《建筑電氣技術(shù)》課件-第5章

5.1常用低壓控制電器5.2變壓器

5.3電動(dòng)機(jī)5.4導(dǎo)線和電纜的選擇方法小結(jié)

5.1.1低壓配電系統(tǒng)的類型及要求

1.低壓供電系統(tǒng)

1)進(jìn)戶線

2)配電箱

3)干線和支線

照明供電系統(tǒng)如圖5-1所示。5.1常用低壓控制電器圖5-1照明供電系統(tǒng)

2.低壓配電系統(tǒng)

1)放射式

放射式接線方式如圖5-2(a)所示。

2)樹干式

3)混合式

4)鏈?zhǔn)?/p>

圖5-3所示為鏈?zhǔn)诫娏ο到y(tǒng)圖。圖5-2低壓配電系統(tǒng)圖5-3鏈?zhǔn)诫娏ο到y(tǒng)圖5.1.2低壓設(shè)備的特點(diǎn)及用途

常用低壓設(shè)備的圖形符號(hào)和文字符號(hào)見表5-1。

1.刀開關(guān)和轉(zhuǎn)換開關(guān)

1)HH系列封閉式負(fù)荷開關(guān)

它是刀開關(guān)和熔斷器的組合產(chǎn)品，由鐵殼、熔斷器、閘刀、夾座和操作機(jī)構(gòu)等組成，如圖5-4所示。表5-1常用低壓設(shè)備的圖形符號(hào)和文字符號(hào)圖5-4HH系列封閉式負(fù)荷開關(guān)

2)HK系列開啟式負(fù)荷開關(guān)

HK系列開啟式負(fù)荷開關(guān)也稱膠蓋瓷底閘刀開關(guān)。

3.低壓斷路器

其工作原理如圖5-5所示。圖5-5自動(dòng)空氣斷路器工作原理示意圖

4.熔斷器

熔斷器主要用來保護(hù)電器設(shè)備和配電線路免受過載電流和短路的損害。

表5-2所示為熔斷電流與熔斷時(shí)間之間的關(guān)系。表5-2熔斷電流與熔斷時(shí)間之間的關(guān)系

5.接觸器

6.熱繼電器

7.漏電斷路器

漏電斷路器又稱漏電保護(hù)器或剩余電流動(dòng)作保護(hù)器。圖5-6是電流動(dòng)作型漏電斷路器工作原理示意圖。圖5-6電流動(dòng)作型漏電斷路器工作原理示意圖5.1.3低壓控制和保護(hù)電器的選擇方法

1.低壓刀開關(guān)的選擇

2.熔斷器的選擇

熔斷器的型號(hào)可根據(jù)負(fù)載的情況選擇。

(1)一般負(fù)荷，如照明負(fù)荷、電阻爐、電熱器具等，可選擇熔體的電流等于電路中的額定電流。

(2)保護(hù)單臺(tái)長(zhǎng)期工作的電機(jī)，熔體電流可按最大啟動(dòng)電流選取，也可按電動(dòng)機(jī)額定電流選取，即

(5-1)

(3)保護(hù)多臺(tái)長(zhǎng)期工作的電機(jī)，一般情況下這些電機(jī)不會(huì)同時(shí)啟動(dòng)，因此可按容量最大的單臺(tái)電機(jī)進(jìn)行選取，即

IFU=(0.5~1.5)IMNmax+∑IMN(5-2)

(4)對(duì)半導(dǎo)體器件的保護(hù)可按下式選擇:

IFU=1.57IAV(5-3)

