《電機與電氣控制技術》講稿

《電機與電氣控制技術》講稿教材采用：《電機與電氣控制技術》高等出版社主編：趙承荻、王璽珍、袁媛計劃課時60授課學期任課教師授課班級年月

2第一章變壓器第一節(jié)變壓器的工作原理及分類第三節(jié)變壓器的基本結(jié)構(gòu)一、電工基本定律1、電路歐姆定律1)直流電路歐姆定律，流過電阻上電流的大小與電壓成正比。2)交流電路歐姆定律，流過阻抗Z上電流的大小與電壓的成正比。2、磁路歐姆定律在磁阻組成的磁路中，通過磁路中的磁通與產(chǎn)生該磁通的磁動勢成正比，與磁路的磁阻成反比，即N為線圈匝數(shù)，I為流過線圈的電流，為磁路平均長度，A為磁路的橫截面積，μ為磁路的導磁系數(shù)。3、發(fā)電機右手定則導體在磁場中作切割磁感線的運動時，在導體中會產(chǎn)生感應電動勢，其大小為：為感應電動勢；為磁感應強度；為切割磁感線的導體長度；為導體切割磁感線的速度。感應電動勢的方向可用右手定則判定。4、電動機左手定則通電導體在磁場中會受到力的作用，方向用左手定則判定。為作用力；為磁感應強度；為通過導體的電流；為導體在磁場中的有效長度。左手與右手定則：磁力線垂直穿過掌心大拇指所指為力的方向四指所指為電流的方向5、右手螺旋定則1）通電導線右手螺旋定則通電的導線周圍會產(chǎn)生磁場，其電流和磁場的方向可用右手螺旋定則來判定2）通電線圈右手螺旋定則通電的線圈在線圈內(nèi)部及周圍也會產(chǎn)生磁場，電流和在線圈內(nèi)部的磁場方向可用右手螺旋定則來判定6、楞次定律當通過線圈中的磁通發(fā)生變化時，在線圈內(nèi)部會產(chǎn)生感應電動勢е，而感應電動勢е的方向總是企圖使它所形成的感應電流所產(chǎn)生的磁通阻止原磁通的變化。二、單相變壓器工作原理變壓器是利用電磁感應原理工作的，主要由鐵心和繞組組成。兩個相互絕緣且匝數(shù)不同的繞組分別套裝在鐵心上，兩繞組間只有磁的耦合而沒有電的聯(lián)系，一次繞組加上交流電壓后，繞組產(chǎn)生勵磁電流，在鐵心中產(chǎn)生與同頻率的交變磁通Φ，根據(jù)電磁感應原理，在原、次邊繞組中產(chǎn)生感應電動勢和。將次邊接入負載后，就有電流流過負載，實現(xiàn)了電能從原邊到次邊的傳遞。從上式可知，一、二次繞組感應電動勢的大小與繞組的匝數(shù)成正比，因此只要改變一、二次繞組的匝數(shù)，就可變壓的目的。三、變壓器極性判別1、變壓器的極性變壓器的原、次邊繞組在同一個鐵心上，都被同一磁通交鏈，因此都會在繞組中產(chǎn)生在感應電動勢，在任一瞬間一次繞組的某一端點的感應電動勢與二次繞組的某一端感應電動勢的極性相同時，就稱為同極性端或同名端，用符號“·”或“*”表示。當變壓器需要擴大容量時，就需將兩臺變壓器聯(lián)在一起使用。擴大容量有兩種情況，一種是擴大電流，一種是擴大電壓。將輸出電壓相等的變壓器次邊并聯(lián)運行，可擴大輸出電流。將變壓器的次邊串聯(lián)運行，可擴大輸出電壓。例1：將兩臺220V/36V單相變壓器聯(lián)接成電壓為220V/36V的接法，方法見下圖。

例2：將一臺220V/36V單相變壓器與一臺220V/24V的單相變壓器聯(lián)接成電壓為220V/60V的接法，方法見下圖。2、變壓器繞組的極性判別（1）分析法對兩個繞向已知的繞組，當電流從兩個同極性端流入（或流出）時，鐵心所產(chǎn)生的磁通方向是一致的。（2）實驗法對于已經(jīng)制成的變壓器，從外部無法觀察繞組的繞向，可用實驗的方法判別，判別方法有交流法和直流法兩種?！涣鞣?/p>

將2、4端連接在一起，在上、2端加入一個較低的交流電壓，用交流電壓表分別測量、、的值，如果，則1、3為同極性端，如果，則1、4為同極性端。▲直流法（電磁感應法）

用1.5V或3V的直流電源通過開關S接在高壓繞組上，將直流毫伏表接在低壓繞組兩端。當合上開關S的瞬間，如毫伏表指針正偏（向右），則接電源正極的端子與接毫伏表正極的端子為同極性端。四、變壓器結(jié)構(gòu)、特點1、單相變壓器結(jié)構(gòu)、特點（1）鐵心80年代生產(chǎn)的新型電力鐵心用高磁導率、低損耗的冷軋晶粒取向硅鋼片制作，降低的損耗，提高了變壓器的效率。三相電力變壓器鐵心均采用心式結(jié)構(gòu)，交疊式的疊裝工藝。交疊式鐵心優(yōu)點是各層磁路的接縫相互錯開，氣隙小，空載電流小，且鐵心的夾緊裝置簡單經(jīng)濟，可靠性高；不足之處是鐵心及繞組的裝配工藝較復雜。（2）繞組三相變壓器繞組一般采用絕緣紙包的扁銅線繞成結(jié)構(gòu)形式與單相變壓器一樣有同心式繞組和交疊式繞組。（3）油箱和冷卻裝置為了鐵心和繞組的散熱和絕緣，將其放置在變壓器油內(nèi)，為了增加散熱面積，在四周裝有散熱片，容量大于10000KVA的電力變壓器，采用風冷或強迫油循環(huán)冷卻裝置。（4）保護裝置：氣體繼電器、防爆管（安全氣道）五、變壓器銘牌數(shù)據(jù)1、型號2、額定電壓和在三相變壓器中，額定電壓是指線電壓。高壓側(cè)（一次繞組）額定電壓是加在一次繞組上的正常工作電壓值，是根據(jù)變壓器的絕緣強度和允許發(fā)熱等條件規(guī)定的。低壓側(cè)（二次繞組）額定電壓是變壓器在空載時，高壓側(cè)加上額定電壓后，二次繞組輸出的電壓值。3、額定電流和額定電流是根據(jù)變壓器容許發(fā)熱的條件而規(guī)定的滿載電流值。在三相變壓器中是指線電流。4、額定容量額定容量是變壓器在額定工作狀態(tài)下，二次繞組的視在功率。單相變壓器的額定容量為：三相變壓器的額定容量為：5、聯(lián)結(jié)組標號6、阻抗電壓又稱為短路電壓，是額定電流時變壓器阻抗壓降的大小，通常用它與額定電壓的百分比來表示。

4第二節(jié)單相變壓器的運行原理一、變壓器的電流、磁通、感應電動勢的參考方向為了統(tǒng)一，按照“電工慣例”來規(guī)定參考方向：1、在同一支路中，電壓的參考方向與電流的參考方向一致。2、磁通的參考方向與電流的參考方向之間符合右手螺旋定則。3、由交變磁通Φ的電動勢感應，其參考方向與產(chǎn)生該磁通的電流參考方向一致，即感應電動勢與產(chǎn)生它的磁通Φ之間符合右手螺旋定則時為正方向。圖中電壓、電流、磁通、感應電動勢的參考方向是按此慣例標出的。二、變壓器空載運行變壓器空載運行原理圖變壓器一次繞組接額定交流電壓，而二次繞組開路，的工作方式稱為變壓器的空載運行，如上圖所示。1、理想變壓器為了分析問題方便、簡單，忽略漏磁通、一次繞組的電阻及鐵心的損耗，這種變壓器稱為理想變壓器?？蛰d時，在外加交流電壓作用下，一次繞組中通過的電流稱為空載電流，在電流的作用下，鐵心中產(chǎn)生交變磁通Φ，同時穿過一、二次繞組，分別在其中產(chǎn)生感應電動勢和，大小與成正比。當時，則感生電動勢在相位上滯后磁通Φ90o,有效值為因此：則在空載情況下，空載電流很小，在一次繞組中產(chǎn)生的電壓降忽略不計，則，方向相反，即電動勢與外加電壓相平衡。由于二次側(cè)開路，則。因此,為變壓器的變比，由上分析可知：（1）變壓器一次、二次繞組的電壓與一次、二次匝數(shù)成正比，即變壓器有變換電壓的作用。（2）當頻率與匝數(shù)為常數(shù)時，加在變壓器上的交流電壓為恒定值，則變壓器鐵心中的磁通基本上保持不變，這就是恒磁通概念。2、實際變壓器實際的變壓器空載運行時，磁通分為兩部分：一部分為主磁通過鐵心同時與一、二次繞組交鏈，在一、二次繞組中產(chǎn)生感應電動勢和；另一部分漏磁通通過一次繞組周圍的空間形成閉合回路，只與一次繞組交鏈，在一次繞組中產(chǎn)生漏抗電動勢。由于漏磁通經(jīng)過空氣形成閉合回路，磁路不會飽和，使漏磁通保持與成正比，所以漏阻抗是一個常數(shù)。實際變壓器空載除產(chǎn)生主磁通和漏磁通外，還具有有功分量，以供繞組電阻和鐵心中的損耗。電動勢平衡方程式為：==其中一次繞組的電阻很小，漏阻抗很小，產(chǎn)生的漏抗電動勢也很小。所以實際變壓器在穿戴運行時仍然是：，三、變壓器負載運行如上圖，當變壓器二次繞組接上負載后，二次繞組流過負載電流，并產(chǎn)生去磁磁勢，為保持鐵心中的磁通基本不變，一次繞組中的電流由增加為，磁通勢變?yōu)橐缘窒卫@組電流產(chǎn)生的磁通勢的影響。磁動勢平衡方程式為：由上可知，負載時一次側(cè)電流由建立主磁通的勵磁電流和供給負載的負載電流分量組成，用以抵消二次繞組磁通勢磁作用，使主磁通保持不變。當二次繞組的輸出功率增加，、二次繞組的電流增加，則使一次繞組中的電流增加，一次側(cè)輸入功率也隨之增加，從而實現(xiàn)了能量從一次側(cè)到二次側(cè)的傳遞。由于很小，公式可表示為“-”表示與在相位上相差180o，由些可知，變壓器一次、二次繞組中的電流與其繞組的匝數(shù)成反比，即變壓器有變換電流的作用。由上式可知變壓器的高壓繞組匝數(shù)多、電流小，所需導線細；低壓繞組匝數(shù)少、電流大，所需導線粗。電動勢平衡方程式一次繞組的電動勢平衡方程式為：二次繞組的電動勢平衡方程式為為二次繞組漏阻抗，為二次繞組的負載阻抗，為二次繞組的負載電阻，為二次繞組的負載電抗。變壓器的阻抗變換：變壓器不但具有電壓變換和電流變換的作用，還具有阻抗變換的作用。當變壓器二次繞組接上阻抗為Z的負載后，則相當于直接接在一次繞組上等效阻抗，故?？梢娊釉谧儔浩鞫卫@組上負載Z與不經(jīng)過變壓器直接接在電源上等效負載相減小了倍，即負載阻抗通過變壓器接在電源上時，相當于把阻抗增加了倍。在電路應用中，為了獲得最好的功率輸出往往對輸出電路的輸出阻抗與所接的負載阻抗要相匹配。為了在揚聲器中獲得最好的音響效果（最大的功率輸出），要求音響設備輸出的阻抗與揚聲器的阻抗盡量相等。但實際上揚聲器的阻抗很小，而音響設備等信號的輸出阻抗卻很大，因此通常在兩者之間加接變壓器來達到阻抗匹配的目的。

