《摩托车照明电路》-学习情境3-子情境1

一、知识准备1.1认识三相交流电在电力系统中，发电和输配电一般都采用三相制供电，工厂生产用电是三相交流电。三相交流电路如图3-2所示。三相交流电源是由三个幅值相等、频率相同、相位互差120°的三相正弦电压源按一定的方式连接而成的。三相交流电是由三相交流发电机产生的，如图3-3(a)所示。交流发电机分为定子绕组和转子绕组两部分，三相定子绕组按照彼此互差120°电角度分布在壳体上，转子绕组由两块极靴组成。当转子绕组接通直流电时即被励磁，两块极靴形成N极和S极磁力线由N极出发，透过空气间隙进人定子铁芯再回到相邻的S极。下一页返回一、知识准备

转子旋转时，定子绕组就会切割磁力线，在定子绕组中产生互差120°电度角的正弦电动势eA、eB、eC，且eA、eB、eC有相同的幅值和频率，若绕组中电动势的参考方向选定为如图3-3(b)、(c)所示，当N极的轴线转到X处时，A相的电动势达到正的最大值;旋转120°后，N极的轴线转到Y处时，B相的电动势达到正的最大值;再经120。旋转后，N极的轴线转到Z处时，C相的电动势达到正的最大值。所以，从相位上eA超前eB120°;eB超前eC120°;eC超前eA120°。eA=EmsinwteB=Emsin(wt-120°)(3.1)eC=Emsin(wt-120°)上一页下一页返回一、知识准备

三相电动势的波形图如图3-4所示，相量图如图3-5所示。

1.三相电源的连接

1)三相电源的星形连接三相电源的星形连接如图3-6所示。三相绕组的末端联在一起，形成电源的中性点或零点，用N表示。从三相绕组的首端A,B,C分别引出三根导线，称为相线或端线，俗称火线。从中性点N引出的导线称为中线或零线。相线和中线构成了三相四线制供电方式，若不引出中性线，则形成三相三线制供电方式。在图3-6中，任一相线与中线间的电压称为相电压，有效值用UA,UB,UC表示，一般用UP表示。上一页下一页返回一、知识准备

任意两根相线间的电压称为线电压，其有效值用UAB,UBC,UCA表示，一般用UL表示。相电压UAN=UAUBN=UB(3.2)UCN=UC线电压UAB=UA-UBUBC=UB-UC(3.3)UCA=UC-UA其相量关系上一页下一页返回一、知识准备线电压与相电压的关系

2)三相电源的三角形连接三相电源的三角形连接如图3-7所示。三相绕组的首端与末端依次相连构成三角形，从三角形的三个顶点引出三根火线为用户供电，线电压等于相电压，即

2.三相负载的连接

1)三相负载的星形连接三相负载星形连接如图3-8所示。上一页下一页返回一、知识准备

每相负载承受的电压等于电源的相电压，通过负载每一相的相电流IP等于流过相应每根火线的线电流IL为

IP=IL(3.7)

若三相负载对称，则三个相线电流互相对称，中线电流等于三相电流之和，2)三相负载的三角形连接三相负载三角形连接如图3-10所示。各相负载的相电压就是电源的线电压，即负载的相电流与线电流不同。流过每相负载的相电流为上一页下一页返回一、知识准备流过每根相线的电流为线电流，即线电流与相电流的关系(3.11)3.三相电路的功率三相电路的功率分为有功功率、无功功率和视在功率。上一页下一页返回一、知识准备(1)负载星形连接时:

式中，φA、φB、φC分别是每相负载的阻抗角，即每相负载相电压与相电流之间的相位差。若负载对称连接，因为所以(2)负载三角形连接时:

对于对称功率，每相的有功功率相同

上一页下一页返回一、知识准备三相总功率

若对称负载为三角形连接时，因为所以

1.三相电路有功功率的测量

1)一瓦特表法对于三相四线制供电的三相星形连接的负载，可以采用一瓦特表法测量各相的有功功率，如图3-11所示。用一只功率表分别测量各相的有功功率PA,PB,PC，三相总功率P=PA+PB+PC。上一页下一页返回一、知识准备

若三相负载是对称的，只需测量一相的功率，再乘以3即可得到三相总的有功功率。

2)二瓦特表法对于三相三线制供电系统中，用二瓦特表法测量负载的总有功功率，如图3-12所示。

(1)当负载为纯电阻时，φ=0,P1=P2,即两个功率表读数相等。

(2)当相位差φ=60°时，有一个功率表的读数为零。

(3)当相位差φ>60°时，则有一个功率表的读数为负值，该功率表指针将反方向偏转，这时应将功率表电流线圈的两个端子调换(不能调换电压线圈端子)，而读数应记为负值。对于数字式功率表将出现负读数。上一页下一页返回一、知识准备2.三相电路无功功率的测量对于三相三线制供电的三相对称负载，可用一瓦特表法测得三相负载的总无功功率Q，测量电路如图3-13所示。功率表读数W=ULILsinφ，则三相负载的无功功率Q=W。1.2三相笼型异步电动机的认识三相笼型异步电动机如图3-14所示。

