電機及拖動基礎(chǔ) 第5版 課件 胡幸鳴 第3、4章 變壓器、三相異步電動機

第三章變壓器

變壓器是一種靜止的交流電氣設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理，將一種等級的交流電壓和電流轉(zhuǎn)變成同頻率的另一種等級的交流電壓和電流。它對電能的經(jīng)濟傳輸、靈活分配和安全使用具有重要的意義；同時，它在電氣的測試、控制和特殊用電設(shè)備上也有廣泛的應(yīng)用。第三章變壓器

本章主要敘述一般用途的電力變壓器有工作原理、分類、結(jié)構(gòu)和運行特性。電源變壓器電力變壓器控制變壓器調(diào)壓器三相干式變壓器第一節(jié)變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)

一次繞組N1二次繞組N2互相絕緣且匝數(shù)不同只有磁的耦合而沒有電的聯(lián)系

e2u1i0F0Φe1可向負載供電u2根據(jù)電磁感應(yīng)原理改變N1、N2，就可達到改變電壓的目的。

一、變壓器的基本工作原理電力系統(tǒng)中應(yīng)用的變壓器稱作電力變壓器，它是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備。如果輸電線路輸送的電功率Ｐ及功率因數(shù)cosφ一定，Ｕ越高時，則線路電流Ｉ越小，輸電線的截面積，節(jié)省材料，減小投資和降低運行費用。由于發(fā)電廠的交流發(fā)電機受絕緣和工藝技術(shù)的限制，通常輸出電壓為10.5、16kV或更高的20、27kV，而一般高壓輸電線路的電壓為110、220、330、500、800、1000kV，因此需用升壓變壓器將電壓升高后送入輸電線路。當電能輸送到用電區(qū)后，為了用電安全，又必須用降壓變壓器將輸電線路上的高電壓降低為配電系統(tǒng)的配電電壓，然后再經(jīng)過降壓變壓器降壓后供電給用戶。電力系統(tǒng)的多次升壓和降壓，使得變壓器的應(yīng)用相當廣泛。1、變壓器的應(yīng)用二、變壓器的應(yīng)用和分類三相電力系統(tǒng)的變壓器應(yīng)用電廠、電站電能升壓高壓輸電降壓用戶2、變壓器的分類（1）按用途分類（2）按繞組構(gòu)成分類（3）按相數(shù)分類前面所述的應(yīng)用就是按用途分類，如電力變壓器

有單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。雙繞組、三繞組、多繞組、自耦變壓器。

另外，變壓器的應(yīng)用還有，測量系統(tǒng)中使用的儀用互感器（可將高電壓變換成低電壓，或?qū)⒋箅娏髯儞Q成小電流，以隔離高壓和便于測量）；自耦調(diào)壓器（可任意調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，以適應(yīng)負載對電壓的要求）；在電子線路中用的電源變壓器；變壓器還用來耦合電路、傳遞信號、實現(xiàn)阻抗匹配。作為焊接電源的電焊變壓器；專供大功率電爐使用的電爐變壓器；將交流電整流成直流電時使用的整流變壓器等。1、變壓器的應(yīng)用

干式變壓器、油浸自冷變壓器、油浸風冷變壓器、強迫油循環(huán)變壓器、充氣式變壓器等。（4）按冷卻方式分類

盡管變壓器種類繁多，但它們皆是利用電磁感應(yīng)的原理制成的。三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)儲油柜安全氣道線圈鐵心油箱放油閥門儲油柜式油浸電力變壓器分接開關(guān)信號式溫度計吸濕器油表高壓套管低壓套管變壓器的主要組成是鐵心和繞組（俗稱為器身）。為了改善散熱條件，大、中容量的電力變壓器的鐵心和繞組浸入盛滿變壓器油的封閉油箱中，各繞組對外線路的聯(lián)接由絕緣套管引出。為了使變壓器安全、可靠地運行，還設(shè)有儲油柜、安全氣道和氣體繼電器等附件。

三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)波紋片式油浸電力變壓器6-氣體繼電器7-高壓套管8-低壓套管10-油箱(鐵心和繞組在油箱內(nèi))14-吊攀15-盤形分接開關(guān)16-溫度計座17-油位計18-波紋片

三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)立體卷鐵心油浸式電力變壓器前面所示的是:鐵心采用硅鋼片疊裝的傳統(tǒng)油浸式電力變壓器。隨著設(shè)計、材料和工藝水平的提高，當今有大量立體卷鐵心的變壓器生產(chǎn)和使用，其節(jié)能效果顯著。三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)1.鐵心構(gòu)成變壓器磁路系統(tǒng)，并作為變壓器的支撐骨架

鐵心柱

磁軛0.3mm或0.27mm或更薄的硅鋼片，減小鐵耗。目前主要采用晶粒有取向冷軋硅鋼片,其導磁性好,鐵耗小.熱軋硅鋼片已基本淘汰.

大、中型變壓器的鐵心，一般先將硅鋼片裁成條形，然后采用交錯疊片的方式疊裝而成。交錯疊片的目的是使各層磁路的接縫互相錯開，以減小接縫處的氣隙和磁路的磁阻，從而減小勵磁電流。增大運行時的功率因素。1.鐵心疊裝鐵心

立體卷鐵心三維立體卷鐵心層間沒有接縫，磁通方向與硅鋼片晶體取向完全一致，沒有接縫處磁通密度的畸變現(xiàn)象。具有空載電流低，空載損耗小，噪聲低、結(jié)構(gòu)緊湊與占地面積小等優(yōu)點。1.鐵心立體卷鐵心2.繞組變壓器中的電路部分，小型變壓器一般用具有絕緣的漆包圓銅線繞制而成，對容量稍大的變壓器則用扁銅線繞制。同心式繞組高、低壓繞組同心地套裝在鐵心柱上。為了便于與鐵心絕緣，把低壓繞組套裝在里面，高壓繞組套裝在外面。（１）油箱

油浸式變壓器的外殼就是油箱，它起機械支撐、冷卻散熱作用。變壓器的器身放在裝有變壓器油的油箱內(nèi)。變壓器油既是絕緣介質(zhì)，又是冷卻介質(zhì)，通過變壓器油的對流，將鐵心和繞組所產(chǎn)生的熱量傳遞給油箱和散熱管或波紋片，再往空氣中散發(fā)熱量。3.其他結(jié)構(gòu)附件(2）儲油柜亦稱油枕，保證器身始終浸在變壓器油中。

（4）分接開關(guān)變壓器運行時，輸出電壓可控制在允許的變化范圍內(nèi)，通過分接開關(guān)改變一次繞組匝數(shù)，使輸出電壓的調(diào)節(jié)為額定電壓的±2*2.5%，±５％

(3）波紋片圖3-2b中的波紋片是特殊的一種碳鋼材料，它即是連接油箱的散熱管片(道)又可起到熱脹冷縮作用，其熱脹冷縮作用可取代圖3-2a中的儲油柜作用。所以目前2000KV.A及下，10/0.4kV的油浸式電力變壓器均采用波紋片式的，儲油柜（油枕）式已很少生產(chǎn)。四、變壓器的銘牌和額定值

為了使變壓器安全、經(jīng)濟、合理地運行，每一臺變壓器都安裝了一塊銘牌，上面標明了變壓器型號及各種額定數(shù)據(jù)，只有理解銘牌上的各種數(shù)據(jù)的含義，才能正確、安全地使用變壓器。銘牌1油浸式電力變壓器1、變壓器的型號與冷卻方式型號：冷卻方式：S

13-MRL-200/10高壓側(cè)額電電壓等級（kV）額定容量（kV·A）密封、卷鐵心、立體性能水平代號（11，13…）三相電力變壓器（S后面J字省略，代表油浸式）銘牌2干式電力變壓器干式電力變壓器SGB是干式電力變壓器(簡稱干變)中的一類。其中S－三相；G－NOMEX絕緣紙作匝絕緣；B－低壓繞組用銅箔繞制；高低繞組都用真空壓力漆作絕緣處理。SCB是另一類干變，C－環(huán)氧樹脂澆注，高壓線圈用環(huán)氧樹脂澆注密封；低壓銅箔線圈的端部用環(huán)氧樹脂密封當今2000KV·A及以下，10/0.4kV的干式電力變壓器廣泛應(yīng)用于工廠、學校的變電場所。這是由于如今的冷軋硅鋼片質(zhì)量好，損耗小，繞組的絕緣等級不斷提高，允許的溫升提高等因素。（1）額定電壓U1N和U2N

