《建筑電氣技術》課件-第5章

5.1常用低壓控制電器5.2變壓器

5.3電動機5.4導線和電纜的選擇方法小結(jié)

5.1.1低壓配電系統(tǒng)的類型及要求

1.低壓供電系統(tǒng)

1)進戶線

2)配電箱

3)干線和支線

照明供電系統(tǒng)如圖5-1所示。5.1常用低壓控制電器圖5-1照明供電系統(tǒng)

2.低壓配電系統(tǒng)

1)放射式

放射式接線方式如圖5-2(a)所示。

2)樹干式

3)混合式

4)鏈式

圖5-3所示為鏈式電力系統(tǒng)圖。圖5-2低壓配電系統(tǒng)圖5-3鏈式電力系統(tǒng)圖5.1.2低壓設備的特點及用途

常用低壓設備的圖形符號和文字符號見表5-1。

1.刀開關和轉(zhuǎn)換開關

1)HH系列封閉式負荷開關

它是刀開關和熔斷器的組合產(chǎn)品，由鐵殼、熔斷器、閘刀、夾座和操作機構等組成，如圖5-4所示。表5-1常用低壓設備的圖形符號和文字符號圖5-4HH系列封閉式負荷開關

2)HK系列開啟式負荷開關

HK系列開啟式負荷開關也稱膠蓋瓷底閘刀開關。

3.低壓斷路器

其工作原理如圖5-5所示。圖5-5自動空氣斷路器工作原理示意圖

4.熔斷器

熔斷器主要用來保護電器設備和配電線路免受過載電流和短路的損害。

表5-2所示為熔斷電流與熔斷時間之間的關系。表5-2熔斷電流與熔斷時間之間的關系

5.接觸器

6.熱繼電器

7.漏電斷路器

漏電斷路器又稱漏電保護器或剩余電流動作保護器。圖5-6是電流動作型漏電斷路器工作原理示意圖。圖5-6電流動作型漏電斷路器工作原理示意圖5.1.3低壓控制和保護電器的選擇方法

1.低壓刀開關的選擇

2.熔斷器的選擇

熔斷器的型號可根據(jù)負載的情況選擇。

(1)一般負荷，如照明負荷、電阻爐、電熱器具等，可選擇熔體的電流等于電路中的額定電流。

(2)保護單臺長期工作的電機，熔體電流可按最大啟動電流選取，也可按電動機額定電流選取，即

(5-1)

(3)保護多臺長期工作的電機，一般情況下這些電機不會同時啟動，因此可按容量最大的單臺電機進行選取，即

IFU=(0.5~1.5)IMNmax+∑IMN(5-2)

(4)對半導體器件的保護可按下式選擇:

IFU=1.57IAV(5-3)

【例5-1】如圖5-7所示的回路，試選擇熔斷器FU1、FU2和FU3熔體的額定電流。

解支路L1為單臺電動機長期工作，額定電流為11.1A。

IFU1=(1.5~2.5)I1MN=(1.5~2.5)×11.1=16.65~27.75A

圖5-7例5-1電路支路L2也為單臺電機長期工作，額定電流為6.28A。

IFU2=(1.5~2.5)I2MN=(1.5~2.5)×6.82=10.23~17.05A

支路L3為多臺電機負荷，于是有

IFU3=(0.5~1.5)IMNmax+∑IMN=(0.5~1.5)I1MN+I1MN+I2MN

=(0.5~1.5)×11.1+11.1+6.82

=23.47~34.57A

3.低壓斷路器脫扣器的選擇和整定

1)低壓斷路器過流脫扣器額定電流的選擇

過流脫扣器的額定電流IN·OR應不小于線路的計算電流I30，即

IN·OR≥I30(5-4)

2)低壓斷路器過流脫扣器動作電流的整定

(1)瞬時過流脫扣器動作電流的整定。

瞬時過流脫扣器的動作電流IOP(O)應躲過線路的尖峰電流IPK，即

IOP(O)≥IPKKrel(5-5)

(2)短延時過流脫扣器動作電流和動作時間的整定。

短延時過流脫扣器的動作電流IOP(S)應躲過線路短時間出現(xiàn)的負荷尖峰電流IPK，即

IOP(S)≥IPKKrel(5-6)

(3)長延時過流脫扣器動作電流和動作時間的整定。

長延時過流脫扣器主要用來保護過負荷，因此其動作電流IOP(L)只需躲過線路的最大負荷電流(計算電流)，即

IOP(L)≥I30Krel(5-7)

(4)過流脫扣器與被保護線路的配合要求。

為了不致發(fā)生因過負荷或短路引起絕緣導線或電纜過熱起燃而其低壓斷路器不跳閘的事故，低壓斷路器過流脫扣器的動作電流IOP還應滿足條件

IOP≤KolIal(5-8)

(5)低壓斷路器熱脫扣器的選擇和整定。

①熱脫扣器額定電流的選擇。

熱脫扣器的額定電流IN·TR應不小于線路的計算電流I30，即

IN·TR≥I30(5-9)

