电工电子技术与技能第2篇电工技术

,电工电子技术基础与技能(少学时),电子教案(2),第2篇电工技术教学纲要,知识目标掌握供电与用电技术；懂得常用电器概念；熟悉常用照明电光源及新型节能灯；掌握变压器、三相异步电动机结构原理；熟悉常用低压电器。技能目标掌握常用照明电光源及新型节能灯的使用；掌握变压器、三相异步电动机结构应用。,第6章供电与用电技术,6.1电力供电与节约用电6.1.1供电与配电6.1.2节约用电思考题与练习题6.2用电保护6.2.1触电事故与触电保护6.2.2电器防火与防爆思考题与练习题本章小结习题6,图6-1火力发电厂外景,6.1.1供电与配电电力是以电能作为动力的能源。它将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电力，再经输电、变电和配电将电力供应到各个用户。是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电力生产与消费系统。,6.1电力供电与节约用电,图6-3变电站外景,6.1电力供电与节约用电,我国的输电电压等级有110、220、330、500、750、1000kV等几种。从发电厂到用户，根据不同的要求，需要将供电电压进行多次变换，这要靠变电站或变压器来完成。发电厂与各级变电站和各种电压等级的输配电线路连为一体，叫电力网，也称电力系统。,6.1.2节约用电,1节约用电的意义电能是宝贵的能源，在工作和生活中要注意节约用电。（1）可以减轻能源和交通运输的紧张程度。（2）节省国家对发供用电设备需要投入的基建投资。（3）促进工农业生产水平的发展与提高。（4）节约电能将提高企事业的管理水平。（5）节约电能，能够减少不必要的电能损失为企事业减少电费支出，降低成本，提高经济效益，从而使有限的电力发挥更大的社会经济效益，提高电能利用率，更为有效地利用好电力资源。,6.1.2节约用电,2节约用电的方式节约用电有管理节电、结构节电和技术节电三种方式。3节约用电的主要途径（1）改造或更新用电设备，推广节能新产品。（2）大力推广应用节电新技术。（3）提高电气设备经济运行水平。（4）推广绿色照明技术、节约非生产用电；积极开展企业电能平衡工作。（7）实行峰谷电价。（6）提倡家庭科学用电、节约用电。（5）应用余热、余压和新能源发电。,6.2用电保护,6.2.1触电事故与触电保护1触电事故触电是指人体接触到带电体或接近带电体时承受较高电压，有电流通过人体造成伤害。触电事故可分为直接接触触电事故和间接接触触电事故两类。2触电防护（1）安全电压人体的安全电压应为2436V。（2）保护接地和保护接零(3)漏电保护开关,6.2用电保护,6.2.2电器防火与防爆（1）合理选用电气设备;（2）保持电气设备的正常运行；（3）保持必要的安全间距；（4）保持良好的通风；（5）装设可靠的接地装置；（6）采取完善的组织措施。,第7章常用电器,电器是现代人生活和工作中不可缺少设备，低压电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动地改变电路的状态、参数，实现对电路的控制、保护、测量、指示、调节。本章主要介绍常用照明电光源及新型节能灯具，变压器的基本结构和工作原理及应用，三相异步电动机的基本结构、工作原理和机械特性，常用低压电器开关、熔断器、接触器和继电器的种类、工作原理和应用。,第7章常用电器,7.1.1常用照明电光源1白炽灯2低气压放电灯3高强度气体放电灯7.1.2新型照明节能灯1普通节能灯2发光二极管LED节能灯,第7章常用电器,7.2变压器7.2.1变压器的用途7.2.2变压器的基本结构7.2.3变压器的工作原理7.2.4变压器的外特性及效率7.3三相异步电动机7.3.1三相异步电动机的基本结构与铭牌参数7.3.2三相异步电动机转子旋转原理,第7章常用电器,7.3.3三相异步电动机的机械特性7.4常用低压电器7.4.1常用低压电器的分类与符号7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,7.1常用照明电光源及新型节能灯,7.1.1常用照明电光源照明电光源一般分为白炽灯、气体放电灯和其他电光源三大类1白炽灯2低气压放电灯3高强度气体放电灯,图1普通白炽灯,7.1常用照明电光源及新型节能灯,7.1.2新型照明节能灯1普通节能灯2发光二极管LED节能灯,图2几种常见节能灯,图3小功率LED灯,图4大功率LED灯,7.2变压器,7.2.1变压器的用途变压器是利用电磁感应原理制成的一种变换电压、电流和阻抗的电气设备，主要用于升高或降低交流电压，改变电流或变换电路阻抗。