電氣工程概論第二章

1、第二章第二章 電氣設(shè)備的原理與功能電氣設(shè)備的原理與功能電氣工程概論電氣工程概論第二章第二章 電氣設(shè)備的原理與功能電氣設(shè)備的原理與功能概述概述1電力變壓器電力變壓器4電動機(jī)電動機(jī)3高壓斷路器高壓斷路器52同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)互感器互感器56 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述v 在電力系統(tǒng)中，發(fā)電廠和變電站的主要作用是：在電力系統(tǒng)中，發(fā)電廠和變電站的主要作用是：(1)生產(chǎn)、輸送和分配電能(2)根據(jù)電力負(fù)荷的變化，啟停機(jī)組，調(diào)整運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)(3)根據(jù)電力系統(tǒng)要求，投切線路(4)監(jiān)視主要設(shè)備的工作狀態(tài)(5)對主要設(shè)備進(jìn)行定期的檢修和維護(hù)(6)迅速消除故障，盡量減小故障的影響發(fā)電廠發(fā)電廠內(nèi)的電氣設(shè)備：發(fā)電機(jī)

2、、升壓變壓器、開關(guān)設(shè)備、廠用電動機(jī)等變電站變電站內(nèi)的電氣設(shè)備：電力變壓器、高低壓開關(guān)設(shè)備等 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述v 上述電氣設(shè)備上述電氣設(shè)備,按照在電力系統(tǒng)中的地位和作用分為按照在電力系統(tǒng)中的地位和作用分為:一次設(shè)備一次設(shè)備(直接生產(chǎn)和輸送電能的設(shè)備):發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)電器、載流導(dǎo)體、避雷器、互感器等二次設(shè)備二次設(shè)備(對一次設(shè)備進(jìn)行測量、監(jiān)視和操作控制的設(shè)備):繼電器、儀表及自動裝置等 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述v 根據(jù)電能生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換和分配過程的需要，上述電氣設(shè)備又可分為：根據(jù)電能生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換和分配過程的需要，上述電氣設(shè)備又可分為：（1）生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、電力變壓器、電動機(jī)等。（

3、2）接通或斷開電路的開關(guān)電器設(shè)備。如高壓斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器、接觸器等。（3）限制故障電流和防止過電壓的設(shè)備。如限制短路電流的電抗器和防止過電壓的避雷器等。（4）用來把有關(guān)電氣設(shè)備連接成電路的載流導(dǎo)體。如母線、電纜等。（5）接地裝置。（6）變換電氣量的設(shè)備。包括電壓互感器和電流互感器（7）能迅速反應(yīng)故障或不正常工作情況并切除故障或作用于信號裝置發(fā)出信號的繼電保護(hù)裝置。（8）用于操作電器的設(shè)備以及自動、遠(yuǎn)動裝置。如操作開關(guān)、同期裝置、自動重合閘裝置、自動調(diào)壓裝置、自動調(diào)頻裝置等。（9）直流設(shè)備。如直流發(fā)電機(jī)組、蓄電池等，作為操作、保護(hù)、信號等設(shè)備的直流電源。第二節(jié)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)

4、1發(fā)電機(jī)的工作原理發(fā)電機(jī)的工作原理23發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)4（一）發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（一）發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 發(fā)電機(jī)分為臥式臥式和立式立式兩種，汽輪發(fā)電機(jī)一般為臥式，水輪發(fā)電機(jī)為立式。 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)剖面圖 1-定子鐵心；2-定子線圈；3-冷卻風(fēng)道；4-轉(zhuǎn)子大軸；5-轉(zhuǎn)子鐵心線圈；6氫氣冷卻器（二）發(fā)電機(jī)工作原理（二）發(fā)電機(jī)工作原理 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)電體在一定的磁場中移動時(shí)，導(dǎo)電體的兩端將產(chǎn)生電動勢?；蛘哒f，一個(gè)導(dǎo)電體處于變化的磁場中時(shí)，其兩端也將產(chǎn)生變化的電動勢。在發(fā)電廠內(nèi)，人們首先把各種能量轉(zhuǎn)換為作用在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械能，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，就有變化的磁力

5、線切割定子線圈，由此定子線圈中就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，形成了發(fā)電機(jī)的端電壓。 發(fā)電機(jī)發(fā)電的過程就是將原動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的動能通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子間的磁場耦合作用，在定子繞組上變成電能的過程。 同步發(fā)電機(jī)原理圖同步發(fā)電機(jī)原理圖（三）同步發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行方式（三）同步發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行方式1發(fā)電機(jī)的額定值發(fā)電機(jī)的額定值(額定數(shù)據(jù)是由制造廠在其穩(wěn)定和對稱運(yùn)行條件下給出的)2發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷與發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷與負(fù)荷調(diào)整負(fù)荷調(diào)整3同步發(fā)電機(jī)的非同步發(fā)電機(jī)的非正常工作狀態(tài)正常工作狀態(tài) （三）同步發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行方式（三）同步發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行方式額定容量額定容量:在額定電壓、額定頻率、額定功率因數(shù)和額定冷卻介質(zhì)溫度等條件下，發(fā)

