低压电气线路及常用低压电气设备培训教材.ppt

3 低压电气线路及常用低压 电气设备 3.1 常用低压控制电器 3.2 配电导线与保护装置的选择 3.3 电力负荷的计算 3.4 变压器 3.5 三相异步电动机 3.1 常用低压控制电器 根据刀开关的构造的不同，分为胶盖开关、铁 壳开关、隔离开关。 （1） 胶盖开关 胶盖开关的特点及使用场合 结构 胶盖开关主要由操作手柄、刀刃、刀夹和绝缘 底座组成，内装有熔丝。 胶盖的作用 胶盖开关的安装及操作 3.1.1 刀开关 （2） 铁壳开关 铁壳开关的结构 铁壳开关又称为封闭式负荷开关，它由刀开关 、熔断器组成，装在有钢板防护的外壳内。 铁壳开关的特点 铁壳开关没有灭弧能力，为了使用安全，铁壳 开关内还装有联锁装置，保证开关在闭合时，盖子 不能打开，而盖子打开时，闸刀不能合闸。 （3） 隔离开关 隔离开关的结构 隔离开关是由动触头（活动刀刃）、静触头（ 固定触头或刀嘴）所组成。 隔离开关的作用及特点 隔离开关的主要用途是保证电气设备检修工作 的安全。 隔离开关没有灭弧装置，不能断开负荷电流和 短路电流。 3.1.2 熔断器 熔断器是一种最简单的保护电器，它可以实现 短路保护。 熔断器由熔体和安装装置组成，熔体由熔点较 低的金属如铅、锡、锌、铜、银、铝等制成。 （1） 瓷插式熔断器 （2） 螺旋式熔断器 （3） 封闭式熔断器 （4） 填充料式熔断器 3.1.3 低压断路器 （1） 低压断路器的特点 低压断路器俗称自动开关、空气开关，它是一 种手动操作电器。在正常的工作条件下，可以通过 人工操作接通或切断电路；在电路发生故障时，它 又能自动分断电路，起到保护作用。它内部没有熔 丝，使用方便，所以应用极为广泛。 空气开关的特点是：不但具有短路保护，而且 具有过载保护和欠压保护功能，能自动切断电路。 （2） 常用的低压断路器 目前常用的低压断路器有DZ、DW，新型号有C 系列、S系列、K系列等。 DZ系列塑料外壳式断路器 DW系列万能式断路器 C系列小型低压断路器 3.1.4 漏电保护开关 漏电保护开关由放大器、零序互感器和脱扣装 置组成。它具有检测和判断漏电的能力，并在脱扣 器的作用下动作跳闸，切断电路。 漏电保护开关的工作原理：在设备正常运行时 ，主电路电流的相量和为零 ，零序互感器的铁心无 磁通，其二次侧没有电压输出。当设备发生单相接 地或漏电时，由于主电路电流的相量和不再为零， 零序互感器的铁心有零序磁通，其二次侧有电压输 出，经放大器放大后，输入给脱扣器，使断路器跳 闸，切断故障电路，避免发生触电事故。 3.1.5 按钮 按钮开关一般由按钮帽、恢复弹簧、桥式动触 头、静触头和外壳等组成。 按钮开关根据静态时触头的分合状况，分为三 种：常开按钮（启动按钮）、常闭按钮（停止按钮 ）以及复合按钮（常开、常闭组合为一体的按钮） 。 3.1.6 交流接触器 交流接触器用来接通和断开主电路。它具有控 制容量大，可以频繁操作，工作可靠，寿命长的特 点，在控制电路中广泛应用。 交流接触器由电磁机构、触头系统和灭弧装置 三部分构成。电磁机构由励磁线圈、铁心、衔铁组 成。 触头根据通过电流大小的不同分为主触头和辅 助触头；主触头接在主电路中，用来通断大电流电 路；辅助触头接在控制电路中，用来控制小电流电 路。触头根据自身特点的不同还可以分为常开触头 和常闭触头。 3.1.7 热继电器 热继电器是一种利用电流的热效应工作的过载 保护电器，可以用来保护电动机，以免电动机因过 载而损坏。 加热元件串接在电动机主电路的电路中，当电 动机在额定电流下运行时，加热元件虽有电流通过 ，但因电流不大，动断触头仍处于闭合状态。当电 动机过载后，热继电器的电流增大，经过一定时间 后，发热元件产生的热量使双金属片遇热膨胀并弯 曲，推动导板移动，导板又推动温度补偿双金属片 与推杆，使动触头与静触头分开，使电动机的控制 回路断电，将电动机的电源切断，起到保护作用 3.2 配电导线与保护装置的选择 (1) 放射式 它是由变压器低压输出母线上引出几条干线 ， 由干线将电能输送给各个用电设备或各配电箱。 