建筑电气2.ppt
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1、 建筑建筑电电气气2021/9/151 第二章第二章 建筑电气的技术基础建筑电气的技术基础2021/9/152华中科技大学电气学院 例例2.1 计算图计算图2.5中电阻中电阻R上的电压上的电压Umn。已知。已知Va=I0V,Ea=4V,Eb=3V。(。(P8)解:解:Uao=-Ea+Umn-Eb;Umn=Uao+Ea+Eb=10+4+3=17V 电路概念电路概念2021/9/153华中科技大学电气学院P26iuRLC串联电路概念串联电路概念2021/9/154华中科技大学电气学院iuuc2021/9/155华中科技大学电气学院三相交流电路三相交流电路 三相交流发电机的原理图如右,由定三相交流发
2、电机的原理图如右,由定子和转子构成。定子又称电枢,定子铁心的内子和转子构成。定子又称电枢,定子铁心的内表面冲有槽,槽中对称嵌放了三个同样的线圈表面冲有槽,槽中对称嵌放了三个同样的线圈AX、BY、CZ,首端,首端A、B、C之间空间彼此相之间空间彼此相隔隔120,末端,末端X、Y、Z之间也之间也120。中间可以转动的这部分称为转子,转中间可以转动的这部分称为转子,转子铁心上绕有励磁绕组,定子、转子之间空隙子铁心上绕有励磁绕组,定子、转子之间空隙中的磁感应强度按正弦规律分布。中的磁感应强度按正弦规律分布。2021/9/156华中科技大学电气学院 磁极转动后,磁力线切割定子绕组、感应出电动势,当磁极转
3、到磁极转动后,磁力线切割定子绕组、感应出电动势,当磁极转到A相相绕组时,绕组时,A相的电动势达到正的最大幅值,经相的电动势达到正的最大幅值,经120 后到达后到达B相时,再经相时,再经120 又使又使C相的电动势达到最大值,因此,这三相上的电动势交替达到最相的电动势达到最大值,因此,这三相上的电动势交替达到最大值,彼此时间上相差大值,彼此时间上相差120 2021/9/157华中科技大学电气学院 三相交流电依次出现正幅值的顺序称为相序,在这里三相交流电依次出现正幅值的顺序称为相序,在这里A相超前于相超前于B相,相,B相又超前于相又超前于C相,相,C相又超前于相又超前于A相,其相序为相,其相序为
4、ABC,称,称为顺序;而相序为顺序;而相序ACB则与其相反,称为逆序。则与其相反,称为逆序。顺序逆序2021/9/158华中科技大学电气学院(2)三相电源的星形联接)三相电源的星形联接 三相电源的星形联接如图,三相绕组的三个末端三相电源的星形联接如图,三相绕组的三个末端(X、Y、Z)联在一联在一起,这个联接点称为中点或零点,用起,这个联接点称为中点或零点,用N表示,从中点引出的导线称为中线表示,从中点引出的导线称为中线或零线。或零线。三个首端三个首端(A、B、C)引出的导线称为相线或火线。相线与中线之间引出的导线称为相线或火线。相线与中线之间的电压称为相电压,如图的电压称为相电压,如图2.36
5、中的中的uA、uB、uC,为相电压的瞬时值,为相电压的瞬时值,2021/9/159华中科技大学电气学院由于三相电动势的最大值相等,所以三相电压的有效值由于三相电动势的最大值相等,所以三相电压的有效值UP相等,相等,2021/9/1510华中科技大学电气学院 采用三相四线制供电,即将三根相线和一根中线引出,这样可采用三相四线制供电,即将三根相线和一根中线引出,这样可得到常用的两种电压,得到常用的两种电压,380V的线电压和的线电压和220V的相电压。的相电压。图图2.38所示为负载的星形联接方式,显然,各线电流即是相电所示为负载的星形联接方式,显然,各线电流即是相电流,而对中线来说,则有:流,而
