电工基础理论知识

电工基础理论知识

一、基本定律

（一）欧姆定律

在—段不含电动势只有电阻的电路中，如图1—1所示，流过电阻R的电流I

压U成正比，与电阻成反比。这个结论叫做部分电路欧姆定律。用公式表示为I=U

R

式中，U的单位为伏(V)，I的单位为安(A)，R的单位为欧(Ω)。

从公式看出，如果电压U一定，那么电阻R越小，通过电阻的电流I越大；反之当电阻越大时，通过电阻的电流I越小。欧姆定律还可以写成：

U=IR

从公式可以看出，电路中电阻R一定时，若电流越大则电阻两端的电压越大越小则电阻两端的电压越小。

欧姆定律揭示了电路中的电压、电流和电阻三个基本物理量之间的关系。在实际应用中，

只要知道其中任意两个量，就可以通过欧姆定律计算出第三个量。

需要特别指出，欧姆定律是电工学、电子学中最基本的定律，也是最重要的定律，是维修电工必须熟练拿握的知识点。应用欧姆定律，通过电压、电流、电阻三个物理量状态来分析电路，解决维修电工在实际操作中通到的问题，具有特别重要的指导意义。

(二)电功、电功率

1．电功：在负载两端接上电源，电场力使电荷移动形成电流，电场力做了功，也叫电流做功，这就是电功。电流做功的过程就是电能转变成其他形式能量的过程。电流通过灯泡、将电能转换成光能、热能；电流通过电动机，格电能转换成机械能。

W＝UIt

式中，U的单位为伏(V)，I的单位为安(A)，t的单位为秒(s)，电功W的单位为焦耳（J）

2、电功率

电流在单位时间内所做的功叫电功率。如果在时间t内,电流通过负载所做的功为W，则电功率P为：

P=W/t

若负载电阻值为R，加在其两端的电压为U，通过的电流为I，可得

P=UI=I2R=U2/R

式中，U的单位为伏(V)，I的单位为安(A)，R的单位为欧(Ωo)，电功率P 的单位为瓦（W）。

(三)基尔霍夫第一定律

基尔霍夫第一定律又称节点电流定律，该定律总结了通过电路中任一节点的各个支路电流的关系。三条或三条以上支路的连接点称为节点。如图1—3所示，电路中a、b、c和d点，就是这个电路的四个节点。根据电流连续性原理，即电路中的节点不能有电荷堆积，因此任一瞬间流入节点的电流必等于流出节点的电

流。在图l—4所示的电路中，对于节点a可以写出：

I1十I3十I5＝I2十I4

如果规定流出节点电流取正值，流入节点电流取负值，则上式可写成：(－I1)十I2十(－I3)十I4十(－I5)＝0或∑I＝0

节点上各支路电流的代数和恒等于零，这就是节点电流定律

（四）基尔霍夫第二定律

基尔霍夫第二定律又称回路电压定律，该定律总结了电路的

任一回路中各部分电压的关系。电路中的任一闭合路径叫做回路。如图1—5所示，acdba、aefba、cefdc都是回路。根据能量守恒定律，电场力推动单位正电荷从电路某一点出发，沿任一闭合路径绕行一周，再回到该点时，电场力所做的功等于零。即沿任一回路所升高的电位总和必等于沿此回路降低的电位总和。因此任一瞬间，电路中任一回路各段电压的代数和恒等于零，即

∑U=0

二、磁场和磁路

（一）磁场

1．磁场、磁场方向和磁力线

磁体周围存在一个磁力作用的空间，叫做磁场。磁场可用磁力线来表示。磁力线是在磁场中画出一系列有方向的曲线，曲线上每点的切线方向就是该点的磁场方向。

2．电流产生磁场

3．磁感应强度和磁场强度

(1)磁感应强度穿过某一截面的磁力线总数叫磁通。通过与磁场相垂直的单位面积内的磁通称为磁感加强度．又称为磁通密度，它是描述磁场中某点磁场的强弱和方向的物理量，用符号B表示。

磁感应强度是一个矢量，磁场中某点的磁感应强度的方向就是磁场中该点磁力线的方向．其大小等于与磁场相垂直的单位长度的导体通以单位电流时所受电磁力的大小，即：B=FIL

