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第10章 变压器与电动机(4)

小功率变压器常有多个二次绕组,一个一次绕组,一、二次绕组之间的电压比仍为匝数比,一次绕组的电流和输入功率由各绕组的电流和功率决定,可以通过二次绕组的串联或并联可以得到不同的输出电压和输出功率。

三相电力变压器有三个一次绕组和三个二次绕组,可以分别连接成星形或三角形。常见的三相绕组接法有yn和d两种,其一、二次绕组线电压的比值与绕组连接方式有关,做yn连接时,UL1/UL2=K;做d连接时,UL1/UL2=3K,三相电力变压器的额定电压和额定电流是指线电压和线电流。额定容量为SN=3U2NI2N。

(4)异步电动机又叫感应电动机,它由定子和转子两部分构成,三相异步电动机按转子结构分为鼠笼式和绕线式两种,鼠笼式结构简单、维修方便、应用最为广泛;绕线式电动机的转子可以外接变阻器,起动和调速性能较好。

三相异步电动机的转动原理是:通入三相定子绕组的三相交变电流产生旋转磁场,与转子导体相互切割,在转子绕组中产生感应电势和感应电流,使转子受到电磁力作用而产生电磁转矩,驱动转子跟着旋转磁场转动。

(5)旋转磁场的转速n0,又称同步转速,它由磁极对数p和电源频率f1决定,即n0=,这是产生电磁转矩的必要条件。转子的转向由旋转磁场的转向决定,旋转磁场的转向由三相定子电流的相序决定。因此,只要把定子绕组接在电源的三根导线中的任意两根对调位置,就可以使电动机反转。

(6)异步电动机定子绕组与变压器的一次绕组相似,当外加电压U1不变时,定子绕组的感应电动势E1基本不变,旋转磁场的磁通也基本不变,定子电流I1由转子电流I2决定。异步电动机的转子绕组在静止时相当于变压器的二次绕组,转动以后,随着转差率的减小,转子电动势的频率f2和有效值E2成比例减小,转子电流I2和定子电流I1也随之减小。

(7)异步电动机的转矩公式为由此可得出异步电动机的转矩特性T=f(s)和机械特性n=f(T)。异步电动机的机械特性曲线分为稳定区和不稳定区两段,电动机正常运行时在稳定区工作,能适应负载的变化自动调整转速和转矩,维持稳定运行。鼠笼型异步电动机负载变化时,转矩变化较大,转速变化不大,属硬特性。机械特性曲线上有额定转矩TN、最大转矩Tm和起动转矩Tst,可根据TN=9550PN/nN和Tm/nN、Tst/TN的关系分别求出。异步电动机的电磁转矩T与外加电压U1的平方成正比,外加电压减小时,机械特性曲线向左移,转子电阻R2增大时,机械特性变软。

(8)直流电动机由定子和转子两个基本部分组成,定子主磁极的励磁绕组通入直流电产生主磁场,转子电枢绕组经过换向器通入直流电后受磁场力作用而产生电磁转矩。换向器是保证电磁转矩的方向始终一致的必不可少的部分,也是直流电动机结构的一个特点。

直流电动机的三个基本方程式是由此可推出转速公式和机械特性表达式。

(9)直流电动机按励磁方式分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机,它们具有不同的机械特性,适用于不同的场合。

他励和并励电动机具有硬特性,适用于转速基本不受负载影响,又便于在一定范围内调速的设备中。

串励电动机转矩大,适用于电动机直接与机械负载固定连接,转速随负载的减少会明显上升的设备中。

复励电动机的机械特性介于两者之间,适用于起动转矩大,特性比较软,又需在空载和轻载情况下运行的设备中。直流电动机不允许在额定电压以下直接起动,也不允许在起动和运行中失去励磁。

习题

3-1变压器的铁心是起什么作用的,不用铁心行不行?

3-2为什么变压器的铁心要用硅钢片叠成?用整块的铁心行不行?

3-3变压器能否用来变换直流电压?如果将变压器接到与额定电压相同的直流电源上,会有输出吗?

会产生什么后果?

3-4有一空载变压器,原边加额定电压220V,并测得原绕组电阻R1=10,试问原边电流是否等于22A?

3-5如果错误地把电源电压220V接到调压器的输出端,试分析会出现什么问题?

3-6调压器用毕后为什么必须调回零点?

3-7某三相异步电动机的额定转速为960r/min,当负载转矩为额定转矩的一半时,电动机的转速为多少?

3-8电源电压低于额定电压或超过额定电压时,对异步电动机的运行会产生什么不良影响?

3-9额定功率相等的两台三相异步电动机,是否额定转速低的额定转矩一定大,额定转速高的转矩一定小?

3-10带恒转矩负载稳定运行的三相异步电动机,如果电源电压稍有降低或转子串入电阻,转速和转矩会有怎样的变化?

3-11电枢绕组中流过的是直流电还是交流电?换向器在直流电动机中起什么作用?

3-12直流电动机的电磁转矩是怎样产生的?它的大小与哪些因素有关?

3-13一台电动机在外加电压不变的条件下,转速高时消耗的功率大还是转速低时消耗的功率大?为什么?

3-14串励电动机运行时应该注意些什么问题?

3-15电动机的电磁转矩是驱动转矩,但从机械特性来看,电磁转矩增加时,转速反而下降,这是什么原因?

3-16在使用并励电动机时,发现转向不对,如将接到电源的两根线对调一下,能否改变转动方向?

