电工基础第五章课件.ppt

1、tUumUsin)120sin(0tUumV)120sin(0tUumW三相电压波形和向量图如下：（1）波形图 （2）向量图由图形分析可知，三个相电压具有如下特点：三个相电压达到相同状态（最大值或零）的先后顺序称为三相电源的相序相序。上述相电压到达相同状态的顺序依次是U相、V相、W相，我们把这样的相序称为正序。相序在三相交流电路中是一个重要的概念，如在三相异步电动机中，可通过改变相序改变电动机的转向。0WVUuuu0WVUUUU5.1.2 三相正弦交流电源的连接三相正弦交流电源的连接 三相正弦交流电源的连接形式有星形和三角形两种，在这里我们主要讨论三相电源的星形连接（如下图）。将三相绕组的末端

2、连于一点，始端分别与负载连接的形式称为三相电源的星形（Y形）连接。三个末端相连接的点称为中性点或零点，用字母“N”表示，从中性点引出的导线叫做中性线或零线。从始端分别引出的三根导线叫做相线或端线，我们也常称之为火线。由三根相线与中性线组成的输电方式叫做三相四线制，常用于低压配电系统；只由三根相线组成的输电方式叫做三相三线制，常用于高压输电系统。相线与中性线之间的电压称为相电压。三个相电压最大值相等，频率相同，相位互差1200，即为对称相电压，其有效值通常用UP表示。任意两相线之间的电压叫做线电压。三个线电压也是对称的，其有效值通常用UL表示。根据线电压和相电压的关系，可作出线电压和相电压向量图

3、，如下图所示。由向量图分析可知：在星型连接中，各线电压有效值为相电压有效值的 倍，线电压比对应相电压在相位上超前300。35.2 三相负载的连接 根据负载对电源的要求，我们所使用的负载可分为单相负载和三相负载。单相负载是指仅需单相电源供电的负载，负载接在三相电源的任一相线与中性线之间，如日常生活中使用的电灯、电烙铁及常用家用电器。三相负载是指需要三相电源供电的负载，根据每相负载的额定电压，三相负载有星形连接和三角形连接之分。在三相负载中，如果每相负载的电阻、电抗分别相等，则称为三相对称负载。每相负载上的电压称为负载上的相电压；流过三相电源相线的电流称为线电流；流过每相负载的电流称为相电流；流过

4、中性线的电流称为中性线电流。5.2.1 负载的星形连接负载的星形连接负载星型连接如下图所示 （a）（b）其中（a）图为三相四线制连接，（b）图为三相三线制连接。两种连接形式的区别在于三相四线制中无论每相负载对称与否，负载上的相电压始终保持对称，等于电源的相电压；而三相三线制中只有在三相对称负载情况下，负载上的相电压才对称。因此，对于不对称三相负载，要使其正常工作，必须使用三相四线制。下面以三相四线制为例来分析对称三相电路。首先，在不考虑输电线上压降时，每相负载上的相电压等于电源相电压，即PPUUPLUU3pLUU3 又 故 由电路特点可知，线电流等于相电流PLIIZUIIIIPp321P321

5、0321III0321NNiiiii因为各负载上相电压对称，所以相电流大小相等，即 各相电流与对应相电压相位差相等，即 可见，相电流也是对称的。故根据KCL，可知 由此可见，在三相四线制对称三相电路中，中性线上电流为零，故可省去中性线。当三相负载不对称时，各相电流不对称，中性线上电流不为零，不能省去中性线。对三相不对称负载，中性线的存在可保证负载上的相电压对称，负载仍能正常工作；一旦去掉中性线，阻抗小的负载分得电压会低于其额定电压，而阻抗大的负载分得电压会高于其额定电压，导致负载均不能正常工作，甚至造成严重事故。因此，在中性线上不准安装保险丝和开关，另外需尽可能是三相负载对称，以减小中性线电流

