汽车电工电子课件：三相交流电应用分析

2024/6/161

项目四三相交流电应用分析

知识目标能力目标熟悉对称三相交流电的产生及其特点掌握三相四线制电路的联接方法及电路分析方法，理解中线作用;理解对称三相电路电压、电流及功率的计算方法。掌握三相异步电动机的工作原理和运行特性及其启动、调速和制动的方法。掌握单相异步电机的启动方法和工作原理熟悉异步电机、同步电机等各种电动机的使用场所了解高、低压供配电系统，熟悉接地保护、防雷措施、漏电保护原理能正确分析三相交流电路，并能规范连接交流电路中的常用电器元件掌握高低压开关常见故障分析、控制回路故障分析能根据使用场合的要求正确选用电机型号、参数和相应的配电元件会查阅有关技术资料和工具书。养成独立思考、团队协作的良好习惯2024/6/162

任务导入引导问题1：一栋三层小楼照明电路出现表4-1所示四种连接情况，在三相电源时，请分析各种电路工作的情况，并说明其正确与否。2024/6/163表4-1一栋三层小楼照明电路情况：每层楼的灯相互并联，然后分别接至各相电压上情况：每层楼的灯相互并联，然后分别接至各相电压上，但零线断开了

情况：一楼全部断开，二、三楼仍然接通，零线仍然断开情况：一楼断开，二、三楼接通，且二楼灯的数量为三层的1/4，零线仍然断开

2024/6/164引导问题2

下面是生活中常用的电路：一个开关控制一盏白炽灯，而且电路中还有一单相两孔和三孔插座，但两插座均不受开关控制。请查阅资料认识电路中的电器元件，并说明电路工作过程。图4-1常用照明、插座电路图图4-2常用照明、插座电路实物图2024/6/165项目任务1：

结合项目二进一步熟悉电路中的各电器元件及其作用，并尝试分析图4-3中所示电动机往返控制电路的工作过程。图4-3电动机往返控制电路2024/6/166表4-2电路中各个低压电器的作用元件名称元件作用元件名称元件作用组合开关QS

电源隔离开关接触器KM1、KM2主触头控制电动机M1正反转热继电器FR1、FR2

过载保护熔断器FU1、FU2短路保护接触器KM3主触头控制电动机M2正转停止按钮SB1

控制电路的停止接触器KM1、KM2常闭触点联锁作用行程开关SQ1－1常闭触头控制KM1线圈失电，使电动机M1正转停止接触器KM1、KM3常开触点自锁作用行程开关SQ1－2常开触头控制时间继电器KT线圈的得电，KT常开触头延时闭合控制KM2线圈得电，从而使电动机M1反转启动按钮SB2、SB3控制接触器KM1和KM3线圈得电与失电2024/6/167任务分析对引导问题1、引导问题2和项目任务1中电路的分析可以发现：引导问题1是实际生活中的现实问题，在电路中同楼层的灯和不同楼层间灯的处理方式直流电源或者单相正弦交流电源也能够正确处理，但现在是正弦三相交流电源，那么只有正确掌握和熟悉了三相交流电源及特性才能正确分析和运用三相交流电源。引导问题2是在引导问题1的基础上进一步提出了日常生活中随处可见的具体电路功能实现问题，能够正确分析三相交流电路与能连接并实现交流电路的实际功能还存在有距离。2024/6/168

解决引导问题2，需要了解更多的电器元件功能特点和接线要求，只有能分析电路，又熟悉所需电器元件的型号、参数，才能根据所实现电路功能要求正确选择各电器元件制作所需要的电路。项目任务1与引导问题1、2相比，对交流电路的运用和分析更加全面，属于三相交流电机在工业生产中的实际应用。本项目的重点：熟悉和掌握三相交流电机的控制电路和制作操作规范、工艺要求。2024/6/169知识准备1、正弦三相交流电电力工程上普遍采用三相制供电，即由三相绕组产生三相对称的正弦交流电动势构成三相电源的供电系统，每相电的频率相同、振幅相同、相位互差120°。三相制供电具有如下优点：在发电发面：三相交流发电机比相同尺寸的单相交流发电机容量大。在输电方面：如果以同样电压将同样大小的功率输送到同样的距离，三相输电比单相输电节省材料25%左右，而且电能损耗较单相输电少。在用电设备方面：三相交流电动机比单相电动机结构简单、体积小、运行特性好等等，因而三相制是目前世界各国的主要供电方式。2024/6/1610问答互动请问：能否实现四相、五相甚至更多相正弦交流电的发电？如能，请说明技术上如何实现，而且为什么实际生产生活中不采用；如不能，请说明原因。2024/6/16111）三相交流电动势的产生

图4-4三相交流电动机示意图图4-5三相电势eA、eB、eC的波形、和知识准备2024/6/1612在三相交流发电机定子中有3个相同的绕组（线圈）A→X、B→Y、C→Z，（A、

B、

C表示绕组首端，X、

Y、

Z表示绕组末端），三个线圈的空间位置各差120度，这3个绕组分别称为A相、B相、C相绕组。当转子装有磁极并以w

的速度旋转时，三个线圈中便产生三个单相电动势三相电动势瞬时值表示以A相绕组为计时起点，三相电动势瞬时值表示如下：2024/6/1613由图中可以看出，三相电动势具有大小相等、频率相同、相位互差120°的特征。如果将三相交流电到达正最大值的顺序称为相序，则供电系统三相交流电的相序为

