《電路檢測與安裝》課件學(xué)習(xí)情境3

學(xué)習(xí)情境3

三相用電設(shè)備的連接與測試學(xué)習(xí)情境3.1三組日光燈電路的連接

第一部分基礎(chǔ)知識

第二部分拓展學(xué)習(xí)

第三部分技能實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)情境3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的連接及測量

第一部分基礎(chǔ)知識

第二部分技能實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)情境3.1

三組日光燈電路的連接

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.熟悉三相電源的線電壓、相電壓、連接、對稱等概念。

2.會測量三相交流電的相序。

3.會將日光燈進(jìn)行分組連接,清楚日光燈對稱分組的意義。

4.會測量三相電路的功率。

5.能利用仿真軟件設(shè)計(jì)電路。

6.能列出完成工作所需元器件和工具。

7.能規(guī)范編寫技術(shù)文檔，能記錄制作過程和測試結(jié)果，并能制作課件匯報(bào)工作成果。要求：

(1)施工照明為日光燈和白熾燈混合照明，需裝60W白熾燈90盞(cosj1=1)，40W日光燈210盞(cosj2=0.5)，它們的額定電壓都是220V，由380V/220V電網(wǎng)供電。試分配其負(fù)載并指出應(yīng)如何接入電網(wǎng)。

(2)施工動(dòng)力設(shè)備為三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，由380V/220V的電網(wǎng)供電。將其接入電網(wǎng)并能正常使用。第一部分基礎(chǔ)知識

知識鏈接一三相交流電源

1.三相交流電源

1)什么是三相交流電源

三相交流電源是指由三個(gè)頻率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流電勢組成的電源系統(tǒng)。由三相交流電源作為供電電源的體系稱為三相制，目前世界上的電力系統(tǒng)普遍采用三相制。三相交流電較單相交流電有很多優(yōu)點(diǎn)，它在發(fā)電、輸配電以及電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能方面都有明顯的優(yōu)越性。例如：制造三相發(fā)電機(jī)、變壓器都較制造單相發(fā)電機(jī)、變壓器省材料，而且構(gòu)造簡單、性能優(yōu)良。又如，用同樣材料所制造的三相電機(jī)，其容量比單相電機(jī)大50%；在輸送同樣功率的情況下，三相輸電線較單相輸電線可節(jié)省有色金屬25%，而且電能損耗較單相輸電時(shí)少。在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用最廣的三相異步電動(dòng)機(jī)也是由三相電源供電的。由于三相交流電具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以獲得了廣泛應(yīng)用。

2)三相交流電是怎樣產(chǎn)生的

圖3-1所示為三相交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。三個(gè)相同線圈在定子上均衡布置，每個(gè)線圈的平面互成120°角。轉(zhuǎn)子由直流電流勵(lì)磁在定子、轉(zhuǎn)子之間形成一個(gè)按正弦規(guī)律分布的磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，并以勻速按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每相繞組依次切割磁力線，會在繞組中產(chǎn)生頻率相同、幅值相等、相位互差120°的正弦電動(dòng)勢eU、eV、eW。電動(dòng)勢的參考方向選定為自繞組的末端指向始端，如圖3-2所示。設(shè)每個(gè)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間為T，由于三個(gè)線圈互成120°角，它們各自產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢達(dá)到最大值的時(shí)刻都相差T/3，感應(yīng)電動(dòng)勢e與時(shí)間t的關(guān)系如圖3-3所示。圖3-1三相交流發(fā)電機(jī)圖3-2三相交流繞組

3)三相交流電的表示

三相交流電動(dòng)勢的解析式為

eU=Emsinωt

eV=Emsin(ωt－120°)

eW=Emsin(ωt+120°)

(3-1)

用相量可表示為在三個(gè)繞組中產(chǎn)生的振幅相同、頻率相同、相位差均為120°的感應(yīng)電動(dòng)勢，稱為對稱三相電動(dòng)勢。每個(gè)繞組叫做電源的一相，U1U2、V1V2、W1W2分別稱為U相、V相、W相。對稱三相電動(dòng)勢的特點(diǎn)是其瞬時(shí)值之和恒為零。相量圖如圖3-3所示。圖3-3三相交流感應(yīng)電動(dòng)勢及相量圖

4)三相交流電的相序

三相交流電出現(xiàn)正的最大幅值的先后順序稱為相序，三相中任意一相確定為U相時(shí)，比U相滯后120°的定為V相，比V相滯后120°的定為W相。若三相順序?yàn)閁→V→W，稱為正序；相反，如果三相順序?yàn)閁→W→V，則稱為逆序。工程上通用的相序是正序，并用黃、綠、紅三色區(qū)分U、V、W三相。

可以用圖3-4所示電路來測定三相電源的相序，由此電路制成的儀器稱為相序指示器。任意指定電源的一相為U相，把電容C接到U相上，兩只白熾燈接到另外兩相上。接通三相電源，觀察兩組燈的明暗狀態(tài)，由于三相負(fù)載不對稱，所以加在V相上的電壓大于W相的電壓，從而使V相的燈泡亮度要大于W相的燈泡亮度。因此，在通電后，即可以根據(jù)兩盞燈的亮暗程度判斷三相交流電的相序。圖3-4三相交流電相序的測量三相電源的相序可用相序表來測量。實(shí)用相序表電路如圖3-5(a)所示。電壓表接在U相端鈕和不對稱負(fù)載的中性點(diǎn)。當(dāng)電路接入三相電源后，電壓表讀數(shù)小于某一值時(shí)(相序表面板上有標(biāo)識符號)為正序，即被測電源相序與儀表標(biāo)注相序相同。大于某一值時(shí)為逆序，如圖3-5(b)所示。圖3-5相序表

2.三相交流電源的連接

1)連接方式

工業(yè)上用的三相交流電有的直接來自三相交流發(fā)電機(jī)，但大多數(shù)還是來自三相變壓器。對于負(fù)載來說，它們都是三相交流電源，其接法有星形接法和三角形接法。由于三角形接法存在環(huán)流問題，所以低壓配電系統(tǒng)中三相電源通常采用星形接法，多采用三相四線制給負(fù)載供電。星形接法的表達(dá)符號是Y，是把發(fā)電機(jī)三組線圈的末端U2、V2、W2連接成一點(diǎn)N，該點(diǎn)稱為中性點(diǎn)。中性點(diǎn)N的引出線稱為中線或零線，若中線接地，則中線又稱為地線。從每組線圈的始端U1、V1、W1引出的三根線稱為電源的端線(相線)，俗稱火線，三相電源的星形連接如圖3-6所示。在星形接線中，我們常見的三相四線制供電設(shè)備中引出的四根線，就是三根火線一根地線。除了三相四線制的供電方式外，星形連接的三相電源還可以通過三根火線對負(fù)載供電，這種供電方式稱為三相三線制。圖3-6三相電源的星形連接三角形連接的表達(dá)符號是△。三相電源繞組首尾相連組成閉環(huán)，在三個(gè)連接點(diǎn)處向外引出三根火線，即構(gòu)成三角形連接，如圖3-7所示。

應(yīng)該指出，三相電源作三角形連接時(shí)，要注意接線的正確性，當(dāng)三相電壓源連接正確時(shí)，三角形閉合回路中總的電壓為零；但若有一相接反，就會在電源回路內(nèi)形成很大的環(huán)流從而燒壞電源繞組。為避免此類現(xiàn)象，連接電源時(shí)，可先將三個(gè)繞組接成一個(gè)開口三角形，經(jīng)一電壓表閉合，若電壓表讀數(shù)為零，說明連接正確，可撤去電壓表將回路閉合。

三相電源采用三角形連接時(shí)只能通過三根火線向負(fù)載供電，此時(shí)只能構(gòu)成三相三線制供電系統(tǒng)。圖3-7三相電源的三角形連接

2)三相電源的相電壓與線電壓

在三相電源采用星形連接時(shí)，三相電源提供兩種電壓，一種是相線與中線(火線與地線)之間的電壓，叫做相電壓，用UU、UV、UW表示，相電壓的方向規(guī)定從相線指向中線，一般用UP表示相電壓。另一種是每兩根相線之間的電壓，叫做線電壓，用UUV、UVW、UWU表示，其方向規(guī)定從前一個(gè)下標(biāo)相指向后一個(gè)下標(biāo)相，一般用UL表示線電壓。

各相電壓為

所以

可見，每一個(gè)線電壓與相應(yīng)相電壓的關(guān)系是：線電壓的大小為相電壓大小的倍，且超前相應(yīng)相電壓30°，即(3-2)相量圖如圖3-8所示。當(dāng)UP=220V時(shí)，UL=220

V≈380V。通常在低壓配電系統(tǒng)中用到的220V、380V電壓，就是三相四線制供電時(shí)的相電壓和線電壓。三相四線制供電方式可以向負(fù)載提供兩種電壓，而三相三線制供電系統(tǒng)只能提供一種電壓。圖3-8三相電源的相電壓、線電壓三相交流發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可靠等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。世界各國的電力系統(tǒng)基本都采用三相對稱交流電源進(jìn)行供電，但各國的電力系統(tǒng)電源的頻率、相電壓、線電壓采用的標(biāo)準(zhǔn)不同，如：相電壓為110V、127V、115V、120V，線電壓為200V、230V、240V等，頻率為50Hz、60Hz。在使用電器時(shí)應(yīng)特別注意電器對電壓與頻率額定值的要求，避免損壞電器。

