电工电子ppt课件 七.ppt

1,电工电子技术与技能（非电类少学时）,程周主编,中等职业教育课程改革国家规划新教材配套多媒体资源,2,7.5 常用低压电器,7 常用电器,7.1 照明灯具,7.2 变压器,1,2,3,7.3 交流电动机,4,5,*7.4 直流电动机,3,照明用的电光源依据产生的方式可以分为热辐射光源与气体放电光源。热辐射光源发出的光是电流通过灯丝，将灯丝加热到高温辐射而产生。气体放电光源是借助两电极之间的气体电离激发而发光的。,7.1照明灯具,照明用光源的基本要求：,光效高，即用电少而亮度高，电源利用率高；寿命长；光色好,照明设备的性能指标：,光通量、光效和寿命。,照明用电光源依据产生方式分类,4,图7.1白炽灯结构,7.1照明灯具,1.白炽灯,白炽灯有插口式、螺口式两种，如图7.1为白炽灯结构。,5,图7.2 直管形荧光灯接线图,7.1照明灯具,2.荧光灯,不同类型的荧光灯接线图如图7.2、图7.3和图7.4所示。,图7.3 环形荧光灯接线图,图7.4 U形荧光灯接线图,6,图7.5高压钠灯结构图,7.1照明灯具,3.高压钠灯,高压钠灯属于气体放电灯，这种灯的放电管中充有钠蒸气，并用两个电极接通，其结构如图7.5所示。高压钠灯在安装时一般要求灯头在上，若灯头在下，灯泡轴线与水平线夹角不应超过200,7,图7.6三基色节能荧光灯结构示意图,7.1照明灯具,4三基色节能荧光灯,三基色节能荧光灯结构示意图如图7.6所示。三基色节能荧光灯的发光效率比普通荧光灯提高30左右。,8,图7.7LED照明灯灯头,7.1照明灯具,5LED灯,LED灯的主要器件是LED发光二极管，LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体器件，它可以直接把电能转化成光能。LED照明灯灯头如图7.7所示。,9,7.1照明灯具,常用电光源的适用场合如表7.1所示。,10,变压器是由铁心和线圈组成的。,铁心,线圈,铁心,线圈,1. 铁心：硅钢片叠压而成。小变压器也有用铁氧体或坡莫合金替代硅钢片。,变压器铁心一般分为心式和壳式两大类。,心式,壳式,7.2.1变压器的基本结构,7.2 变压器,11,7.2.1变压器的基本结构,12,2. 线圈(绕组)：小容量多用高强度漆包线绕制而成。一般有两个或以上绕组。接电源的绕组称为一次绕组，接负载的绕组称为二次绕组。,3变压器冷却装置: 油箱、散热器等。,4变压器的图形符号,12,34,1、2 为一次绕组,3、4 为二次绕组,u1、u2 分别为输入与输出电压,7.2.1变压器的基本结构,13,1空载运行,一次绕组接电源，二次绕组开路状态(如图示),k：匝数比,外加电压 u1， N1 中形成电流 i0 (空载电流)。,i0 产生工作磁通是 , 使,一次绕组,二次绕组,感应电动势 e1,感应电动势 e2,二次绕组与输出的空载电压 U2,因为 u1 e1，有效值 U1 E1= 4.44fN1 m,u2 e2，有效值 U2 E2= 4.44fN2 m,7.2.2变压器的工作原理,14,2变压器有载运行,一次、二次绕组电流有效值与匝数成反比。,在理想情况下,7.2.2变压器的工作原理,15,例 有一台降压变压器，一次绕组电压为 220 V，二次绕组电压为 110 V，一次绕组为 2200 匝，若二次绕组接入阻抗为 10 W 的阻抗，问变压器的变比、二次绕组匝数，一次、二次绕组中电流各为多少?,解 变压器变比为,二次绕组匝数为,二次绕组电流为,一次绕组电流为,7.2.2变压器的工作原理,16,在电源电压不变的条件下，变压器二次绕组电压 U2 与电流 I2 的关系，即外特性,U2 = f (I2),电压调整率,电压调整率越小越好，一般为 3% 5%。,7.2.3变压器的外特性,特点这是因变压器自身内阻抗压降引起的，U2 随负载电流的增大而降低。,17,1变压器的功率损耗,外加电压固定时磁通固定，铁损不变，称固定损耗。