《电路检测与安装》课件学习情境3

学习情境3

三相用电设备的连接与测试学习情境3.1三组日光灯电路的连接

第一部分基础知识

第二部分拓展学习

第三部分技能实训学习情境3.2三相异步电动机的连接及测量

第一部分基础知识

第二部分技能实训学习情境3.1

三组日光灯电路的连接

学习目标

1.熟悉三相电源的线电压、相电压、连接、对称等概念。

2.会测量三相交流电的相序。

3.会将日光灯进行分组连接,清楚日光灯对称分组的意义。

4.会测量三相电路的功率。

5.能利用仿真软件设计电路。

6.能列出完成工作所需元器件和工具。

7.能规范编写技术文档，能记录制作过程和测试结果，并能制作课件汇报工作成果。要求：

(1)施工照明为日光灯和白炽灯混合照明，需装60W白炽灯90盏(cosj1=1)，40W日光灯210盏(cosj2=0.5)，它们的额定电压都是220V，由380V/220V电网供电。试分配其负载并指出应如何接入电网。

(2)施工动力设备为三相异步电动机拖动的机械设备，由380V/220V的电网供电。将其接入电网并能正常使用。第一部分基础知识

知识链接一三相交流电源

1.三相交流电源

1)什么是三相交流电源

三相交流电源是指由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成的电源系统。由三相交流电源作为供电电源的体系称为三相制，目前世界上的电力系统普遍采用三相制。三相交流电较单相交流电有很多优点，它在发电、输配电以及电能转换为机械能方面都有明显的优越性。例如：制造三相发电机、变压器都较制造单相发电机、变压器省材料，而且构造简单、性能优良。又如，用同样材料所制造的三相电机，其容量比单相电机大50%；在输送同样功率的情况下，三相输电线较单相输电线可节省有色金属25%，而且电能损耗较单相输电时少。在生产实践中应用最广的三相异步电动机也是由三相电源供电的。由于三相交流电具有上述优点，所以获得了广泛应用。

2)三相交流电是怎样产生的

图3-1所示为三相交流发电机的结构示意图。三个相同线圈在定子上均衡布置，每个线圈的平面互成120°角。转子由直流电流励磁在定子、转子之间形成一个按正弦规律分布的磁场。当转子由原动机带动，并以匀速按顺时针方向转动时，每相绕组依次切割磁力线，会在绕组中产生频率相同、幅值相等、相位互差120°的正弦电动势eU、eV、eW。电动势的参考方向选定为自绕组的末端指向始端，如图3-2所示。设每个线圈转动一周的时间为T，由于三个线圈互成120°角，它们各自产生的感应电动势达到最大值的时刻都相差T/3，感应电动势e与时间t的关系如图3-3所示。图3-1三相交流发电机图3-2三相交流绕组

3)三相交流电的表示

三相交流电动势的解析式为

eU=Emsinωt

eV=Emsin(ωt－120°)

eW=Emsin(ωt+120°)

(3-1)

用相量可表示为在三个绕组中产生的振幅相同、频率相同、相位差均为120°的感应电动势，称为对称三相电动势。每个绕组叫做电源的一相，U1U2、V1V2、W1W2分别称为U相、V相、W相。对称三相电动势的特点是其瞬时值之和恒为零。相量图如图3-3所示。图3-3三相交流感应电动势及相量图

4)三相交流电的相序

三相交流电出现正的最大幅值的先后顺序称为相序，三相中任意一相确定为U相时，比U相滞后120°的定为V相，比V相滞后120°的定为W相。若三相顺序为U→V→W，称为正序；相反，如果三相顺序为U→W→V，则称为逆序。工程上通用的相序是正序，并用黄、绿、红三色区分U、V、W三相。

可以用图3-4所示电路来测定三相电源的相序，由此电路制成的仪器称为相序指示器。任意指定电源的一相为U相，把电容C接到U相上，两只白炽灯接到另外两相上。接通三相电源，观察两组灯的明暗状态，由于三相负载不对称，所以加在V相上的电压大于W相的电压，从而使V相的灯泡亮度要大于W相的灯泡亮度。因此，在通电后，即可以根据两盏灯的亮暗程度判断三相交流电的相序。图3-4三相交流电相序的测量三相电源的相序可用相序表来测量。实用相序表电路如图3-5(a)所示。电压表接在U相端钮和不对称负载的中性点。当电路接入三相电源后，电压表读数小于某一值时(相序表面板上有标识符号)为正序，即被测电源相序与仪表标注相序相同。大于某一值时为逆序，如图3-5(b)所示。图3-5相序表

2.三相交流电源的连接

1)连接方式

工业上用的三相交流电有的直接来自三相交流发电机，但大多数还是来自三相变压器。对于负载来说，它们都是三相交流电源，其接法有星形接法和三角形接法。由于三角形接法存在环流问题，所以低压配电系统中三相电源通常采用星形接法，多采用三相四线制给负载供电。星形接法的表达符号是Y，是把发电机三组线圈的末端U2、V2、W2连接成一点N，该点称为中性点。中性点N的引出线称为中线或零线，若中线接地，则中线又称为地线。从每组线圈的始端U1、V1、W1引出的三根线称为电源的端线(相线)，俗称火线，三相电源的星形连接如图3-6所示。在星形接线中，我们常见的三相四线制供电设备中引出的四根线，就是三根火线一根地线。除了三相四线制的供电方式外，星形连接的三相电源还可以通过三根火线对负载供电，这种供电方式称为三相三线制。图3-6三相电源的星形连接三角形连接的表达符号是△。三相电源绕组首尾相连组成闭环，在三个连接点处向外引出三根火线，即构成三角形连接，如图3-7所示。

应该指出，三相电源作三角形连接时，要注意接线的正确性，当三相电压源连接正确时，三角形闭合回路中总的电压为零；但若有一相接反，就会在电源回路内形成很大的环流从而烧坏电源绕组。为避免此类现象，连接电源时，可先将三个绕组接成一个开口三角形，经一电压表闭合，若电压表读数为零，说明连接正确，可撤去电压表将回路闭合。

三相电源采用三角形连接时只能通过三根火线向负载供电，此时只能构成三相三线制供电系统。图3-7三相电源的三角形连接

2)三相电源的相电压与线电压

在三相电源采用星形连接时，三相电源提供两种电压，一种是相线与中线(火线与地线)之间的电压，叫做相电压，用UU、UV、UW表示，相电压的方向规定从相线指向中线，一般用UP表示相电压。另一种是每两根相线之间的电压，叫做线电压，用UUV、UVW、UWU表示，其方向规定从前一个下标相指向后一个下标相，一般用UL表示线电压。

各相电压为

所以

可见，每一个线电压与相应相电压的关系是：线电压的大小为相电压大小的倍，且超前相应相电压30°，即(3-2)相量图如图3-8所示。当UP=220V时，UL=220

V≈380V。通常在低压配电系统中用到的220V、380V电压，就是三相四线制供电时的相电压和线电压。三相四线制供电方式可以向负载提供两种电压，而三相三线制供电系统只能提供一种电压。图3-8三相电源的相电压、线电压三相交流发电机具有结构简单、维护方便、运行稳定、经济可靠等优点，得到了广泛应用。世界各国的电力系统基本都采用三相对称交流电源进行供电，但各国的电力系统电源的频率、相电压、线电压采用的标准不同，如：相电压为110V、127V、115V、120V，线电压为200V、230V、240V等，频率为50Hz、60Hz。在使用电器时应特别注意电器对电压与频率额定值的要求，避免损坏电器。

