電工基礎第五章課件

1、學習目標三相交流電的特點；三相四線制中相電壓、線電壓的關系；三相電路負載的連接形式及特點；三相電路的分析；防觸電措施；學習難點向量法分析電壓電流關系；三相負載星形、三角形連接形式下相電壓、線電壓、相電流、線電流的計算；5.1 三相正弦交流電源 5.1.1 三相正弦交流電源 三相繞組匝數(shù)相同，在空間位置上互差1200，以同方向相同的角速度切割磁力線而產(chǎn)生的三個振幅相等、頻率（角頻率）相同、相位互差1200的三個正弦交流電稱為對稱三相正弦交流電源。我們習慣稱之為U相、V相和W相，其輸出電壓分別為 U相： V相： W相： 三相電壓波形和向量圖如下：（1）波形圖 （2）向量圖由圖形分析可知，三個相電壓

2、具有如下特點： 三個相電壓達到相同狀態(tài)（最大值或零）的先后順序稱為三相電源的相序。上述相電壓到達相同狀態(tài)的順序依次是U相、V相、W相，我們把這樣的相序稱為正序。 相序在三相交流電路中是一個重要的概念，如在三相異步電動機中，可通過改變相序改變電動機的轉向。5.1.2 三相正弦交流電源的連接 三相正弦交流電源的連接形式有星形和三角形兩種，在這里我們主要討論三相電源的星形連接（如下圖）。 將三相繞組的末端連于一點，始端分別與負載連接的形式稱為三相電源的星形（Y形）連接。三個末端相連接的點稱為中性點或零點，用字母“N”表示，從中性點引出的導線叫做中性線或零線。從始端分別引出的三根導線叫做相線或端線，我

3、們也常稱之為火線。由三根相線與中性線組成的輸電方式叫做三相四線制，常用于低壓配電系統(tǒng)；只由三根相線組成的輸電方式叫做三相三線制，常用于高壓輸電系統(tǒng)。 相線與中性線之間的電壓稱為相電壓。三個相電壓最大值相等，頻率相同，相位互差1200，即為對稱相電壓，其有效值通常用UP表示。 任意兩相線之間的電壓叫做線電壓。三個線電壓也是對稱的，其有效值通常用UL表示。根據(jù)線電壓和相電壓的關系，可作出線電壓和相電壓向量圖，如下圖所示。 由向量圖分析可知：在星型連接中，各線電壓有效值為相電壓有效值的 倍，線電壓比對應相電壓在相位上超前300。5.2 三相負載的連接 根據(jù)負載對電源的要求，我們所使用的負載可分為單相

4、負載和三相負載。單相負載是指僅需單相電源供電的負載，負載接在三相電源的任一相線與中性線之間，如日常生活中使用的電燈、電烙鐵及常用家用電器。三相負載是指需要三相電源供電的負載，根據(jù)每相負載的額定電壓，三相負載有星形連接和三角形連接之分。在三相負載中，如果每相負載的電阻、電抗分別相等，則稱為三相對稱負載。 每相負載上的電壓稱為負載上的相電壓；流過三相電源相線的電流稱為線電流；流過每相負載的電流稱為相電流；流過中性線的電流稱為中性線電流。5.2.1 負載的星形連接負載星型連接如下圖所示 （a） （b） 其中（a）圖為三相四線制連接，（b）圖為三相三線制連接。 兩種連接形式的區(qū)別在于三相四線制中無論每

5、相負載對稱與否，負載上的相電壓始終保持對稱，等于電源的相電壓；而三相三線制中只有在三相對稱負載情況下，負載上的相電壓才對稱。因此，對于不對稱三相負載，要使其正常工作，必須使用三相四線制。 下面以三相四線制為例來分析對稱三相電路。首先，在不考慮輸電線上壓降時，每相負載上的相電壓等于電源相電壓，即 又 故 由電路特點可知，線電流等于相電流因為各負載上相電壓對稱，所以相電流大小相等，即 各相電流與對應相電壓相位差相等，即 可見，相電流也是對稱的。故根據(jù)KCL，可知 由此可見，在三相四線制對稱三相電路中，中性線上電流為零，故可省去中性線。當三相負載不對稱時，各相電流不對稱，中性線上電流不為零，不能省去

