一建机电教材解读：1H411024 电气设备的分类和性能

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　　1H411024 电气设备的分类和性能

　　机电工程常用的电气设备有电动机、变压器、高压电器及成套装置、低压电器及成套装置、电工测量仪器仪表等，是从电网受电，变压，向负载供电，将电能转换为机械能。本条主要知识点是：电动机、变压器、高压电器及成套装置、低压电器及成套装置、电工测量仪器仪表的分类和性能。

　　一、电动机的分类和性能

　　1.电动机的分类

　　(1)按电动机工作电源不同分类，可分为直流电动机和交流电动机。

　　交流电动机分为单相电动机和三相电动机。单相电机供电电源为单相电源，例如，手持电动工具用电动机等。三相电机供电电源为三相电源，例如，切割机、套丝机、钢筋弯曲机的电动机等。

　　(2)按结构及工作原理分类，可分为直流电动机、交流异步电动机和交流同步电动机。

　　1)交流同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

　　2)交流异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又可分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又可分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

　　3)直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

　　(3)按电机功能分类，可以分为匀速运转的电机、具有制动功能的电机和可调整速度的电机(调速电机)。

　　1)匀速运转的电机。有感应电机，包括单项型感应电机和三相用感应电机等两种。

　　可逆式(换向)电机，为单相用电容启动感应电机，在电机内部增加了简单刹车，适于频繁的正逆运转转换。

　　2)具有制动功能的电机。有附电磁制动的电机，无激磁动作型内藏电磁制动的电机。具有接点制动器和无接点制动器等两种。

　　3)可调整速度的电机(调速电机)，包括一体式和分体式。

　　(4)按用途分类

　　电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。

　　驱动用电动机又分为电动工具(例如钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具)用电动机、家电(例如洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、吸尘器、电吹风、电动剃须刀等)用电动机及其他通用小型机械设备(例如小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等)用电动机。

　　2.电动机的性能

　　(1)直流电动机常用于拖动对调速要求较高的生产机械。它具有较大的启动转矩和良好的启、制动性能以及易于在较宽范围内实现平滑调速的特点。其缺点是结构复杂、价格高。

　　(2)同步电动机常用于拖动恒速运转的大、中型低速机械。它具有转速恒定及功率因数可调的特点。其缺点是结构较复杂、价格较贵、启动麻烦。

　　(3)异步电动机是现代生产和生活中使用最广泛的一种电动机。它具有结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、维护方便、坚固耐用等优点。其缺点是：与直流电动机相比，其启动性能和调速性能较差;与同步电动机相比，其功率因数不高，在运行时必须向电网吸收滞后的无功功率，对电网运行不利。但随着科学技术的进步，异步电动机调速技术的发展较快，在电网功率因数方面，也可以采用其他办法进行补偿。

　　二、变压器的分类和性能

　　1.变压器的分类

　　变压器是输送交流电时所使用的一种变换电压和变换电流的设备。

　　(1)按用途分类，可分为：电力变压器、电炉变压器、整流变压器、工频试验变压器、矿用变压器、电抗器、调压变压器、互感器、其他特种变压器。

　　(2)按相数分类，可分为：单相变压器和三相变压器;按绕组数量可分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦电力变压器。

　　(3)按变压器的冷却介质分类，可分为：油浸式变压器、干式变压器、充气式变压器等。

　　(4)按冷却方式分类，可分为：自冷(含干式、油浸式)变压器、蒸发冷却(氟化物)变压器。

　　(5)按防潮方式分类，可分为：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。

　　(6)按铁芯或线圈结构分类，可分为：芯式变压器(插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁

　　芯)、壳式变压器(插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯)、环形变压器、金属箔变压器。

　　(7)按电源相数分类，可分为：单相变压器、三相变压器、多相变压器。

　　(8)按容量分类，可分为：中小型变压器(电压在35kV以下，容量在10～6300kVA)、大型变压器(电压在63～ll。0kV，容量在6300～63000kVA)、特大型变压器(电压在220kV以上，容量在31500～360000kVA)。

　　2.变压器的性能

　　变压器的性能由多种参数决定，主要由变压器线圈的绕组匝数、连接组别方式、外部接线方式及外接元器件来决定。

　　变压器的主要参数：

　　(1)工作频率，变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。

　　(2)额定功率，在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而且不超过规定温升的输出功率。

　　(3)额定电压，在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。

　　(4)电压比，指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。

　　(5)空载电流，变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流(产生磁通)和铁损电流(由铁芯损耗引起)组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。

　　(6)空载损耗，指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗(铜损)，这部分损耗很小。

　　(7)效率，次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。

　　(8)绝缘电阻，表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。

　　三、高压电器及成套装置的分类和性能

　　1.高压电器及成套装置的分类

　　(1)高压电器是指交流电压1200V、直流电压1500V及其以上的电器。高压成套装置是指由一个或多个高压开关设备和相关的控制、测量、信号、保护等设备，以及所有内部的电气、机械的相互连接的一种组合体。

