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电工电子:常用电器

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发表时间:2019-11-17 17:03

7常用电器

课题

7.1照明灯具

教学目标

了解常用照明灯具以及新型节能电光源。

教学重点

1.常用照明灯具。

2.新型节能电光源。

3.常见电光源的适用场合。

教学难点

常见电光源的适用场合。

教学过程

【一、复习

1.认识我们身边的照明灯具。

【二、引入新课

举例说明日常生活中常见的照明灯具及选用。

【三、讲授新课

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。

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。


图7.1白炽灯结构


2.荧光灯

不同类型的荧光灯接线图如图7.2、7.3和7.4所示。


         

图7.2直管形荧光灯接线图        图7.3环形荧光灯接线图         图7.4U形荧光灯接线图  

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


图7.5高压钠灯结构图

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。


图7.6三基色节能荧光灯结构示意图

5.LED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。


图7.7LED照明灯灯头

常用电光源的适用场合如表7.1所示。

表7.1   常用电光源的适用场合


【四、小结

了解常用照明灯具以及新型节能电光源。

【五、习题

一、是非题:1;二、选择题:1、2、3;三、填空题:1。




【课题】

7.2变压器

教学目标

解释变压器的用途、基本结构、变压比和变流比。

教学重点

1.变压器的基本结构。

2.变压器的外特性。

教学难点

变压器的外特性

教学过程

【一、复习

交流铁心线圈的概念,电压与磁通之间的关系。

【二、引入新课】

变压器作为电气工程技术中重要的部件之一,在生产和生活中有着不可替代的作用。本节变压器工作原理和变压器外特性的分析很重要。

【三、讲授新课

7.2.1 变压器的基本结构

1.变压器:可将某一交变电压转换成同频的另一电压,它主要由铁心和线圈(又称绕组)组成。

2.铁心:变压器铁心的作用是构成磁路。为了减小涡流和磁滞损耗,铁心用具有绝缘层的硅钢片叠成。变压器的铁心一般分为心式和壳式两大类。其结构和符号如图7.8所示。


(a)心式             (b)壳式          (c)图形符号

图7.8 变压器的结构和图形符号

3.线圈(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。

4.变压器冷却方式:

(1)小容量变压器采用自冷式,即将其放置在空气中自然冷却。

(2)中容量电力变压器采用油冷式,即将其放置在有散热管(片)的油箱中。

(3)大容量变压器还要用油泵使冷却液在油箱与散热管(片)中作强制循环。

7.2.2变压器的工作原理

1.空载运行:变压器一次绕组接电源,绕组开路的状态。

2.空载电流(励磁电流):在外加电压U1作用下,绕组N1中通过的电流I0。

3.在理想状态下,变压器的电压变换关系为

k

变压器绕组电压的有效值与一次、二次绕组的匝数成正比。比值k称为变压比。

4.有载运行:二次绕组接入负载ZL

在理想情况下有

变压器一次、二次绕组电流的有效值与一次、二次绕组匝数成反比。

[例7.1]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2 200匝,若二次绕组接入阻抗值为10 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]

k=2

N2 ==1100

I2A11A

I1A5.5 A

7.2.3 变压器的外特性

1.变压器外特性:变压器电压U2随负载电流I2增大而降低,如图7.11(U20为空载时二次绕组电压,I2N为额定运行时二次绕组电流)所示。


7.11 变压器外特性曲线

2.电压调整率:当I2从零增加到额定值I2N时,若输出电压从U20降到U2N,则电压调率U %为

U%

一般希望U % 越小越好。常用的电力变压器,电压整率约为3 %~5 %。

7.2.4变压器的损耗及效率

1.变压器功率损耗:

(1)铁损耗:变压器铁心中的磁滞损耗和涡流损耗。当外加电压一定时,工作磁通一定,铁损耗是不变的,也称为固定损耗。

(2)铜损耗:电流通过绕组时,在电阻上产生的功率损耗。铜损耗的大小随通过绕组的电流变化而变化,也称铜损耗为可变损耗。

2.变压器的输出功率与输入功率之比称为变压器的效率。

效率100 %

3.变压器的效率:

(1)一般供电变压器的效率都在95 %左右;