6、電機(jī)所能長期連續(xù)發(fā)出的最大功率。額定運(yùn)行方式額定運(yùn)行方式:發(fā)電機(jī)按照制造廠銘牌規(guī)定數(shù)據(jù)運(yùn)行的方式正常運(yùn)行方式正常運(yùn)行方式:發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行方式以及在其運(yùn)行參數(shù)允許變化范圍內(nèi)的運(yùn)行方式溫升溫升:發(fā)電機(jī)各部分的溫度與冷卻介質(zhì)入口溫度之差,溫升是衡量發(fā)電機(jī)的主要運(yùn)行性能指標(biāo)之一頻率頻率:同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率應(yīng)該是一個(gè)不變的值，這就要求發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致。(我國電網(wǎng)的頻率為50Hz) (p發(fā)電機(jī)磁極對數(shù))603000fnpp （三）同步發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行方式（三）同步發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行方式同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速:要使得發(fā)電機(jī)供給電網(wǎng)50Hz的工頻電能，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須為某一固定值，這

7、個(gè)固定值稱為同步轉(zhuǎn)速。例如，2極( p1對)發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為n=3000r/min發(fā)電機(jī)輸出有功功率發(fā)電機(jī)輸出有功功率:發(fā)電機(jī)輸出無功功率發(fā)電機(jī)輸出無功功率:發(fā)電機(jī)輸出有功功率的同時(shí)，由于負(fù)荷的需要還輸出無功功率。NNN3cosPU INNsincosQP（三）同步發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行方式（三）同步發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)啟動后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電壓接近發(fā)電機(jī)額定值時(shí)，依靠自動準(zhǔn)同期并列裝置可以將發(fā)電機(jī)并入大電網(wǎng)。有功負(fù)荷的調(diào)整有功負(fù)荷的調(diào)整: 通過汽輪機(jī)的調(diào)速器進(jìn)行的，即調(diào)整汽輪機(jī)的進(jìn)汽量的大小。無功功率和電壓的調(diào)整無功功率和電壓的調(diào)整: 通過改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小來實(shí)現(xiàn)的。（三）同步發(fā)電機(jī)的額定

8、運(yùn)行方式（三）同步發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行方式同步發(fā)電機(jī)的非正常工作狀態(tài)同步發(fā)電機(jī)的非正常工作狀態(tài):發(fā)電機(jī)過負(fù)荷運(yùn)行、異步運(yùn)行、不對稱運(yùn)行等v 發(fā)電機(jī)在非正常工作狀態(tài)下運(yùn)行必然要在某些運(yùn)行參數(shù)上給予限制，以保證發(fā)電機(jī)不被損壞。非正常的情況下一般表現(xiàn)為溫度升高，因此運(yùn)行中主要是溫度升高程度和非正常運(yùn)行的時(shí)間對定子電流、轉(zhuǎn)子電流進(jìn)行的限制。v 元件溫度升高包括發(fā)電機(jī)的定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈、冷卻媒質(zhì)(間接反映被冷卻對象的狀態(tài))。溫升程度較小，則允許非正常運(yùn)行的時(shí)間可較長。若運(yùn)行條件較惡劣，則只能允許短時(shí)間的非正常運(yùn)行。（四）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（四）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁功率單元勵(lì)磁功率單元(包括整流裝置及其交流電源)

9、，它向發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供直流勵(lì)磁功率勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，它感受發(fā)電機(jī)電壓及運(yùn)行工況的變化，自動地調(diào)節(jié)勵(lì)磁功率單元輸出的勵(lì)磁電流的大小，以滿足系統(tǒng)運(yùn)行的要求（四）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（四）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)v 勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)包括：(1)在正常運(yùn)行條件下，供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，并根據(jù)發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷的情況調(diào)整勵(lì)磁電流，以維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓在給定水平上。(2)使并列運(yùn)行的各同步發(fā)電機(jī)組所帶的無功功率得到穩(wěn)定而合理的分配。(3)增加并入電網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩，以提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性及輸電線路的有功功率傳輸能力。(4)在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障造成發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓嚴(yán)重下降時(shí)，強(qiáng)行勵(lì)磁，將勵(lì)磁電壓迅

10、速提升到足夠的頂值，以提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。(5)在發(fā)電機(jī)突然解列、甩負(fù)荷時(shí)，強(qiáng)行減磁，將勵(lì)磁電流迅速降到安全數(shù)值，以防止發(fā)電機(jī)電壓過分升高。(6)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，快速滅磁，將勵(lì)磁電流迅速減到零值，以減小故障損壞程度。(7)在不同運(yùn)行工況下，根據(jù)要求對發(fā)電機(jī)實(shí)行過勵(lì)磁限制和欠勵(lì)磁限制等限制以保證發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 （四）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（四）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)v 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本要求：(1)有足夠的強(qiáng)勵(lì)頂值電壓。(2)具有足夠的勵(lì)磁電壓上升速度。(3)有足夠的調(diào)節(jié)容量。 (4)應(yīng)運(yùn)行穩(wěn)定，工作可靠，響應(yīng)快速，調(diào)節(jié)平滑并具有足夠的電壓調(diào)節(jié)精確度。v 勵(lì)磁方式按勵(lì)磁電源的不同

