电气基础与电气识图

基本知识与电气识图第一部分基础知识1.1电气理论基础知识1电路的有载、空载、短路三种状态及其特征(1)有载状态1)处于正常工作状态。2)这时电源供电的电压符合额定值，其偏移的百分比值符合当地供电部门的规定，电源及其开关设备流经的电流都在额定范围内。4)联结电源及其开关设备与用电设备间的供电用和控制用的线路工作正常，流经线路的电流承受的电压都在其额定允许范围内。5)电路中既有电压，又有电流，发生电能与状态。3)即使由于负载瞬时或短时出现过负荷，过负荷数值和时间也都在预期的允许范围内，预期的允许范围由施工设计在电源及其开关设备选定规格型号时给予考虑；用电设备侧的电压，流经的电流和用电设备输出的能力，也都在预期的额定范围内，额定范围由用电设备的铭牌或使用说明书明示。2)空载状态(1)空载状态为备用状态。(2)备用状态可分为热备用、冷备用状态。无论对电路构成的哪一部分来描述，其供电侧有电压，但无电流流通为热备用；若供电侧既无电压，又无电流流通则为冷备用。(3)电路中存在电压，但无电流流通，不发生电能与其他能的转换。3)短路状态(1)电路短路是处于故障状态。短路点：故障发生的位置可能是构成电路的任何部位，但通常指不经负载流通电流的短路处。短路电流：自短路点至电源及设备开关、供电用线路流经的电流，通常要超过正常有载状态的电流若干倍。(2)电路中各项电量参数，非电量参数出现异常，电源电压大幅下降。电流剧增，短路电流流经的开关设备、线路温度骤升，电动应力增大，局部噪声增强。(3)供电电源电压下降，电路中电流剧增，发生非预期的能量转换。越级跳闸：如开关设备等的继电保护装置功能正常，便会迅速切断短路状态电路的电源供给，避免故障状态扩大造成更大的损失。若功能不正常，故障扩大引起电路上一级开关设备的继电保护装置动作，切断短路电路电源供给的现象2．电流、电压、功率及主要非电物理量测量的基本原理和方法1)直流电流的测量按被测量直流电流数值的大小，可分成大、中、小三段。很少遇到小段的测量，以中段10-6~102A为主，个别情况会遇到处于大段102~105A的测量。(1)中段直流电流的测量，接线如图1—1所示。注意：①将直流电流表(A)串人负载电路中，注意表的极性，使直流电流I自表的正极流人，负极流出，接反后会无法测量或损坏仪表，②同时为保证测量精度应选用直流电流内阻RA的仪表，RA/R应小于允许误差的1/5。允许误差的确定，往往是选用仪表精度等级的依据，通常由设计做出规定。2)大段直流电流的测量，接线如图1—2所示。做法：在负载电路内串一个电阻值较小，基本不会影响负载电流I变异的分流器F，分流器F的电阻值RF是个常数，目的是保持测量的准确性。只要用直流毫伏表、电位差计或直流数字电压表(mV)，测量出分流器F两端的直流电压值，通过计算，便可获得所测直流电流的数值。当然也可在专用的毫伏计、电位差计、直流数字电压表的显示部分制成相对应的直流电流读数。这些仪表接线同样要注意极性。大段直流电流测量除用分流器法外，还有直流互感器法，直流比较仪法等。FFRUI(2)直流电压的测量同样直流电压值也分大、中、小段，机电安装工程也以测量中段10-4一102V为主，大段102—106V较少。1)中段直流电压的测量，接线如图1—3所示。做法：将直流电压表的两根连线并联在负载，或电源的两端，便可读得负载上或电源的直流电压值。注意：①极性不能错。②直流电压表的的内阻RV要远大于负载电阻R，R/RV要小于允许误差的1/5。2)大段直流电压的测量，如图1-4所示做法：采用附加电阻法。用一大电阻R与一直流毫安表串联起来，且电阻R的阻值远大于毫安表的内阻RA，同时电阻R在使用温度范围内，阻值是稳定的，则所测电压值：U=IR。毫安表的显示部分可指出相对应电压值的读数。大段直流电压测量除用附加电阻法，还有电阻分压器法、直流电压互感器法等。(3)直流功率的测量，接线如图1-5所示。