变压器在改变电压的同时也改变了电流和阻抗，在测量技术中利用变压器改变电流的原理，用较小的电流表测量较大的电流。在无线电技术中利用变压器变换阻抗的原理，变换电路的阻抗以达到阻抗匹配的目的。,7.2.2变压器的基本结构,变压器是一种常用电器，按用途不同，变压器可以分为电力变压器、整流变压器、自耦变压器、测量变压器、电焊变压器以及电子技术中应用的输入变压器、输出变压器、振荡变压器、高频变压器、中频变压器、脉冲变压器等。不同的变压器，其容量相差悬殊，功能各不相同，设计制造工艺也有较大的差异，但它们的工作原理相同，基本结构相似。现以单相双绕组变压器为例介绍其基本结构。变压器的基本部件是线圈和铁心或磁心，线圈也称为绕组。,7.2.3变压器的工作原理,如果将变压器的一次线圈接到正弦交流电源上，就有正弦交流电流通过线圈。在电流的作用下，铁心中将产生正弦交变的磁通。由于一、二次线圈是绕在同一铁心上，所以铁心中的磁通也要穿过二次线圈，由电磁感应定律可知，交变的磁通穿过线圈时将在线圈中产生感应电动势。变压器就是利用互感原理制成。,7.3三相异步电动机,7.3.1三相异步电动机的基本结构与铭牌参数由于异步电动机具有结构简单，价格低廉，运行可靠，维修方便等优点，所以在工农业生产和人们生活中得到广泛的应用。图7-12所示为三相异步电动机。三相异步电动机主要由定子（固定部分）和转子（转动部分）两个基本部分组成。,7.3三相异步电动机,图7-13所示为三相鼠笼式异步电动机的结构图。三相异步电动机的定子主要由机座和装在机座内的圆筒形铁心及铁心上的定子线圈绕组构成。机座一般是由铸铁或铸钢制成，在机座内装有定子铁心，铁心是由互相绝缘的硅钢片叠成。1定子结构2转子结构3其他部件电动机的其他部件:端盖、轴承盖、轴承、风扇、风扇罩、接线板和接线盒等。,7.3三相异步电动机,4三相异步电动机的铭牌,7.3三相异步电动机,（1）型号：Y-112-M-4YY系列三相异步电动机112机座中心高度（单位mm）S机座长度代号（S短机座、M中机座、L长机座）4磁极数（2）额定功率PN、（3）额定电压UN、（4）额定电流IN、（5）额定频率Fn、（6）额定转速nN、（7）额定功率因数cosN、（8）接法、（9）温升、（10）绝缘等级、（11）工作方式。一般电动机采用E级绝缘，允许的最高温度为120；Y系列电动机采用B级绝缘，允许的最高温度为130。,7.3.2三相异步电动机转子旋转原理,1转子中的感应电动势图7-23转子旋转原理示意图电流可以产生磁场是电磁现象的客观规律，三相异步电动机工作时，定子绕组接成星形或三角形，接至对称三相电源，三相电流通过三相绕组将产生一个在空间旋转的磁场，在它的作用下，转子产生电磁转矩，使转子旋转。三相异步电动机就是利用旋转磁场和电磁感应原理工作。,7.3.2三相异步电动机转子旋转原理,2转子转动转子转速:n（1一s）n0转子的转速一定要小于旋转磁场的同步转速，两个转速不能同步，因此将这种电动机叫做异步电动机。由于异步电动机原理是建立在电磁感应基础上的，所以也称之为感应式电动机。,7.4常用低压电器,电器是根据外界的电信号或非电信号自动地或手动地对电路实现接通、断开控制，连续地或断续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换、调节用的电气设备。根据电器工作电压分为低压电器和高压电器。低压电器一般指交流电压1000V以下，直流电压1200V以下的电器。,7.4.1常用低压电器的分类与符号,1常用低压电器的分类（1）按动作原理分为手动电器和自动电器（2）按用途分为控制电器、主令电器、保护电器、执行电器和配电电器低压电器还根据工作条件、环境分为：一般工业电器、牵引电器、船舶电器、矿山电器、航空电器等。（3）按工作原理分为电磁式电器和非电量控制电器,7.4.1常用低压电器的分类与符号,2常用低压电器的组成低压电器的结构主要包括感受部分和执行部分。3常用低压电器的作用低压电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动地改变电路的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节。,7.4.1常用低压电器的分类与符号,表7-2常用低压电器新旧电路图形符号对照表,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,1.