电气基础知识学习(一)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 电气基础知识回顾,1.1,电路的基本概念,1.2,电路的基本定律,1.3,单相交流电路,1.4,三相交流电路,主要内容,返回目录,1.1,电路的基本概念,1.1.1,电路的组成及作用,1.1.2,电路的基本物理量,1.1.3,电路的工作状态,主要内容,返回目录,1.1.1,电路的组成及作用,1.,电路的组成,电路是由电工设备和元器件按一定方式联接起来的总体，为电流流通提供了路径。图,2-1,所示电路是一个手电筒电路，,它由电源、负载和中间环节（包括联接导线和开关）三部分组成。,其中，干电池为电源，灯泡为负载，连接导线和开关为中间环节。在电路中随着电流的流动，进行着不同形式能量之间的转换。,主要内容,下一页,1.1.1,电路的组成及作用,电源：,电路中供给电能的设备和器件称为电源，它是将非电能转换为电能的装置。如发电机、干电池等。,负载：,电路中使用电能的设备和元件称为负载，它是将电能转换成非电能的装置。,中间的环节：,是把电源与负载联接起来的部分，起传递和控制电能的作用。,对于一个完整的电路来说，电源（或信号源）、负载和中间环节是三个基本组成部分，它们缺一不可。,主要内容,下一页,1.1.1,电路的组成及作用,电路模型,在实际应用中，通常用电路图来表示电路。在电路图中，各种电器元件都不需要画出原有的形状，而是采用国家统一规定的图形符号来表示。图,2-2,为图,2-1,所示的手电筒的电路图。这种用理想元件构成的电路也称为实际电路的,“,电路模型,”,，我们在进行理论分析时所指的电路，就是这种电路模型。,主要内容,下一页,1.1.1,电路的组成及作用,2.,电路的作用,电路按其功能可分为两类：一类是电力电路，它主要起实现电能的传输和转换作用，因此，在传输和转换过程中，要求尽量减少能量损耗以提高效率。另一类是信号电路，其主要作用是传输和处理信号等（例如语言 、音乐、图像、 温度等）。在这种电路中，一般所关心的是信号传递的质量，如要求不失真、 准确 、灵敏、 快速等。,主要内容,返回,1.1.2,电路的基本物理量,1,、电流,2,电压与电位,3,电动势,4.,电功率与电能,主要内容,返回,1.1.2,电路的基本物理量,1,、电流,电流是一种物理现象，是带电粒子（电荷）的定向运动形成的。电流的大小用电流强度来衡量。电流强度是指单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流强度习惯上又常被称为电流。,大小和方向均不随时间改变的电流叫做恒定电流，简称直流，其强度用符号,I,表示。如果电流的大小和方向都随时间变化，则称为变动电流。其中一个周期内电流的平均值为零的变动电流则称为交变电流，如正弦波电流等，其,强度,用符号,i,来表示。,主要内容,下一页,1.1.2,电路的基本物理量,对于直流电流，单位时间内通过导体横截面的电荷量是恒定不变的，其电流强度,(1-1),对于变动电流，在很小的时间间隔内，通过导体横截面的电荷量为，则该瞬间电流强度为,(1-2),电流的单位是安培，国际符号为,A,。它相当于,1,秒内通过横截面的电荷为,1,库仑,(,C,),。有时也会用到千安,(,KA,),，毫安,(,mA,),或微安（,A,）。,.,主要内容,下一页,1.1.2,电路的基本物理量,习惯上，我们规定正电荷移动的方向为电流的方向。,电流的方向是客观存在的，但在电路分析中，有时某段电流的实际方向难以判断，甚至实际方向在不断改变，为了解决这一问题，需引入电流的参考方向概念。,一段电路中任意选定一个方向就叫电流的参考方向，在电路图中用实线箭头表示，有时也用双下标表示，如,i,AB,，其参考方向是由,A,指向,B,。,主要内容,下一页,1.1.2,电路的基本物理量,选定的参考方向不一定就是电流的实际方向。当电流的参考方向与实际方向一致时，电流为正值（,I,0,）；当电流的参考方向与实际方向相反时，电流为负值（,I ,B,，则沿此参考方向的电压为正值，,U0,，即电压的实际方向与此参考方向相同；反之，若,A,点的电位低于,B,点的电位，即,B,，则沿此参考方向的电压为负值，,UX,C,时，,，即电压超前,电流,角,，,电路呈感性；,下一页,1.3.2,正弦交流电路的计算方法,主要内容,2,）当,X,L,X,C,时， ,0,，,即电压滞后电流，电路呈容性；,3,）当,X,L,X,C,时， ,0,，即电压与电流同相位，电路呈电阻性。