电气基础知识

Page 1 of 7 1 电气知识与技能电气知识与技能 一 电的基本概念一 电的基本概念 1 什么叫直流电 交流电 答 直流电指电流方向一定 且大小不变的电流 如干电池 蓄电池 直流发电机的电 都是直流电 交流电是指方向和大小随时间变化的电流 工农业生产所用的动力电和照明 电 大多数是交流电 实用中 直流电用符号 表示 交流电用符号 表示 2 什么叫电流 电流强度 答 物体里的电子在电场力的作用下 有规则地向一个方向移动 就形成了电流 电流的 大小用电流强度 I 来表示 电流强度在数值上等于 1 秒钟内通过导线截面的电量的大小 通 常用 安培 作为电流强度的单位 安培简称 安 用字母 A 表示 3 什么叫电压 答 水要有水位差才能流动 与此相似 要使电荷做有规律地移动 必须在电路两端有一 个电位差 也称为电压 用符号 U 表示 电压以伏特为单位 简称 伏 常用字母 V 表示 4 什么叫电路 一个完整电路应包括哪几部分 答 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 最简单的电路是由电源 E 发电机 电池等 负载 R 用电设备如电灯 电动机等 连 接导线 金属导线 和电气辅助设备 开关 K 仪表等 组成的闭合回路 5 什么叫串联电路 答 把若干个电阻或电池一个接一个成串地联接起来 使电流只有一个通路 也就是把 电气设备首尾相联叫串联 6 什么叫并联电路 答 把若干个电阻或电池相互并排地联接起来 也可以说将电气设备的头和头 尾和尾 各自相互连在一起 使电流同时有几个通路叫并联 7 什么是纯电阻电路 答 通过电阻将电能以热效应方式全部转变为热能的交流电路 叫纯电阻电路 例如 白炽灯 电炉 电烙铁等 8 什么是纯电感电路 答 当线圈的电阻忽略不计 在线圈两端接上一个交流电压时 线圈中就有交流电流通 过 因而在线圈中产生一个自感电动势反抗电流的变化 这就是纯电感电路 9 什么叫功率因数 答 功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数 它是交流电路中有功功率与视在功 率的比值 即功率因数 有功功率 视在功率 其大小与电路的负荷性质有关 如白炽灯 电 阻炉等电热设备 功率因数为 1 对具有电感的电气设备如日光灯 电动机等 功率因数小于 1 从功率三角形的图中 运用数学三角关系可得出 有功功率 P UICOS COS 即功率因数 功率因数低 说明电路中用于交变磁场吞吐转换的无功功率大 从而降低了设备的利用 率 增加线路供电损失 所以 供电部门对用电单位的功率因数 有着一定的标准 Page 2 of 7 2 10 什么是三相交流电路 答 在磁场中放置三个匝数相同 彼此在空间相距 120 的线圈 当转子由原动机带动 并以匀速按顺时针方向转动时 则每相绕组依次被磁力线切割 就会在三个线圈中分别产生 频率相同 幅值相等的正弦交流电动势 Ea Eb Ec 三者在相位上彼此相差 120 此即为 三相交流电路 11 什么是三相三线制供电 什么是三相四线制供电 答 三相三线制是三相交流电源的一种连接方式 从三个线圈的端头引出三根导线 另 将三个线圈尾端连在一起 又叫星形接线 这种用引出三根导线供电叫三相三线制 在星形 接线的三相三线制中 除从三个线圈端头引出三根导线外 还从三个线圈尾端的连接点上再 引出一根导线 这种引出四根导线供电叫三相四线制 12 什么叫相线 或火线 什么叫中性线 或零线 答 在星形接线的供电 常用 Y 符号表示 三个尾端的连接点称作中性点 用 O 表 示 从中性点引出的导线叫中性线或零线 从三个端头引出的导线叫相线或火线 13 什么叫相电压 线电压 什么叫相电流 线电流 答 每相线圈两端的电压叫相电压 通常用 Ua Ub Uc 分别表示 端线与端线之间的 电压称为线电压 一般用 Uab Ubc Uca 表示 凡流过每一相线圈的电流叫相电流 流过端 线的电流叫作线电流 星形接线的线电流与相电流是相等的 14 为什么在低压电网中普遍采用三相四线制 答 因为用星形联接的三相四线制 可以同时提供两种电压值 即线电压和相电压 既可 提供三相动力负载使用 又可提供单相照明使用 例如常用的低压电压 380 220 伏 就可提 供需要电源电压 380 伏的三相交流电动机使用 又可同时提供单相 220 伏的照明电源 15 怎样计算三相负载的功率 答 在三相交流电路中 不管负载是星形接法还是三角形接法 总的有功功率等于各相 有功率之和 因此 当三相负载对称相等时 三相有功功率等于三倍单相有功功率 用公式 表示时 写作 P 3U相I相COS 相 COS 相为一相的功率因数 要根据每一相负载性质而定 有时为了方便测量和计算 利用星形和三角形不同接法的线电压和相电压 线电流和相电流 之间的关系变换为 P 1 732U线I线COS 相 注意式中的电压为线电压 电流为线电流 功率因数 COS 相仍由每一相自身的负载性 质定出 如果遇到三相负载不对称时 则分别计算各相功率 三相总功率等于各项功率之和 可用以下公式表示 P PA PB PC 16 什么叫相序 答 相序是指三相交流电相位的顺序 从三相交流电的波形图可以看出 三相交流电 电压或电流 到达最大值 或零值 的时间有先有后 我们称 A 相超前 B 相 B 相超前 C 相 C 