《变压器与电动机》PPT课件.ppt

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1、4.3 4.3 三相异步电动机三相异步电动机4.1 4.1 磁路和交流铁芯线圈磁路和交流铁芯线圈4.2 4.2 变压器变压器4.4 4.4 三相异步电动机的控制电路三相异步电动机的控制电路第第4 4章章 变压器与电动机变压器与电动机4.5 4.5 直流电动机直流电动机4.6 4.6 可编程控制器（可编程控制器（PLCPLC）简介）简介4.1.1 4.1.1 磁路的基本物理量磁路的基本物理量SBF F=磁感应强度（磁通密度磁感应强度（磁通密度）：）：B：单位：特斯拉单位：特斯拉（T）磁通磁通：F F：单位：韦伯单位：韦伯（Wb）磁场强度磁场强度：H：单位：安单位：安/米米（A/m）磁导率磁导率：

2、单位：亨单位：亨/米米（H/m）l IBF=表征各种材料导磁能力的物理量表征各种材料导磁能力的物理量 BH=4.1 4.1 磁路和交流铁芯线圈磁路和交流铁芯线圈 真空中的磁导率真空中的磁导率()()为常数为常数0m称为这种材料的相对磁导率称为这种材料的相对磁导率 一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空中的磁导率和真空中的磁导率 0之比之比，则称为铁磁材料则称为铁磁材料，则称为非铁磁材料则称为非铁磁材料-70104=pm非铁磁材料非铁磁材料：磁导率低，如：磁导率低，如空气、铝、铜、胶木空气、铝、铜、胶木；铁磁材料铁磁材料：磁导率高，如：磁导率高，如铁、镍、钴、硅钢、铁氧体铁、镍、钴、硅钢、铁氧

3、体。磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路：主磁通所经过的闭合路径。F F 线圈通入电流后，产生线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。磁通，分主磁通和漏磁通。F F：主磁通主磁通 F F：漏磁通漏磁通铁芯铁芯（导磁性能好（导磁性能好 的铁磁性材料）的铁磁性材料）线圈线圈(4)(4)磁路及磁路基本定律磁路及磁路基本定律i常见电磁设备的磁路常见电磁设备的磁路I （a a）变压器）变压器 （b b）电动机）电动机 （c c）继电器）继电器IIa.a.安培环路定律安培环路定律 在磁路中，沿任何闭合路径，磁场强度的线积分等于与该闭在磁路中，沿任何闭合路径，磁场强度的线积分等于与该闭合路径交链的电流的代

4、数和。合路径交链的电流的代数和。该式表明磁场强度与磁场经历的路径成反比，因为路径越长，磁该式表明磁场强度与磁场经历的路径成反比，因为路径越长，磁场越分散，各点磁场越弱。所以在允许的情况下应尽可能缩短磁场越分散，各点磁场越弱。所以在允许的情况下应尽可能缩短磁场经历的路径。场经历的路径。磁路基本定律磁路基本定律b.b.磁路欧姆定律磁路欧姆定律 在圆环形铁芯中，当圆环半径较小时可近似认为圆环内在圆环形铁芯中，当圆环半径较小时可近似认为圆环内磁场为均匀磁场，则其内部磁通磁场为均匀磁场，则其内部磁通该式称为该式称为磁路欧姆定律磁路欧姆定律 称为磁动势，称为磁动势，称为磁阻。分别对应电阻元件称为磁阻。分别

5、对应电阻元件在电路中的电动势和电阻，故称此式为磁路欧姆定在电路中的电动势和电阻，故称此式为磁路欧姆定律律：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通u e ei4.1.2 4.1.2 交流铁芯线圈交流铁芯线圈交流励磁交流励磁：线圈中上加正弦交流电压，励磁电流为交流电：线圈中上加正弦交流电压，励磁电流为交流电流流 产生交变磁通产生交变磁通 在线圈中产生感应电动势在线圈中产生感应电动势u i（i N）e=-Ndd te =-Nd d t电流与磁通方向符合右手螺旋法则电流与磁通方向符合右手螺旋法则电路方程：电路方程：eeuuR-+-+=)()(：漏磁通，很小；漏磁通，很小；R：线圈电阻，线圈电阻，很小，很小，基本电