3)电源的几种特殊情况分析

故障现象：三相相电压有一相为零，其余两相的电压大小不变；而三个线电压只有一个是正常的380V，其余两个等于相电压大小(220V)，如图3-9所示。

故障原因：三相电源中相电压为零的一相短路。

故障现象：三相相电压有一相为零，其余两相的电压大小不变；而两根火线间的电压只有一个是正常的380V，其余两个等于零，如图3-10所示。图3-9三相四线制一相电源短路图3-10三相四线制一相电源断路故障原因：三相电源中相电压为零的一相断路。

三相四线制中的零线截面，通常选为相线截面的1/2左右。当然也不得小于按机械强度要求所允许的最小截面。在单相线路中，由于零线和相线所通过的负载电流相同，因此零线截面应与相线截面相同。知识链接二三相交流负载

1.三相电路的连接

1)单相负载的接入

工作时需用一个交流电源的负载属于单相负载。例如建筑施工现场的照明设备、电焊设备都属于单相用电设备。

对于三相总线路而言，使用单相负载时，为保证中性线电流尽可能小，需要将多个单相负载尽量均衡地分别接到三相电路中，而不应把它们集中在三相电路中的其中一相。至于单相负载应连接在火线与零线之间还是连接在两根火线之间，则取决于负载的额定电压要求。若单相设备的额定电压为220V，则只需把负载接在任意一根火线和中线之间即可。若设备额定电压为380V，则应将设备接在两根火线之间。

2)三相负载的接入

三相负载指的是工作时需三相电源同时供电的负载，最常见的三相负载如三相异步电动机、三相电炉等。建筑施工现场的塔吊、卷扬机、搅拌机等设备都属于典型的三相异步电动机。

对于三相负载，需要先将三相负载进行连接，然后再将其接到三相电源上。三相负载的连接方式有星形连接(Y)(见图3-11)和三角形连接(△)(见图3-12)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。如果负载的额定电压等于三相电源的线电压，则负载需采用三角形连接。如果负载的额定电压等于三相电源的相电压，则负载需采用星形连接。如果负载的额定电压既不等于三相电源的线电压，又不等于电源相电压，则负载和电源之间需采用变压器进行连接。三相负载的三个接线端总与三根火线相连。图3-11三相负载的星形连接图3-12三相负载的三角形连接

2.三相电路的计算

1)三相电路相电流、线电流的概念

当负载接入电源系统后，系统中就存在电流，我们把每一相负载上流过的电流称为相电流，相电流的大小用IP来表示。火线上通过的电流称为线电流，用IL来表示。另外，使用三相电路时，中线上流过的电流称为中线电流。

2)三相对称电路与三相不对称电路

通常情况下，三相电源电压及三根输电线阻抗是对称的，当三相负载完全相同时，称为对称负载。当对称三相负载接入三相电源时，构成的电路称为三相对称电路；否则，称为不对称三相电路。

3)对称负载星形连接时的计算

三相对称电路如图3-13所示。IU、IV

、IW

为三个线电流，其方向由电源指向负载。IUN′、IVN′、IWN′为三个相

电流，其方向由火线指向零线。图3-13三相对称电路由图可以看出，三相负载星形连接时，相电流等于线

电流。IN

为中线电流，其方向由负载指向电源。当三相电路输电线上阻抗不能忽略时，存在中点电压UN′N，其相量计算式为(3-3)此时各相负载中通过的电流为当三相电路对称时，上式中的分子为零，就有即三相电路对称时中点电压为零。对称时各相负载中通过的电流为(3-4)三相对称时的中线电流为从电流的观点来看，对称时中线为零相当于开路。因此，在对称三相电路中，中线的有、无对电路无影响。结论：

(1)负载相电压等于电源相电压，负载线电压等于电源线电压。

(2)由于三相电路对称，因此各相负载的端电压和电流也是对称的，三相电路的计算可归结为一相进行，即采用单相法计算三相电路。三相对称电路的单相等效电路如图

3-14所示。图3-14三相对称电路的单相等效图单相法分析步骤如下：

①根据电路给定条件确定参考相量，一般选U相电压。

②应用单相电路的分析方法求出U相电路的待求量。

③根据对称关系写出其它两相的待求量。

④在一相电路计算中，中线阻抗不起作用，N与N′之间等电位。

(3)当三相负载对称时，中线上电流为零，这意味着负载中点电位与电源中点电位相等，此时可取消中线，采用三相三线制供电。

4)不对称负载星形连接时的计算

当三相负载不对称时，是否也可以采用三相三线制来供电呢？

图3-15是不对称三相电路采用星形连接且又无中线时的电路，图中：(3-6)图3-15三相不对称电路当ZU、ZV、ZW互不相等时，。所以，三相负载不对称且无中线时，中点电压不再为零，这一现象称为中性点偏移，如图3-16所示。中性点电压偏移较大时，将造成各相负载端电压严重不对称，致使有的负载相电压过低导致负载不能正常工作，而有的负载相电压过高使电器有烧损的可能。此时各相负载由于端电压不平衡均不能正常工作。图3-16中性点电压的偏移此时采用三相四线制可以解决上述问题。图3-17所示为负载不对称时使用的三相四线制电路。图3-17三相四线制电路在图中：(3-7)此时，虽说，但由于ZN的存在，使减小，且ZN越小，越小，理想状态下，当ZN趋于0时，亦趋于0。这样，在不取消中线时，各相由于中线的存在而各自保持独立性，各相的工作状态可以分别计算。若ZN→0，则各相电流计算如下(3-8)

5)系统故障分析

在三相照明系统中，试分析下列情况:

(1)U相短路。

①中性线未断，如图3-18所示。此时U相短路电流很大，将U相熔断丝熔断，而V相和W相未受影响，其相电压仍为220V，能正常工作。

②中性线断开。此时负载中性点N′即为U，因此负载各相电压为图3-18U相短路中性线未断

此情况下，V相和W相的电灯组上所加的电压都超过额定电压(220V)，这是不允许的。

(2)U相断路。

①中性线未断，如图3-19所示。V、W相电灯组仍承受220V电压，正常工作。

②中性线断开，变为单相电路。如图3-20所示。由图可求得图3-19U相断路中性线未断图3-20U相断路中性线断开此情况下，由于W相的电灯组承受电压超过额定电压(220V)，而V相的电灯组承受电压不足额定电压(220V)，因此两组负载均不能正常工作。

6)三相负载的三角形连接的计算

仅考虑三相对称负载ZA=ZB=ZC=Z，且线路阻抗为零的情况，电路及相量图如图3-21所示。图3-21三相负载三角形连接及相量图此时负载的每一相的相电压为

负载的每一相的相电流为负载产生的线电流为同理:(3-9a)(3-9b)

[例3-1]某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装60W白炽灯90盏(cosj1=1)，40W日光灯210盏(cosj2=0.5)，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。计算这种情况下的线路电流。

