1、电气工程全册配套最完整电气工程全册配套最完整 精品课件精品课件2 2021年9月8日星期三 2021年9月8日星期三2 电机学电机学 电气工程电气工程课程内容课程内容 电机学；电机学； 电路与电力电子技术；电路与电力电子技术； 飞机电源系统；飞机电源系统； 2021年9月8日星期三3 2021年9月8日星期三4 参考教材参考教材 电工基础电工基础王会来，兵器工业出版社王会来，兵器工业出版社 电机学电机学 辜承林辜承林 华中科技大学出版社华中科技大学出版社 电机及拖动电机及拖动 等等 2021年9月8日星期三5 第一讲第一讲 概述及磁路概述及磁路 1.1 电机的种类及应用电机的种类及应用 1.2
2、 电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律 1.3 铁磁材料特性铁磁材料特性 2021年9月8日星期三6 1.1 电机种类电机种类 电机的定义：电机的定义： 广义广义：实施：实施电能电能的的生产、传输、使用生产、传输、使用的机械的机械 和装置。和装置。 狭义狭义：电机是能进行：电机是能进行机机- -电能量转换电能量转换或或信号信号 变换变换的的电磁机械电磁机械装置。装置。 2021年9月8日星期三7 电机的主要类型电机的主要类型 电机电机 静止的电气设备静止的电气设备 变压器变压器 旋转电机旋转电机 交流电机交流电机 直流电机直流电机 直流发电机直流发电机 直流电动机直流电动机 同步电机同步电
3、机 异步电机异步电机 同步发电机同步发电机 同步电动机同步电动机 异步电动机异步电动机 异步发电机异步发电机 2021年9月8日星期三8 电机按电机按用途用途分类分类 电机电机 发电机发电机电动机电动机变压器变压器控制电机控制电机 产生电能产生电能输出机械能输出机械能变换电能变换电能起控制作用起控制作用 2021年9月8日星期三9 电机的应用电机的应用 变压器变压器 水轮发电机水轮发电机 电动机电动机 汽轮发电机组汽轮发电机组 2021年9月8日星期三10 2021年9月8日星期三11 2021年9月8日星期三12 2021年9月8日星期三13 电机中所用的材料电机中所用的材料 1. 电电 电
4、路电路 导电材料及绝缘材料导电材料及绝缘材料 导电材料：紫铜、铝线导电材料：紫铜、铝线 2021年9月8日星期三14 2、磁磁 磁路磁路 导磁材料导磁材料 硅钢片、铸钢等硅钢片、铸钢等 导磁材料：导磁材料：铁磁材料铁磁材料 稀土稀土 电机中所用的材料电机中所用的材料 1.2 磁路及其基本定律磁路及其基本定律 + (a) 电磁铁的磁路 (b) 变压器的磁路 (c) 直流电机的磁路 线圈中有线圈中有铁心铁心线圈线圈通电通电铁心中有铁心中有磁通磁通磁路。磁路。 因此电工技术不仅有因此电工技术不仅有电路问题电路问题，同时也有，同时也有磁路问题磁路问题。 2021年9月8日星期三16 2021年9月8日
5、星期三17 磁路：磁路：主磁通主磁通所经过的闭合路径所经过的闭合路径 1 u 2 u i s 磁路的基本概念磁路的基本概念 线圈通入电流后，产线圈通入电流后，产 生磁通，分生磁通，分主磁通主磁通和和漏漏 磁通磁通。 s ：主磁通主磁通 ：漏磁通漏磁通 铁心铁心 （导磁性能好（导磁性能好 的磁性材料）的磁性材料） 线圈线圈 l 含义：表示磁场内某点的含义：表示磁场内某点的磁场强弱及方向磁场强弱及方向； l 大小：等于大小：等于单位面积单位面积的磁力线数目的磁力线数目 l 方向：与方向：与电流方向电流方向符合符合右螺旋定则右螺旋定则 l 单位：特斯拉单位：特斯拉(T)或高斯或高斯(Gs) l 性质
6、：矢量性质：矢量 握拳，伸开大拇指，握拳，伸开大拇指， 四指指向电流方向，四指指向电流方向， 大拇指为大拇指为B的方向的方向 2021年9月8日星期三19 2磁通磁通 l大小：大小： 均匀磁场中的磁通均匀磁场中的磁通等于磁感应强等于磁感应强 度度B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的面积S的乘积。的乘积。 l方向：与方向：与B同向同向 l单位：韦伯单位：韦伯(Wb)或麦克斯威或麦克斯威(Mx) l 性质：矢量性质：矢量 BS 2021年9月8日星期三20 3. 磁场强度磁场强度H l 含义：是为了简化计算而引入的含义：是为了简化计算而引入的辅助物理量辅助物理量 l 性质：矢量性质：矢量 l
