第十六講──電鍍中一些交流電器的使用要求(一)

袁詩(shī)璞

【電鍍基礎(chǔ)講座】

第十六講──電鍍中一些交流電器的使用要求(一)

袁詩(shī)璞

電鍍除必須用到第十五講所述直流電源外，還會(huì)遇到不少交流電器。常用交流電器的基本原理和使用要求也是電鍍工作者必備的基本知識(shí)，其中涉及電工學(xué)的許多方面，本講擇其要點(diǎn)加以介紹。

1 三相四線制供電

我國(guó)規(guī)定使用三相四線制供電。無(wú)論高壓輸電還是經(jīng)電力變壓器降壓為市電的均如此。三相四線制供電有三根火線(相線)，分別為A、B、C三相，三相相互間有 120°相位差，均為正弦波形變化；另一根為零線。用試電筆測(cè)定，接觸三根火線時(shí)氖管會(huì)發(fā)光；零線若與大地相通且接觸良好，則試電筆氖管不發(fā)光(若與大地?cái)嗑€，測(cè)插座中零線插孔，試電筆氖管也發(fā)光，此時(shí)可判定零線未接好或斷線)。

任意兩根火線之間的電壓稱為線電壓，以U線表示；任何一根火線與零線之間的電壓稱為相電壓，用U相表示。一般地，

如我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相電壓為 220 V，則線電壓為 1.73 × 220 V = 380 V。當(dāng)U線為190 V時(shí)，U相為110 V；當(dāng)U線為220 V時(shí)，U相為127 V。

正弦交流電的變化周期為0.02 s，則頻率為50 Hz。國(guó)外有采用60 Hz的。一般家用電器50 Hz與60 Hz可通用，但60 Hz的電動(dòng)機(jī)接50 Hz供電時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)下降，電機(jī)發(fā)熱加重。

電源用電插座上有兩孔、三孔、四孔的三種。老式插座為圓孔，現(xiàn)均改為長(zhǎng)方形孔。兩孔的肯定是單相220 V的插座，三孔的也應(yīng)是單相的。正對(duì)插孔看，三孔的上方一孔應(yīng)為電器外殼保護(hù)接地用孔，其余二孔的規(guī)范接法應(yīng)為“左零右火”。四孔插座為動(dòng)力供電用，接三相電器：上方一孔接零線，其余三孔分別接A、B、C三根火線。

2 單相電器

將任意一根火線與零線組合，則成為單相電路，適于單相電器使用，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為220 V。照明器材為單相電器。按規(guī)定，應(yīng)從配電房用專線輸出作照明用，照明用電與三相動(dòng)力用電分別由電度表計(jì)量，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不一樣，分別計(jì)價(jià)。動(dòng)力電收費(fèi)有的地方采用“分時(shí)計(jì)價(jià)”，在夜晚用電低峰時(shí)間的電費(fèi)低于白天用電高峰期，以鼓勵(lì)低峰用電。熱處理、電烘箱、電加熱器多的，夜班作業(yè)或晚上進(jìn)行電加熱，則分時(shí)計(jì)價(jià)劃算些。單相電動(dòng)機(jī)、一般手持式電動(dòng)工具、單相電加熱器、單相整流器應(yīng)接單相電路。

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)要有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)才可能轉(zhuǎn)動(dòng)。由于單相電路本身不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在單相電機(jī)中有一組定子繞組供接電容器用。接上適當(dāng)容量的無(wú)極性電容器后，由于電容器的“裂相”作用，會(huì)產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使單相電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。故該電容器稱為“起動(dòng)電容”。當(dāng)單相電動(dòng)機(jī)通電后不轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)先檢查起動(dòng)電容是否損壞，不要輕易更換電機(jī)。一般單向電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是固定不變的。若單相電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)有6個(gè)接頭，則按圖 1所示改接一下，可改變單相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。其中，U1、U2內(nèi)部接主繞組，W1、W2接副繞組，V1、 V2接外部起動(dòng)電容器。

圖1 單相電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)接法Figure 1 Connection of single-phase motor

手電鉆等電動(dòng)工具內(nèi)部有電刷，若電刷磨損后接觸不良、不轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)及時(shí)更換。

3 三相電器

采用三相動(dòng)力電供電的電器稱為三相電器，如三相電動(dòng)機(jī)、三相調(diào)壓器、三相變壓器、三相整流器、三相電加熱器等。

3. 1 三相電器的使用接法

3. 1. 1 星形接法

如圖2所示，三相電動(dòng)機(jī)的鑄鐵接線盒內(nèi)有6個(gè)排成兩排的螺栓接頭及 3個(gè)銅質(zhì)連接片。當(dāng)用連接片將上排3個(gè)螺栓連接在一起接零線，下排3個(gè)螺栓分別接供電的三根火線時(shí)，則電機(jī)內(nèi)部定子內(nèi) 3個(gè)繞組的尾端x、y、z連接在一起，稱為中性點(diǎn)；而3個(gè)繞組的始端A、B、C接輸入A、B、C三相。這種接法稱為星形接法，以Y表示。星形接法時(shí)，線電流 = 相電流，線電壓 = 3相電壓。

