电工基础知识入门 教案 第4-6章

电工基础知识入门教案

第四章变压器与三相异步电动机

—本章学习要点:

1.熟悉变压器的用途、结构、电路符号，了解其工作原理、

主要技术参数，应用中基本的保护知识：

2.熟悉三相异步电动机的用途特点、结构关系。电路符号，

了解其工作原理、主要铭牌参数、应用中基本的保护知识；

3.熟悉单相异步电动机的使用特点，了解运转原理、应用

中基本的保护知识。

变压器和交流电动机是比较耐用的电器，但这两种电器在具体的应用环境中，处于“顶

天立地”的特殊地位。前者一般要给所有的设备供电，后者一般是最终的执行设备。特殊的

地位，特殊的作用，往往受到特殊的关照。一个变压器出现问题，可能影响一家工厂的生产,

一个社区的供电。作为使用者，应了解它们的特性，给予它们恰当的维护，使它们始终处于

正常的工作状态。

§4-1变压器的基本结构和工作原理

变压器是一种能改变交流电压而保持交流电频率不变的静止的电器设备。

在电力系统的送变电过程中，变压器是一种重要的电器设备。送电时，通常使用变压器

把发电机的端电压升高。对于输送一定功率的电能，电压越高，电流就越小，输送导线上的

电能损耗越小。由于电流小，则可以选用截面积小的输电导线，能节约大量的金属材料。用

电时，又利用变压器将输电导线土的高电压降低，以保证人身安全和减少用电器绝缘材料的

消耗。

通常超高压输电线上的电压可达500kV（即50万伏）。但是，在工农业生产和日常生活

中需要各种不同等级的交流电压。例如，应用广泛的三相异步电动机的额定电压为380V或

220V,一般照明电压为220IV,机床局部照明的额定电压为36V、24V或者更低，许多

设备经常要求多种电压供电。所以在实际工作中，采用各种规格的变压器来满足不同的需要。

变压器除了能改变交变电压外，还具有改变交流电流（如电流互感器），变换阻抗（如电子电路

中的输入，输出变压器）以及改变相位等作用。所以，变压器是输配电、电工测量和电子技

术等方面不可缺少的电器设备。

一、变压器的基本结构

虽然变压器种类繁多，用途各异，电压等级和容量不同，但变压器的基本结构大致相同。

最简单的变压器是由一个闭合的较磁铁心和两个套在铁心上又相互绝缘的绕组所构成，如图

三

三

三

一1

图4-1单相变压器的结构及符号

a）芯式变压器b）壳式变压器c）变压器符号

4—1所示。

绕组又称线圈，是变压器的电路部分。与交

流电源相接的绕组叫做一次绕组，简称一次；与

负载相接的绕组叫做二次绕组，优称二次，如图

4-2所示。

铁心是变压器的磁路部分，图4-2变压器的一次与

二次绕组

用厚度为0.35〜0.5mm时硅钢片叠戏。根

据变压器铁心构造及绕组配置情况，变压器有芯式和壳式两种。如图4—3a所示是单相芯式

图4-3芯式变压器和壳式变压器结构

a）芯式变压器b）壳式变压器

1-一次2-二次3-三次4-磁丽

c)

图4-4单相壳式变压器铁心形式

a）山字形b）F字形c）日字形

变压器，采用口形铁心。一、二次绕组分别套在铁心上。如图4—3b所示是单相壳式变压器,

常用的有山字形(El)F形、日字形等铁心，如图4—4既示。

二、变压器的工作原理

如图4-5所示是单相变压器工作原理示意图。为了分析问题方便。规定：凡与一次有

关的各量，在其符号右下角标以“1”，而与二次

有关的各量，在其符号右下角标以“2”。如一、

负

二次电压：电流、匝数及电动势分别用1、U2,载

4、I2,M、N2,E］、E2表示。

当变压器一次接人交流电源以后，在一次绕

组中就有交流电流流过，于是在铁心中产生交变图4-5变压器工作原理示意图

磁通，称为主磁通。它随着电源频率而变化，主

磁通集中在铁心内；极少一部分在绕组外闭合，称为漏磁通，它一般很小，可忽略不计。所

以L可以认为一、二次绕组同时受主磁通作用。根据电磁感应定律，一、二次绕组都将产生

感应电动势。如果二次接有负载构成闭合回路，就有感应电流产生。变压器通过一、二次绕

组的磁耦合把电源的能量传送给负载。

1.变压器变压原理

设一、二次的匝数分别为M和忽略漏磁通和一、二次直流电阻的影响。由于一、

二次绕组同时受主磁通的作用，在两个绕组中产生的感应电动势5和g的频率与电源的频

率相同。若主磁通随时间的变化率为△①/△，，则由电磁感应定律可得•、二次绕组的感应

电动势为:

变压器一、二次的端电压与感应电动势在数值上是近似相等的，所以在考虑了上面两个

式子，以及不考虑相位关系，只考虑它们的大小，则可以得到一、二次电压有效值之间如下

关系:

幺=丛=〃

力修

式中Ui-----次交流电压的有效值(V)；

u2一一二次交流电压的有效值(V)；

N1------次绕组的匝数;

