培训电气基础知识

一.电路的基本概念1.电路是电流的通路,它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来。它也是电流流经的基本途径;要使电流在电路中流动,就必须有产生电流的电源,消耗电能的用电器(即负载),以及连接它们的导线和接通、断开电路的开关,因此把由电源、用电器、导线和开关等元件组成的电流路径叫做电路。2.电路的形式是多种多样的,最典型的例子是电力系统,其电路示意图如图所示:发电机→升压变压器输送电→降压变压器配电柜→电灯电动机电炉电站发电------变电站高压输送变压器箱配电柜控制台------\//\供电系统电力系统包括电力与电力装备，是支撑国民经济建设持续、快速、健康发展和全国建设小康社会的支柱产业。改革开放20年来,尤其电网改造以来,我国电力工业取得令人惊喜的成就,调整了电网结构,加强了网架建设,向电网自动化快速挺进。发电方面，淘汰了一批小火电，大力发展了水力发电。在黄河、长江上阶梯式地建一批水力发电基地，小浪底、葛洲坝、长江三峡水电工程，机组容量逐年增多。并且，逐步向水力资源丰富的西南部发展，西电东输的网架也已经建成。输配电方面，从京津唐，到越沪杭，乃至东南沿海和中部经济发达地区，一个装备一流、技术先进的输配电网络已经形成。在全国，一个新型的高压、特高压输配电线路和10KV/0.4KV配电网络，纵越大江南北，横跨东西各个省份，遍布2大城市和农村，为我国的经济建设和人民生活的提高奠定了能源基础。电厂发出的电能经升压向远方输送，从110KV至10KV/0.4KV，逐级降压，逐级分配，构成了一个庞大的配电网络。其中，24~110KV称为高压配电。24~0.4KV称为中低压配电。高压配电主要是传输、分配电能。中低压配电则直接向用户供电。新型配电网优化了配网结构，改善了供电质量，提高了供电可靠性。并且，由于配电自动化水平不断提高，为实现配电网经济运行奠定了基础。其中配电系统通过配电柜（箱）各种开关将电流分配到各个负载,各种开关有断路器、刀开关、熔断器、塑壳开关、交流接触器、控制继电器、主令电器等。二.常用低压电器的基本概念低压电器是指用于额定电压交流1200V或直流1500V以下的电路内起通断、保护、控制、转换或调节作用的电器。低压电器根据它在电气线路中所处的地位和作用,可分为低压配电电器(也称低压开关)和低压控制电器两大类,按照它的动作方式可分为自动切换电器和非自动切换电器两类。配电电器是指断路器、熔断器、万能开关和转换开关;控制电器是指接触器、控制继电器、起动器、控制器、主令电器、电阻器、变阻器和电磁铁。上述低压电器均属于一般用途的低压电器,为满足某些特殊场合的需要(如防爆、化工、航空、船舶、牵引、热带等),在各类电器的基础上还有若干派生电器。下面是各种类型电器的主要产品及用途:1.断路器:万能式空气断路器塑料外壳式断路器限流式断路器小型断路器直流快速断路器漏电保护断路器用做线路的过载、短路、漏电或欠压保护,也可用作不频繁操作电路。2.熔断器有填料熔断器无填料熔断器自复熔断器快速熔断器用做线路和设备的短路和过载保护。3.刀形开关熔断器式刀开关板用刀开关隔离刀闸负荷开关用做电路隔离,也能分断与接通电路的额定电流。4.转换开关组合开关换向开关主要作为两种及以上电源或负载的转换和通断电路之用。5.接触器交流接触器直流接触器真空接触器半导体接触器电容接触器用于远距离频繁地起动或控制交、直流电动机,以及接通、分断正常工作的主电路和控制电路6.控制继电器电流继电器电压继电器时间继电器中间继电器热过载继电器温度继电器主要用于控制系统中,作控制其它电器或作主电路的保护之用。7.起动器电磁起动器手动起动器直接(全压)起动器自耦减压起动器Y-△减压起动器真空起动器软起动器变频器用作交流电动机的起动或正反向控制。8.控制器凸轮控制器平面控制器鼓形控制器用于电器控制设备中转换主回路或励磁回路的接法,以达到电动机起动、换向和调速的目的。9.主令电器按钮限位开关微动开关万能转换开关脚踏开关接近开关程序开关主要用于接通、分断控制电路,以发布命令或用作程序控制。10.电阻器铁基合金电阻器用作改变电路参数或变电能为热能。