电气工程概论期末复习(华侨大学)

1、2016.1电气工程概论复习第一章 绪论1、 电气工程概念：电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，是以电工科学中的理论和方法作为基础的工程技术；5个基本方向：电机与电器及其控制技术、电力电子技术、电力系统及其自动化技术、高压与绝缘技术、电工新技术。第二章 电机与电器基础2、4大开关电器及其用途a） 断路器：电力系统正常或故障时关合和开断电路；b） 隔离开关：将高压设备与电源隔离，保证检修人员安全；c） 熔断器：电路故障或短路时，熔体熔断开断电路；d） 电压控制电器：接通、分断低压交直流的控制电路。3、 低压电器：额定电压1200V以下；高压电器：额定电压3Kv以上。4、 真空断路

2、器：真空作为触头间的绝缘和灭弧介质的断路器a) 结构：操动机构、支撑用的绝缘子、真空灭弧室；b) 优点：绝缘性能好、机械寿命和电气寿命高、适合于操作频繁的场所；c) 特点：绝缘性能好，触头开距小；要求操动机构提供的能量小；电弧电压低、能量小，开断时触头表面烧损轻微，因此机械寿命和电气寿命高；适合在操作频繁的场所。d) 触头类型及特点i. 圆盘形触头：结构简单、易于制造；只能在不大的电流下维持电弧为扩散型，用于开断电流要求不大的真空开关和真空接触器上；ii. 横向磁场触头：iii. 纵向磁场触头：e） 触头材料的4大要求：耐弧性能好；截断电流小；抗熔焊性能好；含气量低；f） 真空灭弧室的基本结构

3、：绝缘外壳、波纹管、动静触头等真空灭弧室的屏蔽罩: 主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩、均压屏蔽罩；主要作用:防止金属蒸气喷溅到绝缘外壳的内表面，避免内表面的绝缘性能下降；有冷凝效果，散热面积大，有利于开断性能的提高；屏蔽罩的存在会影响动、静触头的电场分布，设计得当有利于触头间绝缘强度的提高。波纹管：液压成型（过冲行程不宜过大，以免降低其使用寿命）、薄片焊接成型（疲劳寿命长，通常用于机械寿命要求长、额定电压等级高、触头行程大的真空断路器中）；变压器5、 干式变压器优点：i. 安全、防火、无污染，可直接安装在负载中心；ii. 防潮性能好，停运后不经预干燥即可投入运行；iii. 损耗低、局部放电量低、噪声小，

4、散热能力强；iv. 免维护、安装简单、可靠性高，综合运行成本低。6、 变压器基本参数（4）：额定电压U1N、U2N；额定容量SN；额定电流I1N、I2N；额定频率fN。7、 变压器的损耗：铁损耗（空载损耗）和铜损耗（短路损耗）P268、 电力变压器分类：a) 按用途：升压、降压（配电）、联络变压器；b) 按相数：单向、三相；c) 按绕组数：自耦变压器、多绕组变压器（双绕组、三绕组、分裂绕组）；d) 安绝缘介质：油浸式、干式、SF6气体绝缘变压器；9、 为什么要提高送电电压？容量一定的电力系统，电压越高，线路中的电流越小，输电线路的损耗越小，要求的线路导线直径也越小，电力系统施工及运行也越经济。

5、10、励磁电流仅占一次绕组额定电流的2%-10%。11、三绕组变压器：三绕组变压器的 能量由一个绕组传递到另外两个绕组，相互功率传递较大的绕组尽可能靠近，这是布置三个绕组所遵循的原则，同时还兼顾到绕组间绝缘的问题。升压变压器：1 3 2 | 2 3 1降压变压器：1 2 3 | 3 2 1（1-高压绕组；2-中压绕组；3-低压绕组）分裂绕组变压器：在正常运行时和低压侧短路运行所呈现的电抗值相同，其抗突发短路能力较常规产品高，可在完成变换的同时实现短路电流的限制，客服了用常规变压器并联同步运行时的困难和环流损耗大的缺点12、钟时序法：若规定高压侧绕组的感应线电压相量始终指向12点，则低压侧绕组所

6、对应的感应电压相量所指的小时数，就称为标号。13、变压器并联运行的条件：a) 各台变压器一、二次侧的额定电压相同，变压器连接组的标号相同（实现空载运行时并联变压器之间无环流的充分必要条件）。b) 各台变压器的阻抗电压相对值相等，各台变压器的短路阻抗幅角相等（保证带负载后，各台并联变压器能够按其相应容量按比例自动分配负载，并且发挥最大装机容量）。14、三绕组变压器的容量：指最大的一个绕组容量。15、我国制定的容量配合标准按高压、中压、低压顺序有100/100/100、100/50/100、100/100/50（以变压器额定容量百分数表示）三种，二、三次绕组一般不能同时满载运行。16、电流互感器使

