变电站值班员培训课件

《变电站值班员》第一页，共四十四页。第一节、电路一、电路基本定律1.电路的几个名词(1).支路—通过同一电流的分支。右图中有三条，各自通过I3、I4、I5(2).节点—三条或三条以上的支路的连接点称节点。右图有两个节点b、e(3).回路：电路中的一个闭合路径，称回路。有三个abcdefa,abefa,bcdeb.(4).网孔没有被支路穿过的闭合回路有两个:abefa,bcdeb.2.欧姆定律1).部分电路欧姆定律:a)流经电阻的电流与加在电阻两端的电压成正比。I=U/R2).全电路欧姆定律：b)在闭合电路中，电流与电动势E成正比与负载及电源内阻之和成反比。(电动势的方向由负指向正，而电压的方向规定为由正指向负。第二页，共四十四页。I=E/(R+R0)，……①∵E=IR0+IR，∴IR=E-IR0=U…②故负载端压U=E-IR0……③上式①得知:外负荷R下降，电流I上升，由②式IR0上升，③式中,电源端压(即负载端压)U下降，电灯更不亮。电源质量越好,内阻R0越小。3.基尔霍夫定律（节点电流定律）1).基尔霍夫第一定律（KCL）—对电路任一节点，流入节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。本公式经常使用I入=I出或I=02）基尔霍夫第二定律（KVL）—对电路中的任一回路，沿任一方向绕行一周，各电源电动势的代数和等于各电阻上电压降的代数和

E=IR或E=U在图1—2b中，电路有源。

第三页，共四十四页。

二、电路的连接1.串联电阻电路—首尾无分支特点:1).串联各电阻上的电流相等。2).串联各电阻上的电压降之和等于总电压降—分压3).串联电路的总电阻等于各电阻之和。这总电阻称为等效电阻。R=R1+R2+…4).分压计算:∵I=I1=I2∴U1/R1=U2/R2

U1/（U1+U2）=R1/（R1+R2）U1/U=R1/（R1

+R2）

所以U1=U·R1/（R1+R2）上为合比定律，计算常用，说明分压数为总电压U的R/R百分比。引伸：电容元件的串联：电容C1、C2串联，总电容1/C=1/C1+1/C2电感元件的串联：电感L1、L2串联，总电感L=L1+L2

第四页，共四十四页。

2.电阻并联—几个电阻头与头接在一起，尾与尾接在一起的连接方式称并联。特点：1).各并联电路的电阻电压相等。2).在并联电路中总电流等于各支路电流之和—分流3).并联电路的总电阻的倒数为各支路各电阻的倒数和。I=I1+I2+I3=U·（1/R1+1/R2+…）=U/R所以1/R=1/R1+1/R2+1/R3+…常用公式：两个并联电阻的等效电阻R=R1R2/（R1+R2）比R1、R2之中最小的一个还要小。R1、R2并联用R1//

R2符号表示。引伸：电容元件的并联：电容C1、C2并联，总电容C=C1+C2电感元件的串联：电感L1、L2并联，总电感1/L=1/L1+1/L2第五页，共四十四页。

