《电工学》全套课件 PPT.ppt
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电工学,绪论,1.1电力系统概述,1.1.1电力系统和电力网概述提问:
1.什么是电力系统?
电力网?
上一页,下一页,返回,图1.2电力的产生及传输分配,上一页,下一页,返回,电力系统:
由发电、送电、变电、配电和用电组成的“整体”电力网:
输送、变换和分配电能的网络,分为输电网和配电网两大部分电力网的电压等级:
低压(1kV以下)、中压(1kV10kV)、高压(10kV330kV)、超高压(330kV1000kV)、特高压(1000kV)电能的质量指标:
频率、电压,上一页,下一页,返回,1.1.2电力的产生,发电厂:
其它形式的能源(如水能、热能、风能、核能等)电能电力的传输:
发电厂变压器升压高压输电线路变配电站,上一页,下一页,返回,1.1.3电力的传输,提问:
2为什么要升压供电?
因为:
电流,传输距离,热能消耗,电能损失所以:
在传输容量一定的条件下,输电电压,输电电流,电能消耗我国常用的输电电压等级:
有35kV、110kV、220kV、330kV、500kV等多种电力的传输线路:
架空线路、电缆线路,上一页,下一页,返回,1.1.4电力的分配,输电线路配电线路分配给用户常用的配电电压:
高压:
10kV或6kV低压:
380220V,上一页,下一页,返回,1.2电工安全基本知识,1.2.1人为什么会触电?
人体本身就是一个导体,有一定的电阻。
1.2.2触电有哪几种?
单相触电两相触电跨步电压触电,上一页,下一页,返回,单相触电,两相触电,跨步电压触电,上一页,下一页,返回,1.2.3触电程度跟哪些因素有关?
与通过人体电流强度、持续时间、电压频率、通过人体的途径以及人体状况都有关系。
上一页,下一页,返回,1.2.4怎样预防触电?
要有必要的安全知识安装保护设备创造不导电环境:
绝缘、屏护、间距,上一页,下一页,返回,1.2.5发生了触电怎么办?
迅速切断电源触电程度轻重的判断立即采取相应的急救措施:
口对口(或口对鼻)人工呼吸法、胸外心脏挤压法,上一页,下一页,返回,图1.11触电者就地脱离电源的方法,上一页,下一页,返回,图1.12对触电者的检查,(a)检查瞳孔(b)检查呼吸(c)检查心跳,上一页,下一页,返回,图1.13口对口人工呼吸法,(a)触电者平卧姿势(b)急救者吹气方法(c)触电者呼气姿态,上一页,下一页,返回,图1.14胸外心脏挤压法,(a)急救者跪跨位置(b)急救者压胸的手掌位置,(c)挤压方法示意(d)突然放松示意,上一页,下一页,返回,图1.15对心跳和呼吸均停止者的急救,(a)单人操作法(b)双人操作法,上一页,下一页,返回,第2章直流电路,2.1电路的基本物理量2.2欧姆定律2.3电流与电压测量2.4电路工作状态2.5电路元件特性方程2.6基尔霍夫定律2.7电路中电位的计算2.8电路中功率的平衡,上一页,下一页,返回,图2.1电路示意图,(a)手电筒电路(b)扩音机,上一页,下一页,返回,实例引入:
手电筒电路,图2.2手电筒的电路模型,上一页,下一页,返回,电路是电流的通路,它的基本作用:
(1)能量的传输和转换;
(2)信号的传递和处理。
电路主要由四要素:
电源、负载、控制元件、回路,上一页,下一页,返回,2.1电路的基本物理量,2.1.1电流,图2.3导体中的电流图2.4电流的正方向,上一页,下一页,返回,电流:
由电荷(带电粒子)有规则的定向运动而形成的交流:
直流:
实际方向:
正电荷运动的方向参考方向、正方向:
任意选定某一方向电流的实际方向与其正方向一致时,则电流为正值;电流的实际方向与其正方向相反时,则电流为负值,上一页,下一页,返回,2.1.2电压和电位,电压:
绝对值,不随参考点的改变而改变;电位:
相对值,随参考点的改变而变化,图2.5电压示意图,上一页,下一页,返回,电压,电压:
电场力将单位正电荷沿外电路中的一点推向另一点所作的功实际方向:
规定从高电位(“”)指向低电位(“”)电压的实际方向与其正方向一致时,则电压为正值;电压的实际方向与其正方向相反时,则电压为负值。
上一页,下一页,返回,2.电位,电路中某点的电位实质是这一点与参考点之间的电压,或者说,电路某两点的电压等于这两点之间的电位差。
UABVA-VB,上一页,下一页,返回,例2-1在图2.6所示的电路中,已知U1=3V,U2=-2V,求U=?