7、 作用作用：确定磁场确定磁场H (B) 与电流与电流I之间的关系之间的关系 l单位：安培单位：安培/米（米（A/m) 2021年9月8日星期三21 磁场与电流之间的关系磁场与电流之间的关系 l左边：是左边：是H沿任意闭合路径的线积分沿任意闭合路径的线积分 l右边：是穿过闭合回线所围面积的右边：是穿过闭合回线所围面积的电流代数电流代数 和和；电流方向与闭合回线绕向之间符合电流方向与闭合回线绕向之间符合右螺右螺 旋定则旋定则的电流作为正，反之为负。的电流作为正，反之为负。 l在均匀磁场中：在均匀磁场中： Hl = IN IlH d l IN H 或或 2021年9月8日星期三22 安培环路定律安培
8、环路定律 IdlH L L L 1 i 2 i H H dl 3 i 321 iiidlH L 2021年9月8日星期三23 l和和l，两积分路径结果相同：，两积分路径结果相同： H 的大小：的大小： 与与电流代数和电流代数和及及圆周大圆周大 小小有关有关，与材料无关与材料无关 FNIIHl 2021年9月8日星期三24 l作用：作用：表示物质的导磁性能表示物质的导磁性能 l是是B与与H之间的联系：之间的联系： l单位：亨单位：亨/米米(H/m) l真空的磁导率：真空的磁导率： 0很小很小 l非导磁材料的磁导率：同空气非导磁材料的磁导率：同空气 l铁磁材料的磁导率：很大铁磁材料的磁导率：很大
9、l相对磁导率相对磁导率r： HB H/m104 7 0 0 r 2021年9月8日星期三25 铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能 n 磁导率：磁导率： B：磁通密度：磁通密度/磁感应强度，与磁感应强度，与有关；有关； H：磁场强度，与：磁场强度，与无关无关 铁磁材料铁磁材料：指指导磁性能好的材料导磁性能好的材料，如：铁、，如：铁、 镍、钴等以及它们的合金。镍、钴等以及它们的合金。 或 HB B H 2021年9月8日星期三26 在在同样大小的电流作用下同样大小的电流作用下，铁芯线圈的，铁芯线圈的磁磁 通通比空心线圈的磁通比空心线圈的磁通大得多大得多 l 非铁磁材料磁导率非铁磁材料磁导率真空磁导率
10、真空磁导率0 0=410-7 H/m l 铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率Fe 0 l 常用的铁磁材料：常用的铁磁材料： 磁导率磁导率Fe=(20006000)0 磁导率的大小磁导率的大小 2021年9月8日星期三27 磁性能之一：磁饱和性磁性能之一：磁饱和性 磁化曲线：将一块尚未磁化的铁磁材料进磁化曲线：将一块尚未磁化的铁磁材料进 行磁化，当磁场强度行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁由零逐渐增大时，磁 通密度通密度B将随之增大，得到曲线将随之增大，得到曲线B = f (H)。 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时， B 与与 H不成正比不成正比 2021年9月8日星期三28 磁化曲线的形状
11、磁化曲线的形状 磁饱和曲线，其中拐弯点磁饱和曲线，其中拐弯点 b称为膝点称为膝点；c点为饱和点点为饱和点。 过了饱和点过了饱和点c，铁磁材料，铁磁材料 的磁导率趋近的磁导率趋近0。 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时， 与与 I 不成正比。不成正比。 2021年9月8日星期三29 B（） H（I） 图图1 1 铁磁材料的磁化曲线铁磁材料的磁化曲线 a a b b c c )(HfB )(Hf Fe HB 0 值不是常数值不是常数 2021年9月8日星期三30 考虑：为什么铁磁材料具有考虑：为什么铁磁材料具有 磁饱和性磁饱和性? ? ?铁磁材料的磁导率非铁磁材料的铁磁材料的磁导率非铁磁材料的 ?