【例5-1】如圖5-7所示的回路，試選擇熔斷器FU1、FU2和FU3熔體的額定電流。

解支路L1為單臺(tái)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作，額定電流為11.1A。

IFU1=(1.5~2.5)I1MN=(1.5~2.5)×11.1=16.65~27.75A

圖5-7例5-1電路支路L2也為單臺(tái)電機(jī)長(zhǎng)期工作，額定電流為6.28A。

IFU2=(1.5~2.5)I2MN=(1.5~2.5)×6.82=10.23~17.05A

支路L3為多臺(tái)電機(jī)負(fù)荷，于是有

IFU3=(0.5~1.5)IMNmax+∑IMN=(0.5~1.5)I1MN+I1MN+I2MN

=(0.5~1.5)×11.1+11.1+6.82

=23.47~34.57A

3.低壓斷路器脫扣器的選擇和整定

1)低壓斷路器過流脫扣器額定電流的選擇

過流脫扣器的額定電流IN·OR應(yīng)不小于線路的計(jì)算電流I30，即

IN·OR≥I30(5-4)

2)低壓斷路器過流脫扣器動(dòng)作電流的整定

(1)瞬時(shí)過流脫扣器動(dòng)作電流的整定。

瞬時(shí)過流脫扣器的動(dòng)作電流IOP(O)應(yīng)躲過線路的尖峰電流IPK，即

IOP(O)≥IPKKrel(5-5)

(2)短延時(shí)過流脫扣器動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間的整定。

短延時(shí)過流脫扣器的動(dòng)作電流IOP(S)應(yīng)躲過線路短時(shí)間出現(xiàn)的負(fù)荷尖峰電流IPK，即

IOP(S)≥IPKKrel(5-6)

(3)長(zhǎng)延時(shí)過流脫扣器動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間的整定。

長(zhǎng)延時(shí)過流脫扣器主要用來保護(hù)過負(fù)荷，因此其動(dòng)作電流IOP(L)只需躲過線路的最大負(fù)荷電流(計(jì)算電流)，即

IOP(L)≥I30Krel(5-7)

(4)過流脫扣器與被保護(hù)線路的配合要求。

為了不致發(fā)生因過負(fù)荷或短路引起絕緣導(dǎo)線或電纜過熱起燃而其低壓斷路器不跳閘的事故，低壓斷路器過流脫扣器的動(dòng)作電流IOP還應(yīng)滿足條件

IOP≤KolIal(5-8)

(5)低壓斷路器熱脫扣器的選擇和整定。

①熱脫扣器額定電流的選擇。

熱脫扣器的額定電流IN·TR應(yīng)不小于線路的計(jì)算電流I30，即

IN·TR≥I30(5-9)

②熱脫扣器動(dòng)作電流的整定。熱脫扣器動(dòng)作電流

IOP·TR≥KrelI30(5-10)

4.漏電保護(hù)開關(guān)的選擇

5.接觸器的選擇

6.熱繼電器的選擇5.1.4三相異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制

有些生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)正、反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，由三相電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理可知，只需將電動(dòng)機(jī)的任意兩相電源互換，就可實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)。

圖5-8為用接觸器動(dòng)斷觸頭進(jìn)行互鎖的控制電路。圖5-8三相異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路5.2.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1.變壓器的用途

2.變壓器的基本結(jié)構(gòu)

變壓器主要是由一個(gè)閉合的軟磁鐵芯和兩個(gè)套在鐵芯上相互絕緣的繞組所構(gòu)成的，如圖5-9所示。5.2變壓器圖5-9變壓器的基本結(jié)構(gòu)和符號(hào)

3.變壓器的工作原理

1)變壓器的變壓原理

如圖5-10所示，當(dāng)變壓器一次繞組接上交流電源、二次繞組接上負(fù)載阻抗Z1時(shí)，變壓器便在負(fù)載下運(yùn)行起來。圖5-10單相變壓器原理經(jīng)過公式推導(dǎo)，可得

(5-11)

2)變壓器的變流原理

于是當(dāng)變壓器只有一個(gè)二次繞組時(shí)，應(yīng)有下述關(guān)系:

I1U1=I2U2(5-12)

或

(5-13)

【例5-2】某單相變壓器的電壓為220V/36V，副邊并接有兩盞36V、100W的白熾燈。

解副繞組匝數(shù)

