推荐电气设备实物结构及实物接线.docx

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推荐电气设备实物结构及实物接线

电气设备实物结构及实物接线

目录

发电机1

汽轮发电机的构造1

定子5

变压器6

电力变压器的构造6

变压器基础原理11

电动机14

笼型转子感应电动机的结构15

绕线转子感应电动机结构22

第一部分电检设备接线30

空气开关30

接触器实物接线汇总31

继电器实物接线汇总35

第二部分继电保护设备接线37

电流互感器接线37

电压互感器接线37

电度表接线38

单相38

三相39

第三部分热工设备接线41

电磁阀41

发电机

汽轮发电机的构造

SteamTurbineGeneratorStructure

这里介绍汽轮发电机的构造，由于发电机大小不同，结构也不相同，但主要部分的结构与功能相同，本课件就汽轮发电机的基本结构与组成进行介绍，为显示清楚，定子与转子槽数都较少，定子线圈外形按导线绕制的线圈绘制（不是用铜条或铜管连接成的线圈）。

发电机主要部件结构则参考大中型汽轮发电机绘制。

发电机主要由转子与定子组成。

汽轮发电机是同步发电机，由于汽轮机的转速很高，故汽轮发电机的转子只有一对磁极，在额定转速每分钟3000转时输出50赫兹的三相交流电。

下面通过一个汽轮发电机模型来介绍汽轮发电机的基本构造与组成。

转子

由于大型汽轮发电机转速高，转子磁极表面线速度达150m/s以上，离心力很大，故转子直径不能过大，大型发电机转子都为细长型。

转子圆周上没有凸出的磁极（不像三相发电机模型中的转子），转子铁芯是一个在圆周上开有一些槽的圆柱，在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿，就是磁极（图1所示），称之为隐极式转子。