放射式线路的组成 它是由各条干线的控制开关及配电线路等组成 。 放射式线路的特点 它的供电可靠性较高，操作和检修方便。 3.2.1 低压配电线路接线方式 适用范围 放射式配线方式的供电可靠性较高，所以它特 别适用于施工质量要求较高、工期要求较短的建筑 工程施工现场；同时也适用于负荷相对较集中，对 供电有特殊要求的场所。 (2) 树干式 由变压器低压母线上引出一条或两三条干线， 沿着干线敷设方向引出若干条分支干线，由这些分 支干线将电能配送到各用电设备或各配电箱。 树干式线路的组成：它是由一个或两三个控 制开关、配电干线和配电分支干线等组成。 树干式线路的特点：它的投资费用较低；供 电可靠性较差。 树干式配电线路的适用范围：这种配电方式 适用于用电量在200kVA以下，负荷布置较均匀且无 特殊要求的用电设备的小型建筑施工现场。 (3) 环形式 它是变压器低压侧母线引出两条树干式干线， 即两路主干线供电，各支路由主干线上引出，且在 某些支线上由这两条干线同时供电（或互为备用形 式），从而形成环形状供电网络。 它的特点是：由于是从树干式接线方式演变而 来，吸收了放射式接线的优点；故而供电可靠性较 树干式提高了，为故障处理及维修管理提供了方便 ，且配线线路较简单。但是这套环形接线装置较复 杂，操作较困难。 3.2.2 配电导线的选择 配电线路的导线截面的选择必须满足下列三个 方面的要求：导线的发热条件、允许的电压损失和 机械强度。 (1) 按发热条件确定导线截面 导线在通过正常最大负荷电流时产生的发热温 度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。由这 个条件来确定的导线截面称为“按发热条件”或“按允 许载流量”选择导线截面。 导线的允许载流量大于或等于该导线所在线路 的计算电流，即： INIJS 【例3.1】某建筑施工现场采用220/380V的低压配电系统 供电，现场最高气温为30，其干线的计算电流为140A ，架空敷设，试确定进户导线的型号及截面积。 【解】考虑到施工现场的特点，采用铝芯导线。在室外 架空敷设，可选择价格低廉的橡皮绝缘导线，导线的型 号为：BLX橡皮绝缘铝芯导线。 根据计算电流140A，查附录1，可得在30温度时， 大于或等于140A的载流量是163A，截面积为50mm2 ,所以 选择截面积为50mm2的橡皮绝缘铝芯进户线 ,截面积为 25mm2 的橡皮绝缘铝芯工作零线和保护零线。 (2) 按允许电压损失选择导线截面 规范规定：从变压器低压侧母线到用电设备受 电端的电压损耗，一般不超过用电设备额定电压的 5%；对视觉要求较高的照明电路，则为2%3%。 如果线路的电压损耗值超过了允许值，应适当 加大导线的截面，减小配电线路的电压降，以满足 用电设备的要求。线路的电压损耗U为： 配电线路上电压损耗的大小与导线上输送功率 的大小、输送距离的远近及导线截面的大小有关。 可用下列公式进行导线截面的选择： C为电压损耗计算常数，它是由电路相数、额定 电压及导线材料的电阻率等因素决定的一个常数， 如表3.1所示； 表3.1计算线路电压损耗公式中系数C值 线路额定电压 （V） 线路系统及电 流种类 系数C值 铜线铝线 380/220三相四线7746.3 380/220两相三线3420.5 220 110 36 24 12 单相或直流 12.8 3.2 0.34 0.153 0.038 7.75 1.9 0.21 0.092 0.023 【例3.2】某学生宿舍楼白炽灯照明的计算负荷为50kW， 由100m远处的变电所用橡皮绝缘铝线（BLX）供电，供 电方式为三相五线制，要求这段线路的电压损耗不超过 2.5%，试选择导线截面积。 【解】 所以，选择截面积为50mm2的橡皮绝缘铝线。 【例3.3】某工地进户线的计算负荷为65kW，进户线的长 度为60m，导线架空敷设，如采用BLV500（335 125）规格的导线是否满足5%的电压损耗率？ 【解】 满足要求。 (3) 按机械强度选择导线截面 导线和电缆应有足够的机械强度以避免在刮风 、结冰时被拉断，使供电中断，造成事故。