(2)大型变压器的效率可达98%以上。

7.2.5三相电力变压器

1.三相变压器:高压绕组U1U2、V1V2、W1W2;低压绕组u1u2、v1v2、w1w2 。图7.12为三相变压器的结构图。


图7.12 三相变压器结构

2.油浸式电力变压器:将三相变压器放入钢板制成的油箱中,箱壁上装有散热用的油管或散热片。油枕为油的热胀冷缩提供了一个空间,油箱中如有过高的压力时可将其从安全气道排出,以防爆炸。高低压引线通过绝缘套管从油箱引出。

*7.2.6特殊变压器

1.自耦变压器

(1)自耦变压器:一次、二次绕组共用一部分绕组,它们之间不仅有磁耦合,还有电的联系。

(2)自耦变压器工作原理如图7.14所示 。


图7.14 自耦变压器工作原理

 k

(3)优点:结构简单,节省材料、体积小、成本低。

(4)缺点:因一次、二次绕组之间有电联系,接线不正确时安全隐患大。例如图7.15所示为自耦变压器给携带式安全照明灯提供12 V的工作电压,因为点接地,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。



图7.15 自耦变压器使用时不安全状况

(5)自耦变压器也可以用于升压,接法如图7.16所示。


图7.16可用于升压的自耦变压器原理图

(6)自耦调节压器:如图7.17所示。一次绕组U1U2接220V交流电压,二次绕组u1u2输出电压可在0250V范围内调节。


图7.17 自耦变压器

2.互感器

仪用互感器:用于测量的变压器。

图7.18所示为接有电压互感器和电流互感器测量电压和电流的外形图和电路图。


(a)电路图                      (b)电压互感器外形图


(c)电流互感器外形图

图7.18 仪用互感器

(1)电压互感器

1)电压互感器的一次绕组并联在待测高压,二次绕组接电压表,其工作原理为

U1

2)通常规定电压互感器二次绕组的额定电压设计成标准值100 V。

注意:使用时电压互感器的二次绕组不能短路。

(2)电流互感器

1)电流互感器的一次绕组串联在待测电路中,二次绕组接电流表,其工作原理为

I2I1

2)通常电流互感器二次绕组的额定电流设计成标准值5 A。

注意:使用时电流互感器二次绕组不能开路。

3)便携式钳形电流表:利用电流互感器原理制作。其外形如图4.20所示。

它的闭合铁心可以张开,将被测载流导线钳入铁心窗口中,可直接读出被测电流的数值。用钳形电流表测量电流不用断开电路,使用非常方便。


(a)结构图                      (b)外形图

图7.19 钳形电流表

*3.电焊变压器

满足电弧焊接的特殊的变压器。如图所示其原理图。


图7.20 电焊变压器原理图

工作原理:为了起弧较容易,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30V。

【四、小结

1.变压器:将某一电压的交流电变换成频率相同的另一电压的交流电的一种变换装置。

2.变压器的基本结构:铁心和绕组线圈。

3.变压器的工作原理: 变压器一次、二次绕组电压与匝数的关系为

== k

变压器一次、二次绕组电流与匝数之间的关系为



4.变压器的外特性一般情况下是一条向下倾斜的直线。变压器从空载到满载(二次绕组电流等于额定电流)二次绕组电压变化的数值与空载电压的比例称为变压器的电压调整率。

5.变压器的耗损由两部分组成,分别是铜损耗和铁损耗。

6.变压器的效率

100 %

    7.了解三相电力变压器和特殊变压器

【五、习题

三、填空题:2、3、4;四、计算题:1。



【课题】

7.3交流电动机

教学目标

解释三相异步电动机的基本结构和旋转磁场。

教学重点

1.三相异步电动机的基本结构。

2.三相异步电动机的旋转磁场。

教学难点

三相异步电动机的旋转磁场。

教学过程

【一、复习】

1.磁路基本知识。

2.三相交流电的概念。

【二、引入新课】

三相异步电动机作为生产动力应用广泛。其结构上的定子和转子,从电磁能够交换的角度来看,相当于变压器的一次绕组和二次绕组。旋转磁场是使电动机转子旋转的原因。

【三、讲授新课】

7.3.
三相异步电动机的基本结构与旋转磁场

1.三相异步电动机的基本结构

图7.21所示为具有笼型转子的三相交流异步电动机的结构图。


图7.21 三相笼型异步电动机结构

(1)定子:由铁心和绕在铁心上的三相绕组构成,如图7.22(a)所示。

铁心:由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠压[如图7.22(b)所示]而成,其内圆周均匀分布一定数量的槽孔,用以嵌置三相定子绕组。绕组:每相绕组分布在几个槽内,整个绕组和铁心固定在机壳上。