在槽中嵌有励磁绕组，隐极式转子将励磁绕组分成多个线圈，便于安装与加固。

励磁绕组两端通过集电环（滑环）接到励磁电源，在转子圆周两侧就形成北极与南极，旋转时就产生旋转磁场。

图1--隐极式转子示意图

图2是汽轮发电机定子铁芯与转子铁芯截面图，中部是转子铁芯，外部是定子铁芯，转子铁芯采用隐极式结构。

图2--定子铁芯与转子铁芯截面

图3是放大的定子铁芯与转子铁芯截面图，两铁芯间有气隙。

定子铁芯的内圆周有嵌放定子线圈的槽，在槽口两侧有固定槽楔的小槽，槽楔用途是压住定子线圈。

转子铁芯的外圆周有嵌放转子线圈的槽，在槽口两侧有小槽，用来固定槽楔，在槽底有用于通风的槽。

图3--定子铁芯与转子铁芯截面局部图

转子铁芯与轴用高强度高磁导率的合金钢材整体制作，在转子铁芯部分有一些轴向与径向的孔隙，用来通风冷却。

由于各种电机冷却方式不同，孔隙布置走向也不同，这里就不作介绍了，见图4。

图4--汽轮发电机转子

转子励磁绕组由多个线圈组成，嵌放在转子铁芯的槽中，多个线圈串联起来组成转子绕组，在转子轴的励磁端（简称励端）安装集电环，转子绕组的两个线端分别连接到两个集电环。

见图5。

图5--嵌装好绕组的汽轮发电机转子

嵌放好线圈后在槽口塞入槽楔，压住槽内线圈，线圈在槽外的端部用护环压住，防止线圈被离心力甩出，见图6。

图6--转子线圈与护环

为降低发电机的温度，在转子两端还装有轴流风扇对机内气体进行强制循环。

见图7，这是整个转子，是发电机中的旋转部件。

图7--安装好集电环与风扇的汽轮发电机转子

定子

因为定子铁芯内的磁通是在不停的变化，为防止涡流损耗，定子铁芯采用多层硅钢片叠成，硅钢片涂绝缘漆相互绝缘。

硅钢片导磁良好。

为通风冷却定子铁芯分成多段，段间有缝隙实现径向通风。

在定子铁芯的两端用压圈与穿心螺杆压紧定子铁芯，见图8。

图8--汽轮发电机定子铁芯

变压器

电力变压器的构造

Three-phaseTransformerStructure

这是一个三相电力变压器的模型。

从外观看主要由变压器的箱体、高压绝缘套管、低压绝缘套管、油枕、散热管组成。

三相电力变压器

移去变压器箱体可看到变压器的铁芯与绕组，铁芯由硅钢片叠成，硅钢片导磁性能好、磁滞损耗小。

在铁芯上有A、B、C三相绕组，每相绕组又分为高压绕组与低压绕组，一般在内层绕低压绕组，外层绕高压绕组。

图2左边是高压绕组引出线，右边是低压绕组引出线。

电力变压器的铁芯与绕组

把铁芯与绕组放入箱体，绕组引出线通过绝缘套管内的导电杆连到箱体外，导电杆外面是瓷绝缘套管，通过它固定在箱体上，保证导电杆与箱体绝缘。

为减小因灰尘与雨水引起的漏电，瓷绝缘套管外型为多级伞形。

右边是低压绝缘套管，左边是高压绝缘套管，由于高压端电压很高，高压绝缘套管比较长。

电力变压器的绝缘套管

变压器箱体（即油箱）里灌满变压器油，铁芯与绕组浸在油里。

变压器油比空气绝缘强度大，可加强各绕组间、绕组与铁芯间的绝缘，同时流动的变压器油也帮助绕组与铁芯散热。

在油箱上部有油枕，有油管与油箱连通，变压器油一直灌到油枕内，可充分保证油箱内灌满变压器油，防止空气中的潮气侵入。

电力变压器的油枕与散热管

油箱外排列着许多散热管，运行中的铁芯与绕组产生的热能使油温升高，温度高的油密度较小上升进入散热管，油在散热管内温度降低密度增加，在管内下降重新进入油箱，铁芯与绕组的热量通过油的自然循环散发出去。

变压器油循环散热示意图

一些大型变压器为保证散热，装有专门的变压器油冷却器。

冷却器通过上下油管与油箱连接，油通过冷却器内密集的铜管簇，由风扇的冷风使其迅速降温。

油泵将冷却的油再打入油箱内，下图是一台容量为400000kVA的特大型电力变压器模型，其低压端电压为20kV，高压端电压为220kV。

大型电力变压器

采用油冷却的变压器结构较复杂，由于油是可燃物，也就存在安全性问题。

目前，在城市内、大型建筑内使用的变压器已逐渐采用干式电力变压器，变压器没有油箱，铁芯与绕组安装在普通箱体内。

干式变压器绕组用环氧树脂浇注等方法保证密封与绝缘，容量较大的绕组内还有散热通道，大容量变压器并配有风机强制通风散热。

由于材料与工艺的限制，目前多数干式电力变压器的电压不超过35kV，容量不大于20000kVA，大型高压的电力变压器仍采用油冷方式。

变压器基础原理

TransformerFundamentals

变压器是利用电磁学的电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能的一种电器设备，它可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能。

