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(2)传递和处理信号。
如电视机,它接收到载有声像的电磁波后,通过电路使之转变成电信号,再加到扬声器和显像管上还原成原来的声像。
二、基本定律
2.1.电路基本定律
2.1.1.欧姆定律:
它是分析电路的基本定律之一。
通常流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。
使用于直流电路,表达式为:
I=U/R.;
由公式可知,当所加电压一定时,电阻愈大,则电流愈小。
很显然,电阻具有对电流起阻碍作用的物理性质。
遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻,它是一个表示该段电路特性而与电压和电流无关的常数。
2.1.2.焦耳—楞次定律:
电流通过导体发热的现象。
叫做电流的热效应。
实验证明:
电流通过某段导体或用电器时所产生的热量与电流的平方、导体的电阻及通过的时间成正比,这一定律成为焦耳-楞次定律,其数学表达式如下:
Q=I^2Rt,电流热效应有利有弊。
利用这一现象制成许多电器,如电灯、电炉、电烙铁等。
但热效应会使导线发热、电器设备温度升高等。
2.2基尔霍夫定律:
一个电路的各部分会有电流和电压,这些电流之间、电压之间是如何相互联系,统一在电路整体之中的呢?
这就是电路的基本定律——基尔霍夫定律要说明的问题。
支路、节点、回路、网孔、支路电流和支路电压是电路分析的对象,电路的基本定律也用它们来表示。
2.2.1.基尔霍夫第1定律:
又称节点电流定律,它指出在任一瞬间,流进某一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和。
即∑I进=∑I出。
2.2.2.基尔霍夫第2定律:
又称回路电压定律。
它指出在任意闭合回路中,各段电路电压降的代数和恒等于零。
用公式表示为∑U=0.
对于不能用串联、并联简化的复杂直流电路,在分析和计算电路时,除了借助欧姆定律和电阻串、并联知识外,还要运用基尔霍夫定律。
第二章磁路的基本概念和基本定律
在很多电工设备(象变压器、电机、电磁铁等)中,不仅有电路的问题,同时还有磁路的问题,这一章,我们就学习磁的相关知识。
一、磁铁及其性质:
人们把物体能够吸引铁、钴等金属及其合金的性质叫做磁性,把具有磁性的物体叫做磁体(磁铁)。
磁体两端磁性最强的区域叫磁极。
任何磁体都具有两个磁极,而且无论把磁体怎样分割总保持有两个异性磁极,也就是说,N极和S极总是成对出现的。
与电荷间的相互作用力相似,磁极间也存在相互的作用力,且同极性相互排斥,异极性相互吸引。
1.1磁场与磁感应线
磁铁周围和电流周围都存在磁场。
磁场具有力和能的特征。
磁感应线能形象地描述磁场。
它们是互不交叉的闭合曲线,在磁体外部有N极指向S极,在磁体内部由S极指向N极,磁感应线上某点的切线方向表示该点的磁场方向,其疏密程度表示磁场的强弱。
1.2描述磁场的物理量:
磁感应强度B:
在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受电磁力F与电流I和导线有效长度L的乘积IL的比值即为该处的磁感应强度,即B=F/IL,单位:
特斯拉。
磁感应强度是表示磁场中某点磁场强弱和方向的物理量,它是一个矢量,它与电流之间的方向关系可用右手螺旋定则来确定。
磁通∮:
磁感应强度B和与它垂直方向的某一截面积S的乘积,称为通过该面积的磁通,即∮=BS,由上式可知,磁感应强度在数值上可以看作与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通,故又称为磁通密度,单位是伏.秒,通常称为“韦”。