6、磁关系基本电磁关系u e ei假设假设则则tfNmw wp pcos2=最大值最大值有效值有效值mmfNUU44.42=tNumw ww wcos mmfNUp p2 mNfUF F44.4 当外加电压当外加电压U、频率、频率 f 与线圈匝数与线圈匝数N一定时，一定时，便一定。与便一定。与磁路的导磁材料和尺寸无关。磁路的导磁材料和尺寸无关。m m 交流磁路的特点交流磁路的特点mR 一定，磁动势一定，磁动势IN 随磁阻随磁阻 的变化而变化的变化而变化；mRIN=2 2涡流损耗涡流损耗 交流铁芯线圈的交变磁场穿过铁芯，铁芯本身是导电的，在铁芯内部产交流铁芯线圈的交变磁场穿过铁芯，铁芯本身是导电的，

7、在铁芯内部产生旋涡状的感应电流，称为涡流。涡流在铁芯内循环流动，在铁芯电阻产生生旋涡状的感应电流，称为涡流。涡流在铁芯内循环流动，在铁芯电阻产生热消耗，称为涡流损耗。热消耗，称为涡流损耗。在电机、变压器等电磁设备中应尽可能减小涡流损耗，采用在电机、变压器等电磁设备中应尽可能减小涡流损耗，采用硅钢片叠起硅钢片叠起来做铁芯来做铁芯。一方面加长涡流路径，提高电阻减小涡流；另一方面加入硅提高。一方面加长涡流路径，提高电阻减小涡流；另一方面加入硅提高铁芯电阻率。铁芯电阻率。也有很多利用涡流工作的场合。工业生产中高频感应炉利用涡流加热、也有很多利用涡流工作的场合。工业生产中高频感应炉利用涡流加热、冶炼金属

8、；生活中电磁炉也是利用涡流加热。冶炼金属；生活中电磁炉也是利用涡流加热。变压器功能：变压器功能：变电压：变电压：主要用于输、配电电路主要用于输、配电电路 变阻抗：变阻抗：主要用于电子技术领域主要用于电子技术领域 变电流：变电流：主要用于电工测量主要用于电工测量 4.2 4.2 变压器变压器单相变压器单相变压器铁芯铁芯原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组4.2.1 4.2.1 变压器的基本结构变压器的基本结构铁芯：变压器的磁路。铁芯：变压器的磁路。高、低压绕组高、低压绕组.原边（一次绕组）：原边（一次绕组）：接电源的绕组接电源的绕组副边（二次绕组）：副边（二次绕组）：接负载的绕组接负载的绕组变压器符

9、号变压器符号：2 2 变压器的工作原理变压器的工作原理工作过程工作过程u2i1 N1u1i2 N2N1N2e1e2接上接上交流电源交流电源原边电流原边电流 i1等于等于励磁电流励磁电流 i10 产生感应电动势产生感应电动势1i i10 产生磁通产生磁通 （交变）（交变）（1 1）电压变换原理）电压变换原理3.3.变压器的功能变压器的功能结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。K为变比为变比1u根据交流铁芯线圈的电磁关系分析可得：根据交流铁芯线圈的电磁关系分析可得：mNfE1144.4=U1mNfE2244.4=U2空载运行空载运行 ：原边接入电源，副边开路。：原

10、边接入电源，副边开路。有载运行有载运行 ：副边接入负载。：副边接入负载。E1 U1E2 U2忽略线圈电阻和漏磁通的影响忽略线圈电阻和漏磁通的影响所以，电压比为所以，电压比为(2)(2)电流变换原理电流变换原理ZNiNiNi02211+因为：因为：空载时：空载时：励磁电流是励磁电流是：i0磁动势是磁动势是：i0N1有载时：有载时：励磁电流是励磁电流是：i1 与与 i i2 磁磁动势是动势是：i1N1+i2N2所以：所以：当电源电压的大小和当电源电压的大小和频率一定时，铁芯中频率一定时，铁芯中的磁通大小一定。的磁通大小一定。产生同样磁通产生同样磁通的磁动势相等的磁动势相等磁势平衡方程式：磁势平衡方

