变压器与电动机.ppt

1、1、变压器 2、电动机的结构与运行,第三章 变压器与电动机,变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。,变压器的主要功能有：,在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及负载功率因数cos 一定时：,电能损耗小,节省金属材料（经济）,一、概述,U I,P = I Rl,I S,一、变压器与电动机,电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：,2.1.1变压器的分类 变压器的种类有很多，为了适应不同的使用目的和工作条件，通常可按其相数、用途、冷却方式、绕组结构、铁芯结构、等分类 。 1.按照相数分 .单相变压器,常用于单相交流电路的隔离、电压等级变

2、换或组合成三相变压器。,常用于输配电系统中变换电压和传输电能。,.三相变压器,属于三相变压器，用于输配电系 统中变换电压和传输电能。,常用于电工测量和自动保护装置。,2.按照用途分 .电力变压器,.仪用互感器,自耦变压器,用于实验室以及工业上的电压调节。,用于冶炼及热处理设备的电源。,.电炉变压器,电焊变压器,常用于信号的自动检测检测中。,常用于焊接各类钢材的交流电焊机上。,.差动变压器,3.按冷却方式分,.油浸式变压器,常用于大、中型变压器。,油循环风冷，常用于大型变压器。,.风冷式变压器,.自冷式变压器,空气冷却，常用于中、小型变压器。,常用于安全防火要求较高的场合。（例如：地铁、机场和高

3、层建筑等）,.干式变压器,4.按铁芯结构分,.壳式铁芯,除小型干式变压器外很少采用。,常用于大、中型变压器及高压的电力变压器。电力变压器多采用该铁心。,变压器的分类方法很多，采用不同的分类标准，变压器所属的类型则不同，上面采用的分类方法是最常用的一种。,. 芯式铁心,变压器的分类,按用途分：电力变压器和特种变压器。,按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。,按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。,按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。,按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。,按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。

4、,我国变压器的主要系列：SJL1（三相油浸铝线电力变压器）、SEL1（三相强油风冷铝线电力变压器）、SFPSL1（三相强油风冷三线圈铝线电力变压器）、SWPO（三相强油水冷自耦电力变压器）等。,按容量分：小型、中型、大型和特大型变压器。,变压器的结构,变压器的磁路,变压器的电路,2.1.2变压器的结构,变压器的核心部件是铁心和绕组，为了解决散热、绝缘、密封以及安全等问题，还需要油箱、绝缘套管、储油柜、压力释放阀、温度计、气体继电器、冷却装置和安全气道、铭牌等附件。根据用途不同，变压器的结构也有所不同，以某型号的油浸式电力变压器为例来说明变压器的结构，其外观结构如下图所示。,二、变压器的工作原理

5、,原边绕组N1,名词介绍,幅边绕组N2,一次绕组N1,二次绕组N2,一次侧,二次侧,均指电源侧,均指 负载侧,什么是变压器负载运行？,什么是变压器空载运行？,一次侧接电源 二次侧负载开路,一次侧接电源 二次侧接负载,二、变压器的工作原理,变压器空载运行,I0,U1,U20,此时的变压器相当 于交流铁心线圈,变比,空载运行的结论：,原幅边之比等于原幅边匝数之比，等于常数 k,这就是变压器的变电压作用,变压器负载运行,U1,I1,U2,I2,两边绕组中通过的磁通是相同的,只要U1不变，主磁通就不应该变，所以有：,磁动势平衡方程式,有载时原边磁动势 分为两部分,1. 产生主磁通 （励磁分量）I0,2

6、. 用来补偿I2N2（负载分量I2）, 又称去磁,一般 I0 很小，小型变压器只有2 3%，大的不过10%，,当略去I0N1 后有：,变电流作用,负载运行结论：,变电流作用,任载后，电压比是否还等于变比 k ?,变电压作用,还有一个作用是变阻抗,幅边 Z2,原边Z1,变阻抗作用,或,二、变压器的工作原理,空载运行结论：,负载运行结论：,变电流作用,变电压作用,变阻抗作用,或,总结,变压器的外特性和额定值,2. 额定值,一般变压器的额定值在其名牌上给出。,额定 电压,额定电流,额定容量,额定频率,一次额定电压U1N,正常时一次绕组所加电压的有效值。,二次额定电压U2N,一次电压为U1N时，变压器

