十六讲──电镀中一些交流电器的使用要求

电镀除必须用到第十五讲所述直流电源外，还会遇到不少交流电器。常用交流电器的基本原理和使用要求也是电镀工作者必备的基本知识，其中涉及电工学的许多方面，本讲择其要点加以介绍。

我国规定使用三相四线制供电。无论高压输电还是经电力变压器降压为市电的均如此。三相四线制供电有三根火线(相线)，分别为A、B、C三相，三相相互间有120°相位差，均为正弦波形变化；另一根为零线。用试电笔测定，接触三根火线时氖管会发光；零线若与大地相通且接触良好，则试电笔氖管不发光(若与大地断线，测插座中零线插孔，试电笔氖管也发光，此时可判定零线未接好或断线)。

任意两根火线之间的电压称为线电压，以U_线表示；任何一根火线与零线之间的电压称为相电压，用U_相表示。一般地，U_线 =U_相=1.73U_相。

正弦交流电的变化周期为0.02 s，则频率为50 Hz。国外有采用60 Hz的。一般家用电器50 Hz与60 Hz可通用，但60 Hz的电动机接50 Hz供电时，转速会下降，电机发热加重。

电源用电插座上有两孔、三孔、四孔的三种。老式插座为圆孔，现均改为长方形孔。两孔的肯定是单相220 V的插座，三孔的也应是单相的。正对插孔看，三孔的上方一孔应为电器外壳保护接地用孔，其余二孔的规范接法应为“左零右火”。四孔插座为动力供电用，接三相电器：上方一孔接零线，其余三孔分别接A、B、C三根火线。

将任意一根火线与零线组合，则成为单相电路，适于单相电器使用，我国标准为220 V。照明器材为单相电器。按规定，应从配电房用专线输出作照明用，照明用电与三相动力用电分别由电度表计量，收费标准不一样，分别计价。动力电收费有的地方采用“分时计价”，在夜晚用电低峰时间的电费低于白天用电高峰期，以鼓励低峰用电。热处理、电烘箱、电加热器多的，夜班作业或晚上进行电加热，则分时计价划算些。单相电动机、一般手持式电动工具、单相电加热器、单相整流器应接单相电路。

电动机起动时要有旋转磁场才可能转动。由于单相电路本身不产生旋转磁场，在单相电机中有一组定子绕组供接电容器用。接上适当容量的无极性电容器后，由于电容器的“裂相”作用，会产生一旋转磁场，使单相电机旋转起来。故该电容器称为“起动电容”。当单相电动机通电后不转时，应先检查起动电容是否损坏，不要轻易更换电机。一般单向电动机的旋转方向是固定不变的。若单相电动机接线盒内有6个接头，则按图1所示改接一下，可改变单相电动机的转向。其中， U₁、U₂内部接主绕组， W₁、W₂接副绕组， V₁、V₂接外部起动电容器。

图1单相电动机的正反转接法

手电钻等电动工具内部有电刷，若电刷磨损后接触不良、不转动，应及时更换。

采用三相动力电供电的电器称为三相电器，如三相电动机、三相调压器、三相变压器、三相整流器、三相电加热器等。

3.1 三相电器的使用接法

如图2所示，三相电动机的铸铁接线盒内有6个排成两排的螺栓接头及3个铜质连接片。当用连接片将上排3个螺栓连接在一起接零线，下排3个螺栓分别接供电的三根火线时，则电机内部定子内3个绕组的尾端x、y、z连接在一起，称为中性点；而3个绕组的始端A、B、C接输入A、B、C三相。这种接法称为星形接法，以Y表示。星形接法时，线电流=相电流，线电压=相电压。

图2三相电器的星形接法

星形接法时，当三相负载完全对称，且3个相电压一致时，理论上零线无电流流过。当三相电器铭牌上标有380 V/220 V(三相电器铭牌上的标识电压均指线电压)、Y/△形时，因我国规定线电压为380 V，故应采用星形(Y形)接法。