U1N：加在一次繞組上的正常工作電壓值（kV)。根據(jù)變壓器的絕緣強度和允許發(fā)熱等條件規(guī)定U2N：一次繞組加上額定電壓后，額定分接，二次繞組的空載電壓值（kV)。注意：U2N不等于額定負載時的負載電壓額定電壓在三相變壓器中是指線電壓。2.變壓器的額定值（2）額定電流I1N和I2N

根據(jù)變壓器允許發(fā)熱的條件而規(guī)定的滿載電流值（A）。在三相變壓器中額定電流是指線電流。（3）額定容量SN變壓器在額定工作條件下變壓器輸出能力即視在功率（kV·A）。單相變壓器的額定容量三相變壓器的額定容量例3－1：一臺三相油浸自冷式變壓器，已知SN＝560kV·A，U1N/U2N=10000V/400V，試求一次、二次繞組的額定電流I1N

、I2N各是多大?解：第二節(jié)單相變壓器的空載運行變壓器的一次繞組接在額定電壓的交流電源上，而二次繞組開路，這種運行方式稱為變壓器的空載運行。一般電工慣例來規(guī)定圖中各物理量的正方向１)同一條支路中，電壓ｕ的正方向與電流ｉ的正方向一致；２)由電流ｉ產(chǎn)生的磁通勢所建立的磁通φ其二者的正方向符合右手螺旋法則；３)由磁通φ產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢ｅ，其正方向與產(chǎn)生該磁通的電流ｉ的正方向一致。一、空載運行時的物理狀況一、空載運行時的物理狀況

空載時，當一次繞組加上交流電源電壓Ｕ1時，一次繞組中就有空載電流Ｉ0流過，產(chǎn)生空載磁通勢Ｆ0＝Ｉ0Ｎ1，并建立空載磁場。主磁通Φ通過鐵心閉合，同時交鏈一次、二次繞組，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢Ｅ1和Ｅ2，如果二次繞組與負載接通，則在電動勢作用下向負載輸出電功率，所以主磁通Φ起著傳遞能量的媒介作用；另有一小部分磁通主要由非磁性材料（空氣或變壓器油等）形成閉路，只與一次繞組交鏈，不參與能量傳遞，稱之為一次繞組的漏磁通Φ1σ

，它在一次繞組中產(chǎn)生漏磁電動勢E1σ

。以上過程可表示為：二、感應(yīng)電動勢和漏磁電動勢在變壓器一次繞組加上正弦交流電壓ｕ1時，設(shè)Ф＝Φmsinωt1、感應(yīng)電動勢可見；由Ф產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e1也按正弦規(guī)律變化，頻率為電源頻率，有效值；時間相位上滯后于主磁通90°。(三要素)用相量形式表示：同理:二、感應(yīng)電動勢和漏磁電動勢2、漏磁電動勢變壓器一次繞組的漏磁通Φ1σ也將在一次繞組中感應(yīng)產(chǎn)生一個漏磁電動勢Ｅ1σ。根據(jù)前面的分析，同樣可得出：由電工基礎(chǔ)知識，引入?yún)?shù)L1，X1（一次繞組的漏電感或漏電抗），可推得電路形式的漏磁電動勢表達式：從物理意義上講，漏電抗反映了漏磁通對電路的電磁效應(yīng)。對已制成的變壓器，漏電感Ｌ1為一常數(shù)，頻率一定，漏電抗也是常數(shù)。三、空載運行時的等效電路和電動勢平衡方程式

除了前面引入的漏電抗參數(shù)X1，這里再引入?yún)?shù)Zm，把前面的單相變壓器空載運行的電磁關(guān)系用電路形式“等效”表示：空載變壓器看成兩個電抗線圈串聯(lián)，一個有鐵心其阻抗為Zm，一個沒有鐵心其阻抗為Z1（一次側(cè)漏阻抗）圖中：勵磁參數(shù)勵磁電阻勵磁電抗由圖可得一次側(cè)電動勢平衡方程式：

空載等效電路三、空載運行時的等效電路和電動勢平衡方程式

電力變壓器的I0主要是用于建立空載磁場的感性無功電流,其值很小,一般<2%IN,而電力變壓器的漏阻抗Z1也很小,漏阻抗壓降I0Z1很小略去,電動勢平衡方程式可近似為:有效值表示空載運行二次側(cè)電動勢平衡方程式為:因而有變比k:K>1,降壓變壓器K<1,升壓變壓器U1≈E1＝4.44fN1Фm

U1恒定時，變壓器鐵心中的磁通Фm

基本上保持不變

另因:四、空載運行時的相量圖根據(jù)：作相量圖。相量圖可以定性地分析問題，由圖可知，Ｕ1與Ｉ0之間的相位角φ0接近90°，因此變壓器空載時的功率因數(shù)很低，一般cosφ0＝0.1～0.2。12345678

為了直觀地表示變壓器中各物理量之間的大小和相位關(guān)系，在同一張圖上將各物理量用相量形式表示，稱為變壓器的相量圖。低壓繞組匝數(shù)例3-2一臺單相變壓器，已知SN＝5000kV·A，U1N/U2N=35kV/6.6kV，鐵心的有效截面為SFe=1120Cm2,若取鐵心中最大磁通密度Bm=1.5T，試求高、低壓繞組的匝數(shù)和電壓比（不計漏磁）。解：變壓器的電壓比為鐵心中的磁通高壓繞組匝數(shù)第三節(jié)單相變壓器的負載運行一、變壓器負載運行時的物理狀況變壓器的一次繞組加上電源電壓，二次繞組接上負載阻抗ＺL，稱變壓器的負載運行。其物理狀況與空載運行有顯著的變化。二次繞組中有電流

一次繞組中電流變?yōu)槠渑c的增量用來抵消二次繞組對空載主磁通的去磁作用，使負載時的主磁通與空載時的基本不變，使電磁關(guān)系達到新的平衡。因此負載時的主磁通由一、二次繞組的磁通勢共同建立。二、負載運行時的基本方程式1、磁通勢平衡方程式從前面已知變壓器負載運行時，一次側(cè)電流由空載時的Ｉ0變?yōu)樨撦d時的Ｉ1，產(chǎn)生Ｅ1的主磁通Φ與空載時基本不變。由于負載運行時，一次、二次繞組的磁通勢共同建立主磁通Φ

，則與空載時所需的空載磁通勢也應(yīng)基本不變，即有磁通勢平衡方程式：等同整理后：勵磁分量，產(chǎn)生主磁通Φ負載分量，保持Φ基本不變通過磁通勢平衡關(guān)系，把一、二次電流聯(lián)系起來，以傳遞能量。二、負載運行時的基本方程式1、磁通勢平衡方程式由于電力變壓器空載電流Ｉ0很小，為了分析方便常略去，則變壓器的高壓繞組匝數(shù)多，而通過的電流小，因此繞組所用的導線細；反之低壓繞組匝數(shù)少，通過的電流大，所用的導線較粗。在數(shù)值上：電流和對應(yīng)的匝數(shù)成反比二、負載運行時的基本方程式2、電動勢平衡方程式

負載電流通過二次繞組時，也會產(chǎn)生漏磁通，并感應(yīng)漏磁電動勢，即：根據(jù)基爾霍夫電壓定律，負載時一、二次繞組電動勢平衡方程式為：

二次繞組漏阻抗：r2+jX2負載阻抗二、負載運行時的基本方程式按上面的分析，可得到變壓器負載時的基本方程式三、變壓器負載時的等效電路

變壓器的一次、二次繞組之間是通過電磁耦合而聯(lián)系的，它們之間并無直接的電路聯(lián)系，因此利用基本方程式計算負載時變壓器的運行性能，就顯得十分繁瑣，尤其在電壓比ｋ較大時更為突出。為了便于分析和簡化計算，因此引入與變壓器負載運行時等效的電路模型，即等效電路。采用折算法就能解決上述問題。

1.繞組折算

繞組折算就是將變壓器的一次、二次繞組折算成同樣匝數(shù)，使Ｅ’2＝Ｅ1，但不改變折算前后的電磁關(guān)系，即折算前后的磁通勢平衡關(guān)系、功率傳遞、損耗等均應(yīng)保持不變。通常是將二次繞組折算到一次繞組，即取N’2＝N1折算后的二次繞組的各物理量數(shù)值與折算前的不同。為了區(qū)別折算量，常在原來符號的右上角加“‘”表示。三、變壓器負載時的等效電路1.繞組折算將變壓器二次繞組折算到一次繞組時的規(guī)律：電動勢和電壓的折算值等于實際值乘以ｋ，電流的折算值等于實際值除以ｋ，電阻、漏電抗及阻抗的折算值等于實際值乘以ｋ2

即：三、變壓器負載時的等效電路2、“T”形等效電路經(jīng)繞組折算，變壓器的基本方程式變?yōu)椋壕叽丝赏频米儔浩鞯牡刃щ娐啡?、變壓器負載時的等效電路3、等效電路的簡化