3)電源的幾種特殊情況分析

故障現(xiàn)象：三相相電壓有一相為零，其余兩相的電壓大小不變；而三個(gè)線電壓只有一個(gè)是正常的380V，其余兩個(gè)等于相電壓大小(220V)，如圖3-9所示。

故障原因：三相電源中相電壓為零的一相短路。

故障現(xiàn)象：三相相電壓有一相為零，其余兩相的電壓大小不變；而兩根火線間的電壓只有一個(gè)是正常的380V，其余兩個(gè)等于零，如圖3-10所示。圖3-9三相四線制一相電源短路圖3-10三相四線制一相電源斷路故障原因：三相電源中相電壓為零的一相斷路。

三相四線制中的零線截面，通常選為相線截面的1/2左右。當(dāng)然也不得小于按機(jī)械強(qiáng)度要求所允許的最小截面。在單相線路中，由于零線和相線所通過的負(fù)載電流相同，因此零線截面應(yīng)與相線截面相同。知識鏈接二三相交流負(fù)載

1.三相電路的連接

1)單相負(fù)載的接入

工作時(shí)需用一個(gè)交流電源的負(fù)載屬于單相負(fù)載。例如建筑施工現(xiàn)場的照明設(shè)備、電焊設(shè)備都屬于單相用電設(shè)備。

對于三相總線路而言，使用單相負(fù)載時(shí)，為保證中性線電流盡可能小，需要將多個(gè)單相負(fù)載盡量均衡地分別接到三相電路中，而不應(yīng)把它們集中在三相電路中的其中一相。至于單相負(fù)載應(yīng)連接在火線與零線之間還是連接在兩根火線之間，則取決于負(fù)載的額定電壓要求。若單相設(shè)備的額定電壓為220V，則只需把負(fù)載接在任意一根火線和中線之間即可。若設(shè)備額定電壓為380V，則應(yīng)將設(shè)備接在兩根火線之間。

2)三相負(fù)載的接入

三相負(fù)載指的是工作時(shí)需三相電源同時(shí)供電的負(fù)載，最常見的三相負(fù)載如三相異步電動(dòng)機(jī)、三相電爐等。建筑施工現(xiàn)場的塔吊、卷揚(yáng)機(jī)、攪拌機(jī)等設(shè)備都屬于典型的三相異步電動(dòng)機(jī)。

對于三相負(fù)載，需要先將三相負(fù)載進(jìn)行連接，然后再將其接到三相電源上。三相負(fù)載的連接方式有星形連接(Y)(見圖3-11)和三角形連接(△)(見圖3-12)兩種接法，至于采用哪種方法，要根據(jù)負(fù)載的額定電壓和電源電壓確定。如果負(fù)載的額定電壓等于三相電源的線電壓，則負(fù)載需采用三角形連接。如果負(fù)載的額定電壓等于三相電源的相電壓，則負(fù)載需采用星形連接。如果負(fù)載的額定電壓既不等于三相電源的線電壓，又不等于電源相電壓，則負(fù)載和電源之間需采用變壓器進(jìn)行連接。三相負(fù)載的三個(gè)接線端總與三根火線相連。圖3-11三相負(fù)載的星形連接圖3-12三相負(fù)載的三角形連接

2.三相電路的計(jì)算

1)三相電路相電流、線電流的概念

當(dāng)負(fù)載接入電源系統(tǒng)后，系統(tǒng)中就存在電流，我們把每一相負(fù)載上流過的電流稱為相電流，相電流的大小用IP來表示?；鹁€上通過的電流稱為線電流，用IL來表示。另外，使用三相電路時(shí)，中線上流過的電流稱為中線電流。

2)三相對稱電路與三相不對稱電路

通常情況下，三相電源電壓及三根輸電線阻抗是對稱的，當(dāng)三相負(fù)載完全相同時(shí)，稱為對稱負(fù)載。當(dāng)對稱三相負(fù)載接入三相電源時(shí)，構(gòu)成的電路稱為三相對稱電路；否則，稱為不對稱三相電路。

3)對稱負(fù)載星形連接時(shí)的計(jì)算

三相對稱電路如圖3-13所示。IU、IV

、IW

為三個(gè)線電流，其方向由電源指向負(fù)載。IUN′、IVN′、IWN′為三個(gè)相

電流，其方向由火線指向零線。圖3-13三相對稱電路由圖可以看出，三相負(fù)載星形連接時(shí)，相電流等于線

電流。IN

為中線電流，其方向由負(fù)載指向電源。當(dāng)三相電路輸電線上阻抗不能忽略時(shí)，存在中點(diǎn)電壓UN′N，其相量計(jì)算式為(3-3)此時(shí)各相負(fù)載中通過的電流為當(dāng)三相電路對稱時(shí)，上式中的分子為零，就有即三相電路對稱時(shí)中點(diǎn)電壓為零。對稱時(shí)各相負(fù)載中通過的電流為(3-4)三相對稱時(shí)的中線電流為從電流的觀點(diǎn)來看，對稱時(shí)中線為零相當(dāng)于開路。因此，在對稱三相電路中，中線的有、無對電路無影響。結(jié)論：

(1)負(fù)載相電壓等于電源相電壓，負(fù)載線電壓等于電源線電壓。

(2)由于三相電路對稱，因此各相負(fù)載的端電壓和電流也是對稱的，三相電路的計(jì)算可歸結(jié)為一相進(jìn)行，即采用單相法計(jì)算三相電路。三相對稱電路的單相等效電路如圖

3-14所示。圖3-14三相對稱電路的單相等效圖單相法分析步驟如下：

①根據(jù)電路給定條件確定參考相量，一般選U相電壓。

②應(yīng)用單相電路的分析方法求出U相電路的待求量。

③根據(jù)對稱關(guān)系寫出其它兩相的待求量。

④在一相電路計(jì)算中，中線阻抗不起作用，N與N′之間等電位。

(3)當(dāng)三相負(fù)載對稱時(shí)，中線上電流為零，這意味著負(fù)載中點(diǎn)電位與電源中點(diǎn)電位相等，此時(shí)可取消中線，采用三相三線制供電。

4)不對稱負(fù)載星形連接時(shí)的計(jì)算

當(dāng)三相負(fù)載不對稱時(shí)，是否也可以采用三相三線制來供電呢？

圖3-15是不對稱三相電路采用星形連接且又無中線時(shí)的電路，圖中：(3-6)圖3-15三相不對稱電路當(dāng)ZU、ZV、ZW互不相等時(shí)，。所以，三相負(fù)載不對稱且無中線時(shí)，中點(diǎn)電壓不再為零，這一現(xiàn)象稱為中性點(diǎn)偏移，如圖3-16所示。中性點(diǎn)電壓偏移較大時(shí)，將造成各相負(fù)載端電壓嚴(yán)重不對稱，致使有的負(fù)載相電壓過低導(dǎo)致負(fù)載不能正常工作，而有的負(fù)載相電壓過高使電器有燒損的可能。此時(shí)各相負(fù)載由于端電壓不平衡均不能正常工作。圖3-16中性點(diǎn)電壓的偏移此時(shí)采用三相四線制可以解決上述問題。圖3-17所示為負(fù)載不對稱時(shí)使用的三相四線制電路。圖3-17三相四線制電路在圖中：(3-7)此時(shí)，雖說，但由于ZN的存在，使減小，且ZN越小，越小，理想狀態(tài)下，當(dāng)ZN趨于0時(shí)，亦趨于0。這樣，在不取消中線時(shí)，各相由于中線的存在而各自保持獨(dú)立性，各相的工作狀態(tài)可以分別計(jì)算。若ZN→0，則各相電流計(jì)算如下(3-8)

5)系統(tǒng)故障分析

在三相照明系統(tǒng)中，試分析下列情況:

(1)U相短路。

①中性線未斷，如圖3-18所示。此時(shí)U相短路電流很大，將U相熔斷絲熔斷，而V相和W相未受影響，其相電壓仍為220V，能正常工作。

②中性線斷開。此時(shí)負(fù)載中性點(diǎn)N′即為U，因此負(fù)載各相電壓為圖3-18U相短路中性線未斷

此情況下，V相和W相的電燈組上所加的電壓都超過額定電壓(220V)，這是不允許的。

(2)U相斷路。

①中性線未斷，如圖3-19所示。V、W相電燈組仍承受220V電壓，正常工作。

②中性線斷開，變?yōu)閱蜗嚯娐?。如圖3-20所示。由圖可求得圖3-19U相斷路中性線未斷圖3-20U相斷路中性線斷開此情況下，由于W相的電燈組承受電壓超過額定電壓(220V)，而V相的電燈組承受電壓不足額定電壓(220V)，因此兩組負(fù)載均不能正常工作。

6)三相負(fù)載的三角形連接的計(jì)算

僅考慮三相對稱負(fù)載ZA=ZB=ZC=Z，且線路阻抗為零的情況，電路及相量圖如圖3-21所示。圖3-21三相負(fù)載三角形連接及相量圖此時(shí)負(fù)載的每一相的相電壓為

負(fù)載的每一相的相電流為負(fù)載產(chǎn)生的線電流為同理:(3-9a)(3-9b)