如图3所示，若将三相电动机接线盒内6个螺栓用3个铜质连接片分别上下相连，接三根火线，则电机定子内3个绕组的首端与末端相连，即A–z、B–x、C–y相连，则成为三角形接法，以△表示。三角形接法时，线电压=相电压，线电流=相电流。

图3三相电器的三角形接法

若三相电器铭牌上标有380 V/形，必须接成三角形。若标有380 V/220 V、Y/，则只有当线电压为220 V时，才接成形。此时若误接为Y形，则线电压为220 V时，相电压只有127 V。相电压低了，非但不能正常工作，而且容易烧坏三相电器。在我国，三角形接法用得较少。

对三相电器进行接线时，务必看清铭牌上的标志，按要求接线，切不可乱接。

抛光机、过滤机、抽风机等广泛采用三相电动机。三相电动机种类很多，用得最多的是三相鼠笼式异步电动机。单相电动机多只适用于小功率电机，否则体积太大，且易造成三相负荷严重失衡。三相电动机的结构确定了其通入三相电流后，电机定子内会自动产生旋转磁场，使转子转动，不必如单相电机那样需接起动电容。

三相电动机的旋转方向取决于通入三相交流电的“相序”，改变相序即可改变旋转方向。方法为调换任意两根火线的接入。多数电镀用三相电机都有旋转方向的要求。对于抛光机，转向正确时，磨轮或抛光轮会越旋越紧；转向错了则会飞落下来，引发事故。对于过滤机，转向不合标志的转向要求时，压力和流量很小。对于抽风机，转向不正确时，虽也能抽风，但风力非常小。对于滚镀机，若滚桶孔眼钻成直孔，则转向无要求；若是钻成斜孔，则转向必须调成镀液易从孔压入的方向，以利于滚筒内外镀液的交换。

对转向有要求的，应在工作前先短时间通电，电机转动后立即断电，看电机转向正确与否。若不正确，应换接两火线，将转向纠正过来。注意：由于过滤机泵不允许空转干磨，因此应对过滤机灌引水后再试。

对在使用中电动机转向需要变化的，一般机床的进刀、退刀通过倒顺开关来换相；电动葫芦、行车等的进、退、升、降，则是通过两个交流接触器的交互吸放来实现转向。

电加热器因功率不同，而有3种供电设计：单相两根线接220 V电压的，一根接火线，一根接零线；两线380 V的，两根线均接火线；三线380 V的，三根线均接火线，一般内部3组电热丝接成星形接法。故购买和接线时应先弄清楚。若将两线220 V的接成380 V，则电热丝过热，很快烧坏；若将两线380 V的误接为单相220 V，则加热功率大大下降。

3.4 使用三相电器时应注意的问题

若到达三相电器的三根火线中有一根无电，则成为缺相运行。缺相原因可能有：市电供电缺相，一相的保险丝(片、管)熔断，各种三相开关一相接触不良，接线处接触不良，三相接触式调压器一相碳刷磨损过度而接触不良，交流接触器一组主触点烧蚀等。

当三相异步电动机缺相时，空载情况下将无法起动，转子左右摆动，有强烈的“嗡嗡”声。若有负载(多数情况下均接有负载)在运行中突然缺相，电动机仍能转动，但出力大大降低。缺相后三相变成了380 V单相，三相旋转磁场变成了单相脉动磁场，其正反磁场比原来降低很多，而反向磁场又会产生反向制动转矩，更抵消了原本已减小的正向转矩，使电动机出力更加降低，但负载并未减小，此时定子电流势必大增，带不动负载，输入的电能全部转化为热能，电机过热，冒烟、烧毁(反向磁场更引起附加损耗而加剧发热)。

电动机的绝大部分损坏均由缺相运行造成。故对功率较大的电机及更换很麻烦的用于抽取地下水的深井泵电机，应加装具有缺相、过流、短路保护功能的电机自动电子保护器(按电机功率选择，按使用说明书接线)。

