建筑电气 第3版 课件 全套 1-8 第一章 建筑电气基础知识 -第八章 建筑电气工程图识读

第一章

建筑电气基础知识建筑电气（第三版）目录第一章建筑电气基础知识1.1电路的基本概念1.2电路的基本定律1.3单相交流电路1.4三相交流电路1.5磁路与变压器1.6三相异步电动机1.1电路的基本概念电源:

提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线1.1.1电路的组成及作用1、电阻的组成直流电源直流电源:

提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:

提供信息1、电路的组成放大器扬声器话筒1、电路的组成返回下一页上一页下一节E电源：E将非电形态的能量转化为电能的供电设备。负载：将电能转化为非电形态的能量的用电设备。中间环节：传递、分配和控制电能

简单照明电路—内电路—外电路直流电路：电路中通直流电交流电路：电路中通交流电

(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒2、电路的作用

电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。

发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线1.1.2电路的基本物理量电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路中关注的物理量是电流、电压和功率。电流电流强度带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷量1、电流方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向单位A（安培）、kA、mA、

A元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:

实际方向AB实际方向AB对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。问题1、电流大小方向(正负）电流(代数量)任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。I>0I<0实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：I

参考方向ABI

参考方向ABI

参考方向AB表明1、电流电流参考方向的两种表示：

用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。

用双下标表示：如IAB

,

电流的参考方向由A指向B。I

参考方向ABIABAB1、电流电压U

单位单位正电荷q

从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小。

电位

单位正电荷q

从电路中一点移至参考点（＝0）时电场力做功的大小。

实际电压方向

电位真正降低的方向。V(伏)、kV、mV、

V参考点也称接地，用表示，其电位为零。2、电压与电位复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。

电压(降)的参考方向U>0参考方向U+–参考方向U+–

<0U假设高电位指向低电位的方向。问题+实际方向–+实际方向–2、电压与电位电压参考方向的三种表示方式(1)用箭头表示：(2)用正负极性表示(3)用双下标表示UU+ABUAB定义：衡量电源做功能力的物理量电源中的局外力（非电场力即电源力）将单位正电荷从电源的负极移至正极所转换而来的电能。用E表示。单位：伏[特]（V）。电动势方向：电源负极→正极，即电位升高方向。直流电动势的两种表示符号E=W/Q电动势只存在电源内部3、电动势小结：电路基本物理量的实际方向物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电动势E

(电位升高的方向)

电压U(电位降低的方向)高电位

低电位

单位kA、A、mA、μA低电位

高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV3、电动势1.1.3、电路的三种状态开关闭合,接通电源与负载负载端电压U=IR1、通路--有载IR0R+

-EU+

-I①

电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，I

U

。或U=E–IR0电源的外特性EUI0当

R0<<R

时，则U

E

，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。负载端电压U=RI①

电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，I

U

。或U=E–RoIUI=EI–RoI²P=PE–

P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率③电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念:

负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。IR0R+

-EU+

-I特征:开关断开2、电源开路I=0电源端电压

(开路电压)负载功率U

=U0=EP

=01.开路处的电流等于零；

I

=02.开路处的电压U

视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+–U有源电路IRoR+

-EU0+

-电源外部端子被短接3、电源短路特征:电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）U

=0

PE=

P=I²R0P

=01.

短路处的电压等于零；

U

=02.短路处的电流I

视电路情况而定。电路中某处短路时的特征:I+–U有源电路IR0R+

-EU0+

-1.2电路的基本定律U、I参考方向相同时，U、I参考方向相反时，RU+–IRU+–I

表达式中有两套正负号：①式前的正负号由U、I

参考方向的关系确定；②

U、I

值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。通常取

U、I

参考方向相同。U=IR

U=–IR1.2.1欧姆定律1.2.2基尔霍夫定律

1、基尔霍夫电流定律

(KCL)令流出为“+”，有：例在电路中，任意时刻，对任意节点流出（或流入）该节点电流的代数和等于零。例三式相加得：KCL可推广应用于电路中包围多个节点的任一闭合面。1

32表明2、基尔霍夫电压定律U3U1U2U4标定各元件电压参考方向选定回路绕行方向，顺时针或逆时针.I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_

在电路中，任一时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。–U1–US1+U2+U3+U4+US4=0U2+U3+U4+US4=U1+US1

或：–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_KVL也适用于电路中任一假想的回路。注意KCL、KVL小结：KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对回路电压的线性约束。KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；KVL是能量守恒的具体体现(电压与路径无关)。1.3单相交流电路正弦量：随时间按正弦规律做周期变化的量。Ru+_

_

_iu+_正弦交流电的优越性：

便于传输；易于变换便于运算；有利于电器设备的运行；

.....正半周负半周Ru+_1.3.1正弦交流电的概念设正弦交流电流：角频率：决定正弦量变化快慢幅值：决定正弦量的大小幅值、角频率、初相角成为正弦量的三要素。初相角：决定正弦量起始位置