[例3-1]某大樓為日光燈和白熾燈混合照明，需裝60W白熾燈90盞(cosj1=1)，40W日光燈210盞(cosj2=0.5)，它們的額定電壓都是220V，由380V/220V的電網(wǎng)供電。試分配其負(fù)載并指出應(yīng)如何接入電網(wǎng)。計(jì)算這種情況下的線路電流。

解：該照明系統(tǒng)與電網(wǎng)連接圖如圖3-22所示。

由于白熾燈和日光燈均為單相負(fù)載，所以，接入三相電源系統(tǒng)前，首先要對負(fù)載分組，根據(jù)題目要求，每相帶負(fù)載為：白熾燈30盞，日光燈70盞。負(fù)載額定電壓均為220V，在由380V/220V的電網(wǎng)供電時(shí)，需取用電源系統(tǒng)相電壓，因此，將負(fù)載如圖3-22接入電源。圖3-22照明系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接由于三相電路為對稱電路，所以采用單相法對其進(jìn)行計(jì)算。單相電路如圖3-23所示。圖3-23照明系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接的單相圖設(shè)=220∠0°，對白熾燈回路：P1U=60×30=1800W

P1U=UUI1Ucosφ1cosφ1=1對日光燈回路：P2U=40×70=2800W

P2U=UUI2Ucosφ2cosφ2=0.5則有

[例3-2]

某大樓電燈發(fā)生故障，第二層樓和第三層樓所有電燈都突然暗下來，而第一層樓電燈亮度不變，試問這是什么原因？該樓的電燈是如何連接的？同時(shí)發(fā)現(xiàn)，第三層樓的電燈比第二層樓的電燈還暗些，這又是什么原因？

分析：大樓的電燈連接如圖3-24所示。假設(shè)一、二、三層樓的電燈分別接在U、V、W三相上。大樓發(fā)生故障時(shí)，第一層電燈正常工作，而第二層、第三層電燈均變暗，說明故障點(diǎn)出現(xiàn)在中性線上，但在第一層負(fù)載連接點(diǎn)之后，如圖中P點(diǎn)，當(dāng)故障現(xiàn)象發(fā)生后，一層樓的電燈仍承受220V電壓，所以其亮度不變。但二、三層樓的電燈串聯(lián)接在380V線電壓上，由于分壓，每一相的實(shí)際電壓低于額定電壓，所以電燈亮度變暗，三樓的電燈多于二樓電燈，其等效電阻R3<R2，所以三樓電燈比二樓電燈更暗。圖3-24某大樓的電燈接線圖知識鏈接三三相交流電路的功率及測量

1.三相電路的功率

1)三相電路的有功功率

在三相電路中，三相負(fù)載的有功功率是各相負(fù)載有功功率之和。即

P=PU+PV+PW

其中，PU、PV、PW為各相負(fù)載的有功功率。

PU=UUIUcosjU

PV=UVIVcosjV

PW=UWIWcosjW即

PP=UPIPcosjP

式中：PP——各相功率，單位為瓦特(W)；

UP——各相電壓，單位為伏特(V)；

IP——各相電流，單位為安培(A)；

cosjP——各相功率因數(shù)。

當(dāng)負(fù)載對稱時(shí)PU=PV=PW，所以，P=3PU；當(dāng)負(fù)載星形連接時(shí)，UL=

UP,IL=IP；當(dāng)負(fù)載三角形連接時(shí)；IL=IP,UL=UP。

所以三相對稱電路的總的有功功率為(3-10)式中：P——三相交流電路的有功功率，單位為瓦特(W)；

UL——三相交流電的線電壓，單位為伏特(V)；

IL——三相交流電的線電流，單位為安培(A)；

jP——每一相的阻抗角，即相電壓與相電流的相位差。

由于線電壓及線電流容易測得，而且三相設(shè)備銘牌標(biāo)識的也是線電壓和線電流，所以功率多由線電壓和線電流計(jì)算而得。

2)三相電路的無功功率

在三相電路中，三相負(fù)載的無功功率也是各相負(fù)載無功功率之和，即

Q=QU+QV+QW

其中，QU、QV、QW為各相負(fù)載的無功功率，其值為每相相電壓乘以相電流及其夾角的正弦。當(dāng)負(fù)載對稱時(shí)

(3-11)式中：Q——三相交流電路的無功功率，單位為乏(Var)；

UL——三相交流電的線電壓，單位為伏特(V)；

IL——三相交流電的線電流，單位為安培(A)；

jP——每一相的阻抗角，即相電壓與相電流的相位差。

3)三相電路的視在功率

在三相電路中，三相負(fù)載的視在功率為(3-12)式中：S——視在功率，單位為伏安(VA)；

U——三相電路線電壓有效值，單位為伏特(V)；

I——三相電路線電流有效值，單位為安培(A)。

2.三相電路功率的測量

1)“一瓦特計(jì)”法

在對稱的三相交流電路中，可用一只功率表測出其中一相的功率，乘以3就是三相總功率，這種測量方法稱為“一瓦特計(jì)”法。

“一瓦特計(jì)”法接線原則：功率表的電流線圈串接于任一根端線中，而電壓線圈并聯(lián)在本端線與中線之間，功率表的讀數(shù)乘以3就是三相總功率。

2)“三瓦特計(jì)”法

三相四線制電路中，負(fù)載一般是不對稱的，需分別測出各相功率后再相加，才能得到三相總功率，測量電路如圖

3-25所示，這種測量方法稱為“三瓦特計(jì)”法。

“三瓦特計(jì)”法接線原則：三只功率表的電流線圈分別串接于三根端線中，而電壓線圈分別并聯(lián)在本端線與中線之間，接線時(shí)注意電壓線圈與電流線圈“*”端的連接?！叭咛赜?jì)”法測量功率時(shí)，每只功率表的讀數(shù)為每相負(fù)載的有功功率，PP=UPIPcosjP，三只功率表的代數(shù)和就是三相電路的總功率。由于測量時(shí)－90°<cosjP<90°，所以功率值不會出現(xiàn)負(fù)值。圖3-25“三瓦特計(jì)”法測功率

3)“二瓦特計(jì)”法

對于三相三線制電路，不論其對稱與否，都可用圖3-26所示電路來測量負(fù)載的總功率，這種方法稱為“二瓦特計(jì)”法。

“二瓦特計(jì)”法測量三相功率時(shí)，

式中：P1、P2——兩塊功率表測得的功率;

UUW、UVW——兩塊功率表電壓線圈所接的線電壓;

IU、IV——兩塊功率表電流線圈所接的線電流;、——功率表電壓線圈、電流線圈之間的相位差;

j——阻抗角，即相電流滯后于相電壓的相位角。圖3-26“二瓦特計(jì)”法測功率設(shè)三相負(fù)載為感性對稱負(fù)載，則相量圖如圖3-27所示。圖3-27“二瓦特計(jì)”法測功率時(shí)電壓、電流相量圖

(3-13)即通過W1、W2兩只功率表的讀數(shù)，可獲知三相電路的總功率。利用“二瓦特計(jì)”法測量功率時(shí)，當(dāng)負(fù)載為純電阻時(shí)，j=0，P1、P2均為正值；當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載，且j>60°時(shí)，P2為負(fù)值，當(dāng)負(fù)載為容性負(fù)載，且j<－60°時(shí)，P1為負(fù)值。上述兩種情況下，功率表W1或W2的指針反方向偏轉(zhuǎn)，利用功率表上的轉(zhuǎn)換開關(guān)，可以使指針正偏，但此時(shí)功率表讀數(shù)應(yīng)取負(fù)值。注意功率表的正確使用及線路連接，若有一個(gè)表讀數(shù)為負(fù)，可通過“＋”“－”轉(zhuǎn)換開關(guān)使指針仍正向偏轉(zhuǎn)，但測量結(jié)果應(yīng)計(jì)為負(fù)值?！岸咛赜?jì)”法測量三相電路的功率時(shí)，單只功率表的讀數(shù)無物理意義。當(dāng)負(fù)載為對稱的星形連接時(shí)，由于中線中無電流流過，所以也可用二瓦特計(jì)法測量功率。但是二瓦特計(jì)法不適用于不對稱三相四線制電路。“二瓦特計(jì)”法接線原則：兩只功率表的電流線圈分別串接于任意兩根端線中，而電壓線圈分別并聯(lián)在本端線與第三根端線之間，這樣兩只功率表讀數(shù)的代數(shù)和就是三相電路的總功率。注意電壓線圈與電流線圈“*”端的連接。

利用“二瓦特計(jì)”法不僅可以測量對稱三相電路的有功功率、無功功率，還可以測量負(fù)載的功率因數(shù)角(即判斷負(fù)載的性質(zhì))。結(jié)論：

(1)“一瓦特計(jì)”法用來測量對稱三相交流電路的功率。

(2)“二瓦特計(jì)”法用來測量三相三線制電路的功率。

(3)“三瓦特計(jì)”法用來測量三相四線制電路的功率。知識鏈接四三相電度表

三相電度表用于測量三相交流電路中電源輸出(或負(fù)載消耗)的電能。它在結(jié)構(gòu)上采用多組驅(qū)動(dòng)部件和固定在轉(zhuǎn)軸上的多個(gè)鋁盤的方式，以實(shí)現(xiàn)對三相電能的測量。根據(jù)被測電能的性質(zhì)，三相電度表可分為有功電度表和無功電度表；由于三相電路接線形式的不同，又有三相三線制和三相四線制之分，也有轉(zhuǎn)盤式和電子式的區(qū)分。電子式電度表運(yùn)用模擬或數(shù)字電路得到電壓和電流相量的乘積，然后通過模擬或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量功能，它除具有電能計(jì)量功能外，還具有預(yù)收費(fèi)管理、在線功率顯示、智能防竊電、過流保護(hù)等多種功能，進(jìn)一步滿足了科學(xué)用電、合理用電的需求，是老式機(jī)電式電度表的替代產(chǎn)品。

