电气工程概论第四章
电气工程概论课程教学大纲
西安交通大学“电气工程概论”课程教学大纲英文名称：Introduction of Electrical Engineering课程编号：EELC3016学时：48 学分： 3适用对象：电气工程学院三年级本科生先修课程：数学，电路，电机学等。
使用教材及参考书：王锡凡主编，“电力工程基础”西安交通大学出版社1998年刘涤尘主编，“电气工程基础”武汉理工大学出版社2002年刘笙主编，“电气工程基础”(上、下册) 科学出版社2002年一、课程性质、目的和任务：“电气工程概论”是电气工程及自动化学院的院级基础课，课程内容涉及电气工程学院各专业基础知识。
目的在于了解电气工程领域的概况，对电气工程中各学科的研究内容及其相互关系有一个全面的了解和认识，为进一步学习专业课程打好基础。
主要内容包括：电气技术的发展，电力系统的构成和特点，电力系统稳态运行分析基础，电力系统故障分析基础，高、低压开关电器基本理论，电气主设备及主接线，高电压绝缘的基本理论，电力系统过电压，继电保护，电力系统稳定性分析，远距离大容量输电等。
二、教学基本要求：1．使学生对电气工程领域有全面的了解，用全局的观点去认识、了解电气工程领域的知识。
2．使学生了解电气工程相关领域及相互关系。
3．掌握电气工程领域基本知识的分析和计算方法，培养学生分析和解决电气工程问题的能力。
4．了解电气工程的发展趋势及电气工程领域的新技术。
三、教学内容及要求第一章电气技术的发展及电力系统的构成1.电气技术的发展及应用。
2.近代电力系统的发展。
3.国内电力系统简介。
4.电力系统的特点和运行的基本要求。
第二章电力系统稳态运行分析1.电力线路、变压器参数、输电线路的方程及等值电路。
2.简单电力系统潮流计算。
3.电力系统运行调整。
第三章电力系统的短路电流计算1.无限大电源供电系统三相短路计算。
2.三相短路电流实用计算。
3.不对称短路电流计算方法简介。
第四章开关电器及电气主接线1.开关电器原理与用途。
电气工程概论期末复习(华侨大学)课案
电气工程概论复习第一章绪论1、电气工程概念：电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，是以电工科学中的理论和方法作为基础的工程技术；5个基本方向：电机与电器及其控制技术、电力电子技术、电力系统及其自动化技术、高压与绝缘技术、电工新技术。
第二章电机与电器基础2、4大开关电器及其用途a）断路器：电力系统正常或故障时关合和开断电路；b）隔离开关：将高压设备与电源隔离，保证检修人员安全；c）熔断器：电路故障或短路时，熔体熔断开断电路；d）电压控制电器：接通、分断低压交直流的控制电路。
3、低压电器：额定电压1200V以下；高压电器：额定电压3Kv以上。
4、真空断路器：真空作为触头间的绝缘和灭弧介质的断路器a)结构：操动机构、支撑用的绝缘子、真空灭弧室；b)优点：绝缘性能好、机械寿命和电气寿命高、适合于操作频繁的场所；c)特点：绝缘性能好，触头开距小；要求操动机构提供的能量小；电弧电压低、能量小，开断时触头表面烧损轻微，因此机械寿命和电气寿命高；适合在操作频繁的场所。
d)触头类型及特点i.圆盘形触头：结构简单、易于制造；只能在不大的电流下维持电弧为扩散型，用于开断电流要求不大的真空开关和真空接触器上；ii.横向磁场触头：iii.纵向磁场触头：e）触头材料的4大要求：耐弧性能好；截断电流小；抗熔焊性能好；含气量低；f）真空灭弧室的基本结构：绝缘外壳、波纹管、动静触头等真空灭弧室的屏蔽罩: 主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩、均压屏蔽罩；主要作用:防止金属蒸气喷溅到绝缘外壳的内表面，避免内表面的绝缘性能下降；有冷凝效果，散热面积大，有利于开断性能的提高；屏蔽罩的存在会影响动、静触头的电场分布，设计得当有利于触头间绝缘强度的提高。
