【正文】 電工電子技術(shù) 福建工程學(xué)院 2022年 陳佳新 主編 周理 陳炳煌 盧光寶 鄢仁武 編 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(2) 第 5章 變壓器與電動機(jī) 三相異步電動機(jī) 單相異步電動機(jī) 三相異步電動機(jī)的電氣控制 變壓器 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(3) 變壓器 磁性材料的磁性能 磁性材料（如鐵、鎳、鈷及其合金）的磁導(dǎo)率很高，是制造變壓器、電機(jī)和各類電器鐵心的主要材料，磁性材料具有以下特點(diǎn)。 變壓器是一種靜止的電能轉(zhuǎn)換裝置，它利用電磁感應(yīng)原理，根據(jù)需要可以將一種交流電壓和電流等級轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓和電流等級。 電動機(jī)能將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、運(yùn)行可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)，能滿足各行各業(yè)大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的拖動要求，在各種電動機(jī)中應(yīng)用最廣。 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(4) 1. 高導(dǎo)磁性 磁性材料內(nèi)部存在的天然磁化區(qū)（稱為磁疇），在沒有外磁場的作用時，磁疇呈現(xiàn)雜亂無章的排列，磁場相互抵銷，對外不呈現(xiàn)磁性。在外加磁場時，磁疇在外磁場的作用下，其方向逐漸與外磁場一致，產(chǎn)生遠(yuǎn)大于外磁場的附加磁場，從而增強(qiáng)了原來的磁場。 （ a）無外磁場 （ b）有外磁場 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(5) 2. 磁飽和性 當(dāng)外磁場增大到一定程度時，磁性材料中的磁疇已全部排列整齊，這時磁性材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度趨向于某一定值，稱此特性為磁飽和性。 磁性材料的磁化特性用磁化曲線（ BH曲線）來表示。當(dāng)磁場強(qiáng)度 H比較小時，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B與 H近似成比例地增加；當(dāng) H增大到一定值后， B的增加緩慢下來，最后趨于磁飽和。因此磁性材料的 B與 H為非線性關(guān)系，磁導(dǎo)率 ?不是常數(shù)。 圖中 B0H為真空的磁化曲線， B0與 H為正比關(guān)系。 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(6) 3. 磁滯性 磁性材料在交變磁場中被反復(fù)磁化，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B隨磁場強(qiáng)度 H變化的關(guān)系為一條閉合曲線，稱為磁滯回線。 當(dāng) H減小到零時， B并未回到零，這種磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱為磁性材料的磁滯性。 Br剩磁感應(yīng)強(qiáng)度（剩磁） Hc矯頑磁力 永久磁鐵的磁性就是剩磁產(chǎn)生的。 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(7) 磁性材料在交變磁化過程中，由于磁滯現(xiàn)象的存在而產(chǎn)生的能量損耗，稱為磁滯損耗。 在交變磁場作用下，在垂直于磁力線方向的鐵心截面上還會產(chǎn)生旋渦狀的電流，稱為渦流，如圖所示。在鐵心內(nèi)產(chǎn)生的能量損耗稱為渦流損耗。 磁性材料的磁滯損耗和渦流損耗統(tǒng)稱為鐵損耗。為了減小鐵損耗，通常變壓器和交流電機(jī)的鐵心都采用硅鋼片疊片而成。 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(8) 磁性材料常分為以下兩類。 （ 1）軟磁材料 。軟磁材料的磁滯回線較窄，剩磁較小，矯頑磁力較小，常用來制造變壓器、電機(jī)和電器等的鐵心。軟磁材料主要有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金及鐵氧體等。 （ 2）硬磁材料 。硬磁材料的磁滯回線較寬，剩磁較大，矯頑磁力較大，常用來制造永久磁鐵。硬磁材料主要有碳鋼、鎳鋁鈷合金和釹鐵硼合金等。 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(9) 變壓器的主要組成部分是鐵心和繞組（俗稱器身）。 電力變壓器多采用油浸式和干式結(jié)構(gòu)，圖示為油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)圖。 變壓器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(10) （ 1）鐵心是變壓器的主磁路，又是繞組的支撐骨架。 鐵心的基本結(jié)構(gòu)有心式和殼式兩種，如圖所示。 （ a）心式 （ b）殼式 （ 2）繞組變壓器的電路部分，常用絕緣銅線或鋁線繞制而成。 一般電力變壓器都把繞組繞制成圓形的。工作電壓高的繞組稱為高壓繞組，工作電壓低的繞組稱為低壓繞組。在高、低壓繞組之間及繞組與鐵心之間都加有絕緣。 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(11) 2. 變壓器的額定值 銘牌數(shù)據(jù)主要包括 （ 1）額定電壓 U1N和 U2N （ V） 。 對于三相變壓器指線電壓。 （ 2）額定電流 I1N和 I2N （ A） 。 對于三相變壓器指線電流。 （ 3）額定容量 SN （ kVA） 。 由于電力變壓器的效率很高，忽略壓降損耗時有 對單相變壓器 N 2 N 2 N 1 N 1 NS U I U I??對三相變壓器 N 2 N 2 N 1 N 1 N33S U I U I??第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(12) 【 例 】 一臺三相油浸自冷式變壓器，已知 SN=560kVA，U1N/U2N=10kV/400V，試求一次、二次繞組的額定電流 I1N、I2N各為多少？ 解 3N1N1N5 6 0 1 0 3 2 . 3 3 A3 1 0 0 0 03SIU?? ? ??3N2N2N5 6 0 1 0 8 0 8 . 2 9 A3 3 4 0 0SIU?? ? ??第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(13) 3. 變壓器的工作原理 變壓器的工作原理圖 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(14) （ 1）電壓變換作用 變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作。通常接交流電源的稱為一次繞組（俗稱原繞組或初級繞組）；接負(fù)載的稱為二次繞組（俗稱副繞組或次級繞組）。 一次繞組加合適的交流電源電壓 u1 ，就有交流電流 i1 流過，產(chǎn)生一次繞組磁通勢，鐵心中激勵起交變的主磁通 ?，同時交鏈一次、二次繞組。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，便在一次、二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 e1和 e2 。二次繞組在 e2的作用下，向負(fù)載 ZL供電，實現(xiàn)了能量傳遞。 另有一小部分磁通經(jīng)非磁性材料形成閉路，不參與能量傳遞，為漏磁通 ?1?、 ?2?， 產(chǎn)生漏磁電動勢 e1? 、 e2? 。 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(15) 變壓器中電壓、電流、磁通及電動勢一般采用電工慣例來規(guī)定其正方向 ① 同一條支路中， u與 i的正方向一致； ② 由電流 i產(chǎn)生的磁通 ?， 正方向符合右手螺旋法則； ③ 由磁通 ?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。 設(shè)主磁通 ，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，則一次繞組的感應(yīng)電動勢為 m si n t? ? ??1 1 1 m 1 m 1 md c o s sin ( 9 0 ) sin ( 9 0 )de Ν Ν t Ν t E tt?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?有效值： 1 m 1 m 1 m1 1 m 1 m2 2 4 . 4 42 2 2E N f NE f N f N? ? ? ???? ? ? ? ? ?第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(16) 同理，二次繞組感應(yīng)電動勢的有效值為 2 2 m 2 m2 f N f N??? ? ? 由于一次繞組的漏阻抗壓降較小，忽略不計時，可近似地認(rèn)為 11UE?空載時的二次繞組開路電壓 2 0 2UE?其有效值的關(guān)系為 1 1 12 0 2 2U E N kU E N? ? ?式中 k 為匝數(shù)比。 表明一次、二次繞組的電壓之比與一次、二次繞組的匝數(shù)比 k成正比。改變匝數(shù)比 k，即可改變輸出電壓。 如果 N1N2，則 U1U20，為降壓變壓器；反之， N1N2，則 U1U20，為升壓變壓器。 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5(17) （ 2）電流變換作用 由于變壓器空載電流 I0很小，忽略不計，則有 1 1 2 2 1 0N I N I N I??1 1 2 2N I N I?? 變壓器負(fù)載運(yùn)行時，二次繞組流過負(fù)載電流 i2，一次繞組電流由空載電流 i0變?yōu)樨?fù)載時電流 i1，負(fù)載時的主磁通 ?由一、二次繞組的磁通勢共同建立。 由 U1≈E1=?m，當(dāng)電源 U1 和 f 不變時，產(chǎn)生 E1 的主磁通 ?也應(yīng)基本不變，所以負(fù)載時建立主磁通 ?所需的合成磁通勢與空載時所需的磁通勢也應(yīng)基本不變，即有磁通勢平衡方程 第 5章 變壓器與電動機(jī) 5