《電工電子實踐基礎》課件第1章

第1章安全用電知識1.1安全用電常識1.2安全防護措施1.3低壓供電系統(tǒng)1.4低壓電器

1.1安全用電常識

1.1.1電流對人體的危害

當人體觸及帶電體時，就會有電流通過人體，使人體受到不同程度的傷害。電流對人體的傷害可分為電擊和電傷兩種。1.1.2安全電壓

對于人體經常接觸的帶電設備，如機床上的照明燈、攜帶式電動工具等，應采用安全電壓。根據用電環(huán)境的不同，我國規(guī)定的安全電壓分別為36V、24V、12V三個電壓等級。

在干燥的環(huán)境中(如機械加工車間)，應使用36V的安全電壓。在潮濕、有導電塵埃的環(huán)境中(如鑄工車間)，應使用24V的安全電壓。在非常潮濕、有腐蝕性氣體的環(huán)境中(如化工車間、礦井內)，應使用12V的安全電壓。1.1.3觸電方式

1.單相觸電

(1)電源中性點接地系統(tǒng)的單相觸電。如圖1.1.1所示，當人站在大地地面上觸及三相電源的任一根相線(俗稱火線)時，

相線與大地之間的電壓為三相電源的相電壓(220V)，電流經三相電源的相線、人體、大地、接地體、接地線、電源中性點構成回路。圖1.1.1電源中性點接地系統(tǒng)的單相觸電

(2)電源中性點不接地系統(tǒng)的單相觸電。如圖1.1.2所示，由于每根相線對地(相線與大地之間)存在絕緣電阻R和分布電容C，當人體站在大地地面上觸及三相電源任一根相線時，電流經過三相電源的相線、人體、大地、絕緣電阻R和分布電容C以及三相電源的另外兩根相線而構成回路。如果輸電線路較長而使每根相線對地分布電容C增大(容抗減小)或每根相線對地絕緣水平降低(R減小)時，也會造成嚴重的人身傷亡事故。圖1.1.2電源中性點不接地系統(tǒng)的單相觸電

2.兩相觸電

如圖1.1.3所示，當人體兩處分別觸及三相電源的兩根相線時，作用于人體的電壓為三相電源的線電壓(380V)，電流經三相電源的一根相線、人體、三相電源的另一根相線構

成回路，這是一種最危險的人體觸電，會導致人的死亡。如果是人體局部同時觸及三相電源的兩根相線，電流沒有通過人體的重要器官，雖然不會導致人的死亡，但會造成嚴重的人身傷殘事故。因此,兩相觸電對人體的傷害程度比單相觸電更為嚴重。圖1.1.3兩相觸電

3.跨步電壓觸電

當高壓輸電線的任一根相線掉落到大地地面上時，相線上的電流以相線落地點為中心流入大地并向四周流散，在落地點附近的大地表面產生了不同的電位分布?？拷涞攸c的地方由于電流密度大，因而電位高；距落地點遠的地方電流密度小，因而電位低。一般距落地點20m以外地方的電位接近于零。當人在落地點附近行走時，兩腳處在不同的電位下，兩腳之間承受的電位差稱為跨步電壓。當跨步電壓很高時，也會造成人身傷亡事故。

1.2安全防護措施

1.2.1保護接地和保護接零

1.保護接地

在三相電源中性點不接地的三相三線制系統(tǒng)中,各電氣設備(變壓器、電動機等)應采取保護接地措施，即將系統(tǒng)中各電氣設備的金屬外殼可靠地接地,如圖1.2.1所示。圖1.2.1保護接地

2.保護接零

在三相電源中性點接地的三相四線制系統(tǒng)中,各電氣設備(包括家用電器)應采取保護接零措施，即將系統(tǒng)中各電氣設備的金屬外殼與系統(tǒng)的中性線(或稱零線)可靠地連接起來，如

圖1.2.2所示。圖1.2.2保護接零必須指出的是，對于中性點接地的三相四線制系統(tǒng)，不允許電氣設備采取保護接地措施。在該系統(tǒng)中，如果電氣設備采用了保護接地措施，如圖1.2.3所示，當電氣設備的絕緣損壞而使電源的某根相線與電氣設備的金屬外殼相連時(俗稱電源相線碰殼)，接地電流為