Imi01、正弦交流及其三要素周期、频率与角频率周期T：变化一周所需的时间（s）角频率：单位时间内正弦函数辐角的增长值。（rad/s）频率f：（Hz）T*

无线通信频率：

30kHz~30GHz*电网频率：我国

50Hz

，美国

、日本

60Hz*高频炉频率：200~300kHz*中频炉频率：500~8000HziO

给出了观察正弦波的起点或参考点。

:2、初相位与相位差

相位：

初相位：

表示正弦量在t=0时的相位角。

反映正弦量变化的进程。iO如：若电压超前电流

两同频率的正弦量之间的初相位之差。相位差

：ui

电流滞后电压

uiωt0②不同频率的正弦量比较无意义。注意:

tO

①两同频率的正弦量之间的相位差为常数，与计时起点的选择无关。则有交流直流同理：有效值必须大写

均方根值

有效值：与交流热效应相等的直流定义为交流电的有效值。3、有效值1.3.2正弦交流电路的计算方法瞬时值表达式前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。波形图

１.正弦量的三种表示方法重点必须小写相量uO+j+1Abar02.复数及其表示形式设A为复数，其表示形式有:(1)代数式A=a+jb复数的模复数的辐角实质：用复数表示正弦量式中:(2)三角式由欧拉公式:可得:

(3)指数式

设正弦量:相量:表示正弦量的复数称相量电压的有效值相量(4)极坐标式相量表示:相量的模=正弦量的有效值

相量辐角=正弦量的初相角2.复数及其表示形式3.正弦量的相量表示电压的幅值相量①相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。注意:？=②只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示。相量的模=正弦量的最大值

相量辐角=正弦量的初相角或：③相量的两种表示形式

相量图:

把相量表示在复平面的图形相量式:⑤相量的书写方式

模用最大值表示，则用符号：

实际应用中，模多采用有效值，符号：如：已知则或④只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上。可不画坐标轴，参考相量画在水平方向。旋转90°因子：⑥“j”的数学意义和物理意义设相量+1+jo相量乘以，将逆时针旋转90°，得到相量乘以，将顺时针旋转

90°，得到（1）电压与电流的关系设②大小关系：③相位关系：u、i

相位相同根据欧姆定律:①频率相同相位差：相量图Ru+_相量式：4、电阻电路（2）功率关系①瞬时功率

p：瞬时电压与瞬时电流的乘积小写结论:

（耗能元件）,且随时间变化。piωtuOωtpOiu瞬时功率在一个周期内的平均值大写②平均功率(有功功率)P单位:瓦（W）PRu+_ppωtO注意：通常铭牌数据或测量的功率均指有功功率。

基本关系式：①频率相同②U=IL

③电压超前电流90

相位差（1）电压与电流的关系5、电感元件设：+-eL+-LuωtuiiO或则:

感抗(Ω)

电感L具有通直阻交的作用直流：f=0,XL=0，电感L视为短路定义：有效值:交流：fXL感抗XL是频率的函数可得相量式：电感电路复数形式的欧姆定律相量图超前根据：则：（2）功率关系①瞬时功率②平均功率

L是非耗能元件用以衡量电感电路中双向能量交换的规模。用瞬时功率达到的最大值表征，即单位：var(乏)③无功功率Q瞬时功率

：例: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？（2）当f=5000Hz时所以电感元件具有通低频阻高频的特性解：(1)当f=50Hz时电流与电压的变化率成正比。

基本关系式：（1）电流与电压的关系①频率相同②I=UC

③电流超前电压90

相位差则：6、电容元件uiC+_设：iuiu或则:容抗（Ω）定义：有效值所以电容C具有隔直通交的作用XC直流：XC，电容C视为开路交流：f容抗XC是频率的函数可得相量式则：电容电路中复数形式的欧姆定律相量图超前O由（2）功率关系①瞬时功率uiC+_②平均功率Ｐ由C是非耗能元件同理，无功功率等于瞬时功率达到的最大值。③无功功率Q单位：var为了同电感电路的无功功率相比较，这里也设则：指出下列各式中哪些是对的，哪些是错的？在电阻电路中：在电感电路中：在电容电路中：【练习】√×√√√√√√×××××√×7、RLC串联电路设（参考相量）则总电压与总电流的相量关系式RjXL-jXC+_+_+_+_（1）电压与电流的关系令则

Z的模∣Z∣表示u、i的大小关系，辐角（阻抗角）

为u、i的相位差。Z

是一个复数，不是相量，上面不能加点。阻抗复数形式的欧姆定律注意根据电路参数与电路性质的关系：阻抗模：阻抗角：当XL>XC

时，

>0

，u

超前i

呈感性当XL<XC

时，

<0

，u

滞后i

呈容性当XL=XC

时，

=0

，u.

