第 15 章电机与电气控制技术

第15章电机与电气控制技术 15.1 磁路与变压器 15.2 异步电动机 *15.3 同步电动机 *15.4 直流电动机 *15.5 控制电机 15.6 电气控制技术基础

15.1 磁路与变压器 1 磁路基础与磁路定律 2 变压器的工作原理 3 变压器的使用 4 特殊变压器简介

i ：主磁通：漏磁通铁心（导磁性能好的磁性材料）线圈 1.磁路基础与磁路基本定律 1）磁路基础线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。磁路：主磁通所经过的闭合路径。构成磁路的重要材料是铁磁性材料。

（磁通密度） 一、磁感应强度 B的单位：特斯拉（Tesla） 1 Tesla = 104 高斯单位：韦伯 2）磁路计算中的基本物理量与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁力线）。

二、磁导率 真空中的磁导率( )为常数（亨/米）一般材料的磁导率和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率，则称为磁性材料，则称为非磁性材料：表征各种材料导磁能力的物理量

单位： B：特斯拉：亨/米：安/米三、磁场强度 H 磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。

B Br B B 大 Hc 小 H H (I) H 3. 磁滞性 1.非线性 2.磁饱和性根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。磁性材料的磁性能：

I2 I3 I1 电流方向和磁场强度的方向符合右手定则，电流取正；否则取负。 3 磁路的基本定律一. 安培环路定律（全电流律）：磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过这个闭合路径内电流的代数和.

NI：称为磁动势。一般 用 F表示。 I F=NI 在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路长度L 线圈匝数N HL：称为磁压降。

I N 在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。总磁动势例：

S I N L 令： Rm称为磁阻磁路中的欧姆定律则：注：由于磁性材料是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性分析，不做定量计算。二. 磁路的欧姆律：对于均匀磁路

磁动势 磁压降电动势电流电压降磁路和电路的比较（一）磁通 I 磁路 N I 电路 + U E R _

磁路与电路的比较 (二) 安培环路定律磁路磁感应强度基本定律磁阻 I N 基氏电压定律基氏电流定律电路电流强度欧姆定律电阻 I + E _ R

直流 ---- 直流磁路 励磁电流交流 ---- 交流磁路直流磁路磁路分析交流磁路 4 磁路的分析励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流

一定一定（线圈中没有反电动势）一定磁动势F=IN 磁通和磁阻成反比直流电路中直流磁路中 F 固定 E固定 I随 R变化随变化一.直流磁路的分析直流磁路的特点: （R为线圈的电阻） I U 直流磁路和电路中的恒压源类似

交流激励线圈中产生感应电势 和产生的感应电势电路方程： i u 一般情况下很小：主磁通：漏磁通二. 交流磁路的分析

i u 假设则最大值有效值

当外加电压U、频率 f与 线圈匝数N一定时，便确定下来。根据磁路欧姆定律当一定时磁动势IN随磁阻的变化而变化。交流磁路和电路中的恒流源类似 F随变化直流磁路中：固定 IS固定直流电路中： U随 R变化 i 交流磁路的特点: u

交流磁路中磁阻对电流的影响 在吸合过程中若外加电压不变, 则基本不变。   电磁铁吸合前(气隙大）大起动电流大电磁铁吸合后(气隙小）小电流小注意：如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。电磁铁吸合过程的分析： i u

磁路小结 直流磁路 (U不变，I不变）（随Rm变化）交流磁路（ U不变时，基本不变） ( I随Rm变化）

变电压：电力系统 变电流：电流互感器变阻抗：电子电路中的阻抗匹配（如喇叭的输出变压器） 2) 变压器的工作原理变压器功能：

变电站 1万伏输电线 22万伏发电厂 1.05万伏升压降压降压实验室 380 / 220伏 … 仪器 36伏降压降压变压器应用举例

铁芯原边绕组副边绕组变压器的基本结构和工作原理一.结构：单相变压器

变压器符号： 工作过程：

接上交流电源 原边电流 i1等于励磁电流 i10 i10产生磁通 （交变）产生感应电动势（方向符合右手定则）二. 工作原理空载运行：原边接入电源，副边开路。

根据交流磁路的分析 可得：时 K为变比原、副边电压关系（变电压）结论：改变匝数比，就能改变输出电压。

副边带负载后对磁路的 影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了电流 i2。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流 i1。但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变。带负载后磁动势的平衡关系为：负载运行 Z