7、用注意事项：a） 二次绕组绝对不允许开路；b） 二次绕组和外壳必须可靠接地；17、电磁式电压互感器（电压互感器分2种：电磁式和电容式）使用注意事项：a） 二次绕组决不允许短路；b） 二次绕组和铁芯必须可靠接地；c） 二次负载不宜接太多，以免降低负载阻抗，影响测量的准确度。限制电器18、 电力电容器a） 功能：储存电能（电荷），另外还具有实现对电网的无功补偿（限制功率因数的下降）、滤除高次谐波（限制高次谐波）等功能，对提高电能质量、提高电网运行的经济性、可靠性有重要的作用。b） 性能指标：i. 损耗正切角（tan=P/Q)；ii. 自放电时间常数（T=RC）；iii. 耐压性和比特性。c） 无功

8、补偿的原理：电力系统中的感性负载较大时，会使母线上的电流之后电压一定的电角度，与之对应的功率因数为cos，有功功率为P=UIcos，无功功率Q=UIsin，当增大，会使无功增大，有功传递能力降低，造成浪费，并联电容器，会使得功率因数角减小，从而使有功功率增大，无功功率减小，达到补偿的目的。d） “涌流”的概念：对电容器（组）进行投切时，会在电容器（组）之间和母线上出现一个高频衰减电流，其幅值通常是电容器工作电流的几倍甚至几十倍。19、 雷闪过电压：a) 分类：直击雷过电压、感应过电压。b) 危害：对输电线路和电力设备造成危害，引起发热和机械应力，损坏电气设备，甚至引起爆炸和火灾。20、 避雷装

9、置和避雷器的区别：a) 避雷装置：i. 定义：是一种接地良好的导电装置，可以用来保护物体免遭雷击（引雷装置、接地装置和连接他们的引下线组成）；ii. 工作原理：将雷电吸引到金属针上并将雷电流安全导入大地，从而保护输电线路免遭雷击，与避雷针相同，只是保护宽度范围较小。b) 避雷器：i. 定义：与避雷装置工作原理不同（分保护间隙、管式避雷器、阀式避雷器）。ii. 工作原理：可先于保护电器动作放电，限制由线路传来的雷电冲击电压和操作过电压，完成保护后迅速恢复原来的对地绝缘的状态，准备下次的保护动作。同时使系统恢复正常工作状态。21、 伏秒特性：是指避雷器的绝缘介质在不同的幅值冲击电压作用下，冲击电压

10、值与放电时间之间的关系曲线，是综合衡量避雷器保护效果的重要依据。P4522、 电抗器：a) 作用：用于实现电力系统和工业用户的限流、无功补偿、移相等功能，对提高电能质量、提高电网运行的可靠性、降低系统的故障具有重要的意义。b) 基本参数：i. 额定电感LN；ii. 额定电压UN；iii. 额定电流IN；iv. 电抗百分比xN%：指电抗器在额定电流下，绕组两端的电压降与系统每相额定电压值之比的百分数，即；U为绕组两端电压降。23、 消弧线圈：是一个带有铁芯的电感线圈，也称为中性点接地的电抗器。对于中性点不接地的电力系统，若短路电容电流过大，通常需要装设接地消弧线圈，用来补偿输电系统对地故障时的容

11、性电流。电机学24、 电机a) 概念：电机是一种用来进行电能与机械能相互转化的电磁装置，它的运行原理建立在电磁感应定律和电磁力定律基础上。b) 分类：i. 按电机用途分：发电机、电动机、控制电机。ii. 按电流类型分：同步电机、异步电机iii. 按电机的相数分：单相电机、多相电机25、 直流电机的3种励磁方式：a) 由永磁体励磁，称为永磁直流电机；b) 由电机本身提供电流（分并励、串励、复励）；c) 由其他的电源（如晶闸管变流器）供电，称为它励直流电机。26、 直流电机的电磁转矩a) 拖动转矩：和电磁转矩的方向和转向相同，它克服外加的转矩，带动外部装置一起旋转；b) 制动转矩：和电磁转矩的方向