磁通∮是描述磁场在空间分布的物理量。
磁导率u是说明媒体介质导磁性能的物理量。
1.3定则
电流与其产生磁场的方向可用安培定则(又称右手螺旋法则)来判断。
安培定则既适用于判断电流产生的磁场方向,也可用于在已知磁场方向时判断电流的方向。
1.直线电流产生的磁场,以右手拇指的指向表示电流方向,弯曲四指的指向即为磁场方向。
2.环形电流产生的磁场:
以右手弯曲的四指表示电流方向,拇指所指的方向即为磁场方向。
3.通电导体在磁场内的受力方向,用左手定则来判断。
平伸左手,使拇指垂直其余四指,手心正对磁场的方向,四指指向表示电流方向,则拇指的指向就是通电导体的受力方向。
可用下式来表示:
•F=BILsina
•F-通电导体受到的电磁力
•B-磁感应强度
•I-导体中的电流强度
•L-导体在磁场中的长度
•a-电流方向与磁感应线的夹角
从上式可以看出:
当a=90°
时,sin90°
=1,导体受到的电磁力最大;
当a=0°
时,sin0°
=0,此时导体受到的电磁力最小,为零。
1.4电磁感应现象
我们把变动磁场在导体中产生电动势的现象称为电磁感应,也称“动磁生电”。
由电磁感应产生的电动势叫感应电动势,由感应电动势产生的电流叫感应电流。
1.直导体切割磁感应线产生感应电动势,其大小为e=Blvsina,可用右手定则判断。
e=Blvsina
•V-导体运动速度
•a-速度方向和磁场方向的夹角
•L-导体的有效长度
•e-感应电动势
右手定则内容:
平伸右手,拇指与其余四指垂直,让掌心正对磁场方向,以拇指指向表示导体运动方向,则其余四指的指向就是感应电动势的方向。
2.线圈中磁通变化产生感应电动势。
当穿过线圈中的磁通量发生变化时,在线圈回路中就会产生感应电动势和感应电流。
二、楞次定律及法拉第电磁感应定律
2.1楞次定律:
指出了变化的磁通与感应电动势在方向上的关系。
即感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。
也就是说,当线圈中的磁通要增加时感应电流就要产生一个磁通去阻碍它的增加;
当线圈中的磁通要减少时,感应电流所产生的磁通将阻碍它减少;
如果线圈中原来的磁通量不变,则感应电流为零。
该定律可用来判断感应电动势和感应电流的方向,具体步骤为:
(1)首先判断原磁通的方向及其变化趋势(增加或减少)。
(2)确定感应电流的磁通方向和原磁通是同向还是反向。
(3)根据感应电流产生的磁通方向,用右手螺旋定则确定感应电动势或感应电流的方向。
应当注意:
必须把线圈或直导线看成一个电源,在线圈或直导线内部,感应电流从电源的“-”端流到“+”端;
在其外部,从“+”端经负载流回“-”端。
在线圈或直导体的内部,感应电流的方向和感应电动势的方向相同。
2.2法拉第电磁感应定律:
线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化速度(即变化率)成正比。
即e=-△∮/△t(单匝线圈)式中的负号,表示了感应电动势的方向和磁通变化的趋势相反。
e=-n△∮/△t
n-线圈匝数△∮-n匝线圈的磁通变化量
△t-磁通变化△∮所需时间e-在△t时间内的感应电动势的平均值
在实际应用中常用楞次定律来判断感应电动势的方向,而用法拉第电磁感应定律来计算感应电动势的大小(取绝对值)。
这两个定律是电磁感应的基本定律。
三、自感和互感
3.1由于电流线圈本身所产生的电流发生变化,而引起的电磁感应叫自感现象,简称自感。
线圈中通过每单位电流所产生的自感磁通数,称为自感系数,也称电感,用L表示L=∮/I单位亨利(H)。