由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流很小，可忽略。即：原、副边电流关系（变电流）结论：原、副边电流与匝数成反比

从原边等效： 原、副边阻抗关系（变阻抗）结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。

设：信号电压的有效值: Rs U1= 50V; RL 信号内阻： Rs=100  ; 负载为扬声器，其等效电阻：RL=8。信号源阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率求：负载上得到的功率解：（1）将负载直接接到信号源上得到的输出功率为：

设变比 Rs 则：输出功率为：（2）将负载通过变压器接到信号源上。结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条件（信号源内、外阻抗差不多相等）。

额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。  额定电流变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。  额定容量传送功率的最大能力。（理想） 3 ) 变压器的使用 1 变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）

原边输入功率 P1输出功率 P2 容量：输出功率：变压器功率因数原边输入功率：效率容量 SN 输出功率 P2 注意：变压器几个功率的关系

变压器的损耗包括两部分： 铜损 (PCU) ：绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。铁损( )： PFE 涡流损失：交变磁通在铁芯中产生的感应电流（涡流），造成的损失。  2 变压器的效率() 为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠合而成。

副边输出电压和输出电流的关系。即： U2 U20 I2 一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2变化不多） 3 变压器的外特性 U20：原边加额定电压、副边开路时，副边的输出电压。

A A * * X X * a a x x * 4 变压器绕组极性及连接方法同极性端(同名端) 当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。

1 * 3 * 2 4 线圈的接法电器使用时两种电压（220V/110V）的切换： 220V：联结2 －3 110V：联结1 －3，2 －4

励磁 * 1 3 * 2 4 两种接法下线圈工作情况的分析 220V：联结2 －3

1,3 1 * 励磁 2,4 ' 3 * 2 4 说明：两种接法下不变，所以铁芯磁路的设计相同 220V：联结2 －3 110V：联结1 －3，2 －4

1 1,3 * 3 N * 2 2,4 4 若两种接法铁芯中的磁通相等，则：原边有两个相同绕组的电源变压器（220 / 110），使用中应注意的问题：问题1：在110V情况下，如果只用一个绕组（N），行不行？答：不行（两绕组必须并绕）

原因：  两个线圈中的磁通抵消 * 1 感应电势 3 * 电流很大 2 ’ 烧毁 4 问题2：如果两绕组的极性端接错，结果如何？答：有可能烧毁变压器结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。

同极性端的测定方法 把两个线圈的任意两端(X - x)连接, A a 然后在AX上加一小电压u。测量：结论： x X 若说明 A与x 或X 与a 是同极性端；若说明A与a或X与x为同极性端。方法一：交流法

K * A + K A a + _ X + * a - mA表 _ x 结论： x X 设K闭合时 增加。如果当K闭合时，mA 表正偏，则 A－a为同极性端; 如果当 K闭合时，mA 表反偏，则 A－x为同极性端感应电动势的方向，阻止 的增加。方法二：直流法

定定定导线直径定铁芯窗口额定容量一定 则 （铜多、铁少）则 （铜少、铁多） ( , 一定时,  ) 变压器设计中的一些概念(1)

（省铜） 截面积A  （费铁）变压器设计中的一些概念(2) 在同样变比情况下，匝数多好，还是少好？

A P B 4 ) 特殊变压器简介 1 自耦变压器使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。

R ~u （被测电压）使用注意：保险丝 1. 副边不能短路，以防产生过流； 2. 铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损时，在副边出现高压。 N1 （匝数多） N2 （匝数少）电压表 V 2 电压互感器：用低量程的电压表测高电压被测电压=电压表读数 N1/N2

i1 R （被测电流）使用注意事项： N1 （匝数少） 1. 副边不能开路，以防产生高电压； 2. 铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。 N2 （匝数多） i2 A 电流表 3 电流互感器：用低量程的电流表测大电流被测电流=电流表读数 N2/N1

15.2 异步电动机 1.三相异步电动机的结构与工作原理 2.三相异步电动机的机械特性 3.三相异步电动机的使用 4.单相异步电动机

鼠笼式 绕线式异步机同步机鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、机械特性、控制方法电动机的分类交流电动机电动机直流电动机他励、并励、串励、复励

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