第一章--电工理论基础分解.ppt

1、SMNPC基础理论培训,课程名称：核电厂电气原理与设备课程编号：BD001,内容简介,6,2,本章培训目标,基尔霍夫（克希柯夫）第一定律；基尔霍夫（克希柯夫）第二定律；欧姆定律；电磁感应定理；交、直流电路的计算；交流电路的基本电气回路；阻抗；感抗；容抗；熟悉电流、电压降、功率、阻抗之间的基本演算。,1.1电路的基本概念和基本定律,电路的基本概念电路的一个作用是进行电能的传输、分配并实现与其他形式能量的相互转换。电路的另一个作用是进行电信号的变换、传输和处理。我们把能将其他形式能量转换为电能的设备或器件称为电源，而把能将电能转换成其他形式能量的设备或器件称为负载。（理想负载有电阻元件R、电感元件

2、L、电容元件C）,电路的常用物理量电路的常用物理量主要是电流、电压、电位、电动势和电功率。电流电流的方向：正电荷定向移动方向电流的大小：单位时间内通过导体横截面的电荷量每秒均匀通过导体某横截面的电量为1库仑（C）时，电流大小为1安（A）,其中It=Q,I为电流，Q为电量。关键词：直流、恒定直流、交流,电压电路中任意两点a、b间的电压，（类似于高度差）表明了电场力把单位正电荷由a点移到b点所做的功。国际单位制中，电压单位伏特（V）.当电场力把1库仑（C）电荷从一点移至另一点所做的功为1焦耳（J）时，则两点间电压的大小为1伏特（V）。关键词：直流电压、交流电压,电位（V）在核电厂中，等电位电网视为

3、零电位参考点。其他部件相对于等电位地网的电位差是该部件的对地电压。电动势（V）一个电路要维持持续的电流，其中应有能把其他形式的能量转换为电能的电源。在电源内部，电源力（非电场力）把正电荷从低电位端（负极）移到高电位端（正极）做功来实现这种能量的转换。我们把电动势来衡量电源力对电荷做功的能力。用符号e或E表示。,参考方向和实际方向在分析电路中，复杂电路的某些支路事先无法确定实际方向。因此，为分析方便，人为任意标一方向（参考方向），根据计算结果，才能确定各物理量的实际方向。电流的实际方向即是正电荷移动的方向。电压的实际方向是从高电位端指向低电位端。电动势的实际方向是从低电位端指向高电位端。,电功率

4、（W）当元件或支路的u，i采用相同的参考方向称之为关联参考方向。当u、i的参考方向一致时，若求得p0，则电路吸收功率，若p0，则电路发出功率，若p0，则电路吸收功率。工程中电能常用千瓦时作单位（俗称度），1度1千瓦小时（kWh）。,电路的基本定律,欧姆定律基尔霍夫第一定律（电流定律&KCL）在任一瞬间，流入电路中任一节点的支路电流之和等于由该节点流出的支路电流之和,I=0.,基尔霍夫第二定律（电压定律&KVL）基尔霍夫电压定律可以描述为，在任一瞬时，沿任一回路循环方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。对于图1-1-3所示的电路中，对于回路1I1R1+I3R3-E1=0对于回路2I2R2+I3R

5、3-E2=0对于回路3I1R1-I2R2-E1+E2=0,直流电阻性电路有电阻的串联、电阻的并联和电阻的混联。,1.2直流电阻性电路,电阻并联,电阻混联,电阻串联,关键词：电压和电流的关系,1.3电容元件和电感元件,电容元件电容器是由两块金属板中间隔以绝缘介质构成的。电容器在电力系统和电子技术中应用很广泛，例如在电力系统中用电容器来调整电压、改善功率因数等；在电子技术中常用电容隔直、滤波、耦合等。除了人工制造的电容器，电路中凡是两个导体之间有电压还存在着自然形成的电容器（或分布电容）。例如输电线之间形成电容器，一般情况下忽略不计，但在高电压、远距离输电时，需考虑它的影响；又如变压器绕组每匝之间

