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1、第十一章,变压器和交流电动机,第十一章 变压器和交流电动机,教学重点：,1能利用变压器的电压变换、电流变换和阻抗变换的关系做相应的计算。 2会正确使用几种变压器。 3会进行三相异步电动机起动、反转、调速、制动的操作。,1变压器的工作原理。 2三相异步电动机的工作原理。 3三相异步电动机起动、反转、调速和制动的方法。,教学难点：,学时分配：,第十一章 变压器和交流电动机,第一节 变压器的构造,第二节 变压器的工作原理,第三节 变压器的功率和效率,第四节 常用变压器,第五节 变压器的额定值和检验,第六节 三相异步电动机,第七节 三相异步电动机的控制,第八节 单相异步电动机,本章小结,第一节 变压器
2、的构造,一、变压器的用途和种类,二、变压器的基本构造,一、变压器的用途和种类,1变压器的用途：变压器除可变换电压外，还可变换电流、变换阻抗、改变相位。,2变压器的种类：按照使用的场合，变压器有电力变压器，整流变压器，调压变压器，输入、输出变压器等。,变压器是利用互感原理工作的电磁装置，它的符号如图11-1 所示，T 是它的文字符号。,图 11-1 变压器的符号,二、变压器的基本构造,变压器主要由铁心和绕组两部分构成。铁心是变压器的磁路通道，是用磁导率较高且相互绝缘的硅钢片制成，以便减少涡流和磁滞损耗。按其构造形式可分为心式和壳式两种，如图 11-2(a)、(b)所示。,绕组线圈是变压器的电路部
3、分，是用漆包线、纱包线或丝包线绕成。其中和电源相连的绕组叫一次绕组，和负载相连的绕组叫二次绕组。,图 11-2 心式和壳式变压器,第二节 变压器的工作原理,一、变压器的工作原理,二、变压器的外特性和电压变化率,一、变压器的工作原理,变压器是按电磁感应原理工作的，一次绕组接在交流电源上，在铁心中产生交变磁通，从而在一次、二次绕组产生感应电动势，如图 11-3 所示。,图 11-3 变压器空载运行原理图,由此得,忽略线圈内阻得,一次绕组接上交流电压，铁心中产生的交变磁通同时通过一次、二次绕组，一次、二次绕组中交变的磁通可视为相同。 设一次绕组匝数为 N1 ，二次绕组匝数为 N2 ，磁通为 ，感应电
4、动势为,1变换交流电压,上式中 K 称为变压比。由此可见：变压器一次绕组、二次绕组的端电压 之比等于匝数比。,如果 N1 N2，K 1，电压下降，称为降压变压器。,式中 cos1 一次绕组电路的功率因数； cos2 二次绕组电路的功率因数。,1，2 相差很小，可认为相等，因此得到,可见，变压器工作时一次、二次绕组的电流跟绕组的匝数成反比。高压绕组通过的电流小，用较细的导线绕制；低压绕组通过的电流大，用较粗的导线绕制。这是在外观上区别变压器高、低压绕组的方法。,根据能量守恒定律，变压器输出功率与从电网中获得功率相等，即 P1 = P2 ，由交流电功率的公式可得 U1I1 cos1= U2I2 c
5、os2,2变换交流电流,因为,所以,设变压器一次侧输入阻抗为 |Z1| ，二次侧负载阻抗为 |Z2| ，则,可见，二次侧级接上负载|Z2|时，相当于电源接上阻抗为 K2|Z2|的负载。变压器的这种阻抗变换特性，在电子线路中常用来实现阻抗匹配和信号源内阻相等，使负载上获得最大功率。,3变换交流阻抗,一次侧电流,输入阻抗,【例11-1】有一电压比为 220/110 的降压变压 器，如果次级接上 55 的电阻，求变压器一次侧的输入阻抗。,解 1：二次侧电流,解 2：变压比,输入阻抗,【例11-2】有一信号源的电动势为 1 V ，内阻为 600 ，负载电阻为 150 。欲使负载获得最大功率，必须在信号
