第一章 建筑电气基本知识

一、建筑电气概述建筑电气工程是研究电能和电信号在建筑物中输送、分配和应用的科学。如：配电柜、配电箱、控制箱照明电器、动力设备控制等如：通信系统、火灾自动报警系统CATV系统、安全防范系统概述1.建筑电气工程2.建筑电气工程的意义（1）电能和电信号易产生、输送和分配，易于转换和应用；（2）能为人们提供舒适、便利、安全的建筑环境。二、强电和弱电基本概念★强电工程工程把电能引入建筑物，进行电能再分配并通过用电设备将电能转换成机械能、热能和光能等。★弱电工程工程是实现建筑物内部以及内部和外部间的信息交换、信息传递及信息控制等。从电压等级上划分，强电一般是110V以上，而弱电一般是60V以下。三、强电工程和弱电工程涉及范围★强电动力工程照明工程变配电工程防雷接地工程及其他用电力工程★弱电通信与计算机网络CATV电视与卫星电视闭路电视和监控系统安全防范系统电话通信系统火灾自动报警系统公共广播系统

内容提要及学习要求:

我们日常生活中很熟悉的交流发电机所产生的电动势就是按正弦规律变化的，是我们普遍使用的正弦电源。本章介绍了交流电的基本概念、RLC串联交流电路、正弦量的向量表示、三相交流电路及提高功率因数的意义及方法，并且介绍了两种常用的用电设备变压器和电动机的工作原理及型号含义。通过学习要求掌握RLC串联交流电路的分析方法、三相交流电路的分析及提高功率因数的意义及方法，变压器和电动机的型号含义及选择。内容提要：第一章建筑电气基本知识1.1正弦交流电正弦交流电路：是指电压和电流均按正弦规律变化的电路。以交流电的形式产生电能或供给电能的设备称为交流电源。由交流电源、用电设备和连接导线组成的电流流通路径称为交流电路。

i ：

幅值（最大值）

：

角频率（弧度/秒）：

初相角特征量:（三要素）1.1.1交流电的三要素

描述变化周期的几种方法：1.周期

T：变化一周所需的时间

单位：秒，毫秒..3.角频率

ω：每秒变化的弧度

单位：弧度/秒2.频率

f：每秒变化的次数

单位：赫兹（Hz），千赫兹

...iT1.周期与频率*电网频率：

中国

50Hz

美国

、日本

60Hz补充：小常识*有线通讯频率：300-5000Hz

*无线通讯频率：

30kHz-3×104MHz为正弦电流的最大值

在工程应用中常用有效值表示幅度。交流电表指示的电压、电流读数，就是被测物理量的有效值。标准电压220V，也是指供电电压的有效值。最大值电量名称必须大写,下标加m。如：Um、Im2.幅值与有效值正弦量在任一瞬时的值称为瞬时值，用小写字母表示。瞬时值中最大的称为幅值，用带下标的字母来表示。则有（均方根值）可得当

时，交流直流热效应相当电量必须大写如：U、I有效值有效值概念问题与讨论

电器~220V最高耐压

=300V

若购得一台耐压为

300V的电器，是否可用于

220V的线路上?

该用电器最高耐压低于电源电压的最大值，所以能用。有效值

U=220V最大值

Um

=220V=311V电源电压：

t=0时的相位，称为初相位或初相角。说明：

给出了观察正弦波的起点或参考点，常用于描述多个正弦波相位间的关系。i：正弦波的相位角或相位。3.初相位:正弦量所取的计时起点不同，初始值也就不同，到达幅值或某一特征值的时间也就不同。

两个同频率正弦量间的相位差(初相差)

t同频正弦信号的相位关系同相位落后于相位落后相位领先领先于电流超前电压电压与电流同相

电流超前电压

电压与电流反相uiωtui

Ouiωtui90°OuiωtuiOωtuiuiO例幅度：已知：频率：初相位：

瞬时值表达式

相量必须小写

波形图i正弦波的表示方法：1.1.2正弦量的相量表示法

概念

：一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的有向线段在纵轴上的投影值来表示。正弦波的相量表示法矢量长度

