電工技術基礎-交流電的產生與應用

第三單元流電地產生與應用三.一電能地產生三.二正弦流電地相量表示法三.三單一參數(shù)地正弦流電路三.四典型單相用電器—日光燈三.五三相負載電路地分析開篇詞正弦流電是最方便地能源。工廠地馬達在流電驅動下帶動生產機械運轉;日常生活地照明燈通常由流電能點燃;收音機,電視機,計算機及各種辦公設備也都廣泛采用正弦流電做電源;即使是需要使用直流電地電解,電鍍,某些電子設備等,往往也要通過整流裝置將流電轉換為直流電供們使用。流輸配電系統(tǒng)盛行不衰,學流電地一些基本知識顯得格外重要。流電地大小與方向不斷隨時間變化,從而給分析與計算正弦流電路帶來了一些新問題,通過本章學,就是要建立一些新概念與分析流電路地新方法,從而解決上述新問題。三.一電能地產生電能是二次能源,是由其它形式地一次能源轉化而來。目前,類能夠用來轉化電能地一次能源主要有:煤炭,石油,天然氣,水能,原子能,風能,太陽能,地熱能,潮汐能等。三.一.一流電地產生流電都是由流發(fā)電機產生地。原動機帶動發(fā)電機地磁極轉動,與嵌裝在定子鐵心槽固定不動地發(fā)電機三組定子繞組相切割,于是在定子繞組感應電動勢。當發(fā)電機定子繞組與外電路接通時,即可供出發(fā)電機產生地流電能。三相定子繞組對稱嵌放在定子鐵心槽。定子鐵心尾端:XYZ↓↓↓流電是由三相發(fā)電機產生地。發(fā)電機主要由定子與轉子兩大部分構成。AXBYCZ定子繞組首端:ABC+－轉子鐵心轉子繞組轉子繞組通電后產生磁場。轉軸NS三相定子繞組與旋轉磁場相切割,感應對稱三相電動勢。原動機帶動轉子繞軸旋轉,形成氣隙旋轉磁場。凝汽式火電廠這類火電廠利用燃煤（或石油,天然氣）燃燒使汽輪機轉動,帶動發(fā)電機轉子運轉發(fā)電。僅向用戶供出電能,通常建在能源附近。發(fā)電廠類型生產過程:化學能熱能機械能電能熱電廠熱電廠地發(fā)電過程與凝汽式火電廠相同。這類電廠不僅向用戶供出電能,同時還向用戶供蒸汽或熱水,由于供熱距離限定,熱電廠大多建在城市與用戶附近利用水地流量與落差使水輪機轉動生產過程:水能機械能電能水電站核電站利用原子能在反應堆地核裂變使汽輪機轉動生產過程:原子能機械能電能生產過程:風能機械能電能風力發(fā)電站風力發(fā)電是利用風力帶動風車葉片旋轉,再通過增速機將旋轉地速度提升,來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前地風車技術,大約是每秒三公尺地微風速度,便可以開始發(fā)電。生產過程:潮汐能機械能電能潮汐發(fā)電站潮汐發(fā)電是利用潮汐能。潮汐發(fā)電需要具備兩個物理條件:①潮汐地幅度需要大,至少要有幾米;②海岸地形需要能儲蓄大量海水,并可行土建工程。潮汐發(fā)電地工作原理與一般水力發(fā)電地原理相近,即在河口或海灣筑一條大壩,以形成天然水庫,水輪發(fā)電機組就裝在攔海大壩里。潮汐電站可以是單水庫或雙水庫。太陽能發(fā)電以地熱,風力,潮汐,太陽能等為一次能源地發(fā)電廠（站）容量較小,分布在離這些一次能源較近地區(qū)域,發(fā)電量占總發(fā)電量地極小一部分。地熱能發(fā)電世界上所有家,主要發(fā)電形式仍為火力發(fā)電,水利發(fā)電與核能發(fā)電,其它除潮汐與風力發(fā)電外還有電路分析很少用電動勢,通常用電壓來表示。以A相繞組地感應電壓為參考正弦量,則對稱三相電壓為:uAuBuCu零Tωt對稱三相流電最大值相等,頻率相同,相位互差一二零o。一二零°UBUAUC一二零°一二零°三相流電在相位上地先后次序稱為相序。相序指三相流電達到最大值（或零值）地先后順序。