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第二講 1M410000機電安裝工程技術(shù)基礎(chǔ)知識

1M411024 變壓器、三相交流異步電動機的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理

電力變壓器和三相異步電動機是機電安裝工程中經(jīng)常遇到的主要電氣設(shè)備，且他們的電磁原理有著共同點，變壓器的一次、二次線圈是固定的，而三相異步電動機是一次線圈固定，二次線圈是旋轉(zhuǎn)的。

(1)變壓器的結(jié)構(gòu)特征

*按結(jié)構(gòu)形式有

鐵芯結(jié)構(gòu)：心式和殼式。

繞組數(shù)量：雙繞組和三繞組。

相數(shù)：單相和三相。

絕緣介質(zhì)：油浸式和干式。

冷卻方式：空氣、油自然循環(huán)、強迫油循環(huán)、強迫油循環(huán)導(dǎo)向和水冷卻等。

*油浸變壓器的結(jié)構(gòu)特征

油浸變壓器的結(jié)構(gòu)特征：器身結(jié)構(gòu)有油箱和鐵芯，油箱上有散熱器等零部件，油浸變壓器的鐵芯和繞組都浸在絕緣油中。冷卻方式有油浸自冷式和強迫循環(huán)水冷式等。

*樹脂絕緣干式變壓器的結(jié)構(gòu)特征

干式變壓器的鐵芯和繞組都不浸在任何絕緣液體中，它一般用于安全防火要求較高的場合。

(2)變壓器的分類及電磁工作原理

*按用途分：發(fā)電機變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器、降壓變壓器和配電變壓器等統(tǒng)稱為電力變壓器;干式變壓器、電爐變壓器、變流變壓器、試驗變壓器、船用變壓器、中頻變壓器、接地變壓器等統(tǒng)稱為特種變壓器;電流互感器、電壓互感器、調(diào)壓器、電抗器等的工作原理及結(jié)構(gòu)型式類似于變壓器。當(dāng)然還可以按額定電壓的高低、冷卻方式、線圈耦合方式、相數(shù)、線圈數(shù)、線圈導(dǎo)線材質(zhì)、調(diào)壓方式等來分類。

*變壓器的電磁工作原理

根據(jù)電磁感應(yīng)定律、電動勢平衡規(guī)律：

U1=E1=4.44fN1Φm.

U2=E2=4.44fN2Φm

U1/U2=N1/N2 I1/I2=N2/N1

變壓器的容量為U1Il=U2I2，單位為伏安(VA)，當(dāng)變壓器的一、二次電壓、電流為額定值時，則變壓器的容量為額定容量。

三相變壓器的基本原理和單相變壓器的原理一樣，僅是三個相角差互為120.的交流電源接人同一臺具有三個不同磁路鐵芯的變壓器。

(3)三相交流異步電動機的結(jié)構(gòu)、分類及電磁原理

*小型籠型異步電動機結(jié)構(gòu)主要包括：

定子、轉(zhuǎn)子、定子繞組、風(fēng)扇、風(fēng)罩、出線盒、軸承、端蓋、外蓋、內(nèi)蓋等。

*中型繞線型異步電動機結(jié)構(gòu)主要包括：

定子、轉(zhuǎn)子、定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、出線盒、連接環(huán)、軸承、軸承內(nèi)蓋、軸承外蓋、軸承套、端蓋等。

*異步電動機的分類：

異步電動機是機電安裝工程中應(yīng)用最廣的電動機，在各種電氣傳動中約占90%，在電網(wǎng)總負(fù)荷中約占60%。

軸中心高630mm以上為大型電動機、軸中心高80一630mm為中小型電動機、折算1500r/min時額定連續(xù)功率等于小于llkW稱為小功率電動機。

按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可分為籠型異步電動機、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機、換向器異步電動機。

*異步電動機的電磁工作原理：

⑴ 三相異步電動機的三組定子繞組在空間分布為電磁角相互差120'，通以三相交流電流后，在定子與轉(zhuǎn)子的氣隙間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速no=60f/p，

