1、電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,第二章 基本概念 本章主要內(nèi)容,論述組成電力系統(tǒng)的各種能量形式以及電機中機電能量轉(zhuǎn)換的概念 討論直流傳輸與交流傳輸?shù)幕靖拍?闡述交流電路中有功功率、無功功率、視在功率及復數(shù)功率的概念。 討論單相系統(tǒng)的缺陷、三相系統(tǒng)的優(yōu)點以及對稱三相系統(tǒng)的單相分析法。,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,第一節(jié) 電力與電能系統(tǒng),一、電力系統(tǒng)中的能量形式 二、旋轉(zhuǎn)電機中的能量轉(zhuǎn)換,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,一、電力系統(tǒng)中的能量形式,發(fā)電廠將自然界的可用的“生”能轉(zhuǎn)換為電能，并輸送和分配這種電形式的能量至各類用戶，然后轉(zhuǎn)換為各種有用的能量形式。 在電力系統(tǒng)中存在電能的附加形式，即

2、電場能、磁場能及耗散能。發(fā)電機組中的原動機屬動力系統(tǒng)的范疇，它們服從剛體圍繞定軸旋轉(zhuǎn)的規(guī)律，因而存在著機械能，即轉(zhuǎn)子動能與位能。,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,1動能（Kinetic energy）,式中：為發(fā)電機轉(zhuǎn)子機械角速度（ rad/s） J為發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量（kg.m2）,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,2位能（Potential energy）,原動機對發(fā)電機轉(zhuǎn)子施加的力矩形成轉(zhuǎn)子位能。 T為原動機的轉(zhuǎn)矩 當T恒定時,彈簧：,重力：,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,3磁場能（Magnetic field energy）,磁場能儲藏于具有磁場存在的空間內(nèi)。在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機的定

3、子及轉(zhuǎn)子繞組、變壓器繞組、輸電線回路及感應(yīng)電動機定子及轉(zhuǎn)子繞組都存在磁場，因而都儲藏磁場能 。 當存在兩個線圈時,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,PWM的基本原理,理論基礎(chǔ),面積等效原理沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,PWM的基本原理,SPWM波,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,例2-1施加交流電壓至一具有電感L的線圈，求 儲藏的磁場能與相應(yīng)的功率。,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,例2-1施加交流電壓至一具有電感L的線圈，求 儲藏的磁場能與相應(yīng)的功率。 解：線圈中的電流落后于電壓，并等于 功率 上式表明功率變化速率是電壓變化

4、速率的兩倍，并且平均功率為零。,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,4電場能（Electric field energy）,儲藏于電場中，例如電容器的極板間、傳輸線間以及傳輸線對地之間。,5耗散能（Dissipative energy）,電力系統(tǒng)中，電流流經(jīng)導線時因?qū)Ь€存在電阻生成熱能散發(fā)出去而消耗掉，即耗散能。,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,例2-2具有26.5uF的電容器：（a）帶電至直流電位110kV，問多少能量存儲于此裝置？（b）施加交流電壓 ，求儲藏于電場中的能量及相應(yīng)的功率。 解:(a) (b),電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,二、旋轉(zhuǎn)電機中的能量轉(zhuǎn)換,電動機：將輸入電功率轉(zhuǎn)換成機械

5、功率輸出,是主要負載。 發(fā)電機：將輸入機械功率轉(zhuǎn)換成電功率輸出，是電力系統(tǒng)的電源。 同步電機可以作為發(fā)電機也可以作為電動機，但從發(fā)電機過渡到電動機時，電流方向相反 同步機：磁場對定子速度和轉(zhuǎn)子速度相同 異步機：有滑差s，磁場對定子速度為v,對轉(zhuǎn)子速度為sv，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為（1-s）v。,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,第二節(jié) 直流傳輸,輸入端功率：,輸出端功率：,效率：,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,第三節(jié) 交流傳輸,1.單相系統(tǒng) 2.對稱三相系統(tǒng) 3.聯(lián)接的三相負載 4.單相分析法,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,1. 單相系統(tǒng),無源線性一端口網(wǎng)絡(luò) 電壓和電流瞬時值：,+,-,i,u,電氣工程

6、基礎(chǔ) 第二章 基本概念,該端口的瞬時功率為：,U和I分別為電壓與電流的有效值，即均方根值：,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,定義P為有功功率，Q為無功功率：,代入上式可得：,02之間 -11之間,再定義 為視在功率或伏安功率,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,對于P和Q ，其意義闡述如下： 1有功功率P規(guī)定為pP的平均值，其物理意義是被傳送的有用功率，它的大小與功率因數(shù) 相關(guān)。 2無功功率Q定義為pQ的幅值， pQ在線路上往返傳送，平均值為零，所以是“無用”功率。但它為建立電場和磁場所必需。 3. P的單位用瓦（W）、千瓦（kW）表示，Q的單位一般用乏（var）、

