电机与拖动 第3章 变压器

《电机与拖动》变压器---单相变压器实验一、实验目的1．通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。

2．通过负载实验测取变压器的运行特性。

二、预习要点1．变压器的空载和短路实验有什么特点？实验中电源电压一般加在哪一方较合适？2．在空载和短路实验中，各种仪表应怎样联接才能使测量误差最小？3．如何用实验方法测定变压器的铁耗及铜耗？三、实验项目1．空载实验测取空载特性U O=f(I O)，P O=f(U O)。

2．短路实验测取短路特性U K=f(I K)，P K=f(I)。

3．负载实验保持U1=U1N，cos =1的条件下，测取U2=f(I2)。

2四、实验设备及仪器1．交流电压表、电流表、功率、功率因数表（NMCL-001）2．三相可调电阻器900Ω（NMEL-03）3．旋转指示灯及开关板（NMEL-05B）4．单相变压器Array五、实验方法1．空载实验实验线路如图2-1。

图2-1 空载实验接线图实验时，变压器低压线圈2U1、2U2接电源，高压线圈1U1、1U2开路。

A、V1、V2分别为交流电流表、交流电压表。

其中用一只电压表，交替观察变压器的原、副边电压读数。

W为功率表，需注意电压线圈和电流线圈的同名端，避免接错线。

a．未上主电源前，将调压器旋钮逆时针方向旋转到底。

并合理选择各仪表量程。

变压器T U1N/U2N=220V/110V，I1N/I2N=0.4A/0.8A。

b．合上交流电源总开关，即按下绿色“闭合”开关，顺时针调节调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2U N。

c．然后，逐次降低电源电压，在1.2~0.5U N的范围内；测取变压器的U0、I0、P0，共取6~7组数据，记录于表2-1中。

其中U=U N的点必须测，并在该点附近测的点应密些。

为了计算变压器的变化，在U N以下测取原方电压的同时测取副方电压，填入表2-1中。

e．测量数据以后，断开三相电源，以便为下次实验作好准备。

表2-12．短路实验实验线路如图2-2。

第三章第一节三相异步电动机的基本结构和工作原理（P59）1.三相异步电动机为什么会旋转，怎样改变它的转向？答：三相异步电动机的旋转原理是当定子绕组通入三相交流电流后，在空间产生了一个转速为n1的旋转磁场，设旋转磁场以顺时针方向旋转，则相当于转子导体向逆时针方向旋转切割磁场，在转子导体中就产生感应电动势。

方向由右手定则判定。

因为转子导体已构成闭合回路，转子绕组中有电流通过。

根据电磁力定律，转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，产生电磁转矩，使电动机转子跟着旋转磁场方向顺时针旋转，方向由左手定则判定，其转速为n。

要想改变它的转向可以将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的任意两根对调。

2．异步电动机中的空气气隙为什么做的很小？答:异步电动机气隙小的目的是为了减小其励磁电流（空载电流），从而提高电动机功率因数。

因为异步电动机的励磁电流是由电网供给的，故气隙越小，电网供给的励磁电流就小。

而励磁电流又属于感性无功性质、故减小励磁电流，相应就能提高电机的功率因数。

3.三相异步电动机转子电路断开能否起动运行？为什么？答：不可以。

转子绕组中不能产生电流，也就不能产生电磁力。

4.三相异步电动机断了一根电源线后，为什么不能起动？而运行中断了一相电源线，为什么仍能继续转动？这两种情况对电动机将产生什么影响？答：三相异步电动机断了一根电源线后，则三相电源变成了单相电源，由于单相电源所产生的磁场为脉动磁场，所以三相异步电动机不能正常起动（原理同单相异步电动机）。

而三相异步电动机在运行时断了一根电源线，虽此时也为单相运行，但因转子是转动的，脉动磁场对转子导体产生的作用力在两方向上不同，所以电动机仍能继续转动。

这两种情况对电动机均有很大的影响。

两种情况均为过载运行，长时间工作会损坏电动机。

5.假如有一台星形联结的三相异步电动机，在运行中突然切断三相电流，并同时将任意两相定子绕组（例如U、V相）立即接入直流电源，这时异步电动机的工作状态如何？画图分析。

