第5354讲电工电子技术4.docx

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第5354讲电工电子技术4

第五节变压器与电动机

一、理想变压器

变压器是最常用的电气设备之一。

利用变压器可以进行电压、电流和阻抗的变换。

设与电源相联接的原边绕组(亦称初级绕组或一次绕组)的匝数为N1,与负载相联接的副边绕组(亦称次级绕组或二次绕组)的匝数为N2,匝数比K=N1/N2,则

电压变换

电流变换

阻抗变换

Z1为从变压器原边端口看进去的等效负载阻抗,或称折合到变压器原边电路的等效负载阻抗。

二、三相异步电动机的使用

(一)转速和转向

三相异步电动机的转速n,也就是它的转子转速,取决于定子绕组通以三相交流电后产生的旋转磁场的转速n0(称为同步转速)。

同步转速可用下式计算

式中f1——电源频率;

P——电动机的磁极对数。

异步电动机的转速n

转差率s是用来表示n与n0相差程度的物理量,

一般异步电动机在额定负载时的转差率为1%~9%,而在起动开始瞬间由于n=0,而s=1为最大。

式(8-5-5)也可写成

表8-5—1为三相异步电动机的磁极对数与同步转速以及电动机转速(当s=3%)之间的数量关系。

三相异步电动机的型号中,最后一位数字是表示磁极数的。

例如Y132-4,型号说明了该电动机为4极(即P=2)电机。

根据这个数字就可以判断电动机的转速,反过来也可以根据转速确定磁极数。

异步机的转向与旋转磁场的转向相同。

要改变电动机转向,只要任意对调两根联接电源的导线即可。

结构见图8-5-7所示。

在实验室和机床电气控制线路中用作电源开关,也可用来直接起动和停止小容量鼠笼式异步电动机。

组合开关有单极、双极、三极和四极等几种,额定电流有10、25、60、100A等多种。

3.按钮

按钮的外形、结构和符号见图8-5-8。

按钮是用来接通和断开控制电路的,仅流过小电流。

图8-5-8(6)中2是通过金属桥片连通的动触点,1和3是静触点。

在常态下(即按钮未按下时),1是断开的,称为常开触点,而3是通过2接通的,称为常闭触点。

按下按钮时3先断开而后1通过2接通。

松开手后按钮又恢复常态,1先断开而后3又接通。

常开触点1单独使用时就是一个常开按钮(亦称起动按钮),常闭触点3单独使用时就是一个常闭按钮(亦称停止按钮),触点1和3联合使用,就是一个组合按钮。

4.交流接触器

交流接触器用来接通和断开电动机或其他电气设备的主电路,其主触点流过大电流。

图8-5-9表示它的外形、原理及符号。

接触器的主要结构由电磁铁和触点两大部分组成。

电磁铁由铁芯和线圈组成,而铁芯又包括动铁芯和静铁芯两部分。

为减少铁损,铁芯由相互绝缘的硅钢片叠成,线圈则套在山字形静铁芯上。

触点分主触点和辅助触点两种,其中主触点是通、断主电路的,容量大,往往设有灭弧装置,主触点是常开触点(未动作时是断开的)。

辅助触点是接在控制线路中的,容量小,有常开和常闭(未动作时是接通的)之分。

当线圈通电,产生电磁吸力,使动铁芯吸合,同时带动金属桥片动作,使主触点闭合,接通主电路,同时常开辅助触点也闭合,而常闭辅助触点打开。

当线圈断电,吸力消失,依靠弹簧力使动铁芯释放,各触点恢复常态。

选用交流接触器要注意主触点的额定电流和铁芯线圈的额定电压,以及辅助触点的数量。

5.热继电器

热继电器是用来作电动机长期过载保护的,其原理图见图8-5—10。

图中1为热元件,串接在主电路中,2是双金属片。

当主电路中电流超过允许值使双金属片受热,由于两层金属热膨胀系数不同,一段时间后双金属片向上弯曲而脱扣,板扣3在弹簧4的拉力下使接在控制线路中的常闭触点5断开,从而使控制线路失电,主电路断开。

按下复位按钮6即可使热继电器复位。

6.自动空气断路器

亦称自动开关,用于接通和断开主电路,具有短路、过载和失压等多种保护,安全可靠。

(二)三相鼠笼式异步电动机直接起动控制

1.单向直接起动的控制电路

图8—5—11是单向直接起动的主电路(左边)和控制电路(右边)。

起动时先合上开关Q,不带负荷接通电源。

FU是熔断器,起短路保护作用。

再按下按钮SB2,

由于松手后SB2复位断开,由KM辅助触点闭合自锁。

停止时按下按钮SB1,

 

 

(图8-6-2中的0A段)。

这个区域通常称为死区,对应的电压称死区电压或阈值电压;锗管约0.1V,硅管约0.5V。

当正向电压超过死区电压后,内电场被大大削弱,流过二极管的电流迅速增加,二极管正向导通。

正向导通时的管压降,硅管约0.6V~0.8V,锗管约0.1V~0.3V。

(2)反向特性。

在反向电压作用下,P区的少数载流子电子与N区的少数载流子空穴产生漂移运动,形成很小的反向饱和电流,如图8-6-2中的0B段。

硅管的反向饱和电流在nA数量级,锗管在μA数量级。

温度升高时,由于热激发少数载流子浓度增加,反向饱和电流也随之增加。

(3)反向击穿特性。

当反向电压增大到某一数值UBR时,反向电流突然急剧增加,这种现象称二极管反向击穿,UBR称反向击穿电压。

击穿有雪崩击穿、齐纳击穿和热击穿三种形式;前两种又称电击穿。

发生电击穿时,只要反向电压和反向电流的乘积(即PN结的耗散功率)不超过PN结的最大允许耗散功率,管子一般不会被烧坏,当反向电压撤消后,二极管仍能正常工作。

热击穿则为破坏性击穿,这时PN结的耗散功率已超过允许值。

2.伏安特性表达式

二极管的伏安特性可用下式表示:

式中IS为反向饱和电流;UT为温度的电压当量,当T=300K时,UT≈26mV;e是自然对数的底。

当二极管端电压U=0V时,I=IS(e0-1)=0,当U>0,且U大于UT几倍时,eU/UT>>1,所以I≈ISeU/UT,流过二极管的电流随外加正向电压按指数规律变化。

当U<0,且|U|大于UT几倍时,eU/UT《1,则I≈IS,反向电流不随外加电压而变化。

(二)二极管的主要参数

1.最大整流电流IF:

它指二极管长时间使用时,允许通过的最大正向平均电流。

使用时不能超过此值。

2.最大反向工作电压URM:

它是指允许加在二极管上的反向电压的最大值,为安全起见,URM约为反向击穿电压UBR的一半。

3.反向电流IR;指二极管未被击穿时的反向电流值,IR越小,说明二极管单向导电性越好,温度稳定性越好。

二、稳压管

(一)稳压管的伏安特性

稳压管是可以工作于反向击穿区的二极管,但它是用特殊工艺制造的。

由于它在电路中能起稳定电压的作用,故称为稳压管。

它的伏安特性曲线和电路符号示于图8-6-3。

由图可知,稳压管的正向特性曲线与普通二极管相似,而反向特性比较陡,反向击穿

 

 

 

 

习题:

 

答案:

1.B2.B3.D4.C5.A6.B7.B

 

答案:

1.D2.B3.B4.C5.D6.C7.B8.B9.C10.D11.A

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