1、目录教学目标性能及磁路基本定律性能及磁路基本定律6.1磁路及磁性材料磁路及磁性材料 定义：定义：表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理矢量表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理矢量 大小：大小：lIfB 单位：单位：41T=10 Gs特斯拉（特斯拉（T T）（国际单位制）（国际单位制）高斯（高斯（GsGs）（电磁制）（电磁制）f 通过电流的导体在通过电流的导体在磁场中所受的电磁力磁场中所受的电磁力 I 为导体中通过的电流为导体中通过的电流 l 为导体在磁场中的有效长度为导体在磁场中的有效长度 方向：方向：磁感应强度与产生磁场的电流之间的方向磁感应强度与产生磁场的电流之间的方向关系通过关系通过右手螺
2、旋定则右手螺旋定则确定确定 磁力线：磁力线：描述磁场方向和强弱的分布情况的曲线描述磁场方向和强弱的分布情况的曲线 切线方向切线方向方向方向疏密程度疏密程度大小大小磁力线磁力线磁感应强度磁感应强度均匀磁场：均匀磁场：磁场内各点的磁感应强度大小相等、磁场内各点的磁感应强度大小相等、方向相同的磁场方向相同的磁场 在均匀磁场中，磁感应强度在均匀磁场中，磁感应强度B B与垂直于磁场与垂直于磁场方向某截面积方向某截面积A A的乘积，即通过某截面积的的乘积，即通过某截面积的磁力线的总数磁力线的总数 定义：定义：大小：大小：BA AB或或单位：单位：韦伯（韦伯（Wb）（国际单位制）（国际单位制）麦克斯韦（麦克
3、斯韦（Mx）（电磁制）（电磁制）81Wb=10 Mx 磁感应强度磁感应强度B B在数值上可以看成为与磁场方向相垂直在数值上可以看成为与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通，故又称为的单位面积上通过的磁通，故又称为磁通密度。磁通密度。H表示在磁场中某一路径上电流励磁作用的表示在磁场中某一路径上电流励磁作用的强弱和方向强弱和方向 定义：定义：大小：大小：BH 单位：单位：安安/米（米（A/m）(国际单位制）国际单位制）奥斯特（奥斯特（Oe）(电磁制）电磁制）31A/m=410 Oe磁场强度磁场强度H H与介质的性质与介质的性质无关无关，而取决于电流与路径，而取决于电流与路径 磁导率磁导率定义：定义
4、：衡量物质磁性能的物理量衡量物质磁性能的物理量 大小：大小：r00r1或0r1或 磁性材料（铁磁物质）：磁性材料（铁磁物质）：非磁性材料：非磁性材料：单位：单位：亨亨/米（米（H/m）相对相对导磁率导磁率真空真空导磁率导磁率-70=410 H/m 磁性材料在外磁场作用下很容易被磁化磁性材料在外磁场作用下很容易被磁化磁畴：磁畴：在磁性材料内部由于电子绕原子核运动产生的分在磁性材料内部由于电子绕原子核运动产生的分子电流产生的磁场，形成的很多具有磁性的小区域。子电流产生的磁场，形成的很多具有磁性的小区域。（a a）无外磁场磁畴取向杂乱）无外磁场磁畴取向杂乱（b b）在外磁场作用下磁畴取向）在外磁场作
5、用下磁畴取向趋于一致趋于一致磁性材料磁畴示意图磁性材料磁畴示意图ab段：段：B B的的增加缓慢下来增加缓慢下来Oa段段:B B与与H H差不多成正比地增加差不多成正比地增加b以后一以后一段：段：B B 增加的很少，达到了磁饱和增加的很少，达到了磁饱和HB磁滞回线磁滞回线 磁感应强度磁感应强度B B的变化滞后外加磁场强度的变化滞后外加磁场强度H H的变化的变化磁滞性磁滞性:磁滞回线：磁滞回线：在铁心反复交变磁化的在铁心反复交变磁化的情况下，表示情况下，表示B B与与H H变化变化关系的闭合曲线关系的闭合曲线剩磁剩磁B0 ：当当H H减少到零时，减少到零时，B B却不却不为零，这时铁心中所保为零，
6、这时铁心中所保留的磁感应强度留的磁感应强度矫顽力矫顽力Hc：当当H反方向变到反方向变到Hc时，时，B才为零（即贴心才为零（即贴心中的剩磁消失），使铁心中剩磁消失的磁中的剩磁消失），使铁心中剩磁消失的磁场强度场强度Hc 剩磁矫顽力 软磁材料：软磁材料：矫顽力、剩磁都较小，磁滞回线较窄，矫顽力、剩磁都较小，磁滞回线较窄，常用做磁头、磁心等。常用做磁头、磁心等。硬磁材料：硬磁材料：的矫顽力、剩磁都较大，磁滞回线较宽，的矫顽力、剩磁都较大，磁滞回线较宽，常用做永久磁铁。常用做永久磁铁。矩磁材料：矩磁材料：两个方向上的剩磁都很大，接近饱和，两个方向上的剩磁都很大，接近饱和，但矫顽力却很小。可用做记忆元件