国家有 关部门强制规定了在不同敷设条件下，导线按机械 强度要求允许的最小截面,见表3.2所示。 导线截面按不同的选择方法，可以得出不同的 计算结果，但是导线截面必须同时满足三个条件。 所以，在计算时可以分别按三个条件来选择导线截 面，从中取最大值作为所选导线的截面积。 表3.2 按机械强度选择导线截面(mm2) 导线用途 导线和电缆允许的最小截面 积 铜芯线铝芯线 照明：户内 户外 0.5 1.0 2.5 2.5 用于移动用电设备 的软电线 或软电缆 1.0 户内绝缘支架上固定绝缘导线 的间距：2m以 下 6m以下 25m以下 1.0 2.5 4.0 2.5 4.0 10.0 裸导线：户内 户外 2.5 6.0 4.0 16.0 绝缘导线 ：穿管敷设1.02.5 绝缘导线 ：户外沿墙敷设 户外其它方式 2.5 4.0 4.0 10.0 【例3.4】某建筑工地上的计算负荷为30kW，cos=0.78 ，距变电所240m，采用铝线架空敷设，环境温度为30 ，试选择输电线路的导线截面积。 【解】(1) 首先按发热条件选择导线截面。 计算电流为： 查附录1，铝线明敷设，环境温度为30时，选用 BLX416mm2导线，其安全载流量为79A，大于58.4A 。 (2) 按电压损失条件校验。 选用BLX416mm2导线，线路上的电压损耗为： 不满足要求，加大导线截面积，选BLX-425mm2导线 选用BLX425mm2导线，线路上的电压损耗为： 仍不满足要求，再加大导线截面积，选BLX-35mm2导线 。 选用BLX435mm2导线，线路上的电压损耗为： 满足要求。 (3) 按机械强度校验。 查表3.2,绝缘导线在户外敷设，铝线的最小截面为 10mm2。 35mm210mm2， 满足要求。 所以，最后选择导线截面积为35mm2。 3.2.3.1 刀开关、负荷开关、隔离开关的选择 (1) 选择原则 按线路的额定电压、计算电流选择； 宜采用同时断开电源所有极和 N极的开关作 隔离电器； 变压器后的总开关、终端配电箱总开关一般 应选用同时断开相线和N线的开关； 按刀开关的用途选择合适的操作方式，中央 手柄式刀开关不能切断负荷电流，其它型式的刀开 关可切断一定的负荷电流，但必须选带灭弧型的刀 开关。 3.2.3 保护装置的选择 (2) 选择方法 按额定电压选择 安装刀开关、负荷开关、隔离开关的线路，其 额定电压不应超过开关的额定电压值。 按计算电流选择 开关、负荷开关、隔离开关的额定电流应大于 或等于线路的额定电流。 具体选择应满足以下条件： (1) 额定电压 熔断器的额定电压应大于或等于配电线路的额 定电压。 (2) 额定电流 熔断器熔体的额定电流Ir应大于或等于配电线路 的计算电流IJS。即： IrIJS 3.2.3.2 熔断器的选择 对于不同用电设备回路的熔断器，还要符合下 述附加约束条件： 对于单台电动机电路的熔断器，熔体的额定 电流Ir与电动机的尖峰电流（启动电流）Ig之间应满 足以下条件： IrKIg 对于多台电动机电路的熔断器，熔体的额定 电流Ir应满足下述关系，即 IrK（IgmIJS） 在照明及电阻电路中，熔体的额定电流大于 或等于电路的额定电流。 【例3.5】有一台180L6型的电动机，其额定功率为 15kW，额定电流为32A，启动电流为205A，请选择该电 动机所在线路的熔断器。 【解】电动机回路熔体选择计算系数K按电动机重载启动 考虑，取K=0.38、K=0.3。 如果用 RL1熔断器，2050.38=78 选100/80A； 如果用RM10熔断器，2050.38=78选100/80A； 如果用RT10熔断器，2050.3=60选60/60A； 如果用RT0熔断器，2050.3=60选100/60A。 (3) 最大分断电流 最大分断电流是指熔断器能够安全、可靠地分 断的最大短路冲击电流值，又称极限分断电流，它 是熔断器分断电路能力的标志。 择熔断器时，应使其最大分断电流大于或等于 配电线路可能发生的短路冲击电流值。 (4) 熔断器的上下级配合 为满足选择性保护的要求，应注意上下级间的 配合。 选择熔体时，应使下一级熔断器的熔断时间比 上一级熔断器的熔断时间少。