6、、绕组与铁壳之间形成电容器；又如电子电路中，三极管的电极之间形成电容器，电路的频率很高时它们的影响不能忽略的。,由上述可见，一个实际的电容器，不但有储存电荷的特性，而且还有能量损耗，只不过后者较小而已。电感元件这种由于线圈本身的电流变化而在本圈中产生感应电动势的现象叫自感现象，产生的感应电动势叫做自感电动势。,变化的电流i,变化的磁通L,感应电动势eL,自感电动势eL的方向由楞次定律确定，在图中虚线表示。当i0且电流增加即0时，eL的方向与i的方向相反，企图阻碍电流的增加；当i0且减小即0时，eL的方向与i的方向相同，企图阻碍电流的减小；自感现象是一种重要的电磁感应现象。穿过线圈的磁通L是由流

7、过线圈本身的电流产生的，故称为自感磁通。,1.4正弦交流电路及其分析,交流电的特点交流电路和直流电路不同，在交流电路中的电动势、电流、电压的大小和方向都是随着时间而变动的。变动的电压或电流在任一瞬间的数值是瞬时值。直流电流可以看作是周期性电流的特殊情况，其周期为无穷大，频率为零。（工频为50Hz）随时间按正弦函数规律变化的电动势、电压、电流分别称为正弦电动势、正弦电压、正弦电流，并统称为正弦量。,正弦量的三要素正弦量的三要素最大值、角频率（或频率、或周期）和初相（或相位）是构成正弦量的三个主要因素，叫做正弦量的三要素。反映了正弦量变化的快慢。越大，f也越大，单位时间内正弦量交变的次数也就越多。

8、关系如式=2f=2/T。叫做正弦量的相位。因为相位是用角度来表示的，所以它称为相位角。而称为正弦量的初相，它是正弦量在t=0时刻的相位角。初相决定了正弦量的初始值，即t=0时刻的值。,同频率正弦量的相位差在正弦回路的分析中，时常要比较同频率正弦量的相位。设任意两个同频率的正弦量1和2为它们之间的相位之差称为相位差，用表示，即=（t+1）（t+2）=12可见，对两个同频率的正弦量来说，相位差在任何时刻都是一个常数，且为它们的初相之差，而与时间无关。0，就说正弦量1超前正弦量2角。0，结论恰好相反。至于不同频率的两个正弦量之间的相位差，则不再是一个常数，而是随时间变动的。,正弦交流电的有效值有效值

9、的意义让一个周期性交流电流和一个直流电流分别通过两个阻值相等的电阻元件，如果在同样的时间T（周期性交流电的周期）内，它们的发热量相等，我们就认为这两个电流做功能力一样的。与周期性交流电做功能力相等的直流电的数值，就叫做周期性交流电的有效值。,正弦量的有效值正弦电流的有效值为正弦电压、正弦电动势的有效值为在工程上，一般所说的正弦电压、电流的大小都是指有效值，交流测量仪表所指示的读数，电气设备铭牌上的额定值都是指的是正弦量的有效值。但各种器件和电气设备的绝缘水平耐压值，则按交流电的最大值来考虑。,正弦交流电路中的电阻、电感、电容元件正弦交流电路中电阻元件的电压电流关系设有正弦电流流过电阻R，电阻元

10、件上的电压u和电流i取关联参考方向，根据欧姆定律则有上式说明了电压元件上的电压u和电流i的频率关系、大小关系和相位关系：(1)电压u和电流i是同频率的正弦量；(2)电阻上电压最大值Um=RIm,电压有效值U=RI。(3)电压u和电流i同相，即u=i。,正弦交流电路中电感元件的电压电流关系电感元件的电流i、自感电动势、自感电压u的基本关系式在三者参考方向一致时为设通过电感元件L的正弦电流为，则其电压为,由以上推导可得正弦电路中电感元件电压u和电流i的频率关系、大小关系和相位关系：（1）正弦电路电感元件上的电压u和电流i是同频率的正弦量；（2）电压有效值U和电流有效值I关系为U=IL。（3）u超前

