第二章　电气、仪表基础知识

第一节　电气基础知识

一、基本物理量

（1）电路　电路就是电流通过的路径。它由电源、负载、连接导线和开关等组成。负载、连接导线和开关称为外电路。

当开关闭合时，电路中有电流流过，负载就可以工作，叫做接通电路，即合闸。当开关断开时，电路中没有电流通过，负载停止工作，叫做断开电路，即分闸。

（2）电流　导体中的自由电子在电场力的作用下，作有规则的定向运动，就行成了电流。习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向。因此在金属导体中，电流的方向是和自由电子的实际移动方向相反的。

电流强度：电流的大小用电流强度（简称电流）来表示，其数值等于单位时间内通过导体截面的电荷量，通常用符号I表示。电流的单位为安培，简称安（A）。

I=Q/T

式中　I——电流强度;

Q——通过导体截面的电荷量;

T——通过电荷量Q所用的时间。

（3）电位、电压　电路中某点的电位，在数值上等于单位正电荷沿任意路径从该点移至无限远处的过程中，电场力所做的功。其单位为伏特，简称伏（V）。

电路中任意两点间的电位差，称为电压。

（4）电阻　在电场力的作用下，电流在导体中流动时，所受到的阻力，称为电阻，用R或r表示。电阻的单位为欧姆，简称欧（Ω）。

实验证明，在一定的温度下，截面积均匀，材料相同的一段金属导体电阻的大小，与其长短成正比，与其截面积成反比，并与其材料有关，这种关系称为电阻定律。

导体的电阻还与温度有关。一般金属材料的电阻是随温度的升高而增加。

（5）直流电　电流的大小和方向都不随时间变化的称为直流电。

（6）交流电　所谓交流电，其电动势、电压及电流的大小和方向都随时间按一定规律作周期性变化。在工业上应用的交流电，一般按正弦规律变化，所以叫做正弦交流电。

（7）电流的热效应　电流通过导体时，由于自由电子的碰撞，电能就不断地转变为热能，这种电流通过的导体会产生热的现象，称为电流的热效应。

（8）短路　如果电源通向负载的两根导线不经过负载而相互直接接通，就发生了电源被短路情况。这时电路中的电流可能增大到远远超过导线所允许的电流限度。

电力系统中常见的短路有两相短路和三相短路等。

短路会造成电气设备的过热，甚至烧毁电气设备，引起火灾。同时，短路电流还会产生很大的电动力，造成电气设备损坏。严重的短路事故甚至会破坏系统的稳定。所以对运行中的电气设备应采取一定的保护措施，例如安装自动开关、熔断器，当发生短路故障时，这些装置可将短路点及时切除，以限制短路造成的破坏。

二、生产装置电气设备的防爆、防护

1.爆炸危险场所的电气设备

在火灾和爆炸危险的场所应安装防爆电气设备。防爆电气设备和器材均应符合国家或行业的现行技术标准，并具有合格证。设备有铭牌，并标有国家防爆检验单位签发的“防爆合格证书号”。

①防爆电气设备应安装在金属制作的支架上，支架应采用预埋、膨胀螺栓及焊接法固定；有振动的电气设备的紧固螺栓应有防松装置。

②防爆电气设备多余的进线口，其弹性密封垫和金属垫片应齐全，并应将压紧螺母拧紧使进线口密封。

③事故排风机的按钮应单独安装便于操作的位置，且应有特殊标志。

④正常运行产生火花或电弧的隔爆型电气设备，其电器连锁装置必须动作可靠，即电源接通时壳盖不能打开，壳盖打开后电源不能接通。

⑤防爆充油型开关设备，不得用于直流电路。

⑥与安全火花型电气设备配套的关联设备的型号，必须与安全火花型电气设备铭牌中标明的关联设备型号相同。

2.爆炸性气体环境危险区域划分

①电机防爆选型

注：○—适用；△—慎用；×—不适用。

②灯具防爆选型

0区：连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境。

1区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境。

2区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。

3.爆炸性粉尘环境危险区域划分

10区：连续出现或长期出现爆炸性粉尘环境。

11区：有时会将积留下的粉尘扬起而偶然出现爆炸性粉尘混合物的环境。

4.火灾危险区域划分

21区：具有闪点高于环境温度的可燃液体，在数量和配量上能引起火灾危险的环境。

22区：具有悬浮状、堆积状的可燃粉尘或可燃纤维，虽不能形成爆炸混合物，但在数量和配量上能引起火灾危险的环境。

23区：具有固体状可燃物质，在数量和配量上能引起火灾危险的环境。

电气设备防护选型如下。

5.防爆电气设备的防爆型式及防爆原理

①隔爆型：能承受已进入外壳内部的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏，并且通过外壳上的任何结合面或结构也不会引燃由一种或多种气体或蒸汽所形成外部爆炸环境的电气设备。