“Ｔ”型等效電路準確反映了變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系，但它屬于混聯(lián)電路，進行復數(shù)運算比較麻煩。因一般電力變壓器運行時，Ｉ0只占<2%I1N，從工程計算的觀點看，可把Ｉ0略去不計，即去掉勵磁支路，得到一個簡單的阻抗串聯(lián)的電路—簡化等效電路。此時接在電源與負載之間的變壓器相當于一個串聯(lián)阻抗ＺK—變壓器的短路阻抗。短路電抗短路電阻例3-3

一臺單相變壓器，一次側(cè)加額定頻率的額定電壓并保持不變，二次側(cè)接負載阻抗1）一次、二次電流及二次電壓。

2）一次、二次側(cè)的功率因數(shù)。。試用簡化等效電路進行計算：解先求參數(shù)1）一次、二次電流及二次電壓。2）一次、二次側(cè)的功率因數(shù)。第四節(jié)變壓器參數(shù)的測定

通過前面分析可知，我們可用基本方程式、等效電路等方法分析和計算變壓器的運行性能，但這需要知道變壓器的繞組電阻、漏電抗及勵磁阻抗等參數(shù)。

對于一臺已制成的變壓器，可以通過實驗的方法來求取各個參數(shù)，即可以通過空載實驗和短路實驗測量并計算變壓器的參數(shù)（一）空載試驗

求變比k、空載電流I0、空載損耗P0以及等效電路中的勵磁阻抗參數(shù)Zm。目的：

變壓器的空載試驗是在變壓器空載運行的情況下進行測量的，試驗時，一般在變壓器低壓側(cè)加電壓，測量高壓側(cè)對應(yīng)的電壓、電流和功率。（一）空載試驗

空載試驗時，調(diào)壓器加上工頻的正弦交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓，使其等于低壓側(cè)的額定電壓Ｕ2N，然后測量Ｕ1、Ｉ0及空載損耗（即空載輸入功率）ｐ0。因空載時功率因數(shù)很低，一般采用低功率因數(shù)表。

變壓器空載試驗電路圖高壓側(cè)空載低壓側(cè)加壓計算：

總阻抗Z0=Z1+Zm≈Zm注意：若空載試驗在低壓側(cè)進行，要獲得高壓側(cè)參數(shù)時，必須進行折算,即乘以k2

。（一）空載試驗

空載時，空載損耗p0是鐵耗和空載銅耗之和。不過因I0、r1很小，因此空載銅耗Pcu0可忽略不計，因此空載損耗p0近似為鐵耗pFe

。高壓側(cè)加電壓（二）短路試驗短路試驗線路圖

變壓器的短路試驗是在二次繞組短路的條件下進行的，其目的是測定變壓器短路損耗、短路電壓Uk和短路阻抗rk、Xk、

Zk低壓側(cè)短路

試驗電壓從零開始升高，當高壓側(cè)短路電流Ik達到額定電流I1N時，測量對應(yīng)的短路電壓Uk

、短路損耗pk

。（二）短路試驗因為短路電壓很低，磁通小,鐵耗很小，故短路損耗pk近似為銅耗pCu。計算：

注意:對三相變壓器而言：變壓器的參數(shù)，采用相電壓、相電流、一相的功率（損耗），即每相的數(shù)值進行計算例3-4

有一臺三相電力變壓器，空載及短路試驗的

聯(lián)結(jié)，試計算：折算到高壓側(cè)的勵磁參數(shù)和短路參數(shù)（不計溫度影響）。試驗名稱電壓/V電流/A功率/W電源所加位置空載4002.17400低壓側(cè)短路2409.631480高壓鍘試驗數(shù)據(jù)如下表所例：解

由于為三相變壓器，因此應(yīng)采用相值進行計算。由空載試驗數(shù)據(jù)，先求低壓側(cè)的勵磁參數(shù)折算到高壓側(cè)的勵磁參數(shù)，因由短路試驗數(shù)據(jù)，計算高壓側(cè)室溫下的短路參數(shù)由短路試驗數(shù)據(jù)，計算高壓側(cè)室溫下的短路參數(shù)請同學們：根據(jù)上面的參數(shù)，畫出變壓器的T型等效電路，并標出各參數(shù)第五節(jié)變壓器的運行特性對于負載來講，變壓器的二次側(cè)相當于一個電源。對于電源，我們所關(guān)心的運行性能是它的輸出電壓與負載電流之間的關(guān)系，即一般所說的外特性；以及變壓器運行時的效率特性

一、變壓器的外特性和電壓變化率

由于變壓器內(nèi)部存在電阻和漏電抗，因此負載運行時，當負載電流流過二次側(cè)時，變壓器內(nèi)部將產(chǎn)生阻抗壓降，使二次側(cè)端電壓隨負載電流的變化而變化，這種變化關(guān)系是用變壓器的外特性來描述的。

變壓器的外特性是指一次側(cè)的電源電壓和二次側(cè)負載的功率因數(shù)均為常數(shù)時，二次側(cè)端電壓隨負載電流變化的規(guī)律，即Ｕ2＝ｆ(Ｉ2)。電壓變化率：變壓器負載運行時，二次側(cè)端電壓的變化程度通常用電壓變化率ΔU％來表示：

ΔU％反映供電電壓的穩(wěn)定性。ΔU％越小，說明變壓器二次繞組輸出的電壓越穩(wěn)定。常用變壓器在cosФ2=0.8(感性），額定負載時的ΔU％一般為3％～5％

電壓變化率實用計算式一、變壓器的外特性及電壓變化率外特性:一次繞組電壓U1和負載的功率因數(shù)cosφ2一定時，二次繞組電壓U2與負載電流I2的關(guān)系.使電壓下降

用負載系數(shù)β=I2/I2N表示，便于不同變壓器之間比較二、變壓器的效率特性1、變壓器的損耗

變壓器在能量傳遞的過程中會產(chǎn)生損耗，由于變壓器是靜止的電器，因此變壓器的損耗僅有銅損耗ｐCU（可變損耗）和鐵心損耗ｐFe（不變損耗）兩類。它們分別可通過短路試驗和空載試實驗測得。與U1有關(guān)，與負載電流無關(guān)，當U1不變時,鐵耗基本不變。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。2、變壓器的效率直接用效率公式求取，要測取P1、P2，浪費電能又不夠準確,因此工程上通過只需知道損耗的常用實用計算公式計算效率。對于給定的變壓器，ｐ0和ｐFe是一定的，不難看出，當負載的功率因數(shù)cosφ2也一定時，效率只與負載系數(shù)β有關(guān)。3．效率特性效率η隨負載I2的變化而變化的關(guān)系即:不變損耗等于可變損耗時，變壓器的效率最高。

由于電力變壓器常年接在電網(wǎng)上運行，鐵耗總是存在，而銅耗隨負載的變化而變化，同時變壓器不可能一直在滿載下運行，因此，為了使總的經(jīng)濟效果良好，鐵耗應(yīng)相對小些，所以一般電力變壓器?。?/ｐkN＝1/4～1/2，故ηmax發(fā)生在βm＝0.5～0.7范圍內(nèi)。

代入前面的效率實用計算公式得：令dη/dβ=01）額定負載及(感性),時，產(chǎn)生最大效率時的負載系數(shù)及最大效率例3-5

用例3-4中的數(shù)據(jù)。試求：2）1）額定負載及(感性),、二次電壓及效率。解時的電壓變化率根據(jù)式（3-26），計算滿載時的電壓變化率時的電壓變化率、二次電壓及效率二次電壓根據(jù)式（3-27）計算滿載時的效率臨界負載系數(shù)最大效率2）時，產(chǎn)生最大效率時的負載系數(shù)及最大效率第六節(jié)三相變壓器現(xiàn)代電力系統(tǒng)均采用三相制供電，因而廣泛使用三相變壓器三相變壓器組三相心式變壓器由三個獨立的單相變壓器在電路上聯(lián)接組成，三相磁路彼此獨立由三相變壓器組的鐵心合在一起演變而來，三相磁路彼此相關(guān)一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)

第六節(jié)三相變壓器

比較上面兩種類型的三相變壓器的磁路系統(tǒng)可以看出，三相心式變壓器具有節(jié)省材料、效率高、維護方便、占地面積小等優(yōu)點，但三相變壓器組中的每個單相變壓器具有制造及運輸方便、備用的變壓器容量較小等優(yōu)點，所以現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的是三相心式變壓器，只在特大容量、超高壓及制造和運輸有困難時，才采用三相變壓器組。一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)二、三相變壓器的電路系統(tǒng)——聯(lián)結(jié)組

