电力基础知识课件.ppt

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1、1,第一节 电力基础知识（了解内容）,（一）电力网的基本概念与电力系统基本参量描述一个电力系统的基本参量：有总装机容量、年发电量、最大负荷、额定频率和最高电压等级。（二）电力负荷：电力系统中所有用电设备消耗功率的总和。,2,第一节电力基础知识（理解内容）,（一）供电质量的具体指标 1.电网频率：电力系统正常偏差 2.电压偏差 规定：35KV及以上，正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%；20KV及以下，正负偏差的绝对值之和为额定电压的7%；220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%，-10%。,3,3.三相电压不平衡：电力系统公共连接点正常电压不平衡度为2%，短时不能超4%。4.公用电

2、网谐波 5.电压波动和闪变 6.可靠性：（四个主要指标）(1)供电可靠率；(2)用户平均停电时间；(3)用户平均停电次数；(4)用户平均故障停电次数。,第一节 电力基础知识（理解内容）,4,第二节 电力基础知识（理解内容）,（二）电能质量的基本参量（六个指标）1.电压偏差：2.电压波动：3.电压闪变：4.电压正弦波畸变率：5.负序电压系数 6.频率偏差：,5,第二节 电力基础知识（掌握内容）,（一）提高功率因数的意义（四个方面）1.在一定的有功功率下，可以减小供电线路和变压器的容量，减少供电投资。2.可以提高供电设备利用率。3.当输出的有功功率相同时，可以减小线路电流，减小线路损耗。4.变压器

3、容量一定时，可以增大输出的有功功率，减小输出的无功功率。高压供电系统功率因数应达到0.90以上，其它用户功率因数应在0.85以上。,6,第二节 电力基础知识（掌握内容）,（二）无功功率补偿原理 把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率进行补偿。,7,第二节 电力基础知识（掌握内容）,（三）无功功率补偿的方法 1.利用过激磁的同步电动机；2.利用调相机做无功功率电源；3.异步电动机同步化运行；4.电力电容器作为补偿装置。（四）电力电容器的补偿方法 1.串联补偿是把电容器直接串联到高压输电线路上，应用于高压远距离输电线路上，用电单位

4、很少采用。,8,第二节 电力基础知识（掌握内容）,2.并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，用电企业一般采用这种补偿方法。（五）并联电容器补偿无功功率 1.并联电容器的作用（1）补偿无功功率，提高功率因数；（2）提高设备出力；（3）降低功率损耗和电能损失；（4）改善电压质量。（不能改善电网频率）,9,第二节 电力基础知识（掌握内容）,2补偿容量 功率因数由cos提高到cos需并联的电容器为：例:某单相负载 f=50Hz，U=220V，有功功率P=10kW，功率因数cos1=0.707。若将功率因数提高到cos2=0.866，求需要并联的电容C，并分别计算出补偿前后电路的总电流各是

5、多少？,10,第二节 电力基础知识（掌握内容）,解：cos1=0.707，1=45，tan1=1；cos2=0.866，2=30，tan2=0.577 需并联电容：（=2f=100=314）,由P=I U COS 得 I=P/U COS,11,第二节 电力基础知识（掌握内容）,并联电容前并联电容后：,12,第二节 电力基础知识（掌握内容）,（六）并联电容器的补偿方式 1并联电容器与电力网的联接 在三相供电系统中：单相电容器的额定电压与电力网的额定电压相同时，应采用三角形接法；三相电容器只要其额定电压等于或高于电网的额定电压可直接接入。2并联电容器的补偿形式 个别补偿、分散补偿和集中补偿三种形式

6、。,13,第二节 电力基础知识（掌握内容）,(1)个别补偿 个别补偿是指对单台用电设备所需无功功率就近补偿的办法。(2)分散补偿 分散补偿是指将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路的出线上。(3)集中补偿 集中补偿是指把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上。,14,第二节 电力基础知识（掌握内容）,举例：通过提高负载的功率因数，如给电动机、电感炉加装就地补偿电容器可以()1、减少线路电流；2、降低线路损耗；3、减少变压器的容量；4、减少线路输送的无功功率。(Q=IUsin),15,第二节 电机与拖动（知识结构）,1.变压器 2.直流电动机 3.交流异步电动机 4.同步电动机与控