波纹管：液压成型（过冲行程不宜过大，以免降低其使用寿命）、薄片焊接成型（疲劳寿命长，通常用于机械寿命要求长、额定电压等级高、触头行程大的真空断路器中）；变压器5、干式变压器优点：i.安全、防火、无污染，可直接安装在负载中心；ii.防潮性能好，停运后不经预干燥即可投入运行；iii.损耗低、局部放电量低、噪声小，散热能力强；iv.免维护、安装简单、可靠性高，综合运行成本低。
电气工程学概论 林孔元主编 第四章部分习题解答
4.3 已知 4j 3-=IA ， 30j 220e U =V 。
试写出它们的时域表达式：?=i ，?=u 并绘出它们的相量图和波形图。
解：A )1.53sin(25))34arctan(sin(2)4(322︒-=-+-+=t t i ωω；V )30sin(2220︒+=t u ω；4.4 已知：4j 31+=I A ，3j 42-=I A ， 0j 310e I =A 。
试计算：?321=-+=i i i i 并绘出相量图。
解：57.16110j 3103j 44j 3321∠=+-=--++=-+=I I I I A)57.161(23.16A )57.161(4.47sin A)57.161sin(20︒+=︒+=︒+=t t t i ωωω；4.5 已知C L R ,,三个元件的阻抗值都是100Ω，试求下述电路的复数阻抗：⑴ 三个元件串联连接； ⑵ 三个元件并联连接； ⑶ R 和C 并联再与L 串联； ⑷ R 和L 并联再与C 串联。
解：⑴ Ω=-+=100)(j C L X X R Z ；⑵CL X X R Z j 1j 111++=，Ω=100Z ； ⑶ Ω+=+-⋅-=+-⋅-=)50j 50(100j 100j 100100100j j j j L C C X X R R X Z ；⑷ Ω-=-+⋅=-+⋅=)50j 50(100j 100j 100100100j j j j C L L X X R R X Z ；+1I题4.22图LR4.7 已知图示正弦交流电路中各电压表的读数分别为：(a) 60V V ,30V V 21== (b) 100V V 80V,V ,15V V 321===。
求电源电压的有效值。
题4.20图（a ）（b ）解：（1）U 1、U 2、U S 构成直角三角形 ∴08.672221S =+=U U U V（2）U 1、（U 3 -U 2）、U S 构成直角三角形 ∴ ()2522321S =-+=U U U U V4.8 已知图示正弦交流电路中各电流表A1、A2、A3的读数分别为：5A 、20A 、25A ，求电流表A 的读数；如果维持A1的读数不变，而把电源的频率提高一倍。
《电气工程概论》辅导资料十四
电气工程概论辅导资料十四主题：第四章高电压与绝缘技术学习时间：2012年12月31日－2013年1月6日内容：我们这周主要学习气体放电的基本理论，液体和固体介质的电气特性，过电压及绝缘配合。
第四章高电压与绝缘技术第一节气体放电理论及应用1．气体放电的主要形式（1）火花放电：常压附近的放电行为（2）辉光放电：低气压下的放电行为（3）电晕放电：极不均匀电场下的放电行为（4）电弧放电：强放电行为2．强电场下气体中载流子输运行为（1）载流子的产生过程1)碰撞电离气体中粒子的相互碰撞与四种碰撞效应①激发②电离③复合④附着2)光致电离：光子的能量大于气体分子电离能。
3)热电离：当气体分子的温度很高，原子或分子的热运动能量足够大，高速运动的原子或分子相互碰撞时，也可导致气体分子碰撞电离，称为热电离。
实际上只有当温度在上万摄氏度以上才可能有显著的热电离发生，所以热电离是极高温度下的现象。
4)电极表面发射：在较高电场下电极表面将向气体中发射电子，根据电场大小的不同，又可分为热发射和场致发射。
（2）附着电子效应与附着系数自由电子的产生机理：碰撞电离、光致电离、热电离以及电极表面发射等与其对立过程如复合和附着效应等是气体放电理论的基础，研究这些过程可以了解气体间隙中电流的激增过程以及与外施电压的关系，解释气体放电的各种现象和探求控制放电电压的途径。
