《電工電子技術》課件-第6章

第6章交流電動機6.1三相異步電動機的基本結構

6.2三相異步電動機的工作原理

6.3三相異步電動機的運行方式

6.4單相異步電動機

6.5安全用電知識

本章小結習題與思考題

電動機是根據(jù)電磁感應原理將電能轉換為機械能的電磁設備，它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用最廣泛的動力機械。電動機分為直流電動機和交流電動機，而交流電動機又可分為同步電動機和異步電動機。除此之外，還有一些特殊用途的控制電機。6.1三相異步電動機的基本結構

三相異步電動機具有結構簡單、運行可靠、維護方便及成本低等優(yōu)點。三相異步電動機主要由定子和轉子兩部分組成，定、轉子之間有一個很窄的空氣隙。圖6-1為三相異步電動機的外形及結構示意圖。6.1.1定子部分

三相異步電動機的定子部分由定子鐵芯、定子繞組和機座(外殼)組成。圖6-1三相異步電動機的外形及結構

1．定子鐵芯

定子鐵芯是三相異步電動機的磁路部分。為了減小渦流和磁滯損耗，定子鐵芯由互相絕緣的硅鋼片疊成，內(nèi)圓表面有槽(如圖6-2所示)，用來放置定子繞組。定子鐵芯裝在由鋼制成的機座上。

2．定子繞組

三相異步電動機的定子繞組是電動機的電路部分，嵌放在定子鐵芯沖片的內(nèi)圓槽內(nèi)。三相異步電動機有三相繞組，三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端用U1、V1、W1標示，末端用U2、V2、W2標示。這六個出線端在接線盒里的排列如圖6-3所示，可以接成星形，也可以接成三角形。

3．機座

機座的作用是固定和支撐定子鐵芯和端蓋，它也是電動機磁路的一部分。中、小型異步電動機多采用鑄鐵機座，大型異步電動機則由鋼板焊接而成。圖6-2異步電動機的定子圖6-3定子繞組的接法6.1.2轉子部分

轉子部分是三相異步電動機的轉動部分，由轉子鐵芯、轉子繞組和轉軸組成。

1．轉子鐵芯

轉子鐵芯是用0.5mm的硅鋼片疊壓而成的，套在轉軸上，作用和鐵芯是相同的，一方面作為電動機的磁路部分，一方面用來安放轉子繞組。

2．轉子繞組

三相異步電動機的轉子繞組分為繞線式和鼠籠式兩種。

1) 繞線式轉子繞線式轉子的繞組和定子繞組相似，也是由絕緣導線做成繞組元件，放在轉子鐵芯槽內(nèi)，如圖6-4(a)所示，然后連接成對稱的三相繞組，一般接成星形。星形繞組的三根端線接到裝在轉軸上的三個銅滑環(huán)上，通過一組電刷把轉子繞組從三個接線端引出來并與外電路相連接(如圖6-4(b)所示)。一般把外接電阻串入轉子繞組回路中，以改善電動機的運行性能。

2) 鼠籠式轉子如圖6-5所示，在轉子鐵芯的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各有一個銅環(huán)把導條連接成一個整體，形成一個自身閉合的多相短路繞組。如去掉轉子鐵芯，整個繞組猶如一個“松鼠籠子”，由此得名鼠籠式轉子。圖6-4繞線式轉子圖6-5鼠籠式轉子6.1.3其他部分

其他部分包括端蓋、風扇等。端蓋除了起防護作用外，在其上還裝有軸承，用以支撐轉子軸。風扇用來通風冷卻電動機。三相異步電動機的定子與轉子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm～1.5mm，如果氣隙太大，電動機運行時的功率因數(shù)將降低；氣隙太小，使裝配困難，運行不可靠，高次諧波磁場增強，從而使附加損耗增加以及啟動性能變差。6.2三相異步電動機的工作原理

在三相異步電動機的三相定子繞組中通入三相電流，便會產(chǎn)生旋轉磁場并切割轉子導體，在轉子電路產(chǎn)生感應電流，轉子在磁場中受力產(chǎn)生電磁轉矩，從而使轉子旋轉。所以，旋轉磁場的產(chǎn)生是轉子轉動的先決條件。6.2.1旋轉磁場