繞組名稱

單相變壓器

三相變壓器

中性點

首端

末端

首端

末端

高壓繞組

AXA、B、CX、Y、ZN

低壓繞組

axa、b、cx、y、zn

中壓繞組

Am

Xm

Am、Bm、Cm

Xm、Ym、Zm

Nm

為了方便變壓器繞組的聯(lián)結(jié)及標記,對繞組的首端、末端的標志規(guī)定如下：變壓器首末端標志1、三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)法和聯(lián)結(jié)組（1）聯(lián)結(jié)法星形聯(lián)結(jié)Y、YN一次側(cè)為例三角形聯(lián)結(jié)D特征A—Y特征A—Z1、三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)法和聯(lián)結(jié)組（2）聯(lián)結(jié)組鐘時序數(shù)表示法一、二次繞組不同的聯(lián)結(jié)法對應(yīng)的電動勢間有不同的相位移，用聯(lián)結(jié)組表示。典型的：Dy11、Yy0、Yd11，后面數(shù)字是聯(lián)結(jié)組標號，是用鐘時序數(shù)表示的落在鐘面的“12“處落在鐘面的“某“處，就是聯(lián)結(jié)組標號，此例“12”，也是鐘序的“0”A點對稱軸位置指向外的相量作為時鐘的長針(分針)，永遠指向“12”a點對稱軸位置指向外的相量作為時鐘的短針(時針)，指向“幾”，鐘時序號就是“幾”。判斷的作用：在變壓器并聯(lián)運行、電力電子技術(shù)中都要應(yīng)用。2.高低壓繞組相電動勢的相位關(guān)系(1)同名端(2)高低壓相電動勢相位關(guān)系從各自繞組的端子流入電流,產(chǎn)生的磁通方向一致,為同名端。A、a同名端，也稱A、a同極性A、a異名端，也稱A、a反極性相電動勢相量正方向:從首端指向末端同極性，相位移“0”,鐘時序數(shù)”0“反極性相位移“180°”(反相),鐘時序數(shù)”6“判斷聯(lián)結(jié)組的基礎(chǔ)知識3.三相變壓器的聯(lián)結(jié)組標號的確定（1）Dy11聯(lián)結(jié)組高、低壓側(cè)繞組聯(lián)結(jié)為D(A-Z）、y畫高壓側(cè)相量圖，的A點位于“12”處，其余相量互差點120?，且三相是一個A聯(lián)Z的等邊三角形。同極性，與平行方向一致，低壓繞組其余相量類似，則a點處在鐘面的“11”處，聯(lián)結(jié)組標號為“11”。3.三相變壓器的聯(lián)結(jié)組標號的確定

高、低壓側(cè)繞組均為星形聯(lián)結(jié)，Yy，（2）Yy0聯(lián)結(jié)組畫高壓繞組相量圖，其的A點處于“12”處，其余相量互差點120?同極性，與同相位，平行且方向一致，a點處在鐘面的“12”（即“0”）聯(lián)結(jié)組標號為“0”所以為Yy03.三相變壓器的聯(lián)結(jié)組標號的確定（3）Yd11聯(lián)結(jié)組

高、低壓側(cè)繞組聯(lián)結(jié)為Yd(逆聯(lián)a-y)，畫高壓繞組相量圖同前。同極性，與平行方向一致，低壓繞組其余相量類似，且a聯(lián)y，則a點處在鐘面的“11”處，聯(lián)結(jié)組標號為“11”。所以為Yd11同極性，與平行方向一致，低壓繞組其余相量類似，且a聯(lián)y，則a點處在鐘面的“11”處，聯(lián)結(jié)組標號為“11”。同極性，與平行方向一致，低壓繞組其余相量類似，且a聯(lián)y，則a點處在鐘面的“11”處，聯(lián)結(jié)組標號為“11”。同極性，與平行方向一致，低壓繞組其余相量類似，且a聯(lián)y，則a點處在鐘面的“11”處，聯(lián)結(jié)組標號為“11”。3.三相變壓器的聯(lián)結(jié)組標號的確定判斷規(guī)律：以前面的Dy11,Yy0,Yd11為基準1）對調(diào)低壓側(cè)繞組首末端的標記，異名端，反極性+“6”2）低壓側(cè)繞組首末端標記順移一相:從a、b、c→c、a、b+4，移二次：a、b、c→b

、c、a+8。3）低壓側(cè)繞組的三角形聯(lián)結(jié)從逆聯(lián)(a-y)→順聯(lián)(a-z)+2點。

變壓器聯(lián)結(jié)組的數(shù)目很多，為了方便制造和并聯(lián)運行，對于三相雙繞組電力變壓器，一般采用Dyn11、Ｙyn0、Yd11、ＹNd11、ＹNy0、Ｙy0等標準聯(lián)結(jié)組，其中Dyn11，在2000KV·A及以下，10/0.4kV電力變壓器中最常用。對單相變壓器只采用ＩＩ0聯(lián)結(jié)組。但在電力電子技術(shù)中還是有各種聯(lián)結(jié)法的。例：判斷以下的聯(lián)結(jié)組以Yd11為基準，低壓側(cè)a-z+2點，所以為：Yd1以Yd11為基準，低壓側(cè)相移兩次+8點，所以為：Yd7以Yy0為基準，低壓側(cè)相移一次+4點，反極性+6點，所以為：Yy10三、三相變壓器的并聯(lián)運行變壓器并運優(yōu)點：提高供電的可靠性提高運行的經(jīng)濟性減小總的備用容量①各臺變壓器的額定電壓應(yīng)相等，即各臺變壓器的電壓比應(yīng)相等；否則會出現(xiàn)環(huán)流。②各臺變壓器的聯(lián)結(jié)組必須相同；否則大環(huán)流燒壞變壓器。③各臺變壓器的短路阻抗（或短路電壓）的相對值要相等；否則變壓器的利用率降低。變壓器并運條件：兩臺變壓器的并聯(lián)運行第七節(jié)其他用途的變壓器

適用于各種用途的特殊變壓器，其基本原理與普通雙繞組電力變壓器相同或相似，本節(jié)簡要介紹自耦變壓器、儀用互感器的特點。一、自耦變壓器

自耦降壓變壓器原理圖特點：一次、二次繞組共用一個繞組，之間即有磁的聯(lián)系，又有直接電的聯(lián)系，N1>N2是自耦降壓變壓器。將抽頭做成滑動觸頭，就成為自耦調(diào)壓器。常用于調(diào)節(jié)試驗電壓的大小自耦調(diào)壓器二、儀用互感器①為了測量人員的安全，使測量回路與高壓電網(wǎng)相互隔離；②擴大測量儀表（電流表及電壓表）的測量范圍。作用電壓互感器電流互感器分類1.電壓互感器二次側(cè)額定電壓100V，但電壓表刻度已換算成一次側(cè)電壓，可以直接讀數(shù)。有3000V/100V、10000V/100V等。實際上是一臺降壓變壓器

二次繞組絕對不允許短路，應(yīng)串入熔斷器作短路保護。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。電壓互感器原理圖用于測量高電壓電壓互感器的鐵心及二次繞組一端必須可靠接地。2.電流互感器實際上是一臺升壓變壓器

用于測量大電流串在電路中，流過被測電流,匝數(shù)少，導線粗。二次側(cè)額定流表5A,但電流表按一次側(cè)的電流標出，可以直接讀數(shù)。有抽頭可選擇：100A/5A、500A/5A、2000A/5A等。按測量誤差有大小，準確度分為0.2、0.5、1.0、3.0、10.0。二次繞組絕對不允許開路電流互感器的鐵心及二次繞組一端必須可靠接地電流表的內(nèi)阻抗必須很小電流互感器原理圖2.電流互感器其工作原理和電流互感器的相同。結(jié)構(gòu)特點是：壓動活動手柄，鐵心象一把鉗子可以張合，被測載流導線就是一次繞組（只有一匝），穿過其中。此時借助電磁感應(yīng)作用，由二次繞組所接的電流表直接讀出被測導線中電流的大小。

