供用电常识及电能转换技术

第八章供用电常识及电能转换技术

岳第一节发电、输电与配电

新课

课题其次节电热转换与电热设备课型

第二节常用照明设备

授课班级授课时数2

1.了解电能的产生，了解电能的输送方法及配电方

令

法。

2.理解常用的电能与热能转换技术。

教学目标

3.初步驾驭常用的电气照明设备及照明电路。

91.各类发电装置的优缺点。

2.电热转换技术及在生产、生活实际中的详细应用。

教学重点3.常用电光源的简洁工作原理及优缺点及选用原则。

事

1.常用电热转换设备的工作原理。

2.常用电光源的接线°

教学难点

,口

学情分析

0

教学效果

电

教后记

A.引入

在日常生产和生活中到处离不开电，我们平常也能看到很多和发

电、输电有关的东西，这一章我们就来学习有关供用电的学问。

B.新授课

第一节发电、输电与配电

发电、输电、配电系统：

电厂一升压变压器-输电线一降压变压器f配电站

发电、输电、配电系统图如图所示。

19-5kV⑵kV

―♦输电线

10kV6kV

385kV四-瀛

输电线一面

变出■站区域位*｝湍

父电站变电站

二厂380/220V

变电所

一、发电

将其他形式的能量转换成电能的过程称为发电。

i.火力发电：以煤为燃料，用煤将水加热变成高压蒸汽，冲动汽轮机作为原动机

来带动三相沟通发电机。

2.水力发电：利用水的势能带动水轮机，水轮机带动三相沟通发电机发电。水电

站投资大、建设时间长，但不需燃料、无污染、成本低，重要的是可以和水利枢纽，程

相结合。

3.核能发电：以核反应建代替煤锅炉，以核燃料代替燃煤。

二、输电

高压输电的优点：

1.减小输电线路横截面，节约金属材料和架线成本；

2.削减线中电阻造成的功率损耗。

输电电压等级：

电压凹凸与输电容量和距离有关，有lOkV、35kV、110kV.220kV、330kV、

500kV.