3．气体放电的基本理论(1）气体放电的电子碰撞电离理论1)电子雪崩与电流倍增当电场足够强时，由于碰撞电离作用，气体中电子数目将由一个增为两个，两个增为四个，从阴极出发的一个电子，运动单位距离后就增加为2n个电子。
发生电子碰撞电离时，电子和正离子是成对产生的，但电子速度快，所以电子位于接近正极的一面，称为崩头，而正离子速度慢，近似看成留在其产生的位置上，称为崩尾。
2)气体自持放电条件仅仅由于电子碰撞电离过程的作用不可能导致气体介质发生击穿(非自持放电放电)实验发现气隙不太宽时，放电与电极表面发射过程有关，即γ过程与碰撞电离过程中的电子同时产生的正离子在电场作用下向阴极移动，在到达阴极附近时，或者由于加强了阴极的电场，或者由于正离子撞击阴极表面，使阴极产生电子发射。
《电气工程第4章》PPT课件
二、输电线路的参数计算及等值电路
1．输电线路的参数计算
电阻：
单根导线的单位长度直流电阻为： r1
S
•导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%～1%，主要是因为： 应考虑集肤效应和邻近效应的影响； 导线为多股绞线，使每股导线的实际长度比线路长度长; 导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。
r r 21 0 ( 2)0
式中，α为电阻的温度系数(1/℃)，铜取0.00382（1/℃），铝取 0.0036（1/℃）。
2019/10/17
二、输电线路的参数计算及等值电路
电抗： 每相导线单位长度的等值电抗为：
x 1 2 π f( 4 . 6 l g D r g e 0 . 5 r ) 1 0 4 0 . 1 4 4 5 l g D r g e 0 . 0 1 5 7 r
横担：电杆上用来安装绝缘子。常用的有木横担、铁横担和 瓷横担三种。
横担的长度取决于线路电压等级的高低、档距的大小、安 装方式和使用地点等。
2019/10/17
2019/10/17
4.1 电力系统元件参数和等值电路
绝缘子和金具：绝缘子用来使导线与杆塔之间保持足够的绝 缘距离；金具是用来连接导线和绝缘子的金属部件的总称。
2019/10/17
4.1 电力系统元件参数和等值电路
2．电缆线路 电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。 导体：由多股铜绞线或铝绞线制成。
分为单芯、三芯和四芯等 种类。单芯电缆的导体截面是 圆形的；三芯或四芯电缆的导 体截面除圆形外，更多是采用 扇形。
2019/10/17
扇形三芯电缆
水分浸入和绝缘油外渗。常用的包皮有铝包
第四章 电力系统分析概述
5 机电暂态
运动的物体在经受扰动之后，能否回到原 来的稳定运动状态，或到达一个新的稳定运动 状态。 电力系统中运动着的物体主要是发电机、 电动机等设备，电动机一般接在负荷侧，电力 系统稳定分析一般针对发电机和输电网组成的 系统进行。
Y2 L Y,(n−1) n n
潮流求解
Y12 Y11 Y Y22 21 M M Y(n−1),1 Y(n−1),2 Yn1 Yn2 L L M Y1,n−1 Y2,n−1 M
∗ ∗ S /U & Y1n U1 ∗1 ∗ 1 & Y2n U2 S /U 2 2 M = M M & ∗ ∗ Y(n−1),n Un−1 S /U − n∗1 ∗ n−1 & Y nn Un Sn /U n
5 机电暂态
研究物体运动通常要描述物体运动状态变化的 微分方程
单机-无穷大系统
G
& U
5 机电暂态
dδ dt = ω − ω0 dω ω = 0 ( PT − PE ) dt TJ
发电机转子运动方程，二阶微分方程
ω
q轴
(1)
δ
& U
ω0
用于稳定分析的经典二阶微分方程，如 果考虑更高阶，需要考虑其它状态变量
电压水平取决于无功功率的平衡 无功功率平衡： 无功功率电源=无功功率负荷+无功功率损 耗
