电与电能考试通知：1. 做好试卷请在 4 月 21 日之前用 Email 提交，不得迟交。答卷用附件以 ord 文档形式发送。2. 附件文件名：学院-学号-姓名.doc ，例如：电气工程学院-201132540123-郭冬临.doc；否则可能被视为垃圾邮件。3. 请选课同学相互转告，各自独立完成答卷。4. 提交邮箱：dianyudiannengyahoo.cn 不要发到其它邮箱！收到无误后会回复。武汉大学通识课程电与电能考试卷（2012-04-1621）学院学号 姓名成绩 一、 什么是电磁感应，什么是自感，什么是互感？（P30）（1）电磁感应（Electromagnetic induction）现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。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 磁 感 应 现 象的 发 现 ， 乃 是 电 磁 学 领 域 中 最 伟 大 的 成 就 之 一 。 它 不 仅 揭 示 了 电 与 磁 之 间 的 内 在联 系 ， 而 且 为 电 与 磁 之 间 的 相 互 转 化 奠 定 了 实 验 基 础 ， 为 人 类 获 取 巨 大 而 廉 价 的电 能 开 辟 了 道 路 ， 在 实 用 上 有 重 大 意 义 。（ 2） 自 感 ： 当 导 体 中 的 电 流 发 生 变 化 时 ， 它 周 围 的 磁 场 就 随 着 变 化 ， 并 由此 产 生 磁 通 量 的 变 化 ， 因 而 在 导 体 中 就 产 生 感 应 电 动 势 ， 这 个 电 动 势 总 是 阻 碍 导体 中 原 来 电 流 的 变 化 ， 此 电 动 势 即 自 感 电 动 势 。 这 种 现 象 就 叫 做 自 感 现 象 。磁 通 匝 链 数在 载 流 线 圈 中 ， 载 流 线 圈 激 发 的 磁 场 与 其 电 流 I 成 正 比 ， 通 过 线 圈 的磁 通 匝 链 数 （ 当 线 圈 为 多 匝 时 ， 通 过 各 匝 线 圈 的 磁 通 量 之 和 称 为 磁 通 匝 链 数 ， 若 通 过 每 匝 线 圈 的 磁 通 量 都 相 同 ， 则 N ， N 为 线 圈 匝 数 ） 也 与 I成 正 比 ， 即 LI=N 。自 感 系 数 以 上 二 式 中 的 比 例 系 数 L 与 电 流 无 关 ， 取 决 于 线 圈 的 大 小 、 形 状 、 匝数 以 及 周 围 （ 特 别 是 线 圈 内 部 ） 磁 介 质 的 磁 导 率 （ 若 为 铁 磁 质 ， 则 L 还 与 电 流I 有 关 ） 。 对 于 相 同 的 电 流 变 化 率 ， L 越 大 ， 自 感 电 动 势 越 大 ， 即 自 感 作 用 越 强 。L 称 为 自 感 系 数 ， 简 称 自 感 或 电 感 ， 单 位 是 亨 利 （ H ） 如 果 通 过 线 圈 的 电 流 在1 秒 钟 内 改 变 1 安 时 产 生 的 自 感 电 动 势 是 1 伏 ， 这 个 线 圈 的 自 感 系 数 就 是 1 亨 。常 用 的 较 小 的 单 位 有 毫 亨 （ mH） 和 微 亨 （ H） 。 自 感 系 数 的 计 算 比 较 复 杂 ，常 用 实 验 方 法 测 定 ， 简 单 情 形 则 可 由 毕 -萨 -拉 定 律 和 LI 计 算 。 L= /i,自 感 系 数 取 决 于 回 路 的 性 质 .长 直 螺 旋 管 的 自 感 系 数 为 L=u*n2*v. 1H=1000mH=1000000 H（ 3） 互 感 ： 如 果 有 两 只 线 圈 互 相 靠 近 ， 则 其 中 第 一 只 线 圈 中 电 流 所 产 生 的磁 通 有 一 部 分 与 第 二 只 线 圈 相 环 链 。 