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电工基础知识讲座第一章 电力生产概况概 况我们大家都知道,自然界中存在的能量是有许多种,例如常见的机械能、热能、光能、水能、化学能等等,根据能量守恒与转换定律得知,各种能量之间在一定的条件下是可以互相转换的。并且能量既不能创造,也不能消灭,只能从一种形式转换为另一种形式。能量的总和保持不变。例如,发电厂和电网就是一个多种能量相互转换的系统。在火电厂的锅炉中燃烧着的煤炭通过化学反应,使水获得热能变成高压蒸汽(高温高压),高压蒸汽推动汽轮机转动,将它所具有的能量转换为机械能,汽轮机带动发电机转动又将机械能转换成了电能。而水力发电站则是将具有一定势能的水冲动水轮机转动,水轮机再带动发电机转动,最后将机械能转换成了电能。电能再经过升压站、降压站和输电线等设备送到用户,又转换成各种形式的能量为人们的生活和各种生产活动服务。例如电动机可以将电能转换成机械能;电灯可以将电能转换成光能;电炉可以将电能转换成热能等等。下面我们就围绕“电”的概念,从几个方面的课件展开,一起学习关于电的相关知识及其应用。第二章 电工常用名词、定义及符号21电路的概念一、电路电路就是电流所流经的路径,它是由电源、负载(负荷)、连接导线和开关等几个基本部分组成。二、三相交流电路在磁场中放置三个匝数相同彼此在空间相距120的线圈。当转子由原动机带动,并以匀速按顺时针方向转动时,则每相绕组依次被磁力线切割,就会在三个线圈中分别产生频率相同、幅值相等的正弦交流电动势e、e、e,三者在相位上彼此相差120,再用导线和负载连接起来就构成了三相交流电路。 22 常用名词、定义及符号一、电压在电场中两点间的电位差就叫做电压。电压的符号用“U”表示,电压的单位为伏特(简称伏)、用符号“V”表示。在需要测量很低的电压时,是用毫伏(mV)或者微伏(uV)做单位;在需要测量很高的电压时,则是用伏特(V)或者千伏(kV)做单位。换算关系为:1千伏(kV)=1000伏(V)=103伏1伏(V)=1000毫伏(mV)=103毫伏1毫伏(mV)=1000微伏(uV)=103微伏。二、电流金属导体中的自由电子在电场力的作用下,会向电场强度的反方向移动。电荷的有规则的定向运动就形成了电流。通常规定是以正电荷运动的方向为电流的方向。单位时间(每秒钟)内通过导线某一截面的电荷量(电量)的多少来衡量电流的强弱,叫做电流强度(简称电流),电流的符号用“I”表示,电流的单位为安培(简称安),用符号“A”表示。在需要测量很小的电流时,是用毫安(mA)或者微安(uA)做单位;当需要测量很大的电流时,则是用安培(A)或者千安(kA)做单位。 换算关系为:1千安(kA)=1000安培(A)=103安培1安培(A)=1000毫安(mA)=103毫安1毫安(mA)=1000微安(uA)=103微安。三、电阻当把不同的负载接到电源上去的时候,就会发现负载中通过的大小是不相同的。例如,在一根铜棒的两端和一根铁棒的两端加上同样的电压,在这两棒中的电流将会相差很大,这是因为不同的导体材料对于电流具有不同阻力的缘故。我们就把加在导体两端的电压和通过导体的电流的比值叫做电阻。衡量电阻大小的单位是欧姆(简称欧),用符号“”表示。如果在导体两端加上1伏的电压,通过导体的电流是1安,那么,这个导体的电阻就是1欧姆,即 1欧姆1伏特/1安培在实际生产中有时嫌欧姆这个单位太小,则可以用千欧(k)和兆欧(M)做单位,换算关系如下:1兆欧(M)=1000千欧(k)=10(k)1千欧(k)=1000欧姆()=10()请大家注意的是,导体的电阻不仅和导体的材料种类有关,而且还和导体的截面积有关,由实践证明,同一材料导体的电阻和导体的截面积成反比,而和导体的长度成正比。即导体的截面积愈大,电阻就愈小;导体愈长,电阻就愈大。用公式表示就是R(LS)式中 L导线长度,单位是米; S导线截面积,单位是平方毫米; 比例常数,叫做导体的电阻率,单位是:欧毫米/米。电阻率是长1米,截面为1平方毫米导体的电阻值。例如常用材料中银的电阻率0.0165欧-毫米/米, 铜的电阻率0.00175欧-毫米/米,铝的电阻率0.0283欧-毫米/米。四、电流的热效应当电流通过电阻时,电阻的温度会逐渐升高。这是因为电阻所吸收的电能转换成了热能的缘故,这种现象就叫做电流的热效应。例如,电炉,电烙铁等电热设备就是利用这种性能来生产我们所需要的热量;在白炽灯中,由于钨丝温度升得很高,达到白热的程度又将一部分热能转化为光能而发出亮光。但是,从另外一方面分析,在电机、变压器等电气设备中,电流通过绕组时所产生的热量,对于这些设备是很不利的。为什么?因为这些热量如果不设法从电机及变压器内部散发出去,经过长时间运行后,就后会使设备的温度升得很高,绝缘损坏,严重时甚至烧坏设备。所以,我们必须加以严密的监视和控制。人们经过长期的实践和实验,发现当电流通过导体时所产生的热量和电流值的平方、导体本身的电阻值以及电流通过的时间成正比。