电工电子技术 课件 3任务一、设计简单的输配电系统

任务一、简单输配电系统的设计电工电子技术

黄燕华任务导学生产生活中处处都离不开电，“电能”如何生产，如何传输到用户端?

任务导学电能是通过发电设备（锅炉、汽轮机、发电机等）将其他形式的能源转化为电能，比如火力发电、核能发电、太阳能发电、风力发电等。发电站发出的电通过变电系统、输电系统、配电系统最后到达我们用电系统供用户使用。任务情境由发电设备、输电线路、升压及降压变电站、配电所、用电设备及相应的辅助系统组成的电能生产、输送、分配、使用的统一整体称为电力系统。简述电能的产生形式，绘制电力系统的组成简图。简述变压器的组成及原理，分析变压器在电力系统中的作用。任务实施１)电能是发电站发出来的，有哪些发电形式?通过查阅资料写出几种发电形式，并说明是否属于清洁可再生能源。２)通过资料查找在图３-１中绘制出电力系统的组成简图，要求该简图能够描述“电能”从发电站到用户整个过程。３)发电厂发电机组发出的电，为什么要升压至５００ｋＶ后再进行传输?如何将电压升至５００ｋＶ?４)电能输送至用户之前，为什么要经过降压后再供给用户?５)根据电力系统的输配电方式在图３-２中绘制出电力系统的输配电示意图。６)变压器包含哪些组成部分?各部分的作用是什么?７)什么是磁路?什么是磁场强度?什么是磁感应强度?它们之间的关系如何?知识链接一、电力系统二、新能源发电技术三、磁场的基本物理量四、磁性材料的磁性质五、磁路的欧姆定律六、交流铁心线圈电路七、变压器的基本结构

一、电力系统电工电子技术

黄燕华一、电力系统电力系统俗称电网，是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统，包括发电机、变压器、断路器、母线、架空线、电缆、配电装置、受电装置等设施，以及为保证这些设施正常运行所需的继电保护和安全自动装置、计量装置、电力通信设施、电网调度自动化设施等。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费端在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。电力系统示意图电力工业生产有以下特点：１）同时性。发电、输电、变电、用电是同时完成的，因电能不能储存，所以电能必须用多少发多少。２）整体性。发电厂、变压器、高压输电线路、配电线路和用电设备在电网中形成了一个不可分割的整体，缺少任一环节，电力生产都不可能完成。相反，任何设备脱离电网都将失去其存在的意义。３）快速性。电能输送过程迅速，其传输速度与光速相同，即使相距几万千米，发电、供电、用电都是在一瞬间实现。４）连续性。电能的质量需要实时、连续地监视与调整。５）实时性。电网事故发展迅速、涉及面大，需要实时安全监视。6）随机性。由于负荷变化、异常情况、电网操作及事故发生的随机性，电能质量的变化是随机的。因此，在电力生产过程中，需要实时调度，并需要实时安全监控系统随时跟踪随机事件，以保证电能的质量及电网的安全运行。二、新能源发电技术电工电子技术

黄燕华二、新能源发电技术新能源是相对常规能源而言的，一般具有以下特征：1)尚未大规模作为能源开发利用，有的甚至还处于初期研发阶段；2)资源赋存条件和物化特征与常规能源有明显区别；3)开发利用技术复杂，成本较高；4)清洁环保，可实现二氧化碳等污染物零排放或低排放；5)资源量大、分布广泛，但大多具有能量密度低的缺点核能发电是利用原子核分裂时产生的能量，把反应器中的水加热产生蒸汽，然后借蒸汽推动汽轮机，再带动发电机转动产生电能。太阳能发电是把太阳辐射能转换成电能的发电技术。由于太阳能储量巨大，不会枯竭，清洁能源，无污染，不受地域限制，是一种无所不在的能源，这些优点使它成为最理想的能源。风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。三、磁场的基本物理量电工电子技术

黄燕华三、磁场的基本物理量磁路限定在一定空间范围内的磁场。I磁感线表示磁场的分布情况。磁通Φ磁场存在的一种特殊形式。磁场的方向和强弱。磁通Φ通过与磁感线方向垂直的截面内磁感线的总数。在均匀磁场内磁场强度H磁场强度H只与产生它的电流有关，而与磁场中的介质无关。磁场强度H的单位安[培]每米(A／m)。磁感应强度B表示磁场内某点磁场方向和强弱的物理量。单位：特[斯拉](T)磁通密度矢量

方向与B同。磁导率μB=μH磁导率μ的单位亨[利]每米(H／m)。介质的μ越大，导磁能力越强。真空的磁导率相对磁导率μr

任一介质的磁导率μ与真空的磁导率μ0的比值。表示介质导磁能力的物理量。四、磁性材料的磁性质电工电子技术

黄燕华非磁性材料

HB0四、磁性材料的磁性质在外界磁场的作用下,基本上不表现出磁性，不产生附加磁场，磁导率μ≈μ0，，相对磁导率μr≈1。B≈μ0H磁感应强度B与磁场强度H之间具有线性正比关系外磁场磁畴常用的磁性材料铁、镍、钴及其合金。(一)高导磁性磁导率μ＞＞μ0相对磁导率μr＞＞

