电工电子技术基础第六章

第一节电力供电与节约用电第二节用电保护第三节照明灯具第四节变压器第五节交流电动机※第六节单相异步电动机※第七节直流电动机第八节常用低压电器本章小结第六章用电技术及常用电器第一节电力供电与节约用电一、电能的特点自然界的能源可分为一次能源和二次能源两类。电能的特点：（1）便于转换。（2）便于输送。（3）便于控制和测量。（4）生产、输送和使用比较经济、高效、清洁、污染少。一次能源是指自然界中现成存在的可直接利用的能源；二次能源是指由一次能源加工转换而成的能源。第六章用电技术及常用电器电能与其他能量的相互转换关系。二、电力的生产第一节电力供电与节约用电目前电力的生产主要是以下三种方式：（1）火力发电（2）水力发电通过燃料燃烧加热水，产生高温高压的蒸汽，再用蒸汽来推动汽轮机旋转并带动三相交流同步发电机发电。利用水的落差和流量去推动水轮机旋转并带动发电机发电。第一节电力供电与节约用电（3）原子能发电还有风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐发电等。原子能发电是利用原子核裂变时释放出来的巨大能量来加热水，产生高温高压的蒸汽推动汽轮机从而带动发电机发电。第一节电力供电与节约用电为了供电的安全连续可靠和经济，将各类发电厂的发电机、变电所、输电线、配电设备和用电设备联系起来组成一个整体，这个整体就称为电力系统，如图所示。三、电力的输送和分配1.电力系统第一节电力供电与节约用电由于发电厂往往建立在离用电中心很远的地方，因此，必须进行远距离输电。从输电角度来讲，电压越高，则输送的距离越远，传输的容量就越大，电能的消耗也越小。但从用电角度来讲，为了人身安全和降低用电设备的制造成本，则电压低些为好。为此，大中型发电厂发出的电都要经过升压，然后由输电线送到用电区，再进行降压并分配给用户。即采用高压输电，低压配电的方式。第一节电力供电与节约用电对于低压供电的用户，则不用变压，只需设置仅有变电和配电设备的配电所就行了，系统如图。第一节电力供电与节约用电（1）小型工业与民用建筑设施的供电小型工业与民用建筑设施的供电，一般只需设立一个简单的降压变电所，供电系统如图所示。2.工业与民用供电系统第一节电力供电与节约用电（2）中型工业与民用建筑设施的供电中型工业与民用建筑设施的供电，一般电源进线为610kV，经高压配电所，再由610kV配电线路将电能送到各建筑物的变电所，降为380V/220V低压，供给用电设备，如图。第一节电力供电与节约用电（3）大型工业与民用建筑设施的供电大型工业与民用建筑设施的供电，电源进线一般为35kV或以上，第一次降压为610kV，然后用配电线路送到各用电点的变电所，再降为380V/220V电压，也有35kV直接降为低压的，如图所示。第一节电力供电与节约用电供电质量包括供电的可靠性、电压质量、频率质量及电压波形质量等方面。（1）供电的可靠性供电的可靠性用事故停电到恢复供电所需时间的长短来反映。电力负荷通常分为三类：1）一类负荷是指当停电时将产生大量废品，减产或造成公共场所秩序严重混乱的部门，一般采用两个独立的电源系统供电。3.供电质量第一节电力供电与节约用电2）二类负荷是指停电时可能引起人身伤亡、造成重大政治影响、设置损坏、产生事故或混乱的场所，一般由两路电源线进行供电。3）三类负荷是指不属于上述第一、二类负荷的用户，其供电方式一般为单路。第一节电力供电与节约用电（2）电压质量国家规定：35kV及以上供电电压允许偏差为±10%，10kV及以下的供电电压允许偏差为±7%，220V单相供电允许偏差为+5%-10%。我国交流电力设备的额定频率为50Hz，频率偏差一般不超过±0.5Hz。若电力系统容量达3000MW以上时，频率偏差不得超过±0.2Hz。（3）频率质量第一节电力供电与节约用电（4）电压波形质量由于大型晶闸管整流装置及一些新零件的使用，导致供电系统中电流、电压波形发生变化，使其他用电设备损耗增大、寿命缩短，过大的畸变还会影响一些电气设备正常工作。