单元四变压器与电动机 电子教案 电工与电子技术 .doc

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1、单元四：变压器与电动机教学目标知识目标：l 了解变压器的结构和种类，理解变压器的外特性；能判别出变压器原、副绕组的同名端从而正确使用变压器；l 掌握变压器变压、变流和阻抗变换的作用；能根据负载需要正确选择变压器；l 了解电压互感器、电流互感器的作用及使用注意事项；l 掌握三相异步电动机的结构、工作原理；能判别出三相异步电动机定子绕组首末端及电动机的极数；l 理解旋转磁场产生过程，掌握旋转磁场方向与三相电源相序的关系；能正确选择和使用三相异步电动机。能力目标： 能够利用相应的方法检判别变压器绕组的首末端、三相异步电动机绕组的首末端；能正确使用变压器和三相异步电动机。素质目标：通过认识使用新设备，

2、提高学生接受新事物的能力和探索新知识的自信心。教学重点变压器的结构原理、三相异步电动机的结构与原理教学难点旋转磁场的产生，旋转磁场的转速与电动机转速的关系，旋转磁场的教学手段视频演示；实物演示；教学板书；电子课件教学学时8H教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计注 释任务一：变压器（一）变压器的基本结构变压器的主体是由铁心和线圈两部分构成。此外，变压器运行时要发热，应有冷却装置（如油箱），为把各相绕组从油箱内引出，在箱顶装有绝缘套管及其他附件。1.铁心2.绕组绕组是变压器电路，是用绝缘铜线或铝线在铁心柱上绕制而成的线圈。与电源相接从电源吸取能量的绕组称为原绕组（或原边、一次绕组），用表示；

3、与负载连接，对负载供电的绕组称为副绕组（或副边、二次绕组），用表示。3.冷却装置及其他附件一般小容量变压器的热量尚可由绕组和铁心直接散发到周围空气中，这种冷却方式称为空气自冷式。较大容量的变压器则需采用专门的冷却装置，如油浸自冷式，其冷却装置由油箱、油枕、散热器和变压器油组成，变压器油既是冷却介质，又是绝缘介质。对于更大容量的变压器还可采用其他更有效的冷却措施，如用油泵强迫油循环或加风扇吹风冷却。为使绕组的引出线与油箱绝缘，并使其固定、必须穿过绝缘套管。此外，变压器还装有瓦斯继电器、防爆管、分接开关（改变一次绕组匝数）和放油阀等附件。（二）变压器的工作原理1.变压器的空载运行与电压变换变压器的

4、一次绕组接至额定电压、额定频率的交流电源，二次绕组开路(不接负载，=0)的情况，称为空载运行。 如果忽略空载电流在原绕组上的压降和漏抗压降，则有 (4-3) （4-4） 由式以上分析可以得出 2.变压器的负载运行与电流变换变压器的一次绕组接至额定频率的正弦电压，二次绕组接上负载时的运行情况，称为变压器的负载运行。变压器有载运行时，原、副绕组的电流数量关系为： = 3.变压器的阻抗变换作用 在电子线路中，常利用变压器的阻抗变换功能来达到阻抗匹配的目的。= （三）特殊用途变压器1.自耦变压器自耦变压器的工作原理与双绕组变压器基本相同，设原绕组匝数为 ，副绕组匝数为。 = 2.电压互感器电压互感器原

5、理如图4-7（a）所示，使用时匝数多的原边与被测线路并联，即施加被测电压，而匝数较少的副边绕组接入电压表或功率表的电压线圈。互感器工作时相当于空载运行，原副绕组电压之比称为变比，并用额定电压的比值形式标注在铭牌上。为方便，副绕组的额定电压一般设计为100 V。电压互感器的变比为=3.电流互感器电流互感器的原绕组匝数少，与被测电路串联；副绕组匝数多，与电流表或功率表的电流线圈串联。（四）变压器的外特性与效率当原边电压U1一定，负载功率因数cos2为常数时，U2和I2的变化关系曲线称为变压器的外特性。变压器的输出功率效率P2与输入功率P1之比称为变压器的效率，通常用百分数表示。即（五）变压器绕组同

6、名端的判别我们把原、副绕组电位瞬时极性相同的端点称为同极性端，也称同名端，通常用符号“”表示。已制成的变压器、互感器等设备，通常无法从外观上看出绕组的绕向，若使用时要知道其同名端，可用实验法来测定。1.直流法2.交流法强调注意事项教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计备注任务二 三相异步电动机（一） 三相异步电动机的结构1. 定子图4-11三相异步电动机外形结构图1-定子绕组 2-轴承盖 3-轴 4-轴承 5-定子铁心6-定子外壳 7-转子铁心 8-转子导体 9-端环 10-冷却风扇 11-机座定子绕组是电动机的电路部分，通常由漆包线或纱包线绕制而成，按一定规律嵌入铁心线槽内，并将其连接成

7、3组，使之对称分布于铁心中。三相异步电动机的定子绕组中每一相都有两个出线端，首端用A、B、C表示，末端用X、Y、Z表示。2.三相异步电动机定子绕组首尾端判别方法 先用万用表的挡测出每相绕组的两个引出线头。做三相绕组的假设编号U1 、V1 、W1 、U2、V2、W2 。再将三相绕组假设的三首三尾分别联结在一起，接上万用表，用毫安挡或微安挡测量，如图4-14 所示。用手转动电动机的转轴，若万用表指针不动，则假设的首尾端都正确。若万用表指针摆动，说明假设编号的首尾有错，应逐相对调重测，直到万用表指针不动为止，此时联在一起的三首三尾均正确。 (a) (b)图4-14万用表判别电动机定子绕组首尾端 图4