1．旋轉磁場的產(chǎn)生

三相異步電動機的定子繞組嵌放在定子鐵芯槽內(nèi)，按一定規(guī)律連接成三相對稱結構。三相繞組U1U2、V1V2、W1W2在空間互成120°，把它們連接成星形，如圖6-6所示。當三相繞組接上三相對稱電源時，電流的參考方向如圖6-7所示，則三相繞組中便有三相對稱電流，即

iU=Imsinωt

iV=Imsin(ωt-120°)

iW=Imsin(ωt+120°)圖6-6三相繞組連接示意圖圖6-7三相對稱電流波形圖由圖6-7可知，在ωt=0時，iU=0，iV為負，說明實際電流的方向與iV的參考方向相反，即V2端流入，V1端流出；iW為正，說明實際電流方向與iW的參考方向一致，即W1端流入，W2端流出。合成磁場的方向根據(jù)右手螺旋定則判斷可知是自上而下，如圖6-8(a)所示。圖中表示電流流入，⊙表示電流流出。當ωt=120°時，iV=0，iU為正，實際電流方向與iU的參考方向一致，即U1端流入，U2端流出；iW為負，實際電流方向與iW的參考方向相反，即W2端流入，W1端流出。合成磁場的方向在空間順時針方向轉過了120°，如圖6-8(b)所示。當ωt=240°時，iW=0，iU為負，實際電流方向與iU的參考方向相反，即U2端流入，U1端流出；iV為正，實際電流方向與iV的參考方向一致，即V1端流入，V2端流出。合成磁場的方向在空間順時針方向又轉過了120°，如圖6-8(c)所示。當ωt=360°時，三相電流與ωt=0時的情況相同，合成磁場的方向在空間順時針方向又轉過120°，回到ωt=0時的位置,如圖6-8(d)所示。圖6-8三相電流產(chǎn)生的旋轉磁場

2．旋轉磁場的方向由圖6-8可知，三相繞組中的合成磁場的旋轉方向是由三相繞組中電流變化的順序(電流的相序)決定的。若在三相繞組U、V、W中通入三相正序電流(iU→iV→iW)，則旋轉磁場將按順時針方向旋轉，而通入三相逆序電流(iU→iW→iV)時，旋轉磁場將沿逆時針方向旋轉。實際應用中，把電動機與電源相連的三相電源線調換任意兩根后，即可改變電動機的旋轉方向。

3．旋轉磁場的轉速

旋轉磁場的轉速取決于磁極對數(shù)p。前面的分析過程中，每相有一個繞組，繞組首端之間的相位差為120°，產(chǎn)生的是一對磁極(p=1)。當每相有兩個繞組串聯(lián)時，繞組首端之間的相位差為120°/2=60°空間角，產(chǎn)生的旋轉磁場具有兩對磁極(p=2)。以此類推，改變每相繞組的個數(shù)，就可改變旋轉磁場的磁極對數(shù)。如果磁極對數(shù)為1，則當三相電流變化一個周期時，合成磁場在空間旋轉一周。設三相電流的頻率為f1，則旋轉磁場每分鐘的轉速為

n0=60f1(r/min)

(6-1)如果磁極對數(shù)不為1，根據(jù)分析可知，p對磁極的異步電動機的旋轉磁場的轉速為即旋轉磁場的轉速n0取決于電源頻率和電動機的磁極對數(shù)p。旋轉磁場的轉速亦稱同步轉速。我國工業(yè)用電頻率f1為50Hz，由式可見，對應于不同極對數(shù)p有不同的旋轉磁場轉速n0,見表6-1。表6-1旋轉磁場的轉速6.2.2三相異步電動機的工作原理及轉差率

1．轉動原理

在三相異步電動機定子的三相繞組中通入對稱的三相電流時，就會產(chǎn)生一個以同步轉速n0旋轉的圓形旋轉磁場。由于轉子是靜止的，轉子與旋轉磁場之間有相對運動，相當于轉子導體沿旋轉磁場的反方向切割定子繞組產(chǎn)生的磁場，轉子導體因切割定子旋轉磁場而產(chǎn)生感應電動勢，其方向由“右手定則”確定。異步電動機的工作原理如圖6-9所示。因轉子繞組自身是閉合的，故轉子繞組內(nèi)便有電流流通。載流的轉子導體在磁場中受電磁力F的作用(電磁力的方向可用“左手定則”確定)形成一電磁轉矩，在此轉矩的作用下，轉子便沿旋轉磁場的方向轉動起來，其轉速用n表示。轉速n總是要小于旋轉磁場的同步轉速n0，否則，兩者之間沒有相對運動，就不會產(chǎn)生感應電動勢及感應電流，電磁轉矩也無法形成，電動機就不可能旋轉，即n0＞n是異步電動機旋轉的必要條件。這也是異步電動機名稱的由來。又因轉子中的電流是感應產(chǎn)生的，故又稱感應電動機。圖6-9異步電動機的工作原理

