电机基本常识

頁次第一章基本電學 1 18第二章工業配線元件 17 49 目錄 第一章基本電學 電機基本常識介紹 電學基本單位 電壓 推動電在導體中流動的壓力單位 用伏特 V 做單位 註 一般稱電壓110V 220V 其實若稱為電壓差110V 220V更接近實際的物理意義 電流 因電壓差 迫使電在導體中流動的量叫電流 用安培 A 做單位 電阻 是阻止電通過導體中的力 用歐姆 做單位 電阻值依材質不同有所差別 在相同材質下斷面積越大電阻越小 而導體長度越長電阻越大 電路 如圖一所示 有兩個水位高低不同之水槽 中間接一水管 則A槽水必經水管流到B槽 亦即水從水位高處流到低處 而電如水之水位及水流 必須接一條電線使之構成迴路 如圖二所示電由電位高的正端經電線流經燈泡再經由電線流到電位低的負端 歐姆定律 歐姆定律 電路中電流大小正比於電壓的大小 反比於電阻大小 其公式為 電流 電壓 電阻 如前圖例 電池電壓1 5V 燈泡電阻15歐姆 則電流為0 1A 1 5伏特 15歐姆 0 1安培 問題 何謂 短路 短路發生時會有什麼情況發生 答 短路是指直接將電位不同的兩條導線不經負載相連接 會產生很大的電流及火花 例如將插座上兩條線短路 短路時電阻 0電流 電壓 電阻 110V 0 無窮大 人體對電流的感受程度 1mA 感覺麻痺 5mA 感覺相當痛 10mA 感覺無法忍受之痛 20mA 肌肉收縮不能動彈 30mA 相當危險 100mA 已有致命之危險 如人體電阻為2000 潮濕時為500 鞋子1500 地板1000 電壓110V 穿鞋子觸電時 3110V 2000 1500 1000 24mA赤腳觸電時 110 2000 55mA 110 500 220mA因此110V電壓足已讓人致命 在操作或量測電氣設備及有觸電之機率時 先行關閉電源確認為之 電功率 電功率 電壓是一種電力 電壓能使電子移動 產生電流 如兩點間有電壓存在而無電流流動 好像兩個高低不同的水槽沒有水管相通 不會做功 凡電壓使電子由一點經負載移至另一點 就是做了功 做功的速率叫做電功率 單位以瓦特 W 表示 與電壓電流關係式以公式表示為W V I 亦即電壓與電流的乘積 就是電功率 註 交流電系統W V I COS COS 就是功率因數瓦時 積算電力之單位 1瓦特電力使用1000小時稱為1KWH 也就是俗稱的一度電 電流有直流與交流二種 我們日常使用主要是使用交流電 其特色是可利用變壓器任意改變電壓大小 而直流大部份使用於電車或電鍍 例如我們日常使用的手電筒就是直流電 交流電以一定週期改變電壓和電流方向 1秒間反覆周期數稱為週波數 單位為週或赫 HZ 交流與直流 凡是你將兩個電阻的頭尾順序相連 叫做串聯連接 如電路內所有電阻都成頭尾相連 則電流流動的路徑只有一條 這些電阻就連成串聯電路 電阻的串聯和電池的串聯有一重大區別 電池串聯時必須按照正負極性適當的連接 但電阻本身則無極性 串聯電路連接 頭 接 尾 假定你有兩個燈泡 你把一個燈泡燈座的一端 和另一個燈座的一端相連接 留下每個燈座的一端不接 將燈泡插入燈座時 它們就成串聯相接 但還不能成為串聯電路 如要接成一個完整串聯電路 你應當將燈座的未接兩端 跨接於一個例如電池的電源電壓上 如有許多燈泡 電阻器或具有電阻的裝置要連成串聯電路 可將它們的接端和接端順序相接 一併跨按在電壓電源上 在接端間流動的電流僅有一個路徑 若電池保持現狀 串聯的燈泡由2個增加到4個 則每個燈泡的亮度會變暗 串聯電路連接 當你把許多電阻並排起來 