N2—二次绕组的匝数：

n------、二次的电压比，或称匝数比。

公式(4—1)表明变压器一、二次绕组的电压比等于它们的匝数出。当〃>1时，N\>N?,

则%>力，这种变压器是降压变压器：当〃<1时，N\<&,则这种变压器是升

压变压器。因此，只要选择一、二次绕组的不同匝数比，就可以满足升压或降压的要求。

例题1一台变压器的一次绕组接在10kV的高压输电线上，要求二次绕组输出400V

电压，如果二次绕组的匝数为80(1匝。求变压器的电压比和二次绕组的匝数~2。

解：

根据公式(4—1)电压比为：

则

N.800”

N,=—=---=32

n25

2.变压器变换电流原理

任何一种变压器在变压过程中只起能量传递作用，无论变换后的电压是升高还是降低，

电能都不会增加，也不能减少。根据能量守恒定律；在忽略损耗时，变压器输出的功率尸2应

与变压器从电源获得的功率4相等，即：

《=玛

或=U2I2

由此则有：

I2U[N]n

公式(4-2)是变压器变换电流公式。此式说明变压器工作时，一、二次绕组的电流大小

与一、二次韵电压或匝数成反比，或者为变压器电压比的倒数。实际上，变压器在改变电压

的同时也改变了电流。电流互感器就是根据这二原理制成的。

例题2在3300V的交流电路中接入一台变压器，若把电压降至为220V,已知一次

绕组的匝数是2100匝，二次绕组接入的负载&为1℃。求二次绕组的匝数和一、二次绕

组中的电流？

解：

根据公式(4—1)得出变压器的电压比为:

U.3300

n=—L=-------=15

U2220

N=理|4。(匝)

n15

根据欧姆定律得出二次绕组的电流为:

220

」=—=22(A)

凡1()

由公式（4—2）可得出一次绕组中电流为:

L22

上=—=1.47(A)