A—B—C。三相电动势相量表示图4-6eA、eB和eC的相量2024/6/16142）三相电源的连接（1）星形连接图4-7星形连接供电图4-8火线与零线之间电压的相量关系2024/6/1615根据上图可知星形连接即三相四线制供电：A、B、C为火线（相线），N中线（零线）。在低压系统，中性点通常接地，所以也称地线。图4-9火线与火线的关系2024/6/1616表4-3三相电源星形连接的相关概念与计算名称符号物理意义瞬时值与相量表示中性点N三相绕组末端连接点

相线L绕组始端引出的三根导线

相电压Up相线与中线之间的电压，也即火线对零线间的电压线电压Ul相线与相线之间的电压，也即火线间的电压（注意规定的正方向）2024/6/1617线电压和相电压的关系根据KVL定律可知：

由相量图可知：同理，可推出：

线电压与相电压的通用关系表达式：其中：UP—相电压；Ul—线电压。结论：电源Y形联接时，线电压且线电压超前相应的相电压30°，三相线电压也是对称的。在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级：UP=220V，Ul=380V。2024/6/1618（2）三角形连接图4-10三角形连接供电根据上图可知三角形连接即三相三线制供电：A、B、C为火线（相线）。2024/6/1619表4-4三相电源三角形连接的相关概念与计算名称符号物理意义瞬时值与相量表示相线L

相电压Up

线电压Ul

线电压和相电压的关系根据KVL定律可知：

由相量图可知：同理，可推出：线电压与相电压的通用关系表达式：结论：

问答互动请结合三相电源星形连接供电时特征总结分析三角形连接时各参数的特定与计算方法。2024/6/1620问答互动请问：在图所示的直流路中，直流电源E是不允许如图那样串接的，而上图中的三相交流电源eA、eB、eC却是串联的，请说明为什么交流电源可以？

图4-13三个电源E的电压瞬时值图4-11直流电源E首尾串接图4-12三相交流电源E首尾串接三相交流电源中可以串接的原因在于：三个电源的电压任何瞬间相加均为零。2024/6/16212、三相负载三相电路的负载是由三部分组成的，其中每一部分叫做一相负载。如果每相负载的阻抗相等且阻抗角相同，则三相负载就是对称的，叫做对称三相负载。如三相异步电动机就是三相对称负载。2024/6/16221）三相负载的联接

三相负载也有Y和

D

两种接法，至于采用哪种方法

，要根据负载的额定电压和电源电压确定。具体连接原则是：首先电源提供的电压等于负载的额定电压；其次是单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。定子三相绕组的联接方法，通常电机容量小于3kw时，采用Y连接，电机容量大于4KW时，采用Δ形连接。表4-5三相负载可有星形和三角形两种接法三相电源的连接方式三相负载的连接方式三相电路的连接方式供电方式Y形连接Δ形连接Y形-Δ形连接三相三线制Y形连接Y形连接Y形-Y形连接三相三线制或三相四线制Δ形连接Y形连接Δ形-Y形连接三相三线制Δ形连接Δ形连接Δ形-Δ形连接三相三线制2024/6/1623(1)三相负载星形联结图4-14负载星形联结电路图图4-15三相电机接线盒图4-16Y联结

2024/6/1624表4-6星形形（Y）负载电路分析计算方法名称负载星形联结时三相电路的计算负载对称时（即ZA=ZB=ZC）负载不对称时（即ZA≠ZB≠ZC）相电流每相负载上流过的电流1)负载端的线电压

＝电源端线电压

2)负载的相电压＝电源相电压3)线电流＝相电流

1）负载不对称时，各相单独计算：相电压→相电流→中线电流→各电流相量关系2)一般线电压ul为已知，然后根据电压和负载求的电流，即：工程实际将许多单相负载分成容量大致相等的三相，分别接到三相电源上。线电流

每根相线上流过的电流2024/6/1625

4)中线电流5）可见负载对称时，中性线无电流，可省掉中性线，且

6）对称负载星形联结时，线电流等于相电流，即7）对称负载星形联结带中性线时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出（1）各相负载所承受的电压为电源的相电压（2）相电流等于线电流。即：三相负载通常不对称：采用三相四线制，具有如下特征：

（1）必须引一根中性线供电流不对称部分流过，即必须采用三相四线制

（2）不论负载有无变动，各相负载承受的电源相电压不变，从而保证了各相负载正常工作（3）中性线不能断开。并且通常取中性线的横截面积小于端线的横截面积。2024/6/1626

（3）三相负载各相负载上的电压与该相电流之间的相位差为：（4）中性线电流等于三个线（相）电流的相量之和。由KCL得：作用：中性线的作用在于保证负载上的各相电压接近对称，在负载不平衡时不致发生电压升高或降低，若一相断线，其它电压不变。结论：1）负载星形联结带中性线时，可将各相分别看作单相电路计算。2）不对称负载Y联结又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。3）中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。4）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。

2024/6/1627（2）三相负载三角形（△）联结将三相负载的首尾相连，再将三个连接点与三相电源端线U、V、W连接，就构成了负载三角形连接的三相三线制电路。

图4-17三相负载三角形联结电路图图4-18三相电机三相绕组接线头位置图4-19三相异步电机三相绕组△联结2024/6/1628表4-7三角形（△）负载电路分析计算方法

负载三角形（△）联结时三相电路的计算

负载对称时（即ZA=ZB=ZC）负载不对称时相电流

每相负载上流过的电流1）负载对称时，相电流对称，即：1）各相按公式单独计算；2）为已知，然后根据电压和负载求电流。2024/6/1629负载三角形（△）联结时三相电路的计算

