电器设备及控制技术

变压器的基本构造和基本工作原理

一、能力目标 二、使用的设备 S9-80/10电力变压器一台、各种小型变压器若干 三、项目要求

1．熟悉变压器的用途和种类 （1）电力变压器在电力系统中，用来输送和分配电能，按其功能不同可分为升压变压器、降压变压器和配电变压器等。变压器的基本构造和基本工作原理

（2）仪用变压器

用于测量和继电保护用。 （3）专用变压器

有整流变压器、小容量控制变压器（脉冲、变频）和电子设备中作为电源、隔离、阻抗匹配等小容量变压器。 （4）特殊用途变压器

如电炉变压器、电焊变压器等。 （5）试验变压器

供电气设备的耐压试验用。按相数分为单相、三相、多相变压器；按冷却方式分为干式、油浸式和充气式变压器。变压器的基本构造和基本工作原理

2．熟悉变压器的结构组成 变压器的基本结构主要是铁心和绕组两大部分。下面以油浸式电力变压器为例，扼要介绍变压器主要部件及其主要附件等。（见图1-1） （1）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，也有用铝箔或铜箔绕制的。接电源的绕组称一次绕组；接负载的绕组称二次绕组。按绕组绕制的方式不同，可分同心绕组和交叠绕组两种类型。（见图1-2、1-3）。变压器的基本构造和基本工作原理

图1-1油浸式电力变压器1─信号温度计；2─吸湿器；3─储油柜；4─油表；5─安全气道；6─气体继电器；

7─高压套管；8─低压套管；9─分接开关；10─油箱；11─铁心；12─绕组

；13─放油阀门变压器的基本构造和基本工作原理

图1-2同心绕组

图1-3交叠绕组

1—高压绕组；2—低压绕组1—低压绕组；2—高压绕组

；3—铁心；4—铁轭变压器的基本构造和基本工作原理

（2）铁心 铁心是主磁通的通道，也是器身的骨架。为了提高铁心导磁能力，使变压器容量增大，体积减小，效率提高，采用性能好的导磁材料是很关键的。铁心常用硅钢片叠装而成，热轧硅钢片厚度有0.35mm和0.5mm两种，片间涂覆绝缘漆。冷轧硅钢片比热轧的性能更好，磁导率高而损耗小，但工艺性较差，导磁有方向性且价格贵，多用于大型变压器中。电力变压器全部都已采用冷轧硅钢片，厚度有0.35mm、0.30mm和0.27mm多种，越薄质量越好。铁心因线圈的位置不同，可分成心式和壳式两类（见图1-4），心式指线圈包着铁心，结构简单，装配容易，省导线，适用于大容量、高电压，所以电力变压器大多采用三相心式铁心（见图1-5），壳式是铁心包着线圈，铁心易散热，用线量多，工艺复杂，除小型干式变压器外很少采用。

变压器的基本构造和基本工作原理

图1-4芯式与壳式铁心

图1-5三相芯式铁心形成过程(a)芯式

；(b)壳式(a)四铁心柱；(b)三铁心柱立体式；(c)三铁心柱平面式变压器的基本构造和基本工作原理

3．掌握常用变压器的铭牌数据的含义 （1）型号 型号表示变压器的结构特点、额定容量（kVA）和高压侧的电压等级（kV）

（2）额定电压

UN 一次侧额定电压是指它正常工作时的线电压，它是由变压器的绝缘强度和允许发热条件所规定的。二次侧额定电压是指一次侧额定电压时，分接开关位于额定电压位置上，二次侧空载时的线电压，单位是V。变压器的基本构造和基本工作原理

（3）额定电流

IN 额定电流是指在某环境温度，某种冷却条件下允许规定的满载线电流值。当环境温度和冷却条件改变时，额定电流也应变化。额定电流的大小主要由绕组绝缘和散热条件限制。例如，干式变压器加风扇散热后，电流可提高50%。我国规定变压器的环境温度是400C。 （4）额定容量

SN 额定容量的单位为kVA，也称视在功率，表示在额定工作条件下变压器的最大输出功率，而满负荷时实际的输出功率为：P2＝SNcos2。当然，SN也和IN一样受到环境和冷却条件的影响。 单相时：

SN＝U2N

I2N 三相时：SN＝U2N

I2N变压器的基本构造和基本工作原理

（5）温升 温升是变压器额定工作条件下，内部绕组允许的最高温度与环境温度之差，它取决于所用绝缘材料的等级。绕组的最高允许温度为额定环境温度加变压器额定温升，如40＋65＝105ºC，为A级绝缘的耐热温度。这时变压器油面的最高温度为40+55＝95ºC，一般上层油温应工作在85ºC以下，以控制油的老化不致太快。变压器的基本构造和基本工作原理

四、变压器的基本工作原理： 图1-6为变压器的示意图，它表示变压器在不同电路图中的代表符号。从图1-6（a）可见，最简单的变压器是由一个作为磁路的闭合铁心和绕在铁心柱上的两个或两个以上的独立绕组所组成。变压器的工作是通过电磁感应原理，来传递电能或传输讯号的。由图1-7表明，接入电源的线圈称一次绕组，与其相关的电磁量均加下角标“1”表之。图中与负载相接的线圈称二次绕组，其电磁量加下角标“2”表之。变压器的基本构造和基本工作原理

图1-6变压器的示意图图1-7变压器的工作原理图(a)

用于原理图中；(b)用于接线图中(c)用于示意图中变压器的基本构造和基本工作原理

当一次侧绕组接到交流电源时，绕组中流有电流i1,并在铁心中产生交变磁通Φ。若忽略绕组的漏磁影响，根据电磁感应定律，可列出下面的瞬时值方程式

u1＝－e1＝N1

（1－1）

u2＝－e2＝－N2

（1－2） 则

（1—3）三相变压器的绕组连接

一、能力目标 二、使用的设备及仪器 三相调压器、三相变压器、交流电压表、开关、熔断器、连接导线等。 三、项目要求 1．三相变压器相间极性和一、二次侧极性的测定 （1）极性测定 1）用万用表电阻挡测量12个出线端通断情况及电阻的大小，找出三相变压器高压绕组的六个端头，暂标记为U1、V1、W1；U2、V2、W2。然后按图2-1接线，将V2、W2两端用导线连接。三相变压器的绕组连接

图2-1相间极性的测定U1U2V1V2W2W1Q三相变压器的绕组连接

2）在U相施加低电压，约UN的50％左右，用电压表测量、及间电压，若，则说明V、W两相首端为同名端，标号正确。若，则说明V、W两相首端为异名端，标号是错误的，应更换标号及连接端头。 3）用同样的方法，在V相施加低电压，决定U、W相间极性。相间极性确定后，把高压绕组首末端作正式标记。三相变压器的绕组连接

（2）测定三相变压器高、低压绕组极性 1）在定好一次侧极性后，暂定二次侧的六个标记u1、v1、w1、u2、v2、w2并按图2-2接线，此时一、二次侧都为Y形连接，两中点间用导线连接。