图7.22 电动机定子

1)定子三相绕组的六个接线端子从接线盒引出,如图7.23所示(可接成星形或三角形)。


图7.23 三相异步电动机定子接线盒

2)定子三相绕组的联结方式:

① 每相绕组的额定电压等于电源的相电压时,绕组应作星形联结。

② 每相绕组的额定电压等于电源的线电压时,绕组应作三角形联结。

(2)转子:由转子铁心和转子绕组组成。

1)转子铁心:是由厚的硅钢片叠压而成的圆柱体,其外圆周冲有槽孔,以便嵌置转子绕组,如图7.24(a)所示。


(a)              (b)                     (c)

图7.24 笼型转子

2)转子绕组根据构造分成两种形式:

① 笼型转子:是在转子铁心槽内压进铜条,铜条两端分别焊在两个铜环(端环)上,如图7.24 (b)所示。中、小型电动机一般都将熔化的铝浇铸在转子铁心槽中,连同短路端环以及风扇叶片一次浇铸成形,如图7.24(c)所示。

② 绕线型转子:转子的铁心槽内嵌置对称三相绕组并作星形联结。三个绕组的末端相连,各相绕组首端通过滑环和电刷引到相应的接线盒里。绕线转子型异步电动机转子的结构如图7.25所示。


(a)示意图                                (b)绕线转子

图7.25 绕线转子异步电动机结构

2.三相异步电动机的旋转磁场

(1)旋转磁场:在空间上互差120o的三相对称绕组中分别通入三相对称交流电流(如图7.26所示),它们将产生各自的交变磁场,三个交变磁场合成为一个两极旋转磁场(如图7.27所示)


图7.26 三相绕组通入三相交流电

图7.27 旋转磁场的产生

旋转磁场的磁极对数p与定子绕组的空间排列有关。通过适当的安排,可以制成两对、三对或更多对磁极的旋转磁场。

(2)旋转磁场转速(同步转速)为

n0 rmin

不同磁极对数旋转磁场的转速如表7.2所示。

表7.2不同磁极对数旋转磁场的转速

磁极对数p

1

2

3

4

5

旋转磁场转速n0 /(r·min-1

3 000

1 500

1 000

750

600

(3)对旋转磁场形成过程分析还可知,旋转磁场转向与通入电动机定子绕组的电流相序有关。若要使旋转磁场反转,只需把三根电源线中的任意两根对调,旋转磁场与原来旋转方向相反。

7.3.2三相异步电动机的转动原理及转差率

异步电动机运转原理:如图7.31所示。


图7.31 异步电动机转动原理

旋转磁场以同步转速顺时针方向旋转,相当于磁场不动,转子导体逆时针方向切割磁力线,产生感生电动势、感生电流,用右手定则判定其方向。有电流的转子导体在旋转磁场中受到电磁力的作用,用左手定则判断转子受力(F)的方向,如图7.31所示。电磁力对转子转轴形成电磁转矩,使转子沿旋转磁场的方向(顺时针方向)旋转。

1.异步电动机:转子转速与旋转磁场转速同方向,且

2.转差率:同步转速与转子转速的差值与同步转速之比,用s表示。

s

3.电动机的异步程度:电动机在起动瞬间,0,s1转差率最大;空载运行时,接近于同步转速,转差率s最小。

例如:某四极三相异步电动机额定转速(即转子转速)=1 440 rmin,其同步转速1 500 rmin,则额定转差率()0.04。一般情况下,异步电动机额定转差率0.020.06。

7.3.3 三相异步电动机的运行特性

1.电磁转矩T与转子转速n2的关系曲线

(1)机械特性曲线:电动机的电磁转矩T 与转子转速n2的关系曲线,如图7.32所示。


图7.32 三相异步电动机的机械特性曲线

图中:起动转矩Tst为起动时对应的电磁转矩;

额定转矩TN为电动机带额定负载时对应的电磁转矩;

最大矩转Tm为电动机在运行中具有的最大转矩。

可见:

1)电动机的起动转矩大于负载阻力矩时,电磁转矩随转子转速的增加而逐渐增大(沿曲线DC段上升)到最大转矩Tm。而后随着转速的继续增大电磁转矩减小(沿曲线CA段下降)到等于负载阻力矩时,电动机就以某一转速匀速稳定旋转。