1.結(jié)構(gòu)

電度表主要由電壓線圈、電流線圈、計(jì)數(shù)裝置、控制裝置、接線端子、架及外殼組成。

按照結(jié)構(gòu)的不同，三相電度表也分為三相三元件式和三相二元件式。三相四線制有功電度表采用的是三相三元件的結(jié)構(gòu)。由三個(gè)驅(qū)動(dòng)元件和裝在同一轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)鋁盤所組成，它的讀數(shù)直接反映了三相所消耗的電能。三相三線制有功電度表采用三相二元件的結(jié)構(gòu)，兩組驅(qū)動(dòng)部件作用于裝在同一轉(zhuǎn)軸上的兩個(gè)鋁盤(或一個(gè)鋁盤)上。三相有功電度表的接線方式如圖3-28所示。圖3-28三相二元件、三元件有功電度表及接線端子按照使用方式的不同，三相電度表也分為直接接入式和經(jīng)互感器接入式。在低電壓(不超過500V)和小電流(幾十安)的情況下，電度表可直接接入電路進(jìn)行測量。在高電壓或大電流的情況下，電度表不能直接接入線路，需配合電壓互感器或電流互感器使用。

2.三相電度表的主要技術(shù)指標(biāo)

(1)準(zhǔn)確度等級：電度表標(biāo)有①或②的標(biāo)志，①代表電度表的準(zhǔn)確度為1%，或稱1級表；②代表電度表的準(zhǔn)確度為2%，或稱2級表。

(2)標(biāo)定電流(額定電流)：標(biāo)明于表上作為計(jì)算負(fù)載的基數(shù)電流值，符號為Ib。

(3)額定最大電流：電度表能長期正常工作，誤差和溫升完全滿足要求的最大電流值，符號為Imax。

(4)額定電壓：電壓線圈額定工作電壓。對于三相電度表，直接接入式三相三線電度表的額定電壓為：3×380V；直接接入式三相四線額定電壓為：3×380/220V。

(5)電度表常數(shù)：電度表記錄的電能與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)或脈沖數(shù)之間關(guān)系的比例數(shù)，其單位為r/kWh或imp/kWh。

(6)額定頻率：50Hz。

3.三相電度表的使用

電度表在出廠前經(jīng)檢驗(yàn)合格，加鉛封，即可安裝使用。

1)選用

使用三相電度表時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用場合、情況的不同選擇相應(yīng)的電度表。對于直接接入線路的電度表，要根據(jù)負(fù)載電壓和電流選擇合適的規(guī)格，電度表的額定電壓應(yīng)與電源電壓一致；額定電流應(yīng)大于或等于負(fù)載電流。經(jīng)電壓互感器接入的電度表，額定電壓為100V；電流量程的選擇應(yīng)使線路常用負(fù)載電流等于或接近銘牌上的標(biāo)定電流，負(fù)載的最小電流不應(yīng)低于電度表標(biāo)定電流的10%。另外，負(fù)載的用電量要在電度表額定值的10％以上，否則計(jì)量不準(zhǔn)，甚至有時(shí)根本無法帶動(dòng)鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)。所以電度表量程不能選得過大，以保證計(jì)量精度，但也不宜選得過小，以免燒壞電度表。

2)接線

在低電壓(不超過500V)和小電流(幾十安)的情況下，電度表直接接入電路進(jìn)行測量。如果用電量比較大，線路的用電電流超過了電度表的額定電流，就要加裝電流互感器。

電度表按照接線端鈕盒上接線圖進(jìn)行接線，安裝電度表時(shí)，應(yīng)使用絕緣銅導(dǎo)線，截面積要滿足負(fù)載電流要求，但不能小于2.5mm2。接線時(shí)要按正相序接線，相線和零線不可接錯(cuò)。

(1)直接接線。

三相四線電度表的直接接線如圖3-29所示。這種電度表共有11個(gè)接線樁，從左至右按1~11編號，其中1、4、7是電源相線的進(jìn)線樁，用來連接從總?cè)蹟嗥飨陆泳€樁引來的三根相線；3、6、9是相線的出線樁，分別接總開關(guān)的三個(gè)進(jìn)線樁；10、11是電源中性線的進(jìn)線樁和出線樁；2、5、8三個(gè)接線樁可空著，但連接片不可拆下。即1與2、4與5、7與8相連。

(2)間接接線。

三相四線電度表的間接接線如圖3-30所示。電流互感器的安裝與接線方式如下：圖3-29三相四線電度表的直接接線①一次線路連接P1、P2，二次線路連接S1、S2。

②二次側(cè)不允許安裝熔斷器，不允許開路運(yùn)行；出線端接地。

這種三相電度表需配用三只同規(guī)格的電流互感器。接線時(shí)把從總?cè)蹟嗥骱邢陆泳€樁或電源開關(guān)下接線樁引來的三根相線分別與三只電流互感器一次側(cè)的“P1”接線樁直接連接，同時(shí)用三根絕緣導(dǎo)線從這三個(gè)“P1”接線樁引出，分別與電度表2、5、8三個(gè)接線樁連接。然后用三根絕緣導(dǎo)線從三只電流互感器二次側(cè)的“S1”接線樁引出，與電度表1、4、7三個(gè)進(jìn)線樁連接。再用三根絕緣導(dǎo)線一端連三只電流互感器二次側(cè)的“S2”接線樁；另一端連電度表3、6、9三個(gè)出線樁，三只電流互感器二次側(cè)“S2”接線樁用根導(dǎo)線與電度表外殼連接接地；最后用三根絕緣導(dǎo)線把三只電流互感器一次側(cè)的“P2”接線樁分別與總開關(guān)三個(gè)進(jìn)線樁連接起來,并把電源中性線與電度表10號進(jìn)線樁連接,11號接線樁是用來連接中性線的出線，接線時(shí)應(yīng)先將電度表接線盒內(nèi)的三塊連片(2、5、8)都拆下。圖3-30三相四線電度表的間接接線第二部分拓展學(xué)習(xí)

安全用電之保護(hù)接地

保護(hù)接地是為保證電工設(shè)備正常工作和人身安全而采取的一種用電安全措施。它是把正常情況下不帶電，而在故障情況下可能帶電的電氣設(shè)備外殼、構(gòu)架、支架通過接地裝置和大地接連起來。保護(hù)接地的作用就是使電氣設(shè)備不帶電的金屬部分與接地裝置之間具有良好的金屬連接，降低接點(diǎn)的對地電壓，避免人體觸電危險(xiǎn)。

1.接地的基本概念

1)接地與接地裝置

電氣設(shè)備的任何部分與大地(土壤)間具有良好的電氣連接稱為接地。

接地是確保電氣設(shè)備正常工作和安全防護(hù)的重要措施。電氣設(shè)備接地通過接地裝置實(shí)現(xiàn)。接地裝置由接地體和接地線組成。與土壤直接接觸的金屬體稱為接地體；連接電氣設(shè)備與接地體之間的導(dǎo)線(或?qū)w)稱為接地線。接地裝置將電工設(shè)備和其他生產(chǎn)設(shè)備上可能產(chǎn)生的漏電流、靜電荷以及雷電電流等引入地下，從而避免人身觸電和可能發(fā)生的火災(zāi)、爆炸等事故。

2)接地的類型

(1)工作接地：為滿足電力系統(tǒng)或電氣設(shè)備的運(yùn)行要求，而將電力系統(tǒng)的某一點(diǎn)進(jìn)行接地，稱為工作接地，如電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地。

(2)防雷接地：為防止雷電過電壓對人身或設(shè)備產(chǎn)生危害，而設(shè)置的過電壓保護(hù)設(shè)備的接地，稱為防雷接地，如避雷針、避雷器的接地。

(3)保護(hù)接地：為防止電氣設(shè)備的絕緣損壞，將其金屬外殼對地電壓限制在安全電壓內(nèi)，避免造成人身電擊事故，將電氣設(shè)備的外露可接近導(dǎo)體部分接地，稱為保護(hù)接地。

3)接地電阻

接地電阻主要是電流在地下流散途徑中土壤的電阻。各種電氣設(shè)備接地裝置的接地電阻值見表3-1。

2.保護(hù)接地措施——IT系統(tǒng)

1)不接地配電網(wǎng)電擊的危險(xiǎn)性

在低壓電網(wǎng)電源中心點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中使用電氣設(shè)備時(shí)，若不采取保護(hù)措施，一旦發(fā)生如圖3-31所示觸電情況，則電流通過人體、大地及其他相形成回路。此時(shí)，若線路絕緣很好，觸電發(fā)生時(shí)對人的危害較小，例如：絕緣電阻達(dá)到0.5MΩ及以上時(shí)，若人體電阻取1700Ω時(shí)，則流過人體的電流為1.31mA。但當(dāng)線路絕緣下降時(shí)，觸電現(xiàn)象發(fā)生時(shí)對人的危害就很大，例如：絕緣電阻下降為5000Ω，人體電阻取1700Ω時(shí)，流過人體電流為