12、铁磁材料的铁磁材料的磁导率磁导率Fe Fe不是常数 不是常数 铁磁材料中的铁磁材料中的磁畴磁畴 2021年9月8日星期三31 磁化曲线的用途磁化曲线的用途 设计电机和变压器时，为使主磁路内得到设计电机和变压器时，为使主磁路内得到 较大的磁通量而又不过分增大励磁较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势磁动势 （励磁电流和线圈匝数）（励磁电流和线圈匝数），通常把铁心内，通常把铁心内 的的工作磁通密度工作磁通密度选择在选择在膝点膝点附近附近。 2021年9月8日星期三32 磁性能之二：磁滞回线磁性能之二：磁滞回线 磁滞现象磁滞现象：B 的变化总是滞后于的变化总是滞后于H的变化的变化 磁滞回线磁滞回线：B
13、H曲线是封闭的曲线曲线是封闭的曲线 剩磁剩磁: 去掉外磁场（去掉外磁场（H=0）之后，铁磁材料内）之后，铁磁材料内 仍然保留的磁通密度仍然保留的磁通密度Br。 矫顽力矫顽力:要使要使B值从值从Br减小到零，必须加上减小到零，必须加上反反 向外磁场向外磁场，此反向磁场强度，此反向磁场强度Hc称为矫顽力。称为矫顽力。 2021年9月8日星期三33 图图1-7 1-7 铁磁材料的磁滞回线铁磁材料的磁滞回线 H H B B a a b b c c d d e e f f c H m B m B m Hm H r B c H 2021年9月8日星期三34 基本磁化曲线：基本磁化曲线： 是一系列大小不同磁
14、滞回线的是一系列大小不同磁滞回线的顶点顶点联接而成的联接而成的 曲线。曲线。 H H B B 2021年9月8日星期三35 1) 软磁材料软磁材料：矫顽力小，剩磁小，磁滞回线矫顽力小，剩磁小，磁滞回线 窄窄。用来制造电磁电器的铁心。用来制造电磁电器的铁心 2)永磁材料永磁材料：矫顽力大，剩磁大，：矫顽力大，剩磁大，磁滞回线磁滞回线 宽宽。用来制造永久磁铁。用来制造永久磁铁 3)矩磁材料矩磁材料：矫顽力小，剩磁大，磁滞回线：矫顽力小，剩磁大，磁滞回线 接近矩形，稳定性好。用作记忆元件、开接近矩形，稳定性好。用作记忆元件、开 关元件和逻辑元件关元件和逻辑元件 2021年9月8日星期三36 软磁材料
15、的磁滞曲线软磁材料的磁滞曲线 H H B BB B H H 硬磁材料的磁滞曲线硬磁材料的磁滞曲线 2021年9月8日星期三37 铁心中的损耗之一铁心中的损耗之一: 磁滞损耗磁滞损耗 定义定义: : 铁磁材料置于铁磁材料置于交变磁场交变磁场中时，磁畴中时，磁畴 相互间不停地摩擦而发热，这种损耗称为相互间不停地摩擦而发热，这种损耗称为 磁滞损耗。磁滞损耗。 2021年9月8日星期三38 铁心中的损耗之二：涡流损耗铁心中的损耗之二：涡流损耗 当当磁通交变磁通交变时，铁芯中会感应出交变电势，时，铁芯中会感应出交变电势， 在导电的铁芯中产生环流，这种电流呈现漩在导电的铁芯中产生环流，这种电流呈现漩 涡状
16、，称为涡状，称为涡流涡流。 涡流产生的损耗称为涡流产生的损耗称为涡流损耗涡流损耗。 22 mww Bfkp kw 与材料有关与材料有关 2021年9月8日星期三39 图图1-10 1-10 硅钢片中的涡流硅钢片中的涡流 B B 2021年9月8日星期三40 应用应用 为减小为减小涡流损耗涡流损耗，电机和变压器的铁心都，电机和变压器的铁心都 用用含含硅硅量较高的薄硅钢片叠成量较高的薄硅钢片叠成。 2021年9月8日星期三41 铁心总损耗铁心总损耗 铁芯中的铁芯中的磁滞损耗磁滞损耗和和涡流损耗涡流损耗之和称为之和称为 铁芯损耗铁芯损耗 whFe ppp 注意注意：在：在恒定磁场恒定磁场中的中的静止
17、导磁体静止导磁体内没有内没有 铁损耗铁损耗 2021年9月8日星期三42 2. 电磁感应定律电磁感应定律 电磁感应现象：当线圈中的电磁感应现象：当线圈中的磁通量磁通量随时间发随时间发 生变化时，该线圈中必然有生变化时，该线圈中必然有感应电势感应电势产生，产生， 称这种现象为电磁感应。称这种现象为电磁感应。 dt d N dt d e N其中 磁通链，磁通链， 简称磁链简称磁链 2021年9月8日星期三43 图图1-2 1-2 电磁感应定律电磁感应定律 dt d Ne R u、i为关联正方向为关联正方向 R i与与满足满足右手螺旋定则右手螺旋定则 R 与与e满足右手螺旋定则满足右手螺旋定则 R
18、e 称为称为变压器电动势变压器电动势 + u 变压器电动势变压器电动势 2021年9月8日星期三44 若若磁场恒定磁场恒定，构成线圈的导体切割磁力线，构成线圈的导体切割磁力线， 使线圈使线圈交链交链的的磁链磁链随时间变化，导体中将随时间变化，导体中将 产生感应电动势产生感应电动势 运动电动势运动电动势 运动电动势运动电动势 Blve 感应电动势方向感应电动势方向右手定则右手定则 2021年9月8日星期三45 适用范围：适用范围：适用于闭合电路适用于闭合电路一部分导线切割磁一部分导线切割磁 感线感线产生感应电流的情况产生感应电流的情况. . 右手定则右手定则 判定方法：判定方法：伸开右手伸开右手
