電工基礎(chǔ)知識(shí)講座

電工基礎(chǔ)知識(shí)講座成繼勛2011年3月正弦交流電表示方法解析表示幅值，頻率（角頻率）/周期，初相位波形圖旋轉(zhuǎn)矢量與相量正弦交流電平均值和有效值波形因數(shù)（絕對(duì)）平均值有效值波形因數(shù)正弦交流電電壓與電流的相位關(guān)系電流滯后于電壓相位φ電阻兩端電壓與電流的相位關(guān)系電感兩端電壓與電流的相位關(guān)系電容兩端電壓與電流的相位關(guān)系正弦交流電瞬時(shí)功率正弦交流電有功功率

在周期狀態(tài)下，瞬時(shí)功率p在一個(gè)周期T內(nèi)的平均值（即平均功率）。單位為W視在功率（表觀功率）二端元件或二端電路端子間電壓的有效值U與該元件或電路中的電流的有效值I的乘積。在正弦狀態(tài)下，視在功率是復(fù)功率的模。單位為VA。功率因數(shù)

周期狀態(tài)下，有功功率P的絕對(duì)值與視在功率S的比值。無(wú)功功率對(duì)于正弦狀態(tài)下線性二端元件或二端電路，其量值等于視在功率S和(端子間電壓對(duì)電流的)相位移角φ的正弦之乘積的量。單位為var（乏）。無(wú)功功率有正負(fù)之分，正的無(wú)功功率為電感性無(wú)功，負(fù)的無(wú)功功率為電容性無(wú)功。三相交流電對(duì)稱三相正弦交流電圖5.3對(duì)稱三相正弦量的相量圖3、相序：正序U超前于V，V超前于W

逆序U超前于W，W超前于V對(duì)稱三相正弦交流電對(duì)于對(duì)稱的三相交流電

三相電壓（流）的相量和或瞬時(shí)值之和等于零，其中兩相之和等于第三相的負(fù)值。三相交流電源的連接1.星形連接如圖5-3所示，將三相交流發(fā)電機(jī)的3個(gè)繞組的末端U2、V2、W2連在一起，從3個(gè)繞組的首端U1、V1、W1分別引出3根導(dǎo)線，這種連接方式稱為三相電源的星形連接。3個(gè)末端的連接點(diǎn)N稱為電源的中點(diǎn)，從中點(diǎn)引出的導(dǎo)線叫做中性線或零線。從3個(gè)始端引出的3根導(dǎo)線叫做相線或火線。中性線常用黑色或藍(lán)色表示，3根相線分別用黃色、綠色、紅色表示。星形連接時(shí)

線電壓（有效值）等于相電壓的倍，線電流等于相電流。三相交流電源的連接三角形連接

如圖5-4所示，將三相交流發(fā)電機(jī)的3個(gè)繞組的首末端依次相連，即一個(gè)繞組的末端與另一個(gè)繞組的首端相連，U2與V1、V2與W1、W2與U1分別相連，然后從3個(gè)連接點(diǎn)引出3根導(dǎo)線，這種連接方式稱為三相電源的三角形連接。三相繞組按三角形連接時(shí)，其本身構(gòu)成了閉合回路。如果三相電動(dòng)勢(shì)是對(duì)稱的，由于它們?cè)谌我凰查g的代數(shù)和等于0，所以回路中不會(huì)產(chǎn)生環(huán)形電流；如果三相電動(dòng)勢(shì)是不對(duì)稱的，那么回路中有可能產(chǎn)生很大的電流，從而燒壞繞組。因此，三相交流發(fā)電機(jī)通常都接成星形，很少接成三角形。三角形連接時(shí)

