电工电子技术基础（第2版）（微课版）（AR+H5交互）课件 模块1 项目3 家用配电与电机控制技术

电工电子技术基础（第2版）（微课版）（AR+H5交互版）模块1电工技术基础项目3家用配电与电机控制技术模块1常用低压电器的识别与检测三相异步电动机及其控制目录Contents任务3.1任务3.2安全用电任务3.3项目目标知识路径常用低压电器的识别与检测任务

3.1任务3.1常用低压电器的识别与检测低压电器是一种能根据外界的信号和要求,手动或自动地接通、断开电路,以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。控制电器按其工作电压的高低,以交流1200V、直流1500V为界,可划分为高压控制电器和低压控制电器两大类。常用的低压电器有低压断路器、交流接触器、热继电器、熔断器、按钮和组合开关等。能正确识别低压电器并且完成对其的检测,对于家庭户内配电箱的安装具有重要意义。常用低压电器的识别与检测低压断路器的识别与检测任务3.1.1

低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，集控制和多种保护功能于一体，在线路正常工作时，它作为电源开关接通和分断电路；当电路中发生短路、过载和失电压等故障时，其能自动跳闸切断故障电路，从而保护线路和电气设备。它主要用在交直流低压电网中，既可手动又可电动分合电路，且可用于对电路或用电设备进行过载保护、短路保护和欠电压保护等，也可用于不频繁启动电动机。如果低压断路器的额定电流选择偏小，则低压断路器易频繁跳闸，引起不必要的停电；如果选择过大，则达不到预期的保护效果。因此家装低压断路器时，正确选择额定电流很重要。低压断路器实物如图3-1所示，三相低压断路器的图文符号如图3-2所示。1．低压断路器的识别3.1.1低压断路器的识别与检测3.1.1低压断路器的识别与检测

将开关扳到合闸位置，用万用表的电阻挡测试各对触头之间的接触情况。使用低压断路器来实现短路保护比使用熔断器要好，因为当三相电路短路时，很可能只有一相的熔断器熔断，造成单相运行。对于低压断路器来说，只要造成短路都会使开关跳闸，将三相同时切断。低压断路器还有其他自动保护作用，所以性能优越，但它结构复杂，操作频率低，价格高，因此适用于要求较高的场合（如电源总配电盘）2．低压断路器的检测交流接触器的识别与检测任务3.1.23.1.2交流接触器的识别与检测接触器是用来频繁接通和断开电路的自动切换电器，它具有手动切换电器所不能实现的遥控功能，同时还具有欠电压保护、失电压保护功能，但不具备短路保护和过载保护功能，所以常与熔断器、热继电器等保护电器配合使用。接触器按电流种类通常分为交流接触器和直流接触器两类。

左边是直流接触器，右边是交流接触器3.1.2交流接触器的识别与检测交流接触器的识别交流接触器的主要部分包括电磁系统、触点系统和灭弧装置等,其外形如图3-3所示。当给交流接触器的线圈通入交流电时,在铁芯上会产生电磁吸力,克服弹簧的反作用力,将衔铁吸合,衔铁的动作带动动触点的运动,使静触点闭合;当线圈断电后,铁芯上的电磁吸力消失,衔铁在弹簧的作用下回到原位,各触点也随之回到原位。交流接触器的主要控制对象是电动机。交流接触器的触头按通断能力可分为主触头和辅助触头。主触头主要用于通断电流较大的电路(此电路称主电路),它的体积较大,一般由3对常开触头组成。辅助触头主要用于通断电流较小的电路(此电路称控制电路),它的体积较小,有常开触头和常闭触头之分。常见的交流接触器的图文符号如表3-1所示。3.1.2交流接触器的识别与检测3.1.2交流接触器的识别与检测

3.1.2交流接触器的识别与检测3.1.2交流接触器的识别与检测热继电器的识别与检测任务3.1.33.1.3热继电器的识别与检测1．热继电器的识别

检查并调换零件热继电器是利用发热元件感受到的热量而动作的一种保护继电器，一般和交流接触器配合使用。热继电器装在交流接触器的下端，热继电器的辅助触点（常闭触点）和交流接触器的线圈串联，发热元件接入电机主电路，这样当热继电器长时间过载时，双金属片被烤热，双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开，从而将交流接触器线圈的电源断开，保护后面的负载。

热继电器主要对电动机进行过载保护、断相保护、电流不平衡运行保护等，主要用来对三相异步电动机进行过载保护。热继电器的外形如图3-4所示。3.1.3热继电器的识别与检测热继电器的图文符号如表3-3所示。3.1.3热继电器的识别与检测2．热继电器的检测①外观检查：查看热继电器是否完好无缺，各接线端和螺钉是否完好。②用万用表的电阻挡检测各主触头、辅助触头的进端和出端接触是否良好，正常情况下

