第2章常用建筑电气设备.ppt
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1、建筑电气技术2006年7月13日 星期四2第第2 2章章 常用建筑电气设备常用建筑电气设备 绪言:n通过本节内容的学习,了解并掌握建筑电气中常用电气设备的工作原理、结构、特性、型号、图形符号、应用要点等相关知识,为正确选择和合理使用这些电器打下基础。内容框架:n变压器n电动机n常用高压电气设备n常用低压电气设备 重点/难点:n各电气设备的工作原理和特性。preceding2006年7月13日 星期四3第第1 1节节 概述概述 电气设备电气设备 电器电器 电器对电能的生产、输送、分配与应用起电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。在电着控制、调节、检测和保护的作用。在
2、电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。应用极为广泛。2006年7月13日 星期四4第第1 1节节 概述概述1.1 常用电器的分类常用电器的分类n继电接触式控制系统继电接触式控制系统-由控制电器组成的自动由控制电器组成的自动控制系统。控制系统。n按工作电压等级分按工作电压等级分w高压电器高压电器-用于交流电压用于交流电压1200V,直流电压,直流电压1500V及以上电路中的电器。及以上电路中的电器。例如:高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。例如:高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。w低压电器低压电器-用于交流电压用于交流电压1200V,直
3、流电压,直流电压1500V以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。器。例如:接触器、继电器等。例如:接触器、继电器等。2006年7月13日 星期四5第第1 1节节 概述概述n按动作原理分按动作原理分w手动电器手动电器-用手或依靠机械力进行操作的电器。用手或依靠机械力进行操作的电器。如:手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。如:手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。w自动电器自动电器-借助于电磁力或某个物理量的变化自动借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器。进行操作的电器。如:接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。如:接触器、各种类
4、型的继电器、电磁阀等。2006年7月13日 星期四6第第1 1节节 概述概述n按用途分按用途分w控制电器控制电器-用于各种控制电路和控制系统的电器。用于各种控制电路和控制系统的电器。如接触器、继电器、电动机起动器等。如接触器、继电器、电动机起动器等。w主令电器主令电器-自动控制系统中发送动作指令的电器。自动控制系统中发送动作指令的电器。如按钮、行程开关、万能转换开关等。如按钮、行程开关、万能转换开关等。w保护电器保护电器-用于保护电路及用电设备的电器。用于保护电路及用电设备的电器。如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。w执行电器执行电器-用
5、于完成某种动作或传动功能的电器。用于完成某种动作或传动功能的电器。如电磁铁、电磁离合器等。如电磁铁、电磁离合器等。w配电电器配电电器-用于电能的输送和分配的电器。用于电能的输送和分配的电器。如高压断路器、隔离开关、刀开关、空气断路器等。如高压断路器、隔离开关、刀开关、空气断路器等。2006年7月13日 星期四7第第1 1节节 概述概述n按工作原理分按工作原理分w电磁式电器电磁式电器-依据电磁感应原理来工作。依据电磁感应原理来工作。如接触器、各种类型的电磁式继电器等。如接触器、各种类型的电磁式继电器等。w非电量控制电器非电量控制电器-依靠外力或某种非电物理量的变依靠外力或某种非电物理量的变化而动
