1、第6章用电技术及常用电器电力供电与节约用电6.1用电保护器6.2变压器6.4照明灯具6.3交流电动机6.5常用低压电器6.86.1电力供电与节约用电 一一 、电能的特点、电能的特点 1、自然界的能源分为一次能源和二次能源两类。电能属、自然界的能源分为一次能源和二次能源两类。电能属于二次能源。于二次能源。 2、特点：、特点： 便于转换，便便于转换，便于输于输送，便于控制和测量，有送，便于控制和测量，有利利于节能和保护环境。于节能和保护环境。 二、电力的生产二、电力的生产u火力生产火力生产u水力生产水力生产u原子能生产原子能生产6.1电力供电与节约用电三、电力的输送和分配三、电力的输送和分配 1、
2、将各类发电厂的发电机、变电所、输电线、配电设、将各类发电厂的发电机、变电所、输电线、配电设备和用电设备联系起来组成一个整体，这个整体就称为电备和用电设备联系起来组成一个整体，这个整体就称为电力系统。力系统。 2、由各种不同电压的输配电线路和变电所组成的电力、由各种不同电压的输配电线路和变电所组成的电力系统的一部分称为电力网，其任务是输送和分配电能。通系统的一部分称为电力网，其任务是输送和分配电能。通常，将常，将35KV以上的高压线路称为送电线路，以上的高压线路称为送电线路，10KV以下的以下的称为配电线路，称为配电线路，10KV以上的称为高压配电线路，以上的称为高压配电线路，1200V以以下的
3、称为低压配电线路。下的称为低压配电线路。四、节约用电四、节约用电途途径：技术改造和科学管理。径：技术改造和科学管理。6.2用电保护 一、保护接地一、保护接地 在电源中性点不接地的供电系统中，将在电源中性点不接地的供电系统中，将电气设备的金属电气设备的金属外壳与接地体可靠连接外壳与接地体可靠连接，这种方法称为保护接地。接地，这种方法称为保护接地。接地电阻不允许超过电阻不允许超过4。 二、保护接零二、保护接零 在电源中性点已接地的三相四线制供电系统中，将在电源中性点已接地的三相四线制供电系统中，将电气电气设备的金属外壳与电源中线（零）线相连，设备的金属外壳与电源中线（零）线相连，这种方法称这种方法
4、称为保护接零。为保护接零。 当采用保护接零时，电源中性线绝不允许断开，否则保当采用保护接零时，电源中性线绝不允许断开，否则保护无效。护无效。 三、加装漏电保护器三、加装漏电保护器 漏电保护器又称漏电保护器又称触电保安器或漏电开关，是用来防止人触电保安器或漏电开关，是用来防止人身触电和设备事故的主要技术装置。身触电和设备事故的主要技术装置。6.2 用电保护用电保护 一、保护接地一、保护接地 在电源中性点不接地的供电系统中，将在电源中性点不接地的供电系统中，将电气设备的金属外电气设备的金属外壳与接地体可靠连接壳与接地体可靠连接，这种方法称为保护接地。接地电阻，这种方法称为保护接地。接地电阻不允许超
5、过不允许超过4。 二、保护接零二、保护接零 在电源中性点已接地的三相四线制供电系统中，将在电源中性点已接地的三相四线制供电系统中，将电气设电气设备的金属外壳与电源中线（零）线相连，备的金属外壳与电源中线（零）线相连，这种方法称为保这种方法称为保护接零。护接零。 当采用保护接零时，电源中性线绝不允许断开，否则保护当采用保护接零时，电源中性线绝不允许断开，否则保护无效。无效。6.3 照明灯具照明灯具 一、常用电光源一、常用电光源 我国目前最常用的电光源是我国目前最常用的电光源是白炽体发光白炽体发光和和紫外线激励发光紫外线激励发光物质发光物质发光两类。两类。 1、白炽灯、白炽灯 世界上第一个碳丝白炽
6、灯是爱迪生在世界上第一个碳丝白炽灯是爱迪生在1879年发明。年发明。 优点：优点：结构简单、使用可靠、安装维修方便、价格低廉、结构简单、使用可靠、安装维修方便、价格低廉、光色柔和、适用于各种场合。光色柔和、适用于各种场合。 缺点缺点：发光效率低，寿命短，节能效果差。：发光效率低，寿命短，节能效果差。 2、荧光灯（日光灯）、荧光灯（日光灯） 优点：优点：寿命比白炽灯长寿命比白炽灯长2-3倍，发光效率比白炽灯高倍，发光效率比白炽灯高4倍。倍。 缺点：缺点：造价较高，故障率高，安装维修难度大，存在造价较高，故障率高，安装维修难度大，存在频闪频闪效应效应，容易使人产生错觉。，容易使人产生错觉。6.3