1.三相异步电动机的组成三相异步电动机主要由定子和转子组成，定子与转子之间是气隙，如图3-15所示。

1)定子异步电动机的定子由机座、定子铁芯和定子绕组三部分组成。上一页下一页返回一、知识准备

机座用铸铁或铸钢制成，它支承着定子铁芯。定子铁芯用0.5mm厚、互相绝缘的硅钢片叠压而成。铁芯的内圆有槽孔，定子绕组嵌在槽内，是三相对称绕组，如图3-16所示。定子的作用是产生旋转磁场。

2)转子笼型异步电动机转子是由转子铁芯、转子绕组和转轴等部分组成。转子铁芯是由外圆有槽孔的硅钢片叠制而成，槽内放置铜条(或铸铝)，在铁芯两端分别用导电的端环将槽孔内的铜条连接起来，形成回路。如果去掉转子铁芯，转子的结构呈笼型，如图3-17所示。绕线型异步电动机只是在转子的构造上不同，它的转子是由绕组组成，和定子绕组一样也是三相的。转子的作用是产生电磁转矩。上一页下一页返回一、知识准备2.三相异步电动机的工作原理

1)旋转磁场为了便于分析，三相异步电动机定子中放置着互差120°的三个绕组U1-U2,V1-V2,W1-W2，并把三个绕组接成星形连接，如图3-18(a)所示。在定子绕组中通入三相对称电流:

其波形如图3-18(b)所示。上一页下一页返回一、知识准备

当wt=0°时，iU=0,iV为负，电流从V2端流到V1端(V1端用⊙表示，V2端用⑧表示);iw为正，电流从W1端流到W2端(W1端用⑧表示，W2端用⊙表示)。用右手螺旋定则判断合成磁场方向为垂直向下，如图3-19(a)所示。当wt=120°时，iv=0,iv为正，电流从U1端流到U2端;iw为负，电流从W2端流到W1端。合成磁场方向顺时针旋转120°，如图3-19(b)所示。当wt=240°时，iw=0,iv为正，电流从V1端流到V2端;iu为负，电流从U2端流到U1端。合成磁场方向又顺时针旋转120°，如图3-19(c)所示。上一页下一页返回一、知识准备

当wt=360°时，跟wt=0°时的情况一样，合成磁场旋转回原理的位置，如图3-19(d)所示。由以上分析可知，随着电流的变化，定子会产生旋转磁场。旋转磁场的方向由通人三相绕组中的电流的相序决定，若改变相序，旋转磁场的方向也随之改变。该旋转磁场的转速为

n1=60f1/ρr/min(3.18)式中f1—交流电的频率(Hz);ρ—磁极对数;n1—同步转速(旋转磁场的转速)。

2)三相异步电动机的转动原理三相交流电通人定子绕组后，便在定、转子之间的气隙形成了一个转速为n1旋转磁场。上一页下一页返回一、知识准备

磁场旋转时，转子导体做切割磁力线运动，根据电磁感应原理，转子导体会产生感应电动势，方向可由右手定则确定。转子绕组是闭合的，则转子导体有电流流过，电流方向与感应电动势方向相同。设旋转磁场按顺时针方向旋转，且某时刻上为北极N，下为南极S，如图3-20所示。根据右手定则，在上半部转子导体的电动势和电流方向由里向外，用⊙表示;下半部则由外向里，用⑧表示。流过电流的转子导体在磁场中要受到电磁力作用，力F的方向可用左手定则确定。电磁力作用于转子导体上，对转轴形成电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向旋转起来，转速为n。三相电动机的转子转速始终不会加速到旋转磁场的转速n1。上一页下一页返回一、知识准备

因为只有这样，转子绕组与旋转磁场之间才会有相对运动而切割磁力线，转子绕组导体中才能产生感应电动势和电流，从而产生电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向继续旋转。

3)转差率旋转磁场转速n，与转子转速n之差与n1之比称为异步电动机的转差率5,即

s=(n1-n)/n1(3.19)

转差率是异步电动机的一个基本参数。一般情况下，额定运行时为1%~5%。

3.三相异步电动机的铭牌数据在三相异步电动机的机座上有一个铭牌。上一页下一页返回一、知识准备

铭牌上注明这台三相电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理三相电动机的重要依据。铭牌的主要内容如下:1)型号上一页下一页返回一、知识准备2)额定值