,主要有两部分,铁损,铜损,磁滞损耗,涡流损耗,铜损的大小随电流变化而变化，称可变损耗。,2变压器的效率,变压器效率一般在 95% 98% 以上，负载一般在 40% 60% 额定负载时效率最高。,7.2.4变压器的损耗及效率,18,电力系统一般采用三相制供电，变压器均系三相变压器。其工作原理与单相变压器相同。,三相变压器的结构,三套高压绕组 U1U2、V1V2、W1W2(一次绕组)。,三套低压绕组 u1u2、v1v2、w1w2(二次绕组)。,* 7.2.5三相电力变压器,19,工作时，一次绕组根据额定电压和电力网线电压可以接成星形或三角形；二次绕组根据供电需要可以接成星形或三角形。,* 7.2.5三相电力变压器,20,油浸式电力变压器,* 7.2.5三相电力变压器,21,* 7.2.6 特殊变压器,一次、二次绕组共用一个绕组的变压器称为自耦变压器。,优点,设一次绕组匝数为 N1，二次绕组匝数为 N2，则一次、二次绕组电压之比和电流之比与普通变压器相同，即,结构简单节省材料体积小成本低,缺点,一次、二次绕组之间有电的联系，使用时一定要注意安全，要正确接线。,1.自耦变压器,22,自耦变压器错误接线,这种接法因 U2 端接地，此时连接灯泡的每根导线对地的电压都是 200 V 以上，这对持灯人极不安全。,* 7.2.6 特殊变压器,23,外形图,* 自耦变压器可以用于升压,* 自耦变压器输出电压调节,把抽头制成能够沿线圈自由滑动的触点，靠手柄转动活动能点移动来调压。,一次绕组 U1U2 接 220 V 交流电压，u1u2 输出电压可在 0 250 V 范围内调节。,原理图,* 7.2.6 特殊变压器,24,在电工测量中，被测量的电量经常是高电压或大电流，为了保证测量者的安全及按标准规格生产测量仪表，必须将待测电压或电流按一定比例降低，以便于测量。用于测量的变压器称为仪用互感器。,电压互感器,互感器,电流互感器,是降压变压器。一次绕组接待测高压，二次绕组接电压表。,*需要 N2 N1；,* 通常二次绕组额定电压设计成标准值 100 V；,* 电压互感器可以接成三相使用；,* 使用互感器时，二次绕组不允许短路。,（1）电压互感器,* 7.2.6 特殊变压器,25,电流互感器的一次绕组串联在待测电路中，待测电流即为一次绕组电流。二次绕组接电流表，流过电流,N2 N1；通常二次绕组额定电流设计成标准值 5 A。,使用电流互感器时二次绕组不能开路。,（2）电流互感器,* 7.2.6 特殊变压器,26,* 7.2.6 特殊变压器,（b）图为电压互感器外形图 （c）图为电流互感器外形图,27,*用钳形电流表测量电流时不用断开电路，使用非常方便。,钳形电流表,将闭合铁心张开，被测载流导线钳入铁心窗口中，一次绕组 N1 = 1。铁心上绕有二次绕组，与测量表头连接，可直接读出被测电流的数值。,*若被测电流较小，可将一次边绕成 N 匝，钳入铁心窗口，其测量值,* 7.2.6 特殊变压器,28,* 7.2.6 特殊变压器,为了起弧容易，电焊变压器的空载电压一般为 60 80 V，当电弧起燃后，焊接电流通过电抗器产生电压降。调节电抗器上的旋柄可改变电抗的大小以控制焊接电流及焊接电压。维持电弧工作电压一般为 25 30 V。,电焊变压器是为满足电弧焊接的需要而设计制造的特殊的变压器。,3.电焊变压器,29,主要有两部分：定子和转子,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,7.3 交流电动机,三相笼型异步电动机结构如下图所示。,30,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,1定子,定子是电动机的固定部分。它包括：,a机壳,b定子铁心,定子铁心由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成内圆均匀分布槽孔；,c硅钢片内嵌置三相定子绕组。