7、空载时对应二次侧的空载电压有效值，即U20= U2N,一次额定电流I1N,一次绕组加额定电压，正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值。,二次额定电流I2N,一次绕组加额定电压，正常工作时二次绕组允许长期通过的最大电流有效值。,指二次侧的输出额定视在功率,即：,额定频率50HZ,三、变压器的外特性和额定值,1. 外特性,电压保持不变，变压器接负载后，由于一、二次侧均有电流通过，必然在一次侧、二次侧内阻抗上产生电压降，从而使二次电压随负载电流增加变小。称,曲线,为变压器的外特性。,变压器外特性,电压调整率,满载时电压,空载电压,一般在5%以内,四、变压器的损耗和效率,变压器损耗 p 分铁损

8、 pFe 和铜损 pCu,1. 铁损,是交变的主磁通在铁心中产生磁滞损耗ph和涡流损耗pe之和,又称为固定损耗,2. 铜损,又称为可变损耗,变压器一次侧、二次侧均有电阻，当有电流通过时，产生损耗,3. 效率,一次侧输入功率p1 ，二次侧输出功率p2 ，效率为,p = pFe +pCu,小型变压器的效率为7085%，大型变压器效率可达98%,了解 三相电压的变换,1) 三相变压器的结构,高压绕组： A-X B-Y C-Z,X、Y 、Z ：尾端,A、B、C ：首端,低压绕组： a-x b-y c-z,a、b、c：首端,x、y、z：尾端,2) 三相变压器的联结方式,联结方式：,高压绕组接法,低压绕组

9、接法,三相配电变压器,动力供电系统（井下照明）,高压、超高压供电系统,常用接法:,（1）三相变压器Y/Y0联结,线电压之比：,（2）三相变压器Y0/联结,线电压之比：,3. 电流变换,(一次、二次侧电流关系),有载运行,可见，铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时近似保持不变。即有,不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有,由上式，若U1、 f 不变，则 m 基本不变，近于常数。,空载：,有载：,或,结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。,或：,1.提供产生m的磁势,磁势平衡式：,空载磁势,有载磁势,1） 变压器的型号,5.变压器的铭牌和技术数据,2） 额定值, 额定电压

10、U1N、U2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值, 额定电流 I1N、I2N 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。,变压器的维修,变压器由于自身结构复杂，因此，在长期的运行过程中，经常会有故障产生，作为一名电气工作人员，对变压器产生的一些故障应具有排除的能力，而变压器故障的判定以及解决并不是特别的困难，只要具备一些变压器的知识，并经常进行工作实践，变压器的维修是有规律可循的。,2.5.1.变压器绕组、绝缘故障原因分析及解决方法 变压器绕组及绝缘故障主要表现为：绕组绝缘电阻低，绕组接地，绕组对铁心放电，绕组相间短路，匝间或排间短路，原、副边绕组之间短路；绕组断

11、路，绕组绝缘击穿或烧毁；油浸式变压器的绝缘油故障；绕组之间，绕组与铁心之间绝缘距离不符合要求，绕组变形等。这些故障均会使变压器不能正常运行，而且这类故障是变压器的常见故障，如果不及时发现和处理，其后果十分严重。 1.变压器绕组及绝缘故障的原因分析 变压器绕组及绝缘电阻不符合规范主要有以下几种原因： .变压器绕组受潮，接地绝缘电阻不合格； .变压器内部混入金属异物，造成绝缘电阻不合格； .变压器直流电阻不合格及开、短路故障； .绕组放电、击穿或烧毁故障； .变压器油含有水分。,2.变压器绕组及绝缘故障的解决方法 1).变压器绕组受潮、接地绝缘电阻不合格的分析处理 对运行、备用或修理的变压器，均有

12、受潮的可能，所以 一定要防止潮气和水分侵入，以免导致绕组、铁心和变 压器油(油浸式)受潮，引起绝缘电阻低而造成变压器的 各种故障。对需要吊心检修的变压器，要保持检修场所 干净无潮气，吊心检修超过24h的，器身一定要烘烤，在 检修中如发现变压器已受潮，必须先烘干后套装。同时要注意： a.受潮的油要过滤； b.变压器密封处要密封好； C.要定期检查储油柜、净油器及去湿器应完好，定期更换硅胶等吸湿剂； d.库存备用变压器应放置在干燥的库房或场地，变压器油要定期进行化验； e.要定期检查防雷装置，尤其是雷雨季节更要检查； f.非专业人员不可随意打开变压器零部件； 总之，使用、维修、保管变压器均要采取防

