中电实操0616.docx
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中电实操0616
●1国家高技能实用人才骨干队伍
●国家职业资格证书、中级电工
电工新技术教程
中级实操指导
珠海市职业技能鉴定指导中心考评组编
第二版马占祥龚小逖李恩海编著
二○○九年八月
中级电工实操项目和要求
实操共设四个项目,总分为100分,时间为60分钟,即每个项目25分,各占15分钟,但要求各项目均需得15分以上,方为及格.以下是实操的要求:
一.应用示波器观察可控整流电路。
1、正确使用示波器。
（1）能指出并说明使用示波器面板上各主要旋扭及开关的名称和作用。
（2）会寻找光点，调整灰度及聚焦。
（3）输入信号连线正确，并能选择相应的输入通道；极性及耦合方式；
（4）能熟练调节X；Y轴光点的扫描速度，使所测信号波形的大小适当和形状稳定。
2、理解可控整流电路的工作原理。
（1）讲述晶闸管、单结晶闸管的工作原理。
（2）简述可控整流主电路、触发电路的工作原理。
（3）能用示波器测定监考员设定测试点的波形，如触发电路中的整流输出、稳压输出、电容充放电、移相脉冲、以及主电路中的负载电压（即输出电压）等。
3、记录、验算和作图
记录万用表所测主电路中输入，输出电压数值，并根据示波器显示的控制角或导通角，来验算他们之间的关系公式，并作出该电路主要测试点的波形图。
二、自动开关特性及原理（包括漏电保护自动开关）
1、按测试要求正确接线，并操作测试自动开关的过流动作的安秒特性，记录三组数据来作出其曲线图；
2、简要说明自动开关的过载、短路及漏电保护的工作原理，并指出相应动作元件。
三、电动机控制电路的故障分析。
该项所指的控制电路主要有：
（1）、Y----△降压起动线路；
（2）绕线式电动机转子串电阻起动线路；（3）自动往返行程控制线路；
1、简述电路的工作原理、起动特性和适用场合，并能说明电路中主要元件的作用。
2、熟练使用万用表查找监考员所设置故障，并排除之。
四、电动机定子绕组嵌线工艺。
1、正确完成指定电动机定子模型按整节距（或短节距）的嵌线，要求接线正确，绕组分布合理，并分出首末端，做好标记；
2、简要说明极距、节距、电角度、槽距角、相带、电动机起动原理等概念及其计算方法，并能理解，单、双层绕组和等距式、同心式、链式、交叉式等绕组型式；
3、简述实际电机嵌线的式工艺过程；
4、绘制所做模型的绕组展开图
一、应用示波器观测可控整流电路
示波器DF4321前面板（如下图）
工作方式选择开关
（1）CH1
（2）CH2（3）ALT交替显示（2个信号频率较高时用）（4）CHOP=通道断续显示（频率较低时用）（5）ADD：
代数和（叠加显示）
（二）整流电路分析
可控整流电路由可控整流主电路和单结晶体管触发电路组成。
单结晶体管触发电路是为可控整流主电路服务（即提供触发脉冲给可控硅门极）。
可控整流主电路是由自耦变压器（TB）、220V/24V降压变压器（T1）晶闸管（V1、V2）即可控硅，整流二极管（VD1、VD2）和负载（RL）组成单相全波半控桥式整流电路。
只要给晶闸管门极（又叫控制极）G1、G2提供移相脉冲，则在负载RL二端就可以获得可调的直流电压UL。
单结晶体管触发电路是由同步变压器T2,整流二极管（D1~D4）、稳压电阻（R）、稳压二极管（VS）、可调电阻（RW）、电阻R3、电容C、单结晶体管V3、和电阻R1、R2组成。
D1~D4组成单相全波桥式整流。
R和VS组成稳压电路（又叫斩波器），将桥式整流输出的脉动直流电，削波形成一梯形波电压，此电压既作同步电压又作为单结晶体管触发电路的供电电压。