7、制电机,16,第二节 电机与拖动（了解内容）,（一）特殊变压器 1.自耦变压器,17,第二节 电机与拖动（了解内容）,2.电流互感器,18,第二节 电机与拖动（了解内容）,3.电压互感器,19,（二）同步电动机 1.特点：电源频率一定时，转速是恒定的；转子的转速与负载大小无关；2.运行状态：改变电动机的励磁电流，使同步电动机运行于电感性、电阻性或电容性三种状态。3.机械特性：,第二节 电机与拖动（了解内容）,20,（三）控制电机 控制电机的种类很多，常用的有伺服电动机、测速发电机、步进电机。,第二节 电机与拖动（了解内容）,21,第二节 电机与拖动（理解内容）,（一）变压器的损耗与效率 变压器

8、的功率损耗包括铁芯中的铁损耗PFe和绕组上的铜损耗PCu两部分。铁耗与原边绕组所施加的电压有关，通常称为不变损耗；铜耗为原边、副边绕组电阻上所消耗的功率，故称之为可变损耗。效率：,22,第二节 电机与拖动（理解内容）,（二）电动机的工作原理 1直流电动机的工作原理 结构：定子（磁极）和转子（电枢）构成。原理：左手定则原理。,23,第二节 电机与拖动（理解内容）,（1）电枢感应电动势公式 E=KE n。（2）电枢回路电压平衡式、等效电路图,24,第二节 电机与拖动（理解内容）,（3）电磁转矩 T=KT Ia KT 常数；磁通量；Ia 电枢电流。2异步电动机的工作原理（1）旋转磁场：（2）旋转磁场

9、的旋转方向：与相序有关。（3）旋转磁场的极对数p：与三相绕组的结构有关，也就是所说的电动机的极对数。,25,第二节 电机与拖动（理解内容）,（4）旋转磁场的转速：又叫做同步转速。（5）三相异步电动机的转动原理 定子绕组通入三相对称交流电时产生旋转磁场；磁通切割转子导条，导条中就感应出电动势。在电动势作用下，闭合的导条中就有电流。,26,第二节 电机与拖动（理解内容）,电流与旋转磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力F，产生电磁转矩，转子就转动起来。（6）转差率：同步转速和电动机转速之差与同步转速之比称为转差率，通常额定转差率约为1%9%。,27,第二节 电机与拖动（掌握内容）,（一）变压器的额定

10、值 1额定电压U1N、U2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值。三相时U1N、U2N是一次、二次侧的线电压。2额定电流I1N、I2N 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。三相时额定电流是一次、二次侧的线电流。,28,第二节 电机与拖动（掌握内容）,3.额定容量SN（KVA）传送功率的最大能力。单相变压器：三相变压器：,29,第二节 电机与拖动（掌握内容）,（二）变压器的工作原理变压器原理图,变压器由闭合铁心和高低压绕组等几个主要部分组成。,30,第二节 电机与拖动（掌握内容）,1电磁关系,31,第二节 电机与拖动（掌握内容）,2.变压器的功能（1）电压变换

11、一次、二次侧电压变关系为（2）电流变换 一、二次绕组的电流关系为（3）阻抗变换 阻抗变换关系为（变压器能够进行电压、电流、阻抗变换，但不可以进行频率变换）,32,第二节 电机与拖动（掌握内容）,（三）直流电动机的机械特性及调速 1.直流电动机的机械特性 电动机的转速n与转矩T之间关系的n=f（T）曲线，称为机械特性曲线。2直流电动机调速 由直流电动机转速公式 直流电机的调速方法有三种：,33,第二节 电机与拖动（掌握内容）,（1）改变磁通调速 保持电枢电压U不变，改变励磁电流If(调)以改变磁通。机械特性曲线如右图。通常只是减小磁通，将转速往上调。,34,第二节 电机与拖动（掌握内容）,（2）