i同相呈电阻性

由电路参数决定。相量图(

>0感性)XL

>

XC参考相量电压三角形(

<0容性)XL

<

XCRjXL-jXC+_+_+_+_(

=0阻性)XL

=XC由阻抗三角形：电压三角形阻抗三角形由电压三角形可得:（2）功率关系储能元件上的瞬时功率耗能元件上的瞬时功率在每一瞬间,电源提供的功率一部分被耗能元件消耗掉,一部分与储能元件进行能量交换。①瞬时功率设：RLC+_+_+_+_②平均功率P

（有功功率）单位:W总电压总电流u与i

的相位差cos

称为功率因数，用来衡量对电源的利用程度。③无功功率Q单位：var总电压总电流u与i

的相位差根据电压三角形可得：电阻消耗的电能根据电压三角形可得：电感和电容与电源之间的能量互换④视在功率S电路中总电压与总电流有效值的乘积。单位：V·A注：SN＝UNIN称为发电机、变压器等供电设备的容量，可用来衡量发电机、变压器可能提供的最大有功功率。

P、Q、S

都不是正弦量，不能用相量表示。阻抗三角形、电压三角形、功率三角形SQP将电压三角形的有效值同除I得到阻抗三角形将电压三角形的有效值同乘I得到功率三角形R例已知:求:(1)电流的有效值I与瞬时值i;(2)各部分电压的有效值与瞬时值；(3)作相量图；(4)有功功率P、无功功率Q。在RLC串联交流电路中，解：(1)(2)方法1：方法1：通过计算可看出：而是(3)相量图(4)或或(4)呈容性方法2：相量计算解：1.3.3功率因数及其改善的方法1.功率因数:对电源利用程度的衡量。X

+-的意义：电压与电流的相位差，阻抗的辐角时,电路中发生能量互换,出现无功当功率这样引起两个问题:(1)电源设备的容量不能充分利用若用户：则电源可发出的有功功率为：若用户：则电源可发出的有功功率为：而需提供的无功功率为:所以

提高可使发电设备的容量得以充分利用无需提供的无功功率。（2）增加线路和发电机绕组的功率损耗(费电)设输电线和发电机绕组的电阻为:要求:(Ｐ、Ｕ定值)时所以提高可减小线路和发电机绕组的损耗。(导线截面积)2.功率因数cos

低的原因日常生活中多为感性负载---如电动机、日光灯，其等效电路及相量关系如下图。相量图+-+-+-感性等效电路40W220V白炽灯

例40W220V日光灯

供电局一般要求用户的

否则受处罚。

常用电路的功率因数纯电阻电路R-L-C串联电路纯电感电路或纯电容电路电动机空载电动机满载日光灯（R-L串联电路）(2)

提高功率因数的措施:3.功率因数的提高

必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负载上的电压和负载的有功功率不变。

在感性负载两端并电容I(1)

提高功率因数的原则：+-结论并联电容C后：(2)

原感性支路的工作状态不变:不变感性支路的功率因数不变感性支路的电流(3)

电路总的有功功率不变因为电路中电阻没有变，所以消耗的功率也不变。(1)电路的总电流，电路总功率因数I电路总视在功率S4.

并联电容值的计算相量图:由相量图可得：即:+-1.4

三相交流电路1.三相电压的产生工作原理：动磁生电++__eeU1U2•定子铁心（作为导磁路经）三相绕组尺寸、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W2U1U2V2NSW1-+V1•••转子三相电动势瞬时表示式三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。供电系统三相交流电的相序为U

V

W。波形图ee1e2e3tO相量式相量图E1

·E2

·1200E3

·12001200对称三相电动势的瞬时值之和为0最大值相等频率相同相位互差120°称为对称三相电动势三个正弦交流电动势满足以下特征(尾端)+e1e2e3U2U1V1V2W1W2(首端)++––

–电动势参考方向：绕组尾端→首端U2U1e1+–W2W1e3+–V2V1e2+–发电机三相绕组的连接可以接成三个单相电路，但不经济。2.三相电源的星形联结(1)联接方式中性线(零线、地线)中性点端线(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：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压线电压：端线与端线间的电压、Up–+–++–、UlNL2L3L1e1+–e3+–e2+––+–+–+(2)

线电压与相电压的关系根据KVL定律由相量图可得相量图

30°L1NL2L3e1+–e3+–e2+–+–+–+––+–+–+同理3.三相电源的三角形联结–++–+L2L1L3–1.4.2三相负载组成与连接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1.三相负载分类单相负载：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。