4).分流公式∵U=R1I1=R2I2∴R1/R2=I2/I1

电流与电阻成反比，电阻(力)越大,分流越小。合比定律：R1/（R1+R2）=I2/（I1+I2），R1/（R1+R2）=I2/I或R2/（R1+R2）=I1/I故I1=I·R2/（R1+R2）及I2=I·R1/（R1+R2）特别指出—在用电作业中，每增加一个用电设备（如增加电灯数加一台电视机、电炉、电动机等,它们各自有一个自己的等效电阻，它们连接在电源线上，实际上是不断增加一个并联电阻)，此时，总的等效电阻变得比原来更小了，在原电路上所通过的电流更大了，这叫做加大负荷(负载上的电流)。〔例1-3〕在图1—4中，若R1=20欧姆，R2=40欧姆，若U=100V,求电路的总电阻R。及I1,I2及I。第六页，共四十四页。3.电阻的混联—既有串联也有并联的电路称为混联电路计算方法1).运用串、并联等效方法，逐步简化电路。2).运用欧姆定律求总电流。3).按KCL及KVL、欧姆定律、分压、分流原理求各支路I、U三、电功、电功率1.电功—在电场中，正电荷受电场力作用而移动，在负载上所做的电功，又叫电能，即：W=IUt=I2Rt=U2t/R(焦耳)I-电流、U-电压、R-电阻、t-电流流经负载的时间-秒。电功的单位，它是功（在力学中功=力乘距离—没有时间t）。功的单位叫焦耳。2.电功率—单位时间内电场力所做的功:P=W/t=IUt/t=IU=I2R=U2/R瓦（千瓦）1kW=1000W1MW=1000kW第七页，共四十四页。第十七页第二节电磁和电磁感应一、磁铁和磁场1.磁体的基本性质。1).能吸引铁、钢、钴、镍、铬称铁磁性物质。不能吸铜、铅、铝。2).南北两磁极同时存在不可分割。3).同性相斥异性相吸。4).能磁化在磁场附近的铁磁性物质，该物质离开后尚有剩磁。2.磁场和磁力线。1).磁场是一种特殊物质。2).用磁力线来描述磁场性质，形象易懂。(1).磁力线向外由N极出发，经外空间进入S极，内部由S￫N，闭合不断，且不相交。(2).磁力线上任一点的受力方向为磁力线的切线方向，就是磁针所示方向。第八页，共四十四页。第十八页3.载流导体所产生的磁场（右手定则）。1).所产生的磁场方向如图1－7。

2).螺线受的磁场方向如图1－8

第九页，共四十四页。P21.二、电磁力1.载流导体在磁场中所受的作用力—用左手定则。如右图1-10所受磁力F=BILsinB—磁感应强度I—电流L—导线长

—电流方向与磁力线方向间夹角。2.平引载流导体之间的相互作用力。如右下图1—11中，左图同向相吸右图反向相斥三、电磁感应。1.电磁感应现象—导体切割磁力线或线圈平面内的磁力线数变化时都要产生感生电流，使其产生电流的电动势称感生电动势，电流称感生电流。

第十页，共四十四页。P22.2、切割磁力线所产生的感生电动势:P12、图1—12电流方向——用右手定则—四手指方向

感应电动势e=BLvsinB—磁场强度L—磁场内的有效长（运动部分）v—导体运动速度

—导体运动方向与磁力线间的夹角。第十一页，共四十四页。第三节单相交流电路一、交流电的物理量1.瞬时值—交流电的每一瞬间的变化值用小写来表示电动势e，电压u，电流i。2.最大值—如1-14c图中振幅最大值是瞬时值中最大者Em,Um,Im表示。正弦交流电的概念:凡电压、电流、电动势等电量均按时间做正弦变化，统称为正弦交流电。第十二页，共四十四页。第二十五页

3、有效值—交流电与直流电分别通过相同的电阻时，在一周期内使其发热量相等（实际时就要调整其中之一的大小，一般调直流电流）则这个直流电流的值就叫做交流。电流的有效值用E、U、I表示。4、有效值是机电产品铭牌上及测量仪表的读数。5、有效值与最大值的关系。E=1/Em或Em=E=1.414EU=1/UmUm=UI=1/ImIm=I6、周期—交流电交换一次所需要的时间用T表示。7、频率—1秒钟之内交变的次数用f表示。f=1/T或T=1/f互为导数电流我的交流电的频率f=50HzT=1/50=0.02秒8、角频率—单位时间内转过的中心角。

—中心角的任意数,t—为转过角所需时间故角速度=/t这就是角频率。∵=t。t在交流电的表达式就是如此引进的。

第十三页，共四十四页。P26.设T时间转过中心角360度（=2弧度）所以角速度=3600/T=2/T=2f9、相位1).初相—在均强磁场中，线圈未转动时（t=0）线圈平面与中性面（磁力线方向的平面间的夹角，在图1－14b图中=0，在图1—15中=