在實際工作中，為了方便在帶電現(xiàn)場檢測線路中的電流，工程上常采用一種鉗形電流表。鉗形電流表被測導線鐵心固定手柄表頭二次繞組活動手柄第四章三相異步電動機異步電機同步電機異步發(fā)電機異步電動機三相異步電動機三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、運行可靠等一系列優(yōu)點；還具有較高的運行效率和較好的工作特性、從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運行，能滿足各行各業(yè)大多數(shù)生產(chǎn)機械的傳動要求。異步電動機還便于派生成各種專用、特殊要求的形式，以適應(yīng)不同生產(chǎn)條件的需要。第四章三相異步電動機交流旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速相等轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速不相等與直流電機的靜止磁場不同，都是旋轉(zhuǎn)的磁場。單相異步電動機用于家用電器和醫(yī)療儀器中用于風力發(fā)電機等特殊場合在各種電動機中應(yīng)用最廣、需要量最大。工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)機械化、交通運輸、國防工業(yè)等電力拖動裝置中，有90%采用三相異步電動機。初識三相異步電動機Y系列三相異步電動機初識三相異步電動機YE3系列三相異步電動機洗衣機電機吸油煙機電機Z3050鉆床三相異步電動機異步電動機的應(yīng)用舉例單相異步電動機第四章三相異步電動機

本章先敘述三相異步電動機的基本工作原理和基本結(jié)構(gòu)；再根據(jù)三相異步電動機與變壓器的基本電磁關(guān)系有許多相似之處，在沿用變壓器的分析方法敘述異步電動機(在本章及以后章節(jié)中，由于習慣用法，異步電動機就是指三相異步電動機)的運行時又注意異步電動機的旋轉(zhuǎn)、機械功率和電磁轉(zhuǎn)矩等特殊性。對于單相異步電動機及同步電機，將在第六章中加以闡述。

異步電動機運行時，必須從電網(wǎng)吸取感性無功功率以建立旋轉(zhuǎn)磁場，使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞，而且運行時受電網(wǎng)電壓波動影響較大；另外，異步電動機的與調(diào)速性能都要遜色于直流電動機，不過隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)及交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，起動性能、調(diào)速性能等已可與直流電動機媲美。

第一節(jié)三相異步電動機的

基本工作原理和結(jié)構(gòu)一、交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場

三相交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場是在三相對稱繞組中通以三相對稱電流而產(chǎn)生的。為了簡化分析，可以用軸線互差120°電角度的三個線圈來代表，線圈的首端分別為U1、V1、W1，尾端分別為U2、V2、W2規(guī)定電流為正時，電流從線圈的首端流入（“×”表示），從線圈的尾端流出（“

”表示）；電流為負值時則方向相反，即尾入首出。一、交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場兩極旋轉(zhuǎn)場示意圖一、交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場

結(jié)論：三相基波合成磁場具有如下特點：性質(zhì)：三相基波合成磁場其軸線在空間是旋轉(zhuǎn)的，故稱旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)向：當某相電流達到最大值時，合成磁場的矢量就轉(zhuǎn)到該相軸方向，磁場轉(zhuǎn)向由電流相序決定。若要改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，將三相電源進線中的任意兩相對調(diào)即可。轉(zhuǎn)速：

又稱：同步轉(zhuǎn)速因從前圖可知電流在時間上變化了ωt＝360°電角度時，即一周期，在兩極(p=1)的情況下，旋轉(zhuǎn)磁場在空間也轉(zhuǎn)過360°電角度，轉(zhuǎn)過的機械角也是360°，即在空間正好轉(zhuǎn)過一圈。電流每秒變化f周期，則旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1=f(r/s)=60f(r/min)。當(p=2）時，n1=60f/2(r/min)——見下頁；p對極時，n1=60f/p(r/min)四極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖電流在時間上變化一周期，磁場在空間轉(zhuǎn)過半圈。n1=60f/2設(shè)起動時旋轉(zhuǎn)磁場方向如圖為順時針，磁場轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)子導體靜止，與旋轉(zhuǎn)磁場之間存在著相對運動，根據(jù)右手定則,轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)電動勢和電流方向如圖：上出下進根據(jù)左手定則，載流轉(zhuǎn)子導體受力，形成電磁轉(zhuǎn)矩T，方向如圖，驅(qū)動轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動原理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1。所以稱為異步電動機

二、三相異步電動機的基本工作原理二、三相異步電動機的基本工作原理轉(zhuǎn)差率

對普通的三相異步電動機，為了使額定運行時的效率較高，通常設(shè)計成使它的額定轉(zhuǎn)速略低于但很接近于對應(yīng)的同步速，所以額定轉(zhuǎn)差率sN一般為1.5%～5%。n=n1(1－s)

轉(zhuǎn)差率s是異步電機運行的重要參數(shù)。電動狀態(tài)的轉(zhuǎn)差率s的范圍是：0～1。其中s=0，是理想空載狀態(tài)；s=1，是起動瞬間。例4-1某臺三相異步電動機的額定轉(zhuǎn)速nN=720r/min,試求該機的極對數(shù)和額定轉(zhuǎn)差率；另一臺4極三相異步電動機的額定轉(zhuǎn)差率sN=0.05，試求該機的額定轉(zhuǎn)速。

因異步電動機額定轉(zhuǎn)速nN略低于但很接近于對應(yīng)的同步速，因此選擇750r/min的同步速對nN=720r/min的電動機其極對數(shù)為對4極sN=0.05的電動機：額定轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)速

nN=n1(1－s)=1500×(1－0.05)r/min=1425r/min

解例4-2如何使三相異步電動機反轉(zhuǎn)？解因為異步電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致，而旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向在三相繞組排列一定的條件下由電流的相序決定。因此只需要調(diào)換任意兩根電源進線，旋轉(zhuǎn)磁場反向，電動機也跟著反轉(zhuǎn)。三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機有不同的分類方法

按轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)分類：有籠型異步電動機和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機兩類。籠型結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低、運行可靠；繞線轉(zhuǎn)子可通過外串電阻來改善起動性能并進行調(diào)速。

按機殼的防護形式分類：有防護式、封閉式和開啟式。其它分類：還可按電動機容量的大小、冷卻方式等分類。不論三相異步電動機的分類方法如何，各類三相異步電動機的的基本結(jié)構(gòu)是相同的。它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩個基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。右圖是一臺封閉式籠型轉(zhuǎn)子的三相異步電動機的結(jié)構(gòu)圖。封閉式籠型異步電動機結(jié)構(gòu)圖1－軸承2－前端蓋3－轉(zhuǎn)軸4－接線盒5－吊攀6－定子鐵心7－轉(zhuǎn)子8－定子繞組9－機座10－后端蓋

11－風罩12－風扇三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)1-轉(zhuǎn)子2-定子3-集電環(huán)4-定子繞組5-出線盒6-轉(zhuǎn)子繞組7-端蓋8-軸承三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)風罩前端蓋機座接線盒蓋轉(zhuǎn)子導條風扇定子繞組封閉式籠型異步電動機零部件圖風罩三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)1、定子定子鐵心定子鐵心是電動機主磁路的一部分，并要放置定子繞組。為了導磁性能良好和減少交變磁場在鐵心中的鐵心損耗，故采用片間絕緣的0.5mm厚的硅鋼片迭壓而成。為了放置定子繞組，在鐵心內(nèi)圓開有槽。定子鐵心槽型和繞組分布示意圖鐵心內(nèi)圓開槽的形狀有：半閉口槽、半開口槽和開口槽等，分別如圖a、b、c所示。它們分別對應(yīng)放置小型、中型和大、中型的三相異步電動機的定子繞組。三相異步電動機的定子主要由定子鐵心、定子繞組、機座等構(gòu)成三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)1、定子定子繞組三相定子繞組的聯(lián)結(jié)定子繞組是電動機的定子電路部分，它將通過電流建立磁場，并感應(yīng)電動勢以實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。三相定子繞組的每相由許多線圈按一定的規(guī)律的嵌放在鐵心槽內(nèi)。定子繞組的線圈示意圖三相繞組的六個出線端（U1、V1、W1，U2、V2、W2）都引至接線盒上。為了接線方便，這六個出線端在接線板上的排列如圖所示，根據(jù)需要可聯(lián)接成星形或三角形聯(lián)結(jié)。三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)1、定子機座

在中小型電動機中，端蓋兼有軸承座的作用，則機座還要支撐電動機的轉(zhuǎn)子部分，故機座要有足夠的機械強度和剛度。中小型電動機一般采用鑄鐵機座。對于封閉式中小型異步電動機其機座表面有散熱筋片以增加散熱面積，使緊貼在機座內(nèi)壁上的定子鐵心中的定子鐵耗和銅耗產(chǎn)生的熱量，通過機座表面加快散發(fā)到周圍空氣中不使電動機過熱。機座是電動機機械結(jié)構(gòu)的組成部分，主要作用是固定和支撐定子鐵心還要固定端蓋。散熱筋片三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子

