电工基础知识讲座

电工基础知识讲座成继勋2011年3月正弦交流电表示方法解析表示幅值，频率（角频率）/周期，初相位波形图旋转矢量与相量正弦交流电平均值和有效值波形因数（绝对）平均值有效值波形因数正弦交流电电压与电流的相位关系电流滞后于电压相位φ电阻两端电压与电流的相位关系电感两端电压与电流的相位关系电容两端电压与电流的相位关系正弦交流电瞬时功率正弦交流电有功功率

在周期状态下，瞬时功率p在一个周期T内的平均值（即平均功率）。单位为W视在功率（表观功率）二端元件或二端电路端子间电压的有效值U与该元件或电路中的电流的有效值I的乘积。在正弦状态下，视在功率是复功率的模。单位为VA。功率因数

周期状态下，有功功率P的绝对值与视在功率S的比值。无功功率对于正弦状态下线性二端元件或二端电路，其量值等于视在功率S和(端子间电压对电流的)相位移角φ的正弦之乘积的量。单位为var（乏）。无功功率有正负之分，正的无功功率为电感性无功，负的无功功率为电容性无功。三相交流电对称三相正弦交流电图5.3对称三相正弦量的相量图3、相序：正序U超前于V，V超前于W

逆序U超前于W，W超前于V对称三相正弦交流电对于对称的三相交流电

三相电压（流）的相量和或瞬时值之和等于零，其中两相之和等于第三相的负值。三相交流电源的连接1.星形连接如图5-3所示，将三相交流发电机的3个绕组的末端U2、V2、W2连在一起，从3个绕组的首端U1、V1、W1分别引出3根导线，这种连接方式称为三相电源的星形连接。3个末端的连接点N称为电源的中点，从中点引出的导线叫做中性线或零线。从3个始端引出的3根导线叫做相线或火线。中性线常用黑色或蓝色表示，3根相线分别用黄色、绿色、红色表示。星形连接时

线电压（有效值）等于相电压的倍，线电流等于相电流。三相交流电源的连接三角形连接

如图5-4所示，将三相交流发电机的3个绕组的首末端依次相连，即一个绕组的末端与另一个绕组的首端相连，U2与V1、V2与W1、W2与U1分别相连，然后从3个连接点引出3根导线，这种连接方式称为三相电源的三角形连接。三相绕组按三角形连接时，其本身构成了闭合回路。如果三相电动势是对称的，由于它们在任一瞬间的代数和等于0，所以回路中不会产生环形电流；如果三相电动势是不对称的，那么回路中有可能产生很大的电流，从而烧坏绕组。因此，三相交流发电机通常都接成星形，很少接成三角形。三角形连接时

线电压（有效值）等于相电压，线电流等于相电流的倍。三相交流负载的连接1.星形连接把三相负载的一端均连接在三相电源的中性点上，另一端与三相电源的三根相线相连，这种连接方式称为三相负载的星形连接，如图5-6所示。我们把流过每相负载的电流称为相电流，流过每根相线的电流称为线电流，流过中性线的电流称为中性线电流。显然，三相负载连成星形时，每相负载上的电压等于三相电源中对应相的相电压，相电流等于线电流。三相交流负载的连接1.星形连接四线制（有中性线）把三相负载的一端均连接在三相电源的中性点上，另一端与三相电源的三根相线相连，这种连接方式称为三相负载的星形连接，如图5-6所示。我们把流过每相负载的电流称为相电流，流过每根相线的电流称为线电流，流过中性线的电流称为中性线电流。显然，三相负载连成星形时，每相负载上的电压等于三相电源中对应相的相电压，相电流等于线电流。三相交流负载的连接1.星形连接三线制（无中性线）只适用于对称负载。如果三相负载不是对称的，则发生中性点偏移，各相负载的电压就不再等于电源的相电压，这时阻抗大的负载的相电压可能高于其额定电压，使负载不能正常工作，甚至造成严重事故。因此，非对称负载时中性线绝不可以断开，因为它的存在，能使作星形联结的各相负载，即使在不对称的情况下也均有对称的电源相电压，从而保证了各相负载能正常工作。三相交流负载的连接2.三角形连接把三相负载中的每一相分别接在三相电源的两个相线之间，这种连接方式称为三相负载的三角形连接。三相负载连接成三角形时，每一相负载上的电压等于三相电源的线电压，而相电流不再等于线电流。根据基尔霍夫电流定律可知，i1=i12-i31，i2=i23-i12，i3=i31-i23。对称负载时，线电流（有效值）为相电流的倍电力系统电力系统：发电、输电及配电所有装置及设备的组合。输电：发电站→用电区域配电：用电区域→用户变电：通过电力变压器的电能传递输配电的电压等级低压:1200V(1000V)以下，用于配电（127/220V），220/380V，（380/660V），（660/1140V)高压：大于1200V（1000V），小于330KV(3KV),(6KV),10KV,35KV,63KV—配电110KV—配电（输电）220KV—输电超高压EHV（输电）：330KV，500KV，750KV特高压UHV（输电）：1000KV，……高压直流HVDC（输电）：电力系统中直流±800kV以下的电压等级。特高压直流UHVDC（输电）：电力系统中直流±800kV及以上的电压等级。低压配电系统电网的接地保护接地：为了电气安全，将系统、装置或设备的一点或多点接地。功能接地：出于电气安全之外的目的，将系统、装置或设备的一点或多点接地。作业接地：将已停电的带电部分接地，以便在无电击危险情况下进行作业。（电力）系统接地：电力系统的一点或多点的功能接地和保护接地。低压配电系统电网的接地保护接地：为了电气安全，将系统、装置或设备的一点或多点接地。功能接地：出于电气安全之外的目的，将系统、装置或设备的一点或多点接地。作业接地：将已停电的带电部分接地，以便在无电击危险情况下进行作业。（电力）系统接地：电力系统的一点或多点的功能接地和保护接地。低压配电系统低压配电系统的类型TT、TN和IT系统第一个字母：T表示电源中性点直接接地；I则表示电源中性点不接地（或通过高阻抗接地）。第二个字母：T表示电气设备正常情况下不带电的外露导体直接接地，但和电网的接地系统没有联系，旧称接地保护；N表示电气设备正常情况下不带电的外露导体与系统的接地中性线（零线）相连，旧称接零保护。TT系统：电源中性点直接接地，电气设备正常情况下不带电的外露导体直接接地，但和电网的接地系统没有联系（接地保护）。欧洲常用。设备漏电时，开关跳闸以保护设备。但接地电阻大时，不易跳闸。TN系统：电源中性点直接接地，电气设备正常情况下不带电的外露导体与系统的接地中性线（零线）相连（接零保护）。我国常用的系统。设备漏电时，开关跳闸以保护设备。IT系统：电源中性点不接地（或通过高阻抗接地），电气设备正常情况下不带电的外露导体直接接地，但和电网的接地系统没有联系（接地保护）。我国煤矿采用。配合漏电保护器保证设备安全。低压配电系统三类TN系统TN-C系统（4线系统）电源中性点接地，保护接地导体（PE）与中性导体（N）共用，称保护接地中性导体（PEN，旧称零线）。需重复接地。