7、照明灯具照明灯具 一、常用电光源一、常用电光源 3、碘钨灯、碘钨灯 优点：优点：亮度高、寿命长等。亮度高、寿命长等。 缺点：缺点：辐射出来的热量大。辐射出来的热量大。 4、高压汞灯（水银灯）、高压汞灯（水银灯）优点：优点：寿命长，发光高，耐震耐热性能好，线路简单，安装维寿命长，发光高，耐震耐热性能好，线路简单，安装维修方便。修方便。缺点：缺点：造价高，起动时间长，对电压波动适应能力差。造价高，起动时间长，对电压波动适应能力差。用途：用途：用于晒图、保健日光浴、化学合成、塑料及橡胶的老化用于晒图、保健日光浴、化学合成、塑料及橡胶的老化试验、荧光分析等。试验、荧光分析等。5、高压钠灯和其他气体放电
8、光源、高压钠灯和其他气体放电光源疝气是一种充有高压疝气的大功率的气体放电灯，俗称疝气是一种充有高压疝气的大功率的气体放电灯，俗称“人造小人造小太阳太阳”6.3 照明灯具照明灯具 二、新型电光源二、新型电光源 1、三基色节能荧光灯 一种高效、节能、舒适、亮丽、长寿的新型电光源。 2、LED灯灯 显示效果好，可以频繁快速开光，使用直流低电压驱动。6.4变变压器压器照明灯电压照明灯电压-220伏伏机床上照明灯机床上照明灯-36伏伏半导体收音机电源电压不超过半导体收音机电源电压不超过10伏伏大型发电机交流电压大型发电机交流电压-几万伏几万伏远距离输电远距离输电-几十万伏几十万伏电视机显像管却需要电视机
9、显像管却需要10000V以上电压以上电压交流便于改变电压，以适应各种不同的需要交流便于改变电压，以适应各种不同的需要变压器就是改变变压器就是改变交流交流电压的设电压的设备。备。它是一种利用它是一种利用电磁感应电磁感应原理制成的原理制成的静止电气设备。静止电气设备。几种常见的变压器一、变压器一、变压器的基本构造的基本构造1. 1.示意图示意图 U1U2 n1n2原原线线圈圈副副线线圈圈铁铁芯芯2.2.构造：构造：（1 1）闭合铁芯）闭合铁芯 （绝缘（绝缘硅钢片叠合而成硅钢片叠合而成）（2 2）原）原线圈（初级线线圈（初级线圈）：其匝数用圈）：其匝数用n n1 1表示表示（3 3）副线圈（次级线）
10、副线圈（次级线圈）：其匝数用圈）：其匝数用n n2 2表示表示（4 4）输入电压：）输入电压：U U1 1; ; 输出电压：输出电压：U U2 2. .铁心和绕组3.3.电路图中符号电路图中符号n1n2问题：问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？变压器副线圈和原线圈电路是否相通？ 变压器原副线圈不相通，那么在给原线变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接圈接交变电压交变电压U U1 1后，副线圈电压后，副线圈电压U U2 2是怎是怎样产生的？样产生的？铁芯与线圈互相绝缘铁芯与线圈互相绝缘 U1U2 n1n2二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 -互感现象互感现象 变压器通过闭合铁变压器通过
11、闭合铁芯，利用互感现象实芯，利用互感现象实现了电能（现了电能（U U1 1、I I1 1）到磁场能（变化的磁到磁场能（变化的磁场）再到电能（场）再到电能（ U U2 2、I I2 2）转化。）转化。原原线线圈圈副副线线圈圈铁芯铁芯 U1U2n1n2互感现象：在原副线圈中由于有互感现象：在原副线圈中由于有交变电交变电流流而发生的互相感应现象。而发生的互相感应现象。若给原线圈接若给原线圈接直流电压，直流电压，U副线圈电压副线圈电压U U2 2 ？闭合铁芯实现了电能闭合铁芯实现了电能-磁场能磁场能-电能的转换，电能的转换，由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大