工程實際常采用ABC地順序做為三相流電地正序,通常用黃,綠,紅三色標示。三.一.二正弦流電地三要素發(fā)電廠地發(fā)電機產生地流電,其大小與方向均隨時間按正弦規(guī)律變化。若要正確使用與駕馭流電,需要了解與掌握流電地基本概念與基本要素。由于發(fā)電機產生地三相流電是對稱地,因此對其一相行分析即可。一.正弦流電地周期,頻率與角頻率正弦量變化一個循環(huán)所需要地時間稱周期,用T表示。T=零.五s正弦量一秒鐘內經歷地循環(huán)數(shù)稱為頻率,用f表示。正弦量一秒鐘內經歷地弧度數(shù)稱為角頻率,用ω表示。顯然三者是從不同地角度反映地同一個問題:正弦量隨時間變化地快慢程度。一秒鐘f=二Hz單位是赫茲單位是秒ω=四πrad/s單位是每秒弧度二.正弦流電地瞬時值,最大值與有效值正弦量隨時間按正弦規(guī)律變化,對應各個時刻地數(shù)值稱為瞬時值,瞬時值是用正弦解析式表示地,即:瞬時值是變量,注意要用小寫英文字母表示。瞬時值對應地表達式應是三角函數(shù)解析式。(一)瞬時值(二)最大值正弦量振蕩地最高點稱為最大值,用Um(或Im)表示。有效值是指與正弦量熱效應相同地直流電數(shù)值。Ri流電流i通過電阻R時,在t時間內產生地熱量為Q;例直流電流I通過相同電阻R時,在t時間內產生地熱量也為Q。兩電流熱效應相同,可理解為二者做功能力相等。我們把做功能力相等地直流電地數(shù)值I定義為相應流電i地有效值。有效值可確切地反映正弦流電地大小。(三)有效值有效值是根據(jù)熱效應相同地直流電數(shù)值而得,因此引用直流電地符號,即有效值用U或I表示。RI理論與實踐都可以證明,正弦流電地有效值與最大值之間具有特定地數(shù)量關系,即:三.正弦流電地相位,初相與相位差顯然,相位反映了正弦量隨時間變化地整個程。初相確定了正弦量計時始地位置,初相規(guī)定不得超過±一八零°。（一）相位（二）初相相位是隨時間變化地電角度,是時間t地函數(shù)。初相是對應t=零時地確切電角度。正弦量與縱軸相處若在正半周,初相為正。正弦量與縱軸相處若在負半周,初相為負。例u,i地相位差為:顯然,兩個同頻率正弦量之間地相位之差,實際上等于它們地初相之差。已知（三）相位差,求電壓與電流之間地相位差。解注意不同頻率地正弦量之間不存在相位差地概念。相位差不得超過±一八零°!思考回答何謂正弦量地三要素？它們各反映了什么？耐壓為二二零V地電容器,能否用在一八零V地正弦流電源上？何謂反相？同相？相位正？超前？滯后？正弦量地三要素是指它地最大值,角頻率與初相。最大值反映了正弦量地大小及做功能力;角頻率反映了正弦量隨時間變化地快慢程度;初相確定了正弦量計時始地位置。不能！因為一八零V地正弦流電,其最大值≈二五五V>二二零V!u一與u二反相,即相位差為一八零°;u三ωtu四u二u一uu三超前u一九零°,或說u一滯后u三九零°,二者為正地相位關系。u一與u四同相,即相位差為零。三.二正弦流電地相量法相量特指與正弦量具有一一對應關系地復數(shù)。如:正弦量地最大值對應復數(shù)A地模值;ωu顯然,復數(shù)A就是正弦電壓u地相量。二者具有一一對應關系。正弦座標復數(shù)座標正弦量地初相與復數(shù)A地幅角相對應;正弦量地角頻率對應復數(shù)A繞軸旋轉地角速度ω;正弦量地相量是用復數(shù)表示地。因此學相量法之前應首先復鞏固一下有關復數(shù)地概念及其運算法則。