6、。5.2.2 负载的三角形连接负载的三角形连接负载的三角形连接如下图所示LPUU 由图可见，三角形连接中，每相负载分别接在两根相线之间。因此，无论负载对称与否，各相负载上的相电压均等于电源线电压，即 当三相负载对称时，因为各负载上的相电压对称，所以相电流大小相等，即 ZUIIIIPp312312P32131121iii12232iii23313iii 各相电流与对应线电压相位差相等，即 可见，相电流也是对称的。根据KCL可知，线电流与相电流满足下列关系31121III12232III23313III写成向量形式即为 根据线电流和相电流的关系，可作出线电流和相电流向量图，如下图所示。由向量图分析

7、可知：在三角形连接中，线电流有效值为相电流有效值的3倍，各线电流滞后对应相电流300。321321321SSSSQQQQPPPP当三相负载对称时，各相负载上的功率相等，故5.3三相电路的功率三相电路的功率三相电路的功率是指各相电路功率之和，即 PPPPPPPPPIUSSIUQQIUPP33sin33cos33 pLUU3PLIIcos3LLIUPLPUUPLII3cos3LLIUP当负载作星形连接时，因 故 当负载作三角形连接时，因 故 cos3LLIUP sin3LLIUQ LLIUS3 可见，不论三相对称负载作何种形式连接，其有功功率均可写成 按上述有功功率的分析方法，可得对称三相电路的无

8、功功率和视在功率分别为 5.4 三相异步电动机的概述三相异步电动机的概述 根据电磁原理进行电能与机械能互换的设备称为电机。将电能转换为机械能的电机称为电动机；将机械能转换为电能的电机称为发电机。电动机是工农业生产中使用最广泛的动力设备，其按照去用电能的不同分为交流电动机和直流电动机两大类。交流电动机有可分为异步电动机和同步电动机。由于异步电动机具有结构简单、价格便宜、工作可靠等优点，因此应用非常广泛。5.4.1三相异步电动机的用途和分类三相异步电动机的用途和分类 三相异步电动机的用途非常广泛。在工业方面可用于拖动中小型轧钢设备、金属切削机械、其中运输机械、轻工机械、矿山机械以及通风设备等。在农

9、业方面用于拖动水泵、脱粒机、粉碎机和其他农副产品的加工机械。三相异步电动机的种类很多，按不同特征可以做以下分类：按照电动机外壳的防护型式可以分为开启式、防护式、封闭式和防爆式等。按照电动机的容量可以分为小型电动机（容量0.55100kW）、中型电动机（容量1001250kW）和大型电动机（容量1250kW以上）。按照电动机转子的结构型式可分为笼型和绕线型两类。笼型有可分为单笼、双笼和深槽式等。此外，按照安装方式可分为立式和卧式；按照冷却方式可分为自冷式、自扇冷式、他扇冷式、空气冷却式及液体冷却式等。5.4.2三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机主要有定子和转子两部分

10、组成：静止部分称为定子；旋转部分称为转子。1定子定子 三相异步电动机的定子由机座、铁心和定子绕组组成。定子绕组是电动机的电路部分，由三相对称绕组组成，按一定规则连接。铁心是异步电动机磁路的一部分。基座的主要作用是固定定子铁心和端盖。2转子转子 转子是异步电动机的旋转部分，由转轴、转子铁心和转子绕组三部分组成，其作用是输出机械转矩。根据构造的不同，转子绕组分为绕线式和笼型两种。在电动机的铭牌上标有其主要技术数据，使用时应多加注意，下表就是一台三相异步电动机的铭牌。表 三相异步电动机的铭牌5.4.3三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌三相异步电动机型号 Y132M4 功率 7.5KW 频率 5

11、0HZ 电压 380V 电流 15.4A 接法 转速 1440r/min 绝缘等级 B 工作方式 连续 年 月 日 编号 电机厂5.5 三相异步电动机的接线三相异步电动机的接线 三相异步电动机的接线通常指的是三相异步电动机的定子绕组的连接方法。三相异步电动机的定子绕组由三组绕组组成，每组绕组由一个始端和一个末端，将六个端分别引到基座接线盒的六个接线柱上，三个始端分别用U1、V1、W1 表示，三个末端分别用U2、V2、W2表示。三相绕组根据电网提供的线电压和绕组允许的工作电压接成星形或三角形。例如，若电网线电压为380V，电动机各绕组的允许工作电压为220V，则定子绕组应接成星形，如图（a）所示