65mA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人體安全電流(30mA)的限制。所以，在電源中心點(diǎn)不接地的系統(tǒng)(或通過高阻抗接地的系統(tǒng))中使用電氣設(shè)備時(shí)，存在電擊的危險(xiǎn)性，這時(shí)必須采取安全用電措施——保護(hù)

接地。

圖3-31在電源中心點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中發(fā)生的觸電

2)保護(hù)接地在觸電發(fā)生時(shí)的作用

如圖3-32所示，是在電源中心點(diǎn)不接地的系統(tǒng)(或通過高阻抗接地的系統(tǒng))中使用電氣設(shè)備時(shí)，采取保護(hù)接地措施。保護(hù)接地裝置的接地電阻為RA，該電阻和人體之間是并聯(lián)關(guān)系，有了這個(gè)并聯(lián)電阻，觸電現(xiàn)象一旦發(fā)生，故障電流IE會在人體電阻和保護(hù)電阻兩條支路中分流，而且電阻阻值越小，分流電流越多。假設(shè)觸電仍然發(fā)生在線路絕緣電阻為5000Ω，人體電阻取1700Ω的情況下，此時(shí)，若保護(hù)接地電阻RA=4Ω，則流過人體的電流為0.31mA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于沒有保護(hù)接地電阻時(shí)的65mA，因此，為了消除用電過程中的安全隱患，在電源中心點(diǎn)不接地的系統(tǒng)(或通過高阻抗接地的系統(tǒng))中使用電氣設(shè)備時(shí)，一定要采取保護(hù)接地措施。保護(hù)接地系統(tǒng)稱為IT系統(tǒng)，其中：I表示電源部分不接地或通過阻抗接地；T表示電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分接地的系統(tǒng)。圖3-32保護(hù)接地的作用

3.IT系統(tǒng)的應(yīng)用

保護(hù)接地措施的應(yīng)用對象為各種不接地配電網(wǎng)。在這樣的系統(tǒng)中，各種電氣設(shè)備的金屬外殼、配電裝置的金屬構(gòu)架、金屬遮攔、金屬門等都需保護(hù)接地。

IT方式供電系統(tǒng)在供電距離不是很長時(shí)，具有供電可靠性高、安全性好的特點(diǎn)。一般用于不允許停電或嚴(yán)格要求連續(xù)供電的場所，例如醫(yī)院手術(shù)室、電力煉鋼、礦井等。該系統(tǒng)中無中性線，任何帶電部分嚴(yán)禁接地，對帶電部分的絕緣要求較高，要求裝設(shè)絕緣監(jiān)視及接地故障報(bào)警或顯示裝置。安全用電之保護(hù)接零

1.在電源中心點(diǎn)接地的系統(tǒng)中為什么不采取保護(hù)接地

如圖3-33所示，是在電源中心點(diǎn)接地的系統(tǒng)中采用了保護(hù)接地措施，這樣能否達(dá)到安全用電的目的呢？該系統(tǒng)中一旦發(fā)生觸電事故，則220V的相電壓加在由保護(hù)接地電阻RA與人體電阻RP相并聯(lián)再串工作接地電阻RN，此時(shí)，故障電流大小為故障設(shè)備對地電壓為若電源電壓為220V，人體電阻取1700Ω，RA=RN=4Ω,則IK=27.5A，UP=110V。由此可以看出，在電源中心點(diǎn)接地的系統(tǒng)中采用保護(hù)接地措施是存在局限性的，它只能減小故障現(xiàn)象發(fā)生時(shí)故障設(shè)備對地電壓，從而減輕觸電后果，但并不能完全保障用電者的安全性。圖3-33保護(hù)接地在電源中心點(diǎn)接地系統(tǒng)中的局限性

2.保護(hù)接零

1)保護(hù)接零

由于在電源中心點(diǎn)接地的系統(tǒng)中采取保護(hù)接地具有局限性，因此，在該系統(tǒng)中，通常采用保護(hù)接零做為安全保障措施。保護(hù)接零是在電源中性點(diǎn)直接接地的低壓電力系統(tǒng)中，將用電設(shè)備的金屬外殼與供電系統(tǒng)中的零線或?qū)Ｓ昧憔€直接做電氣連接，其作用是當(dāng)電氣設(shè)備的金屬外殼帶電時(shí)，使其變成單相短路故障，因零線的阻抗很小，單相短路電流將使用電系統(tǒng)中的保護(hù)裝置迅速而準(zhǔn)確的動(dòng)作，切斷事故電源，保證人身安全。保護(hù)接零系統(tǒng)稱為TN系統(tǒng)，其中：T表示配電網(wǎng)中性點(diǎn)直接接地；N表示電氣設(shè)備金屬外殼與電源零線相接。

TN系統(tǒng)具體又分為TN-C、TN-S和TN-C-S三種供電系統(tǒng)。

(1)TN-C系統(tǒng)(三相四線制)。

TN-C系統(tǒng)如圖3-34所示。TN-C系統(tǒng)中TN表示在用電過程中，電源的中心點(diǎn)是接地的，通常我們使用的220V/380V低壓配電系統(tǒng)就是中心點(diǎn)接地的系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中用電時(shí)，將電氣設(shè)備的金屬外殼與電源系統(tǒng)的零線相連接。圖3-34

TN-C系統(tǒng)在圖3-34中，零線是指從電源中心點(diǎn)引出的線。零線在使用時(shí)有兩種功能，一種是電氣設(shè)備正常工作時(shí)，需要接在火、零線之間，具有這種功能的零線叫做工作零線，用N來表示。零線的另一種功能是用電時(shí)將設(shè)備正常工作不帶電的金屬外殼與零線相連，形成保護(hù)接零，具有這種功能的零線叫做保護(hù)零線，簡稱保護(hù)線，通常用PE來表示。N線和PE線的功能在TN-C系統(tǒng)中是合一的，這就是C所表示的含義。TN-C系統(tǒng)的好處是工作零線兼做接零保護(hù)線——PEN線，比較經(jīng)濟(jì)，但這個(gè)系統(tǒng)存在很大的局限性，即系統(tǒng)中三相負(fù)荷不平衡時(shí)，PEN線上有不平衡電流，此時(shí)，電氣設(shè)備金屬外殼對地有一定電位。三相不平衡電流越大，越靠近線路末端，用電過程的危險(xiǎn)性越大。

(2)TN-S系統(tǒng)(三相五線制)。

TN-S系統(tǒng)如圖3-35所示。

與TN-C系統(tǒng)相比較，TN-S系統(tǒng)的工作零線N和保護(hù)零線PE在供電電源處嚴(yán)格分開。PE線稱為專用保護(hù)線，PE線上正常情況下無電流，只在故障時(shí)流過故障電流，確保系

統(tǒng)保護(hù)裝置動(dòng)作。

由于TN-S系統(tǒng)的N線與PE線嚴(yán)格分開，因此在正常用電過程中，設(shè)備金屬外殼對地是沒有電壓的，系統(tǒng)用電安全性能很高。這是目前推廣使用的供電方式。

在應(yīng)用TN-S三相五線系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意：

①保護(hù)零線不通過開關(guān)或熔斷器。圖3-35TN-S系統(tǒng)②保護(hù)零線的截面積不小于工作零線的截面積，同時(shí)滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求。

③保護(hù)零線的統(tǒng)一標(biāo)志為黃/綠雙色線，在任何情況下不將其作負(fù)載線用。

(3)TN-C-S系統(tǒng)(三相四線半制)。

TN-C-S系統(tǒng)如圖3-36所示。

TN-C-S系統(tǒng)是指用電系統(tǒng)中，靠近電源部分采用TN-C的方式供電，從系統(tǒng)某一點(diǎn)之后，將PEN線區(qū)分為N線和PE線，即采用TN-S的方式來供電。在建筑施工現(xiàn)場采用三相四線制供電，而施工現(xiàn)場又必須采用專用保護(hù)線PE時(shí)，可在施工現(xiàn)場總箱中進(jìn)線側(cè)零線做重復(fù)接地后引出一根專用PE線，這種系統(tǒng)就是實(shí)際應(yīng)用中的TN-C-S供電系統(tǒng)。圖3-36TN-C-S系統(tǒng)

2)TN系統(tǒng)的基本安全條件

在電源中性點(diǎn)直接接地的低壓電力系統(tǒng)中，采用保護(hù)接零的目的是當(dāng)電氣設(shè)備的金屬外殼帶電時(shí)，使其變成單相短路故障，單相短路電流使用電系統(tǒng)中的保護(hù)裝置迅速而準(zhǔn)確地切斷事故電源，從而保證人身及設(shè)備安全。因此，在TN系統(tǒng)中，保護(hù)裝置的反應(yīng)靈敏程度是決定用電過程是否安全的基本條件，對于配電干線和接向固定設(shè)備的配電線路，要求保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間不超過5s，即故障持續(xù)時(shí)間不得超過5s。