=

矢量与横轴夹角

=

初相位ω矢量以角速度

ω按逆时针方向旋转ω注意：1.只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不可以。2.只有同频率的正弦量才能画在一张相量图上，不同频率不行。新问题提出：平行四边形法则可以用于相量运算，但不方便。故引入相量的复数运算法。相量

复数表示法复数运算补充知识相量的复数表示—相量式ab+1将复数放到复平面上，可如下表示：复数的模复数的辐角欧拉公式ab代数式

指数式

极坐标形式可得:

相量的复数运算1.加、减运算设：则：设：2.乘法运算则：3.除法运算设：则：波形图瞬时值相量图j=+=eIbajj&小结：正弦波的四种表示法()jw+=tIim

sin

TiI相量式符号说明瞬时值

---小写u、i有效值

---大写U、I复数、相量

---大写

+“.”最大值

---大写+下标

R、L、C都是组成电路模型的理想元件。所谓理想，就是突出其主要性质，而忽略其次要因素。其中，电阻元件是耗能元件，后两者是储能元件。在交流电路中，由于所加电压随时间而交变，故电路中的电流、功率及电场和磁场储存的能量也都是随时间而变化的。所以在交流电路中，电感元件中的感应电动势和电容元件中的电流均不为零，但在直流电路稳定状态下，电感元件可视作短路，电容元件可视作开路。1.1.3交流电路组成元件1．电阻元件电阻元件是一种消耗电能的元件。欧姆定律:关联方向：u=Ri非关联方向时：u=－Ri功率：2．电感元件电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件。如右图所示：特点：只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，但ｕ＝０，相当于短路。在交流电路中的阻值：存储能量：3．电容元件电容元件是一种能够贮存电场能量的元件。如右图所示：特点：只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但ｉ＝０，相当于开路，即电容具有隔直作用。在交流电路中的阻值：存储能量：实际负载实际电路中理想负载基本不存在，而往往是在负载性质展现出呈阻性负载、呈感性负载和呈容性负载，我们统一称这些负载为阻抗，用“Z”表示，具体如下：1、阻性负载负载在电路中呈现电阻性质如：白炽灯2、感性负载负载在电路中呈现感性性质如：日光灯、电扇等3、感性负载负载在电路中呈现容性性质如：电容器、同步电动机等实际电路中，是多种特性的负载串、并联而成，我们称之为：阻性、感性和容性只对负载的两端在电路中呈现的性质而言。例如：日光灯用电路来表示，实际是电阻和电感的串联电路。RL电阻R代表灯管线圈L代表镇流器uiR根据欧姆定律设则1.1.4电阻、电感和电容元件交流电路1．电阻元件交流电路2.电感电路电感Lui（单位：H,mH,H）单位电流产生的磁链线圈匝数磁通线圈面积线圈长度导磁率•电感和结构参数的关系线性电感:L=Const(如:空心电感

不变)非线性电感:L=Const(如:铁心电感

不为常数)uei固定值电感中电流、电压的基本关系uei当(直流)时,所以，在直流电路中电感相当于短路。电感电路中的功率1.瞬时功率

p

iuL储存能量P<0释放能量+P>0P<0可逆的能量转换过程uiuiuiuiiuL+PP>0ui

2.平均功率

P

（有功功率）结论：纯电感不消耗能量，只和电源进行能量交换（能量的吞吐）。

3.无功功率QQ

的单位：乏、千乏(var、kvar)

Q

的定义：电感瞬时功率所能达到的最大值。用以衡量电感电路与电源进行能量交换的规模。例1:把一个0.1H的电感接到f=50Hz,U=10V的正弦电源上，求I，如保持U不变，而电源

f=5000Hz,这时I为多少？解：(1)当f=50Hz时（2）当f=5000Hz时所以电感元件具有通低频阻高频的特性3.电容电路电容C单位电压下存储的电荷（单位：F,F,pF）++++----+q-qui电容符号有极性无极性+_电解电容极板面积板间距离介电常数•电容和结构参数的关系线性电容:C=Const(

不变)非线性电容:C=Const(

不为常数)uiC•电容上电流、电压的基本关系当(直流)时,所以，在直流电路中电容相当于断路。uiC电容电路中的功率ui1.瞬时功率p充电p放电放电P<0释放能量充电P>0储存能量uiuiuiuiiuωt

