...wd......wd......wd...第1、2課時課題:電磁學根基知識教學目的和要求:補充了解磁場的基本物理量以及鐵磁材料的性質和磁路歐姆定律，掌握交流鐵心線圈電路中的電磁關系并了解其功率損耗情況。重點與難點:掌握鐵磁材料的性質、交流鐵心線圈電路中的電磁關系及其功率損耗。教學方法:繪圖說明，簡單推正，結論分析，應用介紹，案例教學。預復習任務:復習前期學的《電工技術根基》相關知識。一、磁路的基本物理量磁場可由電流產生，用磁感線來描述。磁場的強弱可用磁感線的疏密程度來表示。磁感線可以看成是無頭無尾的閉合曲線。1)磁感線的回轉方向和電流方向之間的關系遵守右手螺旋法則。

2)磁感線總是閉合的，既無起點，也無終點。

3)磁場中的磁感線不會相交，因為磁場中每一點的磁感應強度的方向都是確定的、唯一的。1.磁通Ф磁場中穿過某一截面積A的總磁線數稱為通過該面積的磁通量，簡稱磁通Ф，單位WB。磁場中穿過某一截面積A的總磁線數稱為通過該面積的磁通量，簡稱磁通Ф，單位WB。當線圈中通以電流后，大局部磁感線沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構成回路，這局部磁通稱為主磁通；還有一局部磁通，沒有經過氣隙和銜鐵，而是經空氣自成回路，這局部磁通稱為漏磁通。磁通經過的閉合路徑叫磁路。磁路和電路一樣，分為有分支磁路和無分支磁路兩種類型。2．磁感應強度B描述磁介質中實際的磁場強弱和方向的物理量，是矢量，用B表示。均勻磁場中，假設通過與磁感線垂直的某面積A的磁通為Ф，則B=Ф/A所以磁感應強度也稱磁通密度，單位T3．磁場強度H是進展磁場計算時引進的一個物理量，電流產生磁場外，介質被磁化后還會產生附加磁場。單位安每米。H代表電流本身產生的磁場的強弱，反映了電流的勵磁能力，大小只與該電流的大小成正比，與介質的性質無關；B代表電流所產生的以及介質被磁化所產生的總磁場的強弱，其大小不僅與電流的大小有關，還與介質的性質有關。4．磁導率μ磁感應強度B與磁場強度H之比，是衡量物質導磁能力的物理量。μ=B/Hμ為導磁物質的磁導率。真空的磁導率為。鐵磁材料的，例如鑄鋼的μ約為的1000倍，各種硅鋼片的μ約為的6000～7000倍。5．磁場儲能磁場能夠儲存能量，這些能量是在磁場建設過程中由其他能源的能量轉換而來的。電機就是借助磁場儲能來實現機電能量轉換的。二、磁性材料的性質1．高導磁性磁性物質的內部存在著很多很小的區域，稱為“磁疇〞，磁化前，無外磁場的作用，雜亂無章地排列，磁場互相抵消，對外界不顯示磁性。假設將鐵磁材料放入磁場，在外磁場的作用下，磁疇的軸線趨于一致，形成一個附加磁場，疊加在外磁場上，從而使合成磁場大為增強。變壓器和電機中的磁場是由通過線圈的電流來產生，這些線圈都是繞在磁性物質〔稱為鐵心〕上的。采用鐵心后，在同樣的電流下，鐵心中的磁感應強度B和磁通Ф將大為增加，且比鐵心外的B和Ф大很多，一方面可用較小的電流產生較強的磁場，另一方面可使絕大局部磁通集中在由磁性材料限定的空間內。2．磁飽和性如上圖中：oa段，外磁場H較弱，H的增加主要是與外磁場同方向的磁疇邊界增大的過程，B的增加緩慢；ab段，外磁場H較強，主要是磁疇沿外磁場的方向轉動的過程，B迅速增大；bc段，可隨外磁場方向轉動的磁疇越來越少，H的增加變慢，出現了磁飽和現象；cd段，類似于真空中的情況。3．磁滯性磁性材料都具有保存其磁性的傾向，B的變化總是滯后于H的變化，稱磁滯現象。當H降為零時，保存的磁感應強度Br稱為剩磁強度，永久磁鐵的磁性就是由Br產生的。三、磁路的歐姆定律正如電動勢作用在一定電阻的電路上產生的電流遵循歐姆定律一樣，一定的磁動勢作用在一定磁阻的磁路上可以產生磁通。磁通的大小同樣遵循磁路的歐姆定律。當磁路中有空氣隙存在，磁路的磁阻Rm將顯著增加。四、鐵心損耗1．磁滯損耗Ph磁性材料被交變磁化時，磁疇之間相互摩擦，要消耗能量，對應的功率損耗Ph=KhfBmαV式中α與材料的性質有關，電工鋼的α為1.6——2.3，V為鐵心體積2．渦流損耗Pe磁性材料不僅是導磁材料，又是導電材料。在交變磁場作用下，鐵心是也會產生感應電動勢，從而在垂直于磁通方向的鐵心平面內產生旋渦狀的感應電流表，稱渦流。渦流在鐵心電阻上的功率損耗稱渦流損耗。Pe=Ked2f2Bm2V式中d為鋼片厚度第3、4課時課題:變壓器的工作原理和構造教學目的和要求:變壓器的一種機電能量轉換或信號轉換的電磁機械裝置。要求根據電磁感應原理掌握變壓器的工作原理、電力變壓器的基本構造、電力變壓器額定值的計算、了解電力變壓器的型號及主要系列。重點與難點:重點是變壓器的工作原理、電力變壓器的額定值的計算。難點是變壓器的工作原理、電力變壓器的構造。教學方法:以變壓器的廣泛應用為切入點，以圖片和實物為依托，說明其工作原理。繪圖說明，簡單推正，結論分析，應用介紹。預復習任務:完成課后作業變壓器：是一種靜止的電氣設備。它是根據電磁感應的原理，將某一等級的交流電壓和電流轉換成同頻率的另一等級電壓和電流的設備。作用：變換交流電壓、變換交流電流和變換阻抗。一、變壓器的基本工作原理變壓器是在一個閉合的鐵心磁路中，套上兩個相互獨立的、絕緣的繞組，這兩個繞組之間只有磁的耦合，沒有電的聯系，如圖1-1所示。一次繞組〔也稱原繞組或初級繞組〕：接交流電源；其匝數為N1；二次繞組〔也稱副繞組或次級繞組〕：接負載；其匝數為N2。當在一次繞組中加上交流電壓u1時在一、二次繞組中其感應電動勢瞬時值分別為〔1-1〕二、變壓器的應用與分類1.變壓器的應用：變壓器能夠變換交變電壓、變換交變電流、變換阻抗。2.變壓器的種類按用途不同主要分為：l〕電力變壓器：供輸配電系統中升壓或降壓用。2〕特殊變壓器：如電爐變壓器、電焊變壓器和整流變壓器等。3〕僅用互感器：如電壓互感器與電流互感器。4〕試驗變壓器：高壓試驗用。5〕控制用變壓器：控制線路中使用。6〕調壓器：用來調節電壓。三、電力變壓器的基本構造電力變壓器主要由鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及附件等局部組成。以油浸式電力變壓器為例其基本構造如圖1－2所示。1.鐵心鐵心是變壓器的磁路局部，是繞組的支撐骨架。鐵心由心柱和磁軛兩局部組成，鐵心用厚度為0.35mm，外表涂有絕緣漆的熱軋硅鋼片或冷軋硅鋼片疊裝而成。2.繞組繞組是變壓器的電路局部，常用絕緣銅線或鋁線繞制而成。工作電壓高的繞組稱為高壓繞組，工作電壓低的繞組稱為低壓統組。3.絕緣套管絕緣套管是變壓器繞組的引出裝置，將其裝在變壓器的油箱上，實現帶電的變壓器繞組引出線與接地的油箱之間的絕緣。4.油箱及其附件油箱安裝變壓器的鐵心與繞組。變壓器油起絕緣和冷卻作用。電力變壓器附件還有安全氣道、測溫裝置、分接開關、吸濕器與油表等。四、電力變壓器的額定值與主要系列1.額定值(1)額定容量SN:指的是變壓器的視在功率，單位為V·A或kV·A。a.單相變壓器的額定容量為:SN=UN1IN1=UN2IN2〔1－2〕b.三相變壓器的容量為:SN=UN1IN=UN2IN2〔1－3〕(2)額定電壓U1N和U2NUN1為一次側繞組額定電壓，它是根據變壓器的絕緣強度和允許發熱條件而規定的一次繞組正常工作電壓值。UN2為二次繞組額定電壓，它是當一次繞組加上額定電壓，二次繞組的空載電壓值。對于三相變壓器，額定電壓值指的是線電壓，單位為V或kV。(3)額定電流IN1和IN2:額定電流是根據允許發熱條件所規定的繞組長期允許通過的最大電流值，單位是A或KA。IN1是一次繞組的額定電流；IN2是二次繞組的額定電流。