三、配电

配电：发电厂生产的电能经高压输电，送到FI的地后，依据工厂或用户用电容量的

大小、电压的凹凸，用变压器降压后进行安排。

电力负荷：配电的对象，也称用户。通常有动力用电设备、工艺用电设备、电热用

电设备和照明用电设备。

电力负荷分级：

一级负荷：一旦中断供电，将造成人员伤亡或重大设备损坏且难于修复。通常采纳

双电源供电，对特殊重要的一级负荷还应增设应急自备电源。

二级负荷：中断供电后将导致大量产品报废或生产流程紊乱，且需较长时间才能复

原的电力负荷单位。采纳双电源供电，特殊困难状况下才可用单回路专用架空线供电。

三级负荷：一级与二级以外的一般电力负荷。采纳单回路供电。

其次节电热转换与电热设备

一、电热转换原理

（一）电阻式电热转换

利用电阻发热将电能转换成热能而制成的电热器具。如电饭锅、电熨斗、电炉、空

间加热器、电灶、电烤箱。

Q=Rl2t

（二）红外式电热转换

利用电能加热某些红外辐射物质，利用其辐射出的红外线来达到加热特制的目的。

如红外式取暖炉、红外电烤箱。

（三）感应式电热转换

将导体置于交变磁场中，感应电流在导体内部克服内阻流淌时产生热量。如电磁灶、

感应炉。

（四）微波式电热转换

选用微波照耀被加热物质，使其内部分子运动加速而发热。如微波炉。

二、电热设备的运用

（一）电饭锅

1.结构

自动恒温式电饭锅基本结构如下图所示。

磁钢限温器：饭被煮熟时自动断电。

双金属恒温器：自动保温，低于保温温度时闭合，高于65。（2时自动断开。

2.工作原理

（1）自动恒温式电饭锅电路原理图

（2）工作原理

设电饭锅的温度为T

T小于［（103±2）℃］：S1闭合，不能自动复位。

T小于65空：S2闭合。

SI、S2只要有一个闭合加热器就起先加热。

（3）工作过程

T<65。（？时:SI、S2都闭合,起先加热。

65℃<T<（103±2）℃：SI闭合，加热。

T>（103±2）℃«SI、S2都断开，停止加热v

TV65QC时:S2都闭合，起先加热。

（二）电吹风

1.交直流串励式电吹风结构如图所示。

2.工作原理

选择开关同时接通电动机电路和电热丝电路时，从进风口吸入冷空气，经电热丝加

热，从出风口送出热风。

选杼开关接通电动机电路，断开电热丝电路时，吹出冷风。

限温自动限制元件用于防止温度过高。

电吹风限制电路如图所示。

电热丝

AA/VWV

~220V

（三）电焊机

1.工作原理

电焊机主要部件为电焊变压器，它将高压小电流变成低压大电流，利用空气间隙形

成的高阻值产生高热，燃起电弧使金属熔化。

2.结构

常用沟通电焊机外形如图所示。

电焊变压器铁心如图所示。

固定铁心

可调铁心

调节手柄

旋动图中的调整手柄，可变更可调铁心与固定铁心的相对位置，从而调整焊接电流

的大小。也可通过在接线板上调整副绕组匝数来实现，其装置加图所示.

副绕组

（四）高频感应炉

高频感应炉用于冶金工业中完成金属的冶炼，其结构如图所示。

工作原理：高频沟通电流在线圈内产生高频交变磁场，高频感应炉内被冶炼的金属

因电磁感应则产生很强的涡流，释放出大量的热量而使金属熔化。

第三节常用照明设备

一、白炽灯原理及线路

白炽灯俗称灯泡，是利用电流通过高熔点铅丝后，使之发热到白炽状态而发光的电

光源，其发光效率比较低。白炽灯有螺口式和插口式两种。其组成结构如图所示。

为确保平安，安装螺口灯泡时必需将火线经开关接到螺口灯头底座的中心接线端

上。具基本线路如图所示。

。相线,

0

。中性线_____________________

白炽灯的电路形式还有一只单连开关限制区一盏或多盏灯并与插座连接、两只单连

开关限制两盏灯并与插座连接和用两只双连开关在两个地方限制一盏灯。

二、荧光灯原理及线路

（一）一般荧光灯

荧光灯的结构如图所示。

1.发光原理

荧光灯管是一抽成真空后再充入少量筑气的玻璃管，在灯管两端各装有一个通电时

能放射大量电子的灯丝。灯管内涂有荧光粉，管内还放有微量水银。当灯管的两个电极

上通电后便加热灯丝放射电子，电子在电场的作用下渐渐达到高速碰撞汞原子，使其产

生紫外线；紫外线照耀到管壁的荧光粉上，使其激发出可见光。荧光灯的发光效率比白

炽灯约高四倍，运用寿命长。

2.镇流器

作用：在启动时与启辉器协作，产生瞬时高压；工作时限制灯管中的电流。

结构：单线圈式和双线圈式，外形如下图所示。

(b)双线圈式

3.启辉器

启辉器的结构如图所示。

作用：使电路接通，并能自动断开，相当于一个自动开关。电容的作用是避开启逃

器两触片断开时产生火花烧坏触片和减弱荧光灯对无线电设备的干扰。

线路接法如图所示。

中性线？~9

\相线镇流器

I------------

灯管中

(a)单线圈式单管弓路

(c)双线圈式单管电路

(二)节能型荧光灯

1.电子镇流直管式荧光灯

这种荧光灯的镇流器是ft子电路式，具有“镇流”和“高压脉冲”功能。其优点

是节能、轻巧、价格较低、发光效率高、安装简便。缺点是寿命短。

2.环形荧光灯

采纳电子镇流器，只是灯管呈环形，需配专用灯座。其外形如图所示。

3.U形荧光灯

结构和原理同环形荧光灯，不同之处为灯管呈U形、外形小巧和可多只并排组装,

节能效果好，发光强度大,其灯管如图所示。

(a)单支

4.H形荧光灯

结构原理和特点同U形荧光灯，只是灯管呈H形，并配有专用灯座。如图所示。

军I

43

I一桥；2一灯丝；3一引出线；4一灯头

值得留意的是，H形荧光灯内部有电容器型(如图(a)所示)和启辉器型(如图(b)

所示)两种不同的接线方式，在配用镇流器时，电容器型H灯管只能配用电子镇流器,

启辉器型H灯管只能配用电感式镇流器。假如配错，将缩短灯管寿命，其接线如图所

/J'»O

(a)(b)