三相異步電動機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組等所構(gòu)成。

三相異步電動機按轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)分類：有籠型異步電動機和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機兩類。下面以這兩種轉(zhuǎn)子分別介紹轉(zhuǎn)子的構(gòu)成?；\型轉(zhuǎn)子三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心沖片轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子鐵心也是電動機主磁路的一部分并要放置轉(zhuǎn)子繞組。它也用0.5mm厚的沖有轉(zhuǎn)子槽形的硅鋼片迭壓而成。中小型異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心一般都直接固定在轉(zhuǎn)軸上。籠型轉(zhuǎn)子三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心沖片轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸是支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出轉(zhuǎn)矩的部件，它必須具有足夠的剛度和強度。轉(zhuǎn)軸一般用中碳鋼車削加工而成，軸伸端銑有鍵槽，用來固定皮帶輪或聯(lián)軸器?；\型轉(zhuǎn)子三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心沖片轉(zhuǎn)軸籠型轉(zhuǎn)子繞組是在轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽內(nèi)放入一根導體，在伸出鐵心的兩端分別用兩個導電端環(huán)把所有的導條聯(lián)結(jié)起來，形成一個自行閉合的短路繞組。如果去掉鐵心，剩下來的繞組形狀就像一個松鼠籠子

故稱籠型繞組故稱籠型繞組籠型轉(zhuǎn)子三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心沖片轉(zhuǎn)軸中小型三相異步電動機，籠型轉(zhuǎn)子一般采用鑄鋁，將導條、端環(huán)和風葉一次鑄出；也有用銅條焊接在兩個銅端環(huán)上的銅條籠型繞組。在生產(chǎn)實際中籠型導條是斜的，以改善籠型電動機的起動性能三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組一樣，也是一個對稱三相繞組。它聯(lián)結(jié)成Y形后，其三根引出線分別接到軸上的三個集電環(huán)，再經(jīng)電刷引出而與外部電路接通。三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子可以通過集電環(huán)與電刷而在轉(zhuǎn)子回路中串入外接的附加電阻或其它控制裝置，以便改善三相異步電動機的起動性能及調(diào)速性能。三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子異步電動機還裝有提刷短路裝置。當電動機起動完畢而又不需調(diào)速時，可操作手柄將電刷提起切除全部電阻同時使三只集電環(huán)短路起來，其目的是減少電動機在運行中電刷磨損和摩擦損耗。三、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)3、氣隙

三相異步電動機氣隙，比同容量直流電動機的氣隙要小得多，中小型異步電動機一般僅為0.2～1.5mm。氣隙的大小對三相異步電動機的性能影響極大。氣隙大，則磁阻大，由電網(wǎng)提供的勵磁電流(滯后的無功電流)大，使電動機運行時的功率因數(shù)降低。但是氣隙過小時，將使裝配困難；運行不可靠，易發(fā)生”掃膛”現(xiàn)象。四、三相異步電動機的銘牌

每一臺三相異步電動機，在其機座上都有一塊銘牌，銘牌上標注有型號、額定值等等三相異步電動機型號YE3-160M-4標準GB/T28575-2012額定功率11kW額定電流21.5A額定電壓380V額定轉(zhuǎn)速1465r/min頻率

50Hz功率因素0.85接法

Δ防護等級IP55絕緣等級F能效等級2工作制

S1產(chǎn)品編號××××kg××年××月××電機廠YE3-160M-4

產(chǎn)品代號超高效率異步電動機中心高160mm

中機座

1、電機型號4極

英文字母漢語拼音+英文字母+數(shù)字

異步電動機型號的表示方法，與其它電動機類似：一般采用漢語拼音的大寫字母和阿拉伯數(shù)字組成，目前還有加上英文字母的，可以表示電動機的種類、規(guī)格和用途等中心高越大，電動機容量越大，因此異步電動機按容量大小分類與中心高有關(guān)：中心高63～355mm為小型，355～630mm為中型，630mm以上為大型；在同樣的中心高下，機座長，則容量大。S、M、L分別表示短、中、長機座注：E是英語單詞效率的第一個字母，YE3是Y3基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。YR-160S2-4WF

中心高160mm

短機座2號(長)鐵心

1、電機型號4極

戶外、化工防腐

異步電動機、繞線轉(zhuǎn)子

2、額定值(1)額定功率PN

(2)額定電壓UN額定運行時，軸上輸出的機械功率（kW）額定運行狀態(tài)時，定子繞組應(yīng)加的線電壓（V）(3)額定電流IN

電動機在額定電壓下運行,軸上輸出額定功率，流入定子繞組的線電流（A）。

額定值規(guī)定了電動機正常運行狀態(tài)和條件，它是選用、安裝和維修電動機時的依據(jù)。異步電動機的銘牌上標注的主要額定值有:2、額定值(4)額定頻率fN

(5)

額定轉(zhuǎn)速nN電動機所接的交流電源的頻率。我國電力網(wǎng)的頻率(工頻)規(guī)定為50Hz。電動機在額定電壓、額定頻率和軸上輸出額定功率時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)。

銘牌除了型號和額定值外，還標明繞組的聯(lián)結(jié)法、絕緣等級及工作制等。對于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，還標明轉(zhuǎn)子繞組的額定電壓(指定子加額定頻率的額定電壓而轉(zhuǎn)子繞組開路時集電環(huán)間的電壓)和轉(zhuǎn)子的額定電流，以作為配用起動變阻器等的依據(jù)。例4-3一臺YE3-160M2-2三相異步電動機的額定數(shù)據(jù)如下：PN=15kW，UN=380V，cos

N=0.89，

N=91.9%，定子繞組

聯(lián)結(jié)。試求：該機的額定電流和對應(yīng)的相電流。

解該機的額定電流為從此題看，在數(shù)值上有IN

≈2PN，這也是額定電壓為380V的電動機的一般規(guī)律。今后在實際中，可以對額定電流進行粗略估算，即每千瓦按2安電流估算。相電流為五、三相異步電動機主要系列簡介

我國統(tǒng)一設(shè)計和生產(chǎn)的三相異步電動機系列中，產(chǎn)量最大、使用最廣的是Y打頭的系列中小型電動機，已經(jīng)歷了Y、Y2、Y3、YE2、YE3的不斷更新的系列。

Y系列電動機（B級絕緣、IP23或IP44防護等級）是20世紀80年代開始替代J2、JO2系列電動機(E級絕緣)。而Y2系列是在Y系列的基礎(chǔ)上更新設(shè)計的一般用途的異步電動機，Y3是Y2的升級產(chǎn)品。Y2電動機較Y系列節(jié)能、效率高、起動轉(zhuǎn)達矩大、絕緣等級高（F級絕緣，B級考核)，噪聲低，振動??；Y3F級絕緣，首次采用冷軋硅鋼片，用銅用鐵量降低，散熱筋加多加高，防護等級提高為IP55，IP是國際防護的英文縮寫，指外殼結(jié)構(gòu)防護形式，IP后面的第一個數(shù)字代表防塵等級、第二個數(shù)字代表防水等級，數(shù)字越大，防護能力越強。Y、Y2、Y3系列其性能指標、規(guī)格參數(shù)和安裝尺寸等完全符合國際電工委員會（IEC）標準，便于進出口產(chǎn)品的配套。五、三相異步電動機主要系列簡介隨著國家大力提倡生產(chǎn)制造業(yè)節(jié)能減耗的要求，從節(jié)約能源、保護環(huán)境出發(fā)，需要制造效率更高的電動機。所以高效電動機YE2（YX3）系列是在Y3的基礎(chǔ)上，由結(jié)構(gòu)、材料的提升，使電動機的效率提高了2%-3%，達到GB18163-2002、2006中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級，2級能效指標（GB18163中能效等級分為1、2、3級，類似于家電能效等級，數(shù)字越小，能效越高，且年份越靠后，1、2、3級中對應(yīng)的能效限定值是提高的），也符合當時歐洲的IEFF2的指標。超高效率電動機YE3系列又是在YE2的基礎(chǔ)上，設(shè)計優(yōu)化，采用高導磁低損耗冷軋無取向硅鋼片，降低電磁能、熱能和機械能，比YE2提高效率2%-3%，達到GB18163-2012中的2級能效指標。國內(nèi)目前（Y、Y2）、Y3、高效YE2系列電動機仍在使用。超高效率YE3系列電動機是我國中小型三相異步電動機高效節(jié)能的主打產(chǎn)品，目前YE4超超高效率的三相異步電動機已有設(shè)計生產(chǎn)，向1級能效指標進軍。但價格貴，普及還需時間。第二節(jié)三相異步電動機的定子繞組和

感應(yīng)電動勢一、交流繞組的基本知識1.交流繞組的基本術(shù)語線圈線圈是由單匝或多匝串聯(lián)而成，是組成交流繞組的基本單元。每個線圈放在鐵心槽內(nèi)的直線部分稱為有效邊，槽外部分稱為端部。