7、。但矫顽力却很小。可用做记忆元件。磁路：磁路：磁通集中流通的路径磁通集中流通的路径图：几种常见电气设备的磁路图：几种常见电气设备的磁路 在磁路中，沿任一闭合路径，磁场强度的线积分在磁路中，沿任一闭合路径，磁场强度的线积分等于与该闭合路径所交链电流的代数和。等于与该闭合路径所交链电流的代数和。dH lNI HI1I2I3电流方向和磁场强度的方向电流方向和磁场强度的方向符合符合右手定则右手定则，电流取正；，电流取正；否则取负。否则取负。INl 在均匀磁路在均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的磁（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：场强度相等）中，安培环路定律可写
8、成：BlFINHllA磁通势磁通势mRFAlF或或磁路的磁路的平均长度平均长度 磁阻磁阻 A为磁路的截面积为磁路的截面积为磁路材料的磁导率为磁路材料的磁导率 在非均匀磁路在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，强度不等）中，总磁通势等于各段磁压降之和。总磁通势等于各段磁压降之和。INl0l图：含有空气隙的磁路图：含有空气隙的磁路HLNI总磁动势总磁动势例：例：00lHIHNI0mmlm00llRRRAA设铁心中磁场强度设铁心中磁场强度 ,空气空气隙磁场强度隙磁场强度 ,则则0HH对于均匀磁路对于均匀磁路 BINHLLLA磁路中的磁路中的欧姆定律
9、欧姆定律则：则：mFNILRAINAL注：注：由于磁性材料由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律是非线性的，磁路欧姆定律 多用作定性分析，不做定量计算。多用作定性分析，不做定量计算。mlRA令：令：Rm 称为磁阻称为磁阻INR+_EIU磁路与电路对比磁路与电路对比磁路磁路电路电路磁通势磁通势F电动势电动势E磁通磁通 电流电流I磁感应强度磁感应强度B电流密度电流密度J磁阻磁阻Rm电阻电阻RmlRAlRA 励磁电流：励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流在磁路中用来产生磁通的电流 铁心线圈根据励磁电流的不同铁心线圈根据励磁电流的不同,分两种分两种:直流铁直流铁心线圈和交流铁心线圈。心线圈和交流铁心线
10、圈。直流铁心线圈I交流铁心线圈IURUI（R 为线圈的电阻）为线圈的电阻）U一定一定I一定一定磁通势磁通势F=IN一定一定)(mRF 磁通和磁阻成反比磁通和磁阻成反比（线圈中不产生感应电动势）（线圈中不产生感应电动势）只有线圈电阻消耗的功率只有线圈电阻消耗的功率 2RIUIP电磁关系电磁关系：主磁通：主磁通,铁心中的闭合磁通铁心中的闭合磁通：漏磁通：漏磁通,通过空气闭合的磁通通过空气闭合的磁通i(Ni)u mmsinsintt 励磁线圈的漏磁通相对应的漏电感为励磁线圈的漏磁通相对应的漏电感为 LNi常数常数e有效值有效值相量相量EIXjEX I 2XLfL（励磁线圈的漏感抗）（励磁线圈的漏感抗
11、）主磁通主磁通产生的感应电动势产生的感应电动势 主磁通主要是经过铁心材料组成主磁通主要是经过铁心材料组成的磁路，其磁导率不是常数，所的磁路，其磁导率不是常数，所以铁心线圈中的电流以铁心线圈中的电流i与主磁通与主磁通不成正比不成正比 mmm(sin)dcosd2sin()sin()22mdteNNNttdtfNtEt mm2EfN最大值最大值222mmfNEE有效值有效值电压电流关系电压电流关系根据根据KVL:故相量形式电压方程为：故相量形式电压方程为：式中：式中：R是线圈电阻是线圈电阻,是漏磁感抗是漏磁感抗;XLX ueeRi 或或UEERI UEjX IRI t,sinm)sin(ddddm
12、ttNtNe )90t(sin2m fN)90(sinm tE mmmffN44.42N22EEUE4.44mNfeum功率损耗功率损耗铜损耗铜损耗 ：CuP铁损耗铁损耗 ：FeP线圈线圈R上的功率损耗上的功率损耗铁心中的功率损耗铁心中的功率损耗铁损耗铁损耗 磁滞损耗磁滞损耗 ：hP涡流损耗涡流损耗 ：eP由涡流产生的铁损耗由涡流产生的铁损耗交流铁心线圈的功率损耗为交流铁心线圈的功率损耗为CuFeCunePPPPPP磁畴的反复取向使铁心发热磁畴的反复取向使铁心发热所产生的功率损耗所产生的功率损耗 涡流示意图涡流示意图6.2变压器变压器 变压器是根据电磁感应原理制成的电气设备，在变压器是根据电磁