2.负载星形联结的三相电路线电流：流过端线的电流相电流：流过每相负载的电流结论：负载Y联结时，线电流等于相电流。(1)联结形式+Z2Z3Z1N'N++–––N电源中性点N´负载中性点中线电流：流过中性线的电流三相四线制(2)负载Y联结三相电路的计算1)负载端的线电压＝电源线电压2)负载的相电压＝电源相电压3)线电流＝相电流Y

联结时：4)中线电流负载Y联结带中性线时,可将各相分别看作单相电路计算+Z2Z3Z1N'N++–––负载对称时,中性线无电流,

可省掉中性线。这就是三相三线制所以负载对称时，三相电流也对称。负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。+Z2Z3Z1N'N++–––（1）联结形式3、负载三角形联结线电流:

流过端线的电流相电流:

流过每相负载的电流

、、Z12Z23Z31L1L3L2+++–––线电流不等于相电流②相电流①负载相电压=电源线电压即:UP

=UL一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称,即（2）分析计算相电流：线电流：UAB=UBC=UCA=Ul=UPZ12Z23Z31L1L3L2+++–––23123123123130°负载对称时,

相电流对称，即23③线电流为此线电流也对称，即。

线电流比相应的相电流滞后30

。1.4.3

三相功率无论负载为Y或△联结，每相有功功率都应为

Pp=Up

Ip

cosp对称负载

联结时：对称负载Y联结时：相电压与相电流的相位差当负载对称时：P=3UpIpcosp所以总有功功率为P=P1+P2+P3同理：无论负载为Y或△联结，每相无功功率都应为

Qp=Up

Ip

sinp总无功功率为Q=Q1+Q2+Q3当负载对称时视在功率当负载对称时1.5.1

磁路的基本物理量及基本定律1.

磁感应强度

表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度B的大小:磁感应强度B的方向:

与电流的方向之间符合右手螺旋定则。磁感应强度B的单位:

特斯拉(T)，1T=1Wb/m2

均匀磁场:

各点磁感应强度大小相等，方向相同的

磁场，也称匀强磁场。1.5磁路与变压器2.

磁通穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。

说明:

如果不是均匀磁场，则取B的平均值。在均匀磁场中

=BS或

B=/S磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。磁通

的单位:韦[伯](Wb)3.

磁场强度介质中某点的磁感应强度B与介质磁导率

之比。磁场强度H的单位：安培/米（A/m)任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之为负。

式中：是磁场强度矢量沿任意闭合线(常取磁通作为闭合回线)的线积分；

I

是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。安培环路定律电流正负的规定：安培环路定律（全电流定律）IH安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。

在均匀磁场中

Hl=IN真空的磁导率为常数，用

0表示，有：4.

磁导率表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。相对磁导率

r：

任一种物质的磁导率

和真空的磁导率

0的比值。磁导率

的单位：亨/米（H/m）5.物质的磁性（1）非磁性物质

非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：所以磁通

与产生此磁通的电流I成正比，呈线性关系。当磁场媒质是非磁性材料时，有：即B与H成正比，呈线性关系。由于OHB

0

，r

1B=

0H(

)(I)（2）磁性物质磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质能被磁化。磁畴外磁场在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁畴1.5.2变压器1．变压器变压器是利用电磁感应原理，把一种电压等级(大小)的交流电能变换成相同频率的另一种电压等级(大小)的交流电能的一种静止的电气设备。2．变压器的作用(1)电压变换(2)电压变换(3)阻抗变换3．变压器的分类（1）按用途可分为：电力变压器、仪用变压器、特种变压器。（2）按绕组数目可分为：双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。（3）按磁路系统可分为：心式变压器和壳式变压器等。（4）按相数可分为：单相变压器、三相变压器和多相变相器等。4．变压器的结构组成（1）电力变压器的结构变压器最主要的部件是铁心和绕组，铁心和绕组装在一起称为器身。油浸式电力变压器的器身放在油箱里。（2）变压器的基本结构

变压器的基本结构分为四部分：

1）铁心，该部分构成变压器的磁路

2）绕组，该部分构成变压器的电路

3）绝缘结构

4）油箱等其他部分（电力变压器）构成变压器主体（器身）。（3）心式变压器的器身特点：结构简单、装配及绝缘容易，我国电力变压器广泛采用心式结构。

（4）壳式变压器的器身特点：机械强度高、用材教多、工艺复杂，常用于低压、大电流或小容量的电信变压器。1）绕组的作用：构成传递交流电能的电路部分。2）绕组的材料：绕组常用包有绝缘材料的铜线或铝线绕制而成。3）绕组的绕制方式：同心式交叠式（5）变压器绕组的结构6）高压绕组和低压绕组的结构特点：①高压绕组的匝数多、导体细；低压绕组的匝数少、导体粗。②为了使套在铁心柱上的绕组具有良好的机械性能，其外形一般为圆筒形状，如图6-2所示。③同心式绕组的高、低压绕组同心地套在铁心柱上。一般低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面；交叠式绕组的高、低压绕组沿铁心柱高度方向交替放置，为减小绝缘距离，通常低压绕组靠近铁轭。5．变压器的铁心材料和叠装方式6．变压器的工作原理（1）变压器的电压变换原理

