引論：我們?yōu)槟砹?3篇三相異步電動(dòng)機(jī)論文范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

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2.由于軸承損壞，軸彎曲等原因致使定、轉(zhuǎn)子磨擦（俗稱掃膛）引起鐵心溫度急劇上升，燒毀槽絕緣、匝間絕緣，從面造成繞組匝間短路或?qū)Φ亍胺排凇薄?yán)重時(shí)會(huì)使定子鐵心倒槽、錯(cuò)位、轉(zhuǎn)軸磨損、端蓋報(bào)廢等。軸承損壞一般由下列原因造成：①軸承裝配不當(dāng)，如冷裝時(shí)不均勻敲擊軸承內(nèi)圈使軸受到磨損，導(dǎo)致軸承內(nèi)圈與軸承配合失去過盈量或過盈量變小，出現(xiàn)跑內(nèi)圈現(xiàn)象，裝電機(jī)端蓋時(shí)不均勻敲擊導(dǎo)致端蓋軸承室與軸承外圈配合過松出現(xiàn)跑外圈現(xiàn)象。無論跑內(nèi)圈還是跑外圈均會(huì)引起軸承運(yùn)行溫升急劇上升以致燒毀，特別是跑內(nèi)圈故障會(huì)造成轉(zhuǎn)軸嚴(yán)重磨損和彎曲。但間斷性跑外圈一般情況下不會(huì)造成軸承溫度急劇上升，只要軸承完好，允許間斷性跑外圈現(xiàn)象存在。②軸承腔內(nèi)未清洗干凈或所加油脂不干凈。例如軸承保持架內(nèi)的微小剛性物質(zhì)未徹底清理干凈，運(yùn)行時(shí)軸承滾道受損引起溫升過高燒毀軸承。③軸承重新更換加工，電機(jī)端蓋嵌套后過盈量大或橢圓度超標(biāo)引起軸承滾珠游隙過小或不均勻?qū)е螺S承運(yùn)行時(shí)磨擦力增加，溫度急劇上升直至燒毀。④由于定、轉(zhuǎn)子鐵心軸向錯(cuò)位或重新對(duì)轉(zhuǎn)軸機(jī)加工后精度不夠，致使軸承內(nèi)、外圈不在一個(gè)切面上而引起軸承運(yùn)行“吃別勁”后溫升高直至燒毀。⑤由于電機(jī)本體運(yùn)行溫升過高，且軸承補(bǔ)充加油脂不及時(shí)造成軸承缺油甚至燒毀。⑥由于不同型號(hào)油脂混用造成軸承損壞。⑦軸承本身存在制造質(zhì)量問題，例如滾道銹斑、轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、游隙超標(biāo)、保持架變形等。⑧備機(jī)長(zhǎng)期不運(yùn)行，油脂變質(zhì)，軸承生銹而又未進(jìn)行中修。

相應(yīng)對(duì)策：①卸裝軸承時(shí)，一般要對(duì)軸承加熱至80℃~100℃，如采用軸承加熱器，變壓器油煮等，只有這樣，才能保證軸承的裝配質(zhì)量。②安裝軸承前必須對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的清洗，軸承腔內(nèi)不能留有任何雜質(zhì)，填加油脂時(shí)必須保證潔凈。③盡量避免不必要的轉(zhuǎn)軸機(jī)加工及電機(jī)端蓋嵌套工作。④組裝電機(jī)時(shí)一定要保證定、轉(zhuǎn)子鐵心對(duì)中，不得錯(cuò)位。⑤電機(jī)外殼潔凈見本色，通風(fēng)必須有保證，冷卻裝置不能有積垢，風(fēng)葉要保持完好。⑥禁止多種油脂混用。⑦安裝軸承前先要對(duì)軸承進(jìn)行全面仔細(xì)的完好性檢查。⑧對(duì)于長(zhǎng)期不用的電機(jī)，使用前必須進(jìn)行必要的解體檢查，更新軸承油脂。

3.由于繞組端部較長(zhǎng)或局部受到損傷與端蓋或其它附件相磨擦，導(dǎo)致繞組局部燒壞。

相應(yīng)對(duì)策：電機(jī)在更新繞組時(shí)，必須按原數(shù)據(jù)嵌線。檢修電機(jī)時(shí)任何剛性物體不準(zhǔn)碰及繞組，電機(jī)轉(zhuǎn)子抽芯時(shí)必須將轉(zhuǎn)子抬起，杜絕定、轉(zhuǎn)子鐵芯相互磨擦。動(dòng)用明火時(shí)必須將繞組與明火隔離并保證有一定距離。電機(jī)回裝前要對(duì)繞組的完好性進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的檢查確診。

4.由于長(zhǎng)時(shí)間過載或過熱運(yùn)行，繞組絕緣老化加速，絕緣最薄弱點(diǎn)碳化引起匝間短路、相間短路或?qū)Φ囟搪返痊F(xiàn)象使繞組局部燒毀。

相應(yīng)對(duì)策：①盡量避免電動(dòng)機(jī)過載運(yùn)行。②保證電動(dòng)機(jī)潔凈并通風(fēng)散熱良好。③避免電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)，必要時(shí)需對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子做動(dòng)平衡試驗(yàn)。

5.電機(jī)繞組絕緣受機(jī)械振動(dòng)（如啟動(dòng)時(shí)大電流沖擊，所拖動(dòng)設(shè)備振動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡等）作用，使繞組出現(xiàn)匝間松馳、絕緣裂紋等不良現(xiàn)象，破壞效應(yīng)不斷積累，熱脹冷縮使繞組受到磨擦，從而加速了絕緣老化，最終導(dǎo)致最先碳化的絕緣破壞直至燒毀繞組。

相應(yīng)對(duì)策：①盡可能避免頻繁啟動(dòng)，特別是高壓電機(jī)。②保證被拖動(dòng)設(shè)備和電機(jī)的振動(dòng)值在規(guī)定范圍內(nèi)。二、三相異步電動(dòng)機(jī)一相或兩相繞組燒毀（或過熱）的原因及對(duì)策

如果出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)一相或兩相繞組燒壞（或過熱），一般都是因?yàn)槿毕噙\(yùn)行所致。在這里不作深刻的理論分析，僅作簡(jiǎn)要說明。

當(dāng)電機(jī)不論何種原因缺相后，電動(dòng)機(jī)雖然尚能繼續(xù)運(yùn)行，但轉(zhuǎn)速下降，滑差變大，其中B、C兩相變?yōu)榇?lián)關(guān)系后與A相并聯(lián)，在負(fù)荷不變的情況下，A相電流過大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，該相繞組必然過熱而燒毀。

三相異步電動(dòng)機(jī)繞組為Y接法的情況：電源缺相后，電動(dòng)機(jī)尚可繼續(xù)運(yùn)行，但同樣轉(zhuǎn)速明顯下降，轉(zhuǎn)差變大，磁場(chǎng)切割導(dǎo)體的速率加大，這時(shí)B相繞組被開路，A、C兩相繞組變?yōu)榇?lián)關(guān)系且通過電流過大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，將導(dǎo)致兩相繞組同時(shí)燒壞。

這里需要特別指出，如果停止的電動(dòng)機(jī)缺一相電源合閘時(shí)，一般只會(huì)發(fā)生嗡嗡聲而不能啟動(dòng)，這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)通入對(duì)稱的三相交流電會(huì)在定子鐵心中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，但當(dāng)缺一相電源后，定子鐵心中產(chǎn)生的是單相脈動(dòng)磁場(chǎng)，它不能使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，電源缺相時(shí)電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。但在運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)氣隙中產(chǎn)生的是三相諧波成分較高的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所以，正在運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)缺相后仍能運(yùn)轉(zhuǎn)，只是磁場(chǎng)發(fā)生畸變，有害電流成分急劇增大，最終導(dǎo)致繞組燒壞。

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三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,堅(jiān)固耐用,價(jià)格便宜,維修方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。與同容量的直流電動(dòng)機(jī)相比,異步電動(dòng)機(jī)還具有體積小,重量輕,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的特點(diǎn)。，調(diào)速。因此,在工礦企業(yè)的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中異步電動(dòng)機(jī)得到了更為廣泛的應(yīng)用。

一、三相異步電動(dòng)機(jī)基本的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

三相異步電動(dòng)機(jī)是利用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)工作的，其工作原理可通過以下演示實(shí)驗(yàn)來直觀地了解。一個(gè)裝有手柄的蹄性磁鐵以軸座01為支撐自由轉(zhuǎn)動(dòng)；在蹄性磁鐵兩磁極之間有一個(gè)鼠籠轉(zhuǎn)子，鼠籠轉(zhuǎn)子以軸座02為支撐自由轉(zhuǎn)動(dòng)；軸座01和軸座02在同一條軸線上。蹄性磁鐵和鼠籠轉(zhuǎn)子之間沒有摩擦力和機(jī)械連動(dòng)關(guān)系，兩者均可獨(dú)立自由轉(zhuǎn)動(dòng)或保持靜止。當(dāng)搖動(dòng)手柄使蹄性磁鐵順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場(chǎng)的磁力線就切割鼠籠轉(zhuǎn)子上的銅條，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子銅條逆時(shí)針方向切割磁感線，閉合的銅條中就會(huì)產(chǎn)生感生電流，其方向可用右手定則判斷。由于感生電流處在蹄性磁鐵的磁場(chǎng)中，因此銅條要受到磁場(chǎng)力的作用而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)力的方向可根據(jù)左手定則判斷，從判定的結(jié)果可知轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與蹄性磁鐵旋轉(zhuǎn)方向一致。，調(diào)速。

二、三相異步電動(dòng)機(jī)的重載起動(dòng)

1、小功率三相異步電動(dòng)機(jī)的重載起動(dòng)

這種情況的主要問題是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足,而小功率三相異步電動(dòng)機(jī)一般為鼠籠型,解決的辦法是用特殊電機(jī)獲得高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,主要有高轉(zhuǎn)差率電機(jī)、深槽式電機(jī)和雙籠型電機(jī).從起動(dòng)電流公式和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩公式可以看出,增大轉(zhuǎn)子電阻既可限制起動(dòng)電流又可提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

高轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不是普通的鋁條,而是采用電阻率較高的鋁合金.這種電機(jī)過載能力強(qiáng),但功率因數(shù)低,正常運(yùn)行時(shí)損耗較大,效率較低.所以只適用于頻繁起動(dòng)的場(chǎng)合,主要是起重運(yùn)輸機(jī)械.深槽式異步電動(dòng)機(jī)是利用起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)的集膚效應(yīng)使起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子電阻增大,改善起動(dòng)性能又不降低正常運(yùn)行效率,但功率因數(shù)和過載能力有所降低,適用于需要重載起動(dòng)而對(duì)過載能力要求不高的場(chǎng)合.雙籠型異步電動(dòng)機(jī)利用集膚效應(yīng)改善了起動(dòng)性能,又保證了基本的運(yùn)行性能,但電機(jī)價(jià)格較高,一般用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較高的場(chǎng)合.

2、大功率三相異步電動(dòng)機(jī)的重載起動(dòng)

此種情況下既要有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩又要限制起動(dòng)電流,若高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的籠型異步電動(dòng)機(jī)不能滿足要求,可以采用繞線型異步電動(dòng)機(jī),在轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)合適的電阻,既可提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩又能降低起動(dòng)電流.因而,要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大或起動(dòng)頻繁的生產(chǎn)機(jī)械常采用繞線型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng).大功率電動(dòng)機(jī)一般為繞線型。，調(diào)速。

三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)方法有轉(zhuǎn)子串固體電阻、頻敏電阻或液體電阻.大功率繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串固體電阻起動(dòng),不能無級(jí)調(diào)節(jié),起動(dòng)不夠平滑。，調(diào)速。為了減小沖擊,應(yīng)在轉(zhuǎn)子回路中串入多級(jí)對(duì)稱電阻,并隨著轉(zhuǎn)速的升高逐漸切除起動(dòng)電阻,因此設(shè)備投資大,操作、維修不便.串頻敏電阻器起動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便,可以無級(jí)調(diào)節(jié),但起動(dòng)電流較大、功率因數(shù)低,使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩受到限制,且不同容量的電動(dòng)機(jī)要配不同規(guī)格的頻敏變阻器.轉(zhuǎn)子回路串液體電阻,能連續(xù)無級(jí)調(diào)節(jié)使電機(jī)平滑起動(dòng),具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)電流小、起動(dòng)時(shí)間短、功率因數(shù)高、噪聲小、溫升低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn),并且可以通過調(diào)節(jié)液體濃度來改變阻值,使一臺(tái)起動(dòng)器適應(yīng)不同功率的電動(dòng)機(jī),因此是大功率電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng)的首選方案.

三、三相異步電動(dòng)機(jī)的主要調(diào)速方法

三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法包括：變極對(duì)數(shù)、定子調(diào)壓、定子變頻、串級(jí)調(diào)速、雙饋調(diào)速、液力耦合、電磁轉(zhuǎn)差離合器等，從調(diào)速時(shí)的能耗觀點(diǎn)來看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時(shí)轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級(jí)調(diào)速等）。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；電磁離合器的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力耦合器調(diào)速，能量損耗在液力耦合器的油中。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴(kuò)大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。下面就對(duì)改變轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)速的幾種方法進(jìn)行闡述：

1、改變定子電壓調(diào)速

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，改變定子電壓就可以改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和轉(zhuǎn)矩，這種方法不適用于普通籠式電機(jī)，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)子電阻很小，轉(zhuǎn)速低時(shí)電流會(huì)急劇上升。，調(diào)速。可用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子回路可串電阻或頻繁變阻器，大部分轉(zhuǎn)差能量損耗被引到外接電阻或頻繁變阻器上，減輕電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。

2、改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速

這種調(diào)速方法只適用于繞線式電動(dòng)機(jī)，在異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串入調(diào)速電阻，當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，轉(zhuǎn)子回路中串接的電阻越大電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，越小轉(zhuǎn)速越高。此方法設(shè)備簡(jiǎn)單，控制方便，初期投資少，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上，屬有級(jí)調(diào)速，機(jī)械特性較軟。

3、串級(jí)調(diào)速

目前，較先進(jìn)的串級(jí)調(diào)速應(yīng)用了可控硅逆變器控制的串級(jí)調(diào)速線路，其優(yōu)點(diǎn)是能夠獲得較硬的機(jī)械特性，整流元件壓降小，設(shè)備占地面積小，無旋轉(zhuǎn)部分，噪聲小，維護(hù)較簡(jiǎn)單，是繞線式電動(dòng)機(jī)很有發(fā)展前途的調(diào)速方法之一，其缺點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子回路裝有濾波用的電抗器，故功率因數(shù)較低。

四、使用過程中有必要加強(qiáng)三相異步電動(dòng)機(jī)的過電流保護(hù)

為達(dá)到安全可靠的全面保護(hù)，只靠設(shè)計(jì)一種保護(hù)方法是不行的，必須全面分析各種故障引起的電流異常情況，采用智能保護(hù)器或多功能保護(hù)器來保護(hù)三相步電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行，保護(hù)器的設(shè)計(jì)應(yīng)具有下面的功能：

1、設(shè)置電流速斷保護(hù)

用于電動(dòng)機(jī)內(nèi)部定子繞組以及進(jìn)線所發(fā)生的相間短路故障或相間接地短路故障，短路電流很大時(shí)，迅速切斷電源。，調(diào)速。

常見的電流速斷保護(hù)是熔斷器和低壓斷路器。熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護(hù)的電路中，當(dāng)電路正常工作時(shí)，熔斷器不起作用，相當(dāng)于一根導(dǎo)線，其上面的壓降很小，可忽略不計(jì)。當(dāng)電路短路時(shí)，很大的短路電流流過熔體，使熔體立即熔斷，切斷電動(dòng)機(jī)電源，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，起到保護(hù)作用。同樣，若電路中接入低壓斷路器，當(dāng)再現(xiàn)短路時(shí)，低壓斷路器會(huì)立即動(dòng)作，切斷電源，使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

2、設(shè)置定時(shí)限過流保護(hù)

作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中短路保護(hù)的后備保護(hù)，以提高保護(hù)整定的靈活性。

3、設(shè)置反時(shí)的過負(fù)荷保護(hù)

防止電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過負(fù)荷運(yùn)行而引起的電流過大，防止由于電流熱效應(yīng)的累積作用，使定子部分過熱而引起的損壞。

4、設(shè)置負(fù)序電流保護(hù)

防止電動(dòng)機(jī)的各類非接地性不對(duì)稱故障。

5、設(shè)置起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)防止由于各種原因使得電動(dòng)機(jī)不能成功起動(dòng)時(shí)，大起動(dòng)電流對(duì)繞組的損壞以及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)軸承的損壞。

結(jié)語：為了保證三相異步電動(dòng)機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行，就必須要掌握有關(guān)異步電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行的基本原理，對(duì)三相異步電機(jī)應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入的探討與分析，做到盡可能合理地使用電動(dòng)機(jī)，避免事故隱患的產(chǎn)生，確保電動(dòng)機(jī)高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

1、湯天浩《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社2004；

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3、馬江鵬《淺析三相異步電動(dòng)機(jī)的組成和工作原理》[J]現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息2010（3）；

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高性能交流調(diào)速系統(tǒng)許多在工藝上就需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，過去多用直流傳動(dòng)，鑒于交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、效率高，如果改成交流調(diào)速，顯然能夠帶來不少的效益。但是，由于交流電機(jī)原理上的原因，其電磁轉(zhuǎn)矩難以像直流電機(jī)那樣直接通過電流實(shí)行靈活的即時(shí)控制。70年代初發(fā)明了矢量控制技術(shù)，通過坐標(biāo)變換，把交流電機(jī)的定子電流分解成勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，用來分別控制磁通和轉(zhuǎn)矩，就可以獲得和直流電機(jī)相媲美的高動(dòng)態(tài)性能，從而使交流電機(jī)的調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。

特大容量及高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速直流電機(jī)換向器的換向能力限制了它的容量和轉(zhuǎn)速，其極限容量與轉(zhuǎn)速的乘積約為10KW·r/min，超過這個(gè)數(shù)值時(shí)，直流電機(jī)的設(shè)計(jì)與制造就非常困難了。交流電機(jī)則不受這個(gè)限制，因此，特大容量的傳動(dòng)，如厚板札機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)等，和極高轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)，如高速磨頭、離心機(jī)等，都以采用交流調(diào)速為宜。

一、起重機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

物料搬運(yùn)成為人類生產(chǎn)活動(dòng)的重要組成部分，距今已有五千多年的發(fā)展歷史。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，自動(dòng)化程度的提高，作為物料搬運(yùn)重要設(shè)備的起重機(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大，對(duì)起重機(jī)的要求也越來越高。起重機(jī)正經(jīng)歷著一場(chǎng)巨大的變革。發(fā)展趨勢(shì)：大型化和專用化、輕型化和多樣化、自動(dòng)化和智能化、成套化和系統(tǒng)化、新型化和實(shí)用化。

二、電動(dòng)葫蘆

電動(dòng)葫蘆，簡(jiǎn)稱電葫蘆。由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和卷筒或鏈輪組成，分鋼絲繩電動(dòng)葫蘆和環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆兩種。通常用自帶制動(dòng)器的鼠籠型錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)（本次設(shè)計(jì)既是選用此種電機(jī)）（或另配電磁制動(dòng)器的圓柱形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)，起重量一般為0.1～80t，起升高度為3～30m。多數(shù)電動(dòng)葫蘆由人用按鈕在地面跟隨操縱，也可在司機(jī)室內(nèi)操縱或采用有線（無線）遠(yuǎn)距離控制。電動(dòng)葫蘆除可單獨(dú)使用外，還可同手動(dòng)、鏈動(dòng)或電動(dòng)小車裝配在一起，懸掛在建筑物的頂棚或起重機(jī)的梁上使用。

三、三相異步電動(dòng)機(jī)及工作原理簡(jiǎn)介

三相異步電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間是空氣隙。三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良、制造成本低、維修費(fèi)用省、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。正常情況下，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不同步，這是因?yàn)槿绻剑D(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間不再有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體不再切割磁場(chǎng)，就沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，也就沒有了轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩，無法維持電動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。

三相異步電動(dòng)機(jī)有一個(gè)很重要的參數(shù)：轉(zhuǎn)差率——用s表示，其定義式為在很多情況下，用s表示電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比直接用轉(zhuǎn)速n方便得多，使很多運(yùn)算大為簡(jiǎn)化。一般異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率在0.02～0.05之間。大部分廠家生產(chǎn)的異步電動(dòng)機(jī)的銘牌上標(biāo)有下列數(shù)據(jù)：1．額定功率P：電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)軸端輸出的機(jī)械功率，單位一般為kw

2．額定電壓U：電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)定子加的線電壓，單位為v或kv

3．額定電流I：定子加額定電壓、軸端輸出額定功率時(shí)的定子線電流，單位為A

4．額定頻率f：我國(guó)工頻為50Hz

5．額定轉(zhuǎn)速n：電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min

四、籠形轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

籠形轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)、效率高、價(jià)格低、控制設(shè)備簡(jiǎn)單和維護(hù)使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在各種應(yīng)用領(lǐng)域中使用最廣泛。但這種電機(jī)的啟動(dòng)性能較差，即啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩低而啟動(dòng)電流很大。因此在選擇使用時(shí)應(yīng)考慮啟動(dòng)問題，即：1．啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tk應(yīng)大于負(fù)載靜轉(zhuǎn)矩Tl；2．啟動(dòng)電流在供電電網(wǎng)上造成的瞬間電壓降不能超過容許值；3．在啟動(dòng)過程中電動(dòng)機(jī)的能量損失要小。

本次設(shè)計(jì)用電機(jī)為錐形轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)。常用的電動(dòng)葫蘆用錐形轉(zhuǎn)子制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)有：YEZS、YREZ、YBFZ和YBEZX等幾種。該類型電機(jī)的主要特點(diǎn)是利用其錐形轉(zhuǎn)子的特殊結(jié)構(gòu)在通電時(shí)產(chǎn)生磁拉力，打開制動(dòng)機(jī)構(gòu)，使電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

該類電動(dòng)機(jī)的定額是斷續(xù)周期工作制S，負(fù)載持續(xù)率不低于25%，每小時(shí)等效起動(dòng)次數(shù)不低于120次。電源頻率為50Hz，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。4.5KW及以下的額定轉(zhuǎn)速為1380r/min。7.5KW以上的額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。允許最大轉(zhuǎn)速為3750r/min。新晨：

【參考文獻(xiàn)】

篇4

Key words: soft-start and energy-saving devices; energy regulator; power consuming efficiency; power factor; minimum energy consumption optimization voltage adjusted

1、 引言

隨著我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)進(jìn)程不斷加快，能源消耗越來越大，能源緊張問題日益突出，作為能源消耗大戶之一的電機(jī)在節(jié)能方面大有潛力可挖。對(duì)于帶周期性負(fù)載和長(zhǎng)期輕載運(yùn)行的電機(jī)，在不采取節(jié)能措施情況下用電效率低，功率因數(shù)低[1，2，3]。通過對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能控制，可明顯提高用電效率和提高功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的[4-8]。因此，電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的理論研究和節(jié)能技術(shù)研究近年來備受關(guān)注。

2、節(jié)能運(yùn)行原理

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的用電效率是衡量經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要指標(biāo)，在滿足相同負(fù)載功率前提下，電機(jī)輸入有功功率越小，效率越高，則用電量越小。電動(dòng)機(jī)的能耗包括:定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗、摩擦損耗、鐵耗、雜耗及有效功率。 其中定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗和鐵耗可以通過對(duì)電動(dòng)機(jī)供電電源的合理控制，在滿足負(fù)載有效功率需求前提下，使定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗和鐵耗減小。

將維持電機(jī)工作的定子電流分解為直角坐標(biāo)系下兩個(gè)垂直分量：阻性電流IR1分量及感性電流IM1分量。感性電流分量依賴于電壓和磁通密度，在額定電壓下，磁場(chǎng)消耗的能量保持恒定，與負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)。支持負(fù)載轉(zhuǎn)矩的能量取決于阻性電流IR1分量，在滿電壓情況下負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化引起的定子電流變化實(shí)質(zhì)是阻性電流IR1的變化，隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的減小，功率因數(shù)角 隨之增大。

恒壓供電方式下定子電壓電流矢量圖見圖1所示。

圖1 負(fù)載變化時(shí)恒壓供電方式下定子電壓電流矢量關(guān)系

Fig.1 When load changes the stator of the voltage and current vector relationship in the constant voltage supply

由于異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在恒壓供電方式，所以電機(jī)的磁場(chǎng)耗能維持不變，即感性電流IM1分量維持不變，隨著負(fù)載減小，阻性電流分量IR1隨之減小，這就是為什么在負(fù)載輕時(shí)功率因數(shù)低的原因。

若在負(fù)荷發(fā)生變化的同時(shí)，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)采用變壓恒功率因數(shù)供電方式，若能實(shí)現(xiàn)合理恒功率因數(shù)控制，通過調(diào)整供電電壓來調(diào)整感性電流IM1分量，不僅能夠減少鐵耗，還可減少定子、轉(zhuǎn)子的銅耗，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

圖2 負(fù)荷變化時(shí)變壓恒功率因數(shù)供電方式下定子電壓電流關(guān)系

Fig.2 When load changes the stator of the voltage and current vector relationship in the factor of variable voltage constant power supply

可知，，某一負(fù)載下電動(dòng)機(jī)的用電效率與電壓、轉(zhuǎn)差率及功率因數(shù)三因素有關(guān)。而三因素之間存在耦合關(guān)系，因此異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓節(jié)能控制是一個(gè)非線性問題。同時(shí)，輕載時(shí)不是所有的降低電壓行為都能起到節(jié)能效果，只有當(dāng)電壓降低的幅度能補(bǔ)償轉(zhuǎn)差率變化和功率因數(shù)變化的幅度時(shí)才有節(jié)電效果。

3、自動(dòng)最小能耗尋優(yōu)控制（AEO）

由于交流異步電機(jī)的最佳功率因數(shù)在全工作范圍內(nèi)呈曲線變化，不同制造廠生產(chǎn)的同一規(guī)格的異步電機(jī)的功率因數(shù)呈一定的離散性，同一臺(tái)電機(jī)在其新舊壽命期，在同一工況下的功率因數(shù)也呈現(xiàn)一定的離散性，這就給節(jié)能控制器設(shè)計(jì)帶來一定困難。最早出現(xiàn)的異步電機(jī)優(yōu)化節(jié)電器NoLacosφ功率因數(shù)控制器為恒功率因數(shù)控制，故這種方法不能達(dá)到最佳節(jié)電效果。

3．1 以 為效率目標(biāo)的最優(yōu)預(yù)期調(diào)壓值的確定

從節(jié)能運(yùn)行的角度出發(fā)，根據(jù)上述理論分析得知，在不同負(fù)載下供電電壓存在一個(gè)最佳值，這個(gè)最佳值取決于系統(tǒng)追求的最佳效率ηj和與之對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)。

3.2 在線自動(dòng)尋優(yōu)

并確定對(duì)應(yīng)控制功率因數(shù)

采用恒功率因數(shù)控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，最關(guān)鍵的問題是給定功率因數(shù)的確定，如前所述，由于確定功率因數(shù)呈現(xiàn)一定的離散性，所以，鍵盤設(shè)定功率因數(shù)或機(jī)器內(nèi)嵌入功率因數(shù)的辦法都不科學(xué)，如果采用機(jī)器上電后在線自動(dòng)尋優(yōu)并確定對(duì)應(yīng)控制功率因數(shù)將是最為可行的方法。

具體做法是：設(shè)備上電軟啟動(dòng)完成后，按30組功率因數(shù)給定值分別進(jìn)行功率因數(shù)控制，并進(jìn)行電動(dòng)機(jī)單位耗能計(jì)算和效率計(jì)算，并將30組計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)，將30組數(shù)據(jù)按效率做降序排隊(duì)，得到的最高效率組即為節(jié)能器尋優(yōu)和對(duì)應(yīng)的控制功率因數(shù) 。

3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)最小能耗尋優(yōu)控制系統(tǒng)（AEOS）

按照上述思想構(gòu)成的三相異步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)最小能耗尋優(yōu)控制系統(tǒng)（AEOS）見圖3所示。

圖3 三相異步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)最小能耗尋優(yōu)控制系統(tǒng)

Fig.3 Automatic minimum three-phase asynchronous motor control system for optimizing energy consumption

系統(tǒng)工作分三個(gè)階段，上電后首先執(zhí)行軟啟動(dòng)過程，按照特定的軟啟動(dòng)模式[6]控制異步電動(dòng)機(jī)完成平滑無沖擊啟動(dòng)。然后按程控功率因數(shù)給定，進(jìn)入最小能耗尋優(yōu)控制功率因數(shù)

值階段，當(dāng)最優(yōu)功率因數(shù)確定后進(jìn)入恒功率因數(shù)閉環(huán)控制階段。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，節(jié)能控制器采用了LPC932 微控制器[9]為核心的單片機(jī)系統(tǒng)，很適合要求高集成度低成本的場(chǎng)合。系統(tǒng)反饋通道采用ATT7022A[10]與單片機(jī)LPC932接口技術(shù)，進(jìn)行三相異步電動(dòng)機(jī)供電多電量的檢測(cè)和計(jì)算。不僅減輕節(jié)能運(yùn)行控制器工作負(fù)擔(dān)，提高了測(cè)量精度，還減少了系統(tǒng)硬件開支。

4 結(jié)束語

影響三相異步電動(dòng)機(jī)用電效率的三個(gè)關(guān)鍵因素電壓、轉(zhuǎn)差和功率因數(shù)之間存在耦合關(guān)系，因此對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能控制的問題是一個(gè)非線性控制問題。本文從異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行的角度出發(fā)，按能耗最小尋優(yōu)目標(biāo)功率因數(shù) 以及按負(fù)載率β確定最佳調(diào)整電壓U1j，不僅在理論上得出了控制方法，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上也是切實(shí)可行的。

參考文獻(xiàn)

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篇5

1 電動(dòng)機(jī)工作原理

三相異步電動(dòng)機(jī)是由固定不動(dòng)的定子和利用電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子組成的，他們之前由空隙分開，當(dāng)電動(dòng)機(jī)接通電源，定子和轉(zhuǎn)子利用電磁感應(yīng)，進(jìn)行相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)由電升動(dòng)的過程。

具體來說，定子的組成有3個(gè)部分，有鐵心，鐵心上面會(huì)纏繞著線圈，即繞組，還有支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)的機(jī)座。三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)中還有成對(duì)的磁極，目的是用來讓定子和轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，在有不同方向的電流通過的時(shí)候，定子和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度不同，從而控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。具體實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)原理是當(dāng)定子中有三相交流電流過，就會(huì)產(chǎn)生定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，具體轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是通過定子和轉(zhuǎn)子切割磁感應(yīng)方向決定的。如果產(chǎn)生的三項(xiàng)交流電的方向和產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的方向一致，三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向就為順時(shí)針方向，如果三相交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和通入電流逆時(shí)針的方向相同，那么三項(xiàng)交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。在不通電的時(shí)候，定子和轉(zhuǎn)子都是靜止的，當(dāng)通入三相交流電，定子和轉(zhuǎn)子就會(huì)按照所通入交流電的方向產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，即同向性。電磁感應(yīng)的原理是在通電的導(dǎo)體周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，反過來磁場(chǎng)的變化也會(huì)使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，這個(gè)電磁感應(yīng)的原理就是電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)。定子上纏繞的線圈即繞組中通過三相交流電，如果是對(duì)稱的，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子接通后，由靜止變成切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)，如果不是對(duì)稱的，產(chǎn)生的電流也使轉(zhuǎn)子切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)，但是是以逆時(shí)針的方向運(yùn)動(dòng)。這個(gè)使轉(zhuǎn)子和定子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力稱為電磁力，當(dāng)力與方向相互結(jié)合后，產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩，這個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩就作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的真正動(dòng)力。

只要控制好電機(jī)的真正點(diǎn)動(dòng)力電磁轉(zhuǎn)矩，就能控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)是整個(gè)工業(yè)控制中最基礎(chǔ)最常用的控制，小到一個(gè)散熱風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)，如控制正轉(zhuǎn)向室內(nèi)送風(fēng)，控制反轉(zhuǎn)向室外排風(fēng)，大到蒸氣機(jī)中汽輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)工作，都是通過電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，可見，控制好電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)就是控制了整個(gè)工業(yè)的核心。

2 PLC對(duì)三相異步電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制

如前面所述，這個(gè)近代工業(yè)的開端是以蒸汽機(jī)為代表的用機(jī)器代替人力，蒸汽機(jī)中汽輪片的轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過電動(dòng)機(jī)控制，同樣，在產(chǎn)品的生產(chǎn)中，機(jī)床的控制也需要用到電動(dòng)機(jī)。比如機(jī)床的工作需要使用主軸需要轉(zhuǎn)動(dòng)，也涉及到正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，控制主軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)正式電動(dòng)機(jī)。機(jī)床的工作平臺(tái)需要前進(jìn)和后退，使工件能夠在合適的位置進(jìn)行加工，機(jī)床的工作平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)也是通過電動(dòng)機(jī)來控制。起重機(jī)吊鉤的上升與下降，機(jī)床工作臺(tái)的前進(jìn)與后退等等。由電動(dòng)機(jī)原理可知，只要把電動(dòng)機(jī)的三相電源進(jìn)線中的任意兩相對(duì)調(diào)，就可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。因此正反轉(zhuǎn)控制電路實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)方向相反的單相運(yùn)行電路，為了避免誤動(dòng)作引起電源相間短路，必須在這兩個(gè)相反方向的單向運(yùn)行電路中加設(shè)必要的互鎖。按照電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行操作順序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”兩種控制電路。

以前的電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制電路需要用繼電器系統(tǒng)，改進(jìn)的系統(tǒng)用PLC代替繼電器，同樣實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的功能。主要分為3個(gè)步驟：第一步，更改輸入輸出接線口，并畫出接線圖；第二步，部編寫梯形圖嗎，即控制正反轉(zhuǎn)的程序；第三步，接線，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的控制。

KM1是控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)的線圈，KM2是控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的線圈。在輸入端，輸入有電源，不需要接電源，但是在輸出端沒有電源，需要接220 V的交流電。

梯形圖中，X1、X2和X3分別代表3個(gè)按鈕，Y1、Y2分別代表繼電器的KM1和KM2。

3 結(jié)語

電動(dòng)機(jī)在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。基于PLC控制的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便、參數(shù)設(shè)計(jì)置靈活等優(yōu)點(diǎn)。該文闡述了用PLC控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的原理，及硬件和軟件設(shè)計(jì)方法。其內(nèi)容主要包括I/O地址分配、梯形圖。該文設(shè)計(jì)過程中使用了16位移位寄存器，大大簡(jiǎn)化了程序的設(shè)計(jì)，使程序更間湊，方便了設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中表明此設(shè)計(jì)是合理有效的。

篇6

一、以研產(chǎn)學(xué)結(jié)合為基礎(chǔ)，不斷深化教學(xué)內(nèi)容改革

（一）科學(xué)研究聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，并以此拓展、加深教學(xué)內(nèi)容

在本地，異步電動(dòng)機(jī)用電量占電力負(fù)荷的60%以上，為了緩解用電矛盾，電動(dòng)機(jī)的節(jié)能，就具有至關(guān)重要的作用。在講授《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》（以下簡(jiǎn)稱《電拖》）課程“異步電動(dòng)機(jī)的效率與損耗”時(shí)，還結(jié)合本地生產(chǎn)中電機(jī)節(jié)能方面存在的問題，從“減少有功損耗”與“減少無功”兩方面詳細(xì)論述了實(shí)現(xiàn)節(jié)能的方法，大大深化和豐富了教材內(nèi)容。有些學(xué)生還開發(fā)性地應(yīng)用到其它感性負(fù)載（如硅整流設(shè)備）中，取得了較好的節(jié)電效果。