n15

三、几种常见变压器

1.单相照明变压器

如图4—6所示是一种常见的单相照明变压器：它由铁心和两个相互绝缘的线圈组成，

一般为壳式。这种变压器的一次额定电压有220V和

880V两种，二次电压多为36V。在特殊危险场合使

用时，二次电压为24V或12V。有的变压器二次电

压为6V,专供指示灯用。单相照明变压器经常为工

厂内部的局部照

明灯具提供安全电压，以确保人身安全。

2.三相变压器

在工业生产中三相变压器应用较为广泛。所谓三

图4-6单相照明变压器

相变压器实质上是三个容量相同的单相变压器组成1-出线端子2-铁心

的。如图4—7所示是三相变压器的示意图。在每个铁3-进线端子4-线圈

心柱上都绕着同一相的一次（即向压）绕组和二次（即

低压）绕组。

根据三相电源和负载的不同情况，

变压器一、二次绕组都可作Y形或△形联结。如图4—8所示是三相变压器的标准接线

图。对于大容量的三相变压器多采用Y/△联结，即高压绕组为Y形联结，低压绕组为△形

联结。这是因为Y形联结的相电压是线电压的1/V3,有利于线圈绝缘；而低压绕组呈△形

联结，可使导线截面比Y形联结的小。对于容量不大且需要中线的变压器，多采用Y/Y。联

结，即高压绕组为Y形联结。Y。表示低压绕组是Y形联结并接有中线。这种连接可使用户

获得线电压和相电压两种电压，特别适用于动力和照明混合性质的负载。

3.自耦变压器

如图4—9所示是自耦变压器示意图。自耦变压器有一个环形铁心，线圈绕在铁心上，

即只有一个绕组。一、二次绕组有一部分是公用的，也就是说高压绕组的一部分兼作低压绕

组。它与一般变压器一样，一、二次的电压比等于一、二次的匝数比。二次电压的引出点是

一个能沿着线圈的裸露表面自由滑动的电刷触头；改变触头的位置，就能得到需要的输出电

压。

图4-7三相变压器外形、示意图和电路符号

a）接线示意图b）电路符号c）三相变压器外形

自耦变压器常用于实验室和交流异步电动机的降压启动设备中，它的最大特点是可以通

过“调压”来获得所需要的电压。

四、变压器的主要技术数据

变压器的规格型号及其主要技术数据都标在它的铭牌上，作为使用变压器的重要依据。

变压器的主要技术数据包括：额定电压、额定电流、额定容量和温升等。

1.额定电压

变压器一次的额定电压，是指变压器所用绝缘材料的绝缘强度所规定的电压值，二次额

定电压是变压器空载时，一次加上额定电压后，二次两端的电压值。两个额定电压分别用

5N，U?N蓑示。单相变压器IN，U2N是指一、二次交流电压的有效值，三相变压器

%”是指一、二次线电压的有效值。

图4-8三相变压器的标准连接图

图4-9自藕变压器示意图

2.额定电流

指变压器在允许温升的条件下，所规定的一、二次绕组中允许流过的最大电流，变压器

飞二次电流分别用/炉和右川表示.单相变压器/小和Jv是指电流的有效值，三相变压器是

指线电流的有效值。

3.额定容量

表示变压器工作时所允许传递的最大功率。单相变压器的额定容量是二次额定电压和额

定电流之积；三相变压器的额定容量也是二次额定电压和额定电流之积(应为三相之和)。额

定容量用字母S表示，单位是伏安(V-A)。

4.温升

温升是指变压器在额定工作时；允许超出周围环境温度的数值。它取决于变压器绝缘材

料的耐热等级，见表4—1。

表4—1绝缘材料耐热等级

绝缘等级YAEBFHC

最高工作温度（。0901012131518>18

500500

五、变压器的使用要点

电工应用环境中的变压器，一般用于电能的高、低电压的变换。一台变压器往往为一个

社区、一个工厂、一个车间、一套设备转换能源。它工作的自然环境、自身品质、所带负载

的变化、保养的状况都可能影响其工作。变压器如出现小事故则影响工作，并可能报废设备。

大型变压器出现事故，严重时可能发生爆炸，危及人身安全。

大型专用变压器都有专人进行维护、监管。一般相关人员只要注意变压器的外在特征变

化，及时报告有关人员，履行告知即可。

正常工作的变压器，般都有些轻微的振动声音，有定温力，没有气味。旦振动

声音明显增加，出现怪味、打火等特殊现象时，就必须及时报告并远离。

§4-2三相异步电动机的用途和结构

一、电动机概述

电动机是把电能转换成机械能，并输出机械转矩的动力设备。现代各种机械广泛应用电

动机来驱动。

一般电动机可分为直流电动机和交流电动机两大类。交流电动机按使用电源相数可分为

单相电动机和三相电动机两种，而三相电动机又分同步式和异步式两种，异步电动机按转子

结构不同又分成笼式和绕线式两种。

三相异步电动机结构简单、维修方便、运行可靠，与相同容量的其他电动机相比具有质

量轻、成本低、价格便宜等优点。因此，被广泛用来做中、小型轧钢机、各种机床以及轻工

机械和鼓风机的拖动部分。根据统计，国内有90%左右的电力拖动机械使用异步电动机，

其中，小型异步电动机占70%以上。在电网的总负载中异步电动机的用电量占60%以上。

二、三相笼式异步电动机的基本结构

三相笼式异步电动机主要是由定子和转子两部分组成，如图4-10所示。

三相异步电动机的定子部分包括机座、定子铁心和定子绕组。机座用铸铁或铸钢制成。

它支承着定子铁心。定子铁心由互相绝缘的硅钢片叠制而成，内圆有槽孔，定子绕组嵌在槽

内，如图4—11所示。

定子绕组是定子的电路部分，由三相对称绕组组成。三相绕组的各相彼此独立，按互差120°

图4-10笼式异步电动机主要结构

1-轴承盖2-端盖3-接线盒4-散热肋5-转子轴

6-转子7-风扇8-罩壳9-轴承10-机座

的电角度嵌放在定子槽内，并与定子铁心绝缘。定子绕组的首端分别用UI,VI,W1表示,

而绕组的末端分别用U2,V2,W2表示。

转子由转子铁心、转子绕组和

转轴等部分组成。转子铁心是由外

圆有槽孔的硅钢片叠制而成，槽内

放置铜条（或铸铝）。铁心两端分别

用导电的端环将槽内的铜条连接

起来，形成短接回路；如果去掉转图471笼式异步电动机定子铁心主要结构

子铁心，转子的结构与笼子相似,a）定子铁心b）定子铁心冲片

如图4—12所示。

图4-12笼式异步电动机转子结构示意图

a）转子铁心冲片b）转子铜条结构c）铸铝转子示意图

绕线式异步电动机只是转子结构不同，它的转子是由绕组组成的，与定子绕组一样也是

三相的。

§4-3三相异步电动机的转动原理

一、演示实验

为子说明三相异步电动机的转子是怎样旋转起来的，先做二个演示实验。

如图4-13所示中有一个装有手柄的马蹄形磁铁,在磁极中间放置一个可以自由转动的

导电的鼠笼转子，转子与磁极之间没有机械联系。当摇动手柄使马蹄形磁铁旋转时，就会看

到鼠笼转子跟着磁铁旋转。手柄摇得越快,

转子转得越快，若是改变磁铁的旋转方向,

鼠笼转子的旋转方向也跟着改变。

由上述实验可知，转子转动的首要条

图4T3异步电动机演示实验

件是要有一个旋转磁场。

二、定子旋转磁场的产生

实际的笼式异步电动机中，旋转磁场是由定子绕组中的三相交流电产生的。

如果三相异步电动机的定子铁心中放有三相对称绕组U1—U2,VI一V2,W1一W2,

并呈星形(Y)联结，接人三相对称电源时，三相对称绕组中有电流通过，即：

4=41sina)t

Q=41sin(6-120°)

%=。sin(wX+12Cr)

