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1、第3章 实用电工器材,3.1 变压器 3.2 电动机 3.3 三相异步电动机基本控制电路 3.4 电工测量 3.5 实训一：习题与分析,3.1 变压器,目的与要求:掌握变压器的结构,工作原理和作用;然后了解几种特殊变压器 重点:变压器的工作原理及作用 难点:变压器的工作原理,3.1.1 变压器的原理与作用,变压器是利用电磁感应原理，可以把某一数值的交变电压变换成同频率的另一数值的交变电压，实现电压、电流和阻抗变换的重要设备。,1变压器的基本结构,变压器主要由铁心和绕组（或线圈）两大部分组成,(1)铁心是变压器的磁路部分。它有高磁导率材料做成。如：硅钢片,(2)绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝
2、绝缘导线绕制而成 。分为一次绕组和二次绕组,其中：一次绕组（也称原绕组或初级绕组）与电源相连 二次绕组（也称副绕组或次级绕组）与负载相连,2、分类,按用途分：升压变压器、降压变压器,按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三 绕组变压器和多绕组变压器。,按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。,按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。,按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。,按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充 气式变压器。,（a）心式,（b）壳式,图3-1 变压器的结构图,图3-2 三相油浸式电力变压器,3、变压器的工作原理和作用,变压器的主要部件是铁
3、心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。,只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变电压的目的。,图3-3 变压器原理图,* 变压器的三种作用关系式,变压器的效率 变压器的功率损耗主要包括：铁损耗PFe和铜损耗PCu，铁损耗主要指变压器铁心中的磁滞损耗和涡流损耗，也称固定耗损；铜损耗是指电流通过绕组时功率损耗，也称可变损耗。 变压器的效率常用下式表示： 式中P2：为变压器的输出功率，P1为输入功率。,【例3-1】一台电子仪器上用的电源变压器，原绕组匝数N1=550匝，接在U1=220V的交流电源上。若
4、要求副绕组空载 电压U20=30V，试求该变压器的变压比和副绕组的匝数。,解：变压比：,副绕组匝数为：,（匝）,【例3-2】机床上的低压照明变压器，U1=220V，U2=36V，现在副绕组端接P2=60W、U2=36V的白炽灯一盏，求I1及I2。,解：副绕组的电流：,根据变压比：,得 ：,（）,（）,【例3-3】一只阻抗|Z2|=8的扬声器，需要用变压器把阻抗变换成800才能接到收音机的输出端，问应选一只电压比为多少的变压器？,解：由阻抗变换公式可知： |Z1|=K2|Z2|,【例题-4】阻抗为8的扬声器，通过一变压器接到信号源电压为10V，内阻为200的电路上，若要使负载获得最大功率，则变压
5、器的变比为多少？并求负载的最大功率,解:,根据电源的最大输出功率的条件: R0=RL,因为:,所以:,于是:,所以:,3.1.2 特殊变压器,1、自耦变压器 图3-4所示的是一种自耦变压器，其结构特点是副绕组为原绕组的一部分。其原、副边电压之比和电流之比与普通变压器相同，即:,图3-4 自耦变压器,自藕耦变压器的特点是一次侧与二次侧共用一个绕组，一次侧、二次侧既有磁的联系又有电的联系。由自耦变压器构成的调压器，其二次侧绕组匝数可以通过滑动触头任意改变，因此二次侧的电压可以平滑调节。,（a）外形 （b）结构图 （c）电路图 图3-5 低压小容量的自耦变压器,2、电压互感器,电压互感器是一种小容量