靠近电源的熔断器称 为上一级熔断器，远离电源的熔断器称为下一级熔 断器。一般要求上一级熔断器的熔断时间是下一级 熔断器的熔断时间的3倍以上。 断路器应按电气线路额定电压、计算电流、使 用场所、动作选择性等因素进行选择。具体选择应 满足以下条件。 (1) 额定电压 断路器的额定电压应大于或等于配电线路的额 定电压。 (2) 额定电流 断路器的额定电流IN应大于或等于配电线路的 计算电流IJS。 即： INIJS 3.2.3.3 断路器的选择 (3) 极限分断能力 断路器的极限分断电流是指断路器能够安全、 可靠地分断的最大短路电流值。 (4) 脱扣器整定 配电用断路器延时脱扣器的整定 电动机保护用断路器延时脱扣器的整定 照明回路用断路器延时脱扣器的整定 断路器与熔断器的配合使用 【例3.6】某建筑工地上有一分配电箱，该分配电箱控制 着5台电动机。电动机型号如下： 一台塔吊，型号为： QZ315型（3315）kW， JC=25%，15kW电动机的额定电流为30A，启动电流是额 定电流的7倍； 两台振捣器，型号为：Y系列，2.2kW；通过计算得 知该分配电箱的计算电流为59A。 试选择该分配电箱的进线熔断器，并选择该分配电 箱的进线断路器。 【解】（1） 进线熔断器的选择 由于容量最大的一台电动机（塔吊）的启动电流为 730 =210A，所以，熔体选择计算系数K取0.6。 该分配电箱的计算电流中已经包括了塔吊的额定电 流30A，所以熔体的额定电流为： IrK（IgmIJS）=0.6(63059)=143 A 该分配电箱的进线熔断器选RM10，熔断器的额定电 流为200A，熔体的额定电流为160A。 （2）该分配电箱的进线断路器采用DZ系列，其型号为 DZ20Y200/3300，复式脱扣整定电流为160A。 漏电开关也具有与断路器相同的功能，如可以正 常接通或分断电路，具有短路、过载、欠压、失压保 护功能，此时，漏电开关的选择方法和断路器相同。 漏电开关的漏电保护特性的选择如下：漏电开关 应装设在配电箱电源隔离开关的负荷侧和开关箱电源 隔离开关的负荷侧。开关箱内的漏电保护器的额定漏 电动作电流应不大于30mA，额定漏电动作时间应小于 0.1s。使用于潮湿和有腐蚀介质场所的漏电保护器应采 用防溅型产品，其额定漏电动作电流应不大于15mA， 额定漏电动作时间应小于0.1s。 3.2.3.4 漏电开关的选择 3.3 电力负荷的计算 低压配电的方式有放射式、树干式和混合式三 种。 低压配电线路有架空线路和电缆线路两种。 架空线路的特点是设备材料简单，成本低，但 容易发生故障。架空线路由电杆、横担、绝缘子和 导线组成。 3.3.1 负荷的分类与供电要求 电缆供电的特点是不受外界环境的影响，供电 可靠性较高；电缆埋在地下，不影响环境，比较美 观；电缆的电容较大，减少了电感对输电线路的影 响，使输电线路上的电压损耗较小；但是电缆线路 的成本较高，造价约为架空线路的10倍。 （1） 负荷的分类 负荷是电力负荷的简称。所谓负荷，从广义上 说是泛指电气设备（发电机、变压器、配电装置、 配电线路、用电设备等）中的电流或功率。 符合下列情况之一时，应为一级负荷：中断 供电将造成人身伤亡者；中断供电将造成重大政治 影响者；中断供电将造成重大经济损失者；中断供 电将造成公共场所秩序严重混乱者。 符合下列情况之一时，应为二级负荷：中断 供电将在政治、经济上造成较大损失者；中断供电 将影响重要用电单位的正常工作主要设备损坏、 大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才 能恢复、重点企业大量减产等。 不属于一级和二级负荷者为三级负荷。 （2） 供电要求 一级负荷应由两个独立电源供电，当一个电源 发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏，并能 及时向一级负荷提供电源。特别重要负荷除由两个 电源供电外，还要增设应急电源。 二级负荷应采用双回路供电，或采用一回专用 线路供电。三级负荷对供电无特殊要求。 