19、, ,让大拇指跟其余四指垂直让大拇指跟其余四指垂直, , 并且都跟手掌在同一平面内并且都跟手掌在同一平面内, ,让磁感线从让磁感线从手心手心垂垂 直进入直进入, ,大拇指大拇指指向导体运动的方向指向导体运动的方向, ,其余其余四指四指 所指的方向就是感应电流的方向所指的方向就是感应电流的方向. . 2021年9月8日星期三46 1.1.平伸左手，让大拇指和其他手指平伸左手，让大拇指和其他手指 垂直；垂直；( (五指在同一平面内五指在同一平面内) ) 2.2.让磁感线垂直穿入掌心；让磁感线垂直穿入掌心； I B 3.3.使四个手指的指向为电流方向；使四个手指的指向为电流方向； 4.4.则大拇指的
20、指向就是电流受力方向则大拇指的指向就是电流受力方向 F 2021年9月8日星期三47 3、电磁力定律、电磁力定律 载流导体载流导体在在磁场中磁场中要受到力的作用要受到力的作用电磁力。电磁力。 力的方向：力的方向：左手定则左手定则 BliF BS 2021年9月8日星期三48 电磁转矩电磁转矩 在旋转电机中，作用在转子在旋转电机中，作用在转子载流导体载流导体上的电上的电 磁力将使转子受到一个力矩（等于力乘转子半磁力将使转子受到一个力矩（等于力乘转子半 径）径） 电磁转矩。电磁转矩。 BlirFrT s 电磁转矩电磁转矩是电机实现是电机实现机机- -电能量转换电能量转换的重要物的重要物 理量。理量
21、。 2021年9月8日星期三49 四个基本定律：四个基本定律： 1 1）安培环路定律；）安培环路定律； 2 2）磁路的欧姆定律；）磁路的欧姆定律； 3 3）磁路的基尔霍夫定律；）磁路的基尔霍夫定律； 4 4）法拉第电磁感应定律；）法拉第电磁感应定律； 2021年9月8日星期三50 S l R m S l NI R F m S l R S l E R E I S l Rm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻称为磁阻，表示磁路对磁通的阻 碍作用。磁阻较大时（空气隙），碍作用。磁阻较大时（空气隙）， 要维持磁通不变，电流应成倍增要维持磁通不变，电流应成倍增 加。加。 作用：定性分析磁路问题。作用：定性分析
22、磁路问题。 mR F 公式：公式： 2021年9月8日星期三52 磁路与电路的区别磁路与电路的区别 1）磁路一定是）磁路一定是闭合闭合的，无的，无开路开路现象；现象； 2）恒定磁通恒定磁通通过磁阻时不损耗能量；通过磁阻时不损耗能量； 3）电路中没有漏电流，但在磁路中有）电路中没有漏电流，但在磁路中有漏磁通漏磁通； 4）由于）由于 不是常数，其大小随励磁电流而变，不是常数，其大小随励磁电流而变， 因此磁路欧姆定律不能用来计算，只能用于因此磁路欧姆定律不能用来计算，只能用于 定性分析定性分析； 5）在电路中，当）在电路中，当 E = 0时，时，I = 0；但在磁路中，；但在磁路中， 由于有剩磁，当
23、由于有剩磁，当 F = 0 时，时， 不为零不为零； 53 第二讲 变 压 器 54 2-1 变压器的基本结构 2-2 变压器的工作原理 2-3 变压器的外特性 2-4 变压器的额定 值 主要内容 55 变压器内部变压器内部 上一页下一页返 回 56 自耦调压器 上一页下一页返 回 57 单相变压器 上一页下一页返 回 58 大型电力油浸变压器 上一页下一页返 回 59 变压器功能： 变电压：例如电力系统 变阻抗：电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器） 变电流：例如电流互感器（如电流表） 60 发电厂 1.05万伏 输电线 22万伏 升压 变电站 1万伏 降压 变压器应用举例 实验室 3
24、80 / 220伏 降压 仪器 36伏 降压 61 单相变压器 1 u 2 u L R 1 i 2 i 铁芯 原边 绕组 副边 绕组 2-1 变压器的基本结 构 62 铁心 线圈(又称绕组),包括高、低压线圈。 变压器的组成 铁心：用具有绝缘层的0.350.5mm厚的硅钢片叠成。 线圈：小容量变压器多用高强度漆包线绕制。 大容量变压器可用绝缘铜或铝线绕制。 63 铁心的主要结构 心式结构:变压器的铁心被绕组包围。多用于 电力变压器 壳式结构:变压器的铁心包围绕组。常用于小 容量变压器 变压器的冷却方式 自然冷却小容量变压器 油冷式大容量变压器 铁心 绕组 铁心 绕组 64 按铁心形式分： 心式
25、变压器 壳式变压器 65 1 u 2 u L R 1 i 2 i 1 u 1 i 2 u 2 i L R 变压器符号： 22 11 iu iu 工作过程： 66 %100%100 2 2 1 2 CuFe PPP P P P 变压器的效率 P2为输出功率，P1为输入功率 一般变压器的效率在95% 大型变压器的效率可达99%以上 因此在分析时，变压器可以看作理想变压器。 即：P2P1 67 1. 空载运行 原边接入电源，副边开路。 接上交流电源 1 u 原边通过的空载电流为i10 t Ne t Ne d d d d 2211 产生感应电动势 2-2 变压器的工作原 理 i10 产生工作磁通 （