2.平均功率P瞬时功率达到的最大值（吞吐规模）3.无功功率Q（电容性无功取负值）已知：C＝1μF求：I

、i例uiC解：电流有效值求电容电路中的电流瞬时值i领先于u90°电流有效值1.单一参数电路中电压电流的基本关系式电感元件基本关系复阻抗L复阻抗电容元件基本关系C电阻元件R基本关系复阻抗小结若则电流、电压的关系uRLCi1.1.5混合电路及功率因数复数阻抗Z

的讨论结论：Ｚ的模为电路总电压和总电流有效值之比，而Ｚ的幅角则为总电压和总电流的相位差。1.Z和总电流、总电压的关系2.Z

和电路性质的关系

一定时电路性质由参数决定

当

时，

表示u

领先i

－－电路呈感性当时，

表示u

、i同相－－电路呈电阻性当

时，表示u

落后i

－－电路呈容性阻抗角3.阻抗（Z）三角形阻抗三角形4.阻抗三角形和电压三角形的关系电压三角形阻抗三角形相似R、L、C

串联电路中的功率计算1.瞬时功率

2.平均功率

P

（有功功率）uRLCi总电压总电流u与i

的夹角平均功率P与总电压U、总电流

I

间的关系：

-----功率因数

其中：

在R、L、C串联的电路中，储能元件L、C

虽然不消耗能量，但存在能量吞吐，吞吐的规模用无功功率来表示。其大小为：3.无功功率Q：4.视在功率S：单位：伏安、千伏安PQ（有助记忆）S注：S＝UI

可用来衡量发电机可能提供的最大功率（额定电压×额定电流）视在功率5.功率三角形无功功率有功功率电压三角形SQP功率三角形R阻抗三角形RLC只适用于串联电路中功率因数的提高总电压总电流u与i

的夹角功率因数S=UI

设S=1000KVA，当

=0.4时，P=400W当

=0.9时，P=900W功率因数提高的意义：（1）充分利用电源容量（2）降低线路上的能量损失、电压降日常生活中很多负载为感性的，其等效电路及相量关系如下图。uiRLCOS

I当U、P

一定时，

希望将COS

提高P=PR=UICOS

其中消耗的有功功率为：负载iu说明： 由负载性质决定。与电路的参数和频率有关，与电路的电压、电流无关。功率因数和电路参数的关系RZ例40W白炽灯40W日光灯发电与供电设备的容量要求较大

供电局一般要求用户的

，否则受处罚。

纯电阻电路R-L-C串联电路纯电感电路或纯电容电路电动机

空载满载

日光灯

（R-L-C串联电路）常用电路的功率因数提高功率因数的措施:uiRL并电容C三相电路在生产上应用最为广泛。发电、输配电和主要电力负载，一般都采用三相制。三相交流发电机是产生正弦交流电的主要设备。NSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS三相交流发电机由三个对称的绕组组成，在空间上彼此相差120

，它们的始端记为A、B、C，末端记为X、Y、Z。1.2三相电路1.2.1三相电压铁心（作为导磁路经）三相绕组匝数相同空间排列互差120

:直流励磁的电磁铁定子转子发电机结构汽轮机同步发电机励磁机火电厂(heat-engineplant)的生产现场汽轮发电机结构发电机定子定子绕组下线定子绕组端部

三峡电站发电机定子转子绕组的通风口

护环

中心环

风扇

汽轮发电机转子外形转子铁心

三峡电站发电机定子机座外径达21.4米，在工厂制造完成后，分数瓣运至工地，吊入机坑焊接拼装。

三峡电站发电机转子是水轮机组中，整体吊装重量最重的部件，直径18米，重量超过1800吨，安装间隙只有3厘米。三峡电站发电机转子(1100t)

发电机总装

在交流电机部件中对能量转换起主要作用的部件:

定子铁心；定子绕组：空间上相差120度的三相绕组；转子：同步电机和异步电机完全不同。•

••AXYCBZSN定子转子

定子中放三个线圈：A

XB

YC

Z首端末端三线圈空间位置各差120o转子装有磁极并以

的速度旋转。三个线圈中便产生三个单相电动势。SN三相交流电动势的产生++__eeU1U2•每相电枢绕组直流发电机的物理模型通过换向器和电刷将交流变成直流直流电机的工作原理旋转整流器励磁