解：该照明系统与电网连接图如图3-22所示。

由于白炽灯和日光灯均为单相负载，所以，接入三相电源系统前，首先要对负载分组，根据题目要求，每相带负载为：白炽灯30盏，日光灯70盏。负载额定电压均为220V，在由380V/220V的电网供电时，需取用电源系统相电压，因此，将负载如图3-22接入电源。图3-22照明系统与电网的连接由于三相电路为对称电路，所以采用单相法对其进行计算。单相电路如图3-23所示。图3-23照明系统与电网的连接的单相图设=220∠0°，对白炽灯回路：P1U=60×30=1800W

P1U=UUI1Ucosφ1cosφ1=1对日光灯回路：P2U=40×70=2800W

P2U=UUI2Ucosφ2cosφ2=0.5则有

[例3-2]

某大楼电灯发生故障，第二层楼和第三层楼所有电灯都突然暗下来，而第一层楼电灯亮度不变，试问这是什么原因？该楼的电灯是如何连接的？同时发现，第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些，这又是什么原因？

分析：大楼的电灯连接如图3-24所示。假设一、二、三层楼的电灯分别接在U、V、W三相上。大楼发生故障时，第一层电灯正常工作，而第二层、第三层电灯均变暗，说明故障点出现在中性线上，但在第一层负载连接点之后，如图中P点，当故障现象发生后，一层楼的电灯仍承受220V电压，所以其亮度不变。但二、三层楼的电灯串联接在380V线电压上，由于分压，每一相的实际电压低于额定电压，所以电灯亮度变暗，三楼的电灯多于二楼电灯，其等效电阻R3<R2，所以三楼电灯比二楼电灯更暗。图3-24某大楼的电灯接线图知识链接三三相交流电路的功率及测量

1.三相电路的功率

1)三相电路的有功功率

在三相电路中，三相负载的有功功率是各相负载有功功率之和。即

P=PU+PV+PW

其中，PU、PV、PW为各相负载的有功功率。

PU=UUIUcosjU

PV=UVIVcosjV

PW=UWIWcosjW即

PP=UPIPcosjP

式中：PP——各相功率，单位为瓦特(W)；

UP——各相电压，单位为伏特(V)；

IP——各相电流，单位为安培(A)；

cosjP——各相功率因数。

当负载对称时PU=PV=PW，所以，P=3PU；当负载星形连接时，UL=

UP,IL=IP；当负载三角形连接时；IL=IP,UL=UP。

所以三相对称电路的总的有功功率为(3-10)式中：P——三相交流电路的有功功率，单位为瓦特(W)；

UL——三相交流电的线电压，单位为伏特(V)；

IL——三相交流电的线电流，单位为安培(A)；

jP——每一相的阻抗角，即相电压与相电流的相位差。

由于线电压及线电流容易测得，而且三相设备铭牌标识的也是线电压和线电流，所以功率多由线电压和线电流计算而得。

2)三相电路的无功功率

在三相电路中，三相负载的无功功率也是各相负载无功功率之和，即

Q=QU+QV+QW

其中，QU、QV、QW为各相负载的无功功率，其值为每相相电压乘以相电流及其夹角的正弦。当负载对称时

(3-11)式中：Q——三相交流电路的无功功率，单位为乏(Var)；

UL——三相交流电的线电压，单位为伏特(V)；

IL——三相交流电的线电流，单位为安培(A)；

jP——每一相的阻抗角，即相电压与相电流的相位差。

3)三相电路的视在功率

在三相电路中，三相负载的视在功率为(3-12)式中：S——视在功率，单位为伏安(VA)；

U——三相电路线电压有效值，单位为伏特(V)；

I——三相电路线电流有效值，单位为安培(A)。

2.三相电路功率的测量

1)“一瓦特计”法

在对称的三相交流电路中，可用一只功率表测出其中一相的功率，乘以3就是三相总功率，这种测量方法称为“一瓦特计”法。

“一瓦特计”法接线原则：功率表的电流线圈串接于任一根端线中，而电压线圈并联在本端线与中线之间，功率表的读数乘以3就是三相总功率。

2)“三瓦特计”法

三相四线制电路中，负载一般是不对称的，需分别测出各相功率后再相加，才能得到三相总功率，测量电路如图

3-25所示，这种测量方法称为“三瓦特计”法。

“三瓦特计”法接线原则：三只功率表的电流线圈分别串接于三根端线中，而电压线圈分别并联在本端线与中线之间，接线时注意电压线圈与电流线圈“*”端的连接。“三瓦特计”法测量功率时，每只功率表的读数为每相负载的有功功率，PP=UPIPcosjP，三只功率表的代数和就是三相电路的总功率。由于测量时－90°<cosjP<90°，所以功率值不会出现负值。图3-25“三瓦特计”法测功率

3)“二瓦特计”法

对于三相三线制电路，不论其对称与否，都可用图3-26所示电路来测量负载的总功率，这种方法称为“二瓦特计”法。

“二瓦特计”法测量三相功率时，

式中：P1、P2——两块功率表测得的功率;

UUW、UVW——两块功率表电压线圈所接的线电压;

IU、IV——两块功率表电流线圈所接的线电流;、——功率表电压线圈、电流线圈之间的相位差;

j——阻抗角，即相电流滞后于相电压的相位角。图3-26“二瓦特计”法测功率设三相负载为感性对称负载，则相量图如图3-27所示。图3-27“二瓦特计”法测功率时电压、电流相量图

(3-13)即通过W1、W2两只功率表的读数，可获知三相电路的总功率。利用“二瓦特计”法测量功率时，当负载为纯电阻时，j=0，P1、P2均为正值；当负载为感性负载，且j>60°时，P2为负值，当负载为容性负载，且j<－60°时，P1为负值。上述两种情况下，功率表W1或W2的指针反方向偏转，利用功率表上的转换开关，可以使指针正偏，但此时功率表读数应取负值。注意功率表的正确使用及线路连接，若有一个表读数为负，可通过“＋”“－”转换开关使指针仍正向偏转，但测量结果应计为负值。“二瓦特计”法测量三相电路的功率时，单只功率表的读数无物理意义。当负载为对称的星形连接时，由于中线中无电流流过，所以也可用二瓦特计法测量功率。但是二瓦特计法不适用于不对称三相四线制电路。“二瓦特计”法接线原则：两只功率表的电流线圈分别串接于任意两根端线中，而电压线圈分别并联在本端线与第三根端线之间，这样两只功率表读数的代数和就是三相电路的总功率。注意电压线圈与电流线圈“*”端的连接。

利用“二瓦特计”法不仅可以测量对称三相电路的有功功率、无功功率，还可以测量负载的功率因数角(即判断负载的性质)。结论：

(1)“一瓦特计”法用来测量对称三相交流电路的功率。

(2)“二瓦特计”法用来测量三相三线制电路的功率。

(3)“三瓦特计”法用来测量三相四线制电路的功率。知识链接四三相电度表

三相电度表用于测量三相交流电路中电源输出(或负载消耗)的电能。它在结构上采用多组驱动部件和固定在转轴上的多个铝盘的方式，以实现对三相电能的测量。根据被测电能的性质，三相电度表可分为有功电度表和无功电度表；由于三相电路接线形式的不同，又有三相三线制和三相四线制之分，也有转盘式和电子式的区分。电子式电度表运用模拟或数字电路得到电压和电流相量的乘积，然后通过模拟或数字电路实现电能计量功能，它除具有电能计量功能外，还具有预收费管理、在线功率显示、智能防窃电、过流保护等多种功能，进一步满足了科学用电、合理用电的需求，是老式机电式电度表的替代产品。