R=0。③检查负荷电流是否和发热元件的额定电流相符。④检查热继电器与外部的连接点有无过热现象。⑤检查与热继电器连接的导线的截面是否满足要求，有无因发热而影响发热元件正常工作的现象。⑥检查热继电器的运行环境温度有无变化，温度是否超过允许范围（−30～40℃）。⑦检查热继电器动作是否正确。⑧检查热继电器周围环境温度与被保护设备周围环境温度的差值，当热继电器使用的环境温度高于被保护电动机的环境温度15℃以下时，应使用大一号额定电流等级的热继电器；当继电器使用的环境温度低于被保护电动机的环境温度15℃以下时，应使用小一号额定电流等级的热继电器。3.1.3热继电器的识别与检测热继电器的常见故障现象有误动作、不动作、发热元件烧坏等，具体如表3-4所示。熔断器的识别与检测任务3.1.43.1.4熔断器的识别与检测01熔断器俗称保险丝,它主要由熔断体(熔丝)和放置熔断体的绝缘管或绝缘座组成,熔断体是熔断器的核心部分。熔断器应与电路串联,它主要用于短路保护或严重过载保护。

熔断器可分为磁插式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器等。熔断器的识别02磁插式熔断器因为具有结构简单、价廉、外形小、更换熔丝方便等优点,所以被广泛

地用于中、小容量的控制系统中。磁插式熔断器3.1.4熔断器的识别与检测（2）螺旋式熔断器螺旋式熔断器在熔断管内装有熔丝，并填充有石英砂，用于熄灭电弧。熔断管口有色标，以显示熔断信号，当熔断器熔断的时候，色标被弹簧的反作用力弹出后自动脱落，通过瓷帽上的玻璃窗口可看见该现象。熔断器的熔体应与被保护的电路串联。当电路正常工作时，熔体允许一定大小的电流通过而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量使温度达到熔体的熔点时，熔体熔断，切断电路，从而实现保护。熔断器的图文符号如表3-5所示。3.1.4熔断器的识别与检测2.熔断器的检测电流通过熔体产生的热量与电流的平方和电流通过的时间成正比。因此,电流越大,熔体熔断的时间越短,这称为熔断器的反时限保护特性。熔体在小截面处熔断且熔断部位较短,一般是过负荷引起的;而大截面部位熔化无遗、熔丝爆熔或熔断部位很长,一般是短路引起的。①外观检测:检查熔断器外壳是否有损伤或变形,引线是否连接牢固,是否有明显的腐蚀和氧化现象。②导通测试:使用万用表或电阻表测量熔断器的导通情况。将测量仪表的两个探头分别接触熔断器的两端引线,如果读数为零,说明熔断器导通正常;如果读数为无穷大,则说明熔断器已失效。③耐压测试:使用高压测试仪对熔断器进行耐压测试。将熔断器放入测试仪器中,逐步增加电压,观察熔断器是否能够承受所需的电流负荷,并及时切断电源。④温度测试:使用红外线测温计对熔断器进行温度测试。将测温仪的探头对准熔断器表面,观察熔断器的表面温度是否过高,判断熔断器是否正常工作。一般来说,熔断器表面温度不应超过50℃。3.1.4熔断器的识别与检测熔断器的故障现象和维修方法如表3-6所示。按钮的识别与检测任务3.1.53.1.5按钮的识别与检测按钮的识别按钮是一种人工控制的指令电器,主要用来发布操作命令,接通或开断控制电路,控制机械与电气设备的运行。按钮允许通过的电流较小,不能直接操纵主电路的通断,而是在控制电路中发出“指令”去控制其他电器(如接触器、继电器等),再由它们去控制主电路的通断。按钮也可用于电气联锁线路中。按钮主要由按钮帽、复位弹簧、常闭触点、常开触点、接线柱及外壳等组成,其外形如图3-5所示。3.1.5按钮的识别与检测

由于按钮的触点结构、数量和用途的不同，按钮分为停止按钮（动断按钮）、启动按钮（动合按钮）和复合按钮（既有动断触点，又有动合触点）等。按钮的图文符号如表3-7所示。3.1.5按钮的识别与检测

由于按钮的触点结构、数量和用途的不同，按钮分为停止按（动断按钮）、启动按钮（动合按钮）和复合按钮（既有动断触点，又有动合触点）等。按钮的图文符号如表3-7所示。按钮的主要技术参数包括规格、结构形式、触点对数和按钮颜色等。选择时应根据使用场合、所需触点数及按钮颜色等因素考虑，一般红色表示停止，绿色表示启动，黄色表示干预。3.1.5按钮的识别与检测