副励磁机→主励磁机→主发电机无刷，适合大容量发电机。（转极式）（转枢式）（转极式）～~~电压调整器

副励磁机主励磁机不可控整流器主发电机电流互感器电压互感器旋转部分三相对称电动势的表达式t0eAeBeC

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••A相B相C相动画1动画2三相电压瞬时表示式理想状态下三相对称电动势的相量表示法与前面（单相）瞬时值表示法和波形曲线表示法对应三相对称正弦交流电也可用相量表示法表示：根据以上三种表示法都可以求得，对称三相交流电的任意瞬时值之和恒为0。

三相交流电路：三种电压初相位各差120

。

t120°120°120°发电机三相绕组的联接发电机三相绕组通常将三个末端接在一起，该点成为中点或零点(N)。即星形(Y)接法。三个始端A、B、C引出三根端线，加上中点引出的总线，称为三相四线制。CeAeBeCuBuCuAuABuBCuCAABNANBC中性点中性线(零线、地线)端线(相线、火线)在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。相电压：端线

(相线、火线)与中性线(零线、地线)间（发电机每相绕组）的电压，即端线与中先线之间的电压。其有效值为UA、UB、UC，一般用Up表示。线电压：端线(相线、火线)与端线(相线、火线)间的电压。其有效值为UAB、UBC、UCA，一般用Ul

表示。线电压与相电压的关系由电压瞬时值的关系可知30°由于它们都是同频率的正弦量，都可用有效值相量表示，即根据相量图，线电压与相电压的有效值关系可得即由此，星形联接的发电机或变压器可以输出两种电压，如：220V和380V。线电压越前与相电压相位30°。三相电源的三角形（Δ

）接法–++–+L2L1L3–1.2.2三相负载的连接方法三相负载不对称三相负载：

不满足Z1=Z2

=

Z3

如由单相负载组成的三相负载对称三相负载：Z1=Z2=

Z3

如三相电动机分类单相负载：只需一相电源供电

照明负载、家用电器负载三相负载：需三相电源同时供电三相电动机等三相负载的联接

三相负载也有Y和两种接法，至于采用哪种方法，要根据负载的额定电压和电源电压确定。三相负载连接原则

(1)电源提供的电压=负载的额定电压；

(2)单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。L1L2电源L3保险丝三相四线制380/220伏N

额定相电压为220伏的单相负载

额定线电压为380伏的三相负载负载电路的星形联接一般家用电器多为单相负载，国标规定为220V，应接入电源的端线与中线之间。这种情况一般构成单相交流电路。但是各相负载对电源构成三相星形联接，应属于三相电路。对星形联接的三相电路，可就其各单相情况分别讨论，然后再总体分析三相负载的电流和电压以及功率等量。|ZA||ZB||ZC|iNiAiBiCuAuBuCACB线电压与相电压的关系为1.三相对称负载的Y连接方法对称负载应满足以下条件：和由于三相电压也是对称的，所以负载电流亦对称由此可知，此时总线电流等于零，即及既然中线没有电流通过，中线也就不需要了。由此，演变成星形接法的三相三线制电路。负载电路的星形联接（1）有中线（三相四线制）。相电压为Up=220V的对称电源；各相负载为电灯组，在额定220V电压下各相电阻分别为RA=5Ω,RB=10Ω,RC=20Ω。试求负载的相电压、负载电流及中线电流。负载电路的星形联接解例RARBRCiNiAiBiCuAuBuCACB

虽然负载不对称，因中 线的存在，负载相电压与电源的相电压相等也是对称的，有效值亦为220V。用复数法表示为：2.三相不对称负载的Y连接方法用复数法计算，求中线电流比较容易。先算各相电流：根据电路的电流正方向规定，中线电流为：负载各相电压：相电压不对称线(相)电流也不对称+_+__+NN'ZaZbZcABC（2）无中线(1)正常情况下，三相四线制，中线阻抗约为零。ACBNN'NACBN

