第一章

建筑電氣基礎知識建筑電氣（第三版）目錄第一章建筑電氣基礎知識1.1電路的基本概念1.2電路的基本定律1.3單相交流電路1.4三相交流電路1.5磁路與變壓器1.6三相異步電動機1.1電路的基本概念電源:

提供電能的裝置負載:取用電能的裝置中間環節：傳遞、分配和控制電能的作用發電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線1.1.1電路的組成及作用1、電阻的組成直流電源直流電源:

提供能源信號處理：放大、調諧、檢波等負載信號源:

提供信息1、電路的組成放大器揚聲器話筒1、電路的組成返回下一頁上一頁下一節E電源：E將非電形態的能量轉化為電能的供電設備。負載：將電能轉化為非電形態的能量的用電設備。中間環節：傳遞、分配和控制電能

簡單照明電路—內電路—外電路直流電路：電路中通直流電交流電路：電路中通交流電

(1)實現電能的傳輸、分配與轉換(2)實現信號的傳遞與處理放大器揚聲器話筒2、電路的作用

電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設備或電路元件按一定方式組合而成。

發電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線1.1.2電路的基本物理量電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路中關注的物理量是電流、電壓和功率。電流電流強度帶電粒子有規則的定向運動單位時間內通過導體橫截面的電荷量1、電流方向規定正電荷的運動方向為電流的實際方向單位A（安培）、kA、mA、

A元件(導線)中電流流動的實際方向只有兩種可能:

實際方向AB實際方向AB對于復雜電路或電路中的電流隨時間變化時，電流的實際方向往往很難事先判斷。問題1、電流大小方向(正負）電流(代數量)任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。I>0I<0實際方向實際方向電流的參考方向與實際方向的關系：I

參考方向ABI

參考方向ABI

參考方向AB表明1、電流電流參考方向的兩種表示：

用箭頭表示：箭頭的指向為電流的參考方向。

用雙下標表示：如IAB

,

電流的參考方向由A指向B。I

參考方向ABIABAB1、電流電壓U

單位單位正電荷q

從電路中一點移至另一點時電場力做功（W）的大小。

電位

單位正電荷q

從電路中一點移至參考點（＝0）時電場力做功的大小。

實際電壓方向

電位真正降低的方向。V(伏)、kV、mV、

V參考點也稱接地，用表示，其電位為零。2、電壓與電位復雜電路或交變電路中，兩點間電壓的實際方向往往不易判別，給實際電路問題的分析計算帶來困難。

電壓(降)的參考方向U>0參考方向U+–參考方向U+–

<0U假設高電位指向低電位的方向。問題+實際方向–+實際方向–2、電壓與電位電壓參考方向的三種表示方式(1)用箭頭表示：(2)用正負極性表示(3)用雙下標表示UU+ABUAB定義：衡量電源做功能力的物理量電源中的局外力（非電場力即電源力）將單位正電荷從電源的負極移至正極所轉換而來的電能。用E表示。單位：伏[特]（V）。電動勢方向：電源負極→正極，即電位升高方向。直流電動勢的兩種表示符號E=W/Q電動勢只存在電源內部3、電動勢小結：電路基本物理量的實際方向物理量實際方向電流I正電荷運動的方向電動勢E

(電位升高的方向)

電壓U(電位降低的方向)高電位

低電位

單位kA、A、mA、μA低電位

高電位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV3、電動勢1.1.3、電路的三種狀態開關閉合,接通電源與負載負載端電壓U=IR1、通路--有載IR0R+

-EU+

-I①

電流的大小由負載決定。②在電源有內阻時，I

U

。或U=E–IR0電源的外特性EUI0當

R0<<R

時，則U

E

，表明當負載變化時，電源的端電壓變化不大，即帶負載能力強。負載端電壓U=RI①

電流的大小由負載決定。②在電源有內阻時，I

U

。或U=E–RoIUI=EI–RoI2P=PE–

P負載取用功率電源產生功率內阻消耗功率③電源輸出的功率由負載決定。負載大小的概念:

負載增加指負載取用的電流和功率增加(電壓一定)。IR0R+

-EU+

-I特征:開關斷開2、電源開路I=0電源端電壓

(開路電壓)負載功率U

=U0=EP

=01.開路處的電流等于零；

I

=02.開路處的電壓U

視電路情況而定。電路中某處斷開時的特征:I+–U有源電路IRoR+

-EU0+

-電源外部端子被短接3、電源短路特征:電源端電壓負載功率電源產生的能量全被內阻消耗掉短路電流（很大）U

=0

PE=

P=I2R0P

=01.

短路處的電壓等于零；

U

=02.短路處的電流I

視電路情況而定。電路中某處短路時的特征:I+–U有源電路IR0R+

-EU0+

-1.2電路的基本定律U、I參考方向相同時，U、I參考方向相反時，RU+–IRU+–I

表達式中有兩套正負號：①式前的正負號由U、I

參考方向的關系確定；②

U、I

值本身的正負則說明實際方向與參考方向之間的關系。通常取

U、I

參考方向相同。U=IR

U=–IR1.2.1歐姆定律1.2.2基爾霍夫定律

1、基爾霍夫電流定律

(KCL)令流出為“+”，有：例在電路中，任意時刻，對任意節點流出（或流入）該節點電流的代數和等于零。例三式相加得：KCL可推廣應用于電路中包圍多個節點的任一閉合面。1

32表明2、基爾霍夫電壓定律U3U1U2U4標定各元件電壓參考方向選定回路繞行方向，順時針或逆時針.I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_

在電路中，任一時刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數和恒等于零。–U1–US1+U2+U3+U4+US4=0U2+U3+U4+US4=U1+US1

或：–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_KVL也適用于電路中任一假想的回路。注意KCL、KVL小結：KCL是對支路電流的線性約束，KVL是對回路電壓的線性約束。KCL、KVL與組成支路的元件性質及參數無關。KCL表明在每一節點上電荷是守恒的；KVL是能量守恒的具體體現(電壓與路徑無關)。1.3單相交流電路正弦量：隨時間按正弦規律做周期變化的量。Ru+_

