电机与变压器

电机与变压器
曹民 2016年9月
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绪论
1、电机工业的兴起与发展 2、我国电机制造工业的发展概况 3、电机在国民经济中的作用 4、电机的主要类型 5、本课程的任务和学习方法
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电机工业的兴起与发展
19世纪奥斯特发现电流周围存在磁场 法拉第发现电磁感应现象 世界第一台发电机的问世-----电力时代到来 20世纪，电机电磁、发热过程理论深入研 究，新材料新工艺新技术不断涌现，电机 容量大增，冷却技术改进，工业体系不断 完善，电机制造业大踏步的飞跃发展。
变压器的作用
1、变压：U1/U2=N1/N2=K 2、变流：I1/I2=N2/N1=1/K 3、变阻抗：Z1/Z2=K2
变压器的外特性及电压调整率
当变压器一次侧端电压U1，和负载的 功率因数COSψ2一定时，二次侧绕组 输出电压U2与负载电流I2的关系，称 为变压器的外特性。 变压器从空载到额定负载运行时，二 次绕组输出电压的变化量△U与空载 额定电压U2N的百分比△U%=△U/U2N
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变压器原理
1、变压器的结构及其分类 2、变压器的基本原理 3、变压器的外特性和电压调整率 4、变压器的空载实验和短路实验 5、变压器的损耗和效率 6、变压器的铭牌 7、理想变压器的相关公式
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变压器的结构
变压器主要组成部分是 铁心和绕组，为变压器的器 身。为改善散热条件，还有变 压器的附件。
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变压器中各量的关系（理想）
U1=E1=4.44fN1Φm U20=E2=4.44fN2Φm
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几个定律
e=NΔΦ/Δt（法拉第电磁感应定律）解决了感生电动 势的大小问题。 EP=4fNΦm
E=4.44fNΦm E=1.11EP K=U1/U20=N1/N2 楞次定律解决了感生电动势方向问题
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三相变压器 三相变压器可以由三个单相 变压器组成。 三相变压器也可以将三个铁 心柱和铁轭组成三相一体心 式变压器。
三相变压器磁路
1、三相变压器组磁路 2、三相一体心式变压器磁路 3、三相五柱式壳式变压器磁路 φu+φv+φw=0
变压器绕组的极性
1、是指变压器一次、二次绕组中 的感应电动势之间的相位关系。 2、在同一交变磁通作用下，两绕 组中同时产生感应电动势，在任 何时刻同时具有相同电动势端子 为同极性端（同名端）
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我国电机工业发展状况
我国封建社会禁锢了自然科学的发展，西方资本主 义国家对我国的殖民政策，使我国工业发展缓慢。 新中国成立，我国电机工业得到飞速的发展，十年 时间，制造50000KW汽轮发电机，725000KW水轮 发电机，120000KVA变压器2000KW电动机。1961 年交流电动机正式投产，1982年异步电动机正式生 产，直流电动机接近世界先进水平，电机工业形成 完整的现代化制造工业体系。 今天，电气机车（高铁）在世界上有很强的竞争 力。
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三相变压器的连接
星形连接(Y)（y） 三角形连接（D）（d） 1、Yy（2、4、6、8、10、12） 2、Yd（1、3、5、7、9、11） 3、Dy (1、3、5、7、9、11） 4、Dd（2、4、6、8、10、12） 计24种联接组别
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电压互感器结构和工作原理
结构：与双绕组变压器结构相似， 由铁心和一次、二次绕组组成。一 次绕组匝数较多，并联在被测电路 中，二次绕组匝数较少，与电压表 连接。U1=KUU2
三相异步电动机结构
定子 1、定子铁芯 2、定子绕组 3、电机机壳、机座、端盖、防护罩等 转子 1、转子铁芯 2、转子绕组 3、转轴、风叶、轴承等
变压器的铁心结构