图中，W为功率表的电压、电流线圈的始端，r2为电压线圈的附加电阻，功率表读数直接指出电路负载功率值。由于直流功率P＝UI，所以功率表要输入电压U和电流I两个信号。这个方法适用于0．025~10A，1~1000V之间。dtITIT21mmIII707.02(4)正弦交流电的有效值瞬时值：正弦交流电的电流和电压是随时间发生变化的，某一时间的数值有效值：在相同的电阻上，正弦交流在一个周期内损失的电能与一直流量损失的电能相同则这个直流量的数值称正弦交流的有效值。所以正弦交流电流的有效值为：幅值：交流电流的最大值，有效值与幅值的关系：若幅值为Im，则有效值为：因此，交流电流的有效值又称为交流电流的均方根值，在工程实际应用中和各类电工产品铭牌标示上以及仪表测量显示都以有效值表示，对交流电流、电压、功率的测量值是对有效值的测量。同理，交流电压的有效值为：U＝0．707Um(5)交流电流的测量同样交流电流值分为大、中、小段，机电安装工程也以测量中段10-3—103A为主，大段103一106A较少。中段交流电流的测量：接线如图1—6所示。RRA/注意：①电流表A读得交流电流的有效值，②交流电流表无极性要求。③小于永许误差的1/5，以保证测量精度。2)大段交流电流的测量：接线如图1—7所示。将适配的交流电流互感器串入负载电路内，互感器由于电磁作用，在二次侧线圈内便有二次电流流通，通过计算便可得负载电流I1(称一次电流)的数值。22121KIInnI采用交流电流互感器测量交流大电流的注意事项：①国家标准规定，无论互感器一次侧电流额定值大小为多少，互感器二次侧电流值为5A不变。②互感器二次侧接线不允许开路，且二次电路标有的接地端钮必须接地。③电流互感器主线路(一次侧)与测量线路(二次侧)间有电的隔离，这对高压电流测量十分有利。④不能以低压电流互感器替代高压电流互感器，一定要与负载电路的电压等级适配。⑤二次侧线路中电流表如与电流互感器配套的，显示额定数值不是5A，而是已乘X值后的一次侧电流数值。(6)交流电压的测量同样交流电压值分为大、中、小段，机电安装工程也以中段10-3—103V为主，大段103一106V也时常遇见。中段交流电压的测量：接线如图1—8所示。做法：①采用附加电阻法。接线如图1-8所示。将交流电压表的两根连线并联在负载电阻或电源两端，便可读得负载上或电源的交流电压值，交流电压表无极性要求，应小于允许误差1/5，以保证测量精度。适应于交流电压小于1500V。VRR/②交流电压互感器法。接线如图l—9所示当电压大于1500V时，交流电压互感器有一次、二次线圈，一次并联于被测电压U1，二次接电压表V，不论一次电压U1高低多少，二次电压额定值通常为100V。如一次线圈匝数为nl，二次线圈匝数为n2。则：22211KUUnnUK称为电压互感器的变比，当然接在二次回路的专用电压表V，可以显示出一次回路的读数。注意：二次回路不允许短路，回路要有接地，且依据电压互感器的规格型号，对二次回路仪表的阻抗有一定匹配要求。UISUIS3)2cos(cos)sin(2)sin(2tUIUIttUP（7）交流功率的测量瞬时功率：sinUIQ无功功率：储能元件之间能量交换的规模，单位为：Var视在功率：标记电气设备的额定状态的功率，也成为容量，单位为：VA。单相：三相：cosUIPcos有功功率：电路消耗的功率，单位为：W其中：为功率因数。有功功率、无功功率、视在功率三者构成功率三角形如图1-11所示。由于交流电路电压和电流波形同步的程度，即初相角的差与负载特性有关，如图1—10所示。交流功率测量：同样要有电流、电压两个信号输人功率表，接线如图l—12(a)直接接入法测量，图1—12(b)经互感器接入法。（8）主要非电物理量采用电量法测量系统由待测的非电量转换成相应的电量传感器、对电量进行测量的测量电路、非电量显示及处理电路三部分组成。