電工基礎(chǔ)第五章課件

1、學(xué)習(xí)目標(biāo)三相交流電的特點；三相四線制中相電壓、線電壓的關(guān)系；三相電路負(fù)載的連接形式及特點；三相電路的分析；防觸電措施；學(xué)習(xí)難點向量法分析電壓電流關(guān)系；三相負(fù)載星形、三角形連接形式下相電壓、線電壓、相電流、線電流的計算；5.1 三相正弦交流電源 5.1.1 三相正弦交流電源 三相繞組匝數(shù)相同，在空間位置上互差1200，以同方向相同的角速度切割磁力線而產(chǎn)生的三個振幅相等、頻率（角頻率）相同、相位互差1200的三個正弦交流電稱為對稱三相正弦交流電源。我們習(xí)慣稱之為U相、V相和W相，其輸出電壓分別為 U相： V相： W相： 三相電壓波形和向量圖如下：（1）波形圖 （2）向量圖由圖形分析可知，三個相電壓

2、具有如下特點： 三個相電壓達(dá)到相同狀態(tài)（最大值或零）的先后順序稱為三相電源的相序。上述相電壓到達(dá)相同狀態(tài)的順序依次是U相、V相、W相，我們把這樣的相序稱為正序。 相序在三相交流電路中是一個重要的概念，如在三相異步電動機(jī)中，可通過改變相序改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向。5.1.2 三相正弦交流電源的連接 三相正弦交流電源的連接形式有星形和三角形兩種，在這里我們主要討論三相電源的星形連接（如下圖）。 將三相繞組的末端連于一點，始端分別與負(fù)載連接的形式稱為三相電源的星形（Y形）連接。三個末端相連接的點稱為中性點或零點，用字母“N”表示，從中性點引出的導(dǎo)線叫做中性線或零線。從始端分別引出的三根導(dǎo)線叫做相線或端線，我

3、們也常稱之為火線。由三根相線與中性線組成的輸電方式叫做三相四線制，常用于低壓配電系統(tǒng)；只由三根相線組成的輸電方式叫做三相三線制，常用于高壓輸電系統(tǒng)。 相線與中性線之間的電壓稱為相電壓。三個相電壓最大值相等，頻率相同，相位互差1200，即為對稱相電壓，其有效值通常用UP表示。 任意兩相線之間的電壓叫做線電壓。三個線電壓也是對稱的，其有效值通常用UL表示。根據(jù)線電壓和相電壓的關(guān)系，可作出線電壓和相電壓向量圖，如下圖所示。 由向量圖分析可知：在星型連接中，各線電壓有效值為相電壓有效值的 倍，線電壓比對應(yīng)相電壓在相位上超前300。5.2 三相負(fù)載的連接 根據(jù)負(fù)載對電源的要求，我們所使用的負(fù)載可分為單相

4、負(fù)載和三相負(fù)載。單相負(fù)載是指僅需單相電源供電的負(fù)載，負(fù)載接在三相電源的任一相線與中性線之間，如日常生活中使用的電燈、電烙鐵及常用家用電器。三相負(fù)載是指需要三相電源供電的負(fù)載，根據(jù)每相負(fù)載的額定電壓，三相負(fù)載有星形連接和三角形連接之分。在三相負(fù)載中，如果每相負(fù)載的電阻、電抗分別相等，則稱為三相對稱負(fù)載。 每相負(fù)載上的電壓稱為負(fù)載上的相電壓；流過三相電源相線的電流稱為線電流；流過每相負(fù)載的電流稱為相電流；流過中性線的電流稱為中性線電流。5.2.1 負(fù)載的星形連接負(fù)載星型連接如下圖所示 （a） （b） 其中（a）圖為三相四線制連接，（b）圖為三相三線制連接。 兩種連接形式的區(qū)別在于三相四線制中無論每