對于三相變壓器，額定電流是指線電流。(4)額定頻率f我國規定的標準工業用電頻率為50HZ。2．電力變壓器的型號及主要系列第5、6課時課題:單相變壓器的空載運行教學目的和要求:掌握單相變壓器的空載運行特性。重點與難點:重點是空載運行時電動勢平衡方程式,空載電流的作用。難點是變壓器空載運行時的相量圖。教學方法:繪圖說明，簡單推正，結論分析。預復習任務:復習電工根基相關知識,題解正弦量的正方向的規定。變壓器的空載運行是指變壓器的一次繞組接在額定電壓的交流電源上，而二次統組開路時的工作情況，如圖1-4所示。一、空載運行時各物理量正方向的規定正弦量的正方向通常規定如下：1〕電源電壓正方向與其電流正方向采用關聯方向，即兩者正方向一致。2〕繞組電流產生的磁通勢所建設的磁通，這二者的正方向符合右手螺旋定則。3〕由交變磁通φ產生的感應電動勢產，二者的正方向符合右手螺旋定則，即它的正方向與產生該磁通的電流正方向一致。由上述規定，在圖l-4中標出各電壓、電流、磁通、感應電動勢的正方向如圖中所示。二、感應電動勢與漏磁電動勢1.感應電動勢假設主磁通，φ=Φmsinωt，則一、二次繞組感應電動勢瞬時值為：其有效值為：E1=4.44fN1Φm(1-5)E2=4.44fN2m(1-6)相量表示為：〔1-7〕〔1-8〕2.漏磁電動勢變壓器一次繞組漏磁感應電動勢為：=-jωL1=-jX1三、變壓器空載運行時的電動勢平衡方程式和電壓比一次繞組電動勢平衡方程式：(1-9)(1-10)二次繞組的端電壓等于其感應電動勢：〔1-11〕變壓器一次繞組的匝數Nl與二次繞組匝數N2之比稱為變壓器的電壓比k，即k=N1/N2=E1/E2≈U1/U2(1-12)當N2＞N1時，k＜1，則U2＞U1，為升壓變壓器；假設N2＜N1，k＞1，則U2＜U1，為降壓變壓器。假設改變電壓比k，即改變一次或二次繞組匝數，則可到達改變二次繞組輸出電壓時目的。四、空載電流和空載損耗變壓器空載運行時，空載電流分解成兩局部：1．無功分量，用來建設磁場，起勵磁作用，其與主磁通同相位；2．有功分量，用來供應變壓器鐵心損耗，其相位超前主磁通約900。即五、變壓器空載運行時的相量圖第7、8課時課題:單相變壓器的負載運行教學目的和要求:與空載運行時相對比，掌握單相變壓器的負載運行特性，強調變壓器的三個變換特性以及運行特性。重點與難點:重點是負載運行時的磁通勢平衡方程式和電動勢平衡方程式，變壓器的作用，電壓變化率。難點是負載運行時的基本方程式，變壓器負載運行時的相量圖。教學方法:繪圖說明，簡單推正，結論分析。預復習任務:復習單相變壓器空載運行時的特性，預習本節內容，作對比分析。變壓器的負載運行：是指變壓器在一次繞組加上額定正弦交流電壓，二次繞組接負載ZL的情況下的運行狀態，如圖l-6所示。一、負載運行時的各物理量負載運行時一、二次電流關系(1-14)上式說明變壓器負載運行時，二次電流的變化同時引起一次電流的變化。二、變壓器負載運行時的基本方程式1.磁通勢平衡方程式變壓器負載運行時磁通勢平衡方程式為(1-15)電流平衡方程式為(1-16)(1-16)忽略I10時，一、二次繞組電流有效值關系為I1=I2/k〔1-17〕2.電動勢平衡方程式二次繞組中漏磁電動勢即：〔1-18〕(1-20)(1-19)負載運行時的一、二次繞組的電動勢平衡方程式為(1-20)(1-19)(1-19)(1-19)(1-20)(1-21)綜上所述，變壓器負載運行時的基本方程式有三、變壓器負載運行時的相量圖四、變壓器的作用通過對變壓器負載運行的分析，可以清楚地看出變壓器具有變電壓、變電流、變阻抗的作用。1.變換電壓U1/U2≈E1/E2=k=N1/N22.變換電流I1/I2≈N2/N1=1/k3.變換阻抗(1-22)(1-22)上式說明，經變壓器把負載阻抗變換為。通過選擇適宜的電壓比k，可把實際負載阻抗變換為所需的阻抗值，這就是變壓器的變換阻抗作用。五、變壓器的運行特性變壓器運行特性主要有：〔1〕外特性〔2〕效率特性。變壓器的外特性和電壓變化率變壓器的外特性：是指在一次繞組加額定電壓，負載功率因數cosφ2為額定值時，二次繞組端電壓U2隨負載電流I2的變化關系，即U2=f(I2)曲線，如圖l-9所示。在純電阻負我時，電壓變化較小；為感性負我時，電壓變化較大；而在容性負載時，端電在可能出現隨負載電流的增加反而上升，如圖l-9中曲線3所示。(2)電壓變化率2.變壓器的效率特性變壓器的效率特性：是指負載功率因數cosφ2不變的情況下，變壓器效率隨負載電流變化的的關系，即曲線η＝f〔I2〕，如圖1-10所示。對于電力變壓器，最大效率出現在I2=〔0.5～0.75〕I2N時，其額定效率ηN＝0.95－0.99。第9、10課時課題:三相變壓器教學目的和要求:掌握三相變壓器的聯結組別和變壓器的并聯運行條件，會用試驗方法來確定繞組的同名端。重點與難點:重點是掌握三相變壓器繞組的聯結法，會確定繞組的同名端。難點是用時鐘法來分析判別三相變壓器的聯結組別，掌握三相變壓器的并聯運行條件。教學方法:以三相變壓器的廣泛應用為切入點，以圖片和實例為依托說明其工作原理，繪圖說明三相變壓器的同名端確實定、聯結組別的判定。預復習任務:復習單相變壓器的工作原理、構造，預習三相變壓器的相關內容，對比歸納?！袢嘧儔浩鹘M：是由三個單相變壓器按一定方式連接在一起組成的。●三相心式變壓器：將三個鐵心柱用鐵軛連在一起來構成三相心式變壓器。一、三相變壓器的磁路系統二、三相變壓器的電路系統三相變壓器的電路系統是指三相變壓器各相的一次統組、二次繞組的連接情況。三相變壓器繞組的首端和尾端的標志規定如表l-1所示。三相變壓器繞組的聯結有星形和三角形兩種聯結方式。如圖l-13a所示。用字母Y或y分別表示一次繞組或二次繞組的星形聯結。假設同時也把中點引出，則用YN或yn表示，用字母D或d分別表示一次統組或二次繞組的三角形聯結。我國生產的電力變壓器常用Yyn、Yd、YNd、Dyn等四種聯結方式，其中大寫字母表示一次繞組的聯結方式，小寫字母表示二次繞組的聯結方式。上下壓繞組相電動勢的相位關系:同名端兩個繞組中電動勢極性一樣的兩個端點單相變壓器的聯結組II0II6三相變壓器聯結組標號確實定觀察繞組聯結圖，判斷聯結方式；聯結圖上標出上下壓繞組的相電動勢和線電動勢參考方向：末端指向首端畫出高壓繞組的電動勢相量圖繞組為星形時，先確定相電動勢，再確定線電動勢，相電動勢相量畫成星形；繞組為三角形時，先確定線電動勢，再確定相電動勢，相電動勢相量畫成三角形。畫出低壓繞組的電動勢相量圖都先畫相電動勢，再畫線電動勢相量，星形聯結時，相電動勢相量畫成星形；三角形聯結時，相電動勢相量畫成三角形。判斷聯結組號，寫出聯結組三、變壓器的并聯運行變壓器并聯運行條件：并聯運行的各臺變壓器的額定電壓與電壓比要相等。并聯運行變壓器的聯結組別必須一樣。并聯運行的各變壓器的短路阻抗的相對值要相等。第11、12課時課題:其他用途的變壓器教學目的和要求:掌握自耦變壓器的工作原理和應用。掌握電壓互感器、電流互感器的使用。掌握弧焊變壓器的使用條件。重點與難點:重點是自耦變壓器的工作原理和電壓互感器、電流互感器使用時的本卷須知和要求。難點是帶電抗器和帶磁分路的弧焊變壓器的調節電流原理。教學方法:繪圖說明，簡單推正，結論分析。預復習任務:課后習題的完成。本節介紹常用的自耦變壓器、儀用互感器和弧焊變壓器的工作原理及特點。一、自耦變壓器1．自耦變壓器的構造特點是：一、二次繞組共用一個繞組。如圖l－20所示。對于降壓自耦變壓器，一次繞組的一局部充當二次繞組；對于升壓自耦變壓器，二次繞組的一局部充當一次繞組。