电气基础知识培训文档

1、精品文档交流精品文档交流精品文档交流阳城电厂非电气专业人员电气知识应知应会培训教案电气专业组“电气”是一门科学，在发电厂中特指一个专业，在电力系统中则涉及发、输、变、配、用等各环节。 “电气”可以这样来理解：电气是大范围、大概念， “电器”多指具体的用电设备，比电气的概念小， “电气”是系统，包含了“电器”以及“电器”与电的连接、控制关系。电气是大家习约成俗、默许公认的一个概念。或者说 “电气”就是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学。“电气”涉及到社会活动的方方面面，不仅工矿企业、居民生活要用到，就连航空、航海、航天均离不了它。在发电厂中，它和各专业联系

2、密切，贯穿于发电生产的全过程。 因此， 作为发电厂的各类工作人员，都有必要了解一些电气方面的基本知识。根据筹建处领导的指示精神，我们编制了“阳城电厂工作人员（非电气专业）电气知识应知应会培训方案”， 目的在于使大家掌握电气方面的基本知识和操作技能，提高电气素养，有利于今后各专业之间的工作配合。本“方案”分为电工原理、工厂供电与安全用电以及发电厂电气自动化三个部分。第一部分“电工原理”能够使大家对电气基础理论有一个基本认识；第二部分“工厂供电与安全用电”将介绍发电厂发供电及用电方面的知识；第三部分“发电厂电气自动化”简要介绍电气控制及自动装置基本原理和要求；经过36 个月的学习培训，电厂非电气专

3、业人员应能达到发电厂电气专业初级工的理论和操作水平。目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 第一章 电路的基本概念和基本定律6电路和电路模型 6电路的基本物理量 6电阻、电感和电容 8电压源和电流源 9受控电源11基尔霍夫定律 12电功率和电位的计算 15 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 第二章 正弦交流电流电路19正弦交流电的基本概念 19正弦量的相量表示法 22R、 L、 C 的相量模型24功率因数及其提高 30 HYPERLINK l bookmark150 o

4、 Current Document 第三章 三相电路33三相电源33三相电路负载的联结34 HYPERLINK l bookmark196 o Current Document 第四章 接地与接零38接地的概念38接地系统38接地电阻38接地分类及作用39接地中电压概念39低压配电系统39安全电流与安全电压42 HYPERLINK l bookmark204 o Current Document 第五章 异步电动机44三相异步电动机的结构与工作原理44三相异步电动机的等效电路及参数47异步电动机的电磁转矩与机械特性49三相异步电动机的启动、调速和制动50三相异步电动机的选择53 HYPERLI

5、NK l bookmark262 o Current Document 第六章 铁心线圈和变压器55磁路的概念和定律55单相变压器56 HYPERLINK l bookmark284 o Current Document 第七章继电接触器控制59常用控制电器59三相异步电动机的基本控制电路62 HYPERLINK l bookmark288 o Current Document 第八章同步发电机69同步发电机原理及旋转磁场69同步发电机的构造 71同步发电机的电枢反应 73同步发电机的特性 74同步发电机的并列及负荷调节76功角特性及功率调节 77 HYPERLINK l bookmark29

6、4 o Current Document 第九章 倒闸操作80倒闸操作的一般规定 80倒闸操作的分类 80操作票 80倒闸操作的基本条件 80倒闸操作的基本要求 81接地线装拆要求 81 HYPERLINK l bookmark296 o Current Document 第十章 工作票82填用第一种工作票的工作： 82填用第二种工作票的工作：82填用事故应急抢需单的工作： 82工作票的填写与签发 82工作票的使用 82 HYPERLINK l bookmark298 o Current Document 第十一章常用测量仪表83钳形电流表 83兆欧表（摇表） 83万用表 84 HYPERLI

7、NK l bookmark300 o Current Document 第十二章发电机励磁系统89概述 89汽轮发电机结构及工作原理 89励磁系统的作用 90发电机励磁方式 90励磁调节器 93 HYPERLINK l bookmark308 o Current Document 第十三章继电保护104概述 104发电机保护的配置105发电机保护的分类及特点106 HYPERLINK l bookmark315 o Current Document 第十四章发电机同期装置118概述 118同期电压的引入电路 119同期系统的同期测量表计及闭锁回路 121手动准同期装置 124微机型同期装置的功

8、能特点 129 HYPERLINK l bookmark323 o Current Document 第十五章厂用电备自投装置（快切装置）132概述 132工作原理132切换方式原理 133相关产品介绍 134 HYPERLINK l bookmark325 o Current Document 第十六章可编程控制器（PLC）136概述 136可编程控制器的结构和工作原理136可编程控制器的程序编制139精品文档交流精品文档交流第一章电路的基本概念和基本定律本章将介绍电路和电路模型的概念、理想电路元件及其伏安特性、电路中的基本物理量、和 基本定律。着重讨论电流和电压的参考方向、基尔霍夫定律及电

