電工電子技術-lesson6

電工電子技術第六節(jié)課注冊電氣工程師

職業(yè)資格考試主講教師：張老師7.2.17電路頻率特性一、雙口網(wǎng)絡及傳遞函數(shù)電路在不同頻率的信號作用下所表現(xiàn)出的特性稱為電路的頻率特性。電路的頻率特性是研究正弦交流電路中電壓、電流隨頻率變化的關系（即頻域分析）。交流電路的頻率通常用傳遞函數(shù)描述。傳遞函數(shù)含義網(wǎng)絡傳遞函數(shù)：二、電路的頻率特性分析頻率特性分析分為幅頻特性和相頻特性。三、由幅頻特性界定的典型濾波器雙口網(wǎng)絡對輸人端口送入信號的傳遞實際上具有選擇性，有一些頻率的信號會被濾掉，通常稱這樣的網(wǎng)絡為濾波器，典型的濾波器有低通、高通、帶通和帶阻幾種類型0|H(j

)|

c(a)理想低通0|H(j

)|

c(b)理想高通0|H(j

)|

c1(c)理想帶通

c20|H(j

)|

c1(d)理想帶阻

c2網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)：濾掉輸入信號的高頻成分，通過低頻成分。（一）低通濾波器（重點講）

其他類型自行學習低通濾波器的傳遞函數(shù)---幅頻特性：輸出與輸入有效值之比與頻率的關系。其中：相頻特性：輸出與輸入相位差與頻率的關系。---相頻特性幅頻特性低通濾波器的頻率特性100~：帶寬：截止頻率分貝數(shù)定義：半功率點：當時，幅頻特性上時，叫3分貝點或半功率點。1三分貝點濾掉輸入信號的低頻成分，通過高頻成分。高通濾波器的傳遞函數(shù)（二）高通濾波器高通濾波器的頻率特性幅頻特性相頻特性1RC

串并聯(lián)網(wǎng)絡RRRCRC令：則：（三）帶通濾波器幅頻特性雙T網(wǎng)絡RRR2CC2C1（四）帶阻濾波器傳遞函數(shù)典型的網(wǎng)絡函數(shù)低通高通帶通帶阻電路舉例第五次作業(yè)答案1d2b3c4b5c6b7b8b9d10a11d12d13c14a15c16b17d7.3電動機與變壓器7.3.1理想變壓器7.3.2變壓器的電壓變換、電流變換和阻抗變換原理7.3.3三相異步電動機轉(zhuǎn)矩7.3.4三相異步電動機接線、啟動、

反轉(zhuǎn)及調(diào)速方法7.3.5三相異步電動機運行特性理想變壓器；變壓器的電壓變換、電流變換和阻抗變換原理；三相異步電動機接線、起動、反轉(zhuǎn)及調(diào)速方法；三相異步電動機運行特性；簡單繼電一接觸控制電路。7.3.1理想變壓器變壓器是一種實際的電器設備或器件，是利用電磁感應作用傳遞交流電能和信號的，在某些場合，變壓器也作為電流變換器、阻抗變換器或電氣隔離器使用。7.3電動機與變壓器變壓器電力變壓器小功率電源變壓器儀用變壓器調(diào)壓變壓器變壓器由一個鐵心和繞在鐵心上的兩個或多個匝數(shù)不等的線圈〔繞組）組成，其中，一個（或一組）線圈與交流電源相接，稱為一次繞組(原繞組、初級繞組），另一個〔或組）線圈與負載相接，稱為二次繞組（副繞組、次級繞組）。兩個繞組中沒有電氣的連接忽略線圈電阻和鐵心損耗以及很小的空載勵磁電流的變壓器稱為理想變壓器。鐵芯原邊繞組副邊繞組7.3.2變壓器的電壓變換、電流變換和阻抗變換原理設變壓器的一次繞組的匝數(shù)為N1,二次繞組的匝數(shù)為N2，則稱n為變壓器的變比。變壓器的變比決定了變壓器的電壓變換、電流變換以及阻抗變換能力。n=N1/N2*N1:N2＋－ZL*＋－1電壓變換2電流變換結論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。n為變比nNNUU==2121結論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比3阻抗變換*n:1＋－ZL*＋－+–n2ZL原邊等效阻抗為原阻抗的n2倍.