1.结构

电度表主要由电压线圈、电流线圈、计数装置、控制装置、接线端子、架及外壳组成。

按照结构的不同，三相电度表也分为三相三元件式和三相二元件式。三相四线制有功电度表采用的是三相三元件的结构。由三个驱动元件和装在同一转轴上的三个铝盘所组成，它的读数直接反映了三相所消耗的电能。三相三线制有功电度表采用三相二元件的结构，两组驱动部件作用于装在同一转轴上的两个铝盘(或一个铝盘)上。三相有功电度表的接线方式如图3-28所示。图3-28三相二元件、三元件有功电度表及接线端子按照使用方式的不同，三相电度表也分为直接接入式和经互感器接入式。在低电压(不超过500V)和小电流(几十安)的情况下，电度表可直接接入电路进行测量。在高电压或大电流的情况下，电度表不能直接接入线路，需配合电压互感器或电流互感器使用。

2.三相电度表的主要技术指标

(1)准确度等级：电度表标有①或②的标志，①代表电度表的准确度为1%，或称1级表；②代表电度表的准确度为2%，或称2级表。

(2)标定电流(额定电流)：标明于表上作为计算负载的基数电流值，符号为Ib。

(3)额定最大电流：电度表能长期正常工作，误差和温升完全满足要求的最大电流值，符号为Imax。

(4)额定电压：电压线圈额定工作电压。对于三相电度表，直接接入式三相三线电度表的额定电压为：3×380V；直接接入式三相四线额定电压为：3×380/220V。

(5)电度表常数：电度表记录的电能与转盘转数或脉冲数之间关系的比例数，其单位为r/kWh或imp/kWh。

(6)额定频率：50Hz。

3.三相电度表的使用

电度表在出厂前经检验合格，加铅封，即可安装使用。

1)选用

使用三相电度表时，应根据使用场合、情况的不同选择相应的电度表。对于直接接入线路的电度表，要根据负载电压和电流选择合适的规格，电度表的额定电压应与电源电压一致；额定电流应大于或等于负载电流。经电压互感器接入的电度表，额定电压为100V；电流量程的选择应使线路常用负载电流等于或接近铭牌上的标定电流，负载的最小电流不应低于电度表标定电流的10%。另外，负载的用电量要在电度表额定值的10％以上，否则计量不准，甚至有时根本无法带动铝盘转动。所以电度表量程不能选得过大，以保证计量精度，但也不宜选得过小，以免烧坏电度表。

2)接线

在低电压(不超过500V)和小电流(几十安)的情况下，电度表直接接入电路进行测量。如果用电量比较大，线路的用电电流超过了电度表的额定电流，就要加装电流互感器。

电度表按照接线端钮盒上接线图进行接线，安装电度表时，应使用绝缘铜导线，截面积要满足负载电流要求，但不能小于2.5mm2。接线时要按正相序接线，相线和零线不可接错。

(1)直接接线。

三相四线电度表的直接接线如图3-29所示。这种电度表共有11个接线桩，从左至右按1~11编号，其中1、4、7是电源相线的进线桩，用来连接从总熔断器下接线桩引来的三根相线；3、6、9是相线的出线桩，分别接总开关的三个进线桩；10、11是电源中性线的进线桩和出线桩；2、5、8三个接线桩可空着，但连接片不可拆下。即1与2、4与5、7与8相连。

(2)间接接线。

三相四线电度表的间接接线如图3-30所示。电流互感器的安装与接线方式如下：图3-29三相四线电度表的直接接线①一次线路连接P1、P2，二次线路连接S1、S2。

②二次侧不允许安装熔断器，不允许开路运行；出线端接地。

这种三相电度表需配用三只同规格的电流互感器。接线时把从总熔断器盒下接线桩或电源开关下接线桩引来的三根相线分别与三只电流互感器一次侧的“P1”接线桩直接连接，同时用三根绝缘导线从这三个“P1”接线桩引出，分别与电度表2、5、8三个接线桩连接。然后用三根绝缘导线从三只电流互感器二次侧的“S1”接线桩引出，与电度表1、4、7三个进线桩连接。再用三根绝缘导线一端连三只电流互感器二次侧的“S2”接线桩；另一端连电度表3、6、9三个出线桩，三只电流互感器二次侧“S2”接线桩用根导线与电度表外壳连接接地；最后用三根绝缘导线把三只电流互感器一次侧的“P2”接线桩分别与总开关三个进线桩连接起来,并把电源中性线与电度表10号进线桩连接,11号接线桩是用来连接中性线的出线，接线时应先将电度表接线盒内的三块连片(2、5、8)都拆下。图3-30三相四线电度表的间接接线第二部分拓展学习

安全用电之保护接地

保护接地是为保证电工设备正常工作和人身安全而采取的一种用电安全措施。它是把正常情况下不带电，而在故障情况下可能带电的电气设备外壳、构架、支架通过接地装置和大地接连起来。保护接地的作用就是使电气设备不带电的金属部分与接地装置之间具有良好的金属连接，降低接点的对地电压，避免人体触电危险。

1.接地的基本概念

1)接地与接地装置

电气设备的任何部分与大地(土壤)间具有良好的电气连接称为接地。

接地是确保电气设备正常工作和安全防护的重要措施。电气设备接地通过接地装置实现。接地装置由接地体和接地线组成。与土壤直接接触的金属体称为接地体；连接电气设备与接地体之间的导线(或导体)称为接地线。接地装置将电工设备和其他生产设备上可能产生的漏电流、静电荷以及雷电电流等引入地下，从而避免人身触电和可能发生的火灾、爆炸等事故。

2)接地的类型

(1)工作接地：为满足电力系统或电气设备的运行要求，而将电力系统的某一点进行接地，称为工作接地，如电力系统的中性点接地。

(2)防雷接地：为防止雷电过电压对人身或设备产生危害，而设置的过电压保护设备的接地，称为防雷接地，如避雷针、避雷器的接地。

(3)保护接地：为防止电气设备的绝缘损坏，将其金属外壳对地电压限制在安全电压内，避免造成人身电击事故，将电气设备的外露可接近导体部分接地，称为保护接地。

3)接地电阻

接地电阻主要是电流在地下流散途径中土壤的电阻。各种电气设备接地装置的接地电阻值见表3-1。

2.保护接地措施——IT系统

1)不接地配电网电击的危险性

在低压电网电源中心点不接地的系统中使用电气设备时，若不采取保护措施，一旦发生如图3-31所示触电情况，则电流通过人体、大地及其他相形成回路。此时，若线路绝缘很好，触电发生时对人的危害较小，例如：绝缘电阻达到0.5MΩ及以上时，若人体电阻取1700Ω时，则流过人体的电流为1.31mA。但当线路绝缘下降时，触电现象发生时对人的危害就很大，例如：绝缘电阻下降为5000Ω，人体电阻取1700Ω时，流过人体电流为