式中，F为电磁力，单位是牛顿(N)，I的单位是安培(A)，L为磁场中导体有效长度，单位是米(m)．B的单位是特斯拉(T)。

实际应用中采用磁感应强度较小的单位——高斯(G)。特斯拉与高斯的换算关系为：

1高斯＝10-4特斯拉

需要说明，磁感应强度的大小不仅取决于产生这个磁场的电流大小、载流导体的形状而且和磁场中介质材料的性质有关。

不同介质对磁场的影响不同、磁场中介质材料对磁场的影响程度是用磁导率μ来表示的。在其他条件相同的情况下，介质的μ值越大，则磁感应强度越大，磁场越强；反之μ值越小．则磁感应强度越小，磁场也越弱。可见，磁导率是衡量物质导磁性能好坏的物理量。

(2)磁场强度磁场中某点的磁感应强度的大小和其介质磁导率的比值叫做该点的磁场强度，用符号H表示，即：

H=B/μ

式中，B的单位是特斯拉(T)，μ的单位是亨／米(H／m)，H的单位是安／米(A／m)。

磁场强度也是表征磁场性质的物理量，也是一个矢量，其方向与该点的磁感应强度方向相同。但是磁场强度与介质无关，而磁感应强度与介质有关。引入磁场强度这个物理量，能使磁场的分析计算大大简化。

(二)铁磁物质的磁特性

根据物质磁性能的不同．把物质分为两类：一类是在磁场中能显著增强磁场作用的物质，叫做铁磁物质，其磁导率远远大于真空磁导率，如铁、钻、镍及某些合金等都属于这一类；另一类是在磁场中对磁场的影响非常微弱的物质，叫做非铁磁物质，其磁导率与真空磁导率相近，如铜、银、木材、空气等。

铁磁物质所增强的磁场比真空中的磁场要强几千以至几万倍。我们把铁磁物质在磁场中能够增强磁场的现象，叫铁磁物质的磁化。铁磁物质的磁化特性广泛应用于电工技术的各个方面。

（三）磁路、磁势和磁阻

1、磁路

图1—8(a)所示为电磁铁的磁路。当线圈中通以电流后，大部分磁力线(磁通)沿铁心、衔铁和工作气隙构成回路，这部分磁通成为主磁通；另外—小部分磁通

没有经过工作气隙和衔铁，而经空间自成回路．这部分磁通成为漏磁通。磁通经过的闭合路径叫做磁路。

2．磁势

通电线圈产生的磁通与线圈匝数和通过的电流成正比的乘积称为磁势，其中通过线圈的电流和线圈匝数N的乘积称为磁势，用符号Em表示，单位是安匝，即，

Em＝I N

3．磁阻

磁通通过磁路时所受的阻力称为磁阻，用符号Rm表示。磁阻的大小与磁路的长度L、横截面积S和磁路材料的磁导率μ有关，即：

式中，μ单位为亨／米(H／m)，L的单位为米(m)，S的单位为米2(m2)，Rm的单位为l／亨(1／H)。

(四)磁场对电流的作用力

实验表明，通电直导体在磁场中会受到磁场的作用力。磁场对载流导体的作用力称为电磁力，也称安培力。

电磁力的方向可以用左手定则来判断。如图l—9所示，平伸左手，拇指与其他四指垂直，使磁力线穿过掌心，四指所示为电流方向，这时拇指的方向就是电磁力的方向。

在匀强磁场中，载流导体所受电磁力的大小可由下面公式计算：

F＝BILsinα

式中，B为磁感应强度，单位是特(T)；I为导体中的电流，单位是安(A)；L 为磁场中导体的有效长度，单位是米(m)；α是通电导体与磁场方向之问的夹角，单位是度；F为电磁力．单位是牛(N)。

三、单相正弦交流电

大小和方向都随时问作周期性变化的电流或电压叫做交流电。根据电流或电压随时间变化的规律可把交流电分为正弦交流电和非正弦交流电。我们把电流或电压随时间按正弦规律变化的交流电称为正弦交流电。正弦交流电按相数可分为单相正弦交流电和三相正弦交流电。