2）在高压边加三相电压，约为50%UN,用电压表分别测量、、、、、、、、。若时，则和同相位，U1、u1端点极性相同，标之为同名端，用“•

”

表示。若，则

和反相位，U1、u1端点极性相反，称为异名端。 3）用同样的方法观察

与、的关系以确定V相的同极性端，观察与、的关系以确定W相的同极性端。三相变压器的绕组连接

三相变压器的绕组连接

三相变压器的绕组连接

2．校验

连接组 按图2-3所示进行接线。用导线将U1、u1端连在一起，将三相调压器调到其输出电压100V左右。 根据连接组的电压向量图可知：

式中

为变压器的线电压比 若实测结果与计算结果相同，则表明该变压器连接组别为Y，yo。三相变压器的绕组连接

四、原理说明 1．变压器绕组的极性 变压器绕组的极性是指变压器一次侧、二次侧绕组在同一磁通作用下所产生的感应电动势之间的相位关系，通常用同名端来标记。在图2-1中，铁心上绕制的所有线圈都被铁心中交变的主磁通所穿过，在任何某个瞬间，电动势都处于相同极性（如正极性）的线圈端就称同名端；而另一端就成为另一组同名端，它们也处于同极性（如负极性）。不是同极性的两端就称为异名端。例如在交变磁通的作用下，感应电动势1U与2U的正反向所指的1U2、2U2是一对同名端，而1U1与2U1也是同名端。应该指出没有被同一个交变磁通所贯穿的线圈，它们之间就不存在同名端的问题。三相变压器的绕组连接

同名端的标记有好几种，例如用星号“*”或“．”来表示，在互感器绕组上常用“+”和“-”来表示（并不表示真正的正负意义）。

（1）直观法 因为绕组的极性是由它的绕制方向决定的，所以可以用直观法判别它们的极性，如图２-4和图２-5所示。如果从绕组的某端通入直流电，产生的磁通方向一致的这些端点就是同名端（右手螺旋法则判别）。三相变压器的绕组连接

(a)(b)图2-4绕组的极性图2-5绕组的串联(a)正向串联；(b)反相串联三相变压器的绕组连接

（2）测试法 如果无法观察到绕组的绕制方向（如绕组密封在内部），只能借助仪表来测试。 １）电压表法

如图2-6所示，测出电压U2和U3，如果U3＝U1＋U2，则是正向串联，1U1与2U1是异名端；如果U3＝U1-U2，则是反向串联，1U1与2U1是同名端。

２）检流计法如图２-7所示，Ｐ为检流计（检流计指针偏向电流流入的一端）。 当合上开关Ｓ，如电流向下，说明这时1U1与2U1都处于高电位，所以它们是同名端。三相变压器的绕组连接

图2-6电压表法图2-7检流计法三相变压器的绕组连接

3．三相变压器及连接组别 三相交流电由三个单相变压器连接组成，称为三相组式变压器。但大多数均采用三相合为一体的三相心式变压器，因为它体积小，经济性好，如图２-8所示。

（1）三相变压器的磁路结构 1）三相组式变压器的磁路 如图２-8（ａ）所示，它的三个单相变压器铁心磁路是各自独立的，只要三相电压平衡，则磁路也是对称一样的，每只变压器可作为单相变压器来分析。三相变压器的绕组连接

图2-8三相变压器(a)三相组式变压器；(b)三相心式变压器(a)(b)三相变压器的绕组连接

2）三相心式变压器的磁路 三相心式变压器有三个铁心柱，供三相磁通

U、V、W分别通过。在三相电压平衡时，磁路也是对称的，总磁通＝U＋V＋W＝0，所以就不需要另外的铁心来供通过。类似于三相对称电路中省去中线一样，这样就大量节省了铁心的材料，如图２-8ｂ所示。但由于中间铁心磁路短一些，造成三相磁路不平衡，使三相空载电流也略有不平衡，但大变压器的空载电流I0很小，影响不大。三相变压器的绕组连接

（2）绕组的首尾判别 1）三相绕组的首尾判别 三相绕组之间有个首尾判别的问题，判别的准则是：磁路对称，三相总磁通为零。如果一次侧一相首尾接错，会破坏三相磁通的相位平衡，即≠0，结果磁通就不能从铁心中返回，而要从空气和油箱中绕走，如图2-9所示。这就使磁阻大大增加，使空载电流也随之增加，尤其是反接的一相空载电流

I0更大，后果是严重的，所以绝不允许接错首尾。三相变压器的绕组连接

图2-9三相磁通不对称时的路径（一次测一相接反）磁通相量图三相变压器的绕组连接

首尾的判别方法如图2-10所示。如图2-10（a）中接法，先假设1U1是首端，外加电压U1

后，测得电压U2＝0，则说明1U1与1V1都是首端。如图2-10（b）中接法，测得电压U2＝U1

则说明被连接的1V2是尾端。因为前者接法使磁通自成一回路，W相绕组中磁通＝0，所以电压U2＝0。而后者U、V两相的磁通都通入到W相中，则W相感应出电压等于U、V两相之和。 同理，把W相与V相交换，同样可测出W相的首、尾端。只有正确判别了三相绕组的首尾，才可进一步探讨三相绕组的两种连接方法──星形（Y）接法和三角形（△）接法。三相变压器的绕组连接

图2-10三相绕组的首尾判别(a)顺接时；(b)反接时(a)(b)三相变压器的绕组连接

2）星形接法

在电工基础中就曾讲过星形接法，它把三相绕组的尾连在一起构成中性点N，三个首端接三相电源，如图2-11所示。一次侧是星形接法，接在三相电源上，因此电压总是对称平衡的，但由于中间相磁路略短，阻抗较大而该相空载电流I0略小（有中线时更明显），这是正常的。但如果首尾接反，磁路将严重不对称，则会出现空载电流I0上升，

三相变压器的绕组连接

图2-11星形接法的电路图和相量图(a)电路接线图；(b)正确时的相量图；(c)二次测一相接反时的向量图三相变压器的绕组连接

3）三角形接法 它是把三相绕组的各相首尾相接构成一个闭合回路，把三个连接点接到电源上去，如图2-12所示。因为首尾连接的顺序不同，可分为正相序和反相序两种接法。与星形接法一样，如果一次侧有一相首尾接反了，磁通也不对称，就会同样出现空载电流I0急剧增加，比星形接法还严重，这是不允许的。 二次侧绕组正确接法时，闭合回路的三相电动势之和为零，即＝U＋V＋W＝0，所以也就不产生环流，如图2-13(b)所示。电动势相量图是闭合的，即＝0，这时任意打开回路中一个接点，测量该接点两端所得的电压，称为三角形的开口电压，其值应该为零。三相变压器的绕组连接

图2-12一次测绕组三角形接法电路图和相量图(a)反相序接线图；(b)反相序连接时的向量图；(c)正相序连接时的向量图三相变压器的绕组连接

如果其中一相接反，如图2-14所示，电动势的相量图是不闭合的，即≠0，而是＝E2U,2W＝2，它将在闭合回路中产生很大的环流，情况比二次侧两相短路还严重（因为电压增大一倍），所以是绝不允许的。因此，只要测量一下三角形接法的开口电压是否为零，就可以断定二次侧三角形接法是否接对了。

