電工基礎知識講座

電工基礎知識講座成繼勛2011年3月正弦交流電表示方法解析表示幅值，頻率（角頻率）/周期，初相位波形圖旋轉矢量與相量正弦交流電平均值和有效值波形因數(shù)（絕對）平均值有效值波形因數(shù)正弦交流電電壓與電流的相位關系電流滯后于電壓相位φ電阻兩端電壓與電流的相位關系電感兩端電壓與電流的相位關系電容兩端電壓與電流的相位關系正弦交流電瞬時功率正弦交流電有功功率

在周期狀態(tài)下，瞬時功率p在一個周期T內的平均值（即平均功率）。單位為W視在功率（表觀功率）二端元件或二端電路端子間電壓的有效值U與該元件或電路中的電流的有效值I的乘積。在正弦狀態(tài)下，視在功率是復功率的模。單位為VA。功率因數(shù)

周期狀態(tài)下，有功功率P的絕對值與視在功率S的比值。無功功率對于正弦狀態(tài)下線性二端元件或二端電路，其量值等于視在功率S和(端子間電壓對電流的)相位移角φ的正弦之乘積的量。單位為var（乏）。無功功率有正負之分，正的無功功率為電感性無功，負的無功功率為電容性無功。三相交流電對稱三相正弦交流電圖5.3對稱三相正弦量的相量圖3、相序：正序U超前于V，V超前于W

逆序U超前于W，W超前于V對稱三相正弦交流電對于對稱的三相交流電

三相電壓（流）的相量和或瞬時值之和等于零，其中兩相之和等于第三相的負值。三相交流電源的連接1.星形連接如圖5-3所示，將三相交流發(fā)電機的3個繞組的末端U2、V2、W2連在一起，從3個繞組的首端U1、V1、W1分別引出3根導線，這種連接方式稱為三相電源的星形連接。3個末端的連接點N稱為電源的中點，從中點引出的導線叫做中性線或零線。從3個始端引出的3根導線叫做相線或火線。中性線常用黑色或藍色表示，3根相線分別用黃色、綠色、紅色表示。星形連接時

線電壓（有效值）等于相電壓的倍，線電流等于相電流。三相交流電源的連接三角形連接

如圖5-4所示，將三相交流發(fā)電機的3個繞組的首末端依次相連，即一個繞組的末端與另一個繞組的首端相連，U2與V1、V2與W1、W2與U1分別相連，然后從3個連接點引出3根導線，這種連接方式稱為三相電源的三角形連接。三相繞組按三角形連接時，其本身構成了閉合回路。如果三相電動勢是對稱的，由于它們在任一瞬間的代數(shù)和等于0，所以回路中不會產(chǎn)生環(huán)形電流；如果三相電動勢是不對稱的，那么回路中有可能產(chǎn)生很大的電流，從而燒壞繞組。因此，三相交流發(fā)電機通常都接成星形，很少接成三角形。三角形連接時