②增安型：它是一种对正常运行条件下不会产生电弧、火花电气设备采取一些附加措施以提高其安全程度，防止其和外部部件可能发生危险温度、电弧和火花的电气设备。

③正压型：它是一种通过保持内部保护气体的压力高于周围爆炸环境压力的措施来达到安全的电气设备。

④本质安全型：设备内部的电路在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性气体或蒸汽的电气设备。

⑤浇注型：将可能产生点燃爆炸性混合物的电弧、火花或高温的部分浇注，使它不能点燃周围的爆炸性气体混合物的电气设备。

6.防爆电气设备的应用举例

①隔爆型：应用于防爆断路器、开关、灯具、启动器、按钮、操作柱、配电箱、电动机等。

②增安型：应用于防爆接线盒、接线箱、过渡箱、挠性管、灯具、电动机等。

③正压型：应用于防爆分析小屋、大型电动机、配电设备、仪表控制器等。

④本质安全型：应用于防爆分析小屋、大型电动机、配电设备、仪表控制器等。

⑤浇注型：应用于防爆变压器、电阻器等。

三、电机日常检查维护

电动机分为交流电动机和直流电动机两大类。交流电动机又分为异步电动机（感应电动机）和同步电动机。而异步电动机又有单相和三相之分。

单相电动机的功率一般比较小，多用于生活用电器，如吹风机和电风扇等。

三相异步电动机由于其转子构造不同，又分为两种，一种是三相鼠笼式异步电动机，也叫短路式转子电动机；另一种是三相绕线式转子电动机，也叫滑环式电动机。

1.电动机的铭牌

在异步电动机的铭牌上标明了电动机的规格、性能及使用条件，它对于电动机的正确使用、维护和保养等都是必不可少的。

（1）额定功率　是表示电动机在额定工作状况下运行时允许输出的机械功率，单位为W或kW。

（2）额定电压　是表示电动机在额定工作状况下运行时输入的线电压，单位为伏，如果铭牌上标有两个电压数据，表示定子绕组在两种不同接法时的线电压，如220/380V。

（3）额定电流　是表示电动机在额定工作状况下运行的所承受的电流，单位为安。如果铭牌上标有两个电流数据，表示定子绕组在两种不同接法时的电流。

（4）额定转速　表示电动机在额定工作状况下运行时的转速。单位为r/min。

（5）温升　是指电动机各发热部分的温度与环境气温之差。允许温升是在规定的环境温度下（一般为40℃），电机各部分允许超出的最高温度。电机的温升是根据电机使用的绝缘材料等级来决定的，绝缘等级不同，允许温升不同。由于电动机定子绕组最容易发热，所以铭牌上的温升是指定子绕组的最高允许温升。

2.电动机运行中的管理与维护

在电动机的维护工作中，必须时刻细心维护好运行中的电动机，不使电动机受到不应有的损失，电动机投入运行后，应经常监视机组运行情况，注意监视、检查以下方面。

（1）检查电动机电源引入线的可见部分有无松动、碰伤和灼伤等现象。

（2）检查电动机的外壳有无裂纹和破损，各紧固螺丝是否齐全、紧固。

（3）检查电动机和启动设备的金属外壳是否可靠接地，接地线无松动、破损、断线等。

（4）检查电动机的电流。电动机正常运行时，其电流不能超过铭牌上规定的额定电流，装有电流表的电动机，要在电流表上设置警戒红线，以便监视。当电流超过额定值时，要尽快查明原因。系统电压过高、过低，电动机单相运行，负载过大，拖动机械故障等，往往是电流增高的主要原因。

（5）检查电动机的温升。电动机运行时的温升不应超过允许温升，监视温升是监视电动机的直接可靠的办法。监视电动机温升的简便方法是凭经验用手摸机壳和轴承端盖处的温度。这时要注意，用手摸电动机时，一定要先用手背去贴电动机，万一电动机外壳有电时，手会立即缩回，能很快地离开电动机。

（6）检查电动机的声音、气味。电动机发出很大的嗡嗡声，说明电动机电流过大或单相运行；出现摩擦声，说明有扫膛现象；用螺丝刀一端触到轴承盖，木柄端贴到耳朵上，如果听到均匀的“沙沙”声，说明轴承运转正常；如果听到电动机有“咕噜咕噜”声，说明轴承中滚珠已损坏；如果有“咝咝”声，说明轴承缺油；如果听到电动机振动声音很大，首先要检查电动机地脚螺丝是否松动，如一切正常，说明可能是电动机本身的故障。如果闻到电动机绝缘漆味或焦煳味，说明电动机已严重过负荷或内部出现故障。

