电工基础 - 图文(2)

2019-08-31 17:13

星形接法时,每相电阻为 R=2202/5000=9.68Ω

二、 欧姆定律

1、定义:在同一电路中,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,这就是欧姆定律。

2、电阻的性质:由欧姆定律I=U/R的推导式R=U/I或U=IR不能说导体的电阻与其两端的电压成正比,与通过其的电流成反比,因为导体的电阻是它本身的一种属性,取决于导体的长度、横截面积、材料和温度、湿度,即使它两端没有电压,没有电流通过,它的阻值也是一个定值。 3、电阻功率:P=U*I=I2*R=U2/R 4、电阻的串联和并联 (1) 串联电路

定义:用电器首尾依次连接在电路中。

特点:电路只有一条路径,任何一处断路都会出现断路。 故障排除方法之一:用一根导线逐个跨接开关、用电器,如果电路形成通路,就说明被短接的那部分接触不良或损坏。千万注意:绝对不可用导线将电源短路。

串联电路电压规律:串联电路两端的总电压等于各用电器两端电压之和, 即:U=U1+U2

U1∶U2∶U3=IR1∶IR2∶IR3=R1∶R2∶R3 P1∶P2∶P3 =R1∶R2∶R3

串联电路的特点:串联电路电流规律:I=I1=I2 (2) 并联电路 定义:并联电路是使在构成并联的电路元件间电流有一条以上的相互独立通

路,为电路组成二种基本的方式之一。

特点:电路有多条路径,每一条电路之间互相独立,有一个电路元件短路则会

造成电源短路。

并联电路规律:

①并联电路中各支路的电压都相等,并且等于电源电压。U=U1=U2

②并联电路中的干路电流(或说总电流)等于各支路电流之和。I=I1+I2 ③并联电路中的总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数和。 1/R=1/R1+1/R2或写为:R=R1*R2/(R1+R2)

④并联电路中的各支路电流之比等于各支路电阻的反比。I1/I2=R2/R1 ⑤并联电路中各支路的功率之比等于各支路电阻的反比。P1/P2=R2/R1 (3) 优缺点:

串联的优点:在电路中,若想控制所有电路,即可使用串联的电路;串联电路其中一灯

泡被短路之后,另一个灯泡更亮。

串联的缺点:若电路中有一个用电器坏了,整个电路意味着都断了。

并联的优点:可将一个用电器独立完成工作,一个用电器坏了,不影响其他

用电器。适合于在马路两边的路灯。

并联的缺点:若并联电路,各处电流加起来才等于总电流,由此可见,并联

电路中电流消耗大。一个灯泡被短路后,其他灯泡都会被短路。

5、欧姆定律相关计算题:

例1、有一个取暖器,两根电阻丝的电阻分别为R1=12l欧姆、R2=60.5欧姆,两个开关(S1、S2)分别组成低、中、高三档不同的电功率(如图)。请问:

(1)取暖器工作于低档时,哪个开关闭合?此时功率是多少?干线电流是多少?一小时用多少度电?

(2)取暖器工作于中档时,哪个开关闭合?此时功率是多少?干线电流是多少?一小时用多少度电?

(3)取暖器工作于高档时,哪个开关闭合?此时功率是多少?干线电流是多少?一小时用多少度电?

解析:

工作在低档时:

S1闭合,I=U/R=220/121=1.82A P=U*I=220*1.82=400W 工作在中档时:

S2闭合,I=U/R=220/60.5=3.64A P=U*I=220*1.82=800W 工作在高档时:S1、S2同时闭合

R并=(R1*R2)/(R1+R2)= (121*60.5)/ (121+60.5)=40.33 I=U/R=220/40.33=5.46A P=U*I=220*5.46=1200W

例2、有一个分压器,它的额定值为R=100Ω、I=3A,现在要与一个负载电阻Rf并接,如图所示,已知分压器平分为四个相等部分,负载电殂Rf=50Ω 电源电压U=220V。 求:(1)滑动触头在2号位置时负载电阻两端电压Uf是多少? (2)分压器通过的电流是否是超过其额定值?

例3、额定电流In为20A的电炉箱接在电压U为220V的电源上,求:(1)此电炉的功率是多少?(2)若用10小时,耗电为多少?

三、 交流电与直流电 1、正弦交流电

(1) 定义:正弦交流电是随时间按照正弦规函数规律变化的电压和电流。由于

交流电的大小和方向都是随时间不断变化的,也就是说,每一瞬间电压,电动势和电流的数值都不相同。 (2) 三要素:最大值,角频率,初相位

(3) 正弦交流电的有效值:在两个相同的电阻器件中,分别通过直流电和交流

电,如果经过同一时间,它们发出的热量相等,那么就把此直流电的大小作为此交流电的有效值。正弦电流的有效值等于其最大值的0.707倍。 I=Im/√2 2、直流电

(1)定义:恒定电流是指大小(电压高低)和方向(正负极)都不随时间(相对范

围内)而变化,比如干电池。脉动直流电是指方向(正负极)不变,但大小随时间变化。 (2)设备直流屏:

直流屏通用名为智能免维护直流电源屏,简称直流屏,通用型号为

GZDW。简单地说,直流屏就是提供稳定直流电源的设备。(在输入有380V电源时直接转化为220V,在输入(市电和备用电)都无输入时,直接转化为蓄电池供电——直流220V:实际上也可以说是一种工业专用应急电源)。发电厂和变电站中的电力操作电源现今采用的都是直流电源,它为控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷等提供电源,是当代电力系统控制、保护的基础。直流屏由交配电单元、充电模块单元、降压硅链单元、直流馈电单元、配电监控单元、监控模块单元及绝缘监测单元组成。主要应用于电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电站,和其他使用直流设备的用户(如石化、矿山、铁路等),适用于开关分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护和故障照明等场合。

