1、+(a)电磁铁的磁路 (b)变压器的磁路 (c)直流电机的磁路 变压器由线圈中和铁心组成。线圈通电后变压器由线圈中和铁心组成。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此变压器铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此变压器中不仅有电路问题，同时也有磁路问题中不仅有电路问题，同时也有磁路问题。5.1 变压器的基础知识变压器的基础知识一、变压器的用途、构造和分类一、变压器的用途、构造和分类变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备 用途：变压器主要用于变换电压、变换电流和变换阻抗。用途：变压器主要用于变换电压、变换电流和变换阻抗。变压器的分类变压器的
2、分类电力变压器电力变压器小功率电源变压器小功率电源变压器仪用变压器仪用变压器调压变压器调压变压器二、二、变压器的基本结构变压器的基本结构n主要部件：主要部件：n一一.铁心铁心:n铁心的作用是提供磁铁心的作用是提供磁通的闭合路径通的闭合路径。铁心材料铁心材料（）硅钢片（）硅钢片（）铁氧体材料（）铁氧体材料铁心结构铁心结构铁心由多片硅钢铁心由多片硅钢片叠装而成片叠装而成,每块硅钢每块硅钢片表面涂有绝缘漆片表面涂有绝缘漆,厚厚度在度在0.30.30.5mm0.5mm之间。之间。硅钢片的特点硅钢片的特点:导磁率导磁率:7000:70001000010000 存在涡流损耗存在涡流损耗 一般铁心都有较高的
3、导磁率一般铁心都有较高的导磁率,但又是导电材料但又是导电材料,当变化的当变化的磁通穿过铁心时磁通穿过铁心时,会产生闭合的感应电流会产生闭合的感应电流,简称涡流简称涡流,如图如图(A)(A)所示。铁心的截面积越大所示。铁心的截面积越大,涡流越大。涡流产生的热能称为涡流越大。涡流产生的热能称为涡流损耗涡流损耗,它使变压器发热。它使变压器发热。为了减小涡流损耗为了减小涡流损耗,在普通的钢片中加入硅元素在普通的钢片中加入硅元素,增大它增大它的电阻率的电阻率,同时工艺上硅钢片表面涂绝缘材料同时工艺上硅钢片表面涂绝缘材料,且用叠装工艺且用叠装工艺,减小每片的磁通量减小每片的磁通量,延长涡流回路的长度延长涡
4、流回路的长度,从而减少涡流。图从而减少涡流。图(B)(B)ii图图(A)图图(B)二二.绕组绕组:铁心是变压器的磁路铁心是变压器的磁路,而而绕组绕组则则是变压器的是变压器的电路电路 。二者构成变压器的核心即电磁部分。二者构成变压器的核心即电磁部分。绕组用涂有绝绕组用涂有绝缘漆的铜线绕制缘漆的铜线绕制,线的直径根据电流线的直径根据电流的大小来选用。绕的大小来选用。绕组有二个组有二个,分别称分别称为原边为原边(初级初级)和副和副边边(次级次级)。三三.变压器结构变压器结构 设线圈的电阻为设线圈的电阻为R R，主磁电动势为主磁电动势为e e和和漏感电动势为漏感电动势为e e，由由KVLKVL，有有：
5、+u i eeiReeu)90sin(2costfNtNdtdNeummtmsin设电压设电压U U是按正弦规律变化，主磁通也是按正弦规律变化，即是按正弦规律变化，主磁通也是按正弦规律变化，即若忽略电阻若忽略电阻R R和漏抗和漏抗X X的电压，则的电压，则：mmfNfNEU44.422dtdiLiReu1u u 的有效值为的有效值为：或或euEU写成相量形式则是写成相量形式则是 变压器的变压器的，这，这种运行状态称为种运行状态称为。变压器空载时原边电流变压器空载时原边电流 ，在铁心磁路中产，在铁心磁路中产生按正弦规律变化的磁通生按正弦规律变化的磁通，当，当穿过两线圈时，分穿过两线圈时，分别感应
6、电压：别感应电压：m22m1144.444.4fNUfNUukNNUU2121有：有：其中其中 ku 称为变压器的称为变压器的变压比变压比。3.变压器的变压器的，这种运行状态，这种运行状态称为称为。221121 IUIUPP或：变压器在能量传递的过程中损耗甚小，因此：变压器在能量传递的过程中损耗甚小，因此：因此：因此：ukNUUII1N121221 其中其中1 1/k ku u 称为变压器的变流比。显然：变压器称为变压器的变流比。显然：变压器。N1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi24、变压器的副边所变压器的副边所接负载为接负载为Z ZL L，原边，原边输入阻抗为输入阻抗为Z Z1 1时，时
7、，有有：22IUZLL222222111ZkIUkkIUkIUZuuuuN1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi2111IUZ因此因此也就是说：也就是说：可以将副边上的负载阻抗可以将副边上的负载阻抗ZL折合到原绕组折合到原绕组上，大小是负载上，大小是负载ZL乘上乘上k的平方。的平方。例：有一台降压变压器，一次电压例：有一台降压变压器，一次电压U1=380V,二次电压二次电压U2=36V,如果接入一个如果接入一个36V、60W的灯泡，求（的灯泡，求（1）一、二次）一、二次的电流各为多少？（的电流各为多少？（2）相当于一次侧接上一个多少欧的电阻？）相当于一次侧接上一个多少欧的电阻？解：解：（1）灯