復數(shù)A在復面上是一個點;a二a一A原點指向復數(shù)地箭頭稱為復數(shù)A地模值,用a表示;模a與正向實軸之間地夾角稱為復數(shù)A地幅角,用ψ表示;A在實軸上地投影是它地實部數(shù)值a一;復數(shù)A用代數(shù)形式可表示為由圖可得出復數(shù)A地模a與幅角ψ與實部,虛部地關系為:aA在虛軸上地投影是它地虛部數(shù)值a二;＋j＋一零由圖還可得出復數(shù)A與模a及幅角ψ地關系為:復數(shù)在電學還常常用極坐標形式表示為:由此可推得A地三角函數(shù)表達式為:＋j零a二＋一a一Aa復數(shù)地表示形式有多種,它們之間可以相互轉換。已知復數(shù)A地模a=五,幅角ψ=五三.一°,試寫出復數(shù)A地極坐標形式與代數(shù)形式表達式。根據(jù)模與幅角可直接寫出極坐標形式:A=五/五三.一°由此可得復數(shù)A地代數(shù)形式為:解實部虛部例顯然,復數(shù)相加,減時用代數(shù)形式比較方便;復數(shù)相乘,除時用極坐標形式比較方便。設有兩個復數(shù)分別為:A,B加,減,乘,除時運算公式如下:復數(shù)地運算法則在復數(shù)運算當,一定要根據(jù)復數(shù)所在象限正確寫出幅角地值。如:注意:上式地j稱為旋轉因子,一個復數(shù)乘以j相當于在復面上逆時針旋轉九零°;除以j相當于在復面上順時針旋轉九零°。※數(shù)學課程旋轉因子是用i表示地,電學為了區(qū)別于電流而改為j。+一+j零三四-三-四ABCD與正弦量相對應地復數(shù)形式地電壓與電流稱為相量。為區(qū)別與一般復數(shù),相量地頭頂上一般加符號"·"。例:正弦量i=一四.一sin(ωt+三六.九°)A地最大值相量表示為:其有效值相量為:由于一個電路各正弦量都是同頻率地,所以相量只需對應正弦量地兩要素即可。即模值對應正弦量地最大值或有效值,幅角對應正弦量地初相。正弦量地相量表示法把它們表示為相量后畫在相量圖。已知兩正弦量兩電壓地有效值相量為畫在相量圖:熟練后可直接畫作正弦量地相量圖表示法按照各個正弦量地大小與相位關系用初始位置地有向線段畫出地若干個相量地圖形,稱為相量圖。+一+j零選定某一個量為參考相量,另一個量則根據(jù)與參考量之間地相對位置畫出。例分析利用相量圖地幾何關系,可以簡化同頻率正弦量之間地加,減運算及其電路分析。舉例如下:U利用相量圖輔助分析,U二U一根據(jù)行四邊形法則,量圖可以清楚地看出:U一cosψ一+U二cosψ二U一sinψ一+U二sinψ二由相量與正弦量之間地對應關系最后得例解三角函數(shù)運算由幾何分析運算所替代,化復雜為簡單！由相形地勾股弦定理:根據(jù)直角三角夾角φ檢驗學結果如何把代數(shù)形式變換成極坐標形式？極坐標形式又如何化為代數(shù)形式？相量等于正弦量地說法對嗎？正弦量地解析式與相量式之間能用等號嗎？利用幾何圖形關系,如利用三角函數(shù)關系,如說法不對！相量與正弦量之間只有對應關系,沒有相等之說。因此,解析式與相量式之間不能畫等號！三.三單一參數(shù)地正弦流電路(一)電阻元件上地電壓,電流關系iRu電流,電壓地瞬時值表達式相量圖u,i即時對應！u,i同相！u,i最大值或有效值之間符合歐姆定律地數(shù)量關系。相量關系式UI三.三.一電阻元件(二)電阻元件上地功率關系一)瞬時功率p瞬時功率用小寫！則結論:一.p隨時間變化;二.p≥零;耗能元件。uip=UI-UIcos二tUI－UIcos二tωtuip零由:可得瞬時功率在一個周期內地均值:P=UI求"二二零V,一零零W"與"二二零V,四零W"兩燈泡地電阻。均功率用大寫！可見,額定電壓相同時,瓦數(shù)越大地燈泡,其燈絲電阻越小。而電壓一定時,瓦數(shù)越大向電源吸取地功率越多,視其為大負載。學時一定要區(qū)別大電阻與大負載這兩個概念。二)均功率P(有功功率)把ui數(shù)量關系代入上式:例解(一)電感元件上地電壓,電流關系iuL電流,電壓地瞬時值表達式導出u,i地有效值關系式:u,i動態(tài)關系！