相超前 A 相 这种三相电压由 A 到 B 再到 C 这个顺序叫做三相电压的相序 相序的判别可 采用一种相序指示器来测定 以使三相负载的相序 如三相交流电动机的转向 与三相电源一 致 17 什么叫变压器 它有什么用处 Page 3 of 7 3 答 在交流电路中将电压升高或降低的设备叫变压器 变压器能把任一数值的电压转 变成频率相同的 我们所需要的电压值 以满足电能的输送 分配和使用要求 例如发电厂 发出来的电 电压等级较低 必须把电压升高才能输送到较远的用电区 用电区又必须通过降 压变成适用的电压等级 供给动力设备及日常用电设备使用 二 电路的基本构成二 电路的基本构成 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 其中配电柜通过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 由上边简图可见 发电 输电 配电构成了一个有机的不可分的网络 简称电网 电厂 发出的电能经过升压向远方输送之后 从 110KV 开始 直至 10KV 含 6KV 3KV 通过枢纽变 电所 站 把电能逐级降压 逐级分配 这一部分称为高压配电 而 0 4KV 以下网络则称为低压 配电 根据电网的发展 电力体制的改革和电力市场的需要 并根据外国的经验电力权威人士 分析指出 将把 10KV 含 6KV 3KV 高压配电从高压配电网中划分出来 称为中压配电 中压 配电的电压将提高到 20KV 那么这个电路有什么作用呢 它 电路 的作用是实现电能的传输和转换 整个电路包括电 源 负载和中间环节三个组成部分 其中 发电机是电源 是供应电能的设备 它把热能 水能或原子能转换为电能 除发电机外 电 池也是常用的电源 电灯 发动机 电炉等都是负载 是取用电能的设备 它们分别把电能转换为光能 机械 能 热能等 变压器和输电线是中间环节 是联接电源和负载的部分 它起传输和分配电能的作用 此外 电路还有另一种作用是传递和处理信号 三三 日常常用低压电器的基本概念日常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 低压电器的分类及用途见下表 表中基本分类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 各种类型电器的主要产品及用途见下表 Page 4 of 7 4 分类名称主 要 品 种用 途 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 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 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 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 配 电 电 器 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 接触器 交流接触器 直流接触器 真空接触器 半导体接触器 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 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 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 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 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 控 制 电 器 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 Page 5 of 7 5 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 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 Page 6 of 7 6 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 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 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 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 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 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 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 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