时间为从线圈通电开始到使微动开关10动作的一段时间。通过调节螺钉9改变进气孔8的大小，就可以改变延时时间的长短。线圈断电后，在恢复位弹簧12的作用下使橡皮膜6上升，空气经排气孔7被迅速排出，不产生延时作用，使触点瞬时复位。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号这类延时继电器称为通电延时型，它有两个延时触点:一个是延时断开的动断(常闭)触点;另一个是延时闭合的动合(常开)触点。还有两个瞬时动作触点:通电时微动开关的动断触点瞬时断开，动合触点立即闭合。由于空气阻尼式(又称气囊式)时间继电器，延时范围较大(有0.4~60s和0.4~180s两种)，所以在机床电气控制线路中得到了广泛的应用。常用的Js一A系列空气阻尼式时间继电器有通电延时型和断电延时型两种类型。只要将空气阻尼式通电延时继电器的铁芯倒装，即将动铁芯置于静铁芯下面，便可得到断电延时的时间继电器。时间继电器在电气控制电路中的符号如图3.27所示。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号随着电子技术的发展，电子式时间继电器、可编程时间继电器和数字式时间继电器已广泛应用。其定时精度更高，定时时间范围更宽，使用更方便。但其控制原理和图形符号与机械式时间继电器有所不同，具体请参阅有关资料。3.5.4交流接触器交流接触器是利用电磁吸力而工作的自动电器，常用于接通和断开电动机(或其他用电设备)的主电路。它主要由电磁铁和触头两部分组成，用以产生电磁力。其外形、结构示意图及触点如图3.28(a),(b),(c)所示，触头系统由静触头和动触头组成，用以断开和闭合电路，衔铁与动触头连在一起，可以一起运动。交流接触器的文字符号如图3.29所示。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号当电磁铁的吸引线圈加上额定电压时，静铁芯于衔铁之间产生电磁力，使衔铁吸合的同时带动动触头一起运动，使一部分触头接通，另一部分触头断开;当吸引线圈断电或电压低于吸引线圈额定电压较多时，电磁力小于复位弹簧的反作用力，使衔铁释放，带动动触片复位。可见利用接触器吸引线圈的通电或断电，可以控制接触器触头的闭合或断开，从而控制电路的通断。交流接触器的触头按功能不同，分为主触头和辅助触头两种。主触头的接触面较大，允许通过的电流较大，通常有三对动合触头，串联在电动机的主电路中，用以通断主电路。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号但由于主触头通过的电流较大，经常有电弧产生，为此有些接触器还设有灭弧罩，以减小电弧。辅助触头的接触面较小，通过的电流较小，一般为5A以下，通常有四对触头(两对动合触头、两对动断触头)，常接在控制电路中，用来通断交流接触器的吸引线圈和其他小电流的电器。交流接触器根据触头的动作分为动合触头和动断触头两种。动合触头是当交流接触器吸引线圈时，触头在复位弹簧的作用下，使接触器的触头由原来断开状态变为闭合状态的触头，线圈断电时，触头在复位弹簧的作用下，使触头恢复为断开状态，即“一动即合”。而动断触头为吸引线圈通电后，该触头由原来闭合状态变为断开状态，线圈断电时，该触头又回到闭合状态，即“一动即断”。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号交流接触器吸引线圈的额定电压有:380V、220V、127V、36V。交流接触器主触头的额定工作电压有:220V、380V、660V、1140V;辅助触头额定工作电压有:交流380V、直流220V。