11.变阻器励磁变阻器起动变阻器频敏变阻器主要用于发电机调压以及电动机的平滑起动和调速。12.电磁铁起重电磁铁牵引电磁铁制动电磁铁用于起重、操纵或牵引机械装置.下面是几种常见低压电器的简析:1.低压配电电器(1).板用刀开关它是应用在低于500V以下电路隔离的开关。(2).负荷开关负荷开关是可以用来分断一般负载电流、变压器空载电流、长距离空载线路和空载电缆线路电容器组的电容电流。与熔断器联合使用以后,则可开断短路电流,不大的过载电流可由负荷开关直接分断。它有开启式(俗称胶盖瓷地刀开关)和半封闭式(俗称铁壳开关)两种。如ABB公司的OT和OETL系列负荷开关。负荷开关和隔离刀闸的主要功能区别是什么?二者都是一种隔离电器。负荷开关具有灭弧装置，可以带负荷分闸分断回路的正常电流，在规定时间内能承载一定的短路电流(Icw)。而隔离刀闸没有灭弧装置，仅能分断很小的回路电流，只起电源隔离作用。(3).组合开关组合开关是一种手动式转动开关,它由若干个动触头和静触头(片),分别装于数层绝缘件内,由转动手柄操作,手柄可向任意方向旋转,每旋转90°,动触片就接通或分断电路。也可以由几个同时或不同时接通或分断的动静触片组合成各种系列转换开关,如作为电动机正转或正反转直接启动,它一般多用于直接起动4千瓦以下的小容量电动机。(4).空气断路器(自动空气开关)空气断路器可用来接通和分断负载电路,也可直接用来控制不频繁起动的电动机,它对电路和电气设备具有短路、过载和欠压保护作用。常用的空气断路器有塑壳式(装置式)空气断路器和万能式(框架式)空气断路器.如ABB公司的S系列塑壳式断路器,E系列框架开关,施耐德的NS系列塑壳式断路器,MT系列框架开关,西门子的3WL系列框架开关等。它有以下选用要点:A:断路器的额定电压≥线路额定电压B:断路器的额定短路电流与过电流脱扣器的额定电流≥线路计算负荷电流C:断路器的额定短路通断能力≥线路中最大短路电流D:断路器的欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压E:选择电动机保护用的断路器要考虑电动机的起动电流.断路器应该在电动机起动时间内不动作,笼型异步电动机的起动电流按8~15倍额定电流计算。F:直流快速断路器需要考虑过电流脱扣器的动作方向(极性)短路电流上升率di/dt。G:漏电保护断路器需选择合理的漏电动作电流和漏电不动作电流,并注意能否断开短路电流,如不能断开短路电流,则需和适当的熔断器配合使用。(5).熔断器熔断器的作用主要是作短路保护作用。当通过熔断器的电流大于规定值时,以其自身产生的热量使熔体熔化而自动分断电路。如西门子的NH系列熔断器。2.低压控制电器(1).交流接触器交流接触器是一种适用于远距离频繁地接通和分断交流电路的电器,其主要控制对象是电动机。如ABB公司的EB系列交流接触器,西门子的3TF和3TB系列交流接触器。(2).控制继电器控制继电器是一种自动电器,广泛用于电动机或线路的保护以及生产过程自动化的控制。①.热继电器热继电器是依靠电流通过发热元件时所产生的热,使双金属片受热弯曲而推动机构动作的一种电器。它主要用于电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行的保护及其它电气设备发热状态的控制。如西门子的3UA系列热过载继电器。②.中间继电器中间继电器一般用来控制各种电磁线圈使信号扩大,或将信号同时传给几个控制元件。如阿城继电器的DZK-900系列中间继电器。③.时间继电器时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理来延时触头闭合或分断的自动控制电器.常用的有电磁式、电动式、空气阻尼式及晶体管式等。如许继电器的BS-7B型时间继电器,阿继电器的SJ-30系列时间继电器。④.过电流继电器过电流继电器主要用于重载或频繁起动的场合作为电动机和主电路的过载和短路保护。如许继的SL-10系列两相过流继电器。⑤.信号继电器信号继电器是指用于直流操作的保护和自动控制线路中,作为动作指示信号用。如许继电器的JX-20信号继电器。