电工电子技术课件第5-6章

2. 磁通 等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的
面积S的乘积。
- 标量 单位：Wb 对于均匀磁场 =B•S
（韦[伯]）
3. 磁导率 真空磁导率 0= 410–7 H/m （亨/米）
相对磁导率 r=/0 对于铁磁材料 r=102 105
铁磁材料广泛应用在变压器、电机、电工仪表等。
4. 磁场强度 H 定义：H=B/ 单位：A/m (安/米)
3.变压器的主要额定值
（1） 额定容量（VA、KVA）
单相变压器 SN U1N I1N U2N I2N 三相变压器 SN 3U1N I1N 3U2N I2N （2）额定电压（V、KV）
U1N 原绕组的额定电压。
U2N 原绕组加U1N时，副绕组的开路电压。 三相变压器为线电压。
（3）额定电流（A）
额定电压： U1N 原绕组的额定电压。 U2N 原绕组加U1N时，副绕组的开路电压。 三相变压器为线电压。 额定电流： I1N 原绕组的额定电流。 I2N 副绕组的额定电流。 三相变压器为线电流。 5. 三相变压器常用的接线方式：
Y,yn(Y/YO)、Y,d(Y/△) 、YN,d (YO / △ )
按相数分: 单相、三相和多相变压器。 按结构分: 心式变压器、壳式变压器。 按冷却方式分: 自冷变压器、油冷变压器。
5.2.2 变压器的基本结构
变压器主 变压器铁心: 硅钢片叠压而成
要组成部 变压器绕组: 原边(一次线圈、高压绕组)
分
副边(二次线圈、低压绕组)
其它部件: 油箱、冷却装置、保护装置等
1.定子 三相异步电动机的定子
是由机座、定子铁心和定
子绕 组组成。
机座
定子绕组
定子铁 心冲片
铁心
U1 （U相） U2 三相定子绕组
2. 转子 三相异步电动机的转子
是由转子铁心、转子绕 组 和转轴组成。
转子绕组 转轴 铁心
转子铁心 冲片
笼型转子
去掉铁心后的转子导条
根据转子绕组 结构的不同分 为：
笼型转子（转子铁心槽内嵌有铸铝导条） 绕线型转子（转子铁心槽内嵌有三相绕组）
第5章
磁路和变压器
5.1 磁路的基本概念 5.2 变压器的用途与结构 5.3 变压器 5.4 殊变压器 第5章 小结
5.1 磁路的基 本概念
5.1.1 磁路的基本物理量 5.1.2 磁路的欧姆定律 5.1.3 交流铁心线圈
电工设备中常见的磁路及铁心线圈
铁心
铁
心
S
–
+ N
变压器
绕
组
电机
绕 组
5.1.1 磁路的基本物理量
线圈
铁心
铁心
线圈
壳式变压器
心式变压器
同心式绕组 交叠式绕组
低压绕组 高压绕组
低压绕组 高压绕组
5.3 变压器
5.3.1 变压器的工作原理 5.3.2 变压器的使用 *5.3.2 变压器线圈极性的测定
5.3.1 变压器的工作原理
原绕组
i1
主磁通
副绕组 i2
+
u1
–
e1 e1
NN
1
2
e2 e2
–
u2 ZL
6.1.2 旋转磁场
1.旋转磁场的产生
定子 绕组
三相异步电动机的定子 铁心中放入三相定子绕 组。
接入三相对称电源。
W1
i iu iv iw
0
2 t
iu iv
Im Im
sint sin(t
-
120O
)
iw Im sin(t 120O )
U1
V2
W2
U2
V1
iu
U1
iv
iw
V1
W1
定子绕组Y接
E2 = 4.44 f N2 m
U1 U20
- E1 E2
—UU2–10= –EE—12 = –44—..4444–—ff NN–12—–mm = –NN—12
变压器变比 变压器带载工作时
—UU2–10 = –NN—21 = K
UU—12 – ≈ –NN—21 = K
2. 电流变换
i1
+
u1
–
e1 e1
N
只要电压U不变,就要求磁
U E = 4.44 f Nm 通m不能变。
3. 变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。
U—1– ≈ –N—1 = K U2 N2
I1 N2 1 I 2 N1 K
4. 变压器的主要额定值
Z1 K 2 Z2
额定容量：单相变压器 SN U1N I1N U2N I2N
三相变压器 SN 3U1N I1N 3U2N I2N
主磁通 漏磁通
Em Nm 2fNm
感应电动势的有效值：
E
Em 2
2fNm
2
4.44
fNm