当 第 一 线 圈 中 电 流 发 生 变 化 时 ， 则 其 与 第 二只 线 圈 环 链 的 磁 通 也 发 生 变 化 ， 在 第 二 只 线 圈 中 产 生 感 应 电 动 势 。 这 种 现 象 叫 做互 感 现 象 。当 一 线 圈 中 的 电 流 发 生 变 化 时 ， 在 临 近 的 另 一 线 圈 中 产 生 感 应 电 动 势 ， 叫 做互 感 现 象 如 图 1 所 示 有 两 个 临 近 的 回 路 （ 1） 和 （ 2） ， 载 有 电 流I1， I2.则 由 I1 产 生 的 磁 场 穿 过 （ 2） 的 回 路 ， 磁 通 量 为 21 应 和 I1 成 正比 。 21=M21*I1 同 理 ， 由 I2 产 生 的 磁 场 穿 过 （ 1） 的 回 路 ， 磁 通 量为 图 2 12=M12*I2 M12、 M21 均 可 称 为 互 感 系 数 。 可 以 证 明M12=M21=M， 简 称 互 感 。二、 什么是三相交流电？三相交流电比单相交流电有哪些的优越性。 （P60）（1）三相电是一组幅值相等、频率相等、相位互相差 120o 的三相交流电，由有三个绕组的三相发电机产生，是工业上常用的电源。以下是一个理想的三相交流电压的数学式：其中 A 是电压的峰值，f 则是交流电压的频率。（2）三相交流电比单相交流电经济。1、三相交流线路的输电能力是相同电压等级的单相线路的三倍，而线路导线长度只需后者的 3/2 倍（三相三线制）或 2 倍（三相四线制） ，且能够有效减少线路输电损耗。2、三相交流电机（发电机、电动机）的电枢中形成旋转磁场，而单相交流电机电枢中形成脉冲磁场，使得三相电机具有比单相电机更好的起动和运行性能。3、三相电机比同容量的单相电机体积小、造价便宜、运行损耗也较小。4、三相交流电路可以同时得到相差根号 3 倍的两种电压，便于灵活应用。三、 火力发电厂对环境的影响表现在哪些方面，如何采取措施减轻污染？（P70）（1）火力发电厂对环境的污染：1、粉尘：在大气中长时间漂浮，可能直接进入人体呼吸器官，造成更大的危害。2、硫氧化物：对人的眼镜和肺以及植物的叶片带来损伤。高浓度的二氧化硫造成呼吸系统疾病甚至死亡，使农作物减产或植被枯萎。在大气中与雾、飘尘等发生化学反应形成硫酸烟雾，其毒性比二氧化硫大四到二十倍，危害特别大。二氧化硫氧化为三氧化硫和水结合成硫酸雾，造成酸雨，破坏森林生态系统，破坏土壤生态系统、水生生态系统3、氮氧化物：形成光化学烟雾吸收电磁波，在大气中形成硝酸盐，降低天空亮度及远处物体的反差，有害人体健康，也会形成酸雨。4、二氧化氮：二氧化碳吸收辐射热，造成温室效应，使地表温度升高。5、排水热污染：凝汽器的冷却水直接取自江、河、湖、海、水库，排出的水温一般要升高 8-10，引起水体热污染。6、废水：废水中含废酸、废碱、悬浮物、油脂、有机污染物、富营养污染物、微量元素，直接排入水体会造成不同程度的污染。7、灰渣：其中含硅、铝、铁、钙等多量元素和砷、铬、铅、镉等微量元素，不同程度地溶入水中，渗入地下水污染水体。8、噪声：火电厂是一个噪声源相对集中、噪声辐射量大、噪声种类繁多的场所。9、放射性污染：放射性物质进入人体，会引起皮炎、白血病、再生障碍性贫血等严重疾病。（2）防治措施：1、通过除尘器除尘，大机组通常采用静电除尘和带式除尘。2、采用烟气脱硫技术，即燃烧后产生的烟气在排入大气前，用物质吸收或吸附烟气中的 SOx,或者燃烧过程中加入适量的石灰石等碱性吸附剂。3、采用低 NOx 燃烧技术，即低过剩空气量、分级送风、分段燃烧等方式，或采用流化床燃烧技术，其燃烧温度低，NOx 的生成量比悬浮燃烧的锅炉低得多。4、减少化石燃料的消耗和提高能源利用率是目前减少 CO2 排放量的有效手段。采用高效、环保的煤电技术和以相对含碳量较少的天然气为燃料的联合循环发电。