组合开关的识别与检测任务3.1.63.1.6组合开关的识别与检测1．组合开关的识别组合开关由动触点（动触片）、静触点（静触片）、转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成，如图3-6所示。其动触点、静触点分别叠装于数层绝缘垫板之间，各自附有连接线路的接线柱。当转动手柄时，每层的动触点随方形转轴一起转动，从而实现对电路的接通、断开控制。在组合开关的内部有3对静触点，分别用3层绝缘板相隔，各自附有连接线路的接线桩，3个动触点互相绝缘，与各自的静触点对应，套在共同的绝缘杆上，绝缘杆的一端装有操作手柄，手柄每次转动90°，即可完成3组触点之间的开合或切换。3.1.6组合开关的识别与检测

开关内装有速断弹簧，用以加速开关的分断速度。组合开关的结构紧凑，安装面积小，操作方便，常用作机床设备的电源引入开关，也可用来接通或分断小电流电路，控制功率为5kW以下的电动机，其额定电流一般为电动机额定电流的1.5～2.5倍。由于组合开关的通断能力较弱，因此不适用于分断故障电路。组合开关的图文符号如表3-8所示。3.1.6组合开关的识别与检测2．组合开关的检测

①使用万用表测试：将万用表置于检测模式并将两个探头连接到组合开关的引脚。当组合开关打开时，读数应显示为无限制（OL），而组合开关关闭时则应该显示为零（0）。如果测量结果与预期值不同，则说明组合开关存在问题。②使用示波器测试：将示波器连接到组合开关的引脚，并将触发电路连接到相应的位置。打开组合开关后，能够看到正确的波形。如果信号不正常，则说明组合开关可能存在故障。

熔断器的故障排查和维修见表3-9.三相异步电动机及其控制任务

3.23.2三相异步电动机及其控制电动机是把电能转换成机械能的一种动力机械，根据用电性质，可以分为直流电动机

和交流电动机。交流电动机根据工作原理的不同，分为同步电动机和异步电动机，异步电

动机的应用十分广泛。三相异步电动机的基础知识任务3.2.1在日常生活里，可以看见大量电动机的应用例子，如洗衣机、电风扇、电动单车、电动汽车等。而三相交流电的规模化、高效率供配电等应用优势，使三相异步电动机成为现代制造业及日常生活中电动机的主流应用，如电梯、空调、工厂的自动化大功率设备等都是使用三相异步电动机进行控制的。了解、掌握三相异步电动机的基本构成和工作原理有助于后续的学习3.2.1三相异步电动机的基础知识1.三相异步电动机的构成三相异步电动机主要由定子、转子组成,定子和转子两个部分由气隙隔开。(1)定子定子是电动机的重要组成部分,由定子铁芯、定子绕组、机座等固定部分组成。定子铁芯是电机磁路的一部分,由0.5mm厚的硅钢片叠压制成,在其内圆冲有均匀分布的槽,需要在定子铁芯槽内对称地嵌放定子绕组。定子绕组是电机的电路部分,通常由漆包线绕制而成。三相异步电动机的三相绕组根据需要可以连接成三角形或星形,与电源相接的引线由机座上的接线盒端子板引出。机座的作用是支撑电动机,一般由铸铁或铸钢制成。3.2.1三相异步电动机的基础知识（2）转子转子主要由转子铁芯、转子绕组和转轴3个部分组成，固定在转轴上的就是转子铁芯，如图3-7（a）所示。鼠笼式异步电动机的转子绕组与定子绕组不同，在转子铁芯的槽内浇铸铝导条（或嵌放铜条），两边端部用短路环短接，形成闭合回路，如图3-7（b）、图3-7（c）所示。绕线式异步电动机的转子绕组与定子绕组相似，在转子铁芯槽内部嵌放转子绕组，三相转子绕组一般情况下为星形连接，绕组中的3根端线分别装在转轴上的3个彼此绝缘的铜质滑环上，再通过一套电刷装置引出，以便与外电路相连，用来启动和调速，如图3-8所示。绕线式异步电动机的转子绕组与定子绕组相似，在转子铁芯槽内部嵌放转子绕组，三相转子绕组一般情况下为星形连接，绕组中的3根端线分别装在转轴上的3个彼此绝缘的铜质滑环上，再通过一套电刷装置引出，以便与外电路相连，用来启动和调速，如图3-8所示。3.2.1三相异步电动机的基础知识