图1是单相变压器的原理模型，由铁心与套在铁心上的两个绕组组成，铁心由导磁性能好、磁滞损耗小的材料制成。

与电源相连的线圈为一次绕组，与负载相连的线圈为二次绕组。

U1为输入一次绕组的电压，N1为一次绕组的匝数，U2为二次绕组输出的电压，N2为二次绕组的匝数。

单相变压器原理

当这是一个理想变压器时，在一次绕组输入按正弦规律变化的交流电，根据变压器的基本原理有：

U1/U2=N1/N2=k    k=电压比（匝数比）   即输出电压U2=U1*N2/N1

其输入电压，输出电压、铁芯磁通的波形图见图2，图中t表示波形移动方向。

单相变压器波形图

请在线观看单相变压器的输入输出电压波形动画

我们平常使用的都三相交流电，图3是三相变压器的原理模型，它由A相绕组、B相绕组、C相绕组与铁芯组成。

三相变压器原理

三对绕组完全相同，每对绕组包含一次绕组与二次绕组，其匝数比为k。

三个一次绕组的相同端接在一起，三个二次绕组的相同端接在一起组成星形接法。

当这是一个理想变压器时，在一次绕组输入按正弦规律变化的三相交流电时，根据变压器的基本原理有：

U1A、U1B、U1C分别为三相的输入电压，U2A、U2B、U2C分别为三相的输出电压。

U1A/U2A=U1B/U2B=U1C/U2C=k 

三相变压器的输入输出电压波形图见图4，图中t表示波形移动方向。

三相变压器三对绕组的波形图

请在线观看三相变压器的输入输出电压波形动画。

电动机

笼型转子感应电动机的结构

Thestructureofthecagerotorinductionmotor

异步电动机结构

AsynchronousMotorStructure

定子与转子

三相交流异步电动机的定子铁芯由硅钢片叠成，在铁芯内圆有许多槽，用来嵌放定子绕组，见图1左图。

电动机的转子铁芯也由硅钢片叠成，在铁芯外圆有许多槽，用来嵌放转子绕组，见图1中图。

图1右图是转子铁心插入定子铁心示意图，定子铁芯与转子铁心之间留有气隙。

图1--定子铁芯与转子铁心

本电动机模型是4极电动机，输入50周三相交流电时，产生每分钟1500转的旋转磁场。

定子铁芯有24个槽，在槽内嵌放着三相交流绕组，即定子绕组，三相绕组采用单层链式绕组，在本课件后面介绍其展开图。

图2是嵌好绕组的定子。

定子绕组引线通向机座外侧的接线盒，接线盒内接线见三相交流电机绕组课件。

图2--嵌放绕组的定子铁心 

定子铁芯固定在机座上，机座外面有散热筋（散热片）帮助定子散热，机座由铸铁或铸钢铸造。

下图是剖面的定子与机座图。

图3--剖面定子与机座

三相交流异步电动机的转子铁芯外周的许多槽是用来嵌放转子绕组，笼型感应电动机的转子绕组是笼型结构，俗称鼠笼。

鼠笼由铜条或（铝条）与铜端环（铝端环）组成，参见异步电动机原理一节。

但应用最广的小型异步电动机采用在转子铁芯上直接浇铸熔化的铝液形成鼠笼转子，在转子槽内直接形成铝条即绕组，并同时铸出散热的风叶，简单又结实，图4是铸有笼型绕组的转子。

图4--笼型绕组的转子

在转子转轴上装有风扇，风扇的作用在后面介绍，这些就是异步电动机的转动部分，见图5。

图5--笼型异步电动机转子

异步电动机整机

在机座两端要安装端盖，端盖起着支撑转子的作用，同时密封电机。

端盖中部是轴承安装孔，安装好轴承后盖上轴承盖，在电动机的后端还有风扇罩，风扇罩的作用在后面介绍。

图6—电机端盖与风扇罩

把转子插入定子中间，通过轴承安装在端盖上，端盖安装在机座上，装上风扇罩，一个三相交流异步电动机就组成了。

接入三相交流电源后定子产生的旋转磁场就可带动笼型转子旋转。

图7与图8是笼型三相异步电动机的剖视图。

图7--笼型异步电动机剖面图

图8--笼型异步电动机剖面图

机座装上端盖后，转子与定子与定子绕组都密封在机座内，能很好的防尘。

定子与转子产生的热量由机座外壳散热，笼型转子上的风叶搅动机内空气使热量尽快传到外壳上，外壳上的散热片加大了散热面积。

这还不够，在电机端盖外还装有风扇罩，风扇罩端部开有通风孔，风扇旋转时就像离心风机，空气从风扇罩端部进入，从风扇罩与端盖之间的空隙吹出，吹向机座上的散热片，大大加速了电机的散热。

图9中的浅蓝色箭头线表示散热气流的走向。

图9--笼型异步电动机的散热通道

图10是笼型转子异步电动机外观图。

图10--笼型异步电动机外观图

三相交流异步电动机以其结构简单，密封性好，维护容易，价格低廉而广受欢迎，应用非常广泛。

定子绕组展开图

本机是4极24槽交流异步电动机，定子绕组采用单层链式绕法，较简单，图11是定子绕组展开图。

图11--4极24槽交流异步电动机绕组展开图

绕线转子感应电动机结构

WoundRotorInductionMotorStructure

绕线转子感应电动机是三相交流异步电动机的一种，其特点是转子绕组不是笼型，是用导线绕制的三相绕组，下面通过一个模型介绍绕线转子感应电动机的结构。

绕线转子感应电动机的定子铁心与绕组与笼型感应电动机相同，在铁芯内圆有24个槽，用来嵌放定子绕组，见图1

图1--定子铁心

定子铁芯的槽内嵌放着定子绕组，即三相交流绕组，三相绕组按2极24槽双层叠绕法绕制，连接成星形，接入三相交流电源就可产生旋转磁场，见图2，绕组的三个引出端线通过机座上的接线盒引出（图中未显示）。