5、相負(fù)載對稱與否，負(fù)載上的相電壓始終保持對稱，等于電源的相電壓；而三相三線制中只有在三相對稱負(fù)載情況下，負(fù)載上的相電壓才對稱。因此，對于不對稱三相負(fù)載，要使其正常工作，必須使用三相四線制。 下面以三相四線制為例來分析對稱三相電路。首先，在不考慮輸電線上壓降時，每相負(fù)載上的相電壓等于電源相電壓，即 又 故 由電路特點可知，線電流等于相電流因為各負(fù)載上相電壓對稱，所以相電流大小相等，即 各相電流與對應(yīng)相電壓相位差相等，即 可見，相電流也是對稱的。故根據(jù)KCL，可知 由此可見，在三相四線制對稱三相電路中，中性線上電流為零，故可省去中性線。當(dāng)三相負(fù)載不對稱時，各相電流不對稱，中性線上電流不為零，不能省去

6、中性線。 對三相不對稱負(fù)載，中性線的存在可保證負(fù)載上的相電壓對稱，負(fù)載仍能正常工作；一旦去掉中性線，阻抗小的負(fù)載分得電壓會低于其額定電壓，而阻抗大的負(fù)載分得電壓會高于其額定電壓，導(dǎo)致負(fù)載均不能正常工作，甚至造成嚴(yán)重事故。因此，在中性線上不準(zhǔn)安裝保險絲和開關(guān)，另外需盡可能是三相負(fù)載對稱，以減小中性線電流。5.2.2 負(fù)載的三角形連接負(fù)載的三角形連接如下圖所示 由圖可見，三角形連接中，每相負(fù)載分別接在兩根相線之間。因此，無論負(fù)載對稱與否，各相負(fù)載上的相電壓均等于電源線電壓，即 當(dāng)三相負(fù)載對稱時，因為各負(fù)載上的相電壓對稱，所以相電流大小相等，即 各相電流與對應(yīng)線電壓相位差相等，即 可見，相電流也是對

7、稱的。根據(jù)KCL可知，線電流與相電流滿足下列關(guān)系寫成向量形式即為 根據(jù)線電流和相電流的關(guān)系，可作出線電流和相電流向量圖，如下圖所示。 由向量圖分析可知：在三角形連接中，線電流有效值為相電流有效值的倍，各線電流滯后對應(yīng)相電流300。 當(dāng)三相負(fù)載對稱時，各相負(fù)載上的功率相等，故5.3三相電路的功率三相電路的功率是指各相電路功率之和，即 當(dāng)負(fù)載作星形連接時，因 故 當(dāng)負(fù)載作三角形連接時，因 故 可見，不論三相對稱負(fù)載作何種形式連接，其有功功率均可寫成 按上述有功功率的分析方法，可得對稱三相電路的無功功率和視在功率分別為 5.4 三相異步電動機(jī)的概述 根據(jù)電磁原理進(jìn)行電能與機(jī)械能互換的設(shè)備稱為電機(jī)。將

8、電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)稱為電動機(jī)；將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電機(jī)稱為發(fā)電機(jī)。電動機(jī)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的動力設(shè)備，其按照去用電能的不同分為交流電動機(jī)和直流電動機(jī)兩大類。交流電動機(jī)有可分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。由于異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、工作可靠等優(yōu)點，因此應(yīng)用非常廣泛。 5.4.1三相異步電動機(jī)的用途和分類 三相異步電動機(jī)的用途非常廣泛。在工業(yè)方面可用于拖動中小型軋鋼設(shè)備、金屬切削機(jī)械、其中運輸機(jī)械、輕工機(jī)械、礦山機(jī)械以及通風(fēng)設(shè)備等。在農(nóng)業(yè)方面用于拖動水泵、脫粒機(jī)、粉碎機(jī)和其他農(nóng)副產(chǎn)品的加工機(jī)械。 三相異步電動機(jī)的種類很多，按不同特征可以做以下分類： 按照電動機(jī)外殼的防護(hù)型式可以分為