2. 外加电压与电动势及磁通的关系
由KVL： u= iR– e – e U E = 4.44 f Nm
∵R和 e 很小 当电源频率和线圈匝数一定时，只要
u –e
电压U不变,就要求磁通m不能变。
铁心线圈的功率损耗 = 铜损 + 铁损 铜损：线圈导线电阻产生的损耗
6.1 三相异步电动机 的结构与转动原理
6.1.1 三相异步电动机的结构 6.1.2 旋转磁场 6.1.3 三相异步电动机的运转原理
异步电动机是把交流电能转变为机械能的动力机械， 广泛应用于工业（如：机床、纺织机械、起重机、矿山 机械等）、农业（脱粒机、粉碎机、水泵及加工机械 等）、家用电器（电风扇、空调、洗衣机、电冰箱及小 功率电动工具等）。
被测 电流
流的量程。
N1
I1 N2 1 I2 N1 K
I1 KI 2
通常电流表的表盘上直
N2
接标出被测的电流值。
A i2
注意
测量时副绕组电路不允许开路，否则，
副边会有很高的感应电动势，危及设备及人
身安全。
第 5章
小结
1. 磁路欧姆定律：
F
Rm
2. 交流铁心线圈外加电压与电动势及磁通的关系
的关系曲线称为变压器的外特性。
电压变化率 U U20 - U2 100%
U 20
（电压变化率越小越好，一般在5%左右）
2. 变压器的损耗与效率
损耗 P PCu PFe
铜损 PCu R1I12 R2I22
效率 P2
P2
P1 P2 PCu PFe
铁损 PFe与Bm、f有关
电力变压器 = (9099)%
16
N2 30
Z1 K 2 Z2 202 16 6400
6400 ( 600)2 4 N 2
N2 15匝
例5.2 有一单相容量为10kVA、额定电压3300/220V
的变压 器。问：（1）变压器的变比；原、副边额定电
流是多少？（2）副边接220V、40W的白炽灯，如变压器
在额定状态下运行，可接多少盏？ （3）如果副边接的
5.4 特殊变压器
5.4.1 自耦变压器 5.4.2 电流互感器
5.4.1 自耦变压器
+ u1 N1
-
+ N2 u2
-
接火线
滑
I•1
动
•
头
I2
U• 1 N1 N2
U• 2
Z
原理图
接零线
U1 N1 K U2 N2
I1 N2 1 I2 N1 K
5.4.2 电流互感器
电流互感器用
~ i1
Z
来扩大测量交流电
+
1
2
变压器原理示意图
u i1( N1i1 )
→ 1 → e1
Φ
e1 e2
i2( N2i2 ) - → 2 → e2
变压器符号
1. 电压变换
变压器空载：
U1 - E1 I1R1 - Eσ1
i1
+
u1
–
e1 e1
N1 N2
–
e2 u20
+
U1 - E1
E1 = 4.44 f N1 m
U20 E2
磁滞损耗（铁心反复磁化时所消耗的功率） 铁损：
涡流损耗 （在铁心中产生的感应 电流而引 起的损耗）
为了减少铁心损耗，变压器、电机等电器设备中 铁心通常用厚度为0.35mm或0.5mm硅钢片叠装而成。
5.2 变压器的 用途与结构
5.2.1 变压器的用途 5.2.2 变压器的基本结构
5.2.1 变压器的用途
1. 磁感应强度B(磁通密度)：是表示磁场内某
点的磁场强弱和方向的物理量。
大小: B F Il
（该点磁场作用于1米长、1安电流的导体上的力）
方向：与电流之间用右螺旋定则确定。
单位： T （特[斯拉]）
均匀磁场 — 磁场内各点的 B 大小相等，方向相同。
2. 磁通等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的
面积S的乘积。
4.三相变压器
U1
V1
W1
N1 U2
V2
W2
N2
u2
v2
w2
u1
v1
w1
三相高压 绕组，可Y 接或△接
三相低压 绕组，可 Y接或△
接
变比：K N1 N2
常用的接线方式： Y,yn(Y/YO)、Y,d(Y/△) 、YN,d (YO / △ )
+
+U
U1
U1 /
3 -
W -
w V
+uU1 / 3 -K
I1N 原绕组的额定电流。 I2N 副绕组的额定电流。 三相变压器为线电流。 例: 5.1 某收音机输出变压器的原线圈匝数N1=600匝， N2=30匝，接有阻抗为16扬声器（匹配），现要改接 成4扬声器，问二次线圈匝数为多少才能匹配？
I1
K
I2
解：原变比
ZO Z1
+ –E
K N1 600 20
N1 N2