(1)额定功率PN:指在满载运行时三相电动机轴上输出的额定机械功率，单位为W或kW。

(2)额定电压UN;指电动机正常工作时，定子绕组所加的线电压，单位为V。

(3)额定电流IN;指三相电动机在额定电源电压下，输出额定功率时，流人定子绕组的线电流，单位为A。

(4)额定频率fN:指电动机所接的交流电源每秒钟内周期变化的次数，单位为Hz。我国标准电源频率为50Hz。

(5)额定转速nN;指三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，单位为r/min。上一页下一页返回一、知识准备(6)绝缘等级:指三相电动机所采用绝缘材料的耐热能力，它表明三相电动机允许的最高工作温度。

(7)工作方式:是对电动机在铭牌规定的技术条件下运行持续时间的限制，以保证电动机的温度不超过允许值。电动机的工作方式有连续工作方式、短时工作方式和断续周期工作方式。

(8)接法:指电动机定子绕组在额定运行时应采取的连接方式。连接方法有星形(Y)和三角形(△)两种。

1.机械检查检查引出线是否齐全、牢靠;转子转动是否灵活、匀称，有无异常声响等。上一页下一页返回一、知识准备2.电气检查

1)用兆欧表检查电机绕组间及绕组与机壳之间的绝缘性能电动机的绝缘电阻可以用兆欧表进行测量。对额定电压1kV以下的电动机，其绝缘电阻值最低不得小于1000Ω/V，测量方法如图3-21所示。一般500V以下的中、小型电动机最低应具有2MΩ的绝缘电阻。

2)定子同名端的判别异步电动机三相定子绕组的六个出线端有三个首端和三末端。由于某种原因定子绕组六个出线端标记无法辨认时，可以通过图3-22所示方法来判别其首、末端(即同名端)。上一页下一页返回一、知识准备

用万用电表欧姆挡从六个出线端确定哪一对引出线是属于同一相的，分别找出三相绕组，并标以符号，如A,X;B,Y;C,Z。

(1)将其中的任意两相绕组串联，如图3-22(a)所示。

(2)将三相自藕调压器手柄置零位，开启电源总开关，按下启动按钮，接通三相交流电源。

(3)调节调压器输出，在串联两相绕组的出线端施以单相低电压U=80~100V，测出第三相绕组的电压，如测得的电压值有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相联，如图3-22(a)所示。反之，如测得的电压近似为零，则两相绕组的末端与末端(或首端与首端)相连，如图3-22(b)所示。

上一页下一页返回一、知识准备(4)用同样方法测出第三相绕组的首、末端。1.3手动低压电器的认识

1.3.1闸刀开关闸刀开关实物如图3-23所示。闸刀开关是一种手动控制电器，结构如图3-24所示，主要由操作手柄、熔体、触刀、静触头和胶盖等构成。开关内装有熔体，起短路保护作用。闸刀开关的电路符号如图3-25所示。闸刀开关常用作电源的隔离开关，以便对负载端的设备进行检修。在负载较小的场合，可以用作电源开关，进行直接开停操作。上一页下一页返回一、知识准备

在安装闸刀开关时，电源线应接在静触点上，负荷线接在与闸刀相连的端子上。对有熔断丝的闸刀开关，负荷线应接在闸刀下侧熔断丝的另一端，以确保闸刀开关切断电源后闸刀和熔断丝不带电。在垂直安装时，手柄向上合为接通电源，向下拉为断开电源，不能反装，否则会因闸刀松动自然落下而误将电源接通。1.3.2转换开关

图3-26所示为几种常见的转换开关。转换开关又名组合开关，是一种多触点、多位置、可控制多外回路的电器。一般用于电气设备中非频繁地通断电路、换接电源和负载，以及控制小容量异步电动机的正反转等。上一页下一页返回一、知识准备1.结构组合开关由静触点、动触点、转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。其动、静触点分别安装于数层绝缘壳内，结构如图3-27所示。当转动手柄时，每层的动触点随转轴一起转动，从而同时实现对各层电路的通、断控制。

2.电路符号转换开关电路符号如图3-28所示。1.3.3按钮常见的按钮开关如图3-29所示。

1.结构按钮开关的结构如图3-30所示。上一页下一页返回一、知识准备

按钮开关是一种专门用来发出控制信号、改变控制系统工作状态的电器，用来接通或断开控制电路。按钮开关在结构上有按钮式、紧急式、钥匙式、旋钮式和保护式等五种，可根据使用场合和具体用途来选用。

2.电路符号按钮开关的电路符号如图3-31所示。1.4自动低压电器的认识

1.4.1低压断路器低压断路器如图3-32所示。上一页下一页返回一、知识准备

低压断路器又称自动空气开关，是低压电路中广泛应用的一种控制保护电器。当电路发生短路、严重过载以及失压等故障时，能自动切断故障电路，可有效地保护串接在它后面的电气设备。它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用，又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的开关电器。如图3-33所示，过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件均串联在被保护的三相主电路中(只画出一相保护电路)，失压脱扣器的线圈与电路并联。按下闭合按钮，搭钩钩住锁链，使主触头闭合，接通电动机电源。上一页下一页返回一、知识准备

