bob电竞新闻资讯
常用电气设备、元器件和组件doc
时间:2021-11-18 07:49点击量:


  PAGE 1 PAGE 1 常用电气设备、元器件和组件 一位著名的工程师曾说过,图是工程师的语言,即然是语言必然存在语言属性,它是由语言的最基本元素—词、词组和语法构成。电工线路图也不例外,它的最基本元素是电气元器件或组件所对应的图形符号,它的“语法”就是电工线路图制作规定和表示法。所以,要想学会和运用它,就得象学习外语一样,首先要掌握这种语言的词汇。本章介绍电工线路图中常用的电气设备、元器件的结构、工作原理和对应图形符号。附录1给出常用电气设备及元器件图形符号表,以便读者查找。 第一节 变压器 变压器是利用电磁感应原理,以相同的频率,在两个或更多绕组中实现变换交流电压,变换交流电流或变换阻抗的静止电气设备。变压器的应用很广泛,它在通讯系统中,进行信号传输和阻抗变换;在自动控制系统中,起到电磁隔离作用;在电力系统中,进行电压等级变换,以满足高压输电、低压供电、配电及用途的需要。可以说,只要有交流电的地方就有变压器。 变压器按用途来分,可分为电力变压器、控制变压器、特种变压器等,而电力变压器又可分为:单相变压器、自耦变压器、三相变压器。但不管是什么用途的变压器,它都是由铁心和绕组两大主要部分组成。 单相变压器(Transformer) 单相变压器结构:铁心形式有芯式和壳式两种。如图1-1-1所示。对于芯式铁 心每个铁芯柱上都分别绕有原、副边绕组,如图1-1a所示;对于壳式铁心,原、副 图1-1-1 单相变压器结构示意图 (a)心式单相变压器和铁心 (b)壳式单相变压和铁心 边绕组都绕在中心柱上,外铁芯柱上没有绕组,它对中心柱的绕组起到传导磁通和保护作用。而铁心是由互相绝缘的硅钢片叠压成的,一般的铁心柱截面为方形或圆形。 单相变压器至少有两套绕阻,接电源的绕组称为原边绕组或一次绕组,接负载的 绕组称为副边绕组或二次绕组。变压器绕组是由外皮绝缘的铜线或铝线绕制而成.绕组的绕制方法有多种形式;常用的有圆筒式、螺旋式、连续式、纠结式等。圆筒式的低 压绕组套在铁心的里层,高压绕组套在低压绕组的外层。圆筒式绕组又可分为:多层式、分段式及低压式的双层圆筒式。一般螺旋式绕组用于低压及大电流绕组;连续式绕组用于中型变压器的高压绕组,而纠结式绕组是增加了纵向电容的绕组,防雷性能比较好,大都用于大型变压器110~500KV的绕组。 变压器的原理: ①电压变换原理:当变压器原边绕组接交流电源之后,副边绕组开路(即没有接负荷),原边仅有励磁电流i0,和空载磁势i0N1,空载磁势产生的大部分磁通Φ穿过原、副边绕组的铁芯而闭合。仅有一少部分Φб1,通过空气闭合,这是因为空气的磁阻远大于铁芯的磁阻。如图1-1-2(a)所示,主磁通Φ在原、副边绕组中产生的感应电动势分别为e1和e2,漏磁通Φб1仅在原边绕组中产生漏磁感应电动势eб1,由于漏磁通Φб1很小,原边绕组电阻的压降比较小(因为空载电流i0很小),所以,就可近似看成U1=E1,U20=E2,而E1和E2分别由下式计算: E1=4.44f1N1Φm E2=4.44f1N2Φm 由此可得变压器的电压变比关系: 可见:变压器的变压是通过选择适当的原副边绕阻的匝数来实现的。 ②变换电流原理:当变压器副边接负载时,在副边感应电动势e2的作用下,副边绕组就有电流i2流过。如图1-1-2(b)所示;那么在副边绕组的负载磁势i2N2也在磁路中产生磁通,只不过这个磁通对主磁通而言。是起去磁作用的,为了使磁路磁通保 图1-1-2 变压器原理图 持不变,原边绕组电流将会增加,由原来空载电流i0变成i1,可见原边绕组电流是随副边绕组负载电流变化而变化。虽然各绕组的电阻和电抗都要损耗有功和无功功率,但与变压器传输的视在功率相比较,它们都很小,所以,输入变压器的视在功率与其输出的视在功率近似相等,即:U1I1=U2I2,由此可得原副边绕组电流的变换关系: 此式表明:原副边电流之比近似等于变压器变比的倒数;即高压侧电流小,低压侧电流大。然而,原、副边没有电的联系,只有磁的联系,原边的电能是通过磁的联系“传送”到副边的。 ③阻抗变换原理:在传输交流信号的线路中,常用信号变压器来完成阻抗变换,实现前后级之间阻抗匹配,实现最大能量的传输。变压器相对负载Z而言,是一个电源,提供i2电流,此时,负载阻抗为Z=U2/I2,如图1-1-3(a)所示。而对于电源或信号源而言,它是一个负载。由电源或信号源提供i1电流,如图1-1-3(b)所示。这时,负载等效阻为Z′=U1/I1。很显然,若原、副绕组匝数N1和N2不相等,则Z′≠Z,如果不计绕组电阻和电抗的影响,把变压器看成是一个理想变压器,其变比为k,则等效负载Z′为: 可见,变压器的实际负载阻抗Z折算到变压器原边的等效阻抗Z′是将实际负载阻抗模乘以变比的平方。这样,只要选择合适的变比k,就可将实际负载阻抗Z变换为所需的原边等效阻抗Z′,来实现线路的阻抗匹配。因此,变压器具有变换阻抗功能。 图1-1-3 变压器的阻抗变换 单相变压器图形符号,如图1-1-4所示。 图1-1-4 单相变压器图形符号 二、三相电力变压器 1.三相变压器结构 三相电力变压器有两种形式,一种是由三台完全独立的单相变压器联接组成,称 三相变压器组。