在稳压电路中R（稳压电阻）作用是：
①限流、②调压。
稳压管VS的作用是稳压。
稳压二极管是工作在反向击区。
稳压后的直流电压经RW、R3给电容C充电，当电容C充电电压达到单结晶体管峰点电压（UP）时，单结晶体管的发射极E到第一基极B1之间由阻断状态变为低阻导通。
电容C经R1放电，在R1两端产生正尖脉冲（或叫尖脉冲、触发脉冲、移相脉冲）经电阻输入到晶闸管门极G1、G2，来控制晶闸管导通。
电容C经R1放电后，电容C二端的电压下降到单结晶体管的谷点电压（UV）时，单结晶体管由低阻导通状态变为阻断状态。
这样稳压电源又经RW、R3给电容充电。
就这样随着电容C的反复充、放电形成了振荡、在电阻R1、上输出周期性的触发脉冲，其周期可由RW调节。
当RW减小，充电电流增大。
电容C两端电压达到峰点电压（UP）时间提前（充电时间减小）移相脉冲向前移（左移）、脉冲频率增加，控制角∝减小，UL电压增大。
反之如果将RW增大，充电电流减小，电容C两端电压达到峰点电压（UP）时间增加，移相脉冲向后移（右移），脉冲频率减小，控制角∝增大，UL电压减小。
这就是改变RW大小，可以改变振荡周期（或改变振荡频率），使触发脉冲前后移动，来改变控制角α的大小，达到改变输出直流电压UL大小（即UL电压可调）的原理。
该电路中R1、R2的作用是给单结晶体管一个工作电压，同时R1又是电容C放电回路。
R3是防止RW调到零时，可通过电阻R3给电容C充电。
如果没有R3，当Rw调到零时单结晶体管无法关断便会造成电路停止振荡。
峰点电压UP=ηUBB+UD
式中：
UD为单结晶体管中PN结正向压降（一般取0.7伏）
（1）当发射极电压UE小于UP时，单结晶体管关断；阻断），电流很小。
（2）当UE大于或等于UP（峰点电压时），P区向E`B1段N型半导体注入大量载流子（空穴），使E`B1段电阻显著下降，成为低阻导通，使发射基电流显著上升。
（3）UE下降到UV（谷点电压）时，E`B1间的PN结又自动关断。
二、自动开关过载保护的安秒特性
作用：
自动开关又称自动空气断路器，是一种既能手动又能自动接通和分断电路，当电路有过载、短路及（欠压或失压）时能自动分断电路的电器。
1、自动空气开关组成：
〈1〉触头系统：
是自动空气开关执行元件，用以接通和分断电路。
为了提高触头性能，在触头处都焊有银和银基合金镶块。
〈2〉灭弧系统：
灭弧系统作用是熄灭触头断开时产生电弧。
自动开关的灭弧系统是采用金属栅片灭弧罩（工作原理见p354）。
〈3〉脱扣器:
是自动开关的感受元件，感受电路不正常信息或操作人员、继电器保护系统发出的信号，传递到执行元件，使自动开关动作。
脱扣器有过电流脱扣器、失压脱扣器、分励脱扣器等。
〈4〉传动和自由脱扣器机构。
自动开关传动机构有杠杆传动、电磁铁传动、电动机传动、气体或液体压力传动等。
自由脱扣机构一般由杠杆组成。
2、脱扣器工作原理：
〈1〉过流脱扣器：
包括热脱扣器和电磁脱扣器。
①电磁脱扣器（起短路保护作用，短路电流达到整定电流时瞬时跳闸），工作原理：
电磁
脱扣器是由铁心、线圈和衔铁三部分组成。
线圈是串联在主电路中，当正常工作时，线圈产生的电磁力不足以吸合衔铁。
当发生短路时，短路电流产生的磁力将衔铁吸合。
撞击杠杆，从而断开电路。
电磁脱扣器的结构有两种，一种是铁心上有较粗的漆包线；另一种（见图1）是由：
U型铁心、衔铁和一匝线圈（热脱扣器的发热元件）组成。
②热脱扣器（起过载保护）工作原理：
热脱扣器是由发热元件（发热片）和双金属片组成，发热片是串联在主电路中，当电路发生过载时，发热元件（发热片）发热使双金属片（由两种膨胀系数不同的双金属片焊压而成）受热弯曲，推动杠杆，从而断开电路。