12、改变电压调速（和Ra一定）由转速公式可知，调电压U时，n0变化，但斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。由于磁通不变，如在一定的额定电流下调速，则电动机的输出转矩也是一定的（恒转矩调速）。,35,第二节 电机与拖动（掌握内容）,（3）电枢回路串电阻调速 串入电阻时电机的机械特性曲线如图所示。电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，因此n只能下调。,36,（四）三相异步电动机的电路分析 三相异步电动机的每相电路图如下图所示。,第二节 电机与拖动（掌握内容）,37,第二节 电机与拖动（掌握内容）,1定子电路（1）旋转磁场的磁通（2）定子感应电势的频率 2转子电路（1）转子感应

13、电势频率（2）转子感应电动势 E2=4.44 f 2N2=4.44s f 1N2（3）转子电流,38,第二节 电机与拖动（掌握内容）,（4）转子电路的功率因数,（五）三相异步电动机转矩与机械特性 1.转矩公式,39,第二节 电机与拖动（掌握内容）,2.机械特性曲线 机械特性曲线是指转矩与转差率的关系曲线T=f(s)，或转速与转矩的关系曲线,T=f(s)曲线,nf(T)曲线,40,第二节 电机与拖动（掌握内容）,直流电机（1）额定转矩 PN(KW),nN(r/min),TN(N.m)牛米（2）最大转矩（3）起动转矩 此时s1。,41,第二节 电机与拖动（掌握内容）,（六）三相异步电动机的起动与调

14、速 1.三相异步电动机的起动（1）起动性能 起动时：n=0，s=1。特点：一般中小型笼型电机起动电流为额定电流的57倍；电动机的起动转矩为额定转矩的1.02.2倍。后果：频繁起动时造成热量积累，使电机过热。,42,第二节 电机与拖动（掌握内容）,2起动方法 笼型电动机有直接起动(30KW以下)、降压起动,绕线电动机转子串电阻起动。（1）异步电动机的降压起动方法 Y换接起动：起动时把定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的，起动电流和起动转矩减小为直接起动时的1/3。适合于空载或轻载起动，额定接法为接法的电动机。,43,星三角降压起动接线示意图,第二节 电机与拖动（掌握内容）,Y型起动,运行,44

15、,第二节 电机与拖动（掌握内容）,自耦变压器降压起动：概念：原理：直接起动时的起动电流Ist与自耦降压起动时的线路电流 之比，直接起动转矩与自耦降压起动转矩之比为。K为自耦变压器的变比。自耦降压起动适合于容量较大且正常运行时联成Y形，不能采用Y起动的笼型异步电动机。,45,第二节 电机与拖动（掌握内容）,自耦变压器降压起动控制电路,46,（2）转子串电阻起动方法 绕线型电机，在转子电路中接入适当的起动电阻，既可以减小起动电流，又可以增大起动转矩。,第二节 电机与拖动（掌握内容）,47,第二节 电机与拖动（掌握内容）,3.三相异步电动机的调速 根据转速公式，改变电动机的转速有三种方法。（1）变频

16、调速 改变电动机电源频率来改变电动机的转速，称为变频调速。变频调速要使用变频器，它主要由整流器和逆变器两大部分组成。,48,第二节 电机与拖动（掌握内容）,变频调速要使用变频调速装置（变频器），它主要由整流器和逆变器两大部分组成。整流器先将频率f为50Hz的三相交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率f1可调、电压U1也可调的三相交流电，供给三相笼型电动机。,49,（2）变极调速 根据转速公式 改变电动机定子磁场的磁极对数，可改变电动机的转速。由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合。,第二节 电机与拖动（掌握内容）,50,第二节 电机与拖动（掌握内容）,（3）变转差率

17、调速 调压调速、转子回路串电阻调速都属于变转差率调速。在绕线型电动机的转子电路中接入一个调速电阻，改变电阻的大小，就可得到平滑调速。增大调速电阻时，转差率上升，转速下降。这种调速方法的优点是设备简单、投资少，但能量损耗较大，广泛应用于起重设备中。,51,第三节 电气线路（知识结构）,1.电气线路的作用和分类 2.架空线路 3.电力电缆 4.室内线路 5.照明及照明器具,52,第三节 电气线路（了解内容）,（一）电气线路的作用与分类 其作用是输送和分配电能。可分为输电线路和配电线路。（二）架空线路 1.架空电气线路构成 杆塔、绝缘子、导线、横担、金具、接地装置及基础等构成。2.架空线路常用电气设