65mA，远远超过了人体安全电流(30mA)的限制。所以，在电源中心点不接地的系统(或通过高阻抗接地的系统)中使用电气设备时，存在电击的危险性，这时必须采取安全用电措施——保护

接地。

图3-31在电源中心点不接地的系统中发生的触电

2)保护接地在触电发生时的作用

如图3-32所示，是在电源中心点不接地的系统(或通过高阻抗接地的系统)中使用电气设备时，采取保护接地措施。保护接地装置的接地电阻为RA，该电阻和人体之间是并联关系，有了这个并联电阻，触电现象一旦发生，故障电流IE会在人体电阻和保护电阻两条支路中分流，而且电阻阻值越小，分流电流越多。假设触电仍然发生在线路绝缘电阻为5000Ω，人体电阻取1700Ω的情况下，此时，若保护接地电阻RA=4Ω，则流过人体的电流为0.31mA，远远小于没有保护接地电阻时的65mA，因此，为了消除用电过程中的安全隐患，在电源中心点不接地的系统(或通过高阻抗接地的系统)中使用电气设备时，一定要采取保护接地措施。保护接地系统称为IT系统，其中：I表示电源部分不接地或通过阻抗接地；T表示电气设备的外露导电部分接地的系统。图3-32保护接地的作用

3.IT系统的应用

保护接地措施的应用对象为各种不接地配电网。在这样的系统中，各种电气设备的金属外壳、配电装置的金属构架、金属遮拦、金属门等都需保护接地。

IT方式供电系统在供电距离不是很长时，具有供电可靠性高、安全性好的特点。一般用于不允许停电或严格要求连续供电的场所，例如医院手术室、电力炼钢、矿井等。该系统中无中性线，任何带电部分严禁接地，对带电部分的绝缘要求较高，要求装设绝缘监视及接地故障报警或显示装置。安全用电之保护接零

1.在电源中心点接地的系统中为什么不采取保护接地

如图3-33所示，是在电源中心点接地的系统中采用了保护接地措施，这样能否达到安全用电的目的呢？该系统中一旦发生触电事故，则220V的相电压加在由保护接地电阻RA与人体电阻RP相并联再串工作接地电阻RN，此时，故障电流大小为故障设备对地电压为若电源电压为220V，人体电阻取1700Ω，RA=RN=4Ω,则IK=27.5A，UP=110V。由此可以看出，在电源中心点接地的系统中采用保护接地措施是存在局限性的，它只能减小故障现象发生时故障设备对地电压，从而减轻触电后果，但并不能完全保障用电者的安全性。图3-33保护接地在电源中心点接地系统中的局限性

2.保护接零

1)保护接零

由于在电源中心点接地的系统中采取保护接地具有局限性，因此，在该系统中，通常采用保护接零做为安全保障措施。保护接零是在电源中性点直接接地的低压电力系统中，将用电设备的金属外壳与供电系统中的零线或专用零线直接做电气连接，其作用是当电气设备的金属外壳带电时，使其变成单相短路故障，因零线的阻抗很小，单相短路电流将使用电系统中的保护装置迅速而准确的动作，切断事故电源，保证人身安全。保护接零系统称为TN系统，其中：T表示配电网中性点直接接地；N表示电气设备金属外壳与电源零线相接。

TN系统具体又分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种供电系统。

(1)TN-C系统(三相四线制)。

TN-C系统如图3-34所示。TN-C系统中TN表示在用电过程中，电源的中心点是接地的，通常我们使用的220V/380V低压配电系统就是中心点接地的系统。在这个系统中用电时，将电气设备的金属外壳与电源系统的零线相连接。图3-34

TN-C系统在图3-34中，零线是指从电源中心点引出的线。零线在使用时有两种功能，一种是电气设备正常工作时，需要接在火、零线之间，具有这种功能的零线叫做工作零线，用N来表示。零线的另一种功能是用电时将设备正常工作不带电的金属外壳与零线相连，形成保护接零，具有这种功能的零线叫做保护零线，简称保护线，通常用PE来表示。N线和PE线的功能在TN-C系统中是合一的，这就是C所表示的含义。TN-C系统的好处是工作零线兼做接零保护线——PEN线，比较经济，但这个系统存在很大的局限性，即系统中三相负荷不平衡时，PEN线上有不平衡电流，此时，电气设备金属外壳对地有一定电位。三相不平衡电流越大，越靠近线路末端，用电过程的危险性越大。

(2)TN-S系统(三相五线制)。

TN-S系统如图3-35所示。

与TN-C系统相比较，TN-S系统的工作零线N和保护零线PE在供电电源处严格分开。PE线称为专用保护线，PE线上正常情况下无电流，只在故障时流过故障电流，确保系

统保护装置动作。

由于TN-S系统的N线与PE线严格分开，因此在正常用电过程中，设备金属外壳对地是没有电压的，系统用电安全性能很高。这是目前推广使用的供电方式。

在应用TN-S三相五线系统时，应注意：

①保护零线不通过开关或熔断器。图3-35TN-S系统②保护零线的截面积不小于工作零线的截面积，同时满足机械强度的要求。

③保护零线的统一标志为黄/绿双色线，在任何情况下不将其作负载线用。

(3)TN-C-S系统(三相四线半制)。

TN-C-S系统如图3-36所示。

TN-C-S系统是指用电系统中，靠近电源部分采用TN-C的方式供电，从系统某一点之后，将PEN线区分为N线和PE线，即采用TN-S的方式来供电。在建筑施工现场采用三相四线制供电，而施工现场又必须采用专用保护线PE时，可在施工现场总箱中进线侧零线做重复接地后引出一根专用PE线，这种系统就是实际应用中的TN-C-S供电系统。图3-36TN-C-S系统

2)TN系统的基本安全条件

在电源中性点直接接地的低压电力系统中，采用保护接零的目的是当电气设备的金属外壳带电时，使其变成单相短路故障，单相短路电流使用电系统中的保护装置迅速而准确地切断事故电源，从而保证人身及设备安全。因此，在TN系统中，保护装置的反应灵敏程度是决定用电过程是否安全的基本条件，对于配电干线和接向固定设备的配电线路，要求保护装置的动作时间不超过5s，即故障持续时间不得超过5s。

3)保护接零与保护接地不能同时使用

图3-37是假设保护接零与保护接地共用。图3-37保护接零与保护接地共用的危险性在用电过程中，保护接地的设备发生了碰壳事故(火线和金属外壳相碰)，此时，由保护接地电阻RA和工作接地电阻RN共同承受220V的相电压，此时，电源中心点对地电压约为110V，保护接零的设备由于接在电源中心点上，因此，它的金属外壳对地也存在110V的电压，这在用电过程中是十分危险的。由此，在用电过程中，保护接地与保护接零共用会给用电过程带来安全隐患。所以，特别强调：保护接零与保护接地不能同时使用！第三部分技能实训

基础技能实训

三组日光灯的连接与测试

一、训练内容

1．三相负载的星形连接、三角形连接。

2．理解中线的作用。

3.三相电路功率的测量。

二、器材准备

三组日光灯常用电工工具万用表、兆欧表、功率表实训台三、训练要求

1. 会连接三相负载。

2. 按要求测试三相交流电源的线电压、相电压值，并将结果记录于表3-2中。

3.理解单相负载均衡分配的实际意义。完成工作任务

1.建筑施工现场用电电路设计

由工作任务可知：建筑施工现场用电包含照明设备和动力设备，本例中照明设备为单相用电设备，其额定低压为220V，主要动力设备为三相用电设备，额定低压为380V。所以，整体施工用电从用电需求和安全用电综合考虑，采用三相五线制系统来供电。

