電工電子技術(shù) 課件 3任務(wù)一、設(shè)計簡單的輸配電系統(tǒng)

任務(wù)一、簡單輸配電系統(tǒng)的設(shè)計電工電子技術(shù)

黃燕華任務(wù)導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生活中處處都離不開電，“電能”如何生產(chǎn)，如何傳輸?shù)接脩舳?

任務(wù)導(dǎo)學(xué)電能是通過發(fā)電設(shè)備（鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等）將其他形式的能源轉(zhuǎn)化為電能，比如火力發(fā)電、核能發(fā)電、太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等。發(fā)電站發(fā)出的電通過變電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)最后到達(dá)我們用電系統(tǒng)供用戶使用。任務(wù)情境由發(fā)電設(shè)備、輸電線路、升壓及降壓變電站、配電所、用電設(shè)備及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)組成的電能生產(chǎn)、輸送、分配、使用的統(tǒng)一整體稱為電力系統(tǒng)。簡述電能的產(chǎn)生形式，繪制電力系統(tǒng)的組成簡圖。簡述變壓器的組成及原理，分析變壓器在電力系統(tǒng)中的作用。任務(wù)實施１)電能是發(fā)電站發(fā)出來的，有哪些發(fā)電形式?通過查閱資料寫出幾種發(fā)電形式，并說明是否屬于清潔可再生能源。２)通過資料查找在圖３-１中繪制出電力系統(tǒng)的組成簡圖，要求該簡圖能夠描述“電能”從發(fā)電站到用戶整個過程。３)發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電，為什么要升壓至５００ｋＶ后再進(jìn)行傳輸?如何將電壓升至５００ｋＶ?４)電能輸送至用戶之前，為什么要經(jīng)過降壓后再供給用戶?５)根據(jù)電力系統(tǒng)的輸配電方式在圖３-２中繪制出電力系統(tǒng)的輸配電示意圖。６)變壓器包含哪些組成部分?各部分的作用是什么?７)什么是磁路?什么是磁場強(qiáng)度?什么是磁感應(yīng)強(qiáng)度?它們之間的關(guān)系如何?知識鏈接一、電力系統(tǒng)二、新能源發(fā)電技術(shù)三、磁場的基本物理量四、磁性材料的磁性質(zhì)五、磁路的歐姆定律六、交流鐵心線圈電路七、變壓器的基本結(jié)構(gòu)

一、電力系統(tǒng)電工電子技術(shù)

黃燕華一、電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)俗稱電網(wǎng)，是由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、母線、架空線、電纜、配電裝置、受電裝置等設(shè)施，以及為保證這些設(shè)施正常運行所需的繼電保護(hù)和安全自動裝置、計量裝置、電力通信設(shè)施、電網(wǎng)調(diào)度自動化設(shè)施等。由于電源點與負(fù)荷中心多數(shù)處于不同地區(qū)，也無法大量儲存，故其生產(chǎn)、輸送、分配和消費端在同一時間內(nèi)完成，并在同一地域內(nèi)有機(jī)地組成一個整體，電能生產(chǎn)必須時刻保持與消費平衡。電力系統(tǒng)示意圖電力工業(yè)生產(chǎn)有以下特點：１）同時性。發(fā)電、輸電、變電、用電是同時完成的，因電能不能儲存，所以電能必須用多少發(fā)多少。２）整體性。發(fā)電廠、變壓器、高壓輸電線路、配電線路和用電設(shè)備在電網(wǎng)中形成了一個不可分割的整體，缺少任一環(huán)節(jié)，電力生產(chǎn)都不可能完成。相反，任何設(shè)備脫離電網(wǎng)都將失去其存在的意義。３）快速性。電能輸送過程迅速，其傳輸速度與光速相同，即使相距幾萬千米，發(fā)電、供電、用電都是在一瞬間實現(xiàn)。４）連續(xù)性。電能的質(zhì)量需要實時、連續(xù)地監(jiān)視與調(diào)整。５）實時性。電網(wǎng)事故發(fā)展迅速、涉及面大，需要實時安全監(jiān)視。6）隨機(jī)性。由于負(fù)荷變化、異常情況、電網(wǎng)操作及事故發(fā)生的隨機(jī)性，電能質(zhì)量的變化是隨機(jī)的。因此，在電力生產(chǎn)過程中，需要實時調(diào)度，并需要實時安全監(jiān)控系統(tǒng)隨時跟蹤隨機(jī)事件，以保證電能的質(zhì)量及電網(wǎng)的安全運行。二、新能源發(fā)電技術(shù)電工電子技術(shù)