18、备 跌落式熔断器、刀闸、避雷器等。,53,第三节 电气线路（了解内容）,关于避雷器要求（1）在正常工作电压的情况下，等于开路。（2）在出现异常的情况下，等于短路。3架空线路常见故障（1）设备机械故障（2）设备电气性故障 电气性常见故障有单相接地、两相短路、三相短路、缺相等。（三）电力电缆 1.电力电缆的优点：,54,第三节 电气线路（了解内容）,（1）供电可靠；（2）不占地面和空间；（3）有利于人身安全；（4）节约材料，市容整齐美观，交通方便；（5）运行维护简单，节省线路维护费用。2.电力电缆的种类及结构特点（1）种类 电力电缆根据电压、用途、绝缘材料、线芯数和结构特点有五种分类。,55,第三

19、节 电气线路（了解内容）,（2）结构特点 电力电缆的基本结构由线芯（导体）、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成。3.电力电缆的名称及使用范围（四）室内线路 1.定义：室内线路就是在房屋内对各种电器装置供电和控制的电气线路。2.敷设方式和要求,56,敷设方式分为瓷瓶、瓷珠、瓷夹板、木槽板、钢管、塑料板、铝片卡和塑料护套线等。（五）照明及照明器具 1.照明：电气照明利用各种电气光源照亮工作和生活场所或个别物体的措施。分为：一般照明、分区一般照明、局部照明和混合照明。,第三节 电气线路（了解内容）,57,第三节 电气线路（了解内容）,2.发光方法 分为电阻发光、电弧发光、气体发光和荧光粉发光四类。电阻

20、发光的光源如白炽灯、碘钨灯；电弧发光，如碳精灯；气体发光如钠灯；荧光粉发光的如荧光灯。3.照明术语 常用照明术语见教材第211页表5.4-2,58,第三节 电气线路（了解内容）,表5.4-2 常用照明术语,59,第五节 自动控制理论（知识结构）,1.经典控制理论 2.现代控制理论 3.控制理论的应用,60,第五节 自动控制理论（了解内容）,（一）自动控制的基本概念 1.自动控制 自动控制指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，使被控对象工作状态的物理量，也就是系统的被控量，自动按指定规律变化。2.负反馈控制 负反馈控制是将系统的输出信号引回输入端，与给定量相比较，利用所得的偏差信号产生控制作

21、用调节被控对象，达到减小偏差或消除偏差的目的。,61,第五节 自动控制理论（了解内容）,3.基本控制方式 控制系统的基本方式有开环控制、闭环控制与复合控制。开环控制指输出量对系统控制作用不产生影响。闭环控制指输出量对系统控制作用产生直接影响，复合控制系统就是既有正反馈控制又有反馈联系的系统。4.对控制系统的基本要求 基本要求就是要稳定、准（控制精度高、稳态误差小），快（过渡过程调节时间要短）。,62,第五节 自动控制理论（了解内容）,（二）控制理论在工业生产中的应用 自动控制是现代工业生产中一种极其重要的技术手段，为达到质量和效益双提高、成本和污染双降低的目的，技术装备、机器设备和生产过程就必

22、须按照预定的要求运行。要达到预定的目的，就必须应用控制理论。,63,（一）现代控制理论的研究对象 现代控制理论主要研究线性系统状态的运动规律和改变这种运动规律的可能性与方法，建立和揭示系统结构、参数、行为及性能兼得关系。（二）控制系统的状态空间描述 控制系统的状态空间描述包括：动力学系统；状态与状态向量；状态空间；状态方程；输出方程；状态空间描述；状态空间方程的建立等七项。,第五节 自动控制理论（理解内容）,64,第五节 自动控制理论（理解内容）,（三）状态空间方程的线性变化 对于一个给定的定常系统，由于状态变量选取的不同，状态空间方程也就不同，但它们描述了同一个线性系统，因此在各状态空间方程