11、分為三種方式：一是直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式；二是交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式；三是靜止勵(lì)磁方式。第三節(jié)第三節(jié) 電力變壓器電力變壓器變壓器的結(jié)構(gòu)形式和分類變壓器的結(jié)構(gòu)形式和分類1變壓器的工作原理變壓器的工作原理2變壓器的額定值變壓器的額定值3變壓器過負(fù)荷能力變壓器過負(fù)荷能力4自耦變壓器自耦變壓器5（一）變壓器的結(jié)構(gòu)形式和分類（一）變壓器的結(jié)構(gòu)形式和分類變壓器變壓器是一種靜止不動的電氣設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理把一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一電壓等級的交流電能。一、變壓器的結(jié)構(gòu)形式和分類一、變壓器的結(jié)構(gòu)形式和分類變壓器的結(jié)構(gòu)可分為心式心式和殼式殼式兩種:心式心式的特點(diǎn)是線圈包圍鐵心，殼式殼式的特點(diǎn)是鐵心

12、包圍線圈。其主要由閉合鐵心和高壓、低壓線圈等幾個(gè)主要部分構(gòu)成。變壓器鐵心的作用是構(gòu)成磁路。為了減少渦流和磁滯損耗，鐵心用0.350.5mm厚的硅鋼片交錯(cuò)疊裝而成。變壓器的繞組就是線圈，是變壓器的電力部分。（一）變壓器的結(jié)構(gòu)形式和分類（一）變壓器的結(jié)構(gòu)形式和分類v 一般變壓器可以按用途用途、相數(shù)相數(shù)、繞組數(shù)目繞組數(shù)目、冷卻方式冷卻方式分別進(jìn)行分類。按照用途用途來區(qū)分，變壓器可以分為電力變壓器、互感器、特殊用途變壓器。按照相數(shù)相數(shù)來區(qū)分，變壓器可以分為三相變壓器和單相變壓器。按照繞組數(shù)目繞組數(shù)目來區(qū)分，變壓器可以分為兩繞組和三繞組變壓器以及自耦變壓器。按照冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)來區(qū)分，變壓器可以分為油浸

13、式變壓器、干式變壓器(空氣冷卻式)以及水冷式變壓器。 （二）變壓器工作原理（二）變壓器工作原理(一一)空載運(yùn)行空載運(yùn)行當(dāng)變壓器的一次繞組施加電壓而二次繞組不接負(fù)載時(shí)稱為變壓器的空載運(yùn)行。 變壓器空載運(yùn)行 變壓器空載等效電路空載電流通過一次繞組時(shí)，在鐵心中產(chǎn)生磁通111122229090 mmmm cossin() cossin()deNNtEtdtdeNNtEtdt1m1m12m2m2 cos2 cos2mmENtfNENtfN （二）變壓器工作原理（二）變壓器工作原理則電動勢的有效值表達(dá)式為變壓器一次繞組的電壓方程 由于空載電流很小，一般情況下可認(rèn)為 變壓器空載時(shí)的二次繞組電壓為 故一次、二

14、次繞組電壓的數(shù)值關(guān)系為 式中, K稱為變壓器的變比?？梢?，當(dāng)變壓器的電源電壓 不變時(shí)，只要改變匝數(shù)比，就可以得到不同的輸出電壓 1m11m2m22m4.4424.442EEfNEEfN111101()URjX IE11EU220EU111122224.444.44mmfNUENKUEfNN1U20U（二）變壓器工作原理（二）變壓器工作原理v (二二)有載運(yùn)行有載運(yùn)行1.電流關(guān)系電流關(guān)系 欲求一次、二次繞組的電流關(guān)系，必須從分析主磁通著手。空載時(shí)的m是電流I10在一次繞組的N1匝線圈中產(chǎn)生的，有載時(shí)的m則由一次繞組的電流I1在N1匝線圈以及二次繞組的電流I2在N2匝線圈中共同產(chǎn)生的。由于在兩種情

15、況下產(chǎn)生的磁通是相同的，可見通常把電流與匝數(shù)的乘積(安匝數(shù))稱為磁動勢（簡稱磁勢）。 變壓器有載運(yùn)行變壓器有載運(yùn)行2211110NININI（二）變壓器工作原理（二）變壓器工作原理此式也可寫為 可見，有載時(shí)的一次繞組電流I1包含兩個(gè)分量。其中， 為空載電流，或稱勵(lì)磁電流。另一分量是為了保持m不變、平衡 而在一次繞組中感應(yīng)產(chǎn)生的，在數(shù)值上與負(fù)載電流I2 成正比。即：在變壓器中，空載電流很小，往往只是原繞組額定電流的百分之幾，一般計(jì)算時(shí)可以不計(jì)，故得一次、二次繞組的電流關(guān)系為 210212101IIINNII10I22NI2122INNI12211ININK（二）變壓器工作原理（二）變壓器工作原理