（一）正弦交流电的周期、频率和角频率

交流电变化一周所用的时间称为周期，用字母T表示，单位是秒（s）。

交流电每秒内变化的周期数叫做频率，用字母f表示，单位为赫兹(Hz),简称赫

周期与频率的关系为：

我国交流供电的标准频率为50Hs，称为工频。

交流电在一周中变化的角度为360°或2π弧度，单位时间内变化的角度称为角频率，用字母ω表示，单位是弧度／秒。角频率、周期、频率的关系为：

频率、周期和角频率都是反映交流电变化快慢的物理量。

为了便于电路的分析，可把电流或电压随时间变化的规律用数学式子表示出来，图l—11少所示电压瞬时值的函数式为：

式中，U m是交流电乐最大值，ω是角频率ψ称为初相角。习惯上称这三个量为正弦量的三要素，知道三要素后，就可确定正弦量的表示式。

（二）交流电的有效值

在实际应用中，交流电的大小不是用它的最大值，而是用有效值来计算的。

交流电的有效慎是根据电流的热效应来规定的。在相同时间内，让交流电和直流电通过同样阻值的电阻，如果它们产生的热量相等，则该直流电流值称为交流电流的有效值。换句话说，交流电流的有效值，就是与它热效应相当的直流电流值。用同样的方法还可以确定交流电压的有效值。

正弦交流电的有效值与最大值之间存在如下关系：

（三）交流电的功率

1、瞬时功率‘

在交流电路中，电流和电压都是随时间变化的，所以电路上消耗的电功率也是随时间变化在某一时刻，其瞬时功率p等于电压瞬时值u与电流瞬时值i的乘积，即：

2．平均功率

在实际应用中，通常电路中的功率不是指瞬时功率，而是指瞬时功率在一周期内的平均值，称为平均功率．也叫有功功率，用大写字母P表示。对于纯电阻电路，平均功率的大小等于其瞬时功率最大值的一半，也等于电阻电路中电压有效值与电流有效值的乘积，即：

平均功率反映了电阻实际消耗的功率，我们说电灯泡的功率是100瓦、电阻丝的功率是l千瓦都是对平均功率而言的。

对于纯电感电路或纯电容电路，只存在电能和磁场能的周期性转换，并不消耗能量，由此在一个周期内其瞬时功率的平均恒等于零，也就是说，纯电感电路或纯电容电路的平均功率等于零。

3．无功功率

在纯电感电路或纯电容电路中，其电能和磁场能周期性转换的最大速率用无功功率来表示，用字母Q表示无功功率，则有：

式中，无功功率的单位是乏尔，简称乏，用符号V ar表示。

4．功率因数

通常，正弦交流电的有功功率P用下式表示

式中，P为有功功率，单位是瓦特；Ｓ为视在功率．单位是伏安；φ为电路中总电压与总电流的相

位差，单位是度；cosφ为功率因数。

功率因数cosφ为电路中有功功率与视在功率的比值，即，其大小表示电源功率被利用的程度。功率因数越大，表示电源发出的电能转换成热能或机械能越多，而与电感或电容之间相互交换的能量即无功功率越少。对于某一电源设备，其视在功率表示它所能输出的最大有功功率的数值，但负载上能否得到这样大的有功功率还取决于负载的性质。对于纯电阻性负载，如电灯、电炉，则cosφ＝1，负载上得到的有功功率就等于电源供出的视在功率；对于感性负载，如日光灯、异步电动机，则o＜cosφ＜1，这时负载上得到的有功功率只是电源供出的视在功率的一部分，可见电源的容量没有被充分利用，是不经济的。

四、三相正弦交流电

1、三相交流电动势的产生

三相正弦交流电是三个单相正弦交流电按一定方式进行的组合。这三个单相正弦交流电的频率相同，最大值相等，相位互差120。

图1—12所示是三相发电机的原理示意图。图中，构成转子绕组是三个互成120。的线圈，一个线圈为一相，三个线圈组成的发电机就是三相发电机。

三相发电机的三个线圈是相同的，这三个线圈称为三相绕组，由AＸ、BY、ＣＺ组成。

A、B、Ｃ称为绕组始端，X、Y、Ｚ称为绕组末端。三个绕组在转子中的空间位置彼此相差120。。当转子以角速度。匀速旋转时，由于穿过三个绕组的磁通量的变化，三个绕组中都会感应出随时间按正弦规律变化的交流电动势。

