电工基础知识教学课件PPT.ppt

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1、维修供电分部贺同堂,电 学 基 础 知 识,电位与电压：物质是由原子组成的，原子由中间带正电的原子核和外围带负电的电子组成，外围电子有脱离原子的趋势，不同的原子，其电子的脱离能力是不同的。这样一来，两种物质接触时，电子脱离能力大的物质就相当于带有正电了，另一种带有负电，在它们之间就产生了电压差，也就是电位了！电位差跟电位的意思差不多，也就是不同电位的差了。电位与电流、电压都没有直接的关系。电流是电压与电阻的比值，电压一定，电阻小时，电流就大。,电流：是指电荷的定向移动。电压是使电路中电荷定向移动形成电流的原因。电流的方向：物理上规定电流的方向，是正电荷定向移动的方向。电荷指的是自由电荷，在金属

2、导体是自由电子，在酸，碱，盐的水溶液中是正，负离子。电流形成的原因：电压，是使电路中电荷定向移动形成电流的原因。电流产生的条件：1、必须具有能够自由移动的电荷(金属中只有负电荷移动，电解液中为正负离子同时移动）。2、导体两端存在电压差（要使闭合回路中得到持续电流，必须要有电源）。3、电路必须为通路。,欧姆定律：简述：在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比,这就是欧姆定律。基本公式是I=U/R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性质，取决于导体的长度、横截面积、材

3、料和温度，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,视在、有功、无功；无功：感性容性视在功率：在电工技术中，将网络电压和电流有效值的乘积，称为视在功率，记为S=UI，只有网络完全由电阻混联而成时，视在功率才等于平均功率，否则，视在功率总是大于平均功率（即有功功率），也就是说，视在功率不是网络实际所消耗的功率。为以示区别，视在功率不用瓦特（W）为单位，而用伏安（VA）或千伏安（KVA）为单位。,功率因数：在正弦交流电路中，有功功率一般小于视在功率，也就是说视在功率上打一个折扣才能等于平均功率，这个折扣就是Cos，称为功率因数，用 Cos表示。由于是网络电压与电流间的相位差角，故往往

4、称之为功率因数角。,视在功率的意义：由于视在功率等于网络端钮处（不考虑并联网络）电流、电压有效值的乘积，而有效值能客观地反映正弦量的大小和他的做功能力，因此这两个量的乘积反映了为确保网络能正常工作，外电路需传给网络的能量或该网络的容量。由于网络中既存在电阻这样的耗能元件，又存在电感、电容这样的储能元件，所以，外电路必须提供其正常工作所需的功率，即平均功率（有功功率），同时应有一部分能量被贮存在电感、电容等元件中。这就是视在功率大于平均功率的原因。只有这样网络或设备才能正常工作。若按平均功率给网络提供电能是不能保证其正常工作的。因此，在实际中，通常是用额定电压和额定电流来设计和使用用电设备的，用

5、视在功率来标示它的容量。另外，由于电感、电容等元件在一段时间之内储存的能量将分别在其它时间段内释放掉，这部分能量可能会被电阻所吸收，也可能会提供给外电路。所以，我们看到单口网络的瞬时功率有时为正有时为负。在交流电路中，我们将正弦交流电电路中电压有效值与电流有效值的乘积称为视在功率，即S=UI视在功率不表示交流电路实际消耗的功率，只表示电路可能提供的最大功率或电路可能消耗的最大有功功率。,二极管：二极管的导电特性，二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏

6、置。在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管的主要参数，用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：最大正向整流电流，是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。最高反向工作电压，加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。反向电流，反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，

7、流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好，相对正向电流是非常小的。最高工作频率，二极管工作的上限频率。超过此值是，由于结电容的作用，二极管将不能很好地体现单向导电性。,测试二极管的好坏：初学者在业余条件下可以使用万用表测试二极管性能的好坏。测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档，再将红、黑两根表笔短路，确定接触良好。正向特性测试，把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，红表笔（表内负极）搭触二极管的负极。若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。短

8、路和断路的管子都不能使用。反向特性测试，把万且表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，二极管就是合格的。,变压器、磁通：利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗。安全隔离等。变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。一般指连接交流电源的线圈称之为一次线圈;而跨于此线圈的电压称之为一次

9、电压.。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈问的匝数比所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。,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。,若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，则有，不计铁心损失，根据能量守恒原理，由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系 K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比）二.变压器的结构简介 铁心，铁心是变压

