工厂用电知识讲座

工厂用电知识讲座磷肥厂电气车间2014.01主要内容电的由来电的基本知识同步发电机发电机并网发电机励磁系统电的产生电磁感应原理电磁感应，导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体内就产生感应电动势；穿过线圈的磁量发生变化时，线圈里就产生感应电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体或线圈闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流（感生电流），电动势的方向可以由楞次定律判定。楞次定律：感应电流的效果电的基本知识电流是表示电流强弱的物理量，通常用字母I表示，它的单位是安培，符号A

。导体中的自由电子在电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了电流。电源的电动势形成了电压，继而产生了电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成了电流。电压U，单位V，正电荷q从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小。电压是推动电荷定向移动形成电流的原因。电流之所以能够在导线中流动，也是因为在电流中有着高电势和低电势之间的差别。这种差别叫电势差，也叫电压。换句话说，在电路中，任意两点之间的电位差称为这两点的电压。电源是给用电器两端提供电压的装置。电压与电流的关系欧姆定律I=U/R

其中I为电流强度，单位：安（A）；U为电压，单位：伏特（V）；R为电阻，单位：欧姆（Ω)。1安＝1伏特/欧姆电功率单位时间内电场力所做的功。电功率计算公式：

在纯直流电路中：P=UI

P=I²R

P=U²/R

式中：P---电功率（W），U---电压（V）

I----电流（A），

R---电阻（Ω).

在单相交流电路中：P=UIcosφ

式中：cosφ---功率因数在对称三相交流电路中，不论负载的连接是哪种形式，对称三相负载的平均功率都是：

P=√3UIcosφ

式中：U、I---分别为线电压、线电流。

cosφ

---功率因数关于电功率1.有功功率：可以转化成其他形式能量（热、光、动能）的能量。以P来表示，单位为W.一般来说，有功功率是相对于纯阻性负载来说的。2.无功功率：在具有电感或电容的电路中.在每个周期内.把电源能量变成磁场(或电场)能量贮存起来.然后再释放.又把贮存的磁场(或电场)能量再返回给电源.只是进行这种能量的交换.并没有真正消耗能量.以Q来表示，单位为Var。它的产生是由于感性负载、容性负载、以及电压和电流的失真，这种功率可导致额外的电流损失。

3.视在功率：有功功率和无功功率的几何之和（即平方和的均方根），它用来表示电气设备的容量。以S来表示，单位为VA。

4.功率因数：正弦交流电压与电流的相位差称为功率因数角，以Φ来表示，没有单位，而这个功率因数角的余弦值称为功率因数。它决定于电路元件参数和工作频率，纯电阻电路的功率因数为1，纯电感电容电路的功率因数为0。功率因数cosΦ=P/S。功率因数功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。功率因数低的根本原因是电感性负载的存在。例如，生产中最常见的交流异步电动机在额定负载时的功率因数一般为0.7--0.9,如果在轻载时其功率因数就更低。其它设备如工频炉、电焊变压器以及日光灯等，负载的功率因数也都是较低的。从功率三角形及其相互关系式中不难看出，在视在功率不变的情况下，功率因数越低（角越大），有功功率就越小，同时无功功率却越大。这种使供电设备的容量不能得到充分利用，例如容量为1000KVA的变压器，如果cosΦ=1,即能送出1000KW的有功功率；而在cosΦ=0.7时，则只能送出700KW的有功功率。功率因数低不但降低了供电设备的有效输出，而且加大了供电设备及线路中的损耗，因此，必须采取并联电容器等补偿无功功率的措施，以提高功率因数。功率因数既然表示了总功率中有功功率所占的比例，显然在任何情况下功率因数都不可能大于1。由功率三角形可见，当=0°即交流电路中电压与电流同相位时，有功功率等于视在功率。这时cosΦ的值最大，即cosΦ=1，当电路中只有纯阻性负载，或电路中感抗与容抗相等时，才会出现这种情况。感性电路中电流的相位总是滞后于电压，此时0°<Φ<90°，此时称电路中有“滞后”的cosΦ；而容性电路中电流的相位总是超前于电压，这-90°<Φ<0°，称电路中有“超前”的cosΦ。提高功率因数的好处①通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。②良好的功因数值的确保，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量。当线路输送一定数量的有功功率时，如输送的无功功率越多，线路的电压损失越大，即送至用户端的电压就越低。当用户功率因数提高以后，它向电力系统吸取的无功功率就要减少，因此电压损失也要减少，从而改善了用户的电压质量。③可以增加系统的裕度，挖掘出了发供电设备的潜力。如果系统的功率因数低，那么在既有设备容量不变的情况下，装设电容器后，可以提高功率因数，增加负载的容量。举例而言，将1000KVA变压器之功率因数从0.8提高到0.98时：补偿前：1000×0.8=800KW补偿后：1000×0.98=980KW同样一台1000KVA的变压器，功率因数改变后，它就可以多承担180KW的负载。④减少了用户的电费支出；透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。正弦交流电正弦交流电的三要素是最大值、角频率和相位