,(a)图为电动机定子外形(b)图为定子硅钢片,31,所以，定子绕组可以接成星形或三角形。,当电动机每相绕组额定电压等于电源的相电压时，绕组接成星形联结；等于电源的线电压时，绕组接成三角形联结。,三相异步电动机定子绕组属于三相对称负载,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,32,2 转子,是电动机的旋转部分。由转子铁心和转子绕组组成。,笼型转子,转子绕组又分笼型转子和绕线型转子。,转子绕组是在铁心槽内压进铜条，两端分别焊在两个铜环上。中小型电动机一般用熔化的铝浇铸成转子绕组。,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,33,铁心是由厚的硅钢片叠压而成的圆柱体，其外圆周冲有槽孔，以嵌置转子绕组。,铁心与笼型相同，但铁心槽内嵌置对称三相绕组并作星形联结。各相绕组首端通过滑环和电刷引到相应的接线盒里，在起动和调速时可在转子电路中串入附加电阻。,绕线型异步电动机能获得较好的起动与调速性能。,绕线转子,接线示意图,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,34,iU = Imsin t,iV = Imsin( t 120 ),iW = Imsin( t + 120 ),iU,iV,iW,相序 U1-V1-W1-U1,定子绕组分布,定子绕组,绕组中形成三相对称电流。,对称三相绕组,定子绕组作星形联结通入 三相对称电源。,2三相异步电动机的旋转磁场,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,35,iU, t = 0时, t,i,U1,V2,V1,U2,W1,W2,iU = 0iV 为负值iW为正值,iV,iW,旋转磁场的产生,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,36, t, t = 60时,i,U1,V2,V1,U2,W1,W2,60,iW = 0iV 为负值iU为正值,iU,iV,iW,0,旋转磁场的产生,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,37, t = 90时,U1,V2,V1,U2,W1,W2,90,iU 为正值iV 为负值iW 为负值, t,i,iU,iV,iW,0,旋转磁场的产生,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,38, t = 180时,U1,V2,V1,U2,W1,W2,iU = 0iV 为正值iW 为负值, t,i,iU,iV,iW,0,旋转磁场的产生,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,39,旋转磁场,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,40,空间相差 120 角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场,当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为360)。,综上分析可以得出：,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,41, t,i,iU,iV,iW,0,90,60,0,相序 U1 - W1 - V1 - U1,改变旋转磁场的转向,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,42,改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向, 三相异步电动机的转子旋转方向会改变。