三相变压器的绕组连接

图2-13二次测绕组的三角形接法(a)正相序接线图；(b)一、二次测电动势相量图图2-14二次测绕组一相接反的情况(a)接线图；(b)一、二次测电动势相量图三相变压器的绕组连接

（3）三相变压器绕组的连接组别

变压器的一次侧、二次侧都可以有三角形或星形两种接法，一次侧绕组三角形接法用D表示、星形接法用Y表示、有中线时用YN表示；二次侧绕组分别用小写d，y和yn表示。根据不同的需要，一次侧、二次侧有各种不同的接法，形成了不同的连接组别，也反映出不同的一次侧、二次侧的线电压之间的相位关系。两台三相变压器并联，如果它们的一次侧、二次侧电压大小一样，但相位不同，不能并联，要求它们的连接组别一样才能并联，从而说明连接组别判别的重要性。单相变压器的空载、短路及负载运行

一、能力目标 二、使用的设备及仪器 调压器、单相变压器、电流表、电压表、功率因数表、负载阻抗、开关、熔断器。 三、项目要求 1．变压器变压比的测定 （1）根据电路图（见图3-1）高压绕组接电源，低压绕组开路。 （2）在调压器处于零位时合上电源开关，调节调压器使高压绕组的电压约为高压边额定电压的50％，测量一二次侧电压。单相变压器的空载、短路及负载运行

（3）调节调压器改变电压，在上述电压附近再读取两组数据。

2．变压器空载试验 （1）根据电路图（见图3-2）低压边接电源，高压边开路。 （2）在调压器处于零位时合上电源开关，调节调压器使其输出电压为变压器高压侧额定电压的1.1倍，读取被试变压器空载电压U0、空载电流I0和空载功率P0的数据。 （3）读取1.00.90.80.650.5倍额定电压时的上述各量。单相变压器的空载、短路及负载运行

图3-1变比测定接线图单相变压器的空载、短路及负载运行

3．变压器短路试验 （1）根据电路图（见图3-3）高压边接电源，低压边用较粗导线短接。 （2）在调压器位于零位时合电源开关Q，逐渐升高调压器输出电压，使短路电流IK＝1.2IN,迅速读取5组短路电压UK和短路功率PK数据，

cos＝

。

单相变压器的空载、短路及负载运行

单相变压器的空载、短路及负载运行

4．cos＝0.8（感性）时的负载测定 （1）根据电路图（见图3-4）负载阻抗为可调的，为了保持功率因数不变，须接入功率因数表监视。 (2)先将负载阻抗调至最大，调节外加电压，使U1＝U1N，闭合负载端开关，使变压器带上负载，保持原边电压不变，逐渐增加负载电流，在0~1.1IN范围内读取I2

、U2共6~7点

单相变压器的空载、短路及负载运行

单相变压器的空载、短路及负载运行

四、原理说明 1．变压器的空载运行 变压器一次侧加额定电压，二次侧开路即为空载运行，其原理图（见图3-5a）所示。 （1）漏磁通及其产生的电压降 实际变压器是存在电阻、漏磁通和铁耗的（铁心中的涡流、磁滞损耗）。空载电流激励的磁通分为两部分，大部分通过铁心同时与一次侧、二次侧绕组交链，这些称为主磁通，其幅值用Φm来表示，他在一次侧、二次侧绕组中感应出电动势E1，E2，另一小部分只通过一次侧绕组周围的空间形成闭路，称为漏磁通，用ΦS1表示。单相变压器的空载、短路及负载运行

他在一次侧线圈中产生的感生电动势称为漏抗电动势ES1，对应的漏电抗用XS1表示。由于漏磁通ΦS1很小，这占主磁通的千分之几，所以对应的漏抗电动势ES1也是很小的，有时可以忽略不记。一次侧等效电路图（见图3-5b）所示这时电压平衡方程式为：＝r1＋jXS1＋jX1r1--＝ZS1-

（3-1）

式中ZS1＝r1＋jXS1──为一次侧的漏阻抗；

r1──为一次侧绕组电阻；

─一为一次侧主磁通感应电动势 ZS1──为一次侧漏阻抗电压。单相变压器的空载、短路及负载运行

从图3-5(b)和式（3-1）可看出，漏阻抗电压的存在会使E1下降，当ZS1较小时可以忽略。如用有效值表示（只计大小，不计相位），则有方程：

U1≈E1

U02＝E2

（3-2）单相变压器的空载、短路及负载运行

图3-5实际变压器（有漏磁）空载运行图图3-6实际变压器空载相量图(a)原理图；(b)初级等效电路单相变压器的空载、短路及负载运行

（2）励磁电流I0和空载损耗P0

实际变压器的铁心中有铁耗（磁滞与涡流损耗），它会消耗一部分输入功率。如图3-6所示。这时就有：

I0P=I0

I0Q=I0 (3-3) 空载损耗则为：

P0＝U1I0≈U1I0Q

（3-4） （3）空载相量图

如图3-6所示。

单相变压器的空载、短路及负载运行

2．负载运行 （1）原理图及电压方程式 单相变压器负载运行原理图如图3-7所示，它的二次侧可简化成图3-8所示的等效电路图，因一次侧等效电路和空载时一样，这里只分析二次侧等效电路。对照前面空载运行的分析，r2、XS2是二次侧绕组的电阻和漏电抗，可以得到一次侧、二次侧电压方程式为：单相变压器的空载、短路及负载运行

由式（3-5）可见： 1）当输入电压U1不变时，因，因此输出电压U2的稳定性主要由ZS1、ZS2决定，当负载电流I2上升时，如ZS1、ZS2大，则输出电压U2下降就快，不稳定；如ZS1、ZS2小，则输出电压U2就较稳定。 2）二次侧电路的功率因数主要由负载Zfz决定，与变压器关系不大，所以变压器也不设这个参数。单相变压器的空载、短路及负载运行

图3-7单相变压器负载运行图图3-8二次测等效电路单相变压器的空载、短路及负载运行

（2）磁动势平衡方程式及电流比 由式（3-2）可知，当时， 即，只要输入电压U1不变，主磁通就Φm不会变。空载时，Φm是一次侧励磁电流I0产生的；负载时，输入电压U1不变，Φm仍不会变，但他是由一次侧电流I1和二次侧电流I2共同产生的。所以磁动势平衡方程式为：

单相变压器的空载、短路及负载运行

式中，为一次侧电流中的负载分量。如果忽略空载励磁电流I0，则式（3-7）变为： 式（3-8）说明：当I0不大时，可以近似看成I1与I2大小上相差K倍，相位上几乎相差180°。单相变压器的空载、短路及负载运行

（3）负载运行相量图变压器负载运行相量图如图3-9所示

图3-9负载（感性）时的相量图单相变压器的空载、短路及负载运行

3．变压器的外特性 变压器一次测输入额定电压和二次测负载功率因数一定时，二次测输出电压与输出电流的关系称为变压器的外特性，也称为输出特性。通常用曲线表示，如图3-10所示。从负载运行方程式（3-5）知道：单相变压器的空载、短路及负载运行