4 故障分析
常见的故障种类有 短路 断线
短路是故障分析的重点 短路是横向故障 断线是纵向故障
4 故障分析
图3-1 短路的类型 a) 三相短路 b) 两相短 路 c) 单相短路 d) 单相接中心点短路 e) 两相接地短路 f) 两相短路接地
电气工程概论重点
电气工程概论重点第一章 绪论电能的基本要求：1.安全 2.可靠 3.优质 4.经济电力系统的基本概念：由发电机、电力网内的变压器和电力线路以及用户的各种用电设备，按照一定的规律连接而组成的统一整体，称为电力系统。
电力系统的特点：1.电能不能大量存储 2.暂态过程十分短暂 3.地区性特点较强 4.与国民经济各部门有着极为密切的关系。
对电力系统的要求：1.为用户提供充足的电力 2.保证供电的安全可靠3.保证良好的电能质量4.提高电力系统运行经济性电能质量的主要指标有电压、频率和波形。
为什么要规定电力系统额定电压？为了使电力系统和电气设备制造厂的生产标准化、系列化和统一化，电力系统的电压等级应有统一的标准。
电力系统电压等级特点： 1.发电机的额定电压较电力系统的额定电压高出5%。
2.电力变压器的一次绕组是接受电能的，相当于受电设备，其一次绕组的额定电压应等于电力系统的额定电压，对于直接和发电机连接的升压变压器的一次绕组额定电压应等于发电机的额定电压，使之相互配合。
3.电力变压器的二次绕组是提供电能的，相当于供电设备，其二次绕组的额定电压较电力系统额定电压高出10%。
但在3、6、10kV 电压时，如短路阻抗小于7.5%的配电变压器，则其二次绕组的额定电压比同级电网的额定电压高出5%。
第二章 电气设备的原理与功能转差率：转差率为转子转速n 与同步转速0n 之差（0n -n ）对同步转速0n 的比值，以s 表示，则s=（0n -n ）/0n异步电机三种运行状态：1. 电动机状态 当0<n<0n 即0<s<1时2. 发电机状态 n>0n ,s<03. 电磁制动状态 n<0,s>1断路器的基本技术数据1. 额定电压N U 。
额定电压是指断路器长期工作的标准电压（线电压）。
它决定着断路器的绝缘尺寸，也决定断路器的熄弧条件。
断路器可以在1.1~1.15倍的系统额定电压下正常工作。
电气工程学概论答案(第四章)
第四章习题参考解答4.1 计算下述复数表达式的值 )54)(32()21(j j j A -+++= 解：151210821)54)(32()21(++-++=-+++=j j j j j j A︒∠=∠+=+=-43.6352)24(42424122tg j ；4.2 复数4=X ∠45, 55j Y +=。
试计算：Y X XY Y X Y X /,,,-+和3X 。
解：83.783.7)522(5225545sin 445cos 4j j j j Y X +=+++=++︒+︒=+；17.217.2)522(5225545sin 445cos 4j j j j Y X --=-+-=--︒+︒=-； ︒∠=︒∠∙︒∠=902204525454XY ；566.04525454=︒∠︒∠=Y X ；︒∠=︒∠∙︒∠∙︒∠=135644544544543X ；4.3 已知 43j I-= A ，30220j e U =V 。
试写出它们的时域表达式：?=i ，?=u 并绘出它们的相量图和波形图。
解：A t tg t i )1.53sin(25))34(sin(2)4(3122︒-=-+-+=-ωω；V t u )30sin(2220︒+=ω；14.4 已知：431j I += A ，342j I -= A ，0310j e I =A 。
试计算：?321=-+=i i i i 并绘出相量图。
解：A j j j I I I I ︒∠=+-=--++=-+=57.161103103443321 ；t i 57.161sin(20+=ω4.4 已知C L R ,,三个元件的阻抗值都是100Ω，试求下述电路的复数阻抗： 1． 三个元件串联连接；2． 三个元件并联连接；3． R 和C 并联再与L 串联； 4． R 和L 并联再与C 串联。