13、感应原理制成的电气设备，在电力系统和电子线路中得到广泛的应用。其主要功能电力系统和电子线路中得到广泛的应用。其主要功能体现在以下三个方面体现在以下三个方面:电压变换：电压变换：电力系统电力系统(升压升压/降压降压)阻抗变换：阻抗变换：电子线路中的阻抗匹配（扬声器的输电子线路中的阻抗匹配（扬声器的输 出变压器）出变压器）电流变换：电流变换：电流互感器电流互感器(利用小量程仪表测大电流利用小量程仪表测大电流)变压器主要由电路和磁路两部分组成，主要部件变压器主要由电路和磁路两部分组成，主要部件是铁心和绕组。铁心构成磁路是铁心和绕组。铁心构成磁路，绕组构成电路。，绕组构成电路。1u2uLZ1i2i+N
14、1N2一次一次绕组绕组二次二次绕组绕组铁心铁心6、安全气道安全气道1、温度计温度计2、铭牌铭牌3、除湿器除湿器4、储油器储油器5、油表油表7、气体继电器气体继电器8、高压套管高压套管9、低压套管低压套管10、分接开关分接开关11、油箱油箱12、铁心铁心13、线圈及绝缘线圈及绝缘14、放油阀门放油阀门15、小车小车16、接地引线接地引线1111(ui i N)dtdNe112222dieLdtdtdNe221)(222NiidtdiLe1111u+1e+1e+11N2N i1 2i2+e2+e 2+u2空载运行空载运行：1u2e10i1e1N2N图：变压器空载运行图：变压器空载运行一次绕组一次绕
15、组接正弦交流电电压接正弦交流电电压1u二次绕组二次绕组开路开路很小很小10 i10 m1111m1m1mdsindcosdd2sin(90)sin(90)teNNNtttfNtEt 1m1m11m24.4422EfNEfN msint m2222m2m2mdsindcosdd2sin(90)sin(90)teNNNtttfNtEt 2m2m22m24.4422EfNEfN202ue11ue 111m12022m24.444.44UEfNNKUEfNN1K21NN 120UU1K 12NN201UU1K 12NN201UU结论：改变匝数比，可使变压器将某一电压值的交流结论：改变匝数比，可使变压器
16、将某一电压值的交流 电转换成同频率的另一电压值的交流电电转换成同频率的另一电压值的交流电“6000V/400V”（K=15）1N6000VU 2N400VU1u2e1i1e1N2NZ2i2i22Ni22mfNEU11144.41Ufm11Ni22Ni101i N1122101I NI NI N 11220I NI N10i2211NINI2211NINI1I2I1I2I2I1I10IKNNII112212211NINI例例6.2.1某变压器的电压为某变压器的电压为220V/36V，二次绕组有一盏，二次绕组有一盏36V、100W的白炽灯。的白炽灯。若变压器一次绕组的匝数是若变压器一次绕组的匝数是
17、825匝，求二次绕组的匝数是多少？匝，求二次绕组的匝数是多少？二次侧白炽灯点二次侧白炽灯点亮时，变压器一次、二次绕组中的电流各为多少？亮时，变压器一次、二次绕组中的电流各为多少？解解 二次绕组的匝数二次绕组的匝数2N为为221136825135220UNNU匝匝 白炽灯点亮时，变压器二次绕组电流白炽灯点亮时，变压器二次绕组电流22100A2.78A36PIU一次绕组电流一次绕组电流 21211352.78A0.455A825NIIN1i1u2u2iLZ1N2N+_+_1uLZ1i等效，就是输入电路的电压、电流和功率不变。等效，就是输入电路的电压、电流和功率不变。因此直接接在电源上的阻抗因此直接
18、接在电源上的阻抗和直接接在变压和直接接在变压是等效的。是等效的。LZ器二次侧的负载阻抗器二次侧的负载阻抗LZ 1L1UZI2L2UZI 2LLZK Z LZLZ负载阻抗负载阻抗通过变压器变换后的等效阻抗通过变压器变换后的等效阻抗大小由变压器变比大小由变压器变比K决定。决定。2222211/IUKKIKUIU 例例6.2.26.2.2一交流信号源的电动势一交流信号源的电动势现有一个电阻现有一个电阻RL为为55的负载，的负载，如果将如果将RL直接与信直接与信号源连接，试求信号源电动势产生的功率和负载获得号源连接，试求信号源电动势产生的功率和负载获得的 功 率。的 功 率。如 果 通 过 变 压 器