1、铁心（由硅钢片叠加而成） 铁心结构： 1）、心式结构 2）、壳式结构 铁心叠片形式 1）、条形、口形、E形、F形、C形、O形 2）、渐开线式
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变压器的绕组结构
2、绕组（由漆包线或绕包线） 绕组分高压绕组和低压绕组 1）、同心绕组 （圆筒式、分段式、螺旋式、连续式） 2）、交叠式绕组
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变压器按绕组结构分类
2、按绕组结构分类： 1）、双绕组变压器 2）、三绕组变压器 3）、多绕组变压器 4）、自耦变压器
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变压器铁心结构分类
3、按铁心结构分类： 1）、心式变压器 2）、壳式变压器
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变压器按相数分类
4、按相数分类： 1）、单相变压器 2）、三相变压器 3）、多相变压器
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变压器按调压方式分类
5、按调压方式分类 1）、无励磁调压变压器 2）、有载调压变压器
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变压器按冷却方式分类
6、按冷却方式分类 1）、干式变压器 2）、油浸自冷变压器 3）、油浸风冷变压器 4）、强迫油循环冷却变压器 5）、强迫油循环导向冷却变压器 6）、充气式变压器
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变压器的负载运行
一次侧电压平衡方程:U1=-E1+I1Z1 变压器磁通势平衡方程式： N1△I1+N2I2=0 △I1=-N2I2/N1 一次侧的电流I1=I0+△I1=I0-N2I2/N1
一次侧的磁通势为：N1I1=N1I0-N2I2
N1I1+N2I2=N1I0（磁通势平衡方程）
2、变压器的空载运行
1、变压器有关各量正方向的规定 在一次侧电流的正方向与电压的正方向一致 磁通正的方向与电流的正方向符合右手螺旋定则 绕组感应电动势的方向与产生该感应电动势磁通 的方向符合右手螺旋定则 在二次侧电流的方向与感生电动势的方向一致 端电压的正方向与电流的正方向一致
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各部分的作用
定子部分 1、定子铁芯：磁路的一部分。 2、定子绕组：电路的一部分。产生旋转磁 场 3、电机机壳、机座、端盖、防护罩等 支撑作用、保护作用、通风散热。
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各部分的作用
1、转子铁芯、磁路的一部分 2、转子绕组，形成感生电流，产生电磁转 矩。鼠笼式和绕线式。 3、转轴、风叶、轴承等 输出电磁力矩、冷却作用，减少摩擦，支 承作用
8、按交流电频率分类 1）、工频变压器 2）、中频变压器 3）、高频变压器（脉冲变压器）
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变压器的基本原理

1、变压器的基本工作原理 2、变压器的空载运行 3、变压器的负载运行 4、变压器的作用
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1、变压器的基本工作原理
1）、变压器的一次侧通过交变电流i1 2）、交变电流会产生交变的磁通φ 3）、在一次侧和二次侧线圈中产生感应电 动势e1、e2 4）、二次侧接通回路，则回路中产生交变 的电流i2 总之：变压器是根据电磁感应原理工作 的。他是电能传递的电磁转换装置。 注意：变压器只能传递交变电能，不能传 2018/1/22 20 递稳恒电流能量
运行条件规定的原因
1、变压器变压比不等时的并联运行： 会在二次侧绕组中形成环流（平衡电流） 危害：1、增大空载损耗 2、输出电流不同，发生过载和轻载 2、短路电压不等时的并联运行： 二次侧阻抗不同，有负载运行时，变压器 输出端电压不等，二次绕组有内环流产 生。发生过载和轻载。
特种变压器
常用的特种变压器： 互感器（电压互感器、电流互感器） 自耦变压器 交流弧焊变压器 三绕组变压器 小功率变压器
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电机在国民经济中的地位