11、程式：44.411mNfU 由于变压器铁芯材料的导磁率高，空由于变压器铁芯材料的导磁率高，空载励磁电流很小，可忽略载励磁电流很小，可忽略 。0i 0Z0+11NI22NI11NI22NI -NiNiNi02211+即：即：1 1）原、副边电流的大小与匝数成反比；）原、副边电流的大小与匝数成反比；结论结论2 2）副边电流取决于负载，原边电流取决于副边电流。）副边电流取决于负载，原边电流取决于副边电流。ZRL i2 i1 负载电阻增大时，原边电流如何变化？负载电阻增大时，原边电流如何变化？变压器的额定容量：变压器的额定容量：=2NNUS2NILZ(3)(3)阻抗变换原理阻抗变换原理22IUZL=u

12、1i1 22222211KZKIUKIKUIUZLL=等效等效：输入电路的电压、电流和功率不变，直接接在电源：输入电路的电压、电流和功率不变，直接接在电源 上的阻抗模上的阻抗模 等于接在变压器副边的负载阻抗模等于接在变压器副边的负载阻抗模（1 1）变压器外特性）变压器外特性 理想变压器当理想变压器当外接负载发生变化外接负载发生变化时，副绕组电压时，副绕组电压U2不变，而不变，而实际变压实际变压器由于绕组内阻及器由于绕组内阻及漏磁通影响，当负漏磁通影响，当负载变化时，载变化时，U2随之随之变化。变化。外特性是指保持电源电压外特性是指保持电源电压U U1不变，不变，U U2随随I I2的变化关系的

13、变化关系4.2.2 变压器外特性与效率变压器外特性与效率从空载到额定负载，副绕组电压的变化程度从空载到额定负载，副绕组电压的变化程度用电压变化率用电压变化率 表示表示4.2.2 变压器外特性与效率变压器外特性与效率 当电源电压不变时，随着副绕组电流的增加，原副绕组上当电源电压不变时，随着副绕组电流的增加，原副绕组上的电压降便增加，从而使副绕组的端电压发生变动。当电源电的电压降便增加，从而使副绕组的端电压发生变动。当电源电压和负载功率因数为常数时，压和负载功率因数为常数时，U2和和I2的变化关系称为变压器的的变化关系称为变压器的外特性。如图所示。外特性。如图所示。0 U2 I2U20I2N 通常

14、希望电压通常希望电压U2的变动的变动愈小愈好。从空载到额定负愈小愈好。从空载到额定负载，副绕组电压的变化程度载，副绕组电压的变化程度用电压变化率用电压变化率U表示，表示，在一般变压器中在一般变压器中电压变化率约为电压变化率约为5%左右。左右。返回返回（1 1）变压器外特性）变压器外特性(2)变压器的损耗与效率和交流铁心线圈一样，变压器的功率损耗包括铁和交流铁心线圈一样，变压器的功率损耗包括铁心中的心中的铁损铁损和和铜损铜损两部分。两部分。铁损的大小与铁心内磁感应强度的最大值铁损的大小与铁心内磁感应强度的最大值Bm有关，与有关，与负载的大小无关，而铜损则与负载的大小有关。负载的大小无关，而铜损则

15、与负载的大小有关。变压器的效率：变压器的效率：式中，式中，P2为变压器的输出功率，为变压器的输出功率，P1为输入功率为输入功率返回返回1.1.自耦变压器自耦变压器P4.2.3 4.2.3 特殊变压器特殊变压器使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。N2连续可调，连续可调，U2连续可调。连续可调。注意注意 接通电源前，确保滑动触头处于零位；接通电源前，确保滑动触头处于零位；接通电源后，应慢慢滑动调压手柄；接通电源后，应慢慢滑动调压手柄；输入输出边不得接错，电源不准接在滑动触输入输出边不得接错，电源不准接在滑动触头侧。头侧。2.2.电流互感器电流互感器（被测电流被测电流）N1（匝数少匝数少）N2（匝数多匝数多）ARi1i2电流表电流表被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N11 1）副边不能开路，以）副边不能开路，以防产生高电压；防产生高电压；使用注意事项：使用注意事项：用低量程的电流表测大电流用低量程的电流表测大电流2 2）铁芯、低压绕组的）铁芯、低压绕组的一端接地，以防在绝一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出缘损坏时，在副边出现过压。现过压。特殊变压器特殊变压器 负载A被测电路