_

_iu+_正弦交流電的優越性：

便于傳輸；易于變換便于運算；有利于電器設備的運行；

.....正半周負半周Ru+_1.3.1正弦交流電的概念設正弦交流電流：角頻率：決定正弦量變化快慢幅值：決定正弦量的大小幅值、角頻率、初相角成為正弦量的三要素。初相角：決定正弦量起始位置

Imi01、正弦交流及其三要素周期、頻率與角頻率周期T：變化一周所需的時間（s）角頻率：單位時間內正弦函數輻角的增長值。（rad/s）頻率f：（Hz）T*

無線通信頻率：

30kHz~30GHz*電網頻率：我國

50Hz

，美國

、日本

60Hz*高頻爐頻率：200~300kHz*中頻爐頻率：500~8000HziO

給出了觀察正弦波的起點或參考點。

:2、初相位與相位差

相位：

初相位：

表示正弦量在t=0時的相位角。

反映正弦量變化的進程。iO如：若電壓超前電流

兩同頻率的正弦量之間的初相位之差。相位差

：ui

電流滯后電壓

uiωt0②不同頻率的正弦量比較無意義。注意:

tO

①兩同頻率的正弦量之間的相位差為常數，與計時起點的選擇無關。則有交流直流同理：有效值必須大寫

均方根值

有效值：與交流熱效應相等的直流定義為交流電的有效值。3、有效值1.3.2正弦交流電路的計算方法瞬時值表達式前兩種不便于運算，重點介紹相量表示法。波形圖

１.正弦量的三種表示方法重點必須小寫相量uO+j+1Abar02.復數及其表示形式設A為復數，其表示形式有:(1)代數式A=a+jb復數的模復數的輻角實質：用復數表示正弦量式中:(2)三角式由歐拉公式:可得:

(3)指數式

設正弦量:相量:表示正弦量的復數稱相量電壓的有效值相量(4)極坐標式相量表示:相量的模=正弦量的有效值

相量輻角=正弦量的初相角2.復數及其表示形式3.正弦量的相量表示電壓的幅值相量①相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。注意:？=②只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示。相量的模=正弦量的最大值

相量輻角=正弦量的初相角或：③相量的兩種表示形式

相量圖:

把相量表示在復平面的圖形相量式:⑤相量的書寫方式

模用最大值表示，則用符號：

實際應用中，模多采用有效值，符號：如：已知則或④只有同頻率的正弦量才能畫在同一相量圖上。可不畫坐標軸，參考相量畫在水平方向。旋轉90°因子：⑥“j”的數學意義和物理意義設相量+1+jo相量乘以，將逆時針旋轉90°，得到相量乘以，將順時針旋轉

90°，得到（1）電壓與電流的關系設②大小關系：③相位關系：u、i

相位相同根據歐姆定律:①頻率相同相位差：相量圖Ru+_相量式：4、電阻電路（2）功率關系①瞬時功率

p：瞬時電壓與瞬時電流的乘積小寫結論:

（耗能元件）,且隨時間變化。piωtuOωtpOiu瞬時功率在一個周期內的平均值大寫②平均功率(有功功率)P單位:瓦（W）PRu+_ppωtO注意：通常銘牌數據或測量的功率均指有功功率。

基本關系式：①頻率相同②U=IL

③電壓超前電流90

相位差（1）電壓與電流的關系5、電感元件設：+-eL+-LuωtuiiO或則:

感抗(Ω)

電感L具有通直阻交的作用直流：f=0,XL=0，電感L視為短路定義：有效值:交流：fXL感抗XL是頻率的函數可得相量式：電感電路復數形式的歐姆定律相量圖超前根據：則：（2）功率關系①瞬時功率②平均功率

L是非耗能元件用以衡量電感電路中雙向能量交換的規模。用瞬時功率達到的最大值表征，即單位：var(乏)③無功功率Q瞬時功率

：例:把一個0.1H的電感接到f=50Hz,U=10V的正弦電源上，求I，如保持U不變，而電源

f=5000Hz,這時I為多少？（2）當f=5000Hz時所以電感元件具有通低頻阻高頻的特性解：(1)當f=50Hz時電流與電壓的變化率成正比。

基本關系式：（1）電流與電壓的關系①頻率相同②I=UC

③電流超前電壓90

相位差則：6、電容元件uiC+_設：iuiu或則:容抗（Ω）定義：有效值所以電容C具有隔直通交的作用XC直流：XC，電容C視為開路交流：f容抗XC是頻率的函數可得相量式則：電容電路中復數形式的歐姆定律相量圖超前O由（2）功率關系①瞬時功率uiC+_②平均功率Ｐ由C是非耗能元件同理，無功功率等于瞬時功率達到的最大值。③無功功率Q單位：var為了同電感電路的無功功率相比較，這里也設則：指出下列各式中哪些是對的，哪些是錯的？在電阻電路中：在電感電路中：在電容電路中：【練習】√×√√√√√√×××××√×7、RLC串聯電路設（參考相量）則總電壓與總電流的相量關系式RjXL-jXC+_+_+_+_（1）電壓與電流的關系令則

Z的模∣Z∣表示u、i的大小關系，輻角（阻抗角）

為u、i的相位差。Z

是一個復數，不是相量，上面不能加點。阻抗復數形式的歐姆定律注意根據電路參數與電路性質的關系：阻抗模：阻抗角：當XL>XC

時，

>0

，u

超前i

呈感性當XL<XC

時，

<0

，u

滯后i

呈容性當XL=XC

時，

=0

，u.

i同相呈電阻性

由電路參數決定。相量圖(

>0感性)XL

>

XC參考相量電壓三角形(

<0容性)XL

<

XCRjXL-jXC+_+_+_+_(

=0阻性)XL

=XC由阻抗三角形：電壓三角形阻抗三角形由電壓三角形可得:（2）功率關系儲能元件上的瞬時功率耗能元件上的瞬時功率在每一瞬間,電源提供的功率一部分被耗能元件消耗掉,一部分與儲能元件進行能量交換。①瞬時功率設：RLC+_+_+_+_②平均功率P