a.频率(f)或角频率(ω)。这是表示交流电随时间变化快慢的物理量。它的定义是即交流电变化一周所经过的时间，交流电每秒钟变化的次数。它的倒数叫做周期即交流电变化一周所经过的时间T=1/f。在国际单位制中，频率的单位是赫兹。我国市电频率为50Hz,国外也有60Hz。

b.最大值(Am)和有效值(Aeff)。这是表示交流电大小的物理量。交流电的瞬时值随时间而变化，并不恒定。最大值虽然是个定值，可以用来标定交流电的大小，但计算电功率时不够方便，为了简化电功率的计算公式，在实际工作中常用交流电的有效值来表示交流电的大小。

交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的。让交流电和直流电通过同样阻值的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。交流电的有效值和最大值之间存在恒定的比例关系也Aeff=O.707Am。

c.位相(φ)。这是表示交流电在某瞬时变化步调的物理量。也叫“周相”或“相位”，交流电表示式ε=εmsin（ωt+φ0)中的（ωt+φ0)就是相位，t=0时的位相φ0叫做初相。频率相同的两个交流电其初相不同，则其相位也就不同，它们的相位差（ωt+φ1)-（ωt+φ2)=φ1一φ2=φ0。一.对称三相电源的产生

三相交流电路通常由三相同步发电机产生，三相绕组在空间互差120°，当转子以均匀角速度转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对称三相电源。三相同步发电机示意图

三相电路是由三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差1200的正弦电动势作为供电电源的电路。NSººIwAZBXCY1.瞬时时值值表表达达式式A+–XuAB+–YuBC+–ZuC2.波形形图图A、B、C三端端称称为为始始端端，X、Y、Z三端端称称为为末末端端。uAuBuCt