因此自耦變壓器一、二次繞組之間既有磁的聯系，又有電的直接聯系。將一、二次繞組共用局部的繞組稱為公共繞組。下面以降壓自耦變壓器為例分析其工作原理。2．自耦變壓器的電壓比k=U1/U20≈E1/E2=N1/N23．自耦變壓器的變流公式(1-24)4．自耦變壓器的輸出視在功率〔即容量〕為S=U2I2=U2(I+I1)=U2I+U2I1=U2I2(1-1/k)+U2I1(1-25)5．使用本卷須知〔1〕在低壓側使用的電氣設備應有高壓保護設備，以防過電壓；〔2〕有短路保護措施。6．種類：自耦變壓器有單相和三相兩種。一般三相自耦變壓器采用星形接法。圖1-21為三相自耦變壓器原理圖。如果將自耦變壓器的抽頭做成滑動觸頭，就成為自耦調壓器，常用于調節試驗電壓的大小。圖1-22為常用的環形鐵心單相自耦調壓器原理圖。二、儀用互感器儀用互感器：供測量用的變壓器。可分為電壓互感器和電流互感器。1.電壓互感器〔1〕電壓互感器：實質上是一個降壓變壓器。圖l-23為電壓互感器原理圖。(1-26)(1-26)它的一次繞組N1匝數很多，直接并接在被測的高壓線路上，二次統組N2匝數較少，接電壓表或其他儀表的電壓線圈。〔2〕使用電壓互感器時，應注意以下幾點：a.電壓互感器在運行時二次繞組絕不允許短路，否則短路電流很大，會將互感器燒壞。為此在電壓互感器二次側電路中應串聯熔斷器作短路保護。b.電壓互感器的鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地，以防一次高壓繞組絕緣損壞時，鐵心和二次繞組帶上高電壓而觸電。c.電壓互感器有一定的額定容量，使用時不宜接過多的儀表，否則將影響互感器的準確度。2.電流互感器〔1〕電流互感器：一次繞組匝數NI很少，一般只有一匝到幾匝；二次繞組匝數很多。使用時一次繞組串接在被測線路中，流過被測電流，而二次繞組與電流表或儀表的電流線圈構成閉合回路，如圖1－24所示。(1-27)(1-27)由于電流互感器二次繞組所接儀表阻抗很小，二次繞組相當于短路，因此電流互感器運行情況相當于變壓器短路運行狀態。〔2〕使用電流互感器時，應注意以下幾點：a.電流互感器運行時二次繞組絕不許開路。電流互感器的二次繞組電路中絕不允許裝熔斷器。在運行中假設要拆下電流表，應先將二次繞組短路后再進展。b.電流互感器的鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地。以免絕緣損壞時，高壓側電壓傳到低壓則，危及儀表及人身安全。c.電流表內阻抗應很小，否則影響測量精度。三、弧焊變壓器弧焊變壓器實質上是一臺特殊的降壓變壓器。1．對弧焊變壓器提出以下要求：l〕為保證容易起弧，空載電壓應在60－75V之間。2〕負載運行時具有電壓迅速下降的外特征，如圖l－25所示。一般在額定負載時輸出電壓在30V左右。3〕焊接電流可在一定范圍內調節。4〕短路電流不應過大，且焊接電流穩定。2．若何滿足上述要求：弧焊變壓器具有較大的電抗，且可以調節。為此弧焊變壓器的一、二次繞組分裝在兩個鐵心柱上。為獲得電壓迅速下降的外特性，以及弧焊電流可調，可采用串聯可變電抗器法和磁分路法，由此滋生出帶電抗器的弧焊變壓器和帶磁分路的弧焊變壓器。第13、14課時課題:三相異步電動機的構造與原理教學目的和要求:掌握三相異步電動機的基本構造與工作原理，電動機的銘牌數據。會用轉速與轉差率的公式計算有關參數。重點與難點:重點是掌握三相異步電動機的基本構造與工作原理。難點旋轉磁場的理解。教學方法:以三相異步電動機的廣泛應用為切入點，以多媒體課件圖片和實例為依托掌握三相異步電動機的構造，繪圖說明三相異步電動機的工作原理，介紹旋轉磁場的建設，轉子轉動的條件，轉向、轉速等問題。預復習任務:課后復習理解旋轉磁場的轉速、電機轉速的區別；完成課后作業。旋轉電機分類：按工作方式不同，可分為直流發電機直流電機直流電動機感應〔異步〕電動機旋轉電機感應電機〔異步電機〕交流電機感應〔異步〕發電機同步電機同步發電機同步電動機同步補償機其中，異步電動機按相數不同，可分為三相異步電動機和單相異步電動機；按轉子構造不同，可分為籠型和繞線轉子型，其中籠型三相異步電動機由于具有構造簡單、運行可靠、效率高、制造容易、成本低等優點得到廣泛應用。一、三相異步電動機的構造：三相異步電動機主要構造包括：靜止的定子、旋轉的轉子以及兩者之間的氣隙。定子------定子鐵心、定子繞組、機座1)定子鐵心：作用：形成磁路組成：0.5mm硅鋼片疊制。直徑大于1米的鐵心用扇形片拼成槽型：半閉口槽〔小型電機〕、半開口槽〔低壓中型〕、開口槽〔大型〕2)定子繞組：作用：電路局部，感應電勢組成：圓銅線或扁銅線，導線線徑小于1.53mm，散下線；成形線圈〔大電機〕。3)機座：作用:機械支撐構造：中小型電機鑄鐵；大型用鋼板焊接。4)氣隙---0.2mm～1.5mm，作用是磁場耦合因為磁勢大局部都消耗在氣隙上，氣隙小則電機的空載磁化電流就小，功率因數高。考慮到機械的原因，氣隙又不能太小。轉子-----轉子鐵心、轉子繞線或鼠籠繞組、軸1)轉子鐵心作用：磁路的一局部組成：0.5mm硅鋼片疊制。中小型電機轉子鐵心直接疊裝在軸上；大電機則用轉子支架。2)轉子繞組作用：感應電勢、流過電流產生轉矩構造：中小型電機用鑄鋁轉子鼠籠構造；繞線電機用銅導線，利用滑環和電刷外接起動設備。3.接線:對于三相異步電動機定子繞組可以接成星形或三角形。定子接線方式：4．分類與用途二、三相異步電動機工作原理：定子三相對稱繞組通入三相對稱電流，產生同步轉速旋轉的氣隙磁場。轉子導體運動〔相對磁場，磁場轉速快〕切割磁力線，產生感應電動勢，進而產生電流。電流與氣隙磁場的相互作用產生與轉子轉向一樣的拖動轉矩。電機從電網吸收電功率，經過氣隙的耦合作用從軸上輸出機械功率。〔一〕三相交流電的旋轉磁場1．旋轉磁場的產生二極電動機旋轉磁場的產生四極電動機旋轉磁場2．旋轉磁場的轉速旋轉磁場的轉速為同步速3．旋轉磁場的旋轉方向旋轉磁場由超前相電流所在的相繞組軸線轉向滯后相電流所在的相繞組軸線。改變電流相序，則旋轉磁場改變方向。4．三相合成磁場的性質：電流變化一個周期，即360電角度時，旋轉磁場在空間上轉過同樣數值的電角度。旋轉磁場的轉速為同步速旋轉磁場由超前相電流所在的相繞組軸線轉向滯后相電流所在的相繞組軸線。改變電流相序，則旋轉磁場改變方向?？傊瑢ΨQ三相繞組通過對稱三相電流，產生氣隙旋轉磁場。〔二〕轉子的轉動1．轉子轉動的原理轉子則切割磁力線而產生電流〔右手定電流I方向〕◆電流在磁場中切割磁力線而產生力及力矩〔左手定方向〕◆它與n0方向一樣,使轉子轉動起來◆在轉子轉動中，n比n0小2．轉子的轉速n、轉差率s三、三相異步電動機的銘牌及主要系列。1.型號2.額定值①額定功率PN:電動機在額定情況下運行，由軸端輸出的機械功率，單位為W，kW。②額定電壓UN:電動機在額定情況下運行,施加在定子繞組上的線電壓，單位為V。③額定頻率fN：50Hz。④額定電流IN：電動機在額定電壓、額定頻率下軸端輸出額定功率時，定子繞組的線電流，單位為A。⑤額定轉速nN：電動機在額定電壓、額定頻率、軸端輸出額定功率時，轉子的轉速，單位為r/min。對于三相異步電動機，額定功率：第15、16課時課題:三相異步電動機的運行教學目的和要求:三相異步電動機負載與空載運行時相對比，掌握三相異步電動機負載運行時的各物理量變化。重點與難點:重點是空載與負載運行時的磁通勢平衡方程式和電動勢平衡方程式，。難點是運行時的基本方程式，負載運行時轉子各物理量與轉差率的關系。