式中，Up為三相電源的相電壓；R0為接地電阻。圖1.2.3中性點接地系統(tǒng)采取保護接地措施如果接地電流未能使系統(tǒng)的保護裝置動作而切斷電源，將使電氣設備的金屬外殼長時間有電流I0通過，電氣設備的金屬外殼對地電壓為1.2.2常見的不安全因素

引起觸電的常見的不安全因素如下：

(1)違規(guī)帶電操作(接線或檢修)，使人體觸及裸露的電源引線端子或其他裸露的接線端子。

(2)人們經常觸及的電器(如手電鉆、洗衣機、臺燈、電烙鐵等)的塑料電源線，因不經意使塑料絕緣外皮被刀割或被烙鐵燙壞破損而使金屬導線裸露。

(3)正常情況下，對于螺口燈座，應將燈座的螺旋銅圈與三相電源的中性線(零線)相接，燈座中心銅極與電源相線(火線)相接。如果接線錯誤，而將電源的相線和中性線接至燈座的連接位置接反(即將燈座的螺旋銅圈與三相電源的相線相接，燈座中心銅極與電源的中性線相接)，

當更換燈(白熾燈或節(jié)能燈)時，人手觸及燈頭螺紋會引起觸電。

(4)電氣設備的電源引入線不牢固，導致電源線脫落搭接在電氣設備的金屬外殼上而使其帶電。

(5)正常情況下，采用了保護接地的電氣設備(如變壓器、電動機等)，如果保護接地裝置安裝不牢固而斷開，當電氣設備內部絕緣損壞時將使電氣設備的金屬外殼帶電。

(6)正常使用時，應采用保護接零的電氣設備(如手電鉆、電烙鐵、臺式電扇、洗衣機)。如果因錯誤地使用兩腳插座而未能采用保護接零措施，那么當電氣設備內部絕緣損壞時會使電氣設備的金屬外殼帶電。

(7)單相用電設備，特別是移動式用電設備(如手電鉆、洗衣機、臺燈、電烙鐵等)，都應使用三腳插頭和與之配套的三孔插座。三孔插座上有專用的保護接零插孔(E)。三孔插座的正確接線方法是N端的接線端子接到三相電源的中性線上，L端的接線端子接到三相電源的其中一根相線上，E端的接線端子應當用專用線(接零線)接到三相電源的中性線上，如圖1.2.4(a)所示。如果三孔插座安裝或檢修接線錯誤，如圖1.2.4(b)所示,那么，雖然電氣設備能正常運行，但電氣設備的金屬外殼因直接和三相電源的相線相接而帶電了。圖1.2.4三孔插座的接法(a)正確接法;(b)錯誤接法

(8)洗澡、洗漱期間隨意用濕手操作電器開關或插拔電源插頭。

(9)對高電壓、大容量的電容器(如配電柜中的電力電容器和家用洗衣機中的電容器)，脫離電源后在未放電的情況下，當人體同時觸及電容器的兩接線端子時會造成人身觸電事故。1.2.3觸電急救

在生產和日常生活中經常接觸的低電供電系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)有人觸電時，千萬不要驚慌失措，必須用最快的速度使觸電者脫離電源，延誤救護時間對觸電者的后果是嚴重的。應立即設法就近關斷電源，或用干燥的木棒、竹竿等將電線從觸電者的身上撥開；或者救護者站在干燥的木板上用一只手抓住觸電者的衣服將其拉離電源。必須注意，觸電者未脫離電源之前是帶電的，切不可盲目用手直接拉觸電者，以免使救護者隨之一起觸電。

1.3低壓供電系統(tǒng)

1.3.1低壓供電方式

從單位配電室到用電設備的輸電線路屬于低壓供電系統(tǒng)。低壓供電系統(tǒng)的連接方式由用電設備對供電可靠性的要求、用電設備的分布情況以及投資費用和維護費用的多少來確定。

低壓供電系統(tǒng)的連接方式通常采用放射式供電系統(tǒng)和樹干式供電系統(tǒng)，如圖1.3.1所示。圖1.3.1低壓供電系統(tǒng)(a)放射式供電系統(tǒng);(b)樹干式供電系統(tǒng)1.3.2室內配電系統(tǒng)

1.整幢樓房的配電系統(tǒng)框圖

如圖1.3.2所示是某幢樓房的配電系統(tǒng)框圖。圖1.3.2某幢樓房的配電系統(tǒng)框圖

2.室內配電系統(tǒng)

