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CUCC,电气设备,1、厂用电气设备的作用：A、降低人员的劳动强度。B、提高生产效率。C、扩大生产规模。D、便于管理。,电气设备：将其他形式能量转换为电能或将电能转换 为其他形式能量的装置，以及辅助完成这 种转换过程的装置统称。,简述,CUCC,2、电气设备的分类：（1）、发电设备（2）、电力传输设备（3）、用电（负荷）设备（4）、控制设备,电气设备,第一节 发电设备,CUCC,一、发电设备：将其他形式的能量转换成电能的装置。,二、常用产生电能的方法：1、动能转换为电能 2、热能转换为电能 3、核能转换为电能 4、化学能转换为电能 5、太阳能转换为电能,电能的产生,CUCC,二、常用产生电能的方法：1、动能转换为电能,A、水力发电：水力发电利用的水能主要是蕴藏于水体中的位能。它是由建筑物来集中天然水流的落差，形成水头，并以水库汇集、调节天然水流的流量；基本设备是水轮发电机组。当水流通过水轮机时，水轮机受水流推动而转动，水轮机带动发电机发电，将机械能转换为电能，再经过变电和输配电设备将电力送到用户。优点：水能为自然界的再生性能源，随着水文循环，可重复再生利用。水力发电在运行中不消耗燃料,运行管理费和发电成本远比燃煤电站低。水力发电在水能转化为电能的过程中不发生化学变化，不排泄有害物质，对环境影响小，因此水力发电所获得的是一种清洁的能源。缺点：一次性投入大，易受干旱影响。中小水电站一般理想转化率只有60%-65%,电能的产生,CUCC,水力发电原理,电能的产生,CUCC,水力发电,机械能,电能,电能的产生,CUCC,三峡大坝：世界最大水利工程，年发电量为846.9亿千瓦时,电能的产生,CUCC,B、机械能发电 常见的有汽油、柴油发电机,汽车发电机,电能的产生,CUCC,C、风力发电机：单机容量为0.25KW2.5 MW,电能的产生,CUCC,2、热能转换为电能,A、火力发电：利用煤、石油、天然气作为燃料发电，基本生产过程:燃料在锅炉中燃烧加热水使成高温、高压水蒸汽（将燃料的化学能转变成热能），蒸汽压力推动汽轮机旋转（热能转换成机械能），然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。,火力发电的效率 0.4,缺点：效率低能源利用率低污染严重能源、水资源消耗巨大,电能的产生,CUCC,B、地热转换为电能,地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。其基本原理与火力发电类似，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电，效率为0.064-0.18.,地热能是来自地球深处的可再生热能，它起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水深处的循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。地热能的储量比人们所利用的能量总量还要多，大部分集中分布在构造板块边缘一带。地热能不但是无污染的清洁能源，而且如果热量提取速度不超过补充的速度，那么地热发电，热能还是可再生的。,相对于风能、太阳能等可再生能源，地热是唯一不受天气、季节变化影响的可再生能源，地热最大的优势在于其稳定性、连续性和利用率高，无污染，无能源消耗。,中国第一大地热发电站西藏羊八井地热电站是中国地热发电的典型，我国的地热发电利用比较落后，主要原因是人力资源匮乏。,电能的产生,CUCC,3、核能转换为电能,利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。,核 能 发 电,核能,内能,机械能,电能,电能的产生,CUCC,3、核能转换为电能,优点：1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。4.核燃料能量密度比起化石燃料高几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。5.核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。,电能的产生,CUCC,3、核能转换为电能,缺点：1.核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。2.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故核能电厂的热污染较严重。3.核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。4.兴建核电厂一次性投入大，且较易引发政治歧见纷争。5.核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。,电能的产生,CUCC,4、化学能直接转换为电能,A、化学电池：既可产生电能，又可存储电能,充电：电能转化为化学能,供电：化学能转化为电能,极板（铅）,硫酸,蓄电池,电能的产生,CUCC,B、燃料电池：产生电能,燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电。,电能的产生,CUCC,B、燃料电池：产生电能,燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，没有转动部件，效率可达40%60%，可以直接进入企业、饭店、宾馆、家庭实现热电联产联用，没有输电输热损失，综合能源效率可达80%，装置为积木式结构，容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比，非常灵活。