3)保護(hù)接零與保護(hù)接地不能同時(shí)使用

圖3-37是假設(shè)保護(hù)接零與保護(hù)接地共用。圖3-37保護(hù)接零與保護(hù)接地共用的危險(xiǎn)性在用電過程中，保護(hù)接地的設(shè)備發(fā)生了碰殼事故(火線和金屬外殼相碰)，此時(shí)，由保護(hù)接地電阻RA和工作接地電阻RN共同承受220V的相電壓，此時(shí)，電源中心點(diǎn)對地電壓約為110V，保護(hù)接零的設(shè)備由于接在電源中心點(diǎn)上，因此，它的金屬外殼對地也存在110V的電壓，這在用電過程中是十分危險(xiǎn)的。由此，在用電過程中，保護(hù)接地與保護(hù)接零共用會給用電過程帶來安全隱患。所以，特別強(qiáng)調(diào)：保護(hù)接零與保護(hù)接地不能同時(shí)使用！第三部分技能實(shí)訓(xùn)

基礎(chǔ)技能實(shí)訓(xùn)

三組日光燈的連接與測試

一、訓(xùn)練內(nèi)容

1．三相負(fù)載的星形連接、三角形連接。

2．理解中線的作用。

3.三相電路功率的測量。

二、器材準(zhǔn)備

三組日光燈常用電工工具萬用表、兆歐表、功率表實(shí)訓(xùn)臺三、訓(xùn)練要求

1. 會連接三相負(fù)載。

2. 按要求測試三相交流電源的線電壓、相電壓值，并將結(jié)果記錄于表3-2中。

3.理解單相負(fù)載均衡分配的實(shí)際意義。完成工作任務(wù)

1.建筑施工現(xiàn)場用電電路設(shè)計(jì)

由工作任務(wù)可知：建筑施工現(xiàn)場用電包含照明設(shè)備和動(dòng)力設(shè)備，本例中照明設(shè)備為單相用電設(shè)備，其額定低壓為220V，主要?jiǎng)恿υO(shè)備為三相用電設(shè)備，額定低壓為380V。所以，整體施工用電從用電需求和安全用電綜合考慮，采用三相五線制系統(tǒng)來供電。

由于白熾燈和日光燈均為單相負(fù)載，所以，接入三相電源系統(tǒng)前，首先要對負(fù)載分組，根據(jù)題目要求，每相帶負(fù)載為：白熾燈30盞，日光燈70盞。負(fù)載額定電壓均為220V，在由380V/220V的電網(wǎng)供電時(shí)，需取用電源系統(tǒng)相電壓，因此，將負(fù)載如圖3-38接入電源。圖3-38施工現(xiàn)場用電負(fù)載和電源的連接施工升降機(jī)、砼攪拌機(jī)、塔吊、卷揚(yáng)機(jī)等為施工現(xiàn)場的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，它們是由三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)運(yùn)行的，主要功能是取用三相電能并將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，它們是典型的三相負(fù)載，在將其接入電網(wǎng)時(shí)，首先要對其進(jìn)行連接，至于采用三角形連接還是星形連接，要根據(jù)設(shè)備銘牌來決定。將其連接后，接在電源的三根火線上。本例中，三相電源由變壓器提供，用電過程中，通過三相電度表來計(jì)量施工現(xiàn)場消耗的電能。在考慮三相電度表的接線方式時(shí)，由于施工現(xiàn)場照明電源電壓通常選用

220V，動(dòng)力設(shè)備選用380V的線電壓，所以，電壓可以直接接入三相電度表，而對于施工過程中取用的電流，則要根據(jù)具體的用電情況經(jīng)過計(jì)算來確定。一般小電流(幾十安)的情況下，三相電能表直接接入電路進(jìn)行測量。如果用電量比較大，線路的用電電流超過了電度表的額定電流，就要加裝電流互感器。如圖3-39是經(jīng)過互感器接入三相電度表的電路接線示意圖。圖3-39經(jīng)過互感器的三相電度表的接線

2.完成電路連接

按照電路要求，準(zhǔn)備元器件：三相電源、三相電度表、電流互感器、萬用表、白熾燈、日光燈、三相異步電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)線、電工工具、實(shí)訓(xùn)臺等。

清點(diǎn)電路中所用的設(shè)備及元器件，注意設(shè)備規(guī)格是否合乎使用要求，元器件性能是否良好，各元件額定參數(shù)和電源參數(shù)是否一致。按照電路圖能將三相電度表正確接入電路，能將白熾燈、日光燈、三相異步電動(dòng)機(jī)等負(fù)載接入三相電源。

3．完成電路測試

用萬用表、電度表對電路進(jìn)行測量，將結(jié)果填入自己設(shè)計(jì)的表格中，并能分析得到結(jié)論。

在完成工作任務(wù)的過程中，解決下列問題：

(1)了解對稱三相交流電的特征。

(2)三相交流電使用公共的中線時(shí)，各相電流怎樣形成通路？各相之間會不會產(chǎn)生相互影響的現(xiàn)象？

(3)如何用驗(yàn)電筆或400V以上的交流電壓表測出三相四線制供電線路上的火線和零線？

(4)掌握三相四線制供電體制中，線、相電壓之間的數(shù)量關(guān)系及相位關(guān)系。

(5)掌握星形連接的要點(diǎn)。

(6)理解不對稱負(fù)載在三相電源上的平均分配的意義。學(xué)習(xí)成果

1. 進(jìn)行電路設(shè)計(jì)并提供方案說明。

2. 進(jìn)行電路仿真設(shè)計(jì)、測試。

3. 項(xiàng)目進(jìn)程表及元件清單。

4. 安裝、調(diào)試好的三相電路。

5. 提交工作任務(wù)完成后的說明書及總結(jié)報(bào)告。學(xué)習(xí)情境3.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的連接及測量

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 會讀三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)。

2. 會測試三相異步電動(dòng)機(jī)的基本性能。

3. 會使三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。

4. 能利用仿真軟件設(shè)計(jì)電路。

5. 能列出完成工作所需元器件和工具。

6. 能規(guī)范編寫技術(shù)文檔，能記錄制作過程和測試結(jié)果，并能制作課件匯報(bào)工作成果。工作任務(wù)

有一臺三相異步電動(dòng)機(jī)，要求：

(1)通過判別三相籠型異步電動(dòng)機(jī)三相繞組的同極性端，學(xué)會測量儀表的使用；熟悉電動(dòng)機(jī)的連接方法、了解電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理。

(2)通過對三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)繞組的直流電阻、絕緣電阻的測量，掌握電動(dòng)機(jī)的常見故障判斷及日常維護(hù)。

第一部分基礎(chǔ)知識

知識鏈接一三相異步電動(dòng)機(jī)的基本知識

根據(jù)電磁感應(yīng)原理進(jìn)行機(jī)械能與電能互換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械稱為電機(jī)。其中將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電機(jī)稱為發(fā)電機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)稱為電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)可分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩大類。交流電動(dòng)機(jī)又可分為異步電動(dòng)機(jī)(或稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī))和同步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)有單相和三相兩種。三相異步電動(dòng)機(jī)具有構(gòu)造簡單、價(jià)格低廉、工作可靠、易于控制及使用維護(hù)方便等突出優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣。

電路圖中用符號表示三相交流異步電動(dòng)機(jī)。

1.三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

異步電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)基本部分組成。定子是固定部分，轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動(dòng)部分。為了使轉(zhuǎn)子能夠在定子中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，定子、轉(zhuǎn)子之間有0.2~2mm的空氣隙。三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3-40所示。圖3-40三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)各部分結(jié)構(gòu)圖

1)定子

定子的主要作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，它由定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座三部分組成。定子鐵芯固定在電機(jī)機(jī)座上，由0.5mm厚、兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成圓環(huán)狀，其內(nèi)圓周均勻開槽，它是電機(jī)磁路的一部分。定子繞組是定子中的電路部分，一般由銅線繞制而成，嵌放在定子鐵芯槽內(nèi)。三相異步電動(dòng)機(jī)有三個(gè)定子繞組，對稱地安放在定子鐵芯上，其作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。機(jī)座是電機(jī)的支撐部件，一般由鑄鐵鑄成，其作用主要是固定定子鐵芯及其他電機(jī)部件。

2)轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子主要用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成。轉(zhuǎn)子鐵芯硅鋼片由0.5mm厚、兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成圓柱形，外圓上均勻開槽，槽內(nèi)嵌放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯裝在轉(zhuǎn)軸上。與定子鐵芯、空氣隙共同構(gòu)成電機(jī)的磁路。轉(zhuǎn)軸用來輸出轉(zhuǎn)矩，由中碳鋼制成，兩端由軸承支撐。轉(zhuǎn)子繞組是轉(zhuǎn)子中的電路部分，其主要作用是將磁場變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電流，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成電磁力矩。根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)不同，異步電動(dòng)機(jī)又分為鼠籠式和繞線式兩種。

(1)鼠籠式轉(zhuǎn)子。

鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)與定子繞組不同，轉(zhuǎn)子鐵芯各槽內(nèi)都嵌有鑄鋁導(dǎo)條(個(gè)別電機(jī)有用銅導(dǎo)條的)，鐵芯兩端有兩個(gè)端環(huán)，所有導(dǎo)體都接到這兩個(gè)端環(huán)上，構(gòu)成回路。若去掉鐵芯，轉(zhuǎn)子繞組的形狀像一個(gè)鼠籠，因此得名。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，是應(yīng)用最為廣泛的電動(dòng)機(jī)形式。