三个电动势达到最大值(或零)的先后次序叫做相序。上述三个电动势的相序是A —B —C 。表示A 相比Ｂ相超前120°，B 相比C 相超前120°，c 相又比A 相超前120°。 2、三相电源的连接 ⑴星形连接

将三相发电机的单个绕组的末端Ｘ、Y 、Z 连接在一起，成为一点，该点叫中点或零点．用“０”表示。由这 一点从A 、B 、(’三个始端向外引出连接线．这种连接方式叫做星形

⑵三角形连接

连接，用符号“Y ”表示．如图1—14所示。星形连接时，绕组的三个末端连接线叫做中线。有时大地作为中线，此时中线又称地线。从A 、B 、c 三端将电能输送出去，这三根输电线称为相线或火线。 相绕组呈星形连接时，相电压与线电压存在如下关系 将发电机绕组中的一个绕组末端与相邻另一绕组的始端依次相连，就构成一个三角形的闭合回路。从三个连接点A 、Ｂ、Ｃ，引出三根相线向外送电，这种连接方式叫做三角形连接，用符号△表示，如图1—15所示。通常很少使用于角形连接。

3、三相负载的连接 ⑴三相负载的星形连接

由于三相负载对称，

在对称的三相电压Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ的作用下，流经对称三相负载

的相电流的数值也相等，相位彼此相差120。。星形连接的三相负载分别与三相供电端线串联，所以线电流等于相电流，并且中线电流为零，若省去中线，便成为星形连接的三相三线制。

实际上，多数情况下三相负载不对称，这时中线有电流通过，如果去掉中线，负载两端的电压不相等，容易造成事故。因此不对称的三相负载必须接中线，并规定三相四线制的中线不准安装保险丝和开关。为确保安全，还要把中线接地．使其电位与大地相同。

⑵三相负载的三角形连接

三角形连接就是把各项负载依次接在两条端线之间，如图1—17所示。

对称三相负载三角形连接时，其相电流是对称的，线电流也是对称的，三相负载的阻抗

角也是相等的，并且线电流等于相电流的√3倍，即：

图1—16是三相对称负载的星形连接电路。电路的三个端点和中点均与电源相连接，这种方式称为负载星形连接的三相四线制。

在三相四线星形按法中，相电压为线电压的1/√3，即

三相负载三角形连接时，各项负载所承受的电压均为对

称的电源钱电压，显然相电压等于线电压，即：

对称三相负载三角形连接时，其相电流是对称的，线电流也是对称的，三相负载的阻抗角也是相等的，并且线电流等于相电流的／了倍，即：

此外，线电流在相位上滞后于相电流30°。

一般情况下，不对称的三相负载不采用三角形连接方式 4、三相交流电的功率

负载对称的三相交流电路的功率，无论负载连接成星形还是三角形，都可以得到如下关系式

变压器

变压器具有变压、变流和变阻抗等多种功能，是电力系统与电子技术中常见的电气设备。因此，作为维修电工，必须了解变压器的构造和工作原理，掌握变压器维护知识，保证变压器正常运行。 一、 变压器的工作原理

变压器是用来变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。以单相变压器为例，其工作原理见图6-4。当匝数为N 1的一次绕组AX 接到频率为f 、电压为U 1的交流电源上时，由励磁电流I 0在铁心中产生磁通φZ ，从而在一、二次绕组中感应出电动势E 1和E 2，匝数为N 2的二次绕组ax 端产生电压U 2。当二次绕组接有负载Z 时，一、二次绕组中流通电流I1和I2

。

原绕组匝数为N 1，电压u 1，电流i 1，主磁电动势e 1 ，漏磁电动势e σ1；副绕组匝数为N 2 ，电压u 2 ，电流i 2 ，主磁电动势e 2 ，漏磁电动势e σ2 。