2．轉差率

通常，同步轉速n0與轉子轉速n的差值稱為轉差，轉差與n0的比值稱為異步電動機的轉差率，用s表示，即轉差率s是描繪異步電動機運行情況的一個重要物理量。轉差率s與電動機的轉速、電流等有著密切的關系：電動機停轉時(n=0)，轉差率s=1達到最大值，轉子導體中的感應電流也最大；電動機空載運行時，n接近于n0，轉差率s最小，轉子導體中的感應電流也隨之變小。顯然，電動機的轉差率隨電動機轉速n的升高而減小。一般異步電動機的轉差率很小，通常用百分數(shù)表示。(6-3)轉差率s是描繪異步電動機運行情況的一個重要物理量。轉差率s與電動機的轉速、電流等有著密切的關系：電動機停轉時(n=0)，轉差率s=1達到最大值，轉子導體中的感應電流也最大；電動機空載運行時，n接近于n0，轉差率s最小，轉子導體中的感應電流也隨之變小。顯然，電動機的轉差率隨電動機轉速n的升高而減小。一般異步電動機的轉差率很小，通常用百分數(shù)表示。異步電動機可以做電動機運行，也可以做發(fā)電機和電磁制動運行，依據(jù)轉差率s的大小就可以判斷電動機的運行狀態(tài)。

(1)當0＜s＜1時，為電動機運行狀態(tài)；

(2)當-∞＜s＜0時，為發(fā)電機運行狀態(tài)；

(3)當1＜s＜+∞時，為電磁制動運行狀態(tài)。

例6-1

某臺異步電動機的額定轉速nN=1430r/min，電源的頻率f1=50Hz，試求該電機的同步轉速、磁極對數(shù)和額定轉差率。

解由于異步電動機的額定轉速略低于并接近于同步轉速，由表6-1可知，該電動機的同步轉速取n0=1500r/min,磁極對數(shù)為額定轉差率為6.3三相異步電動機的運行方式

6.3.1三相異步電動機的功率和轉矩

1．三相異步電動機的功率

三相異步電動機運行時，輸入的是從電源獲取的電功率，輸出的是機械功率。電源輸入給電動機的電功率P1按三相電路電功率的計算方法，即(6-4)三相異步電動機工作時也有損耗，在定子方面有鐵損耗和銅損耗。從輸入的電功率P1中減去這兩項損耗，就是傳到轉軸上的電磁功率P。轉子在轉動過程中有銅損耗和由于各種摩擦引起的機械損耗。電磁功率去掉這些損耗才是轉軸輸出的機械功率P2,

P2=P-ΔP

(6-5)輸出功率P2與輸入功率P1之比，稱為異步電動機的效率，通常用百分數(shù)表示,即(6-6)

例6-2

某三相異步電動機的額定功率P2=75kW，額定電壓UN=380V，額定電流IN=139.7A，功率因數(shù)cosφ=0.9，求輸入功率P1及電動機的效率。

解輸入功率電動機的效率

2．功率和轉矩的關系

異步電動機功率和轉矩的關系是當電動機在額定狀態(tài)下運行時，有式中:TN——電動機輸出的額定轉矩(N·m)；

PN——電動機的額定功率(W)；

nN——電動機的額定轉速(r/min)。(6-7)(6-8)

例6-3

某三相異步電動機，額定功率為11kW，額定轉速為730r/min，求電動機的額定輸出轉矩。解6.3.2三相異步電動機的機械特性

機械特性是指在一定條件下，電動機的轉速與轉矩之間的關系，即n=f(T)。因為異步電動機的轉速n與轉差率s之間存在一定的關系，所以異步電動機的機械特性常用T=f(s)的形式表示，稱為T—s曲線。三相異步電動機的固有機械特性是指在額定頻率下，定子繞組按規(guī)定的接線方式連接，定、轉子外接電阻為零時T與s的關系,如圖6-10所示。下面介紹曲線上的幾個特殊點。

