《建筑电气技术》课件-第5章

5.1常用低压控制电器5.2变压器

5.3电动机5.4导线和电缆的选择方法小结

5.1.1低压配电系统的类型及要求

1.低压供电系统

1)进户线

2)配电箱

3)干线和支线

照明供电系统如图5-1所示。5.1常用低压控制电器图5-1照明供电系统

2.低压配电系统

1)放射式

放射式接线方式如图5-2(a)所示。

2)树干式

3)混合式

4)链式

图5-3所示为链式电力系统图。图5-2低压配电系统图5-3链式电力系统图5.1.2低压设备的特点及用途

常用低压设备的图形符号和文字符号见表5-1。

1.刀开关和转换开关

1)HH系列封闭式负荷开关

它是刀开关和熔断器的组合产品，由铁壳、熔断器、闸刀、夹座和操作机构等组成，如图5-4所示。表5-1常用低压设备的图形符号和文字符号图5-4HH系列封闭式负荷开关

2)HK系列开启式负荷开关

HK系列开启式负荷开关也称胶盖瓷底闸刀开关。

3.低压断路器

其工作原理如图5-5所示。图5-5自动空气断路器工作原理示意图

4.熔断器

熔断器主要用来保护电器设备和配电线路免受过载电流和短路的损害。

表5-2所示为熔断电流与熔断时间之间的关系。表5-2熔断电流与熔断时间之间的关系

5.接触器

6.热继电器

7.漏电断路器

漏电断路器又称漏电保护器或剩余电流动作保护器。图5-6是电流动作型漏电断路器工作原理示意图。图5-6电流动作型漏电断路器工作原理示意图5.1.3低压控制和保护电器的选择方法

1.低压刀开关的选择

2.熔断器的选择

熔断器的型号可根据负载的情况选择。

(1)一般负荷，如照明负荷、电阻炉、电热器具等，可选择熔体的电流等于电路中的额定电流。

(2)保护单台长期工作的电机，熔体电流可按最大启动电流选取，也可按电动机额定电流选取，即

(5-1)

(3)保护多台长期工作的电机，一般情况下这些电机不会同时启动，因此可按容量最大的单台电机进行选取，即

IFU=(0.5~1.5)IMNmax+∑IMN(5-2)

(4)对半导体器件的保护可按下式选择:

IFU=1.57IAV(5-3)

【例5-1】如图5-7所示的回路，试选择熔断器FU1、FU2和FU3熔体的额定电流。

解支路L1为单台电动机长期工作，额定电流为11.1A。

IFU1=(1.5~2.5)I1MN=(1.5~2.5)×11.1=16.65~27.75A

图5-7例5-1电路支路L2也为单台电机长期工作，额定电流为6.28A。

IFU2=(1.5~2.5)I2MN=(1.5~2.5)×6.82=10.23~17.05A

支路L3为多台电机负荷，于是有

IFU3=(0.5~1.5)IMNmax+∑IMN=(0.5~1.5)I1MN+I1MN+I2MN

=(0.5~1.5)×11.1+11.1+6.82

=23.47~34.57A

3.低压断路器脱扣器的选择和整定

1)低压断路器过流脱扣器额定电流的选择

过流脱扣器的额定电流IN·OR应不小于线路的计算电流I30，即

IN·OR≥I30(5-4)

2)低压断路器过流脱扣器动作电流的整定

(1)瞬时过流脱扣器动作电流的整定。

瞬时过流脱扣器的动作电流IOP(O)应躲过线路的尖峰电流IPK，即

IOP(O)≥IPKKrel(5-5)

(2)短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定。

短延时过流脱扣器的动作电流IOP(S)应躲过线路短时间出现的负荷尖峰电流IPK，即

IOP(S)≥IPKKrel(5-6)

(3)长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定。

长延时过流脱扣器主要用来保护过负荷，因此其动作电流IOP(L)只需躲过线路的最大负荷电流(计算电流)，即

IOP(L)≥I30Krel(5-7)

(4)过流脱扣器与被保护线路的配合要求。

为了不致发生因过负荷或短路引起绝缘导线或电缆过热起燃而其低压断路器不跳闸的事故，低压断路器过流脱扣器的动作电流IOP还应满足条件

IOP≤KolIal(5-8)