（有功功率）單位:W總電壓總電流u與i

的相位差cos

稱為功率因數，用來衡量對電源的利用程度。③無功功率Q單位：var總電壓總電流u與i

的相位差根據電壓三角形可得：電阻消耗的電能根據電壓三角形可得：電感和電容與電源之間的能量互換④視在功率S電路中總電壓與總電流有效值的乘積。單位：V·A注：SN＝UNIN稱為發電機、變壓器等供電設備的容量，可用來衡量發電機、變壓器可能提供的最大有功功率。

P、Q、S

都不是正弦量，不能用相量表示。阻抗三角形、電壓三角形、功率三角形SQP將電壓三角形的有效值同除I得到阻抗三角形將電壓三角形的有效值同乘I得到功率三角形R例已知:求:(1)電流的有效值I與瞬時值i;(2)各部分電壓的有效值與瞬時值；(3)作相量圖；(4)有功功率P、無功功率Q。在RLC串聯交流電路中，解：(1)(2)方法1：方法1：通過計算可看出：而是(3)相量圖(4)或或(4)呈容性方法2：相量計算解：1.3.3功率因數及其改善的方法1.功率因數:對電源利用程度的衡量。X

+-的意義：電壓與電流的相位差，阻抗的輻角時,電路中發生能量互換,出現無功當功率這樣引起兩個問題:(1)電源設備的容量不能充分利用若用戶：則電源可發出的有功功率為：若用戶：則電源可發出的有功功率為：而需提供的無功功率為:所以

提高可使發電設備的容量得以充分利用無需提供的無功功率。（2）增加線路和發電機繞組的功率損耗(費電)設輸電線和發電機繞組的電阻為:要求:(Ｐ、Ｕ定值)時所以提高可減小線路和發電機繞組的損耗。(導線截面積)2.功率因數cos

低的原因日常生活中多為感性負載---如電動機、日光燈，其等效電路及相量關系如下圖。相量圖+-+-+-感性等效電路40W220V白熾燈

例40W220V日光燈

供電局一般要求用戶的

否則受處罰。

常用電路的功率因數純電阻電路R-L-C串聯電路純電感電路或純電容電路電動機空載電動機滿載日光燈（R-L串聯電路）(2)

提高功率因數的措施:3.功率因數的提高

必須保證原負載的工作狀態不變。即：加至負載上的電壓和負載的有功功率不變。

在感性負載兩端并電容I(1)

提高功率因數的原則：+-結論并聯電容C后：(2)

原感性支路的工作狀態不變:不變感性支路的功率因數不變感性支路的電流(3)

電路總的有功功率不變因為電路中電阻沒有變，所以消耗的功率也不變。(1)電路的總電流，電路總功率因數I電路總視在功率S4.

并聯電容值的計算相量圖:由相量圖可得：即:+-1.4

三相交流電路1.三相電壓的產生工作原理：動磁生電++__eeU1U2?定子鐵心（作為導磁路經）三相繞組尺寸、匝數相同空間排列互差120

:直流勵磁的電磁鐵定子轉子發電機結構W2U1U2V2NSW1-+V1???轉子三相電動勢瞬時表示式三相交流電到達正最大值的順序稱為相序。供電系統三相交流電的相序為U

V

W。波形圖ee1e2e3tO相量式相量圖E1

·E2

·1200E3

·12001200對稱三相電動勢的瞬時值之和為0最大值相等頻率相同相位互差120°稱為對稱三相電動勢三個正弦交流電動勢滿足以下特征(尾端)+e1e2e3U2U1V1V2W1W2(首端)++––

–電動勢參考方向：繞組尾端→首端U2U1e1+–W2W1e3+–V2V1e2+–發電機三相繞組的連接可以接成三個單相電路，但不經濟。2.三相電源的星形聯結(1)聯接方式中性線(零線、地線)中性點端線(相線、火線)在低壓系統,中性點通常接地，所以也稱地線。相電壓：端線與中性線間（發電機每相繞組）的電壓線電壓：端線與端線間的電壓、Up–+–++–、UlNL2L3L1e1+–e3+–e2+––+–+–+(2)

線電壓與相電壓的關系根據KVL定律由相量圖可得相量圖

30°L1NL2L3e1+–e3+–e2+–+–+–+––+–+–+同理3.三相電源的三角形聯結–++–+L2L1L3–1.4.2三相負載組成與連接三相負載不對稱三相負載：不滿足Z1=Z2

=

Z3

如由單相負載組成的三相負載對稱三相負載：Z1=Z2=

Z3

如三相電動機1.三相負載分類單相負載：只需一相電源供電

照明負載、家用電器負載三相負載：需三相電源同時供電

三相電動機等三相負載的聯接

三相負載也有Y和兩種接法。

2.負載星形聯結的三相電路線電流：流過端線的電流相電流：流過每相負載的電流結論：負載Y聯結時，線電流等于相電流。(1)聯結形式+Z2Z3Z1N'N++–––N電源中性點N′負載中性點中線電流：流過中性線的電流三相四線制(2)負載Y聯結三相電路的計算1)負載端的線電壓＝電源線電壓2)負載的相電壓＝電源相電壓3)線電流＝相電流Y

聯結時：4)中線電流負載Y聯結帶中性線時,可將各相分別看作單相電路計算+Z2Z3Z1N'N++–––負載對稱時,中性線無電流,

可省掉中性線。這就是三相三線制所以負載對稱時，三相電流也對稱。負載對稱時，只需計算一相電流，其它兩相電流可根據對稱性直接寫出。+Z2Z3Z1N'N++–––（1）聯結形式3、負載三角形聯結線電流:

流過端線的電流相電流:

流過每相負載的電流

、、Z12Z23Z31L1L3L2+++–––線電流不等于相電流②相電流①負載相電壓=電源線電壓即:UP

=UL一般電源線電壓對稱，因此不論負載是否對稱，負載相電壓始終對稱,即（2）分析計算相電流：線電流：UAB=UBC=UCA=Ul=UPZ12Z23Z31L1L3L2+++–––23123123123130°負載對稱時,

相電流對稱，即23③線電流為此線電流也對稱，即。

線電流比相應的相電流滯后30

。1.4.3

三相功率無論負載為Y或△聯結，每相有功功率都應為

Pp=Up

Ip

cosp對稱負載

聯結時：對稱負載Y聯結時：相電壓與相電流的相位差當負載對稱時：P=3UpIpcosp所以總有功功率為P=P1+P2+P3同理：無論負載為Y或△聯結，每相無功功率都應為

Qp=Up

Ip

sinp總無功功率為Q=Q1+Q2+Q3當負載對稱時視在功率當負載對稱時1.5.1

磁路的基本物理量及基本定律1.

磁感應強度

表示磁場內某點磁場強弱和方向的物理量。磁感應強度B的大小:磁感應強度B的方向:

與電流的方向之間符合右手螺旋定則。磁感應強度B的單位:

特斯拉(T)，1T=1Wb/m2

均勻磁場:

各點磁感應強度大小相等，方向相同的

磁場，也稱勻強磁場。1.5磁路與變壓器2.

磁通穿過垂直于B方向的面積S中的磁力線總數。

說明:

如果不是均勻磁場，則取B的平均值。在均勻磁場中

=BS或

B=/S磁感應強度B在數值上可以看成為與磁場方向垂直的單位面積所通過的磁通,故又稱磁通密度。磁通

的單位:韋[伯](Wb)3.

磁場強度介質中某點的磁感應強度B與介質磁導率

之比。磁場強度H的單位：安培/米（A/m)任意選定一個閉合回線的圍繞方向，凡是電流方向與閉合回線圍繞方向之間符合右螺旋定則的電流作為正、反之為負。

式中：是磁場強度矢量沿任意閉合線(常取磁通作為閉合回線)的線積分；

I

是穿過閉合回線所圍面積的電流的代數和。安培環路定律電流正負的規定：安培環路定律（全電流定律）IH安培環路定律將電流與磁場強度聯系起來。

在均勻磁場中

Hl=IN真空的磁導率為常數，用

0表示，有：4.

磁導率表示磁場媒質磁性的物理量，衡量物質的導磁能力。相對磁導率

r：

任一種物質的磁導率

和真空的磁導率

0的比值。磁導率

的單位：亨/米（H/m）5.物質的磁性（1）非磁性物質

非磁性物質分子電流的磁場方向雜亂無章，幾乎不受外磁場的影響而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁導率都是常數，有：所以磁通

與產生此磁通的電流I成正比，呈線性關系。當磁場媒質是非磁性材料時，有：即B與H成正比，呈線性關系。由于OHB

0

，r

1B=

0H(

)(I)（2）磁性物質磁性物質內部形成許多小區域，其分子間存在的一種特殊的作用力使每一區域內的分子磁場排列整齊，顯示磁性，稱這些小區域為磁疇。在外磁場作用下，磁疇方向發生變化，使之與外磁場方向趨于一致，物質整體顯示出磁性來，稱為磁化。即磁性物質能被磁化。磁疇外磁場在沒有外磁場作用的普通磁性物質中，各個磁疇排列雜亂無章，磁場互相抵消，整體對外不顯磁性。磁疇1.5.2變壓器1．變壓器變壓器是利用電磁感應原理，把一種電壓等級(大小)的交流電能變換成相同頻率的另一種電壓等級(大小)的交流電能的一種靜止的電氣設備。2．變壓器的作用(1)電壓變換(2)電壓變換(3)阻抗變換3．變壓器的分類（1）按用途可分為：電力變壓器、儀用變壓器、特種變壓器。（2）按繞組數目可分為：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器和自耦變壓器等。（3）按磁路系統可分為：心式變壓器和殼式變壓器等。（4）按相數可分為：單相變壓器、三相變壓器和多相變相器等。4．變壓器的結構組成（1）電力變壓器的結構變壓器最主要的部件是鐵心和繞組，鐵心和繞組裝在一起稱為器身。油浸式電力變壓器的器身放在油箱里。（2）變壓器的基本結構

變壓器的基本結構分為四部分：

1）鐵心，該部分構成變壓器的磁路

2）繞組，該部分構成變壓器的電路

3）絕緣結構

4）油箱等其他部分（電力變壓器）構成變壓器主體（器身）。（3）心式變壓器的器身特點：結構簡單、裝配及絕緣容易，我國電力變壓器廣泛采用心式結構。

（4）殼式變壓器的器身特點：機械強度高、用材教多、工藝復雜，常用于低壓、大電流或小容量的電信變壓器。1）繞組的作用：構成傳遞交流電能的電路部分。2）繞組的材料：繞組常用包有絕緣材料的銅線或鋁線繞制而成。3）繞組的繞制方式：同心式交疊式（5）變壓器繞組的結構6）高壓繞組和低壓繞組的結構特點：①高壓繞組的匝數多、導體細；低壓繞組的匝數少、導體粗。②為了使套在鐵心柱上的繞組具有良好的機械性能，其外形一般為圓筒形狀，如圖6-2所示。③同心式繞組的高、低壓繞組同心地套在鐵心柱上。一般低壓繞組靠近鐵心柱，高壓繞組套在低壓繞組外面；交疊式繞組的高、低壓繞組沿鐵心柱高度方向交替放置，為減小絕緣距離，通常低壓繞組靠近鐵軛。5．變壓器的鐵心材料和疊裝方式6．變壓器的工作原理（1）變壓器的電壓變換原理