第一节电力供电与节约用电我国的电力生产飞速发展，电力供求的矛盾有所缓解。但是随着国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，电力供求矛盾仍然是一个长期存在的问题，仍然需要采取开发与节约并重的方针。节约用电的主要途径包括技术改造和科学管理两个方面，具体有：四、节约用电第一节电力供电与节约用电1．合理使用电气设备。（1）合理使用电动机和变压器。（2）更新淘汰低效率的旧型号供用电设备。2．提高用电功率因数。3．革新挖潜，改造生产工艺和设备。4．降低供电线路的损耗。5．节约空调和照明用电。6．推广节电新技术。第一节电力供电与节约用电要防止触电，采取的措施大致有：1.加强安全用电教育，严格遵守安全操作规程。2.要设置绝缘栏、绝缘防护罩、箱匣、避雷等隔离措施，防止人与带电体接触。第二节用电保护3.可能发生事故的情况下，要做好自动断电的防护措施。①保护接地，就是把在故障情况下可能出现危险的对地电压的金属部分同大地紧密地连接在一起。②保护接零，就是把电气设备在正常情况下不带电的金属部分与电网的零线紧密地连接起来。第二节用电保护单相用电器保护接零的接法在同一供电线上不允许部分用电设备接零，部分用电设备接地③工作接地属于正常接地的一种技术措施，工作接地有两种情况：一是利用大地作为导线的接地，在正常情况下有电流通过；另一种是消除设备的导电部分对地电压的升高，维持系统安全运行的接地，在正常情况下没有电流或只有很小的不平衡电流通过。④重复接地，指的是将零线上一处或多处通过接地装置与大地再连接的措施。4.应制定行之有效的各种安全管理制度和安全用电规则。第二节用电保护电光转换电器最主要最普遍的是各种电光源。目前常用电光源可分为热辐射光源和气体放电光源两大类。热辐射光源结构简单，所需附件较少，价格便宜，缺点是电源被动对其寿命和发光效率影响很大。热幅射光源主要有白炽灯和卤钨灯（包括碘钨灯和溴钨灯）。第三节照明灯具一、热辐射光源1．白炽灯白炽灯的灯丝是由钨丝制成的，绕成单旋或双螺旋状，通过电流灯丝被加热达3600℃左右的白炽灯状态而发光。白炽灯常用的有插口和螺口两种，如图所示。使用时应注意将相线接到螺口灯泡顶部的电极上，并选用与电源电压相符的白炽灯。第三节照明灯具2．卤钨灯卤钨灯的发光原理与白炽灯相同。第三节照明灯具气体放电光源是利用气体放电辐射发光的原理，相对于热辐射而言，气体放电发光效率较高，寿命长，受电源电压波动的影响较小；但缺点是控制电路较复杂，件多，价格相对较高。二、气体放电光源第三节照明灯具低压汞放电灯具，其灯管两端有一个密封的电极，灯管内充有低压汞蒸气及少量帮助启燃的氩气，灯管内壁涂有一层荧光粉。灯管通电灯丝加热到一定温度时发射电子，电子在电场的作用下逐渐达到高速碰撞汞原子，使其电离产生紫外线，紫外线激励管壁上的荧光粉使之发出可见光，也称日光灯。1．荧光灯第三节照明灯具优点：发光效率高且寿命长。缺点：功率因数较低，还存在频闪效应（即灯光随电流的周期性变化而频繁闪烁），容易使人产生错觉。第三节照明灯具2．高压汞灯高压汞灯在工作时第一主电极与辅助电极间先行放电，使内层石英放电管内汞气化，而后第一、第二主电极之间弧光放电，辐射大量紫外线，致使外层玻璃泡内壁上的荧光粉受激发发出可见光。高压汞灯也称为高压水银灯，其原理与荧光灯相同，结构如图所示。优点：发光效率高，功率较大，适用于大面积的室外照明。缺点：起动时间较长。第三节照明灯具3．高压钠灯和其他气体放电光源高压钠灯的结构与高压汞灯基本相同，如图所示。高压钠灯利用高气压的钠蒸气放电发光，其发光效率比高压汞灯还高一倍，但起动的时间也较长。第三节照明灯具三、新型电光源1．三基色节能日光灯三基色节能日光灯是一种高效、节能、舒适、亮丽、长寿的新型电光源。三基色节能日光灯的发光效率可比普通日光灯提高30%左右，是白炽灯的5～7倍，也就是说一只7W的三基色节能日光灯发出的光与40W白炽灯相同。而且光色柔和、显色性好、体积小、造型别致，其外形有直管形、单U形、双U形、2D形、H形等。