6、对中线来说,则有:2021/9/1511华中科技大学电气学院 P302021/9/1512华中科技大学电气学院2021/9/1513华中科技大学电气学院(4)负载三角形联接的三相电路负载三角形联接的三相电路 如图如图2.40所示,每相负载上的相电压等于电源的线电压,即:所示,每相负载上的相电压等于电源的线电压,即:Up=UL在三角形联接的三相电路中,线电流不再等于相电流,按照基尔霍夫的电在三角形联接的三相电路中,线电流不再等于相电流,按照基尔霍夫的电流定律有:流定律有:2021/9/1514华中科技大学电气学院 三相负载对称时,可得到如图三相负载对称时,可得到如图241所示的相所示的相量图,可
7、求出线电流大小,显然:量图,可求出线电流大小,显然:2021/9/1515华中科技大学电气学院(5)三相电路的功率三相电路的功率 在三相电路中,无论负载采取何种联接方式,总的有功功率或无在三相电路中,无论负载采取何种联接方式,总的有功功率或无功功率分别等于各相有功功率或无功功率之和,即:功功率分别等于各相有功功率或无功功率之和,即:2021/9/1516华中科技大学电气学院2021/9/1517华中科技大学电气学院2021/9/1518华中科技大学电气学院2021/9/1519华中科技大学电气学院 磁路的基本物理量及基本定律磁路的基本物理量及基本定律1)磁感应强度磁感应强度B 如图如图2.42
8、,线圈通电以后产生的磁场、其磁力线集中,线圈通电以后产生的磁场、其磁力线集中于这个铁心中,这个铁心就是磁场的主磁路。而描述某一于这个铁心中,这个铁心就是磁场的主磁路。而描述某一点的磁场的强弱和方向的物理量就是点的磁场的强弱和方向的物理量就是磁感应强度磁感应强度B,可用,可用右手螺旋定则确定,单位是特斯拉右手螺旋定则确定,单位是特斯拉(T)。2)磁通磁通 磁感应强度磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的面积S的乘积,即:的乘积,即:=BS 单位是韦伯单位是韦伯(Wb)。3)磁动势磁动势F 相当于电路中的电动势,单位是安匝相当于电路中的电动势,单位是安匝(A)。F=NI 2021/9
9、/1520华中科技大学电气学院4)磁场强度磁场强度 H根据安培环路定律可得到:根据安培环路定律可得到:Hd=I 在电流线圈匝数为在电流线圈匝数为N,磁路平均长度为,磁路平均长度为的均匀磁场中:的均匀磁场中:F=H=NI 磁场强度的单位是安米磁场强度的单位是安米(Am),在这里,在这里,H又称为磁压降。又称为磁压降。5)磁导率磁导率 衡量磁场中介质的导磁能力的物理量,衡量磁场中介质的导磁能力的物理量,B=H 磁导率的单位可经上式推导出来,是电感的单位亨利磁导率的单位可经上式推导出来,是电感的单位亨利(H)。由实验测得的。由实验测得的真空的磁导率为:真空的磁导率为:0=4X 107 H/m 它是一
10、个常数。其他物质的磁导率它是一个常数。其他物质的磁导率与真空磁导率与真空磁导率0的比值称为的比值称为该物质的相对磁导率该物质的相对磁导率 r。2021/9/1521华中科技大学电气学院 非磁性材料的磁导率接近真空的磁导率,磁性材料的磁导率则远非磁性材料的磁导率接近真空的磁导率,磁性材料的磁导率则远远大于远大于1。如图如图2.43所示。在磁性材料中,磁导率所示。在磁性材料中,磁导率不是一个常数。不是一个常数。磁性材料还有一个重要性质就是磁滞性,如图磁性材料还有一个重要性质就是磁滞性,如图2.43所示的磁滞回所示的磁滞回线上,当磁场强度减小到零时,磁感应强度线上,当磁场强度减小到零时,磁感应强度B
