电气工程实践资料

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电气工程实践 电工技术部分 福州大学至诚学院实验实训中心 内容提要 安全用电知识 继电接触器控制线路 学习要求 认真听讲 注意安全 节省材料 文明作业 认真画图 重视工艺 实训报告 成绩评定 每个电路一一验收通过 电路图 · 按图接线 · 工艺 · 美观 实训报告 文明、安全 出勤 0. 三相交流电 0.1 三相电路的基本连接方式 三角形接法（ Δ 接法 ） 星形接法（ Y 接法） 0.2 三相制供电系统 0.5.1 中性点直接接地的供电系统 三相四线制供电系统，能提供相电压、线电压两种不同的电压。线电压 = √ 3 相电压。 220/380V 低压配电系统的中性点一般是直接接地的。 低压三相负载使用 L1 、 L2 、 L3 三根相线，电压 380V ，单相负载使用一根相线和一根零线，电压 220V 。 相线 中（零）线 中性点（零点） 接地 ﹜ 相电压（共 3 个） 线电压（共 3 个） ﹜ 0.5.2 中性点不接地的供电系统 三相三线制供电系统 10kV 高压配电系统多为中性点不接地的供电系统 0.3 接地 角钢接地极（镀锌） 钢筋混凝土基础中的钢筋 地下金属管道 跳到 2 电动机 1 . 安全用电 1.1 电流对人体的伤害 1.1.1 电击与电伤 电击是电流通过人的身体内部，影响呼吸、心脏和神经系统，造成人体内部器官和组织的破坏，乃致死亡。电伤主要是电对人体外表的伤害，包括电弧烧伤、熔化的金属渗入皮肤等伤害。 1.1.2 影响 触电伤害程度的因素 电流大小 时间长短 电路路径 电源频率 健康状态 1.1.3 触电的形式 单线触电 两线触电 跨步电压触电 1.2 预防触电的技术措施 2.2.1 接地保护 2.2.2 接零保护 2.2.3 漏电保护 2.2.4 特低电压（安全电压） 接地保护就是为了 预防正常情况不带电的电气设备的金属外壳意外带电 造成触电而把电气设备的金属外壳以及与它连接的金属部分与 接地 装置作良好的金属连接。 接地保护适用于 中性点不接地 的配电网，常见于 10kV 高压配电电网。 1.2.1 接地保护   1.2.2 保护接零 接零保护就是为了 预防正常情况不带电的电气设备的金属外壳意外带电 造成触电而把电气设备的金属外壳以及与它连接的金属构架等与 零线 作良好的金属连接。 接零保护用于 中性点直接接地的 220/380V 低压配电网 。           1.2.3 漏电保护 以 220V 单相供电线路为例，正常的负载电流是从电源经相线流到负载，然后从零线流回电源。此时 相线和零线的电流总是大小相等，方向相反的 。 有人触电时，触电电流从电源经相线来，流经人体后，由脚入地，再经大地流回电源。这时 相线的电流就比零线的大 。利用这一点就能探测出是否有人触电（或线路存在漏电）。           人身触电电流的检测 零序电流互感器 漏电保护器的工作原理 漏电保护器使用知识 试验与复位。 作人体直接触电保护时动作电流应小于 30mA ，动作时间应小于 0.1s 。 安装好后应试验方可投入使用，以后应定期作漏电保护试验（每月一次）。 按规定应该装漏电保护器的地方不能随便将漏电保护器拆除不用。 1.2.4 特低电压（安全电压） 人体的电阻大约几百 Ω 至几千 Ω ，加在人体上的电压越低，通过人体的电流就越小。当供电电压足够低，发生触电时，通过人体的电流就可以小于安全电流。 但是，供电电压越低，供电的经济性越不好。 