8、泡是纯电阻，因此二次电流为：）灯泡是纯电阻，因此二次电流为：22601.6736PIAU2221136 1.670.158380IU IIAKU一次电流为：一次电流为：1138024070.158LURI（2）一次侧等效电阻为：）一次侧等效电阻为：例例：设交流信号源电压V 100U，内阻800oR，负载8LR。（1）将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？（2）经变压器进行阻抗匹配，求负载获得的最大功率是多少？变压器变比是多少？解解：（1）负载直接接信号源时，负载获得功率为：W123.08880010022o2LLLRRRURIP（2）最大输出功率时，LR折算到原绕组应等于800oR。负载获得
9、的最大功率为：W125.380080080010022o2maxLLLRRRURIP变压器变比为：108800RLo21RNNkU2U20I2I2N0202%10020220UUUU 电压变化率反映电压电压变化率反映电压U U2 2的变化程度。通常希望的变化程度。通常希望U U2 2的变动愈小愈好，一般变压器在的变动愈小愈好，一般变压器在5%5%左右。左右。铁损铁损PFe包括磁滞损耗和涡流损耗。包括磁滞损耗和涡流损耗。FeCuPPP损耗：损耗：222121CuRIRIP铜损：铜损：其中：其中：PPPPP22123.3.效率效率：副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不副绕组是原绕组的一部分，原、
10、副压绕组不但有但有的联系，也有的联系，也有的联系。的联系。kNNUU2121kNNII11221u1u2自耦变压器的自耦变压器的和普通双绕和普通双绕组变压器组变压器，因此，因此自耦变压器也称为自耦变压器也称为，它的，它的最大最大就是就是可以通过转动手柄来获可以通过转动手柄来获得原、副边所需要的得原、副边所需要的。u1u2自耦变压器的电路图符号自耦变压器的电路图符号电压互感器的原绕组匝数电压互感器的原绕组匝数，于于待测电路两端；副绕组匝数待测电路两端；副绕组匝数，与电压表及电度表、功，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈率表、继电器的电压线圈。用于将高电压变换成低电。用于将高电压变换成低电
11、压。使用时压。使用时。L1L2N1N2V 电压互感器使用时，电压互感器使用时，副绕副绕组组侧并联侧并联，否则，否则。电压互感器二次侧表头额电压互感器二次侧表头额定值为定值为。原绕组线径原绕组线径，匝数，匝数，与被，与被测电路负载测电路负载；副绕组线径；副绕组线径，匝数，匝数，与，与电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈。用于将大电流变换为小电流。使用时。用于将大电流变换为小电流。使用时。kNNII11221AN2N1 电流互感器电流互感器副绕组副绕组侧所接侧所接仪表的阻抗仪表的阻抗！电流互感器二次侧表头额电流互感器二次侧表头额定值为定值为（或（或1A1
12、A）。）。5.65.6 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构0.5mm厚机座：铸铁或钢板焊接机座：铸铁或钢板焊接支撑铁心和固定电机支撑铁心和固定电机装有三相绕组的定子定子绕组的接线。通常。通常联结联结电机容量电机容量Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW4XAZBYCAXCBZYZXYBCA笼型笼型 转子转子:在旋转磁场作用下，在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流产生感应电动势或电流,产生旋转力矩转轴转轴转子铁心转子铁心转子绕组转子绕组0.5mm的硅钢片叠压笼型转子笼型转子(1)笼型转子笼型转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体部用短路环形成一体 或铸铝形成转子绕
13、组或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式转子绕线式转子 三相转子绕组通常连接成星形，即三个末端连在一起，三相转子绕组通常连接成星形，即三个末端连在一起，三个首端分别与转轴上的三个滑环（滑环与轴绝缘且滑环间三个首端分别与转轴上的三个滑环（滑环与轴绝缘且滑环间相互绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以相互绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以便改善电机的起动和调速性能便改善电机的起动和调速性能。绕线式转绕线式转子绕组与子绕组与外接变阻外接变阻器的连接器的连接 5.7 三相电动机的原理三相电动机的原理 电动机是通过电磁转换将电能转换成机器能的电电动机是通过电磁转换将电能转换成机器能的电