16、2.電壓關(guān)系電壓關(guān)系變壓器有載時(shí)的電壓方程 如果不考慮變壓器一次、二次繞組中電阻和漏感抗的電壓降，可以近似地認(rèn)為 由此可得變壓器的一次、二次電壓的關(guān)系為 變壓器有載時(shí)的等效電路變壓器有載時(shí)的等效電路 11111()URjXIE2211EUEU121212UINKUIN（二）變壓器工作原理（二）變壓器工作原理3.阻抗變換阻抗變換在忽略一次、二次繞組阻抗壓降的情況下，如果把阻抗為Z的負(fù)載接到變壓器的二次側(cè)， 如下圖所示：則： 對電源而言，變壓器可用等效阻抗Z代替如上圖得故有：負(fù)載阻抗的等效變換負(fù)載阻抗的等效變換 22IUZ 11IUZ21221ZZUIKUI也可以寫成2ZZ K（三）變壓器的額定值

17、（三）變壓器的額定值v變壓器的主要額定參數(shù)：阻抗電壓額定參數(shù)額定參數(shù)額定電壓額定容量短路損耗額定電流空載損耗空載電流百分值連接組號（四）變壓器的過負(fù)荷能力（四）變壓器的過負(fù)荷能力v 變壓器的過負(fù)荷能力是指在較短時(shí)間內(nèi)所能輸出的功率，在一定條件下，它可以超出變壓器的額定容量。v 變壓器的過負(fù)荷能力可分為在正常情況下的過負(fù)荷能力和事故情況下的過負(fù)荷能力兩種。變壓器的正常過負(fù)荷是指變壓器有正常的使用壽命，在輕負(fù)荷運(yùn)行期間壽命損失小。變壓器的事故過負(fù)荷是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，為了保證對重要用戶的連續(xù)供電，允許在短時(shí)間(消除事故所必需的時(shí)間)內(nèi)過負(fù)荷運(yùn)行，稱為變壓器的事故過負(fù)荷。 （五）自耦變壓器（五）

18、自耦變壓器自耦變壓器它的二次繞組是一次繞組的一部分，則一、二次側(cè)的電壓和電流之比與普通變壓器相同，即 v 自耦變壓器的優(yōu)點(diǎn)是材料省、體積小、成本低。但由于一、二次之間有電的聯(lián)系，使用時(shí)不夠安全。121212UINKUIN自耦變壓器原理圖自耦變壓器原理圖 第四節(jié)第四節(jié) 電動機(jī)電動機(jī)12（一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)一、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)一、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 異步電動機(jī)的固定部分稱為定子，轉(zhuǎn)動部分稱為轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件， 他們的結(jié)構(gòu)如下圖：三相鼠籠式異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)三相鼠籠式異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 1.定子：定子主要由鐵心、定子繞組和機(jī)座等組成。定子鐵心是電動機(jī)磁

19、路的組成部分。定子繞組是定子中的電路部分。典型接線圖如下： （一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī) 定子繞組的星形和三角形聯(lián)結(jié)定子繞組的星形和三角形聯(lián)結(jié) 星形連接星形連接 三角形連接三角形連接 2. 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子是電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等組成。 籠型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子 （一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)v 轉(zhuǎn)子繞組根據(jù)構(gòu)造分成兩種形式：籠型和繞線型。繞線型異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖繞線型異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 籠型與繞線型的區(qū)別只是轉(zhuǎn)子的構(gòu)造不同，它們的基本工作原理是一樣的。由于籠型電動機(jī)構(gòu)造簡單、價(jià)格低廉、工作可靠、使用方便，因而在生產(chǎn)中較多采用，而繞線型電動機(jī)通常只在要

20、求大啟動轉(zhuǎn)矩時(shí)采用。 （一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)二、三相異步電動機(jī)的工作原理二、三相異步電動機(jī)的工作原理v 當(dāng)異步電機(jī)定子繞組接到三相電源上時(shí)，定子繞組中將流過三相對稱電流，氣隙中將建立基波旋轉(zhuǎn)磁動勢，從而產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場，其同步轉(zhuǎn)速決定于電網(wǎng)頻率和繞組的極對數(shù) n0=60f0/p，這個(gè)基波旋轉(zhuǎn)磁場在短路的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的電流，該電流與氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)差率為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n0之差（n0n）對同步轉(zhuǎn)速n0的比值，以s表示。按轉(zhuǎn)差率的正負(fù)、大小，異步電機(jī)可分為電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電磁制動三種運(yùn)行狀態(tài)。 00/ )(nnns（一）