9、路等效原理等。通过本章内容的 学习可了解和掌握电路中的基本概念和定律，为后续分析复杂电路打下一个基础。电路和电路模型实际电路及其基本功能人们在生产和生活中使用的电器设备如：电动机、电视机、计算机等都由实际电路构成。实 际电路的结构组成包括：电源、负载和中间环节。其中电源的作用是为电路提供能量，如发电机 利用机械能或核能转化为电能，蓄电池利用化学能转化为电能，光电池利用光能转化为电能等； 负载则将电能转化为其他形式的能量加以利用，如电动机将电能转化为机械能，电炉将电能转化 为热能等；中间环节用作电源和负载的联接体，包括导线、开关、控制线路中的保护设备等。在电力系统、电子通讯、自动控制、计算机以及

10、其他各类系统中，电路有着不同的功能和作 用。电路的作用可以概括为以下两个方面：一是实现电能的传输和转换，将电能转化为光能和热 能等，二是实现信号的传递和处理。理想电路元件和电路模型实际电路由各种作用不同的电路元件或器件所组成。实际电路元件种类繁多，且电磁性质较 为复杂。为便于对实际电路进行分析和数学描述，需将实际电路元件用能够代表其主要电磁特性 的理想电路元件(ideal element)或它们的组合来表示。理想电路元件(ideal element)是指只反映某一个物理过程的电路元件，包括电阻、电感、电容、电源等。图 11是电工技术中经常用到的三种理 想电路元件的电路符号。C 电阻元件R电感元

11、件L电容元件C图1-1三种理想电路元件的电路符号由理想元件所组成的电路称为实际电路的电路模型(circuit model),如图1-2中的白炽灯照明电路。图1-3是图1-2的电路模型。图1-2照明电路图1-3照明电路的电路模型电路的基本物理量在分析各种电路之前，我们先来介绍电路中的基本物理量包括电流、电压和功率及其相关的 概念。电流及其参考方向电荷的定向移动形成电流。在电场的作用下，正电荷与负电荷向不同的方向移动，习惯上规定正电荷的移动方向为电流的方向（事实上，金属导体内的电流是由带负电的电子的定向移动产生的）。电流的大小为单位时间内通过导体横截面的电量，用公式表示即i dq dt量纲：安培（

12、A）1kA=10-3A ； 1mA=10-3A； 10=10-6A。前面提到的电池提供的就是直流电流，通常直流电流用大写字母I表示，而随时间变化白电流用小写字母i表示。电流的参考方向 （reference direction）:是一种任意的选定的方向，当i0时参考方向与实际方向一致，当i0时参考方向与实际方向一致，当 u0 ,表明元件吸 收或消耗功率，称该元件为负载；如果 P 0元件分别吸收12W的功率，均为负载。图1-11 c、d中，非关联方向下P -4 3 W -12 W0元件分别发出12W的功率，均为电源。任何电路都遵守能量守恒定律，因此无论是关联方向还是非关联方向下，电路中元件的功率之

13、和为 0,即或者说，电路中所发出的功率等于所吸收的功率。例题1-3求Uab和Uad及各段电路的功率并指明吸收发出功率b + U _ e f【解】：Uab= Ua Ucb= -U1+U2= - (1)+(-3)= -4 VU1=1VI1=2AU2=-3VI2=1AU3=8VI3=-1AU4=-4VU5=7VU6=-3VUab= U4= -3VP1= -U1I1= -2W0 （发出）P2=U2l1= -6W0 （吸收）P4=U4l2= - 4W0 （产生）P5=U5l3= -7W0 （吸收）通常电业部门用千瓦时测量用户消耗的电能。为1千瓦的元件在1小时内消耗的电能。1 度电=1 kWh 3,600

14、,000 J如果通过实际元件的电流过大，会由于温度升高使元件的绝缘材料损坏，甚至使导体熔化； 如果电压过大，会使绝缘击穿，所以必须加以限制。电气设备或元件长期正常运行的电流容许值 称为额定电流（rated current ），其长期正常运行的电压容许值称为额定电压（rated voltage）;额定电压和额定电流的乘积为额定功率（rated power）。通常电气设备或元件的额定值标在产品的铭牌上。如一白炽灯标有 220V 40W,表示它的额定电压为 220V,额定功率为40W。电位的计算前面提到电位是与电压相关的概念。分析电路时，除了经常计算电路中的电压外，也会涉及到电位的计算。在电子线路中

15、，通常用电位的高低判断元件的工作状态，如：当二极管的阳极电 位高于阴极电位时，管子才能导通；判断电路中一个三极管是否具有电流放大作用，需比较它的 基极电位和发射极电位的高低。计算电路中各点电位时，一般选定电路中的某一点作参考点（reference node）,规定参考点的电位为 0,并用，表示，称为接地（并非真与大地相接），电路 中其他各点的电位等于该点与参考点之间的电压。我们以图1-12为例来讨论电路中各点的电位。图1-12电路中的电位以O点为参考点，则V a 10V内-尸小4V若以a点为参考点，则V a =0VK =5 J -4Vgv口=隗一匕=由以上计算可知，参考点选的不同，电路中各点的

16、电位也不同，但任意两点间的电压是不变的。在电子线路中，通常将电路中的恒压源符号省去，各端标以电位值。如图1-13a可以简化为图 1-13bJL_号15 V JL电一帖甘1=1口 =3uj1 七昨京） ，凡 C?-15 v5Z-U福电路bO商化电酷例题1-4 求图1-14电路中的电位 Vb-5V图1-14例题1-4的图精品文档交流精品文档交流精品文档交流第二章 正弦交流电流电路正弦交流电的基本概念正弦量正弦量：随时间t按照正弦规律变化的物理量，都称为正弦量，它们在某时刻的值称为该时 刻的瞬时值，则正弦电压和电流分别用小写字母i、u表示。周期量：时变电压和电流的波形周期性的重复出现。周期 T:每一