1)啟動點A電動機接通電源，開始啟動瞬間，其工作點位于A點，此時n=0，s=1。電動機尚未轉動的瞬間軸上產(chǎn)生的轉矩稱為電動機的啟動轉矩，用Tst表示。定子電流叫啟動電流，用Ist表示，一般是額定電流的4～7倍。圖6-10異步電動機的機械特性曲線圖

2)臨界點B

B點是機械特性曲線中線性段(D~B)與非線性段(B~A)的分界點。電動機在線性段上工作是穩(wěn)定的，而在非線性段上工作是不穩(wěn)定的。B點時電動機產(chǎn)生的電磁轉矩最大。

3) 穩(wěn)定工作點C電動機穩(wěn)定運行時，工作點位于C點，此時n1=nN，s=sN，T=TN。TN表示電動機的額定轉矩，即電動機帶額定負載時的電磁轉矩，此時的電流為額定電流。

4) 同步轉速點D在D點，轉子轉速達到同步轉速。此時n=n0，電流、轉差率、電磁轉矩均為0。6.3.3三相異步電動機的啟動異步電動機從接通電源開始，轉速從零增加到對應負載下穩(wěn)定轉速的過程稱為啟動過程，簡稱啟動。電動機啟動性能的好壞，是衡量電動機運行性能的一個重要指標。在電動機啟動的瞬間，其轉速n=0，轉差率s=1，轉子電流達到最大值，這時定子電流也達到最大值。啟動電流一般為電動機額定電流的4～7倍，這樣大的啟動電流在短時間內(nèi)會使線路上產(chǎn)生較大的電壓降，而使負載的端電壓降低，影響鄰近負載的正常工作。因此，電動機啟動的主要缺點是啟動電流過大。為此，常采用降低定子電壓、轉子串適當?shù)碾娮璧确椒▉砀淖儺惒诫妱訖C啟動性能。

1．直接啟動

直接啟動就是利用閘刀開關或接觸器將電動機定子繞組直接接到電源上，也叫全壓啟動，如圖6-11所示。直接啟動的優(yōu)點是設備簡單，操作方便，啟動過程短。對于一般小型的鼠籠式異步電動機，如果電源容量足夠大，應盡量采用直接啟動的方法。判斷一臺電動機能否直接啟動，還得遵照下面的經(jīng)驗公式來確定：式中：Ist——異步電動機的啟動電流；

IN——異步電動機的額定電流。如果電動機的容量較大，不滿足直接啟動條件，則必須采用降壓啟動。圖6-11直接啟動

2．降壓啟動

降壓啟動是指電動機在啟動時降低加在定子繞組上的電壓，啟動結束時加額定電壓運行的啟動方式。

1)Y-△降壓啟動

Y-△降壓啟動指啟動時將定子繞組接成Y形，啟動結束穩(wěn)定運行時將定子繞組接成△形的啟動方法。如圖6-12所示，啟動時，將QS2扳向下方，定子繞組為Y形接法；待轉速上升到接近額定轉速時，將SQ2扳向上方，定子繞組轉換為△形接法。對于運行時定子繞組為Y形接法的異步電動機，則不能用Y-△降壓啟動。圖6-12Y-△降壓啟動由前面所學知識可知，對于Y-△降壓啟動，Y形啟動時的電流只有△形啟動的1/3，限制了啟動電流。另外，由于電磁轉矩與定子繞組電壓的平方成正比，使得啟動轉矩減小為直接啟動的1/3，啟動過程較長。

2) 自耦降壓啟動自耦降壓啟動指利用自耦變壓器將電壓降低后加到電動機定子繞組上，當電動機轉速接近額定轉速時，切除自耦變壓器，再加額定電壓的啟動方法。如圖6-13所示，啟動時把QS2扳到啟動位置，使三相交流電源經(jīng)自耦變壓器降壓后，接在電動機的定子繞組上，這時電動機定子繞組得到的電壓低于電源電壓，因而減小了啟動電流，待電動機轉速接近額定轉速時，再把QS2從啟動位置迅速扳到運行位置，此時定子繞組得到的是額定電壓。圖6-13自耦變壓器降壓啟動自耦降壓啟動時，電動機定子繞組電壓為直接啟動時的1/K(K為變壓比)，定子電流也為直接啟動時的1/K，而電磁轉矩與外加電壓的平方成正比，故啟動轉矩為直接啟動轉矩的1/K2。自耦變壓器通常有幾個抽頭，可輸出不同的電壓，如電源電壓的80%、60%、40%等，可供用戶選用。自耦變壓器一般適用于大功率的電動機啟動，且運行時采用星形連接的鼠籠式異步電動機。

