第二章 电磁感应与交流电和交流电机

5第二章电磁感应与交流电和交流电机变压器一、电流的磁效应通电导线的周围存在磁场，这种现象称为电流的磁效应。通电导线周围的磁场是由导线中的电流产生的，磁场的强弱跟电流的大小成正比，磁场的方向可以用右手螺旋法则来判断。如图4-1所示，右手四指握紧导线，当大拇指的方向和导线方向一致时，四指所指的方向就是导线周围磁场的方向。同样在判断螺线管的磁场方向时，如图4-2所示，用右手握线圈，弯曲的四指指向线圈电流方向，则大拇指指向的方向即为线圈的磁场方向。二、磁场对电流的作用通电导体在磁场中会受到力的作用，这种作用力称为电磁力。电磁力的方向可以用左手定则来确定，如图4-3a、4-3b所示，平伸左手，拇指与其余四指在同一平面内相互垂直，手心面对磁场北极，四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是磁场对通电导体作用力的方向，即电磁力的方向。6三、应用1．电流的磁效应：液压系统中的电磁阀线圈，气路中电磁阀线圈，继电器、接触器线圈，变压器，电动机2．磁场的电流效应：发电机（柴油机带动转子切割磁场产生电流）四、正弦交流电在日常生活中，广泛应用的是交流电，交流电与直流电的区别是：交流电的电流、电压的大小和方向不断随着时间的变化而周期性变化。交流电有很多优点，可以用变压器把交流电的电压升高或者降低。交流电可以驱动结构简单,运行可靠的交流感应电动机。我们常用的交流电是正弦交流电，正弦交流电有三个基本特征：大小、变化速度和变化起点。其中正弦交流电的大小用它的值表示，变化速度用它的频率表示，代表变化起点的称为初相。1、正弦交流电的值瞬间值、最大值、有效值瞬间值是指正弦交流电在某一瞬间的值，电压、电流在某一时刻的瞬间值用小写字母e、u、i表示。最大值是指正弦交流电中最大的瞬间值又称峰值，用Em、Um、Im表示，有效值是根据交流电在电路中的热效应来决定的，即当交流电和直流电分别通过阻值相同的电阻时，如果两种电流在相同的时间内发出热量相等，则把此时的直流电流称为交流电的有效值，也称平均值。有效值是最大值的1/根号2倍。我们平常所说的电压220V就是指有效值。2、正弦交流电的周期与频率周期：正弦交流电循环变化一周所需要的时间，用字母T表示，时间是秒（s）。频率：正弦交流电在1秒种内循环变化的周数，用字母f表示，单位是赫兹，频率和周期互为倒数，即T=1/f。3、相位和初相相位：实际上发电机开始旋转时，线圈的起始位置不一定在中性面，与中性面有一个角度，即初相。相位为t+。4、正弦交流电的表达法e=Emsin(t+)、u=Umsin(t+)、i=Imsin(t+)五、三相正弦交流电1、三相交流电是由三相发电机产生的三相交流电，如下图分别用U1U2、V1V2、7W1W2表示发电机的三个绕组，分别称为U相、V相、W相，发出的三个正弦交流电分别用eu、ev、ew。其最大值相等、频率相同、相位不同，彼此的相位相差为120，以t=0时，=0作为U相电动势的起点，则eu=Esin(t)，ev=Esin(t-120)，ew=Esin(t-240)2、三相电源的星形接法和三角形接法星形接法该星形接法把三个绕组的首端引出三根线称为火线或者相线，末端相连引出一条线称为零线，也叫中线，通常接入大地。该接法通常称为三相四线制。相电压是220V，线电压是相电压的根号3倍。即380V。三角形接法8三角形接法是将三个绕组的头尾相连后引出三条线，称为三相三线制。该接法的优点是能够省一条线。缺点是只能输出一种电压，无法进行接地保护。很难输出标准的正弦波，因而造成发电机的三相电动势的矢量和很难为零，所以该接法很少使用。六、交流电机交流电机分为同步电机和异步电机，单相电机和三相电机，使用最广的是三相异步交流电机。1．三相异步电机的组成结构三相异步电机内部结构主要由定子和转子两大部分组成，另外还有端盖、轴承及风扇等。定子由机座、端盖、铁心、三相绕组等组成。转子固定在轴承上，两头端盖的轴承支撑转子装在定子膛孔中，转子与定子之间保持一定的间隙。定子的接法如图8-4所示。2．电源的接法目前常用的中小型电机铭牌上标出的接线方法有两种：a)一种是额定电压380/220V，接线Y/△。