祝春华--建筑设备教学课件第2章常用建筑电气设备

1、建筑电气技术,桂林电子科技大学建筑环境教研室 杨建波 2007.09 Tel2006年7月13日 星期四,2,第2章 常用建筑电气设备,绪言： 通过本节内容的学习，了解并掌握建筑电气中常用电气设备的工作原理、结构、特性、型号、图形符号、应用要点等相关知识，为正确选择和合理使用这些电器打下基础。 内容框架： 变压器 电动机 常用高压电气设备 常用低压电气设备 重点/难点： 各电气设备的工作原理和特性。,preceding,2006年7月13日 星期四,3,第1节 概述,电气设备 电器 电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。在电力输配电系统和

2、电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。,2006年7月13日 星期四,4,第1节 概述,1.1 常用电器的分类 继电接触式控制系统-由控制电器组成的自动控制系统。 按工作电压等级分 高压电器-用于交流电压1200V，直流电压1500V及以上电路中的电器。 例如：高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。 低压电器-用于交流电压1200V，直流电压1500V以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。 例如：接触器、继电器等。,2006年7月13日 星期四,5,第1节 概述,按动作原理分 手动电器-用手或依靠机械力进行操作的电器。 如：手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。 自动电器-借助于电

3、磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器。 如：接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。,2006年7月13日 星期四,6,第1节 概述,按用途分 控制电器-用于各种控制电路和控制系统的电器。 如接触器、继电器、电动机起动器等。 主令电器-自动控制系统中发送动作指令的电器。 如按钮、行程开关、万能转换开关等。 保护电器-用于保护电路及用电设备的电器。 如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。 执行电器-用于完成某种动作或传动功能的电器。 如电磁铁、电磁离合器等。 配电电器-用于电能的输送和分配的电器。 如高压断路器、隔离开关、刀开关、空气断路器等。,2006年7月13日 星期四,7,第1节

4、概述,按工作原理分 电磁式电器-依据电磁感应原理来工作。 如接触器、各种类型的电磁式继电器等。 非电量控制电器-依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器。 如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电器等。,2006年7月13日 星期四,8,第1节 概述,1.2 电器的作用 低压电器是构成低压控制电路的最基本元件。 低压控制电器作用：能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动地改变电路的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节。 工作过程：将一些非电信号或电量信号转变为非通即断的开关信号或随信号变化的模拟量信号，实现对被控对象的控制。,2006年7月13日 星期

5、四,9,第1节 概述,低压电器的具体作用： 控制作用-如电梯的上下移动、快慢速自动切换与自动停层等。 保护作用-能根据设备的特点，对设备、环境以及人身安全实行自动保护，如电动机的过热保护，电网的短路保护、漏电保护等。 测量作用-利用仪表及与之相适应的电器，对设备、电网或其它非电参数进行测量。如电流、电压、功率、转速、温度、湿度等。,2006年7月13日 星期四,10,第1节 概述,调节作用-低压电器可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求。如柴油机油门的调整、房间温度和湿度的调节、光照度的自动调节等。 指示作用-利用低压电器的控制、保护等功能，检测出设备运行状况与电气电路工作情况。如绝缘

6、监测、保护掉牌指示等。 转换作用-在用电设备之间转换或对低压电器，控制电路分时投入运行，以实现功能切换。如励磁装置手动与自动的转换、供电的市电与自备电的切换等。,2006年7月13日 星期四,11,第1节 概述,常用低压电器的主要种类及用途,2006年7月13日 星期四,12,第1节 概述,2006年7月13日 星期四,13,第1节 概述,2006年7月13日 星期四,14,第1节 变压器,1.1 变压器功能与分类 变压器-根据电磁感应原理制成的一种电能转换设备，用来将交流电由一种等级的电压与电流转换为同频的另一种等级的电压与电流。,main body,2006年7月13日 星期四,15,第1

7、节 变压器,变压器分类： 按相数分：单相、三相或多相； 根据作用分：升压变压器、降压变压器、接地变压器； 按用途分：用于电力系统的电力变压器、用于局部动力和照明的小容量变压器、用于传递信号的耦合和控制变压器； 根据绕组数量分：自耦变压器、两绕组变压器、三绕组变压器； 根据冷却方式分：自冷干式变压器、风冷干式变压器、自冷油浸式变压器、风冷油浸式变压器、水冷油浸式变压器。,main body,2006年7月13日 星期四,16,第1节 变压器,1.2 变压器的结构与工作原理 1、变压器的结构 两个或两个以上绕组(线圈)，绕在一个公共铁心上；铁心和绕组组合成变压器的主体。 基本结构组成： 电路部分，

8、即一次绕组和二次绕组； 磁路部分, 由硅钢片叠成的铁心柱； 其他辅助结构： 油箱； 绝缘套管； 油位计； 温度计； 储油柜。,main body,2006年7月13日 星期四,17,第1节 变压器,单相变压器的结构： 心式变压器：绕组装在铁心的两个铁心柱上。单相变压器的结构比较简单，有较大的绝缘空间，用于功率大、电压高的变压器以减少用铁量，电力变压器大部分采用心式变压器； 壳式变压器：铁心包围着绕组的上下和两侧，这种机械强度较好，铁心散热条件好，但工艺复杂，用铜量大，用于功率较小的干式变压器。,main body,2006年7月13日 星期四,18,第1节 变压器,(1)变压器铁心： 作用:构

