1、學習目標【知識目標】 1. 了解常見照明燈具、新型電光源及其應用 2. 了解單相變壓器的基本結構和相關參數 3. 理解變壓器的工作原理及變流比、變壓比的概念 4. 了解變壓器的外特性、損耗及效率 5. 了解交流異步電動機的基本結構、轉動原理和銘牌參數 6. 理解三相異步電動機的機械特性的含義 7. 了解常用低壓電器的結構、工作原理和應用場合 【技能目標】 1. 會根據照明需要合理選用燈具及根據工作場合合理選用低壓電器 2. 能使用兆歐表測試變壓器和異步電動機繞組間及繞組對鐵心的絕緣電阻主要內容 8.1 照明燈具 8.1.1 常用照明燈具 8.1.2 新型電光源8.2 變壓器 8.2.1 變壓器

2、概述 8.2.2 變壓器的基本結構 8.2.3 單相變壓器的基本工作原理 8.2.4 變壓器的參數8.3 交流電動機 8.3.1 三相籠型異步電動機的結構 8.3.2 三相籠型異步電動機的工作原理 8.3.3 三相籠型異步電動機的參數8.4 常用低壓電器 8.4.1 熔斷器 8.4.2 電源開關 8.4.3 交流接觸器 8.4.4 主令電器 8.4.5 熱繼電器8.1 照明燈具8.1.1 常用照明燈具 1.白熾燈 【外形】 白熾燈是使用最普遍的電光源，一般有插口和螺口兩種，外形如圖8-1a所示。 (a) 外形 【結構及接法】 白熾燈的結構如圖8-1b所示，它的燈絲由鎢絲制成，燈絲繞成單螺旋狀或

3、雙螺旋狀。白熾燈電路接法如圖8-1c所示，使用時應注意將相線通過開關接到燈頭的中心接點上。 【特點及適用場合】白熾燈的結構簡單，價格低廉，使用方便，但是它的發光效率較低，只能將約5%10%的電能轉化為光能，使用壽命較短，且耐震性較差。 因此，對于需要長期照明的地方，應選用效率更高的節能燈。(b) 結構 (c) 接線圖 2. 熒光燈 【外形】 熒光燈外形如圖8-2所示，傳統的熒光燈套件主要由燈管、鎮流器、啟輝器和燈架等部分組成。 目前，市場上較多采用的是由燈管、燈架和電子式鎮流器構成的熒光燈套件。與電感式鎮流器相比，有價格便宜、體積小、啟輝快、接線簡單等優點。 (a) 外形 (b) 鎮流器 圖8

4、-2 熒光燈 【特點及適用場合】與白熾燈相比較，熒光燈的發光效率要高，使用壽命長，光色好，缺點是功率因數比較低，還存在頻閃效應（燈光隨電流的周期性變化而頻繁閃爍），適用于需要照度高的室內場所（例如教室、辦公室和輕工車間），但不適合有轉動機械的場所照明。 a） 燈管結構 b）接線圖 圖8-3 熒光燈 【結構及接法】 燈管結構如圖8-3a圖所示，燈管兩端分別裝有一組燈絲與燈腳相連。燈管內抽成真空，再充以少量惰性氣體氬和微量的汞，燈管內壁涂有一層熒光粉。 熒光燈接線圖如圖8-3b所示。 3. 碘鎢燈 【外形及結構】碘鎢燈外形如圖8-4所示，結構如圖8-5，主要由石英玻璃管制成，兩端裝有供與外電源連接

5、的電極，并用燈絲貫穿整個石英管，燈絲中間，用等距離的燈絲支架支持。圖8-4 碘鎢燈圖8-5 碘鎢燈結構 【特點及適用場合】與白熾燈比較，光效提高30，壽命增長50%，具有體積小、功率大、能夠瞬時點燃、可調光等特點。但碘鎢燈的耐震性差，安裝時燈管必須保持水平（傾角不得大于4）否則容易將燈管燒壞，這種燈多用于較大空間、要求高照度的場所4. 高壓鈉燈 【外形及結構】 高壓鈉燈的外形如圖8-6a所示，高壓鈉燈的結構如圖8-6b所示。 a） 外形b）結構圖8-6 高壓鈉燈的外形和結構 【特點及適用場合】 高壓鈉燈的發光光譜集中在人眼比較敏感的區間，具有光效高、紫外線輻射小、透霧性能好、可任意位置點燃、耐