21、三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)1電動機(jī)狀態(tài)電動機(jī)狀態(tài) 當(dāng)0nn0即os1時(shí)，轉(zhuǎn)子中導(dǎo)體以與n相反的方向切割旋轉(zhuǎn)磁場，導(dǎo)體中將產(chǎn)生拖動性質(zhì)的力矩，從軸上輸出機(jī)械功率。電機(jī)一定從電網(wǎng)吸收有功電功率。 如果轉(zhuǎn)子被加速到n0，此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，它們之間無相對切割，導(dǎo)體中無感應(yīng)電動勢，也沒有電流，電磁轉(zhuǎn)矩為零。 2電動機(jī)狀態(tài)電動機(jī)狀態(tài) 用原動機(jī)拖動異步電機(jī)，使其轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，即nn0，s0。轉(zhuǎn)子上導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與電動機(jī)狀態(tài)時(shí)相反，電磁轉(zhuǎn)矩為制動性質(zhì)。由轉(zhuǎn)軸從原動機(jī)輸入機(jī)械功率，通過電磁感應(yīng)由定子向電網(wǎng)輸出電功率，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。 （一）三相異步電動機(jī)（一）三相

22、異步電動機(jī)3電磁制動狀態(tài)電磁制動狀態(tài) 由于機(jī)械負(fù)載或其它外因，轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，即n1。電磁轉(zhuǎn)矩表現(xiàn)為制動轉(zhuǎn)矩，即由轉(zhuǎn)子從原動機(jī)輸入機(jī)械功率的同時(shí)又從電網(wǎng)吸收電功率，兩者都變成了電機(jī)內(nèi)部的損耗。異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài) （一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)三、三相異步電動機(jī)的特性三、三相異步電動機(jī)的特性1轉(zhuǎn)子電路分析轉(zhuǎn)子電路分析（1）轉(zhuǎn)子電動勢。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的頻率 2s20sEE00220()s6060sp nnp nfsf（2）轉(zhuǎn)子阻抗和轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)漏感抗 式中， X20為轉(zhuǎn)子靜止時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的漏感抗，即 轉(zhuǎn)子電路的阻抗轉(zhuǎn)子電路的電流和

23、功率因數(shù)分別為 2222022022 ()ssXf Ls fLsX202022Xf L2222222220()sZRXRsX2202222220()sEsEIZRsX222222220cos()RRZRsX（一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線轉(zhuǎn)矩特性曲線 2. 電磁轉(zhuǎn)矩特性和曲線電磁轉(zhuǎn)矩特性和曲線電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是指轉(zhuǎn)子受電磁力的作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式 m22cosTkI202m22220()sE RTkRsX2222220()sR UTkRsX（一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)（1）最大轉(zhuǎn)矩和過載能力。）最大轉(zhuǎn)矩和過載能力。曲線上轉(zhuǎn)矩的最大值稱為

24、電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tm。最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)矩 電動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為過載能力。過載能力 =（2）啟動轉(zhuǎn)矩和啟動能力。）啟動轉(zhuǎn)矩和啟動能力。電動機(jī)接通電源瞬間，轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)差率s=1。此時(shí)的轉(zhuǎn)矩稱為啟動轉(zhuǎn)矩（Ts）啟動轉(zhuǎn)矩 2m20RsX2m202UTkXmNTT22s22220R UTkRX（一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)v 啟動轉(zhuǎn)矩也與電源電壓的平方成正比。當(dāng)電源電壓降低時(shí)，啟動轉(zhuǎn)矩降低很多。但增大轉(zhuǎn)子電阻R2，可使啟動轉(zhuǎn)矩增大，這對需要重載啟動的場合是有利的。v 電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為啟動能力，即啟動能力=TS/TN v 籠型異步電動機(jī)的

25、啟動能力不大，一般TS=(11.2)TN，起重用的專用電動機(jī)，這個(gè)比值要大一些。繞線型異步電動機(jī)在啟動時(shí)可以將外電阻接入轉(zhuǎn)子電路中，使轉(zhuǎn)子電路的電阻增大，從而增大啟動轉(zhuǎn)矩。3.機(jī)械特性和機(jī)械特性和n-T曲線曲線 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系稱為電動機(jī)的機(jī)械特性，可用n-T曲線表示。n-T曲線可以從T-s曲線轉(zhuǎn)換而來。只要把T-s曲線連同坐標(biāo)軸順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)90，然后以n為縱坐標(biāo)，以T為橫坐標(biāo)， 如下圖：（一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)機(jī)械特性曲線（機(jī)械特性曲線（n-T曲線曲線） 曲線的ab段為電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。電動機(jī)在穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行，曲線比較平坦，因此當(dāng)轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，

26、故稱這種機(jī)械特性為硬特性。bc段為不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。隨著轉(zhuǎn)速的下降，轉(zhuǎn)矩反而減小。增大轉(zhuǎn)子電路的電阻，可使機(jī)械特性變軟。 （一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)v 異步電動機(jī)的主要額定值：1額定電壓：額定電壓：額定電壓是指定子繞組上應(yīng)施加的線電壓。2額定電流：額定電流：電動機(jī)額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流稱為額定電流。3額定功率：額定功率：電動機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，當(dāng)電流達(dá)到額定值時(shí)，軸上輸出的機(jī)械功率即為額定功率。4. 額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速：電動機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分（r/min）。5. 額定轉(zhuǎn)矩：額定轉(zhuǎn)矩：額定轉(zhuǎn)矩是電動機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩。6. 額定功率因數(shù)：額定功率因數(shù)：