9、成磁路，支撑绕组。 由垂直的铁心柱和水平的铁轭两部分组成。为减小涡流损耗，铁心用o35mm厚的硅钢片交错叠装而成，硅钢片表面涂有绝缘漆并经氧化处理形成绝缘层。,main body,2006年7月13日 星期四,19,第1节 变压器,(2)变压器的绕组(线圈)： 作用:变压器的电路部分，是构成交流电的通路，通以励磁电流建立磁场。 小功率的单相变压器的绕组多用高强度漆包线绕制；大功率的三相变压器的绕组可用扁铜线或铝线绕制。绕组的形状多为圆筒形。低压绕组靠近铁心，高压绕组同心地套在低压绕组的外面。 一次绕组：变压器接电源一边的绕组； 二次绕组：接负载一边的绕组。 变压器的铁心、一次绕组和二次绕组之间

10、是彼此绝缘的。,main body,2006年7月13日 星期四,20,第1节 变压器,2工作原理 利用电磁感应原理将电源的电能传递到负载中。 变压器的一次绕组与交流电源Ui接通后，经绕组流过交变电流Ii，铁心中便有交变磁通，即一次绕组从电源吸取电能转变为磁能； 在铁心中同时交(环)链一次、二次绕组，由于电磁感应作用，分别在一次、二次绕组上产生频率相同的感应电动势E1、E2，根据电磁感应定律，绕组的感应电动势正比于它的匝数。 如果此时二次绕组接通负载，在二次绕组感应电动势作用下，便有电流输出给负载，铁心中的磁能又转换为电能。,main body,2006年7月13日 星期四,21,第1节 变压

11、器,3变压器的空载运行特性与电压变换 空载运行状态-变压器一次绕组接交流电源、二次绕组未接负载的工作状态。 变压器空载运行时，其二次绕组开路，I2=0，此时一次绕组中的电流I0称为空载电流或励磁电流。 由于I2=0，二次绕组对一次绕组的工作状态没有任何影响，变压器在传递电能的过程中，铁心的交变磁通，在一次、二次绕组中的每一匝线圈中都产生相同的感应电动势。,main body,2006年7月13日 星期四,22,第1节 变压器,空载运行时： E-绕组产生的感应电动势； N-绕组匝数； 变压器空载时，一次绕组电阻及电抗的电压降甚小。 U-绕组端电压； K-变压器的电压比； 结论：变压器的电压比近似

12、等于一次、一次绕组的匝数之比，可见变压器具有变换电压的功能。 降压变压器：电压比K1； 升压变压器：K1。,main body,2006年7月13日 星期四,23,第1节 变压器,4变压器的负载运行特性与电流变换 负载运行状态-变压器二次绕组接上负载ZL。 变压器在负载运行状态下，二次绕组中有电流I2通过，二次绕组的磁动势I2N2产生磁通，其中大部分通过铁心而闭合(小部分是漏磁通)。此时，铁心中的主磁通由m是一个由一次、一次绕组的磁动势共同产生的合成磁通。,main body,2006年7月13日 星期四,24,第1节 变压器,但实际上铁心中主磁通的幅值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的。有

13、： I-绕组的电流； N-绕组匝数； 可见： (1)一次、二次绕组的磁动势在相位上近似反相，即二次绕组的磁动势对一次绕组的磁动势有去磁作用。变压器由空载到负载运行时它的一次电流从I0增大到I1，以抵偿二次绕组磁动势对一次绕组磁动势的去磁作用，从而维持主磁通恒定不变。 (2)一次、一次绕组的电流关系为：一次、二次绕组中电流之比等于其电压比K的倒数，即变压器变换电流的功能。 负载变化，但其电压比K仍不变，所以当负载增加时，I1随着增大，而I2也必须相应增大。,main body,2006年7月13日 星期四,25,第1节 变压器,5变压器的阻抗变换 变压器的阻抗变换功能-实际的负载阻抗ZL并没有改

14、变，而是通过变压器改变了从一次侧看进去的等效阻抗ZL。 故：变压器具有变换电压、变换电流和变换阻抗的三种特性。,main body,2006年7月13日 星期四,26,第1节 变压器,【例 】 某信号源的电动势 E 为 10V，内阻 R0 为 500，负载电阻 RL为 5 ，当 RL折算到原边的等效电阻与 R0相等时，求变压器的变比以及负载得到的功率。如果将该负载直接与信号源联接时，负载得到的功率又为多少？,2006年7月13日 星期四,27,第1节 变压器,2006年7月13日 星期四,28,第1节 变压器,1.3 变压器的运行特性 1变压器的外特性 对用电设备来说，变压器相当于电源；对变压

15、器来说，用电设备就是负载。 变压器一次、二次绕组既有电阻又有电抗，当电流通过时，必然产生电压降。从而使二次电压随负载的增减而变化。 变压器的外特性-由于负载电流I2变化引起的输出端电压U2的变化的特性曲线。,main body,2006年7月13日 星期四,29,第1节 变压器,当I20时，二次电压U2U2N，变压器二次绕组空载电压U20=U2N，U2N称为二次绕组的额定电压。 当负载为电阻时，cos1.0，变压器二次输出电压逐渐降低，下降并不多； 当负载为感性时，cos1.0，随着变压器二次负载电流I2增大，变压器二次输出电压下降较大，其原因是去磁作用较强。 当负载为容性时，cos0，随着变