線電壓（有效值）等于相電壓，線電流等于相電流的倍。三相交流負(fù)載的連接1.星形連接把三相負(fù)載的一端均連接在三相電源的中性點(diǎn)上，另一端與三相電源的三根相線相連，這種連接方式稱為三相負(fù)載的星形連接，如圖5-6所示。我們把流過(guò)每相負(fù)載的電流稱為相電流，流過(guò)每根相線的電流稱為線電流，流過(guò)中性線的電流稱為中性線電流。顯然，三相負(fù)載連成星形時(shí)，每相負(fù)載上的電壓等于三相電源中對(duì)應(yīng)相的相電壓，相電流等于線電流。三相交流負(fù)載的連接1.星形連接四線制（有中性線）把三相負(fù)載的一端均連接在三相電源的中性點(diǎn)上，另一端與三相電源的三根相線相連，這種連接方式稱為三相負(fù)載的星形連接，如圖5-6所示。我們把流過(guò)每相負(fù)載的電流稱為相電流，流過(guò)每根相線的電流稱為線電流，流過(guò)中性線的電流稱為中性線電流。顯然，三相負(fù)載連成星形時(shí)，每相負(fù)載上的電壓等于三相電源中對(duì)應(yīng)相的相電壓，相電流等于線電流。三相交流負(fù)載的連接1.星形連接三線制（無(wú)中性線）只適用于對(duì)稱負(fù)載。如果三相負(fù)載不是對(duì)稱的，則發(fā)生中性點(diǎn)偏移，各相負(fù)載的電壓就不再等于電源的相電壓，這時(shí)阻抗大的負(fù)載的相電壓可能高于其額定電壓，使負(fù)載不能正常工作，甚至造成嚴(yán)重事故。因此，非對(duì)稱負(fù)載時(shí)中性線絕不可以斷開，因?yàn)樗拇嬖?，能使作星形?lián)結(jié)的各相負(fù)載，即使在不對(duì)稱的情況下也均有對(duì)稱的電源相電壓，從而保證了各相負(fù)載能正常工作。三相交流負(fù)載的連接2.三角形連接把三相負(fù)載中的每一相分別接在三相電源的兩個(gè)相線之間，這種連接方式稱為三相負(fù)載的三角形連接。三相負(fù)載連接成三角形時(shí)，每一相負(fù)載上的電壓等于三相電源的線電壓，而相電流不再等于線電流。根據(jù)基爾霍夫電流定律可知，i1=i12-i31，i2=i23-i12，i3=i31-i23。對(duì)稱負(fù)載時(shí)，線電流（有效值）為相電流的倍電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)：發(fā)電、輸電及配電所有裝置及設(shè)備的組合。輸電：發(fā)電站→用電區(qū)域配電：用電區(qū)域→用戶變電：通過(guò)電力變壓器的電能傳遞輸配電的電壓等級(jí)低壓:1200V(1000V)以下，用于配電（127/220V），220/380V，（380/660V），（660/1140V)高壓：大于1200V（1000V），小于330KV(3KV),(6KV),10KV,35KV,63KV—配電110KV—配電（輸電）220KV—輸電超高壓EHV（輸電）：330KV，500KV，750KV特高壓UHV（輸電）：1000KV，……高壓直流HVDC（輸電）：電力系統(tǒng)中直流±800kV以下的電壓等級(jí)。特高壓直流UHVDC（輸電）：電力系統(tǒng)中直流±800kV及以上的電壓等級(jí)。低壓配電系統(tǒng)電網(wǎng)的接地保護(hù)接地：為了電氣安全，將系統(tǒng)、裝置或設(shè)備的一點(diǎn)或多點(diǎn)接地。功能接地：出于電氣安全之外的目的，將系統(tǒng)、裝置或設(shè)備的一點(diǎn)或多點(diǎn)接地。作業(yè)接地：將已停電的帶電部分接地，以便在無(wú)電擊危險(xiǎn)情況下進(jìn)行作業(yè)。（電力）系統(tǒng)接地：電力系統(tǒng)的一點(diǎn)或多點(diǎn)的功能接地和保護(hù)接地。低壓配電系統(tǒng)電網(wǎng)的接地保護(hù)接地：為了電氣安全，將系統(tǒng)、裝置或設(shè)備的一點(diǎn)或多點(diǎn)接地。功能接地：出于電氣安全之外的目的，將系統(tǒng)、裝置或設(shè)備的一點(diǎn)或多點(diǎn)接地。作業(yè)接地：將已停電的帶電部分接地，以便在無(wú)電擊危險(xiǎn)情況下進(jìn)行作業(yè)。（電力）系統(tǒng)接地：電力系統(tǒng)的一點(diǎn)或多點(diǎn)的功能接地和保護(hù)接地。低壓配電系統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)的類型TT、TN和IT系統(tǒng)第一個(gè)字母：T表示電源中性點(diǎn)直接接地；I則表示電源中性點(diǎn)不接地（或通過(guò)高阻抗接地）。第二個(gè)字母：T表示電氣設(shè)備正常情況下不帶電的外露導(dǎo)體直接接地，但和電網(wǎng)的接地系統(tǒng)沒(méi)有聯(lián)系，舊稱接地保護(hù)；N表示電氣設(shè)備正常情況下不帶電的外露導(dǎo)體與系統(tǒng)的接地中性線（零線）相連，舊稱接零保護(hù)。TT系統(tǒng)：電源中性點(diǎn)直接接地，電氣設(shè)備正常情況下不帶電的外露導(dǎo)體直接接地，但和電網(wǎng)的接地系統(tǒng)沒(méi)有聯(lián)系（接地保護(hù)）。歐洲常用。設(shè)備漏電時(shí)，開關(guān)跳閘以保護(hù)設(shè)備。但接地電阻大時(shí)，不易跳閘。TN系統(tǒng)：電源中性點(diǎn)直接接地，電氣設(shè)備正常情況下不帶電的外露導(dǎo)體與系統(tǒng)的接地中性線（零線）相連（接零保護(hù)）。我國(guó)常用的系統(tǒng)。設(shè)備漏電時(shí)，開關(guān)跳閘以保護(hù)設(shè)備。IT系統(tǒng)：電源中性點(diǎn)不接地（或通過(guò)高阻抗接地），電氣設(shè)備正常情況下不帶電的外露導(dǎo)體直接接地，但和電網(wǎng)的接地系統(tǒng)沒(méi)有聯(lián)系（接地保護(hù)）。我國(guó)煤礦采用。配合漏電保護(hù)器保證設(shè)備安全。低壓配電系統(tǒng)三類TN系統(tǒng)TN-C系統(tǒng)（4線系統(tǒng)）電源中性點(diǎn)接地，保護(hù)接地導(dǎo)體（PE）與中性導(dǎo)體（N）共用，稱保護(hù)接地中性導(dǎo)體（PEN，舊稱零線）。需重復(fù)接地。

