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电气基础知识培训 主要内容 电路和电路模型测量仪器厂用电气装置电动机电气安全 电路和电路模型 电流电压电动势 电路和电路模型 电路定义 电流流过的路径电路组成 电源 能将其他形式的能量转化为电能的设备负载 所有的电器中间部分 控制及连接部分 如导线 开关等 基本作用 1 实现电能的传输和转换2 传递和处理信号 电路的基本工作状态 图 a 电源与负载构成闭合回路 电源处于有载工作状态 电路中有电流流过 图 b 当a b两点用导线相连接时称电阻r1被短路 a b两间导线称为短路线 短路线中的电流叫短路电流 注 短路可分为有用短路和故障短路 故障短路往往会造成电路中电流过大 使电路无法正常工作 严重的会产生事故 图 c 开关s断开或电路中某处断开 切断的电路中没有电流流过 此时的电路称为开路 开路又叫短路 断开的两点间的电压称为开路电压 注 开路也分为正常开路和故障开路 如不需要电路工作时 把电源开关打开为正常开路 而灯丝烧坏 导线断裂产生的开路为故障开路 它使电路不能正常工作 电路的基本物理量 定义 电荷的定向运动电流是一个矢量既有大小又有方向方向 正电荷运动的方向大小 用电流强度来表示 电流强度是单位时间内通过导体的横截面的电荷量 电流强度习惯上又被简称为电流 3 根据电流的大小和方向随时间变化情况 电流基本分类 3 1 恒定电流 大小和方向都不随时间变化而变化的电流 简称 直流 简写作 dc 3 2 交变电流 在一个周期内 电流平均值为零的周期性变动电流称为交变电流 简称 交流 简写为 ac 正弦曲线正弦交流电是指电路中的电流 电压以及电动势的大小都随时间按照正炫函数规律变化 这种大小方向都碎时间做周期性变化的电流 简称交流 为什么普遍采用正弦交流电 交流电可以通过变压器变换电压 在远距离输电时 通过升高电压可以减少线路损耗 而当使用时又可以通过降压变压器把高压变为低压 这样既有利安全 又能减低对设备的绝缘要求 此外 交流电动机与直流电动机比较 则具有构造简单 造价低廉 维护简便等优点 在有些地方需要使用直流电 交流电可通过整流设备将交流电变换为直流电 所以交流电目前获得了广泛的应用 电压的形成 物体带电后具有一定的点位 在电路中任意两点之间的电位差 称为该两点的电压电压的方向 一是高电位指向低电位 二是电位随参考点不同而改变 电位的定义 在电路中任选一点为参考点 则某点到参考点的电压就叫做这一点 相对与参考点 的电位 电动势的定义 一个电源能够使电流持续不断沿电路流动 就是因为它能使电路两端维持一定的电位差 这种电路两端产生和维持电位差的能力就叫做电源电动势 电动势的电位是 伏 用 e 表示e a qa 外力所做的功q 电荷量e 电动势电源内电动势的方向 由低电位移向高电位 电阻的定义自由电子在物体中移动受到其他电子的阻碍 对于这种导电所表现的能力就叫电阻 电气设备的额定电压和额定电流额定电压 按长期正常工作时 有最大经济效益所规定的电压 1000v以上为高电压 以下为低电压额定电流 指一定的基准环境温度下 允许长期通过设备的最大电流 并且此时设备的绝缘和载流部分被长期加热的最高温度不超过所规定的允许值 超过额定温度会造成绝缘老化 降低设备使用年限 测量仪表电流的测量电压的测量功率的测量电能的测量电流 电压互感器 电流的测量根据用途可以分为直流电流表的表盘上标有符号 交流电流表的表盘上标有符号 电流表一般都是串联在电路中 直流电流表 交流电流表 电压的测量电压表的分类直流电压表的表盘上标有符号 交流电压表的表盘上标有符号 电流表一般都是并联在电路中 直流电压表 交流电压表 功率的测量功率表时测量某一时刻 单位时间 发电 供电 用电设备所发出 传送和消耗电能 即功率 的指示仪表 功率表的分类 单相功率表 多相功率表 电能的测量用来测量某一段时间内发电机发出电能或负载消耗电能的仪表 电能表和功率表的区别时电能表不仅能间接反映出功率的大小 