三相变压器缺相时，若原边与付边按△/Y接线的，使低压侧(降压变压器的付边)二相电压降低一半，一相正常；若接成Y/Y时，低压侧一相断电。对电力变压器造成供电不正常，引起用电器工作不正常或损坏；对三相整流器造成输出直流纹波数大增或波形残缺，其恶果在上一讲中已讨论过。

对于二根火线的380 V电加热器，未用的一相缺相，不影响加热；所用二相任缺一相则无法加热。对于单相电加热器，所用一相缺相则无法加热；对于三相电加热器，缺一相时加热功率大大下降；缺两相则成为单相加热器，此时Y形接法的若中性点未接零线，也无法加热。缺相均使加热功率下降或导致无法加热。

当电加热器设有自动温控时，温控器供电一相缺相，无法自动控温；交流接触器若线圈供电缺相，则不能吸合，无法加热。对于冷却设施，缺相造成制冷机组无法正常工作时，不能制冷。

3.4.2 三相电压不平衡

若三个220 V相电压差值大于15%，则三相电压明显不平衡。

一般三相用电器在设计时都是三个对称的负载。星形接法时，三个平衡负载下零线无电流通过。若三相电压不平衡，则零线上有较大电流流过。若零线过细烧断，则单相电器无法工作。三相电压不平衡时，电压过高一相负载的电流增大，引起过热，易损坏。电压低的相，造成电动机出力小，反而易发热。对于三相变压器，付边输出电压也不平衡；对整流器而言，加大了输出直流的纹波系数。

使用电器离不开各种开关。开关不良是造成缺相与过流过载的重要原因。

4. 1 铁壳开关与闸刀开关

铁壳开关(又叫负荷开关)，通过铁壳外的一个手柄来操控二相火线的通断。其内部有3组同时动作的闸刀及3个瓷插式保险。它具有一定的封闭防腐能力，手柄也不易漏电，使用效果比闸刀开关好，但体积较大。

闸刀开关是最低档也是最易出事故的电源开关。但其价格低、体积小，小电镀厂乐于采用。闸刀开关用于交流电器，有单相与二相两种。双刀双掷大闸刀开关可用于低压直流换向。

闸刀开关除闸刀刀片外，胶壳内有直接安装保险丝的螺钉。闸刀开关易出毛病表现在以下儿个方面：

（1） 闸刀接触不良。低价劣质品的刀片与卡子并非弹性接触(未用磷青铜等弹性铜材)，其转动联接处与刀片闭合处因接触不良而打火、氧化，接触电阻增大，发热后又退火，弹性更差。如此恶性循环，导致接触不良或发热烧熔保险丝，很易造成电器供电缺相。

(2)防腐性很差。闸刀开关设置在小配电箱内时防腐性稍好，但多数直接裸接在木质配线板上，电镀车间的酸、碱、欲雾不断将其侵蚀。若不及时清洁，不少闸刀开关胶木外壳与陶瓷乎把上都因漏电而带电，人手一摸都会打手，十分危险。

4. 2 自动空气开关

自动空气开关具有良好的灭弧特性，其设有灭弧罩，动作快，开关时(特别是断开时)产生的电弧不至于在相间相串而引发相间短路。它由触头系统、灭弧系统、脱扣器、操动机构、过流保护部件组成。除有欠压、短路、过流保护外，因结构密封而具有较好的防腐功能。过流保护有两类：一类采用双金属片热保护(过流时双金属片发热弯曲，带动脱扣器使开关自动断开)，另一类采用线圈的过流继电式保护(过流时线圈产生的磁力加大，吸引软铁片动作，带动脱扣器使开关自动断开)。前者结构简单，但响应速度慢。以选用响应速度快的后者更好。空气开关有多种规格，应根据用电器具体额定电流来选择。过大，不起保护作用;过小，频繁跳闸。