6、的降压变压器，其结构原理及电路如图3-6所示。它的原绕组匝数较多，并联在被测电路上，副绕组匝数较少，接到电压表。,（a）原理图 （ b）符号 图3-6 电压互感器的接线图及符号,其工作原理为： 因为是降压，故N2N1。通常电压互感器副绕组额定电压规定为100V，如其额定电压等级有：6000V/100V，1000V/100V等。 使用时，为了工作安全，电压互感器的铁壳及二次绕组一端都必须接地。另外，电压互感器副绕组不允许短路，否则，原、副绕组电流将很大，烧坏互感器，为了防止短路，通常在原绕组接入熔断器进行短路保护。,3、电流互感器,电流互感器是利用变压器变换电流的作用，将大电流变换成小电流的升压
7、变压器。其结构原理及电路图3-7所示。它的原绕组导线较粗，匝数少，只有一匝或几匝，与被测电路负载串联。副绕组导线细、匝数多、与电流表相连。,（a）原理图 （b）符号 图3-7 电流互感器的接线图及符号,其工作原理为： 为了减小电流，故N2N1，通常电流互感器副绕组额定电流为5A如100A/5A，30A/5A等。 使用电流互感器时，副绕组的一端与外壳都必须接地。另外电流互感器副绕组不允许开路，否则副绕组将感应出很高的电压，可能使绝缘击穿，并危及操作人员的安全，为此电流互感器副绕组中不允许安装熔断器。,4、电焊变压器,电焊变压器是交流电焊机的主要组成部分，它实质是一台特殊的降压变压器，其副边空载电
8、压约6080V，作为焊接的电弧点火电压。用电弧的高温使金属熔化进行焊接。其原理如图3-8所示：焊接时，先把焊条和焊件接触在一起，使电焊机的输出端短路。由于电焊变压器的原、副绕组分别装在同一铁心的两个不同铁心柱上，漏抗较大，再加上可变电感器的感抗，因此，短路电流虽然较大，但却得到了限制。较大的短路电流在焊条和焊件的接触处产生较大的热量，温度也较高。此时，若迅速把焊条提起一点，由于电路突然中断，在电感中产生很大的自感电压，在这个自感电压作用下，焊条与焊件之间的空气隙被击穿，产生电弧，电弧的高温将焊条熔化，同时对处在高温下的焊件进行焊接，共工作电压一般在2530V之间。,图3-11 电焊变压器原理图
9、,3.2 电动机,目的与要求:掌握电动机的结构和工作原理；以及各种常用低压控制设备 重点:电动机的工作原理及各种低压控制设备 难点:电动机工作原理的工作原理,3.2.1 三相异步电动机的基本结构,三相异步电动机由定子和转子构成。另外还有端盖、轴承、机 座、风扇、接线盒等附件，如图3-12所示。定子和转子都有铁心 和绕组。定子的三相绕组为AX、BY、CZ。转子分为鼠笼式和绕 线式两种结构。鼠笼式转子绕组有铜条和铸铝两种形式。绕线式 转子绕组的形式与定子绕组基本相同，3个绕组的末端连接在 一起构成星形连接，3个始端连接在3个铜集电环上，起动变阻 器和调速变阻器,通过电刷与集电环和转子绕组相连接。,
10、图3-12 三相异步电动机的结构,图3-13 三相电动机的定子结构,三相异步电动机的接线,三相异步电动机的接线方法有两种，一种是Y形连接，另一种是形，实际使用中可根据具体要求选择,图3-14 三相异步电动机的两种接线图,(a)转子铁心冲片 (b)笼式绕组 (c)铸铝的笼式绕组 图3-15 三相异步电动机笼式转子,3.2.2 旋转磁场,如图3-16所示把一个闭合线圈放在蹄形磁体的两磁极之间，蹄形磁体和闭合线圈都可以绕OO轴转动。当转动蹄形磁体时，我们看到线圈随即也跟随着转动起来；N、S极可以视为“旋转磁极”。实际上三相异步电动机的转动利用的是“电磁感应”原理。,图3-16,1旋转磁场的产生,三相
11、异步电动机的三相绕组，其各相绕组的首端分别用U1、V1、W1表示，末端分别用U2、V2、W2表示，他们在空间互差120角，并接成Y形联结，如图3-17所示。,（a）三相绕组的分布 （b）三相绕组的电流 图3-17 定子绕组,通入三相对称电流，假定电流的正方向由线圈的始端流向末端，流过三相的对称电流为：,续:,图3-18 三相异步电动机的电流波形,续:,由于电流随时间而变，所以电流通过线圈产生的磁场分布情况也随时间而变，如图3-19所示。,（a）t=0 （b） （c）t= 图3-19 三相两极旋转磁场,（1）当t=0的瞬间，由图3-18看出，iU=0，U相没有电流流过，iV为负，表示电流由末端流