12、；若电动机绕组的允许工作电压为380V，则定子绕组应接成三角形，如图（b）所示。5.6三相异步电动机的控制三相异步电动机的控制5.6.1常用低压电器简介常用低压电器简介 低压电器是指工作在交流1000V或直流1200V及以下的电路中，起通断、保护控制、调节或转换作用的电器。1 1熔断器熔断器 熔断器是起安全保护作用的嘴简单有效的电器，它串接在所保护的电路中，作为电路及用电设备的短路保护。熔断器是根据电流热效应的原理制成的，主要由熔体（俗称保险丝）和熔座（或熔管）组成。熔体是一种低熔点的金属丝或金属薄片组成，平常与被保护电路串联，当电路正常工作时，熔体相当于导体，允许通过一定大小的电流而不熔断。

13、当电路发生短路时熔体中流过很大的短路电流，金属丝（或薄片）就会因过热而熔断，从而切断电路，达到保护的目的。熔座（或熔管）是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。常用熔断器有瓷插式熔断器、螺旋式熔断器和快速熔断器。电路符号如下图。图 熔断器符号2刀开关刀开关 刀开关又称闸刀开关，是结构最简单，应用最广泛的一种手控低压电器，主要用于在成套配电设备中隔离电源和在低压电路中不频繁的接通和分断电路。刀开关又操作手柄、刀片、静插座和绝缘底板组成。按刀的极数可分为单极、双极和三极，常用两种刀开关是开启式负荷开关和封闭式负荷开关。常用刀开关的电路符号如下图。（a）刀开关 （b

14、）带熔断器的刀开关3组合开关组合开关 组合开关又名转换开关，它是由动触片、静触片、方形转轴、手柄、凸轮等主要部分组成。是一种由多节触电组合而成的刀开关，其动、静触片分别叠装于数层绝缘壳内，当转动手柄时，每层的动触片虽方形转轴一起转动，并使静触片插入相应的动触片中使电路接通或断开。转换开关也有单极、双极和多极之分。可做交流50Hz，380V和直流220V以下的电源引入开关、5kW以下电动机直接启动和正反转控制以及机床照明电路中的控制开关。控制电动机时，可选开关的额定电流为电动机额定电流的1.5倍。组合开关电路符号如下图所示。图 组合开关电路符号 4按钮按钮 按钮是一种用于手动发出控制信号的低压电

15、器，主要由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成，通常做成复合式，即具有常闭触头和常开触头，电路符号如下图所示。当按下按钮帽时，桥形动触头向下移动，使常闭触头先行断开，常开触头随后闭合；松开按钮，桥形触头在复位弹簧作用下，各触头恢复原是状态。（a）常开触点 （b）常闭触点 （c）复合触点5行程开关行程开关 行程开关又称限位开关或位置开关，是一种利用生产机械的某些运动部件来碰撞行程开关的操作机构而发出控制信号的一种低压电器。由于控制生产机械的运动方向、行程式大小或位置保护。主要由操作机构、触头系统和外壳组成。当运动机械的撞铁压到行程开关的操作机构时，触头系统就要动作，其原理与按钮开关相似，当触头

16、动作时，常闭触电断开，常开触点闭合。行程开关电路符号如下图。（a）常开触点 （b）常闭触点 （c）复合触点6接触器接触器 接触器是一种用来频繁的接通或断开大电流电路的自动切换电器，主要用于控制电动机、电热设备、电容器组等，不仅能自动接通和断开电路，而且还具有低电压释放保护和实现远距离控制等优点。按照接触器主触头通过的电流的种类不同，可分为交流接触器和直流接触器。交流接触器一般由电磁机构（含动、静铁心和线圈）、触头系统（含三对常开住触头、两队常开辅助触头、两对常闭辅助触头）和灭弧装置三个主要部分组成。其工作原理是：当接在控制电路的线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力将动铁心（衔铁）