如圖1.3.3所示是某室內配電系統(tǒng)。

如圖1.3.4所示為空調插座接線圖和插座接線圖。圖1.3.3某室內配電系統(tǒng)圖1.3.4空調插座接線圖和插座接線圖(a)空調插座接線圖;(b)插座接線圖

1.4低壓電器

1.4.1常用低壓電器

1.手動控制電器

1)閘刀開關

閘刀開關的極數分為單極、雙極和三極等多種，每種又有單投(見圖1.4.1(b))和雙投之分。圖1.4.1三極閘刀開關(a)實物圖;(b)圖形符號

2)組合開關

三極組合開關如圖1.4.2所示，它有三對(六個)靜觸片，每個靜觸片的一端固定在絕緣墊片上，另一端伸出盒外，連接在接線柱上；三個動觸片固定在裝有手柄的絕緣轉軸上，通過手柄轉動轉軸就可帶動三個動觸片將三對靜觸片接通或斷開。圖1.4.2三極組合開關(a)實物圖;(b)結構圖;(c)圖形符號

3)按鈕

按鈕通常用于接通或斷開控制電路，從而實現(xiàn)遠距離控制電動機或其他電氣設備的運行。常見的復式按鈕如圖1.4.3(a)所示。

按鈕的結構原理圖如圖1.4.3(b)所示。按鈕帽未被按下之前按鈕的狀態(tài)稱為常態(tài)。常態(tài)時閉合著的觸點稱為常閉觸點(或稱為動斷觸點)，如圖中的1-2(被動觸點接通的一對靜觸點)；常態(tài)時斷開的觸點稱為常開觸點(或稱為動合觸點)，如圖中的3-4(斷開的一對靜觸點)。圖示按鈕中有一個常開觸點和一個常閉觸點(稱為復式按鈕)。圖1.4.3按鈕(a)復式按鈕;(b)結構原理圖;(c)圖形符號

2.自動控制電器

1)交流接觸器

交流接觸器用于接通或斷開三相交流電動機或其他電氣設備的主電路。

交流接觸器是利用電磁吸力工作的，它主要由鐵心、吸引鐵圈(或稱勵磁線圈)和觸點系統(tǒng)三部分組成。鐵心是由兩個“E”字形鐵心組成的，一個固定的稱為靜鐵心，一個可動的稱為動鐵心。交流接觸器的結構原理圖如圖1.4.4(b)所示。圖1.4.4交流接觸器(a)實物圖;(b)結構原理圖和圖形符號

2)中間繼電器

中間繼電器通常用來增大被控制電路的數量及觸點數量，也可用來直接控制小容量的交流電動機或其他的電氣設備。

3)熱繼電器

熱繼電器(見圖1.4.5)主要用于電動機的過載保護。熱繼電器是利用電流的熱效應而動作的。其結構原理圖如圖1.4.6(a)所示。圖1.4.5熱繼電器圖1.4.6熱繼電器的結構原理圖和圖形符號(a)結構原理圖;(b)圖形符號

4)熔斷器

熔斷器是最常用的短路保護電器。熔斷器主要由熔片或熔絲組成，熔片或熔絲是用熔點較低的合金制成的。熔斷器通常串接于被保護的電路中，在電路正常工作的情況下，熔斷器中的熔片或熔絲不會熔斷；一旦電路發(fā)生短路或嚴重過載，熔斷器中的熔片或熔絲即自行熔斷，迅速切斷電路，從而起到保護的作用。

熔斷器的結構型式很多，常用的有管式、插式和螺旋式三種，如圖1.4.7(a)、(b)、(c)所示。圖1.4.7熔斷器(a)管式熔斷器;(b)插式熔斷器;(c)螺旋式熔斷器;(d)圖形符號選擇熔斷器的熔片或熔絲的額定電流時應注意以下兩點:

(1)若負載比較平穩(wěn)，無沖擊電流，如照明、電爐、直流電動機等負載,則熔片或熔絲的額定電流不小于但接近于被保護電路的額定電流。

(2)若負載有沖擊電流，如三相籠型異步電動機等負載,則為了使電動機在起動時不會因電流較大而將熔片或熔絲熔斷，熔片或熔絲的額定電流應大于電動機的額定電流。

①對于不頻繁起動的單臺三相籠型異步電動機，熔片或熔絲的額定電流應按下式選取:②對于頻繁起動的單臺三相籠型異步電動機，熔片或熔絲的額定電流應按下式選取:

③對于若干臺三相籠型異步電動機共用的熔斷器，其熔片或熔絲的額定電流可按下式選?。?/p>

5)行程開關

行程開關又稱限位開關，主要用于控制生產機械的運動部件的行程。

行程開關的種類很多，分為機械式和電子式兩類。常用的機械式行程開關有傳動桿式(即直動式)、單滾輪式和雙滾輪式(即旋轉式,見圖1.4.8)三種。有的行程開關能自動復位，有的則不能自動復位。如圖1.4.9(a)為傳動桿式行程開關的結構原理圖。圖1.4.8雙滾輪式行程開關圖1.4.9傳動桿式行程開關(a)結構原理圖;(b)圖形符號

6)時間繼電器

在自動控制系統(tǒng)中，常利用時間繼電器的延時作用進行時間上的控制。時間繼電器的種類很多，常用的有空氣式時間繼電器、電動式時間繼電器和晶體管時間繼電器?？諝馐綍r間繼電器又有通電延時時間繼電器和斷電延時時間繼電器。下面以空氣式通電延時時間繼電器為例(如圖1.4.10所示)，說明其工作原理。圖1.4.10空氣式(氣囊式)時間繼電器空氣式時間繼電器是利用空氣的阻尼作用而達到動作延時的目的。如圖1.4.11(a)是通電延時的空氣式(氣囊式)時間繼電器的結構原理圖。圖1.4.11通電延時的空氣式(氣囊式)時間繼電器(a)結構原理圖；(b)圖形符號

7)漏電保護器

漏電保護器主要用于室內配電系統(tǒng)中。當室內線路發(fā)生對地漏電或人體不小心觸及三相電源相線時，漏電保護器動作，自動切斷室內供電電源，從而起到保護的作用。1.4.2變壓器

1.交流鐵心線圈電路

1)交流鐵心線圈電路中電壓和電流之間的關系

按圖1.4.12所規(guī)定的各物理量的參考方向，根據基爾霍夫電壓定律可得

或

(1.4.1)圖1.4.12交流鐵心線圈的電路式(1.4.1)就是交流鐵心線圈電路的電壓平衡方程式，式中R是鐵心線圈的電阻,e、eσ為瞬態(tài)感應電動勢,如用相量形式表示，則為

(1.4.2)

式中,Xσ=ωLσ=2πfLσ稱為漏磁感抗，是漏磁通產生的;

、是感應電動勢的相量形式。在一般情況下，鐵心線圈的電阻R和漏磁感抗Xσ較小，所以其上的電壓降也較小，與主磁感應電動勢相比可以忽略不計。故可認為

(1.4.3)

由式(1.4.3)可知，當電源頻率f和線圈匝數N一定時，鐵心中的主磁通Φm的大小與電源電壓U的大小近似成正比。所以當電源電壓不變時，鐵心中的主磁通也基本保持不變。上式是分析變壓器和交流電機時常用的基本公式之一。

2)交流鐵心線圈電路的功率損耗

由渦流產生的功率損耗稱為渦流損耗ΔPe。鐵心是導電材料，在交變磁通的作用下，在垂直于磁通方向的鐵心平面內產生如圖1.4.13(a)所示的旋渦狀感應電流，稱為渦流。渦流損耗也會引起鐵心發(fā)熱。為了減小渦流損耗，交流磁路的鐵心可由彼此絕緣且平行于磁場方向的鋼片疊成，如圖1.4.13(b)所示；這樣就將渦流回路分割成了許多小的回路，使得渦流

損耗得以減小。通常所用的硬鋼片中會加入少量的硅以增大其電阻率，這也可以使渦流損耗減小。圖1.4.13鐵心中的渦流(a)漩渦狀感應電流;(b)改進后的感應電流綜上所述，交流鐵心線圈電路中消耗的有功功率是線圈的銅損和鐵心中的鐵損之和,即

(1.4.4)