(5)低压断路器热脱扣器的选择和整定。

①热脱扣器额定电流的选择。

热脱扣器的额定电流IN·TR应不小于线路的计算电流I30，即

IN·TR≥I30(5-9)

②热脱扣器动作电流的整定。热脱扣器动作电流

IOP·TR≥KrelI30(5-10)

4.漏电保护开关的选择

5.接触器的选择

6.热继电器的选择5.1.4三相异步电动机正、反转控制

有些生产机械要求电动机能够实现正、反两个方向旋转，由三相电动机的旋转原理可知，只需将电动机的任意两相电源互换，就可实现正、反转。

图5-8为用接触器动断触头进行互锁的控制电路。图5-8三相异步电动机正、反转控制电路5.2.1变压器的基本结构和工作原理

1.变压器的用途

2.变压器的基本结构

变压器主要是由一个闭合的软磁铁芯和两个套在铁芯上相互绝缘的绕组所构成的，如图5-9所示。5.2变压器图5-9变压器的基本结构和符号

3.变压器的工作原理

1)变压器的变压原理

如图5-10所示，当变压器一次绕组接上交流电源、二次绕组接上负载阻抗Z1时，变压器便在负载下运行起来。图5-10单相变压器原理经过公式推导，可得

(5-11)

2)变压器的变流原理

于是当变压器只有一个二次绕组时，应有下述关系:

I1U1=I2U2(5-12)

或

(5-13)

【例5-2】某单相变压器的电压为220V/36V，副边并接有两盏36V、100W的白炽灯。

解副绕组匝数

灯泡点亮时，变压器副绕组电流

原绕组电流5.2.2变压器的运行特性

对于负载来讲，变压器相当于一个电源。

1.变压器的外特性

当电源电压和负载的功率因数等于常数时，二次端电压随负载电流变化的规律，即u2=f(I2)曲线称为变压器的外特性(曲线)。变压器的外特性曲线可以用实验的方法求得，图5-11所示为几条功率因数不同的变压器外特性曲线。图5-11变压器外特性曲线

2.变压器的电压调整率

从负载用电的角度来看，总希望电源电压是稳定的。变压器从空载到额定负载(即I2从0增大到I2N)运行时，二次绕组输出电压的变化量ΔU与空载额定电压U2N的百分比，称为变压器的电压调整率，用ΔU%表示为

3.变压器的额定值

额定值是制造厂根据国家技术标准，对变压器正常可靠工作所作的使用规定，额定值通常标注在铭牌上，也称铭牌值。变压器的铭牌如图5-12所示。图5-12变压器的铭牌

1)型号

2)额定电压

3)额定电流

4)额定容量

单相变压器

SN=U2NI2N=U1NI1N

三相变压器

5.2.3特种变压器

1.互感器

1)电压互感器

电压互感器是一种电压变换电器，可隔离高电压，通常是将高电压变成低电压，以取得测量和保护用的低电压信号，副边绕组的额定电压是固定的，为100V。使用中，一次绕组并联在被测电路中，接测量的高电压端；二次绕组根据测量的目的不同，接电压表、功率表或电能表的电压线圈，如图5-13所示。图5-13电压互感器

2)电流互感器

电流互感器是一种电流变换电器，隔离高电压和大电流，通常是将大电流变成小电流，以取得测量和保护用的小电流信号，副边绕组的额定电流是固定的，为5A。如电流互感器的额定电流等级有30A/5A、75A/5A、100A/5A等。使用中，一次绕组串联在被测电路中，流过被测电流；二次绕组则根据测量的目的不同，连接电流表、电能表的电流线圈或电流继电器，如图5-14所示。图5-14电流互感器

2.自耦变压器

普通变压器一、二次绕组之间由磁通相互联系起来，称之为互感现象，也可以称为互耦现象。

3.电焊变压器

电焊变压器在生产实际中应用很广泛，主要是以结构简单、成本低廉、制造容易、维修方便、经久耐用而著称。5.2.4变压器的安装准备及运行

1.安装前的准备与检查

1)变压器安装前的准备工作

2)变压器安装前的检查

2.变压器的装卸搬运与就位安装

1)变压器的装卸搬运

2)变压器的就位安装

3.变压器投入运行前的检查

1)通电前的要求

2)变压器的冲击试验5.3.1三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机由两个基本组成部分即定子和转子构成。其外形和内部结构如图5-15所示。5.3电动机图5-15三相异步电动机的基本结构