3) 轉子串電阻的降壓啟動繞線式異步電動機啟動時，只要在轉子電路串入適當?shù)膯与娮?，如圖6-14所示，就可以達到減小啟動電流增大啟動轉矩的目的。啟動過程中應逐步切除啟動電阻，啟動完畢后將啟動電阻全部短接，電動機正常運行。除在轉子回路中串電阻啟動外，目前用得多的是在轉子回路串接頻敏變阻器啟動，該變阻器在啟動過程中能自動減小阻值，以代替人工切除啟動電阻。圖6-14繞線式異步電動機串電阻降壓啟動6.3.4三相異步電動機的制動

由于電動機的轉動部分有慣性，當電源切斷后，電動機還會繼續(xù)轉動一定時間后才停止轉動。為了提高生產(chǎn)機械的生產(chǎn)率，并為了安全起見，往往要求電動機能夠迅速停車和反轉，這就需要對電動機制動。對電動機的制動也就是在電動機停電后施加與其旋轉方向相反的制動轉矩。三相異步電動機常用的制動方法有能耗制動、反接制動和再生發(fā)電制動。

1．能耗制動

能耗制動是在切斷三相電源的同時，在電動機三相定子繞組的任意兩相中通以一定電壓的直流電，直流電流將產(chǎn)生固定磁場，而轉子由于慣性繼續(xù)按原方向轉動，根據(jù)右手定則和左手定則不難確定，這時轉子電流與固定磁場相互作用產(chǎn)生的電磁轉矩與電動機轉動的方向相反，因而可起制動的作用，如圖6-15所示。制動轉矩的大小與通入定子繞組的直流電流的大小有關，一般為電動機額定電流的0.5倍，可通過調節(jié)電位器RP來控制。因為這種制動方法是利用消耗轉子的動能(轉換為電能)來進行制動控制，所以稱為能耗制動。能耗制動的優(yōu)點是制動平穩(wěn)、消耗電能少，但需要直流電源。一些金屬切削機床常采用這種制動方法。圖6-15能耗制動

2．反接制動

反接制動是利用電動機的反向轉矩進行制動的。如圖6-16所示，當電動機停車時，在切斷電源后將接在電動機上的三相電源中的任意兩相對調位置，再合上電源，使同步旋轉磁場方向反向，產(chǎn)生一個與轉子旋轉方向相反的電磁轉矩(制動轉矩)，使電動機迅速減速。當轉速接近零時，利用控制電氣迅速切斷電源，否則電動機將反轉。在反接制動時，由于旋轉磁場轉速n0與轉子轉速n之間的轉速差很大，轉差率s＞1，因此電流很大。為了限制電流及調整制動轉矩的大小，常在定子電路(鼠籠式)或轉子電路(繞線式)中串入適當電阻。反接制動不需要另備直流電源，結構簡單，且制動力矩較大、停止迅速，但機械沖擊和能耗較大，一般在中、小型車床和銑床等機床中使用這種制動方法。圖6-16反接制動

3．再生發(fā)電制動

當轉子的轉速n超過旋轉磁場的同步轉速n0時，也會產(chǎn)生制動轉矩。如多速電動機從高速調到低速的過程中，極對數(shù)增加時旋轉磁場的轉速n0立即隨之減小，但由于慣性，電動機的轉速n只能逐漸下降，這時出現(xiàn)了n＞n0的情況；起重機快速下放重物時，重物拖動轉子也會出現(xiàn)n＞n0的情況。當n＞n0時，電動機轉子繞組切割定子旋轉磁場方向與原電動狀態(tài)相反，轉子繞組中的感應電流方向也相反，從而使得電磁轉矩的方向相反，即電動機的轉速n與同步轉速n0的方向相反，變成了制動轉矩，如圖6-17所示。此時電動機已轉入發(fā)電機運行，將重物的位能轉換為電能回饋到電網(wǎng)。圖6-17再生發(fā)電制動6.3.5三相異步電動機的調速

