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1、 培训考证、学历提升-苏州上德教育第 1 页电工培训电工培训 变压器与三相异步电动机变压器与三相异步电动机.本章学习要点本章学习要点： 1熟悉变压器的用途、结构、电路符号，了解其工作原理、主要技术参数，应用中基本的保护知识；2熟悉三相异步电动机的用途特点、结构关系。电路符号，了解其工作原理、主要铭牌参数、应用中基本的保护知识；3熟悉单相异步电动机的使用特点，了解运转原理、应用中基本的保护知识。 变压器和交流电动机是比较耐用的电器，但这两种电器在具体的应用环境中，处于“顶天立地”的特殊地位。前者一般要给所有的设备供电，后者一般是较终的执行设备。特殊的地位，特殊的作用，往往受到特殊的关照。一个变压
2、器出现问题，可能影响一家工厂的生产，一个社区的供电。作为使用者，应了解它们的特性，给予它们恰当的维护，使它们始终处于正常的工作状态。41 变压器的基本结构和工作原理变压器的基本结构和工作原理变压器是一种能改变交流电压而保持交流电频率不变的静止的电器设备。在电力系统的送变电过程中，变压器是一种重要的电器设备。送电时，通常使用变压器把发电机的端电压升高。对于输送一定功率的电能，电压越高，电流就越小，输送导线上的电能损耗越小。由于电流小，则可以选用截面积小的输电导线，能节约大量的金属材料。用电时，又利用变压器将输电导线土的高电压降低，以保证人身安全和减少用电器绝缘材料的消耗。通常超高压输电线上的电压
3、可达 500 kV(即 50 万伏)。但是，在工农业生产和日常生活变压器与三相异步电动机苏州电工培训第 2 页中需要各种不同等级的交流电压。例如，应用广泛的三相异步电动机的额定电压为 380 V或 220 V，一般照明电压为 220 1V，机床局部照明的额定电压为 36 V、24 V 或者更低，许多设备经常要求多种电压供电。所以在实际工作中，采用各种规格的变压器来满足不同的需要。变压器除了能改变交变电压外，还具有改变交流电流(如电流互感器)，变换阻抗(如电子电路中的输入，输出变压器)以及改变相位等作用。所以，变压器是输配电、电工测量和电子技术等方面不可缺少的电器设备。 一、变压器的基本结构一、
4、变压器的基本结构虽然变压器种类繁多，用途各异，电压等级和容量不同，但变压器的基本结构大致相同。较简单的变压器是由一个闭合的软磁铁心和两个套在铁心上又相互绝缘的绕组所构成，如图 41 所示。 绕组又称线圈，是变压器的电路部分。与交流电源相接的绕组叫做一次绕组，简称一次；与负载相接的绕组叫做二次绕组，简称二次，如图 4-2 所示。铁心是变压器的磁路部分，培训考证、学历提升-苏州上德教育第 3 页用厚度为 0.350.5 mm 时硅钢片叠戏。根据变压器铁心构造及绕组配置情况，变压器有芯式和壳式两种。如图 43a 所示是单相芯式变压器，采用口形铁心。一、二次绕组分别套在铁心上。如图 43b 所示是单相
5、壳式变压器，常用的有山字形（E1）F 形、日字形等铁心，如图 44 既示。二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 如图 45 所示是单相变压器工作原理示意图。为了分析问题方便。规定：凡与一次有关的各量，在其符号右下角标以“1” ，而与二次有关的各量，在其符号右下角标以“2” 。如一、二次电压：电流、匝数及电动势分别用、1U，、，、，、表示。2U1I2I1N2N1E2E当变压器一次接人交流电源以后，在一次绕组中就有交流电流流过，于是在铁心中产生交变磁通，称为主磁通。它随着电源频率而变化，主磁通集中在铁心内；极少一部分在绕组外闭合，称为漏磁通，它一般很小，可忽变压器与三相异步电动机苏州电工培训第