⑵ 旋轉(zhuǎn)磁場切割定子、轉(zhuǎn)子繞組而分別在繞組中感生 電動勢，轉(zhuǎn)子電動勢在自成閉合電路的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電流(籠型電動機轉(zhuǎn)子制造時已成閉合電路，繞線型電動機要通過轉(zhuǎn)子滑環(huán)外接電阻等形成閉合電路)。

⑶轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，拖動機械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組與氣隙磁場相對運動產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)矩是實行能量轉(zhuǎn)換的必備條件。

n1=60f/p=sn0

1M411030 流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識

1M411031 流體流動參數(shù)的相互關(guān)系

流體力學(xué)中的流體包括液體和氣體。流體的流動參數(shù)包括流體流動時的物理性質(zhì)、靜止流體的力學(xué)特性和流體運動狀態(tài)的參數(shù)。流體的基本方程式反映了流體主要流動參數(shù)的相互關(guān)系。

(1)流體的物理性質(zhì)

*流體的質(zhì)量

*流體的密度：單位體積的流體所具有的質(zhì)量稱為流體的密度

*流體的比容：單位質(zhì)量的流體所占有的體積稱為比容，

*密度與比容互為倒數(shù)。

*流體的重量：作用在流體上的重力稱為流體的重量，用G來表示，其單位是N.

*流體的重度;作用在單位體積流體上的重力稱為流體的重度。

*流體的壓縮性：流體占有的體積將隨作用在流體上的壓力和溫度而變化。

*流體的膨脹性：溫度升高時，流體的體積將增大，這種特性稱為流體的膨脹性，氣體屬于不能忽略其壓縮性和膨脹性的流體(稱為可壓縮流體)，壓力和溫度的變化對其密度和重度的變化影響很大，熱力學(xué)中用狀態(tài)方程來反映他們相互的關(guān)系。當(dāng)氣體的壓力和溫度變化很小時(如通風(fēng)系統(tǒng))或其相對固體的運動速度比當(dāng)時溫度下的音速小得多時，由于其密度變化很小，可以近似地將密度看作常數(shù)，按不可壓縮流體來處理。

*流體的黏性：當(dāng)流體中發(fā)生了層與層之間的相對運動時，形成的內(nèi)摩擦力或黏滯力，即流體的粘性。為了維持流體的運動，必須消耗能量以克服內(nèi)摩擦力造成的能量損失。

溫度對流體的黏滯系數(shù)影響很大，但對液體和氣體的影響相反，當(dāng)溫度升高時，液體的黏滯系數(shù)降低，流動性增加，而氣體的黏滯系數(shù)增大。

(2)靜止流體的力學(xué)特性 ：

*作用在流體上的力大致可分為表面力和質(zhì)量力(或稱體積力)這兩類。

*流體的靜壓力是指流體單位面積上所受到的垂直于該表面的力。

*重力作用下，液體內(nèi)部壓力隨深度變化，深度相等的各點靜壓力相等。P=P0+ρgh

*靜止流體的浮力：流體作用在物體上的浮力等于該物體排開的相同體積流體的重量，它與物體浸入的深度無關(guān)，方向永遠(yuǎn)向上且通過浮心，此即阿基米德原理。

*液體的表面張力：液體表面層內(nèi)的分子吸引力和液體表面與周邊介質(zhì)分子之間的吸引力不平衡的表現(xiàn)，它沿液體表面作用并且和液體的邊界垂直，把液體表面層的分子緊緊拉向液體內(nèi)部。

*液體的毛細(xì)現(xiàn)象：把一根細(xì)玻璃管插入液體中，當(dāng)液體分子間的吸引力大于或小于 液體分子與玻璃分子間的吸引力時，會出現(xiàn)細(xì)玻璃管中的液面成凸形或凹形液面，這種現(xiàn)象稱為毛細(xì)現(xiàn)象。毛細(xì)管中液面上升或下降的高度與液體的表面張力有關(guān)。

(3)流體的運動參數(shù)：流體的運動可分解為平移、旋轉(zhuǎn)和變形三種狀態(tài)，描寫這三種狀態(tài)的運動參數(shù)有速度、加速度、角速度等。