特低电压供电适用于触电环境特别不好的局部小范围，如机床的照明、 “ 行灯 ” 等。 安全电压等级为 42V 、 36V 、 24V 、 12V 、 6V 。 安全电压并不是绝对 “ 安全 ” 的 。 1. 3 触电急救 触电急救的要点是 动作迅速、救护得法 。 1.3.1 使触电者脱离电源 1 ） 救护人不可直接用手或使用金属及潮湿的物件作为救护工具，必须使用适当的绝缘工具。救护人最好用一只手操作，以防自己触电。 2 ） 防止触电者脱离电源后可能的摔伤。 1.3.2 根据触电者受伤情况进行适当的救护 如果触电者未失去知觉，仅在触电过程中曾一度昏过，则应保持安静，继续观察，并请医生前来诊治或送往医院。 如果触电者已失去知觉，但心脏跳动和呼吸还存在，应使触电者舒适、安静地平卧。周围不围人，让空气流通，以利呼吸。同时，速请医生诊治。 如果触电者呼吸、脉搏、心脏跳动均已停止，这可能只是“ 假死 ”状态，必须立即实施 人工氧合（心肺复苏） ， 进行紧急救护 。 人工呼吸法 将触电者身上妨碍呼吸的衣领、上衣、裤带等解开，将触电者口腔的食物、假牙等取出，使呼吸道畅通。使触电者仰卧，头部尽量后仰，鼻孔朝天，颈部下方可以垫起，但不可在头部下垫枕头或其他物品。 捏紧触电者鼻孔，救护人深吸一口气后紧靠触电者的口向内吹气 ( 下左图 ) ，为时约 2 秒钟。 吹气完毕，立即离开触电者的口，并松开触电者的鼻孔，让他自行呼气 ( 下右图 ) ，为时约 3 秒钟。 如果触电者的牙关紧闭，无法张开其嘴巴，可改为捂紧其嘴巴，对其鼻子吹气。 胸外心脏挤压法 使触电者仰卧在比较坚实的地面上，姿式同人工呼吸。 救护人跪在触电者腰部一侧，或者跨跪在他的身体两侧，两手相叠，手掌根部放在心窝稍高一点的地方。 掌根用力向下挤压，成人压陷 3~4 厘米。每秒钟挤压一次，每分钟挤压 60 次 。 挤压后迅速放松，让触电者胸廓复原、血液充满心脏。 触电者如系儿童，用力要轻些，每分钟宜挤压 100 次左右。 人工呼吸 上述各种紧急救护方法，不管采用哪种，都必须争夺每一秒钟的时间，不得稍有耽误。要注意保持空气流通。天冷时要注意保温。进行人工氧合施救，贵在 坚持不断 ，切不可轻率中止。即使在运送医院的途中，也必须继续。 人工氧合过程中，如果发现触电者皮肤由紫变红，瞳孔由大变小，则说明人工氧合收到了效果；如果发现触电者嘴唇稍有开合，或眼皮活动，或喉嗓间有咽东西的动作，则应注意其是否有自动心脏跳动和自动呼吸。触电者自己开始呼吸时，即可停止人工氧合。如果人工氧合停止后，触电者仍不能自己呼吸，则应立即再作人工氧合。 急救过程中，只有经医生作出无法救活的诊断后方可停止人工氧合。 电动机是一种将电能转换成机械能，并输出机械转矩的动力设备。 2 交流异步电动机 2.1 三相异步电动机的接线 具体某一台电动机的接法应按铭牌规定 2.2 改变电动机转向的方法 = + —— 对调任意 2 根 电源线 2.3 三相交流异步电动机的运行常识 通电后应立即启动并 迅速加速 。若不动，或缓慢转动，并伴有异常震动与声响，应立即断电检查。 三相电源线若断了一相，只通两相，叫 “ 两相运转 ” （或叫 “ 单相运转 ” ），静止的电动机将不能起动（伴有嗡嗡响），或者极慢转动；已经转动的电动机发生电源线断一根时，电动机会继续转动。这 2 种情况电动机的电流都会增大， 容易过载烧毁 ，应立即停机。 3. 继电接触器控制系统 大部分机械设备是由电动机拖动的。电动机的起动、反转、调速、停止、制动是由电动机的控制系统来控制的，它必须满足机械设备的运转的种种要求 ( 控制、保护及自动化 ) 。 