图2--定子铁心与绕组

图3是剖开的定子铁芯与绕组图。

图3--剖开的定子铁芯与绕组

绕线转子感应电动机的转子铁芯也由硅钢片叠成，在铁芯外圆有18个槽，用来嵌放转子绕组，见图4。

图4--转子铁心

转子铁芯的槽内嵌放着转子绕组，三相绕组按2极18槽双层叠绕法绕制，连接成星形，接入三相交流电源也可产生旋转磁场，见图5。

不管定子与转子的槽数各为多少，定子绕组与转子绕组的极数必须相同，例如同为2极、4极、6极、8极等。

图5--转子铁心与绕组

转子绕组线端通过集电环与电刷引出，下面通过一套较简单的电刷与集电环装置介绍其基本结构。

电刷由润滑性与导电性好的石墨质材料压制而成，电刷装在刷握内，刷握上有压紧电刷的弹簧压片；刷握安装在刷杆上，刷杆是绝缘的，刷杆上安装3套独立的刷握，位置对应3个集电环，每套刷握有2个电刷，共有6个电刷。

图6中左图是该电刷装置的轴向视图，中图是该电刷装置的径向视图，右图是该电刷装置的立体图。

实际使用的电刷压簧一般采用在较长范围内压力较稳定的弹簧片，如涡状弹簧或恒压弹簧，请参考链接的内容。

图6--电刷结构图

集电环较多采用黄铜或锰钢等导电良好、润滑耐磨的材料制成，3个独立的集电环紧固在绝缘套筒上，保证环与环，环与转轴之间都是互相绝缘的。

每个集电环通过一根导电杆引出作为接线端，导电杆穿过其他集电环时由绝缘套管隔开，3个导电杆分别连接3个集电环，相互绝缘。

图7左图是剖开的集电环，表示导电杆与集电环的连接或绝缘，A导电杆直接连接集电环1，B导电杆穿过集电环1连接集电环2，C导电杆穿过集电环1与2连接集电环3。

图7中图是完整的集电环；图7右图是集电环与电刷的组合图，电刷被弹簧压片压向集电环，保证电刷与集电环的良好接触。

图7--集电环结构图

把集电环紧固在电机转轴上，转子绕组的三根引出端线穿过转轴上的槽连接到三个集电环上，在转轴上还装有散热风扇，见图8（图中没表示线端与集电环的连接）。

图8--绕线感应电机转子

转子安装在定子内，由固定在机座两端的端盖支撑，转子轴承安装在端盖上。

在转子集电环一侧安装着电刷罩，三个电刷固定在电刷罩内，刷握上的弹簧紧压着碳质电刷，保持电刷与集电环紧密接触，见图9，三个电刷通过电刷罩上的接线盒引出（图中未显示）。

图9--绕线转子感应电动机剖视图

本例中绕线转子感应电动机的散热方式与笼型感应电动机相同，这里不再介绍。

图10是绕线转子感应电动机的外观图。

下面简介绕线转子感应电动机的控制电路。

笼型感应电动机起动电流大，特别是大型电动机，降压起动电路复杂庞大，采用绕线转子感应电动机可简单的实现起动与调速，用较小的起动电流实现较大的起动力矩。

在转子绕组串入起动电阻或频敏变阻器对电机起动进行控制，图11是起动电路示意图。

起动过程中对起动电阻的控制可根据允许起动电流大小来调整起动电阻的大小，电阻由大渐小直到电机进入正常异步转速切除电阻；也可以根据设定时间控制电阻的变化。

外接电阻不但可控制起动电流，在正常运行时也能小范围调整电机带负荷时的转速。

图11--绕线转子感应电动机启动电路示意图

在转子绕组与电源间接入双PWM交—直—交变频器可实现电机转速从低于同步转速到高于同步转速的调速控制。

由于变频器仅输出转子绕组所需电流，可采用小型低压变频器，相对采用大型变频器直接控制电机电源要便宜。

有关双PWM交—直—交变频器对绕线转子感应电动机的控制原理请另参阅有关技术资料，图12是该调速系统主电路示意图。

图12--采用变频器的调速电路示意图

第一部分电检设备接线

空气开关

接触器实物接线汇总

继电器实物接线汇总

弱电控制强电，是控制的基本原理，可以用中间继电器（直流24V线圈）的辅助触点控制交流接触器的吸合或断开，间接的控制电机的启停：

上图中的红圈位置，是中间继电器的插座，11和10端子是继电器的线圈，加载DC24V后吸合。

当线圈带电后，8和12端子是常开点，变为接通状态，加载交流电，控制接触器的A1和A2（也是线圈）带电，最终控制接触器吸合。

第二部分继电保护设备接线

电流互感器接线

电压互感器接线

电度表接线

单相

三相

第三部分热工设备接线

电磁阀