,三种情况的相量图如图,2-32,所示：,由上面分析可知：,-90 90,，当电源频率不变时，改变电路参数,L,或,C,可以改变电路的性质；若电路参数不变，也可以改变电源频率达到改变电路的性质。,下一页,1.3.2,正弦交流电路的计算方法,主要内容,下一页,1.3.2,正弦交流电路的计算方法,主要内容,从图,2-32,的相量图还可看出，电阻电压,、电抗电压 和端电压 三个相量组成一个直角三角形，又叫电压三角形，它与阻抗三角形是相似三角形。即,其中,下一页,1.3.2,正弦交流电路的计算方法,主要内容,例,2.4,电路如,图,2-33(a),图所示为正弦交流电路中的一部分,已知电压表,V,1,的读数为,6V,，,V,2,的读数为,8V,，试求端口电压,U,。,解 以电流为参考相量，画出相量图如图,2-33(b),所示。,下一页,1.3.2,正弦交流电路的计算方法,主要内容,由相量图可见， 、 、 三者组成一直角三角形，故得,本例也可用相量法计算：,/ 0,则,/ 0,设电流相量为,=6 V,/ 90,=j8 V,由,KVL,得,/53.1,V,返回,1.3.3,功率因数及其改善的方法,主要内容,1,、功率因数,2,、改善功率因素的意义,3,、改善功率因素的方法,返回,1.3.3,功率因数及其改善的方法,主要内容,1.,功率因数,二端网络电压、电流参考方向如图,2-34,所示，则网络在任一瞬间时吸收的功率即瞬时功率为,(2-62),其中 为电压与电流的相位差。,下一页,1.3.3,功率因数及其改善的方法,主要内容,二端网络所吸收的平均功率即有功功率,P,为,(2-63),可见，正弦交流电路的有功功率等于电压、电流的有效值和电压、电流相位差角余弦,的乘积。这里,称为二端网络的功率因数，,称为功率因数角。,下一页,1.3.3,功率因数及其改善的方法,主要内容,有几种特殊值：,，功率因数 ，二端网络为一等效纯电阻，网络吸收的有功功率 ，没有能量的交换；,，功率因数 ，二端网络为纯电抗，则网络吸收的有功功率 ，这与前面的结果完全一致；,，说明二端网络中必有储能元件，因此，二端网络与电源间有能量的交换。对于感性负载，电压超前电流， ， ；对于容性负载，电压滞后电流， ，,。,下一页,1.3.3,功率因数及其改善的方法,主要内容,电源的额定输出功率为,它除了决定于本身容量（即额定视在功率）外，还与负载功率因数有关。,返回,1.3.3,功率因数及其改善的方法,主要内容,2,改善功率因素的意义,工厂用电设备除了电热设备、电阻炉和白炽灯外，基本上都是电感性负荷，运行时需要电力系统供给大量的无功功率，功率因素较低。由于无功功率的存在使得系统中的电流增大，从而使电力系统的有功损耗增加。为了最大效率发挥发、供、配电设备的能力，减少功率损耗和电能损耗，节约电能，减小电压损失，改善电压质量，必需进行无功功率补偿。,下一页,1.3.3,功率因数及其改善的方法,主要内容,供电部门一般要求新建企业的月平均功率因素达到,0.9,以上。当企业的自然总平均功率因素较低，单靠提高用电设备的自然功率因素达不到要求时，应装设必要的无功功率补偿设备，以进一步提高企业的功率因素，节约电能。,返回,1.3.3,功率因素及其改善的方法,主要内容,3.,改善功率因素的方法,提高功率因数的方法，基本上分为：改善用电设备自然功率因数和安装人工补偿装置两种。提高用电设备的自然功率因数即合理选择电动机，使其尽可能在高负荷率状态下运行；人工补偿一般选用电力电容器补偿。,下面分析利用并联电容器来提高功率因数的方法。,下一页,1.3.3,功率因素及其改善的方法,主要内容,一感性负载功率因数为 ，电流为 ，在其两端并联电容器,C,，如图,2-35,所示，并联电容以后由相量图可知，电容电流补偿了负载中的无功电流，总电流减小，电路的总功率因数 提高了。,下一页,1.3.3,功率因素及其改善的方法,主要内容,通过相量图还可计算由,提高到 时需并联补偿的电容容量。,（,2-64,）,在实际生产中并不要求把功率因数提高到,1,，因为这样做需要并联的电容较大，不经济。功率因数提高到什么程度为宜，需做具体的技术经济比较而决定。通常只将功率因数提高到,0.9,0.95,之间。,下一页,1.3.3,功率因素及其改善的方法,主要内容,补偿电容器的接线通常可分为三角形和星形两种形式；安装地点则有集中安装和就地补偿之分，如对异步电动机并联电容器应进行单独就地无功补偿。,返回,