線電壓（有效值）等于相電壓，線電流等于相電流的倍。三相交流負載的連接1.星形連接把三相負載的一端均連接在三相電源的中性點上，另一端與三相電源的三根相線相連，這種連接方式稱為三相負載的星形連接，如圖5-6所示。我們把流過每相負載的電流稱為相電流，流過每根相線的電流稱為線電流，流過中性線的電流稱為中性線電流。顯然，三相負載連成星形時，每相負載上的電壓等于三相電源中對應相的相電壓，相電流等于線電流。三相交流負載的連接1.星形連接四線制（有中性線）把三相負載的一端均連接在三相電源的中性點上，另一端與三相電源的三根相線相連，這種連接方式稱為三相負載的星形連接，如圖5-6所示。我們把流過每相負載的電流稱為相電流，流過每根相線的電流稱為線電流，流過中性線的電流稱為中性線電流。顯然，三相負載連成星形時，每相負載上的電壓等于三相電源中對應相的相電壓，相電流等于線電流。三相交流負載的連接1.星形連接三線制（無中性線）只適用于對稱負載。如果三相負載不是對稱的，則發(fā)生中性點偏移，各相負載的電壓就不再等于電源的相電壓，這時阻抗大的負載的相電壓可能高于其額定電壓，使負載不能正常工作，甚至造成嚴重事故。因此，非對稱負載時中性線絕不可以斷開，因為它的存在，能使作星形聯(lián)結的各相負載，即使在不對稱的情況下也均有對稱的電源相電壓，從而保證了各相負載能正常工作。三相交流負載的連接2.三角形連接把三相負載中的每一相分別接在三相電源的兩個相線之間，這種連接方式稱為三相負載的三角形連接。三相負載連接成三角形時，每一相負載上的電壓等于三相電源的線電壓，而相電流不再等于線電流。根據(jù)基爾霍夫電流定律可知，i1=i12-i31，i2=i23-i12，i3=i31-i23。對稱負載時，線電流（有效值）為相電流的倍電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)：發(fā)電、輸電及配電所有裝置及設備的組合。輸電：發(fā)電站→用電區(qū)域配電：用電區(qū)域→用戶變電：通過電力變壓器的電能傳遞輸配電的電壓等級低壓:1200V(1000V)以下，用于配電（127/220V），220/380V，（380/660V），（660/1140V)高壓：大于1200V（1000V），小于330KV(3KV),(6KV),10KV,35KV,63KV—配電110KV—配電（輸電）220KV—輸電超高壓EHV（輸電）：330KV，500KV，750KV特高壓UHV（輸電）：1000KV，……高壓直流HVDC（輸電）：電力系統(tǒng)中直流±800kV以下的電壓等級。特高壓直流UHVDC（輸電）：電力系統(tǒng)中直流±800kV及以上的電壓等級。低壓配電系統(tǒng)電網(wǎng)的接地保護接地：為了電氣安全，將系統(tǒng)、裝置或設備的一點或多點接地。功能接地：出于電氣安全之外的目的，將系統(tǒng)、裝置或設備的一點或多點接地。作業(yè)接地：將已停電的帶電部分接地，以便在無電擊危險情況下進行作業(yè)。（電力）系統(tǒng)接地：電力系統(tǒng)的一點或多點的功能接地和保護接地。低壓配電系統(tǒng)電網(wǎng)的接地保護接地：為了電氣安全，將系統(tǒng)、裝置或設備的一點或多點接地。功能接地：出于電氣安全之外的目的，將系統(tǒng)、裝置或設備的一點或多點接地。作業(yè)接地：將已停電的帶電部分接地，以便在無電擊危險情況下進行作業(yè)。（電力）系統(tǒng)接地：電力系統(tǒng)的一點或多點的功能接地和保護接地。低壓配電系統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)的類型TT、TN和IT系統(tǒng)第一個字母：T表示電源中性點直接接地；I則表示電源中性點不接地（或通過高阻抗接地）。第二個字母：T表示電氣設備正常情況下不帶電的外露導體直接接地，但和電網(wǎng)的接地系統(tǒng)沒有聯(lián)系，舊稱接地保護；N表示電氣設備正常情況下不帶電的外露導體與系統(tǒng)的接地中性線（零線）相連，舊稱接零保護。TT系統(tǒng)：電源中性點直接接地，電氣設備正常情況下不帶電的外露導體直接接地，但和電網(wǎng)的接地系統(tǒng)沒有聯(lián)系（接地保護）。歐洲常用。設備漏電時，開關跳閘以保護設備。但接地電阻大時，不易跳閘。TN系統(tǒng)：電源中性點直接接地，電氣設備正常情況下不帶電的外露導體與系統(tǒng)的接地中性線（零線）相連（接零保護）。我國常用的系統(tǒng)。設備漏電時，開關跳閘以保護設備。IT系統(tǒng)：電源中性點不接地（或通過高阻抗接地），電氣設備正常情況下不帶電的外露導體直接接地，但和電網(wǎng)的接地系統(tǒng)沒有聯(lián)系（接地保護）。我國煤礦采用。配合漏電保護器保證設備安全。低壓配電系統(tǒng)三類TN系統(tǒng)TN-C系統(tǒng)（4線系統(tǒng)）電源中性點接地，保護接地導體（PE）與中性導體（N）共用，稱保護接地中性導體（PEN，舊稱零線）。需重復接地。

TN-S系統(tǒng)（5線系統(tǒng)）電源中性點接地，整個系統(tǒng)的保護接地導體（PE）與中性導體（N）分開。PE末端應重復接地。

TN-C-S系統(tǒng)（4線-5線系統(tǒng)）電源中性點接地，整個系統(tǒng)中一部分為TN-C系統(tǒng)，一部分為TN-S系統(tǒng)。三相異步電動機結構結構三相異步電動機的種類很多，但各類三相異步電動機的基本結構是相同的，它們都由定子和轉子這兩大基本部分組成，在定子和轉子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件，如圖4.1所示。