13、止变压器受潮、受腐蚀的措施。,例：有一台备用三相电力变压器100.4kV在库中存放一年多，运至现场时用2000V兆欧表测一次绕组绝缘电阻仅为0.9M。 分析处理如下： 查入库前记录各项指标合格。检查发现箱盖边沿密封不严，放置中潮气、水分入浸，吊心检查发现油箱内侧面有锈迹，由于变压器静止存放，入侵水分沉在油箱底部，由于处于静止状态，侵入水分和变压器油及挥发物达到基本平衡，整个铁心和绕组尚未受潮。所以只需要对油进行处理。在现场对变压器油采取真空滤油处理，使油箱底部水分在真空加热滤油过程中挥发掉，直至绝缘电阻合格为止。,2)、变压器内部混入金属异物，造成绝缘电阻不合格的分析处理。 对于该故障产生的原

14、因以及处理方法，可通过以下两个实际例子的分析来进行说明。 例一台电炉变压器相对地的绝缘电阻为零。分析处理如下： 该变压器在运行中二段母线接地信号铃响，电压表指示一相电压降低、两相电压升高。经拉闸检查6kV开关、母线和变压器高压套管均无异常，用兆欧表测变压器绝缘，一次侧B相绝缘电阻为零，其余正常，判定B相接地。经吊心检查发现一、二次绕组之间有一只顶丝，使一次对二次短路放电，引起不完全的接地，同时还发现二次绕组裸扁铜排外层有轻度电弧烧伤。经取出顶丝检查，发现是上方电抗器线圈上的顶丝因松脱落入变压器内。将顶丝重新拧入电抗器线圈上，再合闸，变压器运行正常，B相绝缘电阻达120M。,3、变压器直流电阻不

15、合格、断路和短路故障 对三相变压器其一次或二次绕组出现三相直流电阻不平衡，或某一相(或两相)大，另两相(或一相)小，说明变压器绕组有开路、引线脱焊或虚接，绕组匝数错误或有匝间、层间短路等故障；还可能是同一绕组用不同规格导线绕制以及绕向反或连接错等。而这些原因均会造成变压器三相直流电阻不平衡、变压器送电跳闸、不运行或带负载能力下降等。为防止断路故障，应从下述几方面做好预防工作。 a.绕组绕制时用力不宜过猛、换位时换位处S弯不要弯折过度； b.接头焊接要牢，不应有虚焊假焊，焊口不应有毛刺或飞边； c.绕制的线圈层间、排间绝缘距离要符合规范，以防放电时灼伤导线而断路； d.防止变压器过载运行； e.

16、母排和一次绕组瓷套管导杆连接要牢，一、二次绕组引线与本相套管引接头焊接要牢，如螺栓连接的螺母要拧紧； f.应加强变压器的日常维护保养工作。,例: 有一台SJl560kV.A变压器在运行中过热，拉闸检查发现三相直流电阻不平衡。 分析处理如下：该变压器额定电压为13.80.4kV、Y/yn0连接，经检查发现A相直流电阻是B、C相的两倍。经吊心检查A相两根并绕的导线有一根在引线处脱焊。将脱焊的这根导线重新和另一根并齐焊牢在引线上，从而排除了故障。,2.5.2绕组放电、击穿或烧毁故障 在变压器内部如果存在局部放电，表明变压器绝缘有薄弱环节，或绝缘距离不符合要求，放电时间一长或放电严重，将会使绝缘击穿，

17、绕组击穿或烧毁是较大故障。 只有提高修造质量、按规程操作、加强维护保养，才能防止放电或击穿变压器。因此必须采取有效措施，防止变压器发生放电故障。 1.加强日常维护保养，对大中型及重要供电区域的变压器应有监视设备； 2.修理变压器应选用优质的绝缘材料，绝缘距离应符合要求，修复后密封要严； 3.保持吸湿器有效，应有防雷措施； 4.大型高压变压器要装有接地屏，防止放电。,例：有一台SJ6750kV.A变压器一次绕组出现放电故障。 分析处理如下： 该变压器在运行中出现异声，油温逐渐升高，最后经气体继电器动作，用1000V绝缘电阻表测一次绝缘电阻为0.5M，二次为2.1M。吊心检查发现器身受潮，A、B两