6第四節(jié)三相電力變壓器一、三相油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)在三相電力變壓器中，目前使用最廣泛的是三相油浸式電力變壓器，主要由鐵心、繞組、油箱和冷卻裝置、保護裝置等部件組成。鐵心是三相變壓器的磁路部分，與單相變壓器一樣，它由0.23～0.3mm厚的硅鋼片疊壓（或卷制）而成。隨著我國節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃的貫徹實施，采用新的軟磁材料非晶合金作為鐵心材料的非晶合金變壓器正在被迅速推廣。非晶合金是采用鐵基、鐵鎳基、鈷基等合金，采用先進的超級冷技術將液態(tài)金屬直接冷卻形成厚度為0.02～0.04mm的固體薄帶材料來制作變壓器鐵心，它具有高飽和磁感應強度、低矯頑磁力、低損耗等優(yōu)點，空載損耗可比疊片式硅鋼片鐵心下降70%～80%，空載電流下降約85%，負載損耗下降20%～30%，節(jié)能效果十分明顯。二、三相電力變壓器的聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)組是指三相電力變壓器高、低壓繞組的連接方式。在三相電力變壓器中，不論是高壓繞組，還是低壓繞組，我國均采用星形聯(lián)結(jié)及三角形聯(lián)結(jié)兩種方法。1、三相變壓器繞組的連接方法三相變壓器一、二次繞組均采用Y與△聯(lián)結(jié)方式。星形聯(lián)結(jié)是把三相繞組的末端U2、V2、W2（或u2、v2、w2）連接在一起，而把它們的首端U1、V1、W1（或u1、v1、w1）分別用導線引出。三角形聯(lián)結(jié)是把一相繞組的首端與另一相繞組的首端連在一起，順次連接成一個閉合回路，再從三個連接點引出導線。國家標準規(guī)定：高壓繞組戥聯(lián)結(jié)用Y表示，三角形聯(lián)結(jié)用D表示，中性線用N表示。低壓繞組星形聯(lián)貫用y表示，三角形聯(lián)結(jié)用d表示，中性線用n表示。三相變壓器一、二次繞組不同接法的組合形式有：Y，y；YN，d；Y，yn；D，y；D，d等。不同形式的組合，各有優(yōu)缺點，高壓繞組接成星形可使繞組的對發(fā)絕緣要求降低。大電流的低壓繞組采用三角形聯(lián)結(jié)?？墒箤Ь€截面積比星形締結(jié)時減小，便于繞制。2、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別一、二次繞組線電壓之間的相位關系是不同，且一、二次繞組線電動勢的相位差總是30o的整數(shù)倍。因此，國際上用時鐘法規(guī)定：一次繞組線電壓UUV為時鐘的長針，永遠指向鐘面上“12”，二次繞組線電壓UUV的短針，它指向哪個數(shù)字，該數(shù)字則為該三相變壓器聯(lián)結(jié)級別的標號。（1）Y，y聯(lián)結(jié)組（偶數(shù)）（2）Y，d聯(lián)結(jié)組（奇數(shù)）三相電力變壓器的聯(lián)結(jié)組別有很多的，為了制造與運行方便的需要，國家標準規(guī)定了三相電力變壓器只采用五種標準聯(lián)結(jié)組：Y，yn0；YN，d11；YN，y0；Y，y0；Y，d11。Y，y0不能用于三豐變壓器組，只能用于三鐵心的三相變壓器。三、電力變壓器運行特性1、變壓器的外特性與電壓變化率當變壓器一次繞組電壓和負載的功率因數(shù)一定時，二次繞組電壓與負載電流的關系，稱為變壓器的外特性。變壓器的外特性是用來描述輸出電壓隨負載電流變化而變化的情況。從變壓器外特性圖可以看出，當時，隨下降得并不多；當在感性負載，降低時，隨下增加而下降的程度加大，主時因為滯后無功電流對變壓器磁路中的主磁通的去磁作用更為顯著，而使E1和E2有所下降的原因；當在容性負載，為負值時，超前的無功電流有助磁作用，主磁通會有所增加，使得會隨下的增加而提高。這些表明，負載的功率因數(shù)對變壓器外特性的影響是很大的。一般情況下，變壓器的負載大多數(shù)是感性負載，當負載增加時，輸出電壓U2總是下降的。當變壓器從空載到額定負載運行時，二次繞組輸出電壓的變化值與空載電壓之比的百分數(shù)稱為變壓器的電壓變化率，有%來表示。電壓變化率反映了供電電壓的穩(wěn)定性，是變壓器的一個重要按照權利要求。ΔU%越小，則變壓器二次繞組輸出的電壓越穩(wěn)定。2、變壓器的損耗與效率變壓器從電源輸入的有功功率與向負載輸出的有功功率之差為變壓器的損耗功率，它包括銅損耗和鐵損耗兩部分。（1）鐵損耗磁滯損耗磁滯損耗基本鐵損耗渦流損耗附加鐵損耗鐵心疊片間絕緣損傷面產(chǎn)生的局部渦流損耗主磁通在鐵心以外的結(jié)構(gòu)部件引起的渦流損耗鐵損耗附加損耗約為基本損耗的15%20%左右。變壓器的鐵損耗與一次繞組上所加的電源電壓大小有關，而與負載的大小無關。當電源電壓一定時，鐵心中的磁通基本不變，則鐵損耗也基本不變，因此鐵損耗又稱“不變損耗”。（2）銅損耗變壓器的銅損耗有基本銅損耗和附加銅損耗。基本銅損耗是由電流在一次、二次繞組電阻上產(chǎn)生的損耗，附加損耗是由漏磁通產(chǎn)生的集膚效應使電流在導體內(nèi)頒不均勻而產(chǎn)生的額外損耗。附加銅損耗約為基本銅損耗的2%3%。在變壓器中銅損耗與負載電流的平方成正比，所以銅損耗又稱為“可變損耗”。3、效率變壓器的輸出功率與輸入功率之比稱為變壓器的效率。由于變壓器沒有旋轉(zhuǎn)的部件，不像電機那樣有機械損耗存在，因此變壓器的效率一般都比較高。中、小型電力變壓器效率在95%以上，大型電力變壓器效率可達99%以上。4、效率特性變壓器的效率特性曲線變壓器在不同的負載電流時，輸出功率與銅損都不同，因此變壓器的效率，隨負載電流的變化而變化。當鐵損耗等于銅損耗時，變壓器的效率最高。變壓器的效率特性曲線變壓器的負載電流不同時，輸出功率及銅損耗犘也在變化，因此變壓器的效率將隨負載電流的變化而變化，其變化規(guī)律通常用變壓器的效率特性曲線來表示，圖中：，稱為負載系數(shù)。通過數(shù)學分析可知：當變壓器的鐵損耗等于銅損耗時，變壓器的效率最高，通常熱軋硅鋼片鐵心變壓器的最高效率0.6～0.7，而冷軋硅鋼片鐵心變壓器的最高效率0.3～0.5。也就是說目前我國生產(chǎn)及上網(wǎng)運行的三相電力變壓器當負載為變壓器額定容量的30%～50%時，變壓器效率最高、最經(jīng)濟。（5）電壓變化率當變壓器一次繞組接額定電壓，二次繞組空載時的電壓（稱為額定電壓）與額定負載時的電壓之差與之比的百分值就稱為變壓器的電壓變化率，用%來表示。電壓變化率反映了供電電壓的穩(wěn)定性，是變壓器的一個重要性能指標。ΔU％越小，說明變壓器二次繞組輸出的電壓越穩(wěn)定，因此要求變壓器的ΔU％越小越好。常用的電力變壓器從空載到滿載，電壓變化率為4%～6%。