而且能够反应那个电能随时间增长所累积的总和 电能表的分类 单相电能表 三相有功电能表 三相无功电能表 三相有功电能表 三相三线表 三相四线表 在交流电路中 由电源供给负载的电功率有两种 有功功率和无功功率有功功率 是保持用电设备正常运行所需要的电功率 也就是将电能转换为其他形式能量 机械能 光能 热能 的电功率 无功功率 时用于电路内电场与磁场的交换 并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率 它不对外做工 而是转变为其他形式的能量 凡是有电磁线圈的电气设备 电动机需要建立和维持旋转磁场 是转子转动 从而带动机械运动 电动机的转子磁场就是靠从电源取得的无功功率建立的 变压器也时同样需要无功功率 才能使变压器的一次线圈产生磁场 在二次线圈感应出电压 因此 没有无功功率 变压器就不可能变压 互感器与测量仪表配合 对线路的电压 电流 电能进行测量 电流互感器1 用来使仪表 继电器与主电路绝缘 即避免了主电路的高电压直接引入仪表 继电器 又避免了仪表继电器的故障直接影响主电路 2 用来扩大仪表 继电器的使用范围将高压系统或低压系统中的大电流改变为标准的小电流 5a 1a 电压互感器类似于一台降压变压器能将系统中的高电压变为标准的低电压 100v 100 3v 线缆穿过互感器 经过互感器感应 从互感器接到电表上 进行读数 基本概念补充电网 在电力系统中 联系发电和用电的设施和设备的统称 属于输送和分配电能的中间环节 它主要有联接成网的送电线路 变电所和配电系统组成电力系统 由发电 变电 配电和送电和用电环节组成的电能生产 传输 分配和消费的系统 断路器隔离开关熔断器 断路器 俗称开关 是电力系统中最重要的控制保护设备 它在电网中起两方面的作用 1 在正常运行时 根据电网的需要 按接通或断开电路的空载电流和复合电流 这时起控制作用 2 当电网发生故障时 高压断路器和保护装置及自动装置相配合 迅速自动的切断故障电流 将故障部分从电网中断开 保证电网无故障部分的安全运行 以减少停电范围 防止事故扩大 这时起保护作用 低压断路器 也称为自动开关或空气开关 是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的开关电器和保护电器 1 它集控制和多种保护功能于一身 除了能完成接通和分段电路外 2 还对电路或电气设备发生的短路 严重过载或欠电压等进行保护 高级的保护和控制 3 也可以用于不频繁的启动电动机 在保护功能方面 它还可以与漏电器 测量 远程操作等模块单元配合使用完成 隔离开关是高压开关的一种 俗称刀闸 因为它没有专门的灭弧装置 所以不能用它来接通 切断负荷电流和短路电流 隔离开关的主要用途是隔离电源 用隔离开关将需要检修的电器设备与电源可靠的隔离 以保证检修工作的安全进行倒闸操作 在双母线制的电路中 利用隔离开关将设备或供电线路从一组母线切换到另一组母线上去 俗称刀闸操作 断路器与隔离开关的区别 1断路器装有消弧设备因而可以切断负荷电流和故障电流 2而隔离开关没有消弧设备 不可以用它来切断或投入一定容量以上的负荷电流和故障电流 3断路器多为远距离电动控制操作 4隔离开关多为就地手动操作 熔断器 是最简单的一种保护电器 它串联于电路中 是借熔体电流超过限定值而融化 分断电路的一种用于过载和短路保护的电器熔断器 广泛用于低压 1000v 系统中 在高压系统中 则广泛用于保护电压互感器和小容量电气设备 熔断器的分类1 插入式熔断器2 螺旋式熔断器3 封闭管式熔断器4 自复式熔断器5 快速熔断器 1 插入式熔断器主要用于低压分支电路的短路保护 由于其分断能力小 一般用于民用和照明电路中 2 螺旋式熔断器用于熄灭电弧 具有较高的分断能力 并带熔断指示器 当熔体熔断时指示器自动弹出3 封闭管式熔断器分为无填料 有填料 快速三种 4 自复式熔断器是一种新型熔断器 它利用金属钠做熔体 在常温下 钠的电阻很小 允许通过正常的工作电流 一旦发生短路 短路电流产生高温使钠迅速融化变成气态 