它常用于大容量变压器,以便制造和运输,而另一种是采用三相绕组共用一个铁心的三相芯式变压器,这是因为三相电路负载对称,各相相位差120°任一瞬间的各电压矢量和为零,各相产生的从中间芯柱通过的磁通也为零,所以,可共用一个铁芯。三相变压器共用一个铁心的结构,如图1-1-5所示,每个铁心柱都绕有两个绕组,低压绕组内层,高压绕组外层。 图1-1-5 三相铁芯式变压器铁芯 (a) 有中间芯柱的铁芯; (b) 无中间芯柱的铁芯; (c) 常用的三相芯式变压器铁芯 图1-1-6是小型变压器的结构图,它除了由绕阻和芯片组合外,还有其他附件:油箱、油枕、分接开关、安全气道、瓦斯继电器和绝缘套管等组成,这些附件对变压器安全运行起了必不可少的作用。 图1-1-6 小型变压器结构图 2.三相变压器联接 三相变压器各相的高压绕组的首端和未端分别用U1、V1、W1和U2、V2、W2表示, 而各相的低压绕阻的首端和未端分别用u1、v1、w1和u2、v2、w2表示。高低压绕组的不同联接,可形成多种不同的三相变压器联接组别,常用的有Yyn0和Dyn11接法,两种接线 三相变力变压器常用联接组别 (a)为Yyn0 (b)为Dyn11 电力变压器全型号的表示和含义如下: S-三相 高压绕组电压等级(单位为kV) D-单相 相数代号 额定容量(单位为kVA) C-成型固体 设计序号(亦可写作下角) G-空气 - 绝缘代号 L-铝 油浸式不表示 绕组导线材料代号— 铜不表示 F-风冷 Z-有载调压 P-强迫油循环 冷却代号 调压代号 无载调压不表示 自然冷却不表示 三相电力变压器图形符号:根据不同组别和绕组等有所不同,参见附录1。图1-1-8所示为Y/Y0(即Yyn0 )和Δ/Y0(即Dyn11)组别的图形符号。 Yyn0 Dyn0 图1-1-8 Yyn0和Dyn11组别的图形符号 自耦变压器 自耦变压器有单相和三相自耦变压器两种类型。它的特点就是一相铁芯上只有一 个绕组,变压器的副边绕组共用原边绕组的一部分。所以,这种变压器原副边有着电气联系,其电路原理图如图1-1-9所示。自耦变压器有做成固定抽头的降压或升压变压器,也有做成多个抽头或滑动触头可连续可调的调压变压器,图1-1-10就是单相可调自耦变压器。 图1-1-9 单相自耦变压器的电路原理图 图1-1-10 单相自耦变压器的外形 自耦变压器工作原理:由图1-1-9可见,变压器的副边绕组N2是原边绕组N1的一部分。原、副边绕组共同交链主磁通,那么,根据电磁感应原理,原、副边绕组分别产生感应电动势E1和E2,其大小仍与绕组匝数成正比,所以,E1/E2=N1/N2,如果不计绕组电阻和电抗的压降,则原、副边绕组的电压关系为: U1/U2=N1/N2 可见,这与双绕组的变压器的电压变换公式一样。但当接入负载Z时,这时不仅是电磁感应的关系,而且还有电的关系,如果以图1-1-9所规定的正方向。那么,在铁心磁器中磁势方程: I0—为空载励磁电流,一般很小,可以忽略不计。 可见,自耦变压器的电流变换关系与双绕组的变压器一样。自耦变压器少了一个绕组,而且,由于公共部分绕组通过的电流I=I1-I2很小,这一部分绕组的截面可选比较小,从而有效节约有色金属。但是,由于它的原、副边有电联系,万一公共部分绕组断路,高压就会窜入低压侧,对设备、人身构成极大威胁。所以一般都选用它作为升压变压器和实验室用的单相可调变压器。对于异步电动机降压起动,也常常用自耦变压器作为降压变压器。 自耦变压器图形符号如图1-1-11所示。 图1-1-11 自耦变压器图形符号 (a)单相自耦变压器 ( b) 三相自耦变压器 电压互感器 当线路或设备的额定电压比较高时,不便于仪器仪表和继电保护装置直接检 测,一般都采用电压互感器,把被测电压变换为基准的额定电压等级,便于选用基准额定电压的仪表、仪器或其他监控电器,实质上电压互感器就是一个降压变压器,原边绕组匝数多,副边绕组的匝数少。其基本结构原理图如图1-1-12所示。电压互感器的原边并联在一次被测电路,副边并联仪表、继电器等的电压线圈。由于副边接入电压线圈组抗很大,所以,电压互感器工作时,副边绕组相当于空载状态,一般副边的额定电压为100V。 图1-1-12 电压互感器基本结构原理图 电压互感器原、副边绕组的电压关系: U1≈(N1/N2)U2=k2U2 电压互感器在三相电路中常用四种接法:如图1-1-13所示。 图1-1-13 电压互感器的接线方案 (a)一个单相电压互感器 (b)两个单相接成V/V形 (c)三个单相接成Y0/Y0形 (d)三个单相三绕组或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/Δ(开口三角)形 一个单相电压互感器的结线a)供仪表、继电器接于一个 线电压。 两个单相电压互感器接成V/V形(见图1-1-13b)供仪表、继电器接于三 相三线制电路的各个线电压,它广泛应用在工厂变配电所的6~10kV高压配电装置中。 三个单相电压互感器接成Y0/Y0形(见图1-1-13c)供电给要求线电压的仪 表、继电器,并供电给接相电压的绝缘监视电压表。由于小接地电流系统在一次侧发生单相接地时,另两相电压要升高到线电压,所以绝缘监视电压表不能按相电压来选择,而应按线电压选择,否则在发生单相接地时,电压表可能被烧毁。 