16、压器二次负载电流I2增大，变压器二次输出电压增大，其原因是对变压器磁路中的主磁通的助磁作用较强。,main body,2006年7月13日 星期四,30,第1节 变压器,2变压器的电压调整率 电压调整率-从空载到满载（I2=I2N），二次电压变化的数值与空载电压的比值。 U20-变压器的二次空载电压(kv)； U2-变压器的二次输出额定电流时的端电压(kv)； 电力变压器的电压调整率一般约为23。,main body,2006年7月13日 星期四,31,第1节 变压器,3变压器的损耗和效率 (1)变压器的损耗 变压器运转时是有损耗的，损耗分： 铜损耗：指变压器在负载运行时，一次、二次绕组电流(

17、I1、I2)在各自绕组的电阻(R1、R2)上所消耗的有功功率，可变损耗即： 铁损耗：是由磁滞损耗及涡流损耗两部分构成的。不变损耗:,main body,2006年7月13日 星期四,32,第1节 变压器,磁滞损耗(Ph)： 磁滞现象-变压器铁心中的磁通是交变的，在交变励磁的情况下，磁通的变化滞后于电流的变化的现象。 磁滞现象的存在造成铁心发热，即有能量损耗，称为磁滞损耗。 涡流损耗(Pe)：涡流损耗为铁心内部。 涡流-交变磁通产生的感应电动势引起的电流在铁心内形成环流。涡流使铁心发热而消耗的能量，称为涡流损耗。,main body,2006年7月13日 星期四,33,第1节 变压器,(2)变压

18、器的效率 变压器在运行时，其输入的有功功率P1为输出有功功率P2与铜损耗Ph和铁损耗PFe之和，即: 变压器效率-变压器输出有功功率P2与输入有功功率Pl的比值。 变压器的损耗很小所以效率很高，通常在95以上。在一般变压器中，当负载为额定负载的50一58时，效率达到最大值。,main body,2006年7月13日 星期四,34,第1节 变压器,1.4 变压器的铭牌 变压器的铭牌表明了：型号、各种额定数据、使用条件等。 国产的中、小型电力变压器的主要型号有：S7、SL7、S9、SC8、SCL2等。 三相电力变压器的铭牌：,main body,2006年7月13日 星期四,35,第1节 变压器,

19、变压器的型号的含义如下： 如：S9-1000/10表示三相铜绕组油浸式（自冷式）变压器，设计序号为9，容量为1000 kVA，高压绕组额定电压为10 kV。,main body,2006年7月13日 星期四,36,第1节 变压器,1额定电压 一次绕组额定电压U1N-变压器在额定运行条件下，根据变压器的绝缘等级和允许的发热条件所确定的一次绕组的电压值。 二次绕组额定电压U2N-在变压器的一次绕组加上额定电压，二次绕组空载时的电压值。,main body,2006年7月13日 星期四,37,第1节 变压器,2额定电流 额定电流-是根据变压器的长期允许发热条件而规定的满载电流值。 三相变压器： 单相

20、变压器：,main body,2006年7月13日 星期四,38,第1节 变压器,3额定容量 额定容量-变压器在额定使用条件下的输出视在功率(S)。见上式。 视在功率(S)：即交流电压和交流电流的乘积。视在功率包括两部分：有功功率（）和无功功率（）。,main body,2006年7月13日 星期四,39,第1节 变压器,1.5 变压器的调压方式 适当地改变一次、二次绕组的匝数，就可以达到变换电压的目的。利用变换变压器一次绕组分接头来调节变压器二次绕组的电压，这是最常用也是最基本的调压方式。 变压器变换分接头的调压方式，分为无载调压和有载调压两种。,main body,2006年7月13日 星

21、期四,40,第1节 变压器,1.6 三相变压器的联接 一次（或二次）绕组的联接方式： 星形（Y）联接： 三角形（）联接： 三相变压器的常见联接组：,main body,2006年7月13日 星期四,41,第1节 变压器,1.7 自耦变压器 工作特点:是一次、二次绕组不仅有磁的联系，而且有电的联系。 自耦变压器的工作原理与双绕组变压器相同。 一次、二次电压和它们的匝数成正比，即 一次、二次电流和它们的匝数成反比，即 要把次、二次绕组的公共端接零。,main body,2006年7月13日 星期四,42,第1节 变压器,1.8 电焊变压器 电焊变压器是为焊接金属工件而设计的特殊变压器。 特点：因为

22、在焊接过程中，电焊变压器的负载经常处于从空载（当焊条与工件分离时）到短路（当焊条与工件接触时）或者从短路到空载之间急剧变化的状态，所以，要求电焊变压器具有急剧下降的外特性。这样，短路时，由于输出电压迅速下降，副边电流也不至于过大；空载时，由于副边电流为零，输出电压能迅速恢复到点火电压。,main body,2006年7月13日 星期四,43,第2节 异步电动机,2.1 电动机的转动原理 1三相异步电动机的结构 两个基本部分： 定子(固定部分)-由机座和装在机座内的圆筒形铁心组成。铁心的内圆周表面冲有槽，放置对称的三相绕组UlU2、VlV2、W1W2，汇成六个端头分别引到接线盒中，可以联结成Y形

23、或形。 转子(旋转部分)-在构造上分成两种型式：笼型和绕线转子型。转子铁心是圆柱状，用表面冲槽型的硅钢片叠制而成。将铁心装在转轴上，转轴承受机械负载。是三相、并连成Y形 。,main body,2006年7月13日 星期四,44,第2节 异步电动机,main body,2006年7月13日 星期四,45,第2节 异步电动机,main body,2006年7月13日 星期四,46,第2节 异步电动机,2转子转动原理 定子绕组通入三相电流产生随电流的交变而在空间中不断地旋转着的旋转磁场旋转磁场切割转子导体，在其中感应出电动势，在闭合导体中产生电流转子导体电流与旋转磁场相互作用而产生电磁转矩，使电动

