工厂用电知识讲座

磷肥厂电气车间2014.01主要内容电的由来电的基本知识同步发电机发电机并网发电机励磁系统电的产生电磁感应原理电磁感应，导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体内就产生感应电动势；穿过线圈的磁量发生变化时，线圈里就产生感应电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体或线圈闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流（感生电流），电动势的方向可以由楞次定律判定。电的基本知识电流是表示电流强弱的物理量，通常用字母I表示，它的单位是安培，符号A。导体中的自由电子在电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了电流。电源的电动势形成了电压，继而产生了电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成了电流。电压U，单位V，正电荷q从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小。电压是推动电荷定向移动形成电流的原因。电流之所以能够在导线中流动，也是因为在电流中有着高电势和低电势之间的差别。这种差别叫电势差，也叫电压。换句话说，在电路中，任意两点之间的电位差称为这两点的电压。电源是给用电器两端提供电压的装置。电压与电流的关系欧姆定律I=U/R其中I为电流强度，单位：安（A）；U为电压，单位：伏特（V）；R为电阻，单位：欧姆（Ω)。1安＝1伏特/欧姆电功率单位时间内电场力所做的功。电功率计算公式：在纯直流电路中：P=UIP=I²RP=U²/R式中：P---电功率（W），U---电压（V）I----电流（A），R---电阻（Ω).在单相交流电路中：P=UIcosφ式中：cosφ---功率因数在对称三相交流电路中，不论负载的连接是哪种形式，对称三相负载的平均功率都是：P=√3UIcosφ式中：U、I---分别为线电压、线电流。cosφ---功率因数关于电功率1.有功功率：可以转化成其他形式能量（热、光、动能）的能量。以P来表示，单位为W.一般来说，有功功率是相对于纯阻性负载来说的。2.无功功率：在具有电感或电容的电路中.在每个周期内.把电源能量变成磁场(或电场)能量贮存起来.然后再释放.又把贮存的磁场(或电场)能量再返回给电源.只是进行这种能量的交换.并没有真正消耗能量.以Q来表示，单位为Var。它的产生是由于感性负载、容性负载、以及电压和电流的失真，这种功率可导致额外的电流损失。3.视在功率：有功功率和无功功率的几何之和（即平方和的均方根），它用来表示电气设备的容量。以S来表示，单位为VA。4.功率因数：正弦交流电压与电流的相位差称为功率因数角，以Φ来表示，没有单位，而这个功率因数角的余弦值称为功率因数。它决定于电路元件参数和工作频率，纯电阻电路的功率因数为1，纯电感电容电路的功率因数为0。功率因数cosΦ=P/S。功率因数功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。功率因数低的根本原因是电感性负载的存在。例如，生产中最常见的交流异步电动机在额定负载时的功率因数一般为0.7--0.9,如果在轻载时其功率因数就更低。其它设备如工频炉、电焊变压器以及日光灯等，负载的功率因数也都是较低的。从功率三角形及其相互关系式中不难看出，在视在功率不变的情况下，功率因数越低（角越大），有功功率就越小，同时无功功率却越大。这种使供电设备的容量不能得到充分利用，例如容量为1000KVA的变压器，如果cosΦ=1,即能送出1000KW的有功功率；而在cosΦ=0.7时，则只能送出700KW的有功功率。功率因数低不但降低了供电设备的有效输出，而且加大了供电设备及线路中的损耗，因此，必须采取并联电容器等补偿无功功率的措施，以提高功率因数。功率因数既然表示了总功率中有功功率所占的比例，显然在任何情况下功率因数都不可能大于1。由功率三角形可见，当=0°即交流电路中电压与电流同相位时，有功功率等于视在功率。这时cosΦ的值最大，即cosΦ=1，当电路中只有纯阻性负载，或电路中感抗与容抗相等时，才会出现这种情况。感性电路中电流的相位总是滞后于电压，此时0°Φ90°，此时称电路中有“滞后”的cosΦ；而容性电路中电流的相位总是超前于电压，这-90°Φ0°，称电路中有“超前”的cosΦ。提高功率因数的好处①通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。②良好的功因数值的确保，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量。当线路输送一定数量的有功功率时，如输送的无功功率越多，线路的电压损失越大，即送至用户端的电压就越低。当用户功率因数提高以后，它向电力系统吸取的无功功率就要减少，因此电压损失也要减少，从而改善了用户的电压质量。③可以增加系统的裕度，挖掘出了发供电设备的潜力。如果系统的功率因数低，那么在既有设备容量不变的情况下，装设电容器后，可以提高功率因数，增加负载的容量。举例而言，将1000KVA变压器之功率因数从0.8提高到0.98时：补偿前：1000×0.8=800KW补偿后：1000×0.98=980KW同样一台1000KVA的变压器，功率因数改变后，它就可以多承担180KW的负载。④减少了用户的电费支出；透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。正弦交流电正弦交流电的三要素是最大值、角频率和相位a.频率(f)或角频率(ω)。这是表示交流电随时间变化快慢的物理量。它的定义是即交流电变化一周所经过的时间，交流电每秒钟变化的次数。它的倒数叫做周期即交流电变化一周所经过的时间T=1/f。在国际单位制中，频率的单位是赫兹。我国市电频率为50Hz,国外也有60Hz。b.最大值(Am)和有效值(Aeff)。这是表示交流电大小的物理量。交流电的瞬时值随时间而变化，并不恒定。