项目四-变压器和其他电机选用及检测-电机电气控制技术课件.ppt
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1、项目四变压器和其他电机选用及检测任务4.1变压器的选择与使用第一节第一节 变压器概述和基本结构变压器概述和基本结构 一、一、变压器概述变压器概述 变压器是将一种等级的交流电压变换成频率相同的另一种等级交流电压的静止电气设备。它是根据电磁感应原理制成的一种电气设备,具有变换电压、变换电流和变换阻抗的功能。变压器是电力系统中不可缺少的重要设备,它用来改变交流电压的大小,把某一等级的交流电压变换成另一等级的交流电压,以满足不同负荷的需要。因此变压器在电力系统和供电系统中占有很重要的地位。在机床线路中,控制电路一般是经变压器降压得到的中低电压电路,有的变压器(如隔离变压器)还起到隔离噪声等干扰信号的作
2、用。二、二、变压器的基本结构变压器的基本结构(一)铁芯 铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高,厚度为 0.35 或 0.5 mm,表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成,铁心分为铁心柱和铁轭俩部分,铁心柱套有绕组;铁轭闭合磁路之用,铁芯构成变压器的磁路。(a)口型 (b)EI型 (c)F型 (d)C型 图1-1常见的变压器铁芯的形状 图1-2 变压器的铁芯结构(二)绕组 绕组是变压器电路的主体部分,我们把变压器与电源相接的一侧称为“原边”,相应的绕组称为原绕组(或一次绕组、初级),其电磁量用下标数字“1”表示;而与负载相接的一侧称为“副边”,相应的绕组称为副绕组(或二次绕组、次级)
3、,其电磁量用下标数字“2”表示。绕组通常用绝缘的铜线或铝线绕制,一般小容量变压器的绕组用高强度漆包线绕制而成,大容量变压器可用绝缘扁铜线或铝线绕制。(a)圆筒式 (b)螺旋式 (c)连续式 (d)纠结式 图1-4同心式绕组的几种形式变压器的器身放在装有变压器油的油箱内。变压器油既是一种绝缘介质,又是一种冷却介质。为使变压器油能长久地保持良好状态,在变压器油箱上面装有圆筒形的储油柜。储油柜通过连通管与油箱相通,柜内油面高度随着油箱内变压器油的热胀冷缩而变动,储油柜使油与空气的接触面积减小,从而减少油的氧化和水分的侵入。另外气体继电器和安全气道是在故障时保护变压器安全的辅助装置。只有绕组和铁心的变
4、压器称为干式变压器,大容量变压器的器身放在盛有绝缘油的油箱中,这样的变压器称为油浸式变压器油浸式变压器主要附件有:油枕、干燥器、防爆开关、气体继电器等。(三)其他结构部件三、变压器的分类三、变压器的分类按用途不同主要分为按用途不同主要分为:第二节第二节 单相变压器单相变压器一、一、单相变压器的基本结构和工作原理单相变压器的基本结构和工作原理(一)单相变压器的基本结构 单相变压器主要由铁心和绕组两个基本部分组成。一般小功率单相变压器多采用壳式结构,容量较大的单相变压器常采用芯式结构。(二)单相变压器的工作原理 变压器是一种静止的电机,它利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一
5、种电压、电流的电能。换句话说,变压器就是实现电能在不同等级之间进行转换。图1-6变压器结构示意图及变压器符号 变压器的作用变压器的作用 1、变换电压变换电压 2、变换电流变换电流 212121NNkEEUUkNNII112213、变换变换阻抗阻抗 LLLZkZNNINNUNNIUZ222121222111)()/(/二、二、单相变压器的连接组单相变压器的连接组 a)I/I 12 联结组 b)I/I-6 联结组 三三、变压器的、变压器的运行特性运行特性 (一)变压器的外特性(一)变压器的外特性 和电压变化率和电压变化率(二)变压器的效率特性(二)变压器的效率特性变压器的变压器的效率:效率:变压器