10、器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度分别为 0.35 mm0.3mm0.27 mm，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成，铁心分为铁心柱和横片俩部分，铁心柱套有绕组；横片是闭合磁路之用，铁心结构的基本形式有心式和壳式两种 绕组，绕组是变压器的电路部分，它是用双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成，变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理:当一次侧绕组上加上电压时，流过电流，在铁芯中就产生交变磁通，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势,断路器：断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。低

11、压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。高压断路器(或称高压开关)是变电所主要的电力控制设备,具有熄灭电弧特性,当系统正常运行时,它能切断和接通线路及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时,它和继电保护配合,能迅速切断故障电流,以防止扩大事故范围.因此,高压断路器工作的好坏,直接影响到电力系统的安全运行；高压断路器种类很多，按其灭弧的不同，可分为：油断路器（多油断路器、少油断路器）、六氟化硫断路器（SF6断路器）、真空断路器、压缩空气断路器等。按操作方式分有：电动操作、储能操作和手动操作,内部附件 辅助触头：与断路器主电路分、合机

12、构机械上连动的触头，主要用于断路器分、合状态的显示，接在断路器的控制电路中通过断路器的分合，对其相关电器实施控制或联锁。例如向信号灯、继电器等输出信号。分励脱扣器：是一种用电压源激励的脱扣器，它的电压可与主电路电压无关。分励脱扣器是一种远距离操纵或保护操纵分闸的重要附件。合闸线圈：是一种用电压源激励的线圈，它的电压可与主电路电压无关。合闸线圈是一种远距离操纵合闸的附件。储能回路：液压、弹簧机构储能，储能后，通过挂扣装置的脱扣来激发能量的释放，力量通过机械传动来实现分、合闸，以达到快速目的。闭锁装置、手动操作手柄,隔离开关隔离开关即在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合

13、位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件（例如短路）下的电流的开关设备。我们所说的隔离开关，一般指的是高压隔离开关,即额定电压在1kv及其以上的隔离开关，通常简称为隔离开关，是高压开关电器中使用最多的一种电器，它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。刀闸的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。主要作用是：1)分闸后，建立可靠的绝缘间隙，将需要检修的设备或线路与电源用一个明显断开点隔开，以保证检修人员和设备的安全。2)根据运行需要，换接线路。3)可用来分、合线路中的小电流，如套管、

14、母线、连接头、短电缆的充电电流，开关均压电容的电容电流，双母线换接时的环流以及电压互感器的励磁电流等。4)根据不同结构类型的具体情况，可用来分、合一定容量变压器的空载励磁电流。,电线电缆命名 电线电缆的完整命名通常较为复杂，所以人们有时用一个简单的名称(通常是一个类别的名称)结合型号规格来代替完整的名称，如“低压电缆”代表0.6/1kV级的所有塑料绝缘类电力电缆。电线电缆的型谱较为完善，可以说，只要写出电线电缆的标准型号规格，就能明确具体的产品，但它的完整命名是怎样的呢？结构描述的顺序，产品结构描述按从内到外的原则：导体-绝缘-内护层-外护层-铠装型式。,案例：额定电压8.7/15kV阻燃铜芯

15、交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆(太长了！)“额定电压8.7/15kV”使用场合/电压等级“阻燃”强调的特征“铜芯”导体材料“交联聚乙烯绝缘”绝缘材料“钢带铠装”铠装层材料及型式(双钢带间隙绕包)“聚氯乙烯护套”内外护套材料(内外护套材料均一样，省写内护套材料)“电力电缆”产品的大类名称与之对应的型号写为ZR-YJV22-8.7/15,电线电缆的型号组成与顺序如下：1、用途代码不标为电力电缆，K为控制缆，P为信号缆;2、绝缘代码Z油浸纸，X橡胶，V聚氯乙烯，YJ交联聚乙烯 3、导体材料代码不标为铜，L为铝;4、内护层代码Q铅包，L铝包，H橡套，V聚氯乙烯护套 5、派生代码D不滴流，P

16、干绝缘;6、外护层代码7、特殊产品代码TH湿热带，TA干热带;8、额定电压单位KV,交流电交流电也称“交变电流”，简称“交流”。一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。我国交流电供电的标准频率规定为50赫兹。当线圈在磁场中匀速转动时，线圈里就产生大小和方向作周期性改变的交流电。现在使用的交流电，一般是方向和强度每秒改变50次。电流电压等随时间的变化规律，由此看出：正弦交流电需用频率、峰值和位相三个物理量来描述。交流电所要讨论的基本问题是电路中的电流、电压关系以及功率（或能量）的分配问题。由于交流电具有随时间变化的特点，因此产生了一系列区别于直流电路的特性。在