14、气设备气设备。一、一、旋转磁场的定性描述旋转磁场的定性描述 旋转磁场的产生旋转磁场的产生 把三相定子绕组接成星把三相定子绕组接成星形接到对称三相电源，定子形接到对称三相电源，定子绕组中便有对称三相电流流绕组中便有对称三相电流流过。过。电流的参考方向规定从电流的参考方向规定从绕组的始端经绕组内部指向绕组的始端经绕组内部指向末端。末端。AiAiBiCXBYCZiCiAiBitmIo0nAYCBZX()电流电流出出()电流电流入入ABC2sin22sin()342sin()3pppiItiItiIt三相对称交流绕组通三相对称交流绕组通入三相对称交流电流入三相对称交流电流时，将在电机气隙空时，将在电机
15、气隙空间产生旋转磁场间产生旋转磁场；CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSN900900结论：结论：在对称的三相绕组中通入在对称的三相绕组中通入三相电流，可以产生在空间旋三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。转的合成磁场。AAXZBCYAAXZBCY0t 60t 任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线NSNSiCiAiBitmIo600900 旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向n当定子绕组在定子铁心中排列方向为顺时针当定子绕组在定子铁心中排列方向为顺时针方向时，其电流合成磁场的空间旋转方向也方向时，其电流合成磁场的空
16、间旋转方向也为顺时针方向。为顺时针方向。n反之亦然。反之亦然。n磁场的旋转方向与三相绕组在定子铁心中排磁场的旋转方向与三相绕组在定子铁心中排列顺序的方向（即相序）一致。电流相序为列顺序的方向（即相序）一致。电流相序为A-B-CA-B-C时磁场顺时针方向旋转；电流相序为时磁场顺时针方向旋转；电流相序为A-A-C-BC-B时磁场逆时针方向旋转。时磁场逆时针方向旋转。1160 (/nf转 分）工频：工频：Hz501 f13000(/n 转 分）p=1时时AXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNS0mICiBiAi tiomI极对数极对数2p旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有
17、关与三相绕组的排列有关CYABCXYZAXBZAiBiCiBiCiAiimIt 0XAAXBYB Y CC ZZ X NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2时时BiCiAiit mI011601500 (/2fn 转 分）30AX XZ CZBYB Y A C NSNS1160 (/)fnp转 分2p180分）转/(50011p360分）转/(0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)f(Hz501 3p120分）转/(00014p分分）转转/(75090旋转磁场转速旋转磁场转速 与频率与频率f1和极对数和极对数p有
18、关。有关。三、转子的转动原理三、转子的转动原理t=0时时和和情况情况n1AXBYCZ用右手定则可判断出用右手定则可判断出转子导体中转子导体中感应电流感应电流的方向的方向如图示；如图示；再用左手定则判断再用左手定则判断出转子导体的受力出转子导体的受力方向为上右下左，方向为上右下左，因此因此转子顺着同步转子顺着同步磁场磁场n n1 1的方向转动的方向转动。三相对称定子绕三相对称定子绕组中通入对称三相交组中通入对称三相交流电，即在气隙中形流电，即在气隙中形成一个在时间上、空成一个在时间上、空间上都随时间变化的间上都随时间变化的一个旋转磁场。固定一个旋转磁场。固定不动的转子导体与旋不动的转子导体与旋转
19、磁场相切割后感应转磁场相切割后感应电流成为载流导体。电流成为载流导体。载流导体又和旋转磁载流导体又和旋转磁场相互作用，对轴生场相互作用，对轴生成电磁转矩，于是电成电磁转矩，于是电动机就顺着同步转速动机就顺着同步转速的方向转动起来的方向转动起来。电动机的转速电动机的转速 能能等等于于同步转速同步转速吗？吗？转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动提示提示：如果如果1nn转子不切割磁场不能生成感应电流转子不切割磁场不能生成感应电流转子不是载流导体则不能受力转动转子不是载流导体则不能受力转动1nn转差率转差率 S 的概念的概念转子感生电流的频率转子感生电流的频率%10011nnns转