8第五節(jié)常用變壓器在各種電氣設備、家用電器和電子儀器設備中都廣泛使用各種小型變壓器，它們的容量一般都比較小，因而體積小、重量輕，卻承擔著不同的功能，成為必不可少的器件。常見的有各類控制變壓器、電焊變壓器、自耦變壓器、互感器、脈沖變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器等。一、小功率電源變壓器1、控制變壓器控制變壓器是指工作在50～60Ｈｚ頻率下的電源變壓器，又稱工頻電源變壓器，用于低壓局部照明電源、信號燈或指示燈電源以及電氣控制設備中控制電路的電源?？刂谱儔浩魅萘慷急容^小，常見的都在幾百伏安以下，一次電壓為220Ｖ與380Ｖ，二次電壓為220V、127V、110V、36V、24V、12V、6V等，也可按需要特制。2、中頻及高頻電源變壓器（1）中頻電源變壓器中頻電源變壓器是指工作在400～1000Ｈｚ頻率范圍內(nèi)的電源變壓器。由于工作頻率的上升，為減小渦流損耗，鐵心用0.2ｍｍ厚冷軋硅鋼片構(gòu)成，且鐵心中的磁感應強度B一般取得較低。它既可工作在正弦波電壓下，也可工作在方波（或矩形波）電壓下。中頻電源變壓器的其他結(jié)構(gòu)與工頻電源變壓器相同。（2）高頻電源變壓器高頻電源變壓器是指工作在10～20KHZ頻率范圍內(nèi)的電源變壓器，主要用在開關穩(wěn)壓電源的變換器中。其結(jié)構(gòu)特點有：①不能使用普通硅鋼片制作鐵心，一般均用鐵氧體鐵心。它的電阻率高，故渦流損耗小。②由于繞組中通過的是高頻電流，因此集膚效應使導線中心部分電流密度變小，從而減小了導線的有效面積，引起發(fā)熱，故通常使用多股高頻銅導線或薄銅箔繞制繞組。③高頻電源變壓器的工作溫度不能超過70℃，否則鐵氧體的電磁性能將急劇下降。二、自耦變壓器1、結(jié)構(gòu)特點及用途前面敘述的變壓器，其一次、二次繞組是分開繞制的，它們雖裝在同一鐵心上，但相互之間是絕緣的，即一次、二次繞組之間只有磁的耦合，而沒有電的直接聯(lián)系。這種變壓器稱為雙繞組變壓器。如果把一次、二次繞組合二為一，使二次繞組成為一次繞組的一部分，這種只有一個繞組的變壓器稱為自耦變壓器，自耦變壓器的一次、二次繞組之間除了有磁的耦合外，還有電的直接聯(lián)系。自耦變壓器工作原理圖自耦變壓器可節(jié)省銅和鐵的消耗量，從而減小變壓器的體積、重量，降低制造成本，且有利于大型變壓器的運輸和安裝。在高壓輸電系統(tǒng)中，自耦變壓器主要用來連接兩個電壓等級相近的電力網(wǎng)，作聯(lián)絡變壓器之用。在實驗室里常用具有滑動觸點的自耦調(diào)壓器獲得可任意調(diào)節(jié)的交流電壓。此外，自耦變壓器還常用作異步電動機的起動補償器，對電動機進行降壓起動。2、電壓、電流及容量關系自耦變壓器也是利用電磁感應原理工作的，當一次繞組Ｕ１、Ｕ２兩端加交變電壓時，鐵心中產(chǎn)生交變的磁通，并分別在一次繞組及二次繞組中產(chǎn)生感應電動勢及，當二次繞組接上負載后，就有電流流過。自耦變壓器一次、二次繞組中的電流大小與匝數(shù)成反比，在相位上互差180°。因此，流經(jīng)公共繞組中的電流犐的大小為：可見，流經(jīng)公共繞組中的電流總是小于輸出電流犐２。當變比犓接近１時，則犐１與犐２的數(shù)值相差不大，即公共繞組中的電流犐很小，因而這部分繞組可用截面積較小的導線繞制，以節(jié)約用銅量，并減小自耦變壓器的體積與重量。理論分析和實踐都可以證明：當一次、二次繞組電壓之比接近１時，或者說不大于２時，自耦變壓器的優(yōu)點比較顯著，當變比大于２時，好處就不多了。所以實際應用的自耦變壓器，其變比一般在1.2～2.0的范圍內(nèi)。自耦變壓器的缺點在于：一次、二次繞組的電路直接連在一起，造成高壓側(cè)的電氣故障會波及低壓側(cè)，這是很不安全的，因此要求自耦變壓器在使用時必須正確接線，且外殼必須接地，并規(guī)定安全照明變壓器不允許采用自耦變壓器結(jié)構(gòu)形式。3、自耦調(diào)壓器如果把自耦變壓器的抽頭做成滑動觸點，就可構(gòu)成輸出電壓可調(diào)的自耦變壓器。由于其輸出電壓可調(diào)，因此稱為自耦調(diào)壓器，其外形圖和電路原理圖如圖所示。單相自耦調(diào)壓器三相自耦調(diào)壓器自耦變壓器的一次繞組匝數(shù)固定不變，并與電源相連，一次繞組的另一端點和滑動觸點ａ之間的繞組就作為二次繞組。當滑動觸點ａ移動時，輸出電壓隨之改變，這種調(diào)壓器的輸出電壓可低于一次繞組電壓，也可稍高于一次繞組電壓。三、儀用互感器儀用互感器是作為測量用的專用設備，分電流互感器和電壓互感器兩種，它們的工作原理與變壓器相同。使用儀用互感器的目的有：一是為了測量人員的安全，使測量回路與高壓電網(wǎng)相互隔離；二是擴大測量儀表（電流表及電壓表）的測量范圍。電流互感器原理圖儀用互感器除用于交流電流及交流電壓的測量外，還用于各種繼電保護裝置的測量系統(tǒng)。電流互感器原理圖1、電流互感器在電工測量中用來按比例變換交流電流的儀器稱為電流互感器。電流互感器的基本結(jié)構(gòu)形式及工作原理與單相變壓器相似，它也有兩個繞組：一次繞組串聯(lián)在被測的交流電路中，流過的是被測電流犐１，一般只有一匝或幾匝，用粗導線繞制；二次繞組匝數(shù)較多，與交流電流表相接，如圖所示。一般二次電流表用量程為5A的儀表。只要改變接入的電流互感器的變流比，就可測量大小不同的一次電流。在實際應用中，與電流互感器配套使用的電流表已換算成一次電流，其標度尺即按一次電流分度，這樣可以直接讀數(shù)，不必再進行換算。例如，按５Ａ制造的但與額定電流比為600Ａ／5Ａ的電流互感器配套使用的電流表，其標度尺即按600Ａ分度。使用電流互感器時必須注意以下事項：（1）電流互感器的二次繞組絕對不允許開路。（2）電流互感器的鐵心及二次繞組一端必須可靠接地2、鉗形電流表目前生產(chǎn)和使用的有指針式和數(shù)字式兩類，它們的工作原理是相似的，壓動壓塊，即可使可動鐵心張開，將被測載流導線鉗入鐵心窗口中，被測導線相當于電流互感器的一次繞組，鐵心上繞二次繞組，與測量儀表相連，可直接讀出被測電流的數(shù)值。其優(yōu)點是測量線路電流時不必斷開電路，使用方便。使用鉗形電流表時應注意使被測導線處于窗口中央，否則會增加測量誤差；不知電流大小時，應將選擋開關置于大量程上，以防損壞表計；如果被測電流過小，可將被測導線在鉗口內(nèi)多繞幾圈，然后將讀數(shù)除以所繞匝數(shù)；使用時還要注意安全，保持與帶電部分的安全距離，如被測導線的電壓較高時，還應戴絕緣手套和使用絕緣墊。3、鉗形萬用表鉗形電流表最初是用來測量交流電流的，但是現(xiàn)在萬用表有的功能它也都有，可以測量交直流電壓、電流、電容容量、二極管、三極管、電阻、溫度、頻率等等，稱為鉗形萬用表。如需測交直流電壓、電阻、頻率等其他物理量時，與使用萬用表的方法一樣進行測量。因此鉗形萬用表既有鉗形電流表測大電流的功能，又有萬用表測電壓等物理量的功能，使用十分方便，在空調(diào)器的檢修等場合被廣泛使用。4、電壓互感器在電工測量中用來按比例變換交流電壓的儀器稱為電壓互感器。電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)形式及工作原理與單相變壓器很相似，實際上是一臺降壓變壓器。一般二次電壓表均用量程為100V的儀表。只要改變接入的電壓互感器的變壓比，就可測量高低不同的電壓。在實際應用中，與電壓互感器配套使用的電壓表已換算成一次電壓，其標度尺是按一次電壓分度，這樣可以直接讀數(shù)，不必再進行換算。例如，按100V制造但與額定電壓比10000V／100V的電壓互感器配套使用的電壓表，其標度尺即按10000V分度。使用電壓互感器時必須注意以下事項：（1）電壓互感器的二次繞組在使用時絕不允許短路。（2）電壓互感器的鐵心及二次繞組的一端必須可靠地接地，以保證工作人員及設備的安全。（3）電壓互感器有一定的額定容量，使用時二次繞組回路不宜接入過多的儀表，以免影響電壓互感器的測量精度。四、電焊變壓器電焊變壓器是交流弧焊機的主要組成部分，它實質(zhì)上是一臺特殊的降壓變壓器。在焊接中，為了保證焊接質(zhì)量和電弧的穩(wěn)定燃燒，對電焊變壓器提出了如下的要求：（1）電焊變壓器在空載時，應有一定的空載電壓，以保證起弧容易。另一方面，為了操作者的安全，空載起弧電壓又不能太高，最高不宜超過85V，通常為60～75V。（2）有負載時，電壓應隨負載的增大而急劇下降，即應有陡降的外特性，如圖所示。通常在額定負載時的輸出電壓30V左右。（3）在短路時，短路電流不應過大，以免損壞電焊機。（4）為了適應不同的焊接工件和不同焊條的需要，要求電焊變壓器輸出的電流能在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。為了滿足上述要求，電焊變壓器必須具有較大的漏抗，而且可以進行調(diào)節(jié)。因此，電焊變壓器的結(jié)構(gòu)特點是，鐵心的氣隙比較大，一次、二次繞組不是同心地套在一個鐵心柱上，而是分裝在不同的鐵心柱上，再用磁分路法、串聯(lián)可變電抗器法及改變二次繞組的接法等來調(diào)節(jié)焊接電流。五、整流變壓器用來單獨給整流電路供電的電源變壓器稱為整流變壓器，它是整流裝置中的重要組成部分。1、整流變壓器的作用（1）在一般情況下整流電路所需要的供電電壓與電網(wǎng)電壓往往不一致，這就需用整流變壓器把電網(wǎng)電壓變換成整流電路要求的電壓。（2）在大容量整流電路中，為了得到平穩(wěn)的直流電壓，往往采用多相整流電路（如六相整流、十二相整流），則可用三相整流變壓器，其二次側(cè)接成六相或十二相。（3）為了盡可能減少電網(wǎng)與整流裝置之間的相互干擾，要求整流后的直流電路與電網(wǎng)交流電路之間能夠隔離，也要用整流變壓器。2、整流變壓器的結(jié)構(gòu)與工作特點（1）普通電源變壓器的負載一般都是恒定的阻抗，因此輸入與輸出的電流、電壓波形一般都是正弦波，而且一次、二次繞組視在功率相等。整流變壓器的二次繞組由于所接整流元件只在一個周期內(nèi)的部分時間輪流導電，所以二次繞組中流過的電流是非正弦電流，含有直流分量。它將使鐵心損耗增加而發(fā)熱，另外往往二次繞組的視在功率也比一次繞組的要大。（2）當整流元件被擊穿而短路時，變壓器中將流過很大的短路電流，因此整流變壓器的漏抗較大，外形結(jié)構(gòu)較為矮胖，機械強度要求高。（3）整流變壓器二次繞組中可能產(chǎn)生過電壓而危及絕緣，因此需加強絕緣。