將各端互相連接 它們就是並聯連接 這樣的接法 電流流動不只是一條路徑 如電路中的電阻如此連接時 則這種電路稱為並聯電路 同理 電池並聯連接可得電池組 經由每一電池可得很多的電流路徑 每個電池可供給總電池電流的一部份 並聯電路連接 如將兩個燈座並排放置 把燈座相鄰的接端相互連接 就成並聯連接 但是它們並不是一個完整的並聯電路 如將連接燈座的兩端再跨接在一個電壓電源上 這樣就形成一個完整的並聯電路 多數電源線都是並聯電路 由燈泡 電動機或其他型式的電阻並聯後跨接在電源線上 接於電壓電源兩端間的各種電器 可供給不同的電流路徑 並聯電路連接 單相交流是二條電線用於小型電力用戶 如家庭用之電燈及電器 而三相交流是三條電源線各相差120 因輸送時效率較高 故用於工廠之大動力系統 三相交流系統各相差120 用夾式電流表測量三相電流時 必須一相一相量測 若三相同時量測時 所量測的電流值必定為零 這是因為三相合成的總磁力線為零的緣故 配線時應將三相線路放在一起 使合成磁力線為零 減少對外界的磁力線干擾 單相交流與三相交流 變壓器介紹 電力在從發電廠送到用戶的過程中 必須經過多次的電壓值轉換 最主要的目的是要 高壓輸送 低壓使用 P V I COS 若輸送時電壓越高 則線路電流越小 導線線徑可較小 輸送線上的損失也較小 為什麼要用變壓器 變壓器功率額定值的單位 通常用KVA 千伏安 來表示 它和功率因數無關 變壓器本身並不產生電功率 它僅藉磁感應把電功率由一個線圈轉送到另一線圈 雖然變壓器傳輸功率的效能並非百分之百 但是它們的功率消耗極小 效能極高 在實用上說 效率可以說是百分之百 故變壓器可視作一個把電功率由一次繞組傳送到二次繞組中 而毫無損耗的工具 假定效率為100 變壓器的工作原理 變壓器的損耗 為低頻設計的變壓器 線圈可繞在鐵芯上 使磁力線經過低阻的路徑 這樣可使兩繞組間的偶合程度增至最大 功率傳送至二次繞組時 其損耗可減少 變壓器的損耗有三種 1 電流流過繞組的電阻所產生I2R損耗即銅損 2 鐵芯感應電流所產生的渦流損耗 3 每次磁場變換方向時 鐵芯的磁場方向亦隨之變換 而產生磁滯損耗 註 項2 3的損失只要變壓器有送電就存在 項1的損失在有外接負載時才有存在 變壓器的故障 變壓器 線圈及引出線 絕緣破壞與斷線 變壓器中任何一部份線圈或整個線圈短路時 便形成短路故障 變壓器的任何一組線圈的導線接地 變壓器鐵芯積層間短路 接地不良 局部短路 因想過大 變壓器分接頭切換器通電部位碳化物附著 接續壓力不足 或者接續不平滑過熱 過電流 接續不完全產生電弧 變壓器 變壓器 第二章工業配線元件 電機基本常識介紹 無熔絲開關 無熔絲開關為一種低壓過電流保護之斷路器 在美國稱為模殼型斷路器 Molded CaseCircuitBreaker 簡稱MCB 在日本稱為無熔絲開關 No FuseBreaker 簡稱NFB 目前國內NFB的稱呼較為普遍 有單極 1P 雙極 2P 三極 3P 可供選用 其外觀如圖所示 把手之位置表示無熔絲開關之動作狀態無熔絲開關之動作狀態如下圖所示 圖 a 表示把手在ON狀態 圖 B 表示把手在OFF的位置 圖 C 表示把手在跳脫 Trip 的位置 無熔絲開關的動作狀態 NFB跳脫時 將事故之原因排除後 必需先將把手往下扳再往上投入 否則無法達成再閉路的動作 若事故之原因未先排除而立刻投入的話 會立刻再跳脫 無法達成ON的狀態 任何一極發生過電流時 將使三極同時跳脫 所以不會有單相運轉的情形發生 若負載為電動機 