6、中性線。 對三相不對稱負載，中性線的存在可保證負載上的相電壓對稱，負載仍能正常工作；一旦去掉中性線，阻抗小的負載分得電壓會低于其額定電壓，而阻抗大的負載分得電壓會高于其額定電壓，導致負載均不能正常工作，甚至造成嚴重事故。因此，在中性線上不準安裝保險絲和開關，另外需盡可能是三相負載對稱，以減小中性線電流。5.2.2 負載的三角形連接負載的三角形連接如下圖所示 由圖可見，三角形連接中，每相負載分別接在兩根相線之間。因此，無論負載對稱與否，各相負載上的相電壓均等于電源線電壓，即 當三相負載對稱時，因為各負載上的相電壓對稱，所以相電流大小相等，即 各相電流與對應線電壓相位差相等，即 可見，相電流也是對

7、稱的。根據(jù)KCL可知，線電流與相電流滿足下列關系寫成向量形式即為 根據(jù)線電流和相電流的關系，可作出線電流和相電流向量圖，如下圖所示。 由向量圖分析可知：在三角形連接中，線電流有效值為相電流有效值的倍，各線電流滯后對應相電流300。 當三相負載對稱時，各相負載上的功率相等，故5.3三相電路的功率三相電路的功率是指各相電路功率之和，即 當負載作星形連接時，因 故 當負載作三角形連接時，因 故 可見，不論三相對稱負載作何種形式連接，其有功功率均可寫成 按上述有功功率的分析方法，可得對稱三相電路的無功功率和視在功率分別為 5.4 三相異步電動機的概述 根據(jù)電磁原理進行電能與機械能互換的設備稱為電機。將

8、電能轉換為機械能的電機稱為電動機；將機械能轉換為電能的電機稱為發(fā)電機。電動機是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的動力設備，其按照去用電能的不同分為交流電動機和直流電動機兩大類。交流電動機有可分為異步電動機和同步電動機。由于異步電動機具有結構簡單、價格便宜、工作可靠等優(yōu)點，因此應用非常廣泛。 5.4.1三相異步電動機的用途和分類 三相異步電動機的用途非常廣泛。在工業(yè)方面可用于拖動中小型軋鋼設備、金屬切削機械、其中運輸機械、輕工機械、礦山機械以及通風設備等。在農(nóng)業(yè)方面用于拖動水泵、脫粒機、粉碎機和其他農(nóng)副產(chǎn)品的加工機械。 三相異步電動機的種類很多，按不同特征可以做以下分類： 按照電動機外殼的防護型式可以分為

9、開啟式、防護式、封閉式和防爆式等。 按照電動機的容量可以分為小型電動機（容量0.55100kW）、中型電動機（容量1001250kW）和大型電動機（容量1250kW以上）。 按照電動機轉子的結構型式可分為籠型和繞線型兩類?；\型有可分為單籠、雙籠和深槽式等。 此外，按照安裝方式可分為立式和臥式；按照冷卻方式可分為自冷式、自扇冷式、他扇冷式、空氣冷卻式及液體冷卻式等。5.4.2三相異步電動機的基本結構 三相異步電動機主要有定子和轉子兩部分組成：靜止部分稱為定子；旋轉部分稱為轉子。1定子 三相異步電動機的定子由機座、鐵心和定子繞組組成。 定子繞組是電動機的電路部分，由三相對稱繞組組成，按一定規(guī)則連接

10、。 鐵心是異步電動機磁路的一部分。 基座的主要作用是固定定子鐵心和端蓋。 2轉子 轉子是異步電動機的旋轉部分，由轉軸、轉子鐵心和轉子繞組三部分組成，其作用是輸出機械轉矩。根據(jù)構造的不同，轉子繞組分為繞線式和籠型兩種。 在電動機的銘牌上標有其主要技術數(shù)據(jù)，使用時應多加注意，下表就是一臺三相異步電動機的銘牌。 表 三相異步電動機的銘牌5.4.3三相異步電動機的銘牌三相異步電動機型號 Y132M4 功率 7.5KW 頻率 50HZ 電壓 380V 電流 15.4A 接法 轉速 1440r/min 絕緣等級 B 工作方式 連續(xù) 年 月 日 編號 電機廠5.5 三相異步電動機的接線 三相異步電動機的接線