自感是衡量线圈产生自感磁通本领大小的物理量。
其大小不仅与线圈的匝数及几何形状有关,而且与线圈中媒介质的磁导率有密切的关系。
自感电动势的方向也可用楞次定律来判断,即线圈中的外电流增大时,感应电流的方向与外电流的方向相反;
外电流减小时,感应电流的方向与外电流的方向相同。
自感电动势的大小也遵从法拉第电磁感应定律。
自感对人们来说既有利又有弊。
例如:
日光灯是利用镇流器中的自感电动势来点燃灯管的,同时也利用它来限制灯管的电流;
但是在含有大电感元件的电路被切断的瞬间,因电感两端的自感电动势很高,在开关处会产生电弧,容易烧坏开关或损坏设备的元器件,这要尽量避免。
通常在含有大电感的电路中都有灭弧装置。
最简单的办法是在开关或电感两端并接一个适当的电阻或电容,或先将电阻电容串接然后并接到电感两端,让自感电流有一条能量释放的通路。
3.2由一个线圈中的电流发生变化而在另一线圈感应的现象叫互感现象,简称互感。
互感电动势的大小正比于穿过本线圈磁通的变化率,或正比于另一个线圈中电流的变化率。
当两个线圈互相平行且第一个线圈的磁通变化全部影响到第二个线圈时,互感电动势最大;
当两个线圈互相垂直时,互感电动势最小。
和自感一样,互感也有利有弊。
在工农业生产中具有广泛用途的各种变压器、电动机都是利用互感原理工作的。
但在电子电路中,若线圈的位置安放不当,各线圈产生的磁场会互相干扰,严重时会使整个电路无法工作。
为此,人们常把胡不相干的线圈的间距拉大或把两个线圈的位置垂直布置,在某些场合下还须用铁磁材料把线圈或其它元件封闭起来进行磁屏蔽。
第三章常用电工仪表
一、万用表
万用表是一种具有多种用途和多个量程的直读式仪表。
一般的万用表可以用来测量直流电流、直流电压、交流电压、交流电流(钳型电流表)和电阻等。
万用表的使用注意事项
1、正确使用接线柱(或插孔)
红色表笔的进线应接到万用表的红色接线柱上或标有“+”号的插孔内,黑色表笔的进线应接到万用表的黑色接线柱上或标有“-”号的插孔内。
测量直流时应用红表笔接正极、黑表笔接负极,这样可以避免因为极性接反而烧坏表头或打弯指针。
使用欧姆档测量电阻时,因使用表内的电池,其红表笔是接电池的负极、黑表笔接电池的正极。
这一点在测试晶体二极管和三极管时更要注意。
有的万用表还有专用的欧姆档接线柱,或专用的交、直流2500V的接线柱、或大电流接线柱等。
它们的另一公用柱都用黑色接线柱。
测电流时,表应和电路串联;
测电压时,表应和电路并联。
2、正确选择档位
万用表档位包括测量种类的选择和量程的选择,档位选择错了,就有可能烧坏万用表,例如测电压时,将档位错放在欧姆档或电流档。
有的万用表面板上有两个档位旋钮,一个选择测量种类,另一个选择测量量程。
使用时,应先选择测量种类,后选择测量量程;
若不清楚所测值的量程,应先选用较大大量程,后选用较小的量程。
另外,为了使测量结果准确,量程的选择应使读数在标度尺的一定刻度范围内,例如,在测量电流和电压时,应使指针的偏转在满刻度偏转的1/2以上;
测量电阻时,应使被测电阻尽量接近标度尺的中心等。
若用万用表欧姆档测试晶体管参数时,不要用
档,此档电流过大;
或
档,此档电压过高,以免损坏晶体管。
万用表在使用完毕后,应把转换开关旋至“OFF”档或交流电压的最高档,这样,可以防止下次测量时,由于粗心而将表烧坏。
3、测量之前要调零
为了测量准确,在测量之前要看万用表的指针是否指在零位上,如不指零,应调整表盖上的机械零位调节器,使之指零。
在测量电阻之前,还要进行欧姆调零。
欧姆调零是将转换开关旋至相应的电阻档上,将两表笔短接,然后调节调零旋钮,使指针指零。
每次换欧姆档都要重复这一步骤。
欧姆调零时间要短,以减少电池的消耗。
