电路基础知识讲座

电路基础知识讲座1第一页，共79页。电源电路基础知识讲座交流电直流电电路基本元件电路元件的伏安特性直流特性交流特性波形图相量图电路元件的功率特性感性负载容性负载功率三角形电阻电感电容电流的微观概念欧姆定律阻碍作用内容简述2第二页，共79页。电源电源是提供电能的装置。电源因可以将其它形式的能转换成电能，所以把这种提供电能的装置叫做电源。广义上讲，电源分为直流电和交流电。两端极性不随时间改变的是直流电源两端极性随时间改变的是交流电源3第三页，共79页。我国三相电网由三个相位差120度角的交变频率为50HZ（每秒极性改变100次，振荡周期为1/50秒）4第四页，共79页。众所周知，我国三相电网中，相线与零线的电压为（照明电路）220V相线与相线的电压（动力电路）为380V这里所表述的电压是真实值吗？5第五页，共79页。相线与零线220V，相线与相线380V，均是有效值！通过积分计算R在正弦交流电压下，T时间内，发热量（消耗电能）为Q让R在T时间内，发热为Q，求所需要的直流电压U=？电网相电源，在T时间内，对同一元件，所产生的热效应等同于220V直流电源所产生的热效应6第六页，共79页。电路基本元件——电阻电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。导体的电阻通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆（ohm），简称欧，符号是Ω（希腊字母，读作Omega)，1Ω=1V/A。比较大的单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）（兆=百万，即100万）。7第七页，共79页。欧姆定律导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。【表达式：I=U/R】欧姆定律适用于纯电阻电路，金属导电和电解液导电在气体导电和半导体元件等中欧姆定律将不适用。8第八页，共79页。电流的微观概念单位时间内流过某导体截面的电荷量1A=1C/S正电荷的移动形成电流1C约相当于6.25×10^18个电子的电量

C代表库仑，描述电荷量I9第九页，共79页。电路基本元件——电感电感是闭合回路的一种属性。当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产感应电流来抵制通过线圈中的电流。生这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感，单位是“亨利电感量：自感系数，是表示电感原件自感应能力的一种物理量。当通过一个线圈的磁通发生变化时，线圈中便产生电势，这是电磁感应现象。所产生的电势称感应电势，大小正比于磁通变化的会速度和电感系数（线圈匝数，励磁特性）。电感量的基本单位为H（亨），还有毫亨（mH），微亨（uh）。10第十页，共79页。电生磁：通电导线周围产生磁场通电导线在周围会产生磁场11第十一页，共79页。磁生电：变化的磁场周围感生出电场12第十二页，共79页。13第十三页，共79页。电路基本元件——电容电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。任何两块金属导体中间用绝缘体隔开就形成了电容器。金属板称为极板,绝缘体称为介质.电容器极板上的带电量Q与电容器两端电压U之比称为电容量C，既C=Q/U14第十四页，共79页。电容单位：1C/1V=1F（法）1C=1F*1V1F=10^6uF1uF=10^6pF15第十五页，共79页。电路元件的直流特性小灯泡正常发光小灯泡缓慢发光，电感阻碍电流突变，待电路导通时，没有电阻小灯泡不发光，电容电阻无穷大，相当于开路16第十六页，共79页。正弦相量图用长短示意有效值的大小用角度示意初始状态17第十七页，共79页。正弦相量图18第十八页，共79页。目的：简化波形图，便于感性认识正弦相量图19第十九页，共79页。正弦相量图20第二十页，共79页。相位差同一交流电路中，某些元件上的电压和电流变化不同步，存在时间差。为了便于分析，用角度差表示时间差，即相位差21第二十一页，共79页。相位差22第二十二页，共79页。纯电阻电路波形与相量图电压波形与电流波形同相,没有时间差23第二十三页，共79页。纯电感电路波形与相量图电压波形超前电流波形90度角24第二十四页，共79页。纯电容电路波形与相量图电压波形滞后电流波形90度角25第二十五页，共79页。电路元件上的电压与电流的变化时间差异,取决于元件自身的属性为什么同一元件上的电压电流会有变化差异？储能特性励磁特性26第二十六页，共79页。电路元件的交流特性电压与电流同相（变化相同）电流滞后电压90电角度电压滞后电流90电角度27第二十七页，共79页。对交流电路的阻碍作用纯电感的感抗和交流电路的频率和自感系数成正比纯电容的容抗和交流电路的频率以及电容量成反比纯电阻阻值在交流电路里不随频率而改变所有的单位均是欧姆通直流，阻交流通交流，隔直流28第二十八页，共79页。电路元件的阻碍作用使得电流对其做功电功的概念用于发光，发热，以及电力拖动的所消耗的电能，叫做有用功用于建立交变磁场电场，从而使互相转换的叫无用功功的基本单位是焦耳（电费）29第二十九页，共79页。功率（直流电路）有功功率的单位是瓦特30第三十页，共79页。功率（交流电路）31第三十一页，共79页。无功功率的单位是乏32第三十二页，共79页。视在功率的单位是伏安33第三十三页，共79页。视在功率,有功功率,无功功率在数值上有什么联系？34第三十四页，共79页。实例一电气设备铭牌的含义35第三十五页，共79页。实例二计算瞬时功率因数36第三十六页，共79页。功率补偿为什么要进行无功补偿？37第三十七页，共79页。功率补偿功率补偿1000KVA的变压器，如果功率因数为0.8，只能输出800KW的有功功率，另外200KVar作为无功输出降低电源利用率，增加了损耗（线路发热，变压器励磁损耗）低压电网中的无功补偿状态有哪些？38第三十八页，共79页。功率补偿136厂房南配电室功率因数表39第三十九页，共79页。功率补偿40第四十页，共79页。功率补偿欠补偿过补偿全补偿（功率因数为1）感性负载容性负载纯电阻41第四十一页，共79页。功率补偿全补偿（功率因数为1）由于电力系统中的负载和线路并非理想状况，均有损耗，所以功率因数达到1的状态无法维持低压电网中，功率因数能否达到1？功率因数达到1，会出现什么状况？产生谐振！42第四十二页，共79页。谐振R,L,C电路发生谐振电压与电流同相，总阻抗呈电阻型43第四十三页，共79页。并联谐振谐振时B=0，即CLR时，发生并联谐振！44第四十四页，共79页。并联谐振CLR谐振特点：电压与电流同相支路电流远大于总电流45第四十五页，共79页。并联谐振CLR并联谐振现象烧接触器烧电容烧线圈总电流小于支路电流46第四十六页，共79页。并联谐振107燃气锅炉房的谐波治理设备是感性负载严禁与容性负载使用！！！47第四十七页，共79页。串联谐振Rj