1）电压变换2）变压器的电压变比

当KU>1时，变压器为降压变压器当KU<1时，变压器为升压变压器（2）变压器的电流变换原理

1）电流变换2）变压器的电流变比

（3）变压器的阻抗变换原理

结论：同样的负载，接到变压器的副边与直接接到变压器的原边，其阻抗差倍。(1)额定容量SN：额定容量是指变压器额定运行时的视在功率，由于变压器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计成相等。对于三相变压器而言是指三相的总功率。(2)一、二次侧额定电压U1N和U2N：正常运行时加在一次侧的端电压的允许值称为变压器一次侧的额定电压U1N。二次侧的额定电压U2N是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。对三相变压器而言，额定电压是指线电压。7．变压器的额定值

(3)额定电流I1N和I2N：

变压器一、二次的额定电流，是根据额定容量和计算出来的电流。对三相变压器而言，额定电流是指线电流。对单相变压器：SN=U1NI1N=U2NI2N对三相变压器：

(4)额定频率fN

我国的标准规定工业频率fN=50Hz。

8．变压器的外特性（1）变压器的外特性曲线。（2）电压调整率△U%变压器空载电压减去实际工作电压（即电压降）与空载电压比值的百分比。用公式描述为：1.6.1三相异步电动机的基本结构上一页下一页1.定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1----U2V1----V2W1----W2三相绕组机座：铸钢或铸铁端盖：固定、支撑、防护1.6三相异步电动机转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式转子

铁心槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式转子

同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式上一页下一页

另一端分别接滑环，可外接电阻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。上一页下一页异步电动机的结构上一页下一页

三相笼式异步电动机的部件图1.6.2三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上一页下一页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1.6.3三相异步电动机的工作原理上一页下一页（1）旋转磁场的产生（一）旋转磁场旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。旋转磁场由三相电流通过三相对称绕组产生。对称：三相对称负载空间对称分布上一页下一页

二极旋转磁场▲极对数（p）的概念：（2）旋转磁场的转速旋转磁场转速

n0

—同步转速如何改变旋转磁场的转速？以Y型接法为例，当每相绕组只有一个线圈时，按右图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为1。即p=1U1U2V1V2W2W1上一页下一页U1U2V1V2W1W2i3i1i2以Y型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈串联组成。按下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。即

p=2

U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3上一页下一页i2W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i3

三相绕组

四极旋转磁场电流变化一周→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：上一页下一页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：上一页下一页旋转方向：取决于三相电流的相序。（3）旋转磁场的转向旋转磁场是沿着：U1V1W1U1U2V1V2W2W1i1i2上一页下一页L1L2L3U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1→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。上一页下一页（二）工作原理对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场(磁场能量)磁场切割转子绕组转子绕组中产生e和i转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子旋转起来机械负载旋转起来三相交流电能输出机械能量上一页下一页NS（1）电磁转矩的产生▲

用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向▲

用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向电磁力→电磁转矩TT与n0同方向。上一页下一页

工作原理示意图▲电动机转速n和旋转磁场同步转速n0的关系：电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但n<n0转差率

:起动时:

n=0，s=1额定运行时:

s=0.01~0.09称异步电动机或感应电动机上一页下一页0﹤s≤1转子转速亦可由转差率求得

例：一台三相异步电动机，其额定转速

nN

=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额定转差率为转差率

:上一页下一页起动时：n=0,△n=n0

→

转子电磁感应最强

→转子电路电量的频率：

f2=f1

当n↑→

△n↓

→转子电路电量的频率

f2

↓（＜

f1）稳定运行时：

△n=n0－n

很小▲转子电路频率的变化：

f2=ｓf1

很小上一页下一页（2）电磁转矩的方向转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。上一页下一页任意对调两根电源进线，电动机反转。（3）电磁转矩T的大小T=KTsR2U1p2R22+(sX2)

2

T∝U1p2上一页下一页常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路功率因数转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力形成转矩。R2

的大小对

T有影响（三）转矩平衡上一页下一页转轴上输出的转矩为:

T2=T

－T0

电动机稳定运行，即匀速转动:

T2=T

L

转矩平衡:

T

=T

L+T0

T

≈T

L≈T2

若TL↑→T＜TL→n↓→(n0–n)↑→切割加快→E2

↑→I2

↑→F

↑→T

↑→至T’=TL’→以较原转速低的n’