12、部分通过铁芯，使能量在转换过程中损失大部分通过铁芯，使能量在转换过程中损失很小，为了便于研究，物理学中引入了一种很小，为了便于研究，物理学中引入了一种理想化模型理想化模型-理想变压器理想变压器。下面我们定下面我们定量分析理想量分析理想变压器的变变压器的变压规律。压规律。无磁损无磁损无铜损无铜损无铁损无铁损理理想想变变压压器器实验结论：原副线圈两端电压之比等于这两个线圈的匝数比。 次数次数12345U1U2V1V2研究原副线圈两端电压关系的实验研究原副线圈两端电压关系的实验三、理想变压器的变压规律三、理想变压器的变压规律I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应原、副线圈中产生的感应电动势分
13、别是：电动势分别是：E E1 1=n=n1 1/ / t tE E2 2=n=n2 2/ / t tE1 1/n/n1 1= = E2 2/n/n2 2原线圈回路有：原线圈回路有：U U1 1 E E1 1=I=I1 1r r1 1 0 0则则U U1 1=E E1 1副线圈回路有：副线圈回路有： E E2 2=U U2 2 +I+I2 2r r2 2 UU2 2则则U U2 2=E=E2 2若不考虑原副线圈的内阻，则若不考虑原副线圈的内阻，则U U1 1=E=E1 1；U U2 2=E=E2 2则：则：U U1 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 2理想变压器原副线圈的理想变压器原
14、副线圈的端电压之比端电压之比等于等于这两个线圈的这两个线圈的匝数之比匝数之比n n2 2 n n1 1 U U2 2U U1 1 -升压变压器升压变压器n n2 2 n n1 1 U U2 2 U U1 1 -降压变压器降压变压器U U1 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 2四、理想变压器的变流规律四、理想变压器的变流规律问题：问题：原副线圈的电流可能满足何规律？原副线圈的电流可能满足何规律？1. 1.理想变压器输出功率应等于输入功率理想变压器输出功率应等于输入功率即即: : U U1 1I I1 1=U=U2 2I I2 2I I 1 1/ / I 2 2= U U2 2 / U
15、 U1 1= n= n2 2 / n n1 1P出出= P入入2.2.理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比数成反比I I 1 1/ / I 2 2= n= n2 2 / n n1 1变压器工作时，高压线圈匝数多而通过的变压器工作时，高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。线绕制。 这也是判定高压线圈和低压线这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法。圈的一种方法。此公式只适用于一个副线圈的变压器四、理想变压器的四、理想变压器的
16、变阻规变阻规律律 设一次绕组输入阻抗为设一次绕组输入阻抗为Z1Z1，二次绕组负载阻，二次绕组负载阻抗为抗为Z2Z2。Z Z1 1=K=K2 2Z Z2 2Z1/Z2=(U1/I1)/(U2/I2)=U1/U2*I2/I1 =K2 比如在学校的广播设备中，常用变压器使功放与比如在学校的广播设备中，常用变压器使功放与高音扬声器阻抗匹配，是高音扬声器发出的声音最高音扬声器阻抗匹配，是高音扬声器发出的声音最大。大。 电动机是利用电磁感应原理电动机是利用电磁感应原理，把电能转换为机械能，输出机械转矩的动力机械。，把电能转换为机械能，输出机械转矩的动力机械。 按按电流性质可分为交流电动机和直流电动机两大类
17、。按所使用的电源相数可分为单电流性质可分为交流电动机和直流电动机两大类。按所使用的电源相数可分为单相电动机和三相电动机两种，三相和单相电动机又分同步和异步两种。相电动机和三相电动机两种，三相和单相电动机又分同步和异步两种。 三三相交流异步电动机按转子结构形式可分相交流异步电动机按转子结构形式可分为笼型式为笼型式和绕线式异步电动机；按外壳和绕线式异步电动机；按外壳的防护形式可分为开启式、防护式、封闭式异步电动的防护形式可分为开启式、防护式、封闭式异步电动机。机。6.5 交流电动机 1.三相异步电动机的基本结构三相异步电动机三相异步电动机定子和转子定子和转子两部分组成。两部分组成。定子由定子由机座
