第二章　電氣、儀表基礎(chǔ)知識(shí)

第一節(jié)　電氣基礎(chǔ)知識(shí)

一、基本物理量

（1）電路　電路就是電流通過(guò)的路徑。它由電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)等組成。負(fù)載、連接導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)稱為外電路。

當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電路中有電流流過(guò)，負(fù)載就可以工作，叫做接通電路，即合閘。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電路中沒(méi)有電流通過(guò)，負(fù)載停止工作，叫做斷開(kāi)電路，即分閘。

（2）電流　導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下，作有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)，就行成了電流。習(xí)慣上規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉Ｒ虼嗽诮饘賹?dǎo)體中，電流的方向是和自由電子的實(shí)際移動(dòng)方向相反的。

電流強(qiáng)度：電流的大小用電流強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱電流）來(lái)表示，其數(shù)值等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量，通常用符號(hào)I表示。電流的單位為安培，簡(jiǎn)稱安（A）。

I=Q/T

式中　I——電流強(qiáng)度;

Q——通過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量;

T——通過(guò)電荷量Q所用的時(shí)間。

（3）電位、電壓　電路中某點(diǎn)的電位，在數(shù)值上等于單位正電荷沿任意路徑從該點(diǎn)移至無(wú)限遠(yuǎn)處的過(guò)程中，電場(chǎng)力所做的功。其單位為伏特，簡(jiǎn)稱伏（V）。

電路中任意兩點(diǎn)間的電位差，稱為電壓。

（4）電阻　在電場(chǎng)力的作用下，電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，所受到的阻力，稱為電阻，用R或r表示。電阻的單位為歐姆，簡(jiǎn)稱歐（Ω）。

實(shí)驗(yàn)證明，在一定的溫度下，截面積均勻，材料相同的一段金屬導(dǎo)體電阻的大小，與其長(zhǎng)短成正比，與其截面積成反比，并與其材料有關(guān)，這種關(guān)系稱為電阻定律。

導(dǎo)體的電阻還與溫度有關(guān)。一般金屬材料的電阻是隨溫度的升高而增加。

（5）直流電　電流的大小和方向都不隨時(shí)間變化的稱為直流電。

（6）交流電　所謂交流電，其電動(dòng)勢(shì)、電壓及電流的大小和方向都隨時(shí)間按一定規(guī)律作周期性變化。在工業(yè)上應(yīng)用的交流電，一般按正弦規(guī)律變化，所以叫做正弦交流電。

（7）電流的熱效應(yīng)　電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，由于自由電子的碰撞，電能就不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽@種電流通過(guò)的導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生熱的現(xiàn)象，稱為電流的熱效應(yīng)。

（8）短路　如果電源通向負(fù)載的兩根導(dǎo)線不經(jīng)過(guò)負(fù)載而相互直接接通，就發(fā)生了電源被短路情況。這時(shí)電路中的電流可能增大到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)導(dǎo)線所允許的電流限度。

電力系統(tǒng)中常見(jiàn)的短路有兩相短路和三相短路等。

短路會(huì)造成電氣設(shè)備的過(guò)熱，甚至燒毀電氣設(shè)備，引起火災(zāi)。同時(shí)，短路電流還會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，造成電氣設(shè)備損壞。嚴(yán)重的短路事故甚至?xí)茐南到y(tǒng)的穩(wěn)定。所以對(duì)運(yùn)行中的電氣設(shè)備應(yīng)采取一定的保護(hù)措施，例如安裝自動(dòng)開(kāi)關(guān)、熔斷器，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，這些裝置可將短路點(diǎn)及時(shí)切除，以限制短路造成的破壞。

二、生產(chǎn)裝置電氣設(shè)備的防爆、防護(hù)

1.爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的電氣設(shè)備

在火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所應(yīng)安裝防爆電氣設(shè)備。防爆電氣設(shè)備和器材均應(yīng)符合國(guó)家或行業(yè)的現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并具有合格證。設(shè)備有銘牌，并標(biāo)有國(guó)家防爆檢驗(yàn)單位簽發(fā)的“防爆合格證書號(hào)”。

①防爆電氣設(shè)備應(yīng)安裝在金屬制作的支架上，支架應(yīng)采用預(yù)埋、膨脹螺栓及焊接法固定；有振動(dòng)的電氣設(shè)備的緊固螺栓應(yīng)有防松裝置。