教學方法:繪圖說明，簡單推正，結論分析。預復習任務:復習變壓器空載與負載運行時的特性，預習本節內容，作對比分析。一、三相異步電動機的空載運行電動機空載運行是指電動機軸上沒有帶任何負載，故電動機的轉速n非常接近旋轉磁場的同步轉速n1，n≈n1，即轉子與旋轉磁場相對轉速接近于零，因此可認為E2≈0，則I2≈0，空載運行時，電動機定子空載電流I0近似等于勵磁電流。其主要作用是產生三相旋轉磁通勢，同時也提供空載損耗，即定子繞組銅損、鐵心損耗和轉子的機械摩擦損耗等。旋轉磁場產生的電動機每極磁通Φm在定子繞組中產生的感應電動勢：E1=-j4.44f1N1K1Φm異步電動機定子電流產生的磁通中除主磁通Φm與定子繞組、轉子繞組交鏈外，還有局部磁通僅與定子繞組交鏈而不進入轉子磁路，這局部磁通稱為定子漏磁通Φα1，它將在定子繞組中產生漏感電動勢Ёα1用漏感抗壓降表示為：Eα1=-jI0Xσ1因為I0Xσ1<<E1，可忽略不計，則：U1≈-E1，U1≈E1=4.44f1N1K1Φm由上式可知，當電源頻率一定時，電動機的每極磁通Φm僅與外加電壓U1成正比。一般情況，電源電壓為額定值，所以每極磁通Φm基本是一恒定值，負載變化時，Φm也基本不變。三相異步電動機空載運行時的電磁現象，電壓平衡方程式與變壓器基本相似，但變壓器是靜止的不存在機械摩擦損耗，也基本上不存在氣隙。所以三相異步電動機的空載電流比變壓器的空載電流大的多。在大、中型容量的異步電動機中，I0占額定電流的10%～35%；在小容量的電動機中，則占35%～50%，甚至60%。因此空載時，異步電動機的漏抗壓降占額定電壓的2%～5%，而變壓器的漏抗壓降不超過0.5%。二、三相異步電動機的負載運行三相異步電動機的負載運行時，由于負載轉距的影響，實際轉速低于理想同步轉速，假設負載轉距不變，電機穩定運行時個物理量的關系如下：〔一〕、轉子繞組的各電磁量1.轉子電動勢的頻率：；正常運行時，；2.轉子繞組的感應電動勢：；3.轉子繞組的電阻和漏抗：忽略集膚效應，認為不變不變；；4.轉子繞組的電流：正常運行時，轉子端電壓U2=0，；有效值：；結論：轉子電流I2隨S的增加而增加。5.轉子繞組的功率因數：結論：轉子功率因數隨S的增加而減小。6.轉子磁動勢的轉速：相對轉子速度：相對定子速度：結論：與相對靜止?！捕?、磁動勢平衡方程1.磁動勢形式：2.電流形式：**定性分析方程的物理意義：〔三〕、電動勢平衡方程1.方程：2.的物理意義與變壓器的一樣，但由于氣隙的存在，比變壓器的小。第17、18課時課題:三相異步電動機的工作特性與電磁轉矩特性教學目的和要求:了解三相異步電動機的工作特性，掌握三相異步電動機工作特性中的功率因數特性、效率特性與電磁轉矩的表達式。重點與難點:重點與難點是定性分析工作特性中的功率因數特性、效率特性與電磁轉矩表達式。教學方法:繪圖說明，簡單推正，結論分析。預復習任務:電動機效率的計算與電磁轉矩的計算。一、三相異步電動機的工作特性工作特性指：額定電壓和額定頻率下，的關系。它可以由電機參數計算出來也可以試驗測試出來。轉差率特性空載時，P2=0,I2≈0,≈0,,s≈0,n≈n1負載時，負載電流增加，所以一般s(0.01～0.05)n=(1-s)n1=(0.99～0.95)n1,n=f(p2)是一條下降曲線。效率特性空載時，P2=0,=0負載時，負載小損耗增加緩慢，效率快速上升，直到不變損耗=可變損耗，效率到達最大。，負載繼續增加，兩個銅耗增加很快，使效率下降。異步電動機效率>70%，效率通常在〔1/4～3/4〕PN時到達最大。功率因數特性空載時，定子電流基本上是勵磁電流，它是無功電流，所以空載功率因數非常低，小于0.2。負載時，隨著輸出功率增加，定子電流有功分量加大，在額定負載左右到達最大值。超過額定負載后，轉差變大，轉矩特性因為轉速變化很小。定子電流特性空載時，P2=0,I2≈0,負載時，負載電流增加，定子電流增加。I1T2ηSP2異步電動機工作特性圖二、三相異步電動機的電磁轉距特性〔一〕、物理表達式物理表達式描述了電磁轉矩與磁通、轉子有功電流的關系，即式中，稱為異步電動機轉矩常數(二)、參數表達式參數表達式描述了電磁轉矩與參數的的關系，即因為：所以得上式討論曲線,即轉矩特性：其他參數一定，分析：異步電動機轉差率s在0～1之間，但實際上s在0～sm〔臨界轉差率〕時，穩定；s在1～sm之間，不穩定；，s=sm，處于臨界狀態。電磁制動狀態電動機狀態發電機狀態TemTNTmaxTst+∞S=1SmSN0-∞Tmax轉矩特性三個特征轉矩①額定轉矩TN：額定負載時**注：的單位為kW。②最大電磁轉矩Tmax：特點：⑴Tmax與成正比；而Sm與無關；⑵Tmax與轉子電阻無關；而Sm與轉子電阻有關；⑶f1一定時，越大，Tmax越小。⑷過載能力〔或最大轉矩倍數〕一般為1.6～2.5，越大，過載能力越強。③起動轉矩Tstn=0,S=1，得當轉子回路電阻為：時，起動轉矩到達最大電磁轉矩。起動轉矩倍數：，↑，↑，起動能力強。JO2：1.0～1.8；Y：1.4～2.2；特殊電機：4.0以上?！?〕電源電壓、頻率一定時，認為參數不變，電磁轉矩只與轉差率有關，曲線如右圖示。〔5.26Fig〕〔2〕s=1起動時，電抗起主要作用，R2/s相對較小?！?〕s接近零時，R2/s相對較大起主要作用.〔4〕s等于零時，到同步速n=n1時,Tem=0最大電磁轉矩令得：正號為電動機，負號為發電機通常，電阻值遠遠小于電抗值，上式簡化為：討論：〔1〕頻率一定時，最大轉矩與電源電壓平方成正比?！?〕最大轉矩與轉子電阻無關，但出現最大電磁轉矩時得轉差率s與成比例。利用這個特點，可以在轉子繞組〔繞線式〕中串電阻改變轉差率〔速度〕。(3)頻率一定，最大轉矩與漏抗成反比。〔4〕電機過載能力kM=1.6～2.5范圍，它是電機的重要性能指標之一。起動轉矩令s=1得對于繞線式電機，轉子回路可以串電阻，使電機起動時獲得最大轉矩，起動轉矩倍數〔1.0～2.0〕異步電動機性能指標包括：經濟指標：效率、功率因數技術指標：最大轉矩倍數(1.6～2.5)、起動轉矩倍數〔1.0～2.0〕、起動電流倍數〔4～7〕第19、20課時課題:三相異步電動機的機械特性教學目的和要求:三相異步電動機的機械特性的含義，掌握三相異步電動機固有機械特性和人為機械特性曲線的特點。重點與難點:重點是分析兩種人為機械特性曲線上的轉速與轉矩的關系。難點是理解機械特性方程的參數變化。教學方法:繪圖說明，簡單推正，結論分析。預復習任務:課后歸納固有機械特性中的四個關鍵點、人為機械特性的特點。一、固有機械特性在額定條件下〔電壓、頻率、接線方式〕電機的固有T－n特性曲線對于曲線如下頁圖，它由四個特殊點決定：1、T=0，n=n0(S=0),電動機處于理想空載點，電動機轉速為理想空載轉速n0.2、T=TN,n=nN(S=SN),為電動機額定工作點。這時：SN=(n0-nN)/n0，TN=9.55PN/nNPN為電機額定功率〔W〕,nN電機額定轉速〔r/min〕,SN額定轉差率S＝0.06~0.0153、T＝Tstn＝0〔S＝1〕起開工作點:對于起動轉矩Tst受如下條件的影響：〔1〕電源電壓，U影響較大，U波動，T平方關系變化〔2〕轉子電阻R2適宜Tst有較大值〔3〕電感X20大,Tst下降一般用起動能力系數λst來表示電動機起動能力的好壞。n0nS0nNSNn0nS0nNSNSmnm01TNTstTmax異步電機工作的條件是起動Tst≥負載TL4、當T＝TmaxS＝Smn=nm，在臨界工作點，這時Tmax＝KU2/2X20，Sm＝R2/X20由于T，Tmax∝U2，所以電源波動對扭矩最大值影響很大。