交流接触器实际上是一类专门的电磁式大功率继电器。其线圈通电后，静铁芯产生磁场，将动铁芯下拉，通过联动系统，带动中间二组大的触点由常开状转变为闭合状；同时，两边各一组小的切换触头，上边各一对小触头由常闭态变为开态，下边各一组小触头则由常开态转变为闭合态。线圈断电后，动铁芯在弹簧作用下向上弹开，恢复为原状态。3个大的常开触头称为“主触头”，两边各一组小的切换触头称为“辅助触头”，供线圈实现自锁以及两个交流接触器之间互锁等用。线圈电压有220 V与380 V两种，选用及接线时应注意。

交流接触器用于电加热或冷却系统作自动控温时，通过测温控头(一般镀液宜用Pt100铂电阻的，发蓝与热浸锡铅合金等因温度高，宜选用热电偶的)及配套数显温控仪中的小继电器带动交流接触器的线圈，或通电或断电。主触头通断电，则加热器的电热丝通断电(交流接触器在此起功率放大作用或供单相温控器控制二相电加热器用)，或带动制冷机组电动机的启停。此时交流接触器不能自锁，即辅助触头不用。

用按钮开关的适当组合来控制交流接触器的线圈通断电，可实现对电动机运转状态的控制。比如电动葫芦及自动生产线的升、降、进、退。升与降、进与退各由一台电动机执行，每台电动机又由两只交流接触器来负责电动机的正、反转。图4是控制一台电动机的点动换向原理图。在交流接触器线圈电路中串接一个常开按钮，当按下按钮时线圈通电，交流接触器吸合，松开按钮后交流接触器线圈失电，弹开复位。当按下开关AN₁时，交流接触器C₁通电吸合，C1主触头接通电机D转动(设为正转，电葫芦升)；断开AN₁后，C₁线圈断电，主触头C₁断开，电机停转，电葫芦不再上升。若按下按钮AN₂，则交流接触器C₂线圈得

电，C₂主触头吸合，电机又转。但此时电机接线由A、B、C相序变成了A、C、B相序，B、C接线自动换了过来，电动机反转，电葫芦的动作变为降。松开AN₂，C₂线圈失电、弹开，此时C₁、C₂均断开，电葫芦停止下降。换言之，按下AN₁(升)，电葫芦挂钩上升，按

下AN₂，电葫芦挂钩下降，由此实现了升、降的点动控制。串在C₁线圈回路中的C₂的常闭辅助触头与串在C₂线圈回路中的C₁的常闭辅助触头起“互锁”作用：若先按下AN₁，则串在C₂线圈回路中的C₁常闭触点断开，此时若又误按了AN₂，因C₁辅助触点已断开，C₂线圈也不能通电。这样，C₁、C₂在任何情况下只能有一个能吸合，以免造成电机接线上B、C相短路(C₁、C₂之间成为“或门”关系)。

过滤机、抛光机、抽风机、滚镀机等只有一台电机且要求起动后就一直转动，而停时要人为控制，需要用两个按钮(ON与OFF)来分别实现。按一下或启动或停止，则电动机要有“自锁”功能，只需一只交流接触器来控制，但要一个常开按钮(管“开”，ON)和一个常闭按钮(管“停”，OFF)。图5示出了控制原理图。图5中AN₁为常闭按钮(不按下时是接通的，管电机“关”)，AN₂为常开按钮(不按下时是断开的，按下时才接通，管“开”)，在AN2上并接了交流接触器的一个辅助常开触头。其工作原理为：

(1)按下AN₂(开，ON)，电流经A相、常闭按钮AN₁、按下的常开按钮AN₂、交流接触器线圈(此处为单相220 V线圈)到零线O，形成闭合回路，得电吸合，主触头接通电动机D转动(转向经试验调整后达到要求)，同时辅助触点C也变为吸合的接通状。

(2)松开AN₂，电流经A相、常闭按钮AN₁、已吸合的并在AN₂上的辅助触头、线圈C到零线，继续使交流接触器吸合，电机继续供电转动。此处的辅助触头称为“自锁”触头)。