②防爆電氣設(shè)備多余的進(jìn)線口，其彈性密封墊和金屬墊片應(yīng)齊全，并應(yīng)將壓緊螺母擰緊使進(jìn)線口密封。

③事故排風(fēng)機(jī)的按鈕應(yīng)單獨(dú)安裝便于操作的位置，且應(yīng)有特殊標(biāo)志。

④正常運(yùn)行產(chǎn)生火花或電弧的隔爆型電氣設(shè)備，其電器連鎖裝置必須動(dòng)作可靠，即電源接通時(shí)殼蓋不能打開(kāi)，殼蓋打開(kāi)后電源不能接通。

⑤防爆充油型開(kāi)關(guān)設(shè)備，不得用于直流電路。

⑥與安全火花型電氣設(shè)備配套的關(guān)聯(lián)設(shè)備的型號(hào)，必須與安全火花型電氣設(shè)備銘牌中標(biāo)明的關(guān)聯(lián)設(shè)備型號(hào)相同。

2.爆炸性氣體環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域劃分

①電機(jī)防爆選型

注：○—適用；△—慎用；×—不適用。

②燈具防爆選型

0區(qū)：連續(xù)出現(xiàn)或長(zhǎng)期出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

1區(qū)：在正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

2區(qū)：在正常運(yùn)行時(shí)不可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境，或即使出現(xiàn)也僅是短時(shí)存在的爆炸性氣體混合物的環(huán)境。

3.爆炸性粉塵環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域劃分

10區(qū)：連續(xù)出現(xiàn)或長(zhǎng)期出現(xiàn)爆炸性粉塵環(huán)境。

11區(qū)：有時(shí)會(huì)將積留下的粉塵揚(yáng)起而偶然出現(xiàn)爆炸性粉塵混合物的環(huán)境。

4.火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域劃分

21區(qū)：具有閃點(diǎn)高于環(huán)境溫度的可燃液體，在數(shù)量和配量上能引起火災(zāi)危險(xiǎn)的環(huán)境。

22區(qū)：具有懸浮狀、堆積狀的可燃粉塵或可燃纖維，雖不能形成爆炸混合物，但在數(shù)量和配量上能引起火災(zāi)危險(xiǎn)的環(huán)境。

23區(qū)：具有固體狀可燃物質(zhì)，在數(shù)量和配量上能引起火災(zāi)危險(xiǎn)的環(huán)境。

電氣設(shè)備防護(hù)選型如下。

5.防爆電氣設(shè)備的防爆型式及防爆原理

①隔爆型：能承受已進(jìn)入外殼內(nèi)部的可燃性混合物在內(nèi)部爆炸而不損壞，并且通過(guò)外殼上的任何結(jié)合面或結(jié)構(gòu)也不會(huì)引燃由一種或多種氣體或蒸汽所形成外部爆炸環(huán)境的電氣設(shè)備。

②增安型：它是一種對(duì)正常運(yùn)行條件下不會(huì)產(chǎn)生電弧、火花電氣設(shè)備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發(fā)生危險(xiǎn)溫度、電弧和火花的電氣設(shè)備。

③正壓型：它是一種通過(guò)保持內(nèi)部保護(hù)氣體的壓力高于周圍爆炸環(huán)境壓力的措施來(lái)達(dá)到安全的電氣設(shè)備。

④本質(zhì)安全型：設(shè)備內(nèi)部的電路在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，正常工作或規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)均不能點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性氣體或蒸汽的電氣設(shè)備。

⑤澆注型：將可能產(chǎn)生點(diǎn)燃爆炸性混合物的電弧、火花或高溫的部分澆注，使它不能點(diǎn)燃周圍的爆炸性氣體混合物的電氣設(shè)備。

6.防爆電氣設(shè)備的應(yīng)用舉例

①隔爆型：應(yīng)用于防爆斷路器、開(kāi)關(guān)、燈具、啟動(dòng)器、按鈕、操作柱、配電箱、電動(dòng)機(jī)等。

②增安型：應(yīng)用于防爆接線盒、接線箱、過(guò)渡箱、撓性管、燈具、電動(dòng)機(jī)等。

③正壓型：應(yīng)用于防爆分析小屋、大型電動(dòng)機(jī)、配電設(shè)備、儀表控制器等。

④本質(zhì)安全型：應(yīng)用于防爆分析小屋、大型電動(dòng)機(jī)、配電設(shè)備、儀表控制器等。

⑤澆注型：應(yīng)用于防爆變壓器、電阻器等。

三、電機(jī)日常檢查維護(hù)