,综上分析可以得出：,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,43,前面讨论的旋转磁场是一对极磁场，当改变定子绕组在空间的排列，可以制成两对、三对或更多对磁极的旋转磁场，而磁极对数影响旋转磁场的转速。,电源的频率, 磁极对数,若 f1 = 50 Hz,旋转磁场的磁极对数 p 旋转磁场的转速 n0,旋转磁场的转速 n0,n0 的单位：r/min,7.3.1三相异步电动机的基本结构与旋转磁场,44,1转动原理,旋转磁场以同步转速 n0 顺时针方向旋转；,转子导线逆时针方向切割磁力线，产生感应电动势、感应电流；,转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用形成转矩，转子沿旋转磁场的方向异步转动 n n0。,7.3.2三相异步电动机的转动原理及转差率,45,2 异步电动机的转差率 s,n0 旋转磁场转速,n2 转子转速,电动机起动瞬间： n2 = 0，s = 1；,电动机空载运行： n2 接近 n0 ，转差率 s 最小 ；,电动机额定转差率： sN = 0.02 0.06。,例：某四极异步电动机接在频率为 50 Hz 的电源上，额定转速 nN = 1440 r/min ，求转差率 sN。,解：由已知条件知n0 = 1500 r/min,7.3.2三相异步电动机的转动原理及转差率,46,T 与 n2 的关系曲线称为电动机的机械特性曲线。,Tst,B,Tst：起动时电磁转矩；,TN：电动机带额定负载时的输出电磁转矩。,Tm：电动机具有的最大电磁转矩；,运行特性,(1) T T2 (负载转矩)通电电动机逐渐加速，转矩 T 沿,DC 段增大,Tm,沿 CA 段减小,T = T2 n2 不变,1.电磁转矩 T 与转子转速 n2 的关系曲线,7.3.3 三相异步电动机的运行特性,47,运行特性,(2)电动机工作在特性曲线 CA 段时，当负载变化电磁转矩会自动变化并与负载平衡，重新平衡时转速 n2 改变；若负载大于最大转矩 Tm , T 会沿 CD 线,减小至零堵转。堵转电动机电流 I = (4 7) IN ，时间稍长将损坏电动机。,(4)电动机的过载系数,电动机起动能力,一般为 2 2.2,，一般为 1.7 2.2,(3)AC 段为稳定运行区，转速下降很少 ，n0/nN 约为 2% 6%,7.3.3 三相异步电动机的运行特性,48,同理, 电动机在额定状态下运行则有,式中: TN 为电动机输出额定转矩，单位牛顿米(Nm)； PN 为电动机输出的额定功率，单位千瓦(kW)； nN 为电动机额定转速，单位是转每分(r/min)。,电动机带载运行的转矩为 T2，轴上输出的机械功率为 P2，转子的转速 n2，则,2. 转矩和功率的关系,7.3.3 三相异步电动机的运行特性,49,可以证明，电磁转矩 T 与电动机定子绕组上所加电压 U 的平方成正比。即,不同电源电压的转矩特性,n0,a,Tst,Tmax,nN,TN,d,电压降低时，电磁转矩迅速下降;,带载能力降低，若负载转矩大于最大转矩，电机会被迫停转，时间稍长，电机会因电流过大而损坏。,3.电磁转矩和电源电压的关系,7.3.3 三相异步电动机的运行特性,50,例某三相异步电动机额定功率 PN = 4 kW，额定转数 nN = 1440 r/min，过载能力为 2.2，起动能力为 1.8。试求额定转矩 TN、起动转矩 Tst、最大转矩 Tm。若电动机满载运行，定子电压下降 20% 时，电动机能否继续旋转？能否在此状态下满载起动？,起动转矩为,解 额定转矩,7.3.3 三相异步电动机的运行特性,51,当电压降低 20% 时，由于,满载运行时，因为负载转矩等于电磁转矩，TN = 26.5 Nm，小于 T ，降压后能在新的平衡点以新的转速稳定运行。