(2)繞線式轉(zhuǎn)子。

繞線式轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)與定子繞組相似，在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)對稱嵌放三相繞組，三相轉(zhuǎn)子繞組星形連接，即三個(gè)繞組的末端短接，每相始端連在三個(gè)銅制集電環(huán)上，集電環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上。三個(gè)環(huán)之間及環(huán)與轉(zhuǎn)軸間互相絕緣，在集電環(huán)上用彈簧壓著電刷與外電路連接，具有繞線式轉(zhuǎn)子的異步機(jī)稱為繞線式異步機(jī)，因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又稱為滑環(huán)式電機(jī)。繞線式異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是可以通過滑環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路中串入附加電阻，以增加電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這類電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用在啟動(dòng)時(shí)動(dòng)力矩要求大的場合，例如起重機(jī)上用到的電動(dòng)機(jī)。

3)空氣隙

電機(jī)的磁路是：定子鐵芯－氣隙－轉(zhuǎn)子鐵芯－氣隙－定子鐵芯，異步電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間有一個(gè)0.2~2mm的空氣隙，空氣隙的大小對電機(jī)影響很大。因?yàn)榭諝鉃榉氰F磁材料，其磁阻很大，電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁勢大部分都消耗在氣隙上。如果電動(dòng)機(jī)的空氣隙小，則電機(jī)工作所需的勵(lì)磁電流就小，功率因數(shù)高。但空氣隙過小，又容易導(dǎo)致定子、轉(zhuǎn)子間發(fā)生機(jī)械碰撞，因此，考慮到機(jī)械的原因，電機(jī)的空氣隙又不能太小。

2.三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

三相異步電動(dòng)機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，這種轉(zhuǎn)換是通過電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的載流導(dǎo)體、磁場、電磁相互作用產(chǎn)生的電磁力的相互作用來完成的。

1)旋轉(zhuǎn)磁場

三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組加三相電源后，定子繞組中通過三相對稱的交流電流。當(dāng)三相電流流入定子繞組時(shí)，各相電流的磁場為交變、脈動(dòng)的磁場，而三相電流的合成磁場則是隨電流的交變在空間不斷旋轉(zhuǎn)的磁場，稱為旋轉(zhuǎn)磁場。電流變化一周，合成磁場在空間旋轉(zhuǎn)360°電角度。

(1)旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)。

旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)與定子繞組的排列有關(guān)。如果每相繞組只有一個(gè)線圈，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對磁極。如果每相定子繞組分別由兩個(gè)線圈串聯(lián)而成，當(dāng)三相對稱電流通過這些線圈時(shí)，便能產(chǎn)生兩對極旋轉(zhuǎn)磁場(四極)。若定子每相繞組由p個(gè)線圈串聯(lián)，繞組的始端之間互差60°/p，將形成p對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。

(2)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速又稱為同步轉(zhuǎn)速，用n0來表示。

(3-14)其中：f——交流電的頻率(Hz)；

p——磁極對數(shù)。

對于一臺三相異步電動(dòng)機(jī)，f和p通常是一定的，所以磁場轉(zhuǎn)速n0為常數(shù)。在我國，供電系統(tǒng)的頻率為50Hz，可計(jì)算出對應(yīng)不同磁極對數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0，如表3-3所列。

(3)旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向。

旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相電流的相序一致，任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。

2)基本工作原理

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組通以三相交流電時(shí)，便在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場以n0的速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則靜止的轉(zhuǎn)子繞組同旋轉(zhuǎn)磁場之間就有了相對運(yùn)動(dòng)，從而在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢，由于轉(zhuǎn)子電路為閉合回路，在感應(yīng)電動(dòng)勢的作用下，轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中要受到力的作用，電磁力對轉(zhuǎn)軸形成一電磁轉(zhuǎn)矩，其作用方向同旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致。這樣，轉(zhuǎn)子便以一定的速度沿旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。當(dāng)轉(zhuǎn)子獲得的電磁轉(zhuǎn)矩T與其他機(jī)械作用在軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TC相等時(shí)，電動(dòng)機(jī)就以某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)；若負(fù)載發(fā)生變化，當(dāng)T>TC時(shí)，則電動(dòng)機(jī)加速；當(dāng)T<TC時(shí)，電動(dòng)機(jī)減速。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向雖然和磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致，但其轉(zhuǎn)速n始終小于同步轉(zhuǎn)速n0。因?yàn)槿绻鹡=n0，則轉(zhuǎn)子與磁場之間便無相對運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將不再切割磁力線，因而其感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流及電磁轉(zhuǎn)矩均為零。所以這種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不可能等于同步轉(zhuǎn)速，只能以n<n0的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。正因?yàn)槿绱?，此類電?dòng)機(jī)才稱為異步電動(dòng)機(jī)。由于該類電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流是由電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的，所以又稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

3)轉(zhuǎn)差率

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n低于同步轉(zhuǎn)速n0，兩者的差值n0－n稱為轉(zhuǎn)差，為了表征轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n0之間相差的程度，提出轉(zhuǎn)差率的概念，即(3-15)其中：s——轉(zhuǎn)差率;

n0——同步轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分鐘(r/min)；

n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分鐘(r/min)。轉(zhuǎn)差率是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性的一個(gè)重要參數(shù)。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，s的范圍在0~1之間。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，n=0，s=1；當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速(為理想空載轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中不可能達(dá)到)時(shí)，n=n0，s=0。由此可見，異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)差率的范圍為0<s<1；在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，s=0.02~0.06。三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速，但二者相差很小。

3.三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的對應(yīng)關(guān)系，即n＝f(T)。三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一條曲線，如圖3-41所示。

1)啟動(dòng)點(diǎn)d

電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間(n＝0)的轉(zhuǎn)矩稱為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst，對應(yīng)特性曲線上的d點(diǎn)。Tst大，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)快，也可以帶負(fù)載啟動(dòng)，但啟動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)所受到的沖擊力大；Tst小，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程長，且只能空載或輕載啟動(dòng)。為衡量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能，引入λst，稱為電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力。圖3-41三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性

(3-16)其中TN為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩。三相異步電動(dòng)機(jī)的λst一般為1.0~2.2。從d點(diǎn)開始，如果Tst小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)將無法啟動(dòng)；若Tst大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n將開始上升。電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩開始沿著機(jī)械特性曲線的bd段上升，這一段三相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速增加時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩也在增加，從而使轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高；反之，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速減小時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩也在減小，從而使轉(zhuǎn)速進(jìn)一步下降。bd段為不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，是三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的過渡階段。

2)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)b

機(jī)械特性曲線中b點(diǎn)所對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩是三相異步電動(dòng)機(jī)在工作過程中能夠產(chǎn)生的最大電磁轉(zhuǎn)矩，用Tmax表示。b點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nm，稱為臨界轉(zhuǎn)速。

b點(diǎn)將機(jī)械特性曲線分為兩段，從b點(diǎn)開始，當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將增加，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，電磁轉(zhuǎn)矩將減小，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩減小到等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速n運(yùn)行；反之，機(jī)械負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，電磁轉(zhuǎn)矩將增加。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩增加到等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)將在新的平衡點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。ab這一運(yùn)行區(qū)域稱為電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。這一段三相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減小，電磁轉(zhuǎn)矩增大；當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，電磁轉(zhuǎn)矩減小，電動(dòng)機(jī)的這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。

正常運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過其最大電磁轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將很快下降，直到停轉(zhuǎn)。使用電動(dòng)機(jī)時(shí)，將最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為過載能力。(3-17)過載能力反映電動(dòng)機(jī)的短時(shí)過負(fù)荷能力，三相異步電動(dòng)機(jī)的λ一般為1.0~2.8。

3)額定運(yùn)行點(diǎn)c

當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在機(jī)械特性曲線中的c點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即為額定轉(zhuǎn)速nN。電磁轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩TN。(3-18)其中：PN為額定輸出功率，單位為千瓦(kW)；nN為額定轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分(r/min)。

4)理想空載運(yùn)行點(diǎn)a

當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在機(jī)械特性曲線中的a點(diǎn)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為0，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n0，a點(diǎn)稱為電動(dòng)機(jī)的理想空載點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)實(shí)際工作時(shí)是不可能工作在a點(diǎn)的。知識鏈接二三相異步電動(dòng)機(jī)的接法

鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)的三個(gè)定子繞組是三相異步電動(dòng)機(jī)的電路部分，定子繞組分三相(分別嵌放在定子鐵芯的不同部位)，每相繞組都有兩個(gè)引出端，分別稱為始端和末端。通常用U1、U2表示第一相繞組始末端，V1、V2表示第二相繞組始末端，W1、W2表示第三相繞組始末端。六個(gè)引出端分別引至機(jī)座的接線盒內(nèi)，并錯(cuò)位排列。接線柱相應(yīng)地標(biāo)出標(biāo)記，如圖3-42所示。圖3-42定子繞組的接線盒

1.電機(jī)連接前的檢查

1)三相異步電動(dòng)機(jī)繞組的檢查

三相交流電動(dòng)機(jī)可用萬用表的電阻擋檢查其線圈是否有斷(短)路。其方法是將電動(dòng)機(jī)的接線盒蓋拆下，將接線端子上的短路片取下，用萬用表測量每兩個(gè)端子間的電阻即可檢查繞組是否有斷(短)路。如圖3-43所示。圖3-43定子繞組的通斷檢查

