第一篇电气专业基础知识

第1页共39页第一篇电气专业基础知识1．什么叫一次系统主结线?对主结线有哪些要求?一次系统主结线是由发电厂和变电所内的各种电器设备如发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线、电抗器和引出线等及其连线所组成的输送和分配电能连结系统．对主结线的要求有以下五点：(1)运行的可靠性．(2)运行、检修的灵活性．(3)运行操作的方便性．(4)运行的经济性．(5)主结线应具有扩建的可能性．2．什么叫一次设备?常用的一次设备有哪些?一次设备是直接用于电力生产和输配电能的设备，经由这些设备，电能从发电厂输送到各用户．常用的一次设备如下：(1)生产和变换电能的设备．如生产电能的发电机，变换电压用的变压器，发电厂中的辅助机械运转的电动机．(2)接通和断开电路的设备．如断路器、隔离开关、自动空气开关、接触器、闸刀开关等．(3)限制故障电流或过电压的设备．如限制故障电流的电抗器，限制过电压的避雷器，限制接地电流的消弧线圈等．3．什么叫二次设备?常用的二次设备有哪些?二次设备是对一次设备的工作进行监察、测量和操作控制及保护的辅助设备．常用的二次设备包括如下设备：(1)保护电器，用以反映故障，作用于开关电器的操作机构以切除各种故障或作用于信号．(2)测量和监察设备．用于监视和测量电路中的电流、电压和功率等参数．4．什么叫电力系统的静态稳定?电力系统运行的静态稳定性也称微变稳定性，它是指当正常运行的电力系统受到很小的扰动，将自动恢复到原来运行状态的能力．5．什么叫电力系统的动态稳定?电力系统运行的动态稳定性是指当正常运行的电力系统受到较大的扰动，它的功率平衡受到相当大的波动时，将过渡到一种新的运行状态或回到原来的运行状态，继续保持同步运行的能力．6．什么叫主保护?是指发生短路故障时，能满足系统稳定及设备安全和基本要求，首先动作于跳闸，有选择地切除被保护设备和全线路故障的保护．7．什么叫后备保护?是指主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护．8．什么叫辅助保护?是为补充主保护和后备保护的不足，而增设的简单保护．9．什么叫同步发电机的额定容量`额定电压`额定电流?额定容量是指该台发电机长期安全运行的最大输出功率．额定电压是该台发电机长期安全工作的最高电压．发电机的额定电压指的是线电压．额定电流是该台发电机正常连续运行时的最大工作电流．10．什么是电流的热效应?电流通过电阻时，电阻就会发热，将电能转换为热能，这种现象叫做电流的热效应．11．什么是正弦交流电的三要素?(1)最大值；(2)角频率；(3)初相位．12．什么叫感抗`容抗和阻抗?感抗：在具有电感的电路里，对交流电流所起的阻碍作用，叫感抗．通常用字母XL表示，单位第2页共39页名称为欧姆．容抗：在具有电容的电路里，对交流电流所起的阻碍作用，叫容抗．通常用字母XZ表示，单位名称为欧姆．阻抗：在具有电阻．电感和电容串联的电路里，对交流电流所起的总的阻碍作用，称为阻抗．通常用字母Z表示，单位名称为欧姆．13．什么叫趋表效应?当直流电流通过导线时，电流在导线截面上分布是均匀的，导线通过交流电流时，电流在导线截面上的分布不均匀，中心处电流密度小，而靠近表面电流密度大，这种交流电流通过导线时趋于导线表面的现象叫趋表效应，也叫集肤效应．14．交流电的有功功率、无功功率和视在功率的意义是什么?电流在电阻电路中，一个周期内所消耗的平均功率叫有功功率．储能元件线圈或电容器与电源之间的能量交换，时而大，时而小，为了衡量它们能量交换的大小，用瞬时功率的最大值来表示，也就是交换能量的最大速率，称作无功功率．在交流电路中，把电压和电流的有效值的乘积叫视在功率．15．什么叫串联谐振?什么叫并联谐振?在电阻、电感和电容的串联电路中，出现电路端电压和总电流同相位的现象叫串联谐振．在线圈和电容并联电路中，出现并联电路的端电压与总电流同相位的现象叫并联谐振．16．