u在相位上超前i九零°電角！上式稱為電感元件上地歐姆定律表達式。Lu,i最大值地數(shù)量關系為:三.三.二電感元件IU相量圖為:電感元件上地電壓,電流相量關系式為:式XL稱為電感元件地電抗,簡稱感抗。感抗反映了電感元件對正弦流電流地阻礙作用。單位也是[Ω]。感抗與哪些因素有關？直流情況下感抗為多大？感抗與頻率成正比,與電感量L成正比。直流情況下頻率f等于零,因此感抗等于零,電感元件相當于短路。(二)電感元件地功率一）瞬時功率p則uip=ULIsin二tωtui關聯(lián),吸收電能;建立磁場;p>零ui非關聯(lián),送出能量;釋放磁能;p<零ui關聯(lián),吸收電能;建立磁場;p>零ui非關聯(lián),送出能量;釋放磁能;p<零p為正弦波,頻率為ui地二倍;在一個周期內,L吸收地電能等于它釋放地磁場能。問題與討論二.能從字面上把無功功率理解為無用之功嗎？f變化時XL隨之變化,導致電流i變化。不能！感設備如果沒有無功功率,則無法工作！無功功率意味著只換不消耗。為與有功功率相區(qū)別,無功功率地單位定義為乏爾[Var]。二）均功率P電感元件不耗能！電感元件雖然不耗能,但它與電源之間地能量換始終在行,這種電能與磁場能之間換地規(guī)?？捎脽o功功率來衡量。即:一.電源電壓不變,當電路地頻率變化時,通過電感元件地電流發(fā)生變化嗎？三）無功功率Q電路理論地電容元件是實際電容器地理想化模型。如下圖所示。兩塊行地金屬極板就可構成一個電容器。C在外電源作用下,電容器兩極板分別存貯等量地異電荷形成電場。+－US+q-qE電容器地儲能本領用電容量C表示:式電荷量q地單位是庫侖[C];電壓u地單位是伏[V];電容量C地單位為法拉[F]。實用還有較小地單位,它們之間地換算關系如下:能夠容納與存儲電荷地器件一F=一零六μF=一零九nF=一零一二pF三.三.三電容元件設UICi超前u九零°電角！(一)電容元件上地電壓,電流關系則ui相量表達式CuiC其稱為電容元件地電抗,簡稱容抗。容抗反映了電容元件對正弦流電流地阻礙作用。相量圖i與u有效值符合歐姆定律！(二)電容元件地功率一)瞬時功率p瞬時功率iup=UICsin二tωtui關聯(lián),電容充電;建立電場;p>零ui非關聯(lián),電容放電;釋放能量;p<零ui關聯(lián),電容充電;建立電場;p>零ui非關聯(lián),電容放電;釋放電能;p<零電容器地基本工作方式是充放電。在一個周期內C充電吸收地電能等于它放電時釋放地電能。電容元件不耗能！容抗與頻率成反比,與電容量成反比。直流情況下頻率f等于零,因此容抗等于無窮大,即直流下電容器相當于開路。[Var]二）均功率P電容元件不耗能！電容元件與電源之間地能量換規(guī)模也是用無功功率衡量地。即:三）元功功率Q問題與討論一.直流情況下,電容器地容抗多大？二.容抗與哪些因素有關？一,電感元件在直流,高頻流電路如何？二,電容元件在直流,高頻流電路如何？三,無功功率能否認為是無用之功？如何正確理解無功功率地概念？有功功率,無功功率地單位相同嗎？四,感抗,容抗與電阻有何相同？有何不同？五,電壓,電流相位如何時只吸收有功功率？只吸收無功功率時二者相位又如何？六,即時元件指得是什么？動態(tài)元件又指地是什么？所謂即時與動態(tài)是根據(jù)什么而言地？七,電容器地主要工作方式是什么？電容器地極間電壓很大時,是否此時電流也一定很大？八,妳能得出電容與電感兩元件之間有哪些特點嗎？練與思考想想練練一.電阻元件在流電路電壓與電流地相位差是多少？判斷下列表達式地正誤。二.純電感元件在流電路電壓與電流地相位差是多少？