TN-S系统（5线系统）电源中性点接地，整个系统的保护接地导体（PE）与中性导体（N）分开。PE末端应重复接地。

TN-C-S系统（4线-5线系统）电源中性点接地，整个系统中一部分为TN-C系统，一部分为TN-S系统。三相异步电动机结构结构三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，如图4.1所示。

图3.1封闭式三相笼型异步电动机结构图1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇三相异步电动机结构（a）定子铁心（b）定子冲片图3.2定子铁心及冲片示意图定子铁心异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图3.2所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。三相异步电动机结构（a）星形连接（b）三角形连接图3.3定子绕组的联结定子绕组定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1,V1,W1，末端分别标为U2,V2,W2。这六个出线端在接线盒里的排列如图4.3所示，可以接成星形或三角形。三相异步电动机结构1—集电环；2—电刷；3—变阻器图3.4绕线形转子与外加变阻器的连接转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组转子绕组异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。绕线式绕组（绕线式电动机）与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能，见图3.4三相异步电动机结构（a）铜排转子（b）铸铝转子

图3.5笼形转子绕组转子绕组异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。笼形绕组（鼠笼式电动机）在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图3.5（a）所示。也可用铸铝的方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，如图3.5（b）所示。100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。

三相异步电动机工作原理旋转磁场的产生(电生磁)

三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。转子感应电流的产生（磁生电）旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。电磁转矩的产生转子载流体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转。

图3.6三相交流电流波形图U2U1W2V1W1V2nSN三相异步电动机工作原理转差率转子转速低于旋转磁场转速是产生感应电流的必要条件旋转磁场转速n0与转子转速n之差与旋转磁场转速n0之比称为异步电动机的转差率s，旋转磁场转速称为同步转速。

，正常运行时，转差率一般在0.01~0.06之间，即电机转速接近同步速。转差率是异步电机的一个基本物理量,它反映电机的各种运行情况.转速在0~n0范围内变化，转差率在0~1范围内变。转子未转动时n=0,s=1。电机理想空载时n≈n0,s≈1作为电动机，负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：

三相异步电动机工作原理极对数与转速定子绕组的不同排列可以产生不同极对数（p）的旋转磁场，旋转磁场转速（同步转速）与极对数的关系为式中f为电源频率，转速单位为转/分。两极电机（p=1）同步转速为3000转/分，4极（p=2）电机为1500转/分,6极（p=3）电机为1000转/分，

8极（p=4）电机为750转/分NSSN例：4极磁场三相异步电动机铭牌和主要参数型号国产三相鼠笼式感应异步电动机型号的系列为Y系列，是按国际电工委员会IEC标准设计生产的三相异步电动机中小型异步电动机

Y-200L2-6异步电动机中心高度200mm长机座（L-长；S-短；M-中）2号铁芯长6极大型异步电动机

三相异步电动机铭牌和主要参数额定功率PN满载运行时三相电动机轴上所输出的额定机械功率，用表示，以千瓦（kW）或瓦（W）为单位。额定电压UN

额定额定运行状态时加在定子绕组上的线电压。额定电流IN在额定电源电压下，输出额定功率时，流入定子绕组的线电流，用IN表示额定频率fN额定功率因数cosφN；额定效率ηN

额定功率与其它额定值之间的关系

额定转速

在额定工作条件下运行时每分钟的转速。绝缘等级

绝缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它表明三相电动机允许的最高工作温度。定额定额是指三相电动机允许连续使用的时间，分为连续、短时、周期断续三种。接法星形或三角形（Y/△)

三相异步电动机铭牌和主要参数附录：绝缘材料耐热等级YAEBFHC。它们的允许工作温度分别为：90、105、120、130、155、180180℃以上。电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H级。允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。绝缘的温度等级A

E

B

F