式中,j為交流電流和交流電壓間的相位差，cosj為功率因素。

2.變壓器

1)變壓器的工作原理

變壓器的工作原理是建立在電磁感應原理基礎上的。從結構上來看,變壓器主要由鐵心(磁路)、高壓繞組(電壓高的繞組)和低壓繞組(電壓低的繞組)幾部分組成。其工作原理圖如圖1.4.14所示。通常把與電源相連接的繞組(線圈)稱為原繞組(或稱為初級繞組、一次繞組，或簡稱為原邊)，把與負載相連接的繞組稱為副繞組(或稱次級繞組、二次繞組，或簡稱為

副邊)，原、副繞組的匝數分別用N1、N2表示。圖1.4.14變壓器的工作原理圖按圖1.4.14所示原繞組中各物理量的參考方向，(對照交流鐵心線圈電路)根據基爾霍夫電壓定律，可得原繞組電路的電壓平衡方程式為

(1.4.5)

用相量形式表示為

(1.4.6)式中，R1和X1=2πfLσ1分別為原繞組的電阻和漏磁感抗。同理

其有效值為

(1.4.7)同理，按圖1.4.14所示副繞組中各物理量的參考方向，對副繞組電路根據基爾霍夫電壓定律，可得副繞組電路的電壓平衡方程式為

(1.4.8)

其相量形式為

(1.4.9)

式中,R2和X2=2πfLσ2分別為副繞組的電阻和漏磁感抗。副繞組中感應電動勢的有效值為

(1.4.10)

(1)變壓器的電壓變換功能?？蛰d時，由于i2=0，相應的eσ2=0，所以，副繞組輸出端的空載電壓(開路電壓)u20就等于副繞組中的感應電動勢e2，即

u20=e2

其相量形式為

其有效值為

(1.4.11)通常把變壓器空載運行時的原、副繞組端電壓之比稱為變壓器的變比，用K表示，即

(1.4.12)

上式表明,原、副繞組端電壓之比近似等于原、副繞組匝數之比。因此，當原繞組端電壓一定時，只要適當選取原、副繞組的匝數比，就可得到所需要的輸出電壓U2。如果

N2＞N1，則K＜1，為升壓變壓器；如果N2＜N1，則K＞1，為降壓變壓器。

(2)變壓器的電流變換功能。

當變壓器原繞組端接到交流電源上，而在副繞組端接上負載時，變壓器就處于負載運行狀態(tài)。這時，副繞組中就有電流i2通過，這樣變壓器就把電源的電能通過磁耦合傳送給負載。

原、副繞組電流的關系為

(1.4.13)

(3)變壓器的阻抗變換功能。變壓器不僅具有電壓變換和電流變換的功能，而且還具有阻抗變換的功能。在忽略原、副繞組阻抗壓降的條件下，如果把阻抗模為|Z|的負載接到變壓器副邊，如圖1.4.15(a)所示；對變壓器原邊電源來說，變壓器連同所帶負載|Z|為電源的負載|Z′|，如圖1.4.15(b)虛線框部分，即

(1.4.14)圖1.4.15變壓器負載阻抗的等效變換(a)變壓器連接圖;(b)效果圖

2)變壓器的外特性

變壓器在負載運行時，在電源電壓U1保持不變的情況下，由于原、副繞組中存在電阻和漏磁感抗，所以其上將產生一定的電壓降，這就使得變壓器副邊電壓U2隨負載電流I2的增加而變化。在電源電壓U1和負載功率因數cosj不變的條件下，變壓器副邊電壓U2隨負載電流I2變化的關系稱為變壓器的外特性，變壓器的外特性曲線如圖1.4.16所示，對電阻性負載和電感性負載，變壓器副邊電壓U2隨負載電流I2的增加而下降。它的下降程度與負載的功率因數有關，負載功率因數愈低，則U2下降得愈多。圖1.4.16變壓器的外特性曲線通常變壓器從空載到額定負載，副邊電壓的變化程度還可用電壓變化率ΔU來表示，即

(1.4.15)

一般電力變壓器的電壓變化率不大于5%。

3)變壓器的損耗和效率

變壓器的效率是指變壓器(副邊)輸出的有功功率P2與(原邊)輸入的有功功率P1的比值，一般用η表示，即

(1.4.16)

