建筑电气2

建筑电气华中科技大学电气学院第二章建筑电气的技术基础华中科技大学电气学院[例2.1]计算图2.5中电阻R上的电压Umn。已知Va=I0V，Ea=4V，Eb=3V。（P8）解：Uao=-Ea+Umn-Eb；Umn=Uao+Ea+Eb=10+4+3=17V电路概念华中科技大学电气学院P26iuRLC串联电路概念华中科技大学电气学院iuuc华中科技大学电气学院三相交流电路三相交流发电机的原理图如右，由定子和转子构成。定子又称电枢，定子铁心的内表面冲有槽，槽中对称嵌放了三个同样的线圈AX、BY、CZ，首端A、B、C之间空间彼此相隔120°，末端X、Y、Z之间也120°。中间可以转动的这部分称为转子，转子铁心上绕有励磁绕组，定子、转子之间空隙中的磁感应强度按正弦规律分布。华中科技大学电气学院磁极转动后，磁力线切割定子绕组、感应出电动势，当磁极转到A相绕组时，A相的电动势达到正的最大幅值，经120°后到达B相时，再经120°又使C相的电动势达到最大值，因此，这三相上的电动势交替达到最大值，彼此时间上相差120°华中科技大学电气学院三相交流电依次出现正幅值的顺序称为相序，在这里A相超前于B相，B相又超前于C相，C相又超前于A相，其相序为A—B—C，称为顺序；而相序A—C—B则与其相反，称为逆序。顺序逆序华中科技大学电气学院（2）三相电源的星形联接三相电源的星形联接如图，三相绕组的三个末端(X、Y、Z)联在一起，这个联接点称为中点或零点，用N表示，从中点引出的导线称为中线或零线。三个首端(A、B、C)引出的导线称为相线或火线。相线与中线之间的电压称为相电压，如图2.36中的uA、uB、uC，为相电压的瞬时值，华中科技大学电气学院由于三相电动势的最大值相等，所以三相电压的有效值UP相等，华中科技大学电气学院采用三相四线制供电，即将三根相线和一根中线引出，这样可得到常用的两种电压，380V的线电压和220V的相电压。图2.38所示为负载的星形联接方式，显然，各线电流即是相电流，而对中线来说，则有：华中科技大学电气学院P30华中科技大学电气学院华中科技大学电气学院(4)负载三角形联接的三相电路如图2.40所示，每相负载上的相电压等于电源的线电压，即：Up=UL在三角形联接的三相电路中，线电流不再等于相电流，按照基尔霍夫的电流定律有：华中科技大学电气学院三相负载对称时，可得到如图2．41所示的相量图，可求出线电流大小，显然：华中科技大学电气学院(5)三相电路的功率在三相电路中，无论负载采取何种联接方式，总的有功功率或无功功率分别等于各相有功功率或无功功率之和，即：华中科技大学电气学院华中科技大学电气学院华中科技大学电气学院华中科技大学电气学院磁路的基本物理量及基本定律1)磁感应强度B如图2.42，线圈通电以后产生的磁场、其磁力线集中于这个铁心中，这个铁心就是磁场的主磁路。而描述某一点的磁场的强弱和方向的物理量就是磁感应强度B，可用右手螺旋定则确定，单位是特斯拉(T)。2)磁通Φ磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，即：Φ=BS单位是韦伯(Wb)。3)磁动势F相当于电路中的电动势，单位是安匝(A)。F=NI华中科技大学电气学院4)磁场强度H根据安培环路定律可得到：∮Hdℓ=∑I在电流线圈匝数为N，磁路平均长度为ℓ的均匀磁场中：F=Hℓ=NI磁场强度的单位是安／米(A／m)，在这里，Hℓ又称为磁压降。5)磁导率μ衡量磁场中介质的导磁能力的物理量，B=μH磁导率的单位可经上式推导出来，是电感的单位亨利(H)。由实验测得的真空的磁导率为：μ0=4ЛX10－7H/m它是一个常数。其他物质的磁导率μ与真空磁导率μ0的比值称为该物质的相对磁导率μr。华中科技大学电气学院非磁性材料的磁导率接近真空的磁导率，磁性材料的磁导率则远远大于1。如图2.43所示。在磁性材料中，磁导率μ不是一个常数。磁性材料还有一个重要性质就是磁滞性，如图2.43所示的磁滞回线上，当磁场强度减小到零时，磁感应强度B并没有减小到零，这是由于磁性材料中会存在着剩磁。