负载对称时（即ZA=ZB=ZC）负载不对称时线电流

每根相线上流过的电流2）对称三角形负载有，且线电流比相应的相电流滞后30°。为此线电流也对称，即各相按

公式单独计算。2024/6/1630结论：1）无论负载对称与否，负载的相电压与电源的线电压相等。即：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：UAB=UBC=UCA=Ul=UP；2）对称三角形负载有，线电流比相应的相电流滞后30。2024/6/16312）三相交流电路的功率表4-8三相交流电路功率计算

功率计算方法负载对称负载不对称有功功率三相负载总的

有功功率等于各相有功功率之和不对称负载时各相分别计算相应功率，再求和。具体如下：；

无功功率三相负载总的

无功功率等于各相无功功率之和视在功率三相负载总的

视在功率等于各相视在功率之和2024/6/16323）三相负载的联接原则：三相负载连接时应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的联接方式无关。当负载的额定电压=电源的线电压时，应作D

联结；当负载的额定电压=电源线电压时，应作Y联结/。注：三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三角形，而照明负载一般都联结成星形（且具有中性线）。2024/6/16333、三相交流电动机实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机，其中将机械能转换为电能的设备成为发电机，将电能转化为机械能的设备成为电动机。1）三相异步电动机三相异步电动机由静止的定子和可以转动的转子两大部分组成，定子与转子之间有一很小的气隙。定子主要由机座、定子铁心和定子绕组等组成转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成。2024/6/16341）三相异步电动机的结构图4-21三相异步电动机的内部结构图4-20三相异步电动机的外部结构2024/6/16352）三相异步电动机工作原理三相异步电动机从静止到开始旋转主要经历了如下几个重要环节的物理变化：

图4-22三相异步电动机的定子绕组、转子绕组由此可知：异步电动机是通过载流的转子绕组在磁场中受力而使电动机旋转的，而转子绕组中的电流由电磁感应产生，并非外部输入，故异步电动机又称感应电动机。2024/6/1636（1）旋转磁场的产生规定：i:“+”

→首端流入，尾端流出；

i:“–”→尾端流入，首端流出；；

图4-23三相交流电机定子绕组输入三相交流电源2024/6/1637定子对称三相绕组通入三相对称电流，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，每一相都将在电机气隙空间产生旋转磁场，三相电流产生的合成磁场也必将是一旋转的磁场。即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。合成旋转磁场变换情况具体如下图所示：合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°图4-24三相交流电机定子绕组生成合成旋转磁场2024/6/1638（2）旋转磁场的旋转方向磁场旋转方向取决于三相电流的相序。要改变电机的旋转方向，只要改变定子三相电流的相序即可，实际操作中只需任意调换两根电源进线即使磁场旋转反向。

图4-25合成磁场旋转方向与输入电源相序的关系2024/6/1639（3）异步电动机的旋转方向转子转动方向和旋转磁场的旋转方向一致。图4-26转子转动方向和旋转磁场的关系2024/6/1640（4）旋转磁场的极对数P注：如上图所示，定子每相绕组中通入三相交流电iA、iB、iC，此时形成的合成旋转磁场只有一对磁极N、S，则称极对数为1，即P=1。图4-27旋转磁场的磁极对数为12024/6/1641若将上图的定子绕组改为下图所示的每相绕组由两个线圈串联，而且绕组的始端之间互差60°，在每相绕组中通入三相交流电iA、iB、iC后，此时形成的合成旋转磁场有两对磁极N、S，则称极对数为2，即P=2。

图4-28旋转磁场的磁极对数为22024/6/1642（5）旋转磁场的转速旋转磁场的转速取决于磁场的极对数P。当p=1时，三相交流电流变化一个周期，合成的两极磁场在空间也正好旋转过一周，如果电流的频率为f1，则旋转磁场每分钟的转速为：n1=60f1（转/分）如工频：f1=50Hz，则旋转磁场的转速为：，当p=2时，则旋转磁场的转速为：2024/6/1643旋转磁场转速n1与极对数

p的关系为：当电动机为2p个磁极时，旋转磁场的转速为：可见：旋转磁场转速n1与频率f1和极对数p有关。式中：n1—电机同步转速；f1—电源频率；p—磁极对数表4-9旋转磁场转速n1与频率f1和极对数p的关系2024/6/1644（6）转差率

由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速

n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即如果：n=n1，则转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条，也就无转子电动势、转子电流和转矩，因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。为评价这种差别的程度大小，引入转差率的概念，即用旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率s。根据公式可知：转子转速n也可由转差率求得：注：异步电机运行中：2024/6/16453）三相异步电动机的电磁转矩及机械特性电磁转矩T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下，受到电磁力所形成的转距之总和。其物理表达式为：其中：CT--电磁转矩常数

ϕ--每极主磁通

I2--转子电流

cosφ2--转子回来功率因数但该式不方便测量和计算，经过演化推算出更方便分析和计算三相异步电动机特性的下式：2024/6/1646由公式可知：（1）T与定子每相绕组电压U12成正比。U1↓→T↓↓（2）当电源电压U1一定时，T是

s

的函数（3）R2

的大小对T有影响。绕线型异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转矩。根据转矩公式可绘制得出三相异步电动机机械特性曲线如下：2024/6/1647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。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)。4）三个重要转矩参数额定转矩TN最大转矩Tmax起动转矩Tst2024/6/1648表4-10三相异步电动机的主要参数名称符号含义表达式备注额定转矩TN电动机在额定负载时的转矩