6、震、壽命長等特點，但顯色性差，啟動時間也較長。它廣泛用于道路照明，當與其他光源混光后，可用于照度要求較高的高大空曠的場所。 8.1.2 新型電光源及應用 1.節能燈 節能燈外形如圖8-7所示。為了使用和安裝方便，將其燈管彎曲做成如H、U、W等形狀，使燈管的帶狀發光變成局部集中發光。節能燈具有光效高（是普通燈泡的5倍），節能效果明顯（即一只7瓦的節能燈的亮度相當于一只40瓦的白熾燈的亮度，節電率高達80），壽命長（是普通燈泡的8倍），體積小，使用方便等優點。圖8-7 節能燈外形2.金屬鹵化物燈 金屬鹵化物燈外形如圖8-8所示，燈內充入鈉、鉈、銦、鏑、鈧等金屬鹵化物，具有光效高，光色好的特點，常用

7、于體育活動室及電視轉播現場。 圖8-8 金屬鹵化燈外形3. 氙燈 氙燈外形如圖8-9所示，為惰性氣體弧光放電燈，是一種充有高氣壓氙氣的大功率的氣體放電燈，功率可以從1萬瓦到幾十萬瓦，高壓氙氣放電時能產生很強的白光，接近連續光譜，和太陽光十分相似，故有“人造小太陽”之美稱。氙燈的工作溫度很高，僅靠自然冷卻不行，需要強迫冷卻，或者用風冷，或者用水冷。它適于廣場、公園、體育場、大型建筑工地、露天煤礦、機場等地方的大面積照明，一般工廠照明中不用。 圖8-9 氙燈外形4. LED燈 LED即半導體發光二極管，LED燈是用高亮度白色發光二極管作光源，其外形如圖8-10所示，作為第四代電光源，賦有“綠色照明

8、光源”之稱，屬于冷光源，發熱量低，可以安全觸摸，自身對環境沒有任何污染，與白熾燈、熒光燈相比，節電效率可以達到90以上。 (a)單只LED燈(b) LED交通信號燈(c) LED手電筒圖8-10 LED燈外形8.2 變壓器8.2.1 變壓器的基本結構 【外形及符號】單相變壓器外形如圖8-11a所示。單相變壓器圖形符號如圖8-11b所示，文字符號為T。 【結構】變壓器由閉合鐵心和套在鐵心上的線圈（繞組）構成,鐵心和線圈是變壓器的基本組成部分。a） 外形b) 電路符號 圖8-11 變壓器 鐵心 鐵心是變壓器的磁路部分。為了減小鐵心內部的渦流損耗和磁滯損耗，鐵心一般采用磁導率高而又相互絕緣的硅鋼片（

9、0.350.5mm厚）疊制而成。變壓器根據鐵心的結構形式不同可分為心式變壓器和殼式變壓器兩大類。分別如圖8-12、圖8-13所示。 圖8-12 心式變壓器 圖8-13 殼式變壓器 繞組（線圈） 變壓器的線圈通常稱為繞組，它是變壓器中的電路部分,一般用漆包圓銅線繞制而成，繞組與繞組及繞組與鐵心之間都是互相絕緣的。與電源相連的繞組稱為一次繞組，與用電設備連接的繞組稱為二次繞組。繞組與鐵心之間應是絕緣的。8.2.2 單相變壓器的工作原理 在一般情況下，變壓器的損耗和漏磁通都很小。在將它們都忽略不計的情況下，分析變壓器的電壓變換作用和電流變換作用。圖8-14 變壓器基本工作原理 【變換交流電壓】 如圖

10、8-14所示，在變壓器的一次繞組接入交流電源，在一次繞組中就有交流電流流過，交變電流將在鐵心中產生交變磁通，這個變化的磁通經過閉合磁路同時穿過一次繞組和二次繞組,可認為穿過一、二次繞組的交變磁通相同，因而這兩個線圈的每匝線圈所產生的感應電動勢相同。設一次繞組的匝數為N1，二次繞組的匝數是N2 ，穿過它們的磁通是 ，那么，一、二次繞組中產生的感應電動勢分別為： 由此可得電動勢有效值與匝數的關系: 在一次繞組中，根據楞次定律，感應電動勢起著阻礙電流變化的作用，與加在一次繞組兩端的電壓U1相平衡。一次繞組的電阻很小，如果略去不計，則有U1= E1 。二次繞組相當于一個電源，感應電動勢E2相當于電源的

11、電動勢。二次繞組的電阻也很小，略去不計，二次繞組就相當于無內阻的電源，因而二次繞組兩端的電壓U2等于感應電動勢E2 ，即U2 = E2 ,因此得到: 式中，k稱為變壓比。 可見，變壓器一、二次繞組的端電壓之比等于一、二次繞組的匝數比。當k1時， U1 U2,為降壓變壓器，k1時, U1 U2,為升壓變壓器。改變k值就可獲得不同的U2，從而達到電壓變換的目的。 【變換交流電流】 由上面的分析知道，變壓器能從電網中獲得能量，并通過電磁感應進行電壓變換后，再把電能輸送給負載。根據能量守恒定律，在不計變壓器內部損耗的情況下，變壓器輸出的功率和它從電網中獲得的功率相等，即P1 = P2 。根據交流電功率