TN-S系統(tǒng)（5線系統(tǒng)）電源中性點(diǎn)接地，整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)接地導(dǎo)體（PE）與中性導(dǎo)體（N）分開。PE末端應(yīng)重復(fù)接地。

TN-C-S系統(tǒng)（4線-5線系統(tǒng)）電源中性點(diǎn)接地，整個(gè)系統(tǒng)中一部分為TN-C系統(tǒng)，一部分為TN-S系統(tǒng)。三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件，如圖4.1所示。

圖3.1封閉式三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖1—軸承；2—前端蓋；3—轉(zhuǎn)軸；4—接線盒；5—吊環(huán)；6—定子鐵心；7—轉(zhuǎn)子；8—定子繞組；9—機(jī)座；10—后端蓋；11—風(fēng)罩；12—風(fēng)扇三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)（a）定子鐵心（b）定子沖片圖3.2定子鐵心及沖片示意圖定子鐵心異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖3.2所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過(guò)而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來(lái)嵌放定子繞圈。三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)（a）星形連接（b）三角形連接圖3.3定子繞組的聯(lián)結(jié)定子繞組定子繞組是三相電動(dòng)機(jī)的電路部分，三相電動(dòng)機(jī)有三相繞組，通入三相對(duì)稱電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相繞組由三個(gè)彼此獨(dú)立的繞組組成，且每個(gè)繞組又由若干線圈連接而成。每個(gè)繞組即為一相，每個(gè)繞組在空間相差120°電角度。線圈由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制。中、小型三相電動(dòng)機(jī)多采用圓漆包線，大、中型三相電動(dòng)機(jī)的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個(gè)出線端都引至接線盒上，首端分別標(biāo)為U1,V1,W1，末端分別標(biāo)為U2,V2,W2。這六個(gè)出線端在接線盒里的排列如圖4.3所示，可以接成星形或三角形。三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)1—集電環(huán)；2—電刷；3—變阻器圖3.4繞線形轉(zhuǎn)子與外加變阻器的連接轉(zhuǎn)子鐵心是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，一方面用來(lái)安放轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)與籠形異步電動(dòng)機(jī)。繞線式繞組（繞線式電動(dòng)機(jī)）與定子繞組一樣也是一個(gè)三相繞組，一般接成星形，三相引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)與轉(zhuǎn)軸絕緣的集電環(huán)上，通過(guò)電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻或電動(dòng)勢(shì)以改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能，見圖3.4三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)（a）銅排轉(zhuǎn)子（b）鑄鋁轉(zhuǎn)子