10實驗一變壓器的空載試驗和短路試驗一、實驗目的1、熟悉和掌握單相變壓器的實驗方法。2、根據(jù)單相變壓器的空載和短路實驗數(shù)據(jù)，計算變壓器的等值參數(shù)和運行性能。3、了解參數(shù)對變壓器性能的影響。4、了解儀表的選用及不同的接法對實驗準確度的影響。二、實驗內(nèi)容1、測定變壓器線電壓的變化。2、測定變壓器繞組的極性。3、空載實驗：測取空載特性曲線。4、短路實驗：測取短路特性曲線。三、實驗器材1、單相變壓器1套2、電流表2只3、電壓表2只4、調(diào)壓器1個5、功率表2個6、電工工具若干四、實驗原理1、變壓比的測定可選用雙電壓表法。按圖1接線，在變壓器的高壓側(cè)施加一個適合電壓表量限的電壓，一般可在高壓側(cè)額定電壓的1～25％范圍內(nèi)選擇，并盡量使兩個電壓表指針偏轉(zhuǎn)均能在刻度的一半以上，以提高測量的準確度。圖1變壓器雙電壓表測變比2、變壓器繞組極性的測定可采用下列方法：（1）采用直流感應法時，按圖2接線。將變壓器高壓側(cè)U1端接電池的正極，U2端接到電池負極，低壓側(cè)接檢流計。當按下開關后，若檢流計指針正向偏轉(zhuǎn)，則與檢流計正端相連接線柱為u1，另一端為u2；若檢流針反向偏轉(zhuǎn)，則與檢流計正端相連的接線柱為u2，與負端相連的接線柱為u1。圖2直流感應法測極性圖3交流感應法測極性（2）采用交流感應法時，可按圖3接線，在變壓器高壓側(cè)施加交流電壓，u2端與高壓側(cè)的U2端相連接，讀取電壓表數(shù)值。如果U＝U1＋U2，則表示接于高壓端U2的低壓端為u1，另一端則為尾端u2；如果U＝U1－U2，則表示接于高壓端U2的低壓端為尾端u2，另一端則為u1，如圖3所示。3、空載試驗通常是將高壓側(cè)開路，由低壓側(cè)通電進行測量，由于空載時功率因數(shù)較低，所以測量功率最好采用低功率因數(shù)瓦特表，因為變壓器空載抗很大，故電壓表應該接在電流表的外側(cè)，以免分流而引起誤差，如圖4。圖4空載實驗接線圖圖5短路實驗接線圖空載特性是指變壓器空載時，Uo＝f（Io）、P0CosФo＝f（Uo）的關系。4、短路實驗是將低壓側(cè)短路，從高壓側(cè)通電進行測量。調(diào)壓器的輸出電壓應從低值逐步上調(diào)，以免電壓過高，電流過大而損壞儀表。由于短路阻抗較小，所以電流表應接在電壓表的外側(cè)，如圖5。短路特性是指變壓器短路時，PK、CosФK、UK=f（IK）的關系。五、實驗步驟和方法。1、用兆歐表分別檢查變壓器一次、二次繞組和一、二次繞組對箱殼及地的冷態(tài)絕緣電阻。2、變比的測定，用雙電壓表法。3、極性的測定，按內(nèi)容說明方法進行。4、空載實驗（1）按圖4接線，要認真檢查接線。（2）將自耦調(diào)壓器調(diào)零，低壓側(cè)合閘通電，逐步將電壓調(diào)至低壓側(cè)額定值（即U0=U2N）時,讀取空載電壓U0，空載電流I0，空載功率P0值5～7組，記入表3－1中。額定電壓值附近多測兩點。表1空載特性數(shù)據(jù)序號實驗數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)U0（V）I0（A）P0（W）Cosφ012345（3）讀取數(shù)據(jù)后，降低電壓到最低值，然后切斷電源。5、短路實驗（1）按圖5進行接線，然后認真檢查。（2）低壓側(cè)短接,自耦調(diào)壓器調(diào)零，從高壓側(cè)合閘送電，逐漸升高電壓使短路電流IK等于額定值(即IK＝I1N)時，讀取短路電壓UK，短路電流IK、短路功率PK值5～7組，記入表3－2中，額定電流附近多記兩點，同時記錄周圍介質(zhì)溫度t，實驗后降低電壓到最低值，再切斷電源。表2短路特性數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)UK（V）IK（A）PK（W）CosφK六、實驗注意事項空載實驗用低功率因數(shù)表。七、實驗報告要求1、編寫實驗目的，抄錄儀表和設備的名稱、規(guī)格、數(shù)量及編號等。2、給出實驗的實際線路圖。3、計算變比及判斷變壓器極性的結(jié)果。4、列表填寫實驗數(shù)據(jù)和進行簡單計算。