8、-15万用表判别定子绕组首尾端方法二 （a）指针不动首尾端正确 （b）指针摆动首尾端不正确另一种方法是：做好假设编号后，将任一相绕组接万用表毫安（或微安）挡，另选一相绕组，用该相绕组的两个引出线头分别碰触干电池的正、负极，若万用表指针正偏转，则与干电池负极相接的引出线头和红表笔所接的线头同为首（或尾）端，如图4-15所示。用同样的方法找出第三相绕组的首（或尾）端。2. 转子异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴等组成。（二）三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机是依靠旋转磁场与转子导体中的感应电流相互作用而转动的。1. 旋转磁场的产生2.旋转磁场的转速和方向由以上分析可以看出，异步电动机

9、定子绕组中的三相电流所产生的合成磁场是随着电流的变化在空间不断旋转，形成一个具有一对磁极（磁极对数=1）的旋转磁场。三相电流变化一个周（即变化电角度），合成磁场在空间旋转一周（） （r/min）3.转差率旋转磁场的转速与转子转速之差与同步转速之比定义为异步电动机的转差率，通常用百分数表示，即 （三）三相异步电动机的转矩和机械特性1.电磁转矩异步电动机的电磁转矩是由转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用而产生的。与磁通和转子电流 的有功分量成正比。即 （4-19）式中，KT是一个与电动机结构有关的常数。 为了进一步对电磁转矩进行分析，通过理论分析可以推导出电磁转矩与某些可变参数有关的表达式（推导过

10、程可参看电机学，此处略），即 任务三 三相异步电动的控制（一）鼠笼式异步电动机的起动方法 （1）直接起动直接起动就是将额定电压直接加到定子绕组上使电动机起动，又称全压起动。（2）降压起动 （2）降压起动 并不是降低电源电压，而是采用某种方法，使加在电动机定子绕组上的电压降低。1）星-三角(Y-)起动2）自耦变压器降压起动 3）软起动软起动是近年来电力电子技术发展而出现的新技术，起动时通过软起动器（一种晶闸管调压装置）使电压从某一较低数值逐渐上升至额定值，起动完毕再用旁路接触器（一种电磁开关）使电动机正常运行。（二）.绕线式转子异步电动机的起动方法 绕线式异步电动机可以通过滑环与电刷在转子电路接

11、入起动变阻器的方法起动。（三）电动机的制动 电气制动是指电动机获得一个和转子旋转方向相反的制动转矩，从而使电动机能迅速减速和停止。常用电气制动方法有回馈制动、反接制动和能耗制动等。1回馈制动异步电动机在运行中，当转速大于同步转速时，此时电动机犹如一个感应发电机，由于旋转磁场方向未变，而，所以转子切割磁场的方向改变了，转子感应电动势、感应电流、电磁转矩的方向都发生了变化，相应的电磁转矩也变成了制动转矩。2. 反接制动电源反接制动的方法是：运行的电动机需要停止时，断开原相序电源改接成反相序电源3.能耗制动能耗制动的方法是：将运行的电动机脱离电源后，立即将定子绕组接通直流电源，如图4-30所示。这时

12、在定子与转子之间形成固定的磁场，此时转子由于机械惯性继续旋转，根据右手定则和左手定则可确定出，此时转子内的感应电流与恒定磁场相互作用所产生的电磁转矩的方向与转子转动方向相反，是一个制动转矩。在此制动转矩作用下，电动机转速迅速下降至停止。这种制动方法是将转子的动能变为电能，消耗在转子电阻上，所以称为能耗制动。 （a） (b) 图4-30 能耗制动电路及原理本 章 小 结1.各种变压器结构大致相同，主要由铁心和绕组两部分构成。改变变压器的变比，即一、二次绕组的匝数，可实现变电压、变电流和变阻抗的作用，自耦变压器、调压器、仪用互感器是特殊变压器，应根据变压器的额定值和技术要求来选择和使用变压器。2.

13、三相异步电动机主要由定子和转子两大部分构成。其工作原理基于两点：一是气隙中有旋转磁场存在，它是由三相对称交流电流通入对称定子绕组产生的，其转速为 ，而旋转方向由通入定子绕组的三相电流的相序决定；二是转子绕组中有感应电流存在， 进而产生电磁转矩，驱动转子旋转， 转子转速为， ， 其转差率为，电动状态时01。3.三相异步电动机的机械特性=曲线常用来分析电动机的拖动问题，它有固定机械特性和人为机械特性之分。4.笼型异步电动机起动方法有直接起动和降压起动；对三相绕线转子异步电动机常用的有转子串电阻和串频敏变阻器两种起动方法。异步电动机制动有机械制动和电气制动方式，电气制动方法有发电反馈制动、反接制动和能耗制动。根据生产机械和生产过程的需要，电动机在运行过程中需要调速，异步电动机调速方法有变频调速、变极调速、改变转差率调速等方法。通过视频，讲解电动机的结构通过视频，说明旋转磁场产生的原理。引导学生分析比较各种启动电路9第 页