380220补例1.照明电路:(2)假设中线断了(三相三线制),A相电灯没有接入电路(三相不对称)灯泡未在额定电压下工作，灯光昏暗。ACBNN'NACB380N

190190灯泡电压超过额定工作电压，烧坏了。(3)中线断了(三相三线制),A相短路ACBNN'NACBN

380380照明电路中线上不能装保险丝某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装40瓦日光灯210盏(cos

1=0.5)，60瓦白炽灯90盏(cos

2=1),

它们的额定电压都是220V，由380V/220V的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下,线路电流为多少？例：解:

(1)该照明系统与电网连接图NA30盏+–70盏BC解:(1)该照明系统与电网连接图V

(2)计算线电流U.设=2200°NA30盏+–70盏BC+_+__+NZZZABCabc线电压(即相电压）对称相电流也对称3.三相对称负载的三角形Δ联结UAB=UBC=UCA=Ul=Up负载对称，可根据线电流与相电流的关系作出相量图。显然线电流也是对称的，在相位上比相应的相电流滞后30°30°根据相量图，线电流的大小为I

l=2Ipcos30º=√¯¯Ip

3三相功率不论负载是星形联接还是三角形联接，电路总的有功功率必定等于光相有功功率之和。当负载对称时，各相的有功功率都是相等的。三相总功率为对于星形对称负载对于三角形对称负载三相对称负载的有功功率无功功率和视在功率为例对称负载联成三角形，已知电源电压Ul=220V,安培计读数Il=17.3A,三相功率P=4.5kW。试求：每相负载的电阻和感抗；ABCiAiBiCAAAABC解由题意，视在功率根据得负载相电流负载阻抗为每相电阻和感抗为1.3变压器与电动机1.3.1变压器1．工作原理电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：发电厂10.5kV输电线220kV升压仪器36V降压…实验室380/220V降压变电站

10kV降压降压变压器是利用电磁感应原理传输电能或信号的器件，在电力系统和电子线路中应用广泛。1.3变压器与电动机1.3.1变压器1.变压器的工作原理单相变压器+–+–一次绕组N1二次绕组N2铁心一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。原边绕组N1名词介绍幅边绕组N2一次绕组N1二次绕组N2一次侧二次侧均指电源侧

均指负载侧什么是变压器任载运行？什么是变压器空载运行？u~u~Z2Z2s

一次侧接电源二次侧负载开路

一次侧接电源二次侧接负载A.空载运行情况一次侧接交流电源，二次侧开路。+–+–+–+–+–

1

i0(i0N1)

空载时，铁心中主磁通

是由一次绕组磁通势产生的。根据KVL：变压器一次侧等效电路如图由于电阻

R1和感抗X1(或漏磁通)较小,其两端的电压也较小,与主磁电动势E1比较可忽略不计，则–––+++一次侧电压式中R1为一次侧绕组的电阻;

（匝比）K为变比对二次侧，根据KVL：结论：改变匝数比，就能改变输出电压。式中R2为二次绕组的电阻;变压器空载时:+–u2+–+–+–

i1i2+–e2+–e2式中U20为变压器空载电压。故有B.带负载运行情况一次侧接交流电源，二次侧接负载。+–+–+–

1

i1(i1N1)i1i2(i2N2)

有载时，铁心中主磁通

是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。

2i2+–e2+–e2+–u2

Z

有载运行可见，铁心中主磁通的最大值

m在变压器空载和有载时近似保持不变。即有不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有由上式，若U1、f不变，则

m基本不变，近于常数。空载：有载：+–|Z|+–+–+–一般情况下：I0(2~3)%I1N很小可忽略。或结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：1.提供产生

m的磁势2.提供用于补偿作用

的磁势磁势平衡式：空载磁势有载磁势C.阻抗变换作用由图可知：结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K2倍。

+–+–+–空载运行结论：负载运行结论：变电流作用变电压作用变阻抗作用或总结2.变压器的结构变压器的磁路绕组：一次绕组二次绕组单相变压器+–+–由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁心变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心变压器的结构3.变压器的分类电压互感器电流互感器按用途分电力变压器(输配电用)仪用变压器整流变压器按相数分三相变压器单相变压器按制造方式壳式心式变压器符号