图2.6例2-1的电路图,上一页,下一页,返回,解:
因为UAB+UBC=(VA-VB)+(VB-VC)=VA-VC=UAC所以U=UAC=UAB+UBC=U1-U2=3-(-2)=5V,上一页,下一页,返回,2.1.3电动势,图2.7手电筒电路原理图,上一页,下一页,返回,电动势:
电源力将单位正电荷从电源的负极移到正极所作的功。
符号E,单位VE=W/q电动势的方向:
规定为电源力推动正电荷运动的方向,即从负极指向正极的方向,也就是电位升高的方向形成持续的电流必须有两个条件:
一是要有电源,二是要有一条能够使电荷移动的闭合路径。
上一页,下一页,返回,例2-2在图2.9所示的电路中,求E=?
图2.9例2-2的图,上一页,下一页,返回,解:
因为UAB=U1-U2=E-U2所以E=UAB+U2,上一页,下一页,返回,2.电容器,电容器:
是由两个金属电极中间夹一层绝缘体(又称电介质)所构成,可以储存电场能量用途:
具有“隔直通交”的特点,常用于滤波、旁路、信号调谐等方面主要技术参数:
电容量、允许误差、额定电压识别方法:
数值法和色标法,上一页,下一页,返回,例:
某一瓷介电容上标有104,其标称电容量为10104pF,即0.1F有极性的电解电容器上标有负号的一端(一般为短脚)是负极,另一端是正极。
在直流电路中,电解电容器正负极不能接反,否则会爆炸。
上一页,下一页,返回,3.电感器,镇流器、电机、变压器的线圈都是电感线圈,可以储存磁场能量。
用途:
LC滤波器,调谐放大电路或谐振均衡,去耦电路分类:
按结构特点可分为单层、多层、蜂房、带磁芯及可变电感线圈。
主要技术参数:
电感量L和品质因数Q。
电感量是指电感器通入电流后储存磁场能量的大小,其单位是H、mH和H。
1H=103mH,1mH=103H。
上一页,下一页,返回,2.2欧姆定律,欧姆定律:
流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比当电压和电流的正方向一致时:
U=IR(2-6)当电压和电流的正方向相反时:
U=-IR(2-7),上一页,下一页,返回,例2-3已知R=3,应用欧姆定律对图2.12的电路列出式子,并求电流I。
图2.12例2-3的图,上一页,下一页,返回,解:
在图2.12(a)中:
在图2.12(b)中:
在图2.12(c)中:
在图2.12(d)中:
上一页,下一页,返回,例2-4计算图2.13中的电阻R值,已知Uab=-12V。
图2.13例2-4的电路,上一页,下一页,返回,解:
Uab=Uan+Unm+Umb=-E1+Unm+E2Unm=Uab+E1-E2=-12+5-3=-10VR=Unm/I=-10/-2=5,上一页,下一页,返回,图2.14线性电阻的伏安特性曲线图2.15白炽灯丝的的伏安特性曲线,上一页,下一页,返回,图2.16半导体二极管伏安特性曲线图2.17非线性电阻的符号,上一页,下一页,返回,2.3电流与电压测量,2.3.1电阻串并联1.电阻的串联,(a)串联电阻(b)等效电阻图2.18电阻的串联,上一页,下一页,返回,等效电阻R等于各个串联电阻之和,即:
R=R1+R2+R3+两个串联电阻上的电压分别为:
(2-9)(2-10),上一页,下一页,返回,2.电阻的并联,(a)并联电阻(b)等效电阻图2.19电阻的并联,上一页,下一页,返回,等效电阻R为:
由式(2-11)得图2.19的并联等效电阻R为:
两个并联电阻上的电流分别为:
上一页,下一页,返回,负载增加(例如并联的负载数目增加)时,负载所取用的总电流和总功率都增加,即电源输出的功率和电流都相应增加。
就是说,电源输出的功率和电流决定于负载的大小。
上一页,下一页,返回,2.3.2电流的测量,测量直流电流通常都用磁电式安培计,测量交流电流主要采用电磁式安培计,(a)安培计的接法(b)分流器的接法图2.20安培计和分流器,上一页,下一页,返回,(2-14)即(2-15),上一页,下一页,返回,例2-5有一磁电式安培计,当使用分流器时,表头的满标值电流为5mA。
表头电阻为20。
今欲使其量程(满标值)为1A,问分流的电阻应为多大?