最大转矩Tmax表征电机带动最大负载的能力，即临界转差率sm情况下电机能输出的转矩。转转子轴上实际承受的机械负载转矩T2不能大于最大转矩Tmax，否则将造成电机堵转(停车)。2024/6/1649名称符号含义表达式备注过载系数KM

一般三相异步电动机的过载系数为T2

<Tmax起动转矩

Tst电动机在启动时刻具有的转矩电机启动时：n

=

0s=

1一般鼠笼异步电动机的启动能力为1.0～2.0。注意：只有Tst

>T2时，电机才能起动，否则不能起动。起动能力KstKst体现了电动机带载起动的能力。2024/6/16505）三相异步电动机的起动三相异步电动机起动时：由于n=0、s=1，接通电源后会出现起动电流大，起动转矩小的起动问题，如一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7倍，电动机的起动转矩为额定转矩的(1.0~2.2)倍。这种问题带来的直接后果就是大电流会使电网电压降低，影响邻近负载的工作，同时频繁启动时会造成热量积累，使电机过热。造成这种情况的根本原因在于：起动时，转子转速n=0，而定子线圈通电后产生的旋转磁场与转子中的线圈产生相对运动，而且相对运动变化速率趋于无穷大，故在转子线圈中感应出的感应电动势↑→转子电流↑→定子电流↑，使电机过热。2024/6/1651相异步电机的起动方法：(1)直接起动：20-30千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动，该方法简单，但起动电流较大，易影响电网上其他负载正常工作。(2)降压起动：在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流。鼠笼式电动机常用的降压起动方法有Y－D换接启动和自耦降压启动。(3)转子串电阻启动：用于绕线式异步电动机的启动注：自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联接成Y形而不能采用Y－D起动的鼠笼式异步电动机。自耦降压起动的具体方法请自行查阅资料说明实现该起动方法的思路2024/6/1652▲Y－D

起动

图4-30Y－D

起动器接线简图2024/6/1653设电机每相阻抗为Z，分析可知：降压起动时的电流为直接起动时的1/3。{Y－D

起动应注意的问题：（a）可采用星三角起动器来实现。（b）仅适用于正常接法为三角形接法的电动机。

（c）Y－D

起动时，起动电流减小的同时，起动转矩也减小了。所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合2024/6/1654▲转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）图4-31转子串电阻起动电路连接起动时将适当的R串入转子电路中，起动后将R短路。转子电路串电阻起动的特点：若电阻R选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩，该起动方法常用于要求起动转矩较大的生产机械上。2024/6/16556)三相异步电动机的调速(1)变频调速(无级调速)图4-32变频调速由公式转速公式该方法的频率调节范围为0.5~几百赫兹，可实现无级平滑调速，调速性能优异，目前正获得越来越广泛的应用。可推出三相异步电动机有三种电气调速方法，分别为：变频调速方法具体又分为恒转矩调速（f1<f1N）和恒功率调速（f1>f1N）。变频调速思路如下：2024/6/1656（2）变极调速(有级调速)采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。图4-33磁极对数为2的有级调速图4-34磁极对数为1的有级调速其思路如下图所示：2024/6/1657（3）变转差率调速(无级调速)变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是：调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大，这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。此不详述，有兴趣的同学可查阅资料学习。2024/6/1658

7）三相异步电动机的制动

在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。图4-35能耗制动工作原理如图所示。（1）能耗制动2024/6/1659停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。图4-36反接制动工作原理如图所示

（2）反接制动2024/6/1660（3）发电反馈制动图4-37发电反馈制动当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距，电动机进入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。工作原理如图所示2024/6/16618）三相异步电动机的正、反转方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。图4-38三相异步电动机的正、反转控制具体如图所示2024/6/16629）三相异步电动机铭牌数据（1）型号：用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。例如：380/220V、Y/D

，是指：线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用

D联结。（2）电压：电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。2024/6/1663（3）电流：电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。例如：Y/D

，6.73/11.64A，表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。笼型电机：h=72~93如：n

N=1440转/分，sN=0.04。（4）功率与效率：额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率

P2，它不等于从电源吸取的电功率

P1。（5）额定转差率：2024/6/16644、低压电器的基本知识1）低压电器：指用在交流50Hz、额定电压1200V以下及直流额定电压1500V以下的电路中，能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或电气设备的切换、控制、保护、检测和调节的工业电器。2）低压电器一般由感应和执行两部分组成。感应部分接受外界的信号并作出有规律的反应。如：（1）在自动切换电器中，感应部分大多由电磁机构组成，如交流接触器的线圈、铁心和衔铁构成电磁机构。（2）在手动电器中，感应部分通常为操作手柄，如主令控制器由手柄和凸轮块组成感受部分；执行部分根据指令要求执行电路接通、断开等任务。如：（1）交流接触器的触点连同灭弧装置；（2）对自动开关类的低压电器，还具有中间（传递）部分，它的任务是把感应和执行两部分联系起来，使它们协同一致，按一定的规律动作。2024/6/1665表4-11低压电器的分类分类依据名称举例（请查阅资料自行填写）动作性质手动电器