失压脱扣器原理见（P356）。
③复式脱扣器：
如果自动空气开关同时具有热脱扣器和电磁脱扣器，则可称此自动空气开关具有复式脱扣器功能。
④分励脱扣器用于远距离操作，正常工作时其线圈是断电的，当需要分断电路时，使分励线圈通电，电磁力吸合衔铁，撞击杠杆，从而切断电源。
3、自动开关的选用原则：
（1）、额定电压选择：
自动开关的额定电压应等于或大于线路额定电压；额定电流应等于或大于线路计算负载电流。
对电动机负载，可按电动机额定电流的1．3倍来选择。
（2）、脱扣器整定电流的选择：
①热脱扣器的整定电流应与所控制的负荷（如电机或照明线路等）的额定工作电流一致。
如10KW电动机的额定工作电流就为20A，所以热脱扣器的整定电流也应选择为20A。
②电磁脱扣器瞬时脱扣器整定电流应大于负载电路正常工作时的最大电流。
一般我们可以用下面的方法来选择（以DZ10为例）；
（A）对于100A的DZ10—100空气开关，电磁脱扣器的整定电流应为热脱扣器整定电流的10倍，如10KW电动机，电磁脱扣器瞬时脱扣整定电流为200A（B）用计算方法确定电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流IZ：
对于单台电动机：
Iz≥（1．5—1．7）Iq（Iq为电动机起动电流）。
（B）例：
单台10KW电动机，额定电流为20A，电磁脱扣器瞬时整定电流为：
Iz=1.7×6×20=204A．对于多台电动机：
Iz≥（1.5至1.7）（IqMax+∑其余电动机的额定电流）。
式中：
IqMax（为最大一台电动机起动电流）。
4、漏电保护自动开关：
1、漏电保护自动开关又称漏电自动开关或漏电断路器,它实质上是装有检漏保护元件的塑料外壳式自动开关.
2漏电保护自动开关主要由：
零序电流互感器、信号放大漏电脱扣器和开关装置。
3、漏电保护开关工作原理见（图2），图中ZCT为零序电流互感器。
三条相线和中线进均穿过该互感器为一次侧绕组L1，L2为二次侧绕组，L2的感应信号经放大电路送到执行元件（漏电脱扣器）。
当线路末漏电时，各相与中线电流相量和为零（Iu+Iv+Iw+IN=0）因此ZCT铁心中的磁通代数和也为零（φu+φv+φw=0）,二次回路L2没有感应电动势和电流。
漏电保护开关呈闭合状态，线路正常工作。
当有人触电或设备漏电，漏电电流从大地返回变压器中线点，这时通过ZCT的电流相量和不为零，ZCT有磁通，次级绕组L2就有感应电动势，即有感应电流输出。
此电流经放大器放大达到执行元件（漏电脱扣器）的动作电流时，漏电脱扣器动作，迅速切断电路，起到触电保护，对于单相电路的漏电保护开关，穿过ZCT的是相线和中线，其原理与上述相同。
4、漏电保护开关的选用：
（1）额定电压与电路工作电压相适应，
（2）额定电流必须等于或大于电路计算负载电流，（3）漏电动作电流和动作时间应按分级保护原则和线路泄漏电流的大小来选择。
分级保护原则是：
第一干线保护是以消除事故隐患为目标保护，漏电动作电流可选择60—100mA之间，第二级是线路末端或设备保护以防止触电为主要目标，漏电动作电流可选择在30mA以下。
漏电动作时间均小于0.1秒。
（注意：
线路和设备正常漏电，漏电保护开关不应动作。
）
（五）接线图和安秒特性：
3、实操方法：
（1）检查接线是否正确，升流器手柄应置0位，实验用自动开关QF，刀开关均应断开。
（2）合上电源，调节电秒表指针到0位，右手合QF自动开关同时，左手立即顺时针转升流器手炳使电流迅速达25A（要求动作协调、快、准），记下跳闸时间，以次分别测出30A、35A的电流时，升流器的手炳而是在原有25A或35A位置上调到需要电流。