19、 实 现 阻 抗 匹 配如 果 通 过 变 压 器 实 现 阻 抗 匹 配（即（即 )，试求信号源电动势产生的功率、负载，试求信号源电动势产生的功率、负载获得的功率及变压器的匝数比。获得的功率及变压器的匝数比。020V180ER，内阻，L0RR _+e(a)解解:图（图（a a）为信号源直接连接）为信号源直接连接负载的电路，由电路可得负载的电路，由电路可得0L20A0.11A1805EIRR信号源电动势输出的功率为信号源电动势输出的功率为 E20 0.11W2.2WPEI负载获得的功率为负载获得的功率为 22LL0.115W0.06WPI R图（图（b b）、（）、（c c）为通过变压器实现阻
20、抗匹配的电路）为通过变压器实现阻抗匹配的电路_+e(c)LR_+e(b)由图（由图（b b）、（）、（c c）可得）可得0L20A0.055A180 180EIRR信号源电动势输出的功率为信号源电动势输出的功率为 200.055W1.1WPEI负载获得的功率为负载获得的功率为 22LL0.055180W0.55WPI R 通过变压器实现阻抗匹配后，负载获得的功率约通过变压器实现阻抗匹配后，负载获得的功率约是原来负载获得功率的是原来负载获得功率的1010倍。倍。变压器的变比为变压器的变比为LL18065RKR变压器一次绕组电压为额定电压时，输出电压和变压器一次绕组电压为额定电压时，输出电压和输出
21、电流的关系曲线称为变压器的输出电流的关系曲线称为变压器的)(22IfU U20I2N2cos12cos0.8U2I20图：变压器的外特性曲线图：变压器的外特性曲线%10020220 UUUU电压变化率电压变化率一般供电系统希望要硬特一般供电系统希望要硬特性性(随随I2的变化的变化，U2变化变化不多不多)%6%3电力变压器的电力变压器的大约为大约为%U变压器的损耗包括两部分铁损耗和铜损耗变压器的损耗包括两部分铁损耗和铜损耗FeP铁损耗铁损耗CuP铜损耗铜损耗：由交变磁通在铁心中产生的损耗包括磁：由交变磁通在铁心中产生的损耗包括磁 和涡流损耗，为不变损耗和涡流损耗，为不变损耗 ：由电流：由电流I1
22、、I2流过一次、二次绕组的线圈流过一次、二次绕组的线圈 电阻所产生的损耗，为可变损耗。电阻所产生的损耗，为可变损耗。变压器的效率变压器的效率 2122100%100%FeCuPPPPPP2P0m图：变压器的效率曲线图：变压器的效率曲线特点：三相磁路彼此有关联。特点：三相磁路彼此有关联。1U2U1u2u1V2V1v2v1W2W1w2wuvw特点：三相磁路彼此无关联。特点：三相磁路彼此无关联。1W2Ww1V2Vv1U2Uu三相变压器的一次、二次绕组都可以接成星形或三相变压器的一次、二次绕组都可以接成星形或三角形，联接方式可用联接组标号表示。三角形，联接方式可用联接组标号表示。n(Yy)，表示一次绕
23、表示一次绕组接成星形组接成星形表示二次绕表示二次绕组也接成星组也接成星形形代表一次线电压与二次代表一次线电压与二次线电压之间的相位差相线电压之间的相位差相当于当于3030的倍数的倍数 n(Yd)，表示二次绕表示二次绕组也接成三组也接成三角形角形K=一次相电压二次相电压（变压器的变比）（变压器的变比）U1W1V1+-13UU1u1w1v1+-13UK12UUKU1W1V1+-13UU1u1w1v1+-123UUKU1W1V1+-13UU1u1w1v1+-13UK12UUK(a)(Y,y)联结联结(b)(Y,d)联结联结电压器铭牌电压器铭牌SJ1-50/10 额定容量为额定容量为50kVA高压绕组
24、额定高压绕组额定电压为电压为10kV NS额定容量额定容量表示变压器可能传递的最大功率表示变压器可能传递的最大功率单位为单位为kVA或或VAN2N2N1N 1N33SUIU IB1u2u1i2iLR1N2N+-+-图：自偶变压器原理图图：自偶变压器原理图自耦变压器的结构特点是铁心上自耦变压器的结构特点是铁心上只有一个绕组，即联结电源的一只有一个绕组，即联结电源的一次绕组。而二次绕组是从一次绕次绕组。而二次绕组是从一次绕组上直接抽头出来的组上直接抽头出来的 1122UNKUNKNNII2112忽略绕组中的忽略绕组中的阻抗压降阻抗压降 忽略忽略0I 12345110V220V输输入入输输出出图：自
25、偶调压器外形及电路图：自偶调压器外形及电路 自耦调压器自耦调压器：低压小容量自耦变压器，其二次绕组低压小容量自耦变压器，其二次绕组抽头往往做成能沿线圈自由滑动的触点形式，以达抽头往往做成能沿线圈自由滑动的触点形式，以达到平滑均匀地调节电压的目的。到平滑均匀地调节电压的目的。使用自耦调压器时，应注意以下几点：使用自耦调压器时，应注意以下几点：电源中性线与电源相线接反会造成输出端输出电电源中性线与电源相线接反会造成输出端输出电 压为零时也会带有相线上的压为零时也会带有相线上的220V220V电压，造成事故。电压，造成事故。不要把输入、输出端搞错，即不能将电源接在输不要把输入、输出端搞错，即不能将电