圖2 三相電器的星形接法Figure 2 Star connection of three-phase electric appliances

星形接法時(shí)，當(dāng)三相負(fù)載完全對(duì)稱，且 3個(gè)相電壓一致時(shí)，理論上零線無(wú)電流流過(guò)。當(dāng)三相電器銘牌上標(biāo)有380 V/220 V(三相電器銘牌上的標(biāo)識(shí)電壓均指線電壓)、Y/△形時(shí)，因我國(guó)規(guī)定線電壓為380 V，故應(yīng)采用星形(Y形)接法。

3. 1. 2 三角形接法

如圖3所示，若將三相電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)6個(gè)螺栓用3個(gè)銅質(zhì)連接片分別上下相連，接三根火線，則電機(jī)定子內(nèi)3個(gè)繞組的首端與末端相連，即A–z、B–x、C–y相連，則成為三角形接法，以△表示。三角形接法時(shí)，線電壓 = 相電壓，線電流 = 3相電流。

圖3 三相電器的三角形接法Figure 3 Delta connection of three-phase electric appliances

若三相電器銘牌上標(biāo)有380 V/△形，必須接成三角形。若標(biāo)有380 V/220 V、Y/△，則只有當(dāng)線電壓為220 V時(shí)，才接成△形。此時(shí)若誤接為Y形，則線電壓為220 V時(shí)，相電壓只有127 V。相電壓低了，非但不能正常工作，而且容易燒壞三相電器。在我國(guó)，三角形接法用得較少。

對(duì)三相電器進(jìn)行接線時(shí)，務(wù)必看清銘牌上的標(biāo)志，按要求接線，切不可亂接。

3. 2 三相電動(dòng)機(jī)

拋光機(jī)、過(guò)濾機(jī)、抽風(fēng)機(jī)等廣泛采用三相電動(dòng)機(jī)。三相電動(dòng)機(jī)種類很多，用得最多的是三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。單相電動(dòng)機(jī)多只適用于小功率電機(jī)，否則體積太大，且易造成三相負(fù)荷嚴(yán)重失衡。三相電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)確定了其通入三相電流后，電機(jī)定子內(nèi)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，不必如單相電機(jī)那樣需接起動(dòng)電容。

三相電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于通入三相交流電的“相序”，改變相序即可改變旋轉(zhuǎn)方向。方法為調(diào)換任意兩根火線的接入。多數(shù)電鍍用三相電機(jī)都有旋轉(zhuǎn)方向的要求。對(duì)于拋光機(jī)，轉(zhuǎn)向正確時(shí)，磨輪或拋光輪會(huì)越旋越緊；轉(zhuǎn)向錯(cuò)了則會(huì)飛落下來(lái)，引發(fā)事故。對(duì)于過(guò)濾機(jī)，轉(zhuǎn)向不合標(biāo)志的轉(zhuǎn)向要求時(shí)，壓力和流量很小。對(duì)于抽風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)向不正確時(shí)，雖也能抽風(fēng)，但風(fēng)力非常小。對(duì)于滾鍍機(jī)，若滾桶孔眼鉆成直孔，則轉(zhuǎn)向無(wú)要求；若是鉆成斜孔，則轉(zhuǎn)向必須調(diào)成鍍液易從孔壓入的方向，以利于滾筒內(nèi)外鍍液的交換。

對(duì)轉(zhuǎn)向有要求的，應(yīng)在工作前先短時(shí)間通電，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后立即斷電，看電機(jī)轉(zhuǎn)向正確與否。若不正確，應(yīng)換接兩火線，將轉(zhuǎn)向糾正過(guò)來(lái)。注意：由于過(guò)濾機(jī)泵不允許空轉(zhuǎn)干磨，因此應(yīng)對(duì)過(guò)濾機(jī)灌引水后再試。

對(duì)在使用中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向需要變化的，一般機(jī)床的進(jìn)刀、退刀通過(guò)倒順開(kāi)關(guān)來(lái)?yè)Q相；電動(dòng)葫蘆、行車(chē)等的進(jìn)、退、升、降，則是通過(guò)兩個(gè)交流接觸器的交互吸放來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

3. 3 電加熱器

電加熱器因功率不同，而有 3種供電設(shè)計(jì)：?jiǎn)蜗鄡筛€接220 V電壓的，一根接火線，一根接零線；兩線380 V的，兩根線均接火線；三線380 V的，三根線均接火線，一般內(nèi)部3組電熱絲接成星形接法。故購(gòu)買(mǎi)和接線時(shí)應(yīng)先弄清楚。若將兩線220 V的接成380 V，則電熱絲過(guò)熱，很快燒壞；若將兩線380 V的誤接為單相220 V，則加熱功率大大下降。