(b) 变压器的符号

Z

1．电压变换

原绕组的电压方程：

1

1

1111E I jX

I R U

-+=σ

忽略电阻R 1和漏抗X σ1的电压，则：

1

1E U -≈ 副绕组的电压方程：

2

22

222I jX I R E U σ--=

空载时副绕组电流I 0=0，

k 称为变压器的变比

2．电流变换

由U 1≈E 1=4.44N 1fΦm 可知，U 1和f 不变时，E 1和Φm 也都基本不变。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势（i 1N 1+i 2N 2）和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i 0N 1基本相等，即：

空载电流i 0很小，可忽略不计

3．阻抗变换

设接在变压器副绕组的负载阻抗Z 的模为|Z|，则：

Z 反映到原绕组的阻抗模|Z'|为

m fN E U Φ=≈11144.42

20E U =m

fN E U Φ==222044.4k

N N E E U U ==

≈2

12

120

1在负载状态下，由于副绕组的电阻R 2和漏抗1σX 很小，其上的电压远小于E 2，仍有：

22E U ≈ m fN E U Φ=≈22244.4 k N N E E U U ==≈2

1

2121

102211N i N i N i =+1

02211N I N I N I =+2

211N I N I -≈k N N I I 11221=≈22

||I U Z =

二、三相变压器

1、三相变压器的结构

2、 变压器的额定值

（1）产品型号。表示变压器的结构和规格，如SJL 一500/10，其中S 表示三相（D 表示单相），J 表示油浸自冷式，L 表示铝线（铜线无文字表示），500表示容量为500kV A ，10表示高压侧线电压为10kV 。

（2）额定电压。指高压绕组接于电网的额定电压，与此相应的是低压绕组的空载线电压，例如10000±5％/400V ，其中10000±5％表示高压绕组额定线电压为10000V ，并允许在±5％范围内变动，低压绕组输出空载线电压为400V 。

（3）额定电流。额定电流I 1N 和I 2N 是指原绕组加上额定电压U 1N ，原、副绕组允许长期通过的最大电流。三相变压器的I 1N 和I 2N 均为线电流。

4）额定容量。是在额定工作条件下，变压器输出能力的保证值。单相变压器的额定容量为副绕组额定电压与额定电流的乘积，即： S N =U 2N I 2N ≈ U 1N I 1N

三相变压器的额定容量为：

（5接时，高压端用大写字母Y ，低压端用小写字母y 表示。三角形接法时高压端用大写字母D ，低压端用小写字母d 表示。有中线时加n 。例如，Y ，yn0表示该变压器的高压侧为无中线引出的星形连接，低压侧为有中线引出的星形连接，标号的最后一个数字0表示高低压对应绕组的相位差为零。

三相异步电动机

一、三相异步电动机的结构与原理

1、三相异步电动机由定子和转子构成。定子和转子都有铁心和绕组。定子的三相绕组为AX 、BY 、CZ 。转子分为鼠笼式和绕线式两种结构。鼠笼式转子绕组有铜条和铸铝两种形式。绕线式转子绕组的形式与定子绕组基本相同，3个绕组的末端连接在一起构成星形连接，3个始端连接在3个铜集电环上，起动变阻器和调速变阻器通过电刷与集电环和转子绕组相连接

2、旋转磁场的产生

油位表 散热套管 高压套管 低压套管 防爆管 储油柜 ||||2

2222211Z k I U k k I kU I U Z ===='

把三相定子绕组接成角型或星形接到对称三相电源，定子绕组中便有对称三相电流流过。

(1)在对称的三相绕组中通入三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。 (2)磁场旋转方向与电流相序一致。电流相序为A-B-C 时磁场顺时针方向旋转；电流相序为A-C-B 时磁场逆时针方向旋转。

(3)磁场转速(同步转速)与电流频率有关，改变电流频率可以改变磁场转速。对两极(一对磁极)磁场，电流变化一周，则磁场旋转一周。同步转速n o 与磁场磁极对数p 的关系为：

3、转动原理

静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。转子电流在旋转磁场中受到磁场力F 的作用，F 的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩。电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。

电动机在正常运转时，其转速n 总是稍低于同步转速n o ，因而称为异步电动机。又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。