,满载起动时，因为负载转矩等于电磁转矩，TN = 26.5 Nm，小于 Tst，降压后可满载直接起动。,最大转矩,7.3.3 三相异步电动机的运行特性,52,电动机的外壳上都有一块铭牌，标出了电动机的型号以及主要技术数据，以便能正确使用电动机。图示为一台三相异步电动机的铭牌。,7.3.4三相异步电动机的铭牌,53,电动机型号 Y 112 M - 4,额定转速 nN(1440 r/min)：表示电动机在额定运行时转子的转速。,额定功率 PN(4.0 kW)：表示电动机在额定工作状态下运行时输出的机械功率。,额定电压 UN(380 V)：表示定子绕组上应施加的线电压。,额定电流 IN(8.8 A)：表示电动机额定运行时定子绕组的线电流。,Y 系列异步电动机,机座中心高度112 mm,中机座 L长机座 S 短机座,旋转磁场为 4 个极(p = 2)。,7.3.4三相异步电动机的铭牌,54,防护方式(IP44)：表示电动机外壳防护在方式为封闭式电动机。,频率 f(50 Hz)：表示电动机定子绕组输入交流电源的频率。,工作制(工作制 S1)：表示电动机可以在铭牌标出的额定状态下连续运行。S2 为短时运行，S3 为短时重复运行。,绝缘等级(B级绝缘)：表示电动机各绕组及其他绝缘部件所用绝缘材料的等级。绝缘材料按耐热性能可分为 Y、A、E、B、F、H、C 七个等级。目前，国产 Y 系列电动机一般采用 B 级绝缘。,7.3.4三相异步电动机的铭牌,55,绝缘材料耐热性能等级,LW 82 dB： 电动机的噪声等级。,其他一些技术数据,温升：额定负载时绕组的工作温度与环境温度的差值。,功率因数：额定负载下定子电路的功率因数。,效率：电动机在额定负载时的效率，它等于额定状态下输出功率与输入功率之比，即,7.3.4三相异步电动机的铭牌,56,例某异步电动机，若 UN = 380 V，cosj = 0.82，Ist/IN = 7.0，PN = 4kW,效率 h = 0.84，求额定电流、起动电流。,可得,解根据效率公式,三相异步电动机结构简单，成本较低，运行可靠，使用和维护方便。可以用来拖动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备。据统计，90% 电力拖动电动机是异步电动机，异步电动机用电量占电网总负荷的 50% 以上。,7.3.4三相异步电动机的铭牌,57,日常生活中的电风扇、电冰箱、洗衣机、搅拌机等均采用单相异步电动机作动力。,U1U2：工作绕组，流过的电流为 i2；,V1V2：起动绕组，串有电容器，流过的电流为 i1；它们在空间互差 90。,转子为笼型,定子两个绕组：,1.电容分相式单相异步电动机,7.3.5单相异步电动机,58,选择适当电容可使电容分相式单相异步电动机中两个绕组中的电流相位差为 90。,在空间上互成 90 的两相绕组通入互差 90 的两相交流电，便产生旋转磁场。,7.3.5单相异步电动机,59,采用在起动绕组中串入电阻的方法也可使两相绕组中的电流在相位上存在一定的角度产生旋转磁场。,转动原理,与三相异步电动机相同。,定子磁极上开一个槽，将磁极分成两部分，较小部分套一个短路环 罩极。,罩极式单相异步电动机定子铁心做成凸极式，转子仍为笼型。,2.罩极式单相异步电动机,7.3.5单相异步电动机,60,罩极式单相异步电动机不能改变转向，它的起动转矩较小，一般用在空载或轻载起动的台扇、排风机等设备中。,原理：,当在定子绕组中通入单相交流电流时，铁心中的磁,通会从未罩部分向罩极移动，好像磁场在旋转，从而获得起动转矩。,7.3.5单相异步电动机,61,*7.4.1直流电动机的结构及转动原理,直流电动机主要由定子和转子两部分组成。,结构,转动原理,电流方向 Aa b c d B,电流方向 Ad c b a B,*7.4直流电动机,62,直流电动机定子磁极,永久磁铁,励磁绕组通入直流电产生,励磁绕组励磁方式：他励、并励、串励、复励。