11、通常指的是三相異步電動機的定子繞組的連接方法。三相異步電動機的定子繞組由三組繞組組成，每組繞組由一個始端和一個末端，將六個端分別引到基座接線盒的六個接線柱上，三個始端分別用U1、V1、W1 表示，三個末端分別用U2、V2、W2表示。三相繞組根據(jù)電網(wǎng)提供的線電壓和繞組允許的工作電壓接成星形或三角形。例如，若電網(wǎng)線電壓為380V，電動機各繞組的允許工作電壓為220V，則定子繞組應接成星形，如圖（a）所示；若電動機繞組的允許工作電壓為380V，則定子繞組應接成三角形，如圖（b）所示。 5.6三相異步電動機的控制5.6.1常用低壓電器簡介 低壓電器是指工作在交流1000V或直流1200V及以下的電路中

12、，起通斷、保護控制、調(diào)節(jié)或轉換作用的電器。1熔斷器 熔斷器是起安全保護作用的嘴簡單有效的電器，它串接在所保護的電路中，作為電路及用電設備的短路保護。熔斷器是根據(jù)電流熱效應的原理制成的，主要由熔體（俗稱保險絲）和熔座（或熔管）組成。熔體是一種低熔點的金屬絲或金屬薄片組成，平常與被保護電路串聯(lián)，當電路正常工作時，熔體相當于導體，允許通過一定大小的電流而不熔斷。當電路發(fā)生短路時熔體中流過很大的短路電流，金屬絲（或薄片）就會因過熱而熔斷，從而切斷電路，達到保護的目的。 熔座（或熔管）是裝熔體的外殼，由陶瓷、絕緣鋼紙或玻璃纖維制成，在熔體熔斷時兼有滅弧作用。 常用熔斷器有瓷插式熔斷器、螺旋式熔斷器和快速

13、熔斷器。電路符號如下圖。 圖 熔斷器符號2刀開關 刀開關又稱閘刀開關，是結構最簡單，應用最廣泛的一種手控低壓電器，主要用于在成套配電設備中隔離電源和在低壓電路中不頻繁的接通和分斷電路。 刀開關又操作手柄、刀片、靜插座和絕緣底板組成。按刀的極數(shù)可分為單極、雙極和三極，常用兩種刀開關是開啟式負荷開關和封閉式負荷開關。常用刀開關的電路符號如下圖。 （a）刀開關 （b）帶熔斷器的刀開關3組合開關 組合開關又名轉換開關，它是由動觸片、靜觸片、方形轉軸、手柄、凸輪等主要部分組成。是一種由多節(jié)觸電組合而成的刀開關，其動、靜觸片分別疊裝于數(shù)層絕緣殼內(nèi)，當轉動手柄時，每層的動觸片雖方形轉軸一起轉動，并使靜觸片插

14、入相應的動觸片中使電路接通或斷開。 轉換開關也有單極、雙極和多極之分?？勺鼋涣?0Hz，380V和直流220V以下的電源引入開關、5kW以下電動機直接啟動和正反轉控制以及機床照明電路中的控制開關。控制電動機時，可選開關的額定電流為電動機額定電流的1.5倍。組合開關電路符號如下圖所示。 圖 組合開關電路符號 4按鈕 按鈕是一種用于手動發(fā)出控制信號的低壓電器，主要由按鈕帽、復位彈簧、橋式觸頭和外殼等組成，通常做成復合式，即具有常閉觸頭和常開觸頭，電路符號如下圖所示。當按下按鈕帽時，橋形動觸頭向下移動，使常閉觸頭先行斷開，常開觸頭隨后閉合；松開按鈕，橋形觸頭在復位彈簧作用下，各觸頭恢復原是狀態(tài)。（a