3. 4 使用三相電器時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

3. 4. 1 嚴(yán)禁缺相運(yùn)行

若到達(dá)三相電器的三根火線中有一根無(wú)電，則成為缺相運(yùn)行。缺相原因可能有：市電供電缺相，一相的保險(xiǎn)絲(片、管)熔斷，各種三相開(kāi)關(guān)一相接觸不良，接線處接觸不良，三相接觸式調(diào)壓器一相碳刷磨損過(guò)度而接觸不良，交流接觸器一組主觸點(diǎn)燒蝕等。

3. 4. 1. 1 三相電動(dòng)機(jī)

當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)缺相時(shí)，空載情況下將無(wú)法起動(dòng)，轉(zhuǎn)子左右擺動(dòng)，有強(qiáng)烈的“嗡嗡”聲。若有負(fù)載(多數(shù)情況下均接有負(fù)載)在運(yùn)行中突然缺相，電動(dòng)機(jī)仍能轉(zhuǎn)動(dòng)，但出力大大降低。缺相后三相變成了380 V單相，三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)變成了單相脈動(dòng)磁場(chǎng)，其正反磁場(chǎng)比原來(lái)降低很多，而反向磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，更抵消了原本已減小的正向轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)出力更加降低，但負(fù)載并未減小，此時(shí)定子電流勢(shì)必大增，帶不動(dòng)負(fù)載，輸入的電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，電機(jī)過(guò)熱，冒煙、燒毀(反向磁場(chǎng)更引起附加損耗而加劇發(fā)熱)。

電動(dòng)機(jī)的絕大部分損壞均由缺相運(yùn)行造成。故對(duì)功率較大的電機(jī)及更換很麻煩的用于抽取地下水的深井泵電機(jī)，應(yīng)加裝具有缺相、過(guò)流、短路保護(hù)功能的電機(jī)自動(dòng)電子保護(hù)器(按電機(jī)功率選擇，按使用說(shuō)明書(shū)接線)。

3. 4. 1. 2 三相變壓器

三相變壓器缺相時(shí)，若原邊與付邊按△/Y接線的，使低壓側(cè)(降壓變壓器的付邊)二相電壓降低一半，一相正常；若接成Y/Y時(shí)，低壓側(cè)一相斷電。對(duì)電力變壓器造成供電不正常，引起用電器工作不正?；驌p壞；對(duì)三相整流器造成輸出直流紋波數(shù)大增或波形殘缺，其惡果在上一講中已討論過(guò)。

3. 4. 1. 3 三相電加熱器

對(duì)于二根火線的380 V電加熱器，未用的一相缺相，不影響加熱；所用二相任缺一相則無(wú)法加熱。對(duì)于單相電加熱器，所用一相缺相則無(wú)法加熱；對(duì)于三相電加熱器，缺一相時(shí)加熱功率大大下降；缺兩相則成為單相加熱器，此時(shí)Y形接法的若中性點(diǎn)未接零線，也無(wú)法加熱。缺相均使加熱功率下降或?qū)е聼o(wú)法加熱。

當(dāng)電加熱器設(shè)有自動(dòng)溫控時(shí)，溫控器供電一相缺相，無(wú)法自動(dòng)控溫；交流接觸器若線圈供電缺相，則不能吸合，無(wú)法加熱。對(duì)于冷卻設(shè)施，缺相造成制冷機(jī)組無(wú)法正常工作時(shí)，不能制冷。

3. 4. 2 三相電壓不平衡

若三個(gè)220 V相電壓差值大于15%，則三相電壓明顯不平衡。

一般三相用電器在設(shè)計(jì)時(shí)都是三個(gè)對(duì)稱的負(fù)載。星形接法時(shí)，三個(gè)平衡負(fù)載下零線無(wú)電流通過(guò)。若三相電壓不平衡，則零線上有較大電流流過(guò)。若零線過(guò)細(xì)燒斷，則單相電器無(wú)法工作。三相電壓不平衡時(shí)，電壓過(guò)高一相負(fù)載的電流增大，引起過(guò)熱，易損壞。電壓低的相，造成電動(dòng)機(jī)出力小，反而易發(fā)熱。對(duì)于三相變壓器，付邊輸出電壓也不平衡；對(duì)整流器而言，加大了輸出直流的紋波系數(shù)。

（未完待續(xù)）

第十五講思考題的參考答案：

1.直流紋波系數(shù)過(guò)大的，鍍液與外電路發(fā)熱量加大。不同工藝要求不同的直流紋波系數(shù)。對(duì)要求低紋波系數(shù)的工藝，紋波系數(shù)大會(huì)直接影響電鍍效果與質(zhì)量，增大返修率。

2.高頻開(kāi)關(guān)電源的振蕩頻率與輸出峰值基本不變，多數(shù)采用調(diào)整方波脈沖占空比(PWM技術(shù))來(lái)改變平均電壓和電流的大小。

3.高頻開(kāi)關(guān)電源節(jié)電與否主要取決于整流效率及輸入交流的功率因數(shù)：整流效率越高，輸入交流的功率因數(shù)越接近于1，則越節(jié)電。

[ 編輯：溫靖邦 ]