三相对称电流的波形图如图4一14所示。规定交流电正半周时，电流从绕组首端流人,

尾端流出；负半周时，电流从绕经末端流入，首端流出。流人以符号“公”表示，流出以符

号表示；当交流电流过三相绕组时，每相绕组都将产生一个按王弦规律变化的磁场，

图4-15三相交流电产生的旋转磁场

a)6=0°b)eat=90°c)加=180°

三相绕组的合成磁场随着时间的推移而不断改变方向形成旋转磁场，如图4-15所示。

当切=0时，U相绕组电流iu=0；V相绕组电流4为负半周，按规定电流是从末端V2

流入，从首端VI流出：W相绕组电流Q为正半周，电流是从绕组首端W1流入，从末端

W2流出。根据右手螺旋定则可以判定，互相电流的合成磁场的N极在正上方，S极在正下

方，如图4—15a所示。

当切=90。时，心为正半周；电流从绕组首端U1流人，由末端U2流出；V相和W相

电流«和人都是负半周，电流分别从绕组末端V2和W2流人，从首端VI和W1流出。三

相电流的合成磁场如图4—15b所示，可以看出合成磁场的轴线沿顺时针方向转了90。。此

刻，磁场的N极在右方，S极在左方。

当/7180。时，U相绕组电流《=0；V相绕组电流为正半周，按规定电流是从首端

VI流入，从末端V2流出；W相绕组电流人为负半周，电流是从绕经末端W2流入，从首

端W1流出。可以判定，量相电流的合成磁场的N极在正下方，S极在正上方，如图4—15c

所示。三相电流的合成磁场的轴线又沿顺时针方向转了90%

从上面分析可知，当异步电动机定子绕组分别通人对称三相交流电后，在定子空间能产

生一个随时间延续的旋转磁场。

在如图4-15所示中，每相定子绕组只有二个线圈，三相绕组的首端之间空间角相差

120。。合成磁场有两个磁极，也弥一对磁极。对一对磁极来说，在三相交流电流变化一周

时，磁场在空间旋转一周。当交流电流的频率为2Hz,磁场转速为2i7s；当交流电流频率

为3Hz时，磁场转速为3i7s；以此类推，当交流电流的频率为/Hz时，则磁场的转速为

々=fr/s。通常旋转磁场的转速都折合成每分钟多少转，这样一对磁极旋转磁场的转速(r/min)