6、作的电器。化而动作的电器。如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电器等。器等。2006年7月13日 星期四8第第1 1节节 概述概述1.2 电器的作用电器的作用n低压电器是构成低压控制电路的最基本元件。低压电器是构成低压控制电路的最基本元件。n低压控制电器作用:低压控制电器作用:能够依据操作信号或外界能够依据操作信号或外界现场信号的要求,自动或手动地改变电路的状现场信号的要求,自动或手动地改变电路的状态、参数,实现对电路或被控对象的控制、保态、参数,实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节。护、测量、指示、调节。n工作过程:工作过程
7、:将一些非电信号或电量信号转变为将一些非电信号或电量信号转变为非通即断的开关信号或随信号变化的模拟量信非通即断的开关信号或随信号变化的模拟量信号,实现对被控对象的控制。号,实现对被控对象的控制。2006年7月13日 星期四9第第1 1节节 概述概述n低压电器的低压电器的具体作用:具体作用:w控制作用控制作用-如电梯的上下移动、快慢速自动切换与如电梯的上下移动、快慢速自动切换与自动停层等。自动停层等。w保护作用保护作用-能根据设备的特点,对设备、环境以及能根据设备的特点,对设备、环境以及人身安全实行自动保护,如电动机的过热保护,电人身安全实行自动保护,如电动机的过热保护,电网的短路保护、漏电保护
8、等。网的短路保护、漏电保护等。w测量作用测量作用-利用仪表及与之相适应的电器,对设备、利用仪表及与之相适应的电器,对设备、电网或其它非电参数进行测量。如电流、电压、功电网或其它非电参数进行测量。如电流、电压、功率、转速、温度、湿度等。率、转速、温度、湿度等。2006年7月13日 星期四10第第1 1节节 概述概述w调节作用调节作用-低压电器可对一些电量和非电量进行调低压电器可对一些电量和非电量进行调整,以满足用户的要求。如柴油机油门的调整、房整,以满足用户的要求。如柴油机油门的调整、房间温度和湿度的调节、光照度的自动调节等。间温度和湿度的调节、光照度的自动调节等。w指示作用指示作用-利用低压电
9、器的控制、保护等功能,检利用低压电器的控制、保护等功能,检测出设备运行状况与电气电路工作情况。如绝缘监测出设备运行状况与电气电路工作情况。如绝缘监测、保护掉牌指示等。测、保护掉牌指示等。w转换作用转换作用-在用电设备之间转换或对低压电器,控在用电设备之间转换或对低压电器,控制电路分时投入运行,以实现功能切换。如励磁装制电路分时投入运行,以实现功能切换。如励磁装置手动与自动的转换、供电的市电与自备电的切换置手动与自动的转换、供电的市电与自备电的切换等。等。2006年7月13日 星期四11第第1 1节节 概述概述w常用低压电器的主要种类及用途常用低压电器的主要种类及用途2006年7月13日 星期四
10、12第第1 1节节 概述概述2006年7月13日 星期四13第第1 1节节 概述概述2006年7月13日 星期四14第第1 1节节 变压器变压器1.1 变压器功能与分类变压器功能与分类变压器变压器-根据电磁感应原理电磁感应原理制成的一种电能转换设备电能转换设备,用来将交流电由一种等级的电压与电流转换为同频的另一种等级的电压与电流。main body2006年7月13日 星期四15第第1 1节节 变压器变压器n变压器分类:变压器分类:w按相数分:按相数分:单相、三相或多相;w根据作用分:根据作用分:升压变压器、降压变压器、接地变压器;w按用途分:按用途分:用于电力系统的电力变压器、用于局部动力和
11、照明的小容量变压器、用于传递信号的耦合和控制变压器;w根据绕组数量分:根据绕组数量分:自耦变压器、两绕组变压器、三绕组变压器;w根据冷却方式分:根据冷却方式分:自冷干式变压器、风冷干式变压器、自冷油浸式变压器、风冷油浸式变压器、水冷油浸式变压器。main body2006年7月13日 星期四16第第1 1节节 变压器变压器1.2 变压器的结构与工作原理变压器的结构与工作原理1、变压器的结构、变压器的结构两个或两个以上绕组两个或两个以上绕组(线圈线圈),绕在一个公共铁心上;铁心,绕在一个公共铁心上;铁心和绕组组合成变压器的主体。和绕组组合成变压器的主体。n基本结构组成:基本结构组成:w电路部分,
12、即一次绕组和二次绕组;电路部分,即一次绕组和二次绕组;w磁路部分磁路部分,由硅钢片叠成的铁心柱;由硅钢片叠成的铁心柱;n其他辅助结构:其他辅助结构:w油箱;油箱;w绝缘套管;绝缘套管;w油位计;油位计;w温度计;温度计;w储油柜。储油柜。main body2006年7月13日 星期四17第第1 1节节 变压器变压器n单相变压器的结构:单相变压器的结构:w心式变压器:心式变压器:绕组装在铁心的两个铁心柱上。绕组装在铁心的两个铁心柱上。单相变压器的结构比较简单,有较大的绝缘单相变压器的结构比较简单,有较大的绝缘空间,用于功率大、电压高的变压器以减空间,用于功率大、电压高的变压器以减少用铁量,电力变