解:
上一页,下一页,返回,2.3.3电压的测量,测量直流电压常用磁电式伏特计,测量交流电压常用电磁式伏特计。
(a)伏特计的接法(b)分压器的接法图2.21伏特计和分压器,上一页,下一页,返回,由图2.21(b)可得:
(2-16)即(2-17),上一页,下一页,返回,例2-6有一伏特计,其量程为50V,内阻为2000。
今欲使其量程扩大到360V,问还需串联多大电阻的分压器?
解:
上一页,下一页,返回,2.4.2开路,电路开路时的特征可用下列各式表示:
I=0U=U0=E,图2.24电路开路的示意图,上一页,下一页,返回,2.4.3短路,电源短路时的特征可用下列各式表示:
U=0I=IS=E/R0,图2.25电路短路的示意图,上一页,下一页,返回,2.6.2基尔霍夫电压定律(KVL),基尔霍夫电压定律是用来确定构成回路中的各段电压间关系的。
对于图2.35所示的电路,如果从回路adbca中任意一点出发,以顺时针方向或逆时针方向沿回路循行一周,则在这个方向上的电位升之和应该等于电位降之和,回到原来的出发点时,该点的电位是不会发生变化的。
此即电路中任意一点的瞬时电位具有单值性的结果。
上一页,下一页,返回,图2.35回路,上一页,下一页,返回,以图2.35所示的回路adbca(即为图2.31所示电路的一个回路)为例,图中电源电动势、电流和各段电压的正方向均已标出。
按照虚线所示方向循行一周,根据电压的正方向可列出:
U1+U4=U2+U3或将上式改写为:
U1-U2-U3+U4=0即U=0(2-25),上一页,下一页,返回,就是在任一瞬时,沿任一回路循行方向(顺时针方向或逆时针方向),回路中各段电压的代数和恒等于零。
如果规定电位升取正号,则电位降就取负号。
上一页,下一页,返回,图2.35所示的adbca回路是由电源电动势和电阻构成的,上式可改写为:
E1-E2-I1R1+I2R2=0或E1-E2=I1R1-I2R2即E=(IR),上一页,下一页,返回,2.8电路中的功率平衡,1电做的功(简称电功)W=qU=UIt2电功率P=W/t=UIt/t=UIP=U2/R=I2R3电流热效应Q=I2Rt4额定值:
在给定的工作条件下正常运行而规定的正常容许值,上一页,下一页,返回,第3章正弦交流电路,实例引入:
日光灯电路实训五:
白炽灯调光实验3.1正弦交流电基本概念3.2正弦量的相量表示法3.3正弦交流电路中电压与电流的关系3.4白炽灯串电感调光电路的阻抗计算及功率因数实训六:
日光灯电路的阻抗计算,上一页,下一页,返回,实例引入:
日光灯电路,正弦交流电得到广泛应用:
正弦交流电容易产生,并能用变压器改变电压,便于输送和使用;交流电机结构简单、工作可靠、经济性好,上一页,下一页,返回,图3.1白炽灯电路,图3.2日光灯电路,上一页,下一页,返回,镇流器串联在电路中,它的作用是帮助灯管启动,灯管正常发光时稳定电流;启辉器并联在灯管两端,它是帮助灯管启动的。
日光灯发光原理简单叙述如下:
开关闭合,电源接通。
此时灯管未发光,电压全加在启辉器上,启辉器动静触片接触,使电路接通,灯管中灯丝有电流通过。
此时启辉器动静触片断开,整个电路电流突然中断,镇流器此时产生很高的感应电动势,与电源电压串联后,全部加在灯管两端。
使灯管内汞气弧光放电,紫外线激发荧光粉,发出近似日光的可见光。
上一页,下一页,返回,3.1正弦交流电基本概念,正弦量的三要素指的就是频率、幅值和初相位。
(a)直流电(b)交流电(c)脉冲电图3.6电流波形图,上一页,下一页,返回,3.1.1周期、频率、角频率,描述正弦量变化快慢的量有周期T(s)、频率f(Hz)和角频率(rad/s)。