是：

勺=60/

如果每相绕组由两个线圈串联组成，则每相绕组的首端之间相差60。空间角。如图4一

16所示，磁场有4个磁极，即有两对磁极。可以看到，交流电流变化一周只转过180。。

以此类推，当旋转磁场具有任意磁极对数时，交流电流变化一周，旋转磁场在空间只能

转过1/〃周，字母〃表示旋转磁场的磁极对数。因此，旋转磁场的转速咒，与交流电频率、

磁极对数之间的关系为：

60/

n\=一

P

式中％---旋转磁场的转速(也叫做同步转速)，r/min：

f---三相交流电源的频率，Hz；

P旋转磁场的磁极对数。

图4-16两对磁极定子绕组

a)示意图b)接线图

公式(4—3)表明旋转磁场的转速随磁极对数增加而降低。表4-2是电源频率为50Hz时,

相对应磁极对数的旋转磁场转速。

表4-2电源频率为50Hz时磁极对数与旋转磁场转速的关系

磁极对数P123456

旋转磁场转速勺(r/min)300015001000750600500

三、旋转磁场对转子的作用

定子中产生的旋转磁场将切割转子铜条，此时可以把磁场看成不动，而认为：转子相对

于磁场运动。假设旋转磁场是顺时针方向旋转，那么转子相对于磁场，可看成是作逆时针方

向转动，如图4―17所示。在转子铜条中产生感应电动势和感应电流，可用右手定则确定

其方向。在转子上半部的铜条中，感应电流的方向指向读者，在转子下半部铜条中感应电流

的方向背离读者。

转子中载有感应电流的铜条与旋转磁场作用，产生电磁力。根据左手定则判定：转子上

顶部铜条所受的力是指向右方，下底部铜条所受的力是指向

左方。这两个力大小相等，方向相反，构成电磁转矩，于是

转子就跟随旋转磁场转动起来，这就是三相笼式异步电动机

的转动原理。转子转速〃必定小于同步转速〃I。如果，〃=〃1,

则转子与旋转磁场之间没有相对运动，转子上的镉条不能切

割磁感应线，就不会产生感应电动势和感应电流，也就不能

形成电磁转矩，所以转子不能以同步转速运行。实际上，转图4-17笼式转子

转动原理

子转速总是小于同步转速，即〃也就是说，转子转速

与旋转磁场的转速不同步，而是异步的，这就是异步电动机名称的由来。

正常运行时，转子的转速〃称为至相异步电动机的额定转速。比如有一-种一对磁极的三相异

步电动机，同步转速勺为3000r/min,正常运行时的额定转速勺为2906r/min。

转子的转动方向与旋转磁场的旋转方向是一致的。如果把按顺时针方向旋转叫做电动机

的正转，那么就把按逆时针方向旋转叫做电动机的反转。旋转磁场的转向与通人定子绕组的

三相交流电流的相序有关。如果把三相电源接到定子绕组首端的三根导线中的任意两相对调

位置，旋转磁场则反转，电动机也就跟着改变转动方向。

§4-3三相异步电动机的使用

一、启动

电动机接通电源后，转子转速从零达到稳定转速的过程，叫做启动。

启动时若加在电动机定子绕组上的电压是电动机工作时的额定电压，就称为全压启动，

如图4—18所示。

在刚启动时，转子尚未转动，但旋转磁场已经产生。磁场以最大相对速度切割转子铜条，

在铜条中产生很大的感应电流。与变压器的原理相似，定子绕

LIL2L3

组相当于变压器的一次，转子的铜条相当于变压器的二次。所III

y\-\s

以，在电动机启动瞬间，定子绕组中要出现很大的启动电流，

一般全压启动时的启动电流是额定电流的4〜7倍。电动机在

FU

不频繁启动时，启动时间很短；（只有1〜3s）,虽然电流很大，IIIIll

但对电动机影响不大。如果电动机启动频繁，由于热量积累，

可使电动机过热，容易造成绝缘材料老化，缩短电动机的使用

寿命。电动机启动电流过大；还会在短时间内造成供电线路电

图4-18全压启

压降增大，使负载两端电压短时间下降。这样小但使电动机本

动电路

身启动转矩减小，以至于启动不起来，还会影响同一供电线路

上其他负载正常运行。若是三相电动机，由于电压下降，使转速降低，转矩减小，以至于带

不动负载，而产生堵转现象。

在实际工作中要尽量避免电动机的频繁启动。如车削加工时，使月摩擦离合器或电磁离

合器将主轴与电动机转轴分离，从而减少电动机的启动和停车，避免启动电流过大，影响电

动机的使用寿命。

一般说来，笼式异步电动机额定功率小于7.5皿，或者额定功率大于7.5kW且小于供

电电源容量的20%,都可以采用全压启动。

如果线路不允许电动机全压启动，则采用降压启动的方式来限制启动电流。降压启动是

利用启动设备将电压适当降低后，加到电动机定子绕组上进行启动，待电动机启动以后，再

使电压恢复到额定值。降压启动适用于空载或轻载下启动。

常见的降压启动方法有4种：-在定子绕组中串联电阻（或电抗器）的降压启动、自耦变

压器降压启动、延边三角形降压启动、星形(Y)一三角形(△)变换降压启动。

二、反转

在生产上常需要电动机反转，如图4—19所示。当开关向上合时，电动机正转。当开关

向下合时，把接在电动机上的三相电源的U相和V相进行对调，改变定子绕组中三相交流

电流的相序，因此，旋转磁场改变了转向左电动机即可实现反转。

三、制动

制动就是在电动机切断电源后，给它•个与转动方向相反的转矩，使它很快地减速或停

车。如起重机的吊钩需要立即减速或停车以达到准确定位，万能铳床主轴迅速停转等，都需

要制动。

制动的方法一般有机械制动和电力制动两大类。

机械制动是利用机械装置，使电动机在切断电源后，达到迅速停转的方法。使用较普遍

的有电磁抱闸，如图4—20所示.

图479三相异步电动机图4-20电磁抱闸制动原理

正反转控制原理

电磁抱闸的工作原理如下：当接通电源后，电磁抱闸的线圈得电而吸引衔铁，克服了弹

簧的拉力，迫使杠杆向上移动，使闸瓦和闸轮分开，此时电动机启动，正常运转。一旦电动

机的电源被切断，-电磁抱闸的线圈也同时失电。于是衔铁被释放，在弹簧拉力的作用下，

闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机被迅速制动而停车。

电磁抱闸方法在起重机械中被广泛采用，这种制动方法不但可以准确定位，而且在电动

机突然断电时，还可以避免重物自行掉落而产生事故。

电力制动常用的方法有反接制动和能耗制动。

反接制动是依靠改变输入电动机的电源相序，使定子绕组产生反向旋转磁场，从而使转

子受到与原来转动方向相反的转矩，而迅速停转。采用反接制动必须注意，当制动到转子转

速接近零时，应及时切断电源，否则电动机将反向运行。

能耗制动是电动机脱离电源后，立即向它的定子绕组通人直流电流,就能使电动机制动,

这种方法制动平稳，定位准确。

四、三相笼式异步电动机的铭牌数据

目前我国已经推广使用Y系列三相异步电动机。现在以Y132M2—4为例，介绍铭牌数据。

1.型号

Y系列电动机型号由4部分组成，第二部分汉语拼音字母Y表示异步电动机，第二

部分数字表示中心高(转轴中心至安装平台表面的高度)；第三部分英文字母为机座长度代号

(S表示短机座、M表示中机座，L表示长机座)，字母后的数字为铁心长度代号(1一短铁心,

2一长铁心)，横线后的数字为电动机的极数；第四部分为特殊环境代号，没标符号者表示

Y132M2—4W

异步曳动机-----11-----特殊环境代号

中，心高(mm)-----------极数

机座长度---------------------铁心长度代号

电动机只适用于普通环境，W表示用于户外环境，F表示用于化工防腐环境。

2.功率

铭牌上所标出的功率是在额定运行情况下，电动机转轴上输出的机械功率，又叫容量，

通常用4或舄表示，单位是瓦(W)或千瓦(kW)。

3.额定频率

指电动机在额定运行时的电频率，我国规定工频为50Hz。

4.额定电压

指电动机额定运行时加在定子绕组上的线电压值，单位是伏(V)