24、机转动。,main body,2006年7月13日 星期四,47,第2节 异步电动机,3旋转磁场的方向 电动机转子转动的方向和旋转磁场旋转方向是相同的。在三相电路中，电流出现正幅值的顺序依次为U1-V1-W1。因此磁场的旋转方向与这个顺序一致，如果将联结于三相电源的三个相序中任意两相对调后，使电动机旋转磁场的方向相反，从而使电动机转子跟着改变方向，即反转。,main body,2006年7月13日 星期四,48,第2节 异步电动机,2.2 三相异步电动机的极对数和转速 1三相异步电动机的极对数P 旋转磁场有一对极：在三相绕组中，定子每相绕组只有一个线圈，三相绕组的始端之间存在1200空间角度。

25、 旋转磁场有两对磁极：定子每相绕组两个线圈串联。各绕组的始端之间相差600。,main body,2006年7月13日 星期四,49,第2节 异步电动机,2三相异步电动机的转速 异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关。 p对磁极时，磁场转速n0为： 可见：旋转磁场的转速n0的大小与电流频率f1成正比，与磁极对数p成反比。 一台三相异步电动机，f1和p通常是一定的，所以磁场转速n0为常数。 供电系统的频率为50Hz，不同磁极对数的旋转磁场的转速n0：,main body,2006年7月13日 星期四,50,第2节 异步电动机,异步电动机转子的转速n旋转磁场的转速n0。（n n0） 如果转子的转速与

26、旋转磁场的转速相等，则转子与旋转磁场之间就没有相对运动，磁力线就不切割转子导体，转子电动势和电流以及电磁转矩也就不能产生。即“异步” 通常称旋转磁场的转速n0为“同步转速”。 转差率s：表征转子转速n与同步转速n0之间相差的程度。 转差率s很小，一般s=0.0010.009。,main body,2006年7月13日 星期四,51,第2节 异步电动机,2.3 电动机的机械特性 1异步电动机的转距特性 电磁转矩的大小和转子电流的大小及气隙磁场的强弱有直接关系。转子电流愈大、磁场愈强，电磁转矩也就愈大。还和转子电路的功率因数有一定关系。 对于己制好的电动机的电磁转矩T只与转差率s有关。,main

27、body,2006年7月13日 星期四,52,第2节 异步电动机,转矩特性曲线T=f(s)： 起动转矩-电动机起动的瞬间s1时的转矩Tst； 转子达到同步转速时s0，转子电流为零（转、定子间无相对转速，电磁转矩就不能产生），转矩T也为零； 最大转矩-当s达到某一值sm（临界转差率）时，电磁转矩达到最大值Tm。一般异步电动机的sm在0.040.14之间。 额定转矩-对应于额定负载时的转矩TN。额定转差率sN。,main body,2006年7月13日 星期四,53,第2节 异步电动机,2异步电动机机械特性曲线 nf(T)： “电动机稳定运行区”-BD这一运行区域。 “不稳定运行区”-CB段。,m

28、ain body,2006年7月13日 星期四,54,第2节 异步电动机,分析： 电动机在旋转时，作用在轴上的转矩有：电动机产生的电磁转矩T和作用在轴上的机械负载转矩。 电动机在起动瞬间n0，电动机的电磁转矩为起动转矩Tst、，如果电磁转矩小于负载转矩，电动机将无法起动，反之，电动机的转速n将不断上升。 电动机的电磁转矩将开始沿着机械特性曲线的CB段上升，经过最大转矩Tm后沿着曲线BD段减小。 当电磁转矩等于负载转矩时，电动机以稳定的转速n运行。 若机械负载增加，在曲线BD段上，随着电动机转速的下降，电磁转矩将增加。当电磁转矩等于负载转矩时，电动机达到新的平衡点稳定运行。 若电动机轴上负载转矩

29、减小时，电动机的转速将增加，此时电动机以较高的转速运行在BD段。,main body,2006年7月13日 星期四,55,第2节 异步电动机,2.4 电动机的铭牌,main body,2006年7月13日 星期四,56,第2节 异步电动机,1型号 型号具体说明如下：,main body,2006年7月13日 星期四,57,第2节 异步电动机,2功率 指电动机在额定运行情况下机轴上输出的机械功率。 3电压 指电动机的额定电压，它表示电动机定子绕组某种接法时(Y、)应加的电源线电压。 4电流 指电动机的额定电流，它表示电动机在额定电压下，轴上输出额定功率时的定子线电流。,main body,200

30、6年7月13日 星期四,58,第2节 异步电动机,5联结 指定子三相绕组的接法。在接电源之前，六个引出线端（U1、U2、V1、V2、W1、W2）必须正确连接（Y型或型）。 其中U1、U2表示第一相绕组始末端，V1、V2是第二相绕组始末端，W1、W2是第三相绕组始末端。,main body,2006年7月13日 星期四,59,第2节 异步电动机,6转速 转速指电动机在额定运行时的转速。 7功率因数 指电动机在额定运行时定子电路的功率因数。 三相异步电动机的功率因数较低额定负载时约为0.70.9。轻载和空载时更低，只有0.20.3。 8防护等级,main body,2006年7月13日 星期四,6

