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1、第8章 常用电器,学习目标,【知识目标】 1. 了解常见照明灯具、新型电光源及其应用 2. 了解单相变压器的基本结构和相关参数 3. 理解变压器的工作原理及变流比、变压比的概念 4. 了解变压器的外特性、损耗及效率 5. 了解交流异步电动机的基本结构、转动原理和铭牌参数 6. 理解三相异步电动机的机械特性的含义 7. 了解常用低压电器的结构、工作原理和应用场合 【技能目标】 1. 会根据照明需要合理选用灯具及根据工作场合合理选用低压电器 2. 能使用兆欧表测试变压器和异步电动机绕组间及绕组对铁心的绝缘电阻,主要内容,8.1 照明灯具 8.1.1 常用照明灯具 8.1.2 新型电光源 8.2 变
2、压器 8.2.1 变压器概述 8.2.2 变压器的基本结构 8.2.3 单相变压器的基本工作原理 8.2.4 变压器的参数 8.3 交流电动机 8.3.1 三相笼型异步电动机的结构 8.3.2 三相笼型异步电动机的工作原理 8.3.3 三相笼型异步电动机的参数 8.4 常用低压电器 8.4.1 熔断器 8.4.2 电源开关 8.4.3 交流接触器 8.4.4 主令电器 8.4.5 热继电器,8.1 照明灯具,8.1.1 常用照明灯具 1.白炽灯 【外形】 白炽灯是使用最普遍的电光源，一般有插口和螺口两种，外形如图8-1a所示。,(a) 外形,【结构及接法】 白炽灯的结构如图8-1b所示，它的灯
3、丝由钨丝制成，灯丝绕成单螺旋状或双螺旋状。白炽灯电路接法如图8-1c所示，使用时应注意将相线通过开关接到灯头的中心接点上。 【特点及适用场合】白炽灯的结构简单，价格低廉，使用方便，但是它的发光效率较低，只能将约5%10%的电能转化为光能，使用寿命较短，且耐震性较差。 因此，对于需要长期照明的地方，应选用效率更高的节能灯。,(b) 结构 (c) 接线图,2. 荧光灯 【外形】 荧光灯外形如图8-2所示，传统的荧光灯套件主要由灯管、镇流器、启辉器和灯架等部分组成。 目前，市场上较多采用的是由灯管、灯架和电子式镇流器构成的荧光灯套件。与电感式镇流器相比，有价格便宜、体积小、启辉快、接线简单等优点。,
4、(a) 外形 (b) 镇流器 图8-2 荧光灯,【特点及适用场合】与白炽灯相比较，荧光灯的发光效率要高，使用寿命长，光色好，缺点是功率因数比较低，还存在频闪效应（灯光随电流的周期性变化而频繁闪烁），适用于需要照度高的室内场所（例如教室、办公室和轻工车间），但不适合有转动机械的场所照明。,a） 灯管结构 b）接线图 图8-3 荧光灯,【结构及接法】 灯管结构如图8-3a图所示，灯管两端分别装有一组灯丝与灯脚相连。灯管内抽成真空，再充以少量惰性气体氩和微量的汞，灯管内壁涂有一层荧光粉。 荧光灯接线图如图8-3b所示。,3. 碘钨灯 【外形及结构】碘钨灯外形如图8-4所示，结构如图8-5，主要由石英
5、玻璃管制成，两端装有供与外电源连接的电极，并用灯丝贯穿整个石英管，灯丝中间，用等距离的灯丝支架支持。,图8-4 碘钨灯,图8-5 碘钨灯结构,【特点及适用场合】与白炽灯比较，光效提高30，寿命增长50%，具有体积小、功率大、能够瞬时点燃、可调光等特点。但碘钨灯的耐震性差，安装时灯管必须保持水平（倾角不得大于4）否则容易将灯管烧坏，这种灯多用于较大空间、要求高照度的场所,4. 高压钠灯 【外形及结构】 高压钠灯的外形如图8-6a所示，高压钠灯的结构如图8-6b所示。,【特点及适用场合】 高压钠灯的发光光谱集中在人眼比较敏感的区间，具有光效高、紫外线辐射小、透雾性能好、可任意位置点燃、耐震、寿命长
6、等特点，但显色性差，启动时间也较长。它广泛用于道路照明，当与其他光源混光后，可用于照度要求较高的高大空旷的场所。,8.1.2 新型电光源及应用 1.节能灯 节能灯外形如图8-7所示。为了使用和安装方便，将其灯管弯曲做成如H、U、W等形状，使灯管的带状发光变成局部集中发光。节能灯具有光效高（是普通灯泡的5倍），节能效果明显（即一只7瓦的节能灯的亮度相当于一只40瓦的白炽灯的亮度，节电率高达80），寿命长（是普通灯泡的8倍），体积小，使用方便等优点。,图8-7 节能灯外形,2.金属卤化物灯 金属卤化物灯外形如图8-8所示，灯内充入钠、铊、铟、镝、钪等金属卤化物，具有光效高，光色好的特点，常用于体育