5.额定电流

指电动机在额定运行时定子绕组的电流值，单位是安(A)。

6.额定转速

指电动机在额定运行时电动机的转速，单位是r/mino

7.工作方式：

也称为定额，是指电动机的运转状态H分连续、短时、断续等三种。“连续”是指电动

机在额定运行情况下长期连续使用，用部表示；“短时”是指电动机在限定时间内短期运行,

用S2表示，“续”是指电动机以间歇方式运行，用S3表示。

8.接线

指定子绕组的连接方式，有星形接法和三角形接法两种。使用时根据铭牌标志正确连接。

如图4—21所示，笼式三相异步电动机的接线盒有6根引出线，标有UI,VI,Wl,U2,

V2,W2,其中，UI,U2是第一相绕组的两端，VI,V2是第二相绕组的两端，Wl,W2

是第三相绕组的两端。

9.绝缘等级

LIL2L3

III

△

IIIIII

b)

图4-21三相异步电动机接线图

a）星形（丫）b）三角形（△）联结

指绝缘材料的耐热等级，通常为7个等级。

此外，三相异步电动机的主要技术数据还有功率囚数、效率、启动电流、启动转矩和最

大转矩等，但不在铭牌上标出，可从产品目录中查得。

五、三相异步电动机使用要点

三相异步电动机是一种比较耐用的电动机种类，但由于它是机电一体的设备，以及由于

使用频度、工作环境、保养程度的原因，故障比较多发。作为直接的使用者，要熟悉使用要

点，及时告知有关人员设备状况，保证设备安全、正常工作。

1.过于频繁的启、停，正、反转，会影响使用寿命及导致过载。

2.电动机内部不正常的声音,都是故障的表现，处理不及时，都会导致电动机的灾难。

电动机缺相运行、连续过载、轴承等机械故障，都会伴有不正常声音，应及时采取相应措施。

3.当电动机发出怪味时，应及时检查，防止故障扩大。

§4-5单相异步电动机

单相异步电动机被广泛用于工业设备和日常生活上。例如，民用也风扇、洗衣机、脱水

图4-22单相电容式异步电机原理

机、电冰箱、家用空调器等，都是用单相异步电动机作动力。单相异步电动机的功率较小，

一般为几瓦至几百瓦。

单相异步电动机的定子绕组是单相的，转子通常是笼式。当交流电流通过定子绕组时，

电动机内产生交变磁通，该磁通的方向是时而垂直向上，时而垂直向下，是一个脉动磁场。

也就是说，单相定子绕组产生的磁场不是旋转磁场，因而转子不能自行转动起来。

为了使它能自行转动，通常在电动机的定子铁心上，再装一个启动绕组。如图4-22

所示是单相电容式异步电动机原理图。它的定子绕组有两个，一个是工作绕组A1A2（又叫主

绕组或运行绕组），一个是启动绕组B1B2（又叫副绕组）。A1A2与B1B2在空间互成90。，

在启动绕组中串接一个适当的电容器。

当电动机与电源接通后，各绕组就分别通入交流电流，A1A2绕组中电流小。要滞后电

源电压，而B1B2绕组串有电容器，电流"要超前电源电压。如果电容器的容量选择适当，

可使电流二与i之间具有90。的相位差，如图4—23a所示。此时，电动机定子绕组就产生

一个旋转磁场，如图4—23b所示。笼式转子在旋转磁场的作用下，就随着旋转磁场而转动

起来。

图4-23两相绕组形成的旋转场

a）单相交流电分成两相交流电d）两相交流电所产生的旋转磁场

实际使用时，注意电容器是一个故障多发元件。更换时，应选用与原电容器容量相同、

耐压等级不低于原件的电容器。

习题

1.变压器是利用原理制成的。

2.变压器除了能改变外，还具有、和

等作用。

3.变压器的电压比由决定，变压器的一、二次电压之比等于变压器的

4.当需要获得连续变化的交流电压时，可以选用。

5.通常大型动力变压器••般都是相结构，小功率的电源变压器、照明变压

器一般是相结构。

6.与其他种类的电动机相比，三相异步电动机具有、和

等优点，使用极为广泛。

7.作为一般使用人员，应注意大型动力变压器的,如变压器的、

和等。一旦有明显的变化，应履行义务。

8.电动机外壳的铁肋是用于，使用时应注意保持o

9.三相异步电动机正常使用时，它的转速主要由电动机的决定，受负载变

化的影响不大。

10.电动机的启动是指一一的过程。全压启动是指的启动方式。

三相异步电动机全压启动时的启动电流会很高，可能达额定电流的倍，为了避免

这种冲击电流导致的不良影响，必要时须采用。

11.降压启动是指的启动方式。适用于场舍，常用的降压启动方

式主要有、和四种。

12.三相异步电动机的反转可以通过改变的方法实现。

13.电动机的制动是指的过程。常用的方法有、

和等。