小型单相变压器设计小型单相变压器简介变压器是通过电磁耦合关系传递电能的设备，用途可综述为：经济的输送电能、合理的分配电能、安全的使用电能。

实际上，它在变压的同时还能改变电流，还可改变阻抗和相数。

小型变压器指的是容量1000V.A 以下的变压器。

最简单的小型单相变压器由一个闭合的铁心(构成磁路)和绕在铁心上的两个匝数不同、 彼此绝缘的绕组(构成电路)构成。

这类变压器在生活中的应用非常广泛。

一、 变压器的工作原理变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁心形状一般有E 型和C 型铁心。

变压器（transformer ）是利用电磁感应原理将某一电压的交流换成频率相同的另一电压的交流电的能量的变换装备。

变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组，如图（1）所示。

一个绕组接电源，称为原绕组（一次绕组、初级），另一个接负载，称为副绕组（二次绕组、次级）。

原绕组各量用下标1表示，副绕组各量用下标2表示。

原绕组匝数为1N ，副绕组匝数为2N 。

图（1）变压器结构示意图理想状况如下（不计电阻、铁耗和漏磁），原绕组加电压1u ，产生电流1i ，建立磁通φ，沿铁心闭合，分别在原副绕组中感应电动势21e e 和。

（1） 电压变换当一次绕组两端加上交流电压1u 时，绕组中通过交流电流1i ，在铁心中将产生既与一次绕组交链，又与二次绕组交链的主磁通φ。

（1-1）（1-2）（1-3）（1-4）说明只要改变原、副绕组的匝数比,就能按要求改变电压。

（2） 电流变换变压器在工作时，二次电流2I 的大小主要取决于负载阻抗模|1Z |的大小，而一次电流1I 的大小则取决于2I 的大小。

2211I U I U = 又（1-5）K II U U I 22121==∴（1-6）说明变压器在改变电压的同时,亦能改变电流。

小型变压器的原理：小型单相变压器一般是指工频小容量单相变压器。

二、 变压器的基本结构1、 铁心：铁心是变压器磁路部分。

第一章作业解答参考1—8．解：)(630230101453A U P I N N N =⨯==)(1619.0145KW P P NN===ηλ 1—20．解：（1）U V n a pN E a <=⨯⨯⨯⨯==)(186150001.0160372260φ 是电动机状态。

∴（2）)(46.163208.0186220A R E U I a a a =-=-=)(63.19315002604.30)(4.3046.163186m N P T KW I E P M a a M ⋅=⨯⨯⨯=Ω==⨯==π （3）)(6.5208.046.16322KW R I p a a cua =⨯==)(79.292403624.30)(366.54.3021KW p p P P KW p P P Fa M cua M =--=--==+=+=Ω%823679.2912===P P η 1—23．解：（1）)(112.54300014.326010172603m N n P P T N N N N N ⋅=⨯⨯⨯⨯=⨯=Ω=π%2.82942201017)(812.557.1112.54)(7.1344014.32608.2)316.08.2220(26030'00000=⨯⨯==⋅=+=+=⋅=⨯⨯⨯⨯⨯-=⨯=Ω=N N N N N a a M I U P m N T T T m N n I E P T ηπ（2）N e e C C Φ=Φ∴0忽略电枢反应影响， 恒定。