2).相位角：线圈匀速转动到某一时刻时线圈平面与中性面的夹角，称相位角,如图1—15a,=t+

第十四页，共四十四页。P27.3).相位差两个同频率的正弦量相位之差为:1=t+1和

2=t+2它们的相位差

1–2=(t+1)–(

t+2)

=1–24).只有同频率才能说到相位之差。如i1=Imsin(t+i)、和i2=Imsin(t+2)两式中相同,可以相加,减(1).1–2>0称i1超前i2或i2滞后i1(2).1–2

<0称i1滞后i2或i2超前i1

(3).1–2

=0i1、i2同相(4).1–2

=1800

i1、i2反相三、交流电表示1.正弦函数式又称瞬时式解析式，写它们的三个条件是：已知最大值、角频率、初相位e=Emsin(t+e)u=Umsin(t+u

)i=Imsin(t+I)2.曲线法—如图1—14，特别是有多条曲线时更直观。第十五页，共四十四页。P28.3.向量法—用一个带箭头的线段表示正弦量，长短表正弦量的有效值，大小称模。箭头方向与正实轴间的夹角表正弦量的初相。如图1—15b）第十六页，共四十四页。P29.四、纯电阻电路1.纯电阻—灯泡、电炉、变阻器作为负载可以看成为纯电阻元件。2.电压与电流的关系特点：施加正弦交流电压时，电路中通过正弦交流电流。他们的频率相同、相位也相同电阻上的电流：

i=u/R=Umsin(t+u)/R=Imsin(t+

i)电流的有效值:I=U/R所以U=Um/波形图、相量图见图1—16b)、c)第十七页，共四十四页。P303.电路的功率1).瞬时功率：p=ui不便计量，如图1—16b）2).平均功率：P=UI=I2R=U2/R这就是电器铭牌上标注的额定功率。第十八页，共四十四页。P36.

第四节、纯电感和纯电容单相交流电路一、纯电感电路1.u与i的关系如图12—4电路加上交变电流i=Imsint,在线圈上就要产生自感电动势，根据前一节的自感公式u=eL=LI/t=Ldi/dt,将i带入得到:u=Ld(Imsint)/dt=LImcost=LImsin(t+900)令XL=L叫感抗（单位欧姆）是线圈对电流的阻碍。

第十九页，共四十四页。故u=XLImsin(t+900)仿欧姆定律U=RIUm=XLIm在u=Umsin(t+900)中,有效值U=LI=XLI所以电流有效值I=U/XL式中XL=L=2L/T=2fL—角频率弧度/秒rad/sL—线圈电感Hf—频率Hz小结:（1）由所加电流i=Imsint,和线圈上产生的电压u=Umsin(t+900),说明在图12—4b)图中，电压U超前I900或电流I滞后电压U900。（2）用向量表示如右图。（3）感抗XL=2fL。L是固定不变的，因为线圈确定了，各个参数不变，而频率f是变化的，所以感抗值XL也是变化的，直流电f=0不变，所以XL=0即没有阻力，

XL与频率f成正比，故高频中线圈对电流的阻碍很大，所以直流电毫无阻碍的通过线圈，交流电不易通过。

第二十页，共四十四页。P38.2.无功和无功功率如图12—5由图知，当开关Q连接1时，电流从O变到I，有磁通变化，就产生自感电流直至电流I稳定流过回路。i=0（=0）但此时将Q连接2，电灯亮了，然后熄灭，说明线圈L向灯泡提供了能量，这个能量是电源给线圈建立磁场，就将电能量转化成磁场能，储存起来，到Q—2连接时向灯泡提供电能，这说明线圈能储存能量且不消耗。