在電機工作過程中：負載變化〔沖擊〕不能>Tmax。以過載能力系數λm來表示：λm=Tm/TN一般，鼠籠式為：λm=1.8～2.2線繞式為：λm=2.5～2.2二、人為機械特性：人為地改變異步電動機定子電壓U1、電源頻率f1、定子極對數P、定子回路電阻或電抗、轉子回路電阻或電抗中的一個或多個參數，所獲得的機械特性，稱為人為機械特性。關于人為機械特性的分析，主要是分析四個公式：同步轉速公式臨界轉差率公式最大轉矩公式起動轉矩公式1、降低定子端電壓的人為機械特性根據公式，U1下降，n1、Sm不變，Tm、Tst與U12成正比例降低。2．轉子回路串對稱三相電阻的人為機械特性根據上述四個公式：n1,Tm不變，Sm隨Rp的增大面增大〔Nm下降〕，Tst開場隨Rp的增大而增大；當Rp增大到Rp2時Tst2=Tm,Rp繼續增大，Tst開場減小，如圖中的Rp3時Tst3減小到Tst1與Tst2之間，Sm大于1?？梢?，電阻Rp越大，線性段特性越軟。第21、22課時課題:三相異步電動機起動教學目的和要求:掌握籠型與繞線式異步電動機的起動方式與特點，學會根據負載的工作情況選擇起動方式。重點與難點:重點與難點是區分籠型與繞線式異步電動機的起動方法。教學方法:以對起動的要求為切入點，提出問題的解決方法，以多媒體課件為依托，繪圖說明，簡單推正，結論分析，應用介紹。預復習任務:課后歸納異步電動機的起動方法及其特點。起動：轉子從靜止狀態到穩定運行的過程。起動要求：1、足夠大的起動轉矩2、盡可能小的起動電流3、轉速平滑上升4、起動設備簡便經濟5、起動過程的功率損耗盡可能小一、直接起動〔全壓起動〕就是起動時，電動機直接加電網電壓，這時起動電流對比大所以不是所有的電機都可能這樣使用。一般的，當有獨立的變壓器供動力電時且電機功率<30%變壓器功率時〔頻繁〕、電機功率<20%變壓器功率時〔不頻繁〕可以直接起動。起動電流大：〔1〕使電網電壓降低，前端供電變壓器的輸出電壓下降很大，可能超過額定允許值，一方面由于TST與電壓的平方成正比，TST下降更多，負載重時可能不能起動，另一方面影響同一供電變壓器的其它負載，電燈變暗，重載的電動機可能停轉；〔2〕繞組過熱，起動時間長、頻繁時發熱更嚴重，加速絕緣老化，大電流沖擊下繞組受電磁力作用易變形，甚至發生短路故障。二、降壓起動〔一〕鼠籠式異步電動機的起動方法1.定子串電阻或電抗器起動使加在電動機定子繞組上的相電壓U1Ф低于電源相電壓UNФU1Ф=IST′(R+XL)UNФ=IST(R+XL)U1Ф/UNФ=IST′/IST=1/KTST′/TST=1/K2特點：1〕適用于空載起動〔輕載〕2〕電阻耗能〔電抗器太貴，體積大〕,適用于較小容量的電動機。2.自耦變壓器降壓起動自耦變壓器用作起動補償器。一、二次電壓比為K，K=U1/U2=N1/N2U1=UNФ電源相電壓U2=U1Ф定子繞組相電壓所以，U1Ф=UNФ/K全壓起動時電流IST=UNФ/ZK減壓是相電流IST2=U1Ф/ZK=UNФ/KZK=IST/K自耦變壓器的一次電流IST1=IST2/K=IST/K2U1Ф=UNФ/KTST′=TST/K2特點：1、在一樣的起動電流下，從電網吸取的電流減小，即T一樣時，I下降2、自耦變壓器副邊有多個抽頭，所以起動電壓可選3、起動設備多且體積大，成本對比高4、不適于頻繁起動〔過電流工作〕5、有一定的起動轉矩〔適用輕載〕6、用在不能Y－Δ起動的場合，〔Y形接法工作的電機〕3.Y－Δ起動只適用于定子繞組在正常工作時為三解形聯接的三相異步電動機。Y起動時，電動機在相電壓UNФ=UN/起動ISTY=IST=UN/ZKΔ起動時，電動機在相電壓UNФ=UN〔線電壓〕設每相繞組起動電流為UNФ/ZK那么，線電流為ISTΔ=UNФ/ZK=UN/ZKISTY/ISTΔ=〔UN/ZK〕/〔UN/ZK〕=1/3TSTY/TST=1/3說明：起動電流I是直接起動的1/3；起動扭矩T是直接起動的1/3特點：1、起動電流小，所需設備簡單2、力矩小，適于空載起動〔輕載〕3、有專門的Y－△起動器(二)、繞線式電動機的起動方法繞線電機由于轉子繞組可在起動時串聯電阻改善特性所以有對比大的起動轉矩和對比小的起動電流。對于重載和頻繁起動的生產機械，三相鼠籠式異步電動機難以滿足要求時，才選用三相繞線式異步電動機。因為，繞線式異步電動機與鼠籠式異步電動機相對比，構造較復雜，控制維護較困難，制造成本較高，價格較貴。1.轉子串電阻分級起動接線原理圖見P52的圖2-24。起動時，轉子串入全部電阻，TST1等于Tm,對應于a點；n↗,電磁轉矩↘；到b點時切除Rst1,對應于c點；n↗到d點，切除Rst2,對應于e點；n↗到f點，切除Rst3,對應于g點,直至在固有機械特性的h點，穩定運行。特點：1、與直流電機起動類似;用接觸器切換2、由于起動時，R對比大，所以轉子功率因數Cosφ2↑，有較大的起動轉矩3、適于帶載起動2.轉子串頻敏變阻器起動頻敏變阻器是一個鐵心損耗很大的三相電抗器，鐵心做成三柱式，由較厚的鋼板疊成。每柱上繞一個線圈，三相線圈聯結成星形，然后接到繞線轉子異步電動機轉子繞組上接線原理圖見P52的圖2-25。RpSXmpRpSXmpRmpRmp鐵心損耗等效電阻SXmp每相電抗起動時S=1，f2=f1,Rmp大，鐵心飽和，SXmp小，相當于轉子回路串入較大的起動電阻Rmp,起動電流小，轉矩大；n↗,s↘,f2↘,Rmp↘,SXmp↘,相當于隨著轉速的上升,自動連續地減小起動電流;當轉速約等于額定轉速時,SN很小,f2極低,Rmp、SXmp都很小，相當于將起動電阻全部切除。特點：起動電流小起動轉矩大起動過程平滑性好。第23、24課時課題:三相異步電動機制動教學目的和要求:利用機械特性方程分析三相異步電動機的制動過程。重點與難點:重點是三相異步電動機的三種制動方法與特點。難點是倒拉反接制動的理解；三種制動狀態對應的轉差率易混淆。教學方法:始終用電動機的機械特性方程為根基，定性地分析三相異步電動機的制動過程及其特點。預復習任務:課后歸納異步電動機的制動方法及其特點。三相異步電動機的制動方法：一．機械制動：加機械抱閘二．電氣制動1.反接制動：停車時，將電動機接電源的任意兩相反接，使電動機由原來的旋轉方向反過來，以達制動的目的。三相異步電動機的反接制動有電源反接制動和倒拉反接制動。電源反接制動倒拉反接制動注意：反接制動時，定子旋轉磁場與轉子的相對轉速很大。即切割磁力線的速度很大，造成I2增加，引起I1變大。為限制電流，在制動時要在定子或轉子中串電阻。2.能耗制動3．回饋制動〔再生發電制動〕〔1〕反向回饋制動〔2〕正向回饋制動第25、26課時課題:三相異步電動機調速教學目的和要求:掌握三相異步電動機的調速方法。重點與難點:重點是三相異步電動機的三種調速方法與特點。難點是變轉差率調速方法。教學方法:以三相異步電動機的轉速公式為根基，定性地分析三相異步電動機的調速過程及其特點。預復習任務:課后歸納異步電動機的調速方法及其特點。異步電動機的調速原理：三相異步電動機的調速方法：1〕變頻調速改變異步電動機定子電源頻率f1來改變同步轉速n1，從而進展調速。2〕變極調速改變異步電動機的極對數p來改變電動機同步轉速n1來進展調速。3〕變轉差率調速調速過程中保持電動機同步轉速n1不變，改變轉差率s來進展調速。其中有降低定子電壓、在繞線型異步電動機轉子回路中串入電阻或串附加電動勢等方法調速。一、籠型異步電動機的變極調速〔一〕變極原理〔二〕兩種常用的變極接線法2．