三、其他常用照明设备

（-）高压汞灯

高压汞灯又叫高压水银灯，是比较新型的电光源，由于工作时灯内的气压可达2~6

个大气压，故称''高压"，其主要特点是光效高、寿命长。在广场、车站、码头、工地

及道路上被广泛应用。

1.外镇流式高压汞灯

（1）结构

高外镇流式高压汞灯基本结构如图所示。

管内充有肯定量的汞和少量氧气。

（2）外镇流式高压汞灯的安装

外镇流式高压汞灯电路如图所示，比白炽灯多串一个镇流器。

高压汞灯泡控制开关

安装时留意选用配套的瓷质灯座和镇流器。

2.自镇流式高压汞灯

与外镇流式高压汞灯相比无需外加镇流器，在石英放电管外圈串联了一段供镇流用

的鹤丝代替镇流器，它不仅帮助灯泡点燃，同时还起降压限流和改善光色的作用。结构

如图所示。

------外泡壳内涂荧光粉

，一\石英内胎

—\—主极1

\一自镇流灯丝

一—^极2

R二一4—启动电极

L//

自镇流式高压汞灯线路简洁、安装便利、效率高、光色好，但寿命短，不耐震。

3.高压汞灯的选用

高压汞灯是强光源，规格不同，：发光强度不一样。在设计安装时应依据照明场所的

大小和所需照度选择高压汞灯的功率

4.高压汞灯运用留意事项

（1）安装前分清是自镇流式还支W外镇流式。

（2）灯泡应垂直安装。

（3）功率偏大时应装散热设备。

（4）玻璃壳破裂后应尽快更换。

（5）电压波动大的电路不适合土M用。

（二）碘铛灯

热体发光光源，发光强度大，光色好，辨色率高。

1.基本结构

基本结构如图所示。

尸

灯丝工架石英管碘蒸气灯丝

灯丝电源触点

管内充有卤族元素碘的蒸气.