26、方向符合右手定则）、e 1 u 2 e 10 i 1 e 1 N 2 Nt m sin 68 结论：改变匝数比，就能改变输出电压。 K N N E E U U 2 1 2 1 2 1 K为变比 10 i 1 u 20 u 2 i 1 e 2 e 原、副边电压关系 m m NfE NfE 22 11 44.4 44.4 根据交流磁路的分析可得： 220 11 EU EU 变电压： 69 2. 有载运行 1 u 2 e 1 i 1 e 1 N 2 N Z 2 i 副边带负载后对磁路的影响： 副边线圈中有了电流 i2 ，此电 流在磁路中也会产生磁通，从 而影响原边电流 i1。根据 P1P2推出： 变
27、电流： KN N I I1 1 2 2 1 结论：原、副边电流与匝数成反比 70 电压关系： 忽略电阻和漏阻抗，变压器一、二次电压的近似关系为： 2211 2 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 IUIU K N N I I U U K N N E E U U K为变比 71 1 i 1 u 2 u 2 i L Z 1 N 2 N 原、副边阻抗关系： 2 2 I U Z L 从原边等效： 1 1 I U Z L 结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。 LLL ZKZNN INN UNN I U Z 22 21 212 221 1 1 )/( )/( )/( 变阻抗
28、： 解决的问题：当在副边接负载时，能量由原边提供，对于原边相 当于接怎样的负载？ 72 例 一台降压变压器，原边电压为220V，副边电压为110V，N1为2200匝，在副边接 入阻抗值为10的阻抗，问变压器的变比K、N2、原绕组中电流I1各为多少？ 解： 变压器变比 匝1100 2 22001 1 1 21 2 N KU UN N 2 110 220 2 1 U U K A Z U I11 10 110 2 2 2 副绕组匝数 副绕组电流 原绕组电流AI KN IN I5 . 5 2 111 2 1 22 1 73 问题与讨论 一 1、为什么较大变压器的铁心要用硅钢片叠成？用整块的铁心行不行？
29、 答：变压器铁心用硅钢片的目的是为了减小涡流损耗。如果用整块的铁心，变压 器会由于过热而损坏。 2、变压器能否用来变换直流电压？如果将变压器接到与它的额定电压相同的直流电源 上，会产生什么后果？ 答：不能；将变压器接到直流电源上，由于额定电压高而线圈电阻小，使得变压 器上产生很大的电流，而烧毁变压器。 74 变压器的涡流损耗变压器的涡流损耗 涡流涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动交变磁通在铁心内产生感应电动 势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁 通的平面内环流。通的平面内环流。 涡流损耗涡流损耗: : 由涡流所产生的功率损耗由涡流所产生的功率损耗 。 减少涡流损
30、耗措施：减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率提高铁心的电阻率 （通常由于硅钢片）。铁心用彼此绝缘（通常由于硅钢片）。铁心用彼此绝缘 的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面 内。内。 75 ： 10 8 800 L 2 1 L R R N N K 如图，交流信号源的电动势 E= 120V，内 阻 R 0=800，负载为扬声器，其等效电阻为R L=8。要求: (1)当RL折算到原边的等效电阻 时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率； （2）当将负载直接与信号源联接时,信号源输 出多大功率？ 0L RR I 1 N 2 U 2 I R0 + + 2 N RL E 信号源
31、+ R0 E RL I 76 W54800 800800 120 2 L 2 L0 .R RR E P 0L RR W17608 8800 120 2 L 2 L0 .R RR E P （2，为： 77 2-3 变压器的外特性 U2 I2 U20 U20：原边加额定电压、 副边开路时，副边的输 出电压。 一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2 变化不多） 变压器的外特性：在电源电压和负载功率因数不变的条件下，副边输出电压和输 出电流的关系。 即： U2 = f (I2) 78 变压器外特性变化的程度用电压调整率（电压变化率）U%表示 %100% 20 220 U UU U N 大容量的电