式中的ZL’是理想變壓器次級對初級的折合阻抗。如果改變理想變壓器的變比，折合阻抗也隨之改變，因此利用改變變壓器匝數(shù)比來改變輸入電阻，實現(xiàn)與電源的阻抗匹配，可使負載上獲得最大功率。下圖中，若n=4，則接多大的負載電阻可獲得最大功率？*n:1＋－80Ω*RL80Ω接2.5Ω負載電阻時可獲得最大功率。7.3.3三相異步電動機轉(zhuǎn)矩一、概念定子三相繞組通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，取決于三相電流的相序。旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關。1旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速2轉(zhuǎn)差率s電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得異步電動機[例]

一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉(zhuǎn)差率。A2.5%B2.56%C0D1答案：A解：根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關系可知：n0=1000r/min,即p=3二、三相異步電動機轉(zhuǎn)矩特性1電磁轉(zhuǎn)矩T：轉(zhuǎn)子中各載流導體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)距之總和。K是電動機機械參數(shù)的綜合系數(shù)，它體現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)子的尺寸、氣隙大小等對轉(zhuǎn)矩的影響。R2是轉(zhuǎn)子繞組的等效電阻，X20為為轉(zhuǎn)子靜止狀態(tài)下的感抗U1是三相電源的線電壓S是轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)矩公式由公式可知1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1

T

2.當電源電壓U1一定時，T是

s的函數(shù)。3.R2

的大小對

T有影響。繞線型異步電動機可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2

，從而改變轉(zhuǎn)距。2三相異步電機轉(zhuǎn)矩特性sTem10TstTmsmsNTNT

=f(S)

TN

額定轉(zhuǎn)矩Tm

最大轉(zhuǎn)矩Tst啟動轉(zhuǎn)矩當U1、R2

、X20為固定值時，

3．三相異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩啟動時n=0,s=1，且X20>>R2啟動轉(zhuǎn)矩幾乎和轉(zhuǎn)子繞組電阻成正比，所以，加大轉(zhuǎn)子繞組的電阻可以提高電動機的啟動能力值得注意的是，當電網(wǎng)電壓下降時就會導致電動機的啟動轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，導致電動機因無法啟動而被燒毀電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)矩。4.額定轉(zhuǎn)矩TN額定轉(zhuǎn)矩sT10TstTmsmsNTN[例]某普通機床的主軸電機(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)子軸上機械負載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax

，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機帶動最大負載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得5.最大轉(zhuǎn)矩TmsT10TstTmsmsNTN6運行轉(zhuǎn)矩電動機在運行期間，n接近n0，轉(zhuǎn)差率s很小，使式中的sX20<<R2，此時轉(zhuǎn)矩公式在轉(zhuǎn)矩不變的情況下加大轉(zhuǎn)子繞組的電阻會同時加大電動機的轉(zhuǎn)差率。7.3.4三相異步電動機接線、啟動、

反轉(zhuǎn)及調(diào)速方法一、三相異步電動機的接線電動機作為三相負載必然存在三個完全相同的定子繞組的接線方式。三相異步電動機的接線涉及兩個方面內(nèi)容：1三相定子繞組如何連接成星接或角接；2如何決定三相定子繞組的接法。U1，V1，W1為首端，U2，V2，W2為末端至于三個繞組作星形連接還是作三角形連接能使電動機處于額定狀態(tài)下工作，則取決于電源電壓和電動機的額定電壓當電動機額定電壓標注為380V，要求電源電壓定為380v,采用△接法；當電動機額定電壓標注為220V/380V，接法視電源電壓而定對于線電壓為22OV電源，三個繞組應采用△接法；對于線電壓為380v電源，三個繞組應采用Y形接法.二、三相異步電動機的啟動啟動：

n=0，s=1,接通電源。啟動方法(1)直接啟動(2)降壓啟動：星形-三角形(Y－

)

換接啟動自耦降壓啟動（適用于籠型電動機）(3)轉(zhuǎn)子串電阻啟動（適用于繞線型電動機）1全壓啟動電動機從靜止狀態(tài)合閘啟動到穩(wěn)定運行的過程稱為啟動過程。當外加電動機的額定電壓啟動時，稱為全壓啟動，也稱為直接啟動。全壓啟動的啟動電流是電動機額定運行時的工作電流的4一7倍，會造成電網(wǎng)電壓的下降，嚴重時會影響電網(wǎng)上其他用電設備的正常工作。這種啟動方法只適應于不頻繁啟動的小容量的異步機。2降壓啟動當負載阻抗一定時，負載電流有效值與外加電壓有效值成正比，因此降壓啟動是降低啟動電流的有效方案。由于三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T與電源線電壓U12成正比，所以三相異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩會隨著啟動電壓的減小而降低，因此，降壓啟動只適合用于輕載甚至空載啟動的場合。（1）Y－