图3-10变压器的外特性

图3-11容性负载对U2的影响(a)感性负载时的U2；(b)容性负载时的U2单相变压器的空载、短路及负载运行

当二次测感性负载电流I2增加时，由于漏阻抗ZS1、ZS2的影响，使输出电压下降。但如果负载的性质变成容性时，情况就大不一样了。可以从图3-11看出，在相同的E2，I2情况下，因为I2的相位超前了U2，反而使U2增大了，而且I2越大，U2也越大。如图3-10所示，当负载容性时，外特性是上翘的；而负载感性时，外特性是下降的。也就是说容性电流有助磁作用，使U2上升；而感性电流有去磁作用，使U2下降。这也说明了二次测功率因素对外特性影响很大，其实质是去磁和助磁不同作用所致。单相变压器的空载、短路及负载运行

4．电压调整率 一般情况负载都是电感性的，所以变压器输出电压U2是随输出电流I2的增加而略有下降的，下降的程度与ZS1、ZS2及cos有关，通常用电压调整率来表示电压变化的程度： 式中U2N──变压器二次测输出额定电压（即二次测空载电压U02）

U2──变压器二次测额定电流时的输出电压。互感器

一、能力目标 二、使用的设备及仪器

电流互感器、电压互感器、钳形电流表（T301型）。 三、项目要求

1．熟悉互感器的用途和种类 （1）电流互感器，外形见图4-1。 （2）电压互感器，外形见图4-2。互感器

图4-1两种电流互感器的外形(a)穿心式电流互感器；(b)电流互感器1-一次绕组母线穿孔

；2，5-二次绕组接线端；3-一次绕组接线端

；4-一次绕组线圈；6-铁心

；7-二次绕组线圈互感器

图4-2电压互感器的外形1-一次绕组接线端；2-铁心；3-二次绕组接线端互感器

2．掌握互感器使用的注意事项 （1）

电流互感器使用的注意事项： 1）电流互感器的选择。用于供配电线路的电流互感器的二次测绕组额定电流为5A，都是配用5A量程的交流电流表，使用时应根据被测电流的范围选择合适的电流互感器的一次绕组额定电流与变流比，如200/5，500/5等。同时还要注意电流互感器的额定电压的选择，电流互感器的额定电压等级必须与被测线路电压等级相适应。 2）电流互感器二次测绕组不允许开路。

互感器

3）安装电流互感器时，电流互感器的铁心及二次绕组的一端应该同时可靠接地，特别是高压电流互感器。 4）电流互感器在连接时，必须注意一、二次绕组接线端的极性。一、二次绕组的电流正方向应如图4-3所示，此时I1与

I2是同向的，如果接错不仅会使功率表、电度表倒走，在三相测量电路中还会引起其他严重故障。互感器

互感器

（2）电压互感器使用的注意事项： 1）电压互感器的选择可以从电压互感器的电压等级和容量两个方面考虑。电压互感器一次绕组的额定电压应略大于被测电压，二次绕组的额定电压一般为100V，与电压互感器配套的交流电压表量程应为100V。电压互感器的容量应大于二次回路所有测量仪表的负载功率。 2）电压互感器的一、二次绕组都不允许短路。电压互感器正常工作时，二次绕组近似为开路状态，如果二次绕组短路则会烧毁电压互感器，为此电压互感器的一，二绕组都应安装熔断器。互感器

3）安装电压互感器时，电压互感器的铁心和二次线圈的一端要可靠接地，以防止一、

二次线圈之间绝缘损坏或击穿时，一次绕组的高压窜入二次绕组，危及人身与设备安全。 4）电压互感器在连接时，必须注意一、二次绕组接线端的极性，如图4-4所示，不能接反，尤其是在三相测量系统中，接反将会发生严重事故。互感器

互感器

3．

学会钳形电流表的使用 使用电流表直接测量电流时，必须断开电路以后再把电流表串入电路中才能进行测量，这样当电路正在工作时就无法进行测量了。为了做到在不断开电路的情况下就能测量电流，可以使用钳形电流表。钳形电流表有交流电流表（如T-301型）和钳形交、直流电流表（如MG-20型）。钳形交流电流表实际上是穿心式电流互感器与整流系电流表组合而成的便携式的交流电流测量仪表。钳形交流电流表的外形如图4-5所示。

互感器

四、互感器的工作原理 1．电流互感器的工作原理

原理图及图形符号见图4-3，电流互感器一次绕组匝数N1很少；二次绕组匝数N2很多。一次绕组与被测电路串联，流过被测电流，他是电流互感器的一次电流。二次绕组与电流表或其他仪表的电流线圈相连接。根据变压器工作原理，可以得到：互感器

式中

Ki──电流互感器的电流比。 上式也可写成：

I1=

图4-5钳形电流表互感器

由此可见，只要测出I2，就可以得出被测电流I1，也就是使用电流互感器后将电流表的量程扩大Ki倍。实际上与电流互感器配套的交流电流表刻度也已经按乘上Ki后的数值标出，所以可以在交流电流表的刻度上直接读出交流电流数值。电流互感器的一次绕组的额定电流有多种规格，如200A，300A，600A，1000A等，但电流互感器二次绕组的额定电流一般都设计为5A。例如300A／5A,1000A／5A等，因此与电流互感器配套使用的交流电流表的量程应选择5A。互感器

由于变压器存在空载电流I0，所以变压器的电流比与匝数比之间存在误差的，电流互感器也不例外。为了减小空载电流、减小误差，电流互感器的铁心中磁通密度取得很低，铁心尺寸也较大，电流互感器的误差可分为变比误差（简称比差）和相角误差（简称角差）两种。所谓比差就是指按变流比测量值与一次绕组电流真值相比较的相对误差，即数值大小的误差；所谓角差是指一次绕组电流与二次绕组电流在相位上的误差。其准确度等级分为0.2，0.5，1.0，3.0，10五个等级。由于电流互感器的电流是随主电路负载变化的，其误差大小还与电流大小有关。各级的误差见表4-1。互感器

表4-1电流互感器的准确度等级准确度等级一次绕组电流（以对额定电流的百分比表示）电流最大误差（％）角度最大误差（′）0.2120～1002010±0.2±0.35±0.5±10±15±200.5120～1002010±0.5±0.75±1.0±40±50±601120～1002010±1.0±1.5±2.0±80±100±1203120～50±3未定标准10120～50±10未定标准互感器

2．电压互感器的工作原理 原理图及图形符号见图4-4所示。其中一次绕组匝数N1很多，二次绕组匝数N2很少。 测量时，一次绕组与被测电路并联，二次绕组接电压表或其他仪表（功率表、电度表）的电压线圈支路。由于仪表的电压支路电阻较大，所以电压互感器的工作状态相当于一个降压变压器空载状态。根据变压器工作原理，可得到： 式中