32、力变压器的电压调整率5%。 小型号变压器的电压调整率20%。 电压调整率是一个重要技术指标，直接影响到供电质量。电压变化率越小，变压 器性能越好。 79 额定电流 I1N、I2N 变压器满载运行时，原、副边绕组允许通过的电流值。 2-4 变压器的额定值 变压器负荷运行状态称额定运行。额定运行时各电量值为变压器的额定值。 U2N：一次侧施加额定电压时的二次侧空载电压。 额定电压U1N、U2N U1N ：加在一次绕组上的正常工作电压。 80 NNNNN IUIUS 1122 额定容量 SN 变压器传送电功率的最大能力。 额定频率 fN 变压器应接入的电源频率。我国电力系统的标准频率为50Hz。 以
33、上额定值是以单相变压器为例 温升：环境温度为40时变压器绕组通过额定电流时的最高温升。 81 容量 SN 输出功率 P2 变压器的输出功率是否决定于变压器的容量？ 效率 NNNNN IUIUS 1122 变压器的容量： 2 1 P P cos 222 IUP 变压器输出功率： 问题与讨论二 负载的功 率因数 变压器的输出功率不仅与变压器的容量有关，还与所带负载的 功率因数有关。 原边输入功率 原边输入功率 = 输出功率 +变压器损耗 1 P 2 P 82 油位表 散热套管 高压套管低压套管 防爆管 储油柜 外形 铁心绕组 83 电压互感器 用低量程的电压表测高电压 副边不能短路，以防产生 过流
34、； 使用注意： V R N1 （匝数多） 保险丝 N2 （匝数少） u（被测电压） 电压表 被测电压= 电压表读数 N1/N2 22 2 1 1 KUU N N U 84 电流互感器 用低量程的电流表测大电流 （被测电流） N1 （匝数少） N2 （匝数多） A R i1 i2 电流表 被测电流=电流表读数 N2/N1 副边不能开路， 以防产生高电压； 使用注意事项： 22 1 2 1 1 I K I N N I 海南风光海南风光 第三讲第三讲 直流电机直流电机 第三讲第三讲 直流电机直流电机 直流电动机直流电动机 直流发电机直流发电机 直流电动机：电能直流电动机：电能 机械能机械能 U +
35、N S 电刷电刷 换向片换向片 直流电源直流电源电刷电刷 换向器换向器线圈线圈 I I 注意：注意：电刷和电源固定联接，电刷压在换向片上。电刷和电源固定联接，电刷压在换向片上。 线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里流，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里流， 下半边的电流向外流动。下半边的电流向外流动。 由由左手定则左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线，通电线圈在磁场的作用下，使线 圈逆时针旋转。圈逆时针旋转。 F F U + N S 电刷电刷 换向片换向片 I I 换向片与电刷相连换向片与电刷相连 F FU + N S 电刷电刷 换向片换向片 I I E E 由由右手定则右手定则，线圈
36、在磁场中旋转，将在线圈中产，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产 生生感应电动势感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向感应电动势的方向与电流的方向 相反相反 称为反电势称为反电势。 直流发电机：直流发电机： 用用右手定则右手定则判判 感应电动势感应电动势Ea的方向的方向 U + N S E E Ia 电枢绕组电枢绕组 电阻电阻RaRa nKE E 感应电动势感应电动势 aaa RIEU 输出电压输出电压 机械能机械能电能电能 原动机原动机 二、直流二、直流电机电机的结构的结构 直流电机由定子、转子和机座等部分构成。直流电机由定子、转子和机座等部分构成。 机座机座 磁极磁极 励磁励磁 绕组绕组 转子
37、转子 励磁式直流电动机结构励磁式直流电动机结构 1. 转子转子（又称电枢）（又称电枢） 由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。 2. 定子（磁极定子（磁极/磁场）磁场） 定子的分类：定子的分类： 永磁式：由永久磁铁做成。永磁式：由永久磁铁做成。 励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过通过直流电直流电，形成电磁铁。，形成电磁铁。 励磁的定义：励磁的定义：磁极上的线圈通以磁极上的线圈通以直流直流电电 产生磁通，称为产生磁通，称为励磁励磁。 直流电机的结构直流电机的结构 换向器换向器 直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式：根据励磁线圈