重新匀速转动（四）功率关系P1=√3U1lI1lcos

1输出的机械功率:P2=T2

2πn60=T2TN=9550PN

nN空载损耗:

P0=PCu+PFe+PMe电动机的效率:上一页下一页P2P1η=

100%输入的电功率:

P2=P1－P0PN：kWnN：r/minTN：NmT2=9550P2

n

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λ。=87.5%60f12n0

==1500

r/min==0.021500－14701500

P2=T2=2πn602×3.1460×91×1470W=14kWλ=P1√3U1lI1l=0.81解：上一页下一页P2P1η=

100%固有特性:人为特性:在额定电压、额定频率，转子电路不外串电阻或电抗时的

T=f(s)和n=f(T)在改变电压、频率及转子电路参数时的

T=f(s)和n=f(T)

n=f(T)T=f(s)

转矩特性:

异步机的T与s之间的关系机械特性:

异步机n

与T之间的关系1.6.4三相异步电动机的运行特性上一页下一页T=kTsR2U1p2R22+(sX2)

2

和

n=(1－s)n0（一）固有特性转矩特性机械特性

固有特性

TNsN1TsTMsMTOsn0TnOTNnNTsTMnM上一页下一页（1）额定状态

在额定

UN

下，以额定转速nN

运行、输出额定功率PN

时，电动机转轴上输出的转矩为机械特性M额定状态说明了电动机长期运行能力。上一页下一页n0TnOTsTNnNTMnMNS额定状态、临界状态、起动状态代表三个重要的工作状态。TN=9550PN

nN临界转速临界转差率sM:Y系列:

KM=2～2.2（2）临界状态过载倍数KM：R2

X2sM=TM

TNKM=上一页下一页Mn0TnOTsTNnNTMnMNS机械特性最大转矩TM:电动机带动最大负载的能力转轴上机械负载转矩不能大于TM

，否则将造成堵转(停车)(3)

起动状态

TS体现了电动机直接起动的能力。若TS>TL

电机能起动，否则将起动不了。TS

TNKS=Y系列:

KS=1.6～2.2KC=5.5～7.0上一页下一页机械特性Mn0TnOTSTNnNTMnMNS起动电流倍数：起动转矩倍数：IS

INKC=（二）人为特性（1）降低定子电压时的人为特性UN0.9UN0.81TM0.81TS上一页下一页n0nMnOT定子电压降低时的人为机械特性

T∝U1p2（2）增加转子电阻时的人为特性R2R2+RTS

+△T

n0nOT

转子电阻增加时的人为机械特性◆转子串联合适的电阻，可使TS

=TM上一页下一页（三）机械特性的软硬硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加时，转速下降较快，起动特性好。硬特性软特性不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。上一页下一页n0nTO

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。（四）电动机的自适应负载能力

电动机工作在特性曲线的哪一点上？应当运行于与负载机械特性的交点上。上一页下一页n0nTOTLTL’n0nTOn0nTO工作段

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）。a点→TL↑→n↓→I2↑→T↑直至新的平衡I1

↑→P1↑TLaTL’→

a'点a'上一页下一页异步机的起动特性：起动电流大:

IS=KCIN=（5～7）IN

起动转矩小:TS=KSTN=（1.6～2.2）TN

影响：

频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。1.6.5三相异步电动机的起动

不好!良好的起动性能:

起动电流小起动转矩大上一页下一页（一）鼠笼式异步电动机的起动（1）直接起动（全压起动）

(a)小容量的电动机（二三十千瓦以下）；

(b)

电源容量足够大时。（2）减压起动(a)Y－

减压起动：适用于：正常运行为△联结的电动机。起动时运行时上一页下一页UVWUNI1lYUVWUNI1l

△设：定子每相阻抗为Z√3U1p△I1l

△

=│Z││Z│UN√3=│Z│I1lY

=U1pY│Z│UN√3=

T∝Up2▲

Y接起动的起动转矩：▲

Y接起动的起动电流：1√3U1p△U1pY=上一页下一页IS△IsY=1313TS△TsY=

Y起动△起动Y起动与△全压起动时起动电流和起动转矩比较UVWUNI1lYUVWUNI1l

△√3▲

Y－

减压起动的特点：

(1)电源电压不变，定子绕组接法改变；

(2)降压比为。1

(1)IsY＜Imax（线路中允许的最大电流）；

(2)TsY＞TL，适用于轻载或空载起动

否则不能采用此法。▲

Y－

减压起动的使用条件：▲

Y接起动的起动转矩为：▲

Y接起动的起动电流为：13TS△TsY=上一页下一页IS△IsY=13(b)自耦变压器减压起动M3~Ul′降压比为:KA=Ul′UNUl′=KAUNKAIs定子电压：定子电流：