如果调不到零位,则说明电池电压已经太低,不能再用了,应更换新电池。
4、正确读数
万用表的标度盘上有多条标度尺,它们分别在测量不同对象时使用。
例如,标有“DC”或“-”的标度尺是测量直流时用;
标有“AC”或“~”的标度尺是测量交流时用;
标有“
”的标度尺是测量电阻用的等等。
读数时,表要放平,目光应与表面垂直。
有的万用表在表面的刻度线下还有
一条弧形镜子,读数时,表针应与镜中的影子重合,这样,读数才准确。
5、注意安全
1)测量电阻时,严禁被测电阻在带电的情况下测量;
2)测量高压电时,要使用符合电压等级的表笔,握表笔的手不要触到金属触针上;
3)测量电阻时应戴上绝缘手套;
4)测量电压和电流时,不要带电旋转转换开关的旋钮。
二、兆欧表
兆欧表是用来测量绝缘电阻的仪表,它本身装有高压手摇直流发电机,测量时要摇动发电机的手柄,故又称作摇表。
测量高压电气设备的绝缘电阻用摇表是必要的,因为在低压下测量的绝缘电阻值并不能反映在高压工作时的真实绝缘电阻值。
兆欧表的使用注意事项:
1、表的选择
兆欧表的选择包括两方面,一是电压值;
另一是测量范围。
兆欧表的电压有250V、500V、1000V、2500V、5000V等几种,我们常用的有500V、1000V、2500V三种。
测量范围有0~50M
,0~500M
,0~1000M
,0~2000M
,0~5000M
,0~10000M
等。
选择时应根据被测量电气设备的额定电压,及其绝缘电阻的要求而定。
2、使用前的检查
使用前的检查一般有两项:
一是将接线端子开路,摇动手柄使发电机达到额定转速(120r/min),看指针是否指“
”;
另一是将“线”和“地”接线端子短路,轻轻摇动手柄,看指针是否指“0”。
如果指针指示不对,则需修理后再使用。
3、注意安全
1)不可在设备带电的情况下测量其绝缘电阻,高压线路摇测绝缘电阻时应将相邻线路停电防止感应电触电;
2)对有电容的高压设备,在其停电后,应先验电,还必须进行充分放电后方可测绝缘电阻;
3)用摇表摇过的设备也要及时放电;
4)摇测绝缘时应戴上绝缘手套;
5)摇测过程中,被测设备上不能有人工作。
6)雷雨天,禁止对设备进行摇测绝缘电阻。
4、表的接线端子连接
一般测量时,被测电阻接在“线”(L)和“地”(E)端子间。
测量表面泄漏电流比较大的设备时,以电缆为例,除了表面擦拭干净外,应将电缆线芯接“线”、电缆外皮接“地”、电缆绝缘表面层接“屏”端子。
这样表面泄漏电流就不经表头而经“屏”端子,从而消除表面泄漏电流的影响,达到测量的准确性。
另外,连接线一定要绝缘良好,否则,会影响测量绝缘电阻值。
当连接线较长时,还要将连接线固定好,避免发生连接线碰到其它的带电设备上,造成短路事故。
5、手摇发电机的操作
开始测量时,手摇速度应该慢些,以防被测绝缘损坏或有短路时,造成摇表的损坏。
测量时,要求转速达到120r/min,且要保持匀速,否则,发电机的电压过低,将影响测量结果。
6、读数
读数要等指针稳定指示时才读,否则,会由于电容电流、吸收电流影响测量的结果。
如果由于某些大型设备的电容较大,指针一直稳定不下来,则取60s后的读数。
另外,由于兆欧表是无定位的表,所以表要放平,否则也会带来读数的误差。
7、测量结果的的比较与换算
为了比较,将测量结果换算至前次测量或厂家测量温度下的数值。
其换算公式如下
式中
——换算到
时的绝缘电阻值(M
);
——
时所测量的绝缘电阻值(M
——测量绝缘电阻时的温度(
——换算的温度(
)。
第四章发电机相关知识
一、同步发电机的分类
同步发电机因用途不同,结构也相差甚大,一般可按其原动机的类型、本体结构和安装方式进行分类。
(1)按原动机的类别,同步发电机可分为——汽轮发电机、水轮发电机、燃汽轮发电机及柴油发电机等。