由于白炽灯和日光灯均为单相负载，所以，接入三相电源系统前，首先要对负载分组，根据题目要求，每相带负载为：白炽灯30盏，日光灯70盏。负载额定电压均为220V，在由380V/220V的电网供电时，需取用电源系统相电压，因此，将负载如图3-38接入电源。图3-38施工现场用电负载和电源的连接施工升降机、砼搅拌机、塔吊、卷扬机等为施工现场的主要动力设备，它们是由三相异步电动机拖动运行的，主要功能是取用三相电能并将其转化为机械能，它们是典型的三相负载，在将其接入电网时，首先要对其进行连接，至于采用三角形连接还是星形连接，要根据设备铭牌来决定。将其连接后，接在电源的三根火线上。本例中，三相电源由变压器提供，用电过程中，通过三相电度表来计量施工现场消耗的电能。在考虑三相电度表的接线方式时，由于施工现场照明电源电压通常选用

220V，动力设备选用380V的线电压，所以，电压可以直接接入三相电度表，而对于施工过程中取用的电流，则要根据具体的用电情况经过计算来确定。一般小电流(几十安)的情况下，三相电能表直接接入电路进行测量。如果用电量比较大，线路的用电电流超过了电度表的额定电流，就要加装电流互感器。如图3-39是经过互感器接入三相电度表的电路接线示意图。图3-39经过互感器的三相电度表的接线

2.完成电路连接

按照电路要求，准备元器件：三相电源、三相电度表、电流互感器、万用表、白炽灯、日光灯、三相异步电动机、导线、电工工具、实训台等。

清点电路中所用的设备及元器件，注意设备规格是否合乎使用要求，元器件性能是否良好，各元件额定参数和电源参数是否一致。按照电路图能将三相电度表正确接入电路，能将白炽灯、日光灯、三相异步电动机等负载接入三相电源。

3．完成电路测试

用万用表、电度表对电路进行测量，将结果填入自己设计的表格中，并能分析得到结论。

在完成工作任务的过程中，解决下列问题：

(1)了解对称三相交流电的特征。

(2)三相交流电使用公共的中线时，各相电流怎样形成通路？各相之间会不会产生相互影响的现象？

(3)如何用验电笔或400V以上的交流电压表测出三相四线制供电线路上的火线和零线？

(4)掌握三相四线制供电体制中，线、相电压之间的数量关系及相位关系。

(5)掌握星形连接的要点。

(6)理解不对称负载在三相电源上的平均分配的意义。学习成果

1. 进行电路设计并提供方案说明。

2. 进行电路仿真设计、测试。

3. 项目进程表及元件清单。

4. 安装、调试好的三相电路。

5. 提交工作任务完成后的说明书及总结报告。学习情境3.2

三相异步电动机的连接及测量

学习目标

1. 会读三相异步电动机的铭牌数据。

2. 会测试三相异步电动机的基本性能。

3. 会使三相异步电动机的反转。

4. 能利用仿真软件设计电路。

5. 能列出完成工作所需元器件和工具。

6. 能规范编写技术文档，能记录制作过程和测试结果，并能制作课件汇报工作成果。工作任务

有一台三相异步电动机，要求：

(1)通过判别三相笼型异步电动机三相绕组的同极性端，学会测量仪表的使用；熟悉电动机的连接方法、了解电动机的结构组成及工作原理。

(2)通过对三相鼠笼式异步电动机绕组的直流电阻、绝缘电阻的测量，掌握电动机的常见故障判断及日常维护。

第一部分基础知识

知识链接一三相异步电动机的基本知识

根据电磁感应原理进行机械能与电能互换的旋转机械称为电机。其中将机械能转换为电能的电机称为发电机，将电能转换为机械能的电机称为电动机。电动机可分为交流电动机和直流电动机两大类。交流电动机又可分为异步电动机(或称感应电动机)和同步电动机。异步电动机有单相和三相两种。三相异步电动机具有构造简单、价格低廉、工作可靠、易于控制及使用维护方便等突出优点，在生产中应用很广。

电路图中用符号表示三相交流异步电动机。

1.三相异步电动机的结构

异步电动机由定子和转子两个基本部分组成。定子是固定部分，转子是转动部分。为了使转子能够在定子中自由转动，定子、转子之间有0.2~2mm的空气隙。三相鼠笼式异步电动机结构如图3-40所示。图3-40三相鼠笼式异步电动机各部分结构图

1)定子

定子的主要作用是产生旋转磁场，它由定子铁芯、定子绕组、机座三部分组成。定子铁芯固定在电机机座上，由0.5mm厚、两面涂有绝缘漆的硅钢片叠成圆环状，其内圆周均匀开槽，它是电机磁路的一部分。定子绕组是定子中的电路部分，一般由铜线绕制而成，嵌放在定子铁芯槽内。三相异步电动机有三个定子绕组，对称地安放在定子铁芯上，其作用是产生旋转磁场。机座是电机的支撑部件，一般由铸铁铸成，其作用主要是固定定子铁芯及其他电机部件。

2)转子

转子主要用来产生旋转力矩，拖动生产机械旋转。转子由转轴、转子铁芯、转子绕组构成。转子铁芯硅钢片由0.5mm厚、两面涂有绝缘漆的硅钢片叠成圆柱形，外圆上均匀开槽，槽内嵌放转子绕组。转子铁芯装在转轴上。与定子铁芯、空气隙共同构成电机的磁路。转轴用来输出转矩，由中碳钢制成，两端由轴承支撑。转子绕组是转子中的电路部分，其主要作用是将磁场变化产生的感应电动势转换为感应电流，并进一步转化成电磁力矩。根据转子绕组的结构不同，异步电动机又分为鼠笼式和绕线式两种。

(1)鼠笼式转子。

鼠笼式转子绕组结构与定子绕组不同，转子铁芯各槽内都嵌有铸铝导条(个别电机有用铜导条的)，铁芯两端有两个端环，所有导体都接到这两个端环上，构成回路。若去掉铁芯，转子绕组的形状像一个鼠笼，因此得名。鼠笼式异步电动机的转子结构简单，是应用最为广泛的电动机形式。

(2)绕线式转子。

绕线式转子绕组结构与定子绕组相似，在转子铁芯槽内对称嵌放三相绕组，三相转子绕组星形连接，即三个绕组的末端短接，每相始端连在三个铜制集电环上，集电环固定在转轴上。三个环之间及环与转轴间互相绝缘，在集电环上用弹簧压着电刷与外电路连接，具有绕线式转子的异步机称为绕线式异步机，因其结构特点又称为滑环式电机。绕线式异步电动机的特点是可以通过滑环和电刷在转子回路中串入附加电阻，以增加电动机启动时的启动转矩，这类电动机主要应用在启动时动力矩要求大的场合，例如起重机上用到的电动机。