②熱脫扣器動作電流的整定。熱脫扣器動作電流

IOP·TR≥KrelI30(5-10)

4.漏電保護開關的選擇

5.接觸器的選擇

6.熱繼電器的選擇5.1.4三相異步電動機正、反轉(zhuǎn)控制

有些生產(chǎn)機械要求電動機能夠?qū)崿F(xiàn)正、反兩個方向旋轉(zhuǎn)，由三相電動機的旋轉(zhuǎn)原理可知，只需將電動機的任意兩相電源互換，就可實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)。

圖5-8為用接觸器動斷觸頭進行互鎖的控制電路。圖5-8三相異步電動機正、反轉(zhuǎn)控制電路5.2.1變壓器的基本結(jié)構和工作原理

1.變壓器的用途

2.變壓器的基本結(jié)構

變壓器主要是由一個閉合的軟磁鐵芯和兩個套在鐵芯上相互絕緣的繞組所構成的，如圖5-9所示。5.2變壓器圖5-9變壓器的基本結(jié)構和符號

3.變壓器的工作原理

1)變壓器的變壓原理

如圖5-10所示，當變壓器一次繞組接上交流電源、二次繞組接上負載阻抗Z1時，變壓器便在負載下運行起來。圖5-10單相變壓器原理經(jīng)過公式推導，可得

(5-11)

2)變壓器的變流原理

于是當變壓器只有一個二次繞組時，應有下述關系:

I1U1=I2U2(5-12)

或

(5-13)

【例5-2】某單相變壓器的電壓為220V/36V，副邊并接有兩盞36V、100W的白熾燈。

解副繞組匝數(shù)

燈泡點亮時，變壓器副繞組電流

原繞組電流5.2.2變壓器的運行特性

對于負載來講，變壓器相當于一個電源。

1.變壓器的外特性

當電源電壓和負載的功率因數(shù)等于常數(shù)時，二次端電壓隨負載電流變化的規(guī)律，即u2=f(I2)曲線稱為變壓器的外特性(曲線)。變壓器的外特性曲線可以用實驗的方法求得，圖5-11所示為幾條功率因數(shù)不同的變壓器外特性曲線。圖5-11變壓器外特性曲線

2.變壓器的電壓調(diào)整率

從負載用電的角度來看，總希望電源電壓是穩(wěn)定的。變壓器從空載到額定負載(即I2從0增大到I2N)運行時，二次繞組輸出電壓的變化量ΔU與空載額定電壓U2N的百分比，稱為變壓器的電壓調(diào)整率，用ΔU%表示為

3.變壓器的額定值

額定值是制造廠根據(jù)國家技術標準，對變壓器正?？煽抗ぷ魉鞯氖褂靡?guī)定，額定值通常標注在銘牌上，也稱銘牌值。變壓器的銘牌如圖5-12所示。圖5-12變壓器的銘牌

1)型號

2)額定電壓

3)額定電流

4)額定容量

單相變壓器

SN=U2NI2N=U1NI1N

三相變壓器

5.2.3特種變壓器

1.互感器

1)電壓互感器

電壓互感器是一種電壓變換電器，可隔離高電壓，通常是將高電壓變成低電壓，以取得測量和保護用的低電壓信號，副邊繞組的額定電壓是固定的，為100V。使用中，一次繞組并聯(lián)在被測電路中，接測量的高電壓端；二次繞組根據(jù)測量的目的不同，接電壓表、功率表或電能表的電壓線圈，如圖5-13所示。圖5-13電壓互感器

2)電流互感器

電流互感器是一種電流變換電器，隔離高電壓和大電流，通常是將大電流變成小電流，以取得測量和保護用的小電流信號，副邊繞組的額定電流是固定的，為5A。如電流互感器的額定電流等級有30A/5A、75A/5A、100A/5A等。使用中，一次繞組串聯(lián)在被測電路中，流過被測電流；二次繞組則根據(jù)測量的目的不同，連接電流表、電能表的電流線圈或電流繼電器，如圖5-14所示。圖5-14電流互感器

2.自耦變壓器

普通變壓器一、二次繞組之間由磁通相互聯(lián)系起來，稱之為互感現(xiàn)象，也可以稱為互耦現(xiàn)象。

3.電焊變壓器

電焊變壓器在生產(chǎn)實際中應用很廣泛，主要是以結(jié)構簡單、成本低廉、制造容易、維修方便、經(jīng)久耐用而著稱。5.2.4變壓器的安裝準備及運行

1.安裝前的準備與檢查

1)變壓器安裝前的準備工作

2)變壓器安裝前的檢查

2.變壓器的裝卸搬運與就位安裝

1)變壓器的裝卸搬運

2)變壓器的就位安裝

3.變壓器投入運行前的檢查

1)通電前的要求

2)變壓器的沖擊試驗5.3.1三相異步電動機的基本結(jié)構

三相異步電動機由兩個基本組成部分即定子和轉(zhuǎn)子構成。其外形和內(nèi)部結(jié)構如圖5-15所示。5.3電動機圖5-15三相異步電動機的基本結(jié)構