(a)用t表示(b)t表示图3.7正弦交流电波形图,f=1/T=2/T=2f,上一页,下一页,返回,3.1.2瞬时值、最大值、有效值,描述正弦量“大小”的量有瞬时值(i、u、e)、最大值(Im、Um、Em)有效值(I、U、E),上一页,下一页,返回,图3.8交流电的有效值,上一页,下一页,返回,第5章磁路与变压器,5.1变压器的工作原理5.2变压器的应用5.4磁路在其他方面的应用,上一页,下一页,返回,实例引入:
市电给6V小灯泡供电方案,(a)电阻器分压供电方案(b)变压器降压供电方案图5.1两种供电方案,上一页,下一页,返回,5.1变压器的工作原理,5.1.1分类及型号1.按电压的升降分类:
有升压变压器和降压变压器两种。
2.按相数分类:
有单相变压器、三相变压器及多相变压器。
上一页,下一页,返回,3.按用途分类:
有用于供配电系统中的电力变压器;有用于测量和继电保护的仪用变压器(电压互感器和电流互感器);有产生高电压供电设备的耐压试验用的试验变压器;有电炉变压器、电焊变压器和整流变压器等特殊用途的变压器。
4.按冷却方式及冷却的介质分类:
有以空气冷却的干式变压器;有以油冷却的油浸变压器;有以水冷却的水冷式变压器。
上一页,下一页,返回,目前我国生产的中小型变压器主要有S5、SL5、SF5、SZ5、SZL5等系列。
这些符号的含义是:
S三相;D单相;F风冷;W水冷;Z有载调压;L铝线圈变压器。
例如某变压器型号为SL7500/10高压侧电压10kV额定容量SN=500kVA设计序号为7铝线圈三相变压器,上一页,下一页,返回,5.1.2变压器的结构,(a)结构示意图(b)符号图5.2变压器结构示意图及表示符号,上一页,下一页,返回,(a)口型(b)EI型(c)F型(d)C型图5.3变压器的铁芯,上一页,下一页,返回,(a)芯式变压器(b)壳式变压器图5.4变压器的结构形式,上一页,下一页,返回,5.1.3变压器的额定值,变压器的额定值是保证变压器能够长期可靠地运行工作,并且有良好的工作性能的技术限额,它也是厂家设计制造和试验变压器的依据,其内容包括以下几个方面:
上一页,下一页,返回,1.额定电压U1N/U2N,U1N、U2N分别为原、副边额定电压,是指变压器空载时端电压的保证值,以有效值表示,对三相变压器来说,均指线电压,单位是V或kV。
上一页,下一页,返回,2.额定电流I1N/I2N,I1N和I2N分别为原、副边额定电流,是指变压器连续运行时原、副绕组允许通过的最大电流有效值。
三相变压器的额定电流是指线电流,单位为A。
上一页,下一页,返回,3.额定容量SN,SN是变压器在额定状态下的电功率输出能力。
单位以VA或kVA表示。
对于单相变压器SN=U1NI1N=U2NI2N(5-1)对于三相变压器SN=U1NI1N=U2NI2N(5-2),上一页,下一页,返回,4.额定频率fN,是指变压器应接入的电源频率。
我国电力系统的标准频率为50Hz。
上一页,下一页,返回,第2篇电气控制篇,上一页,下一页,返回,第二篇电器控制篇,第六章电机第七章常用低压电器第八章电器控制系统,上一页,下一页,返回,第6章电机,6.1电机的分类和选择6.2三相异步电动机6.3单相异步电动机6.4直流电机,上一页,下一页,返回,实例引入:
机床电机,图6.1CY6140卧式车床外形图,上一页,下一页,返回,6.1电机的分类和选择,表6-2各类电机特点和用途,上一页,下一页,返回,表6-2各类电机特点和用途,上一页,下一页,返回,表6-1电机的分类,上一页,下一页,返回,表6-1电机的分类,上一页,下一页,返回,选择电动机要从技术和经济两方面考虑,即要合理选择电动机的容量类型、结构型式和转速等技术指标,又要兼顾到设备的投资少、费用低等经济指标。
上一页,下一页,返回,电动机容量的确定,电动机容量的确定是选择电动机的关键。
电动机容量也就是指电动机的功率,是由电动机所带负载的功率确定的。
