《电路基础知识讲座》PPT课件.ppt

电路基础知识讲座 电源 电路基础 知识讲座 交流电 直流电 电路基本元件 电路元件的 伏安特性 直流特性 交流特性 波形图 相量图 电路元件的 功率特性 感性负载 容性负载 功率三角形 电阻 电感 电容 电流的微观概念 欧姆定律 阻碍作用 内容简述 电源 电源是提供电能的装置。电源因可以将其它形式的能转换成电能，所以把这 种提供电能的装置叫做电源。 广义上讲，电源分为直流电和交流电。 两端极性不随时间改变的是直流电源两端极性随时间改变的是交流电源 我国三相电网 由三个相位差120度角的交变频率为50HZ（每秒极性改变100次，振 荡周期为1/50秒） 众所周知，我国三相电网中，相线与零线的电压为（照明电路）220V 相线与相线的电压（动力电路）为380V 这里所表述的电压是真实值吗？ 相线与零线220V，相线与相线380V，均是有效值！ 通过积分计算R在正弦交流电压 下，T时间内，发热量（消耗电 能）为Q 让R在T时间内，发热为Q，求 所需要的直流电压U=？ 电网相电源，在T时间内，对同一元件，所产生的热效应等同于220V直 流电源所产生的热效应 电路基本元件电阻 电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经 过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。 导体的电阻通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆（ohm），简称欧，符 号是（希腊字母，读作Omega)，1=1V/A。比较大的单位有千欧（ k）、兆欧（M）（兆=百万，即100万）。 欧姆定律 导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。【表达式：I=U/R】 欧姆定律适用于纯电阻电路，金属导电和电解液导电 在气体导电和半导体元件等中欧姆定律将不适用。 电流的微观概念 单位时间内流过某导体截面的电荷量 1A=1C/S 正电荷的移动形成电流 1C约相当于6.251018个电子的电量 C代表库仑，描述电荷量 I 电路基本元件电感 电感是闭合回路的一种属性。当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应， 感应磁场又会产感应电流来抵制通过线圈中的电流。生这种电流与线圈的相 互作用关系称为电的感抗，也就是电感，单位是“亨利 电感量：自感系数，是表示电感原件自感应能力的一种物理量。当通过一个线圈的 磁通发生变化时，线圈中便产生电势，这是电磁感应现象。所产生的电势称感应电 势，大小正比于磁通变化的会速度和电感系数（线圈匝数，励磁特性）。电感量的 基本单位为H（亨），还有毫亨（mH），微亨（uh）。 电生磁：通电导线周围产生磁场 通电导线在周围会产生磁场 磁生电：变化的磁场周围感生出电场 电路基本元件电容 电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。 任何两块金属导体中间用绝缘体隔开就形成了电容器。金属板称为极板, 绝缘体称为介质. 电容器极板上的带电量Q与电容器两端电压U之比称为电容量C，既 C = Q/U 电容单位：1C/1V=1F （法） 1C=1F*1V 1F=106uF 1uF=106pF 电路元件的直流特性 小灯泡正常发光 小灯泡缓慢发光，电感阻碍电流突变， 待电路导通时，没有电阻 小灯泡不发光，电容电阻无穷大， 相当于开路 正弦相量图 用长短示意有效值的大小用角度示意初始状态 正弦相量图 目的：简化波形图，便于感性认识 正弦相量图 正弦相量图 相位差 同一交流电路中，某些元件上的电压和电流变化不同步，存在时间差。 为了便于分析，用角度差表示时间差，即相位差 相位差 纯电阻电路波形与相量图 电压波形与电流波形同相,没有时间差 纯电感电路波形与相量图 电压波形超前电流波形90度角 纯电容电路波形与相量图 电压波形滞后电流波形90度角 电路元件上的电压与电流的变化时间差异,取决于 元件自身的属性 为什么同一元件上的电压电流会有变化差异？ 储能特性 励磁特性 电路元件的交流特性 电压与电流同相（变化相同） 电流滞后电压90电 角度 电压滞后电流90电角度 对交流电路的阻碍作用 纯电感的感抗和交 流电路的频率和自 感系数成正比 纯电容的容抗和交 流电路的频率以及 电容量成反比 纯电阻阻值在交 流电路里不随频 率而改变 所有的单位均是欧姆 通直流，阻交流通交流，隔直流 电路元件的阻 碍作用使得电 流对其做功 电功的概念 用于发光，发热，以 及电力拖动的所消耗 的电能，叫做有用功 用于建立交变磁场 电场，从而使互相 转换的叫无用功 功的基本单位是焦耳 （电费） 功率（直流电路） 有功功率的单位是瓦特 功率（交流电路） 无功功率的单位是乏 视在功率的单位是伏安 视在功率,有功功率,无功功率在数值上有什么联系？ 实例一 电气设备铭牌的含义 实例二 计算瞬时功率因数 功率补偿 为什么要进行无功补偿？ 功率补偿功率补偿 1000KVA的变压器，如果功率因数为0.8，只能输出 800KW的有功功率，另外200KVar作为无功输出 降低电源利用率，增加了损耗（线路发热，变压器励 磁损耗） 低压电网中的无功补偿状态有哪些？ 功率补偿 136厂房南配电室 功率因数表 功率补偿 功率补偿 欠补偿 过补偿 全补偿（功率因数为1 ） 感性负载 容性负载 纯电阻 功率补偿 全补偿（功率因数为1 ） 由于电力系统中的负载和线路并非理想状况，均有 损耗，所以功率因数达到1的状态无法维持 低压电网中，功率因数能否达到1？ 功率因数达到1，会出现什么状况？ 产生谐振！ 谐振 R,L,C 电路 发生 谐振 电压与电流同相，总阻抗呈电阻型 并联谐振 谐振时 B=0，即 C L R 时，发生并联谐振！ 并联谐振 C L R 谐振特点： 电压与电流同相 支路电流远大于总电流 并联谐振 C L R 并联谐振现象 烧接触器 烧电容 烧线圈 总电流小于支路电流 并联谐振 107燃气锅炉房的谐波治理设备是感性负载 严禁与容性负载使用！ 