在本地農(nóng)村，由于村落分散，輸電線路長(zhǎng)，加之農(nóng)忙與農(nóng)閑用電負(fù)荷變化很大，且農(nóng)閑輕負(fù)荷時(shí)間長(zhǎng)等原因，使得農(nóng)電變壓器的損耗大。在講授《電拖》課程“變壓器的工作特性”時(shí)，還深入講述變壓器節(jié)電運(yùn)行的多項(xiàng)措施，并介紹了實(shí)際應(yīng)用中的具體做法，被學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用在各自的家鄉(xiāng)，收到了好的節(jié)電效果，得到了供電部門的表揚(yáng)。

本地屬于農(nóng)業(yè)大省農(nóng)業(yè)大市，農(nóng)用電動(dòng)機(jī)較多，而配變?nèi)萘枯^小、供電線路長(zhǎng)且阻抗大，因此農(nóng)用電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)可不考慮對(duì)高壓系統(tǒng)的影響，加之農(nóng)用電動(dòng)機(jī)容量較小，起動(dòng)次數(shù)少，因而對(duì)電網(wǎng)與電機(jī)壽命的影響都小。在講授《電拖》課程“三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)”時(shí)，還結(jié)合本地農(nóng)用電動(dòng)機(jī)的具體情況，對(duì)教材中允許直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的容量公式進(jìn)行了修正，擴(kuò)大了允許直接起動(dòng)的農(nóng)用電動(dòng)機(jī)容量，減少了擴(kuò)大容量的電動(dòng)機(jī)所用的降壓起動(dòng)設(shè)備，節(jié)省了開支。

在講授《電路分析》課程“高頻交流電”時(shí)，補(bǔ)充講解了高頻設(shè)備的電磁輻射及其防護(hù)措施，以滿足本地在通訊、廣播電視及醫(yī)療等方面工作人員的需要。在講授《供電技術(shù)》課程“供電系統(tǒng)的保護(hù)”時(shí)，補(bǔ)充講述了電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生、危害與抑制方法，更好地滿足電力工作人員的需要。在講授《電拖》課程“單相異步電動(dòng)機(jī)”電容時(shí)，還對(duì)單相電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電容的正確選取提出了具體的計(jì)算公式與確定方法；在講授“儀用互感器”時(shí)，還對(duì)互感器的接線方式及使用注意事項(xiàng)作了深入分析，以滿足本地農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)與城市工礦企業(yè)電氣人員的需要。

（二）科學(xué)研究面向生產(chǎn)需要，并以此調(diào)整、補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容

在我市有線電廠、無線電一廠等多家單位，由于生產(chǎn)需要，工程技術(shù)人員不僅要掌握普通可控硅方面的知識(shí)，還要掌握雙向可控硅與可關(guān)斷可控硅知識(shí)。根據(jù)這一實(shí)際，我們把《變流技術(shù)》教材中在本地應(yīng)用很少的“斬波器”省略（學(xué)生自學(xué)），而補(bǔ)充講解雙向可控硅與可關(guān)斷可控硅知識(shí)，并結(jié)合教師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具體介紹了普通型、雙向型、可關(guān)斷三種類型可控硅的電極確定、觸發(fā)性能檢測(cè)、電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)，受到了學(xué)生與廠方的好評(píng)。

我們還把《電拖》教材中分析電拖系統(tǒng)過渡過程情況的繁瑣推導(dǎo)省略掉，而采用電路過渡過程的“三要素”法求取電拖系統(tǒng)的過渡過程，快速、簡(jiǎn)捷明了、實(shí)用；把電機(jī)“轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)”中的頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)讓同學(xué)們自學(xué)，而補(bǔ)充講解頻敏變阻器選用與調(diào)整的實(shí)用知識(shí)。

在講授《電拖》課程“三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)”時(shí)，還把在電源容量較小時(shí)工廠起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的特殊方法介紹給同學(xué)們。因?yàn)殡娫慈萘枯^小，電機(jī)難以采用降壓起動(dòng)，更不能采用直接起動(dòng)，而工廠采用小電機(jī)拖動(dòng)大電機(jī)的起動(dòng)方法，有效地解決了這一難題，同學(xué)們?cè)鲩L(zhǎng)了實(shí)踐知識(shí)。在講授“直流電機(jī)的換向”、“電機(jī)負(fù)載率的測(cè)定”與“變壓器參數(shù)的測(cè)定”時(shí)，把工廠維護(hù)直流電動(dòng)機(jī)換向的方法與電機(jī)負(fù)載率和變壓器線圈匝數(shù)的簡(jiǎn)單適用的測(cè)定方法介紹給學(xué)生。

在講授《變流技術(shù)》課程“可控硅的保護(hù)”時(shí)，還把工廠實(shí)用的選擇快速熔斷器的具體方法和使用快速熔斷器應(yīng)注意的事項(xiàng)介紹給學(xué)生。

二、以研產(chǎn)學(xué)結(jié)合為契機(jī)，不斷增強(qiáng)培養(yǎng)人才的適應(yīng)性

（一）把課堂教學(xué)中的相關(guān)內(nèi)容轉(zhuǎn)入工廠講授

本地許多工廠中生產(chǎn)用的電機(jī)等電氣設(shè)備，因接地保護(hù)工作做得不周，常出現(xiàn)停機(jī)、損壞設(shè)備，有時(shí)甚至造成人身傷亡。根據(jù)這一實(shí)際，在講授《電工學(xué)》課程“接地與接零保護(hù)”時(shí)，由于教材只簡(jiǎn)單介紹其基本原理，我們把學(xué)生帶到工廠，對(duì)照實(shí)際設(shè)備全面講述了接地裝置的安全、安裝與檢修要求以及接地電阻的測(cè)量方法，師生還檢查、修理了現(xiàn)場(chǎng)的一些接地保護(hù)裝置。

電氣專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后一走上工作崗位大都要與工廠使用得最多的電機(jī)打交道，許多已畢業(yè)的學(xué)生參加工作后還登門求教電機(jī)檢修方面的知識(shí)。根據(jù)這一普遍要求，在講授《電拖》課程“電機(jī)的結(jié)構(gòu)”、“電機(jī)繞組的排列與絕緣”等內(nèi)容時(shí)，把學(xué)生帶到電機(jī)制造廠和使用電機(jī)較多的工廠，利用工廠的工具儀表，與技術(shù)人員、工人師傅一起，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生邊學(xué)邊用，學(xué)用結(jié)合，當(dāng)場(chǎng)就能掌握一些電機(jī)檢修方面的方法與知識(shí)。

在指導(dǎo)學(xué)生電工實(shí)習(xí)、帶學(xué)生下廠對(duì)一般電氣設(shè)備與線路進(jìn)行實(shí)際操作的同時(shí)，還著重對(duì)本地應(yīng)用較多且前景廣闊的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)。對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)造成對(duì)PLC的干擾這一重要問題，同工廠技術(shù)人員、學(xué)生一起進(jìn)行了研討與實(shí)驗(yàn)，提出了一些行之有效的抗干擾措施，使學(xué)生學(xué)到了實(shí)用的知識(shí)，如從抗電源干擾、抗線間干擾、抗負(fù)載干擾、抗環(huán)境干擾四個(gè)方面采取有效手段。

（二）把生產(chǎn)實(shí)際中的有關(guān)問題引入課堂教學(xué)

本地一工廠的吊車在輕載運(yùn)行時(shí)制動(dòng)失效，我們對(duì)此進(jìn)行了原因分析，提出了改進(jìn)措施，收到了好的效果。在講授“異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)”時(shí)，結(jié)合這一實(shí)例給同學(xué)們深入挖掘了制動(dòng)失效的多種原因,同學(xué)們不僅從理論上弄清了這一問題，而且還提出了另外一些實(shí)用的改進(jìn)措施。

在講授 “電動(dòng)機(jī)的繼電保護(hù)”時(shí)，把當(dāng)時(shí)本地工廠損壞一臺(tái)200KW大電機(jī)與多臺(tái)小電機(jī)的事故介紹給同學(xué)們，分析事故原因在于造成電動(dòng)機(jī)的缺相運(yùn)行與集電環(huán)、軸承過熱，電機(jī)的勵(lì)磁保護(hù)與絕緣保護(hù)失效，師生還共同討論了應(yīng)該采取的繼電保護(hù)措施。

國(guó)家技術(shù)人員聯(lián)合研制的起重機(jī)控制設(shè)備20多年來廣泛應(yīng)用在全國(guó)的大中型吊車上，但由于控制線路設(shè)計(jì)中考慮不完善，對(duì)操作人員有技術(shù)上的特殊要求，人性化不夠、勞動(dòng)強(qiáng)度大，因而在廠里和碼頭上經(jīng)常需要修理，于是我們進(jìn)行了故障診斷和集體研究，發(fā)現(xiàn)它有幾個(gè)值得改進(jìn)的地方。在講授《工廠電氣控制設(shè)備》時(shí)，在課堂上進(jìn)行仔細(xì)介紹，并提出一些在生產(chǎn)實(shí)際中可能遇到的類似問題，讓學(xué)生去討論，甚至讓個(gè)別學(xué)生作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，學(xué)生興趣很濃，勁頭很足,收效很大。

三、形成研產(chǎn)學(xué)良性互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多贏互促局面

（一）在課堂教學(xué)中引入科研

在講授《電拖》課程“繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與調(diào)速”時(shí)，把當(dāng)時(shí)為市電機(jī)廠進(jìn)行的一項(xiàng)科研工作“異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻電感起動(dòng)與調(diào)速”的情況進(jìn)行了詳細(xì)介紹，使同學(xué)們開闊了思路，增加了學(xué)習(xí)與研究的興趣。在講授“三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性”時(shí)，還把教師自己研究的利用銘牌數(shù)據(jù)計(jì)算工作特性的方法告訴同學(xué)們，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：不用儀表試驗(yàn)測(cè)取，只需較簡(jiǎn)單的計(jì)算就可求得工作特性，方便實(shí)用。

在《變流技術(shù)》課程中講述雙向可控硅的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用情況時(shí)，把老師和幾位同學(xué)為廠礦機(jī)關(guān)大樓的路燈及室外路燈研制的“路燈節(jié)電控制器”、“簡(jiǎn)易調(diào)光電路”和農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)用的“溫控器”、“土壤測(cè)濕儀”介紹給同學(xué)們，使同學(xué)們認(rèn)識(shí)到：用雙向可控硅構(gòu)成的控制器更加工作可靠、線路簡(jiǎn)單、使用方便，增強(qiáng)了同學(xué)們的創(chuàng)新開發(fā)意識(shí)。

在講授《供電技術(shù)》課程“電力網(wǎng)絡(luò)的基本接線方式”時(shí)，把教師研究的“變壓器切換過程中不間斷供電”的接線方法介紹給同學(xué)們，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：選用恰當(dāng)組別標(biāo)號(hào)的變壓器，先與要被切換下來的變壓器并聯(lián)供電，再切除原變壓器，就能做到不間斷供電，克服以往變壓器切換時(shí)需停電的弊端，從而開發(fā)了學(xué)生的思維。

（二）在科研工作中啟發(fā)教學(xué)

在為市開關(guān)廠進(jìn)行“異步電動(dòng)機(jī)的電容補(bǔ)償與阻容起動(dòng)裝置”及“電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)裝置”兩項(xiàng)科研工作中，把開辟的異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的一種新方法與自起動(dòng)電路補(bǔ)充到《電拖》教材“三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)”內(nèi)容中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)教學(xué),所介紹的自起動(dòng)電路，具有逆向思維的觀點(diǎn)，電路簡(jiǎn)單、功能齊全、可靠實(shí)用，使學(xué)生開闊了思路。在研究“三相變壓器的聯(lián)接組別標(biāo)號(hào)”與“變壓器的并聯(lián)運(yùn)行”時(shí)，把探索出的組別標(biāo)號(hào)變化規(guī)律與并聯(lián)運(yùn)行的新規(guī)律引入教材“三相變壓器”內(nèi)容中，并啟發(fā)他們?nèi)绾伟堰@些規(guī)律應(yīng)用到實(shí)際工作中去。

由國(guó)家勞動(dòng)部資助，常德市新藝勞保用品總廠承擔(dān)的科研項(xiàng)目“機(jī)床用超聲波安全生產(chǎn)保護(hù)裝置”，由楊斌文教授主要負(fù)責(zé)研制。他把其中應(yīng)用的負(fù)反饋信號(hào)放大電路引入《電工學(xué)》教材“晶體三極管的放大電路”中，啟發(fā)學(xué)生如何把多種反饋電路選擇性地應(yīng)用到實(shí)際放大器中。還把和同學(xué)們?yōu)楣S、實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)制作的“變壓器過熱報(bào)警器”與“失電報(bào)警器”所用振蕩電路引入《電工學(xué)》“晶體管振蕩電路”中；把為工礦企業(yè)研究的“無功補(bǔ)償后的增容問題”引入《供電技術(shù)》課程“工廠供電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理”教學(xué)中，啟發(fā)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。

篇7

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篇8

從效果來看，近幾屆的畢業(yè)生中有數(shù)量較多的學(xué)生直接進(jìn)入電機(jī)、變壓器生產(chǎn)企業(yè)工作，如湖北電機(jī)廠、江西特種電機(jī)廠等，或在大型企業(yè)中從事電機(jī)、變壓器的進(jìn)場(chǎng)試驗(yàn)工作，并且這些學(xué)生表現(xiàn)優(yōu)秀，受到企業(yè)的重用。

一、項(xiàng)目教學(xué)法在“電機(jī)及拖動(dòng)”課程中的應(yīng)用方法

項(xiàng)目教學(xué)法，是指將傳統(tǒng)的學(xué)科體系中的知識(shí)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，圍繞著項(xiàng)目組織和展開教學(xué)，使學(xué)生直接參與項(xiàng)目全過程的一種教學(xué)方法。在“電機(jī)及拖動(dòng)”課程中采用項(xiàng)目教學(xué)法，利用項(xiàng)目任務(wù)將電機(jī)理論知識(shí)和電機(jī)應(yīng)用實(shí)際結(jié)合起來，且與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程直接聯(lián)系；學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中發(fā)現(xiàn)問題，并通過實(shí)踐解決問題，這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，又可使學(xué)生更快地掌握理論知識(shí)與操作技能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與將來從事相關(guān)職業(yè)崗位工作的零距離對(duì)接。

“電機(jī)及拖動(dòng)”課程是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，與工程實(shí)際密切聯(lián)系。各類電機(jī)的空載、短路、運(yùn)行及電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速等實(shí)驗(yàn)也是實(shí)際的檢修、維護(hù)和試運(yùn)行及出廠實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由此在“電機(jī)及拖動(dòng)”課程教學(xué)中，直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析，直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)，變壓器空載短路試驗(yàn)、運(yùn)行分析，交流繞組，異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)，同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行分析等主要內(nèi)容都可采用項(xiàng)目教學(xué)法。

二、項(xiàng)目教學(xué)法在“電機(jī)及拖動(dòng)”課程中的應(yīng)用實(shí)例

1.明確項(xiàng)目任務(wù)：三相異步電動(dòng)機(jī)的維修

交流繞組是交流電機(jī)最重要的部分，又是最容易發(fā)生故障的部分，而電動(dòng)機(jī)修理的大部分工作是對(duì)繞組的修理。例如三相異步電動(dòng)機(jī)一相斷線，如果保護(hù)設(shè)備不完善，只需十幾分鐘的單相運(yùn)行，繞組就會(huì)燒壞。另外，電機(jī)長(zhǎng)期過熱，使絕緣老化，或者繞組局部修理無法挽救，都需要全部拆換繞組。通過三相異步電動(dòng)機(jī)的維修實(shí)習(xí)，讓每個(gè)學(xué)生更深入、全面地掌握交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和電樞繞組在鐵芯中的分布規(guī)律及連接方式；學(xué)習(xí)定子繞組的重嵌工藝，學(xué)會(huì)對(duì)維修后的電機(jī)進(jìn)行測(cè)試、實(shí)驗(yàn)、試運(yùn)行；使學(xué)生能將所學(xué)的電磁理論與實(shí)際電機(jī)相結(jié)合，為將來從事相關(guān)專業(yè)技術(shù)工作打下一定的基礎(chǔ)。

項(xiàng)目要求：掌握定子繞組常用術(shù)語及展開圖。24槽四極單層鏈?zhǔn)嚼@組下線。掌握電機(jī)的結(jié)構(gòu)和電樞繞組在鐵芯中的分布規(guī)律及連接方式。掌握電機(jī)的拆裝、檢修、試驗(yàn)的基本知識(shí)，培養(yǎng)初步操作技能。培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)道德和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。項(xiàng)目重點(diǎn)：定子繞組的空間分布與連接規(guī)律。項(xiàng)目難點(diǎn)：快速準(zhǔn)確的嵌放線圈。項(xiàng)目教學(xué)準(zhǔn)備：舊三相異步電動(dòng)機(jī)15臺(tái)；繞線機(jī)及線模三套；萬用表；絕緣電阻表；漆包線、絕緣紙、竹片若干；包扎帶4捆；電烙鐵10把；劃線板30個(gè)、壓線腳15把、橡皮錘15把、鐵錘15把、起子15把等。

2.制訂項(xiàng)目計(jì)劃

由于高職學(xué)生文化基礎(chǔ)不好，學(xué)習(xí)自覺性差或不會(huì)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)較被動(dòng)，普遍缺乏邏輯思維能力，導(dǎo)致學(xué)生自主進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)有一定難度。因此教師要加以詳細(xì)指導(dǎo)，明確告知學(xué)生應(yīng)該準(zhǔn)備的相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容，并將制訂的項(xiàng)目計(jì)劃發(fā)給學(xué)生。

（1）定子繞組常用術(shù)語及繞組分布與連接方式（1節(jié)）。

（2）24槽單層鏈?zhǔn)嚼@組展開圖（1節(jié)）。

（3）異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)（1節(jié)）。

（4）電機(jī)拆卸（1節(jié)）。

（5）電機(jī)繞組拆除（2節(jié)）。

（6）絕緣結(jié)構(gòu)及工具、材料（1節(jié)）。

（7）24槽4極單層鏈?zhǔn)嚼@組繞線（2節(jié)）。

（8）24槽4極單層鏈?zhǔn)嚼@組下線（8節(jié)）。

（9）24槽4極單層鏈?zhǔn)嚼@組出線焊接（2節(jié)）。

（10）24槽4極單層鏈?zhǔn)嚼@組端部整形包扎（2節(jié)）。

（11）電機(jī)試驗(yàn)（2節(jié)）。

（12）電機(jī)故障及處理（2節(jié)）。

（13）電機(jī)裝配（2節(jié)）。

（14）總結(jié)與評(píng)價(jià)（1節(jié)）。

（15）教師項(xiàng)目測(cè)評(píng)：觀察電機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)情況（2節(jié)）。

總計(jì)項(xiàng)目計(jì)劃用時(shí)30節(jié)。

3.項(xiàng)目實(shí)施

（1）合理進(jìn)行學(xué)生分組：項(xiàng)目小組大概2～4人為宜。先由學(xué)生自由組合成項(xiàng)目小組，教師再適當(dāng)調(diào)整，力求各個(gè)小組的實(shí)力較為均衡，小組內(nèi)部能做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，各成員能發(fā)揮各自的特長(zhǎng)和優(yōu)勢(shì)。確認(rèn)每組組長(zhǎng)即項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)小組內(nèi)部的各種問題及向教師匯報(bào)小組的進(jìn)展情況和所遇到的問題。

（2）按照已確定的工作步驟開展工作：在項(xiàng)目教學(xué)開展的初期，由于學(xué)生缺乏解決問題的能力和自信，項(xiàng)目進(jìn)展相對(duì)比較緩慢。這時(shí)教師要根據(jù)知識(shí)的難易程度，將項(xiàng)目涉及到的理論知識(shí)和操作技能進(jìn)行必要的講授或演示。比如教師要演示定子繞組繞線、下線步驟等，講解注意事項(xiàng)及工藝要求。教師還要隨時(shí)協(xié)助解決學(xué)生提出的問題，并予以引導(dǎo)、表揚(yáng)和鼓勵(lì)。

（3）各組進(jìn)行總結(jié)寫出項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告及項(xiàng)目體會(huì)。

4.項(xiàng)目評(píng)價(jià)

（1）提交成果、評(píng)價(jià)總結(jié)。根據(jù)每個(gè)學(xué)生在該項(xiàng)活動(dòng)中的參與程度、所起的作用、合作能力及成果等進(jìn)行評(píng)價(jià)。項(xiàng)目結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)提交一份報(bào)告書。先由學(xué)生對(duì)自己維修的電機(jī)質(zhì)量進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，總結(jié)自己的收獲，分析自己的不足之處，確立以后應(yīng)努力的方向；并給出自我評(píng)定等級(jí)。然后由教師進(jìn)行檢查評(píng)分。通過對(duì)比師生評(píng)價(jià)結(jié)果，找出造成評(píng)價(jià)結(jié)果差異的原因。

（2）教師對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)總結(jié)。主要包括本項(xiàng)目的重要知識(shí)點(diǎn)，解釋重要概念，學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中出現(xiàn)的共性問題及解決方法，總結(jié)內(nèi)容要求學(xué)生整理成文字資料以備今后復(fù)習(xí)鞏固。

（3）成績(jī)?cè)u(píng)定。1）組內(nèi)評(píng)定：由各小組成員根據(jù)各組員對(duì)本項(xiàng)目貢獻(xiàn)的情況進(jìn)行互評(píng)，占成績(jī)的40﹪，包括：工作量、努力程度、知識(shí)運(yùn)用、合作互助四方面，各占25分。2）組間互評(píng)：學(xué)生們互相交流學(xué)習(xí)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，并推薦優(yōu)秀電機(jī)，占成績(jī)的20﹪。包括：實(shí)用、創(chuàng)新、工作態(tài)度、質(zhì)量、知識(shí)運(yùn)用五方面，各占20分。3）教師評(píng)定：由教師對(duì)各小組完成項(xiàng)目情況進(jìn)行評(píng)定，占成績(jī)的40﹪。如果只檢查成果的話，小組內(nèi)每個(gè)學(xué)生的成績(jī)相同，這顯然是不公平的，因此應(yīng)對(duì)項(xiàng)目的全過程進(jìn)行評(píng)價(jià)。觀察小組工作中哪些學(xué)生是主角，做的工作多而且重要，哪些學(xué)生處于次要地位，是在別人的指導(dǎo)下工作的；和不同的學(xué)生談話并提出一些問題來了解學(xué)生的知識(shí)技能掌握情況。包括實(shí)用、創(chuàng)新、工作態(tài)度、質(zhì)量、知識(shí)運(yùn)用五方面，各占20分。

（4）綜合三個(gè)評(píng)定情況，確定每一名學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。

三、采用項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)體會(huì)

（1）采用項(xiàng)目教學(xué)法組織教學(xué)，學(xué)生的熱情高，往往能給教師意外的驚喜，發(fā)現(xiàn)了不少實(shí)踐能力很強(qiáng)的學(xué)生，再以他們?yōu)楦餍〗M的組長(zhǎng)，調(diào)動(dòng)了他們的學(xué)習(xí)積極性。在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生不懂的問題能積極主動(dòng)的向教師尋求幫助，學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺性和主動(dòng)性都有明顯提高。

（2）項(xiàng)目教學(xué)法又稱為“跨學(xué)科的課程”，它可以讓不同的課程內(nèi)容在教學(xué)中反映出來，事實(shí)上是相關(guān)課程整合的一種方式。因此采用項(xiàng)目教學(xué)法組織教學(xué)，對(duì)教材的要求也很高，項(xiàng)目教學(xué)中往往一本教材不能滿足教學(xué)的需求，需要多本教材甚至多門學(xué)科結(jié)合使用。因此需要教師自編項(xiàng)目教材。

篇9

關(guān)鍵詞 異步電動(dòng)機(jī)；節(jié)能；抗干擾；變頻調(diào)速；變頻節(jié)能；損耗

0　前言

作為一種重要的動(dòng)力設(shè)備，異步電動(dòng)機(jī)的用電量是非常大的。這些異步電動(dòng)機(jī)一般都是按照設(shè)計(jì)的負(fù)載進(jìn)行選擇的，但在實(shí)際使用中，大都經(jīng)常處在輕載，甚至在空載下運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率低，效率不高，電能的浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重。因此在目前我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展，能源日趨緊張，環(huán)保要求日趨高漲的情況下，提高電機(jī)運(yùn)行效率可以極大緩解能源緊張狀況，提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能控制的基本方法

異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，一般有三種方式可以達(dá)到節(jié)能的目的：一是變頻節(jié)能；二是降低定子電壓節(jié)能；三是優(yōu)化電動(dòng)機(jī)本體設(shè)計(jì)節(jié)能。本論文將重點(diǎn)研究電機(jī)智能軟啟動(dòng)節(jié)能控制方式。

異步電機(jī)是以反電勢(shì)來平衡外電壓的，反電勢(shì)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加而逐漸增大，電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)之初反電勢(shì)為零，所以起動(dòng)時(shí)沖擊電流很大，約為額定電流的5~7倍。對(duì)于功率較大的異步電機(jī)起動(dòng)時(shí)電流會(huì)達(dá)到幾千安培，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大的沖擊，使電源電壓下降，影響同一電網(wǎng)上的其它設(shè)備的起動(dòng)和正常工作。基于以上的原因，電動(dòng)機(jī)一般不允許直接起動(dòng)，必須對(duì)其起停加以控制。

可以實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)軟起動(dòng)的方式主要有：離心連接方式、變頻調(diào)速起動(dòng)方式、降壓起動(dòng)方式。

1.1　離心連接方式

包括液力耦合器，電磁轉(zhuǎn)差離合器等多種形式。其基本原理是在電機(jī)和負(fù)載之間加入中間級(jí)以起到緩沖作用，離心連接可用于調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，精度低。這種起動(dòng)方式可以防止起動(dòng)時(shí)對(duì)負(fù)載設(shè)備的沖擊，但不能防止起動(dòng)過程中沖擊電流對(duì)電網(wǎng)的影響。

1.2　變頻調(diào)速起動(dòng)方式

變頻調(diào)速系統(tǒng)除進(jìn)行電機(jī)調(diào)速外，還可以實(shí)現(xiàn)平滑起動(dòng)。在電機(jī)起動(dòng)加速時(shí)，逆變器輸出頻率做線性增長(zhǎng)，隨頻率增大電壓隨之增高，可使電機(jī)起動(dòng)時(shí)的電流限制在1.5IN左右。對(duì)于有調(diào)速要求的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，宜采用變頻器調(diào)速方式。但這種電機(jī)控制器的電路復(fù)雜，成本較高，當(dāng)不需要精確調(diào)速時(shí)，不適合應(yīng)用這種起動(dòng)方式。

1.3　降壓起動(dòng)方式

包括常規(guī)的降壓起動(dòng)和固態(tài)軟起動(dòng)器起動(dòng)兩種方法。常規(guī)的降壓起動(dòng)方式主要有：定子電路中串入起動(dòng)電抗、星—三角形起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)等。這類起動(dòng)控制可以達(dá)到減小起動(dòng)時(shí)的機(jī)械及電器沖擊的基本要求，但它們僅僅是名義上的軟起動(dòng)控制器，因?yàn)樗鼈儗⑵饎?dòng)階段分為兩個(gè)或多個(gè)步驟，起動(dòng)電流由一級(jí)向相鄰一級(jí)跳變時(shí)會(huì)產(chǎn)生跳躍沖擊，且這類控制器均以接觸器為主要部件，雖然經(jīng)過不斷的設(shè)計(jì)改進(jìn)，但還是存在不可消除的缺點(diǎn)，如體積大、機(jī)械磨損、觸頭燒熔、工作噪聲、工作時(shí)的射頻干擾和機(jī)械震動(dòng)，為此，起動(dòng)設(shè)備需要經(jīng)常維修，實(shí)踐表明，這類起動(dòng)器的性能比電機(jī)本身還要差。

另外一種降壓起動(dòng)方式是用固態(tài)起動(dòng)器起動(dòng)。固態(tài)起動(dòng)器是一種新型的無觸點(diǎn)起動(dòng)器，通過半導(dǎo)體元件來控制。在三相電路的每一相有兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)連接，控制輸出的觸發(fā)脈沖即可調(diào)整晶閘管的輸出電壓。

2　異步電動(dòng)機(jī)的損耗分析

2.1　恒定損耗

恒定損耗是指異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)固有損耗，它與電動(dòng)機(jī)材料、制造工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)速等參數(shù)有關(guān)，而與負(fù)載大小無關(guān)。恒定損耗包括鐵心損耗（含空載雜散損耗）及機(jī)械損耗。

2.1.1　鐵心損耗

鐵心損耗pFe（含空載雜散損耗）亦稱鐵耗，指主磁場(chǎng)在電動(dòng)機(jī)鐵心中交變所引起的渦流損耗和磁滯損耗。異步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)子鐵心中磁通變化的頻率很小，一般僅為每秒1~3周，故異步電動(dòng)機(jī)鐵耗主要為定子鐵心損耗。

鐵耗大小取決于組成電動(dòng)機(jī)的鐵心材料性能、頻率及磁通密度，近似公式pFe≈kf1.3B2，k為系數(shù)，B為磁通密度，f為轉(zhuǎn)子磁通變化的頻率。

空載雜散損耗pσs是指空載電流通過定子繞組的漏磁通在定子機(jī)座、端蓋等金屬中產(chǎn)生的損耗，一般空載電流近似不變，因此這些損耗也是恒定的。鐵耗一般占異步電動(dòng)機(jī)總損耗的20%~25%。

2.1.2　機(jī)械損耗

機(jī)械損耗PΩ通常包括通風(fēng)系統(tǒng)損耗pV及軸承摩擦損耗pr，繞線式轉(zhuǎn)子還有電刷摩擦損耗。通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)摩損耗主要為產(chǎn)生冷卻電機(jī)的氣流所需的風(fēng)扇總功率。，H為風(fēng)扇有效壓力，V為氣體流量，η為風(fēng)扇效率。可見，合理的選用冷卻風(fēng)扇所用材料及合理的風(fēng)道設(shè)計(jì)等可降低通風(fēng)系統(tǒng)損耗，具體的不在本文涉及范圍。

軸承摩擦損耗主要與軸承型號(hào)，裝配水平，脂有關(guān)。對(duì)于滾動(dòng)軸承，軸承摩擦損耗一般形式為： pr=9.81GVsμ，G為軸承承受的負(fù)荷，Vs為軸徑線速度，μ為摩擦系數(shù)。

機(jī)械損耗一般占總損耗的10%~50%，電動(dòng)機(jī)容量越大，由于通風(fēng)損耗變大，在總損耗中比重也增大。

2.2　負(fù)載損耗

負(fù)載損耗主要是指電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子、轉(zhuǎn)子繞組通過電流而引起的損耗，亦稱銅耗。pCu=mI2r，m為相數(shù)，I為每相電流，r為每相電阻。銅耗約占總損耗的20%~70%，電動(dòng)機(jī)容量越大，銅耗占比例越小。

2.3　雜散損耗

雜散損耗主要由定子漏磁通和定子、轉(zhuǎn)子的各種高次諧波在導(dǎo)線、鐵心及其他金屬部件內(nèi)所引起的損耗。這些損耗約占總損耗的10%~15%。

3　異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能控制方法

3.1　異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓節(jié)能

對(duì)于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，降低端電壓不僅可以降低電動(dòng)機(jī)本身的鐵耗和銅耗，而且輸出功率的降低進(jìn)一步減小了電動(dòng)機(jī)的輸入功率，節(jié)能率更高。或者可以理解為降低電動(dòng)機(jī)端電壓同時(shí)提高了電動(dòng)機(jī)本身和負(fù)載的效率。

降壓節(jié)能電動(dòng)機(jī)

異步電動(dòng)機(jī)采用降壓節(jié)能運(yùn)行方式時(shí)，必須滿足兩個(gè)先決條件：首先，必須保證電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行；第二，轉(zhuǎn)子電流不能超過額定允許值，否則會(huì)造成轉(zhuǎn)子過熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀電機(jī)。

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不僅與電壓的平方成正比，與負(fù)載率成反比，而且還與電動(dòng)機(jī)本身的承載能力有關(guān)。

功率因數(shù)在空載時(shí)數(shù)值很小，僅為0.1～0.15，隨著負(fù)載率增加而遞增。通常6、8、10極電動(dòng)機(jī)遞增幅度比2、4極電動(dòng)機(jī)來得大，小容量電動(dòng)機(jī)的增幅度比大容量遞增幅度來得大。不同系列、不同類型的電動(dòng)機(jī)效率、功率因數(shù)均不相同。一般說來，同容量的鼠籠型電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)要比繞線式電動(dòng)機(jī)高；轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)效率、功率因數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)低的高；同一類型電動(dòng)機(jī)容量大的電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)比容量小的電動(dòng)機(jī)高。對(duì)于同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其效率曲線也不是一成不變的，使用時(shí)間過長(zhǎng)，維護(hù)保養(yǎng)不良將使各種損耗增加，導(dǎo)致效率曲線的下降。

要使電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須合理選擇電動(dòng)機(jī)類型、容量與負(fù)載機(jī)械特性適應(yīng)，力求有最高的運(yùn)行效率；對(duì)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)要提高電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率；加強(qiáng)維護(hù)檢修，采取各種改造措施減少損耗，提高電動(dòng)機(jī)的效率。

在恒定負(fù)載長(zhǎng)期輕載運(yùn)行時(shí)，不宜采用降低端電壓而應(yīng)更換小容量電機(jī)。需注意的是：降低定子端電壓并不顯著降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，即電機(jī)轉(zhuǎn)差率在允許范圍之內(nèi)；

電動(dòng)機(jī)本身的空載電流較大，或者電網(wǎng)電壓偏高的場(chǎng)合也很適宜降壓節(jié)電運(yùn)行。

降低端電壓有利于電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高效率，改善功率因數(shù)。輕載時(shí)，降低定子端電壓，可以提高電動(dòng)機(jī)效率，但必須降壓合適，否則就不能達(dá)到節(jié)能效果。

3.2　異步電動(dòng)機(jī)變頻節(jié)能

電氣傳動(dòng)的PWM控制技術(shù)是調(diào)速傳動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。PWM控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或周期以達(dá)到變壓的目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)。

在交流變頻傳動(dòng)中，使用較早的控制技術(shù)是VVVF控制技術(shù)，該控制技術(shù)分為兩種：一是把VV與VF分開完成，即先把交流電整流為直流的同時(shí)進(jìn)行相控調(diào)壓，而后逆變?yōu)榭烧{(diào)頻率的交流電，這種前后分開控制的VVVF控制技術(shù)稱為脈沖幅值調(diào)制方式（pulseAmplitudeModulation）。二是將VV與VF集中于逆變器一起來完成，即前面為不可控整流器，中間直流電壓恒定，而后由逆變器既完成變頻又完成變壓，這種控制技術(shù)稱為脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PulseWidthModulation）。這種控制技術(shù)整流器無須控制，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，而且以全波整流代替相控整流，提高了輸入端的功率因數(shù)，減小了高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。

PWM控制技術(shù)有許多種，而且在不斷發(fā)展之中，從控制思它們分為四類：（1）等脈寬PWM法，（2）正弦波PWM法，即s流跟蹤型PWM法，（3）磁鏈追蹤型PWM法（SVPWM法，也稱電壓法）。具體實(shí)現(xiàn)的技術(shù)有:自然采樣法，對(duì)稱規(guī)則采樣法、特定諧調(diào)制技術(shù)，相位調(diào)制技術(shù)，面積等效法等10多種調(diào)制技術(shù)。