Δ/yy變極調速〔三〕變極調速電動機的機械特性二、變頻調速〔一〕變頻與調壓的配合1．變頻時應保持電動機主磁通不變，此時電動機定子電壓與頻率應有下式關系2．變頻時保持過載能力λm不變，則：具體對于恒轉矩負載，只要滿足U1/f1=U1’/f1’=常數，即可保持變頻調速時電動機過載能力λm不變。又可使主磁通保持不變。因而變頻調速最適合于恒轉矩負載。對于恒功率負載采用變頻調速時，無法使電動機的過載能力λm和主磁通同時保持不變?！捕澈戕D矩變頻調速時機械特性〔三〕三相異步電動機變頻調速〔四〕變頻電源簡介三、變轉差率s調速變轉差率調速方法很多，有繞線型異步電動機轉子串電阻調速、轉子串附加電動勢〔串級〕調速、定子調壓調速等?！惨弧忱@線轉子異步電動機轉子串電阻調速〔二〕轉子串附加電動勢調速〔串級調速〕〔三〕改變定子電壓調速第27、28課時課題:低壓電器的基本問題教學目的和要求:了解常用低壓電器的分類。掌握常用低壓電器的基本構造。重點與難點:重點是低壓電器的電磁機構與觸頭系統的組成。難點是交、直流電磁機構的吸力特性的區別。教學方法:以多媒體圖片為依托，繪圖說明，簡單推正，結論分析，應用介紹。預復習任務:課前的實訓課多留心觀察在用與即將使用的電器，課后分析總結。一、常用低壓電器的分類〔一〕按用途分類：控制電器、配電電器、執行電器等。〔二〕按應用場合分類；低壓電器、礦用電器、化工電器等?！踩嘲床僮鞣绞椒诸悾菏謩与娖?、自動電器?！菜摹嘲词褂孟到y分類：電力拖動系統電器、通信系統電器?！参濉嘲垂δ芊诸悾河捎|頭電器、無觸頭電器和混合電器?！擦嘲赐蟿酉到y用電器分類：接觸器、繼電器等。二、低壓電器的應用在電力拖動控制系統中，低壓電器主要用于對電動機進展空制、調節和保護。在低壓配電電路或動力裝置中，低壓電器主要用于對電路或設備進展保護以及通斷、轉換電源或負載。三、低壓電器額定工作制與正常工作條件〔一〕額定工作制〔1〕8小時工作制：電器通入穩定電流，工作時間不超過8小時?！?〕長期工作制：電器通入穩定電流，連續工作在8小時以上?！?〕短時工作制：有載與空載相互交替，有載時間小于無載時間?！?〕斷續周期工作制：有載與空載相互交替，且有一定比例。〔二〕正常工作條件〔1〕環境溫度：—5～+40℃?！?〕安裝地點：不超過海拔2000M。〔3〕相對濕度：不超過50%。低壓電器的基本構造：由電磁機構和觸頭系統組成。一、電磁機構〔一〕電磁機構的構造形式電磁機構由電磁線圈、鐵心和銜鐵三局部組成。電磁線圈分為直流線圈和交流線圈兩種。直流線圈須通入直流電，交流線圈須通入交流電。〔二〕電磁機構的吸力特性①交流電磁機構的吸力特性：U=4.44fNФmФ=IN/Rm=INμ0S/δ在交流電磁機構中，由于交流電磁線圈的電流I與氣隙δ成正比，所以在線圈通電而銜鐵尚未閉合時，電流可能到達額定電流的5～6倍。如果銜鐵卡住不能吸合，或頻繁操作，線圈可能因過熱而燒毀，所以在可靠性要求較高或操作頻繁的場合，一般不采用交流電磁機構。②直流電磁機構的吸力特性：直流電磁機構因外加電壓和線圈電阻不變，流過電磁線圈的的電流為常數,即電流與氣隙大小無關。F∝Ф2∝〔1/δ〕在直流電磁機構中，電磁吸力F與氣隙的平方成反比，所以銜鐵閉合前后電磁吸力變化較大，但由于電磁線圈中的電流不變，所以直流電磁機構適用于動作頻繁的場合。+-+-RVD圖5-1直流線圈的放電回路③交流電磁機構中短路環的作用ФФ2Ф1短路環鐵心當線圈中通入交流電時，鐵芯中出現交變的磁通，時而最大時而為零，這樣在銜鐵與固定鐵心間因吸引力變化而產生振動和噪音。當加上短路環后，交變磁通的一局部將通過短路環，在環內產生感應電勢和電流，根據電磁感應定律，此感應電流產生的感應磁通使通過短路環的磁通Ф2比Ф1在相位上滯后，由Ф2和Ф1產生的吸力F2和F1也有相位差，作用在磁鐵上的力為F1+F2，只要合力大于反力，即可消除振動。二、觸頭系統觸頭的形式：點接觸式：常用于小電流電器中。線接觸式：用于通電次數多、電流大的場合。面接觸式：用于較大電流的場合。三、電弧的產生和滅弧方法〔一〕電弧的產生當觸頭在分斷時，假設觸頭之間的電壓超過12V，電流超過0．25A時，觸頭間隙內就會產生電弧?！捕吵Ｓ玫臏缁》椒?．雙斷口滅弧2．磁吹滅弧3．柵片滅弧4．滅弧罩滅弧第29、30課時課題:常用繼電器教學目的和要求:了解常用繼電器的構造。掌握常用繼電器的工作原理、圖形符號、文字符號。會選用繼電器。重點與難點:重點是正確選擇與使用繼電器。難點是通電延時與斷電延時型時間繼電器的區別。教學方法:以多媒體的形式將大量的圖片資料展現在學生的面前，加深學生的感性認識；并展示具體的實物讓學生真正看清其工作原理。以歸納的形式說明繼電器的分類以及各種繼電器的應用。預復習任務:課前的實訓課多留心觀察在用與即將使用的電器，課后分析總結。一、電磁式接觸器接觸器是一種適用于在低壓配電系統中遠距離控制頻繁操作交、直流電路及大容量控制電路的自動控制開關電器。主要用于控制交、直流電動機，電熱設備等。接觸器分為直流繼電器和交流繼電器?！惨弧?、接觸器構造及工作原理接觸器由電磁機構、觸頭系統、滅弧裝置、釋放彈簧、觸頭壓力彈簧及底座等組成。見圖5-2。接觸器的基本工作原理是利用電磁原理，通過控制電路的控制和可動銜鐵的運動來帶動觸頭，控制主電路的通斷。當接在控制電路中的線圈通電后，銜鐵在電磁吸力作用下被吸向鐵心，銜鐵運動的同時帶動觸頭動作，使其常閉觸頭分開，常開觸頭閉合。當線圈斷電或線圈的電壓過低時，電磁吸力消失或減弱，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復位，實現控制電路通斷和失電壓與欠電壓釋放保護功能?！捕场⒔佑|器的主要技術參數1．接觸器的極數和電流種類按主觸頭的個數分類:接觸器有兩極、三極和四極接觸器。按主觸頭接通和分斷主電路的電流種類分類：有交流接觸器和直流接觸器。2．額定工作電壓：是指主觸頭之間的正常工作電壓。直流接觸器額定電壓有：110V、220V、440V、660V；交流接觸器額定電壓有：127V、220V、380V、500V、600V。3．額定工作電流：是指主觸頭正常工作電流。4．額定通斷能力：指主觸頭在規定條件下，能可靠地接通和分斷的電流值。5．線圈額定工作電壓：指接觸器電磁線圈正常工作電壓值。交流線圈由127V、220V、380V。直流線圈有：110V、220V、440V。6．允許操作頻率：指接觸器在每小時內允許的最高操作次數。7．機械壽命和電氣壽命：機械壽命是指接觸器在需要修理或更換機構零件前所能承受的無載操作次數。電器壽命是在規定的正常工作條件下，接觸器需要修理或更換零件前的有載次數。8．接觸器線圈的起動功率和吸持功率：直流接觸器的起動功率與吸持功率相等；交流接觸器起動視在功率一般為吸持功率的5～8倍。線圈的工作功率是指吸持有功功率。9．使用類別：接觸器用于不同負載時，對主觸頭的接通和分斷能力的要求也不同。接觸器常見的使用類別及典型應用如下表所示。表5-1接觸器的常見使用類別和典型用途觸頭電流種類使用類別代號典型用途舉例主觸頭AC〔交流〕AC-1無感或微感負載，電阻爐AC-2繞線轉子異步電動機的起動、制動AC-3籠型異步電動機的起動、運轉和分斷AC-4籠型異步電動機的起動、反接制動與反向、點動DC〔直流〕DC-1無感或微感負載，電阻爐DC-2并勵電動機的起動、反接制動、點動DC-3串勵電動機的起動、反接制動、點動DC-4白熾燈的接通〔三〕、常用典型接觸器1．交流接觸器：CJ20、B系列接觸器的技術數據見書P．123。2．切換電容器接觸器：用于低壓無功補償設備中。