,氢燃料电池示意图,电能的产生,CUCC,5、太阳能转换为电能,太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。,原理：太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由p区流向n区，电子由n区流向p区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。,电能的产生,CUCC,太阳能电池,太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。,太阳能电池的转换效率为10%-15%，一般情况下，太阳能电池与蓄电池组配合使用，一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，又可把蓄电池组的电能送往负载。,电能的产生,CUCC,太阳能电池的优缺点,环保，只用阳光，绿色能源，而且在偏远地区使用不需要铺设电缆，可以单独使用，使用灵活，楼顶，车顶都可以用。缺点是光电转化率很低，需要很大的面积，成本太高。,太阳能电池的转换效率为10%-15%，一般情况下，太阳能电池与蓄电池组配合使用，一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，又可把蓄电池组的电能送往负载。,电能的产生,CUCC,三、电的类型,1、直流电：大小和方向不随时间 的变化而变化的电压 或电流。,简写：DC,直流电源符号,波形图,+,-,+,-,电的类型,CUCC,三、电的类型,2、交流电：大小和方向随时间的 变化而变化的电压或电流。,简写：AC,符号：,A、单相交流电,交流电,CUCC,三、电的类型,变化周期的描述,周期T：波形变化一周所需时间 单位：秒、毫秒,频率f：单位时间内完成周期的次数 单位：Hz、KHz、MHz。,角频率：波形每秒变化的弧度 单位：弧度/秒,交流电,CUCC,三、电的类型,周期T、频率f和角频率的关系,三要素：、交流电的最大值Um；、交流电的角频率；、交流电的初相角。,交流电,CUCC,三、电的类型,表达式：,B、三相交流电：是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120的交流电势组成的电源。,A相电压：,B相电压：,C相电压：,交流电,CUCC,三、电的类型,C、单相、三相交流电的形成：,相电压：三相电压任一相对中性线（零线）间电压（或称单相）。,相电压用,线电压：三相电压，火线与火线之间的电压。,线电压用,来表示,来表示,交流电,CUCC,三、电的类型,D、三相交流电的特性：,星形（Y）接法：,三相四线制中性线（零线N）的作用：,1、可提供两种等级的电压。,2、可减小因三相负载不平衡导致三相电压偏差过大。,交流电,CUCC,三、电的类型,E、三相交流电的特性：,国家规范的导线颜色：A相用黄色，B相用绿色，C相用红色，N线用蓝色，PE（保护）线用黄绿双色。,三角形（）接法：,交流电,CUCC,第二节 电力传输设备,需要电能的地方分布很广，而电站相对来说比较集中，因此要把电站的电能向外输送，有的需要输送到远方，这就涉及电能的输送问题,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,内蒙古火 发电站,新疆风力发电站,张家口发电厂,三峡水力发电站,浙江秦山核电站,广州大亚湾核电站,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,1 电能的突出优点是便于远距离输送 电能通过输电线就可以输送到远方。相对于煤炭、石油等能源的输送需要大量的交通运载工具来说，这是它突出的优点。2 输送电能的基本要求：,可靠保证供电线路可靠地工作，少有故障保质保证电能的质量（电压和频率稳定）经济输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,实际的远距离输电示意图,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,电力传输设备,升压变压器,降压变压器,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,一、电能输送范围,1、低压输电线路：220V或380v 输电电压220V，输电功率100kW以下，距离为几百米以内。（厂区内）2、高压输电线路：35kV或110kV 输电电压35kV或110kV，输电功率100kW以下，距离为几十千米到上百千米。（集宁到后旗）3、超高压输电线路：330KV、500KV、750KV 输电电压220kV以上，输电功率10万kW以上，距离为几百千米以上。（内蒙古发电厂到北京）三峡到上海输电功率300兆瓦特高压输电线路,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,二、电能输送中存在的问题,输电线路的损耗，是电能在传输过程中最大的问题！,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,二、电能输送中存在的问题,线路损耗的产生：,任何输电线路都有电阻存在，有电阻就有功率损失,导体电阻的产生：电阻率，是用来表示各种物质电阻特性的物理量。在常温下（20时），某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米时的导体的电阻，叫做这种材料的电阻率。