27、額定功率因數(shù)指的是額定運(yùn)行時(shí)定子繞組每相電路的功率因數(shù)。7. 額定效率：額定效率：額定效率就是滿載時(shí)的效率。電動機(jī)的效率等于輸出機(jī)械功率與輸入電功率的比值效率 221100%100%3cosPPPUI輸出機(jī)械功率=輸入電功率四、三相異步電動機(jī)的額定參數(shù)四、三相異步電動機(jī)的額定參數(shù) 電動機(jī)的額定值是制造廠對電動機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等數(shù)值。電動機(jī)在額定條件下的運(yùn)行稱為額定運(yùn)行或滿載運(yùn)行。（一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī) 除了上述的額定值以外，還有額定頻率、溫升等參數(shù)。 額定值之間的關(guān)系是：額定值之間的關(guān)系是： 當(dāng)電動機(jī)在額定電壓下輸出額定功率時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、

28、效率、功率、功率因數(shù)等同時(shí)到達(dá)額定值。 如為連續(xù)工作制的電動機(jī)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最后溫度不超過額定溫升。（一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)五、三相異步電動機(jī)的啟動和調(diào)速五、三相異步電動機(jī)的啟動和調(diào)速1. 啟動方法啟動方法 電動機(jī)從接通電源到正常運(yùn)行的過程叫做啟動過程。啟動過程所需時(shí)間很短，一般在幾秒鐘以內(nèi)。電動機(jī)功率越大或負(fù)載越重，啟動時(shí)間越長。異步電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩一般為額定轉(zhuǎn)矩的11.2倍，但是啟動電流卻很大。異步電動機(jī)的啟動性能主要是指啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流。這是因?yàn)閯偨油娫此查g，旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線和轉(zhuǎn)子之間的相對切割速度最高（s=1），轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和轉(zhuǎn)子電流都很大。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，定子電

29、流也將很大，這時(shí)的電流稱為啟動電流 。（一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī) 異步電動機(jī)的啟動電流約為額定電流的47倍。由于啟動過程較短，啟動電流對電機(jī)本身危害不大，大的啟動電流將導(dǎo)致供電線路的電壓瞬間突然降落，以致影響同一線路上的其他電氣設(shè)備的正常工作。三相異步電動機(jī)有如下幾種啟動方式：（1）全壓啟動（直接啟動）。電動機(jī)用額定電壓啟動時(shí)稱為全壓啟動或直接啟動。（2）降壓啟動。為了減小啟動電流，電動機(jī)的定子繞組啟動時(shí)采用降壓措施稱為降壓啟動。繞線型電動機(jī)啟動時(shí)的接線圖繞線型電動機(jī)啟動時(shí)的接線圖 （3）繞線型電動機(jī)的啟動。（一）三相異步電動機(jī)（一）三相異步電動機(jī)2. 調(diào)速方法調(diào)速方法 所謂調(diào)速

30、是指負(fù)載不變時(shí)人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。pfsnsn0060)1 ()1 (（1）變頻調(diào)速。）變頻調(diào)速。變頻就是改變異步電動機(jī)供電電源的頻率?？蓪?shí)現(xiàn)三相異步電動機(jī)的無級調(diào)速。變頻調(diào)速方框圖變頻調(diào)速方框圖 （2）變極調(diào)速。）變極調(diào)速。通過改變定子繞組的接法而改變極對數(shù)p，從而達(dá)到調(diào)速的目的。這種調(diào)速是步級式的，不能平滑調(diào)速。（二）單相異步電動機(jī)（二）單相異步電動機(jī)一、工作原理一、工作原理 單相異步電動機(jī)的定子繞組是單相繞組，轉(zhuǎn)子為籠式。工作時(shí)，定子繞組接在單相交流電源上。單相電流通過單相繞組產(chǎn)生脈振磁場。脈振磁場磁通是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的波形，脈振磁場可以分解為兩個(gè)幅值相等(由)、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向

31、相反的旋轉(zhuǎn)磁場 脈振磁場分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場脈振磁場分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場 （二）單相異步電動機(jī)（二）單相異步電動機(jī)v 當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止不動時(shí)，合成轉(zhuǎn)矩T=0。即單相異步電動機(jī)沒有啟動轉(zhuǎn)矩，不能自行啟動。v 當(dāng)轉(zhuǎn)子已經(jīng)沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)T1T2，T=T1-T20，電動機(jī)仍能繼續(xù)順時(shí)針運(yùn)行。v 當(dāng)轉(zhuǎn)子已經(jīng)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)T1T2，T=T1-T20，電動機(jī)仍能 繼續(xù)逆時(shí)針運(yùn)行。（二）單相異步電動機(jī)（二）單相異步電動機(jī) 單相異步電動機(jī)雖無啟動轉(zhuǎn)矩，卻有運(yùn)行轉(zhuǎn)矩。三相異步電動機(jī)接至電源的三根導(dǎo)線中若有一根斷線，電動機(jī)便處于單相狀態(tài)。因而，如果是啟動時(shí)斷線，電動機(jī)將無法啟動，時(shí)間一長，會因電流過大而燒壞；如果是運(yùn)