3.电动机常见故障分析

（1）电动机振动较大　空载振动的可能原因是：①基础不稳或刚度不够;②轴弯曲使电动机产生振动;③轴颈磨损使电动机振动;④轴裂纹使电动机产生振动。运行中突然产生振动一般是由于电动机出现断相造成的，检查电源是否有断相、开关是否接通、熔丝有无熔断或绕组有无断路。电动机空载运行正常，加负载后振动，这种故障多是传动装置不平衡或电动机轴线与被拖动机械轴线不一致造成的，应进行相应的检查和调整。

（2）电动机有不正常噪声

①电动机空载时有不正常噪声、切断电源后消失：多数原因是并联支路或部分线圈接错、线圈匝间短路造成的。

②电动机运行中突然出现不正常噪声：这类故障一般是由于电动机出现断相造成的。

③电动机空载时有不正常噪声，断电后随转速下降而降低：原因可能是轴承磨损严重、转子与定子相碰、转子铁心不圆或内孔偏心。

④电动机运行时声音不正常：原因可能是单相运行、三相电流不平衡、振动或空气隙不均匀、转子与定子摩擦、风罩内有杂物等。

4.三相异步电动机运行故障的可能原因及排除方法

（1）电动机运行时突然停止，可能原因有电源电压低落或中断（用万用表检查电源有无电压若有电压，电压是否符合要求，更换不符合要求的电源）；定子电路或转子电路有断开情形（解体检查修复）；严重过载（联系工艺调整负荷或更换电动机）。

（2）电动机有较大的“嗡嗡”声，电流也异常大，检查是否定子绕组中有短接、中断情况，使其他未坏的绕组过载。

（3）电动机启动情况良好，在带额定负载时，运行情况也好，但各相电流不一样，一相电流比其他两相电流大，同时电动机的转速比额定转速低，检查是否为△接绕组有一相断线、接头焊接不良使用时松脱、机械碰伤使一相拉断。

（4）电动机严重发热，甚至散发绝缘漆烧焦的气味。如电动机运转正常，各部分发热均匀，而温升已超过规定值，一般是电动机过载了，应检查生产机械，工艺生产负荷是否太重，或传动机构是否正常，也可能电源电压过低或过高。若电动机各部发热不均匀，某一部分（如轴承盖）热得烫手，轴承伴有异常杂音，一般是轴承滚珠损坏，也可能轴承内有脏物，需要更换或拆洗加油。

正常情况下电动机滚动轴承温度应在5～60℃之间，60～70℃之间温度偏高，超过70℃一定要及时处理。检测温度可用测温枪、各类温度计等。电动机滚动轴承发热主要有以下原因：①轴承严重磨损。②缺油（脂）。③油（脂）过多。④油（脂）品质变差。⑤环境温度偏高。⑥负荷过大。⑦轴与其他部件存在摩擦。⑧轴承与轴、轴承与轴承室配合过松或过紧。⑨振动过大。

处理发热故障要根据具体情况具体解决，轴承严重磨损的应更换轴承，缺油（脂）的应适当加油（脂），同理油（脂）过多的应适当清除油（脂），油（脂）品质变差的更换油（脂），环境温度偏高的应适当降低环境温度或采取局部强制降温措施，负荷过大的应适当降低负荷，轴与其他部件存在摩擦的应找到摩擦部位并消除摩擦，轴承与轴、轴承与轴承室配合过松或过紧的应按公差配合加工轴或轴承室，振动过大的应找到振动原因并消除振动。

（5）电动机温度过高或冒烟检查一下是否负载过大、三相电流不平衡、周围环境温度高使电动机温度上升、电动机通风条件差、定子绕组短路或匝间短路。

5.电动机日常维护

（1）润滑　电动机轴承润滑是日常维护中的一个重点，应按照电动机制造厂的出厂说明选用合适的油（脂）定期加注，这是保证电动机长期稳定运转的重要措施。同时加强对油（脂）、油具的管理防止油（脂）、油具受潮、受热、污染。

（2）清洁、通风、防潮防腐蚀　清洁、通风、防潮防腐蚀是日常维护中的另一个重点，应保持电动机清洁、通风，有利于散热通风，同时要注意防潮防腐蚀，保证定子线圈和轴承油（脂）不受腐蚀影响，绝缘良好、转动正常。主要包括如下。

①电动机周围保持清洁干燥。

②电动机绝缘良好，6000V电动机绝缘不低于6MΩ，380V电动机绝缘不低于0.5MΩ。

③电动机冷态时24h可以启动二次，热态时启动一次。

④电动机的温度机身不超过100℃，轴承不超过70℃。

⑤检查电动机是否有异声。