华中科技大学电气学院6)磁阻和电路中的电阻一样，磁路中也有磁阻Rm。(2)磁路定律1)磁路欧姆定律这个表达式与欧姆定律的表达式I=U／R很相似，所以称为磁路欧姆定律。华中科技大学电气学院华中科技大学电气学院变压器原理图2.46，与电源相联的绕组称为原绕组或一次绕组，与负载相联的绕组称为副绕组或二次绕组。原、副绕组的匝数分别为N1和N2。当原绕组接上交流电压u1后，便有电流i1，磁动势i1N1，在闭合的铁心中产生交变的磁通Φ，该磁通与原副绕组相交链，产生感应电动势e1、e2，如果副绕组接有负载，那么副绕组中就有电流i2流过，这时，副绕组中的磁动势i2N2也会产生出沿铁心闭合的磁通，所以铁心中的磁通Φ是由原、副绕组的磁动势共同作用产生的，称为主磁通。华中科技大学电气学院LZKZKZ2221华中科技大学电气学院°华中科技大学电气学院5)转差率在三相异步电动机中，转子的转速n是不可能达到同步转速no的。因为，如果n=n。，则转子绕组与旋转磁场之间就没有了相对运动，导条就无法切割磁力线，也就产生不了感应电势、转子电流以及电磁转矩，所以，这类电机也因此称为异步电动机，即转子的转速n与同步转速n。之间肯定是有差别的，而这种转速之间的相差程度就用转差率S来表示：由于三相异步电动机的额定转速与同步转速很接近，所以其转差率相当小，在额定转速下只有1％-9％，而电机在起动的瞬间n=0，所以S=1，此时转差率达到最大。00nnnS华中科技大学电气学院给出的华中科技大学电气学院(4)三相异步电动机的起动电机起动时定子绕组上的线电流称为起动电流Ist。它是额定电流IN的5—7倍，大的起动电流使线路电压下降，影响线路上的负载的正常运行。通常采用：1)直接起动2)鼠笼式电动机的降压起动由于外加电压的降低会使起动转矩显著减小，因此，降压起动只能用于空载或轻载下的起动。降压起动主要有下面几种方式：①星形一三角形(Y一△)换接起动这种方式只适用于定子绕组在工作时为三角形联接的电机，在起动时把它接成星形，达到一定转速后再改接成三角形，这样，在起动时定子绕组上的电压只有正常工作电压的1／而起动电流则为直接起动的1／3，②自耦变压器降压起动3华中科技大学电气学院3)绕线式异步电动机的起动现在常用的方式是在转子电路中串接频敏变阻器来起动绕线式异步电动机。频敏变阻器实际上是一种特殊的三相线圈，起动时转差率很高，使频敏变阻器的阻抗很大。随着转速的升高，转差率减小，频敏变阻器的阻抗也逐渐变小，以降低转子电路中的能耗。由于起动时转子电阻的增大会使起动转矩升高，因此，这种方式常用于要求起动转矩较大的生产机械上，如卷扬机、起重机等。华中科技大学电气学院(5)三相异步电动机的调速根据转速公式：改变电动机的转速有三种方式：1)改变电源频率f1调速利用变频器不仅能实现电机的无级调速，而且可以改善电机的起动性能、实现对电机的各种保护，同时还节约能源。2)改变极对数p调速通过改变电动机定子绕组的接线方式，就可以改变极对数p3)改变转差率s调速这种方式只适用于绕线式电机，常用在起重设备上。在转子电路中接入调速变阻器，改变转子回路的电阻值，就可改变电机的转速。华中科技大学电气学院2)接法电机定子的三相绕组有星形和三角形两种联接方式，如图2．57所示。如果电源线电压都是380V，在星形联接的电机中，每相绕组所承受的电压为220V，而在三角形联接的电机中，每相绕组所承受的电压为380V，因此，在使用电机时必须严格按照铭牌上标注的接法进行联接。华中科技大学电气学院4)电流铭牌中所标注的电流为电动机的额定电流人，即电动机在额定运行时流过定子绕组的线电流。5)功率与效率铭牌中所标注的功率为电动机的额定功率凡，即电动机在额定运行时从轴上输出的机械功率，而电动机的输入功率为电动机从电源取用的电功率，它除了产生机械功率外，在其转换过程中还有铜耗、铁耗及机械损耗等，而效率叩就是输出的机械功率与输人的电功率的比值。