chapter04_变压器与交流异步电动机

输入功率

P2 P1 P2 P 2 Δ PCu Δ P Fe
一般 95% ,负载为额定负载的(50~75)%时，最大。
4.2 三相异步电动机的基本结构和工作 原理
电动机：电能转换成机械能 电动机的作用 生产机械由电动机来驱动，称为电力拖动 电动机的分类 异步机 鼠笼式 绕线式 同步机 直流电动机 他励、并励、串励、复励
cos2 =0.8 (感性）
O
电压变化率：
U % U 20 U 2 U 20 100%
I2N
I2
一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2 变 化不大），电压变化率约在5%左右。
变压器的损耗包括两部分： 铜损 (PCu) ：绕组导线电阻的损耗。 磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造 铁损(PFe )： 成的损耗。 涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感 应电流(涡流)造成的损耗。 为减少涡流损耗，铁心一 输出功率 般由导磁钢片叠成。 变压器的效率为
电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。
3. 变压器的外特性与损耗
当一次侧电压 U1和负载功率因数 cos2保持不变时， 二次侧输出电压 U2和输出电流 I2的关系，U2 = f (I2)。 称为变压器的外特性曲线 U20：一次侧加额定 U2 U 2 f ( I 2 ) 电压、二次侧开路时， cos2 =1 U20 二次侧的输出电压。
如图，交流信号源的电动势 E= 120V，内阻 R 0=800，负 载为扬声器，其等效电阻为RL =8。要求: （1）当RL折 算到原边的等效电阻 RL R0 时，求变压器的匝数比和信号 源输出的功率；（2）当将负 载直接与信号源联接时,信号 源输出多大功率？
解: (1) 变压器的匝数比应为：
第4章 变压器与交流异步电动机
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目
4.1 变压器
录
4.2 三相异步电动机的基本结构和工作原理
4.3 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性
4.4 三相异步电动机的铭牌
4.5 电动机的启动、反转、调速和制动 4.6 单相异步电动机
概述:
4.1 变压器
变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电 子线路中应用广泛。 变压器的主要功能有： 变电压、变电流、变阻抗 电力系统中：实现高压输电和低压配电 在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及负载功率因数cos 一定时：
表示
表示
i
iA iB
iC
iA
iB
iC
A
B C
X Y Z
0
t
iA = Imsin t iB = Imsin( t – 120 ) iC = Imsin( t + 120 )
相序 A-B-C-A 对称三相电流流入 对称三相绕组。
旋转磁场的产生 i iA iB iA = 0 iB 为负值 iC 为正值
B X
S
C
N
180°
t = 90°
X
t=180
N
结论：
空间相差120º角的三相绕组，通入对称 三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场, 当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺 时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为 360º )。
e1 N 1 d dt N1 d dt ( m sin t)
N 1 m cos t
E 1 m sin ( t 90 )
有效值:
E1
E 1m 2

2 fN 1 2
m
E1 4.44 f m N 1
同 理： e 2 E 2 m sin ( t 90 )
鼠笼式转子 转子
轴承
转轴
返回
转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。
转 子 硅 钢 片
返回
绕线式转子
绕组
铁心
转轴
返回
2. 旋转磁场
返回
磁极旋转
导线切割磁力线产生感应电动势 闭合导线产生电流 通电导线在磁场中受力
e B l v
（右手定则）
l :导线长 B:磁感应强度 v:切割速度
N
n0 f
返回
在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组 A+ Y C X +Z +B A uA iA
i
A
iB
X B uB
A B C
iC
Y uC C Z
定子绕组
X Y Z
设：电流的流入端用 表示 电流的流出端用 表示
iB
iC
定子绕组与转子绕组 A+
转子绕组 定子绕组
Y C X
+Z +B
设：电流的流入端用
电流的流出端用
作用： 产生旋转磁场
返回
定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成
定 子 硅 钢 片
构成：由铁心和绕组两部分构成
铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽， 装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组 不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。
作用：在旋转磁场作用下，产生感 应电动势或电流。
鼠笼式电动机构造简单、价格低 廉、工作可靠、使用方便 返回
变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）

额定电压 U 1 N 、U 2 N 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允 许的电压值。
额定电流
I1N
I2N
变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。

额定容量 S N
传送功率的最大能力。
S N U 1 N I 1 N U 2 N I 2 N （理想）
K为变比（匝比）
结论：改变匝数比，就能改变输出电压。
2.3. 电流变换 (一次、二次侧电流关系) 有载运行
Z2 I2 U2 Z2
不论变压器空载还是 有载，一次绕组上的阻 抗压降均可忽略，故有
+ u1 –
–
i1
Φ
N1
N2
i2
e 2 u 2 |Z |
+ + – –
+
e1
U1 E1 4 .44 f m N1
K N1 N
2
I
R0
E
+ –
RL
信号源
I
N1 N2
U2
I2
R0
+

RL RL
E
+ –
–
RL

800 8
10
信号源的输出功率：
E P R R L 0 120 RL 800 4 . 5 W 800 800
i1
R1
Lσ1
R2
Lσ2
i2
R
u1
e1
e2
u2
对二次侧，根据KVL： E 2 R 2 I 2 jω L σ2 U 2
变压器空载时: I 2 0 , U 2 U 20 E2 4.44 f m N 2
式中U20为变压器空载电压。 故有
U1 U 20 E1 E2 N1 N2 K
交流电动机
1. 基本结构
分为两个基本部分：
定子（固定部分）
转子（旋转部分）
鼠笼式
转子
绕线式
三 相 异 步 电 动 机 的 基 本 结 构 示 意 图
端盖和风扇 机座 轴承
转子
定子
出线端子
铭牌数据 机座
定子绕组
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构成：由机座、铁心和定子绕组组成
机座是用铸铁或铸刚制成，铁心由 互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表 面冲有槽，用以放臵对称三相绕组； 对称三相绕组有的联接成星形、有 的联接成三角形
iC
t
Y
0°
NA
Z
t = 0°
设：电流的流入端用 表示 电流的流出端用 表示
C X
Bபைடு நூலகம்
S
旋转磁场的产生
iC = 0 iB 为负值 iA 为正值
i
i A iB
0
iC
60°
t
Y
A Z B X
N
t = 60°
S
C
旋转磁场的产生
i iA
0
iA 为正值 iB 为负值 iC 为负值
90°
A Y Z B X
1 1 0 1 2 2
2.提供用于补偿 i1 N 1 作用 的磁势 一般情况下：I0 (2~3)%I1N 很小可忽略。
所以 i1 N 1 i 2 N 2
所以
或
I1 N 1 I 2 N 2
I1 N 1 I 2 N 2
I1 I2

N N
2

1 K
1
结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。
f B l i
（左手定则）
n
e i
S
返回
1. 线圈跟着磁铁转
→两者转动方向一致 2. 线圈比磁场转得慢
n n0
异步
返回
2.1. 旋转磁场的产生 在三相异步电动机的定子铁心中放有三相对 称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称交流 电流，就可产生一“旋转磁场”代替演示实验中 的磁铁
i A I m sin t i B I m sin t 120 i C I m sin t 240
U I
P = I² l R
I S
电能损耗小
节省金属材料（经济）
电子线路中：信号耦合及阻抗匹配 电量测量中：电压互感器，电流互感器
电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能 并保证用电安全。具体如下：
发电厂 10.5kV
升压 … 降压
输电线 220kV
降压
变电站 10kV 降压