電動(dòng)機(jī)分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩大類。交流電動(dòng)機(jī)又分為異步電動(dòng)機(jī)（感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）和同步電動(dòng)機(jī)。而異步電動(dòng)機(jī)又有單相和三相之分。

單相電動(dòng)機(jī)的功率一般比較小，多用于生活用電器，如吹風(fēng)機(jī)和電風(fēng)扇等。

三相異步電動(dòng)機(jī)由于其轉(zhuǎn)子構(gòu)造不同，又分為兩種，一種是三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，也叫短路式轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)；另一種是三相繞線式轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，也叫滑環(huán)式電動(dòng)機(jī)。

1.電動(dòng)機(jī)的銘牌

在異步電動(dòng)機(jī)的銘牌上標(biāo)明了電動(dòng)機(jī)的規(guī)格、性能及使用條件，它對(duì)于電動(dòng)機(jī)的正確使用、維護(hù)和保養(yǎng)等都是必不可少的。

（1）額定功率　是表示電動(dòng)機(jī)在額定工作狀況下運(yùn)行時(shí)允許輸出的機(jī)械功率，單位為W或kW。

（2）額定電壓　是表示電動(dòng)機(jī)在額定工作狀況下運(yùn)行時(shí)輸入的線電壓，單位為伏，如果銘牌上標(biāo)有兩個(gè)電壓數(shù)據(jù)，表示定子繞組在兩種不同接法時(shí)的線電壓，如220/380V。

（3）額定電流　是表示電動(dòng)機(jī)在額定工作狀況下運(yùn)行的所承受的電流，單位為安。如果銘牌上標(biāo)有兩個(gè)電流數(shù)據(jù)，表示定子繞組在兩種不同接法時(shí)的電流。

（4）額定轉(zhuǎn)速　表示電動(dòng)機(jī)在額定工作狀況下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。單位為r/min。

（5）溫升　是指電動(dòng)機(jī)各發(fā)熱部分的溫度與環(huán)境氣溫之差。允許溫升是在規(guī)定的環(huán)境溫度下（一般為40℃），電機(jī)各部分允許超出的最高溫度。電機(jī)的溫升是根據(jù)電機(jī)使用的絕緣材料等級(jí)來(lái)決定的，絕緣等級(jí)不同，允許溫升不同。由于電動(dòng)機(jī)定子繞組最容易發(fā)熱，所以銘牌上的溫升是指定子繞組的最高允許溫升。

2.電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的管理與維護(hù)

在電動(dòng)機(jī)的維護(hù)工作中，必須時(shí)刻細(xì)心維護(hù)好運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)，不使電動(dòng)機(jī)受到不應(yīng)有的損失，電動(dòng)機(jī)投入運(yùn)行后，應(yīng)經(jīng)常監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行情況，注意監(jiān)視、檢查以下方面。

（1）檢查電動(dòng)機(jī)電源引入線的可見(jiàn)部分有無(wú)松動(dòng)、碰傷和灼傷等現(xiàn)象。

（2）檢查電動(dòng)機(jī)的外殼有無(wú)裂紋和破損，各緊固螺絲是否齊全、緊固。

（3）檢查電動(dòng)機(jī)和啟動(dòng)設(shè)備的金屬外殼是否可靠接地，接地線無(wú)松動(dòng)、破損、斷線等。

（4）檢查電動(dòng)機(jī)的電流。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，其電流不能超過(guò)銘牌上規(guī)定的額定電流，裝有電流表的電動(dòng)機(jī)，要在電流表上設(shè)置警戒紅線，以便監(jiān)視。當(dāng)電流超過(guò)額定值時(shí)，要盡快查明原因。系統(tǒng)電壓過(guò)高、過(guò)低，電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行，負(fù)載過(guò)大，拖動(dòng)機(jī)械故障等，往往是電流增高的主要原因。