11、并没有减小到零,这是由于并没有减小到零,这是由于磁性材料中会存在着剩磁。磁性材料中会存在着剩磁。2021/9/1522华中科技大学电气学院6)磁阻磁阻 和电路中的电阻一样,磁路中也有磁阻和电路中的电阻一样,磁路中也有磁阻Rm。(2)磁路定律磁路定律 1)磁路欧姆定律磁路欧姆定律这个表达式与欧姆定律的表达式这个表达式与欧姆定律的表达式I I=UR很相似,所以称为磁很相似,所以称为磁路欧姆定律路欧姆定律。2021/9/1523华中科技大学电气学院2021/9/1524华中科技大学电气学院 变压器变压器 原理图原理图2.46,与电源相联的绕组称为原绕组或一次绕组,与负载相,与电源相联的绕组称为原绕组
12、或一次绕组,与负载相联的绕组称为副绕组或二次绕组。原、副绕组的匝数分别为联的绕组称为副绕组或二次绕组。原、副绕组的匝数分别为N1和和N2。当原绕组接上交流电压当原绕组接上交流电压 u1后,便有电流后,便有电流 i1,磁动势,磁动势i1N1,在闭合的,在闭合的铁心中产生交变的磁通铁心中产生交变的磁通,该磁通与原副绕组相交链,产生感应电动势,该磁通与原副绕组相交链,产生感应电动势e1、e2,如果副绕组接有负载,那么副绕组中就有电流,如果副绕组接有负载,那么副绕组中就有电流 i2流过,这时,副绕组流过,这时,副绕组中的磁动势中的磁动势 i2N2也会产生出沿铁心闭合的磁通,所以铁心中的磁通也会产生出沿
13、铁心闭合的磁通,所以铁心中的磁通是由原、是由原、副绕组的磁动势共同作用产生的,称为主磁通。副绕组的磁动势共同作用产生的,称为主磁通。2021/9/1525华中科技大学电气学院2021/9/1526华中科技大学电气学院2021/9/1527华中科技大学电气学院5)5)转差率转差率在三相异步电动机中,转子的转速在三相异步电动机中,转子的转速n n是不可能达到同步转速是不可能达到同步转速no的。的。因为,如果因为,如果n=n。,则转子绕组与旋转磁场之间就没有了相对运动,导条,则转子绕组与旋转磁场之间就没有了相对运动,导条就无法切割磁力线,也就产生不了感应电势、转子电流以及电磁转矩,所就无法切割磁力线
14、,也就产生不了感应电势、转子电流以及电磁转矩,所以,这类电机也因此称为异步电动机,即转子的转速以,这类电机也因此称为异步电动机,即转子的转速n n与同步转速与同步转速n n。之间。之间肯定是有差别的,而这种转速之间的相差程度就用转差率肯定是有差别的,而这种转速之间的相差程度就用转差率S S来表示:来表示:由于三相异步电动机的额定转速与同步转速很接近,所以其转差由于三相异步电动机的额定转速与同步转速很接近,所以其转差率相当小,在额定转速下只有率相当小,在额定转速下只有1 1-9-9,而电机在起动的瞬间,而电机在起动的瞬间n=0n=0,所以,所以S=1S=1,此时转差率达到最大。,此时转差率达到最
15、大。2021/9/1528华中科技大学电气学院给出的给出的2021/9/1529华中科技大学电气学院(4)三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 电机起动时定子绕组上的线电流称为起动电流电机起动时定子绕组上的线电流称为起动电流IstIst。它是额定电流。它是额定电流I IN的的57倍,大的起动电流使线路电压下降,影响线路上的负载的正常运倍,大的起动电流使线路电压下降,影响线路上的负载的正常运行。通常采用:行。通常采用:1)直接起动直接起动 2)鼠笼式电动机的降压起动鼠笼式电动机的降压起动由于外加电压的降低会使起动转矩显著减小,因此,降压起动只由于外加电压的降低会使起动转矩显著减小,因此,降压