12、的公式P=UIcos可得: 式中 是一次繞組電路的功率因數， 是二次繞組電路的功率因數， 和 通常相差很小，在實際計算中可以認為它們相等，因而得到： 即 可見：變壓器工作時，一、二次繞組中的電流跟繞組的匝數成反比。變壓器的高壓繞組匝數多而通過的電流小，可用較細的導線繞制；低壓繞組匝數少而通過的電流大，應當用較粗的導線繞制。 8.2.3 變壓器的參數 1.額定值 生產廠商所擬定的變壓器滿負荷運行情況叫做額定運行，額定運行的條件叫變壓器的額定值。這些額定值都會寫在變壓器的銘牌上。 【額定容量SN 】 表示在額定使用條件下變壓器的輸出能力，用視在功率表示。 【額定電壓U1N和U2N 】 a）一次繞組

13、的額定電壓U1N ：加在一次繞組上的正常工作電壓值。 b）二次繞組額定電壓U2N ：變壓器空載時，一次繞組加上額定電壓后。二次繞組兩端的電壓值。 【額定電流I1N和I2N 】 指根據變壓器容許發熱的條件而規定的滿載電流值。變壓器的額定值取決于變壓器的構造和所用材料，使用變壓器時一般不能超過其額定值。 2.損耗 變壓器的損耗包括鐵損（變壓器鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗稱為鐵損耗）和銅損（線圈導線電阻通電產生的損耗），即 3.效率 變壓器的效率也就是變壓器的輸出功率P2與輸入功率P1 的百分比，即: 4. 變壓器的外特性 變壓器的外特性指變壓器的一次電壓U1和負載功率因數 都一定時，二次電壓U2隨二

14、次電流I2變化的關系。一般用電壓調整率 表示, 其定義為變壓器空載時二次端電壓U2N和有載時二次端電壓U2之差與U2N的百分比：8.3 交流電動機8.3.1 三相籠型交流異步電動機的結構 三相籠型交流異步電動機外形如圖8-17所示，其結構如圖8-18所示，主要由定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）兩部分組成。 圖8-17 三相籠型交流異步電動機圖8-18 三相籠型異步電動機的結構 【定子】 由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。 定子鐵心是電動機磁通的通路，如圖8-19所示，槽內嵌放三相定子繞組。 定子繞組中通入三相交流電，為電動機產生旋轉磁場。三相繞組的結構完全對稱且獨立絕緣，每相繞組有兩個引

15、出線端，一個叫首端，分別標為U1, V1, W1，另一個叫末端，分別標為U2, V2, W2 ，如圖8-20所示，定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，根據需要接成星形（Y）或三角形（）。 機座 機座通常為鑄鐵件，作用是固定定子鐵心和繞組，并通過兩側的端蓋和軸承來支承轉子，同時可保護整臺電動機的電磁部分和散熱 【轉子】 由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸三部分組成。 轉子繞組用來切割定子旋轉磁場產生感應電動勢，并在旋轉磁場的作用下受力而使轉子轉動。它是在鐵心槽內嵌放銅條，并在兩端用短路環接成鼠籠形，如圖8-21a所示，籠型異步電動機因此得名?，F在，為了節省銅材，一般將鋁熔化后，用鑄造方法將轉子導體、

16、端環及扇葉一起鑄成鑄鋁轉子結構，如圖8-21b所示。b）鑄鋁轉子a）銅排轉子圖8-21 三相異步電動機籠型轉子8.3.2 三相籠型異步電動機的工作原理 1電動機旋轉原理 為了說明電動機的工作原理，我們做如下演示實驗。 為什么轉子會轉起來 【實驗內容及現象】如圖8-22a所示，在裝有手柄的蹄形磁鐵的 兩極間放置一個可以自由轉動的籠型轉子，當轉動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉時，將發現籠型轉子也跟著旋轉，且轉子轉動的方向和磁極旋轉的方向相同；若改變磁鐵的轉向，則籠型轉子的轉向也跟著改變。 圖8-22 異步電動機工作原理圖 【現象解釋】當磁鐵旋轉時，磁鐵與閉合的導體發生相對運動，籠型轉子切割磁力線而在其內部產

17、生感應電動勢和感應電流，如圖8-22b所示。感應電流又使導體受到一個電磁力的作用，于是籠型轉子就沿磁鐵的旋轉方向轉動起來，這就是異步電動機的基本原理。 【結論】欲使異步電動機旋轉，必須有旋轉的磁場和閉合的轉子繞組。 2旋轉磁場的產生 在定子繞組中分別通入三相等幅、互差120電角度的交流電，它們將在定子繞組中產生相應的磁場，并最終合成一個隨電流變化的合成磁場。當定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉了一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產生的合成磁場也不斷地旋轉，因此稱為旋轉磁場。3轉子旋轉原理 如上所述，定子繞組中通入對稱的三相正弦交流電就會產生旋轉