(4)運動流體的基本方程式 ：

①連續(xù)方程式v1A1=v2A2

②動量方程式ΣF=m(v1-v2

IM411032 流體的阻力及損失式

流體的阻力是造成能量損失(即阻力損失)的原因。一種是由于流體的黏滯性和慣性引起的沿程阻力損失;另一種是由于管路界面突然擴大或縮小等原因，固體壁面對流體的阻滯作用和擾動作用引的稱為局部阻力損失。

液體阻力損失通常用單位重量流體的能量損失(或稱水頭損失)h1來表示，氣體則常用單位體積內(nèi)的流體的能量損失(或稱壓強損失)》p1來表示。

(1)沿程阻力與沿程阻力損失

(2)局部阻力與局部阻力損失

(3)層流阻力與紊流阻力

化，顯示出不規(guī)則性，但是整個流體仍沿著主流方向運動o

*在圓管中，流體的流動狀態(tài)和平均流速v、管徑d運動黏滯系數(shù) 有關(guān)。將上述三個參數(shù)合成一個無因次數(shù)，稱為雷諾數(shù)，用Re表示。

實驗表明，臨界雷諾數(shù)值約為20000.雷諾數(shù)大于2000時，流態(tài)為紊流;雷諾數(shù)小于2000時為層流。紊流阻力比層流阻力大得多。

(4)流體能量總損失

*根據(jù)長期實踐的經(jīng)驗，把能量損失的計算問題轉(zhuǎn)化為求阻力系數(shù)的問題。把能量損失寫成流速水頭倍數(shù)的形式，在列能量方程時，可以把它與流速水頭合并成一項以便于計算。由于影響的因素復(fù)雜，公式中兩個無因次系數(shù)入和串，必須借助分析一些典型的實驗成果，用經(jīng)驗的或半經(jīng)驗的方法求得。

*流體能量總損失：

流體能量總損失等于各管段沿程損失與各局部損失的總和。

(5)減少阻力的措施

*減小管壁的粗糙度和用柔性邊壁代替剛性邊壁;

*防止或推遲流體與壁面的分離，避免旋渦區(qū)的產(chǎn)生或減小旋渦區(qū)的大小和強度。

*對于管道的管件采取的減小阻力措施：一般直徑d較小的彎管，合理地采用曲率半徑尺，可以減少阻力。截面較大的通風(fēng)彎管需安裝形式合理的導(dǎo)流片，達到減少局部阻力的效果。對于管子截面變化的變徑管，應(yīng)采用一定長度的漸縮管或漸擴管。對于三通或四通可設(shè)置導(dǎo)流隔板。

*在流體內(nèi)部投加極少量的添加劑，使其影響流體運動的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)減阻。

(6)減少泵與風(fēng)機的能量損失

*泵與風(fēng)機的能量損失通常其產(chǎn)生原因分為三類，即水力損失、容積損失、機械損失。

*水力損失：大小與過流部件的幾何形狀、壁面粗糙度以及流體的黏性密切相關(guān)。水力損失包括：進口損失、撞擊損失、葉輪中的水力損失、動壓轉(zhuǎn)換和機殼出口損失。

*容積損失;通常用容積效率表示容積損失的大小。減小回流量的措施通常是盡可能增加密封裝置的阻力;盡可能縮小密封環(huán)的直徑，從而降低其周長流通面積減少。

*機械損失：泵和風(fēng)機的機械損失包括軸承和軸封的摩擦損失;葉輪轉(zhuǎn)運時其外表與機殼內(nèi)流體之間發(fā)生的圓盤摩擦損失。通常用機械效率表示機械損失的大小。

*泵與風(fēng)機的全效率等于水力效率、容積效率、機械效率的乘積。

*泵與風(fēng)機的實際性能曲線：流量與揚程(Q-H)曲線大致可分為三種： a為平坦型，b為陡降型c為駝峰型。平坦型的流量與揚程曲線表示當(dāng)流量變動很大時能保持基本恒定的揚程。陡降型曲線則相反，鄖流量變化時，揚程的變化相對較大。駝峰型曲線表示當(dāng)流量是自零逐漸增加時，揚程上升達到最高值后開始下降。駝峰型的泵或風(fēng)機在一定的運行條件中，可能出現(xiàn)不穩(wěn)定工作，這種不穩(wěn)定工作，顯然應(yīng)當(dāng)避免。

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