所謂調速是指負載不變時，根據(jù)需要人為地改變電動機的轉速。根據(jù)式(6-2)、式(6-3)可得由式(6-10)可看出，異步電動機可通過改變電源頻率、極對數(shù)或轉差率實現(xiàn)調速。三相異步電動機常用的調速方法有變極調速、變頻調速和變轉差率調速。(6-10)

1．變極調速

對于三相異步電動機來說，可通過改變其定子繞組的接法實現(xiàn)改變旋轉磁場的極對數(shù)，從而達到改變電動機轉速的目的，這種方法稱為變極調速。由于磁極對數(shù)只能成倍改變，所以這種調速方法是有級調速，不能平滑調速。目前生產(chǎn)的YD系列多速電動機，通過改變定子繞組的接法可實現(xiàn)雙速、三速、四速等。變極調速時需要一個較為復雜的轉換開關，但整個設備相對比較簡單，常用于需要調速又要求不高的場合。

2．變頻調速

變頻調速就是利用變頻裝置改變交流電源的頻率來實現(xiàn)調速。變頻裝置主要由整流器和逆變器兩大部分組成，如圖6-18所示。整流器先將50Hz的三相交流電變換成直流電，再由逆變器將直流電逆變?yōu)轭l率和電壓連續(xù)可調的三相交流電，供給電動機。當改變頻率時，即可改變電動機的轉速。這種方法可以使電動機實現(xiàn)無級調速，并具有較硬的機械特性。

3．變轉差率調速

變轉差率調速是指在不改變同步轉速n0的條件下，通過在轉子電路串入調速電阻(和串入啟動電阻相同)來實現(xiàn)調速。這種調速只適用于繞線式電動機。這種調速方法的優(yōu)點是有一定的調速范圍，設備簡單，但能耗較大，效率較低，廣泛用于短時工作制且對效率要求不高的起重設備中。圖6-18變頻裝置6.4單相異步電動機

在單相電源作用下運行的異步電動機稱為單相異步電動機。單相異步電動機與功率相同的三相異步電動機相比，體積較大，運行性能較差。但單相異步電動機的供電電源方便，因此被廣泛應用于洗衣機、電冰箱、電風扇等家用電器。6.4.1單相異步電動機的結構及工作原理

單相異步電動機主要由定子和轉子組成。定子上一般有兩套繞組，一套是主繞組，又稱工作繞組；一套是副繞組，又稱啟動繞組。主、副繞組在空間上相隔90°電角度。轉子繞組大多是鼠籠式的。定子上的主繞組是一個單相繞組，當單相正弦電流通過定子主繞組時，會產(chǎn)生一個空間位置固定不變，而大小和方向隨時間作正弦交變的脈動磁場，與三相異步電動機不同的是該脈動磁場不是旋轉磁場，如圖6-19所示。由于脈動磁場不能旋轉，轉子導條不會切割磁力線，故不能產(chǎn)生啟動轉矩，因此單相異步電動機不能自行啟動。圖6-19單相異步電動機脈動磁場6.4.2單相異步電動機的啟動

因為單相異步電動機有兩套繞組，而且兩套繞組接同一個電源，為使流入兩套繞組中的電流相位不同，需要人為地使它們的阻抗不同，這種方法稱為分相。分相的結果是使電動機氣隙中出現(xiàn)了橢圓形旋轉磁場，從而使電動機能自行啟動。

1．電容分相的單相異步電動機

在啟動繞組回路中串接啟動電容C和離心開關S，電容C的接入使兩相電流分相，如圖6-20所示。啟動時，S處于閉合狀態(tài)，電動機兩相啟動。當轉速達到一定數(shù)值時，離心開關S因機械離心作用而斷開，使電動機進入單相運行。圖6-20電容分相的單相異步電動機

2．電阻分相的單相異步電動機電阻分相的單相異步電動機的啟動繞組不串聯(lián)電容而采用串聯(lián)電阻的方法來對繞組的電流分相，但由于此時工作電流與啟動電流之間的相位差較小，因此其啟動轉矩較小，只適用于空載或輕載啟動的場合。