在正常工作时，过电流脱扣器的铁芯和线圈所产生的吸力不能吸合衔铁，但当电路发生短路时，线圈流过非常大的电流，使吸力猛增，于是衔铁被吸合，并撞击滑杆，顶开搭钩，在弹簧的作用下主触头分断，切断电源。当电动机发生过载时，过载电流使双金属片弯曲，同样可顶开搭钩而切断电源。当电路失压时，失压脱扣器的衔铁释放，也使搭钩动作，断路器自动跳闸，使主触头断开分断电路。1.4.2熔断器低压熔断器如图3-34所示。熔断器俗称保险丝，它是一种最简单有效的保护电器。上一页下一页返回一、知识准备

在使用时，熔断器串接在所保护的电路中，作为电路及用电设备的短路和严重过载保护，其主要作用是短路保护。熔断器主要由熔体和安装熔体的熔壳(管)两部分组成。它们的外形结构和图形文字符号如图3-35所示。熔体由易熔金属材料铅、锡、锌、银、铜及其合金制成，通常制成丝状或片状。熔壳是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。常见的熔断器有瓷插式、螺旋式和管式三种。1.4.3交流接触器交流接触器如图3-36所示。上一页下一页返回一、知识准备

交流接触器结构如图3-37所示，电路符号如图3-38所示。1.4.4继电器常见继电器如图3-39所示。继电器是一种根据特定输人信号(如电压、电流、时间、速度、压力等)而动作的自动控制电器，有中间继电器、时间继电器、热继电器、速度继电器和压力继电器等类型。

1.中间继电器中间继电器常用来传递信号，也可用来直接控制小容量电动机或其他电气执行元件。中间继电器的结构和工作原理与接触器相似，其结构如图3-40所示，主要由电磁机构、触点系统等组成。电路符号如图3-41所示。上一页下一页返回一、知识准备2.热继电器热继电器的外形结构和工作原理及电路符号如图3-42所示。热继电器的作用是利用电流所产生的热效应能够作出相应动作，常用于电动机的过载保护。

3.时间继电器时间继电器分为通电延时和断电延时继电器，其结构原理如图3-43所示。时间继电器的电路符号如图3-44所示。1.5三相异步电动机单向旋转控制电路基本知识单向旋转控制电路(图3-45)上一页下一页返回一、知识准备1.电路的基本保护在电气控制系统中，常用的基本保护环节有短路保护，过电流、过载保护，过电压、欠电压和零压保护等。

1)短路保护当电动机、电器元件以及导线的绝缘损坏或线路发生故障时，都可能造成短路事故。大的短路电流可能使电器设备毁坏。因此，发生短路故障时，控制线路必须能迅速切除电源，达到保护日的。常用的短路保护电器元件是熔断器和断路器。

2)过载保护电动机在长期超载运行时，其绕组温升将超过允许值，易造成绝缘材料变脆，使用寿命缩短，严重时会使电动机烧毁。上一页下一页返回一、知识准备

所以，有必要对电动机进行过载保护。常用的过载保护电器元件是热继电器或断路器。

3)零电压和欠电压保护在电网失电后再恢复供电时，防止电动机自启动的保护叫做零压保护。在电源电压降到规定值以下时，采用保护措施及时切断电源，就是欠电压保护。通常是采用欠电压继电器，或设置专门的零电压继电器来实现。如果利用按钮的自动复位功能和接触器的自锁作用，则可不必另设零压欠压保护继电器。

上一页下一页返回一、知识准备2.电路工作原理

1)点动控制电路的工作原理点动控制电路如图3-45(b)所示。

(1)启动控制。合上电源开关QS，按下点动按钮SB→接触器KM线圈通电吸合→KM主触点闭合→电动机M旋转。

(2)停止控制。松开按钮SB→KM线圈失电→KM主触点断开→电动机M停止旋转。

2)点动连续控制电路的工作原理点动连续控制电路如图3-45(c)所示。上一页下一页返回一、知识准备(1)启动控制。合上电源开关QS，按下启动按钮SB2→接触器KM线圈通电吸合电动机M连续运转。

(2)停止控制·按下停止按钮SB1→KM线圈失电电动机M停止运转。

3)点动连续双重控制电路的工作原理点动连续双重控制电路如图3-45(d)所示。

(1)点动运转。合上电源开关QS,SA置于断开位:上一页下一页返回一、知识准备①启动控制。合上电源开关QS，按下点动按钮SB2→接触器KM线圈通电吸合→KM主触点闭合→电动机M旋转;②停止控制。松开按钮SB2→KM线圈失电→KM主触点断开→电动机M停止旋转。

(2)连续运转。合上电源开关