2.碘筲灯的安装

碘铝灯的电路与白炽灯相同，电路如图所示。

盥碘铐灯管

O--

火线开关

碘铝灯在工作时温度很高，在安装时要考虑散热，运用专用的灯架，其安装图如图

所示。

配套灯架

小

应当留意灯管的安装必需保持水平状态，要求倾角不得大于4。，灯架固定安装时，

离地高度不应小于6m。

3.碘鸨灯运用留意事项

（1）电源电压的波动一般不应超过±2.5%。

（2）运用中禁止采纳人工冷却措施。

（3）不应作移动光源运用。

（4）电源线必需用耐高温的绝缘线，电源与灯管引出脚的连接一般用良好瓷接头。

常用的电光源有哪些？

练习白炽灯、卤鸨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯。

1.发电按转换的能源不同分为火力发电、水力发电和核能发电。

2.为了降低损耗常采纳高压输电。

冷

3.电加热形式可分电阻加热、电弧加蒸、微波加热、远红外加热和感应加热。

4.电光源依据光产生的机理可以分为两大类：热辐射光源和气体放电光源。

小结

热辐射光源发出的光是电流通过灯丝，将灯丝加热到高温辐射而产生的。气体电光

源是借助两电极之间的气体电离激发而发光的。

■

习题八

/勤

1、2、3、7

布置作业

第八章供用电常识及电能转换技术

第四节光纤传输

岳

第五节电声转换器件新课

课题课型

第六节电化学转换与光化学转换

第七节平安用电与节约用电

授课班级授课时数2

1.了解光纤传输、光电池的应用。

e2.了解电声转换器件的基本工作原理及应用。

3.了解电化学转换的基本学问及应用。

教学目标

4.具有平安用电和节约用电的基本学问。

。

1.电光和电化学转换技术及其应用。

2.平安用电的基本学问，接地与接零的概念。

教学重点

设备的接地和接零。

教学难点

守

学情分析

夕

教学效果

教后记

A.复习

%电负荷是如何分级的。电能的输送方法,

新课

B.新授课

第四节光纤传输

一、光导纤维的基本结构及分类

1.光导纤维是一种传输光束的细而柔韧的媒质，其结构如图所示。

纤芯高度透亮且折射率比包层折射率高，使光只能在纤芯内沿直线传输。在工程上

实际安装和敷设时常运用由若干根光纤组成的光缆，其结构如图所示。

/~^外护套、一

包带、

2.分类

按材料不同：石英系列光纤、玻璃纤维光纤、塑料包层光纤、全塑光纤。

按纤芯折射率的分布规律：阶跃折射率型、渐变折射率型。

按光纤传输的电磁波模式：单模光纤、多模光纤。

二、光纤传输简洁原理

（-）多模阶跃折射率型光纤中光的传输

在多模阶跃折射率型光纤的纤芯中，光按直线传输，如图所示。

包层涂敷层光线华播路径

1"2折射率廿11

这种传愉方式中，入射角不同的光线的传输路径不同，到达终端的时间也不同，其

传输带宽一般小于200MHzknio

（二）多模渐变折射率型光纤中光的传输

在多模渐变折射率型光纤中的折射率是连续变更的，适当地选择折射率的分布形式

可以使不同入射角的光线有大致相等的光程，其传输带宽可达3GHz・km,如图所示。

光线传播路径

（三）单模阶跃折射率型光纤中光的传输

单模阶跃折射率型光纤的传输频带委大，在3GHz・km以上，成本最小，其传输如

图所示。

光线传播路径

―法钗立/桑乐就

三、光纤传输的应用

光纤广泛用于广域网、通信设备、信号测量、光电技术、仪器仪表等领域，成为电

信网中重要的传输手段。

第五节电声转换器件

电声转换器件：将电信号转换成声音信号的器件。

一、电动式扬声器的结构

电动式扬声器又称“动圈式扬声器”，主要由磁路系统、振动系统和支撑协助系统

组成，其结构如图所示。

1.磁路系统

由环形永久磁铁、上导磁板、下导磁板、导磁柱等组成。

2.振动系统

由音圈、锥形纸盆、定心支片组成。音圈正好处于磁隙中间，前端与纸盆及定心支

片连接，并由定心支片确定其位置。锥形纸盆的折环边缘粘宾在盆架上并用压边压紧。

3.支撑协助系统

由盆架、折环、接线板、压边、防尘罩、焊片、引出线等组成。当音圈通电而振动

时，弹性的支撑系统随之振动；断电时，支撑系统更原到静态位置。

4.纸盆

放声器的性能与纸盆的面积、重量、刚性、形态亲密相关。电动工扬声器的标称尺

寸是指盆架前视横檄面积的最大直径，而有效直径是指纸盆运动部分前视截面积的直

径。如100mm、165mm、20Cmm250mm、300mm,用英寸表示则为4英寸、6,英

寸、8英寸、寸英寸、12英寸等。

二、电动式扬声器的电声转换原理

音圈在磁场中的受力状况如图所示。

Fr

Is1©|N|QISI

图中间是圆柱形的N极，环形气隙内是音圈，＜8＞表示电流流入，。表示电流流出,

F表示此时的受力方向向上，若变更电流方向，受力方向也籽随之变更，这样随着电流

大小和方向的变更，音圈就会在空气隙中来回振动，振动频率为电流的变更频率。若将

音圈固定在一个纸盆上并输入音频电流，则纸盆在音圈的带动下产生振动并向四周空间

辐射声波，从而实现了电能和声能之间的转换。

第六节电化学转换与光化学转换

一、电化学转换与化学电池及其应用

电化学效应：电能和化学能可以相互转换。