最大值虽然是个定值，可以用来标定交流电的大小，但计算电功率时不够方便，为了简化电功率的计算公式，在实际工作中常用交流电的有效值来表示交流电的大小。交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的。让交流电和直流电通过同样阻值的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。交流电的有效值和最大值之间存在恒定的比例关系也Aeff=O.707Am。c.位相(φ)。这是表示交流电在某瞬时变化步调的物理量。也叫“周相”或“相位”，交流电表示式ε=εmsin（ωt+φ0)中的（ωt+φ0)就是相位，t=0时的位相φ0叫做初相。频率相同的两个交流电其初相不同，则其相位也就不同，它们的相位差（ωt+φ1)-（ωt+φ2)=φ1一φ2=φ0。一.对称三相电源的产生三相交流电路通常由三相同步发电机产生，三相绕组在空间互差120°，当转子以均匀角速度转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对称三相电源。三相同步发电机示意图三相电路是由三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差1200的正弦电动势作为供电电源的电路。NSººIAZBXCY1.瞬时值表达式)120cos(2)()120cos(2)(cos2)(oCoBAtUtutUtutUtuA+–XuAB+–YuBC+–ZuC2.波形图A、B、C三端称为始端，X、Y、Z三端称为末端。uAuBuCtuO3.相量表示0oA∠UUAUCUBU120°120°120°4.对称三相电源的特点0CBAUUUBAUU°1201=∠α单位相量算子oB120-∠UUoC120∠UU0CBAuuuAU2AU二.三相电源的连接+–ANX+–BY+–CZAUBUCUX,Y,Z接在一起的点称为Y连接对称三相电源的中性点，用N表示。1.星形连接(Y连接)A+–XBCYZABCNAUBUCU2.三角形连接(连接)AX+–BCYZABCBUCUAU三角形连接的对称三相电源没有中点。三个绕组始末端顺序相接。+–AXBYCZAUBUCU+–+–NN’ZlZlZlNAU+–A+–B+–CBNUCNUZZZC’A’B’ZNC’A’B’ZZZNAU+–A+–B+–CBNUNCUZlZlZl三相四线制Y△YY三相三线制一.对称三相电路功率的计算三相电路的功率Pp=UpIpcos三相总功率：P=3Pp=3UpIpcosplplIIUU,3:Y接φIUφIUPllllcos3cos3131.平均功率A’B’C’ZZZplplIIUU3,:Δ接A’B’C’ZZZ注(1)为相电压与相电流的相位差角(阻抗角)，不要误以为是线电压与线电流的相位差。(2)cos为每相的功率因数，在对称三相制中三相功率因数：cosA=cosB=cosC=cos。(3)公式计算电源发出的功率(或负载吸收的功率)。φIUPllcos32.无功功率Q=QA+QB+QC=3QpφIUφIUQllppsin3sin33.视在功率视在功率:llppIUIUQPS3322同步发电机同步发电机是将机械能转变为交流电能的设备。同步电机指电机转子的转速n与旋转磁场转速n1相同的交流电机。同步电机一般采用旋转磁极式结构，根据磁极形状可分为隐极和凸极两种型式。凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合。隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于高速旋转。隐极凸极•同步发电机基本工作原理：导体切割磁力线感应电动势。•转子：转动的部分，转子上有磁极和励磁绕组，产生磁场。•定子（又叫电枢）：固定的部分，定子铁心上有齿和槽，槽内设置有绕组，有三相定子绕组，每相结构完全相同，它们在空间上互差120°电角度对称分布放置在定子铁心槽内。•气隙：定转子之间有气隙。三相同步发电机的基本工作原理SNnIf汽轮发电机汽轮发电机的构造，是由蒸汽轮机或燃气轮机推动的发电机。发电机主要由转子与定子组成，由于汽轮机的转速很高，故汽轮发电机的转子是两极的，额定转速每分钟3000转，输出50赫兹的三相交流电。这是转子铁芯构造示意图，在铁芯圆周上开有一些槽，嵌有励磁绕组，在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿，就是磁极（图所示）。励磁绕组两端通过集电环（滑环）接到励磁电源，在转子圆周两侧就形成北极与南极，旋转时就产生旋转磁场。在转子励磁绕组中通以直流电流励磁，产生恒定的磁场，当原动机拖动转子旋转时，就建立起转子旋转磁场，旋转磁场的磁力线切割定子绕组中的三相绕组，从而在三相绕组中感应产生三相交变电动势。同步发电机的额定值对同步发电机额定值之间关系为：3NNNNNNPScosUIcos)(kVUN额定电压额定运行时加在三相定子绕组上的线电压。NNPS额定功率额定容量指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指输出的额定视在功率或有功功率，单位是KVA或KW。)(AIN额定电流在额定运行状态下三相定子绕组的线电流.fNfNNNNUInf额定励磁电压额定励磁电流额定转速额定效率额定频率额定功率因数Ncos并网运行的含义同步电机的并网运行1、提高供电的可靠性；2、提高供电的经济性；3、提高电能的质量。无穷大电网的含义0cccSUCfCZ将一台或多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷供电。并联运行的优点并列方法1.准同期法2.自同期法准同期并网的条件1.待并发电机的电压与电网电压大小相等；2.待并发电机电压相位与电网电压相位相同；3.待并发电机电压频率与电网电压频率相同；4.待并发电机的相序与电网的相序相同。上述条件（4）一般在安装发电机时，根据发电机的转向确定了发电机的相序而满足，因此运行人员在并列时只需调节发电机使其满足其它三个条件即可。不满足任一条件的并网称为非