电工学：电机定义及分类

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1、工程技术训练中心电机定义及分类重点：电磁感应原理、转换和传递能量、电磁机械装置l按能量转换观点分l 按飞机上的应用分主电源发电机变压器驱动电动机变流机控制电机工程技术训练中心4-1 变压器 变压器功能：在频率不变的基础上变换交流 电压、电流和阻抗的大小变压器的基本原理：电磁感应原理（属于电磁设备）变压器可以转换交流电能；不能转换直流电能。 在变压器中，初级线圈和次级线圈是通过铁心来进行电磁耦合的。工程技术训练中心4.1.1变压器的基本结构和工作原理 变压器基本原理实验电路 基本结构：初级线圈、次级线圈、铁心。工程技术训练中心4.1.2 变压器的铁心与绕组 1. 铁心作用：磁路, 是电能磁能电能

2、转换的媒介。材料：硅钢片，厚度为0.08-0.2mm要求：尽可能好的导磁特性，尽可能高的电阻特性。 相互绝缘的叠片式结构（切断涡流通路）。 铁心材料具有高阻值的特性（减小涡流）。 铁心材料掺入FeSi或FeNi合金（增加材料电阻和导磁率）。工程技术训练中心铁芯式、铁壳式变压器铁芯结构：三种 铁芯式交错叠成，可减小磁阻；绕组绕在铁芯柱上 适用：大、小功率变压器 铁壳式绕组在中间芯柱上， 适用：小功率变压器4.1.2 变压器的铁心与绕组工程技术训练中心C型、E型卷环铁芯* 卷环式l磁路顺着轧压方向，导磁性能好，重量轻 l应用：C型多于E型4.1.2 变压器的铁心与绕组工程技术训练中心2、绕组：绕组

3、名称： 初级/原边/高压绕组（W1） 次级/副边/低压绕组（W2）图4.1-4 变压器绕组的布局4.1.2 变压器的铁心与绕组工程技术训练中心图4.1-5 变压器绕组的绕法绕法：同心式用于铁芯式变压器，低压线圈在里侧. 盘式用于壳式变压器，高、低压线圈交叠放置。绝缘复杂，用于大容量变压器。要求：匝数准、绝缘好、结构简单、散热好、强度高4.1.2 变压器的铁心与绕组工程技术训练中心u 航空变压器的分类及额定参数1、分类： 按用途分：电源（调压）变压器、脉冲变压器、参数 变压器 按结构分：铁芯式、铁壳式、卷环式 按冷却方式分：干式（空气冷却）、油浸式（油冷） 按相数分：单相、三相航空变压器：卷环式

4、、干式2、额定参数 额定电压线电压Ue1，Ue2（空载电压）工程技术训练中心4.1.3 理想变压器 理想变压器：无损耗，绕组之间是无缺陷的磁耦合。 Uo：空载电压 Bm ：磁通密度 A：铁心截面 F ：频率 N2 ：输出绕组的匝数 （1）空载电压 铁心的截面积小于实际测量的铁心截面积。 按铁心片的种类不同，其有效截面的占空系数在0.8 - 0.95之间。 对于电源变压器来说，其铁芯磁通密度的最大值为1.2T - 1.8T。 对于传输变压器来说，其铁芯磁通密度应当选择在磁化曲线的直线部分来工作，例如对于硅钢片来说，约在0.6T。工程技术训练中心 （2）变压器的变换方程式 U1-输入电压 U2-输

5、出电压 N1-初级绕组的匝数 N2-次级绕组的匝数 n -变压比（匝数比） 在理想变压器中，初、次级的电压之比等于匝数比。 工程技术训练中心在理想变压器中，输入视在功率S1等于输出视在功率S2 I1-初级回路的电流 I2-次级回路的电流 在理想变压器中，电流与匝数成反比。工程技术训练中心通过对上述方程式的变换，可得出： 其中，电流与匝数的乘积为磁动势。 因此在理想变压器中，初级绕组中的磁动势与次级绕组中的磁动势相等。 通过电压比除以电流比，则可以得出：工程技术训练中心理想变压器的初、次极阻抗之比等于其匝数之比的平方。 Z1-初级回路的阻抗 Z2-次级回路的阻抗 因为阻抗包括电阻、容抗和感抗，所