若电源是交变电源电流也是交变的，线圈就有规律地储能、放能、再储能、再放能。如此此循环而与交变电源进行能量交换，这种电源与电感线圈之间循环交换且不消耗的能量称为无功能量。这种在单位时间内的无功能量的交换叫无功功率。在纯电感电路中,线圈上的无功功率叫感性无功功率。所以QL=UI=I2XL=U2/XL乏（Var)或千乏（kVar)。第二十一页，共四十四页。P39.〔例12-1〕图12-4所示，纯电感电路，已知u=220sintf=50Hz，L=100mH.试求电路中的电流和功率，写出电流的瞬时值表达式。如果电源电压大小不变，而频率变为500Hz，求电路中的电流和功率。如果电源改为直流20V，其电流又是多少？第二十二页，共四十四页。P40.(3)当该线圈接到20V直流电源上时，f=0,XL=0,由于线圈电感抗很小很小，电路中的总电抗只有很小的线圈导线电阻及电源内阻，电流非常大。二、纯电容电路1、电容器1).电容器—储存电荷的元件。2).具体结构—电容器如左图上下为两极板，分别接正负极，中间用电介质使两板绝缘。第二十三页，共四十四页。P41.当电容器两极分别与电源正、负极连接以后如右图，极板上就等量、异性电荷Q两极板间的电压差越大，极板上储存的电荷量越多也就是说电容的电荷量Q，与其端电压U之比是一个常数即Q/U=C3).电容器的电容量C=Q/U1).对不同的电容器C值不同，两极板相对面积、距离，两者之间的绝缘介质有关。2).电压U相同时，C值越大表明电容器所带电荷越多。3).单位:法拉（F）,法拉这个单位很大，常用较小的单位。1微法=10-12法拉1F=106皮法=1012微法1F=10-6P

F=10-12F1皮法=10-6微法4).电容的图形，可变电容在P31续表中左边倒数第二行第二十四页，共四十四页。P42.2.电容器的充、放电。

1).电容的充电—上面电路图G是电流检流计（很灵敏的电流表内阻很小），它在线路中串联。V是电压表用它来衡量，电容C的两端电压（电压表内阻很大，原则上电流不能通过电压表，它与元件C并联），此电路与直流电源连接。充电就是使C的两极板带有与电源相同电压的异性电荷过程。开关S与1钮相连时发现检流计一开始偏转很大，随即逐渐降低至0在检流计先大后小至0时，电压表指示值上升，最后稳定指在V=电源电压。至此I=0，V=V电源，充电结束，储存的电量Q=CU（库仑）第二十五页，共四十四页。2).电容的放电—把S与2相接，电容器通过电阻正负电荷中和，电容器极板上电荷消失，此过程称为电容器的放电。在放电过程中，检流计指针反向偏转，先大后小至0，此时电压表上指示值很快下降逐渐至0，Q=CU，U减小Q减至0，电荷全部中和，3).电容的放电电流如图，电容器两端电压为u—小写是变化的，极板上的电量q（小写）也是变化的。若在极短的时间dt极板上的电荷增加了dq，则导线上形成的电流i=dq/dt.因为q=Cu代入所以i=C(du/dt)此式说明，电容器电流与电容器两端电压的变化率(du/dt)成正比。4).直流电路中电容的“隔直流”作用—即只通过交流电，对直流电是断路。因为直流中du/dt=0，故i=0,断路,在交流电路中的电容“导通”，实际上是电容两极极板上电荷随电源正负改变而改变，就好似“导通”。第二十六页，共四十四页。P44.