（3）根据三组数据作安秒特性曲线。
三、电动机控制电路故障分析及排除
该项目有三种控制电路。
考核时，在每个控制电路的二次回路中断开二个控制点，由同学们来排除后，再要求口述电路的工作原理（工作原理已在课堂讲述）和起动特性以及适用场合，并说明电路中的主要元件的作用和选用。
交流接触器：
是电力拖动和自动控制系统中常用电器。
作频繁地接通和分断交流主回路，对电动机能实现远距离控制，并具有欠（零）电压保护。
（1）结构和作用：
接触器主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置及辅助部件等组成。
1电磁系统包括动、静铁心和电磁线圈三部分，其作用是将电磁能转换为机械能产生电磁吸力带动触头动作。
2触头系统是接触器的执行元件用来接通断开被控制电路。
主触头允许通过较大的电流。
辅助触头用于接通或断开控制回路，只能通过较小电流。
3常用的灭弧装置有灭弧罩。
（2）工作原理：
当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁芯产生电磁吸力吸引衔铁并带动触头动作，常闭触头断开（作联锁）、常开触头闭合（作自锁）、两者是联动的。
当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原，常开触头断开，常闭触头闭合。
（3）选用原则：
1、额定电压是指主触头电压，应等于负载电压。
2、主触头额定电流；当为电阻性负载时，应等于负载工作电流，当控制电动机时应为电动机额定电流1。
3倍。
3、吸引线圈工作电压可选用36V、110V、127V、220V、380V中的一种。
1、绕线异步电动机转子串电阻控制线路
（1）线式电动机转子串电阻起动电路：
起动特性是：
〈1〉可降低电机的起动电流。
（但不属于降压）
〈2〉增大起动转矩。
〈3〉具有转差率调速特性。
〈4〉适用于起动转矩要求大，又需要调速的机械设备。
（如：
起重机等）
（2）绕线式电动机和笼鼠式电动机的区别主要在于转子结构不同，绕线式电动机的转子绕组由三相绕组组成，三相绕组一般接成星形，并可通过集电环和电刷的滑动接触引出到外电路，而鼠笼式电动机的转子绕组只是单鼠笼式短路条而已。
（3）注：
KM1、KM2、KM3常闭触点串入起动回路中的作用：
防止电动机起动时，由于接触器的主触头粘死故障，致使有电阻被短接的情况下起动电机。
绕线异步电动机转子串电阻控制线路
三相异步电动机工作原理：
三相对称定子绕组，接上三相对称电源，产生旋转磁场并切割转子绕组线圈，使转子绕组产生感应电流，该电流又与旋转磁场作用，按左手定则，使转子绕组受到一个力，这力的方向与旋转磁场方向一致，于是转子按旋转磁场方向旋转。
2、Y—△降压起动线路：
1将电动机定子绕组接成Y型起动，则每相定子绕组上的相电压是线电压的1√3倍。
2起动时电流是△型起动的1/3。
3起动转矩是△型起动的1/3。
因此采用Y—△降压起动适宜电动机带空载或轻载或轻负荷起动。
Y—△降压起动控制线路图
3、自动往返行程控制线路：
该电路是为了实现工作台等工作机件的自动往返行程控制，它是在正反转控制电路中加入行程开关SQ1、SQ2来实现的。
SQ1和SQ2是分别固定在两端的不动机台上，工作台可往返部分的两端装有当铁，由两块当铁的距离来控制往返运动距离。
SQ3和SQ4是作为安全保护而设的极限位置的行程开关。
起动时，既可以采用SB1或SB2，又可以用行程开关SQ1或SQ2进行操作。