解：1、Ω==-+=100)(C L X X j R Z ；2、S jX jX R Z CL 01.01111=++=，Ω=100Z ； 3、Ω+=+-⋅-=+-⋅-=)5050(100100100100100j j j j jX jX R R jX Z L C C ；4、Ω-=-+⋅=-+⋅=)5050(100100100100100j j j j jX jX R R jX Z C L L ；4.6 已知C L R ,,三个元件的阻抗都是100欧，试求下述电路的导纳： 1. 三个元件串联连接； 2. 三个元件并联连接；3. R 和C 并联再与L 串联；4.R 和L 并联再与C 串联。
电气工程概论复习提纲
第一章绪论1．电气工程学科定义。
2．电气工程学科的分学科3基础科学、技术科学、生产基础三者之间的区别与联系。
第二章电机与电器基础第一节开关电器1．开关电器的定义、常见类型及其用途。
2．额定电压、额定电流、额定短时耐受电流和额定峰值耐受电流的概念。
第二节变换电器1.变压器的概念和作用。
2.变压器的外特性和电压变化率概念。
3.变压器的损耗分类。
4.变压器的等值电路及其参数含义。
5.变压器连接组的概念和判断。
6.变压器并列运行的优点。
7.变压器并列运行的条件。
8.简述互感器的主要用途。
9.电压（电流互感器）结构特点、工作状态及使用注意事项。
第三节限制电器1.电力电容器的基本功能。
2.电容器的性能参数。
3.并联电力电容器的作用。
4.简述并列电力电容器的无功补偿原理。
5.雷电过电压的两种类型。
6.避雷装置的分类及保护原理。
7.避雷器的参数。
8.避雷器的保护原理和伏秒特性选择原则。
9.电抗器的作用。
10．电抗器的电抗百分比参数。
11．分类电抗器结构和阻抗特性。
第四节电机学1.电机的概念。
2.直流发电机的基本机构和工作原理。
3.直流电机的励磁方式分类。
4.直流电机损耗类型和功率平衡方程。
5.直流电机参数。
6.异步电动机的基本结构和工作原理。
7.异步电机转差率概念和转差率取值与异步电机运行方式关系。
8.异步电机损耗类型和功率平衡方程。
9.同步发电机的基本机构、工作原理和基本特点。
10.比较直流电机、交流异步电动机和交流同步电动机磁场的异同。
11.比较直流电机、交流异步电动机和交流同步电动机转换的电能、机械能与定子、转子的对应关系。
第三章电力电子技术1．变流器的基本功能分类。
第四章电力系统及其自动化技术1.考点：电力系统的概念。
2.考点：电力系统、动力系统和电力网的关系。
3.考点各种发电形式发电过程中能量转化过程。
考点4：输电网的作用。
考点5：电力网结构选择考虑因素（电力网结构对电力系统的影响）。
考点6：电压等级配置系列。
电气工程概论第四章电力系统及其自动化
三、输配电系统
（二）直流输电系统 ➢ 2、直流输电的基本原理
图13 直流输电基本原理简图
图13是直流输电基本原理简图。它包括两个换流站，直流输电线 路及两端交流系统I和Ⅱ。 当系统I向系统Ⅱ送电时，换流站1运行于整流状态，把系统I送来 的三相交流电变换成直流电，经直流线路送到换流站2。此时，换 流站2则运行于逆变状态，把直流电变换为三相交流电送入系统Ⅱ。
第三节 电力系统规划与运行
一.电力系统规划 二.电力系统运行方式 三.电力系统运行 四.电 力 市 场
一.电力系统规划
电力系统规划主要指长期规划和中期规划。 电力系统长期发展研究是研究15年以上的电力系统发展的规划。其任
务是根据规划地区的国民经济和社会国民经济和社会发展长期规划、经 济布局和能源资源开发与分布情况，宏观分析电力市场需求，进行煤、 水、电、运和环境等综合分析，提出电力可持续发展的基本原则和方向， 电源的总体规模、基本布局、基本结构，电网主框架，能源多样化等， 必要时提出更高一级电压的选择意见、电力设备制造能力开发要求以及 电力科学技术方向等。
三、输配电系统