3.纯电容电路中电流和电压的关系－在P212的电路图a中，外加的电压u=Umsint而电容器上的电流变化i=C(du/dt),所以i=C(du/dt)=C[d(Umsint)/dt]=CUmcost=CUmsin(t+900)令XC=1/C称电容器的容抗，单位是欧姆代入i=Umsin(t+900)/XC=Imsin(t+900)

第二十七页，共四十四页。P45.小结：1）电容器上的电流ic超前电压uc900，或电压uc滞后电流ic900见前页图b)。也可以用向量来表示,如右图。2）电流的有效值从第一章已知，最大值与有效值之间相差倍。所以，Im=I而Im=Um/XC=I=U/XC

故：有效值I=U/XC3）容抗—是电容器对“通过”其上的电流变化状况的阻碍能力XC=1/C＝1/2fc欧姆(1).电容器的电容量C与电抗成反比(2).电容器的电容量C一定时，频率f与容抗XC成反比。故交变电流的频率越高f越大，容抗越小，即高频电流容易通过，反之，当f=0时，为直流电XC趋向于无穷，表示对直流电而言是断路。表现了它的“隔直”作用。故在实用中，对高频就是通路，所以第二十八页，共四十四页。电路中用一电容一端接地，而进行旁路（通地）。4.无功功率如图12—7开关Q—1接通时，电容充电建立电场，当开关Q—2接通时灯泡通过电流发光，使用电容器的电能，这说明电容可以储存能量，而不消耗且往返不断与电源交换能量，循环着充电、放电、反向充电、反向放电，这个交换而不损耗的能量叫无功功率。无功功率—单位时间无功交换的能量称无功功率。QC=UI=I2XC=U2/XC

单位:乏（Var)或千乏（KVar)第二十九页，共四十四页。P47.三、R、L、C串联电路1、电压和电流的关系—u和i的关系

电路中的交变电流i=ImsintI分别流过R、L、C时。纯电阻元件上的电压uR=iR=RImsint=URm

sint纯电感元件上的电压uL=iXL=XL

Imsin（t+900）=ULm

sin（t+900）纯电容元件上的电压uc=iXc=XcImsin（t-900）=Ucm

sin（t-900)第三十页，共四十四页。P48.故电路上的总电压u=uR+uL+uC同频率的正弦量相加，其和仍为同频率的正弦量，即u=uR+uL+

uC=Umsin(t+)式中表示了幅值为Um与电流i之间的相位差,由于用三角函数相加的方法求Um和很复杂，而用向量作图法求Um、更简便。2.向量图的画法。图b)—电压三角形(1).在水平方向先画电流I的向量Ì(2).画三个元件的电压uR、uL、uC的向量ÙR、ÙL、ÙC我们知道:①R上的电流ÌR与uR同相，故在水平方向上与Ì重合。②L上的电流ÌL与其上的uL关系是U超前于Ì900，故在Ì的起始点，垂直向上900，画出ÙL

③C上的电压uC滞后电流Ì900，故在I的起始点O向下900画出ÙC④ÙL、ÙC在一根线上其和ÙX=ÙL+（-ÙC）得到R、L、C串联时的电压三角，如C图式ÙX称电抗（感抗和容抗的总称）电压有效值ux=uL-

uC

第三十一页，共四十四页。P49.3.R、L、C串联电路的端压—由电压直角三角形U==4.串联电位端电压U与电流I的相位差—反映了端压U与电流I超前或滞后的关系。5.=arctg(UX/UR)=arctg[（UL-UC）/UR]例题：在串联电路中，已知交流电电压表PV1=30V，PV2=20VPV3=10V求:1）电路端压的有效值；2）端电压与电流的相位差;3）以电流为参考画出电压电流向量图。第三十二页，共四十四页。P50.5、阻抗三角形—由前式得到阻抗三角形。Z—总阻抗由前页电压三角形、阻抗角

=tg-1[（UL-UX）]/UR

同时

=tg-1（X/R）=tg-1[（XL-XC）/R]=tg-1{[L-（1/c）]/R}

6.电路的三种情况1).XL大于XC，大于0，表明电压超前于电流，其相量图在第一象限，称此电路为电感性电路。2).