11、I，即。,电压与电流的最大值或有效值之比为叫做电感的电抗，简称感抗。在同样电压U的作用下，越大，越小。所以感抗反映了电感元件在正弦电路中阻碍和反抗电流通过的能力。感抗的单位和电阻的单位一样，L单位为亨利（H），的单位用欧（）。,在电感L一定的情况下，电感的感抗与频率成正比。这是因为通过电感的电流频率越高，越大，则电感元件产生的自感电动势也就越大，电感元件高频时的感抗大。对于直流，频率为零，即=0，所以。,正弦交流电路中电容元件的电压电流关系当把正弦电压加在电容元件C上时，电压变动，电容极板上的电荷也在变动，电容上将有电流通过。当电压和电流取参考方向时，则,由以上推导可得正弦电路中电容元件的端电

12、压u和通过它的电流i的频率关系、大小关系和相位关系：（1）端电压u和端电流i是同频率的正弦量；（2）电压有效值U和电流有效值I关系为。（3）u超前I，即。,电压与电流的最大值或有效值之比为叫做电容的电抗，简称容抗。在同样电压U的作用下，越大，越小。所以容抗反映了电容元件在正弦电路中阻碍和反抗电流通过的能力。容抗的单位和电阻的单位一样，C单位为法拉（F），容抗的单位用欧（）。,在电容C一定的情况下，电容的容抗与频率成反比。这是因为电容越大时，在同样电压下电容所容纳的电量就越多，因而电流就越大。频率越高，电压变动越快，电流也就越大。当=0时，则在直流的情况下，电容相当于开路。当时，电容接近于短路。

13、,功率因数的提高提高功率因数的意义正弦交流电路中的负载从电源吸收的有功功率不但和它的电压以及电流有效值有关，还和负载的功率因数有关，即其中的对给定的频率而言，只决定于电路（负载）的参数。白炽灯、电阻炉等电阻性负载，功率因数为1.但是实际的负载中，电阻性的负载只是一小部分，大部分负载功率因数比较低。,例如工业上广泛应用的异步电动机满载时的功率因数约为0.70.9左右，如果轻载其功率因数更低，日光灯的功率因数大致为0.30.5。负载的功率因数低，会引起两个问题：负载功率因数低，电源设备的容量不能充分利用引起输电线路和电源内部绕组功率损失及电压降的增加,并联电容提高功率因数在实际的用电设备中，存在大

14、量低功率因数的电感性负载。这些负载由于自身工作需要一定的无功功率来建立交变的磁场，这就出现了电源和负载之间一定规模的能量交换。如果在电感性负载的两端并联电容，让电容和感性负载之间就近进行一部分能量交换，就能减少电源与负载之间的能量交换，既减少电源与负载之间的能量交换，既减少电源供应的无功功率，从而提高了整个电路的功率因数。,1.5三相正弦交流电路,对称三相正弦交流电源对称三相正弦交流电源如果设每相电动势有效值为E，角频率为，并且选A相电动势为参考正弦量，则对称三相电动势的瞬时值表达式为对称三相正弦量的特点,这说明：对称三相正弦量在任一时刻瞬时值的代数和等于零。,相序三相正弦量轮换到达最大值的顺

15、序，称为它们的相序。A相电动势初相为零，B相比A相滞后，C相又比B相滞后，则三相电动势的正最大值按ABCA依次轮换下去，相序为ABCA称为正序（或顺序）。与此相反，如果B相电动势超前于A相，C相又超前于B相，则相序为CBAC，称为负序（或逆序）。一般不加说明，工程上指的相序都是正序。注意：相序仅强调其顺序，至于在三相正弦量中，把哪相定为A相是没有关系的，但只要A相一经确定，则滞后A相的就是B相，滞后B相的必是C相，切不可混淆。,三相电路的连接三相电路中的负载有静负载（如照明）和动负载（如三相电动机）两种。若三相负载的复阻抗相等，叫做对称三相负载。否则叫做不对称三相负载。,星形连接,三角形连接,