0'0Φ-=e a a N C R I U n ， 0636,03440316.08.22200=⨯-=Φe C)min (34590636.022000r C U n e N ==Φ=（3） Φ=Φe M C C 55.9)min (27860636.0)15.0316.0(89.91220)()(89.910636.055.9812.55r C R R I U n I T T A C T I e a a N a Z M a =+⨯-=Φ+-=→==⨯=Φ=Ω不变不变，第二章 习题解答参考2—6．解：（1）T T T n C C R R C U n Nm e a N e N 64.1115819.055.94.006.01158202-=⨯+-='-=Φ+-Φ=Ωβ （2）T T T n C C R C U n N m e a N e 21.057921.019.011002-=-=-'=Φ-Φ=β （3）T T T n C C R C U n m e a e N 35.0146717.006.015.022002-=-=''-''=Φ-Φ=β 19.0=ΦN e C N Φ=Φ8.0 15.019.08.0=⨯=Φ∴e C2N m e C C Φ=()255.9N e C Φ=219.055.9⨯=0.28 2Φm e C C =17.028.08.02=⨯2—16．解：（1）[]V R I U E a N N a 20425.064220=⨯-=-=[]A R R E U I Z a a N a 84.67625.0204220max -=+--=---=29.0700204==-=ΦN a N N N e n R I U C 76.229.055.955.9=⨯=Φ=ΦN e N m C C[]m N I C T anax N m ⋅-=-⨯=Φ=23.187)84.67(76.2max停机时 n=0 0=Φ=n C E N e a[]A R R U I Z a N a 2.35625.0220-=+-=+-=[]m N I C T a N m ⋅-=-⨯=Φ=15.97)2.35(76.2此时反抗性负载 []m N I C T N N m Z⋅-=⨯-=Φ-='64.1766476.2 由于 T T Z>' 故系统不会反向起动。

第2章 直流电机P57，2-9一台并励直流电动机，将其电枢单叠绕组改成单波绕组，试问对其电磁转矩会有何阻碍？答：由于直流电动机电磁转矩为2e a pzT I aπ=Φ 因此1. 关于单叠绕组电动机支路对数a = p ，电枢电流I a = 2ai a(2)(2)222e a a a pz pz pz T I ai i a a πππ=Φ=Φ=Φ 2. 关于单波绕组电动机支路对数a = 1，电枢电流I a = 2i a(2)(2)2212e a a a pz pz pz T I i i a πππ=Φ=Φ=Φ⨯ 因此，当磁通Φ维持不变时，在保证支路电流i a 不变的情形下，电磁转矩T e是不变的 P57，2-13电动机的电磁转矩是驱动性质大的转矩，当电磁转矩增大时，转速似乎应该是上升的，当从直流电动机的电磁转矩及特性上看，电磁转矩增大时，转矩反而是下降的，这是什么缘故？ 答：1. 关于并励直流电动机，直流电动机的电磁转矩是随电枢电流的增大而增大，电枢电流又随负载的增大而增大。

但由转速公式a ae U I R n C -=Φ可知，并励直流电动机的电枢电流会使电阻电压降增大，尽管电枢反应的去磁特性，会使转速呈现增大趋势，但电枢电压降增大的分量要比去磁效应大一些，因此会使电动机的转速随负载的增大而有所下降。

2. 关于串励直流电动机，电枢电流的增大会使电枢电压降和磁通同时增大。

这两个因素都会使电动机的转速随负载的增大而下降。

P57，2-15一台并励直流电动机在额定电压U N =220V 和额定电流I N =80A 的情形运行，该电机的电枢回路总电阻R a =Ω，2ΔU c =2V ，励磁回路总电阻R f =Ω，额定负载时的效率ηN = 85%，试求：(1) 额定输入功率； (2) 额定输出功率 (3) 总损耗； (4) 电枢回路铜耗； (5) 励磁回路铜耗； (6) 电刷接触损耗； (7) 附加损耗；(8) 机械损耗和铁耗之和。

《电机与拖动》变压器---三相三绕组变压器实验一、实验目的1．掌握三相三绕组变压器参数测定的方法。

2．了解三绕组变压器的电压变化率。

二、预习要点1．三绕组变压器的等效电路及参数测定方法。

2．引起三绕组变压器输出电压变化的因素及电压变化率的计算方法。

3．根据被试变压器的铭牌数据，自行设计实验接线图，仪表选用和记录表格。

三、实验项目(1)空载实验和变比测定。

(2)短路实验。

(3)负载实验。

四、实验设备及仪器1．电机教学实验台主控制屏2．功率及功率因数表3．三相心式变压器4．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）5．波形测试及开关板（NMEL-05B）五、实验说明1．空载实验（1）低压绕组连接法按铭牌标出的连接，其他两绕组开路。