1.交流繞組的基本術(shù)語

極距

每個磁極沿定子鐵心內(nèi)圓所占的范圍磁極所占范圍的長度表示定子槽數(shù)表示電角度表示

節(jié)距y線圈的兩個有效邊所跨定子內(nèi)圓上的距離y當y=

=Z1

/(2p)時，稱為整距繞組；

當y<

時，稱為短距繞組

當y>

時，稱為長距繞組。長距繞組端部較長，費銅料，故較少采用1.交流繞組的基本術(shù)語

槽距角

相鄰兩槽之間的電角度稱為槽距角每個極距內(nèi)屬于同相的槽所占有的區(qū)域每極每相槽數(shù)q

每一個極下每相所占有的槽數(shù)稱為每極每相槽數(shù)

相帶一個極距占有180

空間電角度，由于三相繞組均分，每等分為60空間電角度，稱為60相帶

2.對交流繞組的基本要求l)交流繞組通過電流之后，必須形成規(guī)定的磁場極對數(shù)。

2)三相繞組在空間布置上必須對稱，以保證三相磁通勢及電動勢對稱。

3)交流繞組通過電流所建立的磁場在空間的分布應(yīng)盡量為正弦分布；且旋轉(zhuǎn)磁場在交流繞組中的感應(yīng)電動勢必須隨時間按正弦規(guī)律變化。

4)在一定的導體數(shù)之下，建立的磁場最強而且感應(yīng)電動勢最大。

5)用銅量少；嵌線方便；絕緣性能好，機械強度高，散熱條件好。二、三相單層繞組

單層繞組在每一個槽內(nèi)只安放一個線圈邊，所以三相繞組的總線圈數(shù)等于槽數(shù)的一半?，F(xiàn)以z1=24，要求繞成2p=4，m1=3的單層繞組為例，說明三相單層繞組的繞制規(guī)律。

1．計算繞組數(shù)據(jù)2．劃分相帶二、三相單層繞組先畫24根鉛垂直線表示定子Z1=24個槽和槽中的線圈邊，并且按1、2……順序編號；

U1W2V1U2W1V2第一對極1、23、45、67、89、1011、12第二對極13、1415、1617、1819、2021、2223、24據(jù)q=2即相鄰2個槽組成一個相帶，二對極共有12個相帶

屬于U相繞組的槽號、相帶如下

二、三相單層繞組3．畫繞組展開圖以U相為例，根據(jù)y=

(=6)和q=2及a=1,線圈→線圈組→U相繞組。稱單層整距疊繞組。

4．單層繞組的改進(l)鏈式繞組連接線圈（y=

-1)→連U相繞組（各線圈的“尾聯(lián)尾，頭聯(lián)頭”）。稱鏈式。每個線圈跨距小，端部短，省銅；q=2的兩線圈各朝兩邊翻，散熱好。因保持U相繞組的各線圈邊槽號及其電流方向不變，電磁性能未變，鏈式組與單層整距疊繞組是等效的。二、三相單層繞組

對于三相繞組，仿上可以畫出分別與U相相差120

的V相(5號槽開始)、相差240

的W相(9號槽開始)的繞組展開圖，從而得到三相對稱繞組U1U2、V1V2、W1W2，如圖所示。再根據(jù)銘牌要求，將引線至接線盒上聯(lián)結(jié)成Y或

形。注意在實際嵌線中，三相繞組并不是一相相分開嵌線，而是三相連續(xù)的輪換嵌線而構(gòu)成三相繞組。三相單層鏈式繞組展開圖

二、三相單層繞組4．單層繞組的改進(2)交叉式繞組設(shè)q=3(如Z1=36,2p=4,m1=3)，圖a所示的單層整距疊繞組形式轉(zhuǎn)化成圖b所示的形式。圖b的聯(lián)結(jié)規(guī)律一相繞組按“兩大(y=

－1)一小(y=

－2)”順序交錯排列，稱交叉式繞組。從電磁觀點看，交叉式繞組與單層整距疊繞組是等效的，但前者比后者省端部聯(lián)線，散熱好，因此，p

2，q=3的單層繞組常采用交叉式繞組。二、三相單層繞組4．單層繞組的改進(3)同心式繞組設(shè)q=4(如Z1=24，2p=2、m1=3)，同樣可以從圖a所示的單層整距疊繞組形式轉(zhuǎn)化成如圖b所示的形式。圖b所示的線圈軸線重合，故稱之為同心式繞組。在p=1時，同心式繞組嵌線較方便。因此，p=1的單層繞組常采用同心式繞組。三、三相雙層繞組

雙層繞組在每個槽內(nèi)要安放兩個不同線圈的線圈邊。某線圈的一個有效邊放在某槽的上層，其另一個有效邊則放在相距y

的另一個槽的下層。所以三相繞組的總線圈數(shù)正好等于槽數(shù)。采用雙層繞組的目的，就是為了選擇合適的短距，從而改善電磁性能。

現(xiàn)以Z1=24槽，2p=4，m1=3，y=5

/6為例，討論三相雙層疊繞組的繞制規(guī)律。1．計算繞組數(shù)據(jù)

=24/4=6槽,q=24/(3×4)=2槽,y=5

/6=5槽,即為短距繞組。2．劃分相帶畫24對虛實線—以q=2個槽來劃分,兩對極共得到12個相帶3．畫繞組展開圖三、三相雙層繞組先畫U相，線圈(y=5,上層邊聯(lián)下層邊)→線圈組(q=2)→U相(a=1)。仿上可畫出V、W相繞組展開圖，然后再聯(lián)結(jié)成Y或

而得到三相對稱的雙層疊繞組。

雙層疊繞組每相共有2p個線圈組每相最大并聯(lián)支路數(shù)：amax＝2p=4雙層短距疊繞組U相繞組展開圖

四、異步電動機的感應(yīng)電動勢

異步電動機氣隙中的磁場旋轉(zhuǎn)時，定子繞組相對切割該磁場，在定子繞組中將感應(yīng)電動勢。經(jīng)推導，定子繞組每相的基波感應(yīng)電動勢公式如下：基波繞組因數(shù)，它反映了繞組采用分布、短距后，基波電動勢應(yīng)打的折扣,一般：0.9<kN1<1。這樣基波電動勢大小略有損失，但波形接近正弦波。

與定子每相繞組的基波感應(yīng)電動勢E1相似，轉(zhuǎn)子不動時的每相繞組的基波感應(yīng)電動勢E2為例4-4

一臺三相4極異步電動機，PN=7.5kW，，定子繞組采用雙層短距分布繞組，每相串聯(lián)匝數(shù)N1=120匝，Y聯(lián)結(jié),基波繞組因數(shù)kN1=0.933，每極基波磁通量Φ1=0.0082wb,定子每相基波電動勢是多少?解：每相基波電動勢占額定電壓的比例第三節(jié)三相異步電動機的空載運行

本節(jié)起將對三相異步電動機運行進行電磁分析，分析的方法是與變壓器相似。這是變壓器的一、二次電路，異步機的定、轉(zhuǎn)子電路都是通過交、交勵磁的磁耦合而聯(lián)系的，它們的基本電磁關(guān)系是相似的。不過，異步電動機有它自己的特點。如異步電動機的主磁路有空氣隙存在，磁場是旋轉(zhuǎn)的；定子繞組為分布、短距繞組；異步電動機的轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動的，輸出機械功率，而變壓器的二次側(cè)是靜止的，輸出電功率。所以異步電動機在沿用變壓器的分析方法時，要注意與變壓器的不同之處。同時定、轉(zhuǎn)子各物理量的下標分別用“l(fā)”和“2”表示，并規(guī)定各物理量的正方向按變壓器慣例。異步電動機在正常工作時總是要帶機械負載運行的，但一些電磁關(guān)系在空載是就存在。對空載運行的分析將有助于理解負載時的電磁關(guān)系。第三節(jié)三相異步電動機的空載運行

一、空載運行時的電磁關(guān)系

當異步電動機的定子繞組接入三相電源，電動機軸上不帶機械負載，為空載運行。氣隙中以n1旋轉(zhuǎn)磁通勢F0產(chǎn)生主磁通和漏磁通兩部分具體電磁關(guān)系如下第三節(jié)三相異步電動機的空載運行

二、空載運行時的基本方程式

三相異步電動機空載時，電磁轉(zhuǎn)矩只需克服很小的空載損耗，對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流很小，I2≈0，因與變壓器空載運行十分相似，空載時的定子側(cè)的基本方程與變壓器一次側(cè)的基本方程是一樣的。如：

與變壓器一樣，異步電動機的主磁通的大小由外加電壓大小決定。即頻率不變，外加電壓U1一定時，主磁通基本上是常量。

由于有空氣隙存在，異步電動機的I0比同容量的變壓器要大。如小容量電動機中，I0占35％～50％，甚至占60%。而Xm比變壓器的要小，即磁化能力弱于變壓器。第三節(jié)三相異步電動機的空載運行