6、在运行时存在两种损耗:铜损和铁损变压器在运行时存在两种损耗:铜损和铁损%100%1002212PPPPP(三)变压器的额定值(三)变压器的额定值(1)额定电压UN:指变压器副绕组空载时各绕组的电压,三相变压器是指线电压。(2)额定电流IN:指允许绕组长时间连续工作的线电流。(3)额定容量SN:在额定工作条件下变压器的视在功率。单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器NNNNNIUIUS1122NNNNNIUIUS112233第三节第三节 三相变压器三相变压器 三相变压器是三相变压器是3个相同的容量单相变压器的组合,个相同的容量单相变压器的组合,它有三个铁芯柱它有三个铁芯柱,每个铁芯柱都绕着同一
7、相的每个铁芯柱都绕着同一相的2个线圈个线圈,一个是高压线圈一个是高压线圈,另一个是低压线圈。另一个是低压线圈。一、一、三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统三相变压器有三相组式变压器与三相芯式变压器两种。三相变压器有三相组式变压器与三相芯式变压器两种。(一)(一)三相组式变压器三相组式变压器图1-13三相变压器组的磁路系统 三相组式变压器是由3个磁路相互独立的单相变压器所组成的,三相之间只有电的联系而无磁的联系。(二)(二)三相芯式变压器三相芯式变压器(a)单相芯式铁心的合并 (b)铁心的演变 (c)三相芯式铁心图1-14三相芯式变压器的磁路系统与三相组式变压器不同,三相心式变压器的磁路相互
8、关联。它是通过铁轭把3个铁心柱连在一起的。这种铁心结构是从单相变压器演变过来的,把3个单相变压器铁心柱的一边组合到一起,而将每相绕组缠绕在未组合的铁心柱上。由于在对称的情况下,组合在一起的铁心柱中不会有磁通存在,故可以省去。和同容量的三相组式变压器相比,三相心式变压器所用的材料较少、质量轻。但它的缺点在于:(1)采用三相心式变压器供电时,任何一相发生故障,整个变压器都要进行更换,如果采用三相组式变压器,只要更换出现故障的一相即可。所以三相心式变压器的备用容量为组式变压器的3倍;(2)对于大型变压器来说,如果采用心式结构,体积较大,运输不便。基于以上考虑,为节省材料,多数三相变压器采用心式结构。
9、但对于大型变压器而言,为减少备用容量以及确保运输方便,一般都是三相组式变压器。二、二、三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统-联结组联结组 绕组名称首端末端中点原边绕组U、V、WX、Y、ZO副边绕组u、v、wx、y、zO(一)变压器原边、副边绕组首末端标记及连接方法 理论上来说,三相变压器的原、副边绕组都可以根据需要接成星形(Y)或三角形()。一旦按规定的接法连接完成,其表示方法便随之确定。为方便起见,用Y/y表示原、副边的星形接法;用D/d来表示原、副边的三角形接法。原边绕组在接成星形(Y)时,如果有中线引出,则用YN表示;副边绕组在接成星形(Y)时,如果有中线引出,则用yn表示。例如:Y
10、N,d表示原边绕组为星形接法,并且有中线引出,副边绕组为三角形接法;D,y表示原边绕组为三角形接法,副边绕组为星形接法,无中线引出。(二)(二)三相变压器的联结组三相变压器的联结组 三相变压器的联结组标号采用三相变压器的联结组标号采用“时钟序数表示法时钟序数表示法”。三相变压器的标准联结组及其相量分析三相变压器的标准联结组及其相量分析 三相变压器的并联运行条件三相变压器的并联运行条件三、磁路结构及连接组对电动势波形的影响三、磁路结构及连接组对电动势波形的影响 变压器的铁心是由铁磁材料构成的,铁磁材料的磁化曲线是一条呈饱和特性的曲线。在铁心处于饱和状态时,如果磁通为正弦波,则励磁电流为尖顶波,除
11、基波电流外,以三次谐波电流分量最大;如果励磁电流为正弦波,则磁通为平顶波,除基波磁通外,以三次谐波磁通分量最大。如果忽略影响不大的其他高次谐波,绕组中的电动势主要由基波磁通和三次谐波磁通感应产生。三相变压器的磁路结构与连接组会影响磁通的流通路径,因而也会对感应电动势的波形有直接影响。(一)YN/y、Y/y联结的三相变压器 励磁电流中的三次谐波分量的幅值、相位均相同,故可构成零序对称组。在原边绕组有中线的情况(YN,y)下,三次谐波电流会以中线作为自己的回路。由于三次谐波电流的存在,励磁电流呈尖顶波,所对应磁通及绕组感应电动势接近于正弦波。但当原边绕组没有中线(Y,y)时,三次谐波电流由于没有回