自动电器

电器性能和用途控制电器

保护电器

有无触点有触点电器

无触点电器

工作原理电磁式电器

非电量控制电器问答互动2024/6/1666知识准备3)常用低压电器(1)按钮开关请参照项目二中相应内容说出按钮开关的组成结构及其电路符号。问答互动2024/6/1667性质和作用：按钮开关属于主令电器，是一种短时接通或断开小电流电路的手动低压控制电器，常用于控制电路中发出启动、停止、正转或反转等指令，通过控制继电器、接触器等动作，从而控制主电路的通断。动作原理：按下按钮帽，其常开触点闭合，常闭触点断开，松开按钮帽，在复位弹簧的作用下，触点复位。按钮触点允许通过的电流很小，一般不超过5A，不能直接控制主电路的通断。种类：按钮通常有常开按钮、常闭按钮、复合按钮和带灯按钮等。按钮选用：应根据它的作用，从触点数、颜色和形状等方面考虑，安装时要根据控制工艺要求，合理布局，整齐排列。2024/6/1668（2）行程开关图4-39行程开关外观行程开关外形如图所示。性质：行程开关又称限位开关或位置开关，其作用和原理与按钮相同，只是其触头的动作不是靠手动操作，而是利用生产机械某些运动部件的碰撞使其触头动作。行程开关触点通过的电流一般也不超过5A。类型：行程开关有多种构造形式，常用的有按钮式（直动式）、滚轮式（旋转式），其中滚轮式又有单滚轮式和双滚轮式两种，2024/6/1669行程开关的选用原则：主要应根据被控制电路的特点、要求及生产现场条件和所需触头数量、种类等因素综合考虑。行程开关的型号意义：2024/6/1670（3）万能转换开关万能转换开关是一种用于控制多回路的主令电器，由多组相同结构的开关元件叠装而成。外形及凸轮通断触头情况如下图所示。图4-40LW5系列万能转换开关外形及触头通断示意图2024/6/1671（4）交流接触器接触器外形结构图4-41交流接触器外观及内部结构2024/6/1672表4-12常见交流接触器交流接触器CJTI系列交流接触器CJ12系列-3真空接触器CKJ-160/380-1

接触器性质作用：是一种通用性很强的自动式开关电器，是电力拖动和自动控制系统中一种重要的低压电器，它可以频繁地接通和断开交、直流主电路和大容量控制电路，具有欠压释放保护和零压保护功能。2024/6/1673接触器类型：接触器按通过其触点的电流种类不同可分为交流接触器和直流接触器，而且交、直流接触器的工作原理基本相同。接触器型号常用交流接触器的类型CJ20、CJ12、CJ15、CJ16、CJ19、CJ24、CJ40、CJX1(3TB/3TF)、CJX2(LCD-1)、CJT12024/6/1674接触器工作原理：①当接触器的电磁线圈接通电源时，线圈电流产生磁场，使静铁心产生足以克服弹簧反作用力的吸力，将动铁心向下吸合，使常开主触头和常开辅助触头闭合，常闭辅助触头断开。主触头将主电路接通，辅助触头则接通或分断与之相联的控制电路。②当接触器线圈断电时，静铁心吸力消失，动铁心在反作用弹簧力的作用下复位，各触头也随之复位。接触器的使用选择原则：

①根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；②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；③额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。2024/6/1675(5)继电器继电器外形结构2024/6/1676继电器作用：主要用于控制与保护电路中进行信号转换，具有输入电路(又称感应元件)和输出电路(又称执行元件)，当感应元件中的输入量(如电流、电压、温度、压力等)变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制回路。类型：控制继电器种类繁多，常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器，以及温度、压力、计数、频率继电器等等。注：电压、电流继电器和中间继电器属于电磁式继电器，其结构、工作原理与接触器相似，由电磁系统、触头系统和释放弹簧等组成，但由于继电器用于控制电路，流过触头的电流小，故不需要灭弧装置。2024/6/1677（6）熔断器结构外观熔断器选用原则：①对于照明线路等无冲击电流负载，其熔体额定电流应等于或稍大于线路工作电流；②对一台异步电动机的保护，其熔体额定电流可按电动机额定电流的1.5~2.5倍来选择；③对多台电动机共用一个熔断器保护，其熔体额定电流可按容量最大一台电动机的额定电流的1.5~2.5倍加上其余电动机的额定电流之和来选择。图4-42常见熔断器外观作用：主要串接于被保护电路的首端用来短路和严重过载保护。2024/6/1678（7）低压断路器断路器在电路中作接通、分断和承载额定工作电流，并能在线路和电动机发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠的保护。断路器的动、静触头及触杆设计成平行状，利用短路产生的电动斥力使动、静触头断开，分断能力高，限流特性强。（8）空气断路器空气断路器功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器，具有多种保护功能(过载、短路、欠电压保护等)、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。2024/6/1679图4-43空气断路器的基本结构2024/6/1680表4-13空气断路器外观及电路符号名称实物外观电路符号名称实物外观电路符号单极空气开关

两极空气开关

2024/6/1681（9）电路中的开关开关在电路中通常可分为单联开关与双联开关两种，单联开关也有一位、两位、三位等多位开关，都集中在一个板面上，具体如下表所示。开关名称实物外观电路符号单联开关

双联开关

电路中开关连接的注意事项：（1）“火线进开关，零线进灯头”，即开关在使用中要将火线接入开关中，以达到控制负载通断的目的。（2）单联开关在电路中单个使用便可控制电路的通断，双联开关在电路中需两个配套使用才能控制电路的通断，如图所示。表4-14常见单联、双联开关外观及电路符号2024/6/1682（10）电路中的插座表4-15常见电源插座外观及电路符号名称插座外观及其电路符号插座电路连接方法单相插座