(3)按一下常闭按钮AN₁(关，OFF)交流接触器线圈回路断电，辅助触点C因交流接触器复位也断开了，线圈回路仍断电，交流接触不会吸合，所以电机也不转了。

简言之，按一下AN₂，电机转；松开AN₂，因辅助触点的自锁作用，电机继续转；按一下AN₁，电机停转。AN₁接通后，因辅助触点已断开，电机也不会转。要再转，需再按一下AN₂；要再停，再按一下AN₁。

龙门式自动行车，不是用手工按开关，而是采用电脑程序，启停小的中间继电器，靠中间继电器触点的接通与断开来代替按钮开关。上、下限的自动限位及水平运动中的停靠则是通过将常闭行程开关或感应开关再串接在交流接触器线圈回路中来实现。例如降到下限位置时，下限常闭行程开关动作，断开交流接触器线圈，电机停转，不再下降。实际上为克服运动惯性，使定位更准确，电机还设有自动刹车装置。

使用交流接触器不仅能实现镀液加热或冷却的自动控温，改变电动机的运转状态，而且具有其他任何手动开关无法比拟的优点：若供电突然断电，交流接触器就自动断开电器，再来电时不会自动接通电器。用手动开关时，若停电后忘了关开关，无人值守时又突然来电，电器会自动工作，易出事故。所以停电后不能忘了关总开关。

注意：单相电器包括照明开关，其开关应接在火线上而不能接在零线上，否则易出人伤事故。

为了防止电器使用过程中发生短路、过载等而烧坏电器，在火线上都要串接大大小小的多种保险。注意：零线上严禁串接保险！家用电器常用保险管(其中焊有符合要求的细铜丝)，小功率工业电器常用保险丝(又称熔丝，如铅或其合金的低熔点金属丝)，大功率的用保险片。快速保险是专门的合金材料，其作用是：当电流大于其熔断电流时，因自身电阻发热超过其熔点而烧断，从而断开用电器具供电，保护其不致烧坏。

保险丝可以直接接在闸刀开关内。瓷插式则是安装在插针上之后再插入插座中。螺旋式则是将保险管安装在瓷盖上再旋入瓷座中，只能一次性使用，不能换熔丝，而只能换保险管。

5.2.1 选择额定电流符合要求的保险丝

不同用电器有不同的额定电流指标，选用保险丝的线径(或近似英规线号)必须符合相应要求：细了易频繁熔断，粗了则起不到保护作用。

对于电动机，因起动电流远大于工作电流(大功率电动机起动时要采用专门的减压起动措施)，故选择熔丝的额定电流应为电动机额定电流的1.5~2.5倍。表1可供参考。电镀车间应备有多种规格的保险丝，以备及时更换，见表2。

表1三相380 V异步电动机的熔丝选择参考

实际电镀生产中发现，不少情况下熔丝并非因电流过流而熔断，而是因保险丝接触导电不良，连接处电阻过大导致发热，从连接处熔断。电镀车间空气腐蚀性大，铜件本身易被腐蚀、氧化发黑。当选择的闸刀开关、瓷插式保险的容量过小，加之接触点失去弹性接触功能时，打火氧化发热，更加剧氧化发黑，接触电阻更大，往往使熔丝更快熔断。为防保险因接触点发热而熔断，应注意以下几点：