14.单相交流电动机一般都有________套绕组，用于_________和o

15.画出三相异步电动机的接线端子图，并分别表示出电动机接成星形和三角形的联结

方法。

16.三相异步电动机的使用者，应注意什么事项？

17.变压器一次接在q=220V的电源上，已知二次电压力=20V,如果二次匝数N2=120

匝，问一次匝数是多少？

18.有-单相变压器，一次电压■为3300V,二次电流4为60A,变压比为15。求二

次电压%和一次电流《各为多少？

19.有一变压器一次电压为6600V,二次电压为220V。如果在二次接一电阻炉，其额

定电压为220V,功率为40kWo问该变压器的一、二次电流各为多少?

第五章简单机床电路

本章学习要点：

1.熟悉刀开关、组合开关：铁壳开关、接触器、热继电

器、熔断器的用途、工作机理、电路连接特点、常见的故障现

象；

2,熟悉继电接触器控制电路的展开法连接关系（主要是

接触器）；能够分析电路的工作过程（启动、停止），能够解释

电路每个符号对应的电气作用。

很多人习惯说，做电工的人，做得时间越长越胆小。为什么呢?原因可能是与电的特点

有关。电看不见，却摸得着，不小心就可能触电。电路检修以后，首次通断电都是由电工完

成。正常则可，不正常时，即使有二次在他的脸边手下，“噬”的一个大火球，不受伤，也

够记一辈子的。直接操纵大电流的通断是有危险的。

但是现在有很多技术，让电工及设备操作员，摆脱了直接在手底下操作大电流的通、断。

这种技术可以用小至几个微安的电流，控制数千安培电流的通、断。采用这种技术后，即使

有短路等故障，操作者也不必冒着被电弧烧伤的危险：

这种技术可以是复杂的电力电子技术，但更常见的是继电接触器控制技术。继电接触器

控制技术是使用极为广泛的以弱控强、远距离（遥）控制的技术，它使操作者安全、轻松、快

速、可靠地控制电路的通断：本章将介绍继电接触控制的最基本原理与应用。

§5-1常用低压电器

低压电器一般指工作电压低于1000V的电器。

机床常用低压电器在机床控制电路中主要起通断、控制、保护、调节等作用。

低压电器分为手动电器和自动电器两类。手动电器是由工作人员手动操作的，这类电器

包括刀开关、组合开关、铁壳开关和按钮等。自动电器是按照指令、信号或某个物理量的变

化而自或动作的。这类电器有各种继电器、接触器等，还有起保护作用能电器，如熔断器等。

一、开关

开关通常是指用手操纵，对电路进行接通或断开的一种控制电器。

1.刀开关

它是一种应用广泛、结构简单的手动电器。刀极数目有二极和三极两种，如图5-la

所示是二极刀开关的结构图及符号。在瓷质底座上装有静插座，安装熔丝的接头和带渔质手

柄的闸刀等。胶盖罩住刀片和静插座，当电源被切断时，它能熄灭刀片和静插座之间产生的

电弧，防止电弧烧伤操作人员。

安装刀开关时应将电源线接在静插座上，将用电器接在刀开关的出线端.这样在分闸时,

刀片和熔丝不会带电，以保证装换熔丝和维修用电器的人员安全。

a)

图5-1刀开关结构图及符号

a）二极开关结构b）三极刀开关结构c）万开关电路符号和文字符

1-熔丝2-静夹座3-磁质手柄4-进线坐5-磁底座

6-上胶盖7-下胶盖8-出线盒9-胶盖固定螺母

刀开关主要用于接通和切断电路或隔离电源。常用的刀开关有H0,HK2系列胶盖窗

底刀开关，它们的额定电压为交流380V,额定电流有15A,30A和60A三种。

长期使用的刀开关，刀口部分易被电弧灼伤，严重灼伤的刀开关应及时更换。应正确使

用熔断器（见后面单元），如果出现熔断器连接部分、导线连接部分氧化、烧黑的部分，要进

行清理，必要时进行更换。

严禁在没有盖好开关盖的情况下，接通或断开有负载电路。操作刀开关时不能动作迟缓,

犹豫不决。动作越慢，越容易出电弧，影响开关使用寿命，容易出危险。

2.铁壳开关

铁壳开关又叫负荷开关。如图5—2所示，铁壳开关主要由动闸刀、速断弹簧、刀座、

操作手柄、熔断器等组成。将这些元件装在一个铁壳内，所以称为铁壳开关。速断弹簧能迅

速将动闸刀从刀座拉开，使电弧迅速拉长而熄灭。在操作手柄一侧的铁壳边上有一凸肋，它

的作用是当开关接通时，铁壳盖不能打开；而铁壳盖打开时，开关不能合闸，以保证安全。

安装时，铁壳应可靠接地对以防意外漏电引起操作者触电。长期使用的铁壳开关应注意触头

的使用状况，触头状况不佳，可能导致被控电动机缺相运行，烧坏电动机：

铁壳开关实质上也是刀开关，它可以用28kW以下的电动机宜接启动控制，也可用作

S-FU

图形文字

b)