17、个瞬时值重复出现的最小 时间间隔，单位：秒(S);频率f:是每秒中周期量变化的周期数，单位：赫兹( Hz)。显然, 周期和频率互为倒数，即 f=1/T。交变量：一个周期量在一个周期内的平均值为零。可见，正弦量不仅是周期量，而且还是交 变量。2.1.2正弦量的表达式函数表示法：f(t) FmCOS( t )Fm 一最大值，反映正弦量在整个变化过程中所能达到的最大值;t一相位，反映正弦量变动的进程； 一角频率(rad/s ),反映正弦量变化的快慢2,T 2 , 2 f (T一正弦量的三要素。)初相位，反映正弦量初值的大小、 正负。Fm,已知 Im 10A, f 50Hz,15,则 i(t) 10c

18、os(314t 15o)A。波形表示法t 0, t 。当 0时，最大值点由坐标原点左移。如下图。八 i(t)两个同频率正弦量的相位差设 u(t) Umcos( t u) i(t) I m cos( t i)则U与i的相位差(t u)( t i) u i可见，对两个同频率的正弦量来说，相位差在任何瞬时都是一个常数，即等于它们的初相之差，而与时间无关。的单位为rad(弧度)或？(度)。主值范围为|力尽我如果4=u-i0 (如下图所示)，则称电压u的相位超前电流i的相位一个角度度 上简称电 压u超前电流i角度 上意指在波形图中，由坐标原点向右看，电压u先到达其第一个正的最大值， 经过 外电流i到达其

19、第一个正的最大值。反过来也可以说电流i滞后电压u角度6如果(f)=u-iV0,则结论刚好与上述情况相反，即电压 i超前电压u 一个角度 母|。又设 u(t) Umcos( t )(1) ui(t) U mi cos( t 1) 当 1 ，则=W u - W i=0 。u滞后电流i 一个角度|，或电流10 , W与u同相。如下图 (j)(2)必 U m2 COS( t 2)当 22(这里忏 甲2= +兀2 m , u2与u正交。如下图 2(3)(t) Um3cos( t 3)当 33 m ,用与u反相。后甲甲2 =注意：1.函数表达形式应相同，均采用 sin或sin形式表示。如u(t) 100c

20、os( t 15o)V _o _oi(t) 10sin( t 30 ) 10cos( t 60 )Ao oo15( 60 ) 753.当两个同频率正弦量的计时起点2.函数表达式前的正、负号要一致。当0,取一，0,取+(即波形图中的坐标原点)改变时，它们的初相也跟着改变，但它们的相位差却保持不变。所以两个同频率正弦量的相位差与计时起点的选择无关。2.1.3正弦量的有效值f(t)一任意周期函数F J1 T f 2dt 方均根值 ,T 0可见，周期量的有效值等于它的瞬时值的平方在一个周期内积分的平均值取平方根。因此, 有效值又称为方均根值。当周期量为正弦量时，将 f(t) Fm cos( t 弋人上

21、式得F J； 0T F m 8s( t i) 2dt其中丁t 1 cos 2 ( tI2I0 cos ( ti)dt02所以F J F 2F-0.707 F- T F m 2. 2F r T F m 0 cos 2( t)一 dt)dt i1L 一F Fm, Fm J2f只适用于正弦量。2这样正弦量的数学表达式写为f(t) J2Fcos( t )。因此，正弦量的有效值可以代替最大值作为它的一个要素。对于正弦电流i=ImSin(cot+ i)的有效值为I = Im/ ,2=0.707Im同理，正弦电压 u= Umsin( w t+ u)的有效值为U = Um /&=0.707Um在工程上，一般所

22、说的正弦电压、电流的大小都是指有效值。例如交流测量仪表所指示的读数、交流电气设备铭牌上的额定值都是指有效值。我国所使用的单相正弦电源的电压U=220V,就是正弦电压的有效值，它的最大值Um= 22 U = 1.414 220 = 311Vo应当指出，并非在一切场合都用有效值来表征正弦量的大小。例如，在确定各种交流电气设 备的耐压值时，就应按电压的最大值来考虑。2.2正弦量的相量表示法相量令正弦量f(t) Fmcos( t ) &Fcos( t )，根据欧拉公式，可知jxe cosx jsin x ,取 x t则 ej( t ) cos( t ) jsin( t )cos( t ) Re ej(

23、 t )sin( t ) Im ej( t )g于是 f(t) Fm Reej(t ) ReFmej(t ) ReFmejejt ReFm ejtjFm FmeFm取大值相重。Um 2202 300V可以表示一个正弦量的复值常数称为相量u(t) 220、2sin(314t 30o)V.2FggF F一有效值相量Fm上述表明，可以通过数学的方法，把一个实数域的正弦时间函数与一个复数域的复指数函数 一一对应起来，而复指数函数的复常数部分是用正弦量的有效值(最大值)和初相结合成一个复 数表示出来的。运用相量进行正弦稳态电路的分析和计算，可同时将正弦量(最大值)的有效值 和初相计算出来。有效值(最大值

