工厂用电知识讲座,磷肥厂电气车间 2014.01,主要内容,电的由来 电的基本知识 同步发电机 发电机并网 发电机励磁系统,电的产生,电磁感应原理 电磁感应，导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体内就产生感应电动势；穿过线圈的磁量发生变化时，线圈里就产生感应电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体或线圈闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流（感生电流），电动势的方向可以由楞次定律判定。,楞次定律：感应电流的效果 总是阻碍原磁通的变化,电的基本知识,电流是表示电流强弱的物理量，通常用字母 I 表示，它的单位是安培，符号 A 。导体中的自由电子在电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了 电流。电源的电动势形成了电压，继而产生了电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成了电流。 电压U ，单位V，正电荷q 从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小。电压是推动电荷定向移动形成电流的原因。电流之所以能够在导线中流动，也是因为在电流中有着高电势和低电势之间的差别。这种差别叫电势差，也叫电压。换句话说，在电路中，任意两点之间的电位差称为这两点的电压。 电源是给用电器两端提供电压的装置。 电压与电流的关系 欧姆定律I=U/R 其中I为电流强度，单位：安（A） ；U为电压，单位：伏特（V） ；R为电阻，单位：欧姆（)。 1安1伏特/欧姆,电功率 单位时间内电场力所做的功。 电功率计算公式： 在纯直流电路中：P=UI P=IR P=U/R 式中：P-电功率（W），U-电压（V） I-电流（A）， R-电阻（). 在单相交流电路中：P=UIcos 式中：cos-功率因数 在对称三相交流电路中，不论负载的连接是哪种形式，对称三相负载的平均功率都是： P=3UIcos 式中：U、I-分别为线电压、线电流。 cos -功率因数,关于电功率,1.有功功率：可以转化成其他形式能量（热、光、动能）的能量。以P来表示，单位为W.一般来说，有功功率是相对于纯阻性负载来说的。 2.无功功率：在具有电感或电容的电路中.在每个周期内.把电源能量变成磁场(或电场)能量贮存起来.然后再释放.又把贮存的磁场(或电场)能量再返回给电源.只是进行这种能量的交换.并没有真正消耗能量.以Q来表示，单位为Var。它的产生是由于感性负载、容性负载、以及电压和电流的失真，这种功率可导致额外的电流损失。 3.视在功率：有功功率和无功功率的几何之和（即平方和的均方根），它用来表示电气设备的容量。以S来表示，单位为VA。 4.功率因数：正弦交流电压与电流的相位差称为功率因数角，以来表示，没有单位，而这个功率因数角的余弦值称为功率因数。它决定于电路元件参数和工作频率，纯电阻电路的功率因数为1，纯电感电容电路的功率因数为0。功率因数cos=P/S。,功率因数,功率因数的大小与电路的负荷性质有关， 如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大， 从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。 功率因数低的根本原因是电感性负载的存在。例如，生产中最常见的交流异步电动机在额定负载时的功率因数一般为0.7-0.9,如果在轻载时其功率因数就更低。其它设备如工频炉、电焊变压器以及日光灯等，负载的功率因数也都是较低的。从功率三角形及其相互关系式中不难看出，在视在功率不变的情况下，功率因数越低（角越大），有功功率就越小，同时无功功率却越大。这种使供电设备的容量不能得到充分利用，例如容量为1000KVA的变压器，如果cos=1,即能送出1000KW的有功功率；而在cos=0.7时，则只能送出700KW的有功功率。功率因数低不但降低了供电设备的有效输出，而且加大了供电设备及线路中的损耗，因此，必须采取并联电容器等补偿无功功率的措施，以提高功率因数。 功率因数既然表示了总功率中有功功率所占的比例，显然在任何情况下功率因数都不可能大于1。由功率三角形可见，当=0即交流电路中电压与电流同相位时，有功功率等于视在功率。这时cos的值最大，即cos=1，当电路中只有纯阻性负载，或电路中感抗与容抗相等时，才会出现这种情况。 感性电路中电流的相位总是滞后于电压，此时0 90，此时称电路中有“滞后”的cos；而容性电路中电流的相位总是超前于电压，这 -900，称电路中有“超前”的cos。,提高功率因数的好处, 通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。 良好的功因数值的确保，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量。当线路输送一定数量的有功功率时，如输送的无功功率越多，线路的电压损失越大，即送至用户端的电压就越低。当用户功率因数提高以后，它向电力系统吸取的无功功率就要减少，因此电压损失也要减少，从而改善了用户的电压质量。 可以增加系统的裕度，挖掘出了发供电设备的潜力。如果系统的功率因数低，那么在既有设备容量不变的情况下，装设电容器后，可以提高功率因数，增加负载的容量。 举例而言，将1000KVA变压器之功率因数从0.8提高到0.98时： 补偿前：10000.8=800KW 补偿后：10000.98=980KW 同样一台1000KVA的变压器，功率因数改变后，它就可以多承担180KW的负载。 减少了用户的电费支出；透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。,正弦交流电,正弦交流电的三要素是最大值、角频率和相位 a.频率(f)或角频率()。这是表示交流电随时间变化快慢的物理量。它的定义是即交流电变化一周所经过的时间，交流电每秒钟变化的次数。