為考慮其正常起動時不會跳脫 應依照電動機額定電流的1 5 2 5倍選用無熔絲開關 無熔絲開關跳脫處理 型式 不論何種廠家都有各種不同型式的製品 例 士林牌的NF50 CA3P3OATAC 220VIC5KANF 一般配線用50 框架電流5OA3P 極數3極3OAT 額定電流3OAAC220V 額定電壓220VIC5KA 額定啟斷容量5KA極數 1極 2極屬單相使用 3極屬三相使用 額定電壓 指系統使用電壓而言 例如 AC110V 220V 無熔絲開關之規格 框架容量 FrameCurrent 係指框架電流 即框架接點可耐電流之安培數以AF表示之 例 1OOAF 225AF 4OOAF 6OOAF 等 額定電流 RatedCurrent 係指使跳脫機構動作之定額電流 以AT表示之 同一框架電流容量的NFB 可裝數種不同之額定電流 例 1OOAF之NFB可裝6OAT 75AT lOOAT等 額定啟斷容量 RatinginterruptingCapacity 簡稱為IC 以KA表示之 無熔絲開關之規格 電磁接觸器之英文名稱為 MagneticContactor 簡稱為MC 若與積熱電驛組合使用 則稱為電磁開關 MagneticSwitch 其外觀如圖所示 電磁接觸器 電磁開關 電磁接觸器 型式 不論何種廠家都有各種不同型式的製品 例 台安牌的CL 10E600VACMAXCL 機械式連鎖可逆電磁接觸器E 交流電磁接觸器10 機種別600 最高額定使用電壓接點構成 一般分為幾個主接點 例如 3A 3個a接點 幾個輔助接點 例如 lalb 2a2b 4a2b等額定通電電流 RatedThermalcurrent 係指框架容量 即框架接點可耐電流之安培數 例如 ACI Ith 5OA 電磁接觸器的規格 額定容量 RatedOperationalPower 電磁接觸器的額定容量 有些廠家以安培 A 值標示 有些廠家以千瓦 KW 值表示 如要換算為馬力 HP 換算比率為lHP 746W 例如16HP約為11KW 操作電壓 RatedOperationalVoltage 係指電磁接觸器線圈之額定電壓值 有交流與直流之分別 例如 單相AC110V AC22OV 直流DC24V DC48V等 電磁接觸器的規格 過熱現象 端子部過熱 鐵心過熱 異響 異味 溫度上升燒毀 線圈絕緣劣化 目視檢查 過熱 異味 開關動作失效 電磁線圈斷線或燒毀 可動鐵心黏住 順序控制電路異常 檢查診斷 處理誤動作跳脫 過載保護電驛設定不良 主接點接觸不良或外部線路異常 檢查診斷處理大型之電磁接觸器 其內部之接點於使用一定期限後 會有接點損傷現象 故必須定期做拆檢之工作 電磁開關之事故及預防診斷 積熱電驛裝設於低壓電動機之電路中 其英文名稱為 ThermalRelay 簡稱為TH 或稱為過負載電驛 OverLoadRelay 簡稱為OL 或稱為過電流電驛 OverCurrentRelay 簡稱為OCR 其外觀如右圖所示 積熱電驛 ThermalRelay 如右圖所示 1 電流值直接表示於調整鈕上 最小跳脫電流以A為起點至最大 2 將所欲設定之電流對準箭頭位置 當電動機通過所設定數字之電流值時會跳脫 3 如圖中所示箭頭對準9A之位置 當電動機之電流超過9A時就會跳脫 電流表示法 若電動機之負載電流超出積熱電驛之跳脫電流的設定值時 積熱電驛將動作跳脫 切斷控制電路 以保護電動機 如要重新操作此電動機 則應將此積熱電驛復歸 一般復歸的方式有自動復歸方式與手動復歸方式兩種 