电解•：电解液在外电动势的作用下产生电流，将电能转化为化学能；当外电源去掉

接上负载后，电解液双与电极产生化学反应对外负载供电，将化学能转化成电能。

下面以铅酸蓄电池为例简洁介绍化学电池的基本原理。

1.结构

单体铅酸蓄电池结构如图所示。

负

注液盖极柱

二

芯

蓄

电池

汇

连接条流排

二

保

群电池槽护片

二

中

间隔

汇流排

负

极板

正极板

隔板

鞍子

沉淀槽

正极板上有活性物质二氧化铅，负极板上有活性物质海绵状金属铅，正负极板都浸

在肯定浓度的硫酸溶液中。

2.原理

当电池接上外负载后，在正、负极板上发生化学反应，将化学能转化为电能，放电

完后在正、负极板上形成硫酸铅。电池外接电源时，正极板上还原出二氧化铅，负极板

上还原出铅，将电能又转化成化学能储存起来。

3.化学电池的种类和用途

一次电池：放电后不能再充电运用的电池，主要用于日常生活中低功率和中等功率

放电。

储备电池：是指在运用前临时注入电解液或用其他方法使电池激活的电池。可作为

心脏起搏器电源、导弹电源等。

燃料电池：将活性物质连续注入电池，并连续放电的电池。适合于长时间连续工作

的场合。

二次电池：充放电可反更多次循环运用的电池，主要用于较大功率放电的场合，如

汽车、人造卫星等。

二、光电效应与光电池

光电效应：物质在强光或其他射线的照耀下逸出光电子形成光电流或电阻值发生显

著变更的现象。

利用光电效应可制成光电池，下面介绍硅光电池的原理及应用。

1.硅光电池的结构如图所示。

负电极

PN结在肯定强度和频率的光线照耀下将产生电动势，P区形成高电位为电池正电

极，N区形成低电位为电池负电极。

2.光电池可作为光纤通信系统光接收机中的光电检测器，也可利用光电转换实现

对系统及执行机构的光电限制，还可将太阳的光能转换成电能。

三、光化学转换与光电池

光化学转换：光能转换成化学能，如半导体在光照耀下汲取能量而使氧化实力增加。

光电池：光能转换成化学能，化学能转换成电能，利用这种转换原理制成的电池。

只要把适当半导体电极插入相应的电解溶液中即可制成。

第七节平安用电与节约用电

一、平安用电常识

（一）电流对人体的危害

人体因接触或接近带电体，所引起的局部受伤或死亡的现象称触电。依据损害程度

的不同，触电可分为电伤和电击两种。

电伤是指人体外部受伤，如电弧灼伤、与带电体接触后的皮肤红肿以及在大电流下

熔化而飞溅出的金属（包括熔丝）末对皮肤的烧伤等。电击是指也流通过人体而使内部器

官受伤的现象，人体常因电击而死亡，它是最危急的触电事故。

触电对人的损害程度，与流过人体的电流的频率、大小、途径，时间及触电者本人

的状况有关。探讨证明，频率为40~60Hz的电流最危急。通过人体超过50mA的工频

电流，且通电时间超过1s时，就会使人有生命危急；而且当电流通过心脏和大脑时，

人最简洁死亡，人体通电时间越长危急性越大。

触电伤人的主要因素是电流，但电流的大小又取决于作用到人体上的电压和人体

的电阻。通常人体电阻为几百至几万欧不等（与皮肤干燥程度，接触面积等因素有关）。

在人体所处于的一般环境下，当接触36V以下电压时，通过人体的电流一般不超

过50mA,故把36V称为平安电压。但若在潮湿场所或在金属构架上工作，平安电压

等级还要降低，通常为24V或12V,可见平安电压是和人体所处于的环境有关。

（二）人体触电的形式

I.单相触电

人体的一部分接触带电体时，另一部分与大地或中性线相接，电流从带电体流经人

体到大地形成回路，

在中性点不接地系统中，力于导线对地有电容存在，线路电容电流可以经人体构成

通路，造成触电，

2.两相触电

假如人体的不同部位同时接触两相电源带电体，所引起的触电称两相触电。这时人

体所承受的电压是38OV,将比单相触电时的220V电压要高，危害更大。

两相触电如图所示。

（三）接地和接零

在正常状况下，电气设备的外壳是不带电的，倘如绝缘损坏或带电的导体碰壳，则

出现外壳带电的故障，这种故障称为漏电。设备漏电时，若有人触及该设备的金属外壳,

就可能发生触电事故。为了防止触电，电气设备的金属外壳必需实行肯定的防范措施,

其方法是将供电系统及电气设备接地极干脆埋在大地中，接地电阻应小于4C。常见的

爱护措施有工作接地、爱护接地和爱护接零，如图所示。

将电力系统中的电力变压器三相绕组的中性点接地，以降低触电电压，由线电压降

为线电压。在该系统中，各相对地电压都接近相电压，降低了电气设备和输电线对地绝

缘水平，从而降低了设备成本。

2.爱护接地

爱护接地是在电源中性点不接地的低压供电系统中，将电气设备的金属外壳通过接

地线与接地体（埋入地下的金属导体）牢靠地联接。假如电气设备采纳爱护接地，设备外

壳-通过导线与大地有良好的接触。当人体触及漏电的外壳时，人体相当于接地电阻的

一条并联支路。由于人体的电阻远远大于接地电阻，所以通过人体的电流很小，避开了

触电事故，如图所示。

3.爱护接零

爱护接零简称接零，是指电源中性点接地的供电系统中，将甩气设备的金属外壳与

电源中性线（零线）牢靠连接，如图所示。

假如电气设备漏电致使其金属外壳带电时，设备外壳将与中性线之间形成良好的