L+_48第四十八页，共79页。Rj

L+_LC上的电压大小相等，相位相反，串联总电压为零，称电压谐振支路产生高电压！串联谐振49第四十九页，共79页。谐波一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。50第五十页，共79页。谐波谐波产生的原因主要有：由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。51第五十一页，共79页。谐波非线性电器元件特点：伏安特性曲线不是直线二极管，稳压管，三极管，场效应管，晶闸管等等52第五十二页，共79页。谐波谐波危害

谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。1.降低系统容量如变压器、断路器、电缆等2.加速设备老化，缩短设备使用寿命，甚至损坏设备危害生产安全与稳定3.浪费电能等。53第五十三页，共79页。谐波谐波治理有哪几种方式？108厂房并联电抗器107燃气锅炉房谐波治理设备54第五十四页，共79页。谐波无源谐波无源滤波的主要结构是用电抗器与电容器串联起来，组成LC串联回路，并联于系统中，LC回路的谐振频率设定在需要滤除的谐波频率上，例如5次、7次、11次谐振点上，达到滤除这3次谐波的目的。其成本低，但滤波效果不太好，如果谐振频率设定得不好，会与系统产生谐振。市场上流通较多的采取的滤波方法就是这一种，主要是因为低成本，用户容易接受。虽滤波的效果较差，只要满足国家对谐波的限制标准和电力部门对无功的要求就行了。由于其低成本，市场的需求也就大，一般而言，低压0.4KV系统大多数采用无源滤波方式，高压10KV几乎都是采用这种方式对谐波进行治理。55第五十五页，共79页。谐波利用感性负载的通低频，阻高频特性LC滤波电路无源滤波56第五十六页，共79页。谐波有源谐波有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上发展起来的，它的滤波效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果是百分之百的。它主要是由电力电子元件组成电路，使之产生一个和系统的谐波同频率、同幅度，但相位相反的谐波电流与系统中的谐波电流抵消。但由于受到电力电子元件耐压，额定电流的发展限制，成本极高，其制作也较之无源滤波装置复杂得多，成本也就高得多了。其主要的应用范围是计算机控制系统的供电系统，尤其是写字楼的供电系统，工厂的计算机控制供电系统。对单台的装置而言，其利润是可观的，但用户一般不愿意用有源滤波，对于谐波的含量，不必滤得太干净，只要不危害其他用电器也就可以了。57第五十七页，共79页。谐波58第五十八页，共79页。谐波59第五十九页，共79页。变压器励磁涌流为什么合上134厂房#2变压器环网柜后跳闸？为什么高压间每个中置柜内配备630A的开关？60第六十页，共79页。变压器励磁涌流当合上断路器给变压器充电时，有时可以看到变压器电流表的指针摆得很大，然后很快返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常称之为励磁涌流61第六十一页，共79页。变压器励磁涌流如果在合闸瞬间，电压正好达到最大值时，则磁通的瞬间值正好为零，即在铁芯里一开始就建立了稳态磁通。在这种情况下，变压器不会产生励磁涌流。当合闸瞬间电压为零值时，它在铁芯中所建立的磁通为最大值。可是，由于铁芯中的磁通不能突变，既然合闸前铁芯中没有磁通，这一瞬间仍要保持磁通为零。因此，在铁芯中就出现一个非周期分量的磁通，如果合闸时铁芯还有剩磁，磁通还会更大！实际运行中可达到2.7倍。因此，在电压瞬时值为零时合闸会产生很大的磁通，导致励磁涌流现象。62第六十二页，共79页。变压器励磁涌流1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，主要是偶次谐波，因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。2)励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过(0.25～0.5)3)一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。4)励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的6～8倍。当整定一台断路器控制一台变压器时，其速断可按变压器励磁电流来整定。5)对于容量小的变压器衰减得快，约几个周波即达到稳定，大型变压器衰减得慢，全部衰减持续时间可达几十秒。6)励磁涌流和铁芯饱和程度有关，同时铁芯的剩磁和合闸时电压的相角可以影响其大小。励磁涌流特点63第六十三页，共79页。分/合闸指示灯合闸时红灯亮，分闸时绿灯亮，什么原理？64第六十四页，共79页。分/合闸指示灯分闸，继电器线圈不得电，绿灯亮合闸，继电器线圈得电，常开触点闭合，常闭触点断开，红