图5-2铁壳开关

a）结构图b）符号

1-动闸刀2-刀坐3-磁插式烙断器4-速断弹簧

5-转轴6-操作手柄

电源隔离开关或负荷开关。常用的铁壳开关有HH3系列，额定电压为交流440V,额定电

流有15A,30A,60A,100A和200A等几种。

3.组合开关

组合开关是一种结构紧凑的手动开关，又叫手动转换开关。它的种类很多，如图5-3

所示是HZ10—25/3型三级组合开关。三极组合开关共有6个静触头和3个动触头；静触头

图5-3HZ10-25/3型三极组合开关

a）外形b）结构c）符号

1-接线柱2-绝缘杆负载3-手柄4-转轴5-弹簧

6-凸轮7-绝缘垫板8-动触片9-静触片

的一端固定在胶木边框内，另一端伸出盒外，并附有接线螺钉，以便和电源及用电器相连接。

从如图5—3b,c所示可见三个动触片装在绝缘垫板上，并套在方轴上，通过手柄可使方轴

作90。正反向转动，从而使动触片与静触片保持接通。

组合开关在机床控制电路中，经常作电源引人开关。它可以用于直接启动5.5kW以下

的小功率笼式电动机，或用作正、反转换开关等，也可以控制局部照明线路；常用的HZ10

系列普通类型组合开关的额定电压为交流380V,额定电流有10A,25A,60A,100A四

种，极数有1〜4极4种。

4.按钮

按钮也是一种手动开关，用于控制电动机或机床控制电路的接通或断开。

按照按钮的用途和触头配置，可把按钮分为常开的启动按钮、常闭的停止按钮和复合按

p—动

断

结:，触

构

符

号

动断按钮动合按钮

（停止按钮）（启动按钮）

a)b)

图5-4按钮

a）LA19系列按钮b）按钮结构及符号

钮三种，如图5—4所示。按钮在松手停按后，一般都自动复位。

复合按钮有两对触头，桥式动触头和上部两个静触头组成一对常闭触头，又和下部两个

静触头组成一对常开触头。按下按钮时，桥式动触头向雨移动，先断开常闭触头，然后闭合

常开触头，停按后，在弹簧作用下自动复位。复合按钮如果只使用其中一对触头，即成为常

开的启动按钮或常闭的停止按钮。常用按钮为LA19和LA-10系列，除单只按钮外，还有双

连和三连按钮。按钮的额定电压为交流380V,触头额定电流为5A。LA19—11型按钮帽

中还装有指示灯，可以用灯亮与不亮来表示电路某种工作状态。

按钮一般通过按钮帽螺钉，固定在操作面板上，使用时注意螺钉一旦松动，及时拧紧,

防止按钮被按人面板内，导致失控及内部短路。

二、接触器

接触器是一-种自动的电磁式开关。它通过电磁力作用下的吸合和反向弹簧力作用下的释

放，使触头闭合和分断，导致电路的接通和断开。接触器是电力拖动中最主要的控制电器之

一。接触器分为直流和交流两大类，结构大致相同。这里只简单介绍交流接触器。

如图5—5a所示是交流接触器的结构图。它主要由电磁铁和触头两部分组成。电磁铁包

括静铁心、线圈和动铁心等，其中静铁心与线圈固定不动，动铁心又称衔铁，可以移动。触

头由桥式动触头和静触头组成，桥式动触头和电磁系统的动铁心通过绝缘支架固定在一起。

常开辅常闭辅

助触头助触头

c）

图5-5交流接触器

a）交流接触器主要结构b）动作原理图c）符号d）实物结构图

一桥式动触点2-街铁3-线圈4-静街铁5-复位弹簧6-按钮

7-烙断器8-静触点9-电动机

如图5-5b所示是交流接触器的工作原理图。当按下按钮时线圈得电，静铁心产生电磁

力，将动铁心吸合，带动桥式动触头向下移动，使之与静触头接触。这时电动机与电源接通,

电动机启动运转。当松开按钮时线圈断电，I电磁力消失，在反向弹簧力作用下，动、静触

头分离，自动切断电动机的电源，电动机停转。因此，只要控制线圈的通、断电，就可以使

接触器的触头开闭，从而达到控制主电路的接通或切断。

接触器的触头有主触头和辅助触头两种。通常主触头有三对，它的接触面积较大：并有

灭弧装置，能通过较大的电流。主触头在电路中，控制用电器的启动与停止。

接触器的常态是线圈没有通电时触头的工作状态。此时，处于断开的触头称为常开触

头，处于闭合的触头称常闭触头。常态时，主触头是常开的，辅助触头有常开与常闭两种形

式。

接触器的符号。（见图5-5c）o主触头、辅助触头和线圈接在不同电路中，所以在电路

图经常分开画出。辅助触头符号用一段的常开触头和常闭触头符号表示，如图5—5c右侧所

示。