24、)上方加的小圆点是用来与普通复数相区别的记号，在数学运 算上与一般复数的运算并无区别。相量既然是复数，它也可以在复平面上用一条有向线段表示。如下图所示为正弦电流，2lsin (co+i)的相量，其中Wi0o相量I的长度是正弦电流的有效值I,相量I与正实轴的夹角是正弦电流的初相。这种表示相量的图称为相量图。为了简化起见，相量图中不画出虚轴，而 实轴改画为水平的虚线。同频率正弦量的相量运算同频率正弦量的加减法例 1： Ui(t) Ulm cos( t 1), U2(t) U 2m COS( t 2 )。求 Ul(t) U2(t)。 g解：Ui(t) Ulm cos( t 1) Re U 1m ej

25、 tgu2(t)U 2m cos( t 2) Re U 2m ej tgu1(t) u2(t) Umcos( t ) Re Umej tggu(t) u1(t) u2(t) Re U1m ej t Re U 2m ej tg ggRe (U1m U2m)ej t Re U mej tg g g U m U 1m U 2m 上述计算也可以根据平行四边形法则在相量图上进行。相量的加减法只对应同频率正弦量的加减法。电路定律的相量形式KCL的相量形式KCL时域形式ik=0k 1当线性正弦稳态电路的电流都是同频率的正弦量时，gik(t)ikm cos( t ik) Re I km ej t因此，在所有时

26、刻，对任一节点的KCL可表示为ik(t)ReIm ej t Re( I m)ej t Re2(g j tj tI)e Re0 e 0于是很容易推导出 KCL的相量形式，即其中gI mk 0gIk 0 KCL的相量形式I mk= Imkejik = Imk / U ikI k = Ikejik = Ik/ W ik为流出该节点的第 k条支路正弦电流ik对应的相量。2.2.2.2 KVL 的相量形式KVL可表小为同理，在正弦稳态电路中，沿任一回路,oU mk = 0KVL的相量形式式中U mk、Uk为回路中第k条支路的电压相量。必须强调指出，KCL、KVL的相量形式所表示的是相量的代数和恒等于零，

27、并非是有效值的 代数和恒等于零。2.3 R、L、C的相量模型在正弦稳态电路中，三种基本电路元件R、L、C的电压、电流之间的关系都是同频率正弦电压、电流之间的关系，所涉及的有关运算都可以用相量进行，因此这些关系的时域形式都可以转 换为相量形式。正弦交流电路中的电阻元件伏安特性iR(t)0*-I D 0+UR)在电压和电流的参考方向关联时，电阻R的伏安关系的时域形式UR(t) R iR(t)当正弦电流iR=。2 I Rsin( 3 +。i)通过电阻R时,则 UR(t) RIRmsin( t i) URmSin( t u)Ur RIrURm配电压、电流的最大值(有效值)之间符合欧姆定律;Ur RIr

28、UR与iR同相iR(t)UR(t)gI R I R iggUr Ur u RIr i RIR则在电压和电流关联参考方向下电阻的伏安关系的相量形式 为gggu R R I r u Rm线性电阻的相量电路、相量图如下。gI R RgUrg2.3.1.2 功率:瞬时功率:由于瞬时功率p是由同一时刻的电压与电流的乘积来确定的，因此当流过电阻R的电流为iR=Mmsin(co +i)时，电阻所吸收的瞬时功率为PR（t）UR（t）iR（t）u Rm cos（ t2 ,2UrIr cos （ tu）lRm COS（ t i）i）UrIr UrIrCOS（2 t i）0常量两倍于原频率的正弦量可以看出，电阻吸收

29、的功率是随时间变化的，但pr始终大于或等于零，表明了电阻的耗能特性。上式还表明了电阻元件的瞬时功率包含一个常数项和一个两倍于原电流频率的正弦项，即电流或电压变化一个循环时，功率变化了两个循环。瞬时功率的波形图如下图所示。平均功率:瞬时功率在一周期内的平均值称为平均功率，记为P,即PrT120 pR （t）dt URIR 2 u Rm I Rm RI r在正弦稳态电路中，我们通常所说的功率都是指平均功率而言。平均功率又称为有功率。它 们的单位为Wo2.3.2正弦交流电路中的电感元件2.3.2.1伏安特性iL（9+ULLt）当电压和电流参考方向关联时，电感L伏安关系的时域形式为Ul当正弦电流iL（

30、t）l diLdt iLm sin( ti）通过电感L时可见UldiL dL标 LdtILmSin( t i) LILmcos( t i )LlLmSin( t i-) ULmSin( tu)2ULmLI LmUlLIl电压、电流的最大（有效）值之间符合欧姆定律。感抗值ULmUkl XlILm Il电压超前电流90ogi L(t) I Lm ILm igUL(t) U Lm U Lm u LI Lm i - j LI Lm 2ggU Lm j L I Lm1g., g伏安关系的相量形式U LjL I L上述式表明：在正弦电流电路中，线性电感的电压和电流在瞬时值之间不成正比，而在有效值之间、相