2)电动机在AC段工作时若负载加重,负载阻力矩大于电磁转矩,会使电动机转速有所下降,但与此同时,电磁转矩随转速的下降而增大,从而与负载阻力矩达到新的平衡,使电动机以比原来稍低的转速稳定运转。

3)若负载的阻力矩超过了最大电磁转矩 Tm,没有新的平衡点使电磁转矩等于负载转矩,电动机的转速将很快下降直到停止,处于堵转状态。堵转时电动机定子绕组的电流可达到额定值的 4 ~ 7倍。

4)机械特性曲线中AC段为异步电动机的稳定运行区。只要负载阻力矩介于A ~ C区间内,均可以找到平衡点稳定运行。

(2)过载系数(过载能力):电动机的最大电磁转矩与额定转矩之比。一般异步电动机的过载系数约为2~2.2,特殊用途电动机可达到3或更大。

(3)起动能力:电动机的起动转矩与额定转矩之比。一般比例为1.7~2.2。

2 转矩与功率的关系

电动机在额定状态下运行输出额定转矩

TN9550

式中:TN为电动机输出额定转矩(Nm);PN为电动机输出的额定功率(kW);nN电动机的额定转速(r/min)。

3 电磁转矩与电源电压的关系

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

TU 2

图7.33画出了几条不同电压时的机械特性曲线。


图7.33 电源电压变化时的机械特性曲线

可见:电动机负载阻力矩一定时,电压降低导致电磁转矩的下降,使电动机转速下降,电流增大。如果电压下降过多,最大转矩也低于负载转矩时,则电动机会被迫停转。

[例7.2]已知某三相异步电动机额定功率PN4kW,额定转速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,定子绕组上电压下降20%时,电动机能否继续旋转?能否在此状态下满载起动?

[解] 额定转矩

TN9 5509 550 Nm26.5 Nm

起动转矩为

Tst =1.8TN =1.8   26.5 Nm = 47.7 Nm

最大转矩为

m2.2 2.2   26.5 Nm = 58.3 Nm

当电压降低20 %时,据TU2,对应的起动转矩、最大转矩分别为

Ts t = 0.82T s t = 0.64   47.7 Nm =30.6 Nm

Tm0.82Tm = 0.64   58.4 Nm37.4 Nm

满载运行时:因为负载转矩等于电磁转矩 TN26.5NmTm 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26.5NmTs t 降压后可满载直接起动。

7.3.4 三相异步电动机的铭牌

三相异步电动机的铭牌如图7.34所示。


图7.34 三相异步电动机铭牌

1.电动机型号(Y112 M4):指国产Y系列异步电动机,中心机座高度为112 mm,“M”表示中机座(“L”表示长机座,“S”表示短机座),“4”表示旋转磁场为四极(p2)。

2.额定功率PN(4.0kW):表示电动机在额定工作状态下运行时输出的机械功率。

3.额定电压UN(380V):表示定子绕组上加的线电压。通常功率3kW以下的异步电动机,定子绕组应接成星形联结;功率在4 kW以上时,定子绕组作三角形联结。

4.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。

5.额定转速nN(1440 r/min):表示电动机在额定运行时转子的转速。

6.防护方式(IP44):表示电动机外壳防护的方式为封闭式电动机。

7.频率f(50 Hz):表示电动机定子绕组输入交流电源的频率。

8.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。

9.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,如表7.3所示。目前,国产Y系列电动机一般采用B级绝缘。

表7.3 绝缘材料耐热性能等级

绝缘等级

Y

A

E

B

F

H

C

最高允许温度 / oC

90

105

120

130

155

180

大于180

此外,铭牌上标注“LW 82 dB”是电动机的噪声等级。

除铭牌上标出的参数之外,在产品目录或电工手册中还有其他一些技术数据。例如:

10.功率因数:指在额定负载下定子电路的功率因数。

11.效率:指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

N 100% 100 %

12.温升:指在额定负载时,绕组的工作温度与环境温度的差值。

[例7.3] 在[例7.2]中,若UN = 380 V,cos = 0.82,Ist / IN7.0,效率0.84,求额定电流、起动电流。

[解]