20、差率转差率S 为：为：异步电机运行中异步电机运行中:%91s电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 ,0sn（转差率最大）转差率最大）转差率最小），转子最大转速(0 1snn10ss范围：转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得1(1)nns分）转/(6011pfn 由由pnf6011pnnf6012pnnnn601111sf转子感生转子感生电流频率电流频率12sff 例：例：一台三相异步电动机，其额定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率电源频率 f1 1=50 Hz。试求电动机的试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。极对数和额定负载下的转差率。解：解：根据
21、异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n1=1000 r/min,1110009750.0251000nnns5.8.6 单相电动机 日常生活中使用的电风扇、洗衣机等电机仅需日常生活中使用的电风扇、洗衣机等电机仅需要单相电源就能转动要单相电源就能转动,单相绕组是如何产生旋转磁场单相绕组是如何产生旋转磁场?一、电容启动式电动机一、电容启动式电动机 电容启动式电动机的结构与三电容启动式电动机的结构与三相电动机类似相电动机类似,采用鼠龙式转子采用鼠龙式转子,但定但定子结构有差别子结构有差别 在定子绕组中放置了一个启在定子绕组中放置了一个启
22、动绕组动绕组B,B,它与工作绕组它与工作绕组A A在空间上相在空间上相隔隔90900 0 绕组绕组B B与电容器串联与电容器串联,使两个使两个绕组的电流在相位上相差近于绕组的电流在相位上相差近于90900,0,当当单相定子绕组通入交流电后单相定子绕组通入交流电后,将在电将在电机气隙空间也会产生旋转磁场机气隙空间也会产生旋转磁场21BiAiAIAIBIBIUU设工作线圈的电流为设工作线圈的电流为:则启动线圈的电流为则启动线圈的电流为:1mI sinit02mI sin(90)itAXBYAXBYAXBYAXBYAXBYAXBYAXBYAXBYAXBY合合成成磁磁场场方方向向2t74t32t54t
23、t34t2t4t0tBiAi 应当指出单相电容启动电应当指出单相电容启动电机启动时开关机启动时开关K K要闭合要闭合,但启动但启动后开关可以断开后开关可以断开,但但运行特性运行特性相对较差相对较差 K K断开后断开后,只有工作线圈通只有工作线圈通电流电流,原来的旋转磁场变为脉原来的旋转磁场变为脉动磁场动磁场,若将脉动磁场分解若将脉动磁场分解,是是一对转动方向相反的旋转磁场一对转动方向相反的旋转磁场 对于正向旋转的磁场而言对于正向旋转的磁场而言,其其转差率为转差率为:AIBIU0101nnSn000021)00022(21nnnnnnnSSnnn32t对于反向旋转的磁场而言对于反向旋转的磁场而言
24、,其转差率为其转差率为:AXAX2t 由于刚断开由于刚断开K K后后,转子的惯性转动使两者转差率有差别转子的惯性转动使两者转差率有差别,转转子上感应出的电流和频率大小不一样子上感应出的电流和频率大小不一样,各自产生的电磁转矩各自产生的电磁转矩M+M+和和M-M-也不同也不同理论证明理论证明M+M-,M+M-,因此转子上的合成转矩因此转子上的合成转矩M M的方向的方向与转子原来转动的方向一致与转子原来转动的方向一致,所以电机在所以电机在K K断开后仍能维持原来断开后仍能维持原来正向的方向转动正向的方向转动二、电容运转式异步电动机二、电容运转式异步电动机 电容启动电机为了追求较好的启动特性电容启动
25、电机为了追求较好的启动特性,需要需要容量较大的电容容量较大的电容(50220uF/400V),(50220uF/400V),一般为省成本一般为省成本,采用采用电解电容电解电容,它只能在短时间工作它只能在短时间工作电容断开后运行特性电容断开后运行特性相对较差相对较差,为此可省去开关为此可省去开关K,K,把电容改为把电容改为26uF/400V26uF/400V可可长期运转长期运转的无极性电容的无极性电容但由于电容容量小但由于电容容量小,起动转矩起动转矩不大不大,使启动特性变差使启动特性变差为了兼顾起动和运行特性为了兼顾起动和运行特性,可可把启动和运行两者的电路合起来把启动和运行两者的电路合起来,制作成电容启动和运制作成电容启动和运行式异步电动机行式异步电动机,代价是加大成本和增加体积代价是加大成本和增加体积第六次作业：第六次作业：210页：第页：第24、29题题260页：第页：第8、10、13题题