16、三相电路的连接方式1、三相四线制这种电路常用符号表示，即电源为Y形连接，负载也为Y形连接，用下标o表示有中线，共有四根输电线，所以叫做三相四线制电路。2、三相三线制a、接法；b、接法；c、接法；d、接法。前面项代表电源，后面项代表负载，没有下标o，说明没有中线。,星形连接中，线电流、相电流、线电压、相电压的关系三角形连接时，线电流、相电流、线电压、相电压的关系注意：在三相电路中，一般所说的电流，如不加说明，都是指线电流。,对称三相电路由对称三相电源和对称三相负载经复阻抗相等的三相输电线而连成的电路，叫对称三相正弦电路（简称对称三相电路），否则叫不对称三相电路。,连接的对称三相电路具有以下特点：

17、负载的相电流、相电压以及电源相电压都是与电源电动势同相序的对称三相正弦量。不论中线阻抗为何值，均有=0，即与等电位。中线电流N=0，中线不起作用，可以去掉。各相具有独立性。由于=0，相当于与间连接有复阻抗ZN=0的中线。这样，电源相电动势直接加在该相电动势所在支路串联总阻抗（）的两端，相电流只由该支路的电动势及总阻抗决定，与其它两项无关。,三相电路中的功率三相电路中有功功率、无功功率、视在功率和等效功率因数在三相电路中，不论负载作什么样的连接以及对称与否，总有功功率为式中，、和、分别为各相的相电压相电流有效值和各相电压与相电流间的相位差。,三相电路的无功功率为各相无功功率之和，即三相电路的视在

18、功率定义为等效功率因数定义为,对称三相电路有功功率、无功功率、视在功率设对称三相电路的相电压为,相电流为，各相功率因数，则三相有功功率为当对称三相电路中的负载或电源作Y形连接时，有、；当负载或电源作形连接时，有、。,所以，不论电源或负载作Y形或连接，对称三相电路的总有功功率为线电压、线电流有效值和一相功率因数三者乘积的倍。对称三相电路的总无功功率为对称三相电路的总视在功率为,1.6磁场和磁路,磁场及其基本物理量常用的物理概念1、磁感应强度（或磁通强度）磁感应强度是表示磁场中某一点磁场强弱及方向的物理量，它是一个矢量。磁场中某点磁感应强度的方向就是磁场在这一点的方向，它规定为放在、该点小磁针的N

19、极的指向。载流导体周围的磁场方向与产生该磁场的电流方向有关。,右手螺旋定则,磁场中各点的磁感应强度B的大小，可以用与磁场方向垂直、通过单位电流、单位长度的直导体在该点受到的磁场力的大小衡量。如果在磁场中的一点放置一小段长度为L、电流为I、并且与磁场方向垂直的载流导体，它所受的力为F时，该点的磁感应强度的大小为B磁感应强度，T。为了使磁场形象化，人为用磁力线来描述磁场。各点的磁感应强度大小相等、方向相同的磁场称为均匀磁场。,2、导磁系数磁感应强度不但取决于产生磁场电流的大小、方向和分布，还取决于磁场中物质的种类。当线圈放入某类介质时，磁场大为增强；而当放入另一种介质时，磁场可能略微削弱。表示物质这种磁性质的物理量叫做磁导率，用表示。物质根据磁性的不同，可以分为三类：一类为顺磁性物质，如空气、铝等，它的磁导率比真空的磁导率略大；二类叫逆磁性物质，如氢、铜等，它的磁导率小于真空的磁导率；三类是铁磁性物质，如铁、钴、镍等，磁导率为真空的几百上千倍。,3、磁场强度计算导磁物质中的磁场时，引入辅助物理量磁场强度，它与磁密的关系为H的单位是A/m。4、磁通在均匀磁场中，磁感应强度B