所谓负荷计算，就是计算用电设备、配电线路 、配电装置，以及发电机、变压器中的电流或功率 。这些按照一定方法计算出来的电流或功率称为计 算电流或计算功率，我们也把它称为计算负荷。 （1） 计算负荷的概念及作用 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷 是一个假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内 实际变动负荷所产生的最大热效应相等。 我们根据计算负荷来选择变压器的容量、导线 的截面积及开关电器的型号。 3.3.2 负荷计算 （2） 负荷计算的方法 需要系数法 用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求 出计算负荷。这种方法比较简单，应用广泛，适用 于变配电所以及施工现场的负荷计算。 二项式法 在设备组容量之和的基础上，考虑若干容量最 大的设备的影响，采用经验系数用加权求和法进行 计算负荷。 （3） 设备容量PS的确定 用电设备的额定功率PN和额定容量SN是指铭牌 上的数据。 负荷计算中的所谓设备容量PS不能简单地理解为 用电设备的铭牌功率，它是根据用电设备的工作性 质和铭牌功率或铭牌容量经换算后得到的换算功率 。 进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为 不同的用电设备组，然后确定设备容量。 连续工作制电动机的设备容量 该电气设备的设备容量等于其额定功率（即铭 牌上规定的额定功率）。 PS=PN 短时或周期工作制电动机的设备容量 该电气设备的设备容量等于将其额定功率换算 为统一负载持续率下的有功功率，及换算到负载持 续率JC=25%时的有功功率。 用电设备在一个周期内的工作时间与周期时间 的比值称为负载持续率，用JC(%)表示，负载持续率 也称为暂载率。 起重机的设备容量在进行负荷计算时，要统一 换算到负载持续率JC=25%时的功率。 【例3.7】某施工现场有一吊车，其额定功率为20kW ，铭牌负载持续率JC=40%，求换算到JC=25%时的 设备容量。 【解】 白炽灯的设备容量为灯泡的额定功率。 气体放电灯的设备容量为灯管额定功率加上镇 流器的功率损耗（荧光灯加20%，荧光高压汞灯及 镝灯加8%）。 电焊机的设备容量 电焊机的设备容量是将其铭牌额定容量换算到 负载持续率为100%时的有功功率。 【例3.8】一台单相电焊机380V，SN=80kVA，JC=50% ，cos=0.5，求换算到JC=100%时的设备容量。 【解】 （4） 单相负荷的设备容量的计算 1) 计算原则 单相负荷与三相负荷同时存在时，应将单相 负荷换算为等效三相负荷,再与三相负荷相加。 在进行单相负荷计算时，一般采用计算功率 。当单相负荷均为同类用电设备时，直接用设备容 量进行计算。 2) 单相负荷换算为等效三相负荷的简化方法 只有相负荷时，等效三相负荷Pd为最大相负 荷的3倍。 只有线间负荷Pab时，其等效三相负荷Pd为： 只有线间负荷Pab、Pbc时，如果Pab=Pbc，其等 效三相负荷Pd为 Pd=3Pab 有线间负荷Pab、Pbc、Pca时，选取较大两相数 据计算。现以PabPbcPca为例： 3) 当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负 荷总容量的15%时，全部按三相对称负荷计算，不 必换算；当超过15%时，应将单相负荷换算为等效 三相负荷，等效三相负荷为单相最大功率的3倍。 【例3.9】某新建办公楼照明设备采用白炽灯A相3.k ，相4k，C相5k,求设备容量是多少? 如果改为相 4.8k，相5k，C相5.8kW,求设备容量是多少? 【解】三相平均容量为：（3.645）/3=4.2kW 三相负载不平衡容量占三相平均容量的百分比为： （5-4.2）4.2=0.84.2=19%，大于15%，所以白炽灯 的设备容量为35=15kW ； 改善后：（4.8-4.2）4.2=14.29%，小于15%，所以 白炽灯的设备容量为3.6+4+5=12.6kW 。 