12、和转向相反，抵抗外部拖动转矩。27、 直流电机优良的动态性能：，直流电机的电磁转矩与电枢电流、每极磁通成正比关系，电磁转矩随电流线性变化，因此具有良好的动态性能（调速性能）。28、 它励直流电动机的调速：a) 分类：i. 串电阻调速：优点（实现简单，适用于低速短时运行的拖动装置），缺点（调速是机械性能变软，静差率增大，稳定性减弱；只能低于额定转速，调速范围小；串电阻要消耗电功率，因此经济性能差；接地电阻是分级的，只能实现有级调速，平滑性差）；ii. 调压调速：能量损耗小，因此调压经济性好；iii. 弱磁调速：优点（控制方便、调速平滑、经济性好），缺点（调速范围窄，受电机机械强度和换向火化的限制

13、，转速不能太高）29、 转差率的概念、不同状态小的范围：a) 概念：转子的转速n与定子产生的旋转磁场的转速（同步速度）的差值与同步速度n1的比值。b) 范围：0<s<1（电动机）；s<0（发电机）；s>1（电磁制动）。30、 异步电机的调速方式：a) 变极调速b) 变频调速c) 变转差率s调速31、 同步电机的3钟主要运行方式：发电机、电动机、调相机32、 电枢反应概念：电枢磁动势对气隙磁场的影响。33、 时空矢量图：P7934、 同步电机并网运行的条件：a) 发电机的频率和电网频率相同；b) 发电机和电网的电压波形要相同；c) 发电机和电网电压的大小、相位要相同；d)

14、 发电机和电网的相序要相同。35、 功角的概念：P83、P84图为内功率因数角，为功角，它表示发电机励磁电动势E0与电枢端电压U之间的夹角。第3章 电力电子技术35、 晶闸管的关断特性：通常采用外加反压的方法将已导通的晶闸管关断。反压可以利用电源、负载和辅助 换流电路来提供。36、 维持电流：指晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安；擎住电流：晶闸管刚从阻断状态转变为导通状态并撤除的门极触发信号时，维持元件导通所需的最小阳极电流。一般比维持电流大2-4倍。擎住效应：若IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的集电极电流Ic大到一定程度，这个Rbr上的电压足以使晶体管开通，经过连锁反应，可使

15、寄生晶体管导通，从而IGBT栅极对器件失去控制，这就是所谓的擎住效应。37、 过电压保护措施：a) 交流侧：对于交流侧发生的过电压，大体可采取加借避雷装置保护，变压器附加屏蔽组接地或变压器星形中点通过电容接地方法，采用阻容保护或整流式阻容保护，也可采用压敏电阻或硒堆等非线性电阻进行保护；b) 直流侧：对于直流侧发生的过电压，也可采用阻容、压敏电阻等器件来进行保护；c) 主电路：元件阻容吸收。第四章 电力系统及其自动化技术38、“电力系统”、“电力网”、“动力系统”的区别：电力系统：由生产、变换、传送、分配、消耗电能的电气设备（发电机、变压器、电力线路及各种用电设备等）联系在一起组成的统一整体；

16、电力网：电力系统中除去发电机和用电设备的部分；动力系统：指电力系统和发电厂动力部分的总合。所以，电力网是电力系统的一个组成部分，电力系统又是动力系统的一个组成部分。39、 电力网结构类型、适应场合：a) 组成：输电网和配电网b) 结构类型（6）：P160图示i. 放射式（最简单的电网结构，运行调度和控制最为方便，但单回线路供电可靠性不高）；ii. 链式结构（是放射式结构的拓展，但可靠性低于放射式结构）；iii. 环式结构（有较好的可靠性与经济性，但当某一线路退出运行后，电压质量可靠较差）；iv. 串式结构（可靠性高，对个发电厂间联系较弱，运行稳定性相对较差）；v. 干线式结构（投资最省但可靠性

17、很差，只适合用于负载密度小、可靠性要求不高的配电网）；vi. 网格式结构（适用于负载密度很大，电压质量和可靠性要求很高的城市配电网）40、 选择电压等级的原则（3）：a) 应符合国家标准；b) 根据我国电力工业发展迅速的特点，电压等级不宜过多，以便减少变压重复容量，同一地区、同一电网内，应尽可能简化电压等级。电压级差不宜太小。（根据国外经验，110kV以下（或称电网配电电压的等级），电压级差一般在3倍以上；110kV及以上（或称电网输电电压等级），电压级差一般在2倍左右）；c) 我国现有电网的电压等级配置大致分为两类，即110/220/500kV或110/330/750kV。220kV以下的电