3)空气隙

电机的磁路是：定子铁芯－气隙－转子铁芯－气隙－定子铁芯，异步电机定转子之间有一个0.2~2mm的空气隙，空气隙的大小对电机影响很大。因为空气为非铁磁材料，其磁阻很大，电动机励磁电流产生的磁势大部分都消耗在气隙上。如果电动机的空气隙小，则电机工作所需的励磁电流就小，功率因数高。但空气隙过小，又容易导致定子、转子间发生机械碰撞，因此，考虑到机械的原因，电机的空气隙又不能太小。

2.三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机是一种将电能转换成机械能的装置，这种转换是通过电动机内部的载流导体、磁场、电磁相互作用产生的电磁力的相互作用来完成的。

1)旋转磁场

三相异步电动机定子绕组加三相电源后，定子绕组中通过三相对称的交流电流。当三相电流流入定子绕组时，各相电流的磁场为交变、脉动的磁场，而三相电流的合成磁场则是随电流的交变在空间不断旋转的磁场，称为旋转磁场。电流变化一周，合成磁场在空间旋转360°电角度。

(1)旋转磁场的极数。

旋转磁场的极数与定子绕组的排列有关。如果每相绕组只有一个线圈，产生的旋转磁场具有一对磁极。如果每相定子绕组分别由两个线圈串联而成，当三相对称电流通过这些线圈时，便能产生两对极旋转磁场(四极)。若定子每相绕组由p个线圈串联，绕组的始端之间互差60°/p，将形成p对磁极的旋转磁场。

(2)旋转磁场的转速。

旋转磁场的转速又称为同步转速，用n0来表示。

(3-14)其中：f——交流电的频率(Hz)；

p——磁极对数。

对于一台三相异步电动机，f和p通常是一定的，所以磁场转速n0为常数。在我国，供电系统的频率为50Hz，可计算出对应不同磁极对数的旋转磁场的转速n0，如表3-3所列。

(3)旋转磁场的旋转方向。

旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致，任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。

2)基本工作原理

当电动机的定子绕组通以三相交流电时，便在气隙中产生旋转磁场。设旋转磁场以n0的速度顺时针旋转，则静止的转子绕组同旋转磁场之间就有了相对运动，从而在转子导体中产生了感应电动势，由于转子电路为闭合回路，在感应电动势的作用下，转子中产生感应电流，载流的转子导体在磁场中要受到力的作用，电磁力对转轴形成一电磁转矩，其作用方向同旋转磁场的旋转方向一致。这样，转子便以一定的速度沿旋转磁场的旋转方向转动起来。当转子获得的电磁转矩T与其他机械作用在轴上的负载转矩TC相等时，电动机就以某一转速稳定运转；若负载发生变化，当T>TC时，则电动机加速；当T<TC时，电动机减速。异步电动机转子的旋转方向虽然和磁场的旋转方向一致，但其转速n始终小于同步转速n0。因为如果n=n0，则转子与磁场之间便无相对运动，转子导体将不再切割磁力线，因而其感应电动势、感应电流及电磁转矩均为零。所以这种电动机的转速不可能等于同步转速，只能以n<n0的转速旋转。正因为如此，此类电动机才称为异步电动机。由于该类电动机的转子电流是由电磁感应而产生的，所以又称为感应电动机。

3)转差率

异步电动机的转子转速n低于同步转速n0，两者的差值n0－n称为转差，为了表征转子转速n与同步转速n0之间相差的程度，提出转差率的概念，即(3-15)其中：s——转差率;

n0——同步转速，单位为转/分钟(r/min)；

n——转子转速，单位为转/分钟(r/min)。转差率是分析异步电动机运转特性的一个重要参数。电动机运行时，s的范围在0~1之间。在电动机启动瞬间，n=0，s=1；当电动机转速达到同步转速(为理想空载转速，电动机实际运行中不可能达到)时，n=n0，s=0。由此可见，异步电动机在运行状态下，转差率的范围为0<s<1；在额定状态下运行时，s=0.02~0.06。三相异步电动机的额定转速小于同步转速，但二者相差很小。

3.三相异步电动机的机械特性

异步电动机的机械特性是指电动机输出的电磁转矩与电动机转子转速之间的对应关系，即n＝f(T)。三相异步电动机的机械特性是一条曲线，如图3-41所示。

1)启动点d

电动机在启动瞬间(n＝0)的转矩称为启动转矩Tst，对应特性曲线上的d点。Tst大，电动机启动快，也可以带负载启动，但启动过程中，电动机所受到的冲击力大；Tst小，电动机启动过程长，且只能空载或轻载启动。为衡量电动机的启动性能，引入λst，称为电动机的启动能力。图3-41三相鼠笼式异步电动机机械特性

(3-16)其中TN为额定负载转矩。三相异步电动机的λst一般为1.0~2.2。从d点开始，如果Tst小于负载转矩，电动机将无法启动；若Tst大于负载转矩，电动机的转速n将开始上升。电动机的电磁转矩开始沿着机械特性曲线的bd段上升，这一段三相异步电动机的特点是当电磁转矩大于负载转矩而导致转速增加时，电磁转矩也在增加，从而使转速进一步升高；反之，当电磁转矩小于负载转矩而导致转速减小时，电磁转矩也在减小，从而使转速进一步下降。bd段为不稳定运行区，是三相异步电动机运行的过渡阶段。

2)最大转矩点b

机械特性曲线中b点所对应的电磁转矩是三相异步电动机在工作过程中能够产生的最大电磁转矩，用Tmax表示。b点对应的转子转速nm，称为临界转速。

b点将机械特性曲线分为两段，从b点开始，当电动机轴上负载转矩减小时，电动机的转速将增加，随着转子转速上升，电磁转矩将减小，当电磁转矩减小到等于负载转矩时，电动机以稳定的转速n运行；反之，机械负载增加时，电动机转速下降，电磁转矩将增加。当电磁转矩增加到等于负载转矩时，电动机将在新的平衡点稳定运行。ab这一运行区域称为电动机稳定运行区。这一段三相异步电动机的特点是：当负载增加时，电动机转速减小，电磁转矩增大；当负载减小时，电动机转速增加，电磁转矩减小，电动机的这种能力称为自适应负载能力。

正常运行的电动机，如果负载转矩超过其最大电磁转矩，电动机的转速将很快下降，直到停转。使用电动机时，将最大电磁转矩与额定转矩的比值称为过载能力。(3-17)过载能力反映电动机的短时过负荷能力，三相异步电动机的λ一般为1.0~2.8。

3)额定运行点c

当电动机运行在机械特性曲线中的c点时，电动机的转速即为额定转速nN。电磁转矩为额定转矩TN。(3-18)其中：PN为额定输出功率，单位为千瓦(kW)；nN为额定转速，单位为转/分(r/min)。

4)理想空载运行点a

当电动机运行在机械特性曲线中的a点时，电磁转矩为0，电动机转速为旋转磁场的同步转速n0，a点称为电动机的理想空载点。电动机实际工作时是不可能工作在a点的。知识链接二三相异步电动机的接法

鼠笼式三相异步电动机的三个定子绕组是三相异步电动机的电路部分，定子绕组分三相(分别嵌放在定子铁芯的不同部位)，每相绕组都有两个引出端，分别称为始端和末端。通常用U1、U2表示第一相绕组始末端，V1、V2表示第二相绕组始末端，W1、W2表示第三相绕组始末端。六个引出端分别引至机座的接线盒内，并错位排列。接线柱相应地标出标记，如图3-42所示。图3-42定子绕组的接线盒

