《电工电子技术--基本教程 教学课件 ppt 作者 殷瑞祥 罗昭智 第4章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术--基本教程 教学课件 ppt 作者 殷瑞祥 罗昭智 第4章（154页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章,电机与电器,4.1 磁路与变压器,4.1.1 磁路的基本知识,当电流通过线圈时，产生的磁通绝大部分通过铁心闭合，称为主磁通，用表示,小部分磁通沿铁心以外空间闭合，称为漏磁通，用S表示。,漏磁通很小，在工程中常略去不计。,主磁通通过的闭合路径称为磁路。,用以产生磁场的电流称为励磁电流。,磁路中有很短的空气隙,变压器,电磁铁,各段截面积基本相等，为均匀磁路,直流电机,磁路中也有空气隙,磁路的基本物理量,磁感应强度B ：表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。单位是特斯拉(T)，简称特。,磁通： 在均匀磁场中，磁通 等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，即,或,的单位是韦伯(Wb)，
2、简称韦。,1 T=1 Wbm2(韦米2),磁导率 ：磁导率 是表示物质导磁性能的物理量。单位是亨米(H/m)。,相对磁导率r：, o是真空的磁导率， o=4l07H/m ，是常数。,非铁磁物质r近似为1,铁磁物质r远大于1 ，不是常数。,全电流定律,在磁场中沿任何闭合回线，磁场强度的矢量的线积分等于穿过该闭合回线所包围面积电流的代数和，即,计算电流代数和时，与绕行方向符合右螺旋定则的电流取正号，反之取负号。,在无分支的均匀磁路中，全电流定律可写为,N为线圈匝数,Fm称为磁动势，单位是安(A)。,磁路的欧姆定律,磁阻Rm：,磁位差Um ：,磁阻Rm不是一个常数，随励磁电流I的改变而改变，因而通常
3、不能用磁路的欧姆定律直接计算。,电路与磁路对照,铁磁材料的磁性能,1.高导磁性,铁磁材料的磁导率很高，r可达102104，是制造电磁铁、变压器、电机等的主要材料。,2.磁饱和性,3.磁滞性,铁磁材料的种类和用途,1.软磁材料： 磁导率高，磁滞特性不明显，矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。,2.硬磁材料 剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞回线较宽，,3.矩磁材料 只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。,例 一环形螺线管，匝数N =1000匝，电流I =4A，螺线管外径D1=0.3m，内径D2=0.22m，试分别计算媒质为纸心、铸钢心时的磁
4、场强度和磁通。,解 磁路平均长度,当媒质为纸心时,当媒质为铸钢心时,由表得H=4902A/m时B=1.55T,4.1.2 铁心线圈,直流铁心线圈,特点：,1. 线圈的励磁电流I只与外加电压U及线圈电阻R有关，I=U/R，与磁路特性无关。,2. 励磁电流在磁路产生的是恒定磁通，不会在线圈中产生感应电动势。,3. 磁路的磁通不仅与线圈电流I、线圈匝数N有关，还与磁路磁阻Rm有关。,4. 直流铁心线圈的功率损耗P=I2R，由电流及电阻大小确定，与磁路无关。,交流铁心线圈,1.电压、电流和磁通,主磁感应电动势 ：,漏磁感应电动势：,设R为线圈的电阻，则,写成相量形式为,2.功率损耗,铜损 (PCu)
5、：线圈导线电阻所致，PCu=I2R。,磁滞损耗Ph：由铁磁物质的磁滞性引起，其大小与磁滞回线包围的面积成正比。,涡流损耗Pe：由铁芯中的涡流产生。,减少涡流损耗的方法：,1、增大铁心材料的电阻率，在钢中渗硅既保持良好的导磁性，又使电阻率大大提高。,2、以钢片叠成铁心代替整块铁心，片间彼此绝缘。,3.铁心线圈的等效电路,例 有一铁心线圈接到交流220V工频电压源，测得电流I=2A，功率P=50W，(1) 不计线圈电阻及漏磁通，试求铁心线圈等效电路的R0和X0；(2) 若线圈电阻R=1，试计算该线圈的铜损耗及铁损耗。,解 (1)等效阻抗,(2) 铜损耗和铁损耗,4.同极性端,当电流从两接线端流进（