继电接触器控制系统是一种应用广泛的电动机的控制系统。它是由开关、继电器、接触器、按钮等 有触点的开关 电器组成的。 自动空气断路器（空气开关）除了能 操控电路的通断 外，还能 具有过载、短路、失电压等保护功能 。 多用于低压配电电路，也可用于不频繁起动电动机。 电磁脱扣器作短路保护 热脱扣器作过载保护 失压脱扣器作失压保护 外形 自动空气断路器结构示意图 常用控制电器之一 —— 空气开关 常用控制电器之二 —— 熔断器 熔断器简称保险丝，是最简单有效的 短路保护 装置。 熔断器中的熔丝和熔片是用易熔合金制成的，当流过熔体的电流大于它的额定值时，熔体因过热而熔断，自动切断电源，起到保护作用。 符号 FU 常用控制电器之三 —— 按钮 结构及符号 按下复合按钮，常闭触点先断开、常开触点稍后闭合；松开按钮，在弹簧作用下触点恢复原态（常开触点先断开、常闭触点稍后闭合）。 常用控制电器之四 —— 交流接触器 交流接触器是电磁铁操作的开关。 触头系统 电磁系统 铁芯、衔铁 线圈 三对主触头： 控制主电路的通、断。 若干辅助常开、常闭触头： 用于实现各种控制功能。 外 形 结构示意 常开触点 常开触点 常闭触点 常闭触点 电路符号 交流接触器一般具有 3 个常开的主触点和若干个常开、常闭辅助触点（不同型号数量不一）。主触点的额定电流依规格而大小不同，辅助触点的额定电流均为 5A 。 主触点的额定电流应按所控制的负载电流大小选择。 线圈电压有 380V 、 220V 、 127V 、 110V 、 36V 等多种，应与控制电源电压一致。 接触器吸合时常闭触点先断开，常开触点稍后才闭合；接触器断电释放时常开触点先断开，常闭触点稍后才闭合。 在电路原理图中，同一个交流接触器的线圈、主触点、辅助触点常常是画在不同的地方，但是它们的文字符号相同。多个交流接触器时用 KM1 、 KM2 …… 来区分。 CJX2-09 交流接触器 主触点 2(L2) 主触点 1(T1) 主触点 2(T2) 主触点 3(L3) 主触点 3(T3) 辅助触点 辅助触点 线圈 A1 线圈 A2 线圈 A2 主触点 1(L1) 3.1 点动控制 如果电动机需要长时间工作，就要一直按着按钮。 有更好的方法吗？ 动作过程 按下按钮 SB → KM 线圈 通电 → KM 主触头闭合 →电机转动； 松开按钮 SB → KM 线圈 断电 → KM 主触头断开 →电机停转 。 3.2 连续运转控制 控制过程 按下按钮 SB 2 → KM 线圈 通电 → KM 主触头闭合→电动机转动； → KM 辅助常开触点闭合 → KM 自锁。 按下停止按钮 SB1→KM 线圈断电 → KM 主触头断开 →电动机停转； → KM 辅助触头断开→解除 KM 自锁。 自锁（自保持） 失压保护 连续运转的电动机经常因为过载而烧毁。 有什么方法避免这种情况发生吗？ 起动用 绿色 按钮 停止用 红色 按钮 工作原理： 发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热而弯曲，推动触点动作，常闭触点断开，常开触点闭合。将常闭触头串在交流接触器的线圈电路中，就可以在电动机过载时自动断电，保护电动机免于因过载而烧毁。 常开触点可用于接通信号装置。 常用控制电器之五 —— 热继电器 使用要点： 发热元件的额定电流要根据被保护电动机的额定电流选择并调整。