自动往返行程控制电路
四、三相异步电动机定子绕组嵌线工艺
一、基础知识：
定子绕组：
电动机绕组是由很多只线圈组成的，它们严格地按照一定的规律放在定子铁芯槽中，并且相互联接起来，组成三个相位互差120ο电角度的定子三相绕组。
它们的作用是形成接近正弦波分布的旋转磁场效应。
1、线圈：
线圈是组成绕组的基本元件，而且都是多匝的，目前使用的都是国产QZ型高强度漆包线。
其线径、匝数是根据电机的具体要求来确定的。
对单层下法的绕组，线圈的总数是定子槽数的一半。
对双层下法的绕组，线圈的总数与定子槽数相等。
2、极距：
定子的总槽数与磁极数之比叫极距，用τ表示，即；τ=定子总槽数/磁极数=Z/2P（P：
极对数）
3、节距（又叫跨距）：
在一个线圈的两个有效边之间所跨的定子槽数。
用y表示。
如果节距y=极距τ，就叫整节距绕组；多用于单层绕组。
如果节距y＜极距τ，就叫短节距绕组；多用于双层绕组。
如果节距y＞极距τ，就叫长节距绕组；多用于双层绕组。
由于用导线较多，所以除特殊情况外一般不是用长节距线圈。
如；一台异步电动机24槽，4极，即电动机的极距τ=6槽。
整节距下法：
线圈节距可取y=τ=6槽。
嵌线时，若线圈的一边放在第一槽，则线圈的另一边就应放在第七槽（两边要隔6个槽），下线为1—7槽。
短节距下法：
线圈节距可取y=5槽。
嵌线时，若线圈的一边放在第一槽，则线圈的另一边就应放在第六槽（两边要隔5个槽），下线为1—6槽。
（短节距有消除谐波、提高电机效率、减小电机噪音、改变起动性能和节约用铜的效果。
）
4、每极每相槽数：
每相绕组在每个磁极下所分到的槽数。
用q表示。
对三相异步电动机的定子绕组来说，它的每极每相槽数为：
q=Z/3χ2P=Z/6P
对三相2极24槽电机，每极每相槽数为：
q=Z/6P=24/6=4槽。
即每相绕组在每个磁极下占有4槽，这样，两个磁极下每相所占的槽数就是8槽。
对三相4极24槽电机，每极每相槽数为：
q=Z/6P=24/12=2槽。
即每相绕组在每个磁极下占有2槽，这样，四个磁极下每相所占的槽数就是8槽。
5、极相组：
将属于一个磁极下的同一相（即一个相带）的q只绕组，按照一定的规律串接成组，此为极相组。
对三相2极24槽电机，每极每相所占的槽数是4槽，即极相组为4个线圈。
对三相4极24槽电机，每极每相所占的槽数是2槽，即极相组为2个线圈。
6、电角度：
电角度=磁极对数х空间机械角度
如：
24槽三相电动机：
二极：
电角度=1х360°=360°；即每槽电角度为360°/24=15°
四极：
电角度=2х360°=720°；即每槽电角度为720°/24=30°
六极：
电角度=3х360°=1080°；即每相电角度为1080°/24=45°
7、相带：
定子绕组一个磁极下每一相所占的电角度称为相带。
、
相带=每极每相槽数х每槽电角度
如；24槽三相四极电动机。
相带=2х30°=60°。
8、三相异步电动机产生磁场的条件：
1、定子三相绕组在空间上彼此相隔120°电角度。
2、通入三相绕组的电流，在相位上彼此要差120°电角度。
二、绘制展开图的方法：
1、画出和定子槽数相等的Z条互相平行的线段，编上号码。
2、将总槽数分成2P等份，平分2P个极区，依次标上N、S、N、S。
3、在Z条线段标出箭头，以表示该槽内线圈有效边的电流方向。
N极距的箭头朝上，S极箭头朝下，分别表示电流的流进流出。
4、将每个极距下的槽数分成三个等份，每一个等份代表一个相带，然后在每一对磁极自左至右依次在每一等份内标出以字母U1、W1、V1；U2、W2、V2作为六个相带的顺序。