三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0 /Δ(开口三角)形(见图1-1-13d)其接成Y0的二次绕组,供电给需线电压的仪表、继电器及绝缘监视用电压表,与图1-1-13c的二次接线相同。接成Δ(开口三角)形的辅助二次绕组,接电压继电器。一次电压正常工作时,由于三个相电压对称,因此开口三角形两端的电压接近于零。当某一相接地时,开口三角形两端将出现近100V的零序电压,使电压继电器动作,给出接地故障信号。 电压互感器图形符号,与单相变压器一样。 电压互感器的类型和型号 电压互感器按相数分,有单相和三相两类。按绝缘及其冷却方式分,有干式 (含环氧树脂浇注式)和油浸式两类。图1-1-14是应用广泛的单相三绕组、环氧树脂浇注绝缘的户内JDZJ-10型电压互感器外形图。三个JDZJ-10型电压互感器接成图1-1-13d所示Y0/Y/0/Δ的接线形式,供小接地电流系统中作电压、电能测量及绝缘监察之用。 图1-1-14 JDZJ-10型电压互感器外形图 1-一次接线-一、二次绕组;环氧树脂浇注;4-铁心(壳式);5-二次接线端子 J-电压互感器—产品名称 额定电压(单位kV) D-单相 设计序号 S-三相 相数 B-带补偿绕组 J-油浸式 结构型式— W-五芯柱三绕组 G-干式 —绝缘型式 J-接地保护 Z-树脂浇注式 电压互感器全型号的表示和含义如下: 五、电流互感器 当线路或设备的工作电流很大(即超过仪表的量程)时,就得采用变压器的变 图1-1-15 电流互感器 换电流的功能,把大电流变换为小电流。用作此用途的变压器称为电流互感器,其结构原理图如图1-1-15所示,它的原边绕组匝数很少,有的型式电流互感器还没有一次绕组,利用穿过其铁心的一次主电路作为原边绕组(相当于匝数为1,见图1-1-20)。且原边绕组线径相当粗;而副边绕组匝数很多,线径较细。工作时,原边绕组串接在一次电路中,而副边绕组则与仪表、继电器等的电流线圈相串联,形成一个闭合回路。由于这些电流线圈的阻抗很小,因此电流互感器工作时副边回路接近于短路状态。副边绕组的额定电流一般为5A。 电流互感器的一次电流I1与其二次电流I2之间有下列关系: I1≈(N2/N1)I2≈KiI2 式中,N1、N2为电流互感器原边和副边绕组匝数;KI为电流互感器的变流比,一般表示为额定的原边和副边电流之比,即KI = I1N/I2N,例如100A/5A。 电流互感器在三相电路中有如图1-1-16所示的四种常见的接线 电流互感器的接线方案 (a)一相式 (b)两相V形 (c)两相电流差 (d)三相星形 一相式接线a)电流线圈通过的电流,反应一次主电路相应相 的电流,通常用于负荷平衡的三相电路如低压动力线路中,供测量或连接负荷保护装置之用。 两相V形接线b)这种接线也称为两相不完全星形接线。在继 电保护装置中,这种接线称为两相两继电器接线或两相的相电流接线。在中性点不接地的三相三线kV高压电路中),广泛用于测量三相电流、电能及作过电流继电保护之用。由图1-1-17的相量图可知,两相V形接线的公共线上电流为Ia+Ic=-Ib,反应的是未接电流互感器那一相的电流。 两相电流差接线c)这种接线也称为两相交叉接线的相量图可知,副边公共线上电流为Ia-Ic,其量值为相电流的√3倍。这种接线适于中性点不接地的三相三线kV高压电路中),供作过电流继电保护之用,也称为两相—继电器接线 两相电流差接线电流互感器的 一、二次侧电流相量图 一、二次侧电流相量图 (4)三相星形接线d)这种接线中的三个电流线圈,正好反映各相的电流,广泛用在一般不平衡负荷的三相四线制系统,如TN系统中,也用在可能不平衡负荷的三相三线制系统中,作三相电流、电能测量及过电流继电保护之用。 电流互感器的类型和型号 电流互感器的类型很多。按一次绕组的匝数分,有单匝式(包括母线式、芯柱式、套管式)和多匝式(包括线圈式、线环式、串级式)。按一次电压分,有高压和低压两大类。按用途分,有测量用和保护用两大类。按准确度等级分,测量用电流互感器有0.1、0.2、0.5、1、3、5等级,保护用电流互感器有5P和10P两级。 高压电流互感器多制成不同准确度级的两个铁心和两个二次绕组,分别接测量仪表和继电器,以满足测量和保护的不同要求。电气测量对电流互感器的准确度要求较高,且要求在短路时仪表受的冲击小,因此测量用电流互感器的铁心在一次电路短路时应易于饱和,以限制二次电流的增长倍数。而继电保护用电流互感器的铁心则在一次电流短路时不应饱和,使二次电流能与一次短路电流成比例地增长,以适应保护灵敏度的要求。 图1-1-19是户内高压LQJ-10型电流互感器的外型图。它有两个铁心和两个二次绕组,分别为0.5级和3级、 0.5级用于测量,3级用于继电保护。 图1-1-20是户内低压LMZJ1-0.5型(500~800/5A)的外形图。它不含一次绕组,穿过其铁心的母线就是其一次绕组(相当于1匝)。它用于500V及以下的配电装置中。 图1-1-19 LQJ-10型电流互感器 图1-1-20 LMZJ1-0.5型电流互感器 一次接线-一次绕组(树脂浇注) 1-铭牌 2-一次母线-铁心, 二次接线-二次绕组 外绕二次绕组,树脂浇注 6-警告牌(上写“二次侧不得开路”等字样) 4-安装板 5-二次接线端子 以上两种电流互感器都是环氧树脂或不饱和树脂浇注绝缘的,较之老式的油浸式和干式电流互感器的尺寸小,性能好,安全可靠,因此现在生产的高低压成套配电装置中大都采用这类型电流互感器。 