开关电器开关是用来接通和断开电路的电器元件，开关广泛应用在各种电子设备，家用电器中。（1）刀开关刀开关又称闸刀开关或隔离开关，其典型结构主要由静插座、触刀、操作手柄、绝缘底板组成。刀开关分为不带熔断器式刀开关、带熔断器式刀开关和负荷开关.（2）组合开关组合开关在电气控制线路中，一种常被作为电源引入的开关，可以用它来直接启动或停止小功率电动机或使电动机正反转。局部照明电路也常用它来控制。,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,（3）低压断路器低压断路器的用途主要在电路正常工作条件下作为线路的不频繁接通和分断用，并在电路发生过载、短路及失压时能自动分断电路。2接触器（1）交流接触器交流接触器是一种自动开关，交流接触器广泛用作电力电器的开断和控制电路。交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,交流接触器的基本结构如图所示，主要由三部分组成。触头系统电磁系统灭弧系统,交流接触器的外形与结构,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,交流接触器的工作原理:当吸引线圈两端加上额定电压时，动、静铁芯间产生大于反作用弹簧弹力的电磁吸力，动、静铁芯吸合，带动动铁芯上的触头动作，即常闭触头断开，常开触头闭合；当吸引线圈端电压消失后，电磁吸力消失，触头在反弹力作用下恢复常态。,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,（2）直流接触器直流接触器主要用于远距离接通和分断直流电路，还用于直流电动机的频繁起动、停止、反转和反接制动。（3）接触器的选择原则：a.根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型b.接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致c.额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,3.继电器继电器是一种控制器件，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。,各种继电器,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,(1)电磁式继电器,图7-34电磁式继电器,a.电磁式电流继电器电流继电器的线圈串接于电路中这种继电器的线圈导线粗匝数少、线圈阻小。b.电磁式电压继电器电压继电器线圈匝数多，导线细，工作时并联在回路中c.中间继电器C.中间继电器的电磁线圈所用电源有直流和交流两种,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,（2）热继电器热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。热继电器外观如图所示。,热继电器,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,（3）时间继电器时间继电器用来按照所需时间间隔，接通或断开被控制的电路，以协调和控制生产机械的各种动作，是按整定时间长短进行动作的控制电器。时间继电器的外观如图所示。,时间继电器,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,(4)速度继电器速度继电器:是以速度的大小为信号与接触器配合，完成三相异步电动机的反接制动控制，速度继电器结构主要由转子、定子及触点三部分组成。速度继电器的外观如图所示。,速度继电器,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,4熔断器熔断器是一种简单而有效的保护电器，在电路中主要起短路保护作用。熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)成。（1）工作原理：熔体串接于被保护的电路中，在正常情况下，熔体中通过额定电流时熔体不应该熔断，当电路短路时，电流很大，熔体急剧升温，立即熔断，,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,（2）熔断器类型有:（a)瓷插式(b)螺旋式(c)无填料管式(d)有填料密封管式等几种类型,（a）(b)(c)(d)常用的熔断器,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,(2)熔断器的性能指标及选择熔断器根据三个技术参数选择:额定电压；额定电流；极限分断能力。