26、源接在输 出端的滑动触点侧，若错接可能把调压器烧坏。出端的滑动触点侧，若错接可能把调压器烧坏。电源的输入端一般有三个接线头，它可用于电源的输入端一般有三个接线头，它可用于220V220V 和和110V110V的供电线路，若错接也会把变压器烧坏。的供电线路，若错接也会把变压器烧坏。接通电源前，应将滑动触点旋至零位，然后接通接通电源前，应将滑动触点旋至零位，然后接通 电源，逐渐转动手柄，将电压调至所需的数值。电源，逐渐转动手柄，将电压调至所需的数值。电压互感器是一个降压变压器，一次绕组匝数多，电压互感器是一个降压变压器，一次绕组匝数多，二次绕组匝数少，将一次绕组并联在被测的高压二次绕组匝数少，将一
27、次绕组并联在被测的高压电路上，二次绕组和电压表相连接电路上，二次绕组和电压表相连接 12uUUK被测的高被测的高电压电压 电压表电压表的读数的读数 电压互感器的电电压互感器的电压变换系数压变换系数 图：电压互感器原理图图：电压互感器原理图电流互感器一次绕组的匝数很少（只有一匝或几匝），电流互感器一次绕组的匝数很少（只有一匝或几匝），它串联在被测电路中，二次绕组匝数较多，二次侧它串联在被测电路中，二次绕组匝数较多，二次侧与电流表相连接与电流表相连接 1i2IK I电流电流表读数表读数 被测的被测的大电流大电流 电流互感器的电电流互感器的电流变换系数流变换系数 i1/KK1K，且，且图：电流互感器
28、原理图图：电流互感器原理图2121NNUU3131NNUU变压器设计成包含多个二次绕组的多绕组变压器，变压器设计成包含多个二次绕组的多绕组变压器，当一次绕组接上电源后，多个二次绕组就能输出当一次绕组接上电源后，多个二次绕组就能输出几组不同的电压。几组不同的电压。同名端（瞬时同极性端）：同名端（瞬时同极性端）：当电流分别从两个绕组当电流分别从两个绕组的两个接线端流入时，产生的磁通在磁路中方向一的两个接线端流入时，产生的磁通在磁路中方向一致，互为增强，则这两个对应接线端称为同名端，致，互为增强，则这两个对应接线端称为同名端，用记号用记号“”标记，反之称为异名端。标记，反之称为异名端。图：同名端的判
29、别图：同名端的判别 线圈绕组可以串联或并联使用若要串联，则应线圈绕组可以串联或并联使用若要串联，则应把两个绕组的异名端联在一起。若要并联，则应把把两个绕组的异名端联在一起。若要并联，则应把两个绕组对应的同名端联在一起接外电路。两个绕组对应的同名端联在一起接外电路。（a a）两绕组串联）两绕组串联（b b）两绕组并联）两绕组并联6.3异步电动机及其运行特性异步电动机及其运行特性 电动机是根据电磁感应原理，把电能转换成电动机是根据电磁感应原理，把电能转换成机械能的电气设备。机械能的电气设备。异步电动机在结构上分为静止部分和旋转部分。异步电动机在结构上分为静止部分和旋转部分。静止部分称为静止部分称为
30、定子定子，旋转部分称为，旋转部分称为转子转子，定子和转子，定子和转子之间有一个很窄的空气隙。之间有一个很窄的空气隙。图：三相异步电动机的结构图：三相异步电动机的结构VVWUUW三相异步机的结构三相异步机的结构定子定子转子转子 三相异步电动机的定子主要由定子铁心、定子绕组三相异步电动机的定子主要由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。和机座三部分组成。定子铁心定子铁心：一般采用厚度为：一般采用厚度为0.35mm 0.5mm表面涂有绝缘层并冲有一定槽形的硅钢片叠成表面涂有绝缘层并冲有一定槽形的硅钢片叠成 作用：作用：电机主磁通磁路的一部分和放置定子三相绕组电机主磁通磁路的一部分和放置定子三相绕组 定
31、子冲片定子冲片定子铁心定子铁心定子定子1、定子定子 定子绕组定子绕组由绝缘导线绕制而成，具有三相对称绕组由绝缘导线绕制而成，具有三相对称绕组三相对称绕组：三相对称绕组：三个完全相同且在定子表面对称分布的绕组。三个完全相同且在定子表面对称分布的绕组。机座机座 机座主要起固定和支撑定子铁心的作用，一机座主要起固定和支撑定子铁心的作用，一般不作为工作磁路的组成部分般不作为工作磁路的组成部分 。作用：作用：是产生旋转磁场和吸收电功率是产生旋转磁场和吸收电功率 图：三相电动机定子绕组及连接方法图：三相电动机定子绕组及连接方法2、转子转子 转子铁心转子铁心作用与定子铁心相似作用与定子铁心相似0.35mm