圖3.1封閉式三相籠型異步電動機結構圖1—軸承；2—前端蓋；3—轉軸；4—接線盒；5—吊環(huán)；6—定子鐵心；7—轉子；8—定子繞組；9—機座；10—后端蓋；11—風罩；12—風扇三相異步電動機結構（a）定子鐵心（b）定子沖片圖3.2定子鐵心及沖片示意圖定子鐵心異步電動機定子鐵心是電動機磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖3.2所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。三相異步電動機結構（a）星形連接（b）三角形連接圖3.3定子繞組的聯(lián)結定子繞組定子繞組是三相電動機的電路部分，三相電動機有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產(chǎn)生旋轉磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120°電角度。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。中、小型三相電動機多采用圓漆包線，大、中型三相電動機的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為U1,V1,W1，末端分別標為U2,V2,W2。這六個出線端在接線盒里的排列如圖4.3所示，可以接成星形或三角形。三相異步電動機結構1—集電環(huán)；2—電刷；3—變阻器圖3.4繞線形轉子與外加變阻器的連接轉子鐵心是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動機磁路的一部分，一方面用來安放轉子繞組轉子繞組異步電動機的轉子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉子異步電動機與籠形異步電動機。繞線式繞組（繞線式電動機）與定子繞組一樣也是一個三相繞組，一般接成星形，三相引出線分別接到轉軸上的三個與轉軸絕緣的集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉子電路中串接電阻或電動勢以改善電動機的運行性能，見圖3.4三相異步電動機結構（a）銅排轉子（b）鑄鋁轉子

圖3.5籠形轉子繞組轉子繞組異步電動機的轉子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉子異步電動機與籠形異步電動機?；\形繞組（鼠籠式電動機）在轉子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導條連接起來，稱為銅排轉子，如圖3.5（a）所示。也可用鑄鋁的方法，把轉子導條和端環(huán)風扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉子，如圖3.5（b）所示。100kW以下的異步電動機一般采用鑄鋁轉子。

三相異步電動機工作原理旋轉磁場的產(chǎn)生(電生磁)

三相對稱繞組通往三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉磁場。轉子感應電流的產(chǎn)生（磁生電）旋轉磁場切割轉子導體感應電動勢和電流。電磁轉矩的產(chǎn)生轉子載流體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉。

圖3.6三相交流電流波形圖U2U1W2V1W1V2nSN三相異步電動機工作原理轉差率轉子轉速低于旋轉磁場轉速是產(chǎn)生感應電流的必要條件旋轉磁場轉速n0與轉子轉速n之差與旋轉磁場轉速n0之比稱為異步電動機的轉差率s，旋轉磁場轉速稱為同步轉速。

，正常運行時，轉差率一般在0.01~0.06之間，即電機轉速接近同步速。轉差率是異步電機的一個基本物理量,它反映電機的各種運行情況.轉速在0~n0范圍內變化，轉差率在0~1范圍內變。轉子未轉動時n=0,s=1。電機理想空載時n≈n0,s≈1作為電動機，負載越大，轉速越低，轉差率越大；反之，轉差率越小。轉差率的大小能夠反映電機的轉速大小或負載大小。電機的轉速為：

三相異步電動機工作原理極對數(shù)與轉速定子繞組的不同排列可以產(chǎn)生不同極對數(shù)（p）的旋轉磁場，旋轉磁場轉速（同步轉速）與極對數(shù)的關系為式中f為電源頻率，轉速單位為轉/分。兩極電機（p=1）同步轉速為3000轉/分，4極（p=2）電機為1500轉/分,6極（p=3）電機為1000轉/分，

8極（p=4）電機為750轉/分NSSN例：4極磁場三相異步電動機銘牌和主要參數(shù)型號國產(chǎn)三相鼠籠式感應異步電動機型號的系列為Y系列，是按國際電工委員會IEC標準設計生產(chǎn)的三相異步電動機中小型異步電動機

Y-200L2-6異步電動機中心高度200mm長機座（L-長；S-短；M-中）2號鐵芯長6極大型異步電動機

三相異步電動機銘牌和主要參數(shù)額定功率PN滿載運行時三相電動機軸上所輸出的額定機械功率，用表示，以千瓦（kW）或瓦（W）為單位。額定電壓UN

額定額定運行狀態(tài)時加在定子繞組上的線電壓。額定電流IN在額定電源電壓下，輸出額定功率時，流入定子繞組的線電流，用IN表示額定頻率fN額定功率因數(shù)cosφN；額定效率ηN

額定功率與其它額定值之間的關系

額定轉速

在額定工作條件下運行時每分鐘的轉速。絕緣等級

絕緣等級是指三相電動機所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動機允許的最高工作溫度。定額定額是指三相電動機允許連續(xù)使用的時間，分為連續(xù)、短時、周期斷續(xù)三種。接法星形或三角形（Y/△)

三相異步電動機銘牌和主要參數(shù)附錄：絕緣材料耐熱等級YAEBFHC。它們的允許工作溫度分別為：90、105、120、130、155、180180℃以上。電動機的絕緣等級是指其所用絕緣材料的耐熱等級，分A、E、B、F、H級。允許溫升是指電動機的溫度與周圍環(huán)境溫度相比升高的限度。絕緣的溫度等級A

E

B

F