一台直流电动机运行时，端电压U=210V，电流I=5A，试求该电机输入的电功率?解：根据公式P=IU电动机输入功率为P=IU=5×210=1050(W)17．一单相电动机由220V的电源供电，电路中的电流为11A，cosΦ=0．83，试求该电动机的视在功率、有功功率、无功功率?解：根据公式S=UI，P=ScosΦ，Q=(S2--P2)1/2电动机的视在功率为S=UI=220×11=2420(VA)电动机的有功功率为P=ScosΦ=2420×0．83=2008．6(W)电动机的无功功率为Q=(S2-P2)1/2=(24202-2008．62)1/2=1319．8(Var)18．由桥式电路如图所示，已知R1=10KΩ，R2=1KΩ，调节电阻R3电阻为4．8KΩ时，检流计指示为零，电桥平衡，当E=4．5V时，试求R4电阻值是多少?解：根据电桥平衡条件：R1/R2=R3/R4R4=R2R3/R1=1×4．8/10=0．48(KΩ)第3页共39页19．如图所示，已知R1=5Ω，R2=10Ω，R3=8Ω，R4=6Ω，R5=3Ω，求图中的等效电阻是多少?解：根据电阻串、并联公式：R4与R5并联电阻为R4．5=R4R5/(R4+R5)=2(Ω)R4．5与R3串联电阻为R'=R3+R4．5=8+2=10(Ω)R'与R2并联电阻为Rcb=R'R2/(R'+R2)=5(Ω)电路等效电阻为R=R1+Rcb=5+5=10(Ω)20．已知某三相电动机，其相电压为220V，功率因数为0．8，输入功率为3KV，试求电动机线路上的电流?P解：根据三相功率公式P=3U相I相COS∮，则I=------------3U相COS∮当电动机三相绕组系采用星形接线时，线路上的电流为：P3000I线=I相=------------=-------------=5．7(A)3U相COS∮3×200×0．8当电动机三相绕组采用三角形接线时，线路上的电流为：P300I线=-----------=---------------=9．8(A)3U线COS∮3×220×0．821．某一用户的三相功率表指示100KW，电压表指示380V，电流表指示200A，求该用户的电路功率因数是多少?解：根据三相功率公式P=3U线I线COS∮该用户的电路功率因数为：P100×103COS∮=-----=-------------≈0．76．3U线I线3×380×20022．一台四对极异步电动机，接在工频(f=50HZ)电源上，已知转差率为2%，试求该电动机的转速?n1-n解：根据公式S=--------×100%n160ｆ60×50同步转速n1=-------=--------------=750(r/min)P4转差率为2%的电动机的转速为：n1s750×2%n=n1---------=750--------------=735(r/min)100%100%23．由电阻R=1欧，电容器C和电感L=2mH组成的串联谐振电路，接在电压为10V，角频率为2500rad/s的电源上，求电容器C为何值时，电路发生谐振?谐振电流是多少?第4页共39页解：根据电路谐振时XL=XC即ωL=1/ωC发生谐振时电容值为：C=1/ω2L=1/25002×2×10-3=8×10-5F根据串联电路谐振特点：谐振电流为I0=U/R=10/1=10（A）24．某照明电路中熔断器的熔断电流为5A，现将220V`1000W的用电负载接入电路，求保险熔丝是否会熔断?如果换成220V`1500W负载保险熔丝会怎样?解：根据公式：P=UI电路接入1000W负载时的电流为：I1=P1/U=1000/220≈4．55(A)4．55A小于熔丝电流5A，所以保险丝不会熔断．电路接入1500W负载时的电流为：I2=P2/U=1500/220≈6．82(A)I2电流大于熔丝电流5A，所以保险丝要熔断．25．一台三相电力变压器，其一次绕组的电压为6KV，二次绕组的电压为230V，求该台变压器的变比是多少?若一次绕组为1500匝，试求二次绕组为多少匝?