,公式R=L/S其中的就是电阻率，l为材料的长度，s为面积。可以看出，材料的电阻大小正比于材料的长度，而反比于其面积。,电阻率,电阻,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,二、电能输送中存在的问题,线路损耗的产生：,任何输电线路都有电阻存在，有电阻就有功率损失 设输电电流为I，输电线路电阻为R，则输电线上的功率损失为：,如果输送的电功率为P，输电电压为U，输电线的总长度为l，横截面积为S，电阻率为,则功率损失可表示为：,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,三、减小线路损耗的措施,（1）减小输电线的电阻R 减小输电线长度L：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小输电线长度L来减小线路电阻R减小电阻率：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料增大导线的横截面积S，这要多耗资金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,常用金属导体在,20时的电阻率,金 2.4010-8,银 1.65 10-8,铜 1.75 10-8,铝 2.83 10-8,铁 9.78 10-8,常态下导电性能最好的依次是银、铜、铝，这三种材料是最常用的，常被用来作为导线等，其中铜用的最为广，几乎现在的导线都是铜的（精密仪器，特殊场合除外）铝线由于化学性质不稳定容易氧化已被淘汰。由于铝密度小，取材广泛，且价格比铜便宜，目前被广泛用于电力系统中传输电力的架空输电线路。为解决铝材刚性不足缺陷，一般采用钢芯铝绞线，即铝绞线内部包有一根钢线，以提高强度。银导电性能最好但由于成本高很少被采用，只有在高要求场合才被使用，如精密仪器、高频震荡器、航天等。顺便说下金，在某些场合仪器上触点也有用金的，那是因为金的化学性质稳定故采用，并不是因为其电阻率小所至。,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,三、减小线路损耗的措施,（2）减小输电电流 I,减小输电电流 I，就等于减小输送功率P：由于电站的装机容量一定，因此电站向外输送的电功率是一定的，即在实际中不能以用户少用或不用电来减少输电线上的功率损失（3）提高输电电压U：在输送功率P不变，输电线电阻R不变的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输电线上的功率损失降为原来的1/n2倍,采用高压输电方式是减小输电线路上功率损失的最有效、最经济的措施！,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,高压输电既能减小功率损失，又能减小电压损失，但在实际输送电能时，还需综合考虑各种因素，依照不同的情况，选择合适的输电电压,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,四、我国电力网额定电压等级,1、电力系统的组成：发电厂、输电线路、变电所、配电线路 和用电设备。,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,2、额定电压：是电力系统及电气设备规定的正常工作电压，即与电力系统及电气设备某些运行特性有关 的标称电压。,输电线路电压等级：(kv 50Hz)0.22、0.38、3、6、10、35、60、110、220、330、500、750安全电压等级：（v 50Hz）42、36、24、12、6,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,3、习惯上称10kv以下为配电线路，35kv、60kv以上为输电线路，110kv、220kv为高压输电线路，330kv以上称超高压线路；把60kv以电网下称地域电网，110kv、220kv电网称区域电网，把1kv以下的设备及电力装置称低压设备；1kv以上称高压设备。,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,4、不断发展的电能输送方式,A、直流输送方式,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,直流输电方式的优点：,（1）输送相同功率时，线路造价低：交流输电架空线路通常采用 3根导线，而直流只需1根(单极)或2根(双极)导线。因此，直流 输电可节省大量输电材料，同时也可减少大量的运输、安装费。,(2)线路有功损耗小：由于直流架空线路仅使用1根或2根导线，所以有功损耗较小，并且具有“空间电荷”效应，其电晕损耗 和无线电干扰均比交流架空线路要小。,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,直流输电方式的优点：,（3）适宜于海下输电：在有色金属和绝缘材料相同的条件下，直流时的允许工作电压比在交流下约高3倍。2根心线的直 流电缆线路输送的功率PDC比3根心线的交流电缆线路输送 的功率PAC大得多。运行中，没有磁感应损耗，用于直流时，则基本上只有心线的电阻损耗，而且绝缘的老化也慢得多，使用寿命相应也较长。,(4)系统的稳定性问题：在交流输电系统中，所有连接在电力 系统的同步发电机必须保持同步运行。如果采用直流线路 连接两个交流系统，由于直流线路没有电抗，所以不存在 上述的稳定问题，也就是说直流输电不受输电距离的限制。