Ku──电压互感器的电压比。 上式可写成：

U1=Ku

U2

互感器

由此可知，只要测出二次电压U2，就可以得出一次电压（即被测电压）U1=Ku

U2，使用电压互感器后将交流电压表扩大Ku倍。为了便于读数，实际上与电压互感器配套使用的交流电压表刻度值已经按乘上Ku后的数值标出，所以刻度上读出的就是被测电压U1。为了便于使用，尽管电压互感器一次绕组额定电压有6000V，10000V，35000V等，但电压互感器二次绕组额定电压一般都设计为100V，如6000V/100V，10000V/100V，35000V/100V等。因此，与电压互感器配套使用的交流电压表的量程应为100V。电压互感器除了单相以外，还有三相电压互感器。互感器

电压互感器的误差也可分为变比误差（简称比差）和相交误差（简称角差）两种。所谓比差就是指按电压比测量所得的值与一次绕组电压真值相比较的相对误差，即数值大小的误差；所谓角差是指一次绕组电压U1与二次绕组电压U2在相位上的误差。在理想情况下，如果U1与U2的正方向如图4-4所示，应该是同相的，但是由于内阻抗的影响，U1与U2存在一些相位差，这就是角差。电压互感器的准确度按照比差可分为0.2，0.5，1.0，3.0四个等级，各等级的误差见表4-2。互感器

表4-2电压互感器的准确度等级准确度等级电压最大误差（％）角度最大误差（′）准确度等级电压最大误差（％）角度最大误差（′）0.2±0.2±101.0±1.0±400.5±0.5±203.0±3.0没有规定电焊变压器

一、能力目标 二、使用的设备及仪器 磁分路动铁心式电焊变压器（BX1-135）一台、带电抗器电焊变压器（BX2-500）一台、动圈式电焊变压器（BX3-300）一台。 三、项目要求

1．熟悉常用电焊变压器的类型和基本结构 （1）带可调电抗器的电焊变压器 带可调电抗器的电焊变压器有外加电抗器式和共轭式两种结构形式。电焊变压器

图5-1带电抗器的电焊变压器

图5-2焊接变压器电流的调节1-空载曲线；2-电抗小时的外特性；3-电抗大时的外特性电焊变压器

1）外加电抗器式

外加电抗器式电焊变压器是在一台降压变压器的二次侧输出端再串接一台可调电抗器组合而成，如图5-1所示。为了调节二次侧空载电压U02，在一次侧绕组中备有分接头。电焊变压器输出电流的调节主要通过改变电抗器的气隙大小来实现，如气隙减小时，电抗增大，电焊机输出外特性下降陡度就增大，电流就减小，如图5-2所示。电焊变压器

2）共轭式 共轭式电焊变压器是将变压器铁心和电抗器铁心制成一体成为共轭式结构（即有部分磁轭是公用的），如图5-3所示。它除了变压3和动铁心4。变压器二次侧输出线圈是与电抗器线圈串联的，设EX是电抗器上的电动势，E2是变压器二次侧电动势，当两者是顺极性串联时，输出电压为两者之和，即02=E2+EX。当两者是反极性串联时，输出电压为两者之差，即

02=E2-EX。因此得到两种不同空载电压的外特性，如图5-4所示。电焊变压器

图5-3共轭式电焊变压器的接线图(a)顺极性；(b)反极性电焊变压器

图5-4共轭式电焊变压器的外特性

1）顺接时；2）反接时

电焊变压器

（2）磁分路动铁式电焊变压器 磁分路动铁式电焊变压器是在铁心的两柱中间又装了一个活动的铁心柱，称为动铁心，如图5-5（a）所示。一次侧绕组绕在左边的铁心柱上，而二次侧绕组分两部分，一部分在左边与一次侧同在一个铁心柱上；另一部分在右边一个铁心柱上。当改变二次绕组的接法就达到改变匝数和改变漏抗的目的，从而达到改变起始空载电压和改变电压下降陡度的作用，以上是粗调作用，如图5-5（b）所示。粗调有I和Ⅱ两挡。电焊变压器

如果要微调电流，则要微调中间动铁心的位置。如果把动铁心从贴心的中间逐步往外移动，那么从动铁心中漏过的磁通会慢慢地减少。因为动铁心往外移动，气隙加大，磁阻也加大，漏磁通就减少，漏抗随之减少，电流下降速度就慢，如图5-5（c）所示。当连接片接在I位置时（即粗调电流），次级绕组匝数较多，所以空载电压较高，为曲线1、2。这是把动铁心移到最里面，则漏磁通最多，漏抗多大，曲线下降最陡，即为曲线1；反之，把动铁心慢慢移出来，曲线就慢慢向曲线2靠近。从图5-5（c）中看出，如果工作电压为30V，工作电流就会从60A左右慢慢向170A变化。这就是微调电流的原理。电焊变压器

当粗调节器放在Ⅱ位置，由于二次匝数少了，空载电压从70V降到60V，曲线3、4的陡度也小了。同前面分析的一样，当动铁心从最里面移动到最外面时，工作电流将从130A左右慢慢向450A变化，如图5-5（c）所示。电焊变压器

图5-5动铁式交流弧焊机(a)结构图；(b)电路图；(c)外特性曲线1-粗调Ⅰ、动铁最里面；2-粗调Ⅰ、动铁最外；3-粗调Ⅱ、动铁最里面；4-粗调Ⅱ、动铁最外电焊变压器

（3）动圈式电焊变压器前面两种变压器的一次侧、二次侧绕阻是固定不动的，只是改变动铁心位置，即改变气隙大小来改变漏磁通的大小，从而改变了漏抗大小，达到改变曲线的下降陡度、调节电流的目的。电焊变压器

动圈式电焊变压器的铁心是壳式结构，铁心气隙是固定不可调的，一次侧绕组固定在铁心下部，二次绕组置于它的上面，并且可借助手轮转动螺杆，使二次侧绕组上下移动，从而改变一次侧、二次侧的距离来调节漏磁的大小。显然，原、副绕组越近则耦合越紧，漏抗就小，输出电压也高，下降陡度也小，输出电流就大；反之则电流就小。以上介绍的是微调。还可以通过将一次侧和二次侧的部分绕组接成串联或并联（它们均有两部分线圈构成）来扩大调节范围，这是电焊变压器的粗调。

电焊变压器

2．掌握电焊变压器的特点 （1）二次侧空载电压应为60~75V,以保证容易起弧。同时为了安全，空载电压最高不超过85V。 （2）具有陡降的外特性，即当负载电流增大时，二次侧输出电压应急剧下降，如图3—5所示。通常额定运行时的输出电压U2N为30V左右（即电弧上电压）。 （3）短路电流IK不能太大，以免损坏电焊机，同时也要求变压器有足够的电动稳定性和热稳定性。焊条开始接触工作短路时，产生一个短路电流，引起电弧，然后焊条再拉起产生一个适当长度的电弧间隙。所以，变压器要能经常承受这种短路电流的冲击。电焊变压器