对熔断器的要求是：在电气设备正常运行时，熔断器不应熔断；在出现短路时，应立即熔断；在电流发生正常变动（如电动机起动过程）时，熔断器不应熔断；在用电设备持续过载时，应延时熔断。对熔断器的选用主要包括类型选择和熔体额定电流的确定。,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,5主令电器主令电器用于闭合、断开和转换控制电路，以发布命令的一类电器，又称主令开关，也用于对生产过程实行程序控制。主令电器主要由触头系统、操作机构和定位机构组成。由于主令电器所转换的电路是控制电路，所以其触头工作电流很小。常用的主令电器有按钮、微动开关、行程开关、接近开关和主令控制器等。,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,（1）控制按钮控制按钮是一种简单电器，不直接控制主电路，而在控制电路发出手动控制信号。控制按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳组成。常用控制按钮如图所示,常用控制按钮,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,（2）位置开关位置开关又称行程开关或限位开关，它的作用是将机械位移转变为电信号，使电动机运行状态发生改变，即按一定行程自动停车、反转、变速或循环。从而控制机械运动或实现安全保护。位置开关包括：行程开关、限位开关、微动开关及由机械部件或机械操作的其它控制开关。,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,（3）接近开关接近开关又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。,接近开关,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,（4）万能转换开关万能转换开关可同时控制许多条（最多可达32条）通断要求不同的电路，而且具有多个档位，广泛应用于交直流控制电路、信号电路和测量电路，亦可用于小容量电动机的起动、反向和调速。,万能转换开关,7.4.2常用低压电器的结构、工作原理及应用,(5)主令电器的选用A.按钮类型选用应根据使用场合和具体用途确定。B.按钮颜色根据工作状态指示和工作情况要求选择,按钮数量应根据电气控制线路的需要选用。C.行程开关选用时根据使用场合和控制对象确定行程开关种类。行程开关额定电压与额定电流则根据控制电路的电压与电流选用。D.转换开关选用时应按额定电压与额定电流等参数选择合适的系列规格，并按操作需要选择手柄型式和定位特征，而触头数量和接线图编号则根据不同控制要求选用。,第8章三相异步电动机的基本控制,8.1三相异步电动机的启动控制8.1.1三组异步电动机的启动电流8.1.2三相异步电动机的启动方法8.2三相异步电动机的正反转控制,第8章三相异步电动机的基本控制,8.3三相异步电动机的运行与维护8.3.1启动前的检查8.3.2启动时应注意的事项8.3.3运行中注意事项,第8章三相异步电动机的基本控制,8.4技能训练6三相异步电动机的直接启动与正反转控制电路的接线8.4.1技能训练目的8.4.2预习要求8.4.3技能训练的仪器和设备8.4.4技能训练内容和步骤8.4.5注意事项,第8章三相异步电动机的基本控制,电动机是实现能量转换和信号转换的电磁装置，用于能量转换的电动机称为动力电机，用于信号转换的电动机称为控制电机，三相异步电动机为动力电机。本章主要介绍三相异步电动机的直接启动和降压启动方法，电动机正、反转的基本控制电路和电动机的运行与维护。,8.1三相异步电动机的启动控制,8.1.1三组异步电动机的启动电流1.鼠笼式异步电动机在启动时有两个特点：一是启动电流很大，二是启动转矩较小。2.电动机的启动电流大，会使线路电压降低，引起电网电压的波动，影响电网上其他电气设备的正常运行。再者由于启动时定子电流和转子电流都很大，使定子绕组和转子过度发热，而且启动时间越长，发热越严重，其结果将加速绝缘老化，缩短电动机的使用寿命。,8.1.2三相异步电动机的启动方法,三相异步电动机有全压启动和降压启动两种启动方式。1全压启动全压启动就是将电动机直接加额定电压启动。电动机能否采用直接启动，要由电源变压器容量、启动次数及电动机类型等因素决定。