交流接触器的额定电流是指主触头的额定电流，有6.3A、10A、16A、25A、40A、63、100A、160A、250A、400A、630A、1000A、1600A,2500A,4000A。在选用时，应注意它的额定电流(应大于或等于电动机的额定电流)、线圈电压及触头数量等。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号3.5.5电磁阀电磁阀是指气体或液体流动的管路中受电磁力控制开闭的阀体。它大量应用在液体机械、空调系统、组合机床、自动机床及自动生产线中，是工业自动化的一种重要元件。其结构、符号如图3.30所示。电磁阀的工作原理可简述如下:当吸引线圈不通电时，衔铁由于受弹簧作用与铁芯脱离，阀门处于关闭状态，如图3.30(a)所示。当线圈通电时，衔铁克服弹簧的弹力而与铁芯吸合，阀门处于打开状态，如图3.30(b)所示。从而控制了液体或气体的流动，推动油缸或气缸转换为物体的机械运动，完成进给、往复等动作。其电路符号如图3.30(c)所示，文字符号用YV表示。上一页下一页返回3.5常用低压电气与电气符号【思考题】(1)交流接触器在选用时应注意些什么?(2)何谓动断触头和动合触头?按钮和接触器的动断触头和动合触头有何区别?(3)一个按钮的动合触头和动断触头有可能同时闭合和同时断开吗?(4)保险丝在电路中仅有短路保护作用，没有过载保护的作用，对吗?热继电器是否有短路保护作用?上一页返回3.6电动机根据电磁感应原理进行机械能与电能互换的旋转机械称为电机。其中将机械能转换为电能的电机称为发电机，将电能转换为机械能的电机称为电动机。电动机作为拖动生产机械的原动机，在现代生产中有着广泛的应用。3.6.1电动机的分类电动机可分为交流电动机和直流电动机2大类。交流电动机又可分为异步电动机(或称感应电动机)和同步电动机。直流电动机按照励磁方式的不同分为他励、并励、串励和复励电动机4种。下一页返回3.6电动机异步电动机按照供电电源的相数分为单相和三相两种。三相异步电动机因为具有构造简单、价格低廉、工作可靠、易于控制及使用维护方便等突出优点，在工农业生产中应用很广。如工业生产中的轧钢机、起重机、机床、鼓风机等，均用三相异步电动机来拖动。单相电动机一般为1kW以下的小容量电机，在实验室和日常生活中应用较多。3.6.2三相异步电动机三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成。按转子结构形式分为鼠笼型异步电动机和绕线型异步电动机两种，三相异步电动机可以自启动，其缺点是调速特性较差，有滞后的功率因数和起动转矩较小等。上一页下一页返回3.6电动机1.三相异步电动机的结构、主要特性及指标(1)三相异步电动机的结构三相异步电动机的内部结构如图3.31(a、b)所示，主要由定子(静止部分)和转子(运动部分)两部分组成。①定子部分定子是电动机的不转动部分，其作用是产生一个旋转磁场。它主要由定子铁芯、定子绕组和基座组成。定子铁芯是电动机磁路的一部分，为了减少铁芯的涡流损失，定子铁芯一般用表面涂有一层绝缘漆、厚为0.5毫米的硅钢片压叠而成，但小型电动机的铁芯一般不涂漆，靠硅钢片表面一层氧化膜绝缘。上一页下一页返回3.6电动机定子铁芯内圆表面均匀地冲有槽沟(图3.32)，槽沟内先放绝缘材料(聚酝薄膜或青壳纸、黄蜡绸等)，然后放人定子线圈，并用槽楔(竹楔或术楔)嵌住槽口，以防线圈松脱。定子绕组是定子中的电路部分，一般采用漆包线绕成。嵌进槽沟后连同定子铁芯一起进行浸漆烘干。三相定子绕组用于产生旋转磁场，可以根据需要，将三相绕组接成Y或三角形。