15、） 常開觸點 （b）常閉觸點 （c）復合觸點5行程開關 行程開關又稱限位開關或位置開關，是一種利用生產(chǎn)機械的某些運動部件來碰撞行程開關的操作機構而發(fā)出控制信號的一種低壓電器。由于控制生產(chǎn)機械的運動方向、行程式大小或位置保護。主要由操作機構、觸頭系統(tǒng)和外殼組成。當運動機械的撞鐵壓到行程開關的操作機構時，觸頭系統(tǒng)就要動作，其原理與按鈕開關相似，當觸頭動作時，常閉觸電斷開，常開觸點閉合。 行程開關電路符號如下圖。 （a）常開觸點 （b）常閉觸點 （c）復合觸點6接觸器 接觸器是一種用來頻繁的接通或斷開大電流電路的自動切換電器，主要用于控制電動機、電熱設備、電容器組等，不僅能自動接通和斷開電路，而且還

16、具有低電壓釋放保護和實現(xiàn)遠距離控制等優(yōu)點。按照接觸器主觸頭通過的電流的種類不同，可分為交流接觸器和直流接觸器。 交流接觸器一般由電磁機構（含動、靜鐵心和線圈）、觸頭系統(tǒng)（含三對常開住觸頭、兩隊常開輔助觸頭、兩對常閉輔助觸頭）和滅弧裝置三個主要部分組成。其工作原理是：當接在控制電路的線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力將動鐵心（銜鐵）吸合，銜鐵帶動觸頭系統(tǒng)中的橋形觸頭動作，使常閉輔助觸頭（又稱動斷輔助觸頭）先斷開，常開主觸頭（又稱動合主觸頭）和常開輔助觸頭（又稱動合輔助觸頭）后閉合。當線圈斷電（或電壓不夠）時，電磁吸力消失（或不足），銜鐵在反作用彈簧力的作用下釋放，各觸點復位。接觸

17、器電路符號如下圖所示。 7中間繼電器 中間繼電器在結構上是一個電壓繼電器，主要由線圈、鐵心和觸頭等組成，其工作原理與交流接觸器相同，但它的觸頭對數(shù)多，各對觸頭額定電流一樣，動作靈敏。 中間繼電器的主要用途是：當其它繼電器的觸頭對數(shù)或觸頭容量不夠時，可借助中間繼電器來擴大觸頭數(shù)或觸頭容量，起到中間轉換作用，有時也用中間繼電器直接控制小容量電動機的啟動和停止。中間繼電器的電路符號如下圖。 5.6.2 三相異步電動機的使用1.三相異步電動機的啟動 三相異步電動機的起動可分為全壓起動和降壓起動兩種。（1）全壓起動 加在定子繞組的起動電壓是電動機的額定電壓，這樣的起動叫全壓起動。 全壓起動在剛接通電源的

18、瞬間，旋轉磁場與轉子間的相對轉速較大，在轉子中產(chǎn)生的感應電流和變壓器的原理一樣，定子電流必然很大，一般為額定電流的4 7倍。 過大的起動電流會在線路上造成較大的電壓降，影響供電線路上其他設備的正常工作。此外，當起動頻繁時，過大的起動電流會使電動機過熱，影響其使用壽命。只有二、三十千瓦以下的異步電動機采用全壓起動。（2）降壓起動 在起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，待起動結束時恢復到額定值運行?；\型電動機的降壓起動常用串電阻降壓起動、星形-三角形換接起動和自耦降壓起動等方法。 1）串電阻降壓起動 串電阻降壓起動，就是電動機起動時將電阻串聯(lián)在定子繞組與電源之間的起動方法，如下圖所示。 定子繞組

19、串電阻降壓起動 星三角降壓起動 2）星形-三角形換接起動 星形-三角形換接起動，就是電動機起動時把定子繞組連成星形，等到轉速接近額定值時再換接成三角形的起動方法。星三角形起動器的連接簡圖如上圖，起動時，將手柄指向右，定子繞組連成星形降壓起動。等電動機接近額定轉速時，將手柄指向左，定子繞組換接成三角形，電動機正常運行。3）自耦降壓起動 自耦降壓起動，是利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低的起動方法，如下圖所示。自耦變壓器降壓起動 2.三相異步電動機的調(diào)速 在負載不變的條件下改變異步電動機的轉速叫調(diào)速。調(diào)速有三種方法：（1）變頻調(diào)速 改變電源的電流頻率，可達到改變電動機轉速的目的。改