18、压等级的配置为10/63/220kV及10/35/110/220kV两种系列。41、 变电站的主要设施（5）：a) 配电装置：是交换功率和汇集、分配电能的电气装置的组合设施（母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器等）；b) 电力变压器：是变换电压的设备，它连接着不同的电压的配电装置，习惯称为变电站的主变压器；c) 控制、测量、信号、保护和自动装置：是保证电气设备安全运行的监控和保护手段；d) 通信设施：有微波通信、载波通信和光纤通信等；e) 补偿装置：电力网内无功功率要求就地平衡，为了平衡变电站供电范围内的无功功率，在变电站内装设并联电容器组或同步调相机；为了补偿远距离输电线路

19、的充电功率，需要在变电站内装设并联电抗器；为了增强系统稳定性，提高线路输电能力，优势还需要再变电站中装设串联电容器组。42、 直流输电的特点及应用：a) 特点（7）：i. 直流架空线路结构简单（只需两根导线）、造价低、损耗小；ii. 电缆耐受直流电压的能力比交流电压约高3倍以上；iii. 直流输电本身无交流输电的稳定性问题；iv. 采用直流输电可实现电网间的非同步互联，不增加被联电网的短路容量，被联电网可以是不同频率或非同步独立运行，增强了电网的独立性和可靠性，运行管理也方便；v. 利用直流输电的快速控制，可改善交流系统的运行性能；vi. 直流输电采用大地为回路，直流电流向电阻率很低大地深层流

20、去，可很好地利用大地这个导体；vii. 直流输电换流站比交流输电的变电站增加了换流装置及相关的配套设备；b） 应用场合：i.采用交流输电在技术上有困难或不可能，只有采用直流输电的场合(如不同频电网之间的联网或向不同频率的电网送电、因稳定问题采用交流输电不能联网、长距离电缆送电采用交流电缆因电容太大而无法实现时等）；ii在技术上采用交流输电或直流输电均能实现，但采用直流输电的技术经济性能比交流输电好。43、 直流输电的应用范围主要有：a) 远距离大容量输电；b) 电力系统联网；c) 远距离海底电缆送电；d) 大城市地下电缆送电；e) 轻型直流输电44、 电力系统的负载分类：异步电动机负载、电热负

21、载、整流负载、照明负载（按行业用电的特点分为工业负载、农业负载、交通运输业负载、人民生活用电负载等）45、 潮流反转：直流输电系统可快速方便地进行输送功率方向的反转（利用两端控制系统可方便快速的改变直流电压的极性，从而实现潮流反转）。46、电力系统分析内容: 稳态分析、故障分析、暂态分析；47、稳态分析的主要方法: 潮流计算； 故障分析的主要内容: 短路电流计算； 电磁暂态过程分析: 主要研究电力系统故障和操作过电压及谐振过电压，一次与二次系统相互作用的控制暂态过程，电力电子设备的快速暂态过程，变压器、断路器等高压电气设备和输电线路的绝缘配合及过电压保护的选择，降低或限制电力系统过电压技术措施

22、的制定，以及为电力电子控制设备的设计提供依据等。 机电暂态过程分析: 主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动后的静态稳定性能。48、电力系统的2种分析方法: a） 对称分量法: 将三相交流电力系统的三个相量分解为正序、负序、零序三序对称分量，用于三相交流电力系统不对称故障和操作下电压、电流的计算； b） 同步电机基本方程（派克方程）: 描述了同步电机的电压、电流、磁链等机械量之间的相互关系，奠定了同步电机暂态分析的基础。49、电力网导纳矩阵特点: a） 节点导纳矩阵是一个对称的方阵，矩阵的非对角元素Yij=Yji； b） 节点导纳矩阵是一个零元素很多的稀疏矩阵。 电力系统阻抗矩阵特

23、点: a） 节点阻抗矩阵是一个对称的方阵，矩阵的非对角元素Zij=Zji； b） 节点阻抗矩阵是一个没我 零元素的满矩阵。50、潮流计算 a） 基本概念: 潮流计算的按给定的电力系统接线方式、参数和运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参量的计算。 b） 基本要求: 、计算方法的可靠性和收敛性； 、对计算机存储量的要求； 、计算速度； 、计算的方便性和灵活性。51、短路： 短路是电力系统的一种故障形态，是处在正常运行中的线路或电气设备相与相之间或相与地之间发生的直接或经过外部阻抗的非正常连通。 同步电机定子短路电流含3种分量：基波分量、直流分量、其他频率的周期分量。52、简单电力系统示意图：P18152、继电保护 a） 概念：是指当电力系统的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生了故障或发生危及其安全运行的事件时，向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。 b) 4点要求： 、可靠性（分两方面：可信赖性、安全性）； 、选择性； 、快速性； 、灵敏性。 c) 基本原理： 、电流保护的原理； 、低电压保护的原理； 、低阻抗保护的原理； 、方向保护