32、0.5mm的硅钢片叠制而成的硅钢片叠制而成：由：由 转子绕组转子绕组：产生感应电动势和电流，并与定子旋转：产生感应电动势和电流，并与定子旋转 磁场作用产生转矩，输出机械功率磁场作用产生转矩，输出机械功率。转子绕组转子绕组笼型转子笼型转子 绕线式转子绕线式转子 图：笼型转子图：笼型转子笼型转子笼型转子转轴转轴轴承轴承转子转子绕线式转子绕线式转子 铁心铁心绕组绕组转轴转轴3、其他部分、其他部分 三相异步电动机的组成部分还包括端盖和风扇三相异步电动机的组成部分还包括端盖和风扇 等。端盖用来起保护作用和支撑转子轴。风扇用来等。端盖用来起保护作用和支撑转子轴。风扇用来通风冷却。通风冷却。机座机座定子绕组
33、定子绕组铭牌数据铭牌数据出线端子出线端子定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组1 1、旋转磁场、旋转磁场 在静止的三相定子绕组中通入三相正弦交流在静止的三相定子绕组中通入三相正弦交流电流，它将在电动机中产生电流，它将在电动机中产生旋转磁场。旋转磁场。一对磁极的旋转磁场一对磁极的旋转磁场 设有三组相同的绕组（每相一组，即设有三组相同的绕组（每相一组，即U1U2U1U2、V1V2V1V2、W1W2W1W2），彼此在空间相隔），彼此在空间相隔120120放置在定放置在定子槽内，每相绕组用一匝线圈代替。电路如下图。子槽内，每相绕组用一匝线圈代替。电路如下图。假定：当电流为正时，电流由首端流进（用符号假定：当
34、电流为正时，电流由首端流进（用符号表示流进）、末端流出（用符号表示流进）、末端流出（用符号表示流出）。表示流出）。图：三相绕组的分布和接线图图：三相绕组的分布和接线图三相绕组接成星形。把它的三个首端接到三相对称三相绕组接成星形。把它的三个首端接到三相对称电源上，绕组中便通过了三相对称电流电源上，绕组中便通过了三相对称电流UVWiii、UiWiViti0t1t2t3t4图：三相对称电流波形图图：三相对称电流波形图120240360当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：极的旋转磁场，即：1p磁极对数磁极对数 的概念：的概念：p0t U1U2W
35、1V1W2V2NSWiU1U2W2W1V1V2UiViV1W2U1W1V1U2W2V2U1U2W1V2UiWiViU1U2U2NSV2V1V2W1W2W1W2U1V1SN磁极对数磁极对数 的改变：的改变：p如果每个绕组有两个线圈串联（三相绕组有如果每个绕组有两个线圈串联（三相绕组有1212个有个有效边），那么三个绕组的始端之间相差效边），那么三个绕组的始端之间相差6060空间角，空间角，则产生的旋转磁场具有两对极，即则产生的旋转磁场具有两对极，即2p 电机磁场的磁极数常用磁极对数电机磁场的磁极数常用磁极对数p来表示来表示分析几个瞬时三相交变电流流经三相绕组分析几个瞬时三相交变电流流经三相绕组时
36、所产生的合成磁场时所产生的合成磁场1tt 01tU0i Vi为为“-”-”，Wi为为“+”+”，V0i Wi为为“-”-”Ui为为“+”,+”,2tt 2120t，W0iVi为为“+”+”Ui为为“-”,-”,3tt3240t，U0i Wi为为“+”+”Vi为为“-”,-”,4tt4360t，当正弦电流变化了一周（即当正弦电流变化了一周（即360360）时，磁场在空间也正好）时，磁场在空间也正好旋转一圈。当三相电流不断地随时间变化时，所产生的合旋转一圈。当三相电流不断地随时间变化时，所产生的合成磁场在空间也不断地旋转，这就形成了旋转磁场成磁场在空间也不断地旋转，这就形成了旋转磁场 两对磁极的旋
37、转磁场两对磁极的旋转磁场1tt 01tU0i Vi为为“-”-”，Wi为为“+”+”，V0i Wi为为“-”-”Ui为为“+”,+”,2tt 2120t，W0iVi为为“+”+”Ui为为“-”,-”,3tt3240t，1p的情况相比，转速慢了一半。的情况相比，转速慢了一半。2p 与与U0i Wi为为“+”+”Vi为为“-”,-”,4tt4360t，160 (/nf转 分）工频：工频：50 Hzf 13000(/n 转 分）p=1时时NSU1V1W2U2W1V2NSU1V1W2U2W1V2NSU1V1W2U2W1V2ViWiUiit Im0 旋转磁场转速和旋转方向旋转磁场转速和旋转方向NSNS1