机座是用来安装定子铁芯和固定整个电动机用的，中小型多采用铸铁机座，大型多采用钢板焊接机座。②转子部分转子是电动机的转动部分，其作用是在旋转磁场作用下获得一个转动力矩，以带动生产机械一同转动。上一页下一页返回3.6电动机转子由转轴、转子铁芯、转子绕组、风扇等部分组成(图3.33(a))。转子铁芯是一个圆柱体，也由厚为0.5毫米开有槽沟的硅钢片压叠而成。它与定子铁芯组成电动机的闭合电路。鼠笼式转子绕组是转子的电路部分，它是用铜条或铸铝压进铁的槽沟内，两端用端环连接，其结构像个圆筒形鼠笼(图3.33(b)(c))鼠笼式电动机也因此而得名。在转子端部装有风扇叶，使风沿着轴向推进，以加强通风散热作用。绕组式异步电动机的定子结构与鼠笼式异步电动机相同，绕线式异步电动机的转子绕组与鼠笼式不同，他们的工作原理是一样的。绕线式转子的绕组和定子绕组相似，是用绝缘导线接成三相对称绕组。上一页下一页返回3.6电动机梅相的始端连接在3个铜制的滑环上，再通过电刷把电流引出。滑环固定在转轴上，可与转子一起旋转。绕线式异步电动机通过电刷和滑环实现在转子回路中接人附加电阻，可改善电动机的启动性能或调节电动机的转速，主要用在要求启动电流小及需要调节电动机速度的场合。

(2)三相异步电动机的主要特性电动机是驭动生产机械的电气设备，其主要特性便是机械特性。转差率、转矩是描述机械特性的重要参数。①转速和转差率

上一页下一页返回3.6电动机三相电源产生旋转磁场，带动转子转动n但转子的转速，了始终小于旋转磁场的转速，，常称，为三相异步电动机的同步转速，这也是称其为异步电动机的原因。这一转差的存在是异步电动机旋转的必要条件。转子转向与旋转磁场方向一致，这是异步电动机改变转向的基本原理。上一页下一页返回3.6电动机一般情况下，转子转速只略小于同步转速，在额定负载下，电动机的转差率一般为1%~9%。当电动机启动时，n=0,s=1;当，i=n(实际不可能)时，s=0。转差率变化范围是0<s<1。转差率、表明电动机运行速度、转子转速越接近同步转速，转差率越小。要知道转差率，需要知道同步转速，对具体电动机而言，同步转速是个常数，由下式确定式中，p为旋转磁场的磁极对数;f为通人绕组的三相电流的频率。一般情况下，三相电流的频率是个常数，我国工频50Hz。旋转磁场的转差率决定于磁场的极对数。上一页下一页返回3.6电动机磁场的磁极对数和三相绕组的安排有关，若每相绕组只有一个线圈，绕组始端相差120˚，则旋转磁场的磁极对数为1;若每相绕组有两个线圈串联，绕组始端相差60˚，则旋转磁场的磁极对数为2。②三相异步电动机的电磁转矩电动机的作用是把电能转换成机械能，它输送给生产机械的是电磁转矩，T(简称转矩)和转速。实际选用电动机要求转矩与转速必须符合机械负载的要求。上一页下一页返回3.6电动机电磁转矩由旋转磁场与转子电流相互作用形成，电磁转矩与电源电压、转速(或转差率)等外部条件以及转子电阻、电抗等内部条件有关，转矩的单位是牛·米(N.m)。理论分析可知转矩与电源电压的平方成正比，当电源变动时，对转矩的影响很大。③三相异步电动机的机械特性电磁转矩反应了电动机的做功能力及机械特性。当电源电压、频率、转子电阻、电抗固定时，电磁转矩，T仅为转差率的函数，电磁转矩，T与转差率、的关系曲线，T=f(s)或转差率s与电磁转矩T的关系曲线、一

，称为电动机的机械特性曲线。从机械特性曲线可得如下3个电磁转矩参数。上一页下一页返回3.6电动机额定转矩，