38、和转子绕组的根据励磁线圈和转子绕组的 联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：联接关系，励磁式的直流电机又可细分为： 他励电动机：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。励磁线圈与转子电枢的电源分开。 并励电动机：并励电动机：励磁线圈与转子电枢励磁线圈与转子电枢并联并联到同一电源上。到同一电源上。 串励电动机：串励电动机：励磁线圈与转子电枢励磁线圈与转子电枢串联串联接到同一电源上。接到同一电源上。 复励电动机：复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接励磁线圈与转子电枢的联接有串有并有串有并，接在，接在 同一电源上。同一电源上。 M 他励他励 Uf If Ia U M 并励并励 U If M 串励串
39、励 UM 复励复励 U 三、电动机的电压方程三、电动机的电压方程 因为因为Ea与通入的电流方向相反，所以叫与通入的电流方向相反，所以叫反电势反电势。 aa RIEU U：外加电压：外加电压 Ra: 绕组电阻绕组电阻 M Ra Ia E + + U nKEU E nKE E 空载时：空载时：Ia0，有：，有： 四、电磁转矩四、电磁转矩 aT IKT KT：结构常数：结构常数 ：线圈所处位置的磁通：线圈所处位置的磁通（韦伯）（韦伯） Ia：电枢绕组中的电流：电枢绕组中的电流（安培）（安培） 由转矩公式可知：由转矩公式可知： (1) 产生转矩的条件：必须有磁通和电枢电流。产生转矩的条件：必须有磁通和
40、电枢电流。 (2) 改变电机旋转的方向：改变电枢电流或磁通的方向改变电机旋转的方向：改变电枢电流或磁通的方向 （牛顿（牛顿 米）米） n = f (T) 五、电动机的机械特性五、电动机的机械特性 即：即：T KK R n ET a 2 K U n E 0 nnn 0 其中其中， aT E aa IKT nKE RIEU T KK R K U n ET a E 2 M 他励他励 Uf If Ia U n0： 理想空载转速理想空载转速, ,即即T=0时的转速。（实际工作时的转速。（实际工作 时时, ,由于有空载损耗，电机的由于有空载损耗，电机的T不会为不会为0 0。）。） 当当T n ，但因电动机
41、的电枢电阻，但因电动机的电枢电阻Ra很小，很小，n n 很小，属很小，属硬特性硬特性。 根据根据 n-T 公式公式 画出特性曲线画出特性曲线 n0 nN TN T n n 称为称为固有机械特性固有机械特性 （1）估算电枢电阻）估算电枢电阻Ra 固有机械特性曲线的绘制步骤固有机械特性曲线的绘制步骤 （2）计算电势常数）计算电势常数Ke NaNNNe nRIUK/ （3）求理想空载转速）求理想空载转速 NeN KUn/ 0 （4）求额定转矩）求额定转矩 N NN N n PP T55. 9 NNeNNtN IKIKT55. 9 固有机械特性曲线的绘制步骤固有机械特性曲线的绘制步骤 人为机械特性人为
42、机械特性 可调量可调量：供电电压：供电电压U、磁通、磁通、电枢电阻电枢电阻Ra 电动机有电动机有三种三种人为机械特性：人为机械特性： 1）电枢回路串电阻；）电枢回路串电阻； 2）降压；）降压； 3）弱磁；）弱磁； nnT KK R K U n te a e 0 2 n三种人为机械特性也是三种人为机械特性也是三种调速方法三种调速方法 电枢回路串电阻时的人为特性：电枢回路串电阻时的人为特性：n KTnT KK RR K U n Nte ada Ne N 0 2 减弱磁通的人为特性：减弱磁通的人为特性：nn （ 减小减小） 0 n 0 n 0 n TL Rf 增增 加加 T n T KK R n E
43、T a 2 K U n E 0 nnn 0 其中其中， 降低电枢电压的人为特性：降低电枢电压的人为特性：n 由转速特性方程知：由转速特性方程知： 调电枢电压调电枢电压U，n0 变化，斜率不变，变化，斜率不变， 所以调速特性是一所以调速特性是一 组组平行曲线平行曲线。 n n0 n0 n0 电电 压压 降降 低低 T T KK R n ET a 2 K U n E 0 nnn 0 其中其中， 直流发电机的方程和特性直流发电机的方程和特性 直流发电机的励磁方式直流发电机的励磁方式/ /分类；分类； 直流发电机的电压方程；直流发电机的电压方程； 直流发电机的工作特性；直流发电机的工作特性； 直流电机
44、直流电机的的励磁方式励磁方式= =直流电机的直流电机的分分 类类 他励电机：他励电机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。励磁线圈与转子电枢的电源分开。 并励电机：并励电机：励磁线圈与转子电枢励磁线圈与转子电枢并联并联到同一电源上。到同一电源上。 串励电机：串励电机：励磁线圈与转子电枢励磁线圈与转子电枢串联串联接到同一电源上。接到同一电源上。 复励电机：复励电机：励磁线圈与转子电枢的联接励磁线圈与转子电枢的联接有串有并有串有并，接在，接在 同一电源上。同一电源上。 他励他励 Uf If Ia U M 并励并励 U If M 串励串励 UM 复励复励 U 直流电机结构与电路的对比关系直流电机结构与电路