12、路而无法存在,因此励磁电流呈正弦波,所对应磁通便是含有三次谐波分量的平顶波。磁通的三次谐波分量的流通路径与三相变压器的磁路结构有关。(二)Y/d、D/y联结的三相变压器 在Y,d连接的三相变压器中,原边绕组采用没有中线的星形(Y)连接,所以励磁电流便呈正弦波,而不存在三次谐波电流分量。铁心中的磁通会出现三次谐波磁通,每相绕组中便会感应出三次谐波电动势。由于副边绕组采用三角形(d)连接方式,自身形成一闭合回路,因此便会有产生的三次谐波电流流通。原边绕组中不存在三次谐波电流,无法抵消对铁心中磁通的影响,便会在铁心中产生三次谐波磁通。由此可见,三次谐波电流所产生的会抵消铁心中原先存在的三次谐波磁通,
13、从而大大削弱绕组中的三次谐波电动势,使其趋近于正弦波。在D,y连接的三相变压器中,原边绕组采用三角形(D)连接方式,可以流过三次谐波电流,从而使得励磁电流呈正弦波,致使铁心中的磁通为正弦波,绕组中的感应电动势也为正弦波。由以上的分析可以看出,为了改善绕组中感应电动势的波形,最好使原边、副边绕组中的一个为三角形连接。第四节第四节 其它变压器其它变压器 一、一、自耦变压器自耦变压器 Z+u1+u2N1N2二、二、仪用互感器仪用互感器(一)(一)电压互感器电压互感器 kNNUU2121kUU/12(二)(二)电流互感器电流互感器 kNNII11221kII/12三、三、弧焊变压器弧焊变压器 四、四、
14、控制变压器控制变压器 第五节第五节 变压器常见电气故障及分析变压器常见电气故障及分析 按变压器故障的原因,一般可分为电路故障和磁路故障。电路故障主要指线环和引线故障等,常见的有线圈的绝缘老化、受潮,切换器接触不良,材料质量及制造工艺不良,过电压冲击及二次系统短路引起的故障等。磁路故障一般指铁芯、轭铁及夹件间发生的故障,常见的有硅钢片短路、穿芯螺丝及轭铁夹件与铁芯间的绝缘损坏以及铁芯节接地不良引起的放电等。一、通过声音分析故障通过声音分析故障变压器正常运行时,应发出均匀的“嗡嗡”声,这是由于交流电通过变压器线圈时产生的电磁力吸引硅钢片及变压器自身的振动而发出的响声。如果产生不均匀或其它异音,都属
15、不正常的。二、绕组故障二、绕组故障 主要有相间短路、绕组接地、匝间短路、断线及接头开焊等。三、套管故障三、套管故障 常见的是炸毁、闪落和漏油。四、分接开关故障四、分接开关故障 常见的故障是表面熔化与灼伤,相间触头放电或各接头放电。小结 变压器是一种常见的静止电气设备,它利用电磁感应原理,将某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压。变压器最主要的用途是在输配电系统,而且还广泛应用于电气控制领域、电子技术领域,测试技术领域以及焊接技术领域等等。变压器除用于改变电压外,还可用来改变电流、变换阻抗以及产生脉冲等。本章主要介绍了变压器的基本工作原理、基本结构、单相变压器的变流及变压原理、阻抗变
16、换等特性、单相变压器使用时的外特性、损耗与效率及额定值;讲述了三相变压器的电路系统联结组、自耦变压器及电焊机变压器等其他变压器;对变压器常见电气故障也进行了分析。任务4.2直流电动机的选择与使用1风扇 2机座 3电枢 4主磁极 5电刷架 6换向器 7接线板 8出线盒 9端盖(一)他励式(a)接线示意图 (b)原理线路图 图3-11 他励直流电动机的励磁方式(二)串励式(a)接线示意图 (b)原理线路图图3-12 串励直流电动机的励磁方式(三)并励式(a)接线示意图 (b)原理线路图图3-13 并励直流电动机的励磁方式(四)复励式(a)接线示意图 (b)原理线路图图3-14 复励直流电动机的励磁
17、方式 直流电动机他 励并 励串 励复 励主要性能特点及应用举例机械特性硬、起动转矩大、调速范围宽、平滑性好。主要应用于调速性能要求高的生产机械,如离心泵、风机、金属切削机床、纺织印染、造纸和印刷机械等机械特性硬度适中、起动转矩大、调速方便。常用于要求很大起动转矩且转速允许有较大变化的负载,如蓄电池供电车、起货机、起锚机、电车、电力传动车等机械特性软、起动转矩大、过载能力强、调速方便。一般用于起动转矩小,而要求转速平稳的小型恒压驱动系统中,如空气压缩机、冶金辅助传动机械等各直流电动机的主要性能特点及应用 型 号Z242励磁方式并 励额定功率4.0kW励磁电压220V额定电压220V励磁电流22.
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