18、相一次绕组中底部有放电痕迹。查出其主要原因是注油后注油孔未垫胶垫和拧入堵塞，潮气由此入侵，而吸湿器因注油孔未堵不起吸湿作用，所以绕组和油均受潮而放电。对变压器油现场真空滤油，一次绕组虽放电但并未受电弧严重灼伤，不需包扎处理，仅器身烘干后组装，封、堵好注油孔，即排除了该故障。,2.5.3.变压器油不合格的原因、防止措施和判定方法,变压器油如果保管存放不当、在运行中油受潮或过热，都会逐渐变质、老化和劣化，使绝缘性能下降，必须及时更换，或采取滤油方式，使不合格的绝缘油合格，从而保证油浸变压器及互感器正常运行，减少变压器故障。 1.运行中的变压器油受潮原因以及防止方法如下 受潮原因:变压器油注入油箱后

19、，在运行中油会受潮或进入水分，其主要原因是：在吊心检修时或向变压器中注油时，油本身接触了空气，虽时间不长，但已吸收了少量潮气和水分；安装或检修变压器时密封不严、外界潮气和水分进入了变压器油箱。防止方法如下：修理人员必须将变压器严格密封，既防止油漏出，又防止外界潮气入侵；吊心检修必须在晴天进行，超过24h的，变压器器身必须烘干处理；注油、滤油应采取真空滤油为好；防止变压器过热和温升超限，减少油氧化发生。,2.变压器油质的判定方法 打开油箱盖(或放出一器皿油)，用肉眼观察变压器油的颜色，如果油的颜色发暗、变成深褐色，或油黏度、沉淀物增大，闻到有酸的气味，油中有水滴等，均说明该变压器油已经老化和劣化

20、，已经不合格，必须采取措施，提高其性能。 3.运行中变压器油质量标准、内容及指标 要判定变压器油的质量，应进行多项测定和化验，所测数值应与标准值对比，这样从量的角度来判定其超标的程度，因此掌握运行油的质量标准，对维修人员十分重要。运行油质量标准可参见相关标准。,2.5.4变压器铁心过热故障的原因分析及解决方法 导致变压器铁心过热的主要原因是铁心多点接地和铁心片间绝缘不好造成铁耗增加所致。因此必须加强对变压器铁心多点接地的检测和预防。,1.铁心多点接地的检测 a.交流法 给变压器二次(低压)绕组通以220-380V交流电压，则铁心中将产生磁通。打开铁心和夹件的连接片，用万用表的毫安挡检测，当两表

21、笔在逐级检测各级铁轭时，正常接地时表中有指示，当触接到某级上表中指示为零时，则被测处因无电流通过，该处叠片为接地点。,b.直流法 打开铁心与夹件的连接，在铁轭两侧的硅钢片上施加6V直流电压，再用万用表直流电压挡，依次测量各级铁心叠片间的电压。当表指针指示为零或指针指示相反时，则被测处有故障接地点。 C.电流表法 当变压器出现局部过热，怀疑是铁心有多点接地，可用电流表测接地线电流。因为铁心接地导线和外接地线导管相接，利用其外引接地套管，接入电流表，如测出有电流存在，说明铁心有多点接地处；如果只有一点正常接地，测量时电流表应无电流值或仅有微小电流值。,2.变压器铁心多点接地的预防措施 制造或大修变

22、压器而需要更换铁心时，要选好材质；裁剪时，勿压坏叠片两面绝缘层，裁剪毛刺要小；保持叠片干净，污物、金属粉粒不可落在叠片上，叠压合理，接地片和铁心要搭接牢固，和地线要焊牢。接地片离铁轭、旁柱符合规定距离，防止器身受潮使铁心锈蚀，总装变压器时铁心与外壳或油箱的距离应符合规定；其他金属组件、部件不可触及铁心，加强维护，防止过载运行，一旦出现多点接地应及时排除。,例: 有台560kV.A电力变压器在运行中有异声且过热。 分析处理如下： 该变压器在供电运行中出现“嚓嚓”响声、手摸外壳烫手，但配电盘上电压表、电流表指示正常：拉闸后吊心检查，发现下夹件垫脚与铁轭间的绝缘纸板脱落且破损，使垫脚铁轭处叠片相碰，