。

4.变压器的铭牌（1）额定电压U1N、U2N

变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值单相：U1N，一次侧电压，

U2N，二次侧空载时的电压三相：U1N、U2N，一次、二次侧的线电压（2）额定电流I1N、I2N

变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。单相：一次、二次侧绕组允许的电流值三相：一次、二次侧绕组线电流（3）额定容量

SN

单相：三相：容量SN

输出功率P2

注意：变压器几个功率的关系（单相）效率容量：一次侧输入功率：输出功率：变压器运行时的功率取决于负载的大小和性质SN是指变压器二次侧额定电压和额定电流的乘积（4）额定频率fNfN是指变压器应接入的电源的频率。我国的工频是50HZ（5）变压器的损耗和效率

为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠成。

变压器的损耗包括两部分：铜损(

PCu)：绕组导线电阻的损耗。涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感

应电流(涡流)造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造

成的损耗。

铁损(

PFe)：变压器的效率为一般

95%,负载为额定负载的(50~75)%时，

最大输出功率输入功率交流电动机电动机直流电动机鼠笼式绕线式异步机同步机他励、异励、串励、复励电动机的分类：1.3.2异步电动机发电机——将机械能转换为电能；——将电能转换为机械能。电动机电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置（动力电机）（控制电机）铝壳电动机

小型木工机械、台站、切割机、风机、运输、建筑、食品、家业机械的驱动。钢板壳电动机

铸铁电动机

YBZXAC转子定子定子绕组（三相）机座三相定子绕组：产生旋转磁场1.

三相异步电动机的构造下一页返回（1）定子

定子由机座、定子铁心、定子绕组组成：机座：起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸铁制造。定子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均匀的槽，嵌放定子绕组。定子绕组：由完全相同的三个绕组组成，空间互差120度，可接成Y或Δ。铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1---U2V1---V2

W1---W2三相对称绕组，互成120度机座：铸钢或铸铁

三相异步电动机的接线图△联接Y联接接线盒的内部联接U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2机座定子绕组铭牌数据出线端子联接方式：Y/

接法：

Y接法：

接法：ABCZXYABCZXYABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：1.基本构造外形端盖转子绕组定子绕组机座出线盒风扇风罩转子铁心定子铁心吊环端盖定子

转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势,当有电流回路时产生感生电流。（2）转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(a)

鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(b)

绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：

结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：

结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。鼠笼式绕线式

定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)AXBYCZ(1)旋转磁场的产生o2.三相异步电动机工作原理

tU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2三相电流合成磁

场的分布情况合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°600oXBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：旋转方向：取决于三相电流的相序。（2）旋转磁场的转向旋转磁场是沿着：U1V1W1U1U2V1V2W2W1i1i2L1L2L3U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1→U1，i2→V1，i3→W1◆与三相绕组中的三相电流的相序：L1→

L2→

L3一致，通入导前电流的绕组→通入滞后电流的绕组。旋转磁场是沿着：U1W1V1U1U2V1V2W2W1L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3i1→U1，i2→W1，i3→V1任意对调两根电源进线，磁场反转。

方法：将与电源相接的任意两相互换(改变相序)，就可实现反转。三相异步电动机的正、反转正转反转ABCM3~电源ABCM3~电源电机控制动画1电机控制动画2电机控制动画3电机控制动画4电机控制动画5①

转动原理U1U2V2W1V1W2定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针

切割转子导体右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩TnF小结②

转差率

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即异步电动机如果:无转子电动势和转子电流转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。动画1动画2异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率s

例1：一台三相异步电动机，其额定转速

n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为转子电流频率取决于转子和旋转磁场的相对速度电动机起动瞬间:（转差率最大）结论：转子电路的电动势、电流、频率、感抗、功率因数等都与转差率S有关，旋转磁场转速n0与极对数p的关系极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:电流变化一周→旋转磁场转一圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈电流每分钟变化(50×60)周p=1

时：电流变化一周→旋转磁场转半圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转25圈→旋转磁场转1500圈电流每分钟变化(25×60)周p=2

时：三相异步电动机的同步转速600pf1n=min）r/(

p12

3456n0/(r/min)300015001000750600500

f

1=50Hz

时,不同极对数时的同步转速如下:同步转速p为任意值时：电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：电动机转速:电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但