燈泡點(diǎn)亮?xí)r，變壓器副繞組電流

原繞組電流5.2.2變壓器的運(yùn)行特性

對(duì)于負(fù)載來講，變壓器相當(dāng)于一個(gè)電源。

1.變壓器的外特性

當(dāng)電源電壓和負(fù)載的功率因數(shù)等于常數(shù)時(shí)，二次端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，即u2=f(I2)曲線稱為變壓器的外特性(曲線)。變壓器的外特性曲線可以用實(shí)驗(yàn)的方法求得，圖5-11所示為幾條功率因數(shù)不同的變壓器外特性曲線。圖5-11變壓器外特性曲線

2.變壓器的電壓調(diào)整率

從負(fù)載用電的角度來看，總希望電源電壓是穩(wěn)定的。變壓器從空載到額定負(fù)載(即I2從0增大到I2N)運(yùn)行時(shí)，二次繞組輸出電壓的變化量ΔU與空載額定電壓U2N的百分比，稱為變壓器的電壓調(diào)整率，用ΔU%表示為

3.變壓器的額定值

額定值是制造廠根據(jù)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)變壓器正?？煽抗ぷ魉鞯氖褂靡?guī)定，額定值通常標(biāo)注在銘牌上，也稱銘牌值。變壓器的銘牌如圖5-12所示。圖5-12變壓器的銘牌

1)型號(hào)

2)額定電壓

3)額定電流

4)額定容量

單相變壓器

SN=U2NI2N=U1NI1N

三相變壓器

5.2.3特種變壓器

1.互感器

1)電壓互感器

電壓互感器是一種電壓變換電器，可隔離高電壓，通常是將高電壓變成低電壓，以取得測(cè)量和保護(hù)用的低電壓信號(hào)，副邊繞組的額定電壓是固定的，為100V。使用中，一次繞組并聯(lián)在被測(cè)電路中，接測(cè)量的高電壓端；二次繞組根據(jù)測(cè)量的目的不同，接電壓表、功率表或電能表的電壓線圈，如圖5-13所示。圖5-13電壓互感器

2)電流互感器

電流互感器是一種電流變換電器，隔離高電壓和大電流，通常是將大電流變成小電流，以取得測(cè)量和保護(hù)用的小電流信號(hào)，副邊繞組的額定電流是固定的，為5A。如電流互感器的額定電流等級(jí)有30A/5A、75A/5A、100A/5A等。使用中，一次繞組串聯(lián)在被測(cè)電路中，流過被測(cè)電流；二次繞組則根據(jù)測(cè)量的目的不同，連接電流表、電能表的電流線圈或電流繼電器，如圖5-14所示。圖5-14電流互感器

2.自耦變壓器

普通變壓器一、二次繞組之間由磁通相互聯(lián)系起來，稱之為互感現(xiàn)象，也可以稱為互耦現(xiàn)象。

3.電焊變壓器

電焊變壓器在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用很廣泛，主要是以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、制造容易、維修方便、經(jīng)久耐用而著稱。5.2.4變壓器的安裝準(zhǔn)備及運(yùn)行

1.安裝前的準(zhǔn)備與檢查

1)變壓器安裝前的準(zhǔn)備工作

2)變壓器安裝前的檢查

2.變壓器的裝卸搬運(yùn)與就位安裝

1)變壓器的裝卸搬運(yùn)

2)變壓器的就位安裝

3.變壓器投入運(yùn)行前的檢查

1)通電前的要求

2)變壓器的沖擊試驗(yàn)5.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

三相異步電動(dòng)機(jī)由兩個(gè)基本組成部分即定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。其外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5-15所示。5.3電動(dòng)機(jī)圖5-15三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1)定子

(1)機(jī)座。

(2)定子鐵芯。

(3)定子繞組。

2)轉(zhuǎn)子

(1)轉(zhuǎn)子鐵芯。

(2)轉(zhuǎn)子繞組。

(3)氣隙。5.3.2工作原理

1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

它們的首端(U1、V1、W1)或末端(U2、V2、W2)在空間上彼此相隔120°，若把其末端接成一點(diǎn)，把三個(gè)首端U1、V1、W1接到三相對(duì)稱電源上，即為星形連接，三相對(duì)稱繞組中便通入了三相對(duì)稱電流。三相對(duì)稱電流的波形如圖5-16所示。上述產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度稱為同步轉(zhuǎn)速n1，同步轉(zhuǎn)速與電源頻率f1和磁極對(duì)數(shù)p的關(guān)系可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為