9、開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式等。 按照電動機(jī)的容量可以分為小型電動機(jī)（容量0.55100kW）、中型電動機(jī)（容量1001250kW）和大型電動機(jī)（容量1250kW以上）。 按照電動機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)型式可分為籠型和繞線型兩類?；\型有可分為單籠、雙籠和深槽式等。 此外，按照安裝方式可分為立式和臥式；按照冷卻方式可分為自冷式、自扇冷式、他扇冷式、空氣冷卻式及液體冷卻式等。5.4.2三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 三相異步電動機(jī)主要有定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成：靜止部分稱為定子；旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子。1定子 三相異步電動機(jī)的定子由機(jī)座、鐵心和定子繞組組成。 定子繞組是電動機(jī)的電路部分，由三相對稱繞組組成，按一定規(guī)則連接

10、。 鐵心是異步電動機(jī)磁路的一部分。 基座的主要作用是固定定子鐵心和端蓋。 2轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組三部分組成，其作用是輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩。根據(jù)構(gòu)造的不同，轉(zhuǎn)子繞組分為繞線式和籠型兩種。 在電動機(jī)的銘牌上標(biāo)有其主要技術(shù)數(shù)據(jù)，使用時應(yīng)多加注意，下表就是一臺三相異步電動機(jī)的銘牌。 表 三相異步電動機(jī)的銘牌5.4.3三相異步電動機(jī)的銘牌三相異步電動機(jī)型號 Y132M4 功率 7.5KW 頻率 50HZ 電壓 380V 電流 15.4A 接法 轉(zhuǎn)速 1440r/min 絕緣等級 B 工作方式 連續(xù) 年 月 日 編號 電機(jī)廠5.5 三相異步電動機(jī)的接線 三相異步電動機(jī)的接線

11、通常指的是三相異步電動機(jī)的定子繞組的連接方法。三相異步電動機(jī)的定子繞組由三組繞組組成，每組繞組由一個始端和一個末端，將六個端分別引到基座接線盒的六個接線柱上，三個始端分別用U1、V1、W1 表示，三個末端分別用U2、V2、W2表示。三相繞組根據(jù)電網(wǎng)提供的線電壓和繞組允許的工作電壓接成星形或三角形。例如，若電網(wǎng)線電壓為380V，電動機(jī)各繞組的允許工作電壓為220V，則定子繞組應(yīng)接成星形，如圖（a）所示；若電動機(jī)繞組的允許工作電壓為380V，則定子繞組應(yīng)接成三角形，如圖（b）所示。 5.6三相異步電動機(jī)的控制5.6.1常用低壓電器簡介 低壓電器是指工作在交流1000V或直流1200V及以下的電路中

12、，起通斷、保護(hù)控制、調(diào)節(jié)或轉(zhuǎn)換作用的電器。1熔斷器 熔斷器是起安全保護(hù)作用的嘴簡單有效的電器，它串接在所保護(hù)的電路中，作為電路及用電設(shè)備的短路保護(hù)。熔斷器是根據(jù)電流熱效應(yīng)的原理制成的，主要由熔體（俗稱保險絲）和熔座（或熔管）組成。熔體是一種低熔點的金屬絲或金屬薄片組成，平常與被保護(hù)電路串聯(lián)，當(dāng)電路正常工作時，熔體相當(dāng)于導(dǎo)體，允許通過一定大小的電流而不熔斷。當(dāng)電路發(fā)生短路時熔體中流過很大的短路電流，金屬絲（或薄片）就會因過熱而熔斷，從而切斷電路，達(dá)到保護(hù)的目的。 熔座（或熔管）是裝熔體的外殼，由陶瓷、絕緣鋼紙或玻璃纖維制成，在熔體熔斷時兼有滅弧作用。 常用熔斷器有瓷插式熔斷器、螺旋式熔斷器和快速