17、交流电路中使用的元件不仅有电阻，而且有电容元件和电感元件，使用的元件多了，现象和规律就复杂了。,关于交流电的火线和零线 零线始终和大地是等电位的，因此交流电的火线的一个完整周期就是，如果在0秒时与零线电位相同，火线上对地电压为0；过0.005秒后，火线上对地电压达到最大(峰值)为高于大地；再过0.005秒，火线上对地电压又降为0；再过0.005秒，火线上对地电压又降为最低点，零线对火线达到峰值；零线对地达到峰值;再过0.005秒，又重新上升到与零线电位相同，火线上对地电压为0。可以看出，交流电虽周期改变电压、电流的方向，但零线对地电压始终是相同的，为0。除火线过0点外，火线与零线间总是有电压差

18、的，所以接用电器后零线与火线间有电流，电流变化规律与电压相同。,交流电流的有效值：正弦交流电的有效值等于峰值的0.707倍。通常，交流电表都是按有效值来刻度的。一般不作特别说明时，交流电的大小均是指有效值。例如市电220伏特，就是指其有效值为220伏特。交流电的平均值：正弦交流电的平均值等于峰值的0.637倍。交流电路中的电感：交流电也可以通过线圈，但是线圈的电感对交流电有阻碍作用，这个阻碍叫做感抗（XL）。交流电越难以通过线圈，说明电感量越大，电感的阻碍作用就越大；交流电的频率高，也难以通过线圈，电感的阻碍作用也大。实验证明，感抗和电感成正比，和频率也成正比。电感元件对高频交流电的感抗大，限

19、流作用大，而对直流电流，因其f=0，故XL=0，相当短路，所以电感元件在交流电路中的基本作用之一就是“阻交流通直流”或“阻高频通低频”。,交流电路中的电容：由于电压随时间变化，电容器极板上的电量也随着变化。这样在电容器电路中就有电荷移动。对于不同频率的交流电所呈现的容抗（Xc）是不同的。由于电容器的容抗与交流电的频率成反比，因此频率越高，容抗就越小，频率越低，容抗就越大。对直流电来讲f=0，容抗为无限大，故相当于断路。所以电容元件在交流电路中的基本作用之一就是“隔直流，通交流”或“阻低频，通高频”。,交流电路中的欧姆定律：在交流电路中，电压、电流的峰值或有效值之间关系和直流电路中的欧姆定律相似

20、，其等式为U=IZ或I=U/Z，式中Z、U都是交流电的有效值，Z为阻抗，该式就是交流电路中的欧姆定律。由于电压和电流随元件不同而具有相位差，所以电压和电流的有效值之间一般不是简单数量的比例关系。A在串联电路中，如图所示，以R、L、C为例，总电压不等于各段分电压的和，UUR+UL+UC。因为电感两端电压相位超前电流相位导电容两端电压相位/2，落后电流相位/2。所以R、L、C上的总电压，决不是各个元件上的电压的代数和而是矢量和。以纯电阻而言，ZR=R。,B.在并联电路中。如图所示，以R、L、C为例，每个元件两端的瞬时电压都相等为U。每分路的电流和两端电压之间关系为不同元件上电流的相位也各有差异。纯

21、电感上电流相位落后于纯电阻电流相位/2，纯电容上电流相位超前纯电阻电流相位/2。所以分电流的矢量和即总电流为下图,三相电功率：三相交流电的功率等于各相功率之和。在对称负载的情形下，各相的电压均为U、相电流I以及功率因数cos都相等。因此三相电路的平均功率可写为P=3UIcos。三相电阻类电功率的计算公式=1.732*线电压U*线电流I（星形接法）或=3*相电压U*相电流I（三角形接法）三相电机类电功率的计算公式=1.732*线电压U*线电流I*功率因数COS（星形接法）=3*相电压U*相电流I*功率因数COS（三角形接法）三相交流电路中星接和角接两个功率计算公式可互换使用，但相电压、线电压和相