XC大于XL，小于0，电压滞后于电流相量图在第四象限，称此电路为电容性电路。3).XC=XL，此时=0，表明电压与电流同相，相量图为右称此种电路叫电阻性电路，此时会使电路发生谐振，产生一些特殊现象，对此有专章讨论，趋利避害。

第三十三页，共四十四页。四.谐振：任一系统有一个固有的振动频频率f，当外界某一个振动频率f。接近或等于固有振动频率f时.该系统就会产生很大的振辐、此振辐对工程而言、则有利有害，如对电力系统.破坏性很大，在谐振时过大的电压、电流将击穿设备絕缘、烧毁电力设施、使桥梁断裂（不准列队齐步过桥）。但对无线电工程大有稗益，串谐能将远方极其微弱的无线电讯号得以放大、而视、听设备进入人们生活中。

1.串联谐振：又称电压谐振。串联电路如图a图：其向量图如右下b图。

1).发生串连谐振的条件：XL=XC∵I＝U／Z＝U／｛R2＋（XL-XC）2｝0.5…(1)2).相位差φ＝arctg（XL－XC）／R.谐振时XL＝XC

故φ＝0°如向量图3).串连谐振的频率f=1/(2π√LC)4).总阻抗Z=√｛R2＋（XL-XC）2｝在谐振时XL＝XC故Z=R其值最小,谐振电流I0＝U／R,达到最大值。(或由阻抗△因XL=XC,对边为0,总阻抗Z=R,且最小,由I0＝U／R,电流达到最大)第三十四页，共四十四页。P52因元件阻抗XL＝XC

,其两端上电压UL=

UC且相位相反,相互抵消,对电路不起作用,故电源电压U=UR(它们是相量,头上加点)但因电流I特大,故线圈、电容元件两端上电压UL＝I·XL＝UC＝I·XC很大,而电路中如果电阻R＜＜XL＝XC

由UL＝I·XL＝UC＝I·XC因R小,故UL＝UC＞＞UR＝电源电压,极大的电压它们分別作用在元件两端而击穿绝缘,烧毁设备。故电力系统中要远离谐振频率f。2.并联谐振—它又称电流谐振，在此仅作一般介绍：①.并联谐振的条件：XL＝XC;

②.并联谐振频率f。与串联谐振频率f。相同；③.并联谐振时电路总阻抗Z最大；④.并联谐振时电路总电流Z最小；⑤.并联支路各元件上电流IL＝IX很大、可能烧毁设备。3.特別指出：在谐振时出现的大电压、大电流、这在直流电路中是不可想象的，只有但在交流电路中才可能出现。第三十五页，共四十四页。同理、电容元件两端上电压UC＝I·XC

I。特大，故UL＝I·XL＝UC＝I·XC很大它们分別作用在元件两端而击穿绝缘,烧毁设备。故电路中如果电阻R＜＜XL＝XC由（2）式因R小而电流电力系统中要远离谐振频率f。2.并联谐振—它又称电流谐振，其图如右。在此仅作一般介绍：①.并联谐振的条件：XL＝XC；

②.并联谐振频率f。与串联谐振频率f。相同；③.并联谐振时电路总阻抗Z最大；④.并联谐振时电路总电流Z最小；⑤.并联支路各元件上电流IL＝IX很大、可能烧毁设备。3．特別指出：在谐振时出现的大电压、大电流、这在直流电路中是不可想象的，只有但在交流电路中才可能出现。

第三十六页，共四十四页。P51.四、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数在交流电路中，交换电压及电流u=Umsin(t+u)i=Imsin(t+i)1、瞬时功率p=ui=Umsin(t+u)Imsin(t+i)=UmImsin(t+u)sin(t+i)第三十七页，共四十四页。P52.2.有功功率P—瞬时功率p是变化的，故把它在一个周期内的平均值称为有功功率，它是负载在单位时间内得到的能量。根据人们需要而转变为机械能、光能、热能等等，以供使用。有功功率的公式:P=UIcos单位：kW3.无功功率Q—电路中，电源提供的能量除了在电阻负载上作有功消耗外，还有两个部分即线圈和电容，在这两元件上，电源只与它们进行