3．真空交流接觸器：適用于條件惡劣及不安全環境中。4．直流接觸器：主要用于直流電力系統中。〔四〕、接觸器的選用1〕接觸器極數和種類的選擇：①根據主觸頭接通和分斷的電流種類，選用直流和交流接觸器。②根據主觸頭控制的相數確定接觸器的極數。③根據接觸器應用場地的條件選用普通接觸器還是特殊接觸器。2〕根據接觸器所控制負載的工作任務選擇相應的接觸器。3〕根據負載的功率和操作情況來確定接觸器主觸頭的電流等級。4)根據接觸器主觸頭所控制電路電壓等級來確定接觸器的額定電壓等級。5〕接觸器線圈的額定電壓由所接控制電路電壓來確定。6〕接觸器常開、常閉觸頭數目要滿足控制要求。二、電磁式電壓、電流繼電器繼電器是一種控制元件，根據輸入信號的不同而到達不同的控制目的。繼電器一般用來接通和斷開控制電路?！惨弧?、電磁式繼電器的基本構造及分類1．電磁式繼電器的基本構造電磁式繼電器有直流和交流之分，其構造和工作原理與接觸器基本一樣，但觸頭的通斷電流值比接觸器小，沒有滅弧裝置。由于繼電器為了滿足控制要求，需要調節繼電器的動作參數，故又調節裝置。2．電磁式繼電器的分類按輸入信號不同分：有電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器等。按線圈種類不同分：有交流和直流繼電器。按用途分：有控制繼電器、保護繼電器等?！捕?、繼電器的主角要技術參數1．額定參數：是指繼電器的線圈和觸頭在正常工作時允許的電壓或電流值。2．動作參數：即繼電器的吸合值和釋放值。對電壓繼電器為吸和電壓U0和釋放電壓Ur；對電流繼電器為吸合電流和釋放電流。3．整定值：根據要求，對繼電器的動作參數進展人工調整的值。4．返回參數：是指繼電器的釋放值與吸合值的比值，用K表示。不同的應用場合要求繼電器的返回參數不同。5．動作時間：有吸合時間和釋放時間兩種。吸合時間是指線圈承受電信號起，到銜鐵完全吸合所需的時間；釋放時間是指從線圈斷電到銜鐵完全釋放所需的時間?！踩场㈦姶攀诫妷豪^電器與電流繼電器1．電磁式電壓繼電器1〕．過電壓繼電器：在電路中用于過電壓保護。當線圈為額定電壓時，銜鐵不吸合，只有當線圈電壓高于其額定電壓一定值時，銜鐵才吸合相應觸頭動作；當線圈電壓低于繼電器釋放電壓時，銜鐵返回釋放狀態，相應觸頭也返回到原始狀態。2〕．欠電壓繼電器：在電路中用于欠電壓保護。當線圈電壓低于額定電壓時，銜鐵就吸合，而當線圈電壓很低時銜鐵才釋放。2．電磁式電流繼電器1〕．過電流繼電器：正常工作時，線圈流過負載電流，銜鐵不吸合；當流過線圈的電流超過一定值時，銜鐵吸合使觸頭動作，常閉觸頭翻開，切斷接觸器線圈電路，使接觸器線圈釋放，接觸器主觸頭斷開主電路，起到保護作用。2〕．欠電流繼電器：正常工作時，線圈流過額定電流，銜鐵處于吸合狀態；當負載電流減小至繼電器釋放電流時，銜鐵釋放，觸頭恢復到原始狀態。欠電流繼電器只用于直流電路中。3．電磁式中間繼電器中間繼電器的特點是觸頭數量較多，在電路中起增加觸頭數量和中間放大作用。有交流和直流繼電器之分?！菜摹?、繼電器的選用1．類別的使用：AC-11控制交流電磁鐵，DC-11控制直流電磁鐵。2．額定工作電流和額定工作電壓的選用：繼電器線圈電壓應為額定值，繼電器的最高電流應小于額定發熱電流。3．工作制的選用：繼電器的工作制應與使用場合的工作制一致。4．繼電器返回系數的調節：應根據控制要求進展繼電器返回系數的調節。三、時間繼電器當承受到輸入信號，經過一段時間后執行機構才動作的繼電器稱為時間繼電器?！惨弧场⒅绷麟姶攀綌嚯娧訒r型時間繼電器該繼電器是在直流電磁式電壓繼電器的鐵心上增加一個阻尼銅套，其構造見圖5-3。直流電磁式斷電延時型時間繼電器是利用電磁阻尼原理產生延時的。這種時間繼電器只能用于斷電延時，延時時間僅為0．3～5s，只能用于延時短且要求不高的場合?！捕场⒖諝庾枘崾綍r間繼電器1．構造與工作原理空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼原理獲得延時的。它由電磁機構、延時機構、觸頭系統三局部組成。延時方式有通電延時和斷電延時兩種。構造圖見圖5-4?？諝庾枘崾綍r間繼電器的延時時間為0.4～180s，但精度不高。2．空氣阻尼式時間繼電器的典型產品〔見書P133〕〔三〕、電動機式時間繼電器見圖5-5JS11-1型電動機式時間繼電器構造原理圖當同步電機8通電后，帶動減速齒輪7與差動輪系6一起轉動，差動輪系z1與z3在軸上空轉，z2在另一個軸上空轉，而轉軸不轉。當需要延時時，接通電磁鐵線圈，使離合電磁鐵吸合，將齒輪z3剎住。于是，齒輪z2的旋轉只能以z3為軌跡連同其軸作圓周運動。當軸上的凸輪隨著軸轉動到適宜位置，它就推動脫扣機構，使延時觸頭動作，并通過一對常閉觸頭的分斷，切斷同步電機電源。需要復位時，只要斷開離合電磁鐵的電源，所有機構將在復位游絲的作用下復位。電動機式時間繼電器具有延時精度高、延時范圍寬等特點，但也存在構造復雜、壽命短、體積大等特點，一般用于要求延時精度高的場合。〔四〕、電子式時間繼電器以JS1系列晶體管時間繼電器為例。見圖5-6JS1系列晶體管時間繼電器原理圖當電源通電時，晶體管V1立即導通，V2截止，繼電器K不動作。同時，電源通過電位器RP和R對電容充電，a點電位逐漸上升，當a點電位高于b點電位時，二極管VD1導通，使V2截止，而V2變為導通，繼電器K的線圈有電流通過，使觸頭動作。調節RP值可調節延時時間。四、熱繼電器熱繼電器主要用于電動機的長期過載保護?！惨弧场㈦p金屬片熱繼電器的構造及工作原理雙金屬片熱繼電器由熱元件、觸頭系統、復位按鈕、電流整定裝置和溫度補償元件組成。見圖5-7雙金屬片熱繼電器原理圖〔二〕、具有斷相保護功能的熱繼電器當電動機的定子繞組采用△接法時，必須采用三相構造帶斷相保護裝置的熱繼電器。〔三〕、熱繼電器的選用熱繼電器的額定電流應按電動機額定電流選擇，對過載能力較差的電動機，通常按電動機額定電流的60%～80%來選擇熱繼電器的額定電流。五、溫度繼電器與速度繼電器〔一〕、溫度繼電器溫度繼電器可以深入電動機內部，直接測量電動機的溫度，可以做到及時保護電動機。見圖5-8熱敏電阻并聯接線的溫度繼電器〔二〕、速度繼電器速度繼電器主要由轉子、定子及觸頭系統三局部組成，轉子是一個圓柱形永久磁鐵，定子是一個籠型空心圓環形，由硅鋼片疊成，并嵌有籠形導條。工作原理：速度繼電器的轉子軸與被控電機的軸相連，當電機運行時，速度繼電器的轉子隨電動機軸轉動，永久磁鐵形成旋轉磁場，定子中的籠形導條切割磁力線而產生感應電動勢，形成感應電流，在磁場的作用下產生電磁轉矩，使定子隨轉子旋轉方向轉動，但由于有返回杠桿擋住，故定子只能隨轉子方向轉動一定角度。當定子偏轉到一定的角度時，在杠桿7的作用下使常閉觸點翻開，敞開觸點閉合。當被控電動機轉速下降時，速度繼電器轉子也下降，使電磁轉矩減小，當電磁轉矩小于反作用彈簧的反作用力時，定子返回原位，速度繼電器的觸點也恢復原位。見圖5-9速度繼電器構造原理圖。第31、32課時課題：熔斷器、開關電器、主令電器教學目的和要求:了解熔斷器、開關電器、主令電器的構造。掌握熔斷器、開關電器、主令電器的工作原理、圖形符號、文字符號。會選用熔斷器、開關電器、主令電器。重點與難點:重點是正確選擇與使用熔斷器、開關電器、主令電器。難點是斷路器的動作機理、萬能轉換開關的符號意義。教學方法:以多媒體的形式將大量的圖片資料展現在學生的面前，加深學生的感性認識；并展示具體的實物讓學生真正看清其工作原理。以歸納的形式說明熔斷器、開關電器、主令電器的分類以及各種熔斷器、開關電器、主令電器的應用。