由图3-10可以看出，三相绕组中合成磁场的旋转方向是由三相绕组中电流变化的顺序决定的。若在三相绕组U、V、W中通入三相正序电流，则旋转磁场按顺时针方向旋转；若通入逆序电流，则旋转磁场按逆时针方向旋转。实际应用中，变换三相电相序，即可变换旋转磁场，也将变换电动机转子的旋转方向。3.2.1三相异步电动机的基础知识

3.2.1三相异步电动机的基础知识三相异步电动机的控制任务3.2.23.2.2三相异步电动机的控制

变极调速变极调速方法只适用于三相鼠笼式异步电动机,不适用于绕线式三相异步电动机。变极调速时需有一个较为复杂的转换开关,但整个设备相对来讲比较简单,常用于需要调速又要求不高的场合。变极调速能实现分级变速,不能实现无级调速。变极调速比较经济、简便,目前广泛应用于机床中的各拖动系统,以简化机床的传动机构。变频调速通过改变电源频率可以改变旋转磁场的转速,同时也可以改变转子的转速。这种调速方法需要为电动机设置专用的变频电源,设备成本高。但随着电子器件成本的不断降低和可靠性的不断提高,这种调速方法的应用将越来越广泛,如工农业生产中常用的风机、泵类是用电量很大的负载,其中多数均需在工作中实现变频调速。变转差率调速变转差率调速方法只适用于绕线式三相异步电动机。在绕线式三相异步电动机的转子回路中串联可调电阻,恒负载转矩下通过调节电阻的阻值大小,从而使转差率得到调整和改变。变转差率调速方法的优点是有一定的调速范围,且可实现无级调速,设备简单、操作方便;缺点是能耗较大,效率较低,并且随着调速电阻的增大,机械特性将变软,运行稳定性将变差,一般应用于短时工作且对效率要求不高的起重设备。3.2.2三相异步电动机的控制3.2.2三相异步电动机的控制3．三相异步电动机的反转

三相异步电动机的转动方向总是与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的旋转方向取决于通入异步电动机定子绕组中的三相电流的相序。因此，若要三相异步电动机反转，只需把接到其定子绕组上的3根电源线中的任意两根对调位置即可。

4．三相异步电动机的制动

正在运行的电动机断电后，由于物体的惯性，一段时间后电动机才能慢慢停止转动，但是为了提高生产机械的效率及安全性，往往要求电动机能够快速停转，或有的机械从安全角度考虑，要求限制电动机不致过速（如起吊重物下降的过程），这时就必须对电动机进行制动控制。采用一定的方法让高速运转的电动机迅速停转的过程称为制动。三相异步电动机常用的制动方法有以下3种。（1）能耗制动能耗制动的原理如图3-14所示。当电动机的三相定子绕组与交流电源断开后，将直流电通入定子绕组，产生固定不动的磁场。转子由于惯性转动，与固定磁场相切割而在转子绕组中产生感应电流，这个感应电流与固定磁场相互作用，从而产生制动转矩。这种制动方法把电动机轴上的旋转动能转变为电能，消耗在转子回路电阻上，故称为能耗制动。能耗制动的特点是制动准确、平稳，但需要直流电源，且制动转矩随转速降低而减小。能耗制动常用于生产机械中各种机床的制动。3.2.2三相异步电动机的控制

基本电气控制线路任务3.2.33.2.3基本电气控制线路1．电动机点动控制

电动机点动控制是非常简单的控制方式，其控制线路如图3-17所示。由图3-17可知，其工作原理是当电动机需要点动运转时，先合上低压断路器QF，再按下启动按钮SB，接触器KM的线圈得电，吸引衔铁动作，带动接触器的3对主触头向下运动闭合，电动机M得电运转；松开启动按钮SB，接触器线圈失电，主触头断开，电动机停转。点动控制线路较简单，在实际中应用很普遍。3.2.3基本电气控制线路2．电动机单向连续运转控制

电动机单向连续运转控制线路如图3-18所示。操作过程与工作原理：合上低压断路器QF→按下启动按钮SB1→接触器KM的线圈得电→3对主触头闭合，主电路接通，电动机启动运转；同时辅助常开触头KM闭合自锁→松开启动按钮SB1，电动机仍能连续运转。利用接触器本身的辅助常开触头使接触器线圈保持通电的过程称为自锁，为此常把接触器辅助常开触头称为自锁触头。若要电动机停止转动，则需按下停止按钮SB2→接触器KM线圈失电→KM主触头和自锁触头均断开。3.2.3基本电气控制线路3．电动机正反转控制电梯的升降、机床工作台的移动、横梁的升降等，其本质都是电动机的正反转。若要实现电动机的正反转，只需把电动机与三相电源连接的3根火线中的任意两根对调位置即可。图3-19所示为电动机接触器联锁的正反转控制线路。3.2.3基本电气控制线路按下停止按钮SB3时，电动机停转，工作台停止移动。若行程开关SQ1、SQ2失灵，则由极限保护行程开关SQ3和SQ4实现保护，从而避免运动部件因超出极限位置而发生事故。3.2.3基本电气控制线路5．多地控制