（5）檢查電動(dòng)機(jī)的溫升。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫升不應(yīng)超過(guò)允許溫升，監(jiān)視溫升是監(jiān)視電動(dòng)機(jī)的直接可靠的辦法。監(jiān)視電動(dòng)機(jī)溫升的簡(jiǎn)便方法是憑經(jīng)驗(yàn)用手摸機(jī)殼和軸承端蓋處的溫度。這時(shí)要注意，用手摸電動(dòng)機(jī)時(shí)，一定要先用手背去貼電動(dòng)機(jī)，萬(wàn)一電動(dòng)機(jī)外殼有電時(shí)，手會(huì)立即縮回，能很快地離開(kāi)電動(dòng)機(jī)。

（6）檢查電動(dòng)機(jī)的聲音、氣味。電動(dòng)機(jī)發(fā)出很大的嗡嗡聲，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)電流過(guò)大或單相運(yùn)行；出現(xiàn)摩擦聲，說(shuō)明有掃膛現(xiàn)象；用螺絲刀一端觸到軸承蓋，木柄端貼到耳朵上，如果聽(tīng)到均勻的“沙沙”聲，說(shuō)明軸承運(yùn)轉(zhuǎn)正常；如果聽(tīng)到電動(dòng)機(jī)有“咕嚕咕嚕”聲，說(shuō)明軸承中滾珠已損壞；如果有“咝咝”聲，說(shuō)明軸承缺油；如果聽(tīng)到電動(dòng)機(jī)振動(dòng)聲音很大，首先要檢查電動(dòng)機(jī)地腳螺絲是否松動(dòng)，如一切正常，說(shuō)明可能是電動(dòng)機(jī)本身的故障。如果聞到電動(dòng)機(jī)絕緣漆味或焦煳味，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)已嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷或內(nèi)部出現(xiàn)故障。

3.電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障分析

（1）電動(dòng)機(jī)振動(dòng)較大　空載振動(dòng)的可能原因是：①基礎(chǔ)不穩(wěn)或剛度不夠;②軸彎曲使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng);③軸頸磨損使電動(dòng)機(jī)振動(dòng);④軸裂紋使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。運(yùn)行中突然產(chǎn)生振動(dòng)一般是由于電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)斷相造成的，檢查電源是否有斷相、開(kāi)關(guān)是否接通、熔絲有無(wú)熔斷或繞組有無(wú)斷路。電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行正常，加負(fù)載后振動(dòng)，這種故障多是傳動(dòng)裝置不平衡或電動(dòng)機(jī)軸線與被拖動(dòng)機(jī)械軸線不一致造成的，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的檢查和調(diào)整。

（2）電動(dòng)機(jī)有不正常噪聲

①電動(dòng)機(jī)空載時(shí)有不正常噪聲、切斷電源后消失：多數(shù)原因是并聯(lián)支路或部分線圈接錯(cuò)、線圈匝間短路造成的。

②電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中突然出現(xiàn)不正常噪聲：這類故障一般是由于電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)斷相造成的。

③電動(dòng)機(jī)空載時(shí)有不正常噪聲，斷電后隨轉(zhuǎn)速下降而降低：原因可能是軸承磨損嚴(yán)重、轉(zhuǎn)子與定子相碰、轉(zhuǎn)子鐵心不圓或內(nèi)孔偏心。

④電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)聲音不正常：原因可能是單相運(yùn)行、三相電流不平衡、振動(dòng)或空氣隙不均勻、轉(zhuǎn)子與定子摩擦、風(fēng)罩內(nèi)有雜物等。

4.三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行故障的可能原因及排除方法

（1）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)突然停止，可能原因有電源電壓低落或中斷（用萬(wàn)用表檢查電源有無(wú)電壓若有電壓，電壓是否符合要求，更換不符合要求的電源）；定子電路或轉(zhuǎn)子電路有斷開(kāi)情形（解體檢查修復(fù)）；嚴(yán)重過(guò)載（聯(lián)系工藝調(diào)整負(fù)荷或更換電動(dòng)機(jī)）。

（2）電動(dòng)機(jī)有較大的“嗡嗡”聲，電流也異常大，檢查是否定子繞組中有短接、中斷情況，使其他未壞的繞組過(guò)載。

（3）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)情況良好，在帶額定負(fù)載時(shí)，運(yùn)行情況也好，但各相電流不一樣，一相電流比其他兩相電流大，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比額定轉(zhuǎn)速低，檢查是否為△接繞組有一相斷線、接頭焊接不良使用時(shí)松脫、機(jī)械碰傷使一相拉斷。