,电能的传输,CUCC,第二节 电力传输设备,B、超导输电,超导技术应用于输电，可以降低电力在输电线路上的损耗，把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。,超导体：在足够低的温度和足够弱的磁场下，其电阻率 为零的物质。,电能的传输,CUCC,第三节 用电设备,一、用电（负荷）设备,将电能转换为其他能量的设备。,电能-机械能 电动机,电能-热能 加热器,电能-光能 照明灯,电气设备,CUCC,第三节 用电设备,1、电能转换为机械能-电动机,交流电动机定义：是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的 一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为各种机械的 动力源。,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,1、电能转换为机械能-电动机,电动机的分类,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,A、直流电动机,定义：将直流电能转换为机械能的转动装置。结构特点：电动机定子绕组提供励磁磁场直流电源通过碳刷向转子电枢绕组传输电流，向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,A、直流电动机,结构特点：电动机定子绕组提供励磁磁场直流电源通过碳刷向转子电枢绕组传输电流，向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。,优点：调速性能好，调速范围广，过载能力强。启动转矩大，适用于重负荷。,缺点：价格高，调速时须有专用调速设备。结构复杂，不便于维修。,电气符号,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,A、直流电动机,电气符号,我单位最大直流电机,额定直流电压：660v,额定功率：710kw,额定电流：1103A,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,B、直流无刷电动机,无刷直流电机由电动机主体和驱动控制器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机，又称无换向器电机。,优点：机械特性、调速性能优良，寿命长、噪音小，因无 电刷，故故障率低，常用于电脑硬盘等高精密仪器中。,缺点：结构复杂，需专用控制电路，因自身特点，功率只 能在100kw以下。,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,B、直流无刷电动机,用于电动自行车驱动,小风扇,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C、交流电动机,定义：交流电动机，是将交流电的电能转变为机 械能的一种装置。,基本工作原理：交流电动机定子绕组中通入交流电后，便会产生旋转磁场，在电磁感应原理作用下，转子绕组感应产生电流，此电流在转子绕组中形成闭合回路，便产生转子磁场，在转子磁场和定子旋转磁场的相互作用下，转子产生旋转。,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-1、单相交流异步电动机,定义：采用单相交流电源的电动机，是将交流电的电能转变为机 械能的一种装置。,原理：单相电机有两个绕组，即起动绕组和运行绕组。两个绕组在空间上相差90度。在起动绕组上串联了一个容量较大的电容器，当运行绕组和起动绕组通过单相交流电时，由于电容器作用使起动绕组中的电流在时间上比运行绕组的电流超前90度角，先到达最大值。在时间和空间上形成两个相同的脉冲磁场，使定子与转子之间的气隙中产生了一个旋转磁场，在旋转磁场的作用下，电机转子中产生感应电流，电流与旋转磁场互相作用产生电磁场转矩，使电机旋转起来。,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-1、单相交流异步电动机的两种运行方式,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-1、单相交流异步电动机,小型加工机械用,家电用,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-2、单相串激交流电动机,单相串励电动机俗称串激电机或通用，因激磁绕组和励磁绕组串联在一起工作而得名。单相串励电动机属于交、直流两用电动机，它既可以使用交流电源工作，也可以使用直流电源工作，电机主要由定子转子及支架三部分组成，定子由凸极铁心和励磁绕组组成，转子由隐极铁心、电枢绕组、换向器及转轴等组成。励磁绕组与电枢绕组之间通过电刷和换向器形成串联回路。,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-2、单相串激交流电动机,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-2、单相串激交流电动机,串激电机因转速可调范围广，启动扭矩大的特点 被广泛的应用于电动工具，厨房用品，,地板护理产品,领域。,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-3、三相交流异步电动机,结构：三相电机定子绕组在空间上互差120角，当定子三相 绕组通入三相交流电即可产生旋转磁场，旋转磁场切割转子绕组，转子绕组感应电流又产生转子磁场，定子、转子磁场在相互作用下，电机转子就发生了旋转现象。