L-电流互感器—产品名称 额定电压(单位为kV) M-母线式 设计序号 F-贯穿复匝式 Q-加强式 D-贯穿单匝式 — 一次绕组型式 结构型式 L-铝线式 Q-线圈式 J-加大容量 A-穿墙式 B-保护用 B-支持式 D-差动保护用 Z-支柱式 —— 安装型式 用途 — J-接地保护用 R-装入式 X-小体积柜用 S-手车柜用 Z-浇注绝缘 W-户外式 C-瓷绝缘 M-母线式 J-树脂浇注 ——绝缘型式 结构型式— G-改进式 K-塑料外壳 Q-加强式 电流互感器全型号的表示和含义如下: 图形符号如图1-1-21所示。 图1-1-21 电流互感器图形符号 (a)单次级绕组电流互感器 (b)双次级绕组电流互感器(有分开铁心) 旋转电机 在电气设备中存在一类它能够进行360°旋转的,它的结构大体上可分为定子部分和转子部分。这类电气设备有发电机、电动机等;而自整角机、旋转变压器等,也由定、转子两部分组成,故也将其划入本节讨论。 发电机(Generator) 发电机是将机械能转换为电能的电气设备,是电力系统的源泉,按电流种类分, 可分为直流发电机和交流发电机。 (一)直流发电机 直流发电机(Direct Current Generator 文字符号G)它把机械能转换为直流电能。由于现代电力系统都采用交流电制,一般不用直流发电机。然而直流发电机常常使用于变流机组,把交流电能转换为直流电能,从而供给直流电动机,以便利用直流电动机的调速的优良特性。 由于直流发电机和直流电动机在结构上没有本质上区别,从原理上讲直流电动机和发电机可互换,所以统称为直流电机,下面介绍直流电机结构和直流发电机工作原理。 直流电机是由定子和转子两大部分组成,定子是由机座、主磁极、换向极、电刷装置和端盖等组成;转子是由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成,图1-2-1为直流电机的解体图。 图1-2-1 直流发电机解体图 ⒈ 励磁绕组;⒉ 主磁极;⒊换向极;⒋机壳;⒌换向器;⒍电枢;⒎风扇;⒏刷架;⒐⒑端盖 1.定子主要部件 ①机座:是直流电机的固定支撑和防护的部件,它固定支撑主磁极、换向极、电刷装置、端盖,通过底脚将电机固定在机座上;它又是电机磁路部分,我们把有磁通通过的部分称为磁轭。为了保证电机有良好的导磁和机械性能,机座通常由铸钢或由厚钢板焊接而成。 ②主磁极:主磁极包括主磁极铁心和套在其上面的励磁绕组。如图1-2-2所示,励磁绕组接直流电源后,产生主磁场。磁极下面的扩大部分称为极靴,其作用是使磁通沿气隙均匀分布,并使励磁绕组能牢固地固定在铁心上,为了保证主磁极铁心导磁性能良好,一般采用1.0~1.5mm的高导磁钢板冲制成型后迭压而成。励磁绕组常用铜线绕制而成。整个主磁极用螺栓固定在机座上。 图1-2-2 主磁极剖面图 ③换向极:它也是由铁心和绕组组成,其铁心一般是由整块钢制成的,尺寸比主磁极小,也用螺栓固定在机座上,其位置与主磁极相间分布。换向极的作用是改善换向,以减少因电磁原因而引起的电刷下的火花。换向极绕组与电枢电路串联,由电枢电流所产生的换向极磁场与由电枢绕组电流所产生的交轴电枢反应磁场方向相反。图1-2-3示出直流发电机换向极绕组与电枢电路连接,若是电动机恰好相反(即直流发电机的换向极的磁极性沿着转动方向与前主磁极的磁极性相同,直流电动机的换向极的磁极性沿着转动方向与前主磁极的极性相反)。这样,它就抵消电枢反应的磁场,使处在换向位置的绕组没有电枢反应电势。同时,由图1-2-3可见,电枢上半部电流流进入纸面,下半部电流流出纸面。在换向极下,就得由进入变为流出,对于经过换向区的线圈(换向元件),换向前后电流流动方向发生变化,存在电感,因而产生一个阻碍换向的电感电势。装有换向极时,处在换向位置的元件就会切割换向极磁场,产生一个电势抵消电感电势。因此直流电机装上换向极,使处在换向位置的绕组电流减小到最低限度,达到减少换向火花的目的。因此,换向极的磁极性分布要正确,否则,产生电势不是抵消这种电感电势,而是加强,造成换向火花更大,换向更加困难。 图1-2-3 直流发电机的换向极绕组与电枢绕组连接示意图 ④电刷装置:电刷装置包括电刷、刷握、刷杆、电刷连接线和压紧弹簧等,中小型电机刷架装在端盖或轴承内盖上,大中型电机刷架固定于机座上。刷架上装有刷臂,臂上有刷握,用于装放电刷。电刷通过弹簧压紧在换向器上,进行对转动部分的电能传递,为了减少由机械原因而引起的电火花,电刷在刷握中应只能上下移动而不能左右晃动;为了保证电刷与换向器良好接触,随着电刷的磨短应及时调节弹簧压力,对于多对磁极多对电刷的直流电机,其正、负电刷分别联接在一起,然后只引出两个接线端(即电枢端)。 转子主要部件 ①电枢铁心:它是主磁通磁路的主要部分,电枢绕组就是嵌在电枢铁心槽内。由于电枢铁心与主磁场有相对运动,为了减少铁损耗,电枢铁心用涂过绝缘漆的0.5mm厚的硅钢片冲压成形后迭压而成。然后固定在转子支架或转轴上,为了加强铁心冷却,一般电枢铁心设有轴向通风孔,较大容量的还设有径向通风沟。 ②电枢绕组:电枢绕组是电机产生感应电势和电磁转矩,实现能量转换的关键部件。