31、量之间成正比。此时电压与电流有效值之间的关系不仅与 L有关，还与角频率 3有关。当L值不变，流过 的电流值Il一定时，越高则Ul越大；越低则Ul越小。当3= 0（相当于直流激励）时，Ul = 0, 电感相当于短路。在相位上电感电压超前电流90?。线性电感的相量电路如下。1gLj L_Ul线性电感中正弦电压和电流的相量图图（a）所示。(a)2.3.2.2 功率:瞬时功率：当电感两端的电压为UL（t）= 2U Ulcosw t流过电感的电流为 iL（t）= 2 Il cos（-兀/2时，则瞬时功率为pL(t) = uL ?iL= 2UlIl cosco sinw t=UlIl sin2 t正弦稳态

32、电路中电感元件瞬时功率的波形图如下图所示。平均功率瞬时功率PL（t）仅为一个两倍于原电流频率的正弦量，其平均值为零，即Pl = 0也即在正弦电流电路中，电感元件不吸收平均功率。无功功率：为了描述电感元件与外部能量交换的规模，引入无功功率的概念。电感元件与外部能量交换 的最大速率（即瞬时功率的振幅）定义为无功功率Ql UlIl单位(Var)能量电感元件的瞬时能量则为WL(t)= 1 LiL2(t) = 1 L(0时，电感吸收能量，其贮能增长；当PLV0时，电感输出能量，其贮能减少。而电感的贮能在0与LIl2之间变动。在正弦稳态电路中，电感元件与外部电路总间不断进行能且交换的现象，是由电感的贮能本

33、质所确定的。2.3.3正弦交流电路中的电容元件伏安关系ic(t)+当电压和电流参考方向关联时，电容C的伏安关系的时域形式为ic CduCdt当正弦电压uC（t）U cm COS（ t u）加于电容C上时，iCCdtUCmSin(t u)CUcmSin(t u 2)可见I CmIcmSin( tC UCmLiCmci)电流最大（有效值）之间也符合欧姆定律。UcICUCmI CmXc容抗值IC C线性电容的相量电路如下。gu 90o j CU Cm伏安关系的相量形式gUc(t)Ucm Ucm ugiC(t)I Cm I Cm i cU Cm TOC o 1-5 h z ggICm j C U Cm

34、g1 g1 gU Cm I Cm j I Cmj CCU CC的相量模型线性电容中正弦电压和电流的相量图如图(a)所示。g(a)功率瞬时功率：当电容两端的电压为UC(t) = Uc m cos W t流过电容的电容iC(t)=IC m COS( 3 +兀/2时，则瞬时功率为 pc(t) = uc ic= 2Uc Ic sin tcosco h Uc Ic sin2 t正弦稳态电路中电容瞬时功率的波形图如下图所示。平均功率：Pc 0 C不吸收功率显而易见，电容元件的平均功率为零，即Pc =0无功功率：QcUcIc (Var)Ql UlIl 0吸收无功功率Qc UcIc 0发出无功功率能量电容元件

35、的瞬时能量则为Wc(t)= (C/2) uc2(t)= (C/2) Stuccos)2=(C/2) Uc2(1+cos2)其波形图如下图所示。电容贮能的平均值Wc= (C/2) Uc2由电容的功率及其能量的波形图看出，当 PCV0时，电容输出能量，其贮能减少；当 pc0 时，电容吸收能量，其贮能增长。而电容的贮能在0与CUc2之间变动。在正弦稳态电路中，电容元件与外部电路不断进行能量交换的现象，也是由电容的贮能本质确定的。2.4功率因数及其提高定义：当正弦稳态一端口电路内部不含独立源时，cos。用入表示，称为该一端口电路的功率因数。Pcos 一 S90o90o cos 0g超前U指容性网络，g

36、滞后Ug指感性网络。功率因数的提高:例1 ：在f 50Hz , U 380V的交流电源上，接有一感性负载，其消耗的平均功率Pi 20kW ,其功率因数cos 1 0.6。求：线路电流Ii。若在感性负载两端并联一组电容器, 其等值电容为374 口，求线路电流I及总功率因数cos 。ggIIid感性负载P1, P 20000解：I1 1 87.72AU cos 380 0.6 gg令 U 380 0V,则 II 87.7253.1oAggIc j CU j2 50 374 10 6 380 0o j44.6Ag g gI Il Ic 58.525.8oA ,则 I 58.5A, coscos25.

37、8o 0.9情况3:并联电容的作用：减小电流，提高功率因数*感性负载吸收的无功功率一部分由电源提供，一部分由电容提供。g情况1:情况2:给定P、cos 1,要求将cos 1提高cos ，求C = ?1c I1 sin 1 I sinPsin 1PsinP1(tg 1 tg ) CUU cos 1 U cosU- P ，、C(tg 1 tg )第三章三相电路三相电源1200时,则称为对称指三个最大值相等，角频率相同而初相位不同的正弦电压。若初相互差 三相电压。以UA为参考正弦量，它们的瞬时值表达式为UaU m cos tUbUcU m cos( t 120o)U m cos( t 120o)式中