⑥.电压继电器电压继电器是指用于继电保护线路中,作为过电压保护或低电压闭锁元件。如DY-30系列电压继电器。(3).主令电器主令电器主要用于闭合﹑断开控制电器,以发布命令或信号,达到对电力传动系统的控制或实现程序控制。①.按钮按钮是一种以短时间接通或分断小电流电路的电器,它不直接去控制主电路的通断,而在控制电路中发出“指令”去控制接触器、继电器等电器,再由它们去控制主电路。②.位置开关位置开关又称行程开关和限位开关。它的作用与按钮相同,只是其触头的动作不是靠手动操作,而是利用生产机械某些运动部件上的挡铁碰撞其滚轮使触头动作来实现接通或分断某些电路,使之达到一定的控制要求。三.高压电器高压电器一般是指用于交流高压(3KV及以上)变配电设备上的电器。高压电器的种类也很多,按照它在电力系统中的作用可以分为:1.开关电器:如高压断路器、高压隔离开关、高压负荷开关、接地开关以及操作机构等;2.保护电器:如综合保护继电器、高压熔断器、高压避雷器等;3.测量电器:如电压互感器、电流互感器等;4.限流电器:如电抗器、电阻器等;5.其它:如电力电容器、绝缘子等。另外高压开关柜和组合电器也属于高压电器。其中高压断路器是一种能在电力系统正常运行和故障情况下切、合各种性能电流的开关电器,其主要功能是切除电力系统中的短路故障。高压断路器具有最可靠的灭弧装置,根据灭弧装置所采用的不同灭弧介质,通常分为多油断路器、少油断路器、真空断路器、六氟化硫断路器、压缩空气断路器和磁吹断路器等。四.电气设备选择的一般原则在选择电网中的电器设备时,首先应根据经济耐用、安全可靠、技术先进的原则进行选择,淘汰陈旧电器设备。同时还应根据单位用电负荷的性质、负荷的大小、电压的高低和电流的大小恰当地进行选择。所选择的电器设备,不仅应满足使用和维护方便的要求,还应满足正常持续运行的要求,在发生事故时,应保证安全迅速而有选择性地切除故障。五.工控基础知识1.软起动器的工作原理:软起动器的主回路一般都采用晶闸管调压电路,调压电路由六只晶闸管两两反并联组成,串接于电动机的三相供电线路上,通过控制晶闸管的导通角,按预先设定的模式调节输出电压,以控制电动机的起动过程.当起动过程结束后,将旁路接触器吸合,短路掉所有的晶闸管,使电动机直接投入电网运行,以避免不必要的电能损耗.2.目前的软起动器一般有以下几种方式:(1).限流软起动(2).电压斜坡起动(3).转矩控制起动(4).加突跳转矩控制起动(5).电压控制起动3.变频器的基本概念现代交流调速系统由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器和检测器等四大部分组成;而电力电子功率变换器与控制器及电量检测器集中于一体,称为变频器。4.基本结构及控制原理:变频器的基本结构由主电路、内部控制电路板,外部接口及显示操作面板组成,软件丰富,各种功能主要靠软件来完成,变频器主电路分为交—交和交—直—交两种型式。交—交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流的交流电,又称直接式变频器。而交—直---交变频器则是把工频交流电通过整流器变成直流电,然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电,又称间接式变频器。5.变频器的类型:(1).恒压频比控制的变频器;(2).转差频率控制的变频器;(3).矢量控制的变频器;(4).直接转矩控制的变频器。6、可编程控制器（简称PLC）可编程控制器是60年代末在继电器控制系统上发展起来的,当时称做可编程逻辑控制器,简称PLC。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和数学运算等操作指令，并通过数字的或模拟的输入和输出，控制各类的机械和生产过程。可编程控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。可编程控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术,自动控制技术和通