绕组是由绝缘圆形或矩形铜线绕制而成一个个元件,按照一定规律均匀地嵌放在电枢铁心周围上均匀分布的槽内,每个元件的两个出线端按一定规律焊接到换向器片上,形成一闭合回路,从而组成电枢绕组。 ③换向器:图1-2-4展示出换向器的外形和剖面图;它是由许多楔形铜片1叠成圆筒形,片间用云母绝缘。换向器片放置在套筒2上,用压圈3固定,压圈本身又用螺帽固定紧,换向器装在轴上。电枢绕组元件的出线端焊压连接在换向器片端部的升高部4的小槽中。换向器的作用:对于发电机而言,是将电枢绕组内感应的交变电势转化为电刷两端的直流电压;对于电动机而言,则是将外加的直流电流转化为电枢绕组元件的交变电流,元件从一个极下进入另一极下,电流方向变反,但每一磁极下的电枢绕组元件的电流方向不变,以保证电枢绕组产生恒定的电磁转矩。 图1-2-4 换向器剖面图 上述直流电机各部件都有各自的作用,共同完成直流电机功能。然而,主磁极要产生主磁场必须使励磁绕组流过励磁电流。根据提供励磁电流不同,就有不同的励磁方式,对应的电机运行特性也不一样,直流发电机可分为他励磁和自励两大类。他励发电机的励磁电流是由独立的电源供给,不受发电机的电压和电流的影响;自励发电机的励磁电流是由发电机的电枢电路供给,因而励磁电流受电枢电路电流和电压影响。直流电动机的励磁都是由外电源供给。 按励磁绕组与电枢绕组的连接关系,可统一将直流电机分为:他励、并励、串励、复励4种。 他励电机:励磁绕组电路不与电枢电路连接,励磁电流可由独立电源供给。 其图形符号如图1-2-5(a)所示。 图1-2-5 4种励磁方式直流电机图形符号 (a)他励 (b)并励 (c)串励 (d)复励 注:*标为G,为直流发电机; 标为M,为直流电动机。 并励电机:励磁绕组与电枢并联。并励绕组导线细匝数多,电阻大,励磁电流 远小于电枢电流。其图形符号如图1-2-5(b)所示。 串励电机:励磁绕组与电枢串联,串励绕组导线粗,匝数少,电阻小,励磁电 流就是电枢电流,这种电机一般用作起动电机。这种电机严禁轻载起动,否则会造成飞车事故。其图形符号如图1-2-5(C)所示。 ④复励电机:主磁极上既有并励绕组又有串励绕组,其图形符号如图1-2-5(d)所示。图1-2-6为复励发电机各绕组关系及复励接线 复励发电机绕组及接线原理图 (a)为接线示意图; (b)电路图 3.直流发电机工作原理 以图1-2-7的一对主磁极为例,直流发电机转轴由原动机驱动下沿着如图所示方向转动,那么电枢绕组上部分边切割主磁通,按右手定则,产生感应电势,其方向是流出,而下部分边正好相反,产生感应电势,其方向流进。电刷通过换向器,传输出这个直流电压。虽然电枢绕组边处于不同主磁通极性,就感应不同电势极性,但通过换向器换流之后,每个电刷下的电势极性是一样。这样就把原动机的机械能转换为直流电能。直流发电机的感应电势与驱动转速、主磁通成正比,其电压平衡方程为: U = E -IaR =CeФn-IaRa 式中:Ce——电势常数;对已制成的电机是一个常数;Ф——每极有效磁通; n——轴子转速 r.p.m;Ia——电枢电流;Ra——电枢电阻; 图1-2-7 直流发电机原理示意图 (二)交流发电机 交流发电机(Alternating current Generator;文字符号G)。是把转动机械 能转换为交流电能。它可分为同步发电机和异步发电机(也称为感应式发电机),由于异步发电机与异步电动机在结构上没有本质差别,一台异步机原则上即可作为发电机也可作为电动机,所以这里就不介绍。由于异步发电机效率比较低,消耗感性无功功率,需外接电力电容补偿。所以,一般都用于农村微型水力发电,目前比较少用。广泛采用的是同步发电机,按其转子结构来分,有隐极机和凸极机两大类。一般隐极机用于高速驱动发电机组;如汽轮机驱动等;凸极机用于中、低速驱动发电机组,如水轮机驱动,柴油机驱动等。 由于同步发电机与同步电动机结构上没有本质差别,以下就统称为同步电机。 同步电机是由定子和转子两大部分组成。定子由定子铁心和三相电枢绕组组成;转子由转子励磁磁极铁心和励磁绕组等组成,下面分别介绍它们的构造和工作原理: 定子电枢构造 定子铁心是由硅钢片叠成。定子铁心槽内以相差120°空间电角度或120°/P空间机械角度嵌放的三相对称绕组,三相对称绕组又称为电枢绕组,三相绕组是同步电机的交流电路部分,作为同步发电机,三相对称电压就从其引出;作为同步电动机,三相对称绕组流入三相时差为120°的电流,并形成一个旋转磁场,与转子励磁磁场作用,产生电磁力矩,驱动转子转动。三相绕组可接成Y形或Δ形,一般大型电力发电机都采用Y形接法,小型同步机采用Δ形接法。 转子构造 旋转磁极式同步电机,其转子是励磁磁极,产生励磁主磁通。转子磁极有两种结 构形式:隐极式和凸极式。 图1-2-8所示2对隐极式同步电机转子结构,它是由转子铁心和励磁绕组组成,转子铁心是由高导磁性的合金钢锻造成的柱形整体(或组合体),或是将隐式磁极及磁轭整片冲形后叠压而成,然后装在轴上,铁心槽内嵌放有励磁绕组。 图1-2-8 隐极式转子 图1-2-9所示凸极式同步电机转子结构,它是由磁极和励磁绕组组成。磁极由1-1.5 mm厚的钢板冲片叠成;也有采用锻钢或铸钢的实心磁极,每个磁极都套有一个集中的励磁线圈,磁极固定在转子磁轭上。 