1)定子

(1)机座。

(2)定子铁芯。

(3)定子绕组。

2)转子

(1)转子铁芯。

(2)转子绕组。

(3)气隙。5.3.2工作原理

1.旋转磁场的产生

它们的首端(U1、V1、W1)或末端(U2、V2、W2)在空间上彼此相隔120°，若把其末端接成一点，把三个首端U1、V1、W1接到三相对称电源上，即为星形连接，三相对称绕组中便通入了三相对称电流。三相对称电流的波形如图5-16所示。上述产生的旋转磁场的旋转速度称为同步转速n1，同步转速与电源频率f1和磁极对数p的关系可以用数学表达式表示为

(5-14)图5-16三相异步电动机旋转磁场的产生

根据以上分析，定子绕组通入三相交流电时，在气隙中产生旋转磁场，假定磁场旋转的转向为顺时针方向，如图5-17所示。图5-17三相异步电动机的工作原理

2.转子的转向和转速

1)转向

2)转速

旋转磁场的同步转速n1与转子转速n之差称为转差，用Δn表示。转差与同步转速的比值称为转差率，即

(5-15)5.3.3三相异步电动机的特性

1.电磁转矩

电磁转矩的大小与旋转磁场的磁通、转子电流I2及转子的功率因数cos2有关，即

(5-16)

2.三相异步电动机的机械特性

当电源电压U1和转子电路参数为定值时，转速n和电磁转矩T满足关系n=f(T)，这称为三相异步电动机的机械特性。三相异步电动机的机械特性曲线如图5-18所示。图5-18三相异步电动机的机械特性曲线

1)三个重要转矩

(1)额定转矩。

三相异步电动机稳态运行时，转速保持不变。这时，在忽略电动机本身的机械损耗转矩(如轴承摩擦等)的情况下，可以认为电磁转矩T与轴上的输出转矩即机械负载转矩T2相等，经推导有

(5-17)根据式(5-16)，额定转矩TN为

(5-18)图5-19电源电压对电磁转矩的影响

(2)最大转矩Tm。为了保证电动机在电源电压发生波动时仍能够可靠运行，一般规定最大转矩Tm应为额定转矩TN

的数倍，用λm表示，称为过载系数，即

(5-19)

(3)启动转矩Tst。

只有在Tst大于负载转矩T2时，电动机才能启动。Tst越大，电动机带负载启动的能力就越强，启动时间也越短。Tst与TN的比值称为启动系数，用λs表示，即

(5-20)

2)电动机的稳定运行5.3.4异步电动机的铭牌及技术参数

1.铭牌

表5-3所示是一台三相异步电动机的铭牌。2.技术参数

(1)额定电压

(2)额定电流

(3)额定功率

(4)额定频率

(5)额定转速

(6)接线

(7)绝缘等级与温升：5.3.5异步电动机的启动、调速及制动

1.启动

1)启动电流

2)异步电动机的启动方法

(1)直接启动。

(2)降压启动。

3)绕线式异步电动机启动

2.调速

根据异步电动机的转差率公式，异步电动机的转速n为

(5-21)

3.制动

正在运行的电动机，断开电源后，由于转子本身惯性的作用，不能立即停止转动，还要经过一段时间才能停转。5.4.1概述

电线和电缆是常用的两类导线。选择电线和电缆主要是选择型号和截面。5.4导线和电缆的选择方法5.4.2导线和电缆截面的选择方法

1.根据机械强度选择

2.根据发热条件选择

按发热条件选择导线和电缆的截面，应满足

IN≥IΣC

(5-22)若视在计算负荷为SΣC，电网额定电压为UN，则有

(5-23)

3.根据允许的电压损失选择

由于线路中存在着阻抗，因此当电流通过线路时会产生电压损失。设电源的输出电压为U1，而负载端的电压为U2，ΔU=U1-U2是线路上电压损失的绝对值。一般用电设备允许一定范围内的端电压偏移，但如果电压损失过大，就会影响用电设备的正