由于變壓器的損耗很小，一般來說效率都比較高，大多在95％以上。

4)三相變壓器

目前，我國電力系統(tǒng)普遍采用三相制供電，因而實際應用最廣泛的是三相變壓器(見圖1.4.17)。三相變壓器的每一相相當于一臺單相變壓器，其工作原理基本上與單相變壓器相同。完全可以利用對單相變壓器的分析結果來分析三相變壓器中的任意一相。圖1.4.17三相變壓器三相變壓器有三個原繞組和三個副繞組。各相高壓繞組的始端和末端分別用大寫字母A、B、C和X、Y、Z表示，低壓繞組的始端和末端分別用小寫字母a、b、c和x、y、z表

示，如圖1.4.18所示。圖1.4.18三相變壓器的工作原理圖三相變壓器高壓邊的線電壓與低壓邊的線電壓之比不僅與高、低壓繞組每相的匝數有關，還與高、低壓繞組的連接方式有關。當三相變壓器作Y/Y0連接時，如圖1.4.19(a)所示,其高壓邊線電壓U1L與低壓邊線電壓U2L之比為

(1.4.17)

式中,N1為高壓繞組每相的匝數，N2為低壓繞組每相的匝數。圖1.4.19三相變壓器的連接方式舉例(a)Y/Y0

連接方式;(b)Y/△連接方式在Y/△連接時，如圖1.4.19(b)所示,高、低壓邊線電壓之比為

(1.4.18)

5)變壓器的額定值

變壓器的額定值是指變壓器制造廠在設計時為使變壓器能正常運行而所規(guī)定的使用數據。其主要額定值如下：

(1)額定電壓U1N/U2N。

原邊的額定電壓U1N是在變壓器額定運行狀態(tài)下，電網(電源)加至變壓器原邊的額定電壓；而副邊的額定電壓U2N是指變壓器原邊加上額定電壓U1N時副邊的空載電壓。在三相變壓器中，額定電壓均指線電壓。由于變壓器有內阻抗電壓降，所以副邊的空載電壓一般較額定負載時的電壓高5%～10%。

(2)額定電流I1N/I2N。

變壓器在額定運行狀態(tài)下，原、副繞組允許長時間連續(xù)通過的工作電流稱為額定電流。在三相變壓器中，額定電流均指線電流。

(3)額定容量SN。

變壓器的額定容量為副邊的額定電壓與額定電流的乘積，單位為千伏安(kV·A)。三相變壓器的額定容量為

(1.4.19)

單相變壓器的額定容量為

(1.4.20)

6)特殊變壓器

(1)自耦變壓器。前面討論的單相變壓器是雙繞組普通變壓器，而單相自耦變壓器只有一個繞組，其副繞組是原繞組的一部分，如圖1.4.20所示。單相自耦變壓器的工作原理和單相雙繞組普通變壓器的基本相同，也具有電壓變換和電流變換的功能,即

(1.4.21)圖1.4.20自耦變壓器的原理圖自耦變壓器適用于變比不大的場合。因為自耦變壓器原邊和副邊有直接的電的聯(lián)系，如果原、副邊共同的部分斷線(斷開)時，原邊高電壓將直接加到副邊負載端，從而發(fā)生危險性的事故。

實驗室中常用的調壓器就是一種可以改變副繞組匝數的自耦變壓器，其外形和原理圖如圖1.4.21所示。圖1.4.21調壓器(a)外形;(b)原理圖

(2)互感器。互感器是根據變壓器的原理制成的，互感器分為電流互感器和電壓互感器兩種。

①電流互感器。電流互感器用以測量線路中的大電流或高壓線路中的電流，如圖1.4.22(a)所示，其原理圖及其符號如圖1.4.22(b)、(c)所示。圖1.4.22電流互感器(a)實物圖;(b)原理圖;(c)圖形符號電流互感器的原繞組串接在被測電路中，原繞組的匝數很少(只有幾匝甚至一匝)，導線截面積較大。副繞組的匝數較多，導線截面積較小，并與內阻很小的電流表或其他儀表、

繼電器的電流線圈相連接。因此電流互感器運行情況就相當于一個副邊短路的變壓器。其原、副邊電流之比為

(1.4.22)

原邊(被測)電流為

(1.4.23)②電壓互感器。電壓互感器用以測量高壓線路的電壓，電壓互感器的外形及其圖形符號如圖1.4.23所示。

電壓互感器的原繞組并接在被測電路上，原繞組的匝數多,而副繞組的匝數較少，并與內阻較大的電壓表或其他儀表的電壓線圈相連接。因此，電壓互感器的運行情況就相當于一個空載運行的變壓器。其原、副邊電壓之比為