45、的对比关系 U + N S E E Ia M 他励他励 Uf If Ia U 他励直流发电机的电压方程他励直流发电机的电压方程 nKEU II RUEI RIEU ea a aaa aaa 0 / )( U 外加电压外加电压/端电压；端电压； Ea 感应电动势感应电动势 I 负载电流；负载电流；Ia 电枢电流电枢电流 1）空载特性）空载特性 )( 0fa IfEU E 剩磁电压剩磁电压 2）外特性）外特性U = f (I) 6 . 3%100 0 N N U UU U 他励他励/并励直流发电机的电压变并励直流发电机的电压变 化率大约为化率大约为5%10% 硬特性硬特性 并励并励发电机的电压方程
46、发电机的电压方程 ， aa RIEU aa RUEI/ )( ff RUI/ RUI/ IIII fa 特点：三个电流之间满足特点：三个电流之间满足KCL aa UERI 发电机发电机: : aa EURI 电动机电动机: : 电枢电流方向不同电枢电流方向不同 Gen与与Motor电压方程不同电压方程不同 M 并励并励 U If G 并励并励 U If 海南风光海南风光 第三讲第三讲 直流电机直流电机 第三讲第三讲 直流电机直流电机 直流电动机直流电动机 直流发电机直流发电机 直流电动机：电能直流电动机：电能 机械能机械能 U + N S 电刷电刷 换向片换向片 直流电源直流电源电刷电刷 换向
47、器换向器线圈线圈 I I 注意：注意：电刷和电源固定联接，电刷压在换向片上。电刷和电源固定联接，电刷压在换向片上。 线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里流，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里流， 下半边的电流向外流动。下半边的电流向外流动。 由由左手定则左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线，通电线圈在磁场的作用下，使线 圈逆时针旋转。圈逆时针旋转。 F F U + N S 电刷电刷 换向片换向片 I I 换向片与电刷相连换向片与电刷相连 F FU + N S 电刷电刷 换向片换向片 I I E E 由由右手定则右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产 生
48、生感应电动势感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向感应电动势的方向与电流的方向 相反相反 称为反电势称为反电势。 直流发电机：直流发电机： 用用右手定则右手定则判判 感应电动势感应电动势Ea的方向的方向 U + N S E E Ia 电枢绕组电枢绕组 电阻电阻RaRa nKE E 感应电动势感应电动势 aaa RIEU 输出电压输出电压 机械能机械能电能电能 原动机原动机 二、直流二、直流电机电机的结构的结构 直流电机由定子、转子和机座等部分构成。直流电机由定子、转子和机座等部分构成。 机座机座 磁极磁极 励磁励磁 绕组绕组 转子转子 励磁式直流电动机结构励磁式直流电动机结构 1. 转子转子
49、（又称电枢）（又称电枢） 由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。 2. 定子（磁极定子（磁极/磁场）磁场） 定子的分类：定子的分类： 永磁式：由永久磁铁做成。永磁式：由永久磁铁做成。 励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过通过直流电直流电，形成电磁铁。，形成电磁铁。 励磁的定义：励磁的定义：磁极上的线圈通以磁极上的线圈通以直流直流电电 产生磁通，称为产生磁通，称为励磁励磁。 直流电机的结构直流电机的结构 换向器换向器 直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式：根据励磁线圈和转子绕组的根据励磁线圈和转子绕组的 联接关系，励磁式的直流电
50、机又可细分为：联接关系，励磁式的直流电机又可细分为： 他励电动机：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。励磁线圈与转子电枢的电源分开。 并励电动机：并励电动机：励磁线圈与转子电枢励磁线圈与转子电枢并联并联到同一电源上。到同一电源上。 串励电动机：串励电动机：励磁线圈与转子电枢励磁线圈与转子电枢串联串联接到同一电源上。接到同一电源上。 复励电动机：复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接励磁线圈与转子电枢的联接有串有并有串有并，接在，接在 同一电源上。同一电源上。 M 他励他励 Uf If Ia U M 并励并励 U If M 串励串励 UM 复励复励 U 三、电动机的电压方程三、电动机的电压方