二、空載運行時的基本方程式

由于異步電動機空載運行時，輸出的機械功率P2=0,只需從電網(wǎng)吸取很小的有功功率來平衡電動機的鐵心損耗、定子繞組空載銅耗及機械損耗，因此空載電流I0主要成份是建立旋轉(zhuǎn)磁場的感性無功電流，即與變壓器一樣，空載時功率因數(shù)很低，一般cos

0<0.2第四節(jié)三相異步電動機的負載運行

當異步電動機從空載到負載瞬時，由于軸上機械負載轉(zhuǎn)矩的突然增加，原空載時的電磁轉(zhuǎn)矩無法平衡負載轉(zhuǎn)矩，電動機開始降速，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的相對運動加大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢增加，轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩增加，當電磁轉(zhuǎn)矩增加到與負載轉(zhuǎn)矩和空載制動轉(zhuǎn)矩相平衡時，電動機就以低于空載時的轉(zhuǎn)速而穩(wěn)定運行。

可見，當負載轉(zhuǎn)矩改變時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n或轉(zhuǎn)差率s隨之變化，而s的變化引起了電動機內(nèi)部許多物理量的變化。第四節(jié)三相異步電動機的負載運行

一、轉(zhuǎn)子各物理量與s的關(guān)系1．轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢及電流的頻率f2

可見：轉(zhuǎn)子電動勢及電流的頻率f2與轉(zhuǎn)差率s成正比。當n=0，s=1，f2=f1=f2max；n↑→s↓→f2↓當n=nN，由于sN=0.015～0.05，所以f2N=f1sN

lHz～3Hz。2．轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子繞組的電動勢E2s

E2s=4.44f2kN2N2

1=4.44sflkN2N2

1=sE2

當n=0,s=1，靜止時的E2s=E2為最大，n↑→s↓→E2s↓

一、轉(zhuǎn)子各物理量與s的關(guān)系3.轉(zhuǎn)子電抗X2s

X2s=2

f2L2=2f1sL2=sX2

4.轉(zhuǎn)子電流I2s當電動機起動瞬間，s=1，I2s為最大；n↑→s↓→I2s↓5.轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁通勢F2相對定子的轉(zhuǎn)速

注意:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，在上面的分析中f2、E2s

、X2s、I2s均是轉(zhuǎn)差率s的函數(shù)，而轉(zhuǎn)子繞組的磁通勢F2的轉(zhuǎn)速n1卻是一個與s無關(guān)的量。

F2與F1的轉(zhuǎn)速都是同步速,之間沒有相對運動,它們在空間相對靜止。

當n=0,s=1，靜止時的X2s=X2為最大，n↑→s↓→X2s↓F2相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子相對定子的轉(zhuǎn)速

二、負載運行時的基本方程式1.磁通勢平衡方程式

從前面的分析可知，當外加電壓和頻率不變時，主磁通近似為一常量。因此，空載時產(chǎn)生主磁通的磁通勢F0與負載時產(chǎn)生主磁通的合成磁通勢（F1+F2）應(yīng)相等。F1+F2=F0F1=F0

+(-F2)

或

所以異步電動機就是通過磁通勢平衡關(guān)系，使電路上無直接聯(lián)系的定、轉(zhuǎn)子電流有了關(guān)聯(lián)，當負載轉(zhuǎn)矩增加時，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)子電流增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大到與負載轉(zhuǎn)矩平衡，同時定子電流增大，經(jīng)過這一系列的自動調(diào)整后，進入新的平衡狀態(tài)。

負載分量，用于抵消F2的去磁作用，保證主磁通基本不變。勵磁分量

二、負載運行時的基本方程式2.電動勢平衡方程式

異步電動機負載轉(zhuǎn)子電路與變壓器二次電路不同的是：轉(zhuǎn)子電路的頻率為f2，且轉(zhuǎn)子電路自成閉路，對外輸出電壓為零。根據(jù)左側(cè)的異步電動機定、轉(zhuǎn)子電路圖，寫出下列電動勢平衡方程式用基本方程式可分析或計算異步電動機的運行問題。實際電路定子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)：

三、負載運行時的等效電路

為了更方便的分析異步電動機的運行特性。希望得到一個象變壓器那樣的等效電路，則必須進行兩次折算：一是頻率折算；二是繞組折算。從磁通勢平衡關(guān)系可知，轉(zhuǎn)子對定子的影響是通過轉(zhuǎn)子磁勢通來實現(xiàn)的。所以這兩種折算的原則和變壓器一樣，即折算前后F2不變以保證磁通勢平衡關(guān)系不變及各種功率不變。現(xiàn)分別討論如下：1.頻率折算

頻率折算：將頻率為f2的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電路折算為與定子頻率f1相同的等效靜止轉(zhuǎn)子電路。因轉(zhuǎn)子靜止不動時，s=1，f2=f1。因此，只要利用一個靜止的等效轉(zhuǎn)子電路來代替實際上旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子電路，為此，將實際運行的轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)換成等效靜止的轉(zhuǎn)子電流。1.頻率折算分子、分母同除以s以上兩式中的前者頻率為f2

，后者為f1，但電流的數(shù)值仍是相等的，因此頻率折算前后保證F2不變。轉(zhuǎn)子實際電阻模擬電阻，等效負載電阻相應(yīng)的電功率實為軸上的總機械功率頻率折算后的異步電動機電路

2.繞組折算繞組折算：用與定子繞組一樣的m1、N1和KN1新轉(zhuǎn)子繞組等效代替實際參數(shù)m2、N2及KN2的轉(zhuǎn)子繞組。但保證F2不變，功率關(guān)系不變。為了區(qū)別起見，將折算過的各量均用原符號加“’”來表示。電流折算電動勢折算阻抗折算電流比電動勢比,電壓比,有效匝比轉(zhuǎn)子繞組折算到定子繞組的規(guī)律是：單位為[A]的折算量等于折算前的量除以電流比ki；單位為[V]的折算量等于折算前的量乘以電壓比ke；單位為[Ω]的折算量等于折算前的量乘以電壓keki3.T型等效電路

頻率折算

繞組折算T型等效電路基本方程式4.等效電路的簡化T型等效電路是一個串并聯(lián)電路，它準確地反映了異步電動機定、轉(zhuǎn)子電路的內(nèi)在聯(lián)系。但應(yīng)用它進行有關(guān)相量計算還是比較繁瑣的，實際應(yīng)用時可進行簡化。不過因異步電動機的空載電流較大，它不能象變壓器那樣去掉勵磁支路，只能把勵磁支路修改后移到輸入端，稱為簡化等效電路簡化等效電路

例4-5有一臺UN=380V，fN=50Hz，nN=1440r/min，Y聯(lián)結(jié)的三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，其參數(shù)為Xm=40

，r1=r’2=0.4

，X1=X’2=1

，忽略rm。已知定轉(zhuǎn)子有效匝比為4，試求額定負載時的：

1)額定轉(zhuǎn)差率sN；

2)根據(jù)簡化等效電路求出I1、I2、I0和cos

1；

3)轉(zhuǎn)子相電動勢E2s的大??；

4)轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2N；

5)總機械功率Pm

解

1)轉(zhuǎn)差率sN

根據(jù)nN=1440r/min，估算出同步速n1=1500r/min2)根據(jù)簡化等效電路求出I2

、I0、I1和cos

1

由異步電動機簡化等效電路可見轉(zhuǎn)子回路阻抗Z’2

與Z1串聯(lián)阻抗設(shè)相電壓為參考相量，則轉(zhuǎn)子電流勵磁電流定子電流于是各電流的有效值為

繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的定、轉(zhuǎn)子相數(shù)相等，所以該電動機的功率因數(shù)3)轉(zhuǎn)子相電動勢E2s的大小轉(zhuǎn)子電動勢轉(zhuǎn)子實際電動勢4)轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2N

5)總機械功率Pm

四、相量圖

根據(jù)T型等效電路對應(yīng)的基本方程式，可以作出異步電動機負載時的相量圖。

三相異步電動機對電網(wǎng)來說永遠是感性負載。它所對應(yīng)的功率中，其無功分量主要是異步電動機為建立旋轉(zhuǎn)磁場，從電源吸收的感性無功功率，其有功分量主要是轉(zhuǎn)子電路中的模擬機械負載的r2(1－s)/s上的有功分量。結(jié)論：定子相電流滯后

外加相電壓一個

1角。三相異步電動機的相量圖第五節(jié)三相異步電動機的功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式一、功率轉(zhuǎn)換及功率平