等脈寬PWM法的每一脈沖的寬度均相等，改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法可以實(shí)現(xiàn)電壓與頻率的協(xié)調(diào)變化，其缺點(diǎn)是輸出電壓除基波外，包含較多的諧波分量。

SPWM法克服了等脈寬PWM法的缺點(diǎn)，它從電動(dòng)機(jī)供電電源的角度出發(fā)，著眼于如何產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)頻調(diào)壓的三相正弦波電源，它是以一個(gè)正弦波作為基準(zhǔn)波（稱為調(diào)制波），用等幅的三角波（稱為載波）與基準(zhǔn)正弦波相交，由它們的交點(diǎn)確定逆變器的開關(guān)模式。

電流跟蹤型PWM法采用電壓源型逆變器，卻是控制輸出電流的，其基本思想是將電動(dòng)機(jī)定子電流的檢測(cè)信號(hào)與正弦波電流給定信號(hào)相比較，如果實(shí)際電流大于給定值，則通過逆變器的開關(guān)動(dòng)作使之減小，反之使之增大，這樣實(shí)際電流波形圍繞給定的正弦波做鋸齒狀變化，而且開關(guān)器件的開關(guān)頻率越高電流波動(dòng)就越小，使用這種方法，電動(dòng)機(jī)的電壓數(shù)學(xué)模型改成電流模型，可使控制簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)加快，還可以防止逆變器過電流。

磁鏈追蹤型PWM法，把電動(dòng)機(jī)與逆變器看為一體，著眼于如何使電動(dòng)機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)為目標(biāo)，它以三相對(duì)稱正弦電壓供電時(shí)交流電動(dòng)機(jī)中的理想磁鏈為基準(zhǔn)，用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的磁鏈有效矢量來逼近基準(zhǔn)圓，理論分析和實(shí)驗(yàn)表明SVPWM調(diào)制具有脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩小、噪音低，直流電壓利用率高（比普通的SPWM調(diào)制約高15%）。

在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，通常要考慮的一個(gè)重要因素是希望保持電機(jī)中每極磁通量為額定值，并保持不變。因?yàn)槿绻磐ㄌ酰瑳]有充分利用電機(jī)鐵心，這是一種浪費(fèi)；如果過分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使繞組因過熱而損壞電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)電樞反應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償，保持磁通恒定是很容易做到的。而在異步電動(dòng)機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)合成的，故要達(dá)到磁通恒定的目的就困難得多。

4　抗干擾技術(shù)

異步電機(jī)節(jié)電控制器的工作環(huán)境比較復(fù)雜和惡劣，其應(yīng)用的可靠性、安全性就成為一個(gè)非常突出的問題。影響系統(tǒng)可靠、安全運(yùn)行的主要因素是來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝和外部環(huán)境條件等。這些因素對(duì)節(jié)電控制器造成的干擾后果主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面。

單片機(jī)系統(tǒng)常用的抗電磁干擾的硬件措施有濾波技術(shù)、去藕電容技術(shù)、屏蔽技術(shù)與信號(hào)隔離技術(shù)、接地技術(shù)等。常用的軟件措施主要有數(shù)字濾波、軟件冗余、程序運(yùn)行監(jiān)視及故障自動(dòng)恢復(fù)技術(shù)等。現(xiàn)在介紹主要的硬件抗干擾措施。

4.1　濾波技術(shù)

濾波是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。濾波器可以顯著地減小傳導(dǎo)干擾的電平，因?yàn)楦蓴_頻譜成份不同于有用信號(hào)的頻率，濾波器對(duì)于這些與有用信號(hào)頻率不同的成份有良好的抑制能力，從而起到其它干擾抑制難以起到的作用。所以，采用濾波網(wǎng)絡(luò)無論是抑制干擾源和消除干擾藕合，或是增強(qiáng)設(shè)備的抗干擾能力，都是有力措施。此技術(shù)在本設(shè)計(jì)中的直流電源電路、同步信號(hào)檢測(cè)、電流過零點(diǎn)檢測(cè)等電路中都有用到。

4.2　去藕電容技術(shù)

數(shù)字電路信號(hào)電平轉(zhuǎn)換過程中會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，并在傳輸線和供電電源內(nèi)阻上產(chǎn)生較大的壓降，形成嚴(yán)重的干擾。為了抑制這種干擾，在電路中適當(dāng)配置去藕電容。去藕電容一方面提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能量，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。

4.3　屏蔽技術(shù)與信號(hào)隔離技術(shù)

屏蔽技術(shù)可以抑制外部電磁干擾的作用，屏蔽是用屏蔽體把通過空間進(jìn)行電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)藕合的部分隔離開來，割斷其空間場(chǎng)的藕合通道。良好的屏蔽是和接地緊密相連的，因而可以大大降低噪聲藕合，取得較好的抗干擾效果。在本系統(tǒng)中可采用鋁盒將內(nèi)部電路板屏蔽起來，對(duì)外只留有幾個(gè)接口。此技術(shù)體現(xiàn)在電路板的制作上。

信號(hào)的隔離目的之一是從電路上把干擾源和易干擾的部分隔離開來，使單片機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)僅保持信號(hào)聯(lián)系，但不直接發(fā)生電的聯(lián)系。隔離的實(shí)質(zhì)是把引進(jìn)的干擾通道切斷，從而達(dá)到隔離現(xiàn)場(chǎng)干擾的目的。常用的隔離方式有光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離等。本控制器的同步信號(hào)檢測(cè)、電流過零點(diǎn)檢測(cè)等電路中都采用了光電隔離技術(shù)；晶閘管驅(qū)動(dòng)電路中采用了變壓器隔離技術(shù)。

4.4　接地技術(shù)

接地技術(shù)是抑制噪聲的重要手段，良好的接地可以在很大程度上抑制系統(tǒng)內(nèi)部噪聲藕合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。接地目的有三個(gè)：其一是為各電路的工作提供基準(zhǔn)電位；其二是為了安全；其三是為了抑制干擾。

4.5　電路抗干擾技術(shù)

由于可控硅開關(guān)高次諧波、外部干擾等在采用屏蔽和濾波后仍不能滿足抑制和防止干擾的要求，可以結(jié)合電路屏蔽，采取平衡措施等電路技術(shù)，在電路設(shè)計(jì)合理布置地線，還可采用其它一些電路技術(shù)，例如接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，整形電路，積分電路和選通電路等等。總之，采用電路技術(shù)也是抑制和防止干擾的重要措施。此外，實(shí)際的無源元件并不是理想的，其特性與理想的特性是有差異的。元件本身可能就是一個(gè)干擾源，因此選用優(yōu)質(zhì)無源元件非常重要。也可以利用元件具有的特性進(jìn)行抑制和防止干擾。

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篇10

1.1由于電機(jī)本身密封不良，加之環(huán)境跑冒滴漏，使電機(jī)內(nèi)部進(jìn)水或進(jìn)入其它帶有腐蝕性液體或氣體，電機(jī)繞組絕緣受到浸蝕，最嚴(yán)重部位或絕緣最薄弱點(diǎn)發(fā)生一點(diǎn)對(duì)地、相間短路或匝間短路現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電機(jī)繞組局部燒壞。

相應(yīng)對(duì)策：①盡量消除工藝和機(jī)械設(shè)備的跑冒滴漏現(xiàn)象；②檢修時(shí)注意搞好電機(jī)的每個(gè)部位的密封，例如在各法蘭涂少量704密封膠，在螺栓上涂抹油脂，必要時(shí)在接線盒等處加裝防滴濺盒，如電機(jī)暴漏在易侵入液體和污物的地方應(yīng)做保護(hù)罩；③對(duì)在此環(huán)境中運(yùn)行的電機(jī)要縮短小修和中修周期，嚴(yán)重時(shí)要及時(shí)進(jìn)行中修。

1.2由于軸承損壞，軸彎曲等原因致使定、轉(zhuǎn)子磨擦（俗稱掃膛）引起鐵心溫度急劇上升，燒毀槽絕緣、匝間絕緣，從面造成繞組匝間短路或?qū)Φ亍胺排凇薄?yán)重時(shí)會(huì)使定子鐵心倒槽、錯(cuò)位、轉(zhuǎn)軸磨損、端蓋報(bào)廢等。軸承損壞一般由下列原因造成：①軸承裝配不當(dāng)，如冷裝時(shí)不均勻敲擊軸承內(nèi)圈使軸受到磨損，導(dǎo)致軸承內(nèi)圈與軸承配合失去過盈量或過盈量變小，出現(xiàn)跑內(nèi)圈現(xiàn)象，裝電機(jī)端蓋時(shí)不均勻敲擊導(dǎo)致端蓋軸承室與軸承外圈配合過松出現(xiàn)跑外圈現(xiàn)象。無論跑內(nèi)圈還是跑外圈均會(huì)引起軸承運(yùn)行溫升急劇上升以致燒毀，特別是跑內(nèi)圈故障會(huì)造成轉(zhuǎn)軸嚴(yán)重磨損和彎曲。但間斷性跑外圈一般情況下不會(huì)造成軸承溫度急劇上升，只要軸承完好，允許間斷性跑外圈現(xiàn)象存在。②軸承腔內(nèi)未清洗干凈或所加油脂不干凈。例如軸承保持架內(nèi)的微小剛性物質(zhì)未徹底清理干凈，運(yùn)行時(shí)軸承滾道受損引起溫升過高燒毀軸承。③軸承重新更換加工，電機(jī)端蓋嵌套后過盈量大或橢圓度超標(biāo)引起軸承滾珠游隙過小或不均勻?qū)е螺S承運(yùn)行時(shí)磨擦力增加，溫度急劇上升直至燒毀。④由于定、轉(zhuǎn)子鐵心軸向錯(cuò)位或重新對(duì)轉(zhuǎn)軸機(jī)加工后精度不夠，致使軸承內(nèi)、外圈不在一個(gè)切面上而引起軸承運(yùn)行“吃別勁”后溫升高直至燒毀。⑤由于電機(jī)本體運(yùn)行溫升過高，且軸承補(bǔ)充加油脂不及時(shí)造成軸承缺油甚至燒毀。⑥由于不同型號(hào)油脂混用造成軸承損壞。⑦軸承本身存在制造質(zhì)量問題，例如滾道銹斑、轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、游隙超標(biāo)、保持架變形等。⑧備機(jī)長(zhǎng)期不運(yùn)行，油脂變質(zhì)，軸承生銹而又未進(jìn)行中修。

相應(yīng)對(duì)策：①卸裝軸承時(shí)，一般要對(duì)軸承加熱至80℃~100℃，如采用軸承加熱器，變壓器油煮等，只有這樣，才能保證軸承的裝配質(zhì)量。②安裝軸承前必須對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的清洗，軸承腔內(nèi)不能留有任何雜質(zhì)，填加油脂時(shí)必須保證潔凈。③盡量避免不必要的轉(zhuǎn)軸機(jī)加工及電機(jī)端蓋嵌套工作。④組裝電機(jī)時(shí)一定要保證定、轉(zhuǎn)子鐵心對(duì)中，不得錯(cuò)位。⑤電機(jī)外殼潔凈見本色，通風(fēng)必須有保證，冷卻裝置不能有積垢，風(fēng)葉要保持完好。⑥禁止多種油脂混用。⑦安裝軸承前先要對(duì)軸承進(jìn)行全面仔細(xì)的完好性檢查。⑧對(duì)于長(zhǎng)期不用的電機(jī)，使用前必須進(jìn)行必要的解體檢查，更新軸承油脂。

1.3由于繞組端部較長(zhǎng)或局部受到損傷與端蓋或其它附件相磨擦，導(dǎo)致繞組局部燒壞。

相應(yīng)對(duì)策：電機(jī)在更新繞組時(shí)，必須按原數(shù)據(jù)嵌線。檢修電機(jī)時(shí)任何剛性物體不準(zhǔn)碰及繞組，電機(jī)轉(zhuǎn)子抽芯時(shí)必須將轉(zhuǎn)子抬起，杜絕定、轉(zhuǎn)子鐵芯相互磨擦。動(dòng)用明火時(shí)必須將繞組與明火隔離并保證有一定距離。電機(jī)回裝前要對(duì)繞組的完好性進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的檢查確診。

1.4由于長(zhǎng)時(shí)間過載或過熱運(yùn)行，繞組絕緣老化加速，絕緣最薄弱點(diǎn)碳化引起匝間短路、相間短路或?qū)Φ囟搪返痊F(xiàn)象使繞組局部燒毀。

相應(yīng)對(duì)策：①盡量避免電動(dòng)機(jī)過載運(yùn)行。②保證電動(dòng)機(jī)潔凈并通風(fēng)散熱良好。③避免電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)，必要時(shí)需對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子做動(dòng)平衡試驗(yàn)。

1.5電機(jī)繞組絕緣受機(jī)械振動(dòng)（如啟動(dòng)時(shí)大電流沖擊，所拖動(dòng)設(shè)備振動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡等）作用，使繞組出現(xiàn)匝間松馳、絕緣裂紋等不良現(xiàn)象，破壞效應(yīng)不斷積累，熱脹冷縮使繞組受到磨擦，從而加速了絕緣老化，最終導(dǎo)致最先碳化的絕緣破壞直至燒毀繞組。

相應(yīng)對(duì)策：①盡可能避免頻繁啟動(dòng)，特別是高壓電機(jī)。②保證被拖動(dòng)設(shè)備和電機(jī)的振動(dòng)值在規(guī)定范圍內(nèi)。

2三相異步電動(dòng)機(jī)一相或兩相繞組燒毀（或過熱）的原因及對(duì)策

如果出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)一相或兩相繞組燒壞（或過熱），一般都是因?yàn)槿毕噙\(yùn)行所致。當(dāng)電機(jī)不論何種原因缺相后，電動(dòng)機(jī)雖然尚能繼續(xù)運(yùn)行，但轉(zhuǎn)速下降，滑差變大，其中B、C兩相變?yōu)榇?lián)關(guān)系后與A相并聯(lián)，在負(fù)荷不變的情況下，A相電流過大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，該相繞組必然過熱而燒毀。為三相異步電動(dòng)機(jī)繞組為Y接法的情況：電源缺相后，電動(dòng)機(jī)尚可繼續(xù)運(yùn)行，但同樣轉(zhuǎn)速明顯下降，轉(zhuǎn)差變大，磁場(chǎng)切割導(dǎo)體的速率加大，這時(shí)B相繞組被開路，A、C兩相繞組變?yōu)榇?lián)關(guān)系且通過電流過大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，將導(dǎo)致兩相繞組同時(shí)燒壞。

篇11

一、工程概況

龍江拉浪水電站位于廣西宜州市拉浪鄉(xiāng)上游11km處的珠江流域柳江支流龍江河段中游，是龍江開發(fā)的第八梯級(jí)，下游宜州市64km。其擴(kuò)建工程為壩后式電站，設(shè)計(jì)裝機(jī)臺(tái)21000kW軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組。 電站廠房配備一臺(tái)110/20t廠房橋機(jī)，該橋機(jī)要求能精確控制主、副鉤升降距離，大、小車平移距離的操作系統(tǒng)，精確范圍達(dá)到1mm～5mm之間，使安裝設(shè)備之間能精確就位，同時(shí)要求具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，不會(huì)出現(xiàn)溜鉤并真正實(shí)現(xiàn)“零速交叉功能”。

二、設(shè)計(jì)方案

交流電機(jī)有多種調(diào)速方式，目前較為先進(jìn)的調(diào)速方式為變頻調(diào)速。使用變頻器控制電機(jī)的運(yùn)行控制，可以進(jìn)行電機(jī)的軟啟動(dòng)，而讓電機(jī)具有很快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)并且實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；另外對(duì)電機(jī)的一些參數(shù)做到補(bǔ)償；對(duì)電源的缺相、欠壓、過壓、過流等都能做到很及時(shí)很準(zhǔn)確的檢測(cè)而自動(dòng)采取應(yīng)變措施保護(hù)電機(jī)。根據(jù)此項(xiàng)目中的橋機(jī)運(yùn)行控制要求，選用變頻調(diào)速方式。

1、 電動(dòng)機(jī)選型

電動(dòng)機(jī)采用YZP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，該系列電動(dòng)機(jī)可在3~100Hz范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)速運(yùn)行。3~50Hz范圍內(nèi)為恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行;50~100Hz范圍內(nèi)為恒功率運(yùn)行。

2、 調(diào)速方法

采用目前國(guó)際先進(jìn)技術(shù)具有矢量控制功能的變頻調(diào)速系統(tǒng)。變頻器的速度指令采用電位器控制0~+10V電壓信號(hào)，使其連續(xù)可調(diào)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。

3、 運(yùn)行狀態(tài)的顯示

在橋機(jī)上的大、小車，主、副鉤的運(yùn)行機(jī)構(gòu)上都裝置了絕對(duì)型編碼器，通過PLC采集編碼器的信息，經(jīng)轉(zhuǎn)換后在橋機(jī)司機(jī)室里的觸摸屏上顯示各個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行的相對(duì)距離。

4、 制動(dòng)方式

采用再生制動(dòng)、直流制動(dòng)和電磁機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的方法。

三、主要元器件的選擇

1、 可編程序控制器（PLC）的選擇

此方案，選用西門子S7-200系列PLC，這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動(dòng)化控制需要。由于其具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，使得S7-200可以近乎完美的滿足小規(guī)模控制要求。同時(shí)選用了西門子TP170A觸摸屏，用于顯示橋機(jī)的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2、 變頻器的選擇

從實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性上考慮，該方案選擇安川G7系列變頻器。通常應(yīng)根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的電流值（最大值）來選擇變頻器，通常令變頻器的額定電流≥（1.05～1.10）電動(dòng)機(jī)的額定電流或電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的最大電流。

I1nv≥（1.05～1.10）In或（1.05～1.10）Imax

式中I1nv--變頻器額定輸出電流（A）；

In--電動(dòng)機(jī)的額定電流（A）；

Imax--電動(dòng)機(jī)實(shí)際最大電流（A）。

此項(xiàng)目所選變頻器的容量均為大于電機(jī)一個(gè)級(jí)別的容量。主、副起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)裝置了增量型編碼器，與變頻器形成帶PG的矢量閉環(huán)控制。主起升變頻器還選用了安川起重專用的軟件，提高了變頻器的可靠性和安全性。

四、實(shí)際運(yùn)行情況

1、調(diào)試

此臺(tái)橋機(jī)的主、副鉤采用帶PG矢量控制，小車電機(jī)無PG矢量控制，大車電機(jī)由一臺(tái)變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)，采用無PG V/f 控制。。安川G7系列變頻器在運(yùn)行前，有必要進(jìn)行變頻器的自學(xué)習(xí)模式。這里一般采用停止型自學(xué)習(xí)模式，參數(shù)里設(shè)置T1-01=1。首先，進(jìn)入變頻器T參數(shù)設(shè)置里，根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌上的數(shù)據(jù)，設(shè)定好電動(dòng)機(jī)的額定電壓、電流，電機(jī)極數(shù)、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。然后按下數(shù)字?jǐn)?shù)字操作器上的RUN鍵，約1分鐘后完成自學(xué)習(xí)。

值得注意的是，由于起升機(jī)構(gòu)采用的變頻器采用的是安川的起重專用軟件，必須按起升方向作為電機(jī)正轉(zhuǎn)，下降方向作為電機(jī)反轉(zhuǎn)。同時(shí)該變頻器對(duì)抱閘時(shí)序有著嚴(yán)格的控制。起動(dòng)和停止時(shí)，為了在確保符合負(fù)載力矩的狀態(tài)下進(jìn)行抱閘開閉，變頻器根據(jù)內(nèi)部頻率指令、電機(jī)電流、力矩指令大小，

輸出抱閘松開指令。

2、試運(yùn)行

在試吊過程中，輕載時(shí)橋機(jī)一切正常。然而在試吊1.25倍額定載荷的重物的時(shí)候，出現(xiàn)了下滑飛車的情況。經(jīng)過對(duì)變頻器抱閘松開指令的調(diào)整，及制動(dòng)器預(yù)緊力的調(diào)整，下滑現(xiàn)象得到消除。

3、實(shí)際應(yīng)用

該橋機(jī)已交付使用有1年多的時(shí)間，在2009年10月份成功吊裝了重約75t的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。至今該橋機(jī)使用狀態(tài)良好。

五、結(jié)束語

篇12

2．了解常用電氣元件的電路符號(hào)，能夠看懂電路圖的連接關(guān)系；

3．熟練掌握歐姆定律的兩種形式，明確U，J，R，E，r之間的關(guān)系；

4．準(zhǔn)確辨識(shí)簡(jiǎn)單電路電阻的串、并聯(lián)關(guān)系，掌握兩種連接形式中每個(gè)元件上電壓、電流與總電壓、總電流的關(guān)系。

現(xiàn)實(shí)生活中，我們經(jīng)常聽到或說起很多有關(guān)電方面的名詞、術(shù)語，也經(jīng)常有很多用電方面的困惑。這些名詞、術(shù)語究竟是怎樣定義的?它們之間有什么關(guān)系?是什么因素導(dǎo)致電壓的高低、電流的大小?為什么會(huì)發(fā)生由用電引發(fā)的火災(zāi)?為什么家里幾個(gè)月沒人住，還會(huì)產(chǎn)生電費(fèi)?很多經(jīng)常聽到的，看似簡(jiǎn)單，又不容易說清的問題，通過本章的學(xué)習(xí)都會(huì)有明確的答案。

§1—1 電學(xué)的基本物理量

一、電量

自然界中的一切物質(zhì)都是由分子組成的，分子又是由原子組成的，而原子是由帶正電荷的原子核和一定數(shù)量帶負(fù)電荷的電子組成的。在通常情況下，原子核所帶的正電荷數(shù)等于核外電子所帶的負(fù)電荷數(shù)，原子對(duì)外不顯電性。但是，用一些辦法，可使某種物體上的電子轉(zhuǎn)移到另外一種物體上。失去電子的物體帶正電荷，得到電子的物體帶負(fù)電荷。物體失去或得到的電子數(shù)量越多，則物體所帶的正、負(fù)電荷的數(shù)量也越多。

物體所帶電荷數(shù)量的多少用電量來表示。電量是一個(gè)物理量，它的單位是庫侖，用字母C表示。1C的電量相當(dāng)于物體失去或得到6.25×1018個(gè)電子所帶的電量。

二、電流

電荷的定向移動(dòng)形成電流。電流有大小，有方向。

1．電流的方向

1、人們規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉＝饘賹?dǎo)體中，電流是電子在導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)的結(jié)果，電子流的方向是負(fù)電荷的移動(dòng)方向，與正電荷的移動(dòng)方向相反，所以金屬導(dǎo)體中電流的方向與電子流的方向相反，如圖1—1所示。

2．電流的大小

電學(xué)中用電流強(qiáng)度來衡量電流的大小。電流強(qiáng)度就是l秒鐘通過導(dǎo)體截面的電量。電流強(qiáng)度用字母表示，計(jì)算公式如下：

式中 ——電流強(qiáng)度，單位安培(A)；

——在t秒時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)體截面的電量數(shù)，單位庫侖(C)；

——時(shí)間，單位秒(s)。

實(shí)際使用時(shí)，人們把電流強(qiáng)度簡(jiǎn)稱為電流。電流的單位是安培，簡(jiǎn)稱安，用字母A表示。如果1秒內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量為1庫侖，則該電流的電流強(qiáng)度為1安培，習(xí)慣簡(jiǎn)稱電流為1安。實(shí)際應(yīng)用中，除單位安培外，還有千安()、毫安()和微安()。它們之間的關(guān)系為：

三、電壓

為了弄清楚電荷在導(dǎo)體中定向移動(dòng)而形成電流的原因，我們對(duì)照?qǐng)D1—2a水流的形成來理解這個(gè)問題。

從圖1—2a可以看到外水由一A槽經(jīng)C管向8槽流去。水之所以能在C管中進(jìn)行定向移動(dòng)，是由于A槽水位高，B槽水位低所致：A，B兩槽之間的水位差即水壓，是實(shí)現(xiàn)水形成水流的原因。與此相似，當(dāng)圖1—2b中的開關(guān)S閉合后，電路里就有電流。這是因?yàn)殡娫吹恼龢O電位高，負(fù)極電位低。兩個(gè)極間電位差(電壓)使正電荷從正極出發(fā)，經(jīng)過負(fù)載R移向負(fù)極形成電流。所以，電壓是自由電荷發(fā)生定向移動(dòng)形成電流的原因。在電路中電場(chǎng)力把單位正電荷由高電位a點(diǎn)移向低電位b點(diǎn)所做的功稱為兩點(diǎn)間的電壓，用表示。所以電壓是a與b兩點(diǎn)間的電位差，它是衡量電場(chǎng)力做功本領(lǐng)大小的物理量。

電壓用字母U表示，單位為伏特，電場(chǎng)力將1庫侖電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功為1焦耳，則ab間的電壓值就是1伏特，簡(jiǎn)稱伏，用字母V表示。常用的電壓?jiǎn)挝贿€有千伏(kV)，毫伏(mV)等。它們之間的關(guān)系為：

1 kV=V

l V=mV

電壓與電流相似，不但有大小，而且有方向。對(duì)于負(fù)載來說，電流流人端為正端，電流流出端為負(fù)端。電壓的方向是由正端指向負(fù)端，也就是說負(fù)載中電壓實(shí)際方向與電流方向一致。在電路圖中，用帶箭頭的細(xì)實(shí)線表示電壓的方向。

四、電動(dòng)勢(shì)、電源

在圖1—2a中，為使水在C管中持續(xù)不斷地流動(dòng)，必須用水泵把B槽中的水不斷地泵入A槽，以維持兩槽間的固定水位差，也就是要保證C管兩端有一定的水壓。在圖1—2b中，電源與水泵的作用相似，它把正電荷由電源的負(fù)極移到正極，以維持正、負(fù)極間的電位差，即電路中有一定的電壓使正電荷在電路中持續(xù)不斷地流動(dòng)。

電源是利用非電力把正電荷由負(fù)極移到正極的，它在電路中將其他形式能轉(zhuǎn)換成電能。電動(dòng)勢(shì)就是衡量電源能量轉(zhuǎn)換本領(lǐng)的物理量，用字母E表示，它的單位也是伏特，簡(jiǎn)稱伏，用字母V表示。

電源的電動(dòng)勢(shì)只存在于電源內(nèi)部。人們規(guī)定電動(dòng)勢(shì)的方向在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極。在電路中也用帶箭頭的細(xì)實(shí)線表示電動(dòng)勢(shì)的方向，如圖1—2b所示。當(dāng)電源兩端不接負(fù)載時(shí)，電源的開路電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)，但二者方向相反。

生活中用測(cè)量電源端電壓的辦法，來判斷電源的狀態(tài)。比如測(cè)得工作電路中兩節(jié)5號(hào)電池的端電壓為2.8 V，則說明電池電量比較充足。

五、電阻

一般來說，導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用稱為電阻，用字母R表示。電阻的單位為歐姆，簡(jiǎn)稱歐，用字母表示。

如果導(dǎo)體兩端的電壓為1伏，通過的電流為1安，則該導(dǎo)體的電阻就是1歐。

常用的電阻單位還有千歐(k)、兆歐(M)。它們之間的關(guān)系為：

1 k=

1 M=k

應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出：電阻是導(dǎo)體中客觀存在的，它與導(dǎo)體兩端電壓變化情況無關(guān)，即使沒有電壓，導(dǎo)體中仍然有電阻存在。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)溫度一定時(shí)，導(dǎo)體電阻只與材料及導(dǎo)體的幾何尺寸有關(guān)。對(duì)于二根材質(zhì)均勻、長(zhǎng)度為L(zhǎng)、截面積為S的導(dǎo)體而言，其電阻大小可用下式表示：

式中 ——導(dǎo)體電阻，單位為歐()；

——導(dǎo)體長(zhǎng)度，單位為米(m)；

——導(dǎo)體截面積，單位為平方毫米()；

——電阻率，單位為歐·米(·m)。

式中電阻率是與材料性質(zhì)有關(guān)的物理量。電阻率的大小等于長(zhǎng)度為1m，截面積為1的導(dǎo)體在一定溫度下的電阻值，其單位為歐米(：m)。例如，銅的電阻率為1.7×·m，就是指長(zhǎng)為1m，截面積為1mmz的銅線的電阻是1.7×。幾種常用材料在20時(shí)的電阻率見表1—1。

從表中可知，銅和鋁的電阻率較小，是應(yīng)用極為廣泛的導(dǎo)電材料。以前，由于我國(guó)鋁的礦藏量豐富，價(jià)格低廉，常用鋁線作輸電線。由于銅線有更好的電氣特性，如強(qiáng)度高、電阻率小，現(xiàn)在銅制線材被更廣泛應(yīng)用。電動(dòng)機(jī)、變壓器的繞組一般都用銅材。

表1—1  幾種常用材料在20℃時(shí)的電阻率

材料名稱電阻率(·m)

銀1.6×

銅1.7×

鋁2.9×

鎢5.3×

鐵1.0×

康銅5.0×

錳銅4.4×

鋁鉻鐵電阻絲1.2×

六、電功、電功率

電流通過用電器時(shí)，用電器就將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能，如熱能、光能和機(jī)械能等。我們把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能叫做電流做功，簡(jiǎn)稱電功，用字母W表示。電流通過用電器所做的功與用電器的端電壓、流過的電流、所用的時(shí)間和電阻有以下的關(guān)系：

如果公式(1—3)中，電壓?jiǎn)挝粸榉娏鲉挝粸榘玻娮鑶挝粸闅W，時(shí)間單位為秒，則電功單位就是焦耳，簡(jiǎn)稱焦，用字母J表示。

電流在單位時(shí)間內(nèi)通過用電器所做的功稱為電功率，用字母P表示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

將公式(1—3)代入公式1—4后得到：

若在公式(1—4)中，電功單位為焦耳，時(shí)間單位為秒，則電功率的單位就是焦耳/秒。焦耳/秒又叫瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，用字母W表示。在實(shí)際工作中，常用的電功率單位還有千瓦(kW)、毫瓦(mW)等。它們之間的關(guān)系為：

1kW=W

1W=mW

從公式1—5中可以得出如下結(jié)論：

1．當(dāng)用電器的電阻一定時(shí)，電功率與電流平方或電壓平方成正比。若通過用電器的電流是原來電流的2倍，則電功率就是原功率的4倍；

若加在用電器兩端電壓是原電壓的2倍,則電功率就是原功率的4倍。

2．當(dāng)流過用電器的電流一定時(shí)，電功率與電阻值成正比。對(duì)于串聯(lián)電阻電路，流經(jīng)各個(gè)電阻的電流是相同的，則串聯(lián)電阻的總功率與各個(gè)電阻的電阻值的和成正比。

3．當(dāng)加在用電器兩端的電壓一定時(shí)，電功率與電阻值成反比。對(duì)于并聯(lián)電阻電路，各個(gè)電阻兩端電壓相等，則各個(gè)電阻的電功率與各電阻的阻值成反比。

在實(shí)際工作中，電功的單位常用千瓦小時(shí)(kW·h)，也叫“度”。1千瓦小時(shí)是1度，它表示功率為1千瓦的用電器1小時(shí)所消耗的電能，即：

1kW·h=1kW×1h=3.6×J

例題1 一臺(tái)42英寸(1英寸=2.54厘米)等離子電視機(jī)的功率約為300W，平均每天開機(jī)3小時(shí)，若每度電費(fèi)為人民幣0.48元，問一年(以365天計(jì)算)要交納多少電費(fèi)?

解：

電視機(jī)的功率P=300 W=0.3 kW

電視機(jī)一年開機(jī)的時(shí)間t=3×365=1 095 h

電視機(jī)一年消耗的電能W=Pt=0.3×1 095=328.5 kW·h

一年的電費(fèi)為328.5×0.48=157.68元

想一想：現(xiàn)在的電氣在不工作時(shí)經(jīng)常是通電的，(待機(jī)狀態(tài))，此時(shí)的功耗很低，一般不超過10 W(計(jì)算時(shí)可以估算為5 W)，假定家中有空調(diào)、電視機(jī)、DVD播放器、家庭影院功放、計(jì)算機(jī)主機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器，如果這些電氣長(zhǎng)期處在待機(jī)狀態(tài)，它們一年要消耗多少電費(fèi)?有沒有其他問題?