1.电机连接前的检查

1)三相异步电动机绕组的检查

三相交流电动机可用万用表的电阻挡检查其线圈是否有断(短)路。其方法是将电动机的接线盒盖拆下，将接线端子上的短路片取下，用万用表测量每两个端子间的电阻即可检查绕组是否有断(短)路。如图3-43所示。图3-43定子绕组的通断检查

2)绕组始、末端的判定

三相定子绕组的始末端是生产厂家事先设定好的，绝不可任意颠倒，否则将产生接线错误。当电动机绕组各相引出线标志脱落时，必须判明哪两根引出线属于同一相，哪根是始端，哪根是末端，这是对电机进行正确接线的前提。如果接线盒中发生接线错误，或者绕组始末端弄错，轻则电动机不能正常启动，长时间通电造成启动电流过大，电动机发热严重，影响寿命，重则烧毁电动机绕组，或造成电源短路。电动机绕组始、末端可以利用万用表进行测试。

(1)先用万用表电阻挡分别找出三相绕组各相的两个引出端。

(2)给各相绕组假设编号为1、2为U相，3、4为V相，5、6为W相。

(3)按图3-44接线，利用万用表电流挡进行绕组始、末端的判定。

合上开关瞬间，观察万用表指针摆动情况，若指针正偏，则电池正极与万用表负极(黑表笔)所接的引出端同为始端或末端；若指针反偏，则电池正极与万用表正极(红表笔)所接的引出端同为始端或末端；再将电池和开关接另一相的两个引出端进行测试，就可正确判别各相的始、末端。图3-44定子绕组始、末端的判定

2.三相异步电动机的连接

三相异步电动机对三相电源而言是一个三相对称负载，在使用三相异步电动机时，电动机的六个引出端必须正确连接。连接方式要根据电动机外壳上铭牌的要求进行。

1)星形连接

若铭牌上标有“380V，Y”，则表示电动机定子绕组应接成星形，所加电源线电压为380V，即将三相绕组的U2、V2、W2端接在一起，U1、V1、W1端分别接三相电源，如图3-45所示。

2)三角形连接

若电机铭牌上标有“△”，则表示电动机定子绕组应接成三角形，将三相绕组的六个接线端分别上下相连，由于六个端子错位排列，自然形成三角形连接，再将连接后的三个端点分别与三相电源相连接，如图3-45所示。

若铭牌上标有“220/380，△/Y”，则表示电动机定子绕组接成三角形时，所加电源线电压为220V，定子绕组接成星形时，所加电源线电压为380V。一般情况下，三相异步电动机功率在3kW以下者采用星形接法，3kW及以上者采用三角形接法。图3-45三相异步电动机定子绕组的连接

[例3-3]

有一三相电动机，每相的等效电阻R=29Ω，等效感抗XL=21.8Ω。试求在下列两种情况下电动机的相电流、线电流以及从电源输入的功率，并比较所得结果。

(1)绕组连成星形接于U1=380V的三相电源上。

(2)绕组连成三角形接于U1=220V的三相电源上。

解：每相绕组的阻抗为(1)Y形连接时：

(2)△形连接时：只要电动机每相绕组承受的电压不变，则电动机的输入功率不变。因此，当电源线电压为380V时，电动机绕组应连成星形；而当电源线电压为220V时，电动机绕组应连成三角形。在这两种连接方法中，仅线电流在△形接法时比Y形接法时大倍，而相电流、相电压及功率都未改变。知识链接三三相异步电动机的铭牌

电动机铭牌上的数据是正确使用电动机的依据。现以图3-46所示Y160M-4型电动机铭牌为例，说明铭牌上各数据的意义。图3-46Y160M-4型电动机的铭牌

(1)型号：对产品名称、规格、型式的叙述等引用的一种代号，由汉语拼音字母、国际通用符号和阿拉伯数字三部分组成。

Y系列是通用的封闭式鼠笼式三相异步电动机，是1980年统一设计的系列产品，该系列电动机采用了国际标准。

(2)功率：指电动机在额定运行情况下转轴上输出的机械功率。

(3)频率：指电动机所加交流电源的频率。

(4)电压：指电动机的额定电压，表示电动机定子绕组应加的电源线电压。一般规定，电动机运行时电压不能高于或低于额定值的±5%。

(5)电流：指电动机的额定电流，它表示电动机在额定电压下，转轴上输出额定功率时的定子线电流。

(6)接法：指定子三相绕组的接法。有星形、三角形两种接法。

(7)转速：指电动机额定运行时的转子转速。

(8)温升：电动机温度比周围环境温度高出的数值。计算公式如下：

θ＝T2－T1其中：θ为温升；T1为实际冷却状态下的绕组温度(即环境温度，室温不允许超过40℃)；T2为发热状态下绕组温度。

发热状态下绕组温度是指电动机各部分实际工作时的温度，它对电动机的绝缘材料影响很大，温度过高会使绝缘材料老化，会缩短电动机寿命，甚至导致绝缘破坏。为使绝缘不致老化和破坏，对电动机绕组等各部分温度作了一定的限制，这个限制温度就是电动机的允许温度。

(9)绝缘等级：电机运行时绕组允许有一定的温升。温升的大小由该电机绕组所用绝缘材料的耐热程度决定，绝缘材料的耐热程度称为绝缘等级，不同的绝缘材料其允许温升是不同的，中小电动机常用的绝缘材料分五个等级，如表3-4所列。表3-4中规定的最高允许温升是指在环境温度为40℃时的允许温升值。

(10)功率因数：指电动机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0.7～0.9，而在轻载和空载时更低，空载时只有0.2～0.3。因此，必须正确选择电动机的容量，并力求缩短空载运行时间。

(11)工作方式(定额)：为了适应不同的负载需要，按负载持续时间的不同，国家标准把电动机分成了三种工作方式：

S1(连续工作制)：连续工作方式，表示这种电动机可以按铭牌上规定的功率长期连续使用。

S2(短时工作制)：短时工作方式，表示这种电动机不能连续使用，在额定功率输出时只能按铭牌规定短时间运行。

S3(断续周期工作制)：重复短时工作方式，表示这种电机不能在额定功率输出时连续运行，只能按规定时间做重复性短时间运行。

(12)防护等级。表示电动机外壳防护形式的分级，详见GB1498-79。知识链接四三相异步电动机的选用

1.类型的选择

对于无调速要求的中小容量生产机械，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，又经常启动且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。

在异步电动机不能满足要求时，可选用其他类型电动机，如直流电动机、同步电动机等。

2.容量(额定功率)的选择

选择电动机时，如果容量选择过大，电动机的输出机械功率不能充分利用，功率因数也不高。因此功率选得过大不经济。但如果容量选择得过小，就会发生长期过载现象，影响电动机寿命甚至烧毁。

(1)连续运行电动机的选择。

对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。连续工作方式的电动机适用于长期负载，如长期恒载的水泵、长期变载的脱谷机和粉碎机等。

(2)短时运行电动机的选择。

有些生产机械，如小型水电