13、压器大部分采用心式变压少用铁量,电力变压器大部分采用心式变压器;器;w壳式变压器:壳式变压器:铁心包围着绕组的上下和两侧,铁心包围着绕组的上下和两侧,这种机械强度较好,铁心散热条件好,但工这种机械强度较好,铁心散热条件好,但工艺复杂,用铜量大,用于功率较小的干式变艺复杂,用铜量大,用于功率较小的干式变压器。压器。main body2006年7月13日 星期四18第第1 1节节 变压器变压器(1)变压器铁心:变压器铁心:作用作用:构成磁路,支撑绕组。构成磁路,支撑绕组。由垂直的铁心柱和水平的铁轭两部分组成。为减由垂直的铁心柱和水平的铁轭两部分组成。为减小涡流损耗,铁心用小涡流损耗,铁心用o35m
14、m厚的硅钢片交厚的硅钢片交错叠装而成,硅钢片表面涂有绝缘漆并经氧化错叠装而成,硅钢片表面涂有绝缘漆并经氧化处理形成绝缘层。处理形成绝缘层。main body2006年7月13日 星期四19第第1 1节节 变压器变压器(2)变压器的绕组变压器的绕组(线圈线圈):作用作用:变压器的电路部分,是构成交流电的通路,变压器的电路部分,是构成交流电的通路,通以励磁电流建立磁场。通以励磁电流建立磁场。小功率的单相变压器的绕组多用高强度漆包线绕制;大小功率的单相变压器的绕组多用高强度漆包线绕制;大功率的三相变压器的绕组可用扁铜线或铝线绕制。绕功率的三相变压器的绕组可用扁铜线或铝线绕制。绕组的形状多为圆筒形。低
15、压绕组靠近铁心,高压绕组组的形状多为圆筒形。低压绕组靠近铁心,高压绕组同心地套在低压绕组的外面。同心地套在低压绕组的外面。一次绕组:一次绕组:变压器接电源一边的绕组;变压器接电源一边的绕组;二次绕组:二次绕组:接负载一边的绕组。接负载一边的绕组。变压器的铁心、一次绕组和二次绕组之间是彼此绝变压器的铁心、一次绕组和二次绕组之间是彼此绝缘的。缘的。main body2006年7月13日 星期四20第第1 1节节 变压器变压器2工作原理工作原理n利用利用电磁感应原理电磁感应原理将电源的电能传递到负载中。将电源的电能传递到负载中。n变压器的一次绕组与交流电源变压器的一次绕组与交流电源Ui接通后,经绕组
16、流过交接通后,经绕组流过交变电流变电流Ii,铁心中便有交变磁通,铁心中便有交变磁通,即一次绕组从电源,即一次绕组从电源吸取电能转变为磁能;吸取电能转变为磁能;n在铁心中同时交在铁心中同时交(环环)链一次、二次绕组,由于电磁感链一次、二次绕组,由于电磁感应作用,分别在一次、二次绕组上产生频率相同的感应作用,分别在一次、二次绕组上产生频率相同的感应电动势应电动势E1、E2,根据电磁感应定律,绕组的感应电,根据电磁感应定律,绕组的感应电动势正比于它的匝数。动势正比于它的匝数。n如果此时二次绕组接通负载,在二次绕组感应电动势如果此时二次绕组接通负载,在二次绕组感应电动势作用下,便有电流输出给负载,铁心
17、中的磁能又转换作用下,便有电流输出给负载,铁心中的磁能又转换为电能。为电能。main body2006年7月13日 星期四21第第1 1节节 变压器变压器3变压器的空载运行特性与电压变换变压器的空载运行特性与电压变换空载运行状态空载运行状态-变压器一次绕组接交流电源、变压器一次绕组接交流电源、二次绕组未接负载的工作状态。二次绕组未接负载的工作状态。w变压器空载运行时,其二次绕组开路,变压器空载运行时,其二次绕组开路,I2=0,此时一次绕组中的电流,此时一次绕组中的电流I0称为称为空载电流或空载电流或励磁电流励磁电流。w由于由于I2=0,二次绕组对一次绕组的工作状态,二次绕组对一次绕组的工作状态
18、没有任何影响,变压器在传递电能的过程中,没有任何影响,变压器在传递电能的过程中,铁心的交变磁通,在一次、二次绕组中的每铁心的交变磁通,在一次、二次绕组中的每一匝线圈中都产生相同的感应电动势。一匝线圈中都产生相同的感应电动势。main body2006年7月13日 星期四22第第1 1节节 变压器变压器n空载运行时:空载运行时:E-绕组产生的感应电动势;N-绕组匝数;n变压器空载时,一次绕组电阻及电抗的电压降变压器空载时,一次绕组电阻及电抗的电压降甚小。甚小。U-绕组端电压;K-变压器的电压比;结论:结论:变压器的电压比近似等于一次、一次绕组变压器的电压比近似等于一次、一次绕组的匝数之比,可见变
19、压器具有变换电压的功能。的匝数之比,可见变压器具有变换电压的功能。降压变压器:电压比K1;升压变压器:K1。main body2006年7月13日 星期四23第第1 1节节 变压器变压器4变压器的负载运行特性与电流变换变压器的负载运行特性与电流变换负载运行状态负载运行状态-变压器二次绕组接上负载变压器二次绕组接上负载ZL。变压器在负载运行状态下,二次绕组中有电流变压器在负载运行状态下,二次绕组中有电流I2通过,二次绕组的磁动势通过,二次绕组的磁动势I2N2产生磁通,其中产生磁通,其中大部分通过铁心而闭合大部分通过铁心而闭合(小部分是漏磁通小部分是漏磁通)。此。此时,铁心中的主磁通由时,铁心中的