uO3.相量量表表示示120°120°120°4.对称称三三相相电电源源的的特特点点单位位相相量量算算子子二.三相相电电源源的的连连接接+–ANX+–BY+–CZX,Y,Z接在在一一起起的的点点称称为为Y连接接对对称称三三相相电电源源的的中中性性点点，，用用N表示示。。1.星形形连连接接(Y连接接)A+–X+–+–BCYZABCN2.三角角形形连连接接(连接接)A+–X+–+–BCYZABC三角角形形连连接接的的对对称称三三相相电电源源没没有有中中点点。。三个个绕绕组组始始末末端端顺顺序序相相接接。。+–AXBYCZ+–+–NN’’ZlZlZl+–A+–B+–CZZZC’A’B’ZNC’A’B’ZZZ+–A+–B+–CZlZlZl三相相四四线线制制Y△YY三相相三三线线制制一.对称称三三相相电电路路功功率率的的计计算算三相相电电路路的的功功率率Pp=UpIpcos三相相总总功功率率：P=3Pp=3UpIpcos1.平均均功功率率A’B’C’ZZZA’B’C’ZZZ注(1)为相相电电压压与与相相电电流流的的相相位位差差角角(阻抗抗角角)，不不要要误误以以为为是是线线电电压压与与线线电电流流的的相相位位差差。。(2)cos为每每相相的的功功率率因因数数，，在在对对称称三三相相制制中中三三相相功功率率因因数数：：cosA=cosB=cosC=cos。(3)公式计计算电电源发发出的的功率率(或负载载吸收收的功功率)。2.无功功功率Q=QA+QB+QC=3Qp3.视在功功率视在功功率:同步发发电机机同步发发电机机是将将机械能能转变为为交流电电能的设备备。同步电电机指指电机机转子的的转速速n与旋转磁磁场转转速n1相同的的交流流电机机。同步电电机一一般采采用旋转磁磁极式式结构构，根据据磁极极形状状可分分为隐极和凸极两种型型式。。凸极同同步电电机气气隙不不均匀匀，适适合于于中速速或低低速旋旋转场场合。。隐极同同步电电机在在不考考虑齿齿槽效效应时时，气气隙均均匀，，适合合于高高速旋旋转。。隐极凸极同步发发电机机基本本工作作原理理：导体切切割磁磁力线线感应应电动动势。。转子：：转动的的部分分，转转子上上有磁磁极和和励磁磁绕组组，产产生磁磁场。。定子（（又叫叫电枢枢）：：固定的的部分分，定定子铁铁心上上有齿齿和槽槽，槽槽内设设置有有绕组组，有三相相定子子绕组组，每每相结结构完完全相相同，，它们们在空空间上上互差差120°电角度度对称称分布布放置置在定定子铁铁心槽槽内。。气隙：：定转子子之间间有气气隙。。三相同同步发发电机机的基基本工工作原原理SNnIf汽轮发发电机机汽轮发发电机机的构构造，，是由由蒸汽汽轮机机或燃燃气轮轮机推推动的的发电电机。。发电电机主主要由由转子子与定定子组组成，，由于于汽轮轮机的的转速速很高高，故故汽轮轮发电电机的的转子子是两两极的的，额额定转转速每每分钟钟3000转，输输出50赫兹的的三相相交流流电。。这是转转子铁铁芯构构造示意图图，在铁铁芯圆圆周上上开有有一些些槽，，嵌有有励磁磁绕组组，在在圆周周两侧侧各有有一段段槽距距大的的面称称为大大齿，，就是是磁极极（图图所示示）。。励磁磁绕组组两端端通过过集电电环（（滑环环）接接到励励磁电电源，，在转转子圆圆周两两侧就就形成成北极极与南南极，，旋转转时就就产生生旋转转磁场场。在转子子励磁磁绕组组中通通以直直流电电流励励磁，，产生生恒定定的磁磁场，，当原原动机机拖动动转子子旋转转时，，就建建立起起转子子旋转转磁场场，旋旋转磁磁场的的磁力力线切切割定定子绕绕组中中的三三相绕绕组，，从而而在三三相绕绕组中中感应应产生生三相相交变变电动动势。。同步发发电机机的额额定值值对同步步发电电机额额定值值之间间关系系为：：额定运运行时时加在在三相相定子子绕组组上的的线电电压。。指电机机额定定运行行时，，输出出功率率的保保证值值。同同步发发电机机是指指输出出的额额定视视在功功率或或有功功功率率，单单位是是KVA或KW。在额定运行行状态下三三相定子绕绕组的线电电流.并网运行行的含义义同步电机机的并网网运行1、提高供供电的可可靠性；；2、提高供电的的经济性；3、提高电能的的质量。