：电动机在额定转速，(负载)下工作时的电磁转矩称为额定转矩1w电动机在运行时，电磁转矩是驭动转矩，负载的阻力及轴承的摩擦阻力力矩通称为机械负载转矩。所以，在额定转速情况下运行时，可近似认为电磁转矩与机械负载转矩相等。电动机的额定转矩可根据铭牌上的额定功率(输出机械功率)和额定转速由下式求得上一页下一页返回3.6电动机启动转矩，T电动机刚启动(n=0,s=1)时的转矩称为启动转矩。用，T表示，它的大小表示电动机启动性能的好坏，在选用电动机时必须考虑启动转矩这一重要指标。启动转矩与电源电压的平方成正比，当转子电阻(如绕线式转子电路外接变阻器)适当增大时，启动转矩会增大，继续增大Rz,M反而会减小，这一点在生产上具有实际意义。我们选择适当的R,值，从而可获得最大的启动转矩。若启动转矩小于额定转矩(假定负载转矩等于额定转矩)，电动机将不能启动，显然，启动转矩应大于额定转矩。上一页下一页返回3.6电动机最大转矩几L及过载系数λ:最大转矩就是指电动机在运行中所能产生的最大电磁转矩。由机械特性曲线上可以找到，I。它所对应的转速，、转差率、

称为临界转速和临界转差率。最大转矩表明了电动机的最大负载能力，当机械负载转矩大于最大转矩时，电动机带不动负载，发生闷车现象，电动机将严重过热以致损伤或烧坏。电动机在运行中应有一定的过载能力，电动机的额定转矩应小于最大转矩，最大转矩与额定电磁转矩的比值称为过载系数λ，一般异步电动机的λ=1.8~2.2，特殊用途的电动机λ可达3或更大，λ可从电动机的技术数据中查得。上一页下一页返回3.6电动机(3)三相异步电动机的铭牌数据按照国家标准而规定的电动机在正常工作条件下的运行状态，称为异步电动机的额定运行状态，表示电动机额定运行情况的各种数据，如电压、电流、功率、转速等，称为电动机的额定值。额定值一般标在电动机的铭牌或产品说明书中。因此，看懂铭牌及额定值含义，是正确使用异步电动机的先决条件。①型号说明表示电动机的类型和规格的代号。国家标准规定，电机型号用汉语拼音大写字母及国际通用符号和阿拉伯数字组成。例如:上一页下一页返回3.6电动机②额定电压、电流铭牌上所标的电压、电流是指电动机在额定运行情况下，三相定子绕组应接的线电压值及线电流值，单位为V和A。③额定功率铭牌上所标的功率值是指电动机在额定情况下运行时，转子轴上输出的机械功率，单位为kW。上一页下一页返回3.6电动机应注意它与输人功率的区别，输人功率可由额定电压、电流以及电动机的功率因数求出，P,厅U}1}cos，输出功率Pz与输人功率P的比值，称为电动机的额定运行效率。一般鼠龙式电动机在额定运行时的效率为75%~95%。④频率、额定转速及接法交流电源的频率，我国工频50Hz。额定转速指电动机在额定运行时的转速。接法指电动机定子绕组的接线方法。通常有星形Y和三角形△连接两种。2.三相异步电动机的使用实际应用中，除了应根据机械装置的负载特性选择合适的电动机，还应考虑电动机的启动、制动、调速、反转、散热、效率等实际问题。在此仅作简单介绍。上一页下一页返回3.6电动机(1)三相异步电动机的启动电动机接通电源后，转子由静止转动起来，转子的转速从零逐渐增大，直到对应负载下的稳定转速(或额定转速)，这一过程称为启动过程，简称启动。电动机的启动过程非常短暂，一般小型电动机的启动时间在一秒以内，大型电动机的启动时间约为十几秒到几十秒。三相异步电动机在启动过程中主要存在两个问题:上一页下一页返回3.6电动机①启动电流比额定电流大很多:电动机在接通三相电源后，电动机的转子开始从静止转动起来，这时旋转磁场以最大的相对速度切割转子导线，在转子导线中产生最大的感应电动势和感应电流，该最大的转子电流通过磁路作用，使得定子绕组中便跟着出现很大的启动电流，其值约为电动机额定电流的5~7倍。