17、吸合，衔铁带动触头系统中的桥形触头动作，使常闭辅助触头（又称动断辅助触头）先断开，常开主触头（又称动合主触头）和常开辅助触头（又称动合辅助触头）后闭合。当线圈断电（或电压不够）时，电磁吸力消失（或不足），衔铁在反作用弹簧力的作用下释放，各触点复位。接触器电路符号如下图所示。7中间继电器中间继电器 中间继电器在结构上是一个电压继电器，主要由线圈、铁心和触头等组成，其工作原理与交流接触器相同，但它的触头对数多，各对触头额定电流一样，动作灵敏。中间继电器的主要用途是：当其它继电器的触头对数或触头容量不够时，可借助中间继电器来扩大触头数或触头容量，起到中间转换作用，有时也用中间继电器直接控制小容量电动

18、机的启动和停止。中间继电器的电路符号如下图。5.6.2 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用1.三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 三相异步电动机的起动可分为全压起动和降压起动两种。（1）全压起动 加在定子绕组的起动电压是电动机的额定电压，这样的起动叫全压起动。全压起动在刚接通电源的瞬间，旋转磁场与转子间的相对转速较大，在转子中产生的感应电流和变压器的原理一样，定子电流必然很大，一般为额定电流的4 7倍。过大的起动电流会在线路上造成较大的电压降，影响供电线路上其他设备的正常工作。此外，当起动频繁时，过大的起动电流会使电动机过热，影响其使用寿命。只有二、三十千瓦以下的异步电动机采用全压

19、起动。（2）降压起动 在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待起动结束时恢复到额定值运行。笼型电动机的降压起动常用串电阻降压起动、星形-三角形换接起动和自耦降压起动等方法。1）串电阻降压起动 串电阻降压起动，就是电动机起动时将电阻串联在定子绕组与电源之间的起动方法，如下图所示。定子绕组串电阻降压起动 星三角降压起动 2）星形-三角形换接起动 星形-三角形换接起动，就是电动机起动时把定子绕组连成星形，等到转速接近额定值时再换接成三角形的起动方法。星三角形起动器的连接简图如上图，起动时，将手柄指向右，定子绕组连成星形降压起动。等电动机接近额定转速时，将手柄指向左，定子绕组换接成三角形，电动机正常

20、运行。3）自耦降压起动 自耦降压起动，是利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低的起动方法，如下图所示。自耦变压器降压起动 2.三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 在负载不变的条件下改变异步电动机的转速叫调速。调速有三种方法：（1）变频调速 改变电源的电流频率，可达到改变电动机转速的目的。改变电源频率可通过变频调速装置完成。（2）变转差率调速 此种调速方法，只适用于绕线式电动机。通过改变接在转子电路中调速电阻的大小，就可平滑调速。（3）变级调速 改变定子绕组的连接方式，使电动机得到不同的转速。3.三相异步电动机的反转三相异步电动机的反转 只要将三根相线中任意两根对调即可使电动机

21、反转。下图为电动机正反转控制的原理图。三相异步电动机正反转控制原理 三相异步电动机的能耗制动 4.三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 为克服惯性，保证电动机在断电时迅速停车，需要对电动机进行制动。异步电动机的制动常采用反接制动和能耗制动。（1）反转制动反转制动 在电动机停车时，将三根电线中的任意两根对调，产生反转矩，起到制动作用。当转速接近零时切断电源，否则电动机会反转。（2）能耗制动能耗制动 在断电的同时，接通直流电源，如上图所示。5.6.2三相异步电动机的维护 电动机的维护一般包括启动前的检查、运行过程中的监视和定期的检修。启动前检查的内容有：核对电压与接线是否正确；接线与安装是否牢

22、固；启动设备油质是否良好；绕线转子异步电动机的电刷与滑环是否良好；传动装置是否正常；接地或接零是否可靠；新安装的电动机和停用三个月以上的电动机还应邀侧绝缘电阻。运行过程中的监视内容有：监视电动机个部分的发热是否正常；监视电动机的额定电流值和三相不平衡度；监视电源电压的波动情况；监事电动机的声音及气味等等。定期检修一般分为小修和大修。小修半年至一年一次，其内容为：清除油垢和灰尘；检查轴承润滑情况；绕线转子异步电动机还应检测滑环、整流子及电刷；接地或接零是否良好；遥测绝缘电阻；检查冷却装置是否完好等等。大修一年至两年进行一次，其内容为：电机解体后清除内部污垢；检查绕组绝缘情况、槽楔有无松动、绝缘漆