解：根据变压器变比K=N1/N2=U1/U2=6×103/230=26变压器二次绕组的匝数为：N2=N1/K=1500/20=58(匝)26．单相变压器的一次电压为3000V，变比为15，求二次电压是多少?当二次侧电流为60A时，求一次电流是多少?解：根据变压器变比K=U1/U2=I2/I1二次侧电压为U2=U1/K=3000/15=200(V)一次侧电流为I=I2/K=60/15=4(A)27．电桥电路如图所示，已知E=2．2V，R1=10Ω，R2=30Ω，R3=60Ω，R4=4Ω，R5=22Ω，求电桥电路总电流是多少?解：将R1R2R3(或R4R5R6)组成的三角形，用△→Y等效变换公式，换成等效星形，其电阻为：R1．2=R1R2/(R1+R2+R3)=10×30/(10+30+60)=3(Ω)R1．3=R1R3/(R1+R2+R3)=10×60/(10+30+60)=6(Ω)R2．3=R2R3/(R1+R2+R3)=30×60/(10+30+60)=18(Ω)经串、并联其总电阻R总=11Ω总电流为I=E/R总=2．2/11=0．2(A)第二篇发电机1．什么叫有功?什么叫无功?在交流电能的发、输、用过程中，用于转换成非电、磁形式的那部分能量叫有功；用于电路内电、磁场交换的那部分能量叫无功．2．什么叫力率?力率的进相和迟相是怎么回事?第5页共39页交流电机的功率因数也叫力率．它等于有功功率与视在功率的比值．所谓力率的进相就是送出有功吸收无功的运行状态；力率的迟相就是既发有功又发无功的运行状态．3．调节有功的物理过程怎样?调节有功负荷时要注意什么?根据电机的功角特性来谈谈调节有功的过程，这时假定发电机的励磁电流不变．系统的电压也不变．(1)增负荷过程：当开大汽门时，发电机转子轴上的主力矩增大，此时由于电功率还没开始变，即阻力矩的大小没有变，故转子要加速，使转子和定子间的夹角就拉开一些，根据电机本身的功角特性，功角一增大，电机的输出功率就增大，也即多带负荷．转子会不会一个劲儿地加速呢?正常时是不会的．因为电机多带了负荷，阻力矩就增大，当阻力矩大到和主力矩平衡时，转子的转速就稳定下来，此时，发电机的出力便升到一个新的数值．(2)减负荷过程：当关小汽门时，发电机转子轴上的主力矩减小，于是转子减速，功角变小．当功角变小时，电磁功率减少，其相应的阻力矩也变小．当阻力矩减小到和新的主力矩一样大时，又达到新的平衡，此时电机便少带了负荷．调节有功负荷时要注意两点：(1)应使力率尽量保持在规程规定的范围内，不要大于迟相的0.95．因为力率高说明与该时有功相对应的励磁电流小，即发电机定、转子磁极间用以拉住的磁力线少，这就容易失去稳定，从功角特性来看，送出的有功增大，功角就会接近90度，这样也就容易失去稳定．(2)应注意调负荷时要缓慢，当机组提高出力后，一般其过载能力是要降低．4．发电机并列有几种方法?各有什么优缺点?发电机并列方法分两类：准同期法和自同期法．准同期法并列的优点：(1)合闸时发电机没有冲击电流；(2)对电力系统也没有什么影响．准同期并列的缺点：(1)如果因某种原因造成非同期并列时，则冲击电流很大，甚至比机端三相短路电流还大一倍；(2)当采用手动准同期并列时，并列操作的超前时间运行人员也不易掌握．自同期并列的优点：(1)操作方法比较简单，合闸过程的自动化也简单．(2)在事故状况下，合闸迅速．自同期并列的缺点：(1)有冲击电流，而且，对系统有影响；(2)在合闸的瞬间系统的电压降低．5．准同期并列有哪几个条件?不符合这些条件产生什么后果?1)电压相等．2)电压相位一致．3)频率相等．4)相序相同．电压不等：其后果是并列后，发电机和系统间有无功性质的环流出现．电压相位不一致：其后果是可能产生很大的冲击电流，使发电机烧毁，或使端部受到巨大电动力的作用而损坏．频率不等：其后果是将产生拍振电压和拍振电流，这个拍振电流的有功成分在发电机机轴上产生的力矩，将使发电机产生机械振动．当频率相差较大时，甚至使发电机并入后不能同步．6．什么叫非同期并列?非同期并列有什么危害?同步发