七、電流的熱效應(yīng)

電流通過導(dǎo)體使導(dǎo)體發(fā)熱的現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。電流的熱效應(yīng)是電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)換成熱能的效應(yīng)。

電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，用焦耳一楞次定律表示如下：

式中 ——熱量，單位焦耳(J)；

——通過導(dǎo)體的電流，單位安培(A)；

——導(dǎo)體電阻，一單位歐姆()；

——導(dǎo)體通過電流的時(shí)間，單位秒(S)

焦耳一楞次定律的物理意義是：電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量，與電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比。

在生產(chǎn)和生活中，應(yīng)用電流熱效應(yīng)制作各種電氣。如白熾燈、電烙鐵、電烤箱、熔斷器等在工廠中最為常見；

電吹風(fēng)、電褥子等常用于家庭中。但是電流的熱效應(yīng)也有其不利的一面，如電流的熱效應(yīng)能使電路中不需要發(fā)熱的地方(如導(dǎo)線)發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣材料老化，甚至燒毀設(shè)備，導(dǎo)致火災(zāi)，是一種不容忽視的潛在禍因。

例題2 已知當(dāng)一臺(tái)電烤箱的電阻絲流過5 A電流時(shí)，每分鐘可放出1.2×J的熱量，求這臺(tái)電烤箱的電功率及電阻絲工作時(shí)的電阻值。

解：

根據(jù)公式(1—4)，電烤箱的電功率為：

電阻絲工作時(shí)電阻值為：

§1—2 電 路

一、電路的組成和作用

電流所流過的路徑稱為電路。它是由電源、負(fù)載、開關(guān)和連接導(dǎo)線等4個(gè)基本部分組成的，如圖1—3所示。電源是把非電能轉(zhuǎn)換成電能并向外提供電能的裝置。常見的電源有干電池、蓄電池和發(fā)電機(jī)等。負(fù)載是電路中用電器的總稱，它將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能。如電燈把電能轉(zhuǎn)換成光能；

電烙鐵把電能轉(zhuǎn)換成熱能；

電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。開關(guān)屬于控制電器，用于控制電路的接通或斷開。連接導(dǎo)線將電源和負(fù)載連接起來，擔(dān)負(fù)著電能的傳

輸和分配的任務(wù)。電路電流方向是由電源正極經(jīng)負(fù)載流到電源負(fù)極，在電源內(nèi)部，電流由負(fù)極流向正極，形成一個(gè)閉合通路。

二、電路圖

在設(shè)計(jì)、安裝或維修各種實(shí)際電路時(shí)，經(jīng)常要畫出表示電路連接情況的圖。如果是畫如圖1—3所示的實(shí)物連接圖，雖然直觀，但很麻煩。所以很少畫實(shí)物圖，而是畫電路圖。所謂電路圖就是用國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的符號(hào)，來表示電路連接情況的圖。表1—2是幾種常用的電工符號(hào)。圖1—4是圖1—3的電路圖。

表1—2  幾種常用的電工符號(hào)

名稱符號(hào)名稱符號(hào)

電池電流表

導(dǎo)線電壓表

開關(guān)熔斷器

電阻電容

照明燈接地

三、電路的三種狀態(tài)

電路有三種狀態(tài)：即通路、開路、短路。

通路是指電路處處接通。通路也稱為閉合電路，簡(jiǎn)稱閉路。只有在通路的情況下，電路才有正常的工作電流開路是電路中某處斷開，沒有形成通路的電路。開路也稱為斷路，此時(shí)

電路中沒有電流；

短路是指電源或負(fù)載兩端被導(dǎo)線連接在一起，分別稱為電源短路或負(fù)載短路。電源短路時(shí)電源提供的電流要比通路時(shí)提供的電流大很多倍，通常是有害的，也是非常危險(xiǎn)的，所以一般不允許電源短路。

§1—3 歐姆定律

一、一段電阻電路的歐姆定律

所謂一段電阻電路是指不包括電源在內(nèi)的外電路，如圖1—5所示。實(shí)驗(yàn)證明，二段電阻電路歐姆定律的內(nèi)容是，流過導(dǎo)體的電流強(qiáng)度與這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比；

與這殷導(dǎo)體的電阻成反比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中 ——導(dǎo)體中的電流，(A)；

——導(dǎo)體兩端的電壓，(V)；

——導(dǎo)體的電阻，()。

在公式（1—7)中，已知其中兩個(gè)量，就可以求出第三個(gè)未知量；

公式(1—7)又可寫成另外兩種形式：

1. 已知電流、電阻，求電壓：

2. 已知電壓、電流，求電阻：

例題3 一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組在220V電壓作用下，通過繞組的電流為0.427A，求繞組的電阻。

解：

已知電壓U=220 V，電流I=0.427 A，由公式(1—9)得：

二、全電路歐姆定律

全電路是指含有電源的閉合電路。全電路是由各段電路連接成的閉合電路。如圖1—6所示，電路包括電源內(nèi)部電路和電源外部電路，電源內(nèi)部電路簡(jiǎn)稱內(nèi)電路，電源外部電路簡(jiǎn)稱外電路。在全電路中，電源電動(dòng)勢(shì)、電源內(nèi)電阻、外電路電阻和電路電流之商的關(guān)系為：

式中 ——電路中的電流，(A)；

——電源電動(dòng)勢(shì)，(V)；

——外電路電阻，()；

——內(nèi)電路電阻，()。

公式(1—10)是全電路歐姆定律。定律說明電路中的電流強(qiáng)度與電源電動(dòng)勢(shì)()成正比，與整個(gè)電路的電阻（）成反比。

將公式(1—10)變換后得到：

式中 ——外電路電壓；

——內(nèi)電路電壓。

外電路電壓是指電路接通時(shí)電源兩端的電壓，又叫做路端電壓，簡(jiǎn)稱端電壓。這樣，公式(1—11)的含義又可敘述為：電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于閉合回路的各部分電壓之和。根據(jù)全電路歐姆定律研究全電路處于三種狀態(tài)時(shí)，全電路中電壓與電流的關(guān)系是：

1．當(dāng)全電路處于通路狀態(tài)時(shí)，由公式(1—11)可以得出端電壓為：

由公式可知，隨著電流的增大，外電路電壓也隨之減小。電源內(nèi)阻越大，外電路電壓減小得越多。在直流負(fù)載時(shí)需要恒定電壓供電，所以總是希望電源內(nèi)阻越小越好。

2. 當(dāng)全電路處于斷路狀態(tài)時(shí)，相當(dāng)于外電路電阻值趨于無窮大，此時(shí)電路電流為零，開路內(nèi)電路電阻電壓為零，外電路電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)。

3．當(dāng)全電路處于短路狀態(tài)時(shí)，外電路電阻值趨近于零，此時(shí)電路電流叫短路電流。由于電源內(nèi)阻很小，所以短路電流很大。短路時(shí)外電路電壓為零，內(nèi)電路電阻電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)。

全電路處于三種狀態(tài)時(shí)，電路中電壓與電流的關(guān)系見表1—3。

表1—3    電路中電壓與電流的關(guān)系

電路狀態(tài)負(fù)載電阻電路電流外電路電壓

通路=常數(shù)

開路

短路0

通常電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻在短時(shí)間內(nèi)基本不變，且電源內(nèi)阻又非常小，所以可近似認(rèn)為電源的端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)。今后不特別指出電源內(nèi)阻時(shí)，就表示其阻值很小忽略不計(jì)。但對(duì)于電池來說，其內(nèi)阻隨電池使用時(shí)間延長(zhǎng)而增大。如果電池內(nèi)阻增大到一定值時(shí)，電池的電動(dòng)勢(shì)就不能使負(fù)載正常工作了。如舊電池開路時(shí)兩端的電壓并不低，但裝在收音機(jī)里，卻不能使收音機(jī)發(fā)聲，這是由于電池內(nèi)阻增大所致。

例題4如圖1一6所示的電路。電源電動(dòng)勢(shì)=24 V，電源內(nèi)阻=-4，負(fù)載電阻=20 。求電路中的電流，電源的端電壓，負(fù)載電壓和電源內(nèi)阻電壓。

解：

根據(jù)公式(1—10)，電路中的電流：

由公式(1一11)，電路中電源的端電壓：

根據(jù)公式(1—8)，電路中的負(fù)載電壓：

根據(jù)公式(1一8)，電路中電源內(nèi)阻的電壓：

§1—4 電阻的串聯(lián)、并聯(lián)電路

一、電阻的串聯(lián)電路

在一段電路上，將幾個(gè)電阻的首尾依次相連所構(gòu)成的一個(gè)沒有分支的電路，叫做電阻的串聯(lián)電路。如圖1—7a所示是電阻的串聯(lián)電路。圖1—7b是圖1—7a的等效電路。電阻的串聯(lián)電路有以下特點(diǎn)：

1．串聯(lián)電路中流過各個(gè)電阻的電流都相等，即：

2．串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各個(gè)電阻兩端的電壓之和，即：

3．串聯(lián)電路的總電阻(即等效電阻)等于各串聯(lián)的電阻之和，即：

根據(jù)歐姆定律得出，，，…，可以得出：

或者

此公式表明，在串聯(lián)電路中，龜阻的阻值越大，這個(gè)電阻所分配到的電壓越大；

反之，電壓越小，即電阻上的電壓分配與電阻的阻值成正比。這個(gè)理論是電阻串聯(lián)電路中最重要的結(jié)論，用途極其廣泛。比如，用串聯(lián)電阻的辦法來擴(kuò)大電壓表的量程：

在如圖1—7a所示的，電路中，將代人公式(1—14）式中

這兩個(gè)公式可以直接計(jì)算出每個(gè)電阻從總電壓中分得的電壓值，習(xí)慣上就把這兩個(gè)式子叫做分壓公式。

電阻串聯(lián)的應(yīng)用極為廣泛。例如：

(1)用幾個(gè)電阻串聯(lián)來獲得阻值較大的電阻。

(2)用串聯(lián)電阻組成分壓器，使用同一電源獲得幾種不同的電壓。如圖1—8所示，由

R1～R4組成串聯(lián)電路，使用同一電源，輸出4種不同數(shù)值的電壓。

(3)當(dāng)負(fù)載的額定電壓(標(biāo)準(zhǔn)工作電壓值)低于電源電壓時(shí)，采用電阻與負(fù)載串聯(lián)的方法，使電源的部分電壓分配到串聯(lián)電阻上，以滿足負(fù)載正確的使用電壓值。例如，一個(gè)指示燈額定電壓6 V，電阻6，若將它接在12 V電源上，必須串聯(lián)一個(gè)阻值為6的電阻，指示燈才能正常工作。

(4)用電阻串聯(lián)的方法來限制調(diào)節(jié)電路中的電流。在電工測(cè)量中普遍用串聯(lián)電阻法來擴(kuò)大電壓表的量程。

二、電阻的并聯(lián)電路

將兩個(gè)或兩個(gè)以上的電阻兩端分別接在電路中相同的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，這種連接方式叫做電阻的并聯(lián)電路。如圖1—9a所示是電阻的并聯(lián)電路，圖1—9b是圖1—9a的等效電路。

電阻的并聯(lián)電路有如下特點(diǎn)：

1．并聯(lián)電路中各個(gè)支路兩端的電壓相等，即：

2．并聯(lián)電路中總的電流等于各支路中的電流之和，即：

3．并聯(lián)電路的總電阻(即等效電阻)的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和，即：

若是兩個(gè)電阻并聯(lián)，根據(jù)公式1—18可求并聯(lián)后的總電阻為：

根據(jù)公式(1—l6)及歐姆定律可以得出：

公式(1—20)表明，在并聯(lián)電路中，電阻的阻值越大，這個(gè)電阻所分配到的電流越小，反之越大，即電阻上的電流分配與電阻的阻值成反比。這個(gè)結(jié)論是電阻并聯(lián)電路特點(diǎn)的重要推論，用途極為廣泛，比如，用并聯(lián)電阻的辦法，擴(kuò)大電流表的量程。

電阻并聯(lián)的應(yīng)用，同電阻串聯(lián)的應(yīng)用一樣，也很廣泛。例如：

(1)因?yàn)殡娮璨⒙?lián)的總電阻小于并聯(lián)電路中的任意一個(gè)電阻，因此，可以用電阻并聯(lián)的方法來獲得阻值較小的電阻。

(2)由于并聯(lián)電阻各個(gè)支路兩端電壓相等，因此，工作電壓相同的負(fù)載，如電動(dòng)機(jī)、電燈等都是并聯(lián)使用，任何一個(gè)負(fù)載的工作狀態(tài)既不受其他負(fù)載的影響，也不影響其他負(fù)載。在并聯(lián)電路中，負(fù)載個(gè)數(shù)增加，電路的總電阻減小，電流增大，負(fù)載從電源取用的電能多，負(fù)載變重；

負(fù)載數(shù)目減少，電路的總電阻增大，電流減小，負(fù)載從電源取用的龜能少，負(fù)載變輕。因此，人們可以根據(jù)工作需要啟動(dòng)或停止并聯(lián)使用的負(fù)載。

(3)在電工測(cè)量中應(yīng)用電阻并聯(lián)方法組成分流器來擴(kuò)大電流表的量程。

§1—5 電工測(cè)量基本知識(shí)

自然界中的物理量，都可以使用特定的工具來進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量各種電量的儀器儀表，統(tǒng)稱為電工測(cè)量?jī)x表。電工測(cè)量?jī)x表種類繁多，最常見的是測(cè)量基本電量的儀表。

電工儀表依據(jù)測(cè)量方法、儀表結(jié)構(gòu)、儀表用途來分，有很多種。概括來說，電工儀表用來測(cè)量電路中的電流、電壓、電功率、電功、功率因數(shù)、電量的頻率{電阻、絕緣狀況等物理量。由此就有用各種被測(cè)物理量冠名的儀表，如電流表、電壓表等。其中一些電量要在后續(xù)課程中介紹。本書簡(jiǎn)單介紹電工應(yīng)用中最常用的儀表——萬用表。萬用表是一種便攜式儀表。由于其能夠測(cè)量交流、直流電壓或電流參數(shù)：以及電路中的電阻等；

被稱為萬用表。根據(jù)萬用表內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理的不同，可以把萬用表分為：機(jī)械指針式萬用表(簡(jiǎn)稱機(jī)械表)籠和電子數(shù)顯式萬用表(簡(jiǎn)稱電子表)兩類。本節(jié)重點(diǎn)介紹機(jī)械表。

一、萬用表的外形及基本組成

如圖1-10所示，是機(jī)械指針式萬用表的外形。

操作萬用表的主要部分有三個(gè)：擋位撥盤、表筆、讀數(shù)表頭。萬用表除了這幾部分外，最主要的是表內(nèi)電路和表頭機(jī)電基本體模塊部分。萬用表的表殼部分承擔(dān)著各部分的保護(hù)與承載的責(zé)任。由于萬用表是一種移動(dòng)測(cè)量?jī)x表，容易受到磕碰摔砸的損害，所以應(yīng)注意防護(hù)：

1. 擋位撥盤

如圖1—11所示，用于選擇測(cè)量哪種物理量，一般萬用表都至少設(shè)有如下四個(gè)擋位，每個(gè)擋位又分為幾個(gè)不同量限或不同倍率的擋位：

交流電壓擋：測(cè)量交流電壓，如圖1—11所示，又分為10 V，50 V，250 V，500 V，1 000 V五個(gè)子擋位。

直流電壓擋：測(cè)量直流電壓，如圖1—11所示，又分為0.25 V，2.5 V，10 V，50 V，250 V，500 V六個(gè)子擋位。

直流電流擋：用于測(cè)量直流電流值，如圖1—11所示，又分為1 mA，10 mA，100 mA，1 000 mA四個(gè)子擋位。

電阻擋：用于測(cè)量電器阻值，如圖1—11所示，又分為×1，×10，×l00，×1 k四個(gè)子擋位。

電壓、電流的每個(gè)擋位的數(shù)值表示的是量限(或量程)，待測(cè)的物理量值應(yīng)小于該值。在選擇擋位時(shí)，要選擇一個(gè)擋位量限大于被測(cè)量值，并且與被測(cè)量值最接近的一個(gè)量限的擋位。比如，要測(cè)一個(gè)直流電壓，估計(jì)其值約為190 V，則應(yīng)選擇直流250 V擋位。此時(shí)擋位值250 V大于被測(cè)量190 V，且250 V擋位比500 V，1 000 V兩個(gè)擋位更接近被測(cè)量值。這樣選擇既能保證萬用表的安全，又能保證測(cè)量精度。

機(jī)械表電阻擋的幾個(gè)擋位表示幾個(gè)不同的倍率。由于機(jī)械表的表頭指針在整個(gè)刻度的20％～80％之間，讀數(shù)比較準(zhǔn)確，尤其是電阻擋位對(duì)應(yīng)的表頭刻度的非均勻性，在這個(gè)范圍內(nèi)更利于讀取數(shù)值，所以，利用電阻擋的倍率選擇，可以使表頭指針落在該范圍內(nèi)。電子表電阻擋位的標(biāo)示數(shù)值與電流、電壓的數(shù)值一樣，表示量限，不是倍率。電子表的擋位選擇方法與電流、電壓擋位一樣。

2．表頭

如圖1—12所示為萬用表表頭。

機(jī)械表頭有若干條刻度線：刻度線1是電阻值讀取線，指針指向最右端，指示值為0；

指針指向最左端，指示值為。注意被測(cè)電阻的實(shí)際阻值是指示值與所選擋位的倍率的乘積。比如，在R×1 k擋，當(dāng)從刻度線上讀取35時(shí)，如圖1—13所示，電阻的測(cè)量阻值為35×1 k=35 k；

刻度線2是均勻刻度線，用于

讀取電壓、電流的指示值。被測(cè)對(duì)象的測(cè)量值也經(jīng)常需要從讀取值換算而得到。比如使用直流電壓500 V擋，按50刻度線讀數(shù)，如果讀取值為43，如圖1一14所示，則被測(cè)電壓的測(cè)量值為43×(500+50)=430 V；

如果按250刻度線讀數(shù)，見刻度線，讀數(shù)應(yīng)為215，則被測(cè)電壓的測(cè)量值為215×(500÷250)=430 V，即從同二類的刻度線讀數(shù)，經(jīng)過換算，得到的測(cè)量值是一樣的。機(jī)械表頭經(jīng)常還有其他一些刻度線，請(qǐng)參照有關(guān)書籍。

電子表頭的讀數(shù)比較簡(jiǎn)單，可直接讀數(shù)，然后冠以所選擋位的單位，即是被測(cè)對(duì)象的測(cè)量值。比如使用電流20 mA擋，讀數(shù)值為15.5，則測(cè)量值為l5.5 mA。

3．表筆

萬用表的兩表筆一般使用紅黑兩種顏色，紅表筆一般插在標(biāo)有“十”的插孔內(nèi)，黑表筆一般插在標(biāo)有“一”的插孔內(nèi)。測(cè)量電壓時(shí)，紅、黑表筆分別接在高、低電位端；

測(cè)量電流時(shí)，紅、黑表筆分別接在電流的流入端和流出端。否則表針會(huì)反向打針，對(duì)萬用表不利。

二、萬用表的使用步驟

1．確認(rèn)萬用表的狀態(tài)，保證各部分的功能正常可靠。

2. 明確要測(cè)量的物理量。一般包括交流電壓、直流電壓、直流電流和電阻器阻傅。

3．選擇合適的擋位，如前所述。

4．適當(dāng)接人被測(cè)對(duì)象。測(cè)量電壓時(shí)，直接將紅、黑表筆并接在被測(cè)元件的高、低電位兩端或電路中的高、低電位點(diǎn)上。測(cè)量電流時(shí)，須斷開被測(cè)電路，將紅、黑表筆接八電路的電流流出、流入端，使電流經(jīng)紅表筆流入表內(nèi)，從黑表筆流出時(shí)測(cè)量電阻器阻值時(shí)，電阻器須脫離電路，然后將表筆兩端接在電阻器兩端測(cè)量即可。

5．獲取測(cè)量值。讀取刻度值，并進(jìn)行必要的換算及冠以單位，如前所述。

6．測(cè)量值的分析。對(duì)測(cè)得值要進(jìn)行確認(rèn)，是否合理，是否具備科學(xué)性。

三、萬用表的使用注意事項(xiàng)

1．萬用表是便攜式儀表，本身精度不高，可能有5％以內(nèi)的誤差。

2．測(cè)量電阻時(shí)，首先要進(jìn)行電阻值調(diào)零，方法是將表筆短接，使用萬用表面板上的調(diào)零鈕進(jìn)行調(diào)整。

3．注意檢查萬用表內(nèi)的電池，當(dāng)電量不足時(shí)，會(huì)影響電阻的測(cè)量。

4．萬用表最容易發(fā)生的損壞是，當(dāng)萬用表處在電流擋時(shí)，測(cè)量電壓，此時(shí)極易永久性損壞內(nèi)部電路及表頭。避免的辦法是，每次用完萬用表，都將擋位置于交流電壓最高擋(一般為1 000 V)。

習(xí) 題

1．電流是用來表示_________的物理量，常用的單位是_________。

2．電阻是用來表示_________的物理量，常用的單位是_________。

3．電壓是用來表示_________的物理量，常用的單位是_________。

4．分別用公式來表示下面各組量之間的關(guān)系：

(1) 電量、電流、時(shí)間

(2) 電流、電壓、電阻

(3) 電功、電功率、時(shí)間

5．電流通過導(dǎo)體的發(fā)熱現(xiàn)象叫__________，發(fā)熱的多少與_________的平方成正比，與電阻的阻值成_________，與時(shí)間成正比，這個(gè)關(guān)系寫成公式是__________。

6．導(dǎo)體中電流的方向規(guī)定是__________的方向。電流方向與電子流方向___________。

7．簡(jiǎn)單描述電路各組成部分的作用。

8．畫圖表示電路的3種狀態(tài)。

9．鎳鉻電爐絲的電阻率是1.1×·m，爐絲截面積0.6。如果將電爐接在220 V的電源上，使?fàn)t絲通過3 A的電流，應(yīng)選用多長(zhǎng)的電爐絲?

10．有兩只燈泡，一只110 V 110 W，另一只110 V 60 W，試問哪只燈泡的電阻大?若將兩只燈泡串聯(lián)接在220 V的線路中，是否可以正常使用，通電后有什么現(xiàn)象。

11．有3個(gè)電阻=5 ， =3 ，=2 ，串聯(lián)后接在12 V的電源上，求電路中的電流，各電阻上的電壓。

12．有兩只220 V的燈泡，一只15 W，另一只25 W，并聯(lián)接在220 V電源上。求電路的等效電阻、總電流和各燈泡流過的電流。

13．有60 W，40 W，20 W三只220 V的燈泡，要接在220 V電源上正常使用，應(yīng)采取哪種連接方式?畫出電路圖。

14．將兩只220 V 60 W的燈泡串聯(lián)接入220 V電路中，每只燈泡實(shí)際消耗的電功率是多少?燈泡的壽命有何變化? 這種情況是否可以應(yīng)用到實(shí)際生活中(舉例說明)?

15．簡(jiǎn)單敘述電工技術(shù)中廣泛使用銅材料的原因。

16．列舉幾項(xiàng)節(jié)電方法。

17．萬用表一般有__________和__________兩種類型，一般萬用表可用來測(cè)量__________、__________和__________三種物理量。

18．萬用表最容易發(fā)生的永久損壞是當(dāng)萬用表處于__________擋位時(shí)，被用來測(cè)量

19．用萬用表測(cè)量電阻時(shí)，要先對(duì)萬用表進(jìn)行__________操作。

20．使用萬用表測(cè)量交、直流電壓、電流。

第二章 電磁的基本知識(shí)

本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：

1．熟悉磁的特性及磁的表示方法，熟悉磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率的概念以及鐵磁材料的特點(diǎn)。

2．熟悉電生磁、-磁生電及磁對(duì)電流的力的作用的三個(gè)現(xiàn)象，了解三個(gè)現(xiàn)象方向判定關(guān)系，定性掌握磁場(chǎng)對(duì)電流的力的作用規(guī)律。

3。熟悉自感、互感現(xiàn)象，了解典型應(yīng)用和避害知識(shí)。

人們的生活因?yàn)橛辛穗姸憬荨⒕省r(shí)尚。人們總愛假想“如果有一天，這個(gè)世界突然沒了電……”，可是，如果這個(gè)世界沒有了磁，會(huì)怎樣呢?

實(shí)際上電與磁有著密不可分的關(guān)系。正因?yàn)橛辛诉@個(gè)關(guān)系，我們才有了電、電燈、電視、電話、計(jì)算機(jī)、電動(dòng)機(jī)……，同時(shí)一也因?yàn)檫@個(gè)關(guān)系，導(dǎo)致了我們的電氣壽命的短暫，突發(fā)故障的不約而至。你想知道這是什么原因嗎?

§2—1 磁的基本知識(shí)

一、磁現(xiàn)象

早在2 000多年前，我們的祖先就發(fā)現(xiàn)了磁鐵礦石具有吸引鐵的性質(zhì)。人們把物體能夠吸引鐵、鉆、鎳及其合金的性質(zhì)稱為磁性，把具有磁性的物體叫做磁體。磁體上磁性最強(qiáng)的位置稱為磁極，磁體有兩個(gè)磁極：即南極和北極，通常用字母S表示南極(常涂紅色)，用字母N表示北極(常涂綠色或白色)。條形、蹄形、針形磁鐵的磁極位于它們的兩端。值得注意的是任何一個(gè)磁體的磁極總是成對(duì)出現(xiàn)的。若把一個(gè)條形磁鐵分割成若干段，則每段都會(huì)同時(shí)出現(xiàn)南極、北極。這叫做磁極的不可分割性。磁極與磁極之間存在的相互作用力稱為磁力：?其作用規(guī)律是同性磁極相斥，異性磁極相吸。一根沒有磁性的鐵棒，在其他磁鐵的作用下獲得磁性的過程叫磁化。如果把磁鐵拿走，鐵棒仍有的磁性則稱為剩磁。

二、磁場(chǎng)、磁感應(yīng)線

磁體周圍存在磁力作用的空間稱為磁場(chǎng)。我們經(jīng)常看見兩個(gè)互不接觸的磁體之間具有相互作用力，它們是通過磁場(chǎng)這一特殊物質(zhì)進(jìn)行傳遞的。磁場(chǎng)之所以是一種特殊物質(zhì)，是因?yàn)樗皇怯煞肿雍驮拥攘Ｗ咏M成的。雖然磁場(chǎng)是一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，但通過實(shí)驗(yàn)可以證明它的存在。例如，在一塊玻璃板上均勻地撒些鐵粉，在玻璃板下面放置一個(gè)條形磁鐵。鐵粉在磁場(chǎng)的作用下排列成規(guī)則線條，如圖2—1所示。這些線條都是從磁鐵的。N極到S極的光滑曲線，如圖2一1b所示。我們把這些曲線稱為磁感應(yīng)線，用它能形象描述磁場(chǎng)的性質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)證明磁感應(yīng)線具有下列特點(diǎn)：

1．磁感應(yīng)線是閉合曲線

在磁體外部，磁感應(yīng)線從N極出發(fā)，然后回到S極，在磁體內(nèi)部，是從S極到N極，這叫做磁感應(yīng)線的不可中斷性，如圖2—2所示。

2. 磁感應(yīng)線互不相交

這是因?yàn)榇艌?chǎng)中任何一點(diǎn)磁場(chǎng)方向只有一個(gè)。

3．磁感應(yīng)線的疏密程度與磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)。

磁感應(yīng)線稠密表示磁場(chǎng)強(qiáng)，-磁感應(yīng)線稀疏表示磁場(chǎng)弱。

三、磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度

為了描述磁場(chǎng)在上定面積上的分布情況而引入了磁通這一物理量。

在磁場(chǎng)中，把通過與磁場(chǎng)方向垂直的某一面積的磁感應(yīng)線的總數(shù)目，叫做通過該面積的磁通，用字母表示。磁通的單位是韋伯“簡(jiǎn)稱韋，用Wb表示。

磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來表示磁場(chǎng)中各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，用字母B表示。

垂直通過單位面積的磁感應(yīng)線的數(shù)目叫做該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。它既有大小，又有方向。在磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，就是位于該點(diǎn)磁針北極所指的方向，它的大小在均勻磁場(chǎng)中可表示為：

式中 —一磁感應(yīng)強(qiáng)度 (T)；

——磁通(Wb)；

——垂直于磁感應(yīng)線方向通過磁感應(yīng)線的面積()。

公式(2—1)說明磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小等于單位面積的磁通。如果通過單位面積的磁通越多，則磁感應(yīng)線越密，磁場(chǎng)也越強(qiáng)，反之磁場(chǎng)越弱。

磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是韋/米，稱為特斯拉，簡(jiǎn)稱特，用字母T表示。

四、磁導(dǎo)率

實(shí)驗(yàn)證明，鐵、鉆、鎳及其合金對(duì)磁場(chǎng)影響強(qiáng)烈，具有明顯的導(dǎo)磁作用。但是自然界絕大多數(shù)物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)影響甚微，導(dǎo)磁作用很差。為了衡量各種物質(zhì)導(dǎo)磁的性能，引入磁導(dǎo)率這一物理量，用字母表示。磁導(dǎo)率的單位為亨利/米(H/m)。不同物質(zhì)有不同的磁導(dǎo)率。在其他條件相同的情況下，某些物質(zhì)的磁導(dǎo)率比真空中的強(qiáng)，另一些物質(zhì)的磁導(dǎo)率比真空中的弱。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得真空的磁導(dǎo)率為，且是常數(shù)。

為了便于比較各種物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，把各種性質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空中的磁導(dǎo)率進(jìn)行比較，引人相對(duì)磁導(dǎo)率這一物理量。任何一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值叫做相對(duì)磁導(dǎo)率，用以表示。即：

相對(duì)磁導(dǎo)率沒有單位，只是說明在其他條件相同的情況下，物質(zhì)的磁導(dǎo)率是真空磁導(dǎo)率的多少倍。

根據(jù)各種物質(zhì)的磁導(dǎo)率的大小，可將物質(zhì)分成三類。

>1的物質(zhì)叫做順磁物質(zhì)，如空氣、鋁等；

>>1的物質(zhì)叫做鐵磁物質(zhì)，如鐵、鈷、鎳及其合金等。

由于鐵磁物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率很高，所以鐵磁物質(zhì)被廣泛地應(yīng)用于電工技術(shù)方面(如制作變壓器、電磁鐵。電動(dòng)機(jī)的鐵心等)。

表2—1中列出了幾種鐵磁物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率，供參考。

表2—1  幾種鐵磁物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率

鐵磁物質(zhì)名稱相對(duì)磁導(dǎo)率

鈷174

鎳1 120

退火的鐵7 000

軟鋼2 180

硅鋼片7 500

鎳鐵合金60 000

坡莫合金115 000

§2—2 電流的磁場(chǎng)

一、通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)

磁鐵周圍有磁場(chǎng)，通電直導(dǎo)線的周圍也有磁場(chǎng)。例如，一根直導(dǎo)線垂直穿過水平放置的紙板，在紙板上均勻地撒些鐵粉。當(dāng)直導(dǎo)線通電時(shí)，鐵粉以導(dǎo)線為中心形成許多同心圓，如圖2—3所示：鐵粉的分布情況表示磁感應(yīng)線分布情況。若直導(dǎo)線中電流消失，則紙板上的鐵粉又呈均勻分布。從而證明了“動(dòng)電生磁”，即磁場(chǎng)是伴隨電流而存在的，而電流永遠(yuǎn)被磁場(chǎng)所包圍。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，磁場(chǎng)方向與電流方向有關(guān)。若直導(dǎo)線垂直紙面，電流向著讀者而來，則磁場(chǎng)方向是逆時(shí)針方向；

若直導(dǎo)線上的電流是離開讀者而丟，則磁場(chǎng)方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，如圖2—4a

所示：為了討論問題方便起見；

規(guī)定用符號(hào)，分別表示電流或磁感應(yīng)線垂直進(jìn)人和流出紙面的方向。

通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)方向與導(dǎo)線中的電流方向之間的關(guān)系可用安培定則(又稱右手螺旋定則)進(jìn)行判定。其具體內(nèi)容是：右手拇指指向電流方向，貼在導(dǎo)線上，其余四指彎曲握住直導(dǎo)線，則彎曲四指的方向就是磁感應(yīng)線的環(huán)繞方向；

如圖2—4b所示。

實(shí)驗(yàn)證明，通電直導(dǎo)線四周的磁感應(yīng)線距直導(dǎo)線越近，磁感應(yīng)線越密，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，反之，磁感應(yīng)線越疏k磁感應(yīng)強(qiáng)度越小。導(dǎo)線中通過電流越大，靠近直導(dǎo)線的磁感應(yīng)線越密集，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大；

反之，導(dǎo)線中通過電流越小，靠近直導(dǎo)線的磁感應(yīng)線越稀疏，磁感應(yīng)強(qiáng)度越小。

二、通電螺線管的磁場(chǎng)

已經(jīng)知道通電直導(dǎo)線周圍有磁場(chǎng)存在。若將通電直導(dǎo)線繞成多匝螺線管后，在它的周圍還有磁場(chǎng)存在嗎?為證實(shí)這個(gè)問題。將磁針放在螺線管附近科當(dāng)螺線管不通電時(shí)，磁針沒有偏轉(zhuǎn)。當(dāng)通電時(shí)，磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這就說明通電螺線管周圍有磁場(chǎng)存在。對(duì)于一個(gè)確定的螺線管，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與螺線管中所通過的電流大小成正比。

通電螺線管磁場(chǎng)方向，與螺線管中通過的電流方向的關(guān)系，用右手螺旋定則進(jìn)行判定，如圖2—5所示。

右手螺旋定則的內(nèi)容是：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向與螺線管中流過的電流方向一致，那么拇指所指的那一端就是螺線管的N極。由圖2—5可知，通電螺線管的磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似。因此，一個(gè)通電螺線管相當(dāng)于一塊條形磁鐵。

總之，凡是通電的導(dǎo)線，在其周圍必定會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而說明電流與磁場(chǎng)之間有著不可分割的聯(lián)系。電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的這種現(xiàn)象叫做電流的磁效應(yīng)。

想一想：如果將一個(gè)鐵磁性材料插入到線圈中，對(duì)線圈的磁場(chǎng)有什么影響?這一點(diǎn)會(huì)有什冬應(yīng)用?