12、向首端（即V2端为，V1端为）；iW为正，表示电流由首端流入（即W1端为，W2端为），如图3-19（a）所示。这时三相电流所产生的合成磁场方向由“右手螺旋定则”得出定子上方为N极，下方为S极。 （2）当t=/2瞬间，由图3-18得：iU为正，iV、iW为负，用同样方式可判得三相合成磁场按顺时针方向在空间转了90角。如图3-19（b）所示。 （3）当t=瞬间，iU=0，iV为正，iW为负，合成磁场又按顺时针方向在空间转了90角。如图3-19（c）所示。 由上述分析不难看出，对于图3-19所示的定子绕组，通入三相对称电流后，将产生磁极对数P=1的旋转磁场，且交流电若变化一个周期（360电角度），合
13、成磁场也将在空间旋转一周（360空间角）。,2、旋转磁场的转向与转速,旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致，或者说旋转磁场的转向由三相电流的相序决定。若改变三相电流相序（将连接三相电源的三根导线中的任意两根对换一下），则旋转磁场的旋转方向就随之改变，三相异步电动机的反转就是利用这个原理。旋转磁场转速n0（也称为“同步转速”）为：,f 为电流频率；P为磁级对数； n0的单位为r/min,3.2.3 三相异步电动机转动原理,静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用，F的方
14、向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩。电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。,图3-20 电动机的转动原理图,电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速no，因而称为异步电动机。又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。 异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为转差率，用s表示，即：,转差率是异步电动机的一个重要参数。异步电动机在额定负载下运行时的转差率约为1%9%。,3.2.4 三相异步电动机的控制电路,3.2.4.1 常用低压电器基本知识 低压电器是指对电路起开关、控制、保护和调节等作用的电气设备。低压电器是指工作在交流1000V、直流1200
15、V及以下的电路中。,1刀开关,图3-21 刀开关外型,图3-22 刀开关的结构,图3-23 刀开关图形及文字符号,2、组合开关,组合开关又称转换开关，它实质也是一种刀开关，组合开关的操作手柄是平行于安装平面的平面内向左或向右转动。它具有多触头、多位置、体积小、性能可靠、操作方便、安装灵活等特点。它常用在机床的控制电路中，作为电源的引入开关，也可控制小容量电动机的直接起动、反转、调速和停止的控制开关等。如图3-24所示。,图3-24 组合开关的结构图及符号,图3-25 不同型号的组合开关外型图,3、低压断路器,低压断路器又称自动空气断路器或称自动空气开关。它相当于闸刀开关、熔断器、热继电器、欠电
16、压继电器等的组合，是一种既有手动开关作用又能进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。正常工作时，可以人工操作接通或切断电源与负载的联系，当出现短路、过载、欠压等故障时能自动切断故障电路。 低压断路器按照极数分有单极、双级、三极、四极断路器四种；按保护式分有过电流脱扣器、热脱扣器、复式脱扣器、分励脱扣器、欠电压脱扣器、无脱扣器六种；按结构形式分为塑壳式和框架式（框架式容量大工作电流在600A以上）。它可用于电源电路、照明电路、电动机主电路的分合及保护。如图3- 26的外形图及符号和图3-27的结构图。,图3-26 低压熔断器的外形及符号,外形,符号,1分闸弹簧；2主触头；3传动杆；4锁扣；5轴；6
