环保厅课件(电气与自控)(讲课版)第二版2

污废水处理设施运行管理河西污水处理厂•张建国第九章电气仪表与控制•（c）电阻；导体对电流通过时呈现的阻力，称为导体的电阻，用R表示。电阻的基本单位为欧姆（Ω），较大的单位为千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）。•对以一定材料的导体，其电阻大小与导体长度（L）成正比，与导体横截面积（S）成反比，这个关系称为电阻定律，即R=ρ（L/S）式中，ρ是比例函数，称为导体的电阻率。不材料的导体，其ρ值不一样，它反映着不同材料各自的导电性能，其单位为：欧姆·毫米2/米（Ω·mm2/m）。若长度单位为米，S（横截面积）单位平方毫米，则电阻单位为欧姆。•导体的电阻大小与温度有关，可用下式表示：•Rt=R0[1+α（t1-t0）]•式中，R0是对应温度t0时的电阻值，Rt是对应温度t1时的电阻值，α叫做材料的电阻温度系数，它取决于导体的材料。不同材料的导体，α的大小也不同。其大小表示温度每长高一摄氏度时，电阻值增加的百分数，单位为1/℃。•（3）电路的基本定律•（a）部分电路的欧姆定律。德国物理学家欧姆研究了电路中电流、电压、电阻之间的关系，从大量的试验中得出：通过部分电路的电流I和该电路两端的电压U成正比，与的电阻R成反比。这就是部分电路欧姆定律，用数学公司表示为：I=U/R式中：U的单位为伏特，R的单位为欧姆，I的单位为安培。•从欧姆定律可以推得两个重要关系。•——部分电路两端电压在数值上等于通过它的电流和电阻的乘积；U=IR•——部分电路的电阻在数值上等于该项电路两端电压和通过它的电流和电阻的乘积；R=U/I•（b）全电路（闭合电路）欧姆定律•图9-1为一闭合电路。实验证明；通过闭合电路的电流I与电路中电源的电动势成正比，与电路中总电阻成反比，这就是全电路欧姆定律。用数学式表示为：I=E/（r+R）•式中：E-电源电动势。•r—电源内阻R—负载电阻。•从（9-7）式中可得出：E=Ir+IR=U+U0•由（9-8）式说明：电源电动势等于端电压U和内阻上电压降之和。•由（9-8）式可知：U=E-Ir（9-9）•（9-9）式说明：电源两端电压等于电源电动势和内阻上电压降之差，从（9-9）式可见，负载电流的变化将引起端电压的波动。电源两端电压负载变化而发生波动的这种性质叫做电源的特性。•（4）电阻的连接方式•电阻的连接方式，最简单和最常用的是串联和并联。•（a）电阻的串联连接•两个或两个以上的电阻首尾逐个相连起来，称为电阻的串联连接。图9-2是由两个电阻串联组成的电路。电阻串联的特点为：•—流经串联电阻的电流相等，即I=I1=I2•—串联电路总电压等于各电阻上电压降之和，即U=U1+U2•—串联电路的总电阻等于各串联电阻之和，即R=R1+R2•（ｂ）电阻的并联•由两上或两上以上的电阻，一端连接在一起，另一端连接在一起，称为电阻的并联连接，如图９－３所示，Ｒ１和Ｒ２组成的连接法，其特点为：并联电路中各支路电压相等，即•－并联电路的总电流等于各支路的电流之和，即Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２•并联电路的等效电阻（总电阻）的倒数等于各个支路电阻倒数之和，即１／Ｒ＝１／Ｒ１＋１／Ｒ２•２.电功和电功率:•基本概念:•(1)电功及电功率单位:•电功:电流能使电动机转动、电炉发热、电灯发光，即电流具有做功的能力，电流所做的功称为电功。电功可用下式计算：A=QU=UIt（9-16）•式中：U-电压，V；I-电流，A；T-时间，S；Q-电量，C；A-电功，J（W。S）。•（2）电功率：电流所做的功和完成这些功所用的时间的比值，称为电功率，它表示电流做功的快慢程度。电功率可用下式计算：P=A/t=（IUt）/t=UI•式中：P-电功率，J/S，即W，简称瓦；比瓦大的单位有千瓦和马力，比瓦小的单位有毫瓦，微瓦。•电功率还可以表示为：•P=IU=U2/R=I2R（9-18）•若已知用电设备的功率和用电时间，也可求电功，即A=Pt•电功的单位还有千瓦时，称为度，亦即•1度=1千瓦小时（KWh）•（3）电流的热效应•电流通过导体时会发热，这种现象称为电流的热效应。