23、有无损伤；检查转子良好情况；检查绕组和启动装置的直流电阻；外壳补漆等等。5.7安全用电安全用电 只有懂得安全用电常识，才能更好地利用电能，防止触电事故的发生，保护人身和财产安全。5.7.1触电的概念及种类触电的概念及种类 当人体接触或接近高压带电体所引起的人体局部受伤或死亡的现象称为触电。触电依伤害程度不同可分为电击和电伤。电击是指电流通过人体内部而造成的损害。电击对人体的伤害程度主要由通过人体的电流强度、电流频率、通过人体途径、通电时间长短以及触电者本人的状况来决定。触电事故表明：频率为30300Hz的交流电最危险。电流流过大脑、心脏最容易导致死亡。电伤是指电流的热效应、化学效应和机械效应对

24、人体外部造成的伤害。如电弧灼伤、融化的金属飞溅到皮肤上造成烧伤等。触电伤害的主要因素是电流。我们把人体触电后的最大摆脱电流称为安全电流。我国规定安全电流为30mA s 即触电时间在一秒内，通过人体的最大允许电流为30mA人体触电时，如果电压在36V以下，则流过人体的电流不超过30mA，故安全电压通常规定为36V5.7.2触电形式触电形式 人体触电形式有单相触电、两相触电和跨步电压触电等。1.单相触电单相触电 单相触电是指人体触及一根相线，另一部位接触大地。此时，人体、大地、中线和触及相线形成闭合回路，人体承受相电压而触电。如图（a）所示。2.两相触电两相触电 两相触电是指人体同时触及两根相线。

25、此时，人体和触及的两相线构成闭合回路，人体承受线电压而触电。显然，两相触电比单相触电更危险。如图（b）。3.跨步电压触电跨步电压触电 当输电线路相线因断裂落地时，电流在接地点周围土壤中产生电压降。当人体走近接地点附近时，两步之间就有电位差，称为跨步电压。由此引起的触电事故，叫做跨步电压触电。步距越大，跨步电压就越大。离接地点越远，电压下降越多，一般在距接地点20m处，电压接近于零。因此，在接地点20m范围内区域，较为危险。发生跨步电压触电时，可双脚并拢或单脚跳离危险区域。如图（c）。（a）单相触电 （b）两相触电（c）跨步电压触电5.7.3安全措施安全措施 为防止触电事故的发生，通常采取以下措

26、施：1.正确安装用电设备 开关和保险丝必须接在火线上，电气设备必须根据安装说明正确安装，带电部分必须有防护罩或放到不易接触到的高处，以防触电。2.保护接地 在电源中性点不接地的三相三线制供电系统中，将电气设备外壳与大地进行可靠连接叫做保护接地。在保护接地中，把与大地直接接触的金属叫做接地体，接地体与设备外壳连接的导线称为接地线，接地体与接地线统称为接地装置。接地装置的电阻叫接地电阻，在日常供电系统中，一般要求接地电阻不超过4 当电器设备外壳漏电时，若人体触及设备外壳，此时人体电阻与接地电阻为并联关系，因人体电阻远远大于接地电阻，根据并联电路分流关系，流过人体的电流很小，可避免触电事故。3.保护接零 在电源中性点接地的三相四线制供电系统中，将电气设备外壳与零线可靠连接叫做保护接零。当设备外壳漏电时，相线与零线短路，短路电流很大，立即使电路中的保险丝烧断或使过流保护装置断开，切断电源，消除触电危险。我们常用的三角插头和插座，左边接零线，右边接火线，上端为接地或接零。4.漏电保护开关 漏电保护开关是低压供电中常用的保护装置，它是一种自动开关，当电路中电流超过预定值时，开关自动断开，切断电源。漏电保护开关主要用于防止单相触电事故，同时还能检测和排除一相接地故障。有的漏电保护开关还建有过载、过压或欠压及缺相等保护功能。