（2）实验方法与三相双绕组变压器相同。

（3）为了测定变比，在实验中需同时测取高压，中压和低压绕组的空载电压。

2．短路实验按照下面方法分别进行三次短路实验：（1）高压绕组施加电压，中压绕组短路，低压绕组开路。

（2）低压绕组施加电压，高压绕组短路，中压绕组开路。

（3）低压绕组施加电压，中压绕组短路，高压绕组开路。

测取的数据记录于表中，并记下实验时的周围环境温度。

六、实验报告1．绘出空载特性曲线。

计算三相三绕组变压器的变比。

K12 =U1／U2K13 =U1／U3K23=U2／U3式中U1、U2、U3分别为高、中、低三个绕组的三相平均相电压。

2．由短路实验计算参数，并画出等效电路图。

根据短路实验(1)算出Z K12、r K12和X K12。

根据短路实验(2)算出Z K31、r K31和X K31。

根据短路实验(3)算出Z K32、r K32和X K32。

将Z K12折算到低压方：'''12122131212K K KK jX r K Z Z +== 低压绕组的参数)'(211232313K K K Z Z Z Z -+= )'(211232313K K K r r r r -+= )'(211232313K K K X X X X -+= 中压绕组的参数)''(21'3112322K K K Z Z Z Z -+= )'(21'3112322K K K r r r r -+= )''(21'3112322K K K X X X X -+= 高压绕组的参数)'(21'3212311K K K Z Z Z Z -+= )'(21'3212311K K K r r r r -+= )'(21'3212311K K K X X X X -+= 最后，再将短路电阻和电抗换算到基准工作温度时的值。

0-1 基本磁化曲线与初始磁化曲线有何区别？磁路计算时用哪种磁化曲线？基本磁化曲线是铁磁材料被反复磁化时，B-H 曲线不是单值，而是一条磁滞回线，磁滞回线平均后得到基本磁化曲线；将未经磁化的铁磁材料进行磁化，磁场强度H 由零增大时，磁通密度B 随之增大，所得B =ƒ(H )曲线称为初始磁化曲线；在进行磁路计算时，为了简化计算，不考虑磁滞现象，而用基本磁化曲线来表示B 与H 之间的关系，故通常所说的铁磁材料的磁化曲线是指基本磁化曲线。

0-2 铁心中有哪些损耗？这些损耗是如何产生的？又与哪些因素有关？ 交流磁路中存在着铁心损耗，铁心损耗又分为磁滞损耗和涡流损耗。

磁滞损耗：指铁磁材料在交变的磁场中反复磁化，磁畴间相互摩擦，产生的损耗。

h h m np k fB V=，磁滞损耗与交变磁场的频率f 、铁心的体积V 、磁滞回线的面积成正比。

涡流损耗：指涡流产生的损耗。

222w w mp k f B V =∆，k w 为与材料有关的比例系数，∆为铁磁材料的厚度。

0-3 电机的磁路通常采用什么材料制成？这些材料有什么特点？铁磁材料是组成磁路的主要部分，其特点是能在外磁场中呈现很强的磁性，磁化曲线具有饱和性，其磁导率远大于非铁磁材料磁导率，且不是常数，随磁场强度的变化而变化。

铁磁材料具有剩磁和矫顽力，饱和性、磁滞现象是其基本特性。

0-4 磁路与电路在物理本质上有何区别？在物理本质上磁路与电路的区别：电路中存在的漏电现象通常是极小的，可忽略不计；磁路中存在的漏磁现象较漏电现象严重，一般在电机和变压器设计中，为了提高计算精度，需要考虑漏磁的影响，只有在不需精确计算或为了简化计算时，才不考虑漏磁影响。

第一章 变压器1-1变压器有什么用途？其铁心为什么要用硅钢片叠成？ 1-2变压器铭牌有哪些主要额定数据？各额定值的含义是什么？ 1-3短路电压的大小由什么因素决定？它对变压器运行有什么影响？1-4为什么变压器的空载损耗可近似看成铁损？为什么变压器的短路损耗可近似看成铜损？1-5变压器的空载试验为什么一般在低压侧做？短路试验时，一次侧所加的电压至短路电流为额定电流为止，为什么？1-6什么是引起变压器负载运行时二次侧端电压变化的原因？电压变化率能为零吗？如果能，则带什么性质负载时有可能使电压变化率为零？答：由于变压器内部存在漏阻抗，当有负载电流时，会产生电压降，所以输出电压是随负载电流变化而变化的，其变化规律与负载的性质有关。