6、源和负载之间接一匹配变压器，使变压器的输入电阻等于信号源的内阻，如图 11-4 所示。问：变压器变压比，一、二次电流各为多少?,图 11-4 例11-2图,解：负载电阻 R2 = 150 ，变压器的输入电阻 R1 = R0 = 600 ，则变比应为,一、二次电流分别为,设交流信号源电压U=100V，内阻RO=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，求负载获得的最大功率是多少？变压器变比是多少？,目标检测,1. 关于变压器的说法中，正确的是（ ） A. 变压器铁心的作用是让线圈产生的磁场通过 B. 在变压器正常工作时，任意时刻穿过任
7、何一匝线圈的磁通量都是相同的 C. 理想变压器将不考虑其所消耗的能量 D. 从能量角度分析，变压器的作用是将电能变为磁场能再变为电能,2. 理想变压器在正常工作时，原、副线圈中有不同的物理量是（ ） A. 每匝线圈中磁通量的变化率 B. 交变电流的频率 C. 原线圈的输入功率、副线圈的输出功率 D. 原、副线圈的感应电动势,B,D,3. 一个理想变压器，原线圈和副线圈的匝数分别为nl和n2，正常工作时输入和输出的电压、电流、功率分别为Ul和U2、I1和I2、Pl和P2，已知nln2，则（ ） A. U1U2，P1I2，U1U2 D. P1P2，I1I2,目标检测,B,4.如图所示理想变压器原、
8、副线圈的匝数比为N1：N2=2：1，原线圈接220 V交流电源，副线圈接额定功率为 20 W的灯泡 L，灯泡正常发光当电源电压降为180 V时，求： （1）灯泡实际消耗的功率？ （2）此时灯泡中的电流是多少？,题9图,二、变压器的外特性和电压变化率,1变压器的外特性,变压器外特性就是当变压器的一次电压 U1 和负载的功率因数都一定时，二次电压 U2 随二次电流 I2 变化的关系，如图 11-5 所示。,图 11-5 变压器外特性曲线,由变压器外特性曲线图可见：,(3) 当负载为电容性负载时，随着功率因数 cos 的降低，曲线上升。所以，在供电系统中，常常在电感性负载两端并联一定容量的电容器，以
9、提高负载的功率因数 cos。,(1) I2 = 0 时，U2 = U2N 。,(2) 当负载为电阻性和电感性时，随着 I2 的增大， U2 逐渐下降。在相同的负载电流情况下，U2 的下降程度与功率因数 cos 有关。,2电压的变化率,电压变化率是指变压器空载时二次端电压 U2N 和有载时二次端电压 U2 之差与 U2N 的百分比。即：,电压变化率越小，为负载供电的电压越稳定。,第三节 变压器的功率和效率,一、变压器的功率,二、变压器的效率,二、变压器的效率,变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比，即,大容量变压的效率可达 98% 99% ，小型电源变压器效率约为 70% 80% 。,变
10、压器的功率消耗等于输入功率 P1 = U1I1 cos1 和 P2 = U2I2 cos2 输出功率之差，即 PL = P1 P2 变压器功率损耗包括铁损和铜损。,一、变压器的功率,【例11-3】有一变压器一次电压为 2 200 V，次级电压为 220 V，在接纯电阻性负载时，测得二次电流为 10 A，变压器的效率为95%。 试求它的损耗功率，一次级功率和一次级电流。,解：一次级负载功率 P2 = U2I2cos2 = 22010 W = 2200 W,一次级功率,PL = P1 P2 = 2316 2200 W= 116 W,一次级电流,损耗功率,第四节 常用变压器,一、自耦变压器,二、多绕
11、组变压器,三、互感器,四、三相变压器,一、自耦变压器,自耦变压器一次、二次绕组有一部分是共用的，它们之间不仅有磁耦合，还有电的关系，如图 11-6 所示。,1自耦变压器的构造和工作原理,图 11-6 耦变压器符号及原理图,一次、二绕组电压之比和电流之比的关系为,自耦变压器在使用时，一定要注意正确接线，否则易于发生触电事故。,实验室中用来连续改变电源电压的调压变压器，就是一种自耦变压器，如图 11-7 所示。,图 11-7 实验用调压变压器,二、多绕组变压器,变压器的二次侧有两个以上的绕组或一次、二次绕组都有两个以上绕组的变压器叫多绕组变压器，如图 11-8 所示。,多绕组变压器一次、二次绕组的