23、所选取的状态变量之间，实际上存在着一种向量的线性变换关系。（四）控制系统的能控性与能观性 对于用状态空间方程描述的控制系统，能控性指的是外界输入u对系统状态变量x的支配能,65,第五节 自动控制理论（理解内容）,力，它回答了u能否使x作任意转移的问题。能观测性指的是由系统的输出y识别状态变量x的能力，它回答了状态变量能否由输出反映出来。,66,第五节 自动控制理论（掌握内容）,（一）控制系统的数学模型 1.微分方程 控制系统的微分方程是在时间域内描述系统性能的数学模型。线性定常系统微分方程一般形式 式子左端是输出变量c(t)及其各阶导数对应的项，右端是输入变量r(t)及其各阶导数对应的项。,6

24、7,求图5.5-1所示的RLC串联系统的数学模型。,图5.5-1 例题1图,第五节 自动控制理论（掌握内容）,解：由KVL可知：,由电容两端的VCR可知：,代入KVL方程可得：,该二阶微分方程就是RLC串联系统的数学模型。,68,第五节 自动控制理论（掌握内容）,2.传递函数 线性定常系统的传递函数是指零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，通常用 表示。零初始条件：当 时系统输入输出以及它们的各阶导数均为零。（二）建立系统数学模型 系统数学模型的建立是利用控制理论中一种重要的分析工具信号流图来求系统传递函数。,69,第五节 自动控制理论（掌握内容）,绘制信号流图的原则：将结

25、构图中的综合点、引出点以节点替代，如果综合点在前，引出点在后，且它们之间没有方框，可以用一个节点来表示；方框中的环节传递函数对应为信号流图中的支路增益，写在各对应的支路上；各支路的方向与结构图中信号线的方向一致；在根据以上规则绘制好的信号流图中，在首端加一个输入节点，在末端加一个输出节点。,70,第五节 自动控制理论（掌握内容）,（三）线性系统的时域分析 1.稳定性 若系统受扰动偏离了平衡状态，当扰动消除后系统能够恢复到原来的平衡状态，则称系统稳定，反之称系统不稳定。2.系统稳定的充要条件 设一个系统的闭环传递函数为：,71,第五节 自动控制理论（掌握内容）,则系统的特征方程为：,系统稳定的充

26、要条件就是系统闭环特征方程的根（闭环传递函数的极点）都具有负的实部，或所有闭环特征根均位于左半s平面。3劳斯判据 应用劳斯判据时，必须借助系统的闭环特征方程式的系数编制一个表格，称为劳斯行,72,第五节 自动控制理论（掌握内容）,列表。应用劳斯判据时，必须借助系统的闭环特征方程式的系数编制一个表格，称为劳斯行列表。,设系统特征方程式为：,式中：a0、a1、a2，、an均为实数，且大于零。编制出劳斯行列表为：,73,第五节 自动控制理论（掌握内容）,74,表中各元素按公式下式计算：,第五节 自动控制理论（掌握内容）,直到其余的b均为零止。,一直计算到第n行。,75,如果劳斯行列表中第一列元素严格

27、为正，则系统稳定；如果表中第一列元素出现小于零的数，则系统不稳定；第一列元素符号改变的次数，就是特征方程正实部根的个数。,第五节 自动控制理论（掌握内容）,76,77,78,79,80,4.与稳定性相关的问题系统的稳定性只与系统自身结构参数有关，而与初始条件、外作用的幅值无关。（四）线性系统的频域分析频率特性是指线性系统或环节，在正弦信号作用下，其稳态输出与输入的幅值比、相角差对频率的关系。输出信号与输入信号的振幅之比称为幅频特性，输出信号与输入信号的相位之差称为相频特性。,第五节 自动控制理论（掌握内容）,81,在应用劳斯判据时需要注几种特殊情况：（1）在计算中，如发现某一行中第一列元素为零，而其它元素不全是零，可以用一个很小的正数代替这个为零的元素，并继续完成劳斯行列表。（2）出现全零行时，系统可能出现一对共轭复根；或一对符号相反的实根；或两对实部符号相异、虚部相同的复根。,第五节 自动控制理论（掌握内容）,82,谢谢大家！,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,