实验证明：电流通过导体时产生的热量，与电流的强度的平方成正比，与导体电阻和通电时间成正比，这个定律叫做焦耳—愣次定律，可表示为：•Q=0.24I2Rt（9-20）•根据欧姆定律，上式可表示为：•Q=0.24IUt=0.24U2t/R（9-21）•式中：若I单位是安培，U单位是伏特，R单位是欧姆，t单位是秒；Q为热量则热量单位是卡。•（4）电流的磁场效应•电流的磁场及其相互作用：•（1）电流产生的磁场：实验证明：电流周围空间存在着磁场，这种现象称为电流的磁场效应。•（a）通电直导体周围的磁场：通电导体的周围空间存在着磁场，磁力线是与直导体相垂直的一簇同心圆。如图9-4所示。磁场方向用右手螺旋定则来判断。•（b）通电螺线管周围的磁场：能电螺线管所产生的磁场和条形磁铁相似，磁场方向亦可用右手定则来判断，如图9-5所示。实验证明，通电的电流越大，螺线管匝数越多，磁场越强。•（2）磁场对电流的作用力：通电导体在磁场中要受到力的作用，即F=BIL（9-22）•式中：B-磁感应强度，T；•I-电流强度，A；L-导体在磁场中的有效长度，m；F-受到的作用力，N。•通电导体在磁场所受的力的方向，用左手定则来判断，如图9-6所示。•（3）电磁感应•当导体在磁场中的切割磁力线运动时或闭合回路和磁通量发生变化，导体就产生电动势，连成闭合回路，便会产生电流，这种现象称为电磁感应现象。由电磁感应产生的电动势、电压和电流分别称为感应（或感生）电动势、电压、电流。感应电动势的大小可按下式计算：•e=BLV·SINα•式中：B-感应强度，T；•L-导体有效长度，m；•V-导体运动速度，m/S；•α-导体运动的速度与磁场方向的夹角，单位度（º）；•e-感生电动势，V。•感生电动势方向用右手定则来判断，如图9-7所示：•5。正弦交流电的概念•（1）交流电和正弦交流电•1）交流电和正弦交流电的概念•大小和方向都随时间作周期性变化的电动势、电压、电流，统称为交流电。•按正弦函数规律变化的交流电，称为正弦交流电，如图9-8所示。从图可见，其大小和方向都随时间发生变化，不同时刻对应着不同的大小和方向。正弦交流电某一时刻的数值叫做瞬时值，用小写字母e、u和i表示。正弦交流电瞬时值中最大值叫做振幅或贬值，分别用Em、Um、Im0来表示。•2）正弦交流电的产生•正弦交流电是由交流发电机产生的，原理是电磁感应现象。交流电主要由定子和转子两部分组成（如图9-9所示），只要把磁极的两极面和电枢之间空隙的磁感应强度按正弦函数规律分布，即•B=Bmsinα•当线圈（电枢）在磁极间转动时，由电磁感应原理，在线圈中产生感应电动势为：•e=Emsinα式中，α是线圈与中性面（两个磁极的分界面）之间的夹角。若线圈以角速度ω转动时，α=ωt，所以感应电动势又可表示为：•e=Emsinωt•上式说明，感应电动势e按正弦规律随时间而变化。+•（2）正弦交流电的参数•正弦交流电的参数：•1）正弦交流电的最大值，称为振幅、幅值或峰值，用Em、Um和Im表示。•2）周期和频率：正弦交流电在1秒内所完成变化所需要的时间，称为周期，用T表示，单位是秒。•正弦交流电在1秒内所完成的变化次数称为频率，用f表示，单位是赫兹或周/秒，简称赫用HZ来表示，比赫大的单位有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。•我国发电厂发出的正弦交流电，频率为50赫，称为工频。很明显，周期和频率存在如下关系：•f=1/T或T=1/f•角频率（圆频率）•正弦交流电除用周期和频率来表示其变化的快慢程度外，还可用角频率（或角速度）ω来表示，其单位是弧度/秒。•很明显，当线圈转动一周所需T秒时间，所以；ωT=2N图9-10正弦交流电的参数Seωtφφ1φ2φ2φφ1e2e1•⑥有效值•由于交流电的大小和方向都随着时间的变化而发生变化，为了能反映交流电的实际作用，可以采用有效值来表示。