38、U2U 2U2W 1W1V2V1V 2V 1U 1W 2WNSSN1U2U 2U2W 1W1V2V1V 2V 1U 1W 2W0t 60tp=2时时1601500 (/2fn 转 分）0nViWiUiit Im0160 (/)fnp转 分旋转磁场转速旋转磁场转速n1与频率与频率f和极对数和极对数p有关。有关。当当频率频率f f1 1一定时一定时，旋转磁场的转速取决于磁场的极数，旋转磁场的转速取决于磁场的极数，当旋转磁场具有当旋转磁场具有P P对极时，磁场的转速为对极时，磁场的转速为 P=1 nP=1 n1 1=3000 =3000 转转/分分 P=2 nP=2 n1 1=1500 =1500
39、转转/分分 P=3 nP=3 n1 1=1000 =1000 转转/分分 P=4 nP=4 n1 1=750 =750 转转/分分 P=4 nP=4 n1 1=600 =600 转转/分分 ViWiUiit Im0WVUAU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V20t 60t 任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线(电路如图电路如图)，则旋转磁场反转。，则旋转磁场反转。Wi U1 U2W1W2V1V2UiViNSNS2 2、转动原理、转动原理 当定子绕组通入三相交流电流后，在空间产生当定子绕组通入三相交流电流后，在空间产生旋转磁场。由于有旋转磁场，在转子导体中产生了旋转磁场。由于有旋
40、转磁场，在转子导体中产生了感应电流，具有感应电流的转子导体又处在旋转磁感应电流，具有感应电流的转子导体又处在旋转磁场中，受到电磁力的作用，转子沿旋转磁场的转向场中，受到电磁力的作用，转子沿旋转磁场的转向旋转旋转 原理原理电动机转速（额定转速）电动机转速（额定转速）:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致,但但 n Tm电动机会因带不动负载而停转（闷车）电动机会因带不动负载而停转（闷车）On1nTmmn1U1U mnTmnTOTst1U1U图：降低电压的机械特性图：降低电压的机械特性 （R2=常数）常数）stT Tno22RRmnmnTstTmstT 图：转子
41、串电阻的机械特性图：转子串电阻的机械特性 （U1=常数）常数）U1不变不变，R2mT点左移点左移msmn，U1 ，R2不变不变ms不变不变mT点下移点下移2m11m(1),TUUT21m202TUTKXNmaxTT 一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为1.6 2.2(2)sm与与 R2 有关，有关，R2 sm n 。绕线式电绕线式电机改变转子附加电阻机改变转子附加电阻R 2 可实现调速。可实现调速。起动转矩起动转矩stT）（10sn221stT22220R UTKRXOTSstT1 1起动能力：起动能力：ststNTKTTst体现了电动机带载起动的能力。只有体现了电动机
42、带载起动的能力。只有 Tst T2电机才能起动，否则不能起动。电机才能起动，否则不能起动。stNmN/1.2/2TTTT，解：额定转矩解：额定转矩NNN309550(9550)N m194.9N m1470PTn起动转矩起动转矩 stN1.21.2 194.9Ngm233.9N mTT最大转矩最大转矩 mN22 194.4N m388.8N mTT解解:NNN7595509550N m242N m2960PTnNNN7595509550N m484N m1480PTn结论：结论：输出功率相同的电动机，转速低（极数多）输出功率相同的电动机，转速低（极数多）的转矩大；转速高（极数少）的转矩小。的转
43、矩大；转速高（极数少）的转矩小。6.4 三相异步电动机的使用 型号型号 Y-132M-4三相异步电动机三相异步电动机机座中心高机座中心高磁极数磁极数铁心长度代号铁心长度代号 磁极数决定同步转速的大小，由同步转速可以磁极数决定同步转速的大小，由同步转速可以估算出电动机的转速估算出电动机的转速 频率频率Nf：指允许加在电动机定子绕组上的额定频率指允许加在电动机定子绕组上的额定频率 电压电压NU与接法：与接法：定子绕组按铭牌上规定的接法连接定子绕组按铭牌上规定的接法连接时应加的额定线电压时应加的额定线电压。额定电流额定电流NI ：指电动机轴上输出额定功率、电源指电动机轴上输出额定功率、电源 电压为额