31、0,第2节 异步电动机,9温升 指电动机在运行中定子绕组发热而升高的温度。电动机的允许温升与绝缘的等级有关：,main body,2006年7月13日 星期四,61,第2节 异步电动机,2.5 电动机的起动、正反转与制动 1异步电动机的起动 起动过程-电动机接通电源后，从转速为零瞬间开始直到转速稳定为止的过程。 (1)笼型三相异步电动机的起动控制 1)直接起动 “直接起动”-就是利用刀开关、接触器或电磁起动器等将电动机直接接到具有额定电压的电源上。 特点：起动简单经济，但起动电流大。当电源容量足够大，起动时不致造成对电网电压的显著波动，可以采用直接起动。,main body,2006年7月13

32、日 星期四,62,第2节 异步电动机,补：起动特性 起动电流：刚起动时，旋转磁场对静止的转子有着很大的相对转速，这时转子绕组中感应出的电动势和产生的转子电流都很大。转子电流增大，定子电流必然相应增大。一般中小型鼠笼式电动机的定子起动电流(指线电流)与额定电流之比值大约为57。 例如Y132M4型电动机的额定电流为15.4A，起动电流与额定电流之比值为7，因此起动电流为715.4107.8A。,2006年7月13日 星期四,63,第2节 异步电动机,适用: 一般在设计规范中规定： 当电源采用公用低压网络供电时，容量在11kw及以下时可采用全电压直接起动； 当电源取自居住小区变电所低压配电装置时，

33、容量在15kw及以上者可以来用全电压直接起动。 可采用如下经验公式确定能否直接起动：,main body,2006年7月13日 星期四,64,第2节 异步电动机,2)减压起动 “减压起动”-就是利用某些设备如自耦变压器，或变换电动机定子绕组的联结法，使电动机的端电压低于额定值，借以减小起动电流。 适用：直接起动时电流超过了允许值，且起动转矩又不需很大时。 Y起动 异步电动机定子绕组串接电阻的减压起动 自耦变压器减压起动,main body,2006年7月13日 星期四,65,第2节 异步电动机,Y起动 起动过程：起动时将其定子绕组连接成星形，当电机转速接近额定转速（正常运行）时，再换接成三角形

34、。 优点：减压起动时的电流为直接三角形起动时的13。 缺点：减压起动时的起动转矩也减小到13。 适用：三角形联结的大型三相异步电动机空载或轻载时起动。,main body,2006年7月13日 星期四,66,第2节 异步电动机,异步电动机定子绕组串接电阻的减压起动 起动过程：闭合开关Q1，引入三相电源，此时电阻R与电动机定于绕组串联，电阻分压使定子绕组的电压小于电源电压，电动机起动转速升高后，闭合Q2使电阻R短路，电源电压全部降落在电动机的定子绕组上，电动机正常运行。 适用：定子绕组为星形的，一般功率大于10kw的笼型异步电动机；,main body,2006年7月13日 星期四,67,第2节

35、 异步电动机,自耦变压器减压起动 利用特制的三相自耦变压器将电动机减压后起动。 起动过程：起动时，先将Q1闭合，Q2扳向起动位置。当转速接近额定转速时，再将起动器扳向运行位置，切除自耦变压器。,main body,2006年7月13日 星期四,68,第2节 异步电动机,(2)三相绕线转子异步电动机的起动控制 Y减压起动 与笼型异步电动机Y减压起动相似。在绕线转子异步电动机的转子绕组回路中串接附加电阻，便有良好的起动特性。绕线转子异步电动机能够减小起动电流，起动转矩却较大。 适用：常用于要求起动转矩较大的卷扬机、锻压机和起重机等生产机械上。 起动过程：起动时（Y型）串接附加电阻，随着转速的上升，

36、将附加电阻逐段切除，并转接为型。 注意：起动电阻器仅供起动使用，不可将电阻器长期接入转子电路。,main body,2006年7月13日 星期四,69,第2节 异步电动机,转子回路串接频敏变阻器起动 起动过程：刚起动时，频敏变阻器RF呈现最大的阻抗，转子的起动电流减小，随着转于转速的上升，感应电动势频率降低因而变阻器阻抗减小。起动结束后，将频敏变阻器从电路中切除。,main body,2006年7月13日 星期四,70,第2节 异步电动机,2三相异步电动机的正反转控制 转子旋转方向与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的旋转方向完全取决于三相电源的相序。 要想改变电动机的旋转方向，只需将三相电源

37、的相序改变即可。即任意将三相中的两相对调接于电动机的定子绕组。 正转-开关Q闭合时，电源L1接U相，L2接V相，L3接W相。 反转-Q向下合闸时，电源L1接V相，L2接U相，L3接W相，U、V对调，旋转磁场反转，电动机反转。,main body,2006年7月13日 星期四,71,第2节 异步电动机,3三相异步电动机的制动控制 电动机断电后迅速停止或反转，这就需要对电动机进行制动，也就是加上与转子转动方向相反的转矩（制动转矩）。 制动的常用方法有： 机械摩擦制动（可采用带轮摩擦或电磁抱闸）、能耗制动（电气）、反接制动（电气）和发电反馈制动（电气）等。,main body,2006年7月13日