图1-2-9 凸极式转子 由于隐极式转子可制成细长;所受离心力比较小,而且结构上也能承受较大离心力,所以适用于高速(3000rpm或1500rpm)的发电机,而凸极式转子半径大,凸极离心力较大,所以,适用于低速发电机。 各磁极励磁线圈是按所产生的磁极极性N、S相间的方法连接,其两个出线端分别接到固定在转轴上的两个滑环上。这两个滑环彼此绝缘并对转轴绝缘,外部直流励磁电流通过电刷与滑环的滑动接触引入励磁线.同步发电机工作原理 当三相同步发电机励磁绕组中通入一定的直流励磁电流Ie并以额定转速运行 时,旋转的主极磁的磁通就切割定子铁心中空间相差120°电角度分布的三相对称绕组,那么三相电枢绕组中产生对称的三相正弦空载电动势(即开路相电压),其瞬时值为: eA = EmSinωt eB = EmSin(ωt-120°) eC = EmSin(ωt-240°) 空载电动势的有效值为: 式中:k为定子电枢线圈分布系数,N为每相绕组匝数,Φ0为每极下的总磁通。空载电动势的频率f与转子的转速n和磁极对数成正比即: 式中:n为转子转速(rpm)由以上两式可得: E0=keΦ0n 式中:ke=4.44kNp/60为电势常数,对应成品同步发电机而言,ke是定值,上式表明主磁通和转速的变化会引起发电机的端电压变化。 当发电机的三相引线接上三相对称负载时,三相电枢绕组输出三相对称电流,这三相电流将会产生旋转磁场Φa,称这种旋转磁场为电枢反应磁场。它与主磁通Φ0是同向同速旋转(称这种电机为同步电机的缘由就在于此),在空间彼此之间保持相对静止。因而就存在着电枢反应磁场对主磁极磁场的某种影响,称这种影响为电枢反应,这种影响取决于电枢电流Ia与空载电势E0相位关系。当电枢电流Ia与空载电势E0同相位时(带纯电阻负载),电枢反应磁场正好与主磁场方向垂直,故称为交轴电枢反应。它使主磁极前半部的磁场因两磁场的磁力线方向相反而被削弱,使磁极后半部因两磁线力的方向相同而磁场被加强,从而使合成磁场的轴线偏后于主极磁轴线一个θ角度。当电枢电流滞后于空载电势E090°时(带纯电感负载),电枢反应磁场正好与主磁砀方向一致,但极性相反。故称为直轴去磁电枢反应,由于去磁效应,使合成磁通Ф

  Ф0,在保持励磁电流Ie不变情况下,就会使发电机端电压升高。由此可见,由于电枢反应的存在,欲使发电机端电压保持恒定,必须装一个调压器,自动调节励磁电流,使得合成磁场Ф保持不变,才能保持发电机端电压不变。 4.同步发电机图形符号 图形符号:如图1-2-10所示。 图1-2-10 同步发电机图形符号 a 三相凸极同步发电机定子绕组星形连接并有中性点引出线 b 三相凸极同步发电机定子绕组星形连接并有中性点引出线的单线表示图形符号 c 三相隐极同步发电机定子绕组三角形连接 d 三相隐极同步发电机定子绕组三角形连接的单线表示图形符号 电动机 电动机(Motor文字符号M),它是把电能转换为转动机械能,用它来驱动机械 负荷设备,按电流种类来分,可分为直流电动机和交流电动机。 直流电动机 直流电动的作用正好与直流发电机相反,即把直流电能转换为机械能,来驱动机械负载。直流电动机的结构与发电机基本相同,只是换向极的接法与发电机不同(见直流发电机部分)。 直流电动机的工作原理:当励磁线圈接通电源时,主磁极就产生主磁通。直流电源通过电刷和换向器,使流入的直流电流变换为每个主磁极下的电枢绕组元件的边所通过电流方向一致,这样,根据楞次定律,电枢绕组元件的边就产生一个电磁力矩,使得电枢转子转动,输出机械能。其电磁转矩T为: T=KTФIa 式中:KT—电磁转矩常数;Ф—有效磁通;Ia—电枢电流。在该力矩的作用下,转子就以转速为n旋转,电枢绕组会产生一个反电动势E=KeФn与电枢绕组所加的电压平衡,所以,这时电势平衡方程式为: U=E+IaR 把T=KTФIa和E=KeФn代入上式,可得电动机的转速与转矩之间的关系n=f(T)曲线,称为电动机机械特性曲线: 上式中,当转矩T=0时的转速n0=U/(KeФ),称为理想空载转速;系数k=R a/(KeKTФ2)表明固有机械特性曲线所示的曲线 直流电动机的T特性曲线 直流电动机图形符号见图1-2-5。 (二)交流电动机 交流电动机(Alternating Current Motor 文字符号M),可分为异步电动机和同步电动机,而同步电动机与同步发电机在结构上没有什么本质不同,可参阅同步发电机部分。这里重点介绍异步电动机,异步电动机根据定子绕组不同,有三相和单相之分。 三相异步电动机 结构 三相异步电动机是由定子和转子两大部分组成。定子由定子铁心、三相交流绕 组、机座和前后端盖等组成。机座和端盖构成了机壳,通常是由铸铁或铸钢制成,质地较脆。因此必须特别注意:在解体三相异步机时,不能用坚硬锤子直接敲打,应当用木锤、紫铜棒或垫以硬木敲打,但用力不能过猛,防止端盖敲破。机壳起到支撑和保护作用。转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。图1-2-12示出异步机解体后的构成部分。 图1-2-12 异步电动机的组成部件 1,7-端盖;2,6-轴承;3-机座;4-定子铁心和绕组; 5-转子;8-风扇;9-风扇护罩;10-接线盒 定子和转子铁心均由0.5mm厚的硅钢片冲形后叠压而成,定子铁心呈圆筒形,内圆周上冲有均匀分布的槽,用以嵌放定子绕组;转子铁心呈圆柱形,外圆周上也冲有均匀分布的槽,用以次嵌放转子绕组的导体,而定子与转子之间有0.2mm~1.0mm的均匀气隙,气隙愈小,电能转换为机械能的效率愈高。 