过大的启动电流会使电动机本身产生大量的热量，同时还会造成电网电压下降，使得在同一回路上的电器设备不能正常工作。但在一般情况下，因为启动的时间短，且电动机一经启动，启动电流会随着转速的增大而迅速减小，大启动电流产生的热量来不及积累就散发掉了，不会过热。故对于小型电动机及启动不频繁的电动机来说影响不大。上一页下一页返回3.6电动机②启动转矩不大:在刚启动时，转子电流虽然很大，但启动转矩并不大，它与额定转矩之比为1.0~2.0倍，太小的启动转矩会给电动机的带负载能力造成困难，结果造成过长的启动时间。由此可见，电动机在启动时既要把启动电流限制在一定数值内，同时又要有足够大的启动转矩，以便缩短启动过程，对不同容量、不同类型的电动机应采取适当的启动办法。具体有以下几种:上一页下一页返回3.6电动机①直接启动直接启动又叫全压启动。它是直接通过刀开关或接触器等电器将电源与电动机的定子绕组接通。这种启动方法的优点是:启动设备简单、启动迅速、操作方便。缺点是:启动电流大。一般情况下，容量在10kW以下(不含10kW)的电动机可以直接启动。②降压启动通过启动设备将电机的额定电压降低后加到电机的定子绕组上，以限制电机的启动电流，待电机的转速上升到稳定值时，再使定子绕组承受全压，从而使电机在额定电压下稳定运行，这种启动方法称为降压启动。上一页下一页返回3.6电动机降压启动减小了启动电流，但同时也减小了启动转矩。所以降压启动只适用于电动机轻载或空载启动情况。③软启动器启动软启动器是一种集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电动机控制装置，国外称为SoftStarter。软启动器的发展经历了由磁控式软启动器、电子式软启动器到智能化软启动器几个阶段。作为一种新型电动机启动控制装置，它克服了传统降压启动方式而引起的启动电流不连续、启动转矩不可调及对电网产生二次冲击电流等诸多缺点，是现代工业生产电机控制行业上应用最广泛的高科技电机控制设备。上一页下一页返回3.6电动机软启动器的主要构成是串接于电源与被控电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。运用单片机的控制技术，控制三相反并联晶闸管的导通角大小和导通时间，使被控电机的输人电压按照不同的要求而变化，从而实现电动机的软启动功能。软启动器实质是一个智能调压器，用于电动机启动时，输出一个平滑的可变电压加到电动机的定子绕组上，实现软启动的各种功能。(2)三相异步电动机的反转

上一页下一页返回3.6电动机实现异步电动机转动方向的改变是由旋转磁场的方向决定的，而旋转磁场的转向取决于定子绕组中通人三相电流的相序。因此，只要将电动机三相供电电源中的任意两相对调，这时接到电动机定子绕组的电流相序就被改变，旋转磁场的方向也被改变，电动机就实现了反转。(3)三相异步电动机的制动当电源与电动机断开后，由于电动机转动部分的惯性，电机转子仍然续动，要经较长时间后才能停止。但是某些生产机械要求电动机必须迅速停转或反转，为此对电动机要进行制动。常用的制动方法有机械制动和电气制动两大类:上一页下一页返回3.6电动机①机械制动:机械制动就是使用电磁铁来带动刹车机构动作，利用摩擦力来达到使电动机及设备停止转动的日的，这种制动方式需要的时间较长，多在施工机械中使用。②电气制动:电气制动是指切断电源后，电动机在惯性转动过程中，在电动机内产生一个与电动机旋转方向相反的电磁力矩，作为制动力矩，迫使电动机迅速停转的方法，这种制动方法多在金属加工机械中使用。电气制动又分为能耗制动和反接制动等。