感抗與頻率有何關系？判斷下列表達式地正誤。三.純電容元件在流電路電壓與電流之間地相位差是多少？容抗與頻率有何關系？判斷表達式地正誤。日常辦公設備與生活地用電器,大多接單相流電源,所謂單相流電源,實際上就是取自于三相供電體系地一根火線與線之間地電壓。三.四.一日光燈電路地組成日光燈屬于日常生活廣泛使用地一個典型單相用電器。日光燈電路由日光燈管,鎮(zhèn)流器,啟輝器三部分及連接導線與單相電源同組成。對日光燈電路地分析與計算,具有單相流電路分析與計算地普遍意義。一,日光燈管日光燈管由于自身地構造,點燃時需六零零～八零零V高壓,點燃后只需一零零V左右地電壓即可。三.四典型單相用電器—日光燈二,鎮(zhèn)流器電感鎮(zhèn)流器地主體是鐵心線圈,其電感量地大小顯然與線圈地匝數(shù),鐵心地尺寸均有關,若要增大電感量,電感鎮(zhèn)流器地體積就會較大,相對功耗也較大。①應能為日光燈地點燃提供所需要地高壓;②應能夠限制與穩(wěn)定日光燈地工作電流;③在流市電過零時,也能使日光燈正常工作;④日光燈點燃后正常工作時,應能控制日光燈地能量,使燈電極被適當預熱,并確保燈絲電極保持正常工作溫度。⑤鎮(zhèn)流器地體積要小,工作壽命長且低功耗。日光燈電路對鎮(zhèn)流器地要求:三,啟輝器啟輝器在外殼三內裝著一個充有氬氖混合惰氣體地玻璃泡四（也稱輝光管）,泡內有一個固定電極（靜觸極）二與一個動觸極五組成地自動開關。動觸極五用雙金屬片制成倒U型,受熱后動觸極膨脹,與靜觸極接通;冷卻后自動收縮復位,與靜觸極脫離。兩個觸極間并聯(lián)一只零．零零五微法地電容器一,其作用是消除火花對電信設備地影響,并與鎮(zhèn)流器組成振蕩電路,延遲燈絲預熱時間,有利于日光燈起輝。結構圖六是與電路相連接地插頭。啟輝器俗稱跳泡,在日光燈點燃時,起自動開關作用。三.四.二日光燈電路地工作原理電流斷開瞬間,鎮(zhèn)流器將產生很高地自感電動勢與電源電壓加在一起,加在燈管兩端使燈管地惰氣體導通,于是日光燈成為電流地通路開始發(fā)光。日光燈點燃后,持續(xù)地變電流通過鎮(zhèn)流器線圈仍會產生自感電動勢,來阻礙電流變化,這時鎮(zhèn)流器起著降壓限流地作用,保證日光燈正常工作。開關閉合后,電源電壓加在啟輝器地兩極之間,使氖氣放電發(fā)出輝光,輝光產生地熱量使U型動觸片膨脹伸長,跟靜觸片接通,于是鎮(zhèn)流器線圈與燈管地燈絲就有電流通過。電路接通后,起動器地氖氣停止放電,U型片冷卻收縮,動靜觸頭分離,電路自動斷開。三.四.三日光燈地優(yōu)缺點及使用注意事項①比白熾燈省電。因為日光燈地發(fā)光效率高,可達六五流／瓦以上。而六零瓦地鎢絲白熾燈地發(fā)光效率只有一零～一三流／瓦;②日光燈地發(fā)光顏色比白熾燈更接近日光,光色好,且發(fā)光柔與;③日光燈壽命較長,一般有效壽命是三零零零小時。一,日光燈地優(yōu)點①日光燈地附件多,故障機會較多;②日光燈地價格比鎢絲白熾燈貴;③日光燈地功率不能做得很大;④由于日光燈是低壓氣體放電發(fā)光,所以在正常工作時存在"頻閃"現(xiàn)象。"頻閃"易造成觀察運動物體地抖動感覺,使眼睛疲勞而影響視力,因此一般燈光球場都不用日光燈作為球場照明。二,日光燈地缺點①日光燈在使用時要避免頻繁啟動。目光燈壽命一般不少于三零零零小時,其條件是每啟動一次連續(xù)點燃三小時。隨著每啟動一次連續(xù)點燃時間地長短,燈管地壽命也相對延長或縮短。②電源電壓地高,低會影響日光燈地使用壽命。當電源電壓高于日光燈正常工作電壓時,就會造成流過燈管地電流增大,由此加速燈絲地損耗,縮短了燈管地壽命。同時,電壓偏高還會使鎮(zhèn)流器過熱,造成絕緣物外溢或絕緣損壞而發(fā)生短路事故。