1小电流产生强磁场(磁感应强度B=μH足够大)。磁性材料在外界磁场的作用下,被强烈磁化,产生很强的附加磁场,并大大加强外磁场。（二）磁饱和性非线性关系B(Φ)H(I)0acbd饱和段cdbc段B–H增加上升缓慢饱和段μ急剧减小。μμ--H(I)关系曲线磁化曲线B(Φ)--H(I)曲线0a段起始段ab段B–H有近似线性正比关系(三)磁滞性iHCHm--Hm--HCBr--BrBH基本磁化曲线123456磁滞回线交流电流i励磁。环形铁心励磁线圈0i0HCHm--Hm--HCBr--BrBH磁滞损耗123456磁滞损耗的大小正比于磁滞回线包围的面积。五、磁路的欧姆定律电工电子技术

黄燕华磁路的欧姆定律一、磁路磁感线集中通过的路径。是电气设备中的导磁路径。小电流产生强磁场。小段空气隙也是磁路的组成部分。二、磁路的欧姆定律揭示了磁路中磁通Φ与励磁电流I之间的关系。Ir环形铁心磁路励磁电流I。磁感线沿铁心呈同心圆状分布。环形铁心内某点磁场强度只与励磁电流I和线圈匝数N、与该点位置有关，而与磁介质（μ）无关。根据数学全电流定律可得环形磁路平均长度N－励磁线圈匝数Ir磁场强度磁感应强度磁通磁通磁通或F=NI产生磁场的激励。取磁阻。磁路的欧姆定律。磁通Φ是响应。磁通势六、交流铁心线圈电路电工电子技术

黄燕华i--++ueφ磁通Φ恒定不变,不在线圈内产生感应电动势。线圈内电流、电压关系与一般直流电路相同。交流磁路交流电流i励磁，磁通φ变化，在线圈内产生感应电动势e。励磁线圈与磁路结合在一起，不可分割。交流铁心线圈电路磁路直流磁路交流磁路直流磁路

直流电流励磁。一.各电磁量之间的关系注意正方向。交流电压u励磁电流i磁通势Ni主磁通φi--++ueφ感应电动势二.主磁通与感应电动势感应电动势外加电压u是正弦电压,主磁通φ按正弦规律变化。主磁通φ=Φmsinωt交流铁心线圈电路感应电动势感应电动势的有效值该式是分析变压器、交流电动机中电压、电流有效值U、I和主磁通最大值Φm关系的重要依据。七、变压器的基本结构电工电子技术

黄燕华变压器的主要功能是能够把某一电压数值的交流电变换为同频率的另一电压数值的交流电----变电压。除此之外，变压器还具有变电流、变阻抗的作用，用于电工测量和电子技术领域。一.变压器的基本结构铁心

磁路。心式变压器壳式变压器变压器的基本结构主要用于输电、配电系统。用硅钢片交错叠装或卷绕而成。线圈（绕组）绕在铁心上的两个（或以上）线圈。交流电源负载二次绕组匝数N2凡表示一次绕组各量的图形符号U2U1－＋＋－二次绕组（副方绕组、次级绕组）一次绕组（原方绕组、初级绕组）外接交流电源。字母均标注下标“1”。如一次绕组电压（有效值）U1一次绕组电流（有效值）I1一次绕组匝数N1外接负载。凡表示二次绕组各量的字母均标注下标“2”。如二次绕组电压（有效值）U2二次绕组电流（有效值）I2任务实施１)电能是发电站发出来的，有哪些发电形式?通过查阅资料写出几种发电形式，并说明是否属于清洁可再生能源。①水力发电：水电站中水流的势能经过水轮机转化为机械能，由发电机转化为电能；②火力发电：火电厂的燃料化学能通过锅炉燃烧转化为热能，经汽轮机转化为机械能，再由发电机转化为电能；③核电能：核聚变和核裂变能转化为机械能，再由发电机转化为电能；④风力发电：风的动能转化为电能；⑤太阳能发电；⑥地热发电。在世界范围内，火电厂的装机容量约占总装机容量的70%，发电量约占总发电量的80%。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。另外，风力发电也可算是辅助性的新能源。其中，最理想的新能源是太阳能。核电在理想的情况下是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。２)通过资料查找在图３-１中绘制出电力系统的组成简图，要求该简图能够描述“电能”从发电站到用户整个过程。电力系统组成示意图３)发电厂发电机组发出的电，为什么要升压至５００ｋＶ后再进行传输?如何将电压升至５００ｋＶ?发电机发出的电力除发电厂自用电以外，大部分送至电网，然后由电网再分配给用户。由于发电厂与用户距离较远，电能在输送过程中要产生损失，称为线损，线损与电流的平方成正比

（I为传输线路中的电流，为传输中的功率损耗，为传输线路的等效电阻）。在输送功率P一定的情况下，电流与电压成反比P=UI，提高电压U就可以降低电流I，使线损大幅度下降。所以，发电厂采用升压变压器将电压升高后再向电网送电，输电距离愈远，采用的电压等级也愈高。因此发电厂发出的电需要升压主要益处有如下几点：①减少线路能耗（

）、压降（

）。②节约有色金属，导线在传输电流过程中，电流越小，导线就越细。③降低线路工程造价。发电厂发出的电是经过升压变压器实现升压的。４)电能输送至用户之前，为什么要经过降压后再供给用户?电能送至用户后，如果不经降压，直接使用，则用户必须采用耐压等级高的用电设备，不但大大增加了设备的成本，而且电压太高，也威胁人身安全。所以，用户要将电压降低后再使用。虽然采用了升压变压器和降压变压器均要产生一些损耗，但现代大型变压器的效率很高，其损耗与因此而减少的线损相比是很少的。５)根据电力系统的输配电方式在图３-２中绘制出电力系统的输配电示意图。电力系统的输配电示意图６)变压器包含哪些组成部分?各部分的作用是什么?变压器由铁心和绕在铁心上的两个或多个线圈（又称绕组）组成。