直接启动常用的控制设备有三相胶盖瓷底闸刀开关、铁壳开关、交流接触器及自动空气开关等。,8.1.2三相异步电动机的启动方法,三相异步电动机的直接启动电路图,电路原理分析：启动时闭合开关Q，则三相交流电压通过熔断器FU、开关Q直接加到电动机M上。,A.三相异步电动机的直接启动,8.1.2三相异步电动机的启动方法,B.交流接触器控制电动机,交流接触器控制电动机的原理电路图,启动电动机时，先将开关Q闭合，然后按下启动按钮SB1，接通控制电路，KM线圈通电，电磁铁吸引住衔铁，主电路中KM的三个触头KM1和控制电路中的一个连锁触头KM2闭合，使启动按钮两端接通，起自锁作用，这时松开启动按钮，电动机照常运行。停机时，按下停止按钮SB2，使控制电路断开，KM线圈断电，主触头KM1和连锁触头KM2都自动断开，电动机停。,8.1.2三相异步电动机的启动方法,2降压启动利用启动设备将电压适当降低，然后加在电动机的定子绕组上启动，以限制启动电流，等到电动机转速上升到正常转速时，再将电动机的电压恢复到额定值。这种启动方法称为降压启动，常用于较大容量的电动机在轻载或空载情况下启动。,8.1.2三相异步电动机的启动方法,（1）定子绕组串联电阻或电抗降压启动,工作原理分析：启动时，先打开开关Q2，再闭合开关Q1，此时三相交流电源通过电阻R加在电动机定子绕组上，其中电源电压的一部分由电阻R分得，从而使加在电动机定子绕组上的电压降低，达到降压启动的目的。在电动机转速上升到正常转速后，再闭合开关Q2，利用Q2将电阻R短路，则电动机就额定电压下运行。,8.1.2三相异步电动机的启动方法,（2）星形三角形启动,工作原理分析：电动机启动时，先将开关Q2投向位置“1”，使定子绕组接成星形；然后闭合开关Q1启动电动机，当转速升高后，再将Q2投向位置“2”，电动机便接成三角形正常运行。星形接法的启动电流是三角形接法时的1/3。因此，用这种方法降低启动电流很有效，但是启动转矩下降较多，所以一般只用于轻载或空载启动。,8.1.2三相异步电动机的启动方法,（3）自耦变压器降压启动,工作原理分析：启动时，首先打开开关Q2，然后闭合开关Q1，电动机的定子绕组便接在自耦变压器L的二次侧，降低了启动电压，从而减小了启动电流。待电动机转速上升至额定值后，再闭合Q2，于是电动机就在额定电压下正常运行。通常用于高电压或大功率电动机的启动。,8.2三相异步电动机的正反转控制,在实践中，经常需要改变电动机的旋转方向，称为反转。三相异步电动机的转向与旋转磁场方向一致，旋转磁场的方向由三相电流的相序决定，所以电动机的转向取决于电动机电压的相序。若要改变电动机转向，只需要改变通入电动机的三相电流的相序即可。实际操作时，只要将电动机接在电源上的三根导线的任意两根对调位置，就可以实现电动机的反转。,8.2三相异步电动机的正反转控制,电动机正、反转控制电路图,原理分析：它是利用转换开关Q2改变电动机电压的相序，从而使电动机正转或反转。,8.3三相异步电动机的运行与维护,8.3.1启动前的检查异步电动机在启动前应做如下检查，以保证电动机的安全运行。（1）新装和停机三个月以上的电动机，启动前应测量绝缘电阻，看其是否符合绝缘标准；一般对于低压电动机可以用摇表进行测量，高压电动机要进行耐压试验；（2）检查电动机端盖、轴承压盖及机座等处螺钉有无松动现象；（3）用手拨动转子，检查转动是否灵活，有无摩擦杂音，并检查轴承润滑等情况；,8.3.1三相异步电动机启动前的检查,（4）检查导线、熔断器与开关接触是否紧密，有无松动、断股等现象；（5）检查接地线接触是否可靠；（6）检查传动装置是否良好；（7）检查三相电源电压是否对称；（8）通知有关人员，电动机即将启动。,8.3.2三相异步电动机启动时应注意的事项,（1）闭合开关后，如果电动机转子不转动，应立即断开开关，查明原因，排除故障后才允许重新闭合开关；（2）闭合开关后，如果电动机发出异常响声，应立即断开开关，检查电动机、传动装置和保险等；（3）闭合开关后，应注意观察电动机带动的机械及电流表、电压表的情况，如有异常，应立即断开开关；（4）启动时如发现电动机冒火或电动机振动过大，应立即停机检查；,电机启动时应注意的事项,8.3.2三相异步电动机启动时应注意的事项,（5）一般电动机空载启动不能连续超过35次，在运行中停机不久再次连续启动不能超过23次；（6）若电动机运转方向反了，应立即断开开关，调换电源任意两相的接线，即改变三相电源的相序，从而改变旋转磁场的旋转方向，也就改变了电动机的转动方向。,电机启动时应注意的事项：,8.3.3运行中应注