降壓啟動Y－

換接啟動適合于空載或輕載啟動的場合設：電機每相阻抗為

降壓啟動時的電流為直接啟動時的+－

啟動U1U2V1V1W1W2正常運行+－U1U2V1V2W1W2（2）自耦降壓啟動

自耦降壓啟動適合于容量較大的或正常運行時聯(lián)成Y形不能采用Y－

啟動的籠型異步電動機。自耦降壓啟動是借助專用的變壓器―自耦調(diào)壓器實現(xiàn)對電動機的降壓啟動。啟動期間，調(diào)壓器的一次線圈與電源相接，電壓為U1，二次線圈與定子繞組相接，電壓為U2。U2=kU1,k<1啟動結束后，定子繞組直接接入電源。采用自耦降壓啟動的啟動電流是全壓啟動時啟動電流的k2倍。滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動時將適當?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動后將R短路。起動電阻

Rst?RstRst(3)繞線型電動機轉(zhuǎn)子電路串電阻起動

轉(zhuǎn)子電路串電阻起動的特點

若R2選得適當，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械上。改變R2-T改變Tst

-答案為A三、三相異步電動機的反轉(zhuǎn)

方法：任意調(diào)換電源的兩根進線，電動機反轉(zhuǎn)。電動機正轉(zhuǎn)電動機反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~四、三相異步電動機的調(diào)速1變頻調(diào)速(無級調(diào)速)可實現(xiàn)頻率的平滑調(diào)節(jié)，可圍繞50Hz上下調(diào)節(jié)，從而使轉(zhuǎn)速n>nN（f>50Hz）或n<nN（f<50Hz)三種電氣調(diào)速方法2變極對數(shù)調(diào)速

(有級調(diào)速)磁極對數(shù)和定子繞組結構有關3調(diào)轉(zhuǎn)差率調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率：改變定子繞組電壓改變繞線式電機繞組的電阻答案C7.3.5三相異步電動機運行特性運行特性是指與電動機經(jīng)濟運行有關的特性，包括轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率因數(shù)、運行效率與輸出機械功率P2的關系，下面討論功率因數(shù)和運行效率問題1功率因數(shù)三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為0.7~0.9?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有0.2~0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。PNP2cos

O2運行效率P1為電動機的輸入功率由于電動機在實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過程中伴隨著各種內(nèi)部的損耗，如定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組電阻的銅損耗Pcu1和Pcu2，鐵心損耗PFe，軸承摩擦等引起的機械損耗Pm和附加損耗Pad等，所以根據(jù)功率平衡關系有如下等式存在：由此，從空載到額定運行，主磁通和電機轉(zhuǎn)速變化不大，一般認為PFe和Pm基本不變，稱為不變損耗。PCu和Pad隨負載而變化，稱為可變損耗?？蛰d運行時，輸出功率P2=0,效率η=0負載增加，效率上升PFe+Pm=PCu+Pad時效率最高繼續(xù)增加負載，效率下降電動機的功率因數(shù)和工作效率都是在額定負載附近達到最大值，因此選用電動機時，應盡量使電動機在額定負載附近運行以提高經(jīng)濟效益。[例]答案為B作業(yè)：一階電路1求電容的穩(wěn)態(tài)電壓值+-t=0C10V4k3k4kuc2

求：已知：開關K原處于閉合狀態(tài)，t=0時打開。E+_10VKC1

R1R2

3k

2kt=0345作業(yè)：變壓器和電動機12一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，

N=92.3%，cos

N=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

(1)額定電流IN?(2)額定轉(zhuǎn)差率sN?(3)額定轉(zhuǎn)矩

TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax、和起動轉(zhuǎn)矩TN

。3在2題中，如果負載轉(zhuǎn)矩為510.2N?m,試問在U=UN和U′=0.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y-

換接起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。（3）又當負載轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)矩的80%和5