38、星期四,72,第2节 异步电动机,(1)能耗制动： “能耗制动”-用消耗转子的功能(转换为电能)进行制动。 在电动机脱开电源后，立即在定子绕组中通入直流电流，此直流电流在电功机中产生一个力向恒定的磁场，产生的电磁转矩与转子惯性旋转方向相反，也就是制动转矩。 制动转矩的大小决定于直流磁场的强弱和转子电流的大小。 直流电流的大小一般为电动机定子额定电流的0.51.0倍。而对绕线转子异步电动机还可调节转子电路中的变阻器的电阻值来控制制动。 特点：制动能量消耗小，制动平稳。 适用：某些机床和桥式起重机快速停车制动控制。 缺点：需要用直流电源。,main body,2006年7月13日 星期四,73,第

39、2节 异步电动机,(2)反接制动： 将定子三相绕组的三相电源的任意两相对调旋转磁场的旋转方向随即改变产生制动转矩，使电动机转速迅速下降降到0，则停止。如此时不拉开电源开关、电动机将反转。 特点：在制动过程中有较大的电流，电功率损耗也较大，故经济性较差，但是接线简单、制动效果良好。 适用：中型车床和铣床的主轴电动机制动和某些起重机电动机制动。,main body,2006年7月13日 星期四,74,第2节 异步电动机,(3)发电反馈制动： 发电反馈制动也称为发电机制动。 当电动机的转子转速超过电动机的旋转磁场的转速n0时，如电力机车下坡，或起重机快速下放重物时。此时，转差率s0，电磁转矩方向与旋

40、转磁场方向相反，从而产生了制动力矩，限制机车和起重机的速度。 适用：电气列车下坡或起重机快速下卸重物时限制速度。,main body,2006年7月13日 星期四,75,第2节 异步电动机,2.6 电动机的选用与使用 1类型的选择 对于无调速要求的中小容量的生产机械，如水泵、通风机、压缩机、金属切削机床等设备，要尽可能选用笼型异步电动机。 对于有一定调速要求，经常起动和容量较大的生产机械，如起重机、卷扬机、电梯等，可选用绕线转子异步电动机(能保证起动力矩)。 在异步电动机不能满足要求时，可选用其它类型电动机，如直流电动机、同步电动机等。,main body,2006年7月13日 星期四,76,

41、第2节 异步电动机,2结构形式的选择 对空气干燥、灰尘少、无水土飞溅和无腐蚀性气体的场合，选用防护式； 对尘土飞扬、潮湿或有腐蚀性气体的场合，如脱谷场、饲料加工车间等，应用封闭式； 对有爆炸性气体的场合，如石化工业和煤矿等，应选用防爆式。,main body,2006年7月13日 星期四,77,第2节 异步电动机,3转速的选择 额定转速越低，则结构尺寸越大（极数P越大），价格也高。 对于低转速工作的生产机械，选用高转速电动机(通常是1500rmin)，再另配减速器。 电动机转速的选择，要根据具体情况全面综合考虑。,main body,2006年7月13日 星期四,78,第2节 异步电动机,4容

42、量的选择 连续工作方式电动机容量的选择： 长期恒载的水泵、长期变载的脱谷机和粉碎机等。 恒定负载的电动机容量应满足： 式中 PN电动机的额定功率(kw)； P2生产机械的负载功率(kw)； l生产机械的效率； 2传动效率，联轴器传动1，带传动0.95 对选定的电动机还要进行过载能力的校验。,main body,2006年7月13日 星期四,79,第2节 异步电动机,短时运行电动机容量的选择： 有些生产机械，如小型水电站和渠道的闸门，工作时间短，停歇时间较长，属于短时运行负载。 短时运行时间有10、30、60、90min四个级别，额定功率与标堆运行时间相对应。,main body,2006年7月

43、13日 星期四,80,第2节 异步电动机,重复短时运行电动机容量的选择： 特点：运行与停歇是交替进行的，运行和停歇的时间均较短。 选择这类电动机时，应考虑负载工作和停歇的时间长短。 国产重复短时运行电动机的标准负载持续率有：15、25、40和60四种，重复运行周期不大于10min。 同一型号的电动机，负载持续率愈小，额定功率愈大，允许输出的功率也愈大。,main body,2006年7月13日 星期四,81,第3节 高压电气设备,概念: “一次电路（或称主电路）“-变配电所中，承担传输和分配电能到备用电场所的配电线路。 “一次设备“-一次电路中所有电气设备。（高压：DC1200V，AC1500

44、V） “二次电路“-用来测量、控制、信号显示和保护一次设备运转的电路。 ”二次设备“-二次电路中的所有电气设备(如测量仪表、继电器等)。（低压：DC1200V，AC1500V）,main body,2006年7月13日 星期四,82,第3节 高压电气设备,3.1 高压断路器 作用:是配电装置中最重要的控制和保护设备。正常时,用以接通和切断负荷电流；短路故障或严重过负荷时,借助继电保护装置的作用，自动、迅速地切断故障电流。 断路器应在尽可能短的时间内熄灭电弧，有可靠的灭弧装置。 断路器一般与隔离开关配合使用，“倒闸操作”原则是指：断开电路时，先断断路器，后拉隔离开关；接通电路时、先合隔离开关,后

45、合断路器。 断路器分类：（按其所采用的灭弧介质不同分）,main body,2006年7月13日 星期四,83,第3节 高压电气设备,1. 多油断路器(DW) 用绝缘油作为灭弧介质。 断路器油有三个作用： 作为灭弧介质； 断路器切断电路时作为动、静触头间的绝缘介质； 作为带电导体对地(外壳)的绝缘介质。 依据其额定电流和断路容量的大小不向，分为三相共用一个油箱和三相有单独的油箱两种。 适用：主要安装在35kv以上的电压等级的用户中。,main body,2006年7月13日 星期四,84,第3节 高压电气设备,2. 少油断路器(SN) 用油量很少，一般约为多油断路器的110。 有户内型和户外型