6、或流出），在铁心中产生的磁通方向一致时，这两个接线端称为同极性端或同名端。,正确串联,正确并联,同极性端的测定,开关S瞬间接通，若此时毫安表正向偏转，则线圈A的1端与线圈B的3端是同极性端。,若毫安表反偏，则1和4端为同极性端。,4.1.3 单相变压器,变压器的基本结构,心式,壳式,变压器主要由铁心和绕组构成,变压器的工作原理,一次绕组,二次绕组,变压器空载运行（电压变换原理）,二次绕组开路,变压器的电压变换关系为,K称为变压器的电压比,变压器的负载运行（电流变换原理）,变压器一次绕组接通电源，二次绕组接负载Z。,忽略一、二次绕组电阻及漏磁通，在变压器接近满载时：,一、二次绕组电流有效值之比为
7、,阻抗变换原理,或,例 设交流信号源电压U=80V，内阻R0=800，负载RL=8，(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，求负载获得最大功率是多少？变压器的变比K是多少？,解 (1)负载直接接信号源时,(2) 输出最大功率时，RL折算到一次绕组应为800,变压器变比,变压器的损耗和效率,铜损 (PCu),铁损(PFe ),铜损耗PCu是一次、二次绕组电阻R1、R2上所消耗的功率，即,铁损耗是主磁通在铁心中交变时所产生的磁滞损耗和涡流损耗，与负载电流大小无关，与铁心材料、电源电压U1、频率f有关。,变压器的额定值,1.产品型号,SL71000/10,100
8、0表示容量为1000kVA,S表示三相 (D表示单相),L表示铝线 (铜线无文字表示),7表示设计序号,10表示高压侧线电压为10kV,2.额定电压,指高压绕组接于电网的额定线电压,3.额定电流,指允许绕组长时间连续工作的线电流,4.额定容量,在额定工作条件下，变压器输出能力的保证值，即变压器的视在功率，单位为千伏安(kVA)。,6.阻抗电压,指变压器二次绕组短路，一、二次绕组达到额定电流时，加到一次绕组的电压值。,5.联结组标号,联结组标号表明变压器高压、低压绕组的联结方式,例 有一台三相配电变压器，联接组标号为Y，yn0，额定电压为10000V/400V，现向380V、功率P=240kW、
9、cos=0.8的负载供电，求变压器一、二次绕组电流，并选择变压器的容量。,解,查产品目录，应选标称值SN=315kVA。,4.1.4 特殊变压器,自耦变压器,自耦变压器的优缺点,(1) 结构简单，使用材料省、体积小、重量轻，效率高。,(2) 短路阻抗小，短路电流大，必要时要采取限制短路电流措施。,(3) 自耦变压器不能作为安全变压器。,电流互感器,一次绕组线径较粗，匝数很少，有时只有一匝，串联在被测电路中；二次绕组线径较细，匝数很多，与电流表等仪表相联接,使用应注意：,(1) 电流互感器工作时二次侧不得开路。,(2) 电流互感器的二次侧一端必须接地。,电压互感器,电压互感器一次绕组匝数很多，并
10、联于供电系统的一次电路，二次绕组匝数较少，与电压表等仪表并联。,使用应注意：,(1) 电压互感器工作时二次侧不得短路。,(2) 电压互感器的二次侧的一端必须接地。,4.2 交流电动机,电机是一种利用电磁原理进行机械能与电能互换的装置。,发电机：把机械能转换成电能的电机,电动机：把电能转换成机械能的电机,交流电动机,直流电动机,同步电动机,异步电动机,4.2.1 三相异步电动机的结构和工作原理,三相异步电动机的结构,三相异步电动机定子结构,定子主要由机座、定子铁心和定子绕组构成。,定子铁心冲片,三相异步电动机具有三相对称的定子绕组,三相异步电动机转子结构,转子铁心冲片,笼型转子,绕线转子,旋转磁
11、场,当三相定子绕组接到三相对称电源时，绕组中便产生了三相对称电流iA、iB、iC。,当wt=0时，,当wt=60时，,当wt=120时，,当wt=180时，,结论：三相正弦交流电流通过电机的三相对称绕组，在电机中所建立的合成磁场是一个旋转磁场。,旋转磁场的旋转方向和三相电流的相序一致；任意对调接到电动机三相定子绕组的三相电源引线中的两根，就可使旋转磁场反向旋转。,旋转磁场的转速：,极对数,同步转速,三相异步电动机的工作原理,旋转磁场顺时针方向旋转，相当于转子导体逆时针方向切割磁通，产生感应电动势。因为转子绕组是接成回路的，所以产生感应电流。载流导体在磁场中会受到电磁力F的作用，电动机的转子就转