KAIsKAIsKA线路电流：KA2IsIsa=KA2Is▲

自耦变压器降压起动的起动电流为：Tsa=KA2Ts▲

自耦变压器降压起动的起动转矩为：UN上一页下一页返回上一节下一节▲自耦变压器降压起动的特点：①定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压；②降压比KA可调:0.5、0.65、0.8；

0.55、0.64、0.73▲自耦变压器降压起动的使用条件：①Isa＜Imax（线路中允许的最大电流）；②Tsa＞TL，适用于轻载或空载起动

否则不能采用此法。▲

选择KA的方法：

KA2Is＜ImaxKA2Ts＞TL需要两者均满足上一页下一页(二)绕线式异步机的起动：RRR滑环电刷定子转子起动电阻•起动时将适当的R

串入转子电路中，起动后将R短路。上一页下一页(1)转子电路串电阻起动

减小起动电流增大起动转矩(2)转子电路串频敏变阻器起动

▲

频敏变阻器：频率高，损耗大，电阻大；频率低，则反之。

▲

转子电路起动时:R2R2′n0TnOTsTs′▲

转子电路运行时:f2高，电阻大，Ts′大，Is′小。f2低，电阻小，自动切除变阻器。R2′＞R2上一页下一页例1:

1)解:

一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组△型联结，其额定数据为：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，

N=92.3%，cos

N=0.88，KC=7.0,Ks=1.9，KM=2.2求：1)额定电流IN?2)额定转差率sN?3)额定转矩TN

、最大转矩TM

和起动转矩TS

。上一页下一页

2）由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）

3）上一页下一页解：

在上例中(1)如果负载转矩为510.2N•m,试问在U=UN

和U´=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y-

换接起动时，求起动电流和起动转矩。（3）

当负载转矩为额定转矩的80%和50%时，电动机能否Y-

换接起动？

(1)在U=UN时

TS=551.8N•m>510.2N.m不能起动

(2)IS

=KCIN=784.2=589.4A

在U´=0.9UN时能起动例2:上一页下一页在80%额定负载时在50%额定负载时可以起动(3)不能起动上一页下一页1.改变磁极对数p2.改变转差率s

3.改变电源频率f1(变频调速)调速方法：1.6.6三相异步电动机的调速

有级调速无级或有级调速无级调速

n=(1－s)n0=(1－s)

p60f1上一页下一页在负载不变的前提下，人为改变电动机的转速（一）变频调速

U、f可变M3~3~整流电路逆变电路50Hz控制电路n0TnOfNf1＜fN

直流f2＜f1上一页下一页

变频调速TL频率降低，转速下降（二）变极调速U1U2U3U4U1U2U3U4××××(a)p=2(b)p=1SSNNSN上一页下一页每相绕组由两个线圈组成，可串联、并联（三）变转差率调速（1）变压调速UNn0TnOsMTL上一页下一页电压降低，转速下降（2）转子串电阻调速R2R2+RCn0TnOTMM3~3~RCTL上一页下一页电阻增大，转速下降谢谢！第二章