23、导致接地所致。此时松开上、下夹件紧固螺母，更换上、下铁轭间的绝缘纸板，放正垫脚，重新固定好上、下夹件螺母，就可以排除两点接地故障。,2.5.5变压器铁心接地、短路故障的检测 检测方法如下。 1.电流表法 用钳式电流表分别测量夹件接地回路中电流I1和铁心接地回路中电流I2。当测得回路中电流相等，判定为上铁轭有多点接地；当所测I2I1，则说明下铁轭有多点接地； 当所测I1I2，根据多年测试经验判定为铁心轭部与外壳或油箱相碰。,2.用绝缘电阻表测量绝缘电阻 用绝缘电阻表检测铁心、夹件、穿心螺杆等件的绝缘电阻时，判定其标准如下： 对运行的大中型变压器，一般采用1000V绝缘电阻表测量穿心螺杆对铁心和对

24、夹件 的绝缘电阻。,对10kV及以下变压器，绝缘电阻应不小于2M为合格；2035kV级的绝缘电阻应不小于5M；4066kV级的，应不小于7.5M；66kV以上至220kV高压变压器绝缘电阻应不小于20M。所测小于上述规定时，说明有短路故障存在，应进一步打开接地片，分别测夹件、铁心、穿心螺杆、钢压环件对地的绝缘电阻，找出短路故障并及时排除。 3.直流电压法 用12-24V直流电压施加在铁心上铁轭两侧，再用万用表毫伏挡分别测量各级铁心段的电压降，对称级铁心段的电压降应相等。在测量时若发现某一级电压降非常小，可能该级叠片间有局部短路故障，应进一步检查排除。,2.5.6变压器运行方式、改接、改造及综合

25、修理 1.电力变压器并列、解列技术及异常现象处理 电力变压器运行方式 变压器运行方式从负载角度上分为额定运行方式及允许过负载运行方式；从接入电网台数上分为单台独立运行供电和两台以上多台并联(也叫并列)运行；另外还有不正常运行，如断相运行、欠载运行、三相不平衡运行等。不同运行方式，变压器运行效率不同，其发热和温升不同，出现故障机率程度不同，因此必须根据具体情况正确分析。,2.电力变压器并联运行的必要性 所谓电力变压器的并联运行，就是将两台或两台以上的电力变压器其一次绕组分别接到电网共同的母线上，其二次绕组也连接到共同的母线上，以这样的方式运行称为变压器的并联(列)运行。 a.在大电网里为了解决升

26、压或降压中一台变压器容量不足的问题，必须用两台以上变压器并联使用。 b.多台变压器并联运行时，如某一台有故障退出修理，可由完好的其他并联变压器继续供电，保证重要用户不中断供电。 C.采用变压器并联运行有利于对供电负载的变化进行调节，负载高峰时可多并联几台，负载低谷时可解列其中一台或数台。 d.并联运行有利于对变压器进行不中断供电的计划修理，减少备用变压器的数量，有利于用户增容供电。,3.并联运行变压器防止环流产生的措施 .当两台或多台变压器并联运行时，虽然并联条件均具备，有时还会出现环流，这可能是由于分接位置放置不对，或其中一台变压器匝数不对。 .在三相电源对称下，符合要求的并联变压器会出现环

27、流，为防止环流产生，在并联运行中先要检查分接开关位置与绕组引线接头位置是否正确，按铭牌上连接图的分接位置进行检查，同时转动箱盖上分接开关手柄，动作要正确和灵活。对并联运行的变压器，在绕组重绕时，一、二次绕组匝数和几何尺寸应正确无误，否则修理后会因匝数不对，造成变压比等参数不对，从而导致环流产生。,例12: 某厂有750kV.A及1800kV.A两台电压等级、连接组别及阻抗电压Uk一致的变压器。并联投运后，测得二次电压分别为386.7V(750kV.A)及383.9V(1800KV.A)，测得的电流分别为1200A及1400A，负载分配不成比例。 原因及后果分析如下： 两台变压器属同一电压等级，

28、但电压比不一样，二次侧空载电压相差386.7V-383.9V2.8V，以750KV.A二次电压为基础，电压差为0.724，对并联运行的变压器，电压最大误差只允许在0.5以内。由于二次电压不同，在两台变压器之间产生环流，电压高的一台(750kV.A)除负载电流外增加了环流，1800kV.A的变压器电流是负载电流减去环流，故二者负载不按比例分配，长期用下去750kV.A的变压器会过热或烧损。,消除环流的办法： 由于两台变压器二次电压误差大，只有解决了这个问题，才能使其消除环流，使负载按比例分配。因此复测两台变压器的电压比，将电压比调节至接近相等，若无法调整，可外接一电抗器，用以限制环流，使负载分配