1）電壓變換2）變壓器的電壓變比

當KU>1時，變壓器為降壓變壓器當KU<1時，變壓器為升壓變壓器（2）變壓器的電流變換原理

1）電流變換2）變壓器的電流變比

（3）變壓器的阻抗變換原理

結論：同樣的負載，接到變壓器的副邊與直接接到變壓器的原邊，其阻抗差倍。(1)額定容量SN：額定容量是指變壓器額定運行時的視在功率，由于變壓器的效率很高，通常一、二次側的額定容量設計成相等。對于三相變壓器而言是指三相的總功率。(2)一、二次側額定電壓U1N和U2N：正常運行時加在一次側的端電壓的允許值稱為變壓器一次側的額定電壓U1N。二次側的額定電壓U2N是指變壓器一次側加額定電壓時二次側的空載電壓。對三相變壓器而言，額定電壓是指線電壓。7．變壓器的額定值

(3)額定電流I1N和I2N：

變壓器一、二次的額定電流，是根據額定容量和計算出來的電流。對三相變壓器而言，額定電流是指線電流。對單相變壓器：SN=U1NI1N=U2NI2N對三相變壓器：

(4)額定頻率fN

我國的標準規定工業頻率fN=50Hz。

8．變壓器的外特性（1）變壓器的外特性曲線。（2）電壓調整率△U%變壓器空載電壓減去實際工作電壓（即電壓降）與空載電壓比值的百分比。用公式描述為：1.6.1三相異步電動機的基本結構上一頁下一頁1.定子鐵心：由內周有槽的硅鋼片疊成。U1----U2V1----V2W1----W2三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵端蓋：固定、支撐、防護1.6三相異步電動機轉子:在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流。2.轉子鼠籠轉子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)鼠籠式轉子

鐵心槽內放銅條，端部用短路環形成一體。或鑄鋁形成轉子繞組。(2)繞線式轉子

同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式上一頁下一頁

另一端分別接滑環，可外接電阻鼠籠式電動機與繞線式電動機的的比較：鼠籠式：

結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線式：結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。上一頁下一頁異步電動機的結構上一頁下一頁

三相籠式異步電動機的部件圖1.6.2三相異步電動機的銘牌數據

三相異步電動機型號Y132S－6

功率3kW

頻率

50Hz電壓380V

電流7.2A

聯結Y轉速960r/min

功率因數0.76

絕緣等級

B1.型號

Y132S－6Y系列異步機機座中心高度機座長度代號

2p=6→n0=1000r/min2.額定功率PN

PN=3kW→軸上輸出機械功率的額定值3.額定電壓UN

UN=380V→定子三相繞組應施加的線電壓磁極數上一頁下一頁4.額定電流IN

IN=7.2A

三相異步電動機型號Y132S－6

功率3kW

頻率

50Hz電壓380V

電流7.2A

聯結Y轉速960r/min

功率因數0.76

絕緣等級

B→定子三相繞組的額定線電流上一頁下一頁6.額定轉速nN電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉子轉速。5.聯結方式通常三相異步電動機3kW以下者，聯結成星形，4kW以上者，聯結成三角形。

三相異步電動機型號Y132S－6

功率3kW

頻率

50Hz電壓380V

電流7.2A

聯結Y轉速960r/min

功率因數0.76

絕緣等級

B8.絕緣等級指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105oC)，H級最高(180oC)。7.額定功率因數λN=cos

NP1N=√3

UNINcos

NPN=ηNP1N=√3

UNINcos

NηN上一頁下一頁1.6.3三相異步電動機的工作原理上一頁下一頁（1）旋轉磁場的產生（一）旋轉磁場旋轉磁場是三相異步電動機工作的基礎。電機是利用電與磁的相互轉化和相互作用制成的。旋轉磁場由三相電流通過三相對稱繞組產生。對稱：三相對稱負載空間對稱分布上一頁下一頁

二極旋轉磁場▲極對數（p）的概念：（2）旋轉磁場的轉速旋轉磁場轉速

n0

—同步轉速如何改變旋轉磁場的轉速？以Y型接法為例，當每相繞組只有一個線圈時，按右圖放入定子槽內，合成的旋轉磁場只有一對磁極，則極對數為1。即p=1U1U2V1V2W2W1上一頁下一頁U1U2V1V2W1W2i3i1i2以Y型接法為例，將每相繞組都改用兩個線圈串聯組成。按下圖放入定子槽內。形成的磁場則是兩對磁極。即

p=2

U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3上一頁下一頁i2W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i3

三相繞組

四極旋轉磁場電流變化一周→旋轉磁場轉一圈電流每秒鐘變化50周→旋轉磁場轉50圈→旋轉磁場轉3000圈電流每分鐘變化(50×60)周p=1

時：電流變化一周→旋轉磁場轉半圈電流每秒鐘變化50周→旋轉磁場轉25圈→旋轉磁場轉1500圈電流每分鐘變化(25×60)周p=2

時：上一頁下一頁三相異步電動機的同步轉速600pf1n=min）r/

(

p12

3456n0/(r/min)300015001000750600500

f

1=50Hz

時,不同極對數時的同步轉速如下:同步轉速p為任意值時：上一頁下一頁旋轉方向：取決于三相電流的相序。（3）旋轉磁場的轉向旋轉磁場是沿著：U1V1W1U1U2V1V2W2W1i1i2上一頁下一頁L1L2L3U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1→U1，i2→V1，i3→W1◆與三相繞組中的三相電流的相序：L1→

L2→

L3一致，通入導前電流的繞組→通入滯后電流的繞組。旋轉磁場是沿著：U1W1V1U1U2V1V2W2W1L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3i1→U1，i2→W1，i3→V1任意對調兩根電源進線，磁場反轉。上一頁下一頁（二）工作原理對稱三相繞組通入對稱三相電流旋轉磁場(磁場能量)磁場切割轉子繞組轉子繞組中產生e和i轉子繞組在磁場中受到電磁力的作用轉子旋轉起來機械負載旋轉起來三相交流電能輸出機械能量上一頁下一頁NS（1）電磁轉矩的產生▲