12第二章三相異步電機簡介第一節(jié)電機簡介第三節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)一、電機簡介電機是一種用來將電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。其運行原理基于電磁感應定律。1、電機的種類按其電流類型分類，可分為直流電機和交流電機兩大類。按其功能的不同，交流電機可分為交流發(fā)電機和交流電動機兩大類。目前廣泛采用的交流發(fā)電機是同步發(fā)電機，這是一種由原動機拖動旋轉(zhuǎn)（如火力發(fā)電廠的汽輪機、水電站的水輪機）產(chǎn)生交流電能的裝置。當前世界各國的電能幾乎均由同步發(fā)電機產(chǎn)生。交流電動機則是指由交流電源供電將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的裝置。根據(jù)電動機轉(zhuǎn)速的變化情況，可分為同步電動機和異步電動機兩類。交流同步電動機：是指電動機的轉(zhuǎn)速始終保持與交流電源的頻率同步，不隨所拖動的負載變化而變化的電動機，它主要用于功率較大轉(zhuǎn)速不要求調(diào)節(jié)的生產(chǎn)機械，如大型水泵、空氣壓縮機、礦井通風機等。交流異步電動機：是指由交流電源供電、電動機的轉(zhuǎn)速隨負載變化而稍有變化的旋轉(zhuǎn)電機，這是目前使用最多的一類電動機。按供電電源的不同，異步電動機又可分為三相異步電動機和單相異步電動機兩大類。三相異步電動機：由三相交流電源供電，由于其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、堅固耐用、使用維護方便，因此在工農(nóng)業(yè)及其他領域中都獲得了廣泛的應用。據(jù)我國及世界上一些發(fā)達國家的統(tǒng)計表明，在整個電能消耗中，電動機的耗能約占總用電量的60～70%。而在整個電動機的耗能中，三相異步電動機又居首位。單相異步電動機：取用單相交流電源，電動機功率一般都比較小，主要用于家庭、辦公場所等只有單相交流電源的場所，用于電風扇、空調(diào)、電冰箱、洗衣機等電器設備中。隨著科學技術的飛速發(fā)展，特別是自動控制系統(tǒng)和計算裝置的不斷進步，在普通旋轉(zhuǎn)電機的基礎上又產(chǎn)生了多種具有特殊性能的電機，它們主要作為信號元件來使用，也可作為功率元件來使用，如測速發(fā)電機、自整角機、旋轉(zhuǎn)變壓器、伺服電動機、步進電動機、直線電動機、無刷直流電動機、微型同步電動機等。二、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)按其外殼防護方式的不同常見的有防護型（IP22、IP23）封閉型（IP44、IP54）兩大類。由于封閉型結(jié)構(gòu)能防止固體異物、水滴等進入電動機內(nèi)部，并能防止人與物觸及電動機帶電部位與運動部位，運行中安全性好，因而成為目前使用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。在封閉型中又可根據(jù)使用場合的不同分成許多類型，如用于煤礦的隔爆型，用于化工企業(yè)的防腐型，用于水下的井下潛水型等。按電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同又可分為籠型異步電動機和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。按其工作電壓的高低不同分為高壓異步電動機和低壓異步電動機。按其工作性能的不同分為高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機和高轉(zhuǎn)差異步電動機。按其外形尺寸及功率的大小可分為大型、中型、小型異步電動機等。三相異步電動機雖然種類繁多，但基本結(jié)構(gòu)均由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間有空氣隙。1、定子（1）定子鐵心作為電動機磁通的通路，對鐵心材料的要求是既要有良好的導磁性能、剩磁小，又要盡量降低渦流損耗，一般用厚0.35ｍｍ以下表面有絕緣層的硅鋼片沖片疊壓而成。在定子鐵心的內(nèi)圓沖有沿圓周均勻分布的槽，在槽內(nèi)嵌放三相定子繞組。（2）定子繞組作為電動機的電路部分，通入三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。它由嵌放在定子鐵心槽中的線圈按一定規(guī)則連接成三相定子繞組。小型異步電動機定子三相繞組一般采用高強度漆包圓銅線繞成。大中型異步電動機則用漆包扁銅線或玻璃絲包扁銅線繞成。三相定子繞組之間及繞組與定子鐵心槽間均墊以絕緣材料絕緣，三相異步電動機定子繞組的主要絕緣項目有以下三種：對地絕緣是定子繞組整體與定子鐵心之間的絕緣。相間絕緣是各相定子繞組之間的絕緣。匝間絕緣是每相定子繞組各線匝之間的絕緣。（3）定子三相繞組的結(jié)構(gòu)完全對稱，一般有6個出線端U1、U2、V1、V2、W1、W2置于機座外部的接線盒內(nèi)，根據(jù)需要接成星形（Y）或三角形（△）。也可將6個出線端接入控制電路中實行星形與三角形的換接。（4）機座機座的作用是固定定子鐵心和定子繞組，并通過兩側(cè)的端蓋和軸承來支承電動機轉(zhuǎn)子。同時可保護整臺電動機的電磁部分和發(fā)散電動機運行中產(chǎn)生的熱量。機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼板焊成，而有些微型電動機的機座則采用鑄鋁件以降低電動機的重量。封閉式電動機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電動機的機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內(nèi)外的空氣可以直接對流，以利于散熱。（5）端蓋借助置于端蓋內(nèi)的滾動軸承將電動機轉(zhuǎn)子和機座連成一個整體，端蓋一般均為鑄鋼件，微型電動機則用鋼板或鑄鋁件。2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子指電動機的旋轉(zhuǎn)部分，包括轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、風扇、轉(zhuǎn)軸等。三相異步電動機的轉(zhuǎn)子有籠型轉(zhuǎn)子和繞線轉(zhuǎn)子兩種。（1）轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心作為電動機磁路的一部分，一般用0.35ｍｍ硅鋼片沖制疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。通常都是用定子鐵心沖落后的硅鋼片來沖制轉(zhuǎn)子鐵心沖片，再將鐵心沖片疊壓成完整的轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，而大中型異步電動機（轉(zhuǎn)子直徑在400ｍｍ以上）的轉(zhuǎn)子鐵心則借助于轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。為了改善電動機的起動及運行性能，籠型異步電動機轉(zhuǎn)子鐵心一般都采用斜槽結(jié)構(gòu)（即轉(zhuǎn)子槽并不與電動機轉(zhuǎn)軸的軸線在同一平面上，而是扭斜了一個角度）。（2）轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組用來切割定子旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生感應電動勢和電流，并在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下受力而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，分籠型轉(zhuǎn)子和繞線轉(zhuǎn)子兩類，籠型和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機即由此得名。①籠型轉(zhuǎn)子通常有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式，中小型異步電動機的籠型轉(zhuǎn)子一般為鑄鋁式轉(zhuǎn)子，即采用離心鑄鋁法，將熔化了的鋁鑄在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)成為一個整體，連兩端的短路環(huán)和風扇葉片一起鑄成。隨著壓力鑄鋁技術的不斷完善，目前大部分工廠已改用壓力鑄鋁工藝來替代離心鑄鋁。另一種結(jié)構(gòu)為銅條轉(zhuǎn)子，即在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)放置沒有絕緣的銅條，銅條的兩端用短路環(huán)焊接起來，形成一個籠型的形。銅條轉(zhuǎn)子制造較復雜，價格較高，主要用于功率較大的異步電動機上。②繞線轉(zhuǎn)子繞線型三相異步電動機的定子部分構(gòu)成與籠型異步電動機相同，即也由定子鐵心、三相定子繞組和機座等構(gòu)成。轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)形式與定子繞組相似，也采用由絕緣導線繞成的三相繞組或成型的三相繞組嵌入轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，并作星形聯(lián)結(jié)，3個引出端分別接到壓在轉(zhuǎn)子軸一端并且互相絕緣的銅制滑環(huán)（稱為集電環(huán)）上，再通過壓在集電環(huán)上的3個電刷與外電路變阻器相連接，調(diào)節(jié)變阻器的電阻值就可達到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的目的。因此在某些對起動性能及調(diào)速有特殊要求的設備（如起重設備、卷揚機械、鼓風機、壓縮機、泵類等）中，較多采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。3、其他附件軸承：用來連接轉(zhuǎn)動部分與固定部分，目前都采用滾動軸承以減小摩擦阻力。軸承端蓋：保護軸承，使軸承內(nèi)的潤滑脂不致溢出，并防止灰、砂、臟物等浸入潤滑脂內(nèi)。風扇：用于冷卻電動機。4、氣隙為了保證三相異步電動機的正常運轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間有氣隙。氣隙對三相異步電動機的性能影響極大。氣隙大，則磁阻大，由電源提供的勵磁電流大，使電動機運行時的功率因數(shù)低。但氣隙過小時，將使裝配困難，容易造成運行中定子與轉(zhuǎn)子鐵心相碰。一般氣隙約0.2～1.5ｍｍ。5、電動機銘牌銘牌上標出了該電動機的型號及主要技術數(shù)據(jù)，供正確使用電動機時參考。（1）型號（2）額定功率（5.5kW）表示電動機在額定工作狀態(tài)下運行時，允許輸出的機械功率（kW）。（3）額定電流（11.7A）表示電動機在額定工作狀態(tài)下運行時，定子電路輸入的線電流（Ａ）。（4）額定電壓（380V）表示電動機在額定工作狀態(tài)下運行時，定子電路所加的線電壓（Ｖ）。三相異步電動機的額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關系，為額定功率因數(shù)，為額定效率。（5）額定轉(zhuǎn)速（1440r／min）表示電動機在額定工作狀態(tài)下運行時的轉(zhuǎn)速（r／min）。（6）接法（△）表示電動機定子三相繞組與交流電源的連接方法，對JO2、Y及Y2系列電動機而言，國家標準規(guī)定凡3kW及以下者均采用星形聯(lián)結(jié)；4kW及以上者均采用三角形聯(lián)結(jié)。（7）防護等級（IP44）表示電動機外殼防護的方式。IP44是開啟型，IP22、IP23是防護型，IP44是封閉型。(8)絕緣等級表示電動機各繞組及其他絕緣部件所用絕緣材料的等級。絕緣材料按耐熱性能可分為7個等級。目前國產(chǎn)電動機使用的絕緣材料耐熱等級為B、F、H、C四個等級。(9)定額工作制指電動機按銘牌值工作時，可以持續(xù)運行的時間和順序。電動機定額分連續(xù)定額、短時定額和斷續(xù)定額三種。分別用S1、S2、S3表示。（１）連續(xù)定額（S1）表示電動機按銘牌值工作時可以長期連續(xù)運行。（２）短時定額（S2）表示電動機按銘牌值工作時只能在規(guī)定的時間內(nèi)短時運行。我國規(guī)定的短時運行時間為10min、30min、60c及90min四種。（３）斷續(xù)定額（S3）表示電動機按銘牌值工作時，運行一段時間就要停止一段時間，周而復始地按一定周期重復運行。每一周期為1min，我國規(guī)定的負載持續(xù)率為15%、40%及60%四種（如40%則表示電動機工作4min就需休息6min）。

14第二節(jié)三相異電動機工作原理一、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 1、定子三相繞組結(jié)構(gòu)特點在定子鐵心上沖有均勻分布的鐵心槽，在定子空間各相差120°電角度的鐵心槽中布置有三相繞組U1U2、V1V2、W1W2，三相繞組接成星形聯(lián)結(jié)。2、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生在定子三相繞組中分別通入三相交流電，U相電源接電動機的U相繞組，V相電源接電動機的V相繞組，W相電源接電動機的W相繞組，各相電流、、將在定子繞組中分別產(chǎn)生相應的磁場。（1）在=0的瞬間，=0，U1U2繞組中無電流；為負，電流從V2流入、從V1流出；為正，電流從W1流入、從W2流出。繞組中電流產(chǎn)生的合成磁場的方向如圖。ωt=0ωt=πωt=2π（2）在的瞬間，為正，電流從流入，流出；為負，電流從流入、從流出；也為負，電流從流入、從流出。繞組中電流產(chǎn)生的合成磁場的方向如圖，此時合成磁場順時針轉(zhuǎn)過了90°。（3）=π、、2π的不同瞬間，三相交流電在三相定子繞組中產(chǎn)生的合成磁場見回轉(zhuǎn)半徑，由圖可知合成磁場的方向按順時針方向旋轉(zhuǎn)，并旋轉(zhuǎn)了一周。由分析得出：在三相異步電動機定子鐵心中布置結(jié)構(gòu)完全相同、在空間各相差120°電角度的三相定子繞組，分別向三相定子繞組通往三相交流電，則在定子、轉(zhuǎn)子與空氣隙中產(chǎn)生一個沿定子內(nèi)圓旋轉(zhuǎn)的磁場，該磁場稱為旋轉(zhuǎn)磁場。3、旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向假設U相交流電仍接電動機的U相繞組，將V相交流電改接電動機的W相繞組，W相電源改接電動機的V相繞組。此時產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場了，如下圖：ωt=0ωt=πωt=2π此時的合成磁場的旋轉(zhuǎn)方向已變?yōu)槟鏁r針方向旋轉(zhuǎn)，與上圖的旋轉(zhuǎn)方向相反。由此可知，只要任意調(diào)換電動機兩相繞組所接的電源的相序，就可以使旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)。因此要改變電動機的轉(zhuǎn)向，只要改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向就可以改變電動機的轉(zhuǎn)向。4、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速電動機的一相繞組通入交流電時產(chǎn)生兩極N、S兩極，即一對極，當三相交流電變化一周時，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場也旋轉(zhuǎn)一周。此時，電動機的轉(zhuǎn)速=60?=3000r/min。當電動機的每相繞組通入交流電時產(chǎn)生對極時，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為，又稱同步轉(zhuǎn)速r/min。二、三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)1、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)當三相案子繞組中通入三相交流電后，將在定子、轉(zhuǎn)子與空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個同步轉(zhuǎn)速為、在空間按順時針方向旋轉(zhuǎn)的磁場。靜止的轉(zhuǎn)子繞組相對切割磁場，在轉(zhuǎn)子導體中產(chǎn)生感應電動勢，方向由右定則確定。由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合回路，電動勢產(chǎn)生感應電流，有感應電流的轉(zhuǎn)子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場中受到電磁力F的作用，電磁力F由左手定則判定。在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)起來。由圖可見，電動機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致。因此，要改變?nèi)喈惒诫妱訖C的旋轉(zhuǎn)方向只需改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向即可。三相異步電動機工作原理三相異步電動機工作原理2、轉(zhuǎn)差率三相異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，如果與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)子中就不能產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，電磁力F也為零，轉(zhuǎn)子將減速，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速，因此稱為異步電動機。同步轉(zhuǎn)速與電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差稱為轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)速差與同步轉(zhuǎn)速之比稱為異步電動機的轉(zhuǎn)差率。3、異步電動機的三種運行狀態(tài)（1）電動機運行狀態(tài)（01）電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同，電動機輸入電功率，輸出機械功率。=1\*GB3①電動機剛起動時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)差率1。=2\*GB3②電動機正常運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速0，轉(zhuǎn)差率01。=3\*GB3③如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)差率。=4\*GB3④電動機工作在額定狀態(tài)下，S約在0.01～0.06之間，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同上轉(zhuǎn)速。=5\*GB3⑤電動機工作在空載狀態(tài)下，電動機只空氣阻力與轉(zhuǎn)軸的摩擦力旋轉(zhuǎn)，S約在0.004～0.007之間，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速幾乎等于同步轉(zhuǎn)速。（2）發(fā)電機運行狀態(tài)（0）電動機定子通入三相交流電后，轉(zhuǎn)子由于外力的作用的拖動與旋轉(zhuǎn)磁場同方向轉(zhuǎn)動，且使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，0。此時，轉(zhuǎn)子導體與旋轉(zhuǎn)磁場的相對切割方向與電動狀態(tài)時正好相反，轉(zhuǎn)子繞組中的電動勢及電流和電動狀態(tài)時相反，電磁轉(zhuǎn)矩T也反向成為阻力矩。機械外力必須克服電磁轉(zhuǎn)矩做功。即電機此時輸入機械功率，輸出電功率，處于發(fā)電狀態(tài)運行。（3）電磁制動狀態(tài)（）若異步電動機轉(zhuǎn)子受外力的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相反，則1，此時旋轉(zhuǎn)磁場與其在轉(zhuǎn)子導體上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩屬制動轉(zhuǎn)矩性質(zhì)。此狀態(tài)時一方面定子繞組從電源吸取電功率，另一方面外加力矩克服電磁團長轉(zhuǎn)矩做功，向電機輸入機械功率，它們均變成電機內(nèi)部的熱損耗。三、三相異步電動機定子繞組接線方式定子三相繞組的結(jié)構(gòu)完全對稱，一般有6個出線端U1、U2、V1、V2、W1、W2置于機座外部的接線盒內(nèi)，根據(jù)需要接成星形（Y）或三角形（△）。也可將6個出線端接入控制電路中實行星形與三角形的換接。三相繞組在接線盒中的位置排列如圖。Y形接法△形接法國家標準規(guī)定3KW及以下采用星形聯(lián)結(jié)。4KW及以上采用三角形聯(lián)結(jié)。