18、、定子铁心和绕组机座、定子铁心和绕组等组成。等组成。转子由转子由转轴、转子铁心、绕组转轴、转子铁心、绕组等组成。等组成。6.5 交流电动机 2.三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理6.5 交流电动机 三相异步电动机的转动原理建立在电磁感应和电磁力的三相异步电动机的转动原理建立在电磁感应和电磁力的基础上。基础上。 当电动机定子三相绕组按要求连接好后，接入三相对称当电动机定子三相绕组按要求连接好后，接入三相对称电源，三相绕组内通入三相对称电流，这时在电动机定子和电源，三相绕组内通入三相对称电流，这时在电动机定子和转子中的气隙内产生一个旋转磁场。旋转磁场与转子产生相转子中的气隙内产生一个
19、旋转磁场。旋转磁场与转子产生相对运动，转子切割磁感线在转子绕组内产生磁感应电动势，对运动，转子切割磁感线在转子绕组内产生磁感应电动势，转子绕组闭合后在转子绕组内出现感应电流，旋转磁场与感转子绕组闭合后在转子绕组内出现感应电流，旋转磁场与感应电流相互作用所产生的电磁转矩使电动机运转起来。应电流相互作用所产生的电磁转矩使电动机运转起来。 1）旋转磁场的产生 图6-14所示三相异步电动机，定子绕组是由空间相隔120的三个绕组组成的，将这三个绕组按要求连接成星形或三角形后接入三相电源。 绕组内通入三相电流，电流的参考方向如图中箭头所示，电流的波形如图6-15所示。6.5 交流电动机 t=0时，定子各绕
20、组中电流的方向如图6-16（a）所示，磁极的位置为上端S极，下端N极。 t=t1时，三相绕组的电流所产生的合成磁场形成磁极的方向如图6-16（b）所示。t从t=0 到t=t1 这段时间内磁场在电动机里转了一个角度。 t=t2 时，又转过了一个角度，如图6-16（c）。 同理，t=t3 ，t=t4 等各时刻定子三相绕组电流产生的合成磁场的情况，如图6-16（d）、图6-16（e）、图6-16（f）所示。当三相电流变化一个周期时，三相电流所产生的合成磁场在电动机里也正好转了一圈，即产生了旋转磁场。6.5 交流电动机 3）旋转磁场的转速 如图6-17所示，当电流变化一个周期，磁场只转动了半圈，即n1
21、=60f1 (1/2)（r/min）。三相电流产生的合成磁场具有p对磁极时，磁场的每分钟转速为： n1=60f1(1/p)（r/min） 因此，旋转的转速决定于交流电的频率和磁极对数，而磁极对数又取决于三相绕组的安排情况。对于某一电动机来说，f1和p通常是一定的，所以其磁场转速n1是一个常数。6.5 交流电动机 4）转差率s 为了反映电动机运行速度的快慢，除了用转速表示外，还可以用同步转速与转子转速相差的程度来表示，称为转差率，即 转差率s变化范围是在0s1之间。在n=0时，s=1，在n=n1时，s=0。n越大，s越小。6.5 交流电动机三相异步电动机的型号和技术数据型号额定功率额定电压接法额
22、定电流转速 频率温升与绝缘等级定额防护等级6.5 交流电动机6.6单相异步电动机 单相异步电动机不仅在工业、医疗等方面广泛应用，而且在家用电器上大量应用，最常见的如电风扇、洗衣机、电冰箱、吸尘器等 一般常见的有分相启动和罩极启动两种类型的单相异步电动机。一、单相异步电动机的分类 当定子绕组通入单相交流电时，其铁芯内产生了一个交变的脉动磁场。这个磁场的磁感应强度的大小随着绕组上的电流瞬时值的变化而变化，方向也随着电流方向的改变而改变,但磁场的方向始终与绕组轴线平行。 根据磁场理论，可以分解为由两个大小相等、角速度相同的相反方向旋转的磁场，这两个旋向相反的磁场中的任何一个，都与三相电动机产生的旋转