12、电压关系仍符合变压比的关系,1多绕组变压器,图 11-8 多绕组变压器,多绕组变压器多使用于电子设备中，输出多种电压。多绕组可串联或并联使用，串联时应将绕组的异名端相接，并联时应将绕组的同名端相接。只有匝数相同的绕组才能并联。,2多绕组变压器的使用,三、互感器,1电压互感器,使用时，电压互感器的高压绕组跨接在需要测量的供电线路上，低压绕组则与电压表相连，如图 11-9 所示。,可见，高压线路的电压 U1 等于所测量电压 U2 和变压比 K的乘积，即 U1=KU2,互感器是一种专供测量仪表，控制设备和保护设备中使用的变压器。可分为电压互感器和电流互感器两种。,图 11-9 电压互感器,使用时应注
13、意：,(1) 二次绕组不能短路，防止烧坏次级绕组。,(2) 铁心和二次绕组一端必须可靠的接地，防止高压绕组绝缘被破坏时而造成设备的破坏和人身伤亡。,2电流互感器,使用时，电流互感器的一次绕组与待测电流的负载相串连，二次绕组则与电流表串联成闭和回路，如图11-10所示 。,通过负载的电流就等于所测电流和变压比倒数的乘积。,图 11-10 电流互感器,使用时应注意：,(1) 电流互感器的二次绕组不得开路，否则易造成危险；,(2) 铁心和二次绕组一端均应可靠接地。,常用的钳形电流表也是一种电流互感器。它是由一个电流表接成闭合回路的二次绕组和一个铁心构成，其铁心可开、可合。测量时，把待测电流的一根导线
14、放入钳口中，电流表上可直接读出被测电流的大小，如图 11-11 所示。,图 11-11 钳形电流表,四、三相变压器,三相变压器就是三个相同的单相变压器的组合，如图11-12 所示。三相变压器用于供电系统中。根据三相电源和负载的不同，三相变压器一次和二次线圈可接成星形或三角形。,图 11-12 三相变压器,第五节 变压器的额定值和检验,一、变压器的额定值,二、变压器的检验,一、变压器的额定值,变压器的满负荷运行情况叫额定运行，额定运行条件叫变压器的额定值。,额定容量指二次侧最大视在功率，单位是伏安(VA)或千伏安(kV A)。,额定一次电压指接到一次绕组电压的规定值。,额定二次电压指变压器空载时
15、，一次侧加上额定电压后，二次侧两端的电压。,额定电流指规定的满载电流值。 变压器的额定值取决于变压器的构造及使用的材料。使用时，变压器应在额定条件下运行，不能超过其额定值 。,(2) 一次、二次绕组必须分清；,(3) 防止变压器绕组短路，以免烧毁变压器。,(1) 工作温度不能过高；,除此外还应注意：,二、变压器的检验,(2) 绝缘检查；,变压器在使用前应进行检验，通常其检验内容有：,(1) 区分绕组、测量各绕组的直流电阻；,(3) 各绕组的电压和变压比；,(4) 磁化电流 I ，变压器二次开路时的一次电流叫磁化电流，I 一般为初一次侧额定电流的 3% 8% 。,各项检验都应符合设计标准，否则不
16、宜使用。,第六节 三相异步电动机,一、异步电动机的构造,二、旋转磁场,三、三相异步电动机的工作原理,四、三相异步电动机的极数与转速,五、异步电动机的铭牌,一、异步电动机的构造,电动机由定子和转子两个基本部分组成，如图11-13所示。,图 11-13 三相异步电动机的构造,1定子,三相异步电动机的定子由机座、铁心和定子绕组组成。 定子绕组是电动机的电路部分，由三相对称绕组组成，按一定规则连接，有六个出线端。即 U1-U2、V1-V2 、W1-W2 接到机座的接线盒中，定子绕组接成星形或三角形。,图 11-14 定子绕组的星形和三角形联结图,2转子,转子是异步电动机的旋转部分，由转轴、转子铁心和转子绕组三部分组成，其作用是输出机械转矩。跟据构造的不同，转子绕组分为绕线式和笼型两种，图 11-15 (a)所示为笼型绕组，(b)为铸铝的笼型转子。,图 11-15 笼型绕组及转子,二、旋转磁场,将对称三相电流通