测量的特点：灵敏度高、响应快、反作用小、可无接触测量及远距离测量；由于大多采用固体传感元件，故具有使用寿命长、体积小、质量小、可靠性高及价格便宜等优点；易用超声、红外、激光、微波、放射线等先进技术；易于连续测量、并易进行数据传输、记录和处理。3．变压器、三相交流异步电动机的基本结构及其工作原理电力变压器和三相异步电动机是机电安装工程中经常遇到的主要电气设备，且他们的电磁原理有着共同点。变压器的一次二次线圈是固定，而三相异步电动机是一次线圈固定，二次线圈旋转。（1）变压器的结构特征按结构形式有：铁心结构：心式和壳式。绕组结构：双绕组和三绕组。相数：单相和三相。绝缘介质：油浸式和干式。冷却方式：空气、油自然循环、强迫油循环、强迫油循环导向和水冷却等。油浸变压器的结构特征：1）器身结构有油箱和铁芯，油箱上有散热器等零部件；2）油浸变压器的铁芯和绕组都浸在绝缘油中；3）冷却方式有油浸自冷式和强迫循环水冷式等。树脂绝缘干式变压器的结构特征：1）铁芯与油浸式变压器基本相仿，绝缘有空气、SF6气体或浇注绝缘。2）绝缘件要经防潮处理，铁芯零件要防锈处理。适用范围：干式变压器的铁芯和绕组都不浸在任何绝缘液体中，它一般用于安全防火要求较高的场合。（2）变压器的分类及电磁工作原理1）变压器的分类：按用途分：电力变压器和特种变压器。电力变压器：发电机变压器、联络变压器、降压变压器和配电变压器；特种变压器：干式变压器、电炉变压器、变流变压器、试验变压器、船用变压器、中频变压器等。电流互感器、电压互感器、调压器、电抗器等的工作原理及结构型式类似于变压器。2）变压器的电磁工作原理，如图1—13所示。图中箭头的符号表示各有关量的正方向。现仅以单相变压器来描述，为了便于理解，把变压器的线圈电阻、漏磁的作用、铁芯损耗都忽略不计，同时变压器铁芯磁导很大，把激励磁势的激磁电抗也略去。当变压器接上频率为f、电压为U的正弦交流电源，二次侧开路，铁芯中产生主磁通，根据电磁感应定律、电动势平衡规律：11144.4fNEU22244.4fNEU1222121KNNEEUUK12称变压比，决定于铁芯上一次线圈的匝数N1与二次线圈的匝数N2的比值，适当选取N1/N2，就可将一次电压变为需要的二次电压。的磁动势，使11当二次侧接上负载阻抗，则二次线圈中就有电流流过，一次线圈就会有电流，以平衡二次线圈电流I2削弱主磁通量值保持正常。由此得出：2212122111KNNIININI变压器的容量为U1I1＝U2I2，单位为伏安(VA)，当变压器的一、二次电压、电流为额定值时，则变压器的容量为额定容量。三相变压器的基本原理和单相变压器的原理一样，仅是三个相角差互为120。的交流电源接人同一台具有三个不同磁路铁芯的变压器，任何时候其中两相的电压或电流或磁通的和等于另一相的值，且大小相等方向相反，处于平衡状态，三相交流电维持有效的能量供给。（3）三相交流异步电动机的结构、分类及电磁原理异步电动机是机电安装工程中应用最广的电动机，在各种电气传动中约占90％，在电网总负荷中约占60％。1）异步电动机的结构小型笼型异步电动机结构主要包括：定子、转子、定子绕组、风扇、风罩、出线盒、轴承、端盖、外盖、内盖等。中型绕线型异步电动机结构主要包括：定子、转子、定子绕组、转子绕组、出线盒、连接环、轴承、轴承内盖、轴承外盖、轴承套、端盖等。2）异步电动机的分类：轴中心高630mm以上为大型电动机；轴中心高80—630mm；为中小型电动机；折算1500r/min时额定连续功率等于小于1.1kW称为小功率电动机。按转子结构可分为笼型异步电动机、绕线异步电动机、换向器异步电动机。还有按电气派生系列、结构派生系列、特殊环境派生系列、专用系列分类的各种异步电动机。3）异步电动机的电磁工作原理：三相异步电动机的三组定子绕组在空间分布，为电磁兔相互差120。，通以三相交流电流后在定子与转子的气隙问产生旋转磁场，旋转磁场的转速，f为交流电流频率，P为磁极对数。旋转磁场切割定子、转子绕组而分别在绕组中感生电动势，转子电动势在自成闭合电路的