29、合理。 以上所选择的实例以及总结的方法都是在实践的过程中总结出来的，而由于变压器结构复杂，故障也是千变万化，要想真正的掌握维修变压器的方法，还要依靠不断的实践，并且通过实践来来认识和总结出更多的规律。,使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。,特殊变压器,1.自耦变压器,二次侧不能短路， 以防产生过流； 2. 铁心、低压绕组的 一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二次侧出现高压。,使用注意事项：,被测电压=电压表读数 N1/N2,2.电压互感器,实现用低量程

30、的电压表测量高电压,被测电流=电流表读数 N2/N1,二次侧不能开路， 以防产生高电压； 2. 铁心、低压绕组的 一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二次侧出现过压。,使用注意事项：,3.电流互感器,实现用低量程的电流表测量大电流,8.1 直流电机的构造,直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起 动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或 者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动 机驱动。,直流电机的优点：,(1) 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。 (2) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。 (3) 易于控制。,应用:,(1) 轧钢机

31、、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井 提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。 (2) 用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等,8.1.1 直流电动机的构造,极掌,极心,励磁绕组,机座,转子,直流电动机的磁极和磁路,直流电机由定 子(磁极)、转子 (电枢)和机座等 部分构成。,2. 转子(电枢) 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。,1. 磁极,励磁: 磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称 为励磁。,用来在电机中产生磁场。,1. 他励电动机 励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。,8.1.2 直流电机的分类,直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机,2. 并励

32、电动机 励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。,4. 复励电动机 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。,3. 串励电动机 励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。,串励,复励,8.3 直流电动机的机械特性,特点: 励磁绕组与电枢并联,由图可求得,由上分析可知：,当电源电压U和励磁回路的电阻Rf一定时, 励 磁电流If和磁通不变，即 = 常数。则,8.3 直流电动机的机械特性,令：,T=KT Ia = KT Ia,即：并励电动机的磁通 = 常数，转矩与电枢电流 成正比。,由以下公式,求得,式中：,n= f (T) 特性曲线,并励电动机在负载变化时， 转速 n 的变化不大硬机械特

33、性（自然特性）。,改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线,例: 有一并励电动机，其额定数据如下：P=22KW, UN=110V, nN=1000r/min, = 0.84, 并已知 Rf= 27.5 ，Ra= 0.04 , 试求: (1) 额定电流I , 额定 电枢电流Ia及额定励磁电流If ; (2) 损耗功率PaCu , 及PO ; (3) 额定转矩T; (4) 反电动势E。,解：(1) P2是输出功率，额定输入功率为,额定电流,额定励磁电流,额定电枢电流,（2）电枢电路铜损,励磁电路铜损,总损失功率,空载损耗功率,（3）额定转矩,（4）反电动势,8.4 并励电动机的起动与反转,起动

34、,直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。,Iast太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器；,起动时,n =0 ,1. 起动问题：,(1) 起动电流大,(2) 起动转矩大,起动时，起动转矩为(1020)TN , 造成机械冲击，使传动机构遭受损坏。,一般Iast限制在(1.52.5)IN。,2.起动方法,3.注意事项,(1) 电枢串电阻起动法,(2) 降压起动法：,直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通,不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：,在满磁下将Rst置最大处，逐渐减小Rst使n升高。,最大起动电压Ust为,(1)如果电动机是静止的，由于转

35、矩太小(T=KT Ia) , 电机将不能起动，这时反电动势为零，电枢电流 很大，电枢绕组有被烧坏的危险。,(2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势 E立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的转矩不满足负载的需要，电动机必将减速而停转， 更加促使电枢电流的增大，以至烧毁电枢绕组和换 向器。,(3)如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭 受严重的机械损伤，而且因电枢电流过大而将绕组 烧坏。,（ E Ia T T0 n飞车）,2.反转,例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供电均可。,电

36、磁转矩：T=KT Ia,(1) 改变励磁电流的方向。 (2) 改变电枢电流的方向。,注意：改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两者的方向不能同时变。,改变直流电机转向的方法有两种：,8.5 并励(他励)电动机的调速,并励(他励)电动机与异步电动机相比，虽然结 构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上 由其独特的优点。,1. 调速均匀平滑，可以无级调速(注：异步机改 变极对数调速的方法叫有级调速)。 2. 调速范围大，调速比可达200 以上(调速比等 于最大转速和最小转速之比）,因此机械变速 所用的齿轮箱可大大简化。,主要优点：,由转速公式:,可见直流电机调速方法有三种。,可见：在U 一定的情