能在多地控制同一台电动机的控制方式叫作电动机的多地控制。图3-21所示为电动机两地控制线路，图中SB1和SB3为安装在甲地的启动按钮和停止按钮，SB2和SB4是安装在乙地的启动按钮和停止按钮。该线路的特点是，启动按钮并联在一起，停止按钮串联在一起。这样就可以分别在甲、乙两地控制同一台电动机，达到方便操作的目的。对于多地控制，只要按照将各地的启动按钮并联、停止按钮串联的连线原则即可实现。安全用电任务3.33.3安全用电一般情况下，人体由含有盐分的多种电解液组成，随个体状况及皮肤干燥程度不同，可被视为直流电阻在数百欧至数千欧不等的导体（可用万用表直接测量）。在几十伏的电压下，人体最多会感觉有点“麻”，但不会有其他问题；但是在人体淋湿，又恰巧碰到居家220V或工业380V电器漏电的情况时，人体皮肤、肌体会被烧焦，会引起心室纤维颤动、心脏骤停等，甚至危及生命。因此，在日常生活中，我们一定要注意电器的安全保护，特别是居家生活中厨房及卫生间的漏电、触电的预防工作。那么该如何做好漏电保护从而避免触电？3.3.1触电的危害与急救无论是我们的家庭生活还是工农业生产，都离不开电，电在给我们带来诸多方便的同时，若使用不当，也会给我们带来灾难性的后果。因此，我们需要学习一些安全用电常识。1．触电常识（1）电击电击是指人体接触带电体后，电流流过人体内部造成生理机能的损伤。电击是最严重的触电事故，严重时将引起昏迷、窒息，甚至心脏停止跳动、血液循环中止而死亡。

（2）电伤电伤通常是指在电流的作用下造成的人体外伤，常见的有灼伤、烙伤等。（3）人体触电方式

①单相触电。单相触电是指人体的一部分接触带电体时，另一部分与大地或中性线相接，电流从带电体流经人体到大地形成回路引起的触电，如图3-22所示。3.3.1触电的危害与急救②两相触电。

两相触电是指人体的不同部位同时接触两相电源带电体引起的触电，如图3-23所示。该触电方式下，人体所承受的电压是380V，远远高于单相触电时的220V电压，危害更大。单相触电或两相触电又称为直接触电。③跨步电压触电。

跨步电压触电是指电气设备发生接地故障时，在接地电流入地点周围的电位分布区行走的人的两脚之间的电位差引起的触电。接地点可以看作圆心，电压或电位在接地点最高，按半径方向离散、衰减，不相邻的两个圆之间就有电位差，人若在接近接地点的位置，迈步走时两脚跨步之间就有电位差，该电位差如果高于50V，就会对人体的安全产生威胁。3.3.1触电的危害与急救2．触电急救

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。（1）脱离电源

（2）现场救护

（3）注意事项

•动作一定要快，尽量缩短触电者的带电时间。

•切不可用手或金属或潮湿的导电物体直接触碰触电者的身体或与触电者接触的电线，以免引起抢救人员自身触电。•脱离电源的动作要用力适当，防止因用力过猛使带电电线击伤在场人员。•在帮助触电者脱离电源时，应注意防止触电者被摔伤。

•进行人工呼吸或胸外按压抢救时，不得轻易中断。3.3.2触电的预防1．预防直接触电的措施（1）绝缘措施用各种绝缘材料将带电体隔离、封闭起来的措施称为绝缘措施。合适的绝缘措施能有效防止触电事故的发生。根据绝缘材料的不同，绝缘措施可分为气体绝缘、液体绝缘和固体绝缘等。如高压线在空气中裸线架设，绝缘材料为气体；三相油冷式变压器中注满了变压器油，绝缘材料为液体；在印制电路板上安装电子元器件，绝缘材料为固体。（2）屏护措施

采用屏护装置将带电体与外界隔绝开的措施称为屏护措施。例如，电器的绝缘外壳，变压器的遮拦、栅栏，与地相接的金属网罩、金属外壳等都属于屏护