0.84

可得

IN = A8.8 A

Ist7 IN78.8 A61.6 A

7.3.5 单相异步电动机

1.电容分相式单相异步电动机

电容分相式异步电动机的定子电路如图7.35所示。

图7.35 电容分相式单相异步电动机定子电路

定子有两个在空间互差90的绕组U1U2、V1V2。其中U1U2称为工作绕组,流过的电流为I2。V1V2 绕组中串有电容器,称为起动绕组,流过的电流为I1。适当选择电容器C的容量,可使两个绕组中的电流相位差为90,这样在空间上互成90 的两相绕组通入互差90的两相交流电,便产生了旋转磁场,如图7.36所示。


图7.36 互差90的两相电流的旋转磁场

在旋转磁场的作用下,电动机的转子就会沿旋转磁场方向旋转。

有的单相异步电动机采用在起动绕组中串入电阻的方法,使得两相绕组中的电流在相位上存在一定的角度,也可以产生旋转磁场。

2.罩极式单相异步电动机

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,如图7.37所示。

图7.37 罩极式单相异步电动机

罩极:定子磁极上开一个槽,在较小磁极上套一个短路铜环。

磁极绕通入单相交流电,铁心中便产生交变磁通,铜环中产生感应电流。由楞次定律可知,感应电流产生的磁场将阻碍原来磁场的变化,使罩极下穿过的磁通滞后于未罩铜环部分穿过的磁通,如同磁通总是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。

电流变化半周期磁通变化情况如图7.38所示。


7.38 罩极式单相异步电动机的旋转磁场

罩极式单相异步电动机不能改变转向(磁场总是从未罩部分向罩极移动),它的起动转矩较分相式单相异步电动机的起动转矩小。

【四、小结】

1.三相异步电动机的结构


2.三相异步电动机定子绕组接入三相电源有两种联结方式:星形或三角形。电动机定子绕组的连接方式与外接电压有关。

3.异步电动机旋转磁场,是在对称三相绕组通入对称三相交流电流时产生的。旋转磁场的转速称为同步转速。

n0

4.旋转磁场方向的改变只需对调三根电源线中的任意两根。

5.三相异步电动机定子绕组通入三相交流电后,会在定子绕组空间产生旋转磁场,转子在旋转磁场的作用下会转动。

6.转子的旋转方向和旋转磁场的方向是一致的,因此要想改变异步电动机的旋转方向,只要改变旋转磁场的方向即可。

7.转差率描述转子转速n2和旋转磁场转速n0(同步转速)相差的程度。

8.当电动机通电转子尚未转动瞬间,n2 = 0,则s= 1;当转子转速等于同步转速时,n0 = n2,则s = 0。一般情况下,额定转差率= 0.02 ~ 0.06。

9.电磁转矩T与转子转速n2的之间的关系也称为机械特性。机械特性中,最值得注意的有三点:

(1)起动点,转子的转速n2 0,转差率s1。

(2)额定点。

(3)临界点

10.三相异步电动机的机械特性上以临界点将曲线分成性质不同的两部分:一部分是转矩增大时,转速降低;另一部分是转矩减小时,转速降低。

11.电磁转矩与电源电压的平方成正比,电动机端电压下降较多的情况下,电动机的电磁转矩会显著下降,引起电流增大,严重时会烧毁电动机。

12.了解三相异步电动机的铭牌标识。

13.了解单相异步电动机的工作原理。

【五、习题】


是非题:2、3、4、5、6、7;二、选择题:4、5、6;四、计算题:2、3;五、作图题与简答题:1。



课题

7.4直流电动机

教学目标

知道直流电动机的结构和用途。

教学重点

1.直流电动机的励磁方式。

2.直流电动机的机械特性。

教学难点

直流电动机的转动原理。

教学过程

【一、复习】

交流电动机的转动原理。

【二、引入新课】

直流电动机结构较交流电动机复杂得多,但其在运行性能上有许多优点是交流电动机暂时没有的。本节内容偏多,主要讲教学重点,其他问题一带而过。

【三、讲授新课】

7.4.1 直流电动机的结构及转动原理

图7.39所示为直流电动机结构示意图。


图7.39 直流电动机结构示意图

图中:

(1)N、S为直流电动机定子主磁极,主磁极上绕有励磁绕组。

(2)线圈abcd装在可转动的圆柱形铁心上,合称电枢,线圈称为电枢绕组。

(3)与电枢绕组两端相连的是两个彼此绝缘的圆弧形铜片,即换向片。电刷A B紧压在换向片上并与外加直流电源相通。

7.4.2 直流电动机的励磁方式

1.按励磁绕组与电枢绕组连接方式的不同,直流电动机可分为他励、并励、串励、复励四种。电路如图7.40所示。


(a)他励           (b)并励             (c)串励              (d)复励

图7.40 直流电动机的励磁方式

2.四种励磁的直流电动机的机械特性曲线分别如图7.41所示 。


图7.41 直流电动机的机械特性

(1)他励和并励直流电动机具有硬机械特性。当负载增大时转速略有下降,但变化不大。

(2)串励电动机具有软机械特性。当负载增大时转速大幅下降。但当负载很轻或接近空载时,转速将很高。

(3)复励电动机具有的机械特性曲线介于以上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。

【四、小结】

1.为了产生方向始终如一的电磁转矩,外部电路中的直流电流必须改变成电动机内部的交变电流,这一过程称为电流的换向。换向用的铜片称为换向片。互相绝缘的换向片组合的总体称为换向器。

2.直流电动机定子由主磁极、换向磁极、机座和端盖组成。

3.直流电动机转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

4.直流电动机的励磁方式

(1)他励电动机的励磁电流由另外直流电源供给。

(2)并励电动机的电枢绕组和励磁绕组是并联关系,是同一电源供电。

(3)串励电动机的电枢电流就是励磁电流。

(4)复励电动机分积复励和差复励之分,积复励就是电动机既有并励,又有串励,并且两个励磁的作用是相互加强的;差复励是两个励磁的作用相互减少。

【五、习题】


是非题:9;五、作图题:3。



课题

7.5常用低压电器

教学目标

知道闸刀开关、铁壳开关、组合开关、熔断器、自动充气开关及接触器、继电器和按钮开关的结构及用途。

教学重点

1.交流接触器结构与工作原理。

2.断路器结构与工作原理。

教学难点

1.组合开关的结构。

2.热继电器的结构与工作原理。

教学过程

【一、复习】

电路组成中辅助设备的作用。

【二、引入新课】

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。常用低压电器种类繁多,功能各异,是一个庞大的家族,并且不断涌现出现新品种。

【三、讲授新课】

7.5.1闸刀开关

1.部件:刀片(动触点)和刀座(静触点)。

按刀片数量不同,闸刀开关可分为单刀、双刀和三刀三种。图7.42是胶木盖瓷座三刀闸刀开关的结构图和符号。


(a)结构                (b)符号(单刀、双刀)

图7.42闸刀开关

2.作用:(1)隔离开关,也就是说在不带负载(用电设备不工作)的情况下切断和接通电源。(2)电源开关,直接用它来控制电动机(小于7.5 kW)起、停操作。

7.5.2铁壳开关

1.铁壳开关:熔断器和刀片与刀座等安装在薄钢板制成的防护外壳内。有速断弹簧以加快刀片与刀座分断速度,减少电弧。图7.43是铁壳开关的外形图。


图7.43铁壳开关

2.特点:外壳上有机械联锁装置,壳盖打开时开关不能闭合;开关断开时壳盖才能打开。

3.作用:用于不频繁接通和分断电路。

7.5.3 组合开关

1.结构:静触点、动触点和绝缘手柄。(1)静触点一端固定在绝缘板上,另一端伸出盒外,并附有接线柱,以便和电源线及其他用电设备的导线相连。(2)动触点装在另外的绝缘垫板上,垫板套装在附有绝缘手柄的绝缘杆上。(3)绝缘手柄能沿顺时针或逆时针方向转动,带动动触点分别与静触点接通或断开。图7.44是组合开关外形图和原理示意图。


(a)外形                          (b)结构                    (c)原理示意

图7.44 组合开关

2.作用:电气设备中作为不频繁地接通和分断电路,接通电源和负载,控制小容量异步电动机的正、反转及星形三角形起动等用途。

7.5.4 按钮开关

1.结构:由动触点、静触点、按钮帽和复位弹簧组成。图7.45是按钮开关外形图、结构图及符号。


(a)外形                      (b)结构                 (c)原理示意

图7.45 按钮开关

2.动作情况:当用手按下按钮帽时,上面的动断(常闭)触点先断开;下面的动合(常开)触点后闭合。当松开按钮帽时,动触点自动复位,使得动合触点先断开,动断触点后闭合。