16、起动只能用于空载或轻载下的起动。降压起动主要有下面几种方式:能用于空载或轻载下的起动。降压起动主要有下面几种方式:星形一三角形星形一三角形(Y一一)换接起动换接起动 这种方式只适用于定子绕组在工作时为三角形联接的电机,在起动时把这种方式只适用于定子绕组在工作时为三角形联接的电机,在起动时把它接成星形,达到一定转速后再改接成三角形,这样,在起动时定子绕组它接成星形,达到一定转速后再改接成三角形,这样,在起动时定子绕组上的电压只有正常工作电压的上的电压只有正常工作电压的1 而起动电流则为直接起动的而起动电流则为直接起动的13,自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动 2021/9/1530华中科技大学
17、电气学院3)绕线式异步电动机的起动绕线式异步电动机的起动 现在常用的方式是在转子电路中串接频敏变阻器来起动绕线式异现在常用的方式是在转子电路中串接频敏变阻器来起动绕线式异步电动机。步电动机。频敏变阻器实际上是一种特殊的三相线圈,起动时转差率很高,频敏变阻器实际上是一种特殊的三相线圈,起动时转差率很高,使频敏变阻器的阻抗很大。随着转速的升高,转差率减小,频敏变阻器使频敏变阻器的阻抗很大。随着转速的升高,转差率减小,频敏变阻器的阻抗也逐渐变小,以降低转子电路中的能耗。由于起动时转子电阻的的阻抗也逐渐变小,以降低转子电路中的能耗。由于起动时转子电阻的增大会使起动转矩升高,因此,这种方式常用于要求起动
18、转矩较大的生增大会使起动转矩升高,因此,这种方式常用于要求起动转矩较大的生产机械上,如卷扬机、起重机等。产机械上,如卷扬机、起重机等。2021/9/1531华中科技大学电气学院(5)三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速根据转速公式:根据转速公式:改变电动机的转速有三种方式:改变电动机的转速有三种方式:1)改变电源频率改变电源频率f1调速调速 利用变频器不仅能实现电机的无级调速,而且可以改善电机的起动性能、利用变频器不仅能实现电机的无级调速,而且可以改善电机的起动性能、实现对电机的各种保护,同时还节约能源。实现对电机的各种保护,同时还节约能源。2)改变极对数改变极对数p调速调速 通过改变电动
19、机定子绕组的接线方式,就可以改变极对数通过改变电动机定子绕组的接线方式,就可以改变极对数p 3)改变转差率改变转差率s调速调速 这种方式只适用于绕线式电机,常用在起重设备上。在转子电路中接入这种方式只适用于绕线式电机,常用在起重设备上。在转子电路中接入调速变阻器,改变调速变阻器,改变 转子回路的电阻值,就可改变电机的转速。转子回路的电阻值,就可改变电机的转速。2021/9/1532华中科技大学电气学院2)2)接法接法 电机定子的三相绕组有星形和三角形两种联接方式,如图电机定子的三相绕组有星形和三角形两种联接方式,如图2 25757所示。所示。如果电源线电压都是如果电源线电压都是380V380V
20、,在星形联接的电机中,每相绕组所承受的电压,在星形联接的电机中,每相绕组所承受的电压为为220V220V,而在三角形联接的电机中,每相绕组所承受的电压为,而在三角形联接的电机中,每相绕组所承受的电压为380V380V,因此,因此,在使用电机时必须严格按照铭牌上标注的接法进行联接。在使用电机时必须严格按照铭牌上标注的接法进行联接。2021/9/1533华中科技大学电气学院 4)4)电流电流 铭牌中所标注的电流为电动机的额定电流人,即电动机在额定运行铭牌中所标注的电流为电动机的额定电流人,即电动机在额定运行时流过定子绕组的线电流。时流过定子绕组的线电流。5)5)功率与效率功率与效率 铭牌中所标注的