,7.4.2 直流电动机的励磁方式,63,直流电动机的机械特性曲线与励磁方式有关。,他励和并励直流电动机,具有硬机械特性。适用于需要调速的轧机、金属切削机床、纺织印染、造纸和印刷机械。,串励电动机,具有软机械特性。用于起重及交通运输机械上，如起重吊车、电瓶车、城市电车、电传动机车等。,7.4.2 直流电动机的励磁方式,64,复励电动机,复励电动机的机械特性曲线介于并励(他励)、串励两种电动机机械特性曲线之间。,适用于起动转矩较大转速变化不大的负载，如冶金辅助机械、空气压缩机等。,7.4.2 直流电动机的励磁方式,65,低压电器是指交流 1200 V、直流 1500 V 以下用来控制与保护用电设备的电器。将不同功能的低压电器组合，就可构成具有各种控制功能的电路，完成生产和生活设备对电气性能的要求。,闸刀开关是一种手动电器。主要用作电源的隔离开关或电源开关使用。,3,单刀符号,单刀开关,7.5.1闸刀开关,7.5 常用低压电器,66,做电源开关使用时，电动机的容量不能大于 7.5 kW。其额定电流应大于电动机额定电流的 3 倍。,三刀开关,符号,7.5.1闸刀开关,67,与闸刀开关不同是熔断器和刀片与刀座等安装在薄钢板制成的防护外壳内。,速断弹簧用来加快刀片与刀座分断速度，减少电弧。,铁壳开关外壳上还装有机械联锁装置。,可用在电力排灌、电热器等装置中。,7.5.2铁壳开关,68,组合开关外形,内部结构,手柄沿顺时针或逆时针转动，带动动触点与静触点接通或断开。,7.5.3组合开关(转换开关),符号,69,内部结构,用手按下按钮帽时，动触片向下移动，上面的动断触点先断开，下面的动合触点后闭合。当松开按钮帽时，在复位弹簧作用下，动触点复位。这种按钮称为复合按钮。,符号,7.5.4 按钮,70,熔断器是一种短路保护电器。当过大的短路电流流过易熔合金制成的熔体时，熔体迅速熔断，达到保护电路及电气设备的目的。,插入式熔断器,螺旋式熔断器,7.5.5熔断器,71,管式熔断器,填料式熔断器,7.5.5熔断器,72,是一种自动控制电器，属于电磁式开关。,结构是由电磁铁和触头组两部分组成。,电磁铁部分有静铁心、动铁心、吸引线圈、反力弹簧触头部分有静触点、动触点、主触点、辅助触点。,接触器原理示意图,工作原理：吸引线圈通电动铁心移动带动完成开关动作断电时，动铁心在反力弹簧作用下复位,7.5.6交流接触器,73,说明：,1. 主触点通常为 3 对动合触点，它的接触面积较大，允许流过的电流较大。,2. 主触头上都设有灭弧装置。用来减小主触头通、断时产生的电弧。,3. 辅助触头有动合与动断两种，触头处面积较小，允许通过的电流较小，不需要灭弧罩；,4. 交流接触器吸引线圈中通过的是交流电，因而电磁吸力在电流为零时也为零，会引起铁心在工作时发生振动，产生噪声。解决的办法是在铁心部分端面上嵌装短路环。若发现接触器噪声很大应重点检查短路环是否脱落或断裂。,7.5.6交流接触器,74,交流接触器外形结构图,7.5.6交流接触器,75,为过载保护电器。,7.5.7热继电器,外 形,符号,76,热继电器触点动作后需要复位,自动复位：将调节螺丝旋入实现自动复位。,手动复位：将调节螺丝旋出，冷却后手动按下复位按钮复位。,调节偏心凸轮可调节整定电流。,热继电器不能对电气设备实现短路保护。,7.5.7热继电器,77,又称自动开关，是一种能自动切断故障电路的保护电器。它可以对电气设备实现短路、过载和欠压保护。,外壳上有主触点“合”与“分”手柄，工作时手柄置“合”位。,7.5.8空气断路器,78,保护原理分析,1发生短路或严重过载，由于电流很大，过流脱扣器衔铁吸合，搭钩脱落，主触点断开，切断故障电路。,7.5.8空气断路器,79,2发生过载时，通过发热元件电流增大，产生热量使双金属片弯曲变形推动杠杆顶开搭钩，主触点断开。,3失压或电压过低，欠压脱扣器衔铁释放杠杆上移顶开脱钩。,7.5.8空气断路器,80,Thank You!,