三相插座

带开关插座

插座连接的注意事项：对于单相插座的接法来说，通常两眼插座按“左零右火”的接法来接；三眼插座按“上地左零右火”的接法来接。插座通常可分为单相插座和三相插座，其中单相插座又有单相两孔和三孔插座，具体如下表所示。2024/6/1683（11）电度表类型：电度表是用于记录用户消耗电能多少的仪表，使用中常有如下几种类型：电度表型号：单相电度表主要参数：额定电压：220v；额定电流：３A（最大额定电流：6A）；电度表常数：1200r/(kw.h)；频率：50Hz2024/6/1684表4-16几种常用的电度表电度表名称实物外观电度表名称实物外观DT862型单相电度表

ic卡/接触式单相电能表

电子式单相电度表

ic卡/非接触ic卡单相电能表2024/6/1685电度表名称实物外观电度表名称实物外观三相四线电度表

三相四线互感器电度表

（电路符号）电源与电度表的连接方法：

在使用中，电度表接线遵循“1、3接进线，2、4接出线”的原则，即：电度表的1、3端子电源接进线，其1号端子接火线，3号端子接零线；电度表的2、4端子接出线，2号端子为火线，4号端子为零线。2024/6/1686（12）漏电保护器

漏电保护器又称剩余电流保护器(RCD)，是低压供电系统普遍采用的预防人体触电的五大措施(电气设备绝缘、保护接零(地)、等电位联结、漏电保护器和电工安全用具措施)之一.

2024/6/1687任务实施【任务技能准备】1、安全用电操作技能

安全用电是指在用电和电气操作中保证人身安全及设备安全，是电工操作的头等大事。表4-17常见的触点方式触电方式含义示意图单相触电单相触电是指人站在地面区域接地导体上，人体触及一相带电体的触电事故。大部分触电事故是单相触电事故。1)常见触电方式2024/6/1688触电方式含义示意图两相触电人体的两处同时触及两相带电体的触电事故，这时人体承受的是380V的线电压，其危险性一般比单相触电大。跨步电压触电在高压接地点附近地面电位很高，距接地点越远则电位越低。应立即将故障地点隔离，不能随便触及，也不能在故障地点附近移动。已受到跨步电压威胁者应采取单脚或双脚并拢方式迅速跳出危险区域。2024/6/16892）影响电流对人体伤害程度的因素表4-18影响电流对人体伤害程度的因素影响因素具体情况通过人体

的电流值电流是危害人体的直接因素，一般认为30mA以下是安全电流。人体电阻值一般在干燥环境中，人体电阻大约在2kΩ左右；皮肤出汗时，约为lkΩ左右；皮肤有伤口时，约为800Ω左右。人体触电时，皮肤与带电体的接触面积越大，人体电阻越小。电流通过人体时间的长短

电流在人体内持续的时间越长，使人体发热和电解越严重，电阻减小，使流过人体的电流逐渐增大，伤害越来越大。电流流过

人体的途径电流从头部到身体任何部位及从左手经前胸到脚的途径是最危险的。电流的频率直流电、高频和超高频电流对人体的伤害程度较小。例如人体能耐受50mA的直流电流。触电电压电压越高对人体的危险越大，通常规定36V或36V以下的电压为安全电压。2024/6/16903）安全用电保护用具绝缘手套、绝缘鞋、绝缘垫、绝缘工具4）安全用电保护方式安全用电的常见保护方式有保护接地、保护接零、防雷、漏电保护等措施，需要很清楚的掌握这些方式的操作方法其含义如下：▲保护接地——是指将电气设备不带电的金属外壳与大地做电气连接称为保护接地。▲保护接零－－是指将电气设备不带电的金属外壳与电源的零线相连接称为保护接零。另外与此相关的概念还有：★工作接地－－接地电网中的中性点接地称为工作接地。★重复接地－－系统中除工作接地外，还在整个零线的其他部位再进行的接地称为重复接地2024/6/1691（1）保护接地：就是把用电设备的金属外壳与接地体连接起来，使用电设备与大地紧密连通。保护接地原理图不接地危险性示意图图4-44保护接地2024/6/1692在电源为三相三线制中性点不直接接地或单相制电力系统中应设保护接地线。若漏电设备已采取接地保护措施，故障电流将会通过接地体流散，流过人体的电流仅是全部接地电流中的一部分。在电源为三相五线制变压器中性点直接接地的电力系统中，如果单纯采取保护接地，当某相发生碰壳短路时，人体与保护接地装置处于并联状态，加在人体上的电压等于接地电阻的电压降，一般可达110V，这个电压对人体还是很危险的。在380/220V低压系统中，接地电流很小，一般不超过几安，所以规定接地电阻不大于4欧姆，当容量在100千伏安以下时，接地电阻可放宽不大于10欧姆。2024/6/1693（2）保护接零图4-45保护接零保护接零就是把电气设备在正常情况下不带电的金属部分与电网的零线紧密地连接起来，如下图所示。2024/6/1694在电源为三相四线制变压器中性点直接接地的电力系统中应采用保护接零，其利用电源零线使设备形成单相短路，促使线路上保护装置迅速动作切断电源。在三相四线制电力系统中，不允许只对某些设备采取接零，而对另外一些设备只采取保护接地而不接零。正确的做法是采取重复接地保护装置，就是将零线上的一处或多处通过接地装置与大地再次连接。通常是把用电设备的金属外壳同时接地和接零。还应该注意*零线回路中不允许装设熔断器和开关。*另外，三相四线制电路的零线截面，不宜小于相线截面的75%。2024/6/1695（3）防雷保护