用右手定則判斷轉子繞組中感應電流的方向▲

用左手定則判斷轉子繞組受到的電磁力的方向電磁力→電磁轉矩TT與n0同方向。上一頁下一頁

工作原理示意圖▲電動機轉速n和旋轉磁場同步轉速n0的關系：電機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但n<n0轉差率

:起動時:

n=0，s=1額定運行時:

s=0.01~0.09稱異步電動機或感應電動機上一頁下一頁0﹤s≤1轉子轉速亦可由轉差率求得

例：一臺三相異步電動機，其額定轉速

nN

=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數和額定負載下的轉差率。解：根據異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉速的關系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉差率為轉差率

:上一頁下一頁起動時：n=0,△n=n0

→

轉子電磁感應最強

→轉子電路電量的頻率：

f2=f1

當n↑→

△n↓

→轉子電路電量的頻率

f2

↓（＜

f1）穩定運行時：

△n=n0－n

很小▲轉子電路頻率的變化：

f2=ｓf1

很小上一頁下一頁（2）電磁轉矩的方向轉子旋轉的方向與旋轉磁場的轉向相同。電磁轉矩的方向與旋轉磁場的轉向一致。上一頁下一頁任意對調兩根電源進線，電動機反轉。（3）電磁轉矩T的大小T=KTsR2U1p2R22+(sX2)

2

T∝U1p2上一頁下一頁常數，與電機結構有關旋轉磁場每極磁通轉子電流轉子電路功率因數轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下,受到電磁力形成轉矩。R2

的大小對

T有影響（三）轉矩平衡上一頁下一頁轉軸上輸出的轉矩為:

T2=T

－T0

電動機穩定運行，即勻速轉動:

T2=T

L

轉矩平衡:

T

=T

L+T0

T

≈T

L≈T2

若TL↑→T＜TL→n↓→(n0–n)↑→切割加快→E2

↑→I2

↑→F

↑→T

↑→至T’=TL’→以較原轉速低的n’

重新勻速轉動（四）功率關系P1=√3U1lI1lcos

1輸出的機械功率:P2=T2

2πn60=T2TN=9550PN

nN空載損耗:

P0=PCu+PFe+PMe電動機的效率:上一頁下一頁P2P1η=

100%輸入的電功率:

P2=P1－P0PN：kWnN：r/minTN：NmT2=9550P2

n

例：

某三相異步電動機，極對數

p=2，定子繞組三角形聯結，接于50Hz、380V的三相電源上工作，當負載轉矩TL=91N·m時，測得I1l

=30A，P1=16kW，n=1470r/min，求該電動機帶此負載運行時的s

、P2

、?

和λ。=87.5%60f12n0

==1500

r/min==0.021500－14701500

P2=T2=2πn602×3.1460×91×1470W=14kWλ=P1√3U1lI1l=0.81解：上一頁下一頁P2P1η=

100%固有特性:人為特性:在額定電壓、額定頻率，轉子電路不外串電阻或電抗時的

T=f(s)和n=f(T)在改變電壓、頻率及轉子電路參數時的

T=f(s)和n=f(T)

n=f(T)T=f(s)

轉矩特性:

異步機的T與s之間的關系機械特性:

異步機n

與T之間的關系1.6.4三相異步電動機的運行特性上一頁下一頁T=kTsR2U1p2R22+(sX2)

2

和

n=(1－s)n0（一）固有特性轉矩特性機械特性

固有特性

TNsN1TsTMsMTOsn0TnOTNnNTsTMnM上一頁下一頁（1）額定狀態

在額定

UN

下，以額定轉速nN

運行、輸出額定功率PN

時，電動機轉軸上輸出的轉矩為機械特性M額定狀態說明了電動機長期運行能力。上一頁下一頁n0TnOTsTNnNTMnMNS額定狀態、臨界狀態、起動狀態代表三個重要的工作狀態。TN=9550PN

nN臨界轉速臨界轉差率sM:Y系列:

KM=2～2.2（2）臨界狀態過載倍數KM：R2

X2sM=TM

TNKM=上一頁下一頁Mn0TnOTsTNnNTMnMNS機械特性最大轉矩TM:電動機帶動最大負載的能力轉軸上機械負載轉矩不能大于TM

，否則將造成堵轉(停車)(3)

起動狀態

TS體現了電動機直接起動的能力。若TS>TL

電機能起動，否則將起動不了。TS

TNKS=Y系列:

KS=1.6～2.2KC=5.5～7.0上一頁下一頁機械特性Mn0TnOTSTNnNTMnMNS起動電流倍數：起動轉矩倍數：IS

INKC=（二）人為特性（1）降低定子電壓時的人為特性UN0.9UN0.81TM0.81TS上一頁下一頁n0nMnOT定子電壓降低時的人為機械特性

T∝U1p2（2）增加轉子電阻時的人為特性R2R2+RTS

+△T

n0nOT

轉子電阻增加時的人為機械特性◆轉子串聯合適的電阻，可使TS

=TM上一頁下一頁（三）機械特性的軟硬硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時，轉速下降較快，起動特性好。硬特性軟特性不同場合應選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。上一頁下一頁n0nTO

電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力。（四）電動機的自適應負載能力

電動機工作在特性曲線的哪一點上？應當運行于與負載機械特性的交點上。上一頁下一頁n0nTOTLTL’n0nTOn0nTO工作段

自適應負載能力是電動機區別于其它動力機械的重要特點（如：柴油機當負載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載）。a點→TL↑→n↓→I2↑→T↑直至新的平衡I1

↑→P1↑TLaTL’→

a'點a'上一頁下一頁異步機的起動特性：起動電流大:

IS=KCIN=（5～7）IN

起動轉矩小:TS=KSTN=（1.6～2.2）TN

影響：

頻繁起動時造成熱量積累,易使電動機過熱。大電流使電網電壓降低，影響其他負載工作。1.6.5三相異步電動機的起動

不好!良好的起動性能:

起動電流小起動轉矩大上一頁下一頁（一）鼠籠式異步電動機的起動（1）直接起動（全壓起動）

(a)小容量的電動機（二三十千瓦以下）；

(b)

電源容量足夠大時。（2）減壓起動(a)Y－

減壓起動：適用于：正常運行為△聯結的電動機。起動時運行時上一頁下一頁UVWUNI1lYUVWUNI1l

△設：定子每相阻抗為Z√3U1p△I1l

△

=│Z││Z│UN√3=│Z│I1lY

=U1pY│Z│UN√3=

T∝Up2▲

Y接起動的起動轉矩：▲

Y接起動的起動電流：1√3U1p△U1pY=上一頁下一頁IS△IsY=1313TS△TsY=

Y起動△起動Y起動與△全壓起動時起動電流和起動轉矩比較UVWUNI1lYUVWUNI1l

△√3▲

Y－

減壓起動的特點：

(1)電源電壓不變，定子繞組接法改變；

(2)降壓比為。1

(1)IsY＜Imax（線路中允許的最大電流）；

(2)TsY＞TL，適用于輕載或空載起動

否則不能采用此法。▲

Y－

減壓起動的使用條件：▲

Y接起動的起動轉矩為：▲

Y接起動的起動電流為：13TS△TsY=上一頁下一頁IS△IsY=13(b)自耦變壓器減壓起動M3~Ul′降壓比為:KA=Ul′UNUl′=KAUNKAIs定子電壓：定子電流：

KAIsKAIsKA線路電流：KA2IsIsa=KA2Is▲

自耦變壓器降壓起動的起動電流為：Tsa=KA2Ts▲

自耦變壓器降壓起動的起動轉矩為：UN上一頁下一頁返回上一節下一節▲自耦變壓器降壓起動的特點：①定子繞組接法不變，改變定子繞組的電壓；②降壓比KA可調:0.5、0.65、0.8；

0.55、0.64、0.73▲自耦變壓器降壓起動的使用條件：①Isa＜Imax（線路中允許的最大電流）；②Tsa＞TL，適用于輕載或空載起動

否則不能采用此法。▲

選擇KA的方法：

KA2Is＜ImaxKA2Ts＞TL需要兩者均滿足上一頁下一頁(二)繞線式異步機的起動：RRR滑環電刷定子轉子起動電阻?起動時將適當的R

串入轉子電路中，起動后將R短路。上一頁下一頁(1)轉子電路串電阻起動

減小起動電流增大起動轉矩(2)轉子電路串頻敏變阻器起動

▲

頻敏變阻器：頻率高，損耗大，電阻大；頻率低，則反之。

▲

轉子電路起動時:R2R2′n0TnOTsTs′▲

轉子電路運行時:f2高，電阻大，Ts′大，Is′小。f2低，電阻小，自動切除變阻器。R2′＞R2上一頁下一頁例1:

1)解:

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯結，其額定數據為：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，

N=92.3%，cos

N=0.88，KC=7.0,Ks=1.9，KM=2.2求：1)額定電流IN?2)額定轉差率sN?3)額定轉矩TN

、最大轉矩TM

和起動轉矩TS

。上一頁下一頁

2）由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動機）

3）上一頁下一頁解：

在上例中(1)如果負載轉矩為510.2N?m,試問在U=UN

和U′=0.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y-

換接起動時，求起動電流和起動轉矩。（3）

當負載轉矩為額定轉矩的80%和50%時，電動機能否Y-

換接起動？

(1)在U=UN時

TS=551.8N?m>510.2N.m不能起動

(2)IS

=KCIN=784.2=589.4A

在U′=0.9UN時能起動例2:上一頁下一頁在80%額定負載時在50%額定負載時可以起動(3)不能起動上一頁下一頁1.改變磁極對數p2.改變轉差率s

3.改變電源頻率f1(變頻調速)調速方法：1.6.6三相異步電動機的調速

有級調速無級或有級調速無級調速

n=(1－s)n0=(1－s)

p60f1上一頁下一頁在負載不變的前提下，人為改變電動機的轉速（一）變頻調速

U、f可變M3~3~整流電路逆變電路50Hz控制電路n0TnOfNf1＜fN

直流f2＜f1上一頁下一頁

變頻調速TL頻率降低，轉速下降（二）變極調速U1U2U3U4U1U2U3U4××××(a)p=2(b)p=1SSNNSN上一頁下一頁每相繞組由兩個線圈組成，可串聯、并聯（三）變轉差率調速（1）變壓調速UNn0TnOsMTL上一頁下一頁電壓降低，轉速下降（2）轉子串電阻調速R2R2+RCn0TnOTMM3~3~RCTL上一頁下一頁電阻增大，轉速下降謝謝！第二章