例： 3kW 电动机额定电流 6.4A, 选热继电器 7.2A, 其电流调整范围 4.5~7.2A. 3.2 连续运转控制 控制功能 单向转动 连续运转 保护功能 短路保护 过载保护 失压保护 主电路 短路保护 控制电路 短路保护 失压 保护 电动机 过载保护 3.3 时间控制电路 用途 产生延迟信号，从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，经过一定的延迟时间后才输出信号（触点的闭合或断开）。 时间继电器分为通电延时型和断电 延时型 两种。 通电延时型 线圈通电时常开触点延时闭合，常闭触点延时断开；断电时常开触点立即断开，常闭触点立即闭合。 断电延时型 线圈通电时常开触点立即闭合，常闭触点立即断开；断电时常开触点延时断开，常闭触点延时闭合。 常用控制电器之六 —— 时间继电器 通电延时 8 脚管座连接 延时范围： 0~1s 、 10s 、 60S 、 6min 四档 电源电压： AC220V 、 DC12V/24V ST3P 时间继电器 延时时间到灯亮 线圈加电灯亮 跳过例 2 控制功能 单向转动 连续运转 手动 / 定时自动停机 保护功能 短路保护 过载保护 失压保护 想一想 用按钮操控一个灯泡，手按按钮启动点亮 6 秒后自动熄灭（楼道灯）。怎么做？ 用按钮操控一个灯泡，按起动按钮后灯泡点亮。按停止按钮后继续亮 6 秒后熄灭。怎么做？ 用按钮操控一个灯泡，按启动按钮后灯泡以 60 次 /min 的速率闪光。按停止按钮后灯泡停止闪光，熄灭。怎么做？ 导线应走行线槽。导线在线槽内不要拉得太紧，应自由松懈，导线应在离所接的接线端最近处垂直引出线槽，线槽外的导线要平直、整齐、美观。 安装板内用单股硬线， 主电路 用 黑 色，控制电路用 红 色，零线用 浅蓝 色。 导线插入瓦型垫片下不必弯成圆圈，每个瓦型垫片最多压 2 根导线。 从端子排至按钮的连线用多股软线，颜色不限，调试完成后包缠绕管。 控制电路套号码管。 剥导线绝缘层不能伤到铜芯。 导线进接线端要插到底，露出的铜线不超过 2mm 。不要将塑料皮压到接线端里边。 接线工艺 & 注意事项 电工实训安全守则 不得在实验室里开玩笑打闹。 在熟悉实验台所有开关的作用和操作方法之前不得通电作实验。 通电之前，应将线路仔细检查一遍，应将所有接线端子板保护盖板安上。 通电之前，应将通电后要进行的事项以及预期的响应复诵一遍。 通电以后，只许单手食指操作按钮。 通电以后，电路的响应与预期的不一样时，应该立即断电，再去思考分析原因， 严禁带电检查电路 。 不得用手接触电机轴的方法试探电机的转向。 试验结束应立即断开电源。 实训台电源开关 总电源开关（带漏电保护） 电源 电压表 电压表 转换开关 电流表 保险丝 电源输出 考虑：电动机的正反转怎么控制？ 要使电动机反转，只要将三根供电线中的任意 2 根 对调。 这个工作由 主电路 完成。 KM1 吸合时电动机正转； KM2 吸合时电动机反转。 上述正、反转控制电路暗藏着问题？ 如何改进控制电路，从而避免上述情况发生？ 很容易在电动机正转时按下反转按钮或在电动机反转时按下正转按钮，当两个接触器同时吸合时就造成两相短路！ 互锁 ：将 KM1 的 常闭 触点 串联 在 KM2 线圈的电路中，实现 KM1 吸合时 KM2 不可能吸合的自动控制；将 KM2 的常闭触点串联在 KM1 线圈的电路中，实现 KM2 吸合时 KM1 不可能吸合的自动控制。这样就可以完全避免 KM1 、 KM2 同时吸合造成电源短路。 3.4 接触器连锁的正反转控制 这个正、反转控制电路有何不足？ 如何改进控制电路，实现一步操作，能立即反转？ 