32、行中斷線，電動機(jī)仍可繼續(xù)運(yùn)行，但電流相應(yīng)增大。二、啟動方法二、啟動方法 單相異步電動機(jī)的啟動方法有兩相啟動和罩極啟動兩種。1.兩相啟動兩相啟動 電動機(jī)定子上裝有兩個(gè)軸線在空間互差90的兩相繞組，W1-W2稱為工作繞組，S1-S2稱為啟動繞組。啟動繞組串聯(lián)一電容器C后與工作繞組一起并聯(lián)接于單相交流電源上。單相電容電動機(jī)單相電容電動機(jī) （二）單相異步電動機(jī)（二）單相異步電動機(jī)2.罩極啟動罩極啟動這種電動機(jī)的定子做成凸極形式，上面繞有勵(lì)磁繞組，并在磁極約三分之一的部分裝有一個(gè)閉合的銅環(huán)，稱為短路環(huán)或分磁環(huán)。單相罩極式異步電動機(jī)單相罩極式異步電動機(jī) 第五節(jié)第五節(jié) 高壓斷路器高壓斷路器1234（一）工作

33、原理（一）工作原理 電弧產(chǎn)生的過程是：當(dāng)觸頭開始分離時(shí)，由于觸頭間間隙很小，會形成很高的電場強(qiáng)度，當(dāng)電場強(qiáng)度超過3106Vm時(shí)，陰極觸頭表面在強(qiáng)電場作用下發(fā)射電子，發(fā)射的電子在觸頭電壓作用下產(chǎn)生碰撞游離，就形成了電弧。同時(shí)，在高溫的環(huán)境下，陰極發(fā)生熱發(fā)射，并在介質(zhì)中發(fā)生熱游離，使電弧維持和發(fā)展。 自由電子和正離子相互吸引發(fā)生中和的現(xiàn)象稱為去游離。游離過程強(qiáng)于去游離過程，電弧將繼續(xù)熾熱燃燒；如果去游離過程強(qiáng)于游離過程，電弧將最終熄滅。 斷路器在開斷交流電路時(shí)，電弧的能量是由交流電源提供的，如果在電流過零時(shí)，采取有效措施，加強(qiáng)弧隙的冷卻，使弧隙介質(zhì)的能力達(dá)到不會被弧隙外施電壓擊穿的程度，電弧就不會

34、重燃而最終熄滅。目前電力系統(tǒng)中常用的介質(zhì)有油、空氣、真空、六氟化硫(SF6)等。（一）工作原理（一）工作原理工程上采用的熄滅交流電弧的方法主要有：迅速拉長電弧迅速拉長電弧 吹弧吹弧 弧隙并聯(lián)電阻弧隙并聯(lián)電阻 采用真空采用真空 提高弧隙介質(zhì)壓力提高弧隙介質(zhì)壓力 （二）斷路器的節(jié)本技術(shù)數(shù)據(jù)（二）斷路器的節(jié)本技術(shù)數(shù)據(jù)（1）額定電壓額定電壓UN 指斷路器長期工作的標(biāo)準(zhǔn)電壓（線電壓）。（2）額定電流額定電流IN 指斷路器長時(shí)間允許通過的最大工作電流。（3）額定開斷電流額定開斷電流INbr 指斷路器在額定電壓下能保證正常開斷的最大短路電流。（4）短路關(guān)合電流短路關(guān)合電流INCl 在額定電壓下，能可靠關(guān)合、

35、開斷的最大短路電流稱為額定關(guān)合電流。（5）熱穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流Ith 表示斷路器承受短路電流熱效應(yīng)的能力。（6）動穩(wěn)定電流動穩(wěn)定電流Ites 亦稱為極限通過電流，是指斷路器承受短路電流電動力效應(yīng)的能力。（7）全開斷（分閘）時(shí)間全開斷（分閘）時(shí)間tab 指斷路器從接到分閘命令瞬間到電弧完全熄滅為止的時(shí)間間隔。（8）合閘時(shí)間合閘時(shí)間ton 指斷路器從接到合閘命令瞬間到各相的觸點(diǎn)均接觸為止的時(shí)間間隔。（9）額定斷流容量額定斷流容量SNbr 綜合反映斷路器的開斷能力， SNbr = UN IN3（三）斷路器的型號含義（三）斷路器的型號含義 第一單元代表產(chǎn)品名稱：第一單元代表產(chǎn)品名稱： S-少油斷路器；