1)定子

(1)機座。

(2)定子鐵芯。

(3)定子繞組。

2)轉(zhuǎn)子

(1)轉(zhuǎn)子鐵芯。

(2)轉(zhuǎn)子繞組。

(3)氣隙。5.3.2工作原理

1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

它們的首端(U1、V1、W1)或末端(U2、V2、W2)在空間上彼此相隔120°，若把其末端接成一點，把三個首端U1、V1、W1接到三相對稱電源上，即為星形連接，三相對稱繞組中便通入了三相對稱電流。三相對稱電流的波形如圖5-16所示。上述產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度稱為同步轉(zhuǎn)速n1，同步轉(zhuǎn)速與電源頻率f1和磁極對數(shù)p的關系可以用數(shù)學表達式表示為

(5-14)圖5-16三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

根據(jù)以上分析，定子繞組通入三相交流電時，在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，假定磁場旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向為順時針方向，如圖5-17所示。圖5-17三相異步電動機的工作原理

2.轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速

1)轉(zhuǎn)向

2)轉(zhuǎn)速

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差稱為轉(zhuǎn)差，用Δn表示。轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率，即

(5-15)5.3.3三相異步電動機的特性

1.電磁轉(zhuǎn)矩

電磁轉(zhuǎn)矩的大小與旋轉(zhuǎn)磁場的磁通、轉(zhuǎn)子電流I2及轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)cos2有關，即

(5-16)

2.三相異步電動機的機械特性

當電源電壓U1和轉(zhuǎn)子電路參數(shù)為定值時，轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩T滿足關系n=f(T)，這稱為三相異步電動機的機械特性。三相異步電動機的機械特性曲線如圖5-18所示。圖5-18三相異步電動機的機械特性曲線

1)三個重要轉(zhuǎn)矩

(1)額定轉(zhuǎn)矩。

三相異步電動機穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)速保持不變。這時，在忽略電動機本身的機械損耗轉(zhuǎn)矩(如軸承摩擦等)的情況下，可以認為電磁轉(zhuǎn)矩T與軸上的輸出轉(zhuǎn)矩即機械負載轉(zhuǎn)矩T2相等，經(jīng)推導有

(5-17)根據(jù)式(5-16)，額定轉(zhuǎn)矩TN為

(5-18)圖5-19電源電壓對電磁轉(zhuǎn)矩的影響

(2)最大轉(zhuǎn)矩Tm。為了保證電動機在電源電壓發(fā)生波動時仍能夠可靠運行，一般規(guī)定最大轉(zhuǎn)矩Tm應為額定轉(zhuǎn)矩TN

的數(shù)倍，用λm表示，稱為過載系數(shù)，即

(5-19)

(3)啟動轉(zhuǎn)矩Tst。

只有在Tst大于負載轉(zhuǎn)矩T2時，電動機才能啟動。Tst越大，電動機帶負載啟動的能力就越強，啟動時間也越短。Tst與TN的比值稱為啟動系數(shù)，用λs表示，即

(5-20)

2)電動機的穩(wěn)定運行5.3.4異步電動機的銘牌及技術參數(shù)

1.銘牌

表5-3所示是一臺三相異步電動機的銘牌。2.技術參數(shù)

(1)額定電壓

(2)額定電流

(3)額定功率

(4)額定頻率

(5)額定轉(zhuǎn)速

(6)接線

(7)絕緣等級與溫升：5.3.5異步電動機的啟動、調(diào)速及制動

1.啟動

1)啟動電流

2)異步電動機的啟動方法

(1)直接啟動。

(2)降壓啟動。

3)繞線式異步電動機啟動

2.調(diào)速

根據(jù)異步電動機的轉(zhuǎn)差率公式，異步電動機的轉(zhuǎn)速n為

(5-21)

3.制動

正在運行的電動機，斷開電源后，由于轉(zhuǎn)子本身慣性的作用，不能立即停止轉(zhuǎn)動，還要經(jīng)過一段時間才能停轉(zhuǎn)。5.4.1概述

電線和電纜是常用的兩類導線。選擇電線和電纜主要是選擇型號和截面。5.4導線和電纜的選擇方法5.4.2導線和電纜截面的選擇方法

1.根據(jù)機械強度選擇

2.根據(jù)發(fā)熱條件選擇

按發(fā)熱條件選擇導線和電纜的截面，應滿足

IN≥IΣC

(5-22)若視在計算負荷為SΣC，電網(wǎng)額定電壓為UN，則有

(5-23)

3.根據(jù)允許的電壓損失選擇

由于線路中存在著阻抗，因此當電流通過線路時會產(chǎn)生電壓損失。設電源的輸出電壓為U1，而負載端的電壓為U2，ΔU=U1-U2是線路上電壓損失的絕對值。一般用電設備允許一定范圍內(nèi)的端電壓偏移，但如果電壓損失過大，就會影響用電設備的正