一般由雷电引起局部地区感应过电压，在架空线路可达300～400kV，在低压架空线路上可达100kV，在通信线路上可达40～60kV，使用电设备直接遭受雷击或雷电波侵入。防止雷电波侵入的主要措施是：在输电线路等能够引起雷电波侵入的设备在进入建筑物前装设避雷器保护装置，这样可以将雷电高电压限制在一定的范围内，保证用电设备不被高电压冲击击穿。（4）漏电保护漏电保护器能迅速断开发生人身触电、漏电和单相接地故障的低压线路。家庭中安装的漏电保护器，主要作用是防止人身触电。漏电开关的动作电流值，一般不大于30mA，动作时间一般不超过0.1s。2024/6/16965）安全用电注意事项（1）判断电线或用电设备是否带电，必须用试电器（或测电笔等），决不允许用手去触摸。（2）在检修电气设备或更换熔体时，应切断电源，并在开关处挂上“严禁合闸”的牌子。（3）安装照明线路时，开关和插座离地一般不低于1.3m。有必要时，插座可以装低，但离地不应低于15cm。不要用湿手去摸开关、插座、灯头等，也不要用湿布去擦灯泡。（4）在电力线路附近，不要安装收音机、电视机的天线，不放风筝；不要在带电设备周围使用钢板尺，严禁用铜丝代替熔丝。（5）发现电线或电气设备起火，应迅速切断电源，在带电状态下，决不能用水或泡沫灭火器灭火。（6）雷电天尽量不外出；遇雨时不要在大树下躲雨或站在高处，而应就地蹲在低洼处，并尽量将双脚并拢。2024/6/16972、触电急救触电以后，会出现神经麻痹、呼吸困难、血压升高、昏迷、痉挛，直至呼吸中断、心脏停跳等险象，呈现昏迷不醒的状态。如果未见明显的致命外伤，就不能轻率地认定触电者已经死亡，而应该看作是“假死”，施行急救。有效的急救在于“快”而得法。即用最快的速度，施以正确的方法进行现场救护，多数触电者是可以复活的。触电急救的第一步是使触电者迅速脱离电源，第二步是现场救护。2024/6/1698表4-19触电急救方法

注意事项第一步：使触电者脱离电源低压电源拉就近拉开电源开关、拔出插销或瓷插保险。1)救护人不得采用金属和其他潮湿的物品作为救护工具。2)未采取绝缘措施前，救护人不得直接触及触电者的皮肤和潮湿的衣服。

切用带有绝缘柄的利器切断电源线。切断时应防止带电导线断落触及周围的人体。多芯绞合线应分相切断，以防短路伤人。挑如果导线搭落在触电者身上或压在身下，这时可用干燥的木棒、竹竿等挑开导线或用干燥的绝缘绳套拉导线或触电者，使之脱离电源。拽救护人可戴上手套或在手上包缠干燥的衣服、围巾、帽子等绝缘物品拖拽触电者，使之脱离电源。垫如果触电者由于痉挛手指紧握导线或导线缠绕在身上，救护人可先用干燥的木板塞进触电者身下使其与地绝缘来隔断电源，然后再采取其它办法把电源切断。2024/6/1699

注意事项第一步：使触电者脱离电源高压电源立即电话通知有关供电部门拉闸停电。3)在拉拽触电者脱离电源的过程中，救护人宜用单手操作，这样对救护人比较安全。4)当触电者位于高位时，应采取措施预防触电者在脱离电源后坠地摔伤或摔死。5)夜间发生触电事故时，应考虑切断电源后的临时照明问题，以利救护。如电源开关离触电现场不甚远，则可戴上绝缘手套，穿上绝缘靴，拉开高压断路器，或用绝缘棒拉开高压跌落保险以切断电源。往架空线路抛挂裸金属软导线，人为造成线路短路，迫使继电保护装置动作，从而使电源开关跳闸。抛挂前，将短路线的一端先固定在铁塔或接地引线上，另一端系重物。抛掷短路线时，应注意防止电弧伤人或断线危及人员安全，也要防止重物砸伤人。如果触电者触及断落在地上的带电高压导线，且尚未确证线路无电之前，救护人不可进入断线落地点

8～10m的范围内，以防止跨步电压触电。进入该范围的救护人员应穿上绝缘靴或临时双脚并拢跳跃地接近触电者。触电者脱离带电导线后应迅速将其带至8～10m以外立即开始触电急救。只有在确证线路已经无电，才可在触电者离开触电导线后就地急救。2024/6/16100第二步：现场救护

人工呼吸清除口中异物→仰头抬颌→口对口→捏鼻翼→先吹两大口→正常吹气（每分钟12次左右）胸部按压首先，将触电者头、胸水平放置，最好躺在坚硬平面上；然后，按压胸骨中下三分之一交界处下压3.5-4.5厘米，按压时手指不得压在胸壁上，以免引起肋骨骨折，上抬时手不离胸，以免移位，垂直按压，以免压力分散；另外，人工呼吸与胸外按压应同时交替进行，注意按压与放松时间相等，用力均匀，每分钟按压80-100次，直至恢复心跳呼吸。2024/6/16101注意：参照安装步骤及工艺要求、技能准备中的知识要求进行练习，经指导教师审阅合格后才能动手实施。2024/6/16102项目任务1：

结合项目四进一步熟悉电路中的各电器元件及其作用，并尝试分析图4-3中所示电动机往返控制电路的工作过程。图4-3电动机往返控制电路技能操作任务2024/6/161031、操作步骤1）按电路图4-3准备所有电工工具和电器元件，并对该线路所用到的元件进行核对和校验。