6、 4 页略不计。所以L可以认为一、二次绕组同时受主磁通作用。根据电磁感应定律，一、二次绕组都将产生感应电动势。如果二次接有负载构成闭合回路，就有感应电流产生。变压器通过一、二次绕组的磁耦合把电源的能量传送给负载。 1变压器变压原理 设一、二次的匝数分别为和，忽略漏磁通和一、二次直流电阻的影响。由于一、1N2N二次绕组同时受主磁通的作用，在两个绕组中产生的感应电动势和的频率与电源的频1e2e率相同。若主磁通随时间的变化率为/，则由电磁感应定律可得一、二次绕组的感应t电动势为： 11eNt22eNt变压器一、二次的端电压与感应电动势在数值上是近似相等的，所以在考虑了上面两个式子，以及不考虑相位关系
7、，只考虑它们的大小，则可以得到一、二次电压有效值之间如下关系：1122UNnUN式中 一次交流电压的有效值(V)； 1U二次交流电压的有效值 (V)；2U一次绕组的匝数；1N一二次绕组的匝数； 2N一、二次的电压比，或称匝数比。n培训考证、学历提升-苏州上德教育第 5 页公式(41)表明变压器一、二次绕组的电压比等于它们的匝数出。当1 时，n，则，这种变压器是降压变压器；当180五、变压器的使用要点五、变压器的使用要点电工应用环境中的变压器，一般用于电能的高、低电压的变换。一台变压器往往为一个社区、一个工厂、一个车间、一套设备转换能源。它工作的自然环境、自身品质、所带负载的变化、保养的状况都可
8、能影响其工作。变压器如出现小事故则影响工作，并可能报废设备。大型变压器出现事故，严重时可能发生爆炸，危及人身安全。 大型专用变压器都有专人进行维护、监管。一般相关人员只要注意变压器的外在特征变化，及时报告有关人员，履行告知即可。 正常工作的变压器，一般都有一些轻微的振动声音，有一定温升，没有气味。一旦振动声音明显增加，出现怪味、打火等特殊现象时，就必须及时报告并远离。 培训考证、学历提升-苏州上德教育第 11 页42 三相异步电动机的用途和结构三相异步电动机的用途和结构一、电动机概述一、电动机概述电动机是把电能转换成机械能，并输出机械转矩的动力设备。现代各种机械广泛应用电动机来驱动。一般电动机
9、可分为直流电动机和交流电动机两大类。交流电动机按使用电源相数可分为单相电动机和三相电动机两种，而三相电动机又分同步式和异步式两种，异步电动机按转子结构不同又分成笼式和绕线式两种。 三相异步电动机结构简单、维修方便、运行可靠，与相同容量的其他电动机相比具有质量轻、成本低、价格便宜等优点。因此，被广泛用来做中、小型轧钢机、各种机床以及轻工机械和鼓风机的拖动部分。根据统计，国内有 90左右的电力拖动机械使用异步电动机，其中，小型异步电动机占 70以上。在电网的总负载中异步电动机的用电量占 60以上。二、三相笼式异步电动机的基本结构二、三相笼式异步电动机的基本结构 三相笼式异步电动机主要是由定子和转子
10、两部分组成，如图 410 所示。三相异步电动机的定子部分包括机座、定子铁心和定子绕组。机座用铸铁或铸钢制成。它支承着定子铁心。定子铁心由互相绝缘的硅钢片叠制而成，内圆有槽孔，定子绕组嵌在槽内，如图 411 所示。定子绕组是定子的电路部分，由三相对称绕组组成。三相绕组的各相彼此独立，按互差变压器与三相异步电动机苏州电工培训第 12 页120 的电角度嵌放在定子槽内，并与定子铁心绝缘。定子绕组的首端分别用 U1，V1，W1表示，而绕组的末端分别用 U2，V2，W2 表示。转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。转子铁心是由外圆有槽孔的硅钢片叠制而成，槽内放置铜条(或铸铝)。铁心两端分别用导电的端
11、环将槽内的铜条连接起来，形成短接回路；如果去掉转子铁心，转子的结构与笼子相似，如图 412 所示。绕线式异步电动机只是转子结构不同，它的转子是由绕组组成的，与定子绕组一样也是三相的。43 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理一、演示实验一、演示实验 为子说明三相异步电动机的转子是怎样旋转起来的，先做二个演示实验。如图 413 所示中有一个装有手柄的马蹄形磁铁，在磁极中间放置一个可以自由转动的导电的鼠笼转子，转子与磁极之间没有机械联系。当摇动手柄使马蹄形磁铁旋转时，就会看到鼠笼转子跟着磁铁旋转。手培训考证、学历提升-苏州上德教育第 13 页柄摇得越快，转子转得越快，若是改变磁铁的旋转