5、采用封闭循环冷却水系统。6、主要通过废水处理系统加以净化或回收再利用。7、加大灰渣综合利用的力度是减少灰渣污染的最有效措施，如生产水泥、砖、做肥料添加剂等。8、通过对设备的运行管理、系统的改进、加装隔声罩等方法以降低噪声。9、加快洁净煤技术在常规火电机组中的应用，减少燃煤火电厂对环境的污染。四、 什么是电力系统的负荷曲线，常用的负荷曲线有哪几种？负荷曲线的变化规律取决于哪些因素？（P125）（1）负荷曲线：电力系统的负荷就是系统中各种用电设备消耗功率的总和。通常把负荷随时间变化的情况画成坐标图，成为负荷曲线。负荷曲线直观反映了某一时段内负荷随时间变化的规律。负荷曲线记述负荷随时间变化的情况，并据此研究负荷变化的规律性。电表的负荷曲线记录:反映一段时间内负荷随时间而变化的规律用负荷曲线来描述； 电表的负荷曲线记录:电表采用大容量内卡（2M 字节）保存负荷曲线，最多可以保存 16184 条负荷曲线记录。每条负荷曲线可记录 6 类数据，负荷曲线保存的时刻与电表时钟同步，保存数据的时刻是根据设置的 6 类数据记录间隔与电表的时钟的关系确定的，保存数据的间隔最小为 1 分钟。有功功率负荷曲线和无功功率的负荷曲线:负荷曲线的横坐标是时间，纵坐标一般是有功功率，因此通常的负荷曲线是有功功率负荷曲线 。然而负荷从电力系统中取用的不仅是有功功率，同时还取用无功功率。电力系统的调度不仅调度发电机的有功功率，有时还要调度发电机、同步调相机及电容器等的无功功率，因此还有一个无功功率的负荷曲线。（2）常用电荷曲线分类：日有功负荷曲：用户的有功功率日负荷曲线反映了一天 24h内有功负荷的变化，可以根据运行中的记录绘出。年最大负荷曲线：描述一年内逐月（逐日）最大有功功率负荷变化的情况。年持续负荷曲线：根据全年的负荷变化按照其大小及在一年中累计的持续运行时间排列组成的。按负荷种类分，分有功功率负荷曲线和无功功率负荷曲线；按时间长短分，分为日负荷曲线和年负荷曲线；按计量地点分，分为个别用户、电力线路、变电所、发电厂乃至整个系统的负荷曲线；将上述三种特征相组合，就确定了某一种特定的负荷曲线。 （3）负荷曲线的变化规律：完整的负荷序列基本上可以分解为随机分量、周期分量和趋势分量。其中随机分量受切投负荷，温度，天气等很多因素影响，规律很难把握；周期分量又可以细分为日周期、月周期、年周期等，其规律性主要决定与社会生活生产的周期性；趋势分量变化缓慢，其规律性取决于慢变化的气候因素，如夏天升温导致复合增长，还受国民经济增长等宏观因素影响。五、 已知某电气设备的机端线电压为 （千伏） ，线电流为0102sin(34)ut（千安） 。求该设备的功率因数、电流有效值、有功功率032sin(145)it、无功功率和视在功率的大小。功率因数= 30-（-15）=45电流有效值= 3A有效功率 P= 10*3*cos（45）=15无功功率=10*3*sin（45）视在功率 S=3*10六、 简述风力发电的特点。为什么现代社会大力提倡以风力发电为代表的新能源发电？（1）风力发电的特点：风能利用的最主要形式就是风力发电，风力发电环境友好、技术成熟、可靠性高、成本低且规模效益显著，是发展最快的新型能源。风是风力发电的原动力，它是由于太阳照射到地球表面各处受热不同，产生温差引起大气运动形成的。据理论计算全球大气中风能总的能量是 1017kw，而且是可再生的，估计大约有 3.5*1012kw的蕴藏风能可以被开发利用，这个价值至少比世界上可利用的水能大 10 倍。而且风取之不尽，用之不竭，不存在资源衰竭问题；同时在风能的转换过程中，基本不消耗化石能源，因而不会对环境构成严重威胁。尽管从全能量系统的观点来看，在风电设备及其原材料的生产、制造和安装过程中需要消耗一定的化石能源，进而对环境构成一定的污染，但其排放量相对于风力机发出的电力而言则微不足道。风力发电技术可以灵活应用，既可以并网运