(1)选择开关与保险座时应有足够的容量，不能以小开关、小保险来承受大电流。

(2)当开关、保险座等因烧蚀而接触不良，螺钉已锈死、拧不动时，应予以更换，不能因小失大。

(3)连接保险丝处及螺钉、垫圈等已氧化变色、发黑时，应用细砂纸打磨干净，再上保险丝。

(4)当保险丝较粗时，要加足够大的平垫圈压紧。

5.2.3严禁随意用铜丝代替保险丝

电镀车间通常不缺紫铜丝，而常缺合适规格的保险丝。于是在不少地方，随意找一段铜丝代替保险丝接上，已成为一种恶习。铜丝的熔断电流是铅丝的几倍，起不了保险作用。专业电工若用铜丝代保险，一经发现是要受到严厉制裁的。例如，20#保险丝的额定电流为5 A、熔断电流为10 A，适于1.5 kW电动机；φ1 mm铜丝的额定电流为44 A，熔断电流为88 A，适于18 kW电动机。若1.5 kW电动机接上φ1 mm铜丝作为保险，即使电机过载至冒烟烧毁，铜丝也不会熔断，而只有线径为0.254 mm的铜丝的额定电流才是5 A。但是，到哪里去找刚好合适的铜丝呢？保险管内用的铜丝，都是按额定电流计算、线径十分准确的专门拉制的细铜丝。

6 电镀车间的配线要求

电镀车间的配线方式有明线配电及穿塑料管配线两种方式，简称“明配”与“管配”。明配时散热好，管配时散热差。同等载流量下，管配的线径应加粗。通常主线可以明配，而从主线上下接的至配电盒或配电板以及盒、板至用电器(如整流器、过滤机等)等支线采用管配才规范。在配电盘或板上应设有足够余量的开关、插座，以备更改、增加，以及临时供手持电动工具用。乱拉临时线路是不允许的，安全检查若发现，必须要求整改。电线不能施在地上，万一踩破皮，就会造成事故(闸刀开关在更换保险丝时，胶壳及固定螺栓不能乱扔，应及时装好。

6.2 车间用线材质的选择

电镀车间内用线宜用铜芯线，不能图一时省钱而用铝芯线。原因之一是铝线电导率比铜线低，当用电器功率大时，多股铝线不好接线。另外，铝是两性金属，不耐电镀车间空气中的酸碱腐蚀，接头处很易腐蚀断线，造成缺相等事故。举一例子：20世纪70年代初，作者曾在一军工企业的表面处理车间工作。一天，一台用于不锈钢板电抛光的大型直流发电机组大电机突然冒烟烧毁。调查后发现：由于当初设计不当，瓷插保险座一根引出的多股铝芯线，因腐蚀而从根部一股股断完，从外部很难察觉，导致电机因缺相运行而烧毁。

6.3三相电压平衡问题

电镀车间电器设备有单相的，也有三相的。一般三相电器在设计时，三相负载是平衡的(出了故障，如三相电加热器的一组电热丝烧断，则不平衡了)。但对于单相电器(如过滤机、加热器、整流器等)，则在安排上应先计算负荷，尽量平衡分配在A、B、C三相供电线路上。若某一相的单相电器过多，由于线路压降大，该相电压会特别低，造成三相电压不平衡。这样不但不利于单相电器正常运行，而且对三相电器会带来不良影响。

交流电器设备的外壳必须妥善接地保护。原因有二：

一是如电加热器之类的外壳有时会产生感应电。感应电过大时，镀液会受交流杂波影响，对电敏感的人会感到溶液也麻手、打手。外壳接地后可消除感应电。

二是电镀车间的强腐蚀性气氛使外壳因漏电而带电，易发生人伤事故。外壳接地后，严重漏电时，相对应一相(或两相、三相)与地形成短路而烧断保险丝，切断火线。此时应查明漏电原因，加以解决。电加热器外壳因腐蚀或电击穿孔后，溶液浸入而直接与火线接通，则更危险。外壳与溶液接触，接地保护后也立即熔断保险丝(故不允许乱接保险)。

供电零线与大地相通，当零线较短时，保护接地可接零线。但若至电器的零线较长且因三相不平衡等原因造成零线电流过大时，其上压降造成末端对地也有电压，此时接电源零线保护不可靠，应设专门地线(要求对地电阻小于4Ω)，保护接在专用地线上。电源零线上不允许设保险的原因之一在于：若零线电流过大而烧坏该保险后，保护接零就不起作用了。

本文来自《电镀与涂饰》2010年第29卷第1、2期。