黃燕華二、新能源發(fā)電技術(shù)新能源是相對常規(guī)能源而言的，一般具有以下特征：1)尚未大規(guī)模作為能源開發(fā)利用，有的甚至還處于初期研發(fā)階段；2)資源賦存條件和物化特征與常規(guī)能源有明顯區(qū)別；3)開發(fā)利用技術(shù)復(fù)雜，成本較高；4)清潔環(huán)保，可實現(xiàn)二氧化碳等污染物零排放或低排放；5)資源量大、分布廣泛，但大多具有能量密度低的缺點核能發(fā)電是利用原子核分裂時產(chǎn)生的能量，把反應(yīng)器中的水加熱產(chǎn)生蒸汽，然后借蒸汽推動汽輪機(jī)，再帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能。太陽能發(fā)電是把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電技術(shù)。由于太陽能儲量巨大，不會枯竭，清潔能源，無污染，不受地域限制，是一種無所不在的能源，這些優(yōu)點使它成為最理想的能源。風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。三、磁場的基本物理量電工電子技術(shù)

黃燕華三、磁場的基本物理量磁路限定在一定空間范圍內(nèi)的磁場。I磁感線表示磁場的分布情況。磁通Φ磁場存在的一種特殊形式。磁場的方向和強(qiáng)弱。磁通Φ通過與磁感線方向垂直的截面內(nèi)磁感線的總數(shù)。在均勻磁場內(nèi)磁場強(qiáng)度H磁場強(qiáng)度H只與產(chǎn)生它的電流有關(guān)，而與磁場中的介質(zhì)無關(guān)。磁場強(qiáng)度H的單位安[培]每米(A／m)。磁感應(yīng)強(qiáng)度B表示磁場內(nèi)某點磁場方向和強(qiáng)弱的物理量。單位：特[斯拉](T)磁通密度矢量

方向與B同。磁導(dǎo)率μB=μH磁導(dǎo)率μ的單位亨[利]每米(H／m)。介質(zhì)的μ越大，導(dǎo)磁能力越強(qiáng)。真空的磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率μr

任一介質(zhì)的磁導(dǎo)率μ與真空的磁導(dǎo)率μ0的比值。表示介質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。四、磁性材料的磁性質(zhì)電工電子技術(shù)

黃燕華非磁性材料

HB0四、磁性材料的磁性質(zhì)在外界磁場的作用下,基本上不表現(xiàn)出磁性，不產(chǎn)生附加磁場，磁導(dǎo)率μ≈μ0，，相對磁導(dǎo)率μr≈1。B≈μ0H磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場強(qiáng)度H之間具有線性正比關(guān)系外磁場磁疇常用的磁性材料鐵、鎳、鈷及其合金。(一)高導(dǎo)磁性磁導(dǎo)率μ＞＞μ0相對磁導(dǎo)率μr＞＞

1小電流產(chǎn)生強(qiáng)磁場(磁感應(yīng)強(qiáng)度B=μH足夠大)。磁性材料在外界磁場的作用下,被強(qiáng)烈磁化,產(chǎn)生很強(qiáng)的附加磁場,并大大加強(qiáng)外磁場。（二）磁飽和性非線性關(guān)系B(Φ)H(I)0acbd飽和段cdbc段B–H增加上升緩慢飽和段μ急劇減小。μμ--H(I)關(guān)系曲線磁化曲線B(Φ)--H(I)曲線0a段起始段ab段B–H有近似線性正比關(guān)系(三)磁滯性iHCHm--Hm--HCBr--BrBH基本磁化曲線123456磁滯回線交流電流i勵磁。環(huán)形鐵心勵磁線圈0i0HCHm--Hm--HCBr--BrBH磁滯損耗123456磁滯損耗的大小正比于磁滯回線包圍的面積。五、磁路的歐姆定律電工電子技術(shù)

黃燕華磁路的歐姆定律一、磁路磁感線集中通過的路徑。是電氣設(shè)備中的導(dǎo)磁路徑。小電流產(chǎn)生強(qiáng)磁場。小段空氣隙也是磁路的組成部分。二、磁路的歐姆定律揭示了磁路中磁通Φ與勵磁電流I之間的關(guān)系。Ir環(huán)形鐵心磁路勵磁電流I。磁感線沿鐵心呈同心圓狀分布。環(huán)形鐵心內(nèi)某點磁場強(qiáng)度只與勵磁電流I和線圈匝數(shù)N、與該點位置有關(guān)，而與磁介質(zhì)（μ）無關(guān)。根據(jù)數(shù)學(xué)全電流定律可得環(huán)形磁路平均長度N－勵磁線圈匝數(shù)Ir磁場強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通磁通磁通或F=NI產(chǎn)生磁場的激勵。取磁阻。磁路的歐姆定律。磁通Φ是響應(yīng)。磁通勢六、交流鐵心線圈電路電工電子技術(shù)

黃燕華i--++ueφ磁通Φ恒定不變,不在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。線圈內(nèi)電流、電壓關(guān)系與一般直流電路相同。交流磁路交流電流i勵磁，磁通φ變化，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e。勵磁線圈與磁路結(jié)合在一起，不可分割。交流鐵心線圈電路磁路直流磁路交流磁路直流磁路

直流電流勵磁。一.各電磁量之間的關(guān)系注意正方向。交流電壓u勵磁電流i磁通勢Ni主磁通φi--++ueφ感應(yīng)電動勢二.主磁通與感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢外加電壓u是正弦電壓,主磁通φ按正弦規(guī)律變化。主磁通φ=Φmsinωt交流鐵心線圈電路感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢的有效值該式是分析變壓器、交流電動機(jī)中電壓、電流有效值U、I和主磁通最大值Φm關(guān)系的重要依據(jù)。七、變壓器的基本結(jié)構(gòu)電工電子技術(shù)