13、熔斷器。電路符號如下圖。 圖 熔斷器符號2刀開關(guān) 刀開關(guān)又稱閘刀開關(guān)，是結(jié)構(gòu)最簡單，應(yīng)用最廣泛的一種手控低壓電器，主要用于在成套配電設(shè)備中隔離電源和在低壓電路中不頻繁的接通和分?jǐn)嚯娐贰?刀開關(guān)又操作手柄、刀片、靜插座和絕緣底板組成。按刀的極數(shù)可分為單極、雙極和三極，常用兩種刀開關(guān)是開啟式負(fù)荷開關(guān)和封閉式負(fù)荷開關(guān)。常用刀開關(guān)的電路符號如下圖。 （a）刀開關(guān) （b）帶熔斷器的刀開關(guān)3組合開關(guān) 組合開關(guān)又名轉(zhuǎn)換開關(guān)，它是由動觸片、靜觸片、方形轉(zhuǎn)軸、手柄、凸輪等主要部分組成。是一種由多節(jié)觸電組合而成的刀開關(guān)，其動、靜觸片分別疊裝于數(shù)層絕緣殼內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄時，每層的動觸片雖方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，并使靜觸片插

14、入相應(yīng)的動觸片中使電路接通或斷開。 轉(zhuǎn)換開關(guān)也有單極、雙極和多極之分?？勺鼋涣?0Hz，380V和直流220V以下的電源引入開關(guān)、5kW以下電動機(jī)直接啟動和正反轉(zhuǎn)控制以及機(jī)床照明電路中的控制開關(guān)?？刂齐妱訖C(jī)時，可選開關(guān)的額定電流為電動機(jī)額定電流的1.5倍。組合開關(guān)電路符號如下圖所示。 圖 組合開關(guān)電路符號 4按鈕 按鈕是一種用于手動發(fā)出控制信號的低壓電器，主要由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸頭和外殼等組成，通常做成復(fù)合式，即具有常閉觸頭和常開觸頭，電路符號如下圖所示。當(dāng)按下按鈕帽時，橋形動觸頭向下移動，使常閉觸頭先行斷開，常開觸頭隨后閉合；松開按鈕，橋形觸頭在復(fù)位彈簧作用下，各觸頭恢復(fù)原是狀態(tài)。（a

15、） 常開觸點 （b）常閉觸點 （c）復(fù)合觸點5行程開關(guān) 行程開關(guān)又稱限位開關(guān)或位置開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機(jī)械的某些運動部件來碰撞行程開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)而發(fā)出控制信號的一種低壓電器。由于控制生產(chǎn)機(jī)械的運動方向、行程式大小或位置保護(hù)。主要由操作機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和外殼組成。當(dāng)運動機(jī)械的撞鐵壓到行程開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)時，觸頭系統(tǒng)就要動作，其原理與按鈕開關(guān)相似，當(dāng)觸頭動作時，常閉觸電斷開，常開觸點閉合。 行程開關(guān)電路符號如下圖。 （a）常開觸點 （b）常閉觸點 （c）復(fù)合觸點6接觸器 接觸器是一種用來頻繁的接通或斷開大電流電路的自動切換電器，主要用于控制電動機(jī)、電熱設(shè)備、電容器組等，不僅能自動接通和斷開電路，而且還

16、具有低電壓釋放保護(hù)和實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制等優(yōu)點。按照接觸器主觸頭通過的電流的種類不同，可分為交流接觸器和直流接觸器。 交流接觸器一般由電磁機(jī)構(gòu)（含動、靜鐵心和線圈）、觸頭系統(tǒng)（含三對常開住觸頭、兩隊常開輔助觸頭、兩對常閉輔助觸頭）和滅弧裝置三個主要部分組成。其工作原理是：當(dāng)接在控制電路的線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力將動鐵心（銜鐵）吸合，銜鐵帶動觸頭系統(tǒng)中的橋形觸頭動作，使常閉輔助觸頭（又稱動斷輔助觸頭）先斷開，常開主觸頭（又稱動合主觸頭）和常開輔助觸頭（又稱動合輔助觸頭）后閉合。當(dāng)線圈斷電（或電壓不夠）時，電磁吸力消失（或不足），銜鐵在反作用彈簧力的作用下釋放，各觸點復(fù)位。接觸