(2)按冷却介质,可分为——空气冷却、氢气冷却和水冷却等。
(3)按主轴安装方式,可分为——卧式安装和立式安装等。
(4)按本体结构,可分为旋转电枢式和旋转磁极式等。
同步发电机的结构,主要是由原动机的特性决定的。
如汽轮发电机,由于转速高达3000r/min,故极对数少,转子采用隐极式,卧式安装;
水轮发电机由于转速(一般在750及r/min以下)故其极对数多,转子采用凸极式,立式安装。
二、发电机的型号
发电机的型号表示该台发电机的类型和特点。
我国发电机型号的现行标注法采用汉语拼音法。
下面是几个常用符号的意义:
T(位于第一字)—同步;
Q(位于第一或第二字)—汽轮机;
Q(位于第三字)—氢冷;
F—发电机;
N—氢内冷;
S或SS—水冷;
W—无刷励磁。
TQN表示氢内冷同步汽轮发电机;
QFS表示水内冷汽轮发电机;
QFQS表示定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁心氢冷的汽轮发电机。
我公司的QFW-60-2为无刷励磁汽轮发电机(功率为60MW;
极数为2)
三、同步发电机的主要技术数据
为使发电机按设计技术条件运行,在发电机出厂时都在其铭牌上标注出额定技术数据。
这些额定技术数据主要有:
(1)额定容量:
是指发电机在设计技术条件下运行时输出的视在功率,用KV·
A或MV·
A表示;
(2)额定功率:
是指发电机输出的有功功率,用KW或MW表示;
(3)额定定子电压:
指发电机在设计技术条件下运行时,定子绕组出线端的额定线电压,用KV表示;
(4)额定定子电流:
指发电机定子绕组出线的额定线电流,用A表示;
(5)额定功率因数:
指发电机在额定功率下运行时,定子电压和定子电流之间允许的相角差的余弦值,即
值;
(6)额定转速:
指正常运行时发电机的转速,用r/min(每分钟转速)表示。
我国生产的汽轮发电机转速均为3000r/min;
(7)额定频率:
我国电网的额定频率为50HZ(即每分钟50周);
(8)额定励磁电压:
指发电机励磁电流达到额定值时,额定出力运行在稳定温度时的励磁电压,用V或KV表示;
(9)额定励磁电流:
指发电机在额定出力时,转子绕组通过的励磁电流,用A或KA表示;
(10)额定温度:
指发电机在额定功率运转时的最高允许温度(
(11)效率:
指发电机输出与输入能量之比百分值,一般额定效率在93%—98%之间。
四、发电机的基本结构
4.1定子
汽轮发电机的定子由机座、定子铁芯和定子绕组三部分组成。
4.1.1机座
汽轮发电机的机座一般都是用钢板焊接而成,除了使用、安装、运输方便外,还需要有足够的强度和钢度。
机座是支撑和固定铁芯及绕组等部件用的。
整个转子也通过它安装、固定在基础上。
此外,它还要求有足够的通风装置。
4.1.2定子铁芯(电枢铁芯)
同步发电机的定子铁芯呈圆环形。
在它的内圆部分有放置线圈的槽。
为了减少同步发电机运行时的损耗和发热,定子铁芯用硅钢片叠成,一般采用0.35mm厚的无取向冷轧硅钢片,并两面涂有绝缘层。
4.1.3定子绕组(电枢绕组)
定子绕组是由嵌在定于铁芯槽内的许多线圈按一定规律连接而成。
定子线圈的两条边放在铁芯槽内的部分叫做“直线部分”,它是能切割磁力线而感应电势的,因而也叫“有效边”;
铁芯槽外部连接两直线部分不切割磁力线的导体称为线圈的端接部分,简称端部。
另外,绝缘也是定子线圈的一个重要组成部分。
4.2转子
汽轮发电机的转子,由转子铁芯、转子绕组、护环、滑环以及风扇等部件组成。
4.2.1转子铁芯
汽轮发电机的转子铁芯既要有良好导磁性能,又要有足够的机械强度,是汽轮发电机的最关键部件之一,一般采用整块钢锭锻制而成。