定子三相交流绕组是完全相同的三套独立绕组。每一相绕组有若干个线圈,这些线圈又按磁极对数组成P个线圈,各组线圈分别嵌放在P对磁极下的相邻槽内,三相绕组线圈沿定子圆周对称嵌放,即依次移过去120°/P空间机械角度(等于120°空间电角度)嵌放。各绕组线圈按照一定规律连接起来(连接方法见有关异步电动机修理手册),并把首尾端引到接线盒中。为了便于将三相绕组接成Y形或Δ形,三相六个引线 三相异步电动机接线盒 a 为Y形接法 b 为Δ形接法 国产三相异步电动机定子绕组首尾端标志分别为U1—U2、V1—V2和W1—W2。这里必须指出:三相同步电机的定子绕组分布方法与三相异步机相同。 三相定子绕组的作用:当三相对称绕组在空间相差为120°电角度,流入三相对称电流并且电流时间相位差也为120°,那么三相定子绕组就会产生一个幅值不变的旋转磁场,下面以作图方法来看旋转磁场形成过程: 我们取流入首端为电流正方向,那么三相对称电流的表达式: iU=ImSinωt iV=ImSin(ωt -120°) iW=ImSin(ωt -240°) 图1-2-14 三相对称电流波形图 画成波形图如图1-2-14所示: 为简便起见以每相只有一个线圈,一对磁极定子绕组模型为例。当ωt=0瞬时,iU=0,iV=-√3/2×Im即V相绕组中电流此时是由V2端流入,V1端流出;iW=√3/2×Im,W相绕组的电流是由W1端流入,W2端流出,这样可画出如图1-2-15(a)所示电流方向,根据图中各绕组的电流方向用右手螺旋定则,确定此时合成磁场方向,如图所示。当电流变化到ωt=60°时,iU=√3/2×Im,iV=-√3/2×Im,iW=0,同理可得合成磁场方向如图1-2-15(b)所示。可见,此时合成磁场的方向也由初始位置顺时针方向转过60°电角度,ωt=90°时,当iU=Im,iV= iW=-Im/2,如图1-2-15(c)所示,此时合成磁砀的方向相对初始位置顺时针转过90°电角度,与出现最大电流的绕组(U1-U2)轴线方向一致,实际上当任一相绕组的电 图1-2-15 旋转磁场产生过程示意图 (a)ωt=0° (b)ωt=60° (c)ωt=90° 流达到最大值时,则旋转磁场的方向就转到该绕组的轴线上。以此类推,如果电流变个一周期(即ωt=360°)则合成磁场在空间旋转一周(即360°电角度,因为此时极对数为1,所以空间机械角度就为空间电角度)只要定子三相绕组电流随时间不断变化,则合成磁场也将随之不断地转下去。这个旋转磁场的转速为: 式中,f—三相对称电流的交变频率(Hz),p—定子绕组的极对数,n0—为异步电动机的同步转速。磁场旋转方向取决于三相绕组中的电流到达最大值的相序,图1-2-15三相绕组电流到达最大值的顺序是U1—U2→V1—V2→W1—W2,所以,旋转磁场就依次U→V→W绕组轴线方向旋转。欲要改变旋转方向,只需把电源线中的任意两相接线端位置对调,使三相绕组的电流到达最大值的顺序改变,这样,旋转方向就改变。 转子绕组是闭合回路绕组。可分为鼠笼式和绕线式两大类型。鼠笼式转子可在铁心槽内插入铜条,所有铜条两端由两个铜的短路端环将它们焊接在一起形成转子绕组,如图1-2-16(a)所示,形如鼠笼一般。而一般中小型异步电动机则多用熔化的铝直接铸在转子铁心槽内,连同短路端环和风翼一次铸成转子绕组。如图1-2-16(b)所示。绕线式转子绕组也是对称的三相绕组,与定子绕组有相同的磁极对数。三相绕组通常接成星形,三根引出线分别接到固定在轴上彼此绝缘的三个滑环上,通过电刷可以串接外部的起动或调速电阻。在额定转速下工作时三个电刷接成短路。图1-2-17示出绕线式异步电动机及其转子外形图。 图1-2-16鼠笼转子 (a) 鼠笼转子绕组及鼠笼转子 (b)铸铝鼠笼转子 图1-2-17 绕线式异步电动机及绕组转子外形 (2)异步电动机工作原理 图1-2-18 异步电动机转动原理 当定子流入三相对称电流时,定子绕组就产生一个以n0 =60f/P速度旋转的磁场,为了说明起见,可把它想象成一对磁极,如图1-2-18所示,顺时针方向以n0转动。该磁场切割转子绕组的导体边,使之产生感应电动势,由于端环的短接,产生了环流I2。其方向由右手定则确定。这时转子绕组的电流I2又与旋转磁场作用,根据楞次定律,对载流转子绕组的导体产生电磁作用力F,方向由左手定则确定,使得转子向旋转磁场方向转动。转子始终只能以小于同步转速n0速度转动,因为,如果转子的转速n与旋转磁场同步,那么转子绕组就没有相对运动,就不存在导体磁切割磁力线,也就不能产生感应电动势和电流,因而不能产生电磁作用力,转子就失去电磁驱动力矩。所以,转子转速n始终小于同步转速,故有“异步”之称。转子的转速n与同步转速n0偏差程度用转差率来表示: 当起动初始时刻,由于转子转速为0,其转差率为1,而在空载时,由于阻力矩很小,n接近于n0,所以转差率接近于0。正常运行时,从空载到满载,转差率S的变化都很小。各种不同容量的三相异步机在额定负载时的转差率SN = 0.01 ~0.09,一般不会超过0.1,即异步电动机的额定转速与同步转速非常接近。