（4）为了适应不同的加工材料、工作大小和焊条，焊接电流应能在一定范围内调节。为了满足以上要求，根据前面分析，影响变压器外特性的主要因素是一次侧、二次侧绕组的漏阻抗ZS1和ZS2以及负载功率因数cosφ2。由于焊接加工是属于电加热性质，故负载功率因数基本上都一样，cosφ2≈1，所以不必考虑。而改变漏抗可以达到调节输出电流的目的。 3．根据给出的三台电焊变压器，区分出分别属于那种电焊变压器。 4．根据电焊变压器常见的故障现象，写出可能的原因和排除的方法。三相异步电动机的结构与工作原理

一、能力目标 二、仪器与设备 三、项目要求 （一）熟悉常用交流电动机的主要用途和分类 电动机是一种将电能转换为机械能的动力设备，应用十分广泛，它具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用维护方便等优点。异步电动机又分为三相电动机和单相电动机，单相电动机功率小，多用于小型机械设备或家用电器；三相电动机功率大，多用于工矿企业中。交流电动机按工作原理的不同分为同步电动机和异步电动机。三相异步电动机的结构与工作原理

三相异步电动机按防护方式不同分为开起式、防护式、封闭式和防爆式；按转子结构不同可分为笼型和绕线转子；根据安装方式不同可分为卧式和立式；根据电动机轴伸不同又分为单轴伸和双轴伸。

在使用中，对不要求调速和起动性能要求不高的场合，如各种机床、水泵、通风机等生产机械上应优先选用三相异步电动机；对要求大起动转矩的生产机械，可选用高起动转矩的三相笼型异步电动机，如斜槽式、深槽式或双笼型异步电动机。对启动、制动比较频繁、起动、制动转矩较大，而且有一定调速要求的生产机械，应优先选用三相绕线转子异步电动机；对要求大功率、恒转速和改善功率因数的场合，应选用三相同步电动机。一般情况下应选用卧式电动机和单轴伸电动机；在干燥清洁的环境应使用开起式电动机；防护式电动机适用于比较干燥、灰尘不多、无腐蚀气体和爆炸性气体的环境；封闭式电动机用于潮湿、尘土多、有腐蚀性气体、易引起火灾和已受风雨侵蚀的环境中；密闭式电动机则用于浸入水中的机械。三相异步电动机的结构与工作原理

（二）熟悉交流电动机的结构及各部分的作用 三相异步电动机均由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间留有0.25～2mm的空气隙。三相笼型异步电动机的组成如图6-１所示。 1．定子 电动机的静止部分称为定子，主要包括定子铁心、定子绕组、机座、端盖、风罩等部件。 （1）定子铁心

定子铁心是电动机磁路的一部分，并放置定子绕组。为了减小定子铁心中的损耗，铁心一般用厚0.35—0.5mm、表面有绝缘层的硅钢片冲片叠装而成，在铁心片的内圆冲有均匀分布的槽，以嵌放定子绕组。定子铁心冲片的具体结构如图6-2所示，常用的定子铁心槽形如图6-3所示。三相异步电动机的结构与工作原理

图6-1三相笼型异步电动机的组成部件图三相异步电动机的结构与工作原理

三相异步电动机的结构与工作原理

（2）定子绕组

定子绕组的作用是通入三相对称交流电，产生旋转磁场。它是由嵌放在定子铁心槽中的线圈按一定规律连接而成的。 定子三相绕组的结构完全对称，一般有六个出线端，置于电动机机座的接线盒内，可按需要将三相绕组接成星形（Y）接法或三角形（△）接法，如图6-4所示。 （3）机座

机座的作用是为了固定定子铁心和定子绕组，并通过两侧的端盖和轴承来支撑转子，同时保护整台电动机的电磁部分和散发电动机运行中产生的热量。三相异步电动机的结构与工作原理

图6-4定子三相绕组的接线方法(a)绕组接法；(b)接线盒内接法三相异步电动机的结构与工作原理

2．转子 转子是电动机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组、转轴和风叶等组成。 （1）转子铁心

转子铁心也是电动机磁路一部分，一般用0.5mm厚、相互绝缘的硅钢片冲制叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的槽，用来安置转子绕组，如图6-2（b）所示。转子铁心固定在转轴或转子支架上。为了改善电动机的启动及运行性能，笼型异步电动机转子铁心一般采用斜槽结构，如图6-1所示。 （2）转子绕组

转子绕组的作用是产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下产生电磁力矩而使转子转动。转子绕组根据结构不同分为笼型和绕线型两种。三相异步电动机的结构与工作原理

1）笼型转子 通常有两种不同的结构型式，一种结构为铜条转子，即在转子铁心槽内放置没有绝缘的铜条，铜条的两端用短路环焊接起来，形成一个笼型的形状，如图6-5（a）所示。另一种结构为中小型异步电动机的笼型转子，一般为铸铝式转子，将熔化了的铝浇铸在转子铁心槽内成为一个完整体，连两端的短路环和风扇叶片一起铸成，图6-5（b）为铸铝转子结构。三相异步电动机的结构与工作原理

2）绕线转子 绕线型转子绕组也是一个对称三相绕组，绕组的结构形式与定子绕组相似，也采用由绝缘导线绕制的三相绕组或成型的三相绕组嵌入转子铁心槽内，并作星形联结，三个引出端分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，再通过电刷装置与外电路相接。如图6-6所示，外电路与变阻器相接，通过调节该变阻器的电阻值来改善异步电动机的启动及调速性能。三相异步电动机的结构与工作原理

（3）其他附件 1）轴承

轴承用来连接转动部分与固定部分，目前都采用滚动轴承以减小摩擦阻力。 2）轴承端盖

轴承端盖用来保护轴承，使轴承内的润滑脂不致溢出，并防止灰、砂、脏物等浸入润滑脂内。 3）风扇

风扇用于冷却电动机。三相异步电动机的结构与工作原理

图6-5笼型转子绕组(a)铜条转子绕组；(b)铸铝转子图6-6绕线型转子绕组与外加变阻器的联结1-铜条转子绕组2-电刷3-变阻器三相异步电动机的结构与工作原理

（三）掌握三相异步电动机的铭牌数据的含义 三相异步电动机的铭牌如图6-7所示。它标出了电动机的主要技术数据，供正确选用电动机之用。三相异步电动机型号Y2-132S-4编号5.5kW11.7A380V1440r/minLW82dB接法△防护等级IP4450Hz45kg标准标号工作制SIB绝缘等级年月XX电机厂图6-7三相异步电动机铭牌三相异步电动机的结构与工作原理

1．型号（Y2-132S-4） Y2-132S-4

磁极数

机座类别（L长机座，M中机座，S短机座）

中心高度（mm）

设计序号

异步电动机三相异步电动机的结构与工作原理

2．额定功率（5.5kW）

电动机在额定工作状态下、即额定电压、额定负载和规定冷却的条件下运行时，转轴上输出的机械功率。 3．额定电流（11.7A）

电动机在额定状态下运行时定子电路输入的线电流。 4．额定电压（380V）

电动机正常运行时电源线电压。 5．额定转速（1440/rmin）

电动机在额定状态下运行时的转速。 6．接法（△）电动机定子三相绕组与交流电源的连接方法，小型电动机（3kW以下）大多数采用星形(Y)联结，大中型电动机（4kW以上）采用三角形（△）联结。三相异步电动机的结构与工作原理