常用低压电气设备及其控制电路建筑电气（第三版）目录第二章常用低压电气设备及其控制电路2.1低压电器的基本知识2.2开关电气设备2.3低压熔断器2.4控制电器2.5常见电动机控制电路2.1低压电器的基本知识定义：交流1200V以下与直流1500V以下电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备，以及利用电能来控制、保护和调节非电过程和非电装置的用电装备。低压电器：2.1.1低压电器分类1、按动作方式分：自动电器和非自动电器。2、按控制作用分：执行电器、控制电器、主令电器和保护电器。3、按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器。2.1.2低压电器结构型式低压电器从基本结构上看，大部分由触头系统、推动机构和灭弧装置组成。1．触头系统触头是电器的执行部分，用来接通和分断电路。（1）触头接触形式：如图2-1所示，点接触式：适用于小电流；面接触式：适用于大电流；线接触式（又称指形接触）：适用于通断次数多、大电流的场合。图2-1触头的三种接触形式a）点接触b）面接触c）线接触2.1.2低压电器结构型式（2）触头分类：如图2-2所示，静触头和动触头。动断（又称常闭）触头：电器触头在电器未通电或没有受到外力作用时所处的闭合位置动合（又称常开）触头：常态时相互分开的触头。2.1.2低压电器结构型式图2-2触头的分类1-推动机构2-复位弹簧3-连杆4-常闭触头5-常开触头6-静触头7-动触头2．推动机构电磁机构组成：吸引线圈、铁心和衔铁。按铁心型式分：单Ｅ型、单Ｕ型、螺管型、双Ｅ型等；按动作方式分：直动式、转动式等。按吸引线圈通电电流的性质：分为直流电磁铁和交流电磁铁。工作原理：吸引线圈通入电流后产生磁场，磁通经铁心、衔铁和工作气隙形成闭合回路产生电磁吸力，衔铁与铁心相吸。恒定电流通入吸引线圈，即在外加电压和线圈电阻Ｒ一定的条件下其电流值Ｉ也一定，与空气气隙的大小无关。作用在衔铁上的吸力Ｆ与空气气隙的大小有关：当电磁铁刚起动时，空气气隙最大，此时磁路中磁阻最大，磁感应强度较小，故吸力最小；当衔铁完全吸合后，空气气隙最小，此时磁路中磁阻最小，磁感应强度较大，吸力最大。直流电磁铁工作原理：原理：交流电磁铁吸引线圈通入的是交变电流，产生交变磁场，电磁吸力的大小时刻变化的。缺点：因吸力是脉动的，使得衔铁以两倍电源频率在振动，既会引起噪声，又会使电器结构松散，触头接触不良，容易被电弧火花熔焊与蚀损。改善措施：使得线圈在交流电变小和过零时仍有一定的电磁吸力以消除衔铁的振动。为此，在磁极的部分端面上嵌入一个铜环（又称短路环或分磁环），如图2-3所示。交流电磁铁图2-3短路环2.1.2低压电器结构型式3、灭弧装置电弧定义：电器触头在闭合或断开的瞬间，都会在触头间隙中由电流产生弧状的火花。危害：炽热的电弧会烧坏触头，还会因电弧造成短路、火灾或其它事故，故应采取适当的措施熄灭电弧。灭弧方法和装置：1）电动力灭弧。图2-4为一双断口桥式触头。2）磁吹灭弧。如图2-5所示，3）灭弧栅灭弧。图2-6为灭弧栅示意图，4）灭弧罩灭弧。图2-4双断口结构1-静触头2-动触头图2-5磁吹灭弧１－串联磁吹线圈2、3－静、动触头4－铁芯5－导磁钢片图2－6栅片灭弧示意图1－灭弧栅片2－弧角3－电弧2.1.2低压电器结构型式2.2开关电气设备2.2.1刀开关1．低压刀开关：简单的手动电器

2．熔断器式刀开关：低压刀开关和低压熔断器组合开关3．低压负荷开关：带灭弧罩的刀开关与熔断器串联组合分类最大特点：刀形动触头组成：闸刀(动触头)、刀座(静触头)和底板按其操作方式分：单投和双投；按极数分：有单极、双极和三极；按灭弧结构分：带灭弧罩的和不带灭弧罩作用：不频繁地接通和切断交流和直流电路，装有灭弧室的可以切断负荷电流，其它的只作隔离开关使用。

1、低压刀开关HD－单投开关HS－双投开关11－手柄式12－侧方杠杆操作机构13－中央杠杆操作机构14侧面手柄式派生代号B（安装板尺寸较小）0－不带灭弧罩1－不带灭弧罩对于中央手柄式：8－板前接线式9－板后接线式无数子表示仅一种接线极数额定电流/A低压刀开关型号含义如下：熔断器式刀开关：具有刀开关与熔断器的双重功能。适用范围：交流频率50HZ、额定工作电压380V或直流440V、额定工作电流至1000A的电路中。作用：可以不频繁地接通和分断负荷电流，并提供线路及用电设备的过载与短路保护。HR3系列熔断器式刀开关代号的含义如下页所示：2、熔断器式刀开关HR－熔断器式刀开关3－设计代号额定工作电流/A操作方式1－正面侧方杠杆传动结构式2－正面中央杠杆传动结构式3－侧面操作手柄式4－无面板正面侧方杠杆传动机构式极数HR3系列熔断器式刀开关代号的含义如下：组成：带灭弧罩的刀开关与熔断器串联组合而成，外装封闭的外壳。作用：有效地通断负荷电流，又能进行短路保护。特点：操作方便、安全经济，在可靠性要求不高、负荷不大的低压线路中应用广泛。分类：（1）封闭式负荷开关（2）开启式负荷开关3、低压负荷开关：结构：铁壳开关，此开关的闸刀和熔断器装在封闭的钢壳或铁壳内，可以防止电弧溅出；但外壳不密封，不能防水、防爆。组成：由刀形动触头、静触头座、熔断器、速断弹簧、操作手柄组成。速断弹簧的作用：使开关在分闸时刀形动触头很快地与静触头座分离，电弧被迅速拉长而熄灭。封闭式负荷开关常用的有HH3系列、HH4系列、HH12系列等。（1）封闭式负荷开关：HH12系列的代号含义如下：HR－封闭式负荷开关设计代号辅助代号D：经济型极数额定电流/A适用范围：适用于交流50HZ、额定电压为220V（单相）和380V（三相）的小容量线路中，作为手动不频繁通断负载电路，并提供短路保护。组成:它由瓷质底座、静触头座、带手柄的闸刀形动触头、熔丝接头、