37、况下，改变可改变转速n 。,8.5.1 改变磁通调速,保持电枢电压U不变，改变励磁电流If (调Rf)以改变磁通 。,由式,Rf If n,一般只采用减少励磁电流(减弱磁通)的方法调速, 即,改变磁通调速的方法：,减小磁通，n只能上调。,改变时的机械特性如图。,调速过程:,直至T=TC达到新的平衡。,电压U保持一定,减小磁通 。,(1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受 机械本身强度所限，n不能太高。 (2) 调速设备简单，经济，电流小，便于控制。 (3) 机械特性较硬，稳定性较好。 (4) 对专门生产的调磁电动机,其调速幅度可达3 4, 例如5302120 r/min及3101 24

38、0 r/min 。,减小 调速的特点：,(1) 若调速后Ia 保持不变，电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。 (2) 这种调速方法只适用于恒功率调速(如用于切削机 床)。,使用调磁调速时应注意：,8.5.2 改变电压调速,由转速公式知： 调电压U，n0变化，但斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。,特性曲线,改变电压调速的特点:,(1)工作时电压不允许超过UN ，而n U, 所以调速 只能向下调。,(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳 定性好。,(3)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。,(4)调速幅度较大。,调速过程:,保持If 为额定,减小电枢电压。,改变电压调速需要用电压可

39、以调节的专用设备，投资费用较高。 近年来已普遍采用晶闸管整流电源对电动机进行调压和调磁，以改变它的转速。,例: 有一他励电动机， 已知U=220V , Ia=53.8A, n=1500r/min Ra=0.7 。今将电枢电压降低一 半，而负载转矩不变，问转矩降低多少？,解: 由T=KT Ia可知，在保持负载转矩和励磁电 流不变的条件下，电流也保持不变。,电压降低后的转速 n 对原来的转速 n 之比为,8.5.3 电枢回路串电阻调速,电枢中串入电阻,使 n 、 n0不变，即电机的特性曲线 变陡(斜率变大)，在相同力 矩下,n。特性曲线如图。,Ra,电枢回路串电阻调速需 在电枢中串入专用电阻，电阻

40、增大则转速下降， 因此 n 只能下调。,特点：(1) 设备简单，操作方便。,(2)机械特性软，稳定性差。,(3)能量损耗大，只用于小型直流机。,Ra + R,1.额定功率PN: 电机轴上输出的机械功率。,2.额定电压UN : 额定工作情况下的电枢上加 的直流电压。（例：110V，220V，440V）,3.额定电流IN : 额定电压下轴上输出额定功 率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。 三者关系：PN=UNIN （ ：效率）,4.额定转速nN: 在PN , UN , IN 时的转速。 直流电机的转速一般在500r/min 以上。特 殊的直流电机转速可以做到很低（如每分 钟几转）或很高（每分钟3

41、000转以上）。,注意: 调速时对于没有调速要求的电机，最大转速 不能超过1.2nN 。 。,直流电动机的额定值,(3) 恒功率负载（P 一定时，T和n 成反比)，要选 软特性电机拖动。如：电气机车等。,直流电动机特性类型的选择:,(1) 恒转矩的生产机械(TL一定，和转速无关)要选 硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。,(2) 通风机械负载，机械负载 TL 和转速 n 的平方成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。,直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组 各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小 区别。,8.5.4 电动机的连接,(1) 绕组的阻值范围,电枢绕组的阻值在零点几欧姆到

42、12欧姆。,他励(并励)电机的励磁绕组的阻值有几百欧姆。,串励电机的励磁绕组的阻值与电枢绕组的相当。,（2）绕组的符号,(1) 绕组的阻值范围,电枢绕组的阻值在零点几欧姆到12欧姆。,三 交流电动机,1 三相异步电动机的结构与工作原理,2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性,3 三相异步电动机的启动、调速和制动,4 三相异步电动机的使用,交流电动机,电动机,直流电动机,鼠笼式,异步机,他励、异励、串励、复励,鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法,电动机的分类,一、 三相异步电动机的结构及工作原理,同步机,绕线式,三相异步机的结构,转子,三相异步机的结构,转子