异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为转差率，用s 表示，即： 转差率是异步电动机的一个重要参数。异步电动机在额定负载下运行时的转

)120sin(2)120sin(2sin 2C B

A ?+=?-==t I i t I i t I i p p p ωωωB

(a) ωt = 0° (b) ωt = 120° (c) ωt = 240°X

X X r/min 601o p f n =%

100o

o ?-=n n

n s

差率约为1%~9%。

4、三相异步电动机的电磁转矩

5、 三相异步电动机的机械特性

起动转矩：电动机刚起动（n =0，s =1）时的转矩称为起动转矩。

额定转矩 ：电动机在额定负载下工作时的电磁转矩称为额定转矩，忽略空载损耗转矩，则额定转矩等于机械负载转矩。

式中P N 是电动机的额定功率，单位为kW ；n N 是电动机的额定转速，单位是r/min 。

二、三相异步电动机的运行与控制 （一）三相异步电动机的起动 1．直接起动

直接起动是利用开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式，又叫全压起动。

优点：起动简单。

缺点：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。

适用范围：电动机容量在10kW 以下，并且小于供电变压器容量的20％。 2．降压起动

Y -Δ换接起动：在起动时将定子绕组连接成星形，通电后电动机运转，当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形。

适用范围：正常运行时定子绕组是三角形连接，且每相绕组都有两个引出端子

三相异步电动机的电磁转矩T 是由旋转磁场的每极磁通Φ与转子电流I 2相互作用而产生的，故电磁转矩与转子电流的有功分量22cos ?I 及定子旋转磁场的每极磁通Φ成正比，即： 22T cos ?I K T Φ= 式中K T 是一个与电动机结构有关的常数。将I 2、2cos ?的表达式及Φ与U 1的关系式代入上式，得三相异步电动机电磁转矩公式的另一个表示式： 2

20222

1

2)

(sX R U sR K T += 式中K 是一常数。可见电磁转矩T 也与转差率s 有关，并且与定子每相电压U 1的平方成正比，电源电压对转矩影响较大。同时，电磁转矩T 还受到转子电阻R 2的影响。

n n N

m (a) T =f (s )曲线 N

N

2N 9550n P T T ==

的电动机。

优点：起动电流为全压起动时的1／3。 缺点：起动转矩均为全压起动时的1／3。

3、自耦降压起动

4、绕线式异步电动机转子绕组串入附加电阻后，既可以降低起动电流，又可以增大起动转矩。

（二）三相异步电动机的调速

三相异步电动机的转速：

1．变极调速

通过改变电动机的定子绕组所形成的磁极对数p 来调速。因磁极对数只能是按1、2、3、…、的规律变化，所以用这种方法调速，电动机的转速不能连续、平滑地进行调节。 2．变频调速

通过改变转子绕组中串接调速电阻的大小来调整转差率实现平滑调速的，又称为变阻调速。调速电阻的接法与起动电阻相同。这种方法只适用于绕线式异步电动机。

3．变转差率调速

通过改变转子绕组中串接调速电阻的大小来调整转差率实现平滑调速的，

又称

Y 接起动利用三相自耦变压器将电动机在起动过程的端电压降低，以达到减小起动电流的目的。自耦变压器备有40％、60％、80％等多种抽头，使用时要根据电动机起动转矩的要求具体选择。

动行

p

f s n s n 1

o

60)1()1(-=-=

为变阻调速。调速电阻的接法与起动电阻相同。这种方法只适用于绕线式异步电动机。

（三）三相异步电动机的反转

因为三相异步电动机的转动方向是由旋转磁场的方向决定的，而旋转磁场的转向取决于定子绕组中通入三相电流的相序。因此，要改变三相异步电动机的转动方向非常容易，只要将电动机三相供电电源中的任意两相对调，这时接到电动机定子绕组的电流相序被改变，旋转磁场的方向也被改变，电动机就实现了反转。 （四）三相异步电动机的制动 1．能耗制动