36、D-多油斷路器；K-空氣斷路器； L-六氟化硫斷路器；Z-真空斷路器；W-磁吹斷路器 第二單元代表安裝場所：第二單元代表安裝場所： N-戶內(nèi)式；W-戶外式第三單元代表設(shè)計(jì)系列序號第三單元代表設(shè)計(jì)系列序號 用數(shù)字表示第四單元代表額定電壓（第四單元代表額定電壓（kV）第五單元代表工作特性：第五單元代表工作特性： G-改進(jìn)型；F-分相操作第六單元代表額定電流（第六單元代表額定電流（A）第七單元代表額定開斷電流（第七單元代表額定開斷電流（kA） （四）斷路器的類型（四）斷路器的類型v 1油斷路器：油斷路器：它利用絕緣油作滅弧介質(zhì)。油斷路器又可分為多油式和少油式兩類。v 2真空斷路器：真空斷路器：利用真

37、空的高介質(zhì)強(qiáng)度來熄滅電弧和作為絕緣。它的主要部件是真空滅弧室，由動、靜觸頭，屏蔽罩和玻璃外殼等組成。v 3壓縮空氣斷路器：壓縮空氣斷路器：利用壓縮空氣作為滅弧、絕緣和傳動介質(zhì)。v 4六氟化硫斷路器六氟化硫斷路器：具有很高的絕緣性能和滅弧能力。第六節(jié)第六節(jié) 互感器互感器123（一）電流互感器（一）電流互感器v 在電力系統(tǒng)中，為了測量和繼電保護(hù)的需要，必須使用互感器v 主要作用：把高電壓和大電流按比例地變換成低電壓（100V或100/V）和小電流（5A或1A），以便提供測量和繼電保護(hù)所需的信號，并使測量儀表和繼電保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化、小型化；把高電壓（一次）部分與低電壓（二次）部分相互隔離，且互感器二次

38、側(cè)均接地，以保證運(yùn)行人員和設(shè)備的安全。 1. 電流互感器工作原理及特性電流互感器工作原理及特性一次繞組串接在主電路中，并且匝數(shù)很少，通常只有一匝到幾匝，而二次繞組則匝數(shù)較多。正常工作時(shí)，近于短路運(yùn)行狀態(tài)。電流和電壓互感器原理接線電流和電壓互感器原理接線 （一）電流互感器（一）電流互感器電流互感器一、二次額定電流值比，稱為電流互感器額定變比 ，近似可等于電流互感器一、二次繞組的匝數(shù)比， NK1N2N2N1INKIN當(dāng)電流互感器正常工作時(shí)，鐵心中的合成磁通并不大，二次繞組感應(yīng)電動勢亦不大，一般只有幾十伏。 當(dāng)電流互感器二次繞組開路時(shí)，鐵心中的合成磁動勢較正常情況下增大很多倍，并使鐵心嚴(yán)重飽和。電流

39、互感器在運(yùn)行中，二次回路是不允許開路的。電流互感器二次繞組開路時(shí)電流互感器二次繞組開路時(shí)i1、和和e2變化曲線變化曲線 （一）電流互感器（一）電流互感器2. 電流互感器的誤差電流互感器的誤差由于電流互感器本身存在有勵(lì)磁損耗及磁飽和等因素影響，一次電流與在數(shù)值及相位上都有差異，即測量結(jié)果有誤差，通常用電流誤差和角誤差表示。（1）電流誤差。電流誤差又稱比值差，它是指二次電流的測量值乘以額定變比后所得的一次電流近似值（）與一次電流之差，并以后者的百分值表示。（2）角誤角。角誤差又稱相角，為旋轉(zhuǎn)180的二次電流相量與一次電流相量之間的夾角 ，并規(guī)定 超前 時(shí)，角誤差 為正值；反之， 為負(fù)值。i2I1I

40、ii電流互感器電流互感器 （a）等值電路；（）等值電路；（b）相量圖）相量圖（一）電流互感器（一）電流互感器3. 電流互感器的準(zhǔn)確度等級及額定容量電流互感器的準(zhǔn)確度等級及額定容量（1）準(zhǔn)確度等級。）準(zhǔn)確度等級。 電流互感器的準(zhǔn)確度等級和誤差限值電流互感器的準(zhǔn)確度等級和誤差限值（一）電流互感器（一）電流互感器（2）電流互感器的額定容量。）電流互感器的額定容量。電流互感器的額定容量 ,是指電流互感器在二次額定電流 和額定二次阻抗下運(yùn)行時(shí)，二次繞組輸出的容量 （3）10%誤差曲線誤差曲線 。所謂電流互感器的10%誤差曲線，是指電流互感器的電流誤差為10%時(shí)，一次電流對額定電流的倍數(shù)n 與二次負(fù)荷阻抗的關(guān)系曲線 2NS2NI2NZ22N2N2NSIZ11N(/)nII電流互感器的電流互感器的10誤差曲線示意圖誤差曲線示意圖 （一）電流互