3．罩極式單相異步電動機如圖6-21所示，罩極式單相異步電動機的定子一般都采用凸極式的，工作繞組套在凸極的極身上。每個極的極靴上開有一個槽，槽內(nèi)放置有短路銅環(huán)，銅環(huán)罩住整個極面的三分之一，故稱罩極電動機。短路銅環(huán)起了啟動繞組的作用。圖6-21罩極式單相異步電動機結構示意圖當工作繞組接入單相交流電源后，磁極內(nèi)即產(chǎn)生一脈振磁場。脈振磁場的交變使短路環(huán)產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，根據(jù)楞次定律可知，環(huán)內(nèi)將出現(xiàn)一個阻礙原來磁場變化的新磁場，從而使短路環(huán)內(nèi)的合成磁場變化總是在相位上落后于環(huán)外脈振磁場的變化?？梢园循h(huán)內(nèi)、外的磁場設想為由兩相有相位差的電流所形成，這樣分相的結果是使氣隙中出現(xiàn)橢圓形旋轉磁場。由于這種分相方法的相位差并不大，因此啟動轉矩也不大。所以，罩極式單相異步電動機只適用于負載不大的場所，如電唱機、電風扇等。6.5安全用電知識在使用電能的過程中，如果不注意安全用電，就有可能造成人身觸電傷亡事故或電氣設備的損壞，甚至影響到電力系統(tǒng)的安全運行。因此，在使用電能的同時，要了解安全用電常識、觸電形式及急救方法，正確使用各種電氣設備。

6.5.1電流對人體的作用

1．電流對人體的傷害人體接觸或接近帶電體所引起的人體局部受傷或死亡的現(xiàn)象稱為觸電。根據(jù)人體受到傷害的程度不同，觸電分為電傷和電擊兩種。

1)電傷電傷是指電流的熱效應、化學效應和機械效應對人體外表造成的傷害，如電弧灼傷，熔化的金屬飛濺到皮膚上造成燒傷等。

2)電擊電擊是指電流通過人體內(nèi)部而造成的傷害。根據(jù)大量觸電事故資料的分析和實驗證明，電擊傷人的程度，由通過人體的電流強度、電流頻率、通過人體的途徑、作用于人體的電壓、持續(xù)時間長短及觸電者本人的健康狀況來決定。若電流通過大腦，會對大腦造成嚴重損傷；電流通過脊髓，會造成癱瘓；電流通過心臟，會引起心室顫動甚至心臟停止跳動?？傊?，以電流通過或接近心臟和腦部最為危險。通電時間越長，觸電的傷害程度就越嚴重。

2．安全電流及有關因素實踐證明，常見的50Hz~60Hz工頻交流電的危險性最大，高頻電流的危害性較小。通過人體的電流雖小但時間過長時也有危險。其危害程度取決于通過人體的電流大小與通電時間。如果通過人體的交流電超過20mA或直流電流超過80mA，就會使人感覺麻痛或劇痛，呼吸困難，自己不能擺脫電源，會有生命危險。隨著電流的增大，危險性增大，當有100mA以上的工頻電流通過人體時，人在很短的時間里就會窒息，心臟停止跳動，失去知覺，出現(xiàn)生命危險。

3．安全電壓和人體電阻

人體電阻主要集中在皮膚，一般在40～80kΩ，皮膚干燥時電阻較大，而皮膚潮濕、有汗或皮膚破損時人體電阻可下降到幾十到幾百歐姆。根據(jù)觸電危險電流和人體電阻，可計算出安全電壓為36V。但電氣設備環(huán)境越潮濕，使用安全電壓越低。

GB3805—1983標準規(guī)定安全電壓等級為42V、36V、6V，可供不同條件下使用的電氣設備選用。一般36V以下的電壓不會造成人員傷亡，故稱36V為安全電壓。通常機床上照明用電為36V，船舶、坦克、汽車電源用電為24V或12V。6.5.2觸電形式與急救措施

1．觸電形式人體觸電形式有單相觸電、兩相觸電和電氣設備外殼漏電等多種形式。

1)單相觸電單相觸電可分為三相四線制單相觸電和三相三線制單相觸電。三相四線制單相觸電如圖6-22(a)所示，人體的某一部位接觸一根火線，另一部位接觸大地。這樣，人體、大地、中線、一相電源繞組形成閉合回路。人體承受相電壓，構成三相四線制單相觸電。三相三線制單相觸電如圖6-22(b)所示，由于輸電線路與大地均屬導體，二者間存在電容，當人體某部位接觸火線時，人體、大地、輸電線路對地電容構成閉合回路，引起觸電事故。這種觸電形式與回路電流和輸電線路對地電容的大小有關，輸電線路越長，則對地電容越大，對人體的危害也就越大。