H形三基色节能日光灯由两根平等排列且顶部相通的玻璃灯管和灯头组成，如右图所示。三基色节能日光灯应采用专用的灯座，拆装时应捏住灯头的铝壳部分平稳地转动或拔出，不要捏住玻璃灯管摇动或推拉，以免灯管与灯头松脱。第三节照明灯具三基色节能日光灯2.LED灯LED灯采用半导体发光二极管器件作为电光源，如右图所示。LED灯显示效果好，可以频繁快速开关，使用直流低电压驱动。特别适用于：应急灯、显示屏，楼梯灯，指示灯、装饰灯等场合最佳。传统白炽灯泡采用热发光技术，浪费了90％的能源，而发光二极管的效能转换效率却非常高。白光LED照明的耗电量仅为相同亮度白炽灯的10％～20％。普通灯泡寿命只有1000小时；而白光LED灯寿命却可以达到10万小时。采用LED照明的电光源突出的优点就是环保，只用3V的直流电压保证其没有电磁干扰，同时寿命长又保证少产生废物，不像日光灯点亮后会产生汞蒸汽等污染物。LED照明光源体积小、重量轻、方向性好，并可耐各种恶劣条件，比如可以泡放在水中等。这些优点使它足以对传统光源市场造成巨大冲击。因此LED与太阳能发电的结合被人们称为21世纪最理想的照明方案。第三节照明灯具一、变压器的用途第四节变压器的用途和原理二、变压器的基本结构三、变压器的基本原理四、变压器的空载运行和变压比五、变压器的负载运行和变流比六、变压器的外特性七、变压器的效率变压器按照用途主要分为以下几类：一、变压器的用途1．电力变压器变压器最主要的用途是作为输、配电用的电力变压器。第四节变压器的用途和原理发电厂发出的电能被输送到用户要通过很长的输电线，在输送功率和负载功率因数一定时，输电线路上的电压U越高，则电流I就越小，从而可减小输电线的截面积，节约线材，而且减小输电线路的功率损耗。促使输电线路的电压由高压向超高压和特高压不断升级。第四节变压器的用途和原理2．特种变压器是指在特殊场合使用和特别用途的变压器，例如电焊机变压器、电炉变压器、控制变压器、整流变压器、自耦变压器等。第四节变压器的用途和原理3．仪用变压器用于仪表测量技术中，如电流互感器、电压互感器等。4．其他变压器如高压变压器、脉冲变压器等。第四节变压器的用途和原理变压器是由铁心和绕组两部分组成。1．铁心铁心构成电磁感应所需要的磁路。为了减少涡流损耗，铁心通常用磁导率高而又互相绝缘的硅钢片相叠合而成。二、变压器的基本结构第四节变压器的用途和原理2．绕组变压器的绕组用绝缘良好的漆包线、纱包线或丝包线绕成。变压器工作时与电源连接的绕组称为一次绕组（或原边绕组），与负载相互连接的绕组称为二次绕组（或副边绕组）。一次和二次绕组的匝数一般分别记为N1和N2。第四节变压器的用途和原理变压器一次和二次电压的有效值分别记为U1和U2，电流有效值分别记为I1和I2。第四节变压器的用途和原理1．电磁感应图示电路，接上正弦波电压，则线圈中将产生正弦波电流，同时在铁心中有正弦交变磁通穿过绕组，所以二次绕组中产生感应电动势、感应电流，灯泡发出暗光。说明：交流电流产生交变磁场，交变磁场感应出交变电压。三、变压器的基本原理第四节变压器的用途和原理2．理想变压器如果认为变压器采用的铁心是强磁性体，并且无损耗，那么变压器可以看成是理想变压器。强磁性体：就是流经一次绕组所产生的磁通全部跟二次绕组链合。对于理想变压器，以下关系成立(电压与绕组匝数成正比)（电流与绕组匝数成反比）2121nnUU1221nnII第四节变压器的用途和原理绕组中每匝感应的电压相等，因为每匝都与同一交变磁场耦合。变压器二次绕组的匝数越多，则二次电压就越大。同理，变压器一次侧每匝电压是相同的。如果变压器的一次、二次与同一磁场相耦合，则一次、二次每匝上的电压将相等。即二次对一次的电压比与二次对一次的匝数比相等。即1212::nnUU四、变压器的空载运行和变压比第四节变压器的用途和原理理想变压器在带负载的情况下运行，其内部不消耗功率，输入变压器的功率全部消耗在负载上，即：五、变压器的负载运行和变流比2211IUIU变压器一次、二次