6、以它们都可以通过变压器进行转换。 C1-初级回路的电容 C2-次级回路的阻抗 L1-初级回路的电感 L2-次级回路的电感工程技术训练中心4.1.4 空载时的实际变压器1. 耦合和耦合系数 实际变压器的输出电压： K-耦合系数 U1-输入电压 U2 -测量出的输出电压 N1-初级绕组匝数 N2-次级绕组匝数 在动力技术方面的变压器中，其耦合系数基本上接近于，被看作为无空气隙的传输变压器。 实际变压器的耦合系数小于1。工程技术训练中心4.1.4 空载时的实际变压器2. 磁化电流 变压器的初级加上电压U1时，在初级绕组回路产生空载电流I0。 铁心被反复磁化的过程中产生了热量，即：铁损。 空载电流I0

7、的作用：一部分用于磁化产生交变磁场， 一部分被铁损消耗。 3. 起动电流 用于变压器输入端的保险丝的额定电流必须是变压器额定电流的2倍。 影响空载电流大小的因素： 铁磁材料的导磁率、铁心的涡流/磁滞损耗工程技术训练中心4.1.5 带负载时的实际变压器 1. 漏磁通：产生：负载时，输出绕组中的电流产生反方向的磁通，使输入绕组中的一部分磁通离开铁心进入到空气中。特点：只通过一个绕组。图4.1-9 变压器中的磁通分布工程技术训练中心4.1.5 带负载时的实际变压器 2. 漏磁系数：定义：漏磁通与空载时产生的主磁通的比值，用“”表示。图4.1-9 变压器中的磁通分布 ：漏磁系数 ：漏磁通 1: 主磁通

8、 L : 漏感； L1: 初级电感工程技术训练中心4.1.5 带负载时的实际变压器 变压器的漏磁较大时，其漏磁系数近似等于短路电压与额定电压之比。大多数变压器，其漏磁系数（短路电压与额定电压的比值）按不同的结构型式，分别在0.1 - 0.8（10% - 80%）之间。 图4.1-10 线圈绕组的排列对漏磁系数的影响工程技术训练中心4.1.5 带负载时的实际变压器 3. 负载电压：图4.1-11 变压器的负载实验电路变压器的输出电压取决于负载电流以及负载的类型。 电阻性负载时，输出电压U2只有较小的下降；电感性负载时，输出电压U2比接电阻时下降大； 电容性负载时，输出电压U2上升。工程技术训练中

9、心4.1.6 自耦变压器 结构：只有一个绕组，但具有多个抽头。 功率传送：一部分通过传导传送，一部分通过感应传送。 设计功率（SB）：靠感应传送的功率。 视在功率（SD）：次级额定电压U2和额定电流I2的乘积。 视在功率设计功率。 图4.1-13自耦变压器 变压比：1.2 - 2.0 。 U1 U2： U2 U1：工程技术训练中心 缺点：初、次级绕组直接连接在一起，当高压绕组的绝缘 损坏时，高电压会直接传到副绕组。 使用：在低压边的电气设备必须有防止过高电压的措施。 自耦变压器不能作为安全照明变压器. 使用时要求接线正确，外壳必须接地。 应用：单相自耦调压器，输入：220V，输出：0 - 25

10、0V可调。 注意事项：初次级的公用端接零线。 图4.1-15 自耦变压器的外形结构和电路图 4.1.6 自耦变压器图4.1-17 自耦变压器的错误接法 工程技术训练中心 种类： 三相组式变压器: 三个单相变压器组成, Y或接法。 特点：各相磁路彼此无关；制造方便，便于安装。 常用于地面大容量变压器。 三相芯式变压器：有三个铁芯柱的三相变压器。 特点：各相磁路相互关联；用料少、重量轻、体积小。 4.1.7 三相变压器图4.1-18 三相变压器组 图4.1-19 三相芯式变压器 工程技术训练中心航空三相变压器一般采用卷环E型铁芯。4.1.7 三相变压器三相卷环式铁芯 辐射形卷环铁芯 航空400Hz

11、变压器铁芯结构型式： 叠片卷环E型磁导率高，体积、重量小。 辐射形卷环（Y型）磁路对称，绕组加工复杂。工程技术训练中心4.1.8 变压器的使用1. 变压器的额定值 额定电压：U1NU2N，单位：V或kV 额定电流：I1NI2N，单位：A 额定容量：SN （额定视在功率Se），单位：VA或kVA 额定电压和额定电流的乘积， 表示变压器所具有的传输电能的能力。 单相变压器： 三相变压器： 额定频率：fN ，单位：Hz 航空电源fN400Hz，地面工频fN50Hz。 频率不同的变压器不能互相代用。工程技术训练中心4.1.8 变压器的使用2. 变压器绕组的同名端 ： 线圈上标以 “”的两端称为同极性端