22、电流、线电流一定要分清。,相序：就是相位的顺序，是交流电的瞬时值从负值向正值变化经过零值的依次顺序。相角：交流电瞬时值的表达式中，正弦(或余弦)符号后面相当于角度的量，叫做交流电的相角，又叫相位、位相或周相。例如，正弦交流电动势瞬时值e的表达式为：e=Emsin(t+0)其中(t+0)即为正弦交流电动势的相角。当t0时，相角等于0，称为初相角，简称初相。两个频率相同的正弦量的初相角之差，称为相角差或相差。相角差等于零的两个正弦量，称为同相；相角差为180。的两个正弦量称为反相；相角差为90o。的两个正弦量称为正交,矢量：有数值的大小有方向的量，也称向量正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压

23、、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知到系统出了毛病（特别是单相接地时的零序分量）。,从已知条件画出系统三相电流（用电流为例，电压亦是一样）的向量图（为看很清楚，不要画成太极端）。1）求零序分量：把

24、三个向量相加求和。即A相不动，B相的原点平移到A相的顶端（箭头处），注意B相只是平移，不能转动。同方法把C相的平移到B相的顶端。此时作A相原点到C相顶端的向量（此时是箭头对箭头），这个向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一，这就是零序分量的幅值，方向与此向量是一样的。2）求正序分量：对原来三相向量图先作下面的处理：A相的不动，B相逆时针转120度，C相顺时针转120度，因此得到新的向量图。按上述方法把此向量图三相相加及取三分一，这就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C两相。这就得出了正序分量。3）求负序分量：注意原向量图的处理方法与求正序时不一样。A相的不

25、动，B相顺时针转120度，C相逆时针转120度，因此得到新的向量图。下面的方法就与正序时一样了。通过上述方法大家可以分析出各种系统故障的大概情况，如为何出现单相接地时零序保护会动作，而两相短路时基本没有零序电流。在这里再说说各分量与谐波的关系。由于谐波与基波的频率有特殊的关系，故在与基波合成时会分别表现出正序、负序和零序特性。但我们不能把谐波与这些分量等同起来。由上所述，之所以要把基波分解成三个分量，是为了方便对系统的分析和状态的判别，如出现零序很多情况就是发生单相接地，这些分析都是基于基波的，而正是谐波叠加在基波上而对测量产生了误差，因此谐波是个外来的干扰量，其数值并不是我们分析时想要的，就

26、如三次谐波对零序分量的干扰。,电压互感器：电压互感器实际上是一个带铁心的变压器。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器，一般为AC 100V。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁

27、平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。简单的说就是“检测元件”。电压互感器的运行情况相当于二次侧开路的变压器，其负载为阻抗较大的测量仪表。副边电流产生的压降和励磁电流的存在是电压互感器误差之源。电压互感器副边不能接过多的负载；且要求铁心不饱和(0.6-0.8T)。,电流互感器：在测量交变电流的大电流时,为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流（我国规定电流互感器的二次额定为5A或1A等），另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用，电流互感器就是特殊变压器.它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流值的

28、传感器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。1次侧只有1到几匝，导线截面积大，串入被测电路。2次侧匝数多,导线细,与阻抗较小的仪表(电流表/功率表的电流线圈)构成闭路。电流互感器的运行情况相当于2次侧短路的变压器，一般选择很低的磁密(0.08-0.1T),并忽略励磁电流，则I1/I2=N2/N1=k。电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比励磁电流是误差的主要根源。0.2/0.5/1/3,1表示变比误差不超过1%。注意事项：副边绕组必须可靠接地，以防止由于绝缘损坏后，原边高电压传入危及人身安全。副边绝对不容许开

29、路。开路时互感器成了空载状态，磁通高出额定时许多(1.4-1.8T),除了产生大量铁耗损坏互感器外，还在副边绕组感应出危险的高压，危及人身安全。,传感器是测量电流和电压检测分别ROGOWSKI线圈和阻性或容性分压器。一般说来，它们与常规的感应互感器同时代的。直到现在，由于通用的电子继电器的引入，才有可能利用传感器的优点。原理：电流的测量是基于ROGOWSKI线圈原理。ROGOWSKI线较就是所谓的空线圈，与电流互感器的二次绕组一样，是一个围绕一次导体没有铁芯的环形线圈。但是，从ROGOWSKI线圈给出的信号不同于CT的输出：1、一个具有铁芯的并且几乎短路二次绕组的电流互感器的输出，是一个电流信号。这就是所谓的二次电流与一次电流成正比；2、一个具有其空芯并且开路的ROGOWSKI线圈的输出信号是一个电压信号。这就是所谓的电压与一次电流的导数成正比。由于在ROGOWSKI线圈中没有铁芯，所以不会出现饱和。因此，在整个电流范围直到最大电流，输出都是线性的。,结 束,