38、3为正弦电压变化的角频率,Um为相电压幅值。用有效值相量表示时A gI B g I CU/0_U/ 120U/ 240U/120若将一组对称三相电压作为一组电源的输出,则构成一组对称三相电源,UbUa+OU+OU+.Uc1A相 X其波形如下图所示。对称三相电源的三个相电压瞬时值之和为零。ua+ ub + uc= 0Ua Ub Uc 0相序：对称三相电压到达正（负）最大值的先后次序A-BfC- A 顺序 A -CfB-A 逆序本章，无特殊说明，三相电源的相序均是顺序。三相电路负载的联结对称三相电路的联接3.2.1.1星形联结：联结方式中线：联接N , N的联接线Ub相电压：指每相电源（负载）的端

39、电压。线电压：指两端线之间的电压 相电流：流过每相电源（负载）的电流线电流：流过端线的电流中线电流：流过中线的电流线电压与相电压的关系： TOC o 1-5 h z . HYPERLINK l bookmark152 o Current Document U ABUAUBU A（1 1120o）U BCuBuC.330ou B HYPERLINK l bookmark154 o Current Document . HYPERLINK l bookmark156 o Current Document UcauCuA、330ouc相电压对称，线电压也对称；uLV3Up；线电压超前对应相电压 30

40、og g线电流与相电流的关系：IL IP3.2.1.2 三角形联接:联接方式:gI C A合回路中将产生根大的环行电流，造成严重恶果。线电压与相电压的关系：i&LUP线电流与相电流的关系： TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark113 o Current Document _?I AIabIca,330oI AB_?IBIbcI AB,330oIBC,_?IcIcaIbc.330oI cA相电流对称，线电流也对称；IL向P；线电流滞后对应相电流30o对称三相电路的计算三相四线制U NNgUa z 1gUb一1U ZV乙 I ANZ Zi1Zr-ZlI anZ Zi

41、Zng(UagUbgUc)Z ZiZnZIanUNN UI anU an ZIan-UlU anANZ .U aZ Zi一相计算等效电路中线阻抗不起作用I BNI AN120oU bnU an120oI CN I AN120oU cnU ano1203.2.2.2三相三线制： U nn0其余与四线相同3.2.2.3 三角形联接:运用上述星型联接计算结果，将三角形联接进行等效变换，化为星型联接。其中U A.3 30oz Z（等效变换）I ABI AB_Ua_3 30oZio120Ic I a120oo30BC.o .I AB 120 I C A IAB120oUa Z 、,3I BCI AB12

42、0oI CA I ABo12030o I ABI A120oI C I A120o第四章接地与接零接地的概念所谓“接地”，就是为了工作或保护的目的，将电气设备或通信设备中的接地端子，通过接地装置与大地作良好的电气连接，并将该部位的电荷注入大地，达到降低危险电压和防止电磁干扰的目的。接地系统所有接地体与接地引线组成的装置，称为接地装置，把接地装置通过接地线与设备的接 地端子连接起来就构成了接地系统V VVV接地电阻一般是由接地引线电阻，接地体本身电阻，接地体与土壤的接触电阻以及接地体周围呈现 电流区域内的散流电阻四部分组成。（接地电阻主要由接触电阻和散流电阻构成。）接地分类及作用按带电性质可分为

43、交流接地系统和直流接地系统两大类。按用途可分为工作接地系 统、保护接地系统和防雷接地系统。而防雷接地系统中又可分为设备防雷和建筑防雷。接地中电压概念对地电压：电气设备的接地部分Ud 。（离接地体越远越小）接触电压：在接地电阻回路上, （离接地体越远越大（就近接地）跨步电压：在电场作用范围内一个人同时触及的两点间所呈现的电位差,）（以接地点为圆心，20m为半径的圆周）称为接触电压Uc。，人体如双脚分开站立,Uk 。则施加于两脚的电位不同而导致两脚间存在电位差，此电位差便称为跨步电压,如接地外壳、接地线或接地体等与大地之间的电位差，称为接地的对地电压低压配电系统现今的接地，接零系统多采用国际电工委

44、员会（IEC）规定的标准。按IEC规定，低压 配电接 地，接零系统分有IT、TT TN三种基本形式：在 TN形式中又分有 TN-C TN-S和TN-C-S种派生形式：其形式划分的第1个字母反映电源中性点接地状态；T （法文Terre ）表示电源中性点工作接地；I （法文Isolant ）表示电源中性点没有工作接地（或采用阻抗接地）；形 式的第2个字母反映负载侧的接地状态；T表示负载保护接地，但与电源接地相互独立；N（Neutre） 表示负载保护接零， 与电源工作接地相连。 第3个字母C （法文Combinasion ）一 表示零线（中性线）与保护零线共用一线； 第4个字母S （法文Separa

45、teur ）一表示零线（中性线） 与保护零线各自独立，各用各线。对于这5种形式，其特点和应用范围分述如下：TT系统：三相四线供电系统，属保护接地。如电源侧中性点接地，其接地电阻大，则较为安全，此时属小接地电流系统。在接地短路时，其余两相对地电压变大，介于220 380V之间，但设备正常运行时， 其外壳没有接零保护的三相不平衡电流和电压，这是TT系统的主要优点。为安全起见，TT系统常与漏电保护和断零保护相配合使用。ABCN外壳接地IT系统：三相三线供电系统，属保护接地，电源侧中性点与地绝缘。或经大阻抗接地。在单相碰壳接地时，接触电压易于控制在安全值内；在保证人身和设备安全的同时，用电设备仍能正常

