電工電子技術(shù)-lesson6

電工電子技術(shù)第六節(jié)課注冊(cè)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(luò)及傳遞函數(shù)電路在不同頻率的信號(hào)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(guān)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(luò)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(luò)對(duì)輸人端口送入信號(hào)的傳遞實(shí)際上具有選擇性，有一些頻率的信號(hào)會(huì)被濾掉，通常稱這樣的網(wǎng)絡(luò)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(luò)的傳遞函數(shù)：濾掉輸入信號(hào)的高頻成分，通過(guò)低頻成分。（一）低通濾波器（重點(diǎn)講）

其他類型自行學(xué)習(xí)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(guān)系。其中：相頻特性：輸出與輸入相位差與頻率的關(guān)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(diǎn)：當(dāng)時(shí)，幅頻特性上時(shí)，叫3分貝點(diǎn)或半功率點(diǎn)。1三分貝點(diǎn)濾掉輸入信號(hào)的低頻成分，通過(guò)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(luò)RRRCRC令：則：（三）帶通濾波器幅頻特性雙T網(wǎng)絡(luò)RRR2CC2C1（四）帶阻濾波器傳遞函數(shù)典型的網(wǎng)絡(luò)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩7.3.4三相異步電動(dòng)機(jī)接線、啟動(dòng)、

反轉(zhuǎn)及調(diào)速方法7.3.5三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(dòng)機(jī)接線、起動(dòng)、反轉(zhuǎn)及調(diào)速方法；三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性；簡(jiǎn)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(shí)際的電器設(shè)備或器件，是利用電磁感應(yīng)作用傳遞交流電能和信號(hào)的，在某些場(chǎng)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(dòng)機(jī)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(gè)鐵心和繞在鐵心上的兩個(gè)或多個(gè)匝數(shù)不等的線圈〔繞組）組成，其中，一個(gè)（或一組）線圈與交流電源相接，稱為一次繞組(原繞組、初級(jí)繞組），另一個(gè)〔或組）線圈與負(fù)載相接，稱為二次繞組（副繞組、次級(jí)繞組）。兩個(gè)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(lì)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(shè)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(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。n為變比nNNUU==2121結(jié)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(jí)對(duì)初級(jí)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(lái)改變輸入電阻，實(shí)現(xiàn)與電源的阻抗匹配，可使負(fù)載上獲得最大功率。下圖中，若n=4，則接多大的負(fù)載電阻可獲得最大功率？*n:1＋－80Ω*RL80Ω接2.5Ω負(fù)載電阻時(shí)可獲得最大功率。7.3.3三相異步電動(dòng)機(jī)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(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，取決于三相電流的相序。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)。1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速2轉(zhuǎn)差率s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相等，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)[例]

一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。A2.5%B2.56%C0D1答案：A解：根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000r/min,即p=3二、三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性1電磁轉(zhuǎn)矩T：轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)距之總和。K是電動(dòng)機(jī)機(jī)械參數(shù)的綜合系數(shù)，它體現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的尺寸、氣隙大小等對(duì)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?fàn)顟B(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(dāng)電源電壓U1一定時(shí)，T是

s的函數(shù)。3.R2

的大小對(duì)

T有影響。繞線型異步電動(dòng)機(jī)可外接電阻來(lái)改變轉(zhuǎn)子電阻R2

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

=f(S)

TN

額定轉(zhuǎn)矩Tm

最大轉(zhuǎn)矩Tst啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩當(dāng)U1、R2

、X20為固定值時(shí)，

3．三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)時(shí)n=0,s=1，且X20>>R2啟動(dòng)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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力值得注意的是，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)就會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)因無(wú)法啟動(dòng)而被燒毀電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩。4.額定轉(zhuǎn)矩TN額定轉(zhuǎn)矩sT10TstTmsmsNTN[例]某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(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(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax

，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)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(yùn)行轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行期間，n接近n0，轉(zhuǎn)差率s很小，使式中的sX20<<R2，此時(shí)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(huì)同時(shí)加大電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。7.3.4三相異步電動(dòng)機(jī)接線、啟動(dòng)、

反轉(zhuǎn)及調(diào)速方法一、三相異步電動(dòng)機(jī)的接線電動(dòng)機(jī)作為三相負(fù)載必然存在三個(gè)完全相同的定子繞組的接線方式。三相異步電動(dòng)機(jī)的接線涉及兩個(gè)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(gè)繞組作星形連接還是作三角形連接能使電動(dòng)機(jī)處于額定狀態(tài)下工作，則取決于電源電壓和電動(dòng)機(jī)的額定電壓當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電壓標(biāo)注為380V，要求電源電壓定為380v,采用△接法；當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電壓標(biāo)注為220V/380V，接法視電源電壓而定對(duì)于線電壓為22OV電源，三個(gè)繞組應(yīng)采用△接法；對(duì)于線電壓為380v電源，三個(gè)繞組應(yīng)采用Y形接法.二、三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)啟動(dòng)：