3.复合按钮:在一个按钮内分别安装有动断和动合触点的按钮。

7.5.5 熔断器

1.结构:由熔体和外壳组成。图7.46(a)、(b)、(c)、(d)、(e)为几种常见熔断器的外形图及符号。


(a)插入式熔断器                                       (b)螺旋式熔断器



(c)管式熔断器                                        (d)添料式熔断器

图7.46 熔断器

一般情况下要求通过熔体的电流等于或小于额定电流的1.25倍时,可以长期不熔断;超过其额定电流的倍数越大,熔体熔断的时间越短。

7.5.6 交流接触器

1.结构:电磁铁和触点组组成。(1)电磁铁的铁心分为动、静铁心。(2)触点组的动触点在动铁心移动时,被拖动作相应的移动。图7.47(a)、(b)、(c)、(d)分别为接触器外形图、结构图、原理示意图及符号。

图7.47 交流接触器

2.交流接触器的触点:

(1)主触点通常为3对动合触点,带有灭弧装置,允许通过较大的电流;

(2)辅助触点既有动合也有动断触点,不带有灭弧装置,允许通过的电流较小。

3.触点动作情况:吸引线圈通电动铁心克服复位弹簧作用力向静铁心移动,拖动所有触点动作。动断触点断开;动合触点闭合。

4.短路环作用:消除交流接触器的铁心在工作时发生振动而产生噪声。

7.5.7 热继电器

1.作用:过载保护。

2.结构:发热元件绕制在双金属片(两层膨胀系数不同的金属辗压而成)上,传动机构设置在双金属片和触点之间,热继电器有动合、动断触点各1对。图7.48(a)、(b)、(c)分别为热继电器外形图、原理示意图和符号。


(a)外形


(b) 原理示意图                           (c)符号

图7.48 热继电器

3.工作原理:发热元件串联在被保护设备的电路中,过载时负载电流增大导致发热元件产生的热量使双金属片产生弯曲变形,当弯曲程度达一定幅度时,导板推动杠杆使热继电器的触点动作,其动断触点断开;动合触点闭合。

4.热继电器触点复位方式:(1)调节螺钉旋入可使双金属片冷却后动触点自动复位;(2)调节螺钉旋出使双金属片冷却后动触点不能自动复位,必须按下复位按钮动触点实现手动复位。

5.注意:热继电器不适应于对电气设备(电动机)实现短路保护。

7.5.8 空气断路器

1.作用:对电气设备实现短路、过载和欠压保护。

2.结构:触点、脱扣机构。图7.49(a)、(b)、(c)为空气断路器的外形图、原理示意图和符号。


(a)外形                                    (b)原理示意                  (c)符号

图7.49 空气断路器

3.手柄位置:“分”与“合”在机械上是互锁的。(1)“合”位置,触点连杆被搭钩锁住,触点保持闭合状态;(2)“分”位置,触点处于断开状态。

4.工作原理:

(1)短路或严重过载时,过流脱扣器的衔铁被吸合,通过杠杆将搭钩顶开,主触点迅速切断短路或严重过载电路。

(2)过载时,产生的热量使双金属片弯曲变形推动杠杆顶开搭钩,主触点断开,切断过载电路。过载越严重,主触点断开越快,但不可能瞬动。

(3)失压或电压过低时,欠压脱扣器中衔铁因吸力不足而将被释放,主触点被断开。当电源恢复正常时,必须重新合闸后才能工作,实现失压保护。

【四、小结】

1.电器是一种控制电的工具。“低压电器”是指其工作电压为交流1 200 V、直流1 500 V以下的电器。

2.闸刀开关也称刀开关。它广泛地应用在低压电路中作不频繁接通或分断容量不太大的低压供电电路,有时也作为隔离开关使用。

3.封闭式负荷开关。控制不频繁起动小型电动机。

4.组合开关。接线方式很多,有一定的通断能力。

5.按钮开关。其作用是“发布控制命令”。

6.熔断器。串联在被保护的电路中,发生过载或短路故障熔体自行熔断,并以此切断故障电路。

7.交流接触器。用来频繁地远距离接通或断开交、直流电路及大容量控制电路。

8.热继电器。过载保护。

9.空气断路器。电气设备多种保护。

【五、习题】

一、是非题:11、12、13、14;二、选择题:7、8、9、10;三、填空题:7、8。