上一页下一页返回3.6电动机(4)三相异步电动机的调速在实际生产中，为了提高生产效率或满足生产工艺的要求，需要人为地改变电动机的转速，称为调速。可见，异步电动机的转速由电源频率、旋转磁场极对数和转率差决定。因此，调整转速的方法有以下三种:①变频调速改变电动机的电源频率f，以达到调节转子转速n的目的。这种调速方法称为变频调速。上一页下一页返回3.6电动机由于频率可以连续平滑地改变，则电动机的转速就可以连续平滑地在较大范围内调整，故变频调速属于无极调速，且具有机械特性较硬的特点。随着电力电子技术的发展，目前，已有性能良好、工作可靠的变频电源应用于各种电气设备当中。②变极调速改变定子绕组磁极对数p，以改变转子转速n，这种调速方法称为变极调速，变极调速只适用于鼠笼式异步电动机。③变转差率调速上一页下一页返回3.6电动机改变电动机的转差率s进行调速。通常只适用于绕线转子异步电动机。这种方法是通过转子电路中串接调速电阻来实现，此时转子电流减小，则定子电流、转矩、转速也随之减小，转差率s升高，所以叫变转差率调速。改变调速电阻的大小可以得到平滑调速。由于电阻耗能和不能使机械特性过软，调速电阻不能过大，这种调速的范围比较小，但这种调速方法简便易行，仍广泛应用于大型起重设备中。上一页下一页返回3.6电动机3.6.3其他电动机实际应用中，还需要类型、结构、性能各异的电动机，下面简单介绍。1.单相异步电动机单相异步电动机是指在单相电源作用下运行的小容量异步电动机，它们在家用电器、仪器仪表、生产工具、医疗设备等方面得到广泛应用。如电钻、电风扇、电冰箱等。上一页下一页返回3.6电动机单相异步电动机结构与三相异步电动机相似，其定子铁芯上有两个绕组，一个是运行绕组，也称工作绕组，一个是启动绕组，又称辅助绕组，二者在空间相隔90˚电角。启动绕组一般只在启动时与运行绕组并联接人单相电源，当转速升到了

时，靠离心开关或继电器触点将其切断，所以正常工作时，仅运行绕组接在电源上，单相异步电动机的转子大部分是鼠笼式转子。上一页下一页返回3.6电动机单相异步电动机仅有运行绕组工作，其转向是不固定的，它的转向取决于启动时的转向。单相异步电动机不能自行启动，如果能有一个启动转矩，则可使电动机按启动方向转动。其根本原因是运行绕组只能产生脉动磁场。因此，只有设法在定子上另装一个空间上与运行绕组有一定角度的启动绕组，并使启动绕组中的电流超前于运行绕组电流，则就可以产生一个旋转磁场，使电动机启动旋转。电动机启动后，切除启动绕组，电动机仍可继续旋转。为使电动机能自行启动，常用的方法有分相式启动和罩极式启动两种;分相式又分为电阻分相式和电容分相式。由于电容分相式运行性能好、过载能力强、制造简单方便，被广泛应用。上一页下一页返回3.6电动机2.三相同步电动机同步电机是交流旋转电机中的一种，因其转速恒等于同步转速而得名。同步电机主要用作发电机，也可用作电动机和调相机。三相同步电机是由定子和转子两大部分组成。定子绕组结构形式与异步电动机定子绕组相似，转子有凸极式和隐极式两种。转子上有励磁绕组，由直流电源供电。同步电机的励磁方式有直流励磁、半导体励磁和三次谐波励磁三种。同步电机按运行方式可分为发电机、电动机和调相机三类。发电机把机械能转换成电能;电动机则把电能转换成机械能;调相机则专门用来调节电网的无功功率，改善电网的功率因数。上一页下一页返回3.6电动机3.直流电动机直流电动机与交流电动机相比，具有调速性能好，启动转矩大等优点，因此在需要较大启动转矩的生产机械(如起重设备)中通常都采用直流电动机驭动，一般其结构复杂、价格较贵。直流电动机可分为有刷和无刷两种，无刷直流电动机日前发展很快。(1)直流电机是由定子和转子两部分组成。定子包括定子铁芯和励磁绕组，励磁绕组是用来产生磁场的。