常用低壓電氣設備及其控制電路建筑電氣（第三版）目錄第二章常用低壓電氣設備及其控制電路2.1低壓電器的基本知識2.2開關電氣設備2.3低壓熔斷器2.4控制電器2.5常見電動機控制電路2.1低壓電器的基本知識定義：交流1200V以下與直流1500V以下電路中起通斷、控制、保護和調節作用的電氣設備，以及利用電能來控制、保護和調節非電過程和非電裝置的用電裝備。低壓電器：2.1.1低壓電器分類1、按動作方式分：自動電器和非自動電器。2、按控制作用分：執行電器、控制電器、主令電器和保護電器。3、按工作原理分：電磁式電器和非電量控制電器。2.1.2低壓電器結構型式低壓電器從基本結構上看，大部分由觸頭系統、推動機構和滅弧裝置組成。1．觸頭系統觸頭是電器的執行部分，用來接通和分斷電路。（1）觸頭接觸形式：如圖2-1所示，點接觸式：適用于小電流；面接觸式：適用于大電流；線接觸式（又稱指形接觸）：適用于通斷次數多、大電流的場合。圖2-1觸頭的三種接觸形式a）點接觸b）面接觸c）線接觸2.1.2低壓電器結構型式（2）觸頭分類：如圖2-2所示，靜觸頭和動觸頭。動斷（又稱常閉）觸頭：電器觸頭在電器未通電或沒有受到外力作用時所處的閉合位置動合（又稱常開）觸頭：常態時相互分開的觸頭。2.1.2低壓電器結構型式圖2-2觸頭的分類1-推動機構2-復位彈簧3-連桿4-常閉觸頭5-常開觸頭6-靜觸頭7-動觸頭2．推動機構電磁機構組成：吸引線圈、鐵心和銜鐵。按鐵心型式分：單Ｅ型、單Ｕ型、螺管型、雙Ｅ型等；按動作方式分：直動式、轉動式等。按吸引線圈通電電流的性質：分為直流電磁鐵和交流電磁鐵。工作原理：吸引線圈通入電流后產生磁場，磁通經鐵心、銜鐵和工作氣隙形成閉合回路產生電磁吸力，銜鐵與鐵心相吸。恒定電流通入吸引線圈，即在外加電壓和線圈電阻Ｒ一定的條件下其電流值Ｉ也一定，與空氣氣隙的大小無關。作用在銜鐵上的吸力Ｆ與空氣氣隙的大小有關：當電磁鐵剛起動時，空氣氣隙最大，此時磁路中磁阻最大，磁感應強度較小，故吸力最小；當銜鐵完全吸合后，空氣氣隙最小，此時磁路中磁阻最小，磁感應強度較大，吸力最大。直流電磁鐵工作原理：原理：交流電磁鐵吸引線圈通入的是交變電流，產生交變磁場，電磁吸力的大小時刻變化的。缺點：因吸力是脈動的，使得銜鐵以兩倍電源頻率在振動，既會引起噪聲，又會使電器結構松散，觸頭接觸不良，容易被電弧火花熔焊與蝕損。改善措施：使得線圈在交流電變小和過零時仍有一定的電磁吸力以消除銜鐵的振動。為此，在磁極的部分端面上嵌入一個銅環（又稱短路環或分磁環），如圖2-3所示。交流電磁鐵圖2-3短路環2.1.2低壓電器結構型式3、滅弧裝置電弧定義：電器觸頭在閉合或斷開的瞬間，都會在觸頭間隙中由電流產生弧狀的火花。危害：熾熱的電弧會燒壞觸頭，還會因電弧造成短路、火災或其它事故，故應采取適當的措施熄滅電弧。滅弧方法和裝置：1）電動力滅弧。圖2-4為一雙斷口橋式觸頭。2）磁吹滅弧。如圖2-5所示，3）滅弧柵滅弧。圖2-6為滅弧柵示意圖，4）滅弧罩滅弧。圖2-4雙斷口結構1-靜觸頭2-動觸頭圖2-5磁吹滅弧１－串聯磁吹線圈2、3－靜、動觸頭4－鐵芯5－導磁鋼片圖2－6柵片滅弧示意圖1－滅弧柵片2－弧角3－電弧2.1.2低壓電器結構型式2.2開關電氣設備2.2.1刀開關1．低壓刀開關：簡單的手動電器

2．熔斷器式刀開關：低壓刀開關和低壓熔斷器組合開關3．低壓負荷開關：帶滅弧罩的刀開關與熔斷器串聯組合分類最大特點：刀形動觸頭組成：閘刀(動觸頭)、刀座(靜觸頭)和底板按其操作方式分：單投和雙投；按極數分：有單極、雙極和三極；按滅弧結構分：帶滅弧罩的和不帶滅弧罩作用：不頻繁地接通和切斷交流和直流電路，裝有滅弧室的可以切斷負荷電流，其它的只作隔離開關使用。

1、低壓刀開關HD－單投開關HS－雙投開關11－手柄式12－側方杠桿操作機構13－中央杠桿操作機構14側面手柄式派生代號B（安裝板尺寸較小）0－不帶滅弧罩1－不帶滅弧罩對于中央手柄式：8－板前接線式9－板后接線式無數子表示僅一種接線極數額定電流/A低壓刀開關型號含義如下：熔斷器式刀開關：具有刀開關與熔斷器的雙重功能。適用范圍：交流頻率50HZ、額定工作電壓380V或直流440V、額定工作電流至1000A的電路中。作用：可以不頻繁地接通和分斷負荷電流，并提供線路及用電設備的過載與短路保護。HR3系列熔斷器式刀開關代號的含義如下頁所示：2、熔斷器式刀開關HR－熔斷器式刀開關3－設計代號額定工作電流/A操作方式1－正面側方杠桿傳動結構式2－正面中央杠桿傳動結構式3－側面操作手柄式4－無面板正面側方杠桿傳動機構式極數HR3系列熔斷器式刀開關代號的含義如下：組成：帶滅弧罩的刀開關與熔斷器串聯組合而成，外裝封閉的外殼。作用：有效地通斷負荷電流，又能進行短路保護。特點：操作方便、安全經濟，在可靠性要求不高、負荷不大的低壓線路中應用廣泛。分類：（1）封閉式負荷開關（2）開啟式負荷開關3、低壓負荷開關：結構：鐵殼開關，此開關的閘刀和熔斷器裝在封閉的鋼殼或鐵殼內，可以防止電弧濺出；但外殼不密封，不能防水、防爆。組成：由刀形動觸頭、靜觸頭座、熔斷器、速斷彈簧、操作手柄組成。速斷彈簧的作用：使開關在分閘時刀形動觸頭很快地與靜觸頭座分離，電弧被迅速拉長而熄滅。封閉式負荷開關常用的有HH3系列、HH4系列、HH12系列等。（1）封閉式負荷開關：HH12系列的代號含義如下：HR－封閉式負荷開關設計代號輔助代號D：經濟型極數額定電流/A適用范圍：適用于交流50HZ、額定電壓為220V（單相）和380V（三相）的小容量線路中，作為手動不頻繁通斷負載電路，并提供短路保護。組成:它由瓷質底座、靜觸頭座、帶手柄的閘刀形動觸頭、熔絲接頭、