2)繞組始、末端的判定

三相定子繞組的始末端是生產(chǎn)廠家事先設(shè)定好的，絕不可任意顛倒，否則將產(chǎn)生接線錯(cuò)誤。當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組各相引出線標(biāo)志脫落時(shí)，必須判明哪兩根引出線屬于同一相，哪根是始端，哪根是末端，這是對電機(jī)進(jìn)行正確接線的前提。如果接線盒中發(fā)生接線錯(cuò)誤，或者繞組始末端弄錯(cuò)，輕則電動(dòng)機(jī)不能正常啟動(dòng)，長時(shí)間通電造成啟動(dòng)電流過大，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，影響壽命，重則燒毀電動(dòng)機(jī)繞組，或造成電源短路。電動(dòng)機(jī)繞組始、末端可以利用萬用表進(jìn)行測試。

(1)先用萬用表電阻擋分別找出三相繞組各相的兩個(gè)引出端。

(2)給各相繞組假設(shè)編號為1、2為U相，3、4為V相，5、6為W相。

(3)按圖3-44接線，利用萬用表電流擋進(jìn)行繞組始、末端的判定。

合上開關(guān)瞬間，觀察萬用表指針擺動(dòng)情況，若指針正偏，則電池正極與萬用表負(fù)極(黑表筆)所接的引出端同為始端或末端；若指針反偏，則電池正極與萬用表正極(紅表筆)所接的引出端同為始端或末端；再將電池和開關(guān)接另一相的兩個(gè)引出端進(jìn)行測試，就可正確判別各相的始、末端。圖3-44定子繞組始、末端的判定

2.三相異步電動(dòng)機(jī)的連接

三相異步電動(dòng)機(jī)對三相電源而言是一個(gè)三相對稱負(fù)載，在使用三相異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的六個(gè)引出端必須正確連接。連接方式要根據(jù)電動(dòng)機(jī)外殼上銘牌的要求進(jìn)行。

1)星形連接

若銘牌上標(biāo)有“380V，Y”，則表示電動(dòng)機(jī)定子繞組應(yīng)接成星形，所加電源線電壓為380V，即將三相繞組的U2、V2、W2端接在一起，U1、V1、W1端分別接三相電源，如圖3-45所示。

2)三角形連接

若電機(jī)銘牌上標(biāo)有“△”，則表示電動(dòng)機(jī)定子繞組應(yīng)接成三角形，將三相繞組的六個(gè)接線端分別上下相連，由于六個(gè)端子錯(cuò)位排列，自然形成三角形連接，再將連接后的三個(gè)端點(diǎn)分別與三相電源相連接，如圖3-45所示。

若銘牌上標(biāo)有“220/380，△/Y”，則表示電動(dòng)機(jī)定子繞組接成三角形時(shí)，所加電源線電壓為220V，定子繞組接成星形時(shí)，所加電源線電壓為380V。一般情況下，三相異步電動(dòng)機(jī)功率在3kW以下者采用星形接法，3kW及以上者采用三角形接法。圖3-45三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的連接

[例3-3]

有一三相電動(dòng)機(jī)，每相的等效電阻R=29Ω，等效感抗XL=21.8Ω。試求在下列兩種情況下電動(dòng)機(jī)的相電流、線電流以及從電源輸入的功率，并比較所得結(jié)果。

(1)繞組連成星形接于U1=380V的三相電源上。

(2)繞組連成三角形接于U1=220V的三相電源上。

解：每相繞組的阻抗為(1)Y形連接時(shí)：

(2)△形連接時(shí)：只要電動(dòng)機(jī)每相繞組承受的電壓不變，則電動(dòng)機(jī)的輸入功率不變。因此，當(dāng)電源線電壓為380V時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組應(yīng)連成星形；而當(dāng)電源線電壓為220V時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組應(yīng)連成三角形。在這兩種連接方法中，僅線電流在△形接法時(shí)比Y形接法時(shí)大倍，而相電流、相電壓及功率都未改變。知識鏈接三三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌

電動(dòng)機(jī)銘牌上的數(shù)據(jù)是正確使用電動(dòng)機(jī)的依據(jù)?，F(xiàn)以圖3-46所示Y160M-4型電動(dòng)機(jī)銘牌為例，說明銘牌上各數(shù)據(jù)的意義。圖3-46Y160M-4型電動(dòng)機(jī)的銘牌

(1)型號：對產(chǎn)品名稱、規(guī)格、型式的敘述等引用的一種代號，由漢語拼音字母、國際通用符號和阿拉伯?dāng)?shù)字三部分組成。

Y系列是通用的封閉式鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)，是1980年統(tǒng)一設(shè)計(jì)的系列產(chǎn)品，該系列電動(dòng)機(jī)采用了國際標(biāo)準(zhǔn)。

(2)功率：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行情況下轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。

(3)頻率：指電動(dòng)機(jī)所加交流電源的頻率。

(4)電壓：指電動(dòng)機(jī)的額定電壓，表示電動(dòng)機(jī)定子繞組應(yīng)加的電源線電壓。一般規(guī)定，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電壓不能高于或低于額定值的±5%。

(5)電流：指電動(dòng)機(jī)的額定電流，它表示電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，轉(zhuǎn)軸上輸出額定功率時(shí)的定子線電流。

(6)接法：指定子三相繞組的接法。有星形、三角形兩種接法。

(7)轉(zhuǎn)速：指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

(8)溫升：電動(dòng)機(jī)溫度比周圍環(huán)境溫度高出的數(shù)值。計(jì)算公式如下：

θ＝T2－T1其中：θ為溫升；T1為實(shí)際冷卻狀態(tài)下的繞組溫度(即環(huán)境溫度，室溫不允許超過40℃)；T2為發(fā)熱狀態(tài)下繞組溫度。

發(fā)熱狀態(tài)下繞組溫度是指電動(dòng)機(jī)各部分實(shí)際工作時(shí)的溫度，它對電動(dòng)機(jī)的絕緣材料影響很大，溫度過高會使絕緣材料老化，會縮短電動(dòng)機(jī)壽命，甚至導(dǎo)致絕緣破壞。為使絕緣不致老化和破壞，對電動(dòng)機(jī)繞組等各部分溫度作了一定的限制，這個(gè)限制溫度就是電動(dòng)機(jī)的允許溫度。

(9)絕緣等級：電機(jī)運(yùn)行時(shí)繞組允許有一定的溫升。溫升的大小由該電機(jī)繞組所用絕緣材料的耐熱程度決定，絕緣材料的耐熱程度稱為絕緣等級，不同的絕緣材料其允許溫升是不同的，中小電動(dòng)機(jī)常用的絕緣材料分五個(gè)等級，如表3-4所列。表3-4中規(guī)定的最高允許溫升是指在環(huán)境溫度為40℃時(shí)的允許溫升值。

(10)功率因數(shù)：指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)定子電路的功率因數(shù)。三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，額定負(fù)載時(shí)約為0.7～0.9，而在輕載和空載時(shí)更低，空載時(shí)只有0.2～0.3。因此，必須正確選擇電動(dòng)機(jī)的容量，并力求縮短空載運(yùn)行時(shí)間。

(11)工作方式(定額)：為了適應(yīng)不同的負(fù)載需要，按負(fù)載持續(xù)時(shí)間的不同，國家標(biāo)準(zhǔn)把電動(dòng)機(jī)分成了三種工作方式：

S1(連續(xù)工作制)：連續(xù)工作方式，表示這種電動(dòng)機(jī)可以按銘牌上規(guī)定的功率長期連續(xù)使用。

S2(短時(shí)工作制)：短時(shí)工作方式，表示這種電動(dòng)機(jī)不能連續(xù)使用，在額定功率輸出時(shí)只能按銘牌規(guī)定短時(shí)間運(yùn)行。

S3(斷續(xù)周期工作制)：重復(fù)短時(shí)工作方式，表示這種電機(jī)不能在額定功率輸出時(shí)連續(xù)運(yùn)行，只能按規(guī)定時(shí)間做重復(fù)性短時(shí)間運(yùn)行。

(12)防護(hù)等級。表示電動(dòng)機(jī)外殼防護(hù)形式的分級，詳見GB1498-79。知識鏈接四三相異步電動(dòng)機(jī)的選用

1.類型的選擇

對于無調(diào)速要求的中小容量生產(chǎn)機(jī)械，如水泵、通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、金屬切削機(jī)床等設(shè)備，要盡可能選用籠型異步電動(dòng)機(jī)。

對于有一定調(diào)速要求，又經(jīng)常啟動(dòng)且容量較大的生產(chǎn)機(jī)械，如起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、電梯等，可選用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。

在異步電動(dòng)機(jī)不能滿足要求時(shí)，可選用其他類型電動(dòng)機(jī)，如直流電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)等。

2.容量(額定功率)的選擇

選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果容量選擇過大，電動(dòng)機(jī)的輸出機(jī)械功率不能充分利用，功率因數(shù)也不高。因此功率選得過大不經(jīng)濟(jì)。但如果容量選擇得過小，就會發(fā)生長期過載現(xiàn)象，影響電動(dòng)機(jī)壽命甚至燒毀。

(1)連續(xù)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的選擇。

對于連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，所選功率應(yīng)等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械的功率。連續(xù)工作方式的電動(dòng)機(jī)適用于長期負(fù)載，如長期恒載的水泵、長期變載的脫谷機(jī)和粉碎機(jī)等。

(2)短時(shí)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的選擇。

有些生產(chǎn)機(jī)械，如小型水電