5按线圈节距要求，将各槽内的线圈有效边连成线圈，要保证电流方向形成回路（即一上一下）。
6、将U1相带的某个线圈有效边定为U相的首端，U2相带的某个线圈有效边作为末端。
相仿的V1及V2作为V相的首端和末端，W1及W2作为W相的首端和末端。
7、连线完毕还应核算三相绕组是否互相间隔120°电角度。
核对过程，不但要检查三相的首端，而且要检查三相的末端。
三、画出定子Z=24槽；极对数P=2的单层绕组展开图，（全节距）
极距：
ㄈ=Z/2P=24/2×2=6槽
全节距：
y=ㄈ=6槽
每极每相槽数：
q=Z/3×2P=24/3×2×2=2槽
也就是嵌线时，若线圈一边放在第一槽，则线圈的另一边就应放在第七槽，（两边相隔6个槽）即1—7槽。
将第一对磁极下U1、U2的线圈，1—7、2—8、组成一个极相组；第二对磁极下相带U1、U2中的线圈，13—19、14—20、组成另一个极相组。
一个极相组，二个线圈之间是，第一线圈尾（7）和第二线圈的头
（2）相连，在实际嵌线时，用模具绕制成的线圈往往是将同一线圈极相组连继绕成，以减少线圈的接头。
同样（19）和（14）相连。
端部连线（极相组之间的连线）；将第一极相组的8槽（尾）与第二极相组的13槽（头）连接（沿电流方向）。
并以第1槽出线作U1第20槽出线作U2。
同理把第一对磁极下的V1、V2中元件，5——11；6——12组成一个极相组，把第二对磁极下的V1、V2中元件，17—23；18—24，组成另一个极相组。
端部连线就是把第一个极相组的尾（12）和第二个极相组的头（17）联接起来，并以5槽作V1，24槽作V2。
余下的W1和W2相带：
按9—15，10—16；21—3；22—4组成元件。
端部连线：
将第一极相组的尾（16）和第二极相组的头21联接，组成W相并以9槽的线作W1，4槽同线作W2。
（逆着电流方向）。
校核检查
槽距角∝=Pх360°/Z=2х360°/24=30°
三相绕组间应相隔120°电角度120°/24=4槽，也就是说U1、V1、W1之间应相隔4槽，实际上U1是1槽，V1是5槽，W1是9槽。
符合相差120°电角度的要求。
同理；U2和U2和W2也是相差120°电角度，U2是20槽，V2是24槽，W2是4槽。
四、绘制定子槽数Z=24；P=2、短节距Y=5的单层绕组展开图
节距ㄈ=24/4=6、y=5＜ㄈ，称为短节距。
将U1、U2相带分成二部分：
将2—7、8—13、14、—19，20—1相连组成四个线圈：
端部联线：
7和13连，（第一线圈的尾和第二个线圈的尾）8和14连，（第二线圈的头和第三个线圈的头）19和1连，（第三线圈的尾和第四个线圈的尾）使四个线圈顺着电流的方向连接。
以2槽出线（第一个线圈的头）做U1，20槽的出线（第四个线圈的头）做U2。
同理；V相的6—11；12—17；18—23；24—5；组成四个线圈。
端部联线：
将11—17联、12—18连、23—5连、组成V相绕组,并6槽出线作V1、24槽出线作V2。
最后是W1、W2相带按10—15；16—21；22—3；4—9组成四个线圈组成W相。
端部联线：
将15和21连，16和22连，3和9连。
并以10槽出线作W1、4槽出线作W2（由W1到W2是逆着电流方向）
校核检查：
槽距角∝=2х360°/24=30°电角度；
相差120°；应为120°/30°=4槽；
U1为2槽；V1为2+4=6槽；W1=6+4=10槽；
U2为20槽；V2为20+4=24槽；W2=24+4=4槽；
符合三相绕组相差120°电角度的要求。
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