(5-14)圖5-16三相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

根據(jù)以上分析，定子繞組通入三相交流電時(shí)，在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，假定磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針方向，如圖5-17所示。圖5-17三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

2.轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速

1)轉(zhuǎn)向

2)轉(zhuǎn)速

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差稱為轉(zhuǎn)差，用Δn表示。轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率，即

(5-15)5.3.3三相異步電動(dòng)機(jī)的特性

1.電磁轉(zhuǎn)矩

電磁轉(zhuǎn)矩的大小與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通、轉(zhuǎn)子電流I2及轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)cos2有關(guān)，即

(5-16)

2.三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

當(dāng)電源電壓U1和轉(zhuǎn)子電路參數(shù)為定值時(shí)，轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩T滿足關(guān)系n=f(T)，這稱為三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線如圖5-18所示。圖5-18三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線

1)三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩

(1)額定轉(zhuǎn)矩。

三相異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速保持不變。這時(shí)，在忽略電動(dòng)機(jī)本身的機(jī)械損耗轉(zhuǎn)矩(如軸承摩擦等)的情況下，可以認(rèn)為電磁轉(zhuǎn)矩T與軸上的輸出轉(zhuǎn)矩即機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2相等，經(jīng)推導(dǎo)有

(5-17)根據(jù)式(5-16)，額定轉(zhuǎn)矩TN為

(5-18)圖5-19電源電壓對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響

(2)最大轉(zhuǎn)矩Tm。為了保證電動(dòng)機(jī)在電源電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)仍能夠可靠運(yùn)行，一般規(guī)定最大轉(zhuǎn)矩Tm應(yīng)為額定轉(zhuǎn)矩TN

的數(shù)倍，用λm表示，稱為過載系數(shù)，即

(5-19)

(3)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。

只有在Tst大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)。Tst越大，電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載啟動(dòng)的能力就越強(qiáng)，啟動(dòng)時(shí)間也越短。Tst與TN的比值稱為啟動(dòng)系數(shù)，用λs表示，即

(5-20)

2)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行5.3.4異步電動(dòng)機(jī)的銘牌及技術(shù)參數(shù)

1.銘牌

表5-3所示是一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌。2.技術(shù)參數(shù)

(1)額定電壓

(2)額定電流

(3)額定功率

(4)額定頻率

(5)額定轉(zhuǎn)速

(6)接線

(7)絕緣等級(jí)與溫升：5.3.5異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)

1.啟動(dòng)

1)啟動(dòng)電流

2)異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法

(1)直接啟動(dòng)。

(2)降壓?jiǎn)?dòng)。

3)繞線式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)

2.調(diào)速

根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率公式，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n為

(5-21)

3.制動(dòng)

正在運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，斷開電源后，由于轉(zhuǎn)子本身慣性的作用，不能立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，還要經(jīng)過一段時(shí)間才能停轉(zhuǎn)。5.4.1概述

電線和電纜是常用的兩類導(dǎo)線。選擇電線和電纜主要是選擇型號(hào)和截面。5.4導(dǎo)線和電纜的選擇方法5.4.2導(dǎo)線和電纜截面的選擇方法

1.根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度選擇

2.根據(jù)發(fā)熱條件選擇

按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線和電纜的截面，應(yīng)滿足

IN≥IΣC

(5-22)若視在計(jì)算負(fù)荷為SΣC，電網(wǎng)額定電壓為UN，則有

(5-23)

3.根據(jù)允許的電壓損失選擇

由于線路中存在著阻抗，因此當(dāng)電流通過線路時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓損失。設(shè)電源的輸出電壓為U1，而負(fù)載端的電壓為U2，ΔU=U1-U2是線路上電壓損失的絕對(duì)值。一般用電設(shè)備允許一定范圍內(nèi)的端電壓偏移，但如果電壓損失過大，就會(huì)影響用電設(shè)備的正