7、千乏表示。,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,用向量形式表示：,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,其中：Z為等效阻抗,例題：有一日光燈，其電阻R=300，鎮(zhèn)流器的感抗XL=L=520，電源電壓U=220V。求（1）該日光燈消耗的有功功率和無功功率；（2）燈管電壓的有效值UR和鎮(zhèn)流器電壓的有效值UL，兩者之和是否等于電源電壓？,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,其中：Z為等效阻抗,例題：有一日光燈，其電阻R=300，鎮(zhèn)流器的感抗XL=L=520，電源電壓U=220V。求（1）該日光燈消耗的有功功率和無功功率；（2）燈管電壓的有效值UR和鎮(zhèn)流器電壓的有效值UL，兩者之和是否等于電源電壓？ 解：第一步：要

8、計算電流I。知道電壓，需要先計算 總阻抗Z 燈管電流為,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,第二步：計算功率因數(shù)角（阻抗角） 第三步：根據(jù)定義計算有功功率和無功功率 第四步：知道電流，可根據(jù)歐姆定律計算各自電壓。 燈管電壓： 鎮(zhèn)流器電壓：,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,2. 三相系統(tǒng),單相系統(tǒng)具有功率脈動特性，使得電動機產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩。與三相電動機相比，單相電動機體積大、運行性能差、起動困難。 三相系統(tǒng)可以看成由三個單相組聯(lián)而成，對稱三相電源的三相電勢的有效值相等，相位差為120o,這里U為相電壓的有效值，上式根據(jù),電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,當三相系統(tǒng)中具有對稱負載時，則每相電流為：,用矢量

9、表示為：,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,三相傳輸系統(tǒng)的總功率為：,結(jié)論：（1）三相傳輸系統(tǒng)的總功率等于每相功率的三倍 （2）三相傳輸系統(tǒng)中的瞬時功率是恒定的 （3）三相發(fā)電機和三相電動機具有恒定轉(zhuǎn)矩,中性點的電流為三相電流矢量和，根據(jù)三相對稱系統(tǒng)時的電流矢量和為0，即： 再根據(jù)三角變換可得到：,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,定義：三相無功功率和視在功率如下：,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,3. 聯(lián)結(jié)的三相負載,對稱三角形聯(lián)接等效為星形聯(lián)接時的阻抗 關(guān)系式為： 證明： 第一步：先畫圖，并計算三角形聯(lián)接時的線電流,（1）,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,所以,（2）,由于不論是三角形還是星形

10、，線電流應(yīng)該是相等的。所以比較式（1）和（2），可得：,所以,又因為,第二步：計算星形聯(lián)接的線電壓,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,對稱三相系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行情況，實際上只要進行其中某一相（如a相）的計算，而其他兩相即b和c相的電流和電壓根據(jù)相序關(guān)系易于求得。 對于一個對稱三相系統(tǒng)，如果： （1）所有元件是對稱三相連接的； （2）所有負載和電源是Y形聯(lián)接的； （3）相間無電感 則： （1）所有元件的中性點電位為零； （2）各相完全可以解耦； （3）各元件的電流、電壓矢量相序與電源相同,4. 單相分析法,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,單相分析法計算步驟： （1）選擇電源中性點為電壓參考點； （2）

11、將三角形聯(lián)接的負載轉(zhuǎn)化成為等效的星形聯(lián)接； （3）將所有元件的中性點聯(lián)接在一起，計算a相，然有檢驗b相和c相，其中b和c相分別在相位上滯后a相120o和240o相； （4）還原到原電路中求線間變量。,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,例2-5 一對稱三相系統(tǒng)如圖所示，已知 ，求 ， 。,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,例2-5 一對稱三相系統(tǒng)如圖所示，已知 ，求 ， 。 解：對補償電容的聯(lián)接采用等效Y代替，則有,電氣工程基礎(chǔ) 第二章 基本概念,運用單相分析法后，合并并聯(lián)支路如圖所示，等效并聯(lián)阻抗為：,作業(yè)： 1.有一個L=0.5H的電感，其內(nèi)阻r=0.5，電源為單相市電，求該電感消耗的有功功率和無功功率是多少？ 2.有一個采用380V/50Hz供電的三相異步電動機，每相繞組的電感為1H，電阻0.02 ，采用三角形連接，