43、：在旋转磁场作用下，产 生感应电动势或电流。,三相定子绕组：产生旋转磁场,1.1,异步电动机的工作原理-旋转磁场的产生,U,V,W,V,W,异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极,()电流出,()电流入,U,1.2,对应电流各时刻的合成磁场方向:,结论：电流变化一周，磁场旋转3600。,N,N,N,N,定子通入三相电流，定子内产生旋转磁场,异步电动机的工作原理- 异步电动机的转动原理,1. 转子电动势和转子电流,2. 电磁转距和转子旋转方向,定子绕组通入电流后，产生旋转磁场 ，与转子绕组间产生相 对运动 ，由于转子电路是闭合的，产生转子电流。根据左手 定则可知在转子绕组上产生了电磁力。,电磁力分布在

44、转子两侧，对转轴形成一个电磁转距 T ，电磁 转距的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁 场的旋转方向转动起来。,异步电动机的工作原理- 异步电动机的转动原理,3. 转子转速和转差率,转子转速 n 与旋转磁场的转速 n1 的方向一致，但不能相等 （应保持一定的转差）。 n1 又称为同步转速。,常用转差率 s 来表示n 与 n1 相差的程度，即,4. 异步电动机带负载运行,轴上加机械负载，轴阻力，转速，转子与旋转磁场相对 切割速度，转子感应电流，输入电流。,此种接法下，合成磁场 只有一对磁极，则极对 数为 1 。又称两极机。,即：,当磁极对数P=1时，一个电流周期，旋转磁场在空间转过3

45、60,n1称为同步转速,当P = 1时,5. 电动机的极对数、极数和转速,异步电动机的工作原理- 异步电动机的转动原理,异步电机运行中:,转差 为旋转磁场同步转 速与电动机转速之差。,转差率 S 的概念,转差率S 为：,由,转子感生电流的频率,转子感生 电流频率,极对数（P）的改变对转速的影响,将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场 则是两对磁极。,极对数,3000r/min,1500r/min,1000r/min,750r/min,例1：三相异步电动机 p=3，电源f1=50Hz，电机额定 转速nN=960r/min。 求：转差率s，转子电动势的频率f2,同步转速：,转差率：,

46、例2. 一台50Hz的异步电动机，额定转速nN=730r/min, 空载转差率为0.00267，求电动机的极对数、同步转速 、空载转速及额定负载时的转差率。,解：,nN=730r/min对应的同步转速应是750r/min,根据,得,得,额定转差率：,二、三个重要转矩,n1,T,n,（牛顿米）,电机在额定电压下，以额定转速nN 运行，输出额定功率PN 时，电机转轴上输出的转矩。,额定转矩TN :,TN、Tmax、Tst,1,负载转矩用 TL 表示,Tst,Tmax,2,n1,n,Tst,Tmax,过载系数,3,启动转矩Ts t :,一般,电动机启动时的转矩,Ts t 体现了电动机带载起动的能力。

47、若Ts t TL 电动机能起动，否则将起动不了。,如果TL Tmax电动机将会 因带不动负载而停转。,启动系数,启动：,TstTL (负载转矩)，电机启动转速n，转矩T ,c,c点：转矩达最大Tm ，转速n继续，T，沿cb走,b,b点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行,若TL ，暂时T TL,n s I2 T n ,电动机的自适应负载能力,电动机的电磁转矩可以随负 载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。,s=0,s=1,正常工作条件：TLTmax， 否则电机将停转。,启动条件： TstTL 否则电动机不能启动。,注意,例4:三相异步电动机，额定功率P2N=10kW，额定转速 nN=1450r/min，启动能力Tst/TN=1.4，过载系数=2.0，效率为 87.5%。求额定转矩、启动转矩、最大转矩及额定输入功率。,（1）额定转矩TN,（2）启动转矩Tst,（3）最大转矩Tm,解：,所求量： TN、 Tst、 Tm、 P1N,（4）输入功率P1N,三、三相异步电动机的启动、调速和制动,原因：起动时 n=0 ，转子导条切割磁力线速度很大。,转子感应电势,转子电流,定子电流,1、三相异步机的起动,（1） 直接起动。10千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。,（3）转子串电阻起动。,2、三相异步机的起动方法：,先减小定子电压-减小启动电流， 待启动完毕后再加