所以,异步电动机的调速最为有效方法就是变频调速,改变三相电流的频率,就可改变旋转磁场的同步转速,从而改变转子转速。 三相异步电动机图形符号如图1-2-19所示。 图1-2-19 交流异步电动机图形符号 (a)三相笼型异步电动机 (b)三相笼型异步电动机的单线表示法 (c)三相定子绕组从星形换接成双星形的双速电动机 (d)为图(c)的单线表示 (e)三相定子绕组从三角形换接成双星形的双速电动机 (f)为图(e)的单线表示法 (g)三相绕线式异步电动机 (h)为图(g)的单线表示法 三相同步电动机 三相同步电动机的结构与同步发电机没有本质差别。单纯同步电动机没有自起动能力。而具有异步起动能力的同步电动机,是在其转子磁极铁心圆周槽中嵌有短路的鼠笼条构成起动绕组。起动时,如同异步电动机起动一样,进行异步起动。当电动机起动到接近同步转速之后,给主磁极提供励磁电流。根据磁场特性:“异极相吸”“同极相斥”。旋转磁场和转子磁极间将产生自整步力矩,使同步电动机拉入同步转速。对于无自起动能力的同步电动机与同步发电机在结构上是一样,只是它们的作用不同。同步发电机是由机械能驱动转子主磁场,使定子三相对称绕组产生感应电能,向电网输送电能。而同步电动机定子三相对称绕组通过三相对称电流产生旋转磁场(见异步机定子绕组作用部分)。正常运行时可吸住转子主磁极一起转动,把电能转换为机械能。同步电动机具有很强过载能力,一般用于大容量恒速生产机械的拖动。此外,同步电动机在过励状态下运行,可以对用电系统的无功功率进行补偿,提高该用电系统的功率因素,所以,有些工厂把同步电动机既作为恒速拖动,又作为无功功率补偿机,若轴上不带任何负载而专用于补偿无功功率的过励同步电动机(工作在过励状态下)常称为同步补偿机。 由于同步电动机没有自起动能力,必须靠外力或辅助设备起动。目前采用的方法有:异步起动,即在转子主磁极铁心嵌放短路鼠笼条,象异步机一样起动,另一种方法:由其他起动设备:如柴油机、异步机等把同步电动机拉入接近同步转速,然后加入三相电源和直流励磁电流,同时脱开起动离合器。靠自整步力矩,拉入同步。所以,在有关同步电动机电路读图时,应该辩别出它是采用什么方法起动,如何控制的。 同步电动机的图形符号,如图1-2-20所示。 (a) (b) 图1-2-20 同步电动机图形符号 控制电机 顾名思意,控制电机是用于自动控制系统的一类电机,可作为自动控制系统中的 检测、比较、放大和执行元件。控制电机的功能是转换和传递控制信号。常用的控制电机有:测速发电机、伺服电动机、步进电动机、自整角机和旋转变压器。 (一)伺服电动机 伺服电动机(Service Motor,文字符号M)是一种把输入电信号转换为转轴上角位移或角速度来执行控制任务的电动机,又称执行电动机。按电流种类来分,可分为交流和直流两种。 交流伺服电动机 交流伺服电动机实质上就是两相异步电动机。只不过为了减小转子转动惯量,把 转子制成细长笼式或制成杯形式。杯形转子通常用铝合金或铜合金制成空心薄壁圆筒。此外,为了减少磁路的磁阻,在空心杯转子内放置固定的内定子。如图1-1-21所示。定子上有空间相差90°电角度的两个绕组,一个接固定励磁电流称为励磁绕组,另一个接控制电信号,称为控制绕组,一般在励磁绕组回路中串入一定数值的电容器C,使激磁电流和控制电流在相位上相差接近90°。这样,在定子绕组就产生一个旋转磁场,分析旋转磁场产生见第五章第七节。同异步电机工作原理一样,在旋转磁场作用下,杯形转子(相当于无数条导体并联)将受力转动起来,进行工作。 图1-2-21 交流伺服电动机结构示意图 交流伺服电动机工作原理:当控制绕组没有加控制电压时,伺服电动机处于单相状态,励磁绕组所产生的磁场是脉动磁场。此时单相电机没有起动力矩,转子静止不动。当控制绕组加上控制电压时,电动机处于两相电动状态,定子绕组产生一个旋转磁场,产生驱动力矩,使转子转动。控制电压的大小变化时,转子的转速也随着变化。当控制电压反相时,旋转磁场和转子转动方向也随之相反。这种伺服电动机的转子电阻比较大,它具有自制动能力,处于转动状态时,控制电压一消失,电机就会马上停止转动,不象普通单相电动机,一经起动之后,起动绕组失电,电机仍然能转动。 图形符号,如图1-2-22所示。 图1-2-22 交流伺服电动机图形符号 (a)交流伺服电动机图形符号 (b)交流伺服电动机的单线表示图 直流伺服电动机 直流伺服电动机的结构和一般直流电动机没有本质上的差别,也是由定子主磁极 和转子电枢所构成。它们各自功能作用都一样,只不过定子主磁极的励磁可由他励也可以由永久磁铁来提供磁场。为了减小转子的转动惯量,把转子制成细长形。由于直流电动机转动必须具有励磁磁场和电枢电流。对于他励式伺服电机可采用励磁控制和电枢电压控制两种控制方案,对于永久磁极电机只能采用电枢电压控制。由于电枢控制性能比励磁控制性能好,通常采用电枢控制。根据直流电动机机械特性曲线 直流伺服电动机的机械特性, 即n=f(T)曲线 式中:Φ为气隙磁通;Ke为电势系数;KT为转矩系数;Ra为电枢电阻;T为电磁转矩。改变加在电枢两端控制电压U,就可改变伺服电动机的转速。改变控制电压极性,则可改变转向。据此可画出机械特性

  bob体育app

  猜谜语1、谜面:一物长得真稀奇耳朵嘴巴在一起两人远隔千里外声音传递一线牵谜目:打一物品.ppt