铁芯的材料采用铬钼或铬钼镍合金钢。
在铁芯上设有两边对称的槽,槽与槽之间的部分叫做齿,有大齿和小齿。
槽中安放转子线圈。
4.2.2转子绕组(励磁绕组)
转子绕组由冷拉含银铜排制成线圈,转子绕组就是将所有转子槽中的线圈连接起来,两头将绕组引出,连接到滑环上。
其中转子线圈绝缘也是一个重要部分。
4.2.3护环和中心环
护环是一个厚壁金属圆筒,用来保护转子绕组的端部,使其紧密地压在护环与转轴之间,不会因为离心力而甩出。
而中心环则用来支持护环,并阻止转子绕组端部沿轴向移动。
4.2.4其它部件
风扇是供发电机内部通风用的,一般装在转子两侧。
旋转二极管的作用是将外部通入的交流电通过它转变成直流电而进入到发电机的转子绕组。
五、同步发电机的工作原理
同步发电机是利用电磁感应原理,将机械能转变为电能的装置。
所谓电磁感应就是导体切割磁力线时产生的感应电势,将导体连接成闭合回路,就有电流通过的现象。
导体镶嵌在铁芯的槽里,铁芯是固定不动的称为定子(静子)。
磁极是转动的,称为转子。
它是由励磁绕组和铁芯组成的。
励磁绕组通过滑环与外部励磁回路相连,定子和转子是发电机的基本组成部分。
那么,三相交流电是如何产生的呢?
直流电通入转子绕组后,就产生了稳恒的磁场,沿定子铁芯内圆,每相隔120度。
分别安放着三相绕组A—X、B—Y、C—Z。
当转子被汽轮机拖动以3000rpm旋转时,定子绕组便切割磁力线,就在其中感应出电势来,感应电势的方向可由右手定则来确定。
由于转子产生的磁场是旋转磁场,所以定子绕组切割磁力线的方向不断变化,在其中感应的电势方向就不断变化,因而形成交变电势即交流电势。
交流电势的额定频率为f,它决定于发电机的极对数P和转速n,其计算公式为:
f=pn/60(Hz)。
我国规定交流电的频率为50HZ,即:
P=1n=3000rpm。
交流电势的相位关系:
转子以3000rpm转速不停地旋转A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁力线,所以三相绕组中电势的相位是不同的,因为定子绕组在安放时,空间角度相差120度,相序为A—B—C。
何为同步呢?
当发电机并列带负荷后,三相绕组中的定子电流(电枢电流)将合成一个旋转磁场,交流磁场与转子同速度、同方向旋转,这就叫同步。
第五章变压器的相关知识
一、变压器的分类
变压器的种类很多,可按其用途、结构、相数、冷却方式等不同来进行分类。
按用途分类,可分为——电力变压器(主要用在输配电系统中,又分为升压变压器、降压变压器、联络变压器和厂用变压器)、仪用互感器(电压互感器和电流互感器)、特种变压器(如调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整流变压器和电焊变压器等)。
按绕组数目分类,可分为——双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器。
按铁芯结构分类,可分为——芯式变压器和壳式变压器。
按相数分类,可分为——单相变压器、三相变压器和多相变压器。
按冷却介质和冷却方式分类,可分为——油浸式变压器(包括油浸自冷式、油浸风冷式、油浸强迫油循环式)、干式变压器、充气式变压器。
电力变压器按容量大小通常分为——小型变压器(容量为10KVA—630KVA)、中型变压器(容量为800KVA—6300KVA)、大型变压器(容量为8000KVA—63000KVA)和特大型变压器(容量为90000KVA及以上)。
二、变压器的概述
变压器是发电厂和变
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