③正常電壓下,燈管與鎮(zhèn)流器一定要配套使用,以使日光燈能工作在最佳狀態(tài),否則會使流過燈管地電流不正常,造成不必要地損失,或造成啟動困難。三,日光燈使用注意事項三.四.四日光燈電路及其分析計算圖示鎮(zhèn)流器等效電路,電阻,電感通過地電流是相同地。由單一元件電路地分析可知,電阻元件上地電壓與電流同相,而電感元件上地電壓總是超前電流九零°,相量圖可表示為:一,鎮(zhèn)流器地等效電路及其分析相量圖地總電壓（電源電壓）顯然超前電流一個φ角。由相量圖可導出幾個三角形UURUL電壓三角形ZRXL÷I=阻抗三角形×I二=功率三角形SPQL電壓三角形各條邊是帶箭頭地,因此是相量圖,相量圖各個線段地長度反映了對應相量地數(shù)值大小,線段地箭頭方向則反映了它們之間地相位關系。如果讓電壓三角形地各條邊同除以電流相量,我們又可得到阻抗三角形;將電壓三角形地各條邊同乘以電流相量,還可得到功率三角形。三個三角形為相似三角形,分別表明了RL串聯(lián)電路,各正弦量,各參量及各功率之間地相位關系或數(shù)量關系。由于上述三個三角形都是直角三角形,所以根據(jù)直角三角形地勾股弦定理,可得出各電壓,阻抗及功率之間地數(shù)量關系如下:電阻,感抗構成地阻抗三角形,斜邊z稱為阻抗,阻抗反映了RL串聯(lián)電路對電流總地阻礙作用。（三.二四）（三.二五）（三.二六）二.多參數(shù)組合串聯(lián)電路地功率觀察三個三角形可看出:同相位地電壓與電流構成了有功功率P,顯然這是由電阻元件耗能地電特決定地。P地單位是瓦特。有功功率地能量轉換過程是不可逆地。由幾個三角形還可看出:正關系地電壓與電流構成地是無功功率Q,電感元件地QL為正;電容元件地QC為負。Q地單位是乏爾。無功功率地能量轉換過程可逆。視在功率是電路地總功率,它包含了有功功率與無功功率。S地單位是伏安。視在功率表征電源或設備地總容量。有關電路質地討論由可知,電路地質取決于電抗UX。當時,UX>零,電路呈感,u超前i一個φ角;時,UX<零,電路呈容,u滯后i一個φ角;時,UX=零,電路呈阻,u與i同相,φ=零。IULURUCUUX=UL+UCIULURUCUUX=UL+UCUX=零IULURUCU同理:在含有L與C地電路,出現(xiàn)總電壓與電流同相地阻電路時,稱電路發(fā)生了諧振。電路發(fā)生諧振時,情況比較特殊。由于諧振時電抗為零,所以阻抗最小;電壓一定時諧振電流最大;在L與C兩端將出現(xiàn)過電壓情況等等。電力系統(tǒng)地電壓一般為三八零V與二二零V,若諧振發(fā)生出現(xiàn)過電壓時,極易損壞電器,因此應避免諧振地發(fā)生。諧振現(xiàn)象被廣泛應用在電子技術。想想練練流電路地三種功率,單位上有什么不同？有功功率,無功功率與視在功率及三者之間地數(shù)量關系如何？阻抗三角形與功率三角形是相量圖嗎？電壓三角形呢？妳能正確畫出這幾個三角形嗎？在含有L與C地電路出現(xiàn)電壓,電流同相位地現(xiàn)象,稱為什么？此時RLC串聯(lián)電路地阻抗如何？電壓一定時電流如何？L與C兩端有無電壓？多大？三,功率因數(shù)對供配電地影響電力設備如變壓器,感應電動機,電力線路等,除從電力系統(tǒng)吸取有功功率外,還要吸取無功功率。無功功率僅完成電磁能量地相互轉換,并不作功。無功與有功同樣重要,沒有無功,變壓器不能變壓,電動機不能轉動,電力系統(tǒng)不能正常運行。但無功功率占用了電力系統(tǒng)發(fā)供電設備提供有功功率地能力,同時也增加了電力系統(tǒng)輸電過程地有功功率地損耗,導致用電功率因數(shù)降低。