这种关系就是楞次-焦耳定律,用公式表达就是Q=0.24IRt (2-1)式中 Q 电流在电阻上产生的热量,单位是卡; I 通过导体的电流,单位是安; R 导体的电阻,单位是欧; t 电流通过的时间,单位是秒; 0.24 热功当量,它相当于电阻为1欧姆的导体中通过1安电流时,每秒钟产生的热量。问题1:在输电线路中如果出现导线发热好不好?是什么原因所导致?我们应该怎样避免?导线的选择原则:为了避免设备过度发热,根据绝缘材料的允许温度,对于各种导线规定了不同截面下的最大允许电流(即安全电流),例如下表所示:500伏单芯(多芯)橡皮、塑料绝缘导线明线敷设允许载流量(安)截 面()BX、BLX、BXF、BLXF、BXR型橡皮线允许载流量(安)BV、BLV、BVR型塑料线允许载流量(安)铜 芯铝 芯铜 芯铝 芯0.7518161.021191.5271924182.53527322544535423265845554210856575591611085105802514511013810535180138170130502301752151657028522026520595345265325250由表中可以看出:由于导线的电阻和它的截面积成反比,所以,导线愈粗,允许通过的电流也就愈大;周围空气温度愈高,愈不利于散热,所以允许通过的电流愈小。五、电功率是指在单位时间内电源力所做的功。它们之间的关系是: WPt 且 PUI (2-2)电功率是用瓦特表测量。电功率的单位是“瓦特”(简称瓦W),用“P”表示,大的单位还有千瓦(kw)。它们的换算关系如下:1千瓦(kw)1000瓦(W)声 母 表 b (玻) r (日)六、电 能是指在一段时间内电源力所做的功。电能是用瓦时表测量。电能的单位是用千瓦时(kwh)表示,简称度。问题2:电能和电功率的概念是否一样?在计算上有什么区别?(例2-1)在220伏的电源上,接入一个电炉,已知通过电炉的电流是4.55安,问在3个小时内,该电炉消耗的电能是多少?解:电炉的功率是 PUI2204.551 kw3个小时中电炉消耗的电能是WPt133 kwh即消耗了3度电。七、功率因素功率因素又称“力率”,它是指有功功率与视在功率的比值,通常用符号cos表示,即 cos有功功率(kw)/视在功率(kvA)功率因素的大小与电路的负载性质有关。例如呈电阻性负载的白炽灯、电阻炉等电热设备,其功率因素为1,说明它们只消耗有功功率;对具有电感的电器设备如日光灯、电动机等,其功率因素小于1(一般只有0.5-0.8左右),说明它们需要一定数量的无功功率,如当电动机输出功率很低时,所消耗的有功功率减少,但所需要的无功功率确基本不变,无功功率所占的比例增大,所以电动机的cos就更低。从功率三角形的图中,运用数学的三角函数关系可以得出如下表达公式:有功功率PUIcos 式中的cos即为功率因素。问题3:引起功率因素下降的因素有哪些?会产生哪些危害?一是在负载中有电感性的负载增多;二是负载自身的功率因素过低。功率因素的降低,说明在电路中用于交变磁场吞吐转换的无功功率增大,而有功功率下降,并且这部分无功功率在电源和负载之间送过来又送回去不做功。因此,(1)、从而降低了电源设备的利用率;(2)、在线路上将引起电压降增大、会使得用户端的电压降低,影响了用户负载的正常工作;(3)线路的功率损失增加就会造成电能的损失。八、线电压、相电压试画图举例说明:在星形连接的电路中(指三相对称电路),每相线圈两端的电压就做相电压,通常是用符号U、U、U分别表示。端线与端线之间的电压则叫做线电压,一般是用符号UAB、UB、UA 表示。线电压与相电压的关系:因为 UABU UB3 U UA3U 而且 UUUUXg UABUBUAUX所以线电压与相电压的关系可概括为 UX3 UXg (2-3)即星形连接的电路中,线电压等于相电压的3倍。九、相电流、线电流在星形连接的电路中(指三相对称电路),当每相线圈两端的电压知道后,就可以逐一计算出每相的电流,这个电流是在各相负载中流过的,所以叫做相电流,而且,它们的有效值是IU/Z IU/Z IU/Z条件 : tg/R tg/R tg/R如果 RRRR 则称为三相对称电路, IIIIXg 因此,在各端线中流过的电流则叫做线电流(试画图举例说明),用符号“I-”表示,对星形连接的电路来说,线电流就等于相电流,即 IIXg (2-4)十、中性线(零线)三相三线制只是三相交流电源供电的一种连接方式。假如我们从三个线圈的首端分别引出三根导线,再将三个线圈的尾端连在一起,就形成了三相三线制的星形连接。如果在三相三线制星形连接的基础上,我们再从三个线圈尾端的连接点(称为星点)上再引出一根导线,就变成了由四根导线供电的三相四线制供电系统。那么,由三个线圈尾端的连接点(称为星点)上引出的这根导线我们就叫做中性线(零线)。中性线的作用:就在于使星形连接的不对称负载的相电压保持对称,消除由于三相负载不对称引起的中性线点位移,从而避免因负载电压过高而造成设备的损坏,因负载电压过低而使设备不能正常工作。问题4: 在三相四线制供电系统中,如果中性线点发生位移(或者断线)时会造成什么后
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