（4）電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱，甚至散發(fā)絕緣漆燒焦的氣味。如電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，各部分發(fā)熱均勻，而溫升已超過(guò)規(guī)定值，一般是電動(dòng)機(jī)過(guò)載了，應(yīng)檢查生產(chǎn)機(jī)械，工藝生產(chǎn)負(fù)荷是否太重，或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是否正常，也可能電源電壓過(guò)低或過(guò)高。若電動(dòng)機(jī)各部發(fā)熱不均勻，某一部分（如軸承蓋）熱得燙手，軸承伴有異常雜音，一般是軸承滾珠損壞，也可能軸承內(nèi)有臟物，需要更換或拆洗加油。

正常情況下電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承溫度應(yīng)在5～60℃之間，60～70℃之間溫度偏高，超過(guò)70℃一定要及時(shí)處理。檢測(cè)溫度可用測(cè)溫槍、各類溫度計(jì)等。電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承發(fā)熱主要有以下原因：①軸承嚴(yán)重磨損。②缺油（脂）。③油（脂）過(guò)多。④油（脂）品質(zhì)變差。⑤環(huán)境溫度偏高。⑥負(fù)荷過(guò)大。⑦軸與其他部件存在摩擦。⑧軸承與軸、軸承與軸承室配合過(guò)松或過(guò)緊。⑨振動(dòng)過(guò)大。

處理發(fā)熱故障要根據(jù)具體情況具體解決，軸承嚴(yán)重磨損的應(yīng)更換軸承，缺油（脂）的應(yīng)適當(dāng)加油（脂），同理油（脂）過(guò)多的應(yīng)適當(dāng)清除油（脂），油（脂）品質(zhì)變差的更換油（脂），環(huán)境溫度偏高的應(yīng)適當(dāng)降低環(huán)境溫度或采取局部強(qiáng)制降溫措施，負(fù)荷過(guò)大的應(yīng)適當(dāng)降低負(fù)荷，軸與其他部件存在摩擦的應(yīng)找到摩擦部位并消除摩擦，軸承與軸、軸承與軸承室配合過(guò)松或過(guò)緊的應(yīng)按公差配合加工軸或軸承室，振動(dòng)過(guò)大的應(yīng)找到振動(dòng)原因并消除振動(dòng)。

（5）電動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高或冒煙檢查一下是否負(fù)載過(guò)大、三相電流不平衡、周圍環(huán)境溫度高使電動(dòng)機(jī)溫度上升、電動(dòng)機(jī)通風(fēng)條件差、定子繞組短路或匝間短路。

5.電動(dòng)機(jī)日常維護(hù)

（1）潤(rùn)滑　電動(dòng)機(jī)軸承潤(rùn)滑是日常維護(hù)中的一個(gè)重點(diǎn)，應(yīng)按照電動(dòng)機(jī)制造廠的出廠說(shuō)明選用合適的油（脂）定期加注，這是保證電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的重要措施。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)油（脂）、油具的管理防止油（脂）、油具受潮、受熱、污染。

（2）清潔、通風(fēng)、防潮防腐蝕　清潔、通風(fēng)、防潮防腐蝕是日常維護(hù)中的另一個(gè)重點(diǎn)，應(yīng)保持電動(dòng)機(jī)清潔、通風(fēng)，有利于散熱通風(fēng)，同時(shí)要注意防潮防腐蝕，保證定子線圈和軸承油（脂）不受腐蝕影響，絕緣良好、轉(zhuǎn)動(dòng)正常。主要包括如下。

①電動(dòng)機(jī)周圍保持清潔干燥。

②電動(dòng)機(jī)絕緣良好，6000V電動(dòng)機(jī)絕緣不低于6MΩ，380V電動(dòng)機(jī)絕緣不低于0.5MΩ。

③電動(dòng)機(jī)冷態(tài)時(shí)24h可以啟動(dòng)二次，熱態(tài)時(shí)啟動(dòng)一次。

④電動(dòng)機(jī)的溫度機(jī)身不超過(guò)100℃，軸承不超過(guò)70℃。

⑤檢查電動(dòng)機(jī)是否有異聲。