12、或同名端； 当电流从两个线圈的同名端流入或流出时，两者产生的 磁通方向相同； 当磁通变化（增大或减小）时，两个线圈在同名端处的 感应电动势极性也相同。 线圈的同名端还和线圈绕向有关。 图4.1-22 变压器绕组的同名端 图4.1-23 线圈反绕 工程技术训练中心4.1.8 变压器的使用3. 变压器绕组的同名端的判定方法：多绕组变压器同名端的判定 工程技术训练中心4.1.8 变压器的使用外特性曲线U2f（I2）： 负载电压U2和负载电流I2的变化关系。电阻性和电感性负载，U2随I2的增加而下降。在一般变压器中，电压变化率约为5左右。 图4.1-24 变压器的外特性 3. 电压变化率： 变压器从空

13、载到额定负载， 副绕组电压的变化程度。工程技术训练中心4.1.8 变压器的使用 4变压器的损耗和效率：变压器中的总损耗：铜损耗PCu：线圈电阻R消耗的功率I2R。铁损耗PFe：处于交变磁场下的铁心的损耗。 铁损包括铁心的磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗Ph：交变磁场变化一周在铁心的单位体积内产生的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。磁滞损耗的结果：铁心发热。对策：铁心选用磁滞回线窄小的磁性材料硅钢。工程技术训练中心4.1.8 变压器的使用图4.1-25 铁心中的涡流 4变压器的损耗和效率：涡流：变压器绕组中通有交流电时，在铁心内产生感应电动势和感应电流。流动方向：垂直于磁通方向的平面内环行流动。

14、涡流损耗的结果：铁心发热 。对策：在顺磁场方向的铁心由彼此绝缘的硅钢片叠成， 限制涡流只能在较小的截面内流通。 铁心中加入少量的硅，增大电阻率，减小涡流。 工程技术训练中心4.1.8 变压器的使用 4变压器的损耗和效率：变压器的效率：输出功率P2与输入功率P1之比。 P2：变压器的输出功率，P1 ：输入功率。变压器的功率损耗很小，效率通常在95以上。工程技术训练中心电机定义及分类重点：电磁感应原理、转换和传递能量、电磁机械装置l按能量转换观点分l 按飞机上的应用分主电源发电机变压器驱动电动机变流机控制电机工程技术训练中心电机的基本概念绕组：线圈 。小电机-漆包线；大电机-铜条/棒进行绝缘 处理

15、。电枢绕组、励磁绕组、补偿绕组电枢：输入、输出电能进行能量转换的绕组 直流-单相 交流-三相励磁：产生磁场的绕组。交、直流电机均为直流 直流：他励（励磁机或永久磁铁）、 自励（并励、串励、复励） 同步发电机：直流励磁机、静止的励磁（有刷，相复励）、 旋转励磁（无刷，两级/三级，带旋转整流器） 异步电动机：三相交流电通入对称三相绕组产生 旋转磁场工程技术训练中心电机的基本概念气隙：定、转子的间隙，是磁路的一部分。定子/转子、原边/副边、初级/次级铁心：硅钢片，减小涡流，提高导磁率。左手定则：右手定则：工程技术训练中心4-2 直流发电机能量转换：机械能直流电能原理：导体在磁场中做切割磁力线运动，在

16、导体中产生感应电动势。结构：旋转单元电枢；静止单元磁场。原动力：涡轮发动机、燃汽涡轮机、水轮机、内燃机（柴油 机、汽油机）和蒸汽机等。大容量直流发电机飞机上的直流发电机工程技术训练中心直流电机的基本结构之定子部分 定子部分机壳：作为主磁路的一部分导磁和机械支撑主磁极：产生主磁通，励磁绕组+磁极铁心换向极：相邻两主磁极 换向极铁心+换向绕组，换向绕 组与电枢绕组串联，流过电枢电流电刷组件：连接电枢绕组、换向器和外电路工程技术训练中心直流电机的基本结构之转子部分工程技术训练中心4.2.1 直流发电机的结构：1. 磁轭（钢框架）：包括极心、极掌 磁轭的两个功用：在两个磁极之间形成完整的磁路；对发电机的其它部件起机械支撑作用。工程技术训练中心2.励磁绕组：用于产生磁场的N极和S极。 励磁绕组从外部直流电源通电后，在磁轭、极心、极掌、气隙和电枢铁心中将产生磁力线。工程技术训练中心3.电枢：电枢铁心由硅钢片叠成，槽中嵌有铜线绕组；各个线圈的首末端被引出接到整流子相对应的整流片上。4.换向器：由大量的楔形铜片组成，呈圆筒形，用于保持流向外电路的电流方向不改变；片之间的电压不得超过15V。工程技术训练