【例3.10】某施工现场有两台单相电焊机，其型号为 SN=21kVA，UN=380V，JC=65%，cos=0.87,分别接于 AB相、BC相上，该低压供电系统的线电压为380V，求 这两台电焊机的等效三相负荷的设备容量。 【解】一台电焊机的设备容量为： 这两台电焊机的等效三相负荷的设备容量为： PS=314.7=44.1kW 【例3.11】假如例3.10中的两台单相电焊机，都接在AB 相上，求这两台电焊机的等效三相负荷的设备容量。 【解】 这两台电焊机的等效三相负荷的设备容量为： 【例3.12】假如该施工现场有四台电焊机，型号与例3.10 相同，求这四台电焊机的等效三相负荷的设备容量。 【解】 这四台电焊机应尽量均衡地分配到三相上，两台电 焊机接于AB相，其它两台电焊机分别接于BC相、AC相 。 这两台电焊机的等效三相负荷的设备容量为： （1） 用电设备组分组计算时应注意以下几点： 成组用电设备的设备容量，指不包括备用设 备在内的所有单个用电设备的设备容量之和。 设备数量小于或等于3台时，计算负荷等于其 设备容量的总和；设备数量大于3台以上时，计算负 荷应通过计算确定。 类型相同的用电设备，其设备总容量可以用 算术加法求得。 类型不同的用电设备，其设备总容量应按有 功和无功负荷分别相加确定。 3.3.3 用需要系数法确定计算负荷 （2） 用电设备组的计算负荷及计算电流 （3） 总计算负荷的确定 总计算负荷是由不同类型的多组用电设备的设 备容量组成。 总有功功率的计算负荷为 （4） 临时用电施工组织设计的内容和步骤 现场勘探； 确定电源进线，变电所、配电室、总配电箱 、分配电箱等的位置及线路走向； 进行负荷计算； 选择变压器容量、导线截面和电器的类型和 规格； 绘制施工现场用电平面布置图； 制定安全用电技术措施和电器防火措施。 图3.1为某工地施工现场用电平面布置图。 图3.1 施工现场用电平面布置图 3.4 变压器 （1） 变压器的用途与种类 变压器是一种将交流电电压升高或降低，并保 持其频率不变的静止的电气设备。 变压器除了改变电压之外，还可改变电流（如 变流器、大电流发生器）；变换阻抗（如电子电路 中输入、输出变压器）；改变相位（如改变线圈的 连接方法来改变变压器的极性或组别）。 3.4.1 变压器的用途和工作原理 根据用途的不同可分为：输配电用的电力变压 器，冶炼用的电炉变压器，电解用的整流变压器， 焊接用的电焊变压器，实验用的调压器，用于测量 高电压、大电流的仪用变压器。 根据变压器输入端电源相数的不同可分为：三 相变压器、单相变压器。 根据变压器输入端、输出端电压高低的不同分 为：升压变压器、降压变压器。 （2） 变压器的构造（图 3.2） 变压器主要由铁心、 绕组、变压器器身以及置 放在变压器器身内的变压 器油四部分组成。另外还 有绝缘套管、储油柜、瓦 斯气体继电器、防爆管、 放油阀等电器部件。 图3.2 变压器的构造 （3） 变压器的工作原理（图3.3） 在一个闭合的铁心上，绕上两个匝数不等的线 圈，就形成了一个最简单的变压器。 图3.3 变压器的工作原理 同电源相连的原绕组匝数为 N1，同负载相连的 副绕组匝数为N2，它们在电路上是分开的。变压器 是利用两个绕组之间的电磁感应来变换电压和传递 能量的。 变压器的运行方式有两种：一种是空载运行， 一种是有载运行。 当变压器的副边绕组开路时，变压器没有能量 输出，这种状态称为变压器的空载运行。 当变压器的副边绕组接上负载时，变压器有能 量输出，这种状态称为变压器的有载运行。 原绕组、副绕组感生电动势的有效值为 E1=4.44fN1m E2=4.44fN2m 原绕组、副绕组的感生电动势的有效值E1、E2的 比值称为变压器的变比K。 K=E1/E2=N1/N2 如果K1，变压器将低电压变为高电压，这样 的变压器叫做升压变压器。 如果K1，变压器将高电压变为低电压，这样 的变压器叫做降压变压器。 【例3.13】某单相变压器的电压为220/36V，副边接有两 个36V、100W的白炽灯。如果变压器原绕组的匝数为950 匝，求副绕组匝数；如果两个灯泡点亮时，变压器原边 绕组、副边绕组的电流各为多少？ 