（四）交流电动机基本参数的测试 1．直流电阻测量 将三相定子绕组出线端的连接点拆开，用万用表欧姆挡测量定子三相绕组的通断情况，以判断三相定子绕组有无断路现象。如三相绕组正常，则测出的电阻值应基本一致。三相异步电动机的结构与工作原理

2．用兆欧表测量定子三相绕组的对地绝缘电阻和相间绝缘电阻值 在测量各相绕组对地绝缘电阻时，可将兆欧表的接线柱“L”接被测相绕组一端，接线柱“E”接电动机机座上没有油漆的部位。而在进行相间绝缘电阻测量时则应将兆欧表的接线柱“L”及“E”分别接在不同的两相绕组出线端上，测出的绝缘电阻值即为相间绝缘电阻。将测量值分别记录于表6-3中。如果测出的绝缘电阻在0．5MΩ及以上，说明该电动机绝缘尚好，可继续使用；如果在0.5MΩ以下，说明该电动机绕组已受潮，或绕组绝缘很差，需进行烘干处理，或需重新进行浸漆处理；如果测得绝缘电阻为零，说明该电动机绕组接地，必须进行修理，排除故障后方能使用。三相异步电动机的结构与工作原理

3．三相定子绕组首末端的判别 三相定子绕组首末端的判别方法有以下三种。 （1）低压交流电源法（36V） 1）用万用表欧姆档先将三相绕组分开。 2）给分开后的三相绕组的六个接线端进行假设编号，分别编为U1、U2、V1、V2、Wl、W2。然后按如图6-8所示把任意两相中的两个接线端（设为V1和U2）连接起来，构成两相串联绕组。三相异步电动机的结构与工作原理

3）在另外两个接线端V2和U1上接交流电压表。 4）在另一相绕组Wl和W2上接36V交流电源，如果电压表有读数，那么说明U1、U2和V1、V2的编号正确。如果无读数，则把U1、U2或V1、V2的编号对调一下即可。 5）用同样方法判定Wl、W2的两个接线端。 （2）发电机法

1）用万用表欧姆档先将三相绕组分开。

2）给分开后的三相绕组做假设编号，分别为U1、U2、V1、V2、Wl、W2。三相异步电动机的结构与工作原理

三相异步电动机的结构与工作原理

3）按如图6-9所示接线，用手转动电动机转子。由于电动机定子及转子铁心中通常均有少量的剩磁，当磁场变化时，在三相定子绕组中将有微弱的感应电动势产生，此时若并接在绕组两端的微安表（或万用表微安档）指针不动，则说明假设的编号是正确的。若指针有偏转，说明其中有一相绕组的首末端假设编号错误，应逐相对调重测，直至正确为止。三相异步电动机的结构与工作原理

图6-9用发电法检查绕组首末端图6-10用干电池法检查绕组首末端三相异步电动机的结构与工作原理

（3）干电池法 1）首先用前述方法分开三相绕组，并进行假设编号。 2）按如图6-10所示接线，闭合电池开关的瞬间，若微安表指针摆向大于零的一侧，则连接电池正极的接线端与微安表负极所连接的接线端同为首端(或同为末端)。 3）再将微安表连接另一相绕组的两接线端，用上述方法判定首末端即可。三相异步电动机的结构与工作原理

4．电动机启动电流和空载电流的测量（1）空载电流的测量

按图6-11的要求接线，合上三相闸刀开关，将三相交流电源加在三相交流电动机上，通电一段时间观察电动机运转情况：如转速是否正常，是否有不正常的声音，振动是否过大，是否有异味等。如果电动机运转正常，则可用钳形电流表分别测量三相的空载电流，并将测量结果记录于表6-4中。（2）启动电流的测量

将钳形电流表量程置于较大的档位（约为电动机额定电流的（7～10倍），电动机静止时用钳口卡住一根电源线，通电使电动机启动，观察电动机启动瞬间的启动电流。三相异步电动机的结构与工作原理

三相异步电动机的结构与工作原理

（3）根据测量结果进行计算，判断电动机三相电流是否平衡。 三相平衡电流的计算公式为

各相空载电流的偏差一般不应大于10%。 5．空载转速的测量 电动机通电正常运行时，用转速表测量电动机的空载转速

三相异步电动机的结构与工作原理

四、交流电动机的工作原理 （一）异步电动机的基本工作原理 三相异步电动机的基本原理是：通电导体在磁场中受电磁力。图6-12绘出了三相异步电动机的示意图。其中N—S是一对磁极，在两个磁极中间装有一个能够转动的转子铁心，在铁心外圆槽内嵌放有导体，导体两端各用一圆环把它们连在一起。三相异步电动机的结构与工作原理

如果使磁极以n1的速度逆时针方向旋转，形成一个旋转磁场，转子导体就会切割磁力线而感应电动势e。用右手定则可以判定，在转子上半部分的导体中，感应电动势的方向为⊕，下半部分导体的感应电动势方向为⊙。在感应电动势的作用下，导体中就有电流流通。载流导体在磁场中将受到电磁力的作用，由左手定则可以判定该电磁力F在转子轴上形成电磁转矩T，使异步电动机的转子以转速n旋转，旋转方向与磁场的旋转方向相同。因此要改变三相异步电动机的旋转方向只需改变旋转磁场的转向即可。这就是感应电动机的基本工作原理。三相异步电动机的结构与工作原理

把异步电动机旋转磁场转速n1与转子转速n之差与旋转磁场转速n1之比，称为异步电动机的转差率s，即(6-1) 异步电机工作在电动状态时，其转速n与同步转速n1方向一致，但是低于同步转速。 对于普通异步电动机，为了使其在运行时效率较高，通常使它的额定转速略低于同步转速。故额定转差率s很小，一般在2％～5％之间。三相异步电动机的结构与工作原理

三相异步电动机的结构与工作原理

（二）三相旋转磁场的产生

图6-13（a）所示的是最简单的三相绕组分布剖面图，三个线圈的绕组结构完全对称，空间位置上互差120º电角度；图6-13（b）所示是三相绕组星形联结的电路图，绕组的首端接三相电源，并标出了电流参考方向。图6-13（c）是定子绕组流入的三相交流电波形图，各相的电流为三相异步电动机的结构与工作原理

（a）（b）三相异步电动机的结构与工作原理

（c）三相异步电动机的结构与工作原理

（d）图6-13三相（两极）定子绕组的旋转磁场的形成(a)简化的三相绕组分布图；(b)星形联接的三相绕组及三相电流参考方向(c)三相对称电流的波形图(d)三相（两极）绕组旋转磁场的形成三相异步电动机的结构与工作原理