变压器接负载：
i2
变压器接负
–
载后,副边磁势
e2 e2
u2
+
ZL
也产生磁通,主
磁通 为合成
磁通。
∵U1≈E1 = 4.44 f N1 m 电源电压U1没有变 ∴变压器接负载后,主磁通 m 不变。
N1I1 N 2 I2 N1I0
N1I1 N2I2 （0 空载电流很小）
N1I1 - N 2I2
I 0.18
（3）每盏灯电流
I
P
U cos
40 0.40A 220 0.45
I 2N I
45.45 11（4 盏） 0.40
5.3.3 电力变压器的发展趋势
（1）向特大型、超高压方向发展，电压等级已发 展至 750-1000kV,一般用在大型电站或电力输送上。
（2）向节能化、小型化、低噪声、高阻抗及防爆 型发展，一般以中小型产品为主。
变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应 用非常广泛。 电力系统：变压器用于改变供电系统的电压。 电子线路：变压器用于改变电压、耦合电路、传送信 号和实现阻抗的匹配等。
还有一些特殊变压器（如：自耦变压器、电流互 感器等）及专用变压器（如：电焊变压器、整流变压 器等）。 分类：按用途分: 电力变压器，特殊用途变压器。
6. 当电流从同极性端流入时，两线圈产生的磁通方 向相同。
7. 实验室中常用自耦变压器，其副绕组是原绕组的 一部分。
8. 电流互感器用来扩大测量交流电流的量程。测量 时副绕组电路不允许开路。
第6章
异步电动机
6.1 三相异步电动机的结构与转动原理 6.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 6.3 三相异步电动机的起动、调速与制动 6.4 三相异步电动机的铭牌和技术数据 6.5 三相异步电动机的选择 6.6 单相异步电动机 第6章 小结
是220V、40W、 cos=0.45的日光灯可接多少盏？
解：（1） K 3300 15 220
I1N
SN U1N
10 103 3300
3.03A
（2）每盏灯电流
I2N
KI1N
SN U2N
10 103 220
45.45A
I P 40 0.18A I2N 45.45 25（3 盏）
U 220
电动机
直流电机 同步电机
电机 交流电机
发电机
特殊电机
异步电机
三相异步电机
（笼型、 绕线型）单相异步电机
本章重点介绍三相异步电机。
转轴
接线盒
三相异步电机
6.1.1 三相异步电动机的结构
端盖
定子 铁心
定子 绕组
风扇
接线盒
转轴 机座
转子 罩壳
主要部件是由定子和转子两大部分组成。 此外，还有端盖、轴承、风扇等部件。
5.1.2 磁路的欧姆定律
I
+
U
N
–
铁心磁路
Leabharlann Baidu
磁通势：F=NI 单位A(安）
磁路磁阻：Rm
l
S
l - 磁路长度, S - 磁路截面积
单位H-1(每亨）
磁路欧姆 定律：
Φ F Rm
磁路与电路各物理量的对应关系
磁路
电路
磁通势：F
磁通:
l
磁路磁阻： Rm S 磁路欧姆定律： F
Rm
电动势：E
电流: I
电路电阻: R l
rS
电路欧姆定律： I E
磁饱和
R
0
空心线圈
F
0
磁通随磁通势变化曲线
（不是常数）
F
铁心线圈
5.1.3 交流铁心线圈
u i(Ni) Φ e Φσ eσ
i
+e
1. 主磁通产生的感应电动势
设： =dmsin t
u
–
e
e -N
dt
= – Nmcos t = Emsin( t-90)
有效值 N1I1= N2 I2
结论
I1 N2 1 I 2 N1 K
3. 阻抗变换 I•1
Z1
+
U• 1
–
K
I•2
–
U• 2
Z2
+
Z1
U1 I1
KU 2 I2
K 2 U2 I2
K 2 Z2
K
结论 Z1 K 2 Z2
负载阻抗
Z2
U2 I2
在电子线路
和通信工程中， 常用变压器来实 现阻抗的匹配。
v
+
U2
U1 K
-
Y,yn 联结
+
+U
U1
U1 /
3 -
w
W
V
-
u
+
U1 /
-K
3
+
U2
U1 / K
-
3
v
Y,d 联结
5.3.2 变压器的使用
1. 变压器的外特性
I•1
K
I•2
U2 U20
+
–
U• 1
U• 2
Z2 0
–
+
I2N
I2
变压器外特性
当电源电压U1和负载功率因数一定时，u2 f (I2 )