預復習任務:課前的實訓課多留心觀察在用與即將使用的電器，課后分析總結。一熔斷器〔一〕、熔斷器的機構與工作原理熔斷器主要由熔體、絕緣管座、填料及導電部件組成。熔斷器在使用時，熔體與被保護電路串聯，當電路為正常電流時熔體溫度較低，當電路發生斷路故障時，熔體溫度急劇上升，使其熔斷，起到保護作用?！捕场⑷蹟嗥鞯闹饕夹g參數1〕額定電壓：是熔斷器長期工作時的電壓，其值一般要大于或等于熔斷器所接電路的額定電壓。2〕額定電流：指熔斷器長期工作，各部件溫升不超過允許溫升的最大工作電流。熔斷器的額定電流有兩種：一種是熔管額定電流，另一種是熔體額定電流。熔體的額定電流不允許大于熔管的額定電流?！踩?、熔斷器的選擇熔斷器的選擇包含熔斷器類型的選擇和熔體、熔斷器額定電流的選擇。1〕熔斷器類型的選擇：對于保護照明和電動機的熔斷器只考慮過載保護，熔體的熔化系數要小一些。熔斷器的額定電壓與保護電路相符。2〕熔體、熔斷器電流的選擇：①對于平穩、無沖擊電流的負載可按負載電流實際大小確定。②對單臺電動機：INP=〔1.5～2.5〕INM式中INP——熔體額定電流〔A〕。INM——電動機額定電流〔A〕。③多臺電動機共用同一熔斷器INP=(1.5～2.5)INMmax+∑INM式中INMmax——容量最大一臺電機的額定電流〔A〕∑INM——其余電機額定電流之和當熔體的電流確定后，熔斷器的電流應大于熔體電流來確定。二、刀開關與低壓斷路器〔一〕、刀開關和組合開關1．開啟式刀開關開啟式刀開關一般用于額定電壓交流380V、直流440V，額定電流至1500A的配電設備中作電源隔離之用。見圖5-10HD、HS系列刀開關構造示意圖刀開關圖形符號：QQ〔多線表示〕〔單線表示〕單極三極單極三極文字符號：Q或QG2．封閉式負荷開關封閉式負荷開關俗稱鐵殼開關，適合額定電壓在交流380V、直流440V，額定電流至600A的電路，作為手動、不頻繁的接通與分斷負載電路，一般用于控制交流異步電動機。見圖5-11HH系列負荷開關示意圖3．開啟式負荷開關開啟式負荷開關常用作交流380V、220V，額定電流至60A的照明配電線路和小容量的電動機非頻繁起動的操作開關。4．組合開關見圖5-12HZ系列組合開關構造圖圖形符號及文字符號：QBQB組合開關由分別裝在多層絕緣件內的動、靜觸頭組成，動觸頭裝在附有手柄的絕緣方軸上，手柄每轉動90°，觸頭便輪流接通或斷開。組合開關的特點是裝有動、靜觸頭的觸頭座可以一層一層地堆疊起來。5．刀開關的選用原則1〕根據使用場合，選擇刀開關的類型、極數及操作方式。2〕刀開關的額定電壓應大于或等于線路電壓。3〕刀開關的額定電流應大于或等于線路的額定電流。對于電動機負載，開啟式刀開關額定電流可取電機額定電流的3倍；封閉式刀開關額定電流可取為額定電流的1.5倍?！捕场⒌蛪簲嗦菲鞯蛪簲嗦菲鞯墓δ芟喈斢诘堕_關、熔斷器、熱繼電器、過電流繼電器及欠電壓繼電器的組合，是一種既有手動開關作用又能自動進展欠電壓、失電壓、過載和短路保護的開關電器。1．低壓斷路器的構造和工作原理見圖5-13低壓斷路器的工作原理1〕．主觸頭及滅弧裝置主觸頭用來接通和分斷主電路，并裝有滅弧裝置。2〕．脫扣器脫扣器是斷路器的感受元件，當電路出現故障時，脫扣器感測到故障信號后，經自由脫扣機構是斷路器主觸頭分斷。3〕．自由脫扣機構和操作機構自由脫扣機構是用來聯系操作機構與主觸頭的機構，當操作機構處于閉合位置時，也可操作分勵脫扣器進展脫扣，將主觸頭分開。4〕．工作原理低壓斷路器的三個主觸頭串接于三相電路中，經操作機構將其閉合，此時傳動桿3由鎖扣4鉤住，保持主觸頭閉合。當主電路出現過電流故障且到達過電流脫扣器的動作電流時，過電流脫扣器6的銜鐵吸合，頂桿向上將鎖扣4頂開，在分閘彈簧1的作用下是主觸頭斷開。當主電路出現欠電壓、失壓或過載時，則欠壓、失壓脫扣器及過載脫扣器分別將鎖扣頂開，使主觸頭斷開。2．低壓斷路器的主要技術參數1〕額定電壓：指斷路器在電路中長期工作的允許電壓。2〕額定電流：指脫扣器允許長期通過的電流。3〕斷路器殼架等級額定電流：指每一種框架或塑殼中能安裝的最大脫扣器的額定電流。4〕斷路器的通斷能力：指在規定操作條件下，斷路器能接通和分斷短路電流的能力。3．斷路器的選用1〕斷路器額定電壓等于或大于線路額定電壓。2〕斷路器額定電流等于或大于線路計算負荷電流。3)斷路器通斷能力等于或大于線路中可能出現的最大短路電流。4〕斷路器欠壓脫扣器額定電壓等于線路額定電壓。5〕斷路器分勵脫扣器額定電壓等于控制電源電壓。6〕長延時電流整定值等于電動機額定電流。7〕瞬時整定電流：對保護籠型異步電動機的斷路器，瞬時整定電流為〔8～15〕倍電動機額定電流；對于保護繞線式異步電動機的斷路器，其瞬時整定電流為〔3～6〕倍電動機額定電流。QF4．圖形符號及文字符號：QF〔三〕、漏電斷路器1．漏電斷路器的構造與工作原理漏電保護器是由操作機構、電磁脫扣器、觸頭系統、滅弧室、零序電流互感器、漏電脫扣器、試驗裝置等組成。1〕．零序電流互感器的工作原理見圖5零序電流互感器原理方框圖零序電流互感器是用來檢測漏電流信號，將其一次側漏電流變換為其二次側的交流電壓，經電子電路進展檢波、放大后，再由執行執行電路分斷供電線路，實現漏電保護功能。2〕．電磁式漏電脫扣器構造見圖5電磁式漏電脫扣器的構造電磁式漏電脫扣器由銜鐵、線圈、鐵心、永久磁鐵、分磁板、拉力彈簧和鐵軛組成。使用時，漏電脫扣器的線圈與零序電流互感器二次繞組相接，用來反映有無漏電流。3〕．電磁式電流動作型漏電斷路器的工作原理見圖5電磁式電流動作型漏電斷路器的工作原理圖??當電網正常運行時，不管三相負載是否平衡，通過零序電流互感器主電路的三相電流的向量和等于零，故其二次繞組中無感應電動勢產生，漏電斷路器的銜鐵被永久磁鐵的磁通Ф1所產生的吸力吸住，拉力彈簧被拉緊，漏電斷路器工作于閉合狀態。當出現漏電或觸電事故時，漏電或觸電電流通過大地回到電源配電變壓器的中性點，使三相電流的相量和不再等于零。零序電流互感器二次繞組中便產生了相對應于漏電電流的感應電壓U2，U2加在漏電脫扣器線圈上，使線圈中流過交變電流，從而產生交變磁通，Ф3有半個周期在方向上與永久磁鐵產生的磁通Ф1方向相反，互相抵消，使漏電脫扣器電磁吸力減小。當漏電電流到達一定值時，漏電脫扣器銜鐵在拉力彈簧作用下釋放，銜鐵上的鎖扣脫開，使脫扣機構動作，斷路器主觸頭斷開主電路。漏電脫扣器中設置分磁板是為了減少磁路對Ф3的磁阻，以提高動作靈敏度，同時防止永久磁鐵退磁老化。??2．漏電保護器的選用漏電斷路保護器有兩個功能：一是具有斷路器的功能，二是具有漏電保護的功能。斷路器的功能與一般低壓斷路器一樣，所以該功能的選擇與一般低壓斷路器的選擇一樣；漏電保護局部通過零序電流互感器來檢測被保護電路內相線和中性線的電流瞬時值，判斷對地泄漏電流的變化。漏電保護器的選擇考慮兩個條件：一是漏電保護器的漏電動作電流必須躲過電網正常泄漏電流。二是漏電保護器的漏電動作電流必須小于引起火災的最小點燃電流或人身安全電流。一般按一下原則選擇漏電保護器。1〕．漏電保護器的額定漏電不動作電流，應不小于電氣線路和設備的正常泄漏電流最大值的2倍。2〕．漏電保護器的額定動作電流為額定漏電不動作電流的2倍。3〕．電氣線路和設備泄漏電流值與分級安裝的漏電保護特性的配合：a.用于單臺用電設備時，漏電保護器動作電流應不小于正常運行實測泄漏電電流的4倍，但也不能過大，以免因漏電引起觸電事故和火災。b.配電線路的漏電保護器動作電流應不小于正常運行實測泄漏電流的2.5倍，同時還應不小于其中泄漏電流最大的一臺用電