图6-13（d）选用一个周期的五个特定瞬间来分析三相交流电流通入后，电动机气隙磁场的变化情况： ①当 时，电流为0，电流为正，说明电流实际方向与图6-13（b）中的W相所标的参考方向相同，从W1流进为“⊕”，W2流出为“⊙”(规定“⊕”表示向纸面流进，“⊙”表示从纸面流出。)。电流为负，说明电流实际方向应与图6-13（b）中的V相所标的参考方向相反，即从V2流进，V1流出。通电导体产生的磁场方向可用安培定则判断：W1、V2线圈有效边电流流入，产生的磁力线为顺时针方向，W2、V1线圈有效边电流流出，产生的磁力线为逆时针方向。V、W两相电流的合成磁场应如图6-13（d）中的所示。磁力线穿过定子、转子的间隙部位时，磁场恰好合成一对磁极，上方是N极，下方是S极。三相异步电动机的结构与工作原理

②当 时，电流达到正最大值，、电流为负值，实际电流方向从Ul流入U2流出后，分别再由W2、V2流入，W1、V1流出，电流合成磁场方向应如图6-13（d）中的所示，可见，磁场方向已较时顺时针转过90º。 ③用同样的方法可以分别画出

时的合成磁场，如图6-13（d）所示。从这几个图中可以看出，随着交流电一周的结束，三相合成磁场刚好顺时针旋转了一周。三相异步电动机的结构与工作原理

旋转磁场产生的条件为：

（1）三相绕组必须对称，在定子铁心空间上互差120º电角度；

（2）通入三相对称绕组的电流也必须对称，且大小、频率相同，相位相差120º。

电动机的转向是由接入三相绕组的电流相序决定的，只要调换电动机任意两相绕组所接的电源接线（相序），旋转磁场即反向旋转，电动机也随之反转。三相异步电动机的结构与工作原理

旋转磁场的旋转速度称为同步转速。旋转磁场的转速为式中

——旋转磁场转速（也称同步转速）（r／min）； ——三相交流电频率（Hz）；

——磁极对数。三相异步电动机定子绕组

一、能力目标 二、仪器与设备 三、项目要求 （一）熟悉中、小型交流异步电动机定子绕组的分类。 1．按相数分有单相、两相和三相绕组。 2．按绕组节距长短分

有整距、短距和长矩。 3．按槽内绕组层数分

有单层、双层和单双层。 4．按绕组形状分

有链式、同心式、交叉式、叠绕组和波绕组等形式。前三种一般为单层绕组；后两种一般为双层绕组。三相异步电动机定子绕组

（二）掌握绕组的基本术语和常见绕组的展开图。 1．绕组的展开图 绕组展开图一般在要表示和分析绕组的结构时绘制。设想把定子铁心沿轴向切开，如图7-1（a）所示，并把它展开拉平，这样就把圆筒形的定子画成平面图，可把绕组的分布和连接方法画在平面图上，如图7-1（b）所示，为清晰起见，再简单画成如图7-1（c）所示，这就成为电动机绕组的展开图。三相异步电动机定子绕组

三相异步电动机定子绕组

图7-1定子绕组展开图(a)定子铁心切开；(b)定子铁心展开图(c)定子绕组展开图三相异步电动机定子绕组

2．绕组的有关术语 （1）线圈、线圈组、绕组 1）线圈

线圈也称绕组元器件，是构成绕组最基本的单元，用导线绕制，分为有效边和端部。 2）线圈组

多个线圈按一定规律连成一组成为线圈组。 3）绕组

多个线圈或线圈组按一定规律连接在一起形成了绕组。三相电动机有三个绕组，常称为三相绕组。三相异步电动机定子绕组

图7-2线圈示意图(a)单匝线圈；(b)多匝线圈；(c)多匝线圈简化图三相异步电动机定子绕组

（2）极距

在定子圆周内，每个磁极所占的槽数称为极距。即

式中

Z1——定子铁心总槽数。 2p——磁极数。三相异步电动机定子绕组

（3）线圈节距y一个线圈的两个有效边所跨定子圆周的距离称为节距，一般用槽数表示。如某线圈的一个有效边嵌放在第一槽，另一个有效边嵌放在第六槽，则其节距y=6—1=5槽。为获得较大的电势，应使节距近似等于极距，即 当y= 时称为整距绕组。

y< 时称为短距绕组，可节省导线，双层绕组常用y=5 /6，以减少谐波损耗，改善电气性能。

y> 时称为长距绕组，浪费导线。

三相异步电动机定子绕组

（4）机械角度和电角度 1）机械角度

即几何角度，如一个圆周所对应的几何角度为360º，该几何角度就称为机械角度。 2）电角度

计量电和磁变化的角度称为电角度，从电磁方面看，导体每经过一对磁极N、S，其感应电动势变化一个周期，也即相位变化了360º电角度，所以每对磁极对应的是360º电角度。若电动机有p对磁极，则相应的电角度为pX360º。因此，电角度=P×机械角度三相异步电动机定子绕组

（5）每极每相槽数q

在每一个磁极下每相绕组所占有的槽数，称为每极每相槽数。可用下式计算 式中，m为相数。三相异步电动机定子绕组

（6）相带

每相绕组在一对磁极下所连续占有的宽度（用电角度表示）称为相带。在异步电动机中，一般将每相所占有的槽数均匀地分布在每个磁极下，因为每个磁极占有的电角度是180º，对三相绕组而言，每相占有的电角度是60º，所以称为60º相带。而每极每相槽数就是指这60º相带中有q个槽。实际在多对磁极的电动机定子绕组中，每对磁极都占有360º电角度，根据60º相带法，绕组的相带排列顺序应为U1→W2→V1→U2→Wl→V2。三相异步电动机定子绕组

（7）极相组

将一个磁极下属于同一相的线圈按一定方式串联成的线圈组，称为极相组。这个概念很重要，因为在实际制造电动机时，一般把一相绕组分成若干个极相组(线圈组)绕好，再分组嵌线，最后再连接起来成为一相绕组。极相组数=2pm 3．三相定子绕组的分布与连接 三相异步电动机定子绕组的作用是产生对称的旋转磁场，因此除了三相电源必须对称外，要求三相交流绕组也必须是对称的，其构成（分布、排列与连接）原则如下：三相异步电动机定子绕组

（1）各相绕组在每个磁极下应均匀分布，以达到磁场的对称，因此先将定子槽数按极均分（分极）每极180º电角度，每极下分为三个相带，每个相带60º电角度。三相绕组的分布在每极下按相带顺序U1→W2→V1→U2→W1→V2均匀分布。 （2）各相绕组引出线应彼此相隔120º。展开图中每个相邻相带的电流参考方向相反。 （3）同相绕组中线圈之间应顺着电流参考方向进行连接。 （4）同一相绕组的各有效边在同性磁极下，电流方向应相同；而在异性磁极下，电流方向相反。为节约铜线，节距应尽可能短。 （5）各相绕组的电源引出线应彼此相隔120º电角度。三相异步电动机定子绕组

（三）展开图绘制训练 1．三相单层绕组的绘制 （1）单层链式绕组 三相异步电动机Y-90L-4型定子绕组为单层链式，定子槽数Z1＝24，极数2p＝４，相数m＝3，节距y＝5（即1-6），绘出链式绕组展开图。 绘制步骤如下：三相异步电动机定子绕