(1.4.24)圖1.4.23電壓互感器(a)實物圖;(b)圖形符號原邊被測電壓為

(1.4.25)

式中,Ku稱為電壓互感器的電壓變換系數。顯然，原邊電壓U1(被測電壓)可由副邊電壓U2(電壓表讀數)乘以電壓變換系數Ku求得。同樣，使用專門與電壓互感器配套的電壓表，可以從電壓表上直接讀出被測電壓。

電源變壓器電路

1.典型電源變壓器電路

如圖1.4.24所示的典型電源變壓器中，S1是電源開關，T1是電源變壓器，一般為降壓變壓器。當220V交流電壓經S1開關閉合后，加到電源變壓器T1的初級線圈兩端時，產生交流電流經S1從T1初級線圈上端流入，從其下端流出，構成交流回路。圖1.4.24典型電源變壓器電路

2.次級帶抽頭電源變壓器電路

圖1.4.25所示為次級帶抽頭電源變壓器電路，電路中的次級線圈有抽頭，且次級線圈下端接地，有uo1和uo2兩組交流輸出電壓。uo1是全部次級線圈輸出電壓，uo2是抽頭與地線之間的輸出電壓，所以交流輸出電壓uo1大于uo2，但電路中電流關系卻是i2>i1。圖1.4.25次級帶抽頭電源變壓器電路1.4.3異步電動機

1.三相異步電動機

1)三相異步電動機的結構

三相異步電動機主要由靜止部分和轉動部分兩個基本部分組成。靜止部分也稱為定子，轉動部分也稱為轉子。如圖1.4.26所示。圖1.4.26三相異步電動機的結構三相異步電動機的定子由機座、安裝在機座里面的圓筒形定子鐵心以及對稱的嵌放在定子鐵心槽內的三個彼此獨立的三相定子繞組三部分組成。三相定子繞組有六個出線端，每相繞組的始端和末端分別用A、B、C和X、Y、Z表示，通常把這六個出線端引到機座的接線盒上。在接線盒中的接線板上它們分別被重新標記為U1(A)、V1(B)、W1(C)和U2(X)、V2(Y)、W2(Z)。使用時可根據電源電壓和電動機銘牌的要求把三相定子繞組接成星形(“Y”形)或三角形(“△”形)，其接法如圖1.4.27所示。圖1.4.27三相異步電動機定子繞組的接法

2)三相異步電動機的工作原理

對于具有p對磁極的三相異步電動機，其旋轉磁場的轉速為

(1.4.26)

式中，f1為三相交流電源的頻率；p為三相異步電動機旋轉磁場的磁極對數。旋轉磁場的轉速亦稱為同步轉速。對某一臺三相異步電動機來說，f1和p通常是一定的，所以其旋轉磁場的轉速n0是一常數。我國的交流電源的頻率f=50Hz，對應于不同磁極對

數的三相異步電動機的旋轉磁場的轉速n0如表1.4.1所示。通常用轉差率s來表示異步電動機轉子轉速n與旋轉磁場轉速n0相差的程度，即

(1.4.27)

轉差率s是異步電動機的一個重要的物理量。正常運行時，三相異步電動機的轉差率很小;在額定負載時，三相異步電動機的轉差率約為1%~9%。

3)三相異步電動機的銘牌數據

在三相異步電動機的機座上都有一個銘牌，上面提供了電動機在額定運行時的主要技術數據。要正確、安全地使用電動機，就必須了解它的銘牌數據。下面以Y132M-4型電動

機的銘牌為例，來說明銘牌上各數據的含義。

(1)型號:為了滿足不同的用途和不同的工作環(huán)境的需要，三相異步電動機制成不同的系列，每種系列用各種型號表示。國產三相異步電動機的型號一般由漢語拼音字母和一些數字組成。上述銘牌所示電動機型號的含義如下：