它的倒数叫做周期即交流电变化一周所经过的时间T=1/f。在国际单位制中，频率的单位是赫兹。我国市电频率为50Hz,国外也有60Hz。 b.最大值(Am)和有效值(Aeff)。这是表示交流电大小的物理量。交流电的瞬时值随时间而变化，并不恒定。最大值虽然是个定值，可以用来标定交流电的大小，但计算电功率时不够方便，为了简化电功率的计算公式，在实际工作中常用交流电的有效值来表示交流电的大小。 交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的。让交流电和直流电通过同样阻值的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。交流电的有效值和最大值之间存在恒定的比例关系也Aeff=O.707Am。 c.位相()。这是表示交流电在某瞬时变化步调的物理量。也叫“周相”或“相位”，交流电表示式=msin（t+0)中的（t+0)就是相位，t=0时的位相0叫做初相。频率相同的两个交流电其初相不同，则其相位也就不同，它们的相位差（t+1)-（t+2)= 1一2=0。,一.对称三相电源的产生,三相交流电路,通常由三相同步发电机产生，三相绕组在空间互差120，当转子以均匀角速度转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对称三相电源。,三相同步发电机示意图,三相电路是由三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差1200的正弦电动势作为供电电源的电路。,1. 瞬时值表达式,2. 波形图,A、B、C 三端称为始端， X、Y、Z 三端称为末端。,3. 相量表示,4. 对称三相电源的特点,单位相量算子,二.三相电源的连接,X, Y, Z 接在一起的点称为Y连接对称三相电源的中性点， 用N表示。,1. 星形连接(Y连接),2. 三角形连接(连接),三角形连接的对称三相电源没有中点。,三个绕组始末端顺序相接。,N,N,三相四线制,三相三线制,一.对称三相电路功率的计算,三相电路的功率,Pp=UpIpcos,三相总功率： P=3Pp=3UpIpcos,1. 平均功率,注,(1) 为相电压与相电流的相位差角(阻抗角)，不要误以为是线电压与线电流的相位差。,(2) cos为每相的功率因数，在对称三相制中三相功率因数： cos A= cos B = cos C = cos 。,(3) 公式计算电源发出的功率(或负载吸收的功率)。,2. 无功功率,Q=QA+QB+QC= 3Qp,3. 视在功率,视在功率:,同步发电机,同步发电机是将机械能转变为交流电能的设备。 同步电机指电机转子的转速n与旋转磁场转速n1相同的交流电机。 同步电机一般采用旋转磁极式结构，根据磁极形状可分为隐极和凸极两种型式。,凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合。 隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于高速旋转。,隐极,凸极,同步发电机基本工作原理：导体切割磁力线感应电动势。 转子：转动的部分，转子上有磁极和励磁绕组，产生磁场。 定子（又叫电枢）：固定的部分，定子铁心上有齿和槽，槽内设置有绕组，有三相定子绕组，每相结构完全相同，它们在空间上互差120电角度对称分布放置在定子铁心槽内。 气隙：定转子之间有气隙。,三相同步发电机的基本工作原理,S,N,n,If,汽轮发电机,汽轮发电机的构造，是由蒸汽轮机或燃气轮机推动的发电机。发电机主要由转子与定子组成，由于汽轮机的转速很高，故汽轮发电机的转子是两极的，额定转速每分钟3000转，输出50赫兹的三相交流电。 这是转子铁芯构造示意图，在铁芯圆周上开有一些槽，嵌有励磁绕组，在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿，就是磁极（图所示）。励磁绕组两端通过集电环（滑环）接到励磁电源，在转子圆周两侧就形成北极与南极，旋转时就产生旋转磁场。 在转子励磁绕组中通以直流电流励磁，产生恒定的磁场，当原动机拖动转子旋转时，就建立起转子旋转磁场，旋转磁场的磁力线切割定子绕组中的三相绕组，从而在三相绕组中感应产生三相交变电动势。,同步发电机的额定值,对同步发电机额定值之间关系为：,额定运行时加在三相定子绕组上的线电压。,指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指输出的额定视在功率或有功功率，单位是KVA或KW。,在额定运行状态下三相定子绕组的线电流.,并网运行的含义,同步电机的并网运行,1、提高供电的可靠性； 2、提高供电的经济性； 3、提高电能的质量。,无穷大电网的含义,将一台或多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷供电。,并联运行的优点,并列方法,1.准同期法 2.自同期法,准同期并网的条件,1.待并发电机的电压与电网电压大小相等； 2.待并发电机电压相位与电网电压相位相同； 3.待并发电机电压频率与电网电压频率相同； 4.待并发电机的相序与电网的相序相同。,上述条件（4）一般在安装发电机时，根据发电机的转向确定了发电机的相序而满足，因此运行人员在并列时只需调节发电机使其满足其它三个条件即可。,不满足任一条件的并网称为非同期并网，将对发电机产生严重的危害。,实际的并网条件,实际上在待并发电机与电网之间总存在误差。因此，实际的并车条件是： 电压幅值偏差在10以内； 频率偏差在士1以内； 相位差在土15电角度以内。,发电机电压的确定,导体切割磁力线感生电动势e 发电机的定子线圈绕线长度固定不变，发当电机的速度（即转速）保持稳定（3000转）时，调节磁感线的磁场强度B，即可以稳定调节发电机的机端电压，直至与电网电压相同。,同步发电机一般都有励磁系统，调节励磁电流就可以改变磁场强度B。,发电机频率f的确定,同步发电机定子绕组感应电势的频率取决于它的极对数p和转子的转速n。 同步发电机极对数一定时，转速与电枢电势的频率有严格对应关系。 当电力系统频率f一定，发电机转速