17、器電路符號如下圖所示。 7中間繼電器 中間繼電器在結(jié)構(gòu)上是一個電壓繼電器，主要由線圈、鐵心和觸頭等組成，其工作原理與交流接觸器相同，但它的觸頭對數(shù)多，各對觸頭額定電流一樣，動作靈敏。 中間繼電器的主要用途是：當(dāng)其它繼電器的觸頭對數(shù)或觸頭容量不夠時，可借助中間繼電器來擴(kuò)大觸頭數(shù)或觸頭容量，起到中間轉(zhuǎn)換作用，有時也用中間繼電器直接控制小容量電動機(jī)的啟動和停止。中間繼電器的電路符號如下圖。 5.6.2 三相異步電動機(jī)的使用1.三相異步電動機(jī)的啟動 三相異步電動機(jī)的起動可分為全壓起動和降壓起動兩種。（1）全壓起動 加在定子繞組的起動電壓是電動機(jī)的額定電壓，這樣的起動叫全壓起動。 全壓起動在剛接通電源的

18、瞬間，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子間的相對轉(zhuǎn)速較大，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的感應(yīng)電流和變壓器的原理一樣，定子電流必然很大，一般為額定電流的4 7倍。 過大的起動電流會在線路上造成較大的電壓降，影響供電線路上其他設(shè)備的正常工作。此外，當(dāng)起動頻繁時，過大的起動電流會使電動機(jī)過熱，影響其使用壽命。只有二、三十千瓦以下的異步電動機(jī)采用全壓起動。（2）降壓起動 在起動時降低加在電動機(jī)定子繞組上的電壓，待起動結(jié)束時恢復(fù)到額定值運行?；\型電動機(jī)的降壓起動常用串電阻降壓起動、星形-三角形換接起動和自耦降壓起動等方法。 1）串電阻降壓起動 串電阻降壓起動，就是電動機(jī)起動時將電阻串聯(lián)在定子繞組與電源之間的起動方法，如下圖所示。 定子繞組

19、串電阻降壓起動 星三角降壓起動 2）星形-三角形換接起動 星形-三角形換接起動，就是電動機(jī)起動時把定子繞組連成星形，等到轉(zhuǎn)速接近額定值時再換接成三角形的起動方法。星三角形起動器的連接簡圖如上圖，起動時，將手柄指向右，定子繞組連成星形降壓起動。等電動機(jī)接近額定轉(zhuǎn)速時，將手柄指向左，定子繞組換接成三角形，電動機(jī)正常運行。3）自耦降壓起動 自耦降壓起動，是利用三相自耦變壓器將電動機(jī)在起動過程中的端電壓降低的起動方法，如下圖所示。自耦變壓器降壓起動 2.三相異步電動機(jī)的調(diào)速 在負(fù)載不變的條件下改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速叫調(diào)速。調(diào)速有三種方法：（1）變頻調(diào)速 改變電源的電流頻率，可達(dá)到改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。改

20、變電源頻率可通過變頻調(diào)速裝置完成。（2）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 此種調(diào)速方法，只適用于繞線式電動機(jī)。通過改變接在轉(zhuǎn)子電路中調(diào)速電阻的大小，就可平滑調(diào)速。（3）變級調(diào)速 改變定子繞組的連接方式，使電動機(jī)得到不同的轉(zhuǎn)速。 3.三相異步電動機(jī)的反轉(zhuǎn) 只要將三根相線中任意兩根對調(diào)即可使電動機(jī)反轉(zhuǎn)。下圖為電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的原理圖。三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制原理 三相異步電動機(jī)的能耗制動 4.三相異步電動機(jī)的制動 為克服慣性，保證電動機(jī)在斷電時迅速停車，需要對電動機(jī)進(jìn)行制動。 異步電動機(jī)的制動常采用反接制動和能耗制動。（1）反轉(zhuǎn)制動 在電動機(jī)停車時，將三根電線中的任意兩根對調(diào)，產(chǎn)生反轉(zhuǎn)矩，起到制動作用。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時