串联谐振 R j L + _ R j L + _ LC上的电压大小相等，相位相反，串 联总电压为零，称电压谐振 支路产生高电压！ 串联谐振 谐波 一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数 分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。 谐波 谐波产生的原因主要有：由于正弦电压加压于非线性负载，基波电 流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器 、变频器、逆变器等。 谐波 非线性电器元件特点：伏安特性曲线不是直线 二极管，稳压管，三极管，场效应管，晶闸管等等 谐波 谐波危害 谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用 的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘 老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电 力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电 容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作 ，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设 备和电子设备会产生严重干扰。 1.降低系统容量如变压器、断路器、电缆等 2.加速设备老化，缩短设备使用寿命，甚至损坏设备 危害生产安全与稳定 3.浪费电能等。 谐波 谐波治理有哪几种方式？ 108厂房并联电抗器107燃气锅炉房谐波治理设备 谐波 无源谐波 无源滤波的主要结构是用电抗器与电容器串联起来，组成LC 串 联回路，并联于系统中，LC回路的谐振频率设定在需要滤除的谐 波频率上，例如5次、7次、11次谐振点上，达到滤除这3次谐波 的目的。其成本低，但滤波效果不太好，如果谐振频率设定得不 好，会与系统产生谐振。市场上流通较多的采取的滤波方法就是 这一种，主要是因为低成本，用户容易接受。虽滤波的效果较差 ，只要满足国家对谐波的限制标准和电力部门对无功的要求就行 了。由于其低成本，市场的需求也就大，一般而言，低压0.4KV 系统大多数采用无源滤波方式，高压10KV几乎都是采用这种方 式对谐波进行治理。 谐波 利用感性负载的通低频，阻高频特性 LC滤波电路 无源滤波 谐波 有源谐波 有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上发展起来的，它的滤波 效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果是百分之百的。 它主要是由电力电子元件组成电路，使之产生一个和系统的谐波 同频率、同幅度，但相位相反的谐波电流与系统中的谐波电流抵 消。但由于受到电力电子元件耐压，额定电流的发展限制，成本 极高，其制作也较之无源滤波装置复杂得多，成本也就高得多了 。其主要的应用范围是计算机控制系统的供电系统，尤其是写字 楼的供电系统，工厂的计算机控制供电系统。对单台的装置而言 ，其利润是可观的，但用户一般不愿意用有源滤波，对于谐波的 含量，不必滤得太干净，只要不危害其他用电器也就可以了。 谐波 谐波 变压器励磁涌流 为什么合上134厂房#2变压器环网柜后跳闸 ？ 为什么高压间每个中置柜内配备630A的开关 ？ 变压器励磁涌流 当合上断路器给变压器 充电时，有时可以看到 变压器电流表的指针摆 得很大，然后很快返回 到正常的空载电流值， 这个冲击电流通常称之 为励磁涌流 变压器励磁涌流 如果在合闸瞬间，电压正好达到最大值时，则 磁通的瞬间值正好为零，即在铁芯里一开始就建立 了稳态磁通。在这种情况下，变压器不会产生励磁 涌流。 当合闸瞬间电压为零值时，它在铁芯中所建立的磁通 为最大值。可是，由于铁芯中的磁通不能突变，既然合闸 前铁芯中没有磁通，这一瞬间仍要保持磁通为零。因此， 在铁芯中就出现一个非周期分量的磁通，如果合闸时铁芯 还有剩磁，磁通还会更大！实际运行中可达到2.7倍。因 此，在电压瞬时值为零时合闸会产生很大的磁通，导致励 磁涌流现象。 变压器励磁涌流 1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波 )，主要是偶次谐波，因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。 2)励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深， 电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐 渐减慢，经0.51s后其值不超过(0.250.5) 3)一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但 总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。 4)励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的68倍。当整 定一台断路器控制一台变压器时，其速断可按变压器励磁电 流来整定。 5)对于容量小的变压器衰减得快，约几个周波即达到稳定， 大型变压器衰减得慢，全部衰减持续时间可达几十秒。 6)励磁涌流和铁芯饱和程度有关，同时铁芯的剩磁和合闸时 电压的相角可以影响其大小。 励磁涌流特点 分/合闸指示灯 合闸时红灯亮，分闸时绿灯亮，什么原理？ 分/合闸指示灯 分闸，继电器线圈不得电，绿灯亮 合闸，继电器线圈得电，常开触点闭合，常闭触点断开，红灯亮 三相带电显示器 三相带电显示器 三相带电显示器 三相带电显示器 正向导通 反向截止 D LED 三相带电显示器 正向导通电压0.7V 反向超过VT时击穿 三相带电显示器 压敏电阻 工作原理：电压达到小 于阈值时不导通，大于 阈值时导通，多用于保 护后级电路 三相带电显示器 三相带电显示