16第五節(jié)三相異電動機工作特性與機械特性一、三相異步電動機的運行特點異步電動機的工作原理與變壓器有許多相似之處，如異步電動機的定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組相當于變壓器的一次繞組與二次繞組。變壓器是利用電磁感應把電能從一次繞組傳遞給二次繞組，異步電動機定子繞組從電源吸取的能量也是靠電磁感應傳遞給轉(zhuǎn)子，因此可以說變壓器是不動的異步電動機。變壓器與異步電動機的主要區(qū)別有：變壓器鐵心中的磁場是脈動磁場，而異步電動機氣隙中的磁場是旋轉(zhuǎn)磁場；變壓器的主磁路只有接縫間隙，而異步電動機定子與轉(zhuǎn)子間有空氣隙存在；變壓器二次側(cè)是靜止的，輸出電功率，異步電動機轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動的，輸出機械功率。2、三相異步電動機的起動特點三相異步電動機在起動瞬間，定子繞組已接通電源，但轉(zhuǎn)子因慣性轉(zhuǎn)速從零開始增加，此時轉(zhuǎn)子繞組中的感應電流很大，電流的頻率也很大，轉(zhuǎn)子電流由定子電流感應而來，因此定子繞組電流很大，即起動電流很大，另一方面由于轉(zhuǎn)子電流頻率大，使轉(zhuǎn)子電抗大，從而使轉(zhuǎn)子電路（亦即定子電路）的功率因數(shù)很低，而電動機的起動轉(zhuǎn)矩，雖然很大，但很低，故也并不大。因此，三相異步電動機在起動時的特點是：起動電流大，起動功率因數(shù)低，起動轉(zhuǎn)矩并不很大。二、三相異步電動機的運行原理1、旋轉(zhuǎn)磁場對定子繞組的作用三相異步電動機的定子繞組通入三相交流電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場Ф，定子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，產(chǎn)生感應電動勢E1，為定子每相繞組的匝數(shù)；為定子繞組感應電動勢頻率，與電源頻率相同為50Hz；為旋轉(zhuǎn)磁場每極磁場最大值；為定子繞組的繞組系數(shù)，由于繞組是分布繞組和適中繞組從面使感應電動勢減少，因此K＜1。由于定子繞組本身的阻抗壓降比電源小很多，可近似認為電源電壓與感應電動勢相等，從上式可知：當外加電源電壓U2不變時，定子繞組中的主也基本不變。2、旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子繞組的作用（1）轉(zhuǎn)子感應電勢與感應電流的頻率轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)子導體切割旋轉(zhuǎn)磁場的相對轉(zhuǎn)速為，則在轉(zhuǎn)子中感應電勢與電流的頻率為即轉(zhuǎn)子中的電動勢與電流的頻率與轉(zhuǎn)差率s成正比。當轉(zhuǎn)子不動時，,。當轉(zhuǎn)子達到同步轉(zhuǎn)速時，則0，轉(zhuǎn)子導體中沒有感應電動勢與電流。（2）轉(zhuǎn)子感應電動勢當轉(zhuǎn)子不動時（）感應電動勢為當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子剛起動時的感應電勢最大，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加，轉(zhuǎn)子聽感應電勢下降。（3）轉(zhuǎn)子的電抗和阻抗轉(zhuǎn)子電抗當轉(zhuǎn)子不動時，，則正常運行時，。從上分析可知，轉(zhuǎn)子繞組的阻抗在起動瞬間最大，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加減小。（4）轉(zhuǎn)子電流和功率因數(shù)轉(zhuǎn)子每相電流為當電動機剛起動時，，很大當電機正常運行時，時，則很小。轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)為當電動機剛起動時，，，很低。當電機正常運行時，時，很高。三、三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩1、功率、效率任何機械在實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換過程中總有損耗存在，異步電動機軸上輸出功率總是小于其從電網(wǎng)輸入的電功率。異步電動機在運行中的功率損耗有：（1）電流在定子繞組中的銅損耗與轉(zhuǎn)子繞組中銅損耗。（2）交變磁通在電動機定子鐵心中產(chǎn)生的磁滯損耗與渦流損耗，通稱為鐵損耗。（3）機械損耗，包括運行中的機械摩擦損耗、風的阻力與其他附加損耗。輸入的功率犘中有一小部分供給定子銅損耗和定子鐵損耗后，余下的大部分功率通過旋轉(zhuǎn)磁場的電磁作用經(jīng)過空氣隙傳遞給轉(zhuǎn)子，這部分功率稱為電磁功率，電磁功率中再扣除轉(zhuǎn)子銅損耗和機械損耗后即為輸出功率，電動機的功率平衡方程式為：ΣP為功率損耗。電動機的效率等于輸出功率與輸入功率之比，2、功率與轉(zhuǎn)矩的關系由力學知識知道：旋轉(zhuǎn)體的機械功率等于作用在旋轉(zhuǎn)體上的轉(zhuǎn)矩與它的機械角速度的乘積，即：，則輸出功率相同的異步電動機極數(shù)多，則轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)矩大；極數(shù)少，則轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小。四、三相異步電動機的機械特性對用來拖動其他機械的電動機而言，在使用中最關心的是電動機輸出的轉(zhuǎn)矩大小、轉(zhuǎn)速高低、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的相互關系等問題。通過數(shù)學分析可得：式中，為電磁轉(zhuǎn)矩，可近似看作電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，N?m；為電動機定子每相繞組上的電壓，V；為電動機的轉(zhuǎn)差率；為電動機轉(zhuǎn)子繞組每相的電阻，Ω；為電動機靜止不動時轉(zhuǎn)子繞組每相的感抗值，Ω；為電動機結(jié)構(gòu)常數(shù)；為交流電源的頻率，Hz。由公式可得出：異步電動機的轉(zhuǎn)矩與加在電動機上的電壓平方成正比。因此電源電壓的波動對電動機的運行影響很大。例如，當電源電壓降為額定電壓的0.9時，電動機的轉(zhuǎn)矩則降為額定值的81%。因此當電源電壓過低時，電動機就有可能拖不動負載而被迫停轉(zhuǎn)。當電動機采用降低電源電壓起動時，雖然對降低電動機的起動電流很有效，但帶來的最大缺點就是電動機的起動轉(zhuǎn)矩也隨之降低，因此只適用于空載或輕載起動的電動機。對某臺電動機而言，它的結(jié)構(gòu)常數(shù)及轉(zhuǎn)子參數(shù)、、是固定不變的，因而當加在電動機定子繞組上的電壓、不變時，由公式可知：異步電動機軸上輸出的轉(zhuǎn)矩犜僅與電動機的轉(zhuǎn)差率（亦即是電動機的轉(zhuǎn)速）有關。在應用中常用T與s間的關系曲線來描述，如圖1所示，該曲線通常稱為異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線。圖1異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線圖2異步電動機的機械特性曲線在電力拖動系統(tǒng)中，為了便于分析起見，通常直接表示出電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關系，因此常把圖1轉(zhuǎn)矩特性曲線順時針轉(zhuǎn)過90°，并把轉(zhuǎn)差率s變換成轉(zhuǎn)速n，變成圖2所示的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩T之間的關系曲線，稱為異步電動機的機械特性曲線，它的形狀與轉(zhuǎn)矩特性曲線是一樣的。在圖2中表示電動機起動瞬間軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，稱起動轉(zhuǎn)矩，如大于起動瞬間電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩（阻力矩），則電動機就能夠起動，反之則無法起動。表示電動機所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩，為電動機產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時相應的轉(zhuǎn)速，是對應于時的轉(zhuǎn)差率，稱為臨界轉(zhuǎn)差率。為電動機的額定轉(zhuǎn)矩，是對應于額定轉(zhuǎn)矩時電動機的轉(zhuǎn)速，稱額定轉(zhuǎn)速。五、三相異步電動機的運行性能1、起動狀態(tài)在電動機起動的瞬間，即＝０（或＝１），電動機軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩（又稱堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩），如起動轉(zhuǎn)矩大于電動機軸上所帶的機械負載轉(zhuǎn)矩，則電動機就能起動；反之，電動機則無法起動。2、同步轉(zhuǎn)速狀態(tài)當電動機轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速時，即＝（或＝０），轉(zhuǎn)子電流為零，故轉(zhuǎn)矩。因此三相異步電動機不能在同步轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運行，即電動機的轉(zhuǎn)速為。3、額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)當電動機在額定狀態(tài)下運行時，對應的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速，此時的轉(zhuǎn)差率稱為額定轉(zhuǎn)差率，而電動機軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩則稱為額定轉(zhuǎn)矩。4、臨界轉(zhuǎn)速狀態(tài)當轉(zhuǎn)速為某一值時，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大，稱為最大轉(zhuǎn)矩。由數(shù)學分析知道，最大轉(zhuǎn)矩的大小只與電源有關，與轉(zhuǎn)子的大小無關，而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率（稱臨界轉(zhuǎn)差率）可用下式表示。說明，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的臨界轉(zhuǎn)差率（亦即臨界轉(zhuǎn)速）與電源電壓無關，但與轉(zhuǎn)子電路的總電阻成正比，故改變轉(zhuǎn)子電路電阻的數(shù)值，可改變產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的臨界轉(zhuǎn)差率，如果＝，＝１即＝０，即說明電動機在起動瞬間產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大。所以繞線轉(zhuǎn)子異步電動機可以在轉(zhuǎn)子回路中串入適當?shù)碾娮瑁蛊饎訒r能獲得最大的轉(zhuǎn)矩。5、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)電動機剛接入電網(wǎng)但尚未開始轉(zhuǎn)動（＝０）的一瞬間，軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩（或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩）。起動轉(zhuǎn)矩必須大于電動機軸上所帶的機械負載阻力矩，電動機才能起動。因此起動轉(zhuǎn)矩是衡量電動機起動性能好壞的重要指標，通常用起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)表示。，而及Ｙ２系列約為2.0.6、過載能力λ電動機產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為電動機的過載能力λ，即:一般三相異步電動機的λ在1.8～2.2之間，它表明電動機在短時間內(nèi)軸上帶的負載只要不超過（1.8～2.2）犜Ｎ，電動機仍能繼續(xù)運行。因此λ表明電動機具有的過載能力。六、三相異步電動機的穩(wěn)定運行區(qū)電動機在運行中拖動的負載轉(zhuǎn)矩必須小于電動機的最大轉(zhuǎn)矩，電動機才有可能穩(wěn)定運行，否則電動機將因拖不動負載而被迫停轉(zhuǎn)。圖3風機型負載的穩(wěn)定運行通常異步電動機穩(wěn)定運行在圖3所示機械特性曲線的段上。從這段曲線可以看出，當負載轉(zhuǎn)矩有較大的變化時，異步電動機的轉(zhuǎn)速變化并不大，因此異步電動機具有硬的機械特性。這個轉(zhuǎn)速范圍（～），稱為異步電動機的穩(wěn)定運行區(qū)。對于穩(wěn)定運行區(qū)可作這樣的理解，設電動機在額定轉(zhuǎn)矩下運行，則對應的轉(zhuǎn)速為?，F(xiàn)假設負載轉(zhuǎn)矩突然增大，則電動機轉(zhuǎn)矩將小于負載轉(zhuǎn)矩，電動機即減速，隨著電動機轉(zhuǎn)速的下降，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩即增加，當增加到與負載轉(zhuǎn)矩相等時，電動機即在該轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。用同樣的道理可分析當負載轉(zhuǎn)矩減小時，電動機將在稍高的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。這也就是為什么電動機的空載轉(zhuǎn)速稍高于額定轉(zhuǎn)速的原因。機械特性段，隨著轉(zhuǎn)速減小，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因此該范圍稱為不穩(wěn)定運行區(qū)，異步電動機一般不能在該區(qū)域內(nèi)正常穩(wěn)定運行。只有電風扇、通風機等風機型負載是一種特例。因為風機型負載的特點是阻力矩隨轉(zhuǎn)速增加而急劇增加，如圖3曲線2所示，它與電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線相交于點，并在點穩(wěn)定運行。當由于某種原因使電動機轉(zhuǎn)速稍有增加時，則電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩增加較少，而負載阻力矩犜Ｌ增加較多，從而使電動機減速。同理，當電動機轉(zhuǎn)速下降時，則電動機的電磁轉(zhuǎn)矩比負載轉(zhuǎn)矩下降得要少，于是電動機加速。因此在轉(zhuǎn)速變化消失后，電動機仍能恢復到穩(wěn)定工作點處工作。圖3風機型負載穩(wěn)定運行