电力工业： 机械、矿产、冶金、化工、其他工业企业： 交通、国防、农、渔、牧、付等行业： 医疗、教育、办公自动化等领域： 航天、航海、通讯、广播、计算机等： 全民的日常生活中： 电机在人们的衣、食、住、行中，已经渗透到千 家万户，你、我、他（她、它）。
Fe
U
2、效率：η=p2/p1
3、当变压器的铜损=铁损时，变
压器的效率最高。
变压器的铭牌 1、型号 6、短路电压 2、额定容量 7、温升 3、额定电压 4、额定电流 5、额定频率
热轧与冷轧的区别
(1)冷轧硅钢片的磁饱和点高，磁通密度在 1．9T(19000Gs)时开始饱和；热轧硅钢片 的饱和点约为1．6T(16000Gs)。 (2)在磁通 密度及频率相同的情况下，冷轧硅钢片比 热轧硅钢片的单位损耗低。
变压器的空载实验
目的：1、测定变压器的变压比K 2、测定变压器的空载电流I0和空 载损耗p0 1、K=U1N/U2N 2、p0=p 3、Zm=U1N/I0
Fe
变压器的短路实验
目的：1、测定变压器的额定铜损 耗pC N 2、测定短路电压Uk 3、测定短路阻抗Zk
U
变压器的损耗及效率 1、损耗（铁损和铜损） 2 铁损p =P0 PCU=β PC N
五种标准联结组
1、Yyn0 2、Yd11 3、Ynd11 4、Yny0 5、Yy0 Y/YN-12 Y/△-11 YN/△-11 YN/Y-12 Y/Y-12
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三相变压器的并联运行
1、并联运行的优越性： 一、保证供电的可靠性。 二、提高运行的经济性。 2、并联运行必须满足的条件： 一、变比K 相等 二、短路电压Uk相等 三、连接组别必须相同
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变压器按容量分类
7、按容量分类 1）、小型变压器（630KVA以下） 2）、中型变压器（800KVA—6300KVA） 3）、大型变压器（8000KVA－63000KVA) 4）、特大型变压器（900000KVA以上）
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变压器按交流电频率分类
互感器
用于测量高电压或大电流的电路 中：优点：1、与高压隔离，保证 人身和测量仪表的安全。 2、便于测量仪表标准化，扩大量 程，提高测量精度。 3、减少测量中的能量损耗。
电流互感器的结构和工作原理
结构：同双绕组变压器相似。由 铁心和一次、二次绕组组成。一 次绕组匝数很少，串联在被测线 路中。二次绕组匝数多，与电流 N 2 表相接。I1=KiI2= N 1 I2
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在ωt=π/2时，经过了四分之一周期，iu由 零变为最大值，电流由首端U1流入，末 端U2流出；iv仍为负值，U相电流方向与 （1）时一样；iw也变为负值，W相电流 由W1流出，W2流入，其合成磁场方向 如图（d）②所示，可见磁场方向已经较 ωt=0时按顺时针方向转过90°。
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变压器附件
电力变压器附件 （油箱、储油柜、分接开关、安全气道、 气体继电器、绝缘套管等） 作用：保证变压器的安全运行和可靠运 行。
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电力变压器
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变压器按用途分类
1、按用途分类： 1）、电力变压器（升压变压器、降压变压 器、配电变压器、厂用变压器） 2）、特种变压器（电炉变压器、整流变压 器、弧焊变压器） 3）、仪用变压器（电压互感器、电流互感 器） 4）、实验用高压变压器、调压器
同极性端的判断
1、一次、二次绕组绕向一致的端子为 同名端。 2、利用楞次定律来判断同名端。 3、电压表法。 4、灵敏电流计法。
三相变压器极性的判断
1、将三相变压器两相绕组串联，接一 直流电源，用一电压表测量第三相绕 组两端电压，若通电的瞬间，电压表 读数为零，则接电源的两端子，是同 名端。否则，是异名端。 2、交换三相绕组，重复测量，找出三 相绕组的同名端。
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三相异步电动机的结构
旋转磁场产生原理
三相异步电动机的定子铁芯中放置 三相结构完全相同的绕组U、V、 W，各相绕组在空间上互差120°电 角度，如下图所示，向这三相绕组 通入对称的三相交流电，如图（b） （c）所示。下面我们以两极电动机 为例说明电流在不同时刻时，磁场 在空间的位置。