三、磁場(chǎng)對(duì)載流直導(dǎo)線的作用

通過前面學(xué)習(xí)已經(jīng)知道，兩塊磁鐵之間有力的作用一載流直導(dǎo)線周圍也存在磁場(chǎng)，若將其放入磁場(chǎng)中，兩者之間也會(huì)產(chǎn)生力，現(xiàn)在用如圖2—6所示的實(shí)驗(yàn)來證實(shí)這一問題。

在圖2—6a中，U形磁鐵中水平放置一根直導(dǎo)線，它與磁感應(yīng)線垂直。當(dāng)導(dǎo)線上沒有電流通過時(shí)，導(dǎo)線在磁場(chǎng)里靜止不動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)線上有電流通過，且背離讀者而去，則導(dǎo)線因受磁場(chǎng)作用而向左運(yùn)動(dòng)。若改變導(dǎo)線中的電流方向(見圖2—6b)，即電流方向指向讀者，則導(dǎo)線受磁場(chǎng)作用向右運(yùn)動(dòng)。上述實(shí)驗(yàn)說明載流直導(dǎo)線在磁場(chǎng)的作用下而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。在磁極固定時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向與電流方向有關(guān)；

若導(dǎo)線中電流方向不變，只改變磁極方向，則導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向也發(fā)生改變。電動(dòng)機(jī)就是利用載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原理制成的。

載流直導(dǎo)線在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，而運(yùn)動(dòng)是在力的作用下產(chǎn)生的。載流直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受到的力稱為電磁作用力，簡(jiǎn)稱電磁力，用字母F表示。電磁力既有大小，也有方向。

電磁力方向(即導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向)、電流方向和磁場(chǎng)方向三者相互垂直。因?yàn)殡姶帕Φ姆较蚺c磁場(chǎng)方向及電流方向有關(guān)。所以，用左手定則(又稱電動(dòng)機(jī)定則)來判定蘭者之間的關(guān)系。

左手定則的內(nèi)容是：伸平左手，使大拇指與其余四指垂直，手心對(duì)著N極，讓磁感應(yīng)線垂直穿過手心，四指的指向代表電流方向，則大拇指所示的方向就是磁場(chǎng)對(duì)載流直導(dǎo)線的作用力方向，如圖2—7所示。

實(shí)驗(yàn)證明，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)載流直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)載流直導(dǎo)線作用力的大小，與導(dǎo)線所處的磁感應(yīng)強(qiáng)度、通過直導(dǎo)線的電流以及導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度的乘積成正比。即：

式中 ——磁感應(yīng)強(qiáng)度(Wb/)；

——直導(dǎo)線中通過的電流(A)；

——直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度(m)；

——直導(dǎo)線受到的電場(chǎng)力(N)。

四、磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用

由于磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線有作用力，因此，磁場(chǎng)對(duì)通電線圈也有力的作用。在均勻磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形通電線圈abcd，如圖2—8所示。

當(dāng)線圈平面與磁感應(yīng)線平行時(shí)，因?yàn)閍b和dc邊與磁感應(yīng)線平行，不受磁場(chǎng)作用，沒有電磁力，ad和bc邊與磁感應(yīng)線

垂直，受磁場(chǎng)作用而有電磁力。根據(jù)左手定則，ad邊的受力方向是垂直向上，而bc邊的受力方向是垂直向下。因?yàn)椋琣d=bc，根據(jù)公式(2—3)，可知，ad和bc邊所受的電磁力大小相等。由于這一對(duì)電磁力大小相等，方向相反，所以構(gòu)成一對(duì)力偶。故線圈在力偶的作用下，圍繞軸線做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如圖2—8所示是一個(gè)單匝線圈的直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖。

§2—3 電磁感應(yīng)

電和磁是可以互相轉(zhuǎn)化的。在一定條件下，電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)；

同樣，磁場(chǎng)也能使導(dǎo)線中產(chǎn)生電流。：磁轉(zhuǎn)化為電的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)。

一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象

為了研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象，先做兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)一：將直導(dǎo)線AB放在磁場(chǎng)中，它的兩端與檢流計(jì)連接構(gòu)成閉合回路，如圖2—6所示。當(dāng)導(dǎo)線向右移動(dòng)垂直切割磁感應(yīng)線時(shí)，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，如圖2—9a所示，表示導(dǎo)線中有電流產(chǎn)生；

導(dǎo)線向左方垂直移動(dòng)切割磁感應(yīng)線時(shí)，檢流計(jì)指針也發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但方向與前面的相反；

如圖2—9b所示。

導(dǎo)體不動(dòng)，沒有切割磁感應(yīng)線時(shí)，檢流計(jì)指針無偏轉(zhuǎn)，說明導(dǎo)線中沒有電流。通過實(shí)驗(yàn)可以看到，導(dǎo)線的移動(dòng)速度越快，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)越大，即電流越大。

實(shí)驗(yàn)二：將線圈的兩端與一個(gè)檢流計(jì)連接而構(gòu)成閉合回路，如圖2—10所示。

當(dāng)條形磁鐵插入線圈瞬間，線圈中的磁通量增加，檢流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)。如圖2—10a所示，說明線圈中磁通發(fā)生變化，線圈中有電流出現(xiàn)。若把條形磁鐵從線圈中拔出，在拔出瞬間，檢流計(jì)指針向相反方向偏轉(zhuǎn)，說明線圈中磁通也發(fā)生變化，線圈中也有電流出現(xiàn)，如圖2—10b所示。當(dāng)條形磁鐵在線圈中停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，檢流計(jì)指針無偏轉(zhuǎn)，線圈中磁通沒有變化，線圈中也沒有電流。如果條形磁鐵插人或拔出的速度越快，即磁通量變化得越快，則檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)越大，反之，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)越小。

上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說明，無論是直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中作切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)，還是磁鐵對(duì)線圈作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，都是由于運(yùn)動(dòng)使得穿過(直導(dǎo)線或線圈組成的)閉合回路中的磁通量發(fā)生了改變，因而在直導(dǎo)線或線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。若直導(dǎo)線或線圈構(gòu)成回路，則直導(dǎo)線或線圈中將有電流出現(xiàn)。回路中磁通量的變化是導(dǎo)致直導(dǎo)線或線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的根本原因，即“動(dòng)磁生電”。磁通量的變化越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)越大。

因磁通變化而在直導(dǎo)線或線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，叫做電磁感應(yīng)。由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在閉合電路形成的電流，叫做感應(yīng)電流。

二、法拉第定律

從如圖2—10所示的實(shí)驗(yàn)中可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，取決于條形磁鐵插入或拔出的快慢，即取決于磁通變化的快慢。磁通變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大；

反之就越小。磁通變化的快慢，用磁通變化率來表示。例如，有一單匝線圈，在時(shí)刻穿過線圈的磁通為，在此后的某二時(shí)刻，穿過線圈的磁通為，那么在這段時(shí)間內(nèi)，穿過線圈的磁通變化量為：

因此，單位時(shí)間內(nèi)的磁通變化量，即磁通變化率是：

在單匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小是：

式中的絕對(duì)值符號(hào)，表示只考慮感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，不考慮方向。

對(duì)手多匝線圈來說，因?yàn)橥ㄟ^各匝線圈的磁通變化率是相同的，所以每匝線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等。因此，多匝線圈感應(yīng)電

動(dòng)勢(shì)是單匝線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的N倍，即：

式中 ——在時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值(V)；

——線圈匝數(shù)；

/——磁通變化率；

——線圈中磁通變化量 (Wb)；

——磁通變化所用的時(shí)間(s)。

公式(2—5)說明，當(dāng)穿過線圈的磁通發(fā)生變化時(shí)，線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小只與磁通變化率成正比。這就是法拉第定律。

想一想：上述規(guī)律可以用幾件簡(jiǎn)單的元件、儀表進(jìn)行驗(yàn)證。

三、楞次定律

法拉第電磁感應(yīng)定律，只解決了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于磁通變化率，但無法說明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與磁通量變化之間的關(guān)系。為了找出它們之間的規(guī)律，必須對(duì)前面的實(shí)驗(yàn)再作進(jìn)一步研究。

從圖2—10實(shí)驗(yàn)中可以看到穿過線圈的原磁通的方向是向下的。

如圖2—11a所示，當(dāng)磁鐵插入線圈時(shí)，線圈中的原磁通量增加，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電流由檢流計(jì)的正端流人。此時(shí)，感應(yīng)電流在線圈中產(chǎn)生一個(gè)新的磁通。根據(jù)安培定則可以判定，新磁通與原磁通的方向相反，也就是說，新磁通阻礙原有磁通增加。

如圖2—1lb所示，當(dāng)磁鐵由線圈中拔出時(shí)，線圈中的原有磁通減少，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電流由檢流計(jì)的負(fù)端流人。此時(shí)，感應(yīng)電流在線圈中產(chǎn)生一個(gè)新的磁通，根據(jù)安培定則判定，新磁通與原有磁通的方向是相同的，也就是說，新磁通阻礙原有磁通的減少。

經(jīng)過上面的討論得出一個(gè)規(guī)律：線圈中磁通變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向是使它形成的感應(yīng)電流產(chǎn)生新磁通來阻礙原有磁通的變化。也就是說，感應(yīng)電流的新磁通總是阻礙原有磁通的變化。這個(gè)規(guī)律被稱為楞次定律。

應(yīng)用楞決定律來判定線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向或感應(yīng)電流的方向，具體方法步驟如下：

1．首先明確原磁通的方向和原磁通的變化(增加或減少)的情況。

2．根據(jù)楞次定律判定感應(yīng)電流產(chǎn)生新磁通的方向。

3．根據(jù)新磁通的方向，應(yīng)用安培定則(右手螺旋定則)判定出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向。

例如，在圖2—11中，線圈固定不動(dòng)，條形磁鐵向下、向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，判斷線圈a、b兩端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。

當(dāng)磁鐵向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，原磁通西增加，且方向向下，由楞次定律可知新磁通西7的方向向上。根據(jù)安培定則可判斷出，大拇指的指向是新磁通的方向，其余四指的指向就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，即由b到a，如圖2—11a所示。

當(dāng)磁鐵向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原磁通減少，且方向向下，由楞次定律可知新磁通的方向向下，阻礙原磁通的減少，根據(jù)安培定則可判斷出，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是由a到b，如圖2—11b所示。

對(duì)于直導(dǎo)線切割磁感應(yīng)線向產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，用右手定則進(jìn)行判定。右手定則內(nèi)容是：伸開右手，使大拇指與其余四指垂直并且與手掌在同一平面內(nèi)，手心對(duì)著磁極的N極，讓磁感應(yīng)線垂直穿過手心，大拇指指向?qū)w的運(yùn)動(dòng)方向，其余四指所指的方向就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，如圖2—12所示。右手定則又叫發(fā)電機(jī)定則。

四、電磁感應(yīng)定律

為了使法拉第定律不僅能表示出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，同時(shí)也能表示出它的方向。把法拉第定律與楞次定律結(jié)合起來就是電磁感應(yīng)定律。電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通變化率成正比，感應(yīng)電流的方向總是阻礙原磁通變化。

§2—4 自感、互感

一、自感

自感是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象；

下面通過實(shí)驗(yàn)說明什么是自感。在圖2—13a中，有兩個(gè)相同的燈泡。合上開關(guān)后，燈泡HL1立刻正常發(fā)光。燈泡HL2慢慢變亮。其原因是在開關(guān)S閉合的瞬間，線圈L中的電流是從無到有，線圈中這個(gè)電流所產(chǎn)生的磁通也隨之增加，于是在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)楞次定律，由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所形成的感應(yīng)電流產(chǎn)生的新磁通，要阻礙原磁通的增加；

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與線圈中原來電流的方向相反，使電流不能很快地上升，所以燈泡HL2只能慢慢變亮。

在圖2—13b中，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，HL燈泡不會(huì)立即熄滅，而是突然一亮然后熄滅。其原因是在開關(guān)S斷開的瞬間，線圈中電流要減小到零，線圈中磁通也隨之減小。由于磁通變化在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)楞次定律；

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所形成的感應(yīng)電流產(chǎn)生的新磁通，阻礙原磁通的減少，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向與線圈中原來的電流方向一致，阻止電流減少，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)維持電感中的電流慢慢減小。所以燈泡HL不會(huì)立刻熄滅。

想一想：為什么燈泡的亮度會(huì)有變化?開卷閉合的時(shí)候，HL中的電流由誰決定?開關(guān)斷開時(shí)，HL中的電流由誰決定?

通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看到，由于線圈自身電流的變化，線圈中也要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。把由于線圈自身電流變化而引起的電磁感應(yīng)叫做自感應(yīng)，簡(jiǎn)稱自感。由自感現(xiàn)象產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做自感電動(dòng)勢(shì)。

為了表示自感電動(dòng)勢(shì)的大小，引入一個(gè)新的物理量，叫自感系數(shù)。當(dāng)一個(gè)線圈通過變化電流后，單位電流所產(chǎn)生的自感磁通數(shù)，稱為自感系數(shù)，也稱電感量，簡(jiǎn)稱電感，用字母L表示。電感是測(cè)量線圈產(chǎn)生自感磁通本領(lǐng)大小的物理量。如果一個(gè)線圈中流過1安電流，能產(chǎn)生1韋的自感磁通，則該線圈的電感就是1亨利，簡(jiǎn)稱亨，用字母H表示。在實(shí)際使用中，有時(shí)用亨利單位太大，常采用較小的單位毫亨(mH)、微亨(pH)。它們之間的關(guān)系為：

電感L是線圈的固有參數(shù)，它取決于線圈的幾何尺寸以及線圈中介質(zhì)的磁導(dǎo)率。如果介質(zhì)磁導(dǎo)率恒為常數(shù)，這樣的電感叫線性電感，如空心線圈的電感L為常數(shù)；

反之，則稱為非線性電感，如有鐵心的線圈的電感L不是常數(shù)。

自感在電工技術(shù)中，既有利又有弊。如日光燈是利用鎮(zhèn)流器(鐵心線圈)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)提高電壓來點(diǎn)亮燈管的，同時(shí)也利用它來限制燈管電流。但是，在有較大電感元件的電路被切斷瞬間，電感兩端的自感電動(dòng)勢(shì)很高，在開關(guān)刀口斷開處產(chǎn)生電弧，燒毀刀口，影響設(shè)備的使用壽命；

在電子設(shè)備中，這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極易損壞設(shè)備的元器件，必須采取相應(yīng)措施，予以避免。

二、互感

互感也是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象。圖2—14中有兩個(gè)互相靠近的線圈。當(dāng)原線圈電路的開關(guān)S閉合時(shí)，原線圈中的電流增大，磁通也增加，副線圈中磁通也隨之增加而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，說明副線圈中也有電流。當(dāng)原線圈電路開關(guān)S斷開時(shí)，原線圈中的電流減小，磁通也減小，這個(gè)變化的磁通使副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，檢流計(jì)指針向相反方向偏轉(zhuǎn)。

這種由于—個(gè)線圈電流變化，引起另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱互感。由互感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為互感電動(dòng)勢(shì)。

人們利用互感現(xiàn)象，制成了電工領(lǐng)域中偉大的電器——變壓器。

習(xí)  題

1. 人們把具有__________的特性叫磁性，把具有__________特性的物體叫磁體。

2．每個(gè)磁體都有__________個(gè)磁極，即__________極和__________極。

3．自然界有一些物質(zhì)，如__________，它們受到磁場(chǎng)作用后會(huì)帶有磁性，這種現(xiàn)象叫__________。

4．磁鐵之間存在力的作用，兩個(gè)磁鐵的__________性磁極相互排斥，__________性磁極相互吸引。

5．磁感應(yīng)線是一些__________曲線。在磁體外部磁感應(yīng)線是從__________極出發(fā)到__________極終止；

在磁體內(nèi)部是從__________極出發(fā)到__________極終止。

6．磁通是描述__________的物理量，單位是__________。

7．磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述__________的物理量，單位是__________。

8．感應(yīng)電動(dòng)；

勢(shì)是指__________產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì),一般可以用__________判定它的方向。

9．通電直導(dǎo)線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與__________、__________和__________有關(guān),線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與__________有關(guān)。

10．電磁鐵是利用____________________原理做成的，發(fā)電機(jī)是利用______________________原理做成的，而電動(dòng)機(jī)是利用____________________原理制成的。

11．工業(yè)應(yīng)用的磁鐵，都是通電線圈使鐵心磁化現(xiàn)象的具體應(yīng)用。試應(yīng)用安培定則判定習(xí)題圖2—1中線圈通電后磁極的極性，或根據(jù)磁極的極性判定電源的極性。

12．應(yīng)用右手定則，判定習(xí)題圖2—2的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向、導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向、磁場(chǎng)方向。

13．根據(jù)楞次定律和安培定則，判定線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向，見習(xí)題圖2—3。

14．自感是在__________中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，互感是在__________中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。

15．說說在日常生活中，應(yīng)用最多的自感是什么?

16．自盛電動(dòng)勢(shì)的威力巨大，你能有什么辦法降低它產(chǎn)生的電壓?jiǎn)?

17．設(shè)計(jì)一個(gè)試驗(yàn)，測(cè)一測(cè)一群人中誰的反應(yīng)最快?

第三章 正弦交流電路

本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：

1．明確交流電、正弦交流電的概念及其三要素；

2．了解正弦交流電的表示法；

3．熟悉單相交流電路中R，L，C元件的歐姆定律形式，了解R，L，C電路中三元件兩端電壓、電流的相位關(guān)系特點(diǎn)；

4．掌握三相電路的連接形式及特點(diǎn)；

5．熟悉照明電路的連接要點(diǎn)及常用照明元件的特點(diǎn)。

18世紀(jì)中葉，有個(gè)叫歐拉的瑞士數(shù)學(xué)家。他在前人研究的基礎(chǔ)上，取得了非常多的研究成就，共寫下了886本書籍和論文，其中分析、代數(shù)、數(shù)論占。40％，幾何占18％，物理和力學(xué)占28％，天文學(xué)占11％，彈道學(xué)、航海學(xué)、建筑學(xué)等占3％。在他之后的數(shù)學(xué)家拉格朗日、拉普拉斯，都把歐拉當(dāng)導(dǎo)師。在數(shù)學(xué)中，歐拉首次提出很多現(xiàn)在還在使用的基本概念，如sin，cos，tan，， ()。

歐拉提出的正弦函數(shù)在當(dāng)今的電氣技術(shù)中，有很大的應(yīng)用。因?yàn)楝F(xiàn)在我們這個(gè)世界上，幾乎找不到與正弦方式輸送無關(guān)的電能，幾乎到處都能找到以正弦方式使用的電能。

實(shí)踐證明，使用正弦規(guī)律是最聰明、最科學(xué)的。

§3—1 正弦交流電的產(chǎn)生

一、正弦交流電的特點(diǎn)種

第一章直流電路中所討論的直流電；

其電流(及電壓、電磁勢(shì))的大小和方向是不隨時(shí)間變化的。但是在生產(chǎn)實(shí)際中，除了應(yīng)用直流電外，還廣泛地應(yīng)用交流電。所謂交流電是指電流(及電壓、電動(dòng)勢(shì))的大小和方向隨時(shí)間的變化而變化。交變電流、交變電壓和交變電動(dòng)勢(shì)統(tǒng)稱為交流電。通常將交流電分為正弦交流電和非正弦交流電兩大類。正弦交流電是指其交流量隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。

人們經(jīng)常用圖形表示電流(及電壓、電動(dòng)勢(shì))隨時(shí)間變化的規(guī)律，這種圖形稱為波形圖，如圖3—1所示。

圖中橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示不同時(shí)刻的交流量(電流、電壓、電動(dòng)勢(shì))值。從如圖3—1b所示的波形圖中可以看到，正弦交流電(如無特別說明都簡(jiǎn)稱交流電)的特點(diǎn)是：

1．變化的瞬時(shí)性

正弦交流電的大小和方向時(shí)時(shí)刻刻都在變化。

2. 變化的周期性

正弦交流電每隔一定時(shí)間又作重復(fù)的變化。

3．變化的規(guī)律性

正弦交流電是隨著時(shí)間按正弦規(guī)律變化的。

正弦交流電在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中應(yīng)用廣泛，是由于它具有便于遠(yuǎn)距離傳輸和分配，交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維修方便、節(jié)省材料、具有更低的電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。

二、正弦交流電的產(chǎn)生

正弦交流電是由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。如圖3—2a所示是最簡(jiǎn)單的交流發(fā)電機(jī)示意圖j它由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子有N，S兩個(gè)固定磁極。轉(zhuǎn)子是一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鋼質(zhì)圓柱體，其上緊繞著一匝導(dǎo)線。導(dǎo)線兩端分別接到兩個(gè)相互絕緣的銅環(huán)上，銅環(huán)與連接外電路的電刷相接觸。

當(dāng)用原動(dòng)機(jī)(如水輪機(jī)或汽輪機(jī))拖動(dòng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線切割磁感應(yīng)線而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。為了得到正弦波形的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，應(yīng)采用特定形式的磁極，使磁極與電樞之間的空隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度按下列規(guī)律分布：

第一，磁感應(yīng)線垂直于電樞表面。

第二，磁感應(yīng)強(qiáng)度B在電樞表面按正弦規(guī)律分布。

如圖3—2b所示。在磁極中心位置處的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，用表示；

在磁性分界面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。磁感應(yīng)強(qiáng)度等于零的平面叫做中性面，如圖3—2b所示的水平面。如線圈所在位置的平面與中性面成a角，此處電樞表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：

當(dāng)電樞在磁場(chǎng)中從中性面開始，以勻角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，單匝線圈的a、b邊在磁場(chǎng)內(nèi)切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。單匝線圈中產(chǎn)生的磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

如果線圈有N匝，則總的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

當(dāng)=90及=270時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)具有最大值，即：

式中  ——感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值 (V)；

——線圈的匝數(shù)；

——最大磁感應(yīng)強(qiáng)度(Wb/)；

——線圈的有效長(zhǎng)度（m）

——導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)速度（m/s）

將公式(3—3)代人公式(3—2)后，得：

因?yàn)殡姌性诖艌?chǎng)中以角速度作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在任意時(shí)刻線圈平面與中性面的夾角等于角速度與時(shí)間的乘積，即：

因此，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)學(xué)式又可以寫成：

這樣就把感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨角度變化轉(zhuǎn)為隨時(shí)間變化。為今后研究交流電正弦量提供了方便。同理，交流電壓、交流電流可表示為：

§3—2 正弦交流電的三要素

一、周期、頻率、角頻率

由如圖3—1所示中的正弦交流電流波形圖可以看出，它從零開始隨時(shí)間延長(zhǎng)而增至最大值，然后逐漸減到零；

以后由零開始反向增至最大值，然后再回到零。這樣，交流電流就變化一次。交流電就按照這樣的規(guī)律做周而復(fù)始的變化，變化一次叫做一周。交流電變化一周所需要的時(shí)間叫做周期，用字母T表示，單位是秒(s)，較小的單位有毫秒(ms)和微秒()。它們之間的關(guān)系為：

周期的長(zhǎng)短表示交流電變化的快慢l周期越小，說明交流電變化一周所需的時(shí)間越短，交流電的變化越快；

反之，交流電的變化越慢。

頻率是指在一秒鐘內(nèi)交流電變化的次數(shù)，用字母表示，單位為赫茲；

簡(jiǎn)稱赫，用Hz表示。當(dāng)頻率很高時(shí)，可以使用千赫(kHz)、一兆赫(MHz)、吉赫(GHz)：等。它們之間的關(guān)系為：

頻率和周期一樣，是反映交流電變化快慢的物理量。它們之間的關(guān)系為：

   

我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中使用的交流電標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz。通常把50Hz，的交流電稱為工頻交流電。

交流電變化的快慢除了用周期和頻率表示外，還可以用角頻率表示。所謂角頻率就是交流電每秒鐘變化的角度，用字母表示，單位是rad/s(弧度/秒)。

周期、頻率和角頻率的關(guān)系是：

二、瞬時(shí)值、最大值、有效值

正弦交流電(簡(jiǎn)稱交流電)的電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流，在任袁

瞬間的數(shù)值叫交流電的瞬時(shí)值，用小寫字母，，表示。

瞬時(shí)值中最大的值稱為最大值。最大值也稱為振幅或峰值。在波形圖生，曲線的最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱軸值，即表示最大值。用，，分別表示電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流的最太值。它們之間的關(guān)系為：

由公式(3—9)可知，交流電的大小和方向是隨時(shí)間變化的，瞬時(shí)值在零值與最大值之間變化，沒有固定的數(shù)值。因此，不能隨意用一個(gè)瞬時(shí)值來反映交流電的做功能力。如果選用最大值，就夸大了交流電的做功能力，因?yàn)榻涣麟娫诮^大部分時(shí)間內(nèi)都比最大值要小。這就需要選用一個(gè)數(shù)值，能等效地反映交流電做功的能力。為此，引人了交流電的有效值這一概念。

正弦交流電的有效值是這樣定義的：如果一個(gè)交流電通過一個(gè)電阻，在一個(gè)周期內(nèi)所產(chǎn)生的熱量，和某一直流電流在相同時(shí)間內(nèi)通過同一電阻產(chǎn)生的熱量相等，那么，這個(gè)直流電的電流值就稱為交流電的有效值。正弦交流電的電動(dòng)勢(shì)。電壓、電流的有效值分別用字母，，表示。通常所說的交流電的電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流的大小都是指它的有效值，交流電氣設(shè)備銘牌上標(biāo)注的額定值、交流電儀表所指示的數(shù)值也都是有效值。今后在談到交流電的數(shù)值時(shí)，如無特殊注明，都是指有效值。

理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試都可以證明，它們之間的關(guān)系為：

三、相位、初相和相位差

在如圖3—3所示中，兩個(gè)相同的線圈固定在同一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上，它們相互垂直，以角速度叫逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在AX和BY線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為和，如圖3—4所示。

當(dāng)t=0時(shí)，AX線圈平面與中性面之間的夾角=0，BY

線圈平面與中性面之間的夾角=90。在任意時(shí)刻兩個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為：

公式中，和是表示交流電變化進(jìn)程的一個(gè)角度，稱為交流電的相位或相角，它決定了交流電在某一瞬時(shí)所處的狀態(tài)。=0時(shí)的相位叫初相位或初相。它是交流電在計(jì)時(shí)起始時(shí)刻的電角度，反映了交流電的初始值。例如，AX，BY線圈的初相分別是=0，=90。在=0時(shí)，兩個(gè)線圈的電動(dòng)勢(shì)分別為=0，。兩個(gè)頻率相同的交流電的相位之差叫相位差。令上述的初相位=0，的初相位=90，則兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)的相位差為：

可見，相位差就是兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)的初相差。

從如圖3—5所示可以看到，初相分別為和的頻率相同的兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)的同向最大值，不能在同一時(shí)刻出現(xiàn)。就是說比超前角度達(dá)到最大值，或者說比滯后角度達(dá)到最大值。

綜上所述，一個(gè)交流電變化的快慢用頻率表示；

其變化的幅度，用最大值表示；

其變化的起點(diǎn)用初相表示。

如果交流電的頻率、最大值、初相確定后，就可以準(zhǔn)確確定交流電隨時(shí)間變化的情況。因此，頻率、最大值和初相稱為交流電的三要素。

例題1 已知兩正弦電=1OOsin(10060)V，=65sin(10030) V，求各電動(dòng)勢(shì)的最大值、頻率、周期、相位、初相及相位差。

解：

（1）振幅

（2）頻率

（3）周期

（4）相位

（5）初相

（6）相位差

§3—3 正弦交流電的表示法

正弦交流電的表示方法有三角函數(shù)式法和正弦曲線法兩種。它們能真實(shí)地反映正弦交流電的瞬時(shí)值隨時(shí)間的變化規(guī)律，同時(shí)也能完整地反映出交流電的三要素。

一、三角函數(shù)式法

正弦交流電的電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流的三角函數(shù)式為：

若知道了交流電的頻率、最大值和初相，就能寫出三角函數(shù)式，用它可以求出任一時(shí)刻的瞬時(shí)值。

例題2 已知正弦交流電的頻率=50 Hz，最大值=310 V，初相=。求=1/300 S時(shí)的電壓瞬時(shí)值。

解：

電壓的三角函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式為：

則其電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為：

將t=0.01 s代人上式

二、正弦曲線法-波形法

正弦曲線法就是利用三角函數(shù)式相對(duì)應(yīng)的正弦曲線，來表示正弦交流電的方法。

在如圖3—6所示中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間或者角度，縱坐標(biāo)表示隨時(shí)間變化的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值。圖中正弦曲線反映出正弦交流電的初相=0。最大值，周期T以及任一時(shí)刻的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值。這種圖也叫做波形圖。

§3—4 單相交流電路

在直流電路中，電路的參數(shù)只有電阻R。而在交流電路中，電路的參數(shù)除了電阻R以外，還有電感L和電容C。它們不僅對(duì)電流有影響，而且還影響了電壓與電流的相位關(guān)系。因此，研究交流電路時(shí)，在確定電路中數(shù)量關(guān)系的同時(shí)，必須考慮電流與電壓的相位關(guān)系，這是交流電路與直流電路的主要區(qū)別。本節(jié)只簡(jiǎn)單介紹純電阻、純電感、純電容電路。

一、純電阻電路

純電阻電路是只有電阻而沒有電感、電容的交流電路。如白熾燈、電烙鐵、電阻爐組成的交流電路都可以近似看成是純電阻電路，如圖3—7所示。在這種電路中對(duì)電流起阻礙作用的主要是負(fù)載電阻。

加在電阻兩端的正弦交流電壓為，在電路中產(chǎn)生了交流電流，在純電阻電路中，龜壓和電流瞬時(shí)值之間的關(guān)系，符合歐姆定律，即：

由于電阻值不隨時(shí)間變化，則電流與電壓的變化是一致的。就是說，電壓為最大值時(shí)，電流也同時(shí)達(dá)到最大值；

電壓變化到零時(shí)，電流也變化到零。如圖3—8所示。純電阻電路中，電流與電壓的這種關(guān)系稱為“同相”。

通過電阻的電流有效值為：

公式3—14是純電阻電路的有效值。在純電阻電路中，電流通過電阻所做的功與直流電路的計(jì)算方法相同，即：

二、純電感電路

純電感電路是只有電感而沒有電阻和電容的電路。如由電匪很小的電感線圈組成的交流電路，都可近似看成是純電感電路，如圖3—9所示。

在如圖3—9所示的純電感電路中；

如果線圈兩端加上正弦交流電壓，則通過線圈的電流也要按正弦規(guī)律變化。由于線圈中電流發(fā)生變化，在線圈中就產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，它必然阻礙線圈電流變化。經(jīng)過理論分析證明，由于線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的存在，使電流達(dá)到最大值的時(shí)間，要比電壓滯后90，即四分之一周期。也就是說，在純電感電路中，雖然電壓和電流都按正弦規(guī)律變化，但兩者不是同相的，如圖3—10所示，正弦電流比線圈兩端正弦電壓滯后90，或者說，電壓超前電流90。

理論證明，純電感電路中線圈端電壓的有效值，與線圈通過電流的有效值之間的關(guān)系是：

是電感線圈對(duì)角頻率為叫的交流電所呈現(xiàn)的阻力，稱為感抗，用表示，即：

式中 ——感抗()；

——頻率(Hz)；

——電感(H)。

感抗是用來表示電感線圈對(duì)交流電阻礙作用的物理量。感抗的大小，取決于通過線圈電流的頻率和線圈的電感量。對(duì)于具有某一電感量的線圈而言，頻率越高，感抗越大，通過的電流越小；

反之，感抗越小，通過的電流越大。收音機(jī)中的高頻扼流圈不讓高頻電流通過，只讓低頻電流通過，就是這個(gè)道理。在直流電路中，由于頻率為零，故線圈的感抗也為零，線圈的電阻很小，可以把線圈看成是短路的。

例題3有一電感為0.1 mH的線圈，分別接在電壓=0.1 V，頻率為=1 000 Hz，=1 MHz的兩個(gè)交流電源上。求兩種情況下通過線圈的電流。

解：

當(dāng)=1 000 Hz時(shí)，感抗為：

當(dāng)=1 MHz時(shí)，感抗為：

結(jié)論：同一個(gè)電源電壓、同一個(gè)電感，交流電頻率差1 000倍，差1 000倍，電流差1 000倍!

三、純電容電路

電容器是由兩個(gè)金屬板中間隔著不同的介質(zhì)(云母、絕緣紙等)組成的。它是存放電荷的容器。電容器中的兩個(gè)金屬板叫電

容器兩個(gè)極板。如果把電容器的兩個(gè)極板分別與直流電路兩端連接，如圖3—11所示，則兩極板間有電壓，在極板間建立了電場(chǎng)。在電場(chǎng)力作用下，驅(qū)使自由電子運(yùn)動(dòng)，使兩個(gè)極板分別帶上數(shù)量相等符號(hào)相反的電荷。與電源正極相連的極板帶正電荷，與電源負(fù)極相連的極板帶負(fù)電荷。實(shí)驗(yàn)證明，極板上存有電荷越多，則極板間的電壓越高，二者成正比。因此，將電容器的電量與極板間電壓的比值叫做電容器的電容量，簡(jiǎn)稱電容，用字母表示，即：

式中  ——下任意極板上的電量 (C)；

——兩極板間的電壓(V)；

——電容量(F)

當(dāng)電容器極板間電壓為l伏，極板上電量為1庫侖，則電容器的電容量為1法拉，簡(jiǎn)稱法，用字母F表示。在實(shí)際應(yīng)用中，由于法拉單位過大，所以經(jīng)常使用微法()和皮法()為電容的單位，它們之間的關(guān)系為：

常用的電容器符號(hào)如圖3—12所示。

電容器在電工和電子技術(shù)中應(yīng)用廣泛。如在電力系統(tǒng)中用它改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，在電子技術(shù)中用它進(jìn)行濾波、耦合、隔直、旁路、選頻等。在這里只簡(jiǎn)單介紹電容在交流電路的作用。

純電容電路是只有電容而沒有電阻、電感的電路。如電介質(zhì)損耗很小，絕緣電阻很大的電容器組成的交流電路。可近似看成純電容電路。

在如圖3—13所示的純電容電路中，電容器接上交流電源。在電壓升高的過程中，電容器充電，在電壓降低的過程中，電容器放電。由于電容器端電壓按正弦規(guī)律變化，致使電容器不斷地進(jìn)行充電、放電。于是在電路中形成按正弦規(guī)律變化的電流。理論分析證明：電路中電流達(dá)到同方向最大值的時(shí)間，比電容器的端電壓超前90，即提前四分之一周期。也就是說在純電容電路中，雖然電流與電壓都按正弦規(guī)律變化；

但兩者的相位不同，如圖3—14所示，純電容電路中的電流超前電壓90。

理論證明：在純電容電路中，電容兩端電壓的有效值與電路電流有效值之間的關(guān)系是：

1/是電容對(duì)角頻率為的交流電所呈現(xiàn)的阻力，稱為容抗，用表示，即：

容抗是用來表示電容器對(duì)電流阻礙作用大小的一個(gè)物理量，單位是歐，用表示。容抗的大小與頻率及電容量成反比。當(dāng)電容器的容量一定時(shí)，頻率越高，容抗越小，電流越大；

反之，頻率越低，容抗越大電流越小。在直流電路中，由于電流電頻率為零，因此，容抗為無限大。這表明，電容器在直流電路中相當(dāng)于開路。但在交流電路中，隨著電流頻率的增加，容抗逐漸減小。因此，電容器在交流電路中相當(dāng)于通路。這就是電容器隔斷直流，通過交流的原理。

例題4 有一個(gè)電容器的電容C=0.159，試求它在頻率為50 Hz和1 MHz時(shí)的容抗。如果電源電壓為100 V，求在頻率為50 Hz和1 MHz時(shí)的電流。

解：

當(dāng)=50 Hz時(shí)

當(dāng)=1 MHz時(shí)

§3—5 三相交流電路

在單相交流電路的電源電路上有兩根輸出線，而且電源只有—個(gè)交變電動(dòng)勢(shì)。如果在交流電路中三個(gè)電動(dòng)勢(shì)同時(shí)作用，每個(gè)電動(dòng)勢(shì)大小相等，頻率相同，但初相不同，則稱這種電路為三相制交流電路。其中，每個(gè)電路稱為三相制電路的一相。

三相制電路應(yīng)用廣泛，其電源是三相發(fā)電機(jī)。和單相交流電相比；

三相交流電具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1．三相發(fā)電機(jī)比尺寸相同的單相發(fā)電機(jī)輸出的功率大。

2．三相發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和制造與單相發(fā)電機(jī)相比，并不復(fù)雜，使用方便，維修簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)也很小。

3. 在條件相同、輸送功率相同的情況下，三相輸電線比單相輸電線可節(jié)約25％左右的線材。

一、三相電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生

三相交流電是由三相發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，如圖3—15所示是三相發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。它由定子和轉(zhuǎn)子組成。在定子上嵌入三個(gè)繞組，每個(gè)繞組叫一相，合稱三相繞組。繞組的一端分別用U1，V1，W1表示，叫做繞組的始端，另一端分別用U2，V2，W2表示，叫繞組的末端。三相繞組始端或末端之間的空間角為120。轉(zhuǎn)子為電磁鐵，磁感應(yīng)強(qiáng)度沿轉(zhuǎn)子表面按正弦規(guī)律分布。

當(dāng)轉(zhuǎn)子以勻角速度逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，在三相繞組中分別感應(yīng)出振幅相等，頻率相同，相位互差120的三個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這三相電動(dòng)勢(shì)稱為對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)。三個(gè)繞組中的電動(dòng)勢(shì)分別為：

顯而易見，相繞組的比相繞組的落后120，相繞組的比V相繞組的落后120。

  

如圖3—16所示是三相電動(dòng)勢(shì)波形圖。由圖可見三相電動(dòng)勢(shì)的最大值。角頻率相等，相位差120。電動(dòng)勢(shì)的方向是從末端指向始端，即U2到U1，V2到V1，W2到W1。

在實(shí)際工作中經(jīng)常提到三相交流電的相序問題，所謂相序就是指三相電動(dòng)勢(shì)達(dá)到同向最大值的先后順序。在圖中，最先達(dá)到最大值的是，其次是，最后是；

它們的相序是U一V一W，該相序稱為正相序，反之是負(fù)序或逆序，即W—V一U。通常三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)的相序都是指正相序，用黃、綠、紅三種顏色分別表示U，V，W三相。

二、三相電源繞組的聯(lián)結(jié)

三相發(fā)電機(jī)的每相繞組都是獨(dú)立的電源，均可以采用如圖3—17所示的方式向負(fù)載供電。這是三個(gè)獨(dú)立的單相電路，構(gòu)成三相六線制，有六根輸電線，既不經(jīng)濟(jì)又沒有實(shí)用價(jià)值。在現(xiàn)代供電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)三相繞組通常用星形聯(lián)結(jié)或三角形聯(lián)結(jié)兩種方式。但是，發(fā)電機(jī)繞組一般不采用三角形接法而采用星形接法。因此，這里只介紹星形接法。

將發(fā)電機(jī)三相繞組的末端U2，V2，W2連在一起，成為一個(gè)公共點(diǎn)，再將三相繞組的始端U1，V1，W1引出，接負(fù)載的三根輸電線。這種接法稱為星形接法或Y形接法，如圖3—18所示。公共點(diǎn)稱作電源中點(diǎn)，用字母N表示。從始端引出的三根輸電線叫做相線或端線，俗稱火線。從電源中點(diǎn)N引出的線叫做中線。中線通常與大地相連接，因此，把接地的中點(diǎn)叫零點(diǎn)，把接地的中線叫零線。

如果從電源引出四根導(dǎo)線，這種供電方式叫星接三相四線制；

如果不從電源中點(diǎn)引出中線，這種供電方式叫星接三相三線制。

電源相線與中線之間的電壓叫做相電壓，在如圖3—18所示中用，，表示，電壓方向是由始端指向中點(diǎn)。

電源相線之間的電壓叫做線電壓，分別用，， 表示。電壓的正方向分別是從端點(diǎn)U1到V1，V1到W1，W1到U1。

三相對(duì)稱電源的相電壓相等，線電壓也相等，則相電壓與線電壓之間的關(guān)系為：

公式(3一21)表明三相對(duì)稱電源星形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電壓的有效值等于相電壓有效值的1.7倍。

三、三相交流電路負(fù)載的聯(lián)結(jié)

在三相交流電路中，負(fù)載由三部分組成，其中，每二部分稱為一相負(fù)載。如果各相負(fù)載相同，則叫做對(duì)稱三相負(fù)載；

如果各相負(fù)載不同，則叫做不對(duì)稱三相負(fù)載。例如，三相電動(dòng)機(jī)是對(duì)稱三相負(fù)載，日常照明電路是不對(duì)稱三相負(fù)載。根據(jù)實(shí)際需要，三相負(fù)載有兩種連接方式，星形(Y形)聯(lián)結(jié)和三角形(形)聯(lián)結(jié)。

1．負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

設(shè)有三組負(fù)載，，，若將每組負(fù)載的一端分別接在電源三根相線上，另一端都接在電源的中線上，如圖3—19，所示，這種連接方式叫做三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)。圖中，，為各相負(fù)載的阻抗，N為負(fù)載的中性點(diǎn)：

由圖可見，負(fù)載兩端的電壓稱為相電壓。如果忽略輸電線上的壓降，則負(fù)載的相電壓等于電源的相電壓；

三相負(fù)載的線電壓就是電源的線電壓。負(fù)載相電壓與線電壓間的關(guān)系為：

星接三相負(fù)載接上電源后，就有電流流過相線、負(fù)載和中線。流過相線的電流，，叫做線電流，統(tǒng)一用表示。流過每相負(fù)載的電流，，叫做相電流，統(tǒng)一用表示。流過中線的電流叫做中線電流。

如果圖3—19所示中的三相負(fù)載各不相同(負(fù)載不對(duì)稱)時(shí)，中線電流不為零，應(yīng)當(dāng)采取三相四線制。如果三相負(fù)載相同(負(fù)載對(duì)稱)時(shí)，流過中線的電流等于零，此時(shí)可以省略中線。如圖3—20所示是三相對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的電路圖。可見去掉中線后，電源只需三根相線就能完成電能輸送，這就是三相三線制。

三相對(duì)稱負(fù)載呈星形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電流等于相電流，即：

在工業(yè)上，三相三線制和三相四線制應(yīng)用廣泛。對(duì)于三相對(duì)稱負(fù)載(如三相異步電動(dòng)機(jī))應(yīng)采用三相三線制，對(duì)于三相不列稱的負(fù)載，如圖3—21所示的照明線路，應(yīng)采用三相四線制。

值得注意的是，采用三相四線制時(shí)，中線的作用是使各相的相電壓保持對(duì)稱。因此，在中線上不允許接熔斷器t更不能拆除中線。

想一想：有四根三相四線制的線，哪一根是中線?