44、定电压时，定子绕组流过电压为额定电压时，定子绕组流过 的线电流。的线电流。功率因数功率因数cos：三相异步电动机空载时功率因数三相异步电动机空载时功率因数 很低，其值约为很低，其值约为3.02.0 额定功率额定功率NP：指电动机在额定运行时轴上输出的指电动机在额定运行时轴上输出的 机械功率，单位以千瓦（机械功率，单位以千瓦（kW）计）计 Nn 额定转速额定转速：电动机在额定运行情况下的转子转速，电动机在额定运行情况下的转子转速，也称满载转速。也称满载转速。绝缘等级：绝缘等级：表明电动机绕组所允许的最高工作温度表明电动机绕组所允许的最高工作温度 工作方式：工作方式：指电动机的运行方式，包括连续工
45、作指电动机的运行方式，包括连续工作、短时工作、断续工作短时工作、断续工作 异步电动机与电源接通后，转子从静止开始转动，异步电动机与电源接通后，转子从静止开始转动，转速逐渐升高至稳定运行，这个过程称为转速逐渐升高至稳定运行，这个过程称为起动起动。1、起动特性、起动特性 起动电流起动电流stN(5 7)II注意：注意：起动电流是指电动机的线电流。起动电流是指电动机的线电流。起动转矩起动转矩stN1 2.2TT（）注意：注意：起动转矩过小，电动机就不能满载起动起动转矩过小，电动机就不能满载起动 2、起动方式、起动方式 直接起动直接起动将定子绕组通过刀开关或接触器直接接入具有将定子绕组通过刀开关或接触
46、器直接接入具有额定电压的电源上。额定电压的电源上。优点：简单、方便、经济，而且起动过程快。一般优点：简单、方便、经济，而且起动过程快。一般来说来说7.5kW以下的笼型电动机均可以采用直接起动以下的笼型电动机均可以采用直接起动 降压起动降压起动对于容量较大的笼型异步电动机，起动时采取降对于容量较大的笼型异步电动机，起动时采取降低加在定子绕组上电压的方法来减少起动电流，低加在定子绕组上电压的方法来减少起动电流，当起动过程结束后，再加全电压运行。当起动过程结束后，再加全电压运行。星三角换接起动星三角换接起动 自耦补偿起动自耦补偿起动 降压起动降压起动星三角换接起动星三角换接起动 适用于定子绕组正常工
47、作时为三角形的笼型异步电动机适用于定子绕组正常工作时为三角形的笼型异步电动机 方法：方法：在起动时先把三相定子绕组接成星形，待转速接在起动时先把三相定子绕组接成星形，待转速接近稳定转速时再改接成三角形而进入正常工作。近稳定转速时再改接成三角形而进入正常工作。LIZU1V1W1PILYPYIIZ U1V1W1星三角起动器接线简图星三角起动器接线简图L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2星三角起动器接线简图星三角
48、起动器接线简图 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2星三角起动器接线简图星三角起动器接线简图设一相定子绕组的阻抗为设一相定子绕组的阻抗为Z当定子绕组作三角形联结时当定子绕组作三角形联结时 LLp33UIIZLPUU当定子绕组作星形联结时当定子绕组作星形联结时 Lp3UUpLLYp3UUIIZZstYlstl/3133/IUZIUZ 星三角起动只适用于空载或轻载起动星三角起动只适用于空载或轻载起动)(2StUT 星三角起动星三角起动 ststTIlUU31P SYtst31TT 图：笼型异步电动机星图：笼型异步电动机星
49、-三角起动器的原理电路三角起动器的原理电路U1V1 W1V2U2起动起动（Y）S2S13W2运行运行（）自耦补偿起动自耦补偿起动 作用：作用：利用自耦变压器降低加到电动机定子绕利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压，达到减小起动电流的目的。组的电压，达到减小起动电流的目的。原理：原理：用一个特质的六刀双掷转换开关来控制用一个特质的六刀双掷转换开关来控制自耦变压器接入或脱离电源和电动机的联接。自耦变压器接入或脱离电源和电动机的联接。转子绕组串电阻起动转子绕组串电阻起动 适用于起动电流小、起动转矩大的场合（如起适用于起动电流小、起动转矩大的场合（如起重用电动机）重用电动机）串入变阻器起动的作用
50、串入变阻器起动的作用A、使转子电路电阻增加，限制转子绕组的起动电流，、使转子电路电阻增加，限制转子绕组的起动电流，从而也使定子电流减小。从而也使定子电流减小。B、适当选择起动变阻器的阻值，可使起动转矩增大、适当选择起动变阻器的阻值，可使起动转矩增大 例例6.4.1 一台一台Y225M4型三相异步电动机其额定功率型三相异步电动机其额定功率45kW，转速为，转速为1480r/min，额定电压为，额定电压为380V，效率为，效率为92.3%，定子绕组是，定子绕组是 形联结。求：形联结。求：额定电额定电流流 ；额定转矩额定转矩 、起动转矩、起动转矩 、最大转矩、最大转矩 ；如果负载转矩为如果负载转矩为