,因转子磁场是在定子磁场的作用下产生的，故定子磁场转速总是大于转子转速的，所以称“异步”电机。,鼠笼式三相交流异步电动机：因其转子绕组采用铸铝或铸铜工艺制作，形状像一只圆筒形笼子，所以称为鼠笼式。,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-3、三相交流异步电动机,鼠笼式三相交流异步电动机,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-3、三相交流异步电动机,鼠笼式三相交流异步电动机,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-3、三相交流异步电动机,鼠笼式三相交流异步电动机,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-3、三相交流异步电动机,鼠笼式三相交流异步电动机,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-3、三相交流异步电动机,鼠笼式三相交流异步电动机,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-3、三相交流异步电动机,鼠笼式三相交流异步电动机,优点：结构简单，维护 方便，成本低。缺点：常规调速困难，机械特性稍差，不适合重载启动，功率因数低。,主回路,电气符号,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-3、三相交流异步电动机,绕线式三相交流异步电动机：其转子绕组采用绝缘铜线或扁铜线绕制，绕组经三组滑环引出，通过电刷接至启动装置。,主回路,电气符号,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-3、三相交流异步电动机,绕线式三相交流异步电动机,主回路,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-3、三相交流异步电动机,绕线式三相交流异步电动机,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-3、三相交流异步电动机,绕线式三相交流异步电动机,无刷启动器,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-3、三相交流异步电动机,绕线式三相交流异步电动机,优点：启动力矩大，能在一定范围 内实现调速，可以重载启动。,缺点：结构复杂，需专用启动装置，维护不 方便，常规调速范围小，转速不平滑，目前逐渐被鼠笼式电机+变频器的组合取代。,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,C-4、同步电动机,电气设备,同步：指电机转子转速完全与定子旋转磁场转速相同。,同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。,CUCC,第三节 用电设备,C-4、同步电动机,电气设备,同步：指电机转子转速完全与定子旋转磁场转速相同。,CUCC,第三节 用电设备,C-5、变压器,电气设备,变压器是一种静止的电机，它可以将一种频率的交流 电压转换为另一种同频率的交流电压的设备。,变压器分类：1、电力变压器2、电炉变压器3、整流变压器 4、仪用变压器5、无线电变压器,变压器的用途广泛，大的如电力系统传输电能的电力变压器、配电变压器、专给炼钢炉供电 的电炉变压器、大型电解电镀、直流电力机车供电的整流变压器，小到仪用变压器、控制变压器，直到仅传输信号的非常小的无线电变压器。,CUCC,第三节 用电设备,C-5、变压器,电气设备,CUCC,第三节 用电设备,C-5、变压器,电气设备,油冷式电力变压器,CUCC,第三节 用电设备,C-5、变压器,电气设备,配电变压器,油冷式,干式,CUCC,第三节 用电设备,C-5、变压器,小型变压器,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,2、电能转换为热能,电热器:利用电流的热效应来加热的设备,电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤炉等都是常见电热器。电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大，熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成。,当电流通过电阻时，电流作功而消耗电能，产生了热量，这种现象叫做电流的热效应。,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,电热设备,电取暖器,电加热器,低压用电设备,CUCC,第三节 用电设备,3、电能转换为光能实例：各类型的照明设备,低压用电设备,CUCC,低压电气元件,低压电器种类繁多，功能各样，构造各异，用途广泛，工作原理各不相同，常用低压电器的分类方法也很多。,1按用途或控制对象分类（1）配电电器：主要用于低压配电系统中。要求系统发生故障时准确动作、可靠工作，在规定条件 下具有相应的动稳定性与热稳定性，使电器不会被损坏。常用的配电电器有刀开关、转换开关、熔断器、断路器等。（2）控制电器：主要用于电气传动系统中。要求寿命长、体积小、重量轻且动作迅速、准确、可靠。