21、切斷電源，否則電動機(jī)會反轉(zhuǎn)。（2）能耗制動 在斷電的同時，接通直流電源，如上圖所示。 5.6.2三相異步電動機(jī)的維護(hù) 電動機(jī)的維護(hù)一般包括啟動前的檢查、運行過程中的監(jiān)視和定期的檢修。 啟動前檢查的內(nèi)容有：核對電壓與接線是否正確；接線與安裝是否牢固；啟動設(shè)備油質(zhì)是否良好；繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的電刷與滑環(huán)是否良好；傳動裝置是否正常；接地或接零是否可靠；新安裝的電動機(jī)和停用三個月以上的電動機(jī)還應(yīng)邀側(cè)絕緣電阻。 運行過程中的監(jiān)視內(nèi)容有：監(jiān)視電動機(jī)個部分的發(fā)熱是否正常；監(jiān)視電動機(jī)的額定電流值和三相不平衡度；監(jiān)視電源電壓的波動情況；監(jiān)事電動機(jī)的聲音及氣味等等。 定期檢修一般分為小修和大修。小修半年至一年一次

22、，其內(nèi)容為：清除油垢和灰塵；檢查軸承潤滑情況；繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)還應(yīng)檢測滑環(huán)、整流子及電刷；接地或接零是否良好；遙測絕緣電阻；檢查冷卻裝置是否完好等等。大修一年至兩年進(jìn)行一次，其內(nèi)容為：電機(jī)解體后清除內(nèi)部污垢；檢查繞組絕緣情況、槽楔有無松動、絕緣漆有無損傷；檢查轉(zhuǎn)子良好情況；檢查繞組和啟動裝置的直流電阻；外殼補(bǔ)漆等等。 5.7安全用電 只有懂得安全用電常識，才能更好地利用電能，防止觸電事故的發(fā)生，保護(hù)人身和財產(chǎn)安全。5.7.1觸電的概念及種類 當(dāng)人體接觸或接近高壓帶電體所引起的人體局部受傷或死亡的現(xiàn)象稱為觸電。觸電依傷害程度不同可分為電擊和電傷。 電擊是指電流通過人體內(nèi)部而造成的損害。電擊對人

23、體的傷害程度主要由通過人體的電流強(qiáng)度、電流頻率、通過人體途徑、通電時間長短以及觸電者本人的狀況來決定。觸電事故表明：頻率為30300Hz的交流電最危險。電流流過大腦、心臟最容易導(dǎo)致死亡。 電傷是指電流的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)對人體外部造成的傷害。如電弧灼傷、融化的金屬飛濺到皮膚上造成燒傷等。 觸電傷害的主要因素是電流。我們把人體觸電后的最大擺脫電流稱為安全電流。我國規(guī)定安全電流為30mA s 即觸電時間在一秒內(nèi)，通過人體的最大允許電流為30mA人體觸電時，如果電壓在36V以下，則流過人體的電流不超過30mA，故安全電壓通常規(guī)定為36V5.7.2觸電形式 人體觸電形式有單相觸電、兩相觸電和跨步電壓觸電等。1.單相觸電 單相觸電是指人體觸及一根相線，另一部位接觸大地。此時，人體、大地、中線和觸及相線形成閉合回路，人體承受相電壓而觸電。如圖（a）所示。2.兩相觸電 兩相觸電是指人體同時觸及兩根相線。此時，人體和觸及的兩相線構(gòu)成閉合回路，人體承受線電壓而觸電。顯然，兩相觸電比單相觸電更危險。如圖（b）。3.跨步電壓觸電 當(dāng)輸電線路相線因斷