12、方向，鼠笼转子的旋转方向也跟着改变。由上述实验可知，转子转动的首要条件是要有一个旋转磁场。二、定子旋转磁场的产生二、定子旋转磁场的产生实际的笼式异步电动机中，旋转磁场是由定子绕组中的三相交流电产生的。如果三相异步电动机的定子铁心中放有三相对称绕组 U1 一 U2，V1 一 V2，W1 一W2，并呈星形(Y)联结，接人三相对称电源时，三相对称绕组中有电流通过，即：三相对称电流的波形图如图 414 所示。规定交流电正半周时，电流从绕组首端流人，尾端流出；负半周时，电流从绕组末端流入，首端流出。流人以符号表示，流出以符号 表示；当交流电流过三相绕组时，每相绕组都将产生一个按正弦规律变化的磁场，变压器
13、与三相异步电动机苏州电工培训第 14 页三相绕组的合成磁场随着时间的推移而不断改变方向形成旋转磁场，如图 415 所示。 当=0 时，U 相绕组电流=0；V 相绕组电流为负半周，按规定电流是从末端 V2tuivi流入，从首端 V1 流出；W 相绕组电流为正半周，电流是从绕组首端 W1 流人，从末端wiW2 流出。根据右手螺旋定则可以判定，互相电流的合成磁场的 N 极在正上方，S 极在正下方，如图 415a 所示。当=90 时，为正半周；电流从绕组首端 U1 流人，由末端 U2 流出；V 相和 W 相tui电流和都是负半周，电流分别从绕组末端 V2 和 W2 流人，从首端 V1 和 W1 流出。
14、三viwi相电流的合成磁场如图 415b 所示，可以看出合成磁场的轴线沿顺时针方向转了 90 。此刻，磁场的 N 极在右方，S 极在左方。当=180 时，U 相绕组电流=0；V 相绕组电流为正半周，按规定电流是从首端tuiviV1 流入，从末端 V2 流出；W 相绕组电流为负半周，电流是从绕组末端 W2 流入，从首wi端 W1 流出。可以判定，量相电流的合成磁场的 N 极在正下方，S 极在正上方，如图 415c 所示。三相电流的合成磁场的轴线又沿顺时针方向转了 90 。 从上面分析可知，当异步电动机定子绕组分别通人对称三相交流电后，在定子空间能产生一个随时间延续的旋转磁场。在如图 415 所示
15、中，每相定子绕组只有二个线圈，三相绕组的首端之间空间角相差120 。合成磁场有两个磁极，也称一对磁极。对一对磁极来说，在三相交流电流变化一周时，磁场在空间旋转一周。当交流电流的频率为 2 Hz，磁场转速为 2 r/s；当交流电流频率为 3 Hz 时，磁场转速为 3 r/s；以此类推，当交流电流的频率为Hz 时，则磁场的转速为fr/s。通常旋转磁场的转速都折合成每分钟多少转，这样一对磁极旋转磁场的转速1n f(r/min)是： 培训考证、学历提升-苏州上德教育第 15 页160nf如果每相绕组由两个线圈串联组成，则每相绕组的首端之间相差 60 空间角。如图416 所示，磁场有 4 个磁极，即有两
16、对磁极。可以看到，交流电流变化一周只转过180 。以此类推，当旋转磁场具有任意磁极对数时，交流电流变化一周，旋转磁场在空间只能转过 1/周，字母表示旋转磁场的磁极对数。因此，旋转磁场的转速咒，与交流电频pp率、磁极对数之间的关系为： 160 fnp式中 旋转磁场的转速(也叫做同步转速)，r/min； 1n三相交流电源的频率，Hz； f旋转磁场的磁极对数。 p公式(43)表明旋转磁场的转速随磁极对数增加而降低。表42是电源频率为50 Hz时，相对应磁极对数的旋转磁场转速。表表 42 电源频率为电源频率为 50 Hz 时磁极对数与旋转磁场转速的关系时磁极对数与旋转磁场转速的关系变压器与三相异步电动机苏州电工培训第 16 页磁极对数p123456旋转磁场转速(r/min)1n