其电阻变大 限制了短路电流 当故障消除后 温度下降 金属钠重新固化 它在线路中只能限制故障故障 而不能切断故障电流 5 快速熔断器主要用于半导体整流元件或整流的短路 电动机电动机种类繁多 一般分类如下 直流电动机 交流电动机 异步电动机 同步电动机 电动机 单相异步电动机 三相异步电动机 鼠笼型电动机 绕线型电动机 三相异步电机三相异步电动机的启动方法 直接启动降压启动1 直接启动直接启动是中小型鼠笼式异步电动机的首选的常用启动方法 这种启动方法就是直接给电动机定子绕组加上额定电压 优点 启动快 方法简单缺点 启动电流大 因而只有在电源容量允许的情况下才可以采用直接启动法 2 降压启动在不允许直接启动的场合 为限制启动电流 启动时用降低电压的方法来减小启动电流 当启动过程结束后 再加上全压运行 优点 此方法使启动转矩显著降低 只适用于电动机空载或轻载下启动 常用的降压启动方法 a 星形 三角形 y 换接启动b 自耦变压器启动法 1 星形 三角形 y 换接启动如果电动机在正常工作时 其定子绕组是连接成三角形的 则在启动时可将定子绕组连成星型 待电动机转速接近额定值时再换成三角形接法而进入正常运行 这种方法简称为星 三角启动 星形 三角形换接启动常采用手动式星 三角启动起器来实现 2 自耦变压器启动法对正常运行时为y形接线及要求启动容量较大的电动机 不能采用y 启动法 常采用自耦变压器启动方法 自耦变压器启动法式利用自耦变压器来实现降压启动的 用来降压启动的三相自耦变压器又称为启动补偿器 三相异步电动机的调速调速就是指在电动机的负载不变的情况下得到不同的转速 n0旋转磁场的转速n转子转速s 转差率 n0 n n0 n n0 1 s n 60f p 1 s f电源频率p极对数 n n0 ss 0即三相异步电机若要改变异步电动机的转速 方法如下1 改变p 变n0变极调速2 改变f 变n0变频调速第二种方法不能只改变f 因为这样可能引起电动机过电流 烧毁电动机 因此 应该按照一定的规律同时改变其定子电压和频率提供的供电电源 已达到变频调速的目的 电气安全电气设备在正常运行时以及在预期的非正常状态下不会危害人体健康和周围设备 当电气设备发生非预期的故障时 应能切断电源 将事故限制在允许的范围内 安全电压及应用范围我国规定工频有效值42 36 24 12 6v为安全电压 1 凡手提照明灯 危险环境和特别危险环境的携带式电动工具 一般应采用42v或36v安全电压 2 凡金属容器内 隧道内 矿井内等工作地点狭窄 行动不方便以及周围有大面积接地导体的环境 应采用24v或12v的安全电压 触电当人体触及带电体 电流通过人体进入大地或其他导体 形成导电回路 这种情况就叫触电 触电形式1 单相触电单相触电是指在地面或其他接地导体上 人体某一部位触及电源的一根相线或相线相接的带电物体的触电事故2 两相触电两相触电是指人体同时触及同一电源系统的两根相线 这是最为严重的触电形式 按触电对人体的伤害可分为 电击 和 电伤 1 电击指电流流经人体内部 引起疼痛发麻 肌肉抽搐 严重的会引起强烈痉挛 心室颤动或呼吸停止 甚至由于因人体心脏 呼吸系统和神经系统的知名伤害 造成死亡 绝大部分触电死亡事故是电击造成的 2 电伤指电对人体外部造成局部伤害 即由电流的热效应 化学效应 机械效应对人体外部组织或器官的伤害 如电灼伤 金属溅伤 电烙印 保护接地和保护接零在正常情况下 一些电器设备如电动机 家用电器等的金属外壳是不带电的 当绝缘遭受破坏或老化失效导致外壳带电时 人体触及外壳就会触电 保护接地和保护接零是防止这类事故发生的有效措施 1 工作接地电力系统中 为了运行的需要 将中性点与大地连接称为工作接地 我国对110kv及以上和400v以下的电力系统均采用工作接地 2 保护接零在1kv以下中性线 零线 有工作接地的电网中 一切电气设备正常情况下部带电的金属外壳以及和它相连的金属部分与零线作可靠连接 称为保护接零3 保护接地在1kv以下中性线不接地的低压电网中 一切电气设备正常情况下不