无穷大电网的的含义将一台或多台台发电机分别别接在电力系系统对应母线线上，或通过过变压器、输输电线接在电电力系统的公公共母线上，，共同向负荷荷供电。并联运行的优优点并列方法1.准同期法2.自同期法准同期并网的的条件1.待并发电机的的电压与电网网电压大小相相等；2.待并发电机电电压相位与电电网电压相位位相同；3.待并发电机电电压频率与电电网电压频率率相同；4.待并发电机的的相序与电网网的相序相同同。上述条件（4）一般在安装装发电机时，，根据发电机机的转向确定定了发电机的的相序而满足足，因此运行行人员在并列列时只需调节节发电机使其其满足其它三三个条件即可可。不满足任一条条件的并网称称为非同期并并网，将对发发电机产生严严重的危害。。实际的并网条条件实际上在待并并发电机与电电网之间总存存在误差。因因此，实际的的并车条件是是：①电压幅值偏差差在±10％以内；②频率偏差在士士1％以内；③相位差在土15°电角度以内。。发电机电压的的确定导体切割磁力力线感生电动动势e发电机的定子子线圈绕线长长度固定不变变，发当电机机的速度（即即转速）保持持稳定（3000转）时，调节节磁感线的磁磁场强度B，即可以稳定定调节发电机机的机端电压压，直至与电电网电压相同同。同步发电机一一般都有励磁磁系统，调节节励磁电流就就可以改变磁磁场强度B。发电机频率f的确定同步发电机定定子绕组感应应电势的频率率取决于它的的极对数p和转子的转速速n。同步发电机极极对数一定时时，转速与电电枢电势的频频率有严格对对应关系。当电力系统频频率f一定，发电机机转速为为恒恒定值（3000转），这是同同步发电机的的主要特点。。p—磁极对数；f—交流电频率；；n—转速发电机相位的的确定同期表f发＞f网同同期表指针顺顺时针转动f发＜f网同同期表指针逆逆时针转动同期表指针指指示在同期标标线（即零点点）位置时，，则认为待并并发电机与电电网已进入同同期，可并网网运行（1）当同期期表旋转过快快时，说明待待并发电机与与系统频率相相差太大。（2）当周期期表指针出现现跳动现象时时，不准合闸。有有可能同期表表内部有可能能卡针现象，，反映不出正正确的并列条条件。（3）如同期期表指针停在在同期点上不不动，此时也也不能并网，，这是因为短短路器合闸过过程中，如系系统或待并发发电机的频率率突然变动，，就有可能使使短路器正好好合在非同期期点上。并网后的调节节发电机并网后后,要增大发电机机的输出功率率，必须增大大原动机的输输入功率。这时有功会会增加，功率率因数将上升升，此时要增增加无功，即即增加励磁电电流，降低功功率因数到正正常值。发电机并网后后,当发电机的降降负荷后，发发电机有功会减少，，功率因数将将降低，此时时要减少无功功，即减少励励磁电流，增增加功率因数数到正常值。。在平时时的运运行监监视中中，要要根据据电压压来调调整，，电压压偏低低要多多发无无功，，电压压偏高高要少少发无无功，，通过过调整整有功功和无无功的的比例例，控控制电电压和和运行行电流流，确确保发发电机机在安安全、、经济济的条条件下下运行行无功过过低将将引起起发电电机端端电压压下降降，使使用电电系统统受影影响。。用电电设备备吸取取的电电流上上升，，而使使电压压更低低，形形成恶恶性循循环，，可能能导致致整个个系统统失去去稳定定运行行而崩崩溃。。调节节无无功功时时不不影影响响有有功功功功率率的的输输出出,但是是调调节节有有功功时时影影响响无无功功功功率率输输出出.发电电机机解解列列1））把把有有功功负负荷荷减减到到最最小小或或接接近近零零时时，，待定子电电流为零零时，断开断路路器；2）断开开自动调调整励磁磁装置；；3）将励励磁机磁磁场变阻阻器电阻阻全部加加上；4）断开开灭磁开开关；励磁的基基本概念念供给同步步发电机机励磁电电流的电电源及其其附属设设备，称称为同步步发电机机的励磁磁系统。。导体切割割磁力线线感生电电动势e励磁就是是提供一一个磁场场B电力系统统在正常常运行时时,发电机励励磁电流流的变化化主要影影响电网网的电压压水平和和并联运运行机组组间无功功功率的的分配;在某些故障障情况下,要求发电机机迅速增大大励磁电流流,维持电网的