46、。均为每相有单独的油箱。其中油只做灭弧介质，不做绝缘介质。 特点：体积小、机构简单、防爆防火、使用安全等。 适用：通常35kv以上多为户外型，10kv及6kv多为户内型。,main body,2006年7月13日 星期四,85,第3节 高压电气设备,3. 空气断路器 (KN) 采用压缩空气作为灭弧介质。 断路器中的空气有三个作用： 强烈的灭弧，使电弧冷却而熄灭； 作为动、静触头间的绝缘介质； 接通、切断操作时的动力。 特点：动作快，断流容量大，但构造复杂，价格高。 适用：使用在电压等级为10kv35kv的电力系统中。,main body,2006年7月13日 星期四,86,第3节 高压电气设备

47、,4. 六氟化硫断路器(LN) 六氟化硫(SF6)气体特性：有优异的绝缘能力和灭弧能力，与普通空气相比，它的绝缘能力约高2.53倍，灭弧能力则高510倍，而且，电弧在SF6中燃烧时，电孤电压特别低，燃烧时间也短。 适用：频繁操作，同时也延长了检修周期。它的发展速度很快，电压等级也在不断地提高。,main body,2006年7月13日 星期四,87,第3节 高压电气设备,5. 磁吹式断路器(CN) 利用电弧电流通过专门的磁吹线圈时产生吹弧磁场，将电弧熄灭。 特点：不用油，没有火灾危险；灭弧性能良好，多次切断故障电流后，触头及灭弧室烧损轻微；灭弧室具有半永久性；结构较简单，体积较小，重量轻；维护

48、简单等。,main body,2006年7月13日 星期四,88,第3节 高压电气设备,6真空断路器(ZN) 采用的绝缘介质和灭弧介质是高度真空空气。在高度真空灭弧室中切断电路。 特点：触头开距小，动作快；燃弧时间短，灭弧快；体积小，重量轻，防火防爆；操作噪声小，适于频繁操作优点。 真空断路器的结构图：,main body,2006年7月13日 星期四,89,第3节 高压电气设备,3.2 高压负荷开关 功能:用于接通和切断负荷电路的开关设备，具有简单的灭弧装置，不能切断短路电路，能通断一定的负荷电流和过负荷电流。 通常负荷开关与熔丝(管形熔断器)串联，借助(管形熔断器的)熔丝切断短路电流。 F

49、N3有三种形式:无熔断器/有熔断器(2种) 型号FN310R/400： F负荷开关； N户内，W户外； 3设计序号； 10额定电压(kV)； 400额定电流(A)； R带熔断器。 操动机构一般选用CS系列的手动操动机构。,main body,2006年7月13日 星期四,90,第3节 高压电气设备,3.3 高压隔离开关 一般配电用隔离开关大多采用闸刀垂直转动式，其典型结构: 功能：主要用来隔离电源，将需要检修的设备与电源可靠地断开。 特点：断开后有明显的可见的断开间隙。没有专门的灭弧装置，不许带负荷操作，可以用来通断一定的小电流。 分类(按安装地点) ：户内型和户外型。 型号GN22-10/2

50、000-40： G隔离开关； N户内型；W户外型； 22设计序号；10额定电压(kV)； 2000额定电流(A)；402s热稳定电流有效值(kA) 操动机构一般选用cs系列的手动操动机构。,main body,2006年7月13日 星期四,91,第3节 高压电气设备,3.4 高压熔断器 1. 户内高压管式熔断器 功能：是一种简单的保护电器。当过负荷或短路故障时，故障电流超过熔体的额定电流，熔体被迅速加热熔断，从而切断电流，防止故障扩大。 管式熔断器剖面结构：几根镀银铜丝并联，镀银铜丝中间焊有小锡球，管内填充石英砂。管帽的一端装有红色熔断指示器。,main body,2006年7月13日 星期四

51、,92,第3节 高压电气设备,工作原理：短路电流或过负荷电流通过熔体，熔体被加热锡熔点低，先熔化包围铜丝，铜锡互相渗透形成熔点较低的铜锡合金，使铜丝能在较低的温度下熔断在熔体被熔断时，产生电弧，各沟产生的金属蒸气喷向四周，渗入石英砂，电弧迅速熄灭使熔断器本身及其保护的线路设备均未受到冲击电流的影响红色指示器被弹出，表示熔体己熔断。 这种熔断器称为限流式熔断器。 型号RN3-10/400： R熔断器； N户内，W广外； 3设计序号； 10额定电压(kv)； 400额定电流(A)。,main body,2006年7月13日 星期四,93,第3节 高压电气设备,2. 户外跌落式熔断器 功能:是一种最

52、简便、价格低廉、性能良好的户外线路开关保护设备。既可以作配电线路和变压器的短路保护，又可在一定条件下(用高压绝缘钩棒作)，可以切断或接通小容量空载变压器或线路。 组成：固定的支持部件、活动的熔管、熔体。熔管外壁由环氧玻璃钢构成，内壁衬红钢纸或桑皮纸用以灭弧，称为灭弧管。,main body,2006年7月13日 星期四,94,第3节 高压电气设备,工作原理：当线路发生故障时，故障电流使熔体迅速熔断并产生电弧。电弧的高温使灭弧管壁分解出大量气体，使管内压力剧增。高压气体沿管道纵向强烈喷出，形成纵向吹弧，电弧迅速熄灭。同时，熔体熔断后、熔管下端动触头失去张力而下翻，紧锁机构释放。在触头弹力和熔管自