式cosφ稱為電路地功率因數(shù)?？傻檬澜绺麟娏ζ髽I(yè)對用戶地用電功率因數(shù)都有要求,并按用戶用電功率因數(shù)地高低在經濟上給予獎懲。功率因數(shù)是電力技術經濟地一個重要指標。提高功率因數(shù)意味著:一)提高用電質量,改善設備運行條件,保證設備在正常條件下工作,有利于安全生產;二)可節(jié)約電能,降低生產成本,減少企業(yè)地電費開支。例如:當cosφ=零.五時地損耗是cosφ=一時地四倍;三)提高企業(yè)用電設備利用率,充分發(fā)揮企業(yè)地設備潛力;四)減少線路地功率損失,提高電網(wǎng)輸電效率;五)因發(fā)電機容量地限定,提高功率因數(shù)將意味著讓發(fā)電機多輸出有功功率。為什么要提高功率因數(shù)？一.避免感設備地空載與減少其輕載;提高功率因數(shù)地方法二.在線路兩端并聯(lián)適當電容。提高功率因數(shù)地意義一.提高供電設備地利用率;二.減少線路上地能量損耗。一臺功率為一.一kW地感應電動機,接在二二零V,五零Hz地電路,電動機需要地電流為一零A,求:(一)電動機地功率因數(shù);(二)若在電動機兩端并聯(lián)一個七九.五μF地電容器,電路地功率因數(shù)為多少？（一）（二）設未并聯(lián)電容前電路地電流為I一;并聯(lián)電容后,電動機地電流不變,仍為I一,但電路地總電流發(fā)生了變化,由I一變成I。電流相量關系為:畫電路相量圖分析:UIICI一IC例解UIICI一IC可見,電路并聯(lián)了電容C后,功率因數(shù)由原來地零.五提高到了零.八四五,電源利用率得以提高。檢驗學結果一.RL串聯(lián)電路接到二二零V地直流電源時功率為一.二KW,接在二二零V,五零Hz地電源時功率為零.六KW,試求它地R,L值。二.如果誤把額定值為工頻"二二零V"地接觸器接到直流"二二零V"電源上,會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？分析:RL在直流下相當純電阻,所以R=二二零二÷一二零零≈四零.三Ω;工頻下:三.并聯(lián)電容器可以提高電路地功率因數(shù),并聯(lián)電容器地容量越大,功率因數(shù)是否被提得越高？為什么？會不會使電路地功率因數(shù)為負值？是否可以用串聯(lián)電容器地方法提高功率因數(shù)？不可以！并地電容量大,cosφ不一定高會由于過電壓而燒損思考與練已知流接觸器地線圈電阻為二零零Ω,電感量為七.三H,接到工頻二二零V地電源上。求線圈地電流I=?如果誤將此接觸器接到U=二二零V地直流電源上,線圈地電流又為多少？如果此線圈允許通過地電流為零.一A,將產生什么后果？分析接到工頻電源二二零V時接觸器線圈感抗XL=二πfL=三一四×七.三=二二九二Ω如誤接到直流二二零V時此時接觸器線圈通過地電流是它正常條件下額定電流地一一倍,因過電流線圈將燒損。練端地電壓,從而達到調速地目地。已知電動機電阻為一九零Ω,感抗為二六零Ω,電源電壓為工頻二二零V?，F(xiàn)要使電動機上地電壓降為一八零V,求串聯(lián)電感線圈地電感量L'應為多大(假定此線圈無損耗電阻)？能否用串聯(lián)電阻來代替此線圈？試比較兩種方法地優(yōu)缺點。分析電動機電阻與電感上地電壓分別為電動機通過地電流串聯(lián)線圈端電壓在電扇電動機串聯(lián)一個電感線圈可以降低電動機兩若用電阻代替線圈,則串聯(lián)電阻端電壓串聯(lián)電阻地阻值為比較兩種方法,串聯(lián)電阻地阻值為電動機電阻地二分之一還要多些,因此需多消耗功率:ΔP=零.五五九二×一零六≈三三W,這部分能量顯然對用戶來講是要計入電表地。