黃燕華變壓器的主要功能是能夠把某一電壓數(shù)值的交流電變換為同頻率的另一電壓數(shù)值的交流電----變電壓。除此之外，變壓器還具有變電流、變阻抗的作用，用于電工測量和電子技術(shù)領(lǐng)域。一.變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵心

磁路。心式變壓器殼式變壓器變壓器的基本結(jié)構(gòu)主要用于輸電、配電系統(tǒng)。用硅鋼片交錯疊裝或卷繞而成。線圈（繞組）繞在鐵心上的兩個（或以上）線圈。交流電源負(fù)載二次繞組匝數(shù)N2凡表示一次繞組各量的圖形符號U2U1－＋＋－二次繞組（副方繞組、次級繞組）一次繞組（原方繞組、初級繞組）外接交流電源。字母均標(biāo)注下標(biāo)“1”。如一次繞組電壓（有效值）U1一次繞組電流（有效值）I1一次繞組匝數(shù)N1外接負(fù)載。凡表示二次繞組各量的字母均標(biāo)注下標(biāo)“2”。如二次繞組電壓（有效值）U2二次繞組電流（有效值）I2任務(wù)實施１)電能是發(fā)電站發(fā)出來的，有哪些發(fā)電形式?通過查閱資料寫出幾種發(fā)電形式，并說明是否屬于清潔可再生能源。①水力發(fā)電：水電站中水流的勢能經(jīng)過水輪機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能；②火力發(fā)電：火電廠的燃料化學(xué)能通過鍋爐燃燒轉(zhuǎn)化為熱能，經(jīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能；③核電能：核聚變和核裂變能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能；④風(fēng)力發(fā)電：風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為電能；⑤太陽能發(fā)電；⑥地?zé)岚l(fā)電。在世界范圍內(nèi)，火電廠的裝機(jī)容量約占總裝機(jī)容量的70%，發(fā)電量約占總發(fā)電量的80%。新能源要同時符合兩個條件：一是蘊(yùn)藏豐富不會枯竭；二是安全、干凈，不會威脅人類和破壞環(huán)境。目前找到的新能源主要有兩種，一是太陽能，二是燃料電池。另外，風(fēng)力發(fā)電也可算是輔助性的新能源。其中，最理想的新能源是太陽能。核電在理想的情況下是干凈的，但萬一發(fā)生核泄漏，后果同樣是可怕的。２)通過資料查找在圖３-１中繪制出電力系統(tǒng)的組成簡圖，要求該簡圖能夠描述“電能”從發(fā)電站到用戶整個過程。電力系統(tǒng)組成示意圖３)發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電，為什么要升壓至５００ｋＶ后再進(jìn)行傳輸?如何將電壓升至５００ｋＶ?發(fā)電機(jī)發(fā)出的電力除發(fā)電廠自用電以外，大部分送至電網(wǎng)，然后由電網(wǎng)再分配給用戶。由于發(fā)電廠與用戶距離較遠(yuǎn)，電能在輸送過程中要產(chǎn)生損失，稱為線損，線損與電流的平方成正比

（I為傳輸線路中的電流，為傳輸中的功率損耗，為傳輸線路的等效電阻）。在輸送功率P一定的情況下，電流與電壓成反比P=UI，提高電壓U就可以降低電流I，使線損大幅度下降。所以，發(fā)電廠采用升壓變壓器將電壓升高后再向電網(wǎng)送電，輸電距離愈遠(yuǎn)，采用的電壓等級也愈高。因此發(fā)電廠發(fā)出的電需要升壓主要益處有如下幾點：①減少線路能耗（

）、壓降（

）。②節(jié)約有色金屬，導(dǎo)線在傳輸電流過程中，電流越小，導(dǎo)線就越細(xì)。③降低線路工程造價。發(fā)電廠發(fā)出的電是經(jīng)過升壓變壓器實現(xiàn)升壓的。４)電能輸送至用戶之前，為什么要經(jīng)過降壓后再供給用戶?電能送至用戶后，如果不經(jīng)降壓，直接使用，則用戶必須采用耐壓等級高的用電設(shè)備，不但大大增加了設(shè)備的成本，而且電壓太高，也威脅人身安全。所以，用戶要將電壓降低后再使用。雖然采用了升壓變壓器和降壓變壓器均要產(chǎn)生一些損耗，但現(xiàn)代大型變壓器的效率很高，其損耗與因此而減少的線損相比是很少的。５)根據(jù)電力系統(tǒng)的輸配電方式在圖３-２中繪制出電力系統(tǒng)的輸配電示意圖。電力系統(tǒng)的輸配電示意圖６)變壓器包含哪些組成部分?各部分的作用是什么?變壓器由鐵心和繞在鐵心上的兩個或多個線圈（又稱繞組）組成。