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

)

換接啟動(dòng)自耦降壓?jiǎn)?dòng)（適用于籠型電動(dòng)機(jī)）(3)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)（適用于繞線型電動(dòng)機(jī)）1全壓?jiǎn)?dòng)電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)合閘啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)程稱為啟動(dòng)過(guò)程。當(dāng)外加電動(dòng)機(jī)的額定電壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，稱為全壓?jiǎn)?dòng)，也稱為直接啟動(dòng)。全壓?jiǎn)?dòng)的啟動(dòng)電流是電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的工作電流的4一7倍，會(huì)造成電網(wǎng)電壓的下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響電網(wǎng)上其他用電設(shè)備的正常工作。這種啟動(dòng)方法只適應(yīng)于不頻繁啟動(dòng)的小容量的異步機(jī)。2降壓?jiǎn)?dòng)當(dāng)負(fù)載阻抗一定時(shí)，負(fù)載電流有效值與外加電壓有效值成正比，因此降壓?jiǎn)?dòng)是降低啟動(dòng)電流的有效方案。由于三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)隨著啟動(dòng)電壓的減小而降低，因此，降壓?jiǎn)?dòng)只適合用于輕載甚至空載啟動(dòng)的場(chǎng)合。（1）Y－

降壓?jiǎn)?dòng)Y－

換接啟動(dòng)適合于空載或輕載啟動(dòng)的場(chǎng)合設(shè)：電機(jī)每相阻抗為

降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的電流為直接啟動(dòng)時(shí)的+－

啟動(dòng)U1U2V1V1W1W2正常運(yùn)行+－U1U2V1V2W1W2（2）自耦降壓?jiǎn)?dòng)

自耦降壓?jiǎn)?dòng)適合于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成Y形不能采用Y－

啟動(dòng)的籠型異步電動(dòng)機(jī)。自耦降壓?jiǎn)?dòng)是借助專用的變壓器―自耦調(diào)壓器實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)。啟動(dòng)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(dòng)結(jié)束后，定子繞組直接接入電源。采用自耦降壓?jiǎn)?dòng)的啟動(dòng)電流是全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)啟動(dòng)電流的k2倍。滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動(dòng)時(shí)將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動(dòng)后將R短路。起動(dòng)電阻

Rst?RstRst(3)繞線型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)

轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)的特點(diǎn)

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

-答案為A三、三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)

方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~四、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1變頻調(diào)速(無(wú)級(jí)調(diào)速)可實(shí)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(duì)數(shù)調(diào)速

(有級(jí)調(diào)速)磁極對(duì)數(shù)和定子繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)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(jī)繞組的電阻答案C7.3.5三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性運(yùn)行特性是指與電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有關(guān)的特性，包括轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率因數(shù)、運(yùn)行效率與輸出機(jī)械功率P2的關(guān)系，下面討論功率因數(shù)和運(yùn)行效率問(wèn)題1功率因數(shù)三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時(shí)約為0.7~0.9?？蛰d時(shí)功率因數(shù)很低，只有0.2~0.3。額定負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)最高。PNP2cos

O2運(yùn)行效率P1為電動(dòng)機(jī)的輸入功率由于電動(dòng)機(jī)在實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)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(jī)械損耗Pm和附加損耗Pad等，所以根據(jù)功率平衡關(guān)系有如下等式存在：由此，從空載到額定運(yùn)行，主磁通和電機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大，一般認(rèn)為PFe和Pm基本不變，稱為不變損耗。PCu和Pad隨負(fù)載而變化，稱為可變損耗?？蛰d運(yùn)行時(shí)，輸出功率P2=0,效率η=0負(fù)載增加，效率上升PFe+Pm=PCu+Pad時(shí)效率最高繼續(xù)增加負(fù)載，效率下降電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和工作效率都是在額定負(fù)載附近達(dá)到最大值，因此選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)盡量使電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載附近運(yùn)行以提高經(jīng)濟(jì)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(guān)K原處于閉合狀態(tài)，t=0時(shí)打開。E+_10VKC1

R1R2

3k

2kt=0345作業(yè)：變壓器和電動(dòng)機(jī)12一臺(tái)Y225M-4型的三相異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組△型聯(lián)結(jié)，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(dòng)轉(zhuǎn)矩TN

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

換接起動(dòng)時(shí)，求起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（3）又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的80%和5