18第六節(jié)三相異電動機起動控制一、三相異電動機起動控制要求由電動機所拖動的各種生產(chǎn)、運輸機械及電氣設備對異步電動機的起動所提出的要求主要有：1）電動機應有足夠的起動轉(zhuǎn)矩。2）在保證足夠的起動轉(zhuǎn)矩前提下，電動機的起動電流應發(fā)行量小。3）起動所需的控制設備應發(fā)行量簡單、力求價格低廉、操作及維護方便。4）過程中的能量損耗應發(fā)行量小。三相籠型異步電動機的起動方式有兩類，即在額定電壓下的直接起動和降低起動電壓的降壓起動，它們各有優(yōu)缺點，可按具體情況正確選用。二、直接起動（全壓起動）控制直接起動是將電動機三相定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上來起動電動機，因此又稱全壓起動。一臺異步電動機能否采用直接起動應視電網(wǎng)的容量（變壓器的容量）、電網(wǎng)允許干擾的程度及電動機的類型、起動次數(shù)等許多因素決定，究竟多大容量的電動機能夠直接起動呢？異步電動機在起動瞬間，雖然起動電流很大，但由于起動時功率因數(shù)很低，因此電動機的起動轉(zhuǎn)矩并不大（最大也只有額定轉(zhuǎn)矩的２倍左右）。對功率較小的三相異步電動機而言，其起動時間較短（一般為幾秒），起動電流的數(shù)值也并不很大，因此一般不會對電動機本身及電網(wǎng)上其他用電設備的運行帶來多少影響。但對于功率較大的三相異步電動機而言，則起動電流數(shù)值大，起動時間也相應較長，它將使電網(wǎng)的供電電壓短時下降，影響在同一電網(wǎng)上其他用電設備的正常工作。最簡單的直接起動控制電路可用三相刀開關和熔斷器將三相籠型異步電動機直接接入交流電網(wǎng)。直接起動的優(yōu)點是所需設備簡單、起動時間短，缺點是對電動機及電網(wǎng)有一定的沖擊。在實際使用中的三相異步電動機，只要允許采用直接起動，則應優(yōu)先考慮使用直接起動。通常認為容量在11kＷ以下的三相異步電動機一般均可采用直接起動，或電動機起動時在電網(wǎng)上引起的電壓降不超過10%～15%，就允許直接起動、或者由獨立供電的變壓器供電時，三相異步電動機的容量不超過變壓器容量的20%，就允許直接起動。1、刀開關直接起動2、電磁開關—接觸器控制直接起動3、電磁開關—接觸器控制電動機正反轉(zhuǎn)

三、降壓起動控制起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，起動結(jié)束后加額定電壓運行的起動方式稱降壓起動。降壓起動雖能降低電動機起動電流，但也降低了電動機的起動轉(zhuǎn)矩，故降壓起動適用于電動機空載或輕載起動。（1）籠型異步電動機起動控制◆Y-△降壓起動控制起動時，先把定子三相繞組作星形聯(lián)結(jié)，待電動機轉(zhuǎn)速升高到一定值后再改接成三角形。因此這種降壓起動方法只能用于正常運行時作三角形聯(lián)結(jié)的電動機上。用Y-△降壓起動時，起動電流為直接采用三角形聯(lián)結(jié)時起動電流的1/3，所以對降低起動電流很有效，但起動轉(zhuǎn)矩也只有用三角形聯(lián)結(jié)直接起動時的1/3，即起動轉(zhuǎn)矩降低很多，故只能用于輕載或空載起動的設備上。此法的最大優(yōu)點是所需設備較少、價格低，凡功率在4kW及以上者，正常運行時都采用三角形聯(lián)結(jié)?！舳ㄗ踊芈反娮瑁娍蛊鳎┢饎与妱訖C起動時在定子繞組中串電阻降壓，起動結(jié)束后再用開關Ｓ將電阻短路，全壓運行。由于串電阻起動時，在電阻上有能量損耗而使電阻發(fā)熱，故一般常用鑄鐵電阻片。有時為了減小能量損耗，也可用電抗器代替。電阻降壓起動具有起動平穩(wěn)、工作可靠、起動時功率因數(shù)高等優(yōu)點，另外，改變所串入的電阻值即可改變起動時加在電動機上的電壓，從而調(diào)整電動機的起動轉(zhuǎn)矩，不像Y-△降壓起動那樣，只能獲得一種降壓值。但由于其所需設備比Y-△降壓起動要多，投資相應較大，同時電阻上有功率損耗，不宜頻繁起動，因此在這兩種降壓起動方法中，優(yōu)先選用Y-△降壓起動?！糇择钭儔浩鹘祲浩饎与妱訖C在起動時，定子繞組通過自耦變壓器接到電源上，起動完畢，再將自耦變壓器切除，定子繞組直接接在電源上正常運行。優(yōu)點：變壓器二次側(cè)可有幾個抽頭，可根據(jù)需要選用。無論繞組是星形還是三角形都可使用。缺點：設備費用較高?！糗浧饎悠髌饎樱ń档碗娫措妷浩饎樱┙┠陙?，由于電力電子技術的飛速發(fā)展，用晶閘管來實現(xiàn)調(diào)節(jié)三相交流電壓的技術已非常成熟，價格也已達到合理的程度，因此采用晶閘管交流調(diào)壓裝置的軟起動器迅速發(fā)展，并很快取代傳統(tǒng)的降壓起動方式而占領市場，國家發(fā)改委已把推廣三相異步電動機軟起動裝置列入國家十大重點節(jié)能工程子項目之一。三相異步電動機的軟起動旨在起動時降低加在三相異步電動機定子繞組上的電壓以限制電動機的起動電流，減小其對電網(wǎng)的沖擊，同時達到節(jié)能的目的。軟起動的方式有液阻軟起動、磁阻軟起動、晶閘管軟起動等多種。從起動時間、控制方式、節(jié)能效果等多方面比較，以晶閘管軟起動技術最優(yōu)，代表了軟起動的發(fā)展方向。軟起動器還提供以下保護功能：電動機過載保護，轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)保護，電動機欠載保護，三相失衡保護，過電流保護，逆相保護，電動機溫度保護。（2）繞線式異步電動機起動控制繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子采用三相對稱繞組，均采用星形聯(lián)結(jié)。起動時在轉(zhuǎn)子三相繞組中串可變電阻或頻敏變阻器起動?！艮D(zhuǎn)子串電阻起動起動時，在轉(zhuǎn)子繞組中串電阻降壓，在起動過程中逐步將電阻切除。電動機在整個起動過程中起動轉(zhuǎn)矩較大，適合于重載起動，主要用于橋式起重機、卷揚機、龍門吊車等。主要缺點上所需起動設備復雜，起動時有能量損耗在起動電阻器上?！艮D(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動電動機剛起動時電流頻率高，在頻敏變阻器的鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗與磁滯損耗很大，即R2很大，限制了起動電流，增大了起動轉(zhuǎn)矩；隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加轉(zhuǎn)子電流頻率下降，R2減小，使起動電流及轉(zhuǎn)矩保持一定數(shù)值。起動結(jié)束后將轉(zhuǎn)子繞組短接。