20、變電源頻率可通過變頻調(diào)速裝置完成。（2）變轉差率調(diào)速 此種調(diào)速方法，只適用于繞線式電動機。通過改變接在轉子電路中調(diào)速電阻的大小，就可平滑調(diào)速。（3）變級調(diào)速 改變定子繞組的連接方式，使電動機得到不同的轉速。 3.三相異步電動機的反轉 只要將三根相線中任意兩根對調(diào)即可使電動機反轉。下圖為電動機正反轉控制的原理圖。三相異步電動機正反轉控制原理 三相異步電動機的能耗制動 4.三相異步電動機的制動 為克服慣性，保證電動機在斷電時迅速停車，需要對電動機進行制動。 異步電動機的制動常采用反接制動和能耗制動。（1）反轉制動 在電動機停車時，將三根電線中的任意兩根對調(diào)，產(chǎn)生反轉矩，起到制動作用。當轉速接近零時

21、切斷電源，否則電動機會反轉。（2）能耗制動 在斷電的同時，接通直流電源，如上圖所示。 5.6.2三相異步電動機的維護 電動機的維護一般包括啟動前的檢查、運行過程中的監(jiān)視和定期的檢修。 啟動前檢查的內(nèi)容有：核對電壓與接線是否正確；接線與安裝是否牢固；啟動設備油質(zhì)是否良好；繞線轉子異步電動機的電刷與滑環(huán)是否良好；傳動裝置是否正常；接地或接零是否可靠；新安裝的電動機和停用三個月以上的電動機還應邀側絕緣電阻。 運行過程中的監(jiān)視內(nèi)容有：監(jiān)視電動機個部分的發(fā)熱是否正常；監(jiān)視電動機的額定電流值和三相不平衡度；監(jiān)視電源電壓的波動情況；監(jiān)事電動機的聲音及氣味等等。 定期檢修一般分為小修和大修。小修半年至一年一次

22、，其內(nèi)容為：清除油垢和灰塵；檢查軸承潤滑情況；繞線轉子異步電動機還應檢測滑環(huán)、整流子及電刷；接地或接零是否良好；遙測絕緣電阻；檢查冷卻裝置是否完好等等。大修一年至兩年進行一次，其內(nèi)容為：電機解體后清除內(nèi)部污垢；檢查繞組絕緣情況、槽楔有無松動、絕緣漆有無損傷；檢查轉子良好情況；檢查繞組和啟動裝置的直流電阻；外殼補漆等等。 5.7安全用電 只有懂得安全用電常識，才能更好地利用電能，防止觸電事故的發(fā)生，保護人身和財產(chǎn)安全。5.7.1觸電的概念及種類 當人體接觸或接近高壓帶電體所引起的人體局部受傷或死亡的現(xiàn)象稱為觸電。觸電依傷害程度不同可分為電擊和電傷。 電擊是指電流通過人體內(nèi)部而造成的損害。電擊對人

23、體的傷害程度主要由通過人體的電流強度、電流頻率、通過人體途徑、通電時間長短以及觸電者本人的狀況來決定。觸電事故表明：頻率為30300Hz的交流電最危險。電流流過大腦、心臟最容易導致死亡。 電傷是指電流的熱效應、化學效應和機械效應對人體外部造成的傷害。如電弧灼傷、融化的金屬飛濺到皮膚上造成燒傷等。 觸電傷害的主要因素是電流。我們把人體觸電后的最大擺脫電流稱為安全電流。我國規(guī)定安全電流為30mA s 即觸電時間在一秒內(nèi)，通過人體的最大允許電流為30mA人體觸電時，如果電壓在36V以下，則流過人體的電流不超過30mA，故安全電壓通常規(guī)定為36V5.7.2觸電形式 人體觸電形式有單相觸電、兩相觸電和跨步電壓觸電等。1.單相觸電 單相觸電是指人體觸及一根相線，另一部位接觸大地。此時，人體、大地、中線和觸及相線形成閉合回路，人體承受相電壓而觸電。如圖（a）所示。2.兩相觸電 兩相觸電是指人體同時觸及兩根相線。此時，人體和觸及的兩相線構成閉合回路，人體承受線電壓而觸電。顯然，兩相觸電比單相觸電更危險。如圖（b）。3.跨步電壓觸電 當輸電線路相線因斷