53、身重力作用下，绕轴跌落，造成明显可见的断路间隙。,main body,2006年7月13日 星期四,95,第3节 高压电气设备,3.5 互感器 功能:特殊的变压器，它向测量仪表和继电器电压线圈或电流线圈供电。 分类(依据用途的不同)： 电流互感器：将一次侧的大电流，按比例变为适合通过仪表或继电器使用的、额定电流为5A的低压小电流的设备； 电压互感器：将一次侧的高电压降到线电压为100V的低电压，供给仪表或继电器用电的专用设备。,main body,2006年7月13日 星期四,96,第3节 高压电气设备,作用： 隔离高压电路。互感器一次侧和二次侧没有电的联系，只有磁的联系，故测量仪表和保护电器

54、与高压电路隔开，以保证二次设备和人员的安全。 使测量仪表和继电器小型化和标准化。如电流互感器二次绕组的额定电流都是5A：电压互感器二次绕组电压通常都规定为100V。 可以避免短路电流直接流过测量仪表和继电器的线圈，使其不受大电流的损坏。,main body,2006年7月13日 星期四,97,第3节 高压电气设备,互感器的准确度等级一般分为0.2、0.5、1、3等级。 0.2级-作精密测量用； 0.5级-作计算电费测量用； 1级-供配电盘上的仪表使用； 3级-一般指示仪表和继电保护用。 常用互感器的分类表(P24P25),main body,2006年7月13日 星期四,98,第3节 高压电气

55、设备,1. 电压互感器 (1)分类： 按绝缘及冷却方式分：干式和油浸式； 按相数分：单相和三相。 应用最广泛的是：以环氧树脂浇注绝缘的单相干式电压互感器。 (2)型号与结构,main body,2006年7月13日 星期四,99,第3节 高压电气设备,(3)联结 Yy联结-由三个单相互感器一次、二次侧均接成Y形，可供给要求的线电压的仪表和继电器以及要求相电压的绝缘监视电压表。 V-V接线-由两个单相互感器接线成V-V形，供测量线电压和测量电能。 Dd联结-该联结仅适用于测量三相三线式的线电压。 Y yn 联结-,main body,2006年7月13日 星期四,100,第3节 高压电气设备,(

56、4)使用注意事项 电压互感器的二次侧在工作时不能短路。短路时，其电流很大(二次阻抗很小)，将烧毁设备。 电压互感器的二次侧必须有一端接地。防止一、二次侧击穿时，高压窜入二次侧，危及入身和设备安全。 电压互感器接线时，应注意一、二次侧接线端子的极性，以保证测量的准确性。 电压互感器的一、二次侧通常都应装设熔丝作为短路保护，同时一次侧应装设隔离开关作为安全检修用。 一次侧并接在线路中。,main body,2006年7月13日 星期四,101,第3节 高压电气设备,2. 电流互感器 均为单相，以便使用。 (1)分类： 按一次绕组的匝数分：单匝(母线式、芯柱式、套管式)和多匝(线圈式、线环式、串级式

57、)； 按绝缘分：干式、浇注式和油浸式； 按一次电压分：高压和低压。 (2)型号与结构：,main body,2006年7月13日 星期四,102,第3节 高压电气设备,(3)联结 单相式接线-用于三相平衡负载的电路，仅测量一相电流，或在保护中作过载保护，一般装在第二相上。 三相完全星形接线(Y联结)-用于三相平衡负载或不平衡负载电路及三相四线制电路，可分别测量三相电流。 两相不完全星形(V联结)-广泛应用于中性点不接地的三相三线制中， 三角形联结(联结)-在供电系统中无特殊用途，一般电流互感器不作联结。 零相序联结-使三个电流互感器并联，测量的是二次侧中性线中的电流，等于三相电流之相量和，反映

58、的是零相序电流。用于架空线路单相接地的零序保护。 两相差联结-使两个电流互感器作差接，流入继电器中的电流为线电流，一般用于电动机保护中。,main body,2006年7月13日 星期四,103,第4节 低压电气设备,常见低压电气: 见书P27P28,main body,2006年7月13日 星期四,104,第4节 低压电气设备,续,main body,2006年7月13日 星期四,105,第4节 低压电气设备,续,main body,2006年7月13日 星期四,106,2006年7月13日 星期四,107,2006年7月13日 星期四,108,2006年7月13日 星期四,109,第4节

59、低压电气设备,4.1 低压断路器(又自动空气开关，配电网的主、支回路上) 作用：用作交、直流线路的过载、短路或欠电压保护，被广泛应用于建筑照明、动力配电线路、用电设备作为控制开关和保护设备，也可用于不频繁起动电动机以及操作或转换电路。 1. 工作原理 当出现过载时：电流增大，发热元件6发热，使双金属片8弯曲通过顶杆顶开锁扣3，拉力弹簧1使之跳闸；（动作较慢） 出现短路时：电磁铁5产生强大吸力，使顶杆顶开锁扣3而跳闸；（动作快） 失电压或欠电压时：电磁铁7吸力降低，拉力弹簧9的弹力使顶杆顶开锁扣3，使开关跳闸。（动作慢）,main body,2006年7月13日 星期四,110,第4节 低压电气设备,2万能式断路器 结构特点：所有部件都装在一个绝缘的金属框架内，常为开启式。 适用：作配电用和电动机保护用。 选择型断路器的短延时一般在0.10.6s之