46、工作。这种系统的漏电电流值不会很大，不能使保护装置及时动作，由于这种系统没有断零保护，因而不能设置零线 N,故无法取得220V电压用于照明，这是其缺点，并且其一相碰地时，Ic -L负载外壳接地导线对地分布电容.|111其他两相对地电压为 380V,对人身更为危险。TNHC系统：三相四线供电系统，属保护接零。电源侧中性点接地，接地电阻很小，是大电流接地系统。该系统保护零线和工作零线共用一根导线（PEN）,简单经济，但PENB不能装熔断器,并且一旦断线将破坏系统稳定，构成对人体和设备的危险。这一系统出现单相接地故障时，其故 障电流较大，但不及相间短路电流大，因而以相同短路来设计的线路保护装置一般不

47、能及时切断故障线路。此外，这一系统的PENB上除有中线正常的三相不平衡电流外，还会有对人体有危险 的高次谐波电流。因此，这一系统是一个弊大于利的系统。PENTN-S系统：三相五线供电系统，属保护接零，中线 N与零线PE分开。电源侧中性点同样 接地，也是大电流接地系统。系统的三相不平衡电流不经PE线，减轻了 TN-C系统的缺点，但中性点对地电位仍会通过 PE线使设备外壳有电流和电压，未能彻底解决TN-C系统的缺点。因适合安装RCBO位A BC N PE此，这一系统常与漏电开关联用方能达到较好的保护效果。TN-CS系统：是一种TN-C与TN-S系统的混合配电方式， 同属保护接零。PEN线分出 独立

48、的N线后，不能再使之与保护零线 PE线合并或互换。在我国的物业管理区自配变压器的独立 电网中，一般都是采用此系统。适合安装RCB部位A B CNPETT系统在民用建筑和工业企业中也常用，特别是对接地要求较高的数据处理和电子设备，应优先采用TT系统；TNHS系统在国外多用，特别是对于人体较多会直接接触用电设备的场所应优先选用；IT系统主要用于易发生一相接地，绝缘不好的场所，如煤 矿，化工厂等；TN-一C 系统过去常用，但由于其固有的缺点，现已由TN-C-S系统取代，不再推广使用。4.7安全电流与安全电压触电事故伤害性质可分为电击和电伤两种。电击是指电流通过人体，使内部器官组织受到损伤。电伤是指在

49、电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害。人体电阻：下限为1.52k Q,上限为10100k白。当角质外层破坏时，则降到8001000 口。 安全电流（摆脱电流）：10mA 50mA以上有生命危险。安全电压：36 V、通常为24 V和12 V。触电方式两相触电单相触电单相触电4.7.2 接地和接零工作接地电力系统由于运行和安全的需要，常将 中性点接地，这种接地方式称为工作接地。 降低触电电压。迅速切断故障设备。降低电气设备对地的绝缘水平。保护接地工作接地两相触电（双线触电）最危险。保护接地就是将电气设备的金属外壳 （正常情况下是不带电的）接地，适用于 中性点不接地的低压系统中。保护接零保护接

50、零就是将电气设备的金属外壳 接到零线（或称中性线）上，宜用于中性 点接地的低压系统中。中性点接地的系统中不能采用保护接地设系统电压为 380/220V, Ro Ro 4对地电压为 Ue UP-Ro 110VRo Ro接地电流为Ie UP 27.5A Ro Ro这对人体是极不安全的。SRb1保护接零重复接地重复接地，就是将零线相隔一定距离多处进行接地。工作零线与保护零线为确保设备外壳对地电压为零，专设保护零线。所有的接零设备都要通过三孔插座接到保护零线上。在正常工作时，工作零线中有电流，保护零线中不应有电流。工作接地、保护接零与重复接地2 3N工作零线PE保护零线三相五线制系统第五章异步电动机电

51、动机的分类： 交流电动机和直流电动机，交流电动机又分为异步电动机和同步电动机，异 步电动机又分为鼠笼式和绕线式两种形式。本书主要讲述鼠笼式异步交流电动机的基本结构、工 作原理、机械特性、控制方法三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构三相异步电动机由定子和转子构成。定子和转子都有铁心和绕组。定子的三相绕组为AX、BY、CZ。转子分为鼠笼式和绕线式两种结构。鼠笼式转子绕组有铜条和铸铝两种形式。绕线式 转子绕组的形式与定子绕组基本相同，3个绕组的末端连接在一起构成星形连接，3个始端连接在3个铜集电环上，起动变阻器和调速变阻器通过电刷与集电环和转子绕组相连接。三相定子绕组：产生旋转磁场。转

52、子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。定子绕组（三相）三相异步电动机的工作原理旋转磁场的产生iA 21P sin tiB 、,2lpsin( t 120 )AAAXXX(a)3 t = 0(b)3 t = 120(c) cot = 240三相定子绕组接成星形接到对称相电源，定子绕组中便有对称三相电流流过。结论：(1)在对称的三相绕组中通入三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。(2)磁场旋转方向与电流相序一致。电流相序为 A-B-C时磁场顺时针方向旋转；电流相序为 A-C-B时磁场逆时针方向旋转。(3)磁场车t速(同步转速)与电流频率有关，改变电流频率可以改变磁场转速。对两极(一对磁极)