异步电动机无转距转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果3三相异步电动机的铭牌数据

三相异步电动机型号Y132S－6

功率3kW

频率

50Hz电压380V

电流7.2A

联结Y转速960r/min

功率因数0.76

绝缘等级

B1)型号

Y132S－6Y系列异步机机座中心高度机座长度代号

2p=6→n0=1000r/min2)额定功率PN

PN=3kW→轴上输出机械功率的额定值3)额定电压UN

UN=380V→定子三相绕组应施加的线电压磁极数返回4)额定电流IN

IN=7.2A

三相异步电动机型号Y132S－6

功率3kW

频率

50Hz电压380V

电流7.2A

联结Y转速960r/min

功率因数0.76

绝缘等级

B→定子三相绕组的额定线电流上一页下一页返回上一节下一节6)额定转速nN电机在额定电压、额定负载下运行时的转子转速。5)联结方式通常三相异步电动机3kW以下者，联结成星形，4kW以上者，联结成三角形。

三相异步电动机型号Y132S－6

功率3kW

频率

50Hz电压380V

电流7.2A

联结Y转速960r/min

功率因数0.76

绝缘等级

B8)绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。7)额定功率因数λN=cos

NP1N=√3

UNINcos

NPN=ηNP1N=√3

UNINcos

NηN上一页下一页返回上一节下一节1.名牌数据

磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4

用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机教材表中列出了各种电动机的系列代号。（1）型号

例2异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBSJQ、JGQ（2）电压例如：380/220V、Y/

是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用

联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,及6000V等多种。（3）接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结绕组（4）电流例如：Y/

6.73/11.64A

表示星形联结时电机的线电流为6.73A；三角形联结时线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。（5）功率与效率鼠笼电机额定效率

=72~93％电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。（6）功率因数cos

PN三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时功率因数很低，只有

0.2~0.3。处于额定负载时，功率因数最高。（7）额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cos

O如：n

N=1440转/分

sN

=0.04(8)绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。1.异步电动机的电磁转矩补充：三相异步电动机的转矩与机械特性

转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数电动机的自适应负载能力：电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。常用特性段n0nT自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。三个重要转矩：n0Tn额定转矩：电机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率

时，电机转轴上输出的转矩。(1)（牛顿•米）nN如果电机将会因带不动负载而停转。最大转矩：(2)电机带动最大负载的能力。n0Tn求解过载系数：三相异步机工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使注意：（1）三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。（2）电机严重过热起动转矩：(3)电机起动时的转矩。n0Tn其中则体现了电动机带载起动的能力。若电机能起动，否则将起动不了。

例：

某三相异步电动机，极对数

p=2，定子绕组三角形联结，接于50Hz、380V的三相电源上工作，当负载转矩TL=91N·m时，测得I1l

=30A，P1=16kW，n=1470r/min，求该电动机带此负载运行时的s

、P2

、ŋ

和功率因素。=87.5%60f12n0

==1500

r/min==0.021500－14701500

P2

=T2=2πn602×3.1460×91×1470W=14kWcosφ

=P1√3U1lI1l=0.81解：返回P2P1η=

100%2、三相异步电动机的使用(1)起动起动问题：起动电流大，起动转矩小。

一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7倍;电动机的起动转矩为额定转矩的(1.0~2.2)倍。大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：原因：起动：

n=0，s=1,接通电源。经过一段时间达到额定转速。起动时，n=0，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子电流定子电流

起动方法a直接起动

二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。b降压起动：星形-三角形(Y－

)

换接起动自耦降压起动（适用于鼠笼式电动机）c转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）以下介绍降压起动和转子串电阻起动。降压起动(1)Y－

换接起动（适用与正常运行为

的电动机）

降压起动时的电流为直接起动时的+－

起动U1U2V1V1W1W2

+－正常运行U1U2V1V2W1W2设：电机每相阻抗为Y－

起动器接线简图L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△动触点Y动触点静触点Y－

起动器接线简图Y起动L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起动UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2Y－

起动器接线简图

工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2

正常运行Ul+＿U1V1V2W1W2(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机。

(b)Y－

起动Y－

换接起动适合于空载或轻载起动的场合Y-

换接起动应注意的问题

正常运行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起动+＿Ul+＿U1W