圖3.5籠形轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)與籠形異步電動(dòng)機(jī)。籠形繞組（鼠籠式電動(dòng)機(jī)）在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個(gè)槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個(gè)銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導(dǎo)條連接起來(lái)，稱為銅排轉(zhuǎn)子，如圖3.5（a）所示。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)風(fēng)扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子，如圖3.5（b）所示。100kW以下的異步電動(dòng)機(jī)一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。

三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生(電生磁)

三相對(duì)稱繞組通往三相對(duì)稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的產(chǎn)生（磁生電）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子載流體在磁場(chǎng)作用下受電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。

圖3.6三相交流電流波形圖U2U1W2V1W1V2nSN三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速是產(chǎn)生感應(yīng)電流的必要條件旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0之比稱為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速。

，正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率一般在0.01~0.06之間，即電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步速。轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的一個(gè)基本物理量,它反映電機(jī)的各種運(yùn)行情況.轉(zhuǎn)速在0~n0范圍內(nèi)變化，轉(zhuǎn)差率在0~1范圍內(nèi)變。轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)n=0,s=1。電機(jī)理想空載時(shí)n≈n0,s≈1作為電動(dòng)機(jī)，負(fù)載越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率越大；反之，轉(zhuǎn)差率越小。轉(zhuǎn)差率的大小能夠反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小或負(fù)載大小。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：

三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理極對(duì)數(shù)與轉(zhuǎn)速定子繞組的不同排列可以產(chǎn)生不同極對(duì)數(shù)（p）的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）與極對(duì)數(shù)的關(guān)系為式中f為電源頻率，轉(zhuǎn)速單位為轉(zhuǎn)/分。兩極電機(jī)（p=1）同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，4極（p=2）電機(jī)為1500轉(zhuǎn)/分,6極（p=3）電機(jī)為1000轉(zhuǎn)/分，

8極（p=4）電機(jī)為750轉(zhuǎn)/分NSSN例：4極磁場(chǎng)三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌和主要參數(shù)型號(hào)國(guó)產(chǎn)三相鼠籠式感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)的系列為Y系列，是按國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)中小型異步電動(dòng)機(jī)

Y-200L2-6異步電動(dòng)機(jī)中心高度200mm長(zhǎng)機(jī)座（L-長(zhǎng)；S-短；M-中）2號(hào)鐵芯長(zhǎng)6極大型異步電動(dòng)機(jī)

三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌和主要參數(shù)額定功率PN滿載運(yùn)行時(shí)三相電動(dòng)機(jī)軸上所輸出的額定機(jī)械功率，用表示，以千瓦（kW）或瓦（W）為單位。額定電壓UN

額定額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)加在定子繞組上的線電壓。額定電流IN在額定電源電壓下，輸出額定功率時(shí)，流入定子繞組的線電流，用IN表示額定頻率fN額定功率因數(shù)cosφN；額定效率ηN

額定功率與其它額定值之間的關(guān)系

額定轉(zhuǎn)速

在額定工作條件下運(yùn)行時(shí)每分鐘的轉(zhuǎn)速。絕緣等級(jí)

絕緣等級(jí)是指三相電動(dòng)機(jī)所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動(dòng)機(jī)允許的最高工作溫度。定額定額是指三相電動(dòng)機(jī)允許連續(xù)使用的時(shí)間，分為連續(xù)、短時(shí)、周期斷續(xù)三種。接法星形或三角形（Y/△)

三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌和主要參數(shù)附錄：絕緣材料耐熱等級(jí)YAEBFHC。它們的允許工作溫度分別為：90、105、120、130、155、180180℃以上。電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)是指其所用絕緣材料的耐熱等級(jí)，分A、E、B、F、H級(jí)。允許溫升是指電動(dòng)機(jī)的溫度與周圍環(huán)境溫度相比升高的限度。絕緣的溫度等級(jí)A

E

B

F