【解】U1/U2=N1/N2 副绕组匝数: N2=N1U2/U1=95036220=155匝 灯泡点亮时，变压器副边绕组的电流为: I2=P/U2=20036=5.6 A 变压器原边绕组的电流为: I1=I2U2/U1=5.636220=0.91 A （4） 变压器的外特性 在电源电压1和负载的功率因数不变的情况下 ，U2和I2的变化关系，称为变压器的外特性。如图3.4 所示。 从空载到额定负载，副绕组电压变化的程度用 电压调整率U来表示： 电压调整率 图3.4 变压器的外特性 （5） 变压器的技术指标 额定电压 原绕组的额定电压U1N是指变压器在正常运行时 加在变压器原绕组上的电压；副绕组的额定电压U2N 是指变压器在空载运行时，原绕组加上额定电压后 副绕组两端的空载电压。 额定电流 原绕组、副绕组的额定电流I1N、I2N是指根据允 许发热条件，变压器长时间工作允许通过的电流。 在三相变压器中，额定电流指的都是线电流，单位 用安（）。 额定容量 额定容量是指在额定使用条件下变压器的输出 能力，用视在功率表示，单位用千伏安（kVA）。 对于三相变压器，是指三相容量之和。 额定温升 额定温升是变压器在额定状态下运行，允许超 过周围环境温度的温度值。它取决于变压器所用绝 缘材料的等级。 (6) 变压器的选型和安全使用 1) 变压器的选型原则 优先选用节能型产品 满足防火防爆的特殊要求 适当选取变压器的容量 2） 变压器的安全使用 变压器的安装要符合有关规范的规定。 严禁变压器长时间超载运行，以免损坏变压 器。 认真作好对变压器的日常巡视和检查。 （1） 仪用互感器 仪用互感器按用途的不同分为电流互感器和电 压互感器两种。 1) 电压互感器 电压互感器是一种专用的降压变压器，它可以 将高电压转换为低电压，接入低量程的电压表进行 测量；也可以接入继电器进行继电保护。 电压互感器的原边绕组匝数多，副边绕组匝数 少。原绕组与被测的高压电网相连，副绕组与电压 表或电度表的电压线圈相连（图3.5）。 3.4.2 特殊变压器 图3.5 电压互感器工作原理图 2) 电流互感器 电流互感器是把大电流转换为小电流的一种升 压变压器。电流互感器的原边绕组导线粗、匝数少 ，串联在被测的大电流电路中；电流互感器的副边 绕组导线细、匝数多，与电流表、电度表的电流线 圈连接(图3.6)。 常用的电流互感器的电流比有10/5、20/5、30/5 、40/5、50/5、75/5、100/5等几种。 图3.6 电流互感器工作原理图 3) 钳形电流表 就是电流互感器和电流表的组合，只是其中电 流互感器只有副绕组而没有原绕组。使用时，将被 测的导线套入铁心中，被测的导线实际上变成了原 绕组，如图3.7所示。 图3.7 钳形电流表 （2） 自耦变压器 自耦变压器没有独立的副绕组，而是把原绕组 的一部分作为副绕组，如图3.8所示。 原、副绕组之间既有磁的联系，又有电的联系 ，这是自耦变压器的结构特点。 与普通双绕组变压器的关系一样，可得 图3.8 自耦变压器 【例3.14】在一台容量为15kVA的自耦变压器中，已知 U1=220V，N1=500匝。如要想使输出电压U2=209V，应该 在线圈什么地方抽出线头？满载时额定电流等于多少？ 【解】(1) 由公式U1/U2=N1/N2，可知抽头处的匝数应为： N2=U2N1/U1209500220475匝 即：在线圈475匝处抽出一个线头，可以得到输出电压 U2=209V (2) 自耦变压器的效率很高，可以认为： U1NI1NU2NI2N15103VA 所以满载电流为： I1N1510322068.2 A I2N1510320971.8 A 3.5 三相异步电动机 三相异步电动机是把电能转换为机械能的电气 设备。它具有构造简单，价格低廉，工作稳定可靠 ，控制维护方便的优点，所以在生产实践中得到广 泛应用。 三相异步电动机分为鼠笼式异步电动机和绕线 式异步电动机两种，在建筑工地上使用的电动机， 绝大部分都是三相鼠笼式异步电动机。 (1) 定子 定子一般由定子铁心、定子绕组和机座三部分 组成。 