23、磁场一样，能使转子产生转矩。二、电容式单相电动机的工作原理6.6单相异步电动机 如图6-20所示，右边表示顺时针旋转磁场的转矩特性，左边表示逆时针旋转磁场的转矩特 性 。 从 中 可 见 ， S = 1 时 ， M 1 = - M 2 ，M1+M2=0，即合成转矩M为零，故此时转子不能转起来。 若利用一个外力，使转子顺时针转一下，这时转子对顺、逆两旋转磁场的转差率就不相等了，此时S11，M1-M2，合成转矩M0，所以，转子受到顺时针方向的转矩而沿顺时针方向转动起来。如果外力使转子逆时针转动一下，那么转子将沿逆时针方向转动起来。6.6单相异步电动机二、电容式单相电动机的工作原理 1.分相启动式单
24、相异步电动机的工作原理 所谓分相启动是指利用调整两相绕组阻抗的办法，从单相交流电流中得到具有一定相位差的两相电流，从而在两相绕组上形成旋转磁场，产生启动转矩的启动方法。 1)电阻分相启动 它的启动绕组L2与电阻R串联后，经离心式开关S与工作绕组L1并联。 启动时，L1近似一个纯电感，电流滞后电压近90；L2匝数较少，再串接电阻R，近似一个纯电阻，支路电流与电压接近同相。 L1上的电流与L2上的电流就会有近90的相位差，于是可以在定子中产生旋转磁场，使转子产生启动转矩而启动。二、电容式单相电动机的工作原理6.6单相异步电动机 2)电容分相启动 电容分相启动是让启动绕组L2串联电容C后再与工作绕组
25、L1并联，它是利用串接电容使启动绕组支路呈电容性，使它的电流超前电压一定的电角，而工作绕组由于呈电感性，故电流滞后电压一定的电角，这样，假如绕组设计和电容选择合适，就可以使L1上的电流与L2上的电流互差90电角，从而获得一个旋转磁场，使电动机启动。 一般可有两种具体类型。 （1）电容启动电动机。 （2）电容运转电动机。二、电容式单相电动机的工作原理6.6单相异步电动机 1.直流电动机的基本机构 和交流电动机一样，直流电动机的基本结构也是由定子、转子和结构件（端盖、轴承等）三大部分所组成。6.7直流电动机6.7直流电动机 2.直流电动机的转动原理 如图6-25所示，N和S是直流电动机的一对固定的
26、主磁极，电枢绕组只有一个线圈abcd，线圈abcd的两端分别与两个换向片相连。电枢转动时，换向片随之一起旋转。6.7直流电动机 3.直流电动机的分类直流电动机的分类6.8常用低压器 1.刀开关 1）开启式负荷开关 2）封闭式负荷开关6.8常用低压器 3）组合开关6.8常用低压器 2.熔断器熔断器 熔断器是低压配电网络和电力拖动系统中最常熔断器是低压配电网络和电力拖动系统中最常用的安全保护电器，主要用做用的安全保护电器，主要用做短路短路保护。可分为插保护。可分为插入式（瓷插式）熔断器及螺旋式熔断器。入式（瓷插式）熔断器及螺旋式熔断器。6.8常用低压器 3.接触器接触器 接触器是一种自动控制电器，
27、它可以用做频繁接触器是一种自动控制电器，它可以用做频繁地远距离接通或切断交直流电路及大容量控制电路。地远距离接通或切断交直流电路及大容量控制电路。6.8常用低压器 3.接触器6.8常用低压器 4.热继电器热继电器 热继电器是对电动机和其他用电设备进行过载热继电器是对电动机和其他用电设备进行过载保护的控制电器。热继电器的文字符号为保护的控制电器。热继电器的文字符号为FR6.8常用低压器 5.按钮开关按钮开关 按钮开关也称做控制按钮或按钮。作为一种典按钮开关也称做控制按钮或按钮。作为一种典型的主令电器，按钮主要用于发出控制指令，接通型的主令电器，按钮主要用于发出控制指令，接通和分断控制电路。按钮的
28、文字符号是和分断控制电路。按钮的文字符号是SB6.8常用低压器 6.断路器断路器 低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，是一种重要的控制和保护电器，它相当于刀开器，是一种重要的控制和保护电器，它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合6.8常用低压器 7.行程开关行程开关 行程开关也称位置开关或限位开关。行程开关的行程开关也称位置开关或限位开关。行程开关的文字符号为文字符号为SQ6.8常用低压器 8.时间继电器时间继电器 时间继电器是利用电磁原理或机械动作原理实现时间继电器是利用电磁原理或机械动作原理实现触点延时闭合或延时断开的自动控制电器。其文字触点延时闭合或延时断开的自动控制电器。其文字符号为符号为KT6.8常用低压器