18、磁場，于是靜止的轉子繞組與旋轉磁場之間就有了相對運動，轉子導體切割旋轉磁場的磁力線，便就產生感應電動勢。因為轉子繞組是閉合的，所以轉子繞組中便有電流流過。轉子繞組中的電流一旦產生，立即受到旋轉磁場的電磁力的作用，于是轉子在電磁轉矩的作用下，沿著旋轉磁場的方向轉動起來。8.3.3 三相籠型交流異步電動機的參數 每臺電動機的機座上都裝有一塊銘牌，如表8-1所示。銘牌上標注有該電動機的主要性能和技術數據，是選擇、安裝、使用和修理三相電動機的重要依據。 【型號】 Y為電動機的系列代號，132為基座至輸出轉軸的中心高度（mm）M為機座類別（L為長機座，M為中機座，S為短機座），4為磁極數。 【額定功率】

19、 指電動機在規定的環境溫度下，在額定運行時電極軸上輸出的機械功率值。 【額定電壓】 指電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。一般規定電動機的電壓不應高于或低于額定值的5%。 【額定電流】 指三相電動機在額定電源電壓下，輸出額定功率時，流入定子繞組的線電流. 【額定頻率】 指電動機所接的交流電源每秒鐘內周期變化的次數，我國規定標準電源頻率為50Hz。 【額定轉速】 指三相電動機在額定工作情況下運行時每分鐘的轉速 【絕緣等級】 指電動機繞組所用絕緣材料按其允許耐熱程度規定的等級，這些級別為：A級，105；E級，120；B級，130；F級，155；H級，180。 【接法】 三相電動機定子繞組的

20、連接方法有星形（Y）和三角形（）兩種。 【防護等級】 表示三相電動機外殼的防護等級，其中IP是防護等級標志符號，其后面的兩位數字分別表示電機防固體和防水能力。 【定額】 分連續、短時、斷續三種：連續是指電動機連續不斷的輸出額定功率而溫升不超過銘牌允許值；短時表明電動機不能連續使用，只能在規定的較短時間內輸出額定功率；斷續表示電動機只能短時輸出額定功率，但可多次斷續重復起動和運行。8.4 常用低壓電器 8.4.1 熔斷器 【外形及符號】常用的熔斷器有瓷插式和螺旋式兩種，結構如圖8-25a、b所示。在電路中熔斷器用文字符號FU表示，圖形符號如圖8-25c所示。 【用途】熔斷器是一種使用廣泛的短路保

21、護電器。其主體是用低熔點金屬絲或金屬薄片制成的熔體，串聯在被保護的電路中。它是根據電流的熱效應原理工作的，在正常情況下，熔體相當于一根導線；當發生短路或過載時，電流很大，熔體因過熱迅速熔化，從而在設備和線路被損壞前分斷電路而起到保護作用。 b)螺旋式熔斷器 1-瓷帽2-熔管3-瓷套 4-上接線端 5-下接線端6-底座 a）瓷插式熔斷器 1-動觸頭2-熔絲3-瓷蓋4-靜觸頭5-瓷座c）圖形符號圖8-25 熔斷器的結構及符號8.5.2 電源開關 1刀開關 【外形及結構】 圖8-26a所示為常見刀開關，結構如圖8-26b所示,在電路中用文字符號為QS表示，圖形符號如圖8-26c所示 【用途】這種開關

22、結構簡單，價格低廉，安裝、使用、維修方便，廣泛用作照明電路和小容量（5.5kW及以下）動力電路不頻繁起動的控制開關。FU (b)刀開關結構 1上膠蓋 2下膠蓋 3插座 4觸刀 5操作手柄6進線端 7熔絲8觸點座9底座10出線端 圖8-26 刀開關（c） 圖形符號 (a) 外形 QS2. 轉換開關 【外形及結構】轉換開關又名組合開關，外形如圖8-26所示，其內部有3對靜觸片，三對動觸片，通過轉動手柄，即可完成三組觸片之間的開合或切換。 【用途】轉換開關也屬于手動控制電器，可作為電源引入開關，或作為5.5kW以下電動機的直接起動、停止、反轉和調速等。 圖8-26 轉換開關外形8.5.3 交流接觸器 【外形及結構】常見交流接觸器外形如圖8-27a所示，主要由電磁機構和觸頭系統兩部分組成。在電路中交流接觸器用文字符號KM表示，圖形符如圖8-29b所示。根據用途不同，接觸器的觸頭分主觸頭和輔助觸頭兩種。輔助觸頭通過的電流較小，常接在電動機的