3-17采用降低电源电压的方法来降低并励电动机的起动电流,是否也可以?

3-18对并励电动机能否改变电源电压来进行调速?

3-19他励电动机在下列条件下其转速、电枢电流及电势是否改变?

(1)励磁电流和负载转矩不变,电枢电压降低;(2)电枢电压和负载转矩不变,励磁电流减少。

3-20三相异步电动机在满载和空载起动时,起动电流和起动转矩是否相同?

3-21绕线式电动机采用转子串电阻起动时,所串电阻越大,起动转矩是否也越大?

3-22能耗制动消耗的是什么能?

3-23异步电动机进行电气制动运行到转速为零时,制动转矩是否也为零?

3-24在电源电压不变的情况下,如果将电动机的“”接法误接成“”接法,或将“”接法误接成“”接法,其后果如何?某异步电动机的额定电压为380/220V,接法/,当电源电压为380V时,能否采用-换接起动方法?为什么?

3-25三相异步电动机采用-换接起动时,每相定子绕组的电压、起动电流及起动转矩分别降为直接起动时的多少?

3-26设自耦变压器的变比K(K1),则异步电动机采用自耦降压起动时,定子电流、定子电压、变压器原边电流和起动转矩各为直接起动时的几倍?

3-27三相异步电动机的调速方法有哪几种?各适用于哪种类型的电动机?

3-28鼠笼式电动机采用降压起动和绕线式电动机采用转子串电阻起动,它们的起动电流和起动转矩是增加还是减小?

3-29Y112M-4型三相异步电动机的技术数据如下:4kW,380V,接法,1440r/min,cosφ=0-82,η=84-5%,50Hz,Tst/TN=2-2,Ist/IN=7-0,Tmax/TN=2-2。试求(1)额定转差率sN;(2)额定电流IN;(3)起动电流Ist;(4)额定转矩TN;(5)起动转矩Tst;(6)最大转矩Tmax;(7)额定输入功率P1。

3-30已知某单相变压器的原边电压为3000V,副边电压为220V,负载是一台220V,25kW的电阻炉,求原、副边绕组中的电流各为多少?

3-31有一单相照明变压器,容量为10kVA,电压为3300/220V,今欲在副边接上60W、220V的白炽灯,如果要求变压器在额定状态下运行,可接多少个白炽灯?并求原、副绕组的额定电流?

3-32如习题3-32图所示是一电源变压器,原边有550匝,接220V电压,副边有两个绕组,一个电压36V,负载36W,另一个电压12V,负载24W。不计空载电流,两个都是纯电阻负载。试求(1)二次侧两个绕组的匝数;(2)一次侧绕组的电流;(3)变压器的容量至少为多少?

3-33在习题3-33图中,输出变压器的副绕组有中心抽头,以便接8或3-5的扬声器,两者都能达到阻抗匹配。试求副绕组两部分匝数之比N2/N3。

3-34在习题3-34图中已知信号源的电压Us=12V,内阻R0=1k,负载电阻RL=8,变压器的变比K=10,求负载上的电压U2。

3-35已知信号源的交流电动势E=2-4V,内阻R0=600,通过变压器使信号源与负载完全匹配,若这时负载电阻的电流I2=4mA,则负载电阻应为多大?

3-36单相变压器一次绕组匝数N1=1000匝,二次绕组N2=500匝,现一次侧加电压U1=220V,二次侧接电阻性负载,测得二次侧电流I2=4A,忽略变压器的内阻抗及损耗,试求(1)一次侧等效阻抗|Z1|;(2)负载消耗的功率P2。

3-37有一额定值为220V、100W的电灯300盏,接成星形的三相对称负载,从线电压为10kV的供电网上取用电能,需用一台三相变压器。设此变压器用yn接法,求所需变压器的最小额定容量及额定电压和额定电流。

3-38某机修车间的单相变压器,一次侧的额定电压为220V,额定电流为4-55A,二次侧的额定电压为36V,试求二次侧可接36V、60W的白炽灯多少盏?

3-39有一台4极三相异步电动机,电源频率为50Hz,带负载运行时的转差率为0-03,求同步转速和实际转速。

3-40两台三相异步电动机的电源频率为50Hz,额定转速分别为1430r/min和2900r/min,试问它们各是几极电动机?额定转差率分别是多少?

3-41Y180L-6型异步电动机的额定功率为15kW,额定转速为970r/min,额定频率为50Hz,最大转矩为295N-m,试求电动机的过载系数。

3-42已知一台异步电动机的额定转速为1470r/min,额定功率为30kW,Tst/TN和T/TN分别为2-0和2-2,试大致画出这台电动机的机械特性。

3-43一台三相异步电动机的铭牌数据如下:

三相异步电动机

型号Y112M-4接法功率4-0kW电流8-8A电压380V转速1440r/min又知其满载时的功率因数为0-8,求(1)电动机的极数;(2)电动机满载运行时的输入电功率;(3)额定转差率;(4)额定效率;(5)额定转矩。

3-44有一Z2-32型他励电动机,其额定数据如下:P2=2-2kW,U=Uf=110V,n=1500r/min,η=0-8;并已知Ra=0-4,Rf=82-7。试求(1)额定电枢电流;(2)额定励磁电流;(3)励磁功率;(4)额定转矩;(5)额定电流时的反电动势。

3-45对上题的电动机,试求(1)起动初始瞬间的起动电流;(2)如果使起动电流不超过额定电流的两倍,求起动电阻,并问起动转矩为多少?

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