常用的控制电器有接触器、继电器、起动器、主令电器、电磁铁等。,CUCC,2按动作方式分类（1）自动电器：依靠自身参数的变化或外来信号的作用，自动完成接通或分断等动作，如接触器、继电器等。（2）手动电器：用手动操作来进行切换的电器，如刀开关、转换开关、按钮等。,低压电气元件,3按触点类型分类（1）有触点电器：利用触点的接通和分断来切换电路，如接触器、刀开关、按钮等。（2）无触点电器：无可分离可见的触点。主要利用电子元件的开关效应，即导通和截止来实现 电路的通、断控制，如接近开关、霍尔开关、电子式 时间继电器、固态继电器等。,CUCC,4按工作原理分类（1）电磁式电器：根据电磁感应原理动作的电器，如接触器、继电器、电磁铁等。（2）非电量控制电器：依靠物理变化量（如速度、压力、温度等）的变化而动作的电器，如转换开关、行程开关、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。,低压电气元件,常用电气元件简述,一、低压断路器：(又称自动开关)是一种不仅可以接通和分断 正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流 的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护 功能，如过载、短路、欠压和漏电保护等。,CUCC,低压电气元件,低压断路器工作原理,符号：QF,CUCC,低压断路器的分类方式很多，按使用类别分，有选择型(保护装置参数可调)和非选择型(保护装置参数不可调),按灭弧介质分，有空气式和真空式。低压断路器容量范围很大，最小为1A，而最大可达5000A。低压断路器广泛应用于低压配电系统各级馈出线，各种机械设备的电源控制和用电终端的控制和保护。,低压电气元件,DW型,MTE型,CUCC,小容量自动空气开关,低压电气元件,NH系列自动空气开关,DZ系列自动空气开关,CUCC,二、接触器：接触器主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等，能频繁地接通或断开 交直流主电路，实现远距离自动控制。它具有低电压释放保护功能，在电力拖动自动控 制线路中被广泛应用。,低压电气元件,主要分为交流接触器和直流接触器，控制电流6A-600A,CUCC,接触器原理：,低压电气元件,符号：KM,CUCC,常用大容量接触器：,低压电气元件,LC-D系列接触器：,CJ20系列接触器：,CUCC,真空接触器：,低压电气元件,ZKT J系列真空接触器：,CUCC,常用小容量接触器：,低压电气元件,CJX2系列：,LC1-D系列：,NC2系列：,CJ20系列：,CUCC,三、热继电器：热继电器主要是用于电气设备（主要是电动机）的过负荷保护。热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，它具有与电动机允许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护。,低压电气元件,三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流（过载和断相）现象。如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许的；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置电动机保护装置。常用的电动机保护装置种类很多，使用最多、最普遍的是双金属片式热继电器。,CUCC,低压电气元件,双金属片式热继电器均为三相式，有带断相保护和不带断相保护两种，额定电流0.1-630A。,热继电器工作原理,CUCC,低压电气元件,常用热继电器,JR20型,LR型,LR-D型,CUCC,低压电气元件,四、按钮是一种常用的控制电器元件，常用来接通或断开控制电路（其中电流很小），从而达到控制电动机或其他电气设备运行状态的一种开关。,按钮从外形和操作方式上可以分为平钮和急停按钮，急停按钮也叫蘑菇头按钮，除此之外还有钥匙钮、旋钮、拉式钮、万向操纵杆式、带灯式等多种类型。,红色按钮用于“停止”、“断电”或“事故”。绿色按钮优先用于“起动”或“通电”，但也允许选用黑、白或灰色按钮。,CUCC,低压电气元件,按钮结构,组合按钮,按钮常开,按钮常闭,急停按钮,按钮符号,CUCC,低压电气元件,常见按钮,急停按钮,停止按钮,启动按钮,CUCC,低压电气元件,五、转换开关：转换开关是一种多档位、多触点、能够控制多回路的电器，主要用于各种控制设备中线路的换接、遥控和电流表、电压表的换相测量等，也可用于控制小容量电动机的起动、换向、调速。,工作原理：,万能转换开关是由多组相同结构的触点组件叠装而成的多回路控制电器。它由操作机构、定位装置和触点等三部分组成。,原理示意图,CUCC,低压电气元件,常见转换开关,LW-15型,LA型,LW-12型,CUCC,低压电气元件,六、中间继电器：俗称中继，它的原理和交流接触器一样，都是由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳组成。线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；线圈断电，动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位。,作用：,1.代替小型接触器，直接驱动小负载，如小电磁阀等。,2增加接点数量,3转接扩容，如PLC驱动中继，中继再驱动接触器。,4转换接点电压类型，如中继线圈电压为24v，其触点 可接220v或380v电压，控制相应的电气设备。