电动机定子绕组切断三相电源后迅速接通直流电源。感应电流与直流电产生的固定磁场相互作用，产生的电磁转矩方向与电动机转子转动方向相反，起到制动作用。

特点：是制动准确、平稳，但需要额外的直流电源。

2．反接制动

电动机停车时将三相电源中的任意两相对调，使电动机产生的旋转磁场改变方向，电磁转矩方向也随之改变，成为制动转矩。

注意：当电动机转速接近为零时，要及时断开电源防止电动机反转。

特点：简单，制动效果好，但由于反接时旋转磁场与转子间的相对运动加快，因而电流较大。对于功率较大的电动机制动时必须在定子电路（鼠笼式）或转子

3

．发电反馈制动

电动机转速超过旋转磁场的转速时，电磁转矩的方向与转子的运动方向相反，从而限制转子的转速，起到了制动作用。因为当转子转速大于旋转磁场的转速时，有电能从电动机的定子返回给电源，实际上这时电动机已经转入发电机运行，所以这种制动称为发电反馈制动。

+

0>n 0

三、三相异步电动机的选择与使用 （一）三相异步电动机的铭牌

功率：电动机在铭牌规定条件下正常工作时转轴上输出的机械功率，称为额定功率或容量。

电压：电动机的额定线电压。

电流：电动机在额定状态下运行时的线电流。

频率：电动机所接交流电源的频率。。 转速：额定转速。 接线方法：

（二）三相异步电动机的选择

（三）电动机的安装与接地

U 2 V 2 W 2(a) 星型连接 (b) 三角形连接合理选择电动机关系到生产机械的安全运行和投资效益。可根据生产机械所需功率选择电动机的容量，根据工作环境选择电动机的结构形式，根据生产机械对调速、起动的要求选择电动机的类型，根据生产机械的转速选择电动机的转速。 电动机的安装应遵循如下原则： （1）有大量尘埃、爆炸性或腐蚀性气体、环境温度40℃以上以及水中作业等场所，应该选择具有合适防护型式的电动机。

（2）一般场所安装电动机，要注意防止潮气。不得已的情况下要抬高基础，安装换气扇排潮。 （3）通风条件要良好。环境温度过高会降低电动机的效率，甚至使电动机过热烧毁。

（4）灰尘少。灰尘会附在电动机的线圈上，使电动机绝缘电阻降低、冷却效果恶化。 （5）安装地点要便于对电动机的维护、检查。

（四）单相异步电动机

1、单相异步电动机的工作原理与特性

在单相异步电动机的定子绕组通入单相交流电，电动机内产生一个大小及方向随时间沿定子绕组轴线方向变化的磁场，称为脉动磁场

脉动磁场可以分解为两个大小一样、转速相等、方向相反的旋转磁场B 1、B 2。顺时针方向转动的旋转磁场B 1对转子产生顺时针方向的电磁转矩；逆时针方向转动的旋转磁场B 2对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在任何时刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反，所以电动机的转子是不会转动的，也就是说单相异步电动机的起动转矩为零。 但一旦让单相异步电动机转动起来，

由于顺时针旋转磁场B 1和逆时针旋转磁场B 2产生的合成电磁转矩不再为零，在这个合成转矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，单相异步电动机仍将沿着原来的运动方向继续运转。由于单相异步电动机总有一个反向的制动转矩存在，所以其效率和负载能力都不及三相异步电动机。

单相异步电动机的机械特性

2、单相异步电动机的起动 分相法

下图所示分别为ωt=0°、45°、90°时合成磁场的方向，由图可见该磁场随着时间的增长顺时针方向旋转。这样一来，单相异步电动机就可以在该旋转磁场

继电接触器控制

一、 常用控制电器

对电动机和生产机械实现控制和保护的电工设备叫做控制电器。控制电器的种类很多，按其动作方式可分为手动和自动两类。手动电器的动作是由工作人员手动操纵的，如刀开关、组合开关、按钮等。自动电器的动作是根据指令、信号或某个物理量的变化自动进行的，如中间继电器、交流接触器等。 （一）开关电器

开关电器是在控制电路中用于不频繁地接通或断开电路的开关，或用于机床电路电源的引入开关。

1、刀开关又叫闸刀开关，一般用于不频繁操作的低压电路中，用作接通和切断电源，或用来将电路与电源隔离，有时也用来控制小容量电动机的直接起动与停机。刀开关由闸刀（动触点）、静插座（静触点）、手柄和绝缘底板等组成。 ◆刀开关种类很多。按极数分为单极、双极和三极；按结构分为平板式和条架式；按操作方式分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按转换方向分为单投和双投等。