　　(2)常用高压电器设备包括：高压断路器、高压接触器、高压隔离开关、高压负荷开关、高压熔断器、高压互感器、高压电容器、高压绝缘子及套管、高压成套设备等。

　　(3)高压电器的种类。种类很多，按照它在电力系统中的作用可以分为：

　　1)开关电器，如断路器、隔离开关、负荷开关、接地开关等。

　　2)保护电器，如熔断器、避雷器。

　　3)测量电器，如电压、电流互感器。

　　4)限流电器，如电抗器、电阻器。

　　5)成套电器与阻合电器。

　　6)其他，如电力电容器等。

　　例如，国内高压电器产品型号：126kV户外六氟化硫断路器LW29-126/T3150-40,252kV户外六氟化硫断路器LW25--252/T3150-40,550kV六氟化硫封闭组合电器ZF8--550/3150- 50,126kV户外敞开式组合电器ZCW8- 126(L)/T2000- 31.5，252kV户外高压隔离开关GW16/17- 252/2500- 50,550kV户外高压接地开关JW8―550(W)/J63,12kV铠装移开式开关柜KYN33-12，弹簧操动机构CT24。

　　2.高压电器及成套装置的性能

　　高压电器及成套装置的性能由其在电路中所起的作用来决定，主要有：通断、保护、控制和调节四大性能。

　　(1)高压断路器(或称高压开关)是变电所主要的电力控制设备，具有灭弧特性，当系统正常运行时，它能切断和接通线路及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时，它和继电保护配合，能迅速切断故障电流，以防止扩大事故范围。用途有：控制作用;保护作用;安全隔离作用。

　　(2)真空断路器利用真空度约为10～4Pa(运行中不低于10～2Pa)的高真空作为内绝缘和灭弧介质，当灭弧室内被抽成l0～4Pa的高真空时，其绝缘强度要比绝缘油、一个大气压力下的SF6和空气的绝缘强度高很多。

　　(3)六氟化硫断路器，利用六氟化硫(SF6)气体作为灭弧介质和绝缘介质的一种断，路器，简称SF6断路器。由于这种气体的优异特性，使这种断路器单断口在电压和电流参数方面大大高于压缩空气断路器和少油断路器，并且不需要高的气压和相当多的串联断口数。

　　四、低压电器及成套装置的分类和性能

　　1.低压电器及成套装置的分类

　　我国规定低压电器是指交流电压1200V、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器产品。低压成套装置是指由一个或多个低压开关设备和相关的控制、测量、信号、保护等设备，以及所有内部的电气、机械的相互连接与结构部件完全组合好的一种组合体。

　　常用低压电器设备包括：刀开关及熔断器、低压断路器、交流接触器、控制器与主令电器、电阻器与变阻器、低压互感器、防爆电器、低压成套设备等。

　　2.低压电器及成套装置的性能

　　低压电器及成套装置的性能由其在电路中所起的作用来决定，主要有：通断、保护、控制和调节四大性能。

　　五、电工测量仪器仪表的分类和性能

　　1.电工测量仪器仪表的分类

　　电工仪器仪表分为电工测量指示仪表和较量仪表两大类。在电工测量过程中，不需要度量器直接参与工作，而能够随时指示出被测量的数值的仪表称为指示仪表，又称为直读仪表。如电压表、电流表、矩形表、电能(度)表、万用表、兆欧表等都是指示仪表。若在电工测量过程中，需要度量器直接参与工作才能确定被测量数值的仪表称为较量仪表，如电桥、电位差计等。

　　除了这两大类之外，电工仪表还包括数字仪表、记录式仪表、机械示波器等。机械示波器和记录式仪表的原理和一般电工测量指示仪表相似，只是读数方法不同或附加有记录部分，所以可以看成是电工测量指示仪表的特殊形式。至于扩大量程装置，如分流器、互感器也可以看成是仪表的附件不单独列成一类。

　　电工测量指示仪表的种类繁多，常用的分类方法有如下几种。

　　(1)按仪表测量机构的结构和工作原理分类，可分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系和整流系等。

　　(2)按使用方式分类，可分为安装式和可携带式等。

　　(3)按仪表的测量对象分类，可分为电流表、电压表、功率表、相位表、电度表、欧姆表、兆欧表、万用电表等。

　　(4)按仪表所测的电种类分类，可分为直流、交流、交直流两用仪表。

　　(5)按仪表外壳的防护性能，可分普通式、防尘式、气密式、防溅式、防水式、水密式和隔爆式等。

　　(6)按仪表防御外界磁场或电场的性能分类，可分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级。

　　各级仪表在外磁场或外电场的影响下，允许其指示值改变量应符合规定。

　　(7)按仪表准确等级分类，可分为七级。

　　仪表的准确度反映仪表的基本误差范围。仪表的准确度等级分类如表1H411024所示。

　　2.电工测量仪器仪表的性能

　　电工测量仪器仪表的性能由被测量对象来决定，其测量的对象不同，性能有所区别。测量对象包括电流、电压、功率、频率、相位、电能、电阻、电容、电感等电参数，以及磁场强度、磁通、磁感应强度、磁滞、涡流损耗、磁导率等参数。随着技术的进步，以集成电路为核心的数字式仪表、以微处理器为核心的智能测量仪表已经获得了高速的发展和应用。这些仪表不仅具有常规仪表的测量和显示功能，而且通常都带有参数设置、界面切换、数据通信等性能。