7、活动室及电视转播现场。,图8-8 金属卤化灯外形,3. 氙灯 氙灯外形如图8-9所示，为惰性气体弧光放电灯，是一种充有高气压氙气的大功率的气体放电灯，功率可以从1万瓦到几十万瓦，高压氙气放电时能产生很强的白光，接近连续光谱，和太阳光十分相似，故有“人造小太阳”之美称。氙灯的工作温度很高，仅靠自然冷却不行，需要强迫冷却，或者用风冷，或者用水冷。它适于广场、公园、体育场、大型建筑工地、露天煤矿、机场等地方的大面积照明，一般工厂照明中不用。,图8-9 氙灯外形,4. LED灯 LED即半导体发光二极管，LED灯是用高亮度白色发光二极管作光源，其外形如图8-10所示，作为第四代电光源，赋有“绿色照明光
8、源”之称，属于冷光源，发热量低，可以安全触摸，自身对环境没有任何污染，与白炽灯、荧光灯相比，节电效率可以达到90以上。,8.2 变压器,8.2.1 变压器的基本结构 【外形及符号】单相变压器外形如图8-11a所示。单相变压器图形符号如图8-11b所示，文字符号为T。 【结构】变压器由闭合铁心和套在铁心上的线圈（绕组）构成,铁心和线圈是变压器的基本组成部分。,铁心 铁心是变压器的磁路部分。为了减小铁心内部的涡流损耗和磁滞损耗，铁心一般采用磁导率高而又相互绝缘的硅钢片（0.350.5mm厚）叠制而成。变压器根据铁心的结构形式不同可分为心式变压器和壳式变压器两大类。分别如图8-12、图8-13所示。
9、,绕组（线圈） 变压器的线圈通常称为绕组，它是变压器中的电路部分,一般用漆包圆铜线绕制而成，绕组与绕组及绕组与铁心之间都是互相绝缘的。与电源相连的绕组称为一次绕组，与用电设备连接的绕组称为二次绕组。绕组与铁心之间应是绝缘的。,8.2.2 单相变压器的工作原理 在一般情况下，变压器的损耗和漏磁通都很小。在将它们都忽略不计的情况下，分析变压器的电压变换作用和电流变换作用。,图8-14 变压器基本工作原理,【变换交流电压】 如图8-14所示，在变压器的一次绕组接入交流电源，在一次绕组中就有交流电流流过，交变电流将在铁心中产生交变磁通，这个变化的磁通经过闭合磁路同时穿过一次绕组和二次绕组,可认为穿过一
10、、二次绕组的交变磁通相同，因而这两个线圈的每匝线圈所产生的感应电动势相同。设一次绕组的匝数为N1，二次绕组的匝数是N2 ，穿过它们的磁通是 ，那么，一、二次绕组中产生的感应电动势分别为：,由此可得电动势有效值与匝数的关系: 在一次绕组中，根据楞次定律，感应电动势起着阻碍电流变化的作用，与加在一次绕组两端的电压U1相平衡。一次绕组的电阻很小，如果略去不计，则有U1= E1 。二次绕组相当于一个电源，感应电动势E2相当于电源的电动势。二次绕组的电阻也很小，略去不计，二次绕组就相当于无内阻的电源，因而二次绕组两端的电压U2等于感应电动势E2 ，即U2 = E2 ,因此得到: 式中，k称为变压比。 可
11、见，变压器一、二次绕组的端电压之比等于一、二次绕组的匝数比。当k1时， U1 U2,为降压变压器，k1时, U1 U2,为升压变压器。改变k值就可获得不同的U2，从而达到电压变换的目的。,【变换交流电流】 由上面的分析知道，变压器能从电网中获得能量，并通过电磁感应进行电压变换后，再把电能输送给负载。根据能量守恒定律，在不计变压器内部损耗的情况下，变压器输出的功率和它从电网中获得的功率相等，即P1 = P2 。根据交流电功率的公式P=UIcos可得: 式中 是一次绕组电路的功率因数， 是二次绕组电路的功率因数， 和 通常相差很小，在实际计算中可以认为它们相等，因而得到： 即 可见：变压器工作时，