•用两个阻值相等的电阻，分别通过交流和直流电流，若在相等时间内，两个电阻发热相同，则直流电流的大小就称为交流电流的有效值，常用E、U和I表示，通常我们所说的交流电压和电流多少伏和安，都是指有效值。经数学推算，有效值和最大值之间存在如下关系•E=Em/√2=0.707EmU=Um√2=0.707Um•I=Im√2=0.707Im•从上面描述正弦交流电的参数可以看出：只要最大值、角频率和初相角三个参数给定，这个正弦量也就完全确定了，因而，称这三个参数为正弦交流电三要素。•6、交流电路：纯电阻交流电路、纯电感交流电路、纯电容交流电路。•①纯电阻交流电路•图9-11所示是一种最简单的纯电阻电路，纯电阻电路具有如下特点：电阻上电压与电流的关系，若加在电路两端的电压U=Umsinωt/R•上式说明流过电阻时，电流与两端电压相位相同。•.0RVIt1t29-11纯电阻电路•②纯电感交流电路•当交流电流通过纯电感电路时，线圈将产生自感电动势阻碍电流通过的作用。因此，线圈两端必须加一个大小和自感电动势相同，方向相反的电压，用以克服自感电动势，保证线圈有电流通过。•在纯电感电路中同，由于自感电动势的作用，使纯电感电路的电压超前于电流90°（因为自感电动势超前于电流90°）。如图9-12所示，说明电压与电流相位不同。③④⑤•.iuu或i090°iuωtL9-12纯电感电路•③纯电容交流电路•由于电容两端电压不能突变，当电路接通电源时，电流达最大值，面电容电压为零，所以，电流超前电压90°，如图9-13所示。iucU或ii90°u0ωt图9-13纯电容电路•（二）电机•1、三相异步电机的基本结构：定子、转子。•三想异步电机也叫三相感应电动机，主要由定子和转子两个部分组成。转子又可分为笼式（又称鼠笼式）和线绕式两种。三相笼式异步电动机的结构有端盖、轴承、机座、接线盒、定子、转子、轴承、风扇、风罩等组成。三相异步电动机结构如图9-14所示。•定子：定子主要由定子铁芯、定子绕组，机座和端盖等组成。定子铁芯是磁路部分，一般用0.35或0.5毫米的硅钢片叠成筒形，并固定在机座内，如图9-15所示。为了减少铁芯的涡流涂有绝缘漆。定子铁芯内圆冲有均匀分布的槽，槽内嵌放三相定子绕组，绕组间有良好的绝缘。•定子绕组是异步电动机部分，由三相对称绕组组成。•三个绕组按一定的空间角度依次嵌放在定子槽内、三相绕组分别用A（D1）、B（D2）、C（D3）表示，对应用X（D4）、Y（D5）、Z（D6）表示。为了便首、尾变换接法，三相绕组的六个接线头引到电动机接线盒内，图9-16所示，接线形式按电源电压的不同和电动机铭牌上的要求，可接成星形（Y）或三角形（∆）两种形式。•星形接法：将三相绕组的尾端D4、D5、D6（1980年国标改为U2、V2、W2）接在一起，首端D1、D2、D3（分别接三相电源，如图9-16所示。•机座一般由铸铁或铸钢制成，容量较大的用钢焊接而成。其作用是固定定子铁芯和定子绕组，封闭式电动机外表还有散热筋，以增加散热面积。•机座两端的两个端盖，用以支承转子的轴。容量大一些的，为了支承较重的转子，在两端设有轴承座。D2D1D3D5D4D1D6D3D2D5D4D2D6D1D3D5D4D6D2D1D4D3D5D6BCYXZACBYXAD1D1Z图9-16三相定子绕组接线图•②转子•转子主要由转子铁芯，转子绕组和转轴等组成。转子也是由0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成，压装在转轴上，转子硅钢片的外圆周上冲有槽形成斜槽，槽内安放转子导体。•转子有笼式和绕线式两种。•笼式转子绕组是用裸铜条插入转子槽内。两端用端环分别把槽里的铜条连接起来，形成一个短接的回路；为了节约用铜，中小型电机的笼式转子一般用熔化的铝浇入转子槽内，交将两个端环与冷却用的风扇翼浇铸在一起，如图9-18所示。这种绕组形状如鼠笼故称鼠笼式异步电动机，统称为笼式电动机。•线绕式转子的铁芯和笼子转子相同，但一般都是槽。线绕式转子绕组和定子绕组相似，也是三相对称绕组。转子的三相绕组一般接成星形，三个出线头通过转轴内孔分别接到与转轴固定的三个铜制滑环上，滑环