20第七節(jié)三相異電動機調(diào)速控制為了滿足實際應用的需要，異步電動機需要進行調(diào)速，所謂調(diào)速即是用人為的方法來改變異步電動機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)速公式：，可知，電動機的調(diào)速方法有：變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速、變頻調(diào)速。一、變極調(diào)速三相異步電動機定子繞組形成的磁極對數(shù)取決于定子繞組中的電流方向，只要改變定子繞組的接線方式，就能達到改變磁極對數(shù)的目的。雙速電機的變速是通過改變定子繞組的連接來改變磁級對數(shù)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。如圖所示，三相繞組在內(nèi)部接成△形，三個連接點引出線為U1、V1、W1，每相繞組的中點各抽出一個頭為U2、V2、W2，共有六個出線端，改變這六個出線端與電源的連接方式，就可以得到兩種不同的轉(zhuǎn)速，當電源從U1、V1、W1進入時，電機△形低速運行，當電源從進入，且將U1、V1、W1三個端短接，則電機運行?！?YY聯(lián)結(jié)雙速電動機繞組接法Y/YY聯(lián)結(jié)雙速電動機繞組接法△/YY聯(lián)結(jié)的電動機，變速前后電動機的輸出功率基本上不變，多用于金屬切削機床上。Y/YY聯(lián)結(jié)的電動機，變速前后電動機的輸出轉(zhuǎn)矩基本不變，適用于負載轉(zhuǎn)矩基本恒定的調(diào)速。變極調(diào)速的優(yōu)點是所需設備簡單，缺點是電動機繞組引出頭多，調(diào)級數(shù)少。二、改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速（變轉(zhuǎn)差率）改變轉(zhuǎn)子電路的電阻調(diào)速，只適用于繞線式異步電動機。保持電源電壓不變，改變轉(zhuǎn)子繞組的電阻值進行調(diào)速控制。電源電壓不變，轉(zhuǎn)子繞組串電阻后，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩保持不變，產(chǎn)生的臨界轉(zhuǎn)差率隨轉(zhuǎn)子電阻的增加而增加，即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)子電阻的增大而下降。這種調(diào)速方法的優(yōu)點是所需設備較簡單，并可在一定范圍內(nèi)進行調(diào)速。缺點是調(diào)速電阻上有一定的能量損耗，調(diào)速特性曲線的硬度不大，即轉(zhuǎn)速隨負載的變化較大，且電阻越大，特性越軟。在空載和輕載時調(diào)速范圍很窄。此法主要用于起重機械中的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機上。改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速改變定子電壓調(diào)速三、改變定子電壓調(diào)速（變轉(zhuǎn)差率）：通風機負載當加在籠型異步電動機定子繞組上的電壓發(fā)生改變時，它的機械特性曲線是一組臨界轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)差率）不變，而最大轉(zhuǎn)矩隨電壓的平方而下降的曲線。對于恒轉(zhuǎn)矩負載，圖中虛線2，其調(diào)速范圍很窄，實用價值不大。但對于通風機負載，其負載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，其調(diào)速范圍較寬。因此，目前大多數(shù)的電風扇都采用串電抗器調(diào)速或用晶閘管調(diào)壓調(diào)速。改變定子電壓調(diào)速適用于籠型異步電動機。隨著定子繞組電壓的下降，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩下降，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也下降對于恒轉(zhuǎn)矩負載，調(diào)速范圍很窄，不實用。對于通風機負載，調(diào)到速范圍較寬，因此，大多數(shù)的電風扇采用串電抗器調(diào)速或用晶閘管調(diào)速。四、變頻調(diào)速當異步電動機的磁極對數(shù)不變時，電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率犳成正比，如果能連續(xù)地改變電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速，這就是變頻調(diào)速的原理。只要連續(xù)調(diào)節(jié)交流電源頻率，就能平滑地調(diào)節(jié)交流電動機的轉(zhuǎn)速。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導致電動機運行性能的惡化，其原因：因當電源電壓時，則當頻率減小時，主磁通將增加，這將導致電動機磁路過分飽和，使勵磁電流增大，功率因數(shù)降低，鐵心損耗增加；反之，若頻率增加，則將減小，使電動機的電磁轉(zhuǎn)矩及最大轉(zhuǎn)矩下降，使電動機容量得不到充分利用。因此，為了使交流電動機能保持較好的運行性能，要求在調(diào)節(jié)的同時，改變定子電壓，以維持最大磁通不變。根據(jù)電動機所拖動的負載性質(zhì)不同，常用的異步電動機變頻調(diào)速主要有兩種控制方式：恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速和恒功率變頻調(diào)速。1、恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速通過數(shù)學分析可得異步電動機的額定轉(zhuǎn)矩公式在變頻調(diào)速過程中，保持電動機的輸出轉(zhuǎn)矩保持不變。即需保持U1/f1為常數(shù)，保持電源電壓與頻率成例調(diào)節(jié)，是目前使用的一種變頻調(diào)速控制方式。2、恒功率變頻調(diào)速通過數(shù)學分析可得異步電動機的額定轉(zhuǎn)矩公式從上式可知，保持保持調(diào)速前后電動機的輸出功率不變，只要保持為常數(shù)。異步電動機變頻調(diào)速的主要特點是可以實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬，且可實現(xiàn)恒功率調(diào)速或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，但需要一套變頻調(diào)速電源及控制、保護裝置，價格較貴。3、變頻裝置變頻裝置主要有兩大類，即間接變頻裝置和直接變頻裝置。間接變頻裝置是先將工頻交流電通過整流裝置整流成直流電，然后再經(jīng)過逆變器將直流變成可控頻率的交流，通常稱為交直交變頻裝置。其特點是輸出頻率可以在0.1～400Hz范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，是目前中小容量通用變頻裝置的主要形式。而直接變頻裝置即是直接將恒壓恒頻的交流電源變成變壓變頻的交流電源，稱為交交變頻裝置，其特點是輸出頻率比輸入頻率低，是變頻裝置的發(fā)展方向。變頻器的基本結(jié)構(gòu)組成變頻器先將工頻交流電源通過三相整流電路整流成直流，并通過濾波電路濾波成平滑的直流電，再通過遞變電路變換成頻率和電壓均可調(diào)節(jié)的交流電，整個過程則由控制電路加以控制。在交直交變頻裝置中，按濾波電路是采用電容濾波還是電感濾波又分為電壓型變頻器和電流型變頻器。電壓型變頻器線路結(jié)構(gòu)簡單，使用比較廣泛，但因需用較大的電容濾波，動態(tài)響應較慢。電流型變頻器則利用大電感來限制電流的變化，逆變器可輸出比較平直的矩形波，但逆變范圍較窄，不能在空載狀態(tài)下運行。下圖是用于一般機床（車床、銑床、鉆床、磨床等）上對機床主軸運動進行控制的通用V／F變頻器的兩線控制方式接線圖。圖中ＱＦ為低壓斷路器，Ｒ、Ｓ、Ｔ為變頻器三相交流電源的輸入接線端子，Ｕ、Ｖ、Ｗ為變頻器的三相輸出端。變頻器兩線控制方式接線圖

22第八節(jié)三相異電動機制動控制三相異步電動機除了運行于電動機狀態(tài)外，還時常運行于制動狀態(tài)。所謂電動機的制動是指在電動機的軸上加一個與其旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，使電動機減速或停轉(zhuǎn)，對位能性負載（起重機下放重物），制動運行可獲得穩(wěn)定的下降速度。根據(jù)制動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的方法不同，可分為機械制動和電氣制動兩類。機械制動通常是靠摩擦方法產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，如電磁抱閘制動。而電氣制動是使電動機所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電動機的旋轉(zhuǎn)方向相反來實現(xiàn)的。三相異步電動機的電氣制動有反接制動、能耗制動和再生制動三種。一、機械制動機械制動最常用的裝置是電磁抱閘，它主要由制動電磁鐵和閘瓦制動器兩大部分組成。制動電磁鐵包括鐵心、電磁線圈和銜鐵，閘瓦制動器包括閘輪、閘瓦、杠桿和彈簧等。起重機械經(jīng)常使用斷電制動型電磁抱閘，如橋式起重機、提升機、電梯等，這種制動器在平時緊抱制動輪，當起重機工作時松開，在停機時保證定位準確，并避免重物自行下墜而造成事故。二、電氣制動：1、電源反接制動反接制動是電動機在停機后，給定子加上與原電源相序相反的電源相序的電源，使定子產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電動機的旋轉(zhuǎn)方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩，使電動機很快停轉(zhuǎn)。由于反接制動時，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場間的速度近于兩倍的同步轉(zhuǎn)速，所以定子繞組中流過的反接制動電流相當于全電壓直接起動時的兩倍，通常只適用于10kW以下的小容量電動機。且進行反接制動時，必須在電動機每相定子繞組中串接一定的電阻，以限制反接制動電流，避免繞組過熱和機械沖擊。電源反接制動負載倒拉反轉(zhuǎn)制動的機械特性（2）倒拉反轉(zhuǎn)制動當電動機拖動的位能性負載，在提升負載時由于負載的重力作用使電動機轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)向朝著下放的方向旋轉(zhuǎn)，此時轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動起制動作用，故稱倒拉反轉(zhuǎn)制動運行狀態(tài)。（3）能耗制動三相異步電動機的能耗制動就是在