12、一、二次绕组中的电流跟绕组的匝数成反比。变压器的高压绕组匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压绕组匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。,8.2.3 变压器的参数 1.额定值 生产厂商所拟定的变压器满负荷运行情况叫做额定运行，额定运行的条件叫变压器的额定值。这些额定值都会写在变压器的铭牌上。 【额定容量SN 】 表示在额定使用条件下变压器的输出能力，用视在功率表示。 【额定电压U1N和U2N 】 a）一次绕组的额定电压U1N ：加在一次绕组上的正常工作电压值。 b）二次绕组额定电压U2N ：变压器空载时，一次绕组加上额定电压后。二次绕组两端的电压值。 【额定电流I1N和I2N 】
13、 指根据变压器容许发热的条件而规定的满载电流值。变压器的额定值取决于变压器的构造和所用材料，使用变压器时一般不能超过其额定值。 2.损耗 变压器的损耗包括铁损（变压器铁心中的磁滞损耗和涡流损耗称为铁损耗）和铜损（线圈导线电阻通电产生的损耗），即,3.效率 变压器的效率也就是变压器的输出功率P2与输入功率P1 的百分比，即: 4. 变压器的外特性 变压器的外特性指变压器的一次电压U1和负载功率因数 都一定时，二次电压U2随二次电流I2变化的关系。一般用电压调整率 表示, 其定义为变压器空载时二次端电压U2N和有载时二次端电压U2之差与U2N的百分比：,8.3 交流电动机,8.3.1 三相笼型交流
14、异步电动机的结构 三相笼型交流异步电动机外形如图8-17所示，其结构如图8-18所示，主要由定子（固定部分）和转子（旋转部分）两部分组成。,图8-17 三相笼型交流异步电动机,图8-18 三相笼型异步电动机的结构,【定子】 由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。 定子铁心是电动机磁通的通路，如图8-19所示，槽内嵌放三相定子绕组。 定子绕组中通入三相交流电，为电动机产生旋转磁场。三相绕组的结构完全对称且独立绝缘，每相绕组有两个引出线端，一个叫首端，分别标为U1, V1, W1，另一个叫末端，分别标为U2, V2, W2 ，如图8-20所示，定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，根据需要接成星
15、形（Y）或三角形（）。,机座 机座通常为铸铁件，作用是固定定子铁心和绕组，并通过两侧的端盖和轴承来支承转子，同时可保护整台电动机的电磁部分和散热,【转子】 由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。 转子绕组用来切割定子旋转磁场产生感应电动势，并在旋转磁场的作用下受力而使转子转动。它是在铁心槽内嵌放铜条，并在两端用短路环接成鼠笼形，如图8-21a所示，笼型异步电动机因此得名。现在，为了节省铜材，一般将铝熔化后，用铸造方法将转子导体、端环及扇叶一起铸成铸铝转子结构，如图8-21b所示。,8.3.2 三相笼型异步电动机的工作原理 1电动机旋转原理 为了说明电动机的工作原理，我们做如下演示实验。 为什么
16、转子会转起来 【实验内容及现象】如图8-22a所示，在装有手柄的蹄形磁铁的 两极间放置一个可以自由转动的笼型转子，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，将发现笼型转子也跟着旋转，且转子转动的方向和磁极旋转的方向相同；若改变磁铁的转向，则笼型转子的转向也跟着改变。,图8-22 异步电动机工作原理图,【现象解释】当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，笼型转子切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流，如图8-22b所示。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是笼型转子就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。 【结论】欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。 2旋转磁场的产生 在定子绕组中分别通入三相等幅、互差120电角度的交流电，它们将在定子绕组中产生相应的磁场，并最终合成一个随电流变化的