21、功率为电动机的额定功率凡,即电动机在额定运行时铭牌中所标注的功率为电动机的额定功率凡,即电动机在额定运行时从轴上输出的机械功率,而电动机的输入功率为电动机从电源取用的电从轴上输出的机械功率,而电动机的输入功率为电动机从电源取用的电功率,它除了产生机械功率外,在其转换过程中还有铜耗、铁耗及机械功率,它除了产生机械功率外,在其转换过程中还有铜耗、铁耗及机械损耗等,而效率叩就是输出的机械功率与输人的电功率的比值。损耗等,而效率叩就是输出的机械功率与输人的电功率的比值。2021/9/1534华中科技大学电气学院6)6)功率因数功率因数 由于电动机是感性负载,定子相电流比相电压要滞后一个甲角,因此,由于
22、电动机是感性负载,定子相电流比相电压要滞后一个甲角,因此,电动机在额定负载下的电动机在额定负载下的c c晶甲就是电动机的功率因数。值得注意的是电动机的晶甲就是电动机的功率因数。值得注意的是电动机的效率和功率因数是随着轴上输出率的大小而变化的,在空载或半载时其效率效率和功率因数是随着轴上输出率的大小而变化的,在空载或半载时其效率和功率因数都很低,所以应尽量让电动机工作在满载状态。和功率因数都很低,所以应尽量让电动机工作在满载状态。2021/9/1535华中科技大学电气学院25 继电接触器控制系统继电接触器控制系统 用接触器、继电器和按钮等有触点电器组成的电气控制系统,称为用接触器、继电器和按钮等
23、有触点电器组成的电气控制系统,称为继电接触器控制系统。继电接触器控制系统。利用继电接触器控制系统可控制电机的工作状态,如起动、停止、利用继电接触器控制系统可控制电机的工作状态,如起动、停止、反转、调速、制动等,也可控制电热、照明等负载的通电、断电,并可通反转、调速、制动等,也可控制电热、照明等负载的通电、断电,并可通过对电磁阀的控制实现对气动、液压等设备的控制。过对电磁阀的控制实现对气动、液压等设备的控制。利用继电接触器控制系统可实现生产过程的自动化和远距离操作,利用继电接触器控制系统可实现生产过程的自动化和远距离操作,控制电器一般都具有两个基本组成部分,即感受部分和执行部分。控制电器一般都具
24、有两个基本组成部分,即感受部分和执行部分。感受部分接受外界输人的信号,并通过转换、放大、判断,作出有感受部分接受外界输人的信号,并通过转换、放大、判断,作出有规律的反应,使执行部分动作;规律的反应,使执行部分动作;执行部分多为触点,触点分为常开触点和常闭触点两类,常开点在执行部分多为触点,触点分为常开触点和常闭触点两类,常开点在无外界输入信号时断开,在受到感受部分的作用时闭合,而常闭点的状态无外界输入信号时断开,在受到感受部分的作用时闭合,而常闭点的状态则刚好相反,通过触点的通断就可实现对电路的通断控制。则刚好相反,通过触点的通断就可实现对电路的通断控制。2021/9/1536华中科技大学电气
25、学院(1)按钮按钮按钮是一种结构简单、操作方便的手动开关,常用来接通或断开额定电流较按钮是一种结构简单、操作方便的手动开关,常用来接通或断开额定电流较小的控制电路。在电路图中按钮常用小的控制电路。在电路图中按钮常用SB来表示。来表示。(2)行程开关行程开关 行程开关又称限位开关。它是利用运行机械上的某些部件的碰撞而使其动行程开关又称限位开关。它是利用运行机械上的某些部件的碰撞而使其动作的开关元件。在电路图中行程开关常用作的开关元件。在电路图中行程开关常用ST表示。表示。(3)交流接触器交流接触器 交流接触器是用于远距离控制电压至交流接触器是用于远距离控制电压至380V、电流至、电流至600A的
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