转动部分叫电枢，每个电枢绕组两端接在换向器片上，换向器是由许多片组成的。换向器是直流电机的构造特征，它是由楔形铜片组成，铜片与铜片之间，用石母片绝缘。换向器表面有用弹簧压着的固定电刷。电刷是由碳刷、弹簧等组成。上一页下一页返回3.6电动机电刷装置的作用是通过与换向器之间的滑动接触，把直流电引人到电枢绕组。在定子和转子两部分之间留有空气隙。(2)直流电机是利用电和磁相互作用产生电磁转矩来工作的，按励磁方式可分为他励式、并励式、串励式和复励式电动机。励磁方式不同具有不同的运行特性。(3)直流电动机在启动瞬间，启动电流是很大的，可达到额定电流的10~20倍，这是不允许的。因此必须限制启动电流。如在启动时，在电枢回路中串人一个启动电阻R，即可避免出现过大的启动电流。当电机启动后，转速逐渐升高，电枢电流会随之减小，故可把启动电阻断开，电机投人正常运行。上一页下一页返回3.6电动机改变电枢电流的方向或改变励磁电流的方向，以及改变电源电压的极性即可实现改变电动机的转向。直流电动机的调速方法有多种，现在已有性能优良的集成调速控制器产品投人使用。4.微特电动机微特电机广泛应用于高科技领域中，分类繁多。按电流分为直流和交流两种。按用途分为驭动微电机和控制微电机两类。马伙动微电机用来拖动各种小型负载，常用的有微型直流电动机、单相异步电动机和微型同步电动机。控制微电机是具有特殊性能的电机，它在自动控制系统中传递和变换信号，用作执行元件或信号元件。在自动控制系统中作为执行元件的主要有伺服电机、步进电机和力矩电机等。作为信号元件的主要有旋转变压器、自整角机和测速发电机等。上一页下一页返回3.6电动机(1)伺服电动机若电动机的转子的机械运动受到外加控制电压的控制，而且对控制电压的反应比较快速，则这种电动机叫伺服电动机，所谓反应快速，是指加上控制电压时能快速启动，撤除控制电压后能立即停止转动，控制电压的大小和相位改变时，转速和方向也能迅速改变。按照所用的电源的种类，伺服电动机可分为交流伺服电动机和直流伺服电动机两类。交流伺服电动机实际上是一个两相异步电动机;直流伺服电动机与一般的直流电动机相似，定子上安装励磁绕组，转子上装有电枢绕组。一个绕组由直流电源供电，另一个绕组则加以直流控制电压。上一页下一页返回3.6电动机当定子中的励磁磁通和转子中的电流相互作用时，就会产生电磁转矩驭动电枢转动，恰当地控制转子中电枢电流的大小和方向，就可以控制伺服电机的转动方向和转动速度。控制电压为零时，转子则停转。控制电压可加在电枢绕组，也可加在励磁绕组，前者称为电枢控制，后者称为磁场控制。电枢控制具有较好的机械特性和调节特性，控制回路电感小、响应快等优点，所以这种用的较多。根据励磁方式的不同，直流伺服电机又可分为电磁式和永磁式两种。电磁式伺服电机的定子磁极上装有励磁绕组，励磁绕组接控制电压产生磁通;永磁式伺服电机的磁极是永磁铁，其磁通是不可控的。

上一页下一页返回3.6电动机直流伺服电机的电枢细长，用于减少转动惯量，这是直流伺服电机结构上的一个特点。直流伺服电动机常用在功率较大的系统中，输出功率一般为1~600W,也有达数千瓦的。电压有6,9,12,24,48,110,220V等。(2)步进电机步进电机是控制电机的一种，步进电机用电脉冲信号进行控制，以实现对生产过程或设备的数字控制。近年来由于计算机应用技术的迅猛发展，步进电机常和计算机一起组成高精度的数字控制系统。这种数控系统结合可以把脉冲数转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器和角位移发生器等。上一页下一页返回3.6电动机3.6.4电