正转时要想反转必须先按停止按钮，再按反向起动按钮，反之亦然。有时候这会带来不方便。 按钮互锁 ：将 SB2 的常闭按钮串联在 KM2 的线圈电路中，按下 SB2 时就会先停止 KM2 ，稍后接通 KM1 ，实现停 KM2 和开 KM1 的一次操作；将 SB3 的常闭按钮串联在 KM1 的线圈电路中，就能实现停 KM1 和开 KM2 的一次操作。这样就实现了正、反转立即转换。 3.5 双重连锁的正反转控制电路 控制功能 正转 / 反转 连续运转 保护功能 短路保护 过载保护 失压保护 3.6 两地控制 功能 ： a 处、 b 处各有 2 个按钮，都可以对某台电动机进行“起动”“停止”控制。 原理： 连接规律 ： 起动 — 常开、并联 停止 — 常闭、串联 想一想 三地的起动、停止控制怎么做？四地的起动、停止控制怎么做？ 接触器连锁的正反转控制能不能两地控制？ 双重连锁的正反转控制能不能两地控制？ 3.7 限位与自动往返控制电路 常用控制电器之七 —— 行程开关 位置开关 又叫限位开关或行程开关。其结构与工作原理与按钮相像，但触点的动作不是靠手按，而是由运动机构移动到一定位置对它撞压。 3.7.1 行程（限位 ) 控制电路 3.7.2 自动往返 控制电路 3.8 连锁 联锁用于一个接触器的吸合受另一个接触器的吸合与否的制约。连锁是应用很灵活的一种控制环节，能实现 2 个继电器之间多种花样的制约条件。 互锁就是连锁的一种，是两条接触器不允许同时吸合的制约。 请设计制作出符合下列要求的控制电路。 ①设计原理图 ②简述原理 ③ 列材料表 ④ 连接电路 ⑤试车验收 《 电气工程实践报告 》 4 电气控制原理图 原理图 分 主电路 和 控制电路 两部分 : 主电路是从电源到电动机的供电电路 , 是大电流通过的部分，（用粗线条）画在原理图的左边。控制电路只通过小电流 , 一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触点、继电器的触点等组成的控制电路、信号电路等，（用细线条）画在右边 。 各电气元器件，一律采用国家标准规定的 图形符号 和 文字符号 。 同一电器 元件的各部件可以不画在一起，但 文字符号要相同 。多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号的下标来区别，如 KM1, KM2 等。 所有按钮、触点均按没有外力作用和没有通电时的 原始状态 画出。 直流和单相电源电路用水平线画出，一般画在图样上方 ( 直流电源的正极 ) 和下方 ( 直流电源的负极 ) 。多相电源电路，集中水平画在图样上方，相序自上而下排列。中性线 (N) 和保护接地线 (PE) 放在相线之下。主电路与电源电路垂直画出。 耗电元件 ( 如电器的线圈，电磁铁，信号灯等 ) 直接与下方水平线连接 ，控制触点连接在上方水平线与耗电元件之间。 电路中各元器件触点图形符号，当图形垂直放置时以 “ 左开右闭 ” 绘制，即垂线左侧的触点为动合触点，垂线右侧的触点为动断触点。当图形为水平放置时以 “ 上闭下开 ” 绘制，即在水平线上方的触点为动断触点，在下方的触点为动合触点。 4.1 绘制原则 4.2 图区 4.3 触电位置的索引 4.4 节点的标号 对接触器，其各栏的含义如下： 左栏 中栏 右栏 主触点所在的 图区号 动合辅助触点所在的 图区号 动断辅助触点所在的图区号 对继电器，其各栏的含义如下： 左栏 右栏 动合触点所在的图区号 动断触点所在的图区号 开关触点的图形符号应按原始状态画出