53、磁场，电流变化一周，则磁场旋转一周。同步转速no与磁场磁极对数 p的关系为：no60fiPr/min三相异步电动机的转动原理静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。 转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用，F的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩。电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。精品文档交流.精品文档交流.电动机在正常运转时，其转速 n总是稍低于同步转速 ni,因而称为异步电动机。又因为产生 电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。转子电动势和转子电流定子绕组通入电流后，产生旋

54、转磁场，与转子绕组间产生相对运动 ，由于转子电路是闭合的，产生转子电流。根据左手定则可知在转子绕组上产生了电磁力。电磁转距和转子旋转方向电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转距 T,电磁转距的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁场的旋转方向转动起来。转子转速和转差率转子转速n与旋转磁场的转速 ni的方向一致，但不能相等（应保持一定的转差）。ni又称为同步转速。异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为转差率，用s表示，即：n1 ns 100%ni转差率是异步电动机的一个重要参数。异步电动机在额定负载下运行时的转差率约1%9%。异步电动机带负载运行轴上加机械负载，轴阻力T

55、,转速J,转子与旋转磁场相对切割速度T,转子感应电流T ,输入电流T。电动机的极对数、极数和转速精品文档交流精品文档交流此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为 电流周期，旋转磁场在空间转过360。1 。又称两极机。当磁极对数P=1时，一个ni 60f （转/分）Pn1 3000转/分ni称为同步转速当P = 1时转差率。解:例：有一台4极感应电动机，电压频率为 50 Hz,转速为I440 r/min,试求这台感应电动机的一 -4.44 fM mEi24跻4懵步N速为:m60fiE2jX i Ii noI jX?l2iP2R260 50i500r/min2nos n。100%I500 I4

56、40I00% 4%I5005.2三相异步电动机的等效电路及参数动势。等效电路（一相）主磁通产生的感应电i25.2.2三相异步电动机的主要运行参数R2定子感应电动势 Ei的频率与定子电流同频p pnifi转子电流频率c/c60q p(ni n)f260主磁通Ui转子电流4.44 NifiE2sE2s R22 X22 R22 (sX2s尸转子功率因数cos 2R2 R22 (sX2s)2定子电流和定子功率因数空载时，转子电流约为零，定子电流很小主要用来励磁。当带上负载后，转子电流增加，定 子电流随之增加，这一点与变压器类似。电动机的功率因数即为定子功率因数，功率因数角即为Ui与Ii的夹角。nsE2

57、X2cos2f2nsE2X2cos2f2例 3:三相异步电动机，p=2, n=i440 r/min ,转子 R2=0.02W , X2s=0.08 W, E2s=20V , fi= 50Hz。启动时I2 (st)E2sR2(X2s)2242 A20J(0.02)2 (0.08)2额定转速下的I2 ( N)sE 2sJR； (sX2s)20.0420v(0.02 )2(0.040.08 )240 A1500144015000.045.3异步电动机的电磁转矩与机械特性机械特性三相异步电动机的电磁转矩 T是由旋转磁场的每极磁通与转子电流I2相互作用而产生的，故电磁转矩与转子电流的有功分量12 cos

58、 2及定子旋转磁场的每极磁通成正比， 即:T Kt I2 cos 2式中Kt是一个与电动机结构有关的常数。将12、cos 2的表达式及 与U1的关系式代 入上式，得三相异步电动机电磁转矩公式的另一个表示式:2“sQU；K -22R2(sX20)式中K是一常数。可见电磁转矩T也与转差率s有关，并且与定子每相电压 U1的平方 成正比，电源电压对转矩影响较大。同时，电磁转矩 T还受到转子电阻R2的影响。(a) T=f(s)曲线(b) n=f(T)曲线5.3.1.1起动转矩电动机刚起动(n=0 , s=1)时的转矩称为起动转矩。R2U12R2 xM5.3.1.2额定转矩 电动机在额定负载下工作时的电磁

59、转矩称为额定转矩，忽略空载损耗转矩, 则额定转矩等于机械负载转矩。PnTn T29550 NnN例：有两台功率都为PN 7.5kW的三相异步电动机，一台UN 380V、 nN 962r/min ,另一台U N 380 V、nN 1450r/min ,求两台电动机的额定转矩。解：第一台: TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark138 o Current Document P7 5TN 9550 9550 -75 74.45 N mnN962第二台：PN7.5Tn 9550 9550 49.4 N m HYPERLINK l bookmark240 o Current

60、 Document nN1450式中Pn是电动机的额定功率，单位为5.3.1.3最大转矩对应于最大转矢I的转差率Sm可由dTds过载系数：TmaxkW; nN是电动机的额定转速，单位是0求得，为Sm 星。最大转矩为:111 XZX 20K正 2X20r/min。TmaxTn般三相异步电动机的1.82.2 。三相异步电动机的启动、调速和制动三相异步电动机的启动直接起动又叫全压起动。直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式, 优点：起动简单。缺点：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。 适用范围：电动机容量在 10kW以下，并且小于供电变压器容量的 20%。降