但由於廠家的不同 有些積熱電驛製成手動 自動可切換的復歸形 1 自動復歸方式 積熱電驛因過載而跳脫時 需待數分鐘 等雙金屬片冷卻後才可自動復歸 不須人員按RESET鈕來復歸 使控制電路接點自動閉合 如此可使電動機再起動 積熱電驛跳脫後的處理 2 手動復歸方式 積熱電驛因過載而跳脫時 雙金屬片無法自動復歸 必需用手押下復歸桿後 才能使接點再閉合 否則電動機無法再起動 積熱電驛跳脫後的處理 手動 自動切換 復歸桿 限時電驛各部位名稱及外觀 限時電驛 TIMINGRELAYS 乃是一種定時裝置 能以極正確的時間使控制回路順序動作 為工業控制上不可或缺的組件之一 依限時接點動作方式之不同 概可分為通電延遲式 斷電延遲式 通電 斷電延遲式限時電驛等三種 通電延遲式限時電驛線圈通電時其限時接點延遲一段吾人所設定的時間後才動作 線圈斷電時接點立即回復未通電前之狀態 大部分的限時電驛都附有瞬時接點 瞬時接點與一般電驛的接點完全一樣 線圈通電時接點立即動作 線圈斷電時接點立即回復原狀 限時電驛 TIMER 斷電延遲式限時電驛 OFFdelayrelay 當線圈通電時 各限時接點立即動作 但當線圈斷電時 各限時接點延遲一段吾人所設定的時間後才回復線圈未通電前之狀態 大部分的限時電驛都附有瞬時接點 瞬時接點與一般電驛的接點完全一樣 線圈通電時接點立即動作 線圈斷電時接點立即回復原狀 雙設定延遲式限時電驛 ON OFFdelayrelay 當線圈通電時其限時接點延遲一段吾人所設定的時間 OFFtime 後才動作 接著限時接點又延遲一段吾人所設定的時間 ONtime 再動作 限時接點之動作如此循環下去 線圈斷電時其限時接點又回復原狀 限時電驛 TIMER 按鈕開關簡稱為PB 在工業配線中是不可或缺的元件 具有構造簡單 操作容易 故障少 且可避免危險等優點 在其內部裝有復歸彈簧 當手壓下時接點狀態就會改變 手放開後由於內部彈簧本身的力量會使接點恢復原狀 此型我們稱之為自動復歸型按鈕開關 如依接點之型式可分為單一接點式 雙接點式 三接點式 如依其內部構造又可分為單層與雙層兩種 其外觀及符號圖如下頁所示 按鈕開關 PushButtonSwitch 按鈕開關 PushButtonSwitch 指示燈 PilotLamp 指示燈簡稱為PL使用於配電盤或自動控制電路中 主要的作用是給操作人員了解或判斷目前電路的動作情形 其外觀或符號如下圖所示 指示燈 PilotLamp 指示燈有些內部沒有裝變壓器 而採直接電源 其額定電壓分別有18V 24V 110V 220V等規格 但大部分常用之指示燈內部都裝有變壓器 一次額定電壓分別有110V 220V 380V 440V等不同規格 而二次額定電壓分別有5V 15V 18V等不同規格 而且具有不同之形狀 指示燈 PilotLamp 依指示燈的燈罩色別來分 概可分成七種不同的顏色 在使用的習慣上都依照下述情形使用 綠色 GL 停止中 開關器的開路 安全 復歸 紅色 RL 運轉中 開關器的閉路 注意 故障 黃色 YL 注意 警告 故障 白色 WL 運轉 注意 故障 橙色 OL 運轉 注意 藍色 BL 開關器的開路 無色透明 TC 接地相表示 其他 限制開關 LimistSwitch 限制開關簡稱為LS 亦稱為極限開關 常應用於機械動作之極限控制 係指機器於運動過程中到達事先所設定的位置上 會使開關的接點改變狀態 而自動檢出機器的行程 因此其接點的開閉 是利用電氣以外的機械因素來控制 限制開關的主要用途是檢知移動物體之位置 以