答：細(xì)的那一根是。因?yàn)橹芯€的電流小。

2．負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)

設(shè)有三相對(duì)稱負(fù)載，；

，將它們分別接在三相電源兩相線之間，如圖3—22所示，這種連接方式叫做負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)。

負(fù)載呈三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，負(fù)載的相電壓就是電源的線電壓，即：

當(dāng)對(duì)稱負(fù)載呈三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，電源線上的線電流有效值與負(fù)載上相電流有效值有如下的關(guān)系：

分析了三相負(fù)載的兩種聯(lián)結(jié)方式后，可以知道，負(fù)載呈三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的相電壓是其呈星形聯(lián)結(jié)時(shí)的相電壓的1.7倍。因此，當(dāng)三相負(fù)載接到電源時(shí)，究竟是采用星形連接還是三角形聯(lián)結(jié)，應(yīng)根據(jù)三相負(fù)載的額定電壓而定。

§3—6 常用電氣照明電路

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中使用廣泛的照明燈具，有白熾燈、節(jié)能燈、日光燈、碘鎢燈、高壓汞燈和高壓鈉燈等。本節(jié)只簡(jiǎn)單介紹白熾燈、節(jié)能燈和日光燈等照明電路。

一、白熾燈照明電路

白熾燈一般是真空玻璃泡內(nèi)包含燈絲的結(jié)構(gòu)，因此白熾燈有時(shí)也稱為燈泡。白熾燈要通過燈口與電路相接。歷史上曾經(jīng)有兩種燈口形式：螺口式和卡口式。相對(duì)應(yīng)的燈泡也有兩種接口形式：螺口式和卡口式。由于卡口式的安全缺陷，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)禁止生產(chǎn)和使用卡口式燈具。螺口式燈具如圖3—23所示。燈絲是由高熔點(diǎn)鎢絲繞制的。當(dāng)燈絲流過電流時(shí)，根據(jù)電流熱效應(yīng)，使其發(fā)熱到白熾程度而發(fā)光。

如圖3—24所示是白熾燈照明電路。由圖可知，只要將白熾燈和開關(guān)串接后再并接到電源上，就組成了照明電路。

應(yīng)當(dāng)指出，白熾燈安裝時(shí)要注意下列事項(xiàng)：

1．應(yīng)檢查燈泡額定電壓與供電電壓是否一致。否則，燈泡不能正常工作。

2．安裝螺口燈泡時(shí)，必須將火線經(jīng)開關(guān)接到螺口燈頭底座的中心接線端上，以防觸電。

3．白熾燈與開關(guān)串接后再并接到電源上，火線應(yīng)當(dāng)進(jìn)入開關(guān)，既能控制燈，又能保證安全。

4．白熾燈的安裝應(yīng)遠(yuǎn)離易燃易爆物質(zhì)。

在安裝白熾燈時(shí)，通常使用驗(yàn)電筆來判定電源火線。驗(yàn)電筆的構(gòu)造如圖3—25所示。驗(yàn)電時(shí)手要接觸筆尾的金屬體，筆尖接觸電線或與之相連的插座、導(dǎo)體等，如圖3—26所示。當(dāng)筆中的氖管發(fā)光時(shí)，筆尖接觸的就是火線。

二、節(jié)能燈照明電路

節(jié)能燈作為一種新型燈具，經(jīng)過近十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)規(guī)模，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，原來白熾燈應(yīng)用空間的60％已經(jīng)被節(jié)能燈具占有。之所以形成這種局面，是由于節(jié)能燈使用壽命長(zhǎng)、耗電低的特性，一只5 W的節(jié)能燈可以達(dá)到25 W的白熾燈的照度，其平均使用壽命是白熾燈使用壽命的8倍。

節(jié)能燈的接口部分與白熾燈標(biāo)準(zhǔn)相同，可以互換使用。

節(jié)能燈的結(jié)構(gòu)和工作原理與白熾燈有很大的不同。白熾燈是一種簡(jiǎn)單的電加熱高溫致光原理，而節(jié)能燈是借助電子技術(shù)，產(chǎn)生高頻高壓，進(jìn)而使特種氣體啟輝發(fā)光。結(jié)構(gòu)、原理的不同，導(dǎo)致性能的差異，也導(dǎo)致價(jià)格的不同，所以節(jié)能燈要貴一些。

節(jié)能燈與白熾燈安裝注意事項(xiàng)一樣，特殊提示一點(diǎn)，盡管節(jié)能燈有快速啟輝的特點(diǎn)，但節(jié)能燈不適合在頻繁開關(guān)的場(chǎng)合使用，否則會(huì)影響其使用壽命。在有調(diào)光要求的場(chǎng)合使用節(jié)能燈，會(huì)導(dǎo)致調(diào)光的不連續(xù)。

三、日光燈照明電路

日光燈照明電路由目光燈管、鎮(zhèn)流器、．啟輝器和燈腳架組成。如圖3—27所示是日光燈電路。

日光燈管是一抽成真空后再充入少量氬氣的玻璃管，在管子兩端各裝有一個(gè)通電時(shí)發(fā)射大量電子的燈絲。管內(nèi)壁涂有熒光粉，管內(nèi)還放有微量水銀。

鎮(zhèn)流器是一個(gè)鐵心線圈。它有兩個(gè)作用，一是產(chǎn)生較高的電壓來點(diǎn)燃燈管，二是目光燈管點(diǎn)燃后用它來限制燈管電流。

啟輝器的結(jié)構(gòu)如圖3—28所示，充有氖氣的玻璃泡中封裝有動(dòng)觸片與靜觸片，其中動(dòng)觸片是雙金屬片，受熱時(shí)伸展與靜觸片相接觸，冷卻后恢復(fù)原狀又與靜觸片分離。在動(dòng)、靜觸片的引出端上并接一個(gè)容量較小的紙介質(zhì)電容器。玻璃泡和電容器被封裝在一個(gè)圓柱形的鋁殼中。

日光燈不工作時(shí)，燈管的燈絲、鎮(zhèn)流器、啟輝器和開關(guān)是串聯(lián)在一起的，如圖3—27所示。當(dāng)合上開關(guān)S后，220 V交流電壓全部加在啟輝器的動(dòng)、靜觸片間而使之產(chǎn)生輝光(紅色)放電。放電所產(chǎn)生的熱量使雙金屬片伸展與靜觸片相接觸，則此刻整個(gè)電路構(gòu)成通路：就在電路被接通的瞬間，燈絲因流過電流而發(fā)射大量電子。同時(shí)，動(dòng)靜觸片接觸時(shí)，輝光消失。雙金屬片

因失去熱源恢復(fù)原狀與靜觸片脫離。此時(shí)，鎮(zhèn)流器(鐵心線圈)因突然斷電而產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，其方向與電源電壓方向相同，自感電動(dòng)勢(shì)與電源電動(dòng)勢(shì)一起加在燈管兩端。燈絲附近的電子在高壓下加速運(yùn)動(dòng)，使管內(nèi)的氬氣電離而導(dǎo)電；

進(jìn)而使管內(nèi)水銀變?yōu)檎魵猓y蒸氣也因被電離而導(dǎo)電，輻射出紫外線激勵(lì)管內(nèi)壁熒光粉發(fā)光。

習(xí)   題

1．直流電(電壓或電流)的__________和_________都不隨時(shí)間變化，交流電是指電流(或電壓)的__________和__________都隨時(shí)間變化。

2．正弦交流電是指電壓或電流按__________規(guī)律變化的交流電。

3．正弦交流電可以由__________產(chǎn)生。

4．正弦交流電可以用__________、_________和__________三個(gè)量值準(zhǔn)確表示，這三個(gè)量一般被稱作正弦交流電的__________。

5．正弦交流電的頻率廠是指__________，與周期T的關(guān)系是__________。

6．正弦交流電的瞬時(shí)值是指___________________，最大值是指__________，有效值是指__________，最大值是有效值的__________倍。

7．日常生活中所用的動(dòng)力電、照明電都是近似的__________。經(jīng)常提到的220 V指的是__________值是220 V，工頻指的是它的頻率為__________Hz。

8．在比較兩個(gè)同頻率的正弦交流電時(shí)，不僅可以比較其大小，還可以比較其__________，這個(gè)量表示兩個(gè)正弦交流電變化的步調(diào)。

9．當(dāng)正弦交流電流過_只電阻器時(shí)，電阻器兩端的電壓與流過電阻器的電流的相位是__________。

10．當(dāng)正弦交流電流過一只電感器時(shí)，電感器兩端的電壓比流過電感器的電流的相位__________。

11．當(dāng)正弦交流電流過一只電容器時(shí)，電容器兩端的電壓比流過電容器的電流的相位__________。

12．電阻器、電感器、電容器對(duì)電流都有阻礙作用，阻礙作用的大小分別用__________、__________和__________表示。

13. 當(dāng)交流電的頻率增高時(shí)，電阻器的電阻值__________，電感器感抗值__________，電容器的容抗值__________。

14．衡量電容器容量大小的物理量叫__________，簡(jiǎn)稱為__________，用__________表示。電容器可以存儲(chǔ)__________，用__________表示。當(dāng)電容器存儲(chǔ)電荷，它的兩端就有電壓U。三者的關(guān)系是__________。

15. 大型電力電容器存有一定數(shù)量的電荷時(shí)，它兩端的__________很高，可能導(dǎo)致人身__________事故，這種電容器保存時(shí)，一般都用導(dǎo)線將__________短路連接，使它充分放電。

16．三相正弦交流電的三相一般用__________、__________和__________標(biāo)志，三相的關(guān)系是有效值__________，頻率__________，相位__________。

17．三相四線是指____________________，相對(duì)應(yīng)的另一種接法是__________。

18．三相負(fù)載的連接方式有__________和__________。

19．三相負(fù)載在星形接時(shí)，=__________，=__________；

三相負(fù)載在三角形接時(shí)，=__________，=__________。

20．畫圖說明哪條線是中線? 它有什么作用?

21．已知一正弦交流電，在O.05 s內(nèi)變化50個(gè)周期(簡(jiǎn)稱50周)。求它的周期和頻率。

22．已知工頻電流的頻率為50 Hz，求它的周期和角頻。

23．指出習(xí)題圖3—1中四組負(fù)載的連接種類。

第四章  變壓器與三相異步電動(dòng)機(jī)

本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：

1．熟悉變壓器的用途、結(jié)構(gòu)、電路符號(hào)，了解其工作原理、主要技術(shù)參數(shù)，應(yīng)用中基本的保護(hù)知識(shí)；

2．熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)的用途特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)關(guān)系。電路符號(hào)，了解其工作原理、主要銘牌參數(shù)、應(yīng)用中基本的保護(hù)知識(shí)；

3．熟悉單相異步電動(dòng)機(jī)的使用特點(diǎn)，了解運(yùn)轉(zhuǎn)原理、應(yīng)用中基本的保護(hù)知識(shí)。

變壓器和交流電動(dòng)機(jī)是比較耐用的電器，但這兩種電器在具體的應(yīng)用環(huán)境中，處于“頂天立地”的特殊地位。前者一般要給所有的設(shè)備供電，后者一般是最終的執(zhí)行設(shè)備。特殊的地位，特殊的作用，往往受到特殊的關(guān)照。一個(gè)變壓器出現(xiàn)問題，可能影響一家工廠的生產(chǎn)，一個(gè)社區(qū)的供電。作為使用者，應(yīng)了解它們的特性，給予它們恰當(dāng)?shù)木S護(hù)，使它們始終處于正常的工作狀態(tài)。

§4—1 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

變壓器是一種能改變交流電壓而保持交流電頻率不變的靜止的電器設(shè)備。

在電力系統(tǒng)的送變電過程中，變壓器是一種重要的電器設(shè)備。送電時(shí)，通常使用變壓器把發(fā)電機(jī)的端電壓升高。對(duì)于輸送一定功率的電能，電壓越高，電流就越小，輸送導(dǎo)線上的電能損耗越小。由于電流小，則可以選用截面積小的輸電導(dǎo)線，能節(jié)約大量的金屬材料。用電時(shí)，又利用變壓器將輸電導(dǎo)線土的高電壓降低，以保證人身安全和減少用電器絕緣材料的消耗。

通常超高壓輸電線上的電壓可達(dá)500 kV(即50萬伏)。但是，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中需要各種不同等級(jí)的交流電壓。例如，應(yīng)用廣泛的三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓為380 V或220 V，一般照明電壓為220 1V，機(jī)床局部照明的額定電壓為36 V、24 V或者更低，許多設(shè)備經(jīng)常要求多種電壓供電。所以在實(shí)際工作中，采用各種規(guī)格的變壓器來滿足不同的需要。變壓器除了能改變交變電壓外，還具有改變交流電流(如電流互感器)，變換阻抗(如電子電路中的輸入，輸出變壓器)以及改變相位等作用。所以，變壓器是輸配電、電工測(cè)量和電子技術(shù)等方面不可缺少的電器設(shè)備。

一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)

雖然變壓器種類繁多，用途各異，電壓等級(jí)和容量不同，但變壓器的基本結(jié)構(gòu)大致相同。最簡(jiǎn)單的變壓器是由一個(gè)閉合的軟磁鐵心和兩個(gè)套在鐵心上又相互絕緣的繞組所構(gòu)成，如圖4—1所示。

繞組又稱線圈，是變壓器的電路部分。與交流電源相接的繞組叫做一次繞組，簡(jiǎn)稱一次；

與負(fù)載相接的繞組叫做二次繞組，簡(jiǎn)稱二次，如圖4-2所示。

鐵心是變壓器的磁路部分，

用厚度為0.35～0.5 mm時(shí)硅鋼片疊戲。根據(jù)變壓器鐵心構(gòu)造及繞組配置情況，變壓器有芯式和殼式兩種。如圖4—3a所示是單相芯式變壓器，采用口形鐵心。一、二次繞組分別套在鐵心上。如圖4—3b所示是單相殼式變壓器，常用的有山字形（E1）F形、日字形等鐵心，如圖4—4既示。

二、變壓器的工作原理

如圖4—5所示是單相變壓器工作原理示意圖。為了分析問題方便。規(guī)定：凡與一次有關(guān)的各量，在其符號(hào)右下角標(biāo)以“1”，而與二次有關(guān)的各量，在其符號(hào)右下角標(biāo)以“2”。如一、二次電壓：電流、匝數(shù)及電動(dòng)勢(shì)分別用、，、，、，、表示。

當(dāng)變壓器一次接人交流電源以后，在一次繞組中就有交流電流流過，于是在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，稱為主磁通。它隨著電源頻率而變化，主磁通集中在鐵心內(nèi)；

極少一部分在繞組外閉合，稱為漏磁通，它一般很小，可忽略不計(jì)。所以L可以認(rèn)為一、二次繞組同時(shí)受主磁通作用。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，一、二次繞組都將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果二次接有負(fù)載構(gòu)成閉合回路，就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。變壓器通過一、二次繞組的磁耦合把電源的能量傳送給負(fù)載。

1．變壓器變壓原理

設(shè)一、二次的匝數(shù)分別為和，忽略漏磁通和一、二次直流電阻的影響。由于一、二次繞組同時(shí)受主磁通的作用，在兩個(gè)繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和的頻率與電源的頻率相同。若主磁通隨時(shí)間的變化率為/，則由電磁感應(yīng)定律可得一、二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

變壓器一、二次的端電壓與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上是近似相等的，所以在考慮了上面兩個(gè)式子，以及不考慮相位關(guān)系，只考慮它們的大小，則可以得到一、二次電壓有效值之間如下關(guān)系：

式中 ——一次交流電壓的有效值(V)；

——二次交流電壓的有效值 (V)；

——一次繞組的匝數(shù)；

—一二次繞組的匝數(shù)；

——一、二次的電壓比，或稱匝數(shù)比。

公式(4—1)表明變壓器一、二次繞組的電壓比等于它們的匝數(shù)出。當(dāng)>1時(shí)，>，則>，這種變壓器是降壓變壓器；

當(dāng)

例題1 一臺(tái)變壓器的一次繞組接在10 kV的高壓輸電線上，要求二次繞組輸出400 V電壓，如果二次繞組的匝數(shù)為800匝。求變壓器的電壓比和二次繞組的匝數(shù)。

解：

根據(jù)公式(4—1)電壓比為：

則

2．變壓器變換電流原理

任何一種變壓器在變壓過程中只起能量傳遞作用，無論變換后的電壓是升高還是降低，電能都不會(huì)增加，也不能減少。根據(jù)能量守恒定律；

在忽略損耗時(shí)，變壓器輸出的功率應(yīng)與變壓器從電源獲得的功率相等，即：

或

由此則有：

公式(4—2)是變壓器變換電流公式。此式說明變壓器工作時(shí)，一、二次繞組的電流大小與一、二次韻電壓或匝數(shù)成反比，或者為變壓器電壓比的倒數(shù)。實(shí)際上，變壓器在改變電壓的同時(shí)也改變了電流。電流互感器就是根據(jù)這二原理制成的。

例題2 在3 300 V的交流電路中接入一臺(tái)變壓器，若把電壓降至為220 V，已知一次繞組的匝數(shù)是2 100匝，二次繞組接入的負(fù)載為10。求二次繞組的匝數(shù)和一、二次繞組中的電流?

解：

根據(jù)公式(4—1)得出變壓器的電壓比為：

根據(jù)歐姆定律得出二次繞組的電流為：

由公式(4—2)可得出一次繞組中電流為：

三、幾種常見變壓器

1．單相照明變壓器

如圖4—6 所示是一種常見的單相照明變壓器：它由鐵心和兩個(gè)相互絕緣的線圈組成，一般為殼式。這種變壓器的一次額定電壓有220 V和880 V兩種，二次電壓多為36 V。在特殊危險(xiǎn)場(chǎng)合使用時(shí)，二次電壓為24 V或12 V。有的變壓器二次電壓為6 V，專供指示燈用。單相照明變壓器經(jīng)常為工廠內(nèi)部的局部照

明燈具提供安全電壓，以確保人身安全。

2．三相變壓器

在工業(yè)生產(chǎn)中三相變壓器應(yīng)用較為廣泛。所謂三相變壓器實(shí)質(zhì)上是三個(gè)容量相同的單相變壓器組成的。如圖4—7所示是三相變壓器的示意圖。在每個(gè)鐵心柱上都繞著同一相的一次(即高壓)繞組和二次 (即低壓)繞組。

根據(jù)三相電源和負(fù)載的不同情況，

變壓器一、二次繞組都可作Y形或形聯(lián)結(jié)。如圖4—8所示是三相變壓器的標(biāo)準(zhǔn)接線圖。對(duì)于大容量的三相變壓器多采用Y/聯(lián)結(jié)，即高壓繞組為Y形聯(lián)結(jié)，低壓繞組為形聯(lián)結(jié)。這是因?yàn)閅形聯(lián)結(jié)的相電壓是線電壓的1/，有利于線圈絕緣；

而低壓繞組呈形聯(lián)結(jié)，可使導(dǎo)線截面比Y形聯(lián)結(jié)的小。對(duì)于容量不大且需要中線的變壓器，多采用Y/聯(lián)結(jié)，即高壓繞組為Y形聯(lián)結(jié)。表示低壓繞組是Y形聯(lián)結(jié)并接有中線。這種連接可使用戶獲得線電壓和相電壓兩種電壓，特別適用于動(dòng)力和照明混合性質(zhì)的負(fù)載。

3．自耦變壓器

如圖4—9所示是自耦變壓器示意圖。自耦變壓器有一個(gè)環(huán)形鐵心，線圈繞在鐵心上，即只有一個(gè)繞組。一、二次繞組有一部分是公用的，也就是說高壓繞組的一部分兼作低壓繞組。它與一般變壓器一樣，一、二次的電壓比等于一、二次的匝數(shù)比。二次電壓的引出點(diǎn)是一個(gè)能沿著線圈的裸露表面自由滑動(dòng)的電刷觸頭；

改變觸頭的位置，就能得到需要的輸出電壓。

自耦變壓器常用于實(shí)驗(yàn)室和交流異步電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備中，它的最大特點(diǎn)是可以通過“調(diào)壓”來獲得所需要的電壓。

四、變壓器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)

變壓器的規(guī)格型號(hào)及其主要技術(shù)數(shù)據(jù)都標(biāo)在它的銘牌上，作為使用變壓器的重要依據(jù)。變壓器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)包括：額定電壓、額定電流、額定容量和溫升等。

1．額定電壓

變壓器一次的額定電壓，是指變壓器所用絕緣材料的絕緣強(qiáng)度所規(guī)定的電壓值，二次額定電壓是變壓器空載時(shí)，一次加上額定電壓后，二次兩端的電壓值。兩個(gè)額定電壓分別用，表示。單相變壓器，是指一、二次交流電壓的有效值，三相變壓器，是指一、二次線電壓的有效值。

2．額定電流

指變壓器在允許溫升的條件下，所規(guī)定的一、二次繞組中允許流過的最大電流，變壓器飛二次電流分別用和表示。單相變壓器和是指電流的有效值，三相變壓器是指線電流的有效值。

3．額定容量

表示變壓器工作時(shí)所允許傳遞的最大功率。單相變壓器的額定容量是二次額定電壓和額定電流之積；

三相變壓器的額定容量也是二次額定電壓和額定電流之積(應(yīng)為三相之和)。額定容量用字母S表示，單位是伏安(V·A)。

4．溫升

溫升是指變壓器在額定工作時(shí)；

允許超出周圍環(huán)境溫度的數(shù)值。它取決于變壓器絕緣材料的耐熱等級(jí)，見表4—1。

表4—1    絕緣材料耐熱等級(jí)

絕緣等級(jí)YAEBFHC

最高工作溫度()90105120130155180>180

五、變壓器的使用要點(diǎn)

電工應(yīng)用環(huán)境中的變壓器，一般用于電能的高、低電壓的變換。一臺(tái)變壓器往往為一個(gè)社區(qū)、一個(gè)工廠、一個(gè)車間、一套設(shè)備轉(zhuǎn)換能源。它工作的自然環(huán)境、自身品質(zhì)、所帶負(fù)載的變化、保養(yǎng)的狀況都可能影響其工作。變壓器如出現(xiàn)小事故則影響工作，并可能報(bào)廢設(shè)備。大型變壓器出現(xiàn)事故，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生爆炸，危及人身安全。

大型專用變壓器都有專人進(jìn)行維護(hù)、監(jiān)管。一般相關(guān)人員只要注意變壓器的外在特征變化，及時(shí)報(bào)告有關(guān)人員，履行告知即可。

正常工作的變壓器，一般都有一些輕微的振動(dòng)聲音，有一定溫升，沒有氣味。一旦振動(dòng)聲音明顯增加，出現(xiàn)怪味、打火等特殊現(xiàn)象時(shí)，就必須及時(shí)報(bào)告并遠(yuǎn)離。

§4—2 三相異步電動(dòng)機(jī)的用途和結(jié)構(gòu)

一、電動(dòng)機(jī)概述

電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力設(shè)備。現(xiàn)代各種機(jī)械廣泛應(yīng)用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。

一般電動(dòng)機(jī)可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類。交流電動(dòng)機(jī)按使用電源相數(shù)可分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)兩種，而三相電動(dòng)機(jī)又分同步式和異步式兩種，異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同又分成籠式和繞線式兩種。

三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、運(yùn)行可靠，與相同容量的其他電動(dòng)機(jī)相比具有質(zhì)量輕、成本低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。因此，被廣泛用來做中、小型軋鋼機(jī)、各種機(jī)床以及輕工機(jī)械和鼓風(fēng)機(jī)的拖動(dòng)部分。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)有90％左右的電力拖動(dòng)機(jī)械使用異步電動(dòng)機(jī)，其中，小型異步電動(dòng)機(jī)占70％以上。在電網(wǎng)的總負(fù)載中異步電動(dòng)機(jī)的用電量占60％以上。

二、三相籠式異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

三相籠式異步電動(dòng)機(jī)主要是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，如圖4—10所示。

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子部分包括機(jī)座、定子鐵心和定子繞組。機(jī)座用鑄鐵或鑄鋼制成。它支承著定子鐵心。定子鐵心由互相絕緣的硅鋼片疊制而成，內(nèi)圓有槽孔，定子繞組嵌在槽內(nèi)，如圖4—11所示。

定子繞組是定子的電路部分，由三相對(duì)稱繞組組成。三相繞組的各相彼此獨(dú)立，按互差120的電角度嵌放在定子槽內(nèi)，并與定子鐵心絕緣。定子繞組的首端分別用U1，V1，W1表示，而繞組的末端分別用U2，V2，W2表示。

轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部分組成。轉(zhuǎn)子鐵心是由外圓有槽孔的硅鋼片疊制而成，槽內(nèi)放置銅條(或鑄鋁)。鐵心兩端分別用導(dǎo)電的端環(huán)將槽內(nèi)的銅條連接起來，形成短接回路；

如果去掉轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與籠子相似，如圖4—12所示。

繞線式異步電動(dòng)機(jī)只是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，它的轉(zhuǎn)子是由繞組組成的，與定子繞組一樣也是三相的。

§4—3 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

一、演示實(shí)驗(yàn)

為子說明三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是怎樣旋轉(zhuǎn)起來的，先做二個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。

如圖4—13所示中有一個(gè)裝有手柄的馬蹄形磁鐵，在磁極中間放置一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)電的鼠籠轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與磁極之間沒有機(jī)械聯(lián)系。當(dāng)搖動(dòng)手柄使馬蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)看到鼠籠轉(zhuǎn)子跟著磁鐵旋轉(zhuǎn)。手柄搖得越快，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)得越快，若是改變磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向，鼠籠轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。

由上述實(shí)驗(yàn)可知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的首要條件是要有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

二、定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

實(shí)際的籠式異步電動(dòng)機(jī)中，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生的。

如果三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心中放有三相對(duì)稱繞組U1一U2，V1一V2，W1一W2，并呈星形(Y)聯(lián)結(jié)，接人三相對(duì)稱電源時(shí)，三相對(duì)稱繞組中有電流通過，即：

三相對(duì)稱電流的波形圖如圖4—14所示。規(guī)定交流電正半周時(shí)，電流從繞組首端流人，尾端流出；

負(fù)半周時(shí)，電流從繞組末端流入，首端流出。流人以符號(hào)表示，流出以符號(hào) 表示；

當(dāng)交流電流過三相繞組時(shí)，每相繞組都將產(chǎn)生一個(gè)按正弦規(guī)律變化的磁場(chǎng)，三相繞組的合成磁場(chǎng)隨著時(shí)間的推移而不斷改變方向形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖4—15所示。

當(dāng)=0時(shí)，U相繞組電流=0；

V相繞組電流為負(fù)半周，按規(guī)定電流是從末端V2流入，從首端V1流出；

W相繞組電流為正半周，電流是從繞組首端W1流人，從末端W2流出。根據(jù)右手螺旋定則可以判定，互相電流的合成磁場(chǎng)的N極在正上方，S極在正下方，如圖4—15a所示。

當(dāng)=90時(shí)，為正半周；

電流從繞組首端U1流人，由末端U2流出；

V相和W相電流和都是負(fù)半周，電流分別從繞組末端V2和W2流人，從首端V1和W1流出。三相電流的合成磁場(chǎng)如圖4—15b所示，可以看出合成磁場(chǎng)的軸線沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)了90。此刻，磁場(chǎng)的N極在右方，S極在左方。

當(dāng)=180時(shí)，U相繞組電流=0；

V相繞組電流為正半周，按規(guī)定電流是從首端V1流入，從末端V2流出；

W相繞組電流為負(fù)半周，電流是從繞組末端W2流入，從首端W1流出。可以判定，量相電流的合成磁場(chǎng)的N極在正下方，S極在正上方，如圖4—15c所示。三相電流的合成磁場(chǎng)的軸線又沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)了90。

從上面分析可知，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)定子繞組分別通人對(duì)稱三相交流電后，在定子空間能產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間延續(xù)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

在如圖4—15所示中，每相定子繞組只有二個(gè)線圈，三相繞組的首端之間空間角相差120。合成磁場(chǎng)有兩個(gè)磁極，也稱一對(duì)磁極。對(duì)一對(duì)磁極來說，在三相交流電流變化一周時(shí)，磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一周。當(dāng)交流電流的頻率為2 Hz，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為2 r/s；

當(dāng)交流電流頻率為3 Hz時(shí)，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為3 r/s；

以此類推，當(dāng)交流電流的頻率為Hz時(shí)，則磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為r/s。通常旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速都折合成每分鐘多少轉(zhuǎn)，這樣一對(duì)磁極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速(r/min)是：

如果每相繞組由兩個(gè)線圈串聯(lián)組成，則每相繞組的首端之間相差60空間角。如圖4—16所示，磁場(chǎng)有4個(gè)磁極，即有兩對(duì)磁極。可以看到，交流電流變化一周只轉(zhuǎn)過180。

以此類推，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有任意磁極對(duì)數(shù)時(shí)，交流電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間只能轉(zhuǎn)過1/周，字母表示旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。因此，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速咒，與交流電頻率、磁極對(duì)數(shù)之間的關(guān)系為：

式中  ——旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速(也叫做同步轉(zhuǎn)速)，r/min；

——三相交流電源的頻率，Hz；

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。

公式(4—3)表明旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速隨磁極對(duì)數(shù)增加而降低。表4—2是電源頻率為50 Hz時(shí)，相對(duì)應(yīng)磁極對(duì)數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速。

表4—2 電源頻率為50 Hz時(shí)磁極對(duì)數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的關(guān)系

磁極對(duì)數(shù)123456

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速(r/min)3 0001 5001 000750600500

三、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的作用

定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將切割轉(zhuǎn)子銅條，此時(shí)可以把磁場(chǎng)看成不動(dòng)，而認(rèn)為：轉(zhuǎn)子相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)。假設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，那么轉(zhuǎn)子相對(duì)于磁場(chǎng)，可看成是作逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖4一17所示。在轉(zhuǎn)子銅條中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，可用右手定則確定其方向。在轉(zhuǎn)子上半部的銅條中，感應(yīng)電流的方向指向讀者，在轉(zhuǎn)子下半部銅條中感應(yīng)電流的方向背離讀者。

轉(zhuǎn)子中載有感應(yīng)電流的銅條與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生電磁力。根據(jù)左手定則判定：轉(zhuǎn)子上頂部銅條所受的力是指向右方，下底部銅條所受的力是指向左方。這兩個(gè)力大小相等，方向相反，構(gòu)成電磁轉(zhuǎn)矩，于是轉(zhuǎn)子就跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，這就是三相籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必定小于同步轉(zhuǎn)速。如果，，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子上的鎘條不能切割磁感應(yīng)線，就不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，也就不能形成電磁轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子不能以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行。實(shí)際上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是小于同步轉(zhuǎn)速，即。也就是說，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速不同步，而是異步的，這就是異步電動(dòng)機(jī)名稱的由來。

正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速稱為至相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。比如有一種一對(duì)磁極的三相異步電動(dòng)機(jī)，同步轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，正常運(yùn)行時(shí)的額定轉(zhuǎn)速為2 906 r/min。

轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向是一致的。如果把按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)叫做電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)，那么就把按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)叫做電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與通人定子繞組的三相交流電流的相序有關(guān)。如果把三相電源接到定子繞組首端的三根導(dǎo)線中的任意兩相對(duì)調(diào)位置，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)則反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)也就跟著改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

§4—3 三相異步電動(dòng)機(jī)的使用

一、啟動(dòng)

電動(dòng)機(jī)接通電源后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程，叫做啟動(dòng)。

啟動(dòng)時(shí)若加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓是電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的額定電壓，就稱為全壓?jiǎn)?dòng)，如圖4—18所示。

在剛啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)，但旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)已經(jīng)產(chǎn)生。磁場(chǎng)以最大相對(duì)速度切割轉(zhuǎn)子銅條，在銅條中產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流。與變壓器的原理相似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的一次，轉(zhuǎn)子的銅條相當(dāng)于變壓器的二次。所以，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，定子繞組中要出現(xiàn)很大的啟動(dòng)電流，一般全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流是額定電流的4～7倍。電動(dòng)機(jī)在不頻繁啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間很短；

(只有1～3 s)，雖然電流很大，但對(duì)電動(dòng)機(jī)影響不大。如果電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁，由于熱量積累，可使電動(dòng)機(jī)過熱，容易造成絕緣材料老化，縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流過大；

還會(huì)在短時(shí)間內(nèi)造成供電線路電壓降增大，使負(fù)載兩端電壓短時(shí)間下降。這樣小但使電動(dòng)機(jī)本身啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小，以至于啟動(dòng)不起來，還會(huì)影響同一供電線路上其他負(fù)載正常運(yùn)行。若是三相電動(dòng)機(jī)，由于電壓下降，使轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)矩減小，以至于帶不動(dòng)負(fù)載，而產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

在實(shí)際工作中要盡量避免電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)。如車削加工時(shí)，使用摩擦離合器或電磁離合器將主軸與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸分離，從而減少電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停車，避免啟動(dòng)電流過大，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

一般說來，籠式異步電動(dòng)機(jī)額定功率小于7.5 kW，或者額定功率大于7.5 kW且小于供電電源容量的20％，都可以采用全壓?jiǎn)?dòng)。