定子铁心 定子铁心有两个作用：它是电机 磁路的一部分，可以用来嵌放定子绕组。为了减少 磁滞损耗和涡流损耗，定子绕组用0.5mm厚的硅钢片 叠合而成，放在机座内；在铁心的内表面分布有与 转轴平行的槽，用来安放定子绕组。 定子绕组 定子绕组是异步电动机的电路部 分，由三相对称绕组组成。 3.5.1 三相异步电动机的基本结构 机座 机座常用铸铁和铸钢制成，其作用是 固定定子铁心和定子绕组，并以前后端盖支撑转子 轴，它的外表面铸有散热筋，以增加散热面积，提 高散热效率。 如图3.9所示。 图3.9 定子绕组的接线法 (2) 转子 转子铁心 转子铁心有两个作用：它是电机 磁路的一部分，可以用来嵌放转子绕组。为了减少 磁滞损耗和涡流损耗，转子绕组用0.5mm厚的硅钢片 叠合而成。 转子绕组 转子绕组的作用：切割定子磁场 ，产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下 受力而使转子转动。 根据构造的不同分为鼠笼式转子、绕线式转子 两种。 鼠笼式转子绕组是在转子铁心的槽内嵌放铜条 和铝条，导体两端各用一个端环联接。如果去掉铁 心，其形状像一个鼠笼，所以称为鼠笼式转子，具 有鼠笼式转子的电动机称为鼠笼式异步电动机。 绕线式转子的绕组是在转子铁心的槽内嵌放对 称的三相绕组，并做星形联接，每相绕组的首端分 别接到装在轴上的三个彼此绝缘的铜制滑环上，再 通过压在旋转滑环上的电刷与外电路的电阻器等设 备连接，具有绕线式转子的电动机称为绕线式异步 电动机。 (1) 当定子三相绕组通入三相对称交流电时，就 会在空间产生一个旋转磁场。 转子导体中的感应电流在定子旋转磁场的作用 下受到力的作用，形成电磁转矩，使转子沿着旋转 磁场的方向转动起来。 转子转速和旋转磁场的转速不同，所以称为异 步电动机。 3.5.2 三相异步电动机的工作原理 (2) 转差率S 转差率表示转子转速与旋转磁场转速相差的程 度。异步电动机旋转磁场的转速与转子转速之间的 转速差与旋转磁场的转速之比，称为异步电动机的 转差率。 (3) 三相异步电动机的旋转速度 转子转速即为三相异步电动机的旋转速度。 (1) 额定电压UN 电动机额定运行时加在定子绕组上的线电压， 叫做电动机的额定电压。 (2) 额定电流IN 电动机额定运行时加在定子绕组上的线电流， 叫做电动机的额定电流。 (3) 额定功率PN 电动机在额定状态下工作（U=UN，I=IN），转 轴上输出的机械功率叫做电动机的额定功率。 3.5.3 三相异步电动机的型号与铭牌数据 (4) 效率 输出功率与输入功率的比值叫做电动机的效率 。 (5) 定子绕组的接法 一般3kW以下的电动机接成星形联接，3kW以上 的电动机接成三角形联接。 (6) 额定转速n 动机在额定工作状态下，转子的转速称为额定 转速。 (7) 功率因数cos 电动机的有功功率和视在功率之比，叫做电动 机的功率因数。Y系列电动机的功率因数为0.70.9 (8) 电动机的工作方式 连续工作：可以按铭牌规定的各项额定值长期 连续工作，这种电动机的负荷较稳定。 短时工作：电动机的工作时间较短，停歇的时 间较长。 断续工作：电动机周期性地工作停歇工作 ，如此反复运行。 (1) 电磁转矩T 转子绕组中的感应电流在旋转磁场的作用下产生 的电磁力对转子转轴形成的转矩的总和，叫做电磁转 矩。电磁转矩的单位用牛米（Nm），电磁转矩与电 源电压的平方成正比。 (2) 额定电磁转矩TN 电动机在额定电压下，带动额定负载，转轴上输 出的转矩叫做额定电磁转矩TN。 (3) 最大电磁转矩Tm 电动机输出转矩的最大值叫做最大转矩Tm。 3.5.4 三相异步电动机的电磁转矩 (4) 电动机的过载能力 电动机的最大转矩Tm与额定转矩TN的比值叫做 电动机的过载系数。 电动机的过载系数是衡量电动机的短时过载能 力和运行稳定性的一个重要参数，异步电动机的过 载能力系数为1.82.5。 （1） 启动的概念 电动机接通电源，转子转速由零到额定转速的过 程叫做电动机的启动过程。 （2） 启动的特点 电动机的启动时间较短，只有215s。在电动机 启动过程中定子电流和转子电流