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1、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第1页/共64页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第2页/共64页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）第3页/共64页众所周知，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
2、电压（动力电路）为380V这里所表述的电压是真实值吗？第4页/共64页相线与零线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第5页/共64页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
3、欧（k）、兆欧（M）（兆=百万，即100万）。第6页/共64页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。第7页/共64页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 I第8页/共64页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
4、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）。第9页/共64页电生磁：通电导线周围产生磁场通电导线在周围会产生磁场第10页/共64页磁生电：变化的磁场周围感生出电场第11页/共64页第12页/共64页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
5、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第13页/共64页电容单位：1C/1V=1F（法）1C=1F*1V1F=106uF 1uF=106pF第14页/共64页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，相当于开路第15页/共64页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第16页/共64页正弦相量图第17页/共64页目的：简化波形图，便于感性认识正弦相量图第18页/共64页正弦相量图第19页/共64页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，
6、用角度差表示时间差，即相位差第20页/共64页相位差第21页/共64页纯电阻电路波形与相量图电压波形与电流波形同相,没有时间差第22页/共64页纯电感电路波形与相量图电压波形超前电流波形90度角第23页/共64页纯电容电路波形与相量图电压波形滞后电流波形90度角第24页/共64页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？储能特性励磁特性第25页/共64页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电角度第26页/共64页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
7、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，隔直流第27页/共64页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）第28页/共64页功率（直流电路）有功功率的单位是瓦特第29页/共64页功率（交流电路）第30页/共64页无功功率的单位是乏第31页/共64页视在功率的单位是伏安第32页/共64页视在功率,有功功率,无功功率在数值上有什么联系？第33页/共64页实例一 电气设备铭牌的含义第34页/共64页实例二 计算瞬
8、时功率因数第35页/共64页功率补偿为什么要进行无功补偿？第36页/共64页功率补偿功率补偿1000KVA的变压器，如果功率因数为的变压器，如果功率因数为0.8，只能输出，只能输出800KW的有功功率，另外的有功功率，另外200KVar作为无功输出作为无功输出降低电源利用率，增加了损耗（线路发热，变压器励降低电源利用率，增加了损耗（线路发热，变压器励磁损耗）磁损耗）低压电网中的无功补偿状态有哪些？第37页/共64页功率补偿136厂房南配电室厂房南配电室功率因数表功率因数表第38页/共64页功率补偿第39页/共64页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第40页/共64
9、页功率补偿全补偿（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，所以功率因数达到耗，所以功率因数达到1的状态无法维持的状态无法维持低压电网中，功率因数能否达到低压电网中，功率因数能否达到1？功率因数达到功率因数达到1，会出现什么状况？，会出现什么状况？产生谐振！第41页/共64页谐振R,L,C电路发生谐振电压与电流同相，总阻抗呈电阻型电压与电流同相，总阻抗呈电阻型第42页/共64页并联谐振谐振时 B=0，即CLR时，发生并联谐振！第43页/共64页并联谐振CLR谐振特点：电压与电流同相支路电流远大于总电流第44页/共64页并联谐振
10、CLR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第45页/共64页并联谐振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！第46页/共64页串联谐振Rj L+_第47页/共64页Rj L+_LC上上的电压大小相等，相位相反，的电压大小相等，相位相反，串串联总电压联总电压为为零，零，称电压谐振称电压谐振支路产生高电压！串联谐振第48页/共64页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。第49页/共64页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、
11、逆变器等。第50页/共64页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，晶闸管等等第51页/共64页谐波谐波危害 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
12、置误动作，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。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危害生产安全与稳定3.浪费电能等。浪费电能等。第52页/共64页谐波谐波治理有哪几种方式？108厂房并联电抗器厂房并联电抗器107燃气锅炉房谐波治理设备燃气锅炉房谐波治理设备第53页/共64页谐
13、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。第54页/共64页谐波利用感性负载的通低频，阻高频特性
14、LC滤波电路无源滤波第55页/共64页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
15、可以了。第56页/共64页谐波第57页/共64页谐波第58页/共64页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？第59页/共64页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第60页/共64页变压器励磁涌流 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
16、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。第61页/共64页变压器励磁涌流1)涌流含有数值很大的高次谐波分量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。，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，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
17、很快，以后逐电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经渐减慢，经0.51s后其值不超过后其值不超过(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。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励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的68倍。当整倍。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。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，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。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。电压的相角可以影响其大小。励磁涌流特点励磁涌流特点第62页/共64页谢谢大家第63页/共64页感谢您的观看！第64页/共64页