如果線路不允許電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)，則采用降壓?jiǎn)?dòng)的方式來限制啟動(dòng)電流。降壓?jiǎn)?dòng)是利用啟動(dòng)設(shè)備將電壓適當(dāng)降低后，加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上進(jìn)行啟動(dòng)，待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以后，再使電壓恢復(fù)到額定值。降壓?jiǎn)?dòng)適用于空載或輕載下啟動(dòng)。

常見的降壓?jiǎn)?dòng)方法有4種：-在定子繞組中串聯(lián)電阻(或電抗器)的降壓?jiǎn)?dòng)、自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)、延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)、星形(Y)一三角形()變換降壓?jiǎn)?dòng)。

二、反轉(zhuǎn)

在生產(chǎn)上常需要電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，如圖4—19所示。當(dāng)開關(guān)向上合時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)開關(guān)向下合時(shí)，把接在電動(dòng)機(jī)上的三相電源的U相和V相進(jìn)行對(duì)調(diào)，改變定子繞組中三相交流電流的相序，因此，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改變了轉(zhuǎn)向≯電動(dòng)機(jī)即可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

三、制動(dòng)

制動(dòng)就是在電動(dòng)機(jī)切斷電源后，給它一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的轉(zhuǎn)矩，使它很快地減速或停車。如起重機(jī)的吊鉤需要立即減速或停車以達(dá)到準(zhǔn)確定位，萬能銑床主軸迅速停轉(zhuǎn)等，都需要制動(dòng)。

制動(dòng)的方法一般有機(jī)械制動(dòng)和電力制動(dòng)兩大類。

機(jī)械制動(dòng)是利用機(jī)械裝置，使電動(dòng)機(jī)在切斷電源后，達(dá)到迅速停轉(zhuǎn)的方法。使用較普遍的有電磁抱閘，如圖4—20所示。

電磁抱閘的工作原理如下：當(dāng)接通電源后，電磁抱閘的線圈得電而吸引銜鐵，克服了彈簧的拉力，迫使杠桿向上移動(dòng)，使閘瓦和閘輪分開，此時(shí)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，正常運(yùn)轉(zhuǎn)。一旦電動(dòng)機(jī)的電源被切斷，-電磁抱閘的線圈也同時(shí)失電。于是銜鐵被釋放，在彈簧拉力的作用下，閘瓦緊緊抱住閘輪，電動(dòng)機(jī)被迅速制動(dòng)而停車。

電磁抱閘方法在起重機(jī)械中被廣泛采用，這種制動(dòng)方法不但可以準(zhǔn)確定位，而且在電動(dòng)機(jī)突然斷電時(shí)，還可以避免重物自行掉落而產(chǎn)生事故。

電力制動(dòng)常用的方法有反接制動(dòng)和能耗制動(dòng)。

反接制動(dòng)是依靠改變輸入電動(dòng)機(jī)的電源相序，使定子繞組產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而使轉(zhuǎn)子受到與原來轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的轉(zhuǎn)矩，而迅速停轉(zhuǎn)。采用反接制動(dòng)必須注意，當(dāng)制動(dòng)到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，應(yīng)及時(shí)切斷電源，否則電動(dòng)機(jī)將反向運(yùn)行。

能耗制動(dòng)是電動(dòng)機(jī)脫離電源后，立即向它的定子繞組通人直流電流，就能使電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，這種方法制動(dòng)平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確。

四、三相籠式異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

目前我國(guó)已經(jīng)推廣使用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。現(xiàn)在以Y132M2—4為例，介紹銘牌數(shù)據(jù)。

1．型號(hào)

Y系列電動(dòng)機(jī)型號(hào)由4部分組成，第二部分漢語拼音字母Y表示異步電動(dòng)機(jī)，第二部分?jǐn)?shù)字表示中心高(轉(zhuǎn)軸中心至安裝平臺(tái)表面的高度)；

第三部分英文字母為機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)(S表示短機(jī)座、M表示中機(jī)座，L表示長(zhǎng)機(jī)座)，字母后的數(shù)字為鐵心長(zhǎng)度代號(hào)(1一短鐵心，2一長(zhǎng)鐵心)，橫線后的數(shù)字為電動(dòng)機(jī)的極數(shù)；

第四部分為特殊環(huán)境代號(hào)，沒標(biāo)符號(hào)者表示電動(dòng)機(jī)只適用于普通環(huán)境，W表示用于戶外環(huán)境，F(xiàn)表示用于化工防腐環(huán)境。

2．功率

銘牌上所標(biāo)出的功率是在額定運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，又叫容量，通常用或表示，單位是瓦(W)或千瓦(kW)。

3．額定頻率

指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的電頻率，我國(guó)規(guī)定工頻為50 Hz。

4．額定電壓

指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)加在定子繞組上的線電壓值，單位是伏(V)

5．額定電流

指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的電流值，單位是安(A)。

6．額定轉(zhuǎn)速

指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位是r/min。

7．工作方式：

也稱為定額，是指電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)H分連續(xù)、短時(shí)、斷續(xù)等三種。“連續(xù)”是指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行情況下長(zhǎng)期連續(xù)使用，用表示；

“短時(shí)”是指電動(dòng)機(jī)在限定時(shí)間內(nèi)短期運(yùn)行，用表示，“續(xù)”是指電動(dòng)機(jī)以間歇方式運(yùn)行，用表示。

8．接線

指定子繞組的連接方式，有星形接法和三角形接法兩種。使用時(shí)根據(jù)銘牌標(biāo)志正確連接。如圖4—21所示，籠式三相異步電動(dòng)機(jī)的接線盒有6根引出線，標(biāo)有U1，V1，W1，U2，V2，W2，其中，U1，U2是第一相繞組的兩端，V1，V2是第二相繞組的兩端，W1，W2是第三相繞組的兩端。

9．絕緣等級(jí)

指絕緣材料的耐熱等級(jí)，通常為7個(gè)等級(jí)。

此外，三相異步電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)還有功率因數(shù)、效率、啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩等，但不在銘牌上標(biāo)出，可從產(chǎn)品目錄中查得。

五、三相異步電動(dòng)機(jī)使用要點(diǎn)

三相異步電動(dòng)機(jī)是一種比較耐用的電動(dòng)機(jī)種類，但由于它是機(jī)電一體的設(shè)備，以及由于使用頻度、工作環(huán)境、保養(yǎng)程度的原因，故障比較多發(fā)。作為直接的使用者，要熟悉使用要點(diǎn)，及時(shí)告知有關(guān)人員設(shè)備狀況，保證設(shè)備安全、正常工作。

1．過于頻繁的啟、停，正、反轉(zhuǎn)，會(huì)影響使用壽命及導(dǎo)致過載。

2．電動(dòng)機(jī)內(nèi)部不正常的聲音，都是故障的表現(xiàn)，處理不及時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的災(zāi)難。電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行、連續(xù)過載、軸承等機(jī)械故障，都會(huì)伴有不正常聲音，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)措施。

3．當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)出怪味時(shí)，應(yīng)及時(shí)檢查，防止故障擴(kuò)大。

§4—5單相異步電動(dòng)機(jī)

單相異步電動(dòng)機(jī)被廣泛用于工業(yè)設(shè)備和日常生活上。例如，民用電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、脫水機(jī)、電冰箱、家用空調(diào)器等，都是用單相異步電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力。單相異步電動(dòng)機(jī)的功率較小，一般為幾瓦至幾百瓦。

單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組是單相的，轉(zhuǎn)子通常是籠式。當(dāng)交流電流通過定子繞組時(shí)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生交變磁通，該磁通的方向是時(shí)而垂直向上，時(shí)而垂直向下，是一個(gè)脈動(dòng)磁場(chǎng)。也就是說，單相定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)不是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，因而轉(zhuǎn)子不能自行轉(zhuǎn)動(dòng)起來。

為了使它能自行轉(zhuǎn)動(dòng)，通常在電動(dòng)機(jī)的定子鐵心上，再裝一個(gè)啟動(dòng)繞組。如圖4—22所示是單相電容式異步電動(dòng)機(jī)原理圖。它的定子繞組有兩個(gè)，一個(gè)是工作繞組A1A2(又叫主繞組或運(yùn)行繞組)，一個(gè)是啟動(dòng)繞組B1B2 （又叫副繞組)。A1A2與BlB2在空間互成90，在啟動(dòng)繞組中串接一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娙萜鳌?/p>

當(dāng)電動(dòng)機(jī)與電源接通后，各繞組就分別通入交流電流，A1A2繞組中電流。要滯后電源電壓，而B1B2繞組串有電容器，電流要超前電源電壓。如果電容器的容量選擇適當(dāng)，可使電流與之間具有90的相位差，如圖4—23a所示。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組就產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖4—23 b所示。籠式轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，就隨著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而轉(zhuǎn)動(dòng)起來。

實(shí)際使用時(shí)，注意電容器是一個(gè)故障多發(fā)元件。更換時(shí)，應(yīng)選用與原電容器容量相同、耐壓等級(jí)不低于原件的電容器。

習(xí) 題

1．變壓器是利用__________原理制成的。

2．變壓器除了能改變__________外， 還具有__________、__________和__________等作用。

3. 變壓器的電壓比由__________決定，變壓器的一、二次電壓之比等于變壓器的__________。

4．當(dāng)需要獲得連續(xù)變化的交流電壓時(shí)，可以選用__________。

5. 通常大型動(dòng)力變壓器一般都是__________相結(jié)構(gòu)，小功率的電源變壓器、照明變壓器一般是___________相結(jié)構(gòu)。

6. 與其他種類的電動(dòng)機(jī)相比，三相異步電動(dòng)機(jī)具有__________、__________和_________等優(yōu)點(diǎn)，使用極為廣泛。

7．作為一般使用人員，應(yīng)注意大型動(dòng)力變壓器的__________，如變壓器的__________、__________和__________等。一旦有明顯的變化，應(yīng)履行__________義務(wù)。

8．電動(dòng)機(jī)外殼的鐵肋是用于__________，使用時(shí)應(yīng)注意保持__________。

9. 三相異步電動(dòng)機(jī)正常使用時(shí)，它的轉(zhuǎn)速主要由電動(dòng)機(jī)的__________決定，受負(fù)載變化的影響不大。

10．電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是指——的過程。全壓?jiǎn)?dòng)是指____________________的啟動(dòng)方式。三相異步電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流會(huì)很高，可能達(dá)額定電流的__________倍，為了避免這種沖擊電流導(dǎo)致的不良影響，必要時(shí)須采用___________。

11．降壓?jiǎn)?dòng)是指__________的啟動(dòng)方式。適用于__________場(chǎng)舍，常用的降壓?jiǎn)?dòng)方式主要有__________、___________和__________四種。

12．三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)可以通過改變____________的方法實(shí)現(xiàn)。

13．電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)是指____________________的過程。常用的方法有__________、__________和__________等。

14．單相交流電動(dòng)機(jī)一般都有__________套繞組，用于__________和__________。

15．畫出三相異步電動(dòng)機(jī)的接線端子圖，并分別表示出電動(dòng)機(jī)接成星形和三角形的聯(lián)結(jié)方法。

16．三相異步電動(dòng)機(jī)的使用者，應(yīng)注意什么事項(xiàng)?

17．變壓器一次接在=220 V的電源上，已知二次電壓=20 V，如果二次匝數(shù)=120匝，問一次匝數(shù)是多少?

18．有-單相變壓器，一次電壓為3 300 V，二次電流為60 A，變壓比為15。求二次電壓和一次電流各為多少?

19．有一變壓器一次電壓為6 600 V，二次電壓為220 V。如果在二次接一電阻爐，其額定電壓為220 V，功率為40 kW。問該變壓器的一、二次電流各為多少?

第五章 簡(jiǎn)單機(jī)床電路

本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：

1．熟悉刀開關(guān)、組合開關(guān)：鐵殼開關(guān)、接觸器、熱繼電器、熔斷器的用途、工作機(jī)理、電路連接特點(diǎn)、常見的故障現(xiàn)象；

2．熟悉繼電接觸器控制電路的展開法連接關(guān)系(主要是

接觸器)；

能夠分析電路的工作過程(啟動(dòng)、停止)，能夠解釋電路每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)的電氣作用。

很多人習(xí)慣說，做電工的人，做得時(shí)間越長(zhǎng)越膽小。為什么呢?原因可能是與電的特點(diǎn)有關(guān)。電看不見，卻摸得著，不小心就可能觸電。電路檢修以后，首次通斷電都是由電工完成。正常則可，不正常時(shí)，即使有二次在他的臉邊手下，“嘭”的一個(gè)大火球，不受傷，也夠記一輩子的。直接操縱大電流的通斷是有危險(xiǎn)的。

但是現(xiàn)在有很多技術(shù)，讓電工及設(shè)備操作員，擺脫了直接在手底下操作大電流的通、斷。這種技術(shù)可以用小至幾個(gè)微安的電流，控制數(shù)千安培電流的通、斷。采用這種技術(shù)后，即使有短路等故障，操作者也不必冒著被電弧燒傷的危險(xiǎn)：

這種技術(shù)可以是復(fù)雜的電力電子技術(shù)，但更常見的是繼電接觸器控制技術(shù)。繼電接觸器控制技術(shù)是使用極為廣泛的以弱控強(qiáng)、遠(yuǎn)距離(遙)控制的技術(shù)，它使操作者安全、輕松、快速、可靠地控制電路的通斷：本章將介紹繼電接觸控制的最基本原理與應(yīng)用。

§5—1 常用低壓電器

低壓電器一般指工作電壓低于1 000 V的電器。

機(jī)床常用低壓電器在機(jī)床控制電路中主要起通斷、控制、保護(hù)、調(diào)節(jié)等作用。

低壓電器分為手動(dòng)電器和自動(dòng)電器兩類。手動(dòng)電器是由工作人員手動(dòng)操作的，這類電器包括刀開關(guān)、組合開關(guān)、鐵殼開關(guān)和按鈕等。自動(dòng)電器是按照指令、信號(hào)或某個(gè)物理量的變化而自或動(dòng)作的。這類電器有各種繼電器、接觸器等，還有起保護(hù)作用能電器，如熔斷器等。

一、開關(guān)

開關(guān)通常是指用手操縱，對(duì)電路進(jìn)行接通或斷開的一種控制電器。

1．刀開關(guān)

它是一種應(yīng)用廣泛、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的手動(dòng)電器。刀極數(shù)目有二極和三極兩種，如圖5—1a所示是二極刀開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖及符號(hào)。在瓷質(zhì)底座上裝有靜插座，安裝熔絲的接頭和帶瓷質(zhì)手柄的閘刀等。膠蓋罩住刀片和靜插座，當(dāng)電源被切斷時(shí)，它能熄滅刀片和靜插座之間產(chǎn)生的電弧，防止電弧燒傷操作人員。

安裝刀開關(guān)時(shí)應(yīng)將電源線接在靜插座上，將用電器接在刀開關(guān)的出線端。這樣在分閘時(shí)，刀片和熔絲不會(huì)帶電，以保證裝換熔絲和維修用電器的人員安全。

刀開關(guān)主要用于接通和切斷電路或隔離電源。常用的刀開關(guān)有，系列膠蓋瓷底刀開關(guān)，它們的額定電壓為交流380 V，額定電流有15 A，30 A和60 A三種。

長(zhǎng)期使用的刀開關(guān)，刀口部分易被電弧灼傷，嚴(yán)重灼傷的刀開關(guān)應(yīng)及時(shí)更換。應(yīng)正確使用熔斷器(見后面單元)，如果出現(xiàn)熔斷器連接部分、導(dǎo)線連接部分氧化、燒黑的部分，要進(jìn)行清理，必要時(shí)進(jìn)行更換。

嚴(yán)禁在沒有蓋好開關(guān)蓋的情況下，接通或斷開有負(fù)載電路。操作刀開關(guān)時(shí)不能動(dòng)作遲緩，猶豫不決。動(dòng)作越慢，越容易出電弧，影響開關(guān)使用壽命，容易出危險(xiǎn)。

2．鐵殼開關(guān)

鐵殼開關(guān)又叫負(fù)荷開關(guān)。如圖5—2所示，鐵殼開關(guān)主要由動(dòng)閘刀、速斷彈簧、刀座、操作手柄、熔斷器等組成。將這些元件裝在一個(gè)鐵殼內(nèi)，所以稱為鐵殼開關(guān)。速斷彈簧能迅速將動(dòng)閘刀從刀座拉開，使電弧迅速拉長(zhǎng)而熄滅。在操作手柄一側(cè)的鐵殼邊上有一凸肋，它的作用是當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，鐵殼蓋不能打開；

而鐵殼蓋打開時(shí)，開關(guān)不能合閘，以保證安全。安裝時(shí)，鐵殼應(yīng)可靠接地對(duì)以防意外漏電引起操作者觸電。長(zhǎng)期使用的鐵殼開關(guān)應(yīng)注意觸頭的使用狀況，觸頭狀況不佳，可能導(dǎo)致被控電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行，燒壞電動(dòng)機(jī)：

鐵殼開關(guān)實(shí)質(zhì)上也是刀開關(guān)，它可以用28 kW以下的電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)控制，也可用作電源隔離開關(guān)或負(fù)荷開關(guān)。常用的鐵殼開關(guān)有HH3系列，額定電壓為交流440 V，額定電流有15 A，30 A，60 A，100 A和200 A等幾種。

3．組合開關(guān)

組合開關(guān)是一種結(jié)構(gòu)緊湊的手動(dòng)開關(guān)，又叫手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。它的種類很多，如圖5—3所示是HZ10—25/3型三級(jí)組合開關(guān)。三極組合開關(guān)共有6個(gè)靜觸頭和3個(gè)動(dòng)觸頭；

靜觸頭的一端固定在膠木邊框內(nèi)，另一端伸出盒外，并附有接線螺釘，以便和電源及用電器相連接。從如圖5—3b，c所示可見三個(gè)動(dòng)觸片裝在絕緣墊板上，并套在方軸上，通過手柄可使方軸作90正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使動(dòng)觸片與靜觸片保持接通。

組合開關(guān)在機(jī)床控制電路中，經(jīng)常作電源引人開關(guān)。它可以用于直接啟動(dòng)5.5 kW以下的小功率籠式電動(dòng)機(jī)，或用作正、反轉(zhuǎn)換開關(guān)等，也可以控制局部照明線路；

常用的HZ10系列普通類型組合開關(guān)的額定電壓為交流380 V，額定電流有10 A，25 A，60 A，100 A四種，極數(shù)有1～4極4種。

4．按鈕

按鈕也是一種手動(dòng)開關(guān)，用于控制電動(dòng)機(jī)或機(jī)床控制電路的接通或斷開。

按照按鈕的用途和觸頭配置，可把按鈕分為常開的啟動(dòng)按鈕、常閉的停止按鈕和復(fù)合按鈕三種，如圖5—4所示。按鈕在松手停按后，一般都自動(dòng)復(fù)位。

復(fù)合按鈕有兩對(duì)觸頭，橋式動(dòng)觸頭和上部?jī)蓚€(gè)靜觸頭組成一對(duì)常閉觸頭，又和下部?jī)蓚€(gè)靜觸頭組成一對(duì)常開觸頭。按下按鈕時(shí)，橋式動(dòng)觸頭向雨移動(dòng)，先斷開常閉觸頭，然后閉合常開觸頭，停按后，在彈簧作用下自動(dòng)復(fù)位。復(fù)合按鈕如果只使用其中一對(duì)觸頭，即成為常開的啟動(dòng)按鈕或常閉的停止按鈕。常用按鈕為L(zhǎng)Al9和LA-10系列，除單只按鈕外，還有雙連和三連按鈕。按鈕的額定電壓為交流380 V，觸頭額定電流為5 A。LA19一11型按鈕帽中還裝有指示燈，可以用燈亮與不亮來表示電路某種工作狀態(tài)。

按鈕一般通過按鈕帽螺釘，固定在操作面板上，使用時(shí)注意螺釘一旦松動(dòng)，及時(shí)擰緊，防止按鈕被按人面板內(nèi)，導(dǎo)致失控及內(nèi)部短路。

二、接觸器

接觸器是一種自動(dòng)的電磁式開關(guān)。它通過電磁力作用下的吸合和反向彈簧力作用下的釋放，使觸頭閉合和分?jǐn)啵瑢?dǎo)致電路的接通和斷開。接觸器是電力拖動(dòng)中最主要的控制電器之一。接觸器分為直流和交流兩大類，結(jié)構(gòu)大致相同。這里只簡(jiǎn)單介紹交流接觸器。

如圖5—5a所示是交流接觸器的結(jié)構(gòu)圖。它主要由電磁鐵和觸頭兩部分組成。電磁鐵包括靜鐵心、線圈和動(dòng)鐵心等，其中靜鐵心與線圈固定不動(dòng)，動(dòng)鐵心又稱銜鐵，可以移動(dòng)。觸頭由橋式動(dòng)觸頭和靜觸頭組成，橋式動(dòng)觸頭和電磁系統(tǒng)的動(dòng)鐵心通過絕緣支架固定在一起。

如圖5—5b所示是交流接觸器的工作原理圖。當(dāng)按下按鈕時(shí)線圈得電，靜鐵心產(chǎn)生電磁力，將動(dòng)鐵心吸合，帶動(dòng)橋式動(dòng)觸頭向下移動(dòng)，使之與靜觸頭接觸。這時(shí)電動(dòng)機(jī)與電源接通，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)松開按鈕時(shí)線圈斷電，I電磁力消失，在反向彈簧力作用下，動(dòng)、靜觸頭分離，自動(dòng)切斷電動(dòng)機(jī)的電源，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。因此，只要控制線圈的通、斷電，就可以使接觸器的觸頭開閉，從而達(dá)到控制主電路的接通或切斷。

接觸器的觸頭有主觸頭和輔助觸頭兩種。通常主觸頭有三對(duì)，它的接觸面積較大；

并有滅弧裝置，能通過較大的電流。主觸頭在電路中，控制用電器的啟動(dòng)與停止。

接觸器的常態(tài)是線圈沒有通電時(shí)觸頭的工作狀態(tài)。此時(shí)，處于斷開的觸頭稱為常開觸頭，處于閉合的觸頭稱常閉觸頭。常態(tài)時(shí)，主觸頭是常開的，輔助觸頭有常開與常閉兩種形式。

接觸器的符號(hào)。(見圖5—5c)。主觸頭、輔助觸頭和線圈接在不同電路中，所以在電路圖經(jīng)常分開畫出。輔助觸頭符號(hào)用一段的常開觸頭和常閉觸頭符號(hào)表示，如圖5—5c右側(cè)所示。主觸頭符號(hào)由一般常開觸頭符號(hào)加接觸器功能符號(hào)組成，如圖5—5c左側(cè)所示。圖5—5c中間是表示線圈的符號(hào)。

如圖5—5d所示是交流接觸器的剖面圖。

接觸器一般直接控制電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的動(dòng)力電源電路。主觸頭受電弧影響，使用壽命較短，應(yīng)定期檢查監(jiān)視觸頭使用情況。避免由于觸頭問題，導(dǎo)致不能停車、缺相不能啟動(dòng)、電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行等。禁止接觸器在沒有滅弧罩的情況下負(fù)載工作。正常工作的接觸器有輕微的振動(dòng)聲，一旦發(fā)出連續(xù)的較強(qiáng)的振動(dòng)聲，應(yīng)及時(shí)通知專業(yè)人員。

三、熱繼電器

電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，由于長(zhǎng)期負(fù)荷過大，頻繁啟動(dòng)或者缺相運(yùn)行等，都可能使電動(dòng)機(jī)定子繞組的電流超過額定值，這種現(xiàn)象叫做過載。此時(shí)，熔斷器并不熔斷，定子繞組將發(fā)熱，溫度升高，使繞組的絕緣材料損壞，嚴(yán)重時(shí)燒毀電動(dòng)機(jī)。熱繼電器就是用來作過載保護(hù)的電器。

熱繼電器是利用電流熱效應(yīng)而制作的繼電器。使用熱繼電器時(shí)，應(yīng)將熱元件的電阻絲串接在主電路中，將常閉觸頭串接在有接觸器線圈的控制電路中。如圖5—6所示是熱繼電器的工作原理圖。熱元件是一段電阻不大的電阻絲，串接在主電路中。雙金屬片2由膨脹系數(shù)不同的兩種金屬輾壓而成，上層金屬的膨脹系數(shù)小，下層金屬的膨脹系數(shù)大。當(dāng)負(fù)載電流超過額定值時(shí)，雙金屬片2受熱產(chǎn)生足夠的膨脹，向上彎曲，使扣板3脫扣，彈簧4拉下扣板，使常閉觸頭5斷開。觸頭5與接觸器線圈串聯(lián)，所以線圈斷電，主觸頭斷開，負(fù)載停止工作。

由于雙金屬片有熱慣性，因而熱繼電器不能做短路保護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)短路事故時(shí)，要求電路立即斷開，而熱繼電器卻不能馬上動(dòng)作。但是，熱繼電器的熱慣性；

也有一定好處。例如，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或者短時(shí)過載，熱繼電器不會(huì)立即動(dòng)作，這樣就避免了電動(dòng)機(jī)不必要的停車。熱繼電器復(fù)位時(shí)，按下復(fù)位鍵6即可。

四、熔斷器

熔斷器是一種簡(jiǎn)單而有效的保護(hù)電器，主要用于保護(hù)電源免受短路的損害。熔斷器串聯(lián)在被保護(hù)的電路中，在正常情況下相當(dāng)于一根導(dǎo)線。當(dāng)發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時(shí)，電路電流超過額定值，熔絲或熔片因過熱而熔斷，自動(dòng)切斷電路。

熔體是熔斷器的主要元件，一般用低熔點(diǎn)鉛錫合金做成熔絲，大電流電路中使用的熔體是用銅銀制成的薄片。在熔體熔斷時(shí)將會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，熔化金屬飛濺，會(huì)燒傷人身或引起電路事故。因此，熔體要裝在外殼里面組成熔斷器。

常用的熔斷器為螺旋式，它的形狀與結(jié)構(gòu)如圖5—7 a，b所示。熔斷器的表示符號(hào)

如圖5—7c所示。

系列螺旋式熔斷器的額定電壓為500 V，額定電流為2 A，4 A，6 A，…，200 A等。熔絲額定電流、熔斷電流與線徑有關(guān)，具體數(shù)值見表5—1。

表5—1 部分鉛錫合金(鉛95％，錫5％)熔絲的額定電流和熔斷電流

直徑(mm)額定電流(A)熔斷電流(A)

0.50823

0.5592.33.5

0.612.64

0.713.35

0.8134.16

0.9154.87

1.22710

1.631116

1.831319

2.O31522

2.341827

2.652232

2.952637

3.263044

選擇熔斷器的容量時(shí)，應(yīng)根據(jù)電路的工作情況而定。對(duì)于工作電流穩(wěn)定的電路，如照明、電熱等電路，熔體額定電流應(yīng)等于或稍大于負(fù)載工作電流。在異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)電路中，啟動(dòng)電流可達(dá)到額定電流的4～7倍，此時(shí)熔體額定電流應(yīng)是電動(dòng)機(jī)額定電流的2.5～4倍。

熔斷器發(fā)生熔斷時(shí)，尤其是熔絲爆斷時(shí)，切忌不加分析直接更換熔絲，或更換更大容量的熔絲，馬上投入使用。熔絲的熔斷主要是電路的故障導(dǎo)致的，應(yīng)確認(rèn)排除故障，才可通電繼續(xù)工作。

§5—2 機(jī)床的幾種控制線路

一、點(diǎn)動(dòng)控制線路

如圖5—8所示是接觸器點(diǎn)動(dòng)控制線路。這種控制線路的特點(diǎn)是按下按鈕，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)，松開按鈕，電動(dòng)機(jī)就停轉(zhuǎn)，所以叫做點(diǎn)動(dòng)控制線路。電動(dòng)葫蘆的起重電動(dòng)機(jī)控制，車床拖板箱快速移動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制等，都采用點(diǎn)動(dòng)控制線路。

如圖5—8所示的電氣線路可分為兩部分，一是由三相電源L1，L2和L3經(jīng)熔斷器FU1和接觸器的三對(duì)主觸頭KM到三相異步電動(dòng)機(jī)電路，是動(dòng)力電路又稱主電路。二是由熔斷器FU2、按鈕SB和接觸器線圈KM組成的控制電路，又稱輔助電路。該線路的工作原理如下：

1．準(zhǔn)備使用時(shí)先合上開關(guān)S。

2．啟動(dòng)與運(yùn)行

按下SB線圈KM得電三對(duì)主觸頭KM閉合(電源與負(fù)載接通)電動(dòng)機(jī)M啟動(dòng)、運(yùn)行。

3．停止

松開SB線圈KM失電三對(duì)主觸頭KM斷開(電源與負(fù)載斷開)電動(dòng)機(jī)M停轉(zhuǎn)。

二、看懂機(jī)床控制線路的基本要領(lǐng)

為了便于掌握機(jī)床控制線路，下面介紹一些識(shí)圖的基本要求。

1．電氣原理圖

用以表達(dá)機(jī)床控制線路工作原理的是電氣原理圖。電氣原理圖是根據(jù)電氣作用原理用展開法繪制的，不考慮電氣設(shè)備和電氣元件的實(shí)際結(jié)構(gòu)及安裝情況，只作研究電氣原理與分析故障用。它能清楚地指出電流的路徑、控制電器與用電器的相互關(guān)系和線路的工作原理。

所謂展開法，就是把某個(gè)電氣設(shè)備的一條或數(shù)條電路按水平或垂直位置畫出，按照電路的先后工作順序一一排列起來，然后接到電源上。一般將主電路畫在圖樣左邊或上部，把控制電路畫在圖樣的右邊或下部。這種畫法可把同一電氣的部件分開，分別畫在主電路和控制電路的相應(yīng)部位，但要用同一符號(hào)表示。如圖5—8所示，接觸器的主觸頭在主電路中，而接觸器的線圈在控制電路中，但是都用KM符號(hào)表示，說明它們是同一電氣的部件。這樣使得主電路與控制電路容易區(qū)別，便于單獨(dú)對(duì)主電路與控制電路的各自工作過程，及它們的相互聯(lián)系進(jìn)行分析。各電氣觸頭的位置是電路沒有通電或電氣未受外力的常態(tài)位置，分析控制線路工作時(shí)應(yīng)從觸頭的常態(tài)位置進(jìn)行。

2．看圖的基本原則

看圖時(shí)，先分析主電路，然后研究控制電路，以及控制電路對(duì)主電路的控制作用。

主電路在電氣原理圖的左邊或上部，表示該電路通過電流較大，是給負(fù)載供電的電路，并受控制電路的控制。

控制電路在電氣原理圖的右邊或下部，表示該電路通過的電流較弱。控制電路是給控制電器供電的電路，又是控制主電路動(dòng)作的電路。

(1)分析主電路。分析主電路應(yīng)注意如下內(nèi)容。

1)要搞清楚主電路的負(fù)載是什么，有幾個(gè)。知道負(fù)載的特點(diǎn)、用途、接法方式和具體要求。

2)要知道用電器是用什么電氣控制的，這樣才能更好地了解用電器的工作過程。

3)了解主電路中的保護(hù)元件和電氣。

4)最后要看電源是380 V，還是220 V，以及供電設(shè)備等。

(2)分析控制電路。分析控制電路應(yīng)注意如下內(nèi)容。

1)看電源是交流電源還是直流電源，是從什么地方接來的，電壓等級(jí)是什么。一般從主電路的一根相線和中線接來的是單相220 V，從兩根相線接過來的是單相380 V。若是從控制變壓器上接來的，目前常用的電壓值有l(wèi)27 V，36 V，6.3 V等：有時(shí)也采用直流電源。

2)看清楚控制電路的結(jié)構(gòu)是由什么電氣元件組成，根據(jù)控制電路分析主電路的動(dòng)作情況。

3)知道各電氣元件之問的相互聯(lián)系。電路中所有的電氣元件都不是孤立的，而是相互聯(lián)系的。在電路中有時(shí)是用甲電氣去控制乙電氣，再用乙電氣去控制丙電氣。所以要了解它們的相互聯(lián)系，知道動(dòng)作的次序，才能清楚控制電路的控制作用。

最后還要看看是否還有其他電路，如機(jī)床照明電路等。

三、接觸器自鎖控制線路

在點(diǎn)動(dòng)控制線路中，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)操作人員的手必須始終按下按鈕，否則電動(dòng)機(jī)就要停轉(zhuǎn)。若要求電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，是不適宜的。可采用如圖5—9所示的接觸器自鎖控制線路。這種線路的主電路與如圖5—8所示的點(diǎn)動(dòng)控制線路相同，不再重述。但在控制電路中增加一個(gè)常閉停止按鈕SB1，在常開啟動(dòng)按鈕SB2的兩端，并聯(lián)了接觸器的一對(duì)常開輔助觸頭KM。

接觸器自鎖控制線路的工作原理如下：

1．準(zhǔn)備

使用時(shí)先合上開關(guān)S。

2．啟動(dòng)

按下SB2使其常開觸頭閉合線圈KM得電

電動(dòng)機(jī)M啟動(dòng)運(yùn)行

當(dāng)松開SB2，其常開觸頭恢復(fù)分?jǐn)嗪螅驗(yàn)榻佑|器的常開輔助觸頭KM仍然閉合，將SB2短接，控制電路仍保持接通狀態(tài)，所以接觸器線圈KM繼續(xù)得電，電動(dòng)機(jī)能持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

這種松開啟動(dòng)按鈕后，接觸器能夠自己保持得電的作用叫做自鎖，與啟動(dòng)按鈕并聯(lián)的接觸器一、對(duì)常開輔助觸頭叫做自鎖觸頭。

3. 停止

按下SB1使其常閉觸頭立即分?jǐn)嗑€圈KM失電

電動(dòng)機(jī)M斷電停轉(zhuǎn)

當(dāng)松開SB1；

其常閉觸頭恢復(fù)閉合后，因接觸器的自鎖觸頭KM在切斷控制電路時(shí)已經(jīng)分?jǐn)啵Ｖ沽俗枣i，這時(shí)接觸器線圈KM不可能得電。要使電動(dòng)機(jī)重新運(yùn)行，必須進(jìn)行重新啟動(dòng)。

接觸器自鎖控制線路另一個(gè)重要特點(diǎn)是具有欠壓和失壓保護(hù)作用。當(dāng)電源電壓低于額定電壓85％時(shí)，稱為欠壓，由于某種原因突然斷電，稱為失壓。在工作過程中，出現(xiàn)欠壓或失壓時(shí)，接觸器電磁鐵的吸力將減弱或消失，接觸器的觸頭將恢復(fù)常態(tài)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，同時(shí)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件也停止運(yùn)行：車削刀具被卡在工件上，若沒有自鎖保護(hù)時(shí)，一旦恢復(fù)正常供電，電動(dòng)機(jī)自行啟動(dòng)，將會(huì)造成設(shè)備損壞和人身傷害事故。

采用這種接觸器自鎖控制線路，由于自鎖觸頭與主觸頭在欠壓或失壓時(shí)同時(shí)斷開。即使供電恢復(fù)正常，控制電路也不能接通，電動(dòng)機(jī)不會(huì)自行啟動(dòng)。操作人員可以從容地將卡住的刀具退出，重新啟動(dòng)機(jī)床。

四、接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制線路

大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件，往往要求正反兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。如銑床主軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，起重機(jī)的提升或下降，磨床砂輪架的起落等，都需要電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。要想改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，必須將接在定子繞組三相電源的任意兩根相線對(duì)調(diào)。

如圖5—10所示是接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制線路。使用了兩個(gè)接觸器KM1、KM2，分別控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。從主電路可以看出，兩個(gè)接觸器主觸頭所接通的電源相序不同，KM1按L1—L2一L3接線；