器材名称工具尖嘴钳、螺钉旋具、活络扳手等仪表T10—A电流表、T10—V电压表、MF30型万用表、5050型兆欧表电器元件HK系列开启式负荷开关、LA10系列按钮、JLXK1系列行程开关、RC1A系列插入式熔断器或RL1系列螺旋式熔断器、

CJ10—20交流接触器、JR16系列热继电器、

JS7—A系列时间继电器、JZ7系列中间继电器操作任务实施表4-20所需的电工工具和电器元件

2024/6/161042）按电路图安装布置电器元件；3）按工艺要求进行接线；4）接线完成后，按电路图检查布线的正确性，并用万用表进行检查电路是否存在短路现象或者有地方没有接通；5）检查无误后，接电源通电；2024/6/161052、安装工艺要求1）布线通道尽可能少，同路并行导线按主、控电路分类集中，单层密排，紧贴安装面布线；2）同一平面的导线应高低一致或前后一致，不能交叉；3）布线应横平竖直，分布均匀；4）布线时禁止损伤线芯和导线绝缘；5）布线顺序一般以接触器为中心，由里向外，由低到高，先控制电路，后主电路的进行；6）在每根剥去绝缘层导线的两端套上编码套管；7）导线与接线端子或接线桩连接时，不得压绝缘层、不反圈及不露铜过长；8）同一元件、同一回路的不同接点的导线间距离应保持一致；9）一个电器元件接线端子上的连接导线不得多余两根，每节接线端子板上的连接导线一般只允许连接一根。2024/6/161063、安装操作注意事项1）行程开关在外面看不见常开常闭触点，所以必须要用万用表进行测量，切忌大约判断；2）KM1和KM2主触头之间的连线要看清楚，注意线路的换相；3）时间继电器的端口必须清楚，接线时再确认一遍，注意端口冲突；4）工具和仪表使用要正确，在排除故障过程中，故障分析的思路和方法要正确；5）带电检修故障时，必须有指导教师在现场监护，并要确保安全用电。2024/6/16107107电机常识知识拓展1、电机的分类2024/6/16108表4-21常用电机的分类电机名称电机特点电机外观力矩电机（具体有直流力矩电动机和交流力矩电动机两种）直流力矩电机是一种扁平型多极永磁直流电动机，其电枢有较多的槽数、换向片数和串联导体数，以降低转矩脉动和转速脉动。

交流力矩电机又可以分为同步和异步两种，目前常用的是鼠笼型异步力矩电动机，它具有低转速和大力矩的特点。一般在纺织工业中经常使用交流力矩电动机。

伺服电机能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的，主要应用在各种运动控制系统中，尤其是随动系统。2024/6/16109步进

电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，由于其具有结构简单、可靠性高和成本低的特点，所以广泛应用在生产实践的各个领域，尤其是在数控机床制造领域、另外也可用于打印机、绘图仪中。

开关磁阻电机是一种新型调速电动机，结构极其简单且坚固，成本低，调速性能优异，是传统控制电动机强有力竞争者，具有强大的市场潜力。

无刷直流电机无刷直流电机在重量和体积上要比有刷直流电机小的多，相应的转动惯量可以减少—50%

同步

电动机与异步电机的定子结构基本相同，区别在于三相同步电机转子是永久磁铁组成的，工作时“紧跟”定子的旋转磁场一起转动，故名“同步”，主要用于大型机械，如鼓风机、水泵、压缩机、轧钢机以及小型、微型仪器设备或者充当控制元件。

2024/6/161102、步进电机之前学习的直流电动机、异步电动机等都是作为动力使用的电机，通过对其速度的控制来实现电能到机械能转换的效率。下面学习一种位置控制型电机，具体来说是一种专门用于速度和位置精确控制的特种电机。1）工作原理：利用电磁铁原理，将脉冲信号转换成线位移或角位移，每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离，故称步进电机。2）特点：（1）来一个脉冲，转一个步距角；（2）控制脉冲频率，可控制电机转速；（3）改变脉冲顺序，改变方向。

因为这个特点步进电机可以作为执行元件和现代的数字控制技术相结合，广泛应用在各种自动化控制系统中，特别适合于机电一体化产品。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。2024/6/161113）步进电机的结构步进机也主要由定子和转子两部分构成，而且它们均由磁性材料构成，下图所示的定子和转子上分别有六个、四个磁极，而且定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进电机通的是直流电脉冲，这里主要是指线图的联接和组数的区别。

图4-46步进电机的控制绕组图4-47步进电机的结构2024/6/161124）步进电机的工作原理分析下面以步进电机三相单三拍的工作方式来说明其工作原理和过程，具体如下表所示，其他的三相单双六拍、三相双三拍等工作方式不再详述，请查阅相关资料了解。表4-22步进电机三相单三拍的工作方式通电顺序转子旋转过程过程描述旋转角度A相通电

A方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，促使转子、定子的齿对齐停止转动。A相通电使转子1、3齿和AA'相轴线对齐，转子顺时针转过30°。2024/6/16113B相通电

B方向的磁通经转子形成闭合回路。

若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，促使转、定子的齿对齐停止转动。B相通电使转子2、4齿和BB'相轴线对齐，转子顺时针再转过30°。C相通电

C方向的磁通经转子形成闭合回路。

若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，促使转、定子的齿对齐停止转动。C相通电使转子1、3齿和CC'相轴线