对连续运行的电动机,其额定功率应等于或稍大于其负载(恒定负载)所需的功率;对短时运行的电动机,其额定功率可以是其负载所要求的功率的1/。
为三相异步电动机的过载系数,的取值范围一般为1.82.2。
上一页,下一页,返回,电动机类型的选择,电动机类型是根据电动机所带负载的性质来选择的,如表6-3所示。
表6-3电动机类型选择,上一页,下一页,返回,电动机结构型式的选择,电动机按其安装方式不同分为卧式和立式两种,普通机床一般采用通用系列的卧式电动机。
根据工作环境选择电动机的防护型式。
在正常工作环境,一般采用防护式电动机。
在干燥无尘环境,可采用开启式电动机。
在潮湿、粉尘较多或户外场所,采用封闭式电动机。
在有爆炸危险或有腐蚀性气体的地方,应选用防爆式或防腐式电动机。
上一页,下一页,返回,电动机转速选择,电动机额定转速是根据电动机所带负载的需要而选定的。
但是,通常转速不低于500r/min(即每分钟500转),因为功率一定时,电动机转速愈低,其尺寸愈大,价格愈贵,而且效率也较低。
上一页,下一页,返回,电动机额定电压选择,电动机电压等级的选择,要根据电动机类型、功率以及使用地点的电源电压来决定,一般为380V。
大功率异步电动机采用3000V和6000V的额定电压。
上一页,下一页,返回,二、原理说明,三相异步电动机分成两个基本部分:
定子(固定部分)和转子(旋转部分),图6.2三相异步电动机的构造,上一页,下一页,返回,1.定子,1-定子2-转子图6.3定子和转子的铁芯,上一页,下一页,返回,2.转子,(a)鼠笼式绕组(b)转子外形图6.4鼠笼式转子,上一页,下一页,返回,图6.5铸铝的鼠笼式转子,上一页,下一页,返回,图6.6线绕式异步电动机的构造,上一页,下一页,返回,要正确使用电动机,必须要看懂铭牌。
Y132M-4型电动机的铭牌如下。
电动机铭牌数据的意义详见6.2.4节。
此外,它的主要技术数据还有:
功率因数0.85,效率87%。
上一页,下一页,返回,6.2三相异步电动机,世界上75%的用电设备都是三相交流异步电动机。
本节将详细介绍三相异步电动机的原理、转速与转矩的计算以及起动、制动、调速的控制方法。
上一页,下一页,返回,6.2.1三相异步电动机工作原理,三相异步电动机转动原理如下:
三相交流电通入定子绕组,产生旋转磁场。
磁力线切割转子导条使导条两端出现感应电动势,闭合的导条中便有感应电流流过。
在感应电流与旋磁场相互作用下,转子导条受到电磁力并形成电磁转矩,从而使转子转动。
上一页,下一页,返回,电压,铭牌上所标的电压值是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压有效值。
三相异步电动机的额定电压有380V、3000V及6000V等多种。
一般规定电动机的工作电压不应高于或低于额定值的5%。
当电压高于额定电压值时,磁通将增大(因U14.44f1N1)。
磁通的增大又将引起励磁电流的增大(由于磁饱和,可能增得很大)。
这样,可使铁损(与磁通平方成正比)增加,铁芯发热。
但常见的是电压低于额定值。
这时引起转速下降,电流增加。
如果在满载或接近满载的情况下,电流的增加将超过额定电流值,使绕组过热。
在低于额定电压下运行时,和电压平方成正比的最大转矩Tmax会显著地降低,这对电动机运行也不利。
上一页,下一页,返回,电流,铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行时定子绕组的线电流有效值。
当电动机空载时,转子转速接近于旋转磁场的转速,两者之间相对转速很小,所以转子电流近似为零,这时定子电流几乎全是建立旋转磁场的励磁电流。
当输出功率增大时,转子电流和定子电流都相应增大。
上一页,下一页,返回,功率与效率,铭牌上所标的功率值是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值。