12、动起来。,转子转动方向与旋转磁场的方向一致,电动机转子的转速n必定低于旋转磁场的转速n0 。,转差：旋转磁场的同步转速n0与异步电动机转子转速n之差称为转差，用n表示，即,转差率：转差与同步转速之比称为转差率，用s表示，即,例 有一台三相异步电动机，其额定转速nN =1440 r/min 。试求电动机的极数和额定负载时的转差率sN 。电源频率f1 =50 Hz 。,解 由于异步电动机的转差率通常在很小的数值范围内；所以电动机的n与n0非常接近。,4.2.2 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性,三相异步电动机的电磁转矩,T电磁转矩，单位为Nm；,KT常数，决定于电动机的结构。,异步电动机的电磁关
13、系与变压器类似。定子绕组相当于变压器的一次绕组，转子绕组相当于变压器的二次绕组。,转子频率,在n=0，即s=1时，转子电动势为,转子绕组的漏抗为,在n=0，即s=1时，转子漏抗为,设转子每相电阻为R2，,常数,可见：转矩T与定子每相电压U12成比例，所以当电源电压变动时，对转矩的影响很大。转矩T还受转子电阻R2的影响。,异步电动机的转矩特性曲线,最大转矩Tm对应的转差率sm称为临界转差率,起动转矩Tst：电动机刚起动（n=0、s=1）时的转矩,电动机的转矩T 为,P2电动机轴上输出的机械功率，单位为W；,n转速，单位为r/min；,T转矩，单位是Nm。,电动机的功率P2以千瓦（kW）为单位，则
14、,例如，某电动机（型号为Y132M-4）的额定功率为7.5 kW，额定转速为1440 r/min，则其额定转矩为,异步电动机电源电压变化对转矩特性的影响,异步电动机转子电路电阻对转矩曲线的影响,三相异步电动机的机械特性,表示电动机转速与转矩的关系曲线，称为电动机的机械特性曲线。,通常异步电动机都工作在ab段。在这一段，电动机可根据负载转矩的变化，自动调节电磁转矩，从而在新的转速下稳定运行。即具有自适应调节能力。,最大转矩Tm与额定转矩TN的比值称为电动机的转矩过载系数或过载能力，用来表示，即,一般三相异步电动机的在1.82.2之间，特殊用途电动机的 可达3或更大。,4.2.3 三相异步电动机的
15、使用,三相异步电动机的铭牌数据,此外，Y132M4型电动机的主要技术数据还有：功率因数0.85，效率87%。,1.型号,2.电压,铭牌上所标的电压值是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值（有效值），用U1N表示。,一般规定电动机的电压不应高于或低于额定值的5%。,3.接法,有星形（Y）和三角形（D）两种,接法是指定子绕组的接法,Y系列规定，三相异步电动机额定电压U1N为380V、3kW及以下者，作星形联结；4kW及以上者，联结成三角形。,定子绕组的星形联结,定子绕组的三角形联结,4.电流,铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行时定子绕组的线电流值（有效值），用I1N表示。,若电动机三相
16、定子绕组有两种接法，就有两个相对应的额定电流值。,5.功率因数,额定功率因数是电动机在额定状态运行时的功率因数，用cosN表示。,额定功率因数一般约在0.70.9，而在空载和轻载时很低，空载时只有0.20.3。,6.功率与效率,铭牌上所标的功率值是指电动机在额定运行时输出的机械功率值。,电动机从电源吸取的有功功率是输入功率，减去自身的铜耗、铁耗、机械损耗等损耗，输出给机械负载的功率就是输出功率。,额定效率是电动机在额定运行时的效率，用 来表示。,效率是输出功率与输入功率之比，即,7.转速,铭牌上所标的转速值是电动机在额定运行时的转速。,PN额定输出功率，单位为kW；,nN额定转速，单位为r/min；,TN额定转矩，单位为Nm。,8.绝缘等级,9.工作方式,铭牌上标的工作方式，有时又称为工作制。,工作方式分为8类，分别用字母S1S8表示。,如S1是“连续”工作方式；S2是“短时”工作方式，分10、30、60、90