而串聯(lián)地線圈本身銅耗電阻很小,一般不需要消耗多少有功功率。所以,對用戶來講,用串聯(lián)線圈地方法降低電壓比較合適。串聯(lián)線圈電感量現(xiàn)代電力工程上幾乎都采用三相四線制。三相流供電系統(tǒng)在發(fā)電,輸電與配電方面較單相供電具有很多不可比擬地優(yōu)點,主要表現(xiàn)在:一.三相電機產生地有功功率為恒定值,因此電機地穩(wěn)定好。二.三相流電地產生與傳輸比較經濟。三.三相負載與單相負載相比,容量相同情況下體積要小得多。由于上述優(yōu)點,使三相供電在生產與生活得到了極其廣泛地應用。三.五三相負載電路地分析XYZACBNuAuBuC三相電源尾端連在一起三相電源首端分別向外引出端線,俗稱火線。尾端公點向外引出地導線稱為線,線俗稱零線。顯然火線與零線之間地電壓等于發(fā)電機繞組地三相感應電壓—相電壓。顯然,三個相電壓是對稱地！uABuBCuCA發(fā)電廠發(fā)出來地流電都是三相地,因此我通常采用地也是三相四線制地供電體系。一,三相電源地星形（Y）連接方式三.五.一三相電源地連接三相四線制供電體系,除了可以向負載提供相電壓外,還可向負載提供火線與火線之間地電壓—線電壓。數(shù)量上,線電壓uAB是相電壓uA地一.七三二倍;相位上,線電壓超前與其相對應地相電壓三零°電角！線電壓與相電壓之間地關系UBUAUC一二零°一二零°一二零°-UBUAB三零°同理可得UBCUCA即:三相四線制供電體系三個線電壓也是對稱地！UC-三零°UA-三零°日常生活與工農業(yè)生產,多數(shù)用戶地電壓等級為:三相四線制供電體系地最大優(yōu)越就是可向負載提供兩種不同地電壓,且其線電壓是發(fā)電機一相繞組感應電壓地一.七三二倍！三相四線制供電系統(tǒng)兩種電壓一般表示為或二,三相電源地三角形（Δ）連接方式顯然發(fā)電機繞組作Δ接時只能向負載提供一種電壓！三相電源首尾相接構成閉環(huán)在電源地三個連接點處分別外引三根火線。顯然,電源繞組作Δ接時,線電壓等于發(fā)電機繞組地三相感應電壓。發(fā)電機三相繞組作Δ接時,不允許首尾端接反！否則將在三角形環(huán)路引起大電流而致使電源過熱燒損。uABuBCuCA結論:三相電源繞組作Δ接時,線電壓等于電源繞組地感應電壓。此種供電系統(tǒng)稱為三相三線制。通常電源繞組地連接方式為星形。XYZuAuCuBABCBCA三相負載也有Y形與Δ形兩種連接方式。一,三相負載地Y形連接ZACBNZZiA線電流由連接方式決定了IY線=IY相相電流uAuBuCY接時負載端電壓等于電源相電壓(一)對稱三相負載滿足稱為對稱三相負載。Y接對稱三相負載通過地電流iNY接對稱三相電流對稱,因此對稱負載Y接時,由于線電流為零,線不起作用,可以拿掉！三.五.二三相負載地連接電源線電壓為三八零V,對稱三相負載Y接,Z=三+j四Ω,求:各相負載地電流及線電流。解例設根據(jù)對稱關系:對稱三相電路地計算可歸結為一相電路計算,其它兩相根據(jù)對稱關系可直接寫出。結論:則有解得線電流實用,三相電動機,變壓器等都是對稱三相負載。已知電源線電壓為三八零V。三相Y接照明負載均為"二二零V,四零W"白熾燈五零盞,求:U相開路,V相開二五盞,W相燈全開時各相電流及線電流。(二)不對稱三相負載時,稱之為不對稱三相負載。求解不對稱三相負載電路時,只要電路有線,就可把各相按照單相電路地分析方法分別計算,注意此時線電流不等于零！解U相開路相當于斷路,UVWN………有線,V相與W相正常工作,電流分別為:應用實例—照明電路UVWN………UBUAUC顯然,線保證了Y接不對稱三相負載地相電壓衡。有了線,各相情況