2)兩相觸電如圖6-23所示，當人的雙手或人體的某部位分別接觸三相電中的兩根火線時，不管中性點接地與否，人體承受線電壓，這時，就會有一個較大電流通過人體。這種觸電形式是最危險的。圖6-22單相觸電圖6-23兩相觸電

3)發(fā)生觸電的一般原因

(1)人們在工作場合沒有遵守安全操作規(guī)程，直接接觸或過分靠近電氣設備的帶電部分。

(2)不懂電氣技術或對電氣技術一知半解的人，到處亂拉電線和電燈而造成的觸電。

(3)人體接觸到因絕緣損壞而帶電的電氣設備外殼或與之相連接的金屬構架。

(4)電氣設備安裝不符合規(guī)程的要求。

2．觸電急救當發(fā)現(xiàn)有人觸電時，應當及時搶救。方法是：首先迅速切斷電源，或采用絕緣品如干木棒等迅速使電源線斷開，使觸電者脫離電源。當觸電者脫離電源被救下以后，如果處于昏迷狀態(tài)，但未失去知覺，應使觸電者在空氣流通的地方靜臥休息；同時請醫(yī)生前來或送醫(yī)院診治。如果觸電者有心跳但呼吸停止，需用人工呼吸的方法進行搶救。觸電者既無心跳又無呼吸時，應采用胸外擠壓法與人工呼吸法同時進行搶救。6.5.3保護接地和保護接零電氣設備由于絕緣老化、磨損或被過電壓擊穿，致使電氣設備的金屬外殼帶電，就有可能引起電氣設備損壞或人身觸電事故。為了防止這類事故的發(fā)生，最常用的保護措施是接地與接零。

1．保護接地

1)工作接地為了保證用電安全，電力系統(tǒng)通常將中性點經(jīng)一定方式接地，稱之為工作接地，如圖6-24所示。

2)保護接地將電動機、變壓器等電氣設備的金屬外殼及與外殼相連的金屬構架，通過接地裝置與大地連接起來，稱為保護接地，如圖6-25所示。保護接地適用于中性點不接地的低壓電網(wǎng)。圖6-24工作接地圖6-25保護接地

2．保護接零在有工作接地的供電系統(tǒng)中將電氣設備的金屬外殼及其構架部分與零線相連接，就叫保護接零，如圖6-26所示。當圖6-26所示的設備的某相繞組與機殼相碰短路時，因有接零保護使該相電源短接，電流很大，從而使電源開關跳閘或將該相保險絲熔斷而斷電。必須強調指出，對于中性點接地的三相四線制供電系統(tǒng)，電氣設備宜采用保護接零。在采用保護接地和保護接零時，必須注意以下幾點：

(1)在同一供電系統(tǒng)中，不允許電氣設備一部分采用接零保護，另一部分采用接地保護。因為當采取保護接地的設備中一相與外殼接觸時，會使電源中性線出現(xiàn)對地電壓，使接零的設備產(chǎn)生對地電壓，造成更多的觸電機會。圖6-26保護接零

(2)在采用保護接零時，接零的導線必須接牢固，以防脫線。在零線上不允許裝熔斷器和開關。

(3)為使火線碰殼時保護可靠地動作，要求接零、接地保護的導線要粗，阻抗不能太大，接地電阻一般規(guī)定不超過4Ω。因此，接地裝置的安裝要嚴格按照有關規(guī)定。在安裝完畢后，必須定期嚴格檢查接地電阻值，判斷其是否合乎要求。

3．重復接地

在中性點接地系統(tǒng)中，除了變壓器中性點接地外，為防止零線斷線或線路電阻過大，還應在零線的多處再接地，這就叫做重復接地，如圖6-27所示。圖6-27重復接地本章小結

(1)三相異步電動機的結構主要分為定子和轉子。定子繞組中通以三相交流電源，產(chǎn)生旋轉磁場，轉子繞組在旋轉磁場的作用下產(chǎn)生感應電流，這個感應電流受旋轉磁場作用而產(chǎn)生電磁力，由電磁力產(chǎn)生電磁轉矩使轉子轉動起來。改變?nèi)嚯娫吹南嘈蚩梢愿淖冃D磁場的轉動方向，繼而改變電動機的轉動方向。

(2)定子所產(chǎn)生的旋轉磁場的轉速稱為同步轉速n0，即電動機的轉速n接近同步轉速但始終小于同步轉速，兩者的差異用轉差率s表示