华中科技大学电气学院6)功率因数由于电动机是感性负载，定子相电流比相电压要滞后一个甲角，因此，电动机在额定负载下的c晶甲就是电动机的功率因数。值得注意的是电动机的效率和功率因数是随着轴上输出率的大小而变化的，在空载或半载时其效率和功率因数都很低，所以应尽量让电动机工作在满载状态。华中科技大学电气学院2．5继电接触器控制系统用接触器、继电器和按钮等有触点电器组成的电气控制系统，称为继电接触器控制系统。利用继电接触器控制系统可控制电机的工作状态，如起动、停止、反转、调速、制动等，也可控制电热、照明等负载的通电、断电，并可通过对电磁阀的控制实现对气动、液压等设备的控制。利用继电接触器控制系统可实现生产过程的自动化和远距离操作，控制电器一般都具有两个基本组成部分，即感受部分和执行部分。感受部分接受外界输人的信号，并通过转换、放大、判断，作出有规律的反应，使执行部分动作；执行部分多为触点，触点分为常开触点和常闭触点两类，常开点在无外界输入信号时断开，在受到感受部分的作用时闭合，而常闭点的状态则刚好相反，通过触点的通断就可实现对电路的通断控制。华中科技大学电气学院(1)按钮按钮是一种结构简单、操作方便的手动开关，常用来接通或断开额定电流较小的控制电路。在电路图中按钮常用SB来表示。(2)行程开关行程开关又称限位开关。它是利用运行机械上的某些部件的碰撞而使其动作的开关元件。在电路图中行程开关常用ST表示。(3)交流接触器交流接触器是用于远距离控制电压至380V、电流至600A的交流电路，以及频繁地起动和控制的交流电动机。接触器主要由电磁机构、触点系统和灭弧装置等几部分组成。交流接触器的触点可分为主触点和辅助触点，主触点允许通过大电流，用以通断主电路；辅助触点允许通过较小的电流，用以通断控制回路。接触器在电路图中常用KM来表示。华中科技大学电气学院(4)继电器继电器按输入信号的性质可分为：电压继电器、电流继电器、功率继电器、速度继电器、压力继电器等；按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、电动式继电器和电子式继电器等；按功用又可分为中间继电器、时间继电器、信号继电器等。华中科技大学电气学院(5)自动开关－QK自动开关又称自动空气断路器。自动开关一般都具有专门的灭弧装置，在正常情况下可用来不频繁地接通和断开电路以及控制电机，同时在电路发生严重的过载、短路以及失压等故障时，能够自动切除故障电路，有效地保护电源和串接在它后面的电气设备。图2.59是自动开关的工作原理图。华中科技大学电气学院2.5.2常用电动机控制系统对于小容量电动机，如果不需要进行频繁的起、停操作，可直接采用自动开关进行控制。但当电动机容量较大，起、停频繁或要采取各类降压起动方式，以及需要进行各种控制时，就需要通过专门的控制回路对电动机进行控制。因此，电动机的控制系统中包含了两个部分：主回路和控制回路。主回路是电动机线圈的电源电路，主要有接通电源的自动开关，控制电机的接触器主触点和进行过载保护的热继电器；控制回路是对接触器线圈进行操作控制，为了保障操作者的安全，可使用低电压电源。华中科技大学电气学院(1)电动机单向运行控制线路图2.60是三相笼型异步电动机单向运行控制线路。它由自动开关QK1、接触器KM的常开触点、热继电器KH的热元件与电动机M构成主回路，由停止按钮SB1、起动按钮SB2、接触器KM的线圈和常开辅助触点、热继电器的常闭触点KH和控制回路的电源开关QK2组成控制回路。起动时，合上开关QK1，引人三相电源，再合开关QK2接通控制回路电源，这时按下起动按钮SB2，接触器KM的线圈得电动作，其主触点闭合，电动机接通电源后起动运转。华中科技大学电气学院电动机接通电源后起动运转同时，与SB2，并联的KM的常开点闭合，当手松开使SB2复位时，KM的线圈仍可通过其闭合的常开点得电，从而保持电机的连续运行。这种依靠接触器自身触点而使线圈保持通电的现象就称为自锁，起自锁作用的触点称为自锁触点。要使电动机停下来，只需按下停止按钮S