KM2按L3一L2一L1接線，所以能改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。相應(yīng)地有兩個(gè)控制電路，由按鈕SB2和線圈KM1等組成正轉(zhuǎn)控制電路；

由按鈕SB3和線圈KM2組成反轉(zhuǎn)控制電路。

該控制線路的工作原理如下：

1．準(zhǔn)備

使用時(shí)先合上開關(guān)S。

2．正轉(zhuǎn)控制

按下SB2線圈KM1得電

3. 停車

按SB1

4. 反轉(zhuǎn)控制

按SB3線圈KM2得電

從上面分析可以看到，當(dāng)正轉(zhuǎn)控制電器工作時(shí)，反轉(zhuǎn)控制電路中串接的常閉輔助觸頭KM1是分?jǐn)嗟模菇佑|器KM2不能得電，電動(dòng)機(jī)不能反轉(zhuǎn)。同樣，在反轉(zhuǎn)控制電路工作時(shí)，正轉(zhuǎn)控制電路中串接的常閉輔助觸頭KM2，是分?jǐn)嗟模菇佑|器KM1不能得電，電動(dòng)機(jī)也不能正轉(zhuǎn)。就是說，正轉(zhuǎn)控制電路與反轉(zhuǎn)控制電路不能同時(shí)得電，主觸頭KM1和KM2不能同時(shí)閉合，否則將造成電源兩相短路事故。盡有接觸器KM1失電復(fù)位后，接觸器KM2才能得電；

同樣，只有接觸器KM2失電復(fù)位后，接觸器KM1才能得電。這種相互制約的作用稱為聯(lián)鎖(或互鎖)，所有的常閉輔助觸頭稱為聯(lián)鎖觸頭(或互鎖觸頭)。由于聯(lián)鎖雙方是接觸器，所以把這種控制方式叫做接觸器聯(lián)鎖。

該控制線路還采用熱繼電器作過載保護(hù)，其熱元件FR串聯(lián)在主電路電。當(dāng)主電路電流超過額定值時(shí)：熱元件FR發(fā)熱使雙金屬片彎曲，將扣板脫扣，把控制電路中熱繼電器常閉觸頭FR分?jǐn)啵刂齐娐肥щ姡€圈KM1或KM2失電，主觸頭分?jǐn)啵妱?dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，這樣就起到了過載保護(hù)作用。若重新啟動(dòng)，應(yīng)按下熱繼電器復(fù)位鍵，使常閉觸頭FR復(fù)位；

以保證控制電路的接通。

如圖5一10所示控制線路不足之處是改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向時(shí)，必須先停車，再啟動(dòng)，對(duì)操作者不夠方便。

為了解決這個(gè)問題，可增設(shè)按鈕聯(lián)鎖。如圖5—11所示為雙重聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制線路。它采用復(fù)合按鈕，將正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2的常閉觸頭串接在反轉(zhuǎn)控制電路中，同樣將反轉(zhuǎn)控制電路中的啟動(dòng)按鈕SB3的常閉觸頭串接在正轉(zhuǎn)控制電路中。圖中虛線相連的為同一按鈕的另外一對(duì)觸頭。這樣便可以保證正、反轉(zhuǎn)兩條控制電路不會(huì)同時(shí)被接通。

如圖5一11所示。在按下SB2時(shí)，其常閉觸頭先行分?jǐn)啵瑪嚅_反轉(zhuǎn)控制電路，使接觸器KM2失電釋放，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。與此同時(shí)SB2常開觸頭閉合，接通正轉(zhuǎn)控制電路，使接觸器KM1得電動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。同樣，按SB3時(shí)，先行斷開正轉(zhuǎn)控制電路，使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，接通反轉(zhuǎn)控制電路，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。這種線路兼有接觸器聯(lián)鎖和按鈕聯(lián)鎖的優(yōu)點(diǎn)，操作方便，安全可靠且反轉(zhuǎn)迅速，因此，應(yīng)用廣泛。

五、C620—1型車床控制線路

如圖5—12所示是C620一1型車床控制線路。動(dòng)力電路由電源開關(guān)S1、主軸電動(dòng)機(jī)電路和冷卻液泵電動(dòng)機(jī)電路組成。控制電路由主軸電動(dòng)機(jī)控制電路、冷卻液泵電動(dòng)機(jī)控制電路、照明電路等部分組成。

動(dòng)力電路有兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，M1是車床主軸電動(dòng)機(jī)，M2是冷卻液泵電動(dòng)機(jī)，由接觸器KM控制，它們都接在主觸頭KM的一側(cè)。冷卻液開關(guān)S2，通常放在常開的位置。M1與M2分別接有熱繼電器FR1和FR2，經(jīng)過熔斷器FUZ接至開關(guān)S1。

車床主軸控制電路由三相電源L1和L2相供電。由串聯(lián)的熱繼電器FR1和FR2的常閉觸頭，與接觸器線圈KM相聯(lián)，再接啟動(dòng)按鈕SB2及并聯(lián)的自鎖觸頭KM、停止按鈕SB1。

冷卻液泵電動(dòng)機(jī)由負(fù)荷開關(guān)S2控制。

機(jī)床照明電路中，EL是車床照明燈，S3是照明燈開關(guān)，TR是380 V/36 V變壓器，照明燈由變壓器副邊供給36 V安全電壓。

該線路的衛(wèi)作原理如下：

1．準(zhǔn)備

工作時(shí)先合上開關(guān)S1。

2．啟動(dòng)

按下SB2線圈KM得電

3．停止

按下SB1線圈KM失電

4．照明

由S3控制EL燈的工作。

電路中各保護(hù)作用部分不再重述，請(qǐng)自己分析。

工作結(jié)束時(shí)，應(yīng)依次拉開S2，S3，S1等開關(guān)。

習(xí)  題

1. 繼電接觸器控制技術(shù)是使用極為廣泛的__________、__________的技術(shù)。

2．低壓電器一般指工作電壓低于__________的電器。

3．機(jī)床常用低壓電器在機(jī)床控制電路中主要起____________________等作用。

4．使用刀開關(guān)時(shí)，嚴(yán)禁在__________的情況下接通或斷開有負(fù)載電路。操作刀開關(guān)時(shí)要__________，不能動(dòng)作遲緩，猶豫不決。動(dòng)作越慢，越容易__________，越影響開關(guān)使用壽命，越容易出危險(xiǎn)。

5．按鈕一般通過__________固定在操作面板上，使用時(shí)注意一旦松動(dòng)，要及時(shí)加固，防止按鈕被按入面板內(nèi)，導(dǎo)致__________。

6．接觸器主觸頭受__________影響，使用壽命較短，應(yīng)定期檢查監(jiān)視觸頭使用情況。

7．接觸器主觸頭出現(xiàn)問題，可能導(dǎo)致__________、__________和__________等問題。

8．禁止接觸器在__________情況下控制負(fù)載工作。

9．正常工作的接觸器有輕微的振動(dòng)聲，一旦__________，應(yīng)及時(shí)通知專業(yè)人員。

10．電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，由于長(zhǎng)期負(fù)荷過大、頻繁啟動(dòng)、缺相運(yùn)行等原因，都可能使電動(dòng)機(jī)定子繞組的電流超過額定值，這種現(xiàn)象叫做__________。

11．熱繼電器是用于保護(hù)____________________的，熔斷器用于保護(hù)__________。

12．什么生產(chǎn)機(jī)械常采用點(diǎn)動(dòng)控制線路?這種控制線路的特點(diǎn)是什么?

13．結(jié)合圖5—9簡(jiǎn)述自鎖作用。

14．三相異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制線路是根據(jù)__________原理設(shè)計(jì)的?

15．結(jié)合圖5—10，說明聯(lián)鎖的使用目盼。

16．結(jié)合圖5—11，說明雙重聯(lián)鎖好處。

17. 畫圖說明自鎖觸頭和互鎖觸頭在控制線路中各是怎樣連接的?

18．?dāng)⑹鯟620一1型車床控制線路的啟動(dòng)、停止工作過程。

第六章 安全用電

本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：

1．明確可能發(fā)生觸電的情況、觸電可能的危害。

2．熟悉安全用電措施，熟悉接地保護(hù)措施。

3．能夠準(zhǔn)確描述觸電急救的方法、電火警的應(yīng)急處理方法。熟悉對(duì)所用設(shè)備的聽、看、聞、摸的要領(lǐng)。熟悉防雷擊的要點(diǎn)。

安全問題無小事。安全用電是用電環(huán)境中永恒的話題，永遠(yuǎn)的任務(wù)。掌握必要的安全用電知識(shí)，可以使自己避免觸電的危險(xiǎn)，關(guān)鍵時(shí)還可以幫助別人，保護(hù)財(cái)產(chǎn)。

§6—1 觸 電

一、觸電事故

機(jī)床是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)床配電線路與機(jī)床緊密相連，裝配時(shí)電氣應(yīng)具有良好的絕緣設(shè)置，但長(zhǎng)期工作的絕緣材料容易發(fā)生老化或破損，造成漏電。人體不慎接觸或接近帶電體會(huì)發(fā)生觸電。

人體接觸或接近帶電體，而引起局部受傷或死亡的現(xiàn)象稱為觸電。

按人體受傷害的程度，觸電可分為電傷和電擊兩種。電傷是

指人體外部受傷，如電弧灼傷，與帶電體接觸后的皮膚紅腫，大電流下熔化金屬飛濺燒傷皮膚等。電擊則是指人體內(nèi)部器官受損傷的現(xiàn)象。電擊是電流流過人體而引起的，人體常因電擊而死亡，所以它是最危險(xiǎn)的觸電事故。電擊傷人的程度，與流過人體電流的頻率、大小、途徑、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短以及觸電者本身的情況有關(guān)。實(shí)踐證明，頻率為25～300 Hz的電流最危險(xiǎn)，隨著頻率的增加，危險(xiǎn)勝減小。人體通過1 mA的工頻電流，就有麻木的感覺，電流大于50 mA，就會(huì)有生命危險(xiǎn)，100 mA的工頻電流則足以致人死亡。電流通過心臟和大腦易發(fā)生死亡事故，所以頭部觸電或左手到右腳觸電最危險(xiǎn)。另外，人體通電時(shí)間越長(zhǎng)，危險(xiǎn)性越大。

通過人體的電流大小與觸及的電壓、人體的電阻有關(guān)。人體電阻與觸電部位皮膚表面的干濕情況，接觸面積的大小及身體素質(zhì)有關(guān)。人體電阻各不相同，通常人體電阻約800歐至幾萬歐。若人體電阻為1 k，觸及50 V工頻電源，流過人體電流為50 mA，就有生命危險(xiǎn)。所以國(guó)家規(guī)定安全電壓額定值等級(jí)為42 V，36 V，24 V，12 V，6 V。但必須注意，42 V或36 V并非絕對(duì)安全，在充滿導(dǎo)電粉末、相對(duì)濕度較高或酸堿蒸氣濃度大等情況下，可能發(fā)生觸及36V電壓而死亡的事故。在上述情況下，必須使用24V或更低等級(jí)的電壓。

除上述兩種觸電情況外，還有高壓電弧觸電和跨步電壓觸電。高壓電弧觸電是人體接近高壓帶電體時(shí)，由于兩者電位差很大而引起電弧，使人觸電傷亡。

當(dāng)高壓線破斷落地時(shí)，以高壓線為中心在其周圍形成一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，如圖6一1所示。當(dāng)人或牲畜走入斷線點(diǎn)8 m以內(nèi)的電場(chǎng)時(shí)，由于前后腳之間有較高的電壓引起觸電，這種觸電稱為跨步觸電。

二、觸電原因及方式

常見的觸電原因有三個(gè)方面：一是缺乏電氣知識(shí)，如用潮濕的手去開關(guān)電燈。接觸電氣，或者發(fā)現(xiàn)有人觸電時(shí)，不去迅速拉斷電源，直接去拉觸電者而造成觸電；

二是違章操作，明知不準(zhǔn)帶電操作，而冒險(xiǎn)進(jìn)行，結(jié)果觸電受傷或死亡；

三是輸電線或電氣設(shè)備的絕緣老化或破損，造成漏電，人體觸碰時(shí)造成觸電事故。觸電方式有兩種，一是人體直接與正常帶電體接觸。如圖6—2a所示，在三相四線制配電中，人的手觸及一根相線時(shí)稱為單相觸電。這時(shí)人體處在相電壓下，電流從人手經(jīng)過全身，由腳經(jīng)地回到電源中線，這是十分危險(xiǎn)的。如果腳與地面橡膠絕緣，則回路電阻增加，電流減小，危險(xiǎn)性會(huì)大大減小。若身體出汗或赤腳著地，回路電阻減小，危險(xiǎn)性增加。

在三相三線制的配電線路中，沒有中線，但輸電線與大地之間存在電容，交流電也能形成通路。二只手觸及任一相線時(shí)，能形成單相觸電，如圖6—2所示。

在三相電路中若人體與兩根相線接觸，如圖6一3所示為兩

相觸電。此時(shí)，人體在線電壓作用下，危險(xiǎn)性變大。

另一種觸電方式是與正常工作的不應(yīng)帶電的金屬部分接觸而觸電。例如，電動(dòng)機(jī)金屬外殼。由于定子繞組絕緣損壞，漏電繞組與外殼相碰，人體觸及電機(jī)金屬外殼時(shí)，會(huì)使人體觸電，如圖6—4所示。

§6—2 安全用電措施

一、常用安全用電措施

安全用電的基本原則是不接觸低壓帶電體，不靠近高壓帶電體。常用的安全用電措施如下：

1．火線必須進(jìn)開關(guān)

在開關(guān)處于分?jǐn)酄顟B(tài)時(shí)，用電器就不帶電，有利于維修和避免觸電。

2．合理選擇照明電壓

一般工廠和家庭照明選用220 V電壓供電。機(jī)床照明決不允許選用220 V電壓供電：而應(yīng)選36 V以下電壓供電。

3．合理選擇導(dǎo)線和熔絲

導(dǎo)線通過電流時(shí)，不允許過熱，所以導(dǎo)線的額定電流應(yīng)比實(shí)際電流大些。而熔絲在電路中起保護(hù)作用，要求電路短路時(shí)熔絲能迅速熔斷，應(yīng)選比額定電流稍大的熔絲來保護(hù)較大電流的電路。

4．電氣設(shè)備應(yīng)有一定的絕緣電阻

電氣設(shè)備金屬外殼與通電線圈之間必須有一定的絕緣電阻，否則當(dāng)人體觸及正在工作的電氣設(shè)備。(如電動(dòng)機(jī)、電風(fēng)扇)的金屬外殼時(shí)，就會(huì)觸電。通常要求固定電氣設(shè)備的絕緣電阻不應(yīng)低于1 M，可移動(dòng)的電氣設(shè)備絕緣電阻應(yīng)大于1 M。

5．電氣設(shè)備的安裝要正確

電氣設(shè)備應(yīng)根據(jù)安裝說明書進(jìn)行安裝。帶電部分應(yīng)加防護(hù)罩，高壓帶電體更應(yīng)注意有效防護(hù)，使一般人無法靠近高壓帶電體。必要時(shí)應(yīng)加聯(lián)鎖裝置以防觸電。

6．采用各種保護(hù)用具

如絕緣手套、絕緣鞋、絕緣鉗、棒、墊等，以保證工作人員安全操作。在家庭中可使用干燥的木質(zhì)桌凳、玻璃、橡皮等做保護(hù)用具，保證人身安全。

7．正確使用移動(dòng)電具

使用手電鉆等移動(dòng)電具必須戴絕緣手套，調(diào)換鉆頭時(shí)應(yīng)切斷電源。

8．嚴(yán)禁違章冒險(xiǎn)

一般不允許帶電操作，緊急情況急需處理帶電電氣時(shí)要用右手，將左手放在口袋中，以減少電傷害程度。

9．正確使用、遵守安全標(biāo)志要求

現(xiàn)在企業(yè)用電比較規(guī)范，重要場(chǎng)合都有明顯的標(biāo)志，要養(yǎng)成正確使用、遵守安全標(biāo)志要求的習(xí)慣。安全標(biāo)志有如下幾個(gè)種類：

禁止類：禁止合閘，有人工作；

禁止攀登，高壓危險(xiǎn)；

禁止合閘，線路有人工作；

允許類：在此工作；

提示類：由此向下；

警告類：止步，高壓危險(xiǎn)。

二、電氣設(shè)備的保護(hù)接地和保護(hù)接零

在正常情況下電氣設(shè)備的金屬外殼是不帶電的。但在絕緣損壞時(shí)外殼就會(huì)帶電。為保證人體觸及漏電設(shè)備金屬外殼不會(huì)觸電，通常都采用保護(hù)接地或保護(hù)接零的安全措施。

1．保護(hù)接地

把電動(dòng)機(jī)、變壓器、鐵殼開關(guān)等不帶電的金屬外殼或構(gòu)架與大地做可靠的連接，稱作保護(hù)接地。通常采用深埋在地下的角鐵、鋼管作為接地體。接地電阻不得大于4。

保護(hù)接地適甩于1 000 V以上的電氣設(shè)備以及電源中線不直接接地的1 000 V以下的電氣設(shè)備。如圖6—5所示，電動(dòng)機(jī)采用了保護(hù)接地。這樣即使人體觸及漏電的電氣設(shè)備的金屬外殼也不會(huì)觸電；

因人體電阻比接地體電阻大得多，兩者并聯(lián)，則漏電電流幾乎全部經(jīng)接地電阻流人大地，從而保證了人身安全。

所有涉及人身安全的設(shè)備，都應(yīng)采取可靠的接地保護(hù)。

2．保護(hù)接零

將電氣設(shè)備在正常情況下，不應(yīng)帶電的金屬外殼或構(gòu)架與供電系統(tǒng)中的零線連接，叫做保護(hù)接零，如圖6—6所示。

保護(hù)接零適用于三相四線制中線接地系統(tǒng)中的電氣設(shè)備。接零后若電氣設(shè)備的某相因破損而漏電時(shí)，叫做該相短路。短路電流立即將熔斷絲燒斷或采取其他保護(hù)電器動(dòng)作，切斷電源以避免觸電危險(xiǎn)。

如圖6—7所示是單相用電器(如電風(fēng)扇、洗衣機(jī))使用的三腳插頭和三孔插座。插頭的正確接法是把用電器會(huì)屬外殼用導(dǎo)線接在插頭的2號(hào)插腳上。單相用電器保護(hù)接零時(shí)，必須注意把用電器的金屬外殼用導(dǎo)線直接與保護(hù)零線相連，而絕不允許將金屬外殼直接與用電器零線相連，如圖6—8所示。如圖6—8b所示是單相用電器保護(hù)接零的錯(cuò)誤接法，這種接法一旦零線熔絲熔斷，用電器的金屬外殼就帶電，將會(huì)造成人體觸電。

三、安全用電十不準(zhǔn)

1．不準(zhǔn)帶電移動(dòng)電氣設(shè)備。

2．不準(zhǔn)赤腳站在地面上帶電作業(yè)。

3．不準(zhǔn)掛鉤接線。

4．不準(zhǔn)使用三危線路。三危線路是指對(duì)地距離不符合要求的“攔腰線、地爬線、碰頭線”。

5．所有進(jìn)行電氣操作及值班工作人員不準(zhǔn)喝酒。

6．不準(zhǔn)帶負(fù)荷拉刀閘。停電時(shí)先拉分開關(guān)再拉總開關(guān)，送電時(shí)則順序相反。

7．對(duì)電氣知識(shí)一知半解者，要嚴(yán)加管理，不準(zhǔn)玩弄電氣設(shè)備或亂拉亂接線。

8．照明不準(zhǔn)一線一地制。

9．不準(zhǔn)約時(shí)停、送電。

10．不準(zhǔn)私設(shè)電網(wǎng)。未經(jīng)公安及主管部門批準(zhǔn)，任何單位和個(gè)人私設(shè)電網(wǎng)都是違法行為。

§6—3 電氣事故及緊急處理

一、觸電急救

1．觸電解救

凡遇到觸電者，救護(hù)人員要采取最快的辦法使觸電者迅速脫離電源。如果距離電源開關(guān)或插座較近，當(dāng)立即切斷電源或者用干燥的竹竿或木棒打掉帶電體使觸電者脫離電源；

救護(hù)者也可用絕緣鉗或戴絕緣手套、穿絕緣鞋，將觸電者拉離電源。千萬不能赤手去拉觸電者!

2．緊急救護(hù)

在觸電者脫離電源后，應(yīng)立即進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)緊急救護(hù)并及時(shí)報(bào)告醫(yī)院。當(dāng)觸電者還未失去知覺時(shí)，應(yīng)將他抬到空氣流通的地方休息，不能讓他亂走亂動(dòng)。當(dāng)觸電者出現(xiàn)心臟停搏、無呼吸等假死現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)采用人工呼吸或胸外擠壓法進(jìn)行搶救。決不能給休克者注射強(qiáng)心針劑。

人工呼吸法適用于有心跳但無呼吸的觸電者，如圖6—9所示。

首先將觸電者仰臥在平地上，鼻孔朝天頸后仰。然后清理口鼻腔的阻塞物使其通暢，解扣松衣使觸電者身體放松。做人工呼吸時(shí)，要捏住觸電者鼻子，貼嘴吹氣；

松開鼻子讓廢氣從鼻、口排出。每隔3～5 S重復(fù)一次。

胸外擠壓法適用于有呼吸但無心跳的觸電者。具體操作方淮如圖6—10所示。觸電者仰臥在平地上，松扣解衣，救護(hù)者把一只手的中指對(duì)準(zhǔn)凹膛，手掌平鋪前胸，然后掌根用力下按，迫使心臟血液流出心房。突然松手，讓血液流回心房。每隔1 S重復(fù)一次。

當(dāng)觸電者既無呼吸又無心跳時(shí)，可同時(shí)采用人工呼吸法和胸外擠壓法進(jìn)行急救。

二、對(duì)電氣設(shè)備做好監(jiān)護(hù)

機(jī)床的電氣控制線路或電器在運(yùn)行過程中。往往會(huì)產(chǎn)生一些故障，如電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)或停車，甚至發(fā)生電動(dòng)機(jī)燒毀等事故。事故發(fā)生之前通常都有異常現(xiàn)象。如果操作人員能及時(shí)覺察并采取措施，就可以避免事故發(fā)生，做到安全生產(chǎn)。

做好運(yùn)行中的監(jiān)護(hù)工作，首先必須熟悉電動(dòng)機(jī)或電氣的性能，才能分辨它們?cè)谶\(yùn)行中出現(xiàn)的癥狀是否異常。監(jiān)護(hù)工作是通過操作人員的感官進(jìn)行的，一般方法是聽、聞、看、摸。

1．聽

就是注意電動(dòng)機(jī)和電氣的聲響是否正常。如電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出均勻輕微聲，過載時(shí)出現(xiàn)“嗡嗡”聲，軸承損壞時(shí)出現(xiàn)“喀喀”聲；

交流接觸器正常動(dòng)作時(shí)發(fā)出“叭噠”聲，出現(xiàn)故障時(shí)，聽不到聲音或出現(xiàn)抖動(dòng)聲。

2．聞

就是注意電動(dòng)機(jī)和電氣在運(yùn)行中是否出現(xiàn)怪味。正常情況下是沒有怪味的，如聞到焦臭味，可能是電動(dòng)機(jī)或電氣繞組的絕緣材料將要燒損。

3．看

就是觀察電動(dòng)機(jī)和電氣運(yùn)行中是否有冒煙或打火現(xiàn)象。若有這種現(xiàn)象可能是繞組正在燒損，或者接頭有松斷處。此外，還要觀察電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中有無振動(dòng)現(xiàn)象。

4．摸

就是觸摸電動(dòng)機(jī)和電氣外殼溫度是否正常。如果過熱，可能是電動(dòng)機(jī)或電氣繞組燒損前的征兆，應(yīng)立即停車檢修。

注重運(yùn)行中的監(jiān)護(hù)工作，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，采取適當(dāng)措施，找有關(guān)人員進(jìn)行檢查和修理。這樣可以減少事故，特別是可以避免嚴(yán)重事故的發(fā)生。

三、電火警的緊急處理

發(fā)生電火警時(shí)，最重要的是立即切斷電源，然后救火，并及時(shí)報(bào)警。

沒有確切知道電源是否被切斷時(shí)，決不能用水或普通滅火器滅火，因?yàn)槿f一電源未被切斷，就會(huì)造成觸電。可選用四氯化碳滅火器、砂土等滅火。也可用二氧化碳滅火器滅火，但使用時(shí)應(yīng)注意，不要噴射到人的皮膚或臉上，以防凍傷和使人窒息。

救火時(shí)不要隨便扯動(dòng)電線或觸及電氣設(shè)備。搶運(yùn)物品時(shí)，要留心地上的電線。

四、防雷擊的安全措施

通常在高大建筑物或在雷區(qū)的每個(gè)建筑物的頂部，安裝避雷針來預(yù)防雷擊。對(duì)于使用室外電視機(jī)或收錄機(jī)天線的用戶，應(yīng)裝避雷器或防雷用轉(zhuǎn)換開關(guān)。在正常天氣時(shí)將天線接人室內(nèi)，在雷雨前將天線轉(zhuǎn)接到接地體上；

以防由天線引人雷擊。

在雷雨天氣人們盡量少外出走動(dòng)，更不要在大樹下避雨，不應(yīng)站在高處，而應(yīng)蹲在低處且兩腳并攏。

習(xí)  題

1．人體接觸或接近帶電體，而弓l起局部受傷或死亡的現(xiàn)象稱為__________。

2．按人體受傷害的程度，觸電可分為__________和__________兩種。

3．高壓電弧觸電是指______________________________。

4．跨步電壓觸電是指______________________________。

5．發(fā)生電火警時(shí)，最重要的是立即__________，然后__________，并及時(shí)__________。

6．對(duì)電氣設(shè)備做好監(jiān)護(hù)的四字要訣是__________。

7．觸電解救是指______________________________，觸電急救是指______________________________。觸電急救一般有__________和__________兩種辦法。

8．受電擊者在__________情況下，使用人工呼吸法施救；

在__________情況下，使用胸外擠壓法施救，在__________情況下，使用兩種方法施救。

9．請(qǐng)寫出五種以上安全用電措施。

10．畫圖說明保護(hù)接地和保護(hù)接零兩種保護(hù)措施的接線方法。

11．列出五種以上用電禁忌。

《電工基礎(chǔ)知識(shí)》

建議課時(shí)安排

主要內(nèi)容教學(xué)重點(diǎn)課時(shí)

第一章 直流電路

1—1 電學(xué)的基本物理量

1—2 電路

1一3 歐姆定律

1一4 電阻的串聯(lián)、并聯(lián)電路

1—5 電工測(cè)量基本知識(shí)

電量基本概念

萬用表的使用

歐姆定律及應(yīng)用

電阻器的串、并聯(lián)形式及應(yīng)用思想

第二章 電磁的基本知識(shí)

2一1 磁的基本知識(shí)

2—2 電流的磁場(chǎng)

2—3 電磁感應(yīng)

2—4 自感、互感

各種電磁現(xiàn)象

定性掌握磁場(chǎng)對(duì)電流的作用

定性掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象自感互感現(xiàn)象

第三章  正弦交流電路

3—1 正弦交流電的產(chǎn)生

3—2 正弦交流電的三要素

3—3 正弦交流電的表示法

3—4 單相交流電路

3—5 三相交流電路

3—6 常用電氣照明電路

正弦交流電的概念及參數(shù)

R，L，C三種電路的應(yīng)用特點(diǎn)

三相電路的連接形式

照明燈具特點(diǎn)及驗(yàn)電筆使用

第四章 變壓器與三相異步電動(dòng)機(jī)

4一1 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

4—2 三相異步電動(dòng)機(jī)的用途和結(jié)構(gòu)

4—3 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

4—4 三相異步電動(dòng)機(jī)的使用

4—5 單相異步電動(dòng)機(jī)

變壓器安全使用知識(shí)

三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理及使用要點(diǎn)

第五章 簡(jiǎn)單機(jī)床電路

5—1 常用低壓電器

5—2 機(jī)床的幾種控制線路

低壓電器的外形用途、可能的問題

第六章 安全用電

6一1 觸電

6—2 安全用電措施

篇13

三相異步電動(dòng)機(jī)主要調(diào)速類型有調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)、繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速、繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速、變極對(duì)數(shù)調(diào)速、變頻調(diào)速等數(shù)種方法。其核心技術(shù)是變頻調(diào)速，即把直流電逆變成不同頻率的交流電，或者把交流電變成直流電再逆變成不同頻率的交流電。電動(dòng)機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)點(diǎn)、改變工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動(dòng)性能、高效率、高功率因數(shù)、優(yōu)異的節(jié)電效果、廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最理想的調(diào)速方式[1]。

在化工企業(yè)水煤漿氣化裝置中的高壓料漿泵作為系統(tǒng)核心設(shè)備，工藝中不但要求其轉(zhuǎn)速控制精密高，同時(shí)又要保證其穩(wěn)定性，為此對(duì)高壓料漿泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制，本文變頻調(diào)速器使用ABB公司ACS800變頻器。

1 變頻器的基本組成和各部分作用

1.1 變頻器基本組成

交—直—交型變頻器的主電路框圖如圖1，主電路主要包括整流器、中間環(huán)節(jié)、逆變器三部分[2]。

1.2 各部分作用

1.2.1 整流器

整流器的作用是通過電力開關(guān)器件將電網(wǎng)供給的三相交流電整流成直流電。

1.2.2 中間環(huán)節(jié)

經(jīng)過整流器整流后的直流電壓或直流電流含有頻率為電源頻率6倍的波紋，如果未經(jīng)處理直接供給逆變器，則逆變后的交流電壓或電流波紋會(huì)很大，會(huì)給電機(jī)造成很大的傷害，因此必須對(duì)整流后的輸出進(jìn)行濾波，以減少電壓或者電流的波動(dòng)。同時(shí)由于電機(jī)處于電動(dòng)或者發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，其功率引述不可能為0，在中間環(huán)節(jié)和發(fā)電機(jī)之間始終存在無功功率的交換，這種無功能量需要中間環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件來（電容器和電抗器）來緩沖，所以中間環(huán)節(jié)的主要作用是濾波和能耗制動(dòng)。

1.2.3 逆變器

逆變器的作用是通過電力開關(guān)器件把直流電壓或者電流逆變成三相交流電，通過有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)器件的通和斷，可以得到任意頻率三相交流電壓和電源。

1.2.4 控制電路

控制電路常由計(jì)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)的輸入和輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成，其主要作用是完成對(duì)逆變器開關(guān)的控制，對(duì)整流器的電壓控制及完成電路的各種保護(hù)功能等，控制方法可以采用模擬控制和數(shù)字控制等。現(xiàn)在普遍使用的高性能變頻器已經(jīng)采用微型計(jì)算機(jī)全數(shù)字控制，這樣可以在盡可能簡(jiǎn)單的硬件電路基礎(chǔ)上，主要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制常可以完成模擬控制難以完成的功能。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高壓料漿泵控制原理圖如圖2所示。

系統(tǒng)主要由ABB變頻器、交流電源控制元器件及控制回路組成。其中，電源控制元器件包含電源空開和交流接觸器，由其控制變頻器的通斷電源，小學(xué)語文負(fù)責(zé)向變頻器提供電源。變頻器為高壓料漿泵實(shí)現(xiàn)變頻控制的基礎(chǔ)，由其實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的變頻控制。控制回路主要實(shí)現(xiàn)對(duì)主電源的接觸器的控制、變頻器的控制及各種運(yùn)行指示等功能。

2.2 變頻器的控制原理及系統(tǒng)工作過程

本次實(shí)際的控制方式采用操作室及現(xiàn)場(chǎng)分地控制，變頻器自身配置的液晶面板僅僅提供查閱、設(shè)置相關(guān)參數(shù)之用，同時(shí)高壓料漿泵運(yùn)行信號(hào)、電流、頻率等信號(hào)引入DCS，使操作人員直觀的查閱到精確的電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而計(jì)算料漿的流量。

本系統(tǒng)完成的是對(duì)一臺(tái)設(shè)備的拖動(dòng)和保護(hù)作用，系統(tǒng)主要考慮工藝生產(chǎn)要求未引入工頻控制，僅僅運(yùn)行于變頻控制狀態(tài)下。系統(tǒng)運(yùn)行過程如下，由現(xiàn)場(chǎng)控制交流接觸器的通斷，為變頻器主回路送電；合上轉(zhuǎn)換開關(guān)SK后，變頻器啟動(dòng)；最后通過控制在操作室內(nèi)的按鈕SB1和SB2即可控制變頻器的轉(zhuǎn)速。

2.3 變頻器應(yīng)用中的干擾及其抑制

變頻器就是將50Hz的工頻電通過整流和逆變轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)方向的交流電源。變頻器輸入部分為整流電路，輸出部分為逆變電路，這些都是由非線性元件組成的，在開斷過程中，其輸入端和輸出端都會(huì)產(chǎn)生高次諧波[3]。

為防止諧波干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾（下轉(zhuǎn)第20頁）（上接第8頁）措施。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對(duì)系統(tǒng)的耦合通道、降低系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)的敏感性。

具體措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。本次采用在變頻調(diào)速系統(tǒng)中加裝電抗器抑制諧波的方法（如圖3所示）。

同時(shí)，由于高壓料漿泵為往復(fù)式工作原理，因此導(dǎo)致其負(fù)載變化非常大，從而引起電機(jī)電流和變頻器直流母線變化波動(dòng)也很大，嚴(yán)重的時(shí)候引起變頻器保護(hù)跳車，從而引起氣化水煤漿制氨裝置生產(chǎn)線停車，產(chǎn)生的影響和損失都比較大，因此，在變頻器直流母線上串接制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，抑制其直流母線電壓波動(dòng)，保證生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)比較，可以發(fā)現(xiàn)變頻器調(diào)速具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）高壓料漿泵啟動(dòng)時(shí)，電流上升平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，具有很好的軟啟動(dòng)性能。

2）高壓料漿泵的轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)在線可調(diào)，可以根據(jù)生產(chǎn)料漿的要求，動(dòng)態(tài)的調(diào)整頻率。

3）變頻器可以提高功率因數(shù)，在測(cè)試時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)可以達(dá)到0.98，避免了增加無功補(bǔ)償，節(jié)約了一定的投資。

4）變頻器控制系統(tǒng)完善，一方面可以操作人員在操作室即可以調(diào)整變頻器頻率值，另一方面把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成4～20mA信號(hào)，對(duì)應(yīng)頻率0Hz～50Hz，轉(zhuǎn)速0～980r/min，可以在DCS上面隨時(shí)可以觀察到變頻器運(yùn)行狀態(tài)和轉(zhuǎn)速。

5）由于工藝要求高，引入工藝連鎖跳車信號(hào)，接入ABB變頻器DI5與+24V端子，閉合狀態(tài)為正常開車狀態(tài)，斷開為工藝跳車，變頻器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)顯示為EXTERNAL FAULT（外部故障報(bào)警），這樣就可以迅速的判斷故障原因。

6）高壓料漿泵為37kW，對(duì)應(yīng)最高轉(zhuǎn)速為980轉(zhuǎn)，工藝生產(chǎn)正常大概需要在680轉(zhuǎn)，因此在運(yùn)行過程中具有節(jié)能效果，減少生產(chǎn)成本。

4 結(jié)束語

本化工高壓料漿泵變頻系統(tǒng)效果顯著。通過后期運(yùn)行觀察，裝置的穩(wěn)定性大大提高了，并且減少了設(shè)備的故障率和各種檢修的費(fèi)用，而且工藝人員的操作更加方便。考慮到當(dāng)前的資源形式，變頻器必將對(duì)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展帶來更深遠(yuǎn)的影響。

【參考文獻(xiàn)】