常用三相異步電動機的產品名稱、代號及其漢字意義如表1.4.2所示。

Y、Y-L系列為一般用途的小型全封閉自扇冷式三相籠型異步電動機，功率為0.55kW~90kW。Y系列電動機定子繞組為銅線，Y-L系列電動機定子繞組為鋁線。

(2)接法:表示在正常運行情況下，電動機定子繞組的連接方法,有“Y”形和“△”形兩種接法。

(3)電壓(UN):指電動機在額定運行時應加在定子繞組上的線電壓值。

(4)電流(IN):指電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。

(5)功率(P2N):指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率值。

(6)效率(ηN):指電動機在額定運行時，電動機軸上輸出的機械功率P2N與電動機的輸入功率P1N(P1N=

UNINcosjN)的比值，即

(7)功率因數(cosjN):指電動機在額定運行時，電動機定子電路的功率因數，也就是電動機定子繞組的相電壓與相電流的相位差的余弦。

(8)轉速(nN):指電動機在額定運行時的轉速。

(9)絕緣等級:是按電動機所采用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。常用絕緣材料的等級及其極限溫度如表1.4.3所示。

(10)工作方式:三相異步電動機的工作方式可分為三種。

①連續(xù)工作方式(S1)：電動機可按銘牌上規(guī)定的使用數據長期連續(xù)運行。

連續(xù)工作方式的電動機適用于水泵、通風機、機床主軸等機械。

②短時工作方式(S2)：電動機只允許按規(guī)定的標準工作時間和功率短時運行。

我國專為短時工作方式設計的電動機，其標準工作時間分為15min、30min、60min、90min四種。對于某一臺電動機而言，對應不同的標準工作時間，其額定功率是不同的，其關系為P15>P30>P60>P90。通常這種電動機銘牌上標出的功率為P60。

短時工作方式的電動機適用于機床的輔助運動機構(如夾緊電動機、刀架快速移動電動機)、水閘閘門啟閉機等機械。③斷續(xù)周期性工作方式(S3)：電動機可按銘牌上規(guī)定的使用數據周期性間歇運行。

我國專為斷續(xù)周期性工作方式設計的電動機，其負載持續(xù)率分為15%、25%、40%、60%四種。對某一臺電動機而言，不同的負載持續(xù)率，其額定功率不同，其關系為P15>P25>P40>P60。通常這種電動機銘牌上標出的功率為P25。負載工作時間與停歇時間之和稱為一個周期，一個周期的總時間不大于10min。負載工作時間與整個周期之比稱為負載

持續(xù)率。

斷續(xù)周期性工作方式的電動機適用于起重設備、電梯等機械。

4)三相異步電動機的起動

電動機從接通電源開始轉動，轉速逐漸升高，直到電動機在一定轉速下穩(wěn)定運行為止，這一過程稱為起動過程。

(1)三相異步電動機的起動性能。

(2)三相異步電動機的起動方法。三相籠型異步電動機的起動方法有直接起動和降壓起動兩種。

(Ⅰ)星形-三角形換接起動。

如果電動機在正常運行時，其定子繞組是三角形接法，在起動時先接成星形，等電動機轉速上升到接近額定轉速時再換接成三角形。這種起動方法稱為星形-三角形換接起動。這樣在起動時，就把電動機定子每相繞組上所加的電壓降低到三角形接法下起動(即直接起動)時的。

圖1.4.28表示電動機定子繞組的兩種接法，|Z|為起動時定子每相繞組的等效阻抗。圖1.4.28電動機起動時定子繞組的等效電路(a)星形接法;(b)三角形接法當定子繞組連接成星形接法起動時，即降壓起動時，如圖1.4.28(a)所示。起動電流為

(1.4.28)

當定子繞組連接成三角形起動時，即直接起動時，如圖1.4.28(b)所示。起動電流為

(1.4.29)比較以上兩式:

(1.4.30)

對起動頻繁的小容量電動機，可以采用三極雙投開關來實現(xiàn)星形-三角形換接起動，如圖1.4.29所示。圖1.4.29星形-三角形換接起動的線路圖

(Ⅱ)自耦變壓器降壓起動。自耦變壓器降壓起動是利用三相自耦變壓器將電動機起動過程中的端電壓降低，以減小起動電流。當起動過程結束后，再給電動機加上額定電壓運行，同時把自耦變壓器從電源切除。

自耦變壓器降壓起動的原理圖如圖1.4.30所示。三相自耦變壓器為Y/Y連接，其原、副繞組端電壓之比為

(1.4.31)圖1.4.30自耦變壓器降壓起動的原理圖