◆刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时熔断器熔断而自动

电容分相式异步电动机的定子有两个绕组：一个是工作绕组（主绕组）；另一个是起动绕组（副绕组），两个绕组在空间互成90°。起动绕阻与电容C 串联，使起动绕组电流i 2和工作绕组电流i 1产生90°相位差，即： )90sin(2sin 22211?+==t I i t

I i ωω

ωt =0° ωt =45° ωt =90°

切断电路。

◆刀开关额定电压通常为250V和500V，额定电流在1500A以下。

◆安装刀开关时，电源线应接在静触点上，负荷线接在与闸刀相连的端子上。对有熔断丝的刀开关，负荷线应接在闸刀下侧熔断丝的另一端，以确保刀开关切断电源后闸刀和熔断丝不带电。在垂直安装时，手柄向上合为接通电源，向下拉为断开电源，不能反装。

◆刀开关的选用主要考虑回路额定电压、长期工作电流以及短路电流所产生的动热稳定性等因素。刀开关的额定电流应大于其所控制的最大负荷电流。用于直接起停3 kW及以下的三相异步电动机时，刀开关的额定电流必须大于电动机额定电流的3倍。

2、组合开关

◆组合开关又叫转换开关，是一种转动式的闸刀开关，主要用于接通或切断电路、换接电源、控制小型鼠笼式三相异步电动机的起动、停止、正反转或局部照明。

◆组合开关有若干个动触片和静触片，分别装于数层绝缘件内，静触片固定在绝缘垫板上，动触片装在转轴上，随转轴旋转而变更通、断位置。

3、自动开关

正常情况下过流脱扣器的衔铁是释放着的，严重过载或短路时，线圈因流过大电流而产生较大的电磁吸力，把衔铁往下吸而顶开锁钩，使主触点断开，起过流保护作用。欠压脱扣器在正常情况下吸住衔铁，主触点闭合，电压严重下降或断电时释放衔铁而使主触点断开，实现欠压保护。电源电压正常时，必须重新合闸才能工作。

◆熔断器主要作短路或过载保护用，串联在被保护的线路中。线路正常工作时如同一根导线，起通路作用；当线路短路或过载时熔断器熔断，起到保护线路上其他电器设备的作用。

◆选择熔体额定电流的方法如下：

（1）电灯支线的熔体：熔体额定电流≥支线上所有电灯的工作电流之和。（2）一台电动机的熔体：熔体额定电流≥电动机的起动电流÷2.5

如果电动机起动频繁，则为：熔体额定电流≥电动机的起动电流÷(1.6~2) （3）几台电动机合用的总熔体：熔体额定电流=(1.5~2.5)3容量最大的电动机的额定电流+其余电动机的额定电流之和

（三）主令电器

主令电器是自动控制系统中用于接通或断开控制电路的电器设备，用以发送控制指令或用作程序控制。

1、按钮

按钮的触点分常闭触点（动断触点）和常开触点（动合触点）两种。常闭触点是按钮未按下时闭合、按下后断开的触点。

按下2

常开触点闭合；各

线

根据用途不同，交流接触器的触点分主触点和辅助触点两种。主触点一般比较大，接触电阻较小，用于接通或分断较大的电流，常接在主电路中；辅助触点一般比较小，接触电阻较大，用于接通或分断较小的电流，常接在控制电路（或称辅助电路）中。有时为了接通和分断较大的电流，在主触点上装有灭弧装置，以熄灭由于主触点断开而产生的电弧，防止烧坏触点。

接触器是电力拖动中最主要的控制电器之一。在设计它的触点时已考虑到接通负荷时的起动电流问题，因此，选用接触器时主要应根据负荷的额定电流来确定。如一台Y112M-4三相异步电动机，额定功率4kW，额定电流为8.8A，选用主触点额定电流为10A的交流接触器即可。除电流之外，还应满足接触器的额定电压不小于主电路额定电压。

（五）继电器