20、主磁通由m是一个由一次、一次是一个由一次、一次绕组的磁动势共同产生的合成磁通。绕组的磁动势共同产生的合成磁通。main body2006年7月13日 星期四24第第1 1节节 变压器变压器但实际上铁心中主磁通的幅值在变压器空载或有负载时是差但实际上铁心中主磁通的幅值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的。有:不多恒定的。有:I-绕组的电流;绕组的电流;N-绕组匝数;绕组匝数;可见:可见:(1)一次、二次绕组的磁动势在相位上近似反相,一次、二次绕组的磁动势在相位上近似反相,即二次绕即二次绕组的磁动势对一次绕组的磁动势有去磁作用。变压器由空组的磁动势对一次绕组的磁动势有去磁作用。变压器由空载到负载运
21、行时它的一次电流从载到负载运行时它的一次电流从I0增大到增大到I1,以抵偿二次,以抵偿二次绕组磁动势对一次绕组磁动势的去磁作用,从而维持主磁绕组磁动势对一次绕组磁动势的去磁作用,从而维持主磁通恒定不变。通恒定不变。(2)一次、一次绕组的电流关系为:一次、一次绕组的电流关系为:一次、二次绕组中电流一次、二次绕组中电流之比等于其电压比之比等于其电压比K的倒数,即变压器变换电流的功能。的倒数,即变压器变换电流的功能。负载变化,但其电压比负载变化,但其电压比K仍不变,所以当负载增加时,仍不变,所以当负载增加时,I1随着增大,而随着增大,而I2也必须相应增大。也必须相应增大。main body2006年
22、7月13日 星期四25第第1 1节节 变压器变压器5变压器的阻抗变换变压器的阻抗变换变压器的阻抗变换功能变压器的阻抗变换功能-实际的负载阻抗ZL并没有改变,而是通过变压器改变了从一次侧看进去的等效阻抗ZL。故:变压器具有变换电压、变换电流和变换阻抗故:变压器具有变换电压、变换电流和变换阻抗的三种特性。的三种特性。main body2006年7月13日 星期四26第第1 1节节 变压器变压器【例】某信号源的电动势 E 为 10V,内阻 R0 为 500,负载电阻 RL为 5 ,当 RL折算到原边的等效电阻与 R0相等时,求变压器的变比以及负载得到的功率。如果将该负载直接与信号源联接时,负载得到的
23、功率又为多少?2006年7月13日 星期四27第第1 1节节 变压器变压器2006年7月13日 星期四28第第1 1节节 变压器变压器1.3 变压器的运行特性变压器的运行特性1变压器的外特性变压器的外特性对对用电设备来说,变压器相当于电源;对用电设备来说,变压器相当于电源;对变压器来说,用电设备就是负载。变压器来说,用电设备就是负载。变压器一次、二次绕组既有电阻又有电抗,变压器一次、二次绕组既有电阻又有电抗,当电流通过时,必然产生电压降。从而当电流通过时,必然产生电压降。从而使使二次电压随负载的增减而变化二次电压随负载的增减而变化。变压器的外特性变压器的外特性-由于负载电流由于负载电流I2变化
24、引变化引起的输出端电压起的输出端电压U2的变化的特性曲线。的变化的特性曲线。main body2006年7月13日 星期四29第第1 1节节 变压器变压器n当当I20时,时,二次电压二次电压U2U2N,变压器二次绕,变压器二次绕组空载电压组空载电压U20=U2N,U2N称为二次绕组的额称为二次绕组的额定电压定电压。n当负载为电阻时,当负载为电阻时,cos1.0,变压器二次输,变压器二次输出电压逐渐降低,下降并不多;出电压逐渐降低,下降并不多;n当负载为感性时,当负载为感性时,cos1.0,随着变压器二,随着变压器二次负载电流次负载电流I2增大,变压器二次输出电压下降增大,变压器二次输出电压下降
25、较大,其原因是较大,其原因是去磁作用去磁作用较强。较强。n当负载为容性时当负载为容性时,cos0,随着变压器二次,随着变压器二次负载电流负载电流I2增大,变压器二次输出电压增大,增大,变压器二次输出电压增大,其原因是对变压器磁路中的主磁通的其原因是对变压器磁路中的主磁通的助磁作用助磁作用较强。较强。main body2006年7月13日 星期四30第第1 1节节 变压器变压器2变压器的电压调整率变压器的电压调整率 电压调整率电压调整率-从空载到满载(从空载到满载(I2=I2N),二次),二次电压变化的数值与空载电压的比值。电压变化的数值与空载电压的比值。U20-变压器的二次空载电压变压器的二次
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