如果电源的线电压是380V，则电机采用星形解法；电源的线电压是220V，则电机采用三角形接法。b)另一种是额定电压380V，接线△。表示电机每相定子绕组的额定电压是380V，电源线电压是380V时，采用三角形接法。c)当电机没有铭牌，端子符号又弄不清时，需要用仪表确定三相绕组引出的头尾。如图8-7c所示。93．电机铭牌的解读1）型号：表示电机的机座形式和转子类型。例子中Y代表异步电机。160代表机座中心高度160MM。L代表机座号是大号。4代表磁极数量。2）功率：表示在额定运行时，电机轴上输出的机械功率。3）电压：在额定运行时，定子绕组端应加的线电压值，一般为220/380V。4）电流：在额定运行时，定子的线电流。5）接法：指电机定子三相绕组接入电源的连接方式。6）转速：在额定运行时电机的转速。7）功率因数：指电机输出额定功率时的功率因数。一般约为0.75-0.908）电机满载时输出的机械功率与输入的电功率之比。9）防护等级：表示电机防尘、防溅的等级。10）温升：电机在额定负载下运行时，自身高于环境温度的允许值。如果温升是80℃，环境温度是30℃，则电机所允许达到的最高温度为115℃。11）运行方式：有连续、短时和间隙三种。分别用S1、S2、S3表示。4．电机故障的排除电机不能启动：按照电源、开关、熔丝、接触器、导线、接线头、电机的检查顺序。检查电机的顺序也是先看外部接线是否正确，然后再看内部有无损伤。一般电机的内部故障主要是定子绕组断路或者短路。七、变压器1、变压器原理变压器是根据电磁感应原理，通过一次、二次线圈将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能的装置。电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。10变压器与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次线圈，电压相量U1，线圈匝数N1与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次线圈，电压相量U2，线圈匝数N2在理想状态下，一二次线圈的电压U1/U2=N1/N2=K，如果K大于1，变压器降压，如果K小于1，则变压器升压。2、分类d)按照用途分类可以分为电力变压器、特殊电源用变压器、仪器仪表用互感器等。e)按照相数分类可以分为单向和三相变压器。f)按照铁心形式有心式和壳式变压器。g)按照绕组分有双线变压器和自藕变压器。双线变压器的一、二次绕组是相互绝缘的两个独立的线圈；自藕变压器的绕组只有一个线圈，线圈的另一边为高低压共用，再从之间引出一根连线（俗称抽头），作为低压边另一连线。h)按照冷却方式分为油浸式和干式，油浸变压器的铁芯和绕组完全浸在变压器油里。干式不用变压器油，自然冷却。3、变压器的检修A．温升引起变压器油温过高的主要原因：通风受阻，表面积灰，油路堵塞，匝间短路等等。如果在负载和冷却条件相同时，发现油温较平时高出10度，就应该考虑变压器内部绕组或铁心已发生了故障。B．断线变压器线圈发生断线时，断线处会产生电弧，使变压器油分解，其测量仪表指针摆动，气体继电器内有灰黑色可燃气体产生，造成气体继电器动作，使变压器停止运行。断线常发生在导线接头、绕组引出接头处，绕组短路时也会造成线匝烧断。C．绕组短路当线圈的导线和层间绝缘损坏时，部分线匝会发生短路，产生短路电流使温度上升，并使变压器油分解，气体继电器发出警报或切断变压器电源。D．主绝缘被击穿绕组的主绝缘是指低压绕组与铁心之间的绝缘，高低压绕组之间的绝缘，相邻两高压绕组之间的绝缘等。这些部位的绝缘被击穿后就相当于绕组接地或者相间短路。主绝缘被击穿的主要原因有绝缘老化或损坏，变压器受潮或变质，绕组内落入异物，机械损伤及过电压击穿等等。处理方法：测量绝缘电阻；吊出变压器更换有问题的绝缘；烘干变压器身；换油或对变压器油进行处理。变压器发生两相短路时会发出较大声响，安全气道管口爆破并向外喷油，各种保护环节全部动作，变压器停止运行，这时通常需要更换绕组。