,CUCC,低压电气元件,常用中间继电器,CUCC,七、控制器,低压控制器,CUCC,1、PLC：可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。,对PLC的要求：,（1）.使用灵活、通用性强PLC的硬件是标准化的，加之PLC的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线。当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个 PLC装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。,低压控制器,CUCC,对PLC的要求：,（2）.可靠性高、抗干扰能力强微机功能强大但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能导致一般通用微机不能正常工作；传统的继电器接触器控制系统抗干扰能力强，但由于存在大量的机械触点（易磨损、烧蚀）而寿命短，系统可靠性差。PLC采用微电子技术，大量的开关动作 由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高，从实际使用情况来看，PLC控制系统的平均无故障时间 一般可达45万小时。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，能适应有各种强 烈干扰的工 业现场，并具有故障自诊断能力。如一般PLC能抗1000V、1ms脉冲的 干扰，其工作环境温度为060，无需强迫风冷。,（3）.接口简单、维护方便PLC的接口按工业控制的要求设计，有较强的带负载能力（输入输出可直接与交流220V，直流24V等强电相连），接口电路一般亦为模块式，便于维修更换。有的PLC甚至可以带电插拔输入输出模块，可不脱机停电而直接更 换故障模块，大大缩短了故障修复时间。,低压控制器,CUCC,对PLC的要求：,（4）.体积小、功耗小、性价比高,（5）.编程简单、容易掌握PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑了现场 工程技术人员的技能和习惯。大多数PLC的编程均提供了常用的梯形图方式和面 向工业控制的简单指令方式。编程语言形象直观，指令少、语法简便，不需要专 门的计算机知识和语言，具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间内掌握。利用专用的编程器，可方便地查看、编辑、修改用户程序。,（6）.设计、施工、调试周期短用继电器接触器控制完成一项控制工程，必须首 先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏（柜）的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其靠软件实现控制，硬件线路非常简洁，并为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量（输入输出点数、内存大小）等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC 到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。,低压控制器,CUCC,常见PLC：,S7-200系列：,S7-300系列：,S7-300带触摸屏系列：,S7-400系列：,低压控制器,CUCC,常见PLC：,SAMSUNG N70,欧姆龙PLC,三菱PLC,富士PLC,低压控制器,CUCC,2、变频器：变频器是利用电力半导体器件的开关作用 将一种频率的电源变换为另一频率可调的电源控制装置。,用途：主要用于交流异步电动机的速度调节（调速）。,电机转速,变频器，顾名思义就是能改变输出电源频率的设备，根据上式，频率f改变时，电机转速亦可改变。,r min,低压控制器,CUCC,常见变频器,ABB系列变频器,FUJI系列变频器,Siemens系列变频器,低压控制器,CUCC,3、软启动器：,异步电动机以其优良的性能及无需维护的特点，在各行各业中得到广泛的应用。然而由于其起动时要产生较大冲击电流(一般为额定电流Ie的47倍)，同时由于起动电应力较大，使负载设备的使用寿命降低；大功率电机直起巨大的启动电流会导致线路电压降低，从而影响其他设备的正常运行。家标准规定:当电机频繁起动时，所造成的压降不宜低于10%;不频繁起动时，压降不低与20%;不频繁起动，且与照明或其他对电压波动敏感的负荷合用变压器时，电机起动时的电网电压降不能超过15%。解决办法有两个:一是增大配电容量;二是采用限制电机启动电流的起动设备。,低压控制器,CUCC,低压控制器,3、软启动器：,智能型软起动器(soft starter)是一种集软起动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的新颖电机控制装备。它不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。此外，它还具有多种对电机保护功能，这就从根本上解决了传统的降压起动设备的诸多弊端。,ABB软启动器,CUCC,低压电气设备,4、电控柜：,电控柜是按电气接线要求将开关设备、测量仪表、保护电器和辅助设备组装在封闭或半封闭金属柜中或屏幅上，其布置应满足电力系统正常运行的要求，便于检修，不危及人身及周围设备的安全的控制柜（箱）。包括（配电柜）（配电箱）（电器