输出功率与输入功率不等,其差值等于电动机本身的损耗功率,包括铜损(PCu)、铁损(PFe)及机械损耗等。
以Y132M-4型电动机为例:
输入功率P1=UlIlcos=38015.40.85=8.6kW输出功率P2=7.5kW效率=P2/P1=(7.5/8.6)100%=87%一般鼠笼式电动机在额定运行时的效率约为7293%。
在额定功率的75%左右时效率最高。
上一页,下一页,返回,功率因数,因为电动机是感性负载,定子相电流比相电压滞后一个角,cos就是电动机的功率因数。
三相异步电动机的功率因数较低,在额定负载时约为0.70.9,而在轻载和空载时更低,空载时只有0.20.3。
因此,必须正确选择电动机的容量,防止“大马拉小车”,并力求缩短空载的时间。
上一页,下一页,返回,接法,(a)星形(Y)联接(b)三角形()联接图6.16定子绕组的星形(Y)联接和三角形()联接,上一页,下一页,返回,6.2.5三相异步电动机的起动,1起动性能
(1)起动电流Ist电动机的起动电流对线路是有影响的。
过大的起动电流在短时间内会在电路上造成较大的电压降落,而使负载端电压降低,影响邻近负载的正常工作。
上一页,下一页,返回,
(2)起动转矩Tst,如果起动转矩Tst过小,就不能在满载下起动,应设法提高。
但起动转矩Tst过大,会使传动机构(譬如齿轮)受到冲击而损坏,所以又应设法减小。
异步电动机起动时的主要缺点是起动电流较大。
为了减小起动电流(有时也为了提高或减小起动转矩),必须采用适当的起动方法。
上一页,下一页,返回,2.变频调速3.变转差率调速,图6.19变频调速装置示意图,上一页,下一页,返回,6.2.7三相异步电动机的制动,1能耗制动,图6.20能耗制动原理图,上一页,下一页,返回,2.反接制动,反接制动的原理如图6.21所示。
将接到电源的三根导线中任意两根的一端对调位置,使旋转磁场反向旋转,产生制动转矩。
当转速接近零时,利用某种控制电器将电源自动切断。
反接制动比较简单,效果较好,但能量消耗较大。
适用于某些中型车床和铣床的主轴制动。
图6.21反接制动原理图,上一页,下一页,返回,3.发电反馈制动,图6.22发电反馈制动原理图,上一页,下一页,返回,6.3单相异步电动机,单相异步电动机广泛用于洗衣机、电冰箱、电风扇、排油烟机等家用电器,也常用于功率不大的电动工具(如电钻、搅拌器等)。
上一页,下一页,返回,6.3.1单相异步电动机的构造和工作原理,图6.23单相运行异步电动机原理图,上一页,下一页,返回,图6.24单相异步电动机转动原理,上一页,下一页,返回,6.3.2单相异步电动机的起动,单相异步电动机根据起动方法不同可分为分相式电动机、电容式电动机和罩极式电动机。
1.分相式电动机分相式电动机常用于泵、压缩机、冷冻机、传送机、机床等。
分相式电动机的接线原理图如图6.25所示。
上一页,下一页,返回,图6.25分相式单相异步电动机接线原理图,上一页,下一页,返回,2.电容式电动机3.罩极式电动机,图6.26罩极式单相异步电动机的结构示意图,上一页,下一页,返回,6.3.3单相异步电动机的正反转和调速,单相异步电动机的转动方向,决定于主绕组和副绕组的相序,调换这两个绕组中任一绕组的端头,即可改变电动机的转向。
单相异步电动机的调速方法有电抗器调速、绕组抽头调速、自耦变压器调和可控硅装置调速。
目前以绕组抽头调速方法使用比较普遍。
上一页,下一页,返回,6.4直流电机,6.4.1直流电机的构造直流电机主要由磁极、电枢和换向器组成,如图6.27所示。
图6.27直流电机的组成示意图,上一
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