3、区别

交流电是用交流发电机发出的,在发电过程中,多对磁极是按一定的角度均匀分布在一个圆周上,使得发电过程中,各个线圈就切割磁力线,由于具有多对磁极,每对磁极产生的磁力线被切割产生的电压、电流都是按弦规律变化的,所以能够不断的产生稳定的电流。国内交流电的频率一般是50赫兹,即每秒变化50次。

电的方向则不随时间而变化。通常又分为脉动直流电和稳恒电流。脉动直流电中有交流成分,如彩电中的电源电路中大约300伏左右的电压就是脉动直流电成分可通过电容去除。稳恒电流则是比较理想的,大小和方向都有不变。

四、 电气设备

1、 一次设备与二次设备

(1) 一次设备:直接参与生产、输送和分配电能的电气设备。直接生产,转换

电能的设备,称为一次设备。

主要组成有:发电机(电动机)、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器等。由一次设备相互连接,构成发电、输电、配电或直接用于生产的电气主回路称为一次回路或一次接线系统。

(2) 二次设备:电力二次设备是对电力系统内一次设备进行监察,测量,控制,

保护,调节的补助设备。 2、 断路器 QF

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流,并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件(包括短路条件)下的电流的开关装置。可用来分配电能,不频繁地启动异步电动机,对电源线路及电动机等实行保护,当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路,其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。

(1) 断路器的主要作用:1. 正常情况下接通和断开高压电路中的空载及负

荷电流;2. 在系统发生故障时能与保护装置和自动装置相配合,迅速切断故障电流,防止事故扩大,从而保证系统安全运行。

(2) 工作原理

断路器一般由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成。

当短路时,大电流(一般10至12倍)产生的磁场克服反力弹簧, 脱扣器拉动操作机构动作,开关瞬时跳闸。当过载时,电流变大,发热量加剧,双金属片变形到一定程度推动机构动作(电流越大,动作时间越短)。

现在有电子型的,使用互感器采集各相电流大小,与设定值比较,当电流异常时微处理器发出信号,使电子脱扣器带动操作机构动作。

①断路器的作用是切断和接通负荷电路,以及切断故障电路,防止事故扩大,保证安全运行。而高压断路器要开断1500V,电流为1500-2000A的电弧,这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离,另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散,同时把弧隙中的带电粒子吹散,迅速恢复介质的绝缘强度。

②低压断路器的主触点是靠手动操作或电动合闸的。主触点闭合后,自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联,欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时,过电流脱扣器的衔铁吸合,使自由脱扣机构动作,主触点断开主电路。当电路过载时,热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲,推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时,欠电压脱扣器的衔铁释放。也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器则作为远距离控制用,在正常工作时,其线圈是断电的,在需要距离控制时,按下起动按钮,使线圈通电,衔铁带动自由脱扣机构动作,使主触点断开。 3、 熔断器 FU

熔断器(fuse)是指当电流超过规定值时,以本身产生的热量使熔体熔断,断开电路的一种电器。熔断器是根据电流超过规定值一段时间后,以其自身产生的

热量使熔体熔化,从而使电路断开;运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中,作为短路和过电流的保护器,是应用最普遍的保护器件之一。 (1) 工作原理

利用金属导体作为熔体串联于电路中,当过载或短路电流通过熔体时,因其自身发热而熔断,从而分断电路的一种电器。当电路发生故障或异常时,伴随着电流不断升高,并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件,也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了熔断器,那么,熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候,,自身熔断切断电流,从而起到保护电路安全运行的作用。熔断切断电流,从而起到保护电路安全运行的作用。 (2) 与断路器的区别

他们相同点是都能实现短路保护,熔断器的原理是利用电流流经导体会使导体发热,达到导体的熔点后导体融化所以断开电路保护用电器和线路不被烧坏。它是热量的一个累积,所以也可以实现过载保护。一旦熔体烧毁就要更换熔体。

断路器也可以实现线路的短路和过载保护,不过原理不一样,它是通过电流底磁效应(电磁脱扣器)实现断路保护,通过电流的热效应实现过载保护(不是熔断,多不用更换器件)。具体到实际中,当电路中的用电负荷长时间接近于所用熔断器的负荷时,熔断器会逐渐加热,直至熔断。像上面说的,熔断器的熔断是电流和时间共同作用的结果起到对线路进行保护的作用,它是一次性的。而断路器是电路中的电流突然加大,超过断路器的负荷时,会自动断开,它是对电路一个瞬间电流加大的保护,例如当漏电很大时,或短路时,或瞬间电流很大时的保护。当查明原因,可以合闸继续使用。正如上面所说,熔断器的熔断是电流和时间共同作用的结果,而断路器,只要电流一过其设定值就会跳闸,时间作用几乎可以不用考虑。 4、 变压器

(1) 工作原理

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流)。变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。在发电机中,不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈,均能在线圈中感应电势,此两种情况,磁通的值均不变,但与线圈相交链的磁通数量却有变动,这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应,变换电压,电流和阻抗的器件。 (2) 电压比

变压器两组线圈圈数分别为N1和N2,N1为初级,N2为次级。在初级线圈上加一交流电压,在次级线圈两端就会产生感应电动势。当N2>N1 时,其感应电动势要比初级所加的电压还要高,这种变压器称为升压变压器;当N2

式中n 称为电压比(圈数比) 。当n>1 时,则N1>N2 ,U1>U2 ,该变压器为降压变压器。反之则为升压变压器。 5、 互感器

(1) 电流互感器 CT ① 工作原理


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