（一）三相交流输配电系统 ➢ 1、电力网的结构
配电网的作用： 配电网可分为高压、中压和低压配电网。高压配电网的电压一般 为35～110 kV或更高，中压配电网的电压一般为6～20kV，它们 将来自变电站的电能分配到众多的配电变压器，以及直接供应中 等容量的用户，低压配电网的电压为380/220V，用于向数量很大 的小用户供电 。 电力网的结构与电压等级、电源和负载点的容量和数目、它们之 间的地理位置以及可靠性要求等因素有关。
电气工程概论-第四章 电力系统分析概述
潮流求解
Y12 Y11 Y Y 21 22 Y( n 1),1 Y( n 1),2 Yn1 Yn 2
Y1,n 1 Y2,n 1 Y( n 1),( n 1) Yn ,( n 1)
Y1n U S / U 1 1 1 Y2 n U 2 S2 / U 2 Y( n 1),n U n 1 S / U n 1 n 1 U Y nn n Sn / U n
电气工程概论
河北科技大学
第四章 电力系统分析的主要内容概述
稳态分析 暂态分析
电磁暂态
机电暂态
故障分析
电力系统分析
稳态分析
电电电 力力力 系网系 统的统 的电元 电压件 压和模 和功型 频率及 率分参 调布数 整 计 算
故障分析
电电 力力 系系 统统 的的 不三 对相 称短 故路 障
稳定性分析
电电电 力力力 系系系 统统统 的的的 静暂机 态态电 稳稳特 定定性
一、稳态分析
1、电力系统潮流计算 电力系统潮流计算是电力系统运行部门和规划设计部门的一项基本工作。 基本目标是得到系统各个节点的电压和各个支路的功率。 然后在此基础上，进一步判断电力系统的规划设计是否合理，系统的运 行状态是否合理。
潮流求解
注入电流 电力网
注入电流
注入电流
注入电流 等值电路网络
运动的物体在经受扰动之后，能否回到原 来的稳定运动状态，或到达一个新的稳定运动 状态。 电力系统中运动着的物体主要是发电机、 电动机等设备，电动机一般接在负荷侧，电力 系统稳定分析一般针对发电机和输电网组成的 系统进行。
第四章部分习题解答
4-5
电气工程学概论第四章部分习题解答
= U A − U N′ N = 220∠0° − 44∠ − 60° = 20.2∠10.9° A; I A ZA 10∠0° U = I ⋅ Z = 20.16∠10.9° × 10 = 201.6∠10.9° V;
ZA A A
U ZC U C
U N′ N
I B
U ZB
−U U 220∠ − 120° − 44∠ − 60° N′ N = B = = 20.16∠ − 130.9° A; ZB 10∠0° ⋅ Z = 20.16∠ − 130.9° × 10 = 201.6∠ − 130.9° V； =I
∆=
= 3∠0°A ； 其中，已知 I III
2+ j −2 × 4 = (5 + j2) × 4 = 4 × 5.39∠21.8° −2 4− j 2+ j 4 × 4 = (20 + j6 ) × 4 = 4 × 20.88∠16.7° −2 6
∆ II =
4-4
电气工程学概论第四章部分习题解答
R iR
A A1
C2 L C1
A2 A3
iL iC
= 25∠90° A = 5∠0° A ， I = 20∠ − 90° A ， I 解： （1）设并联环节电压为参考相量，所以 I L C R
A2、A3 相反，二者之差与 A1、A 构成直角三角形 所以电流表A = I R + ( I C − I L ) 2 = 5 2 + (25 − 20) 2 = 5 2 = 7.07 A （2）电源频率提高一倍，电容抗减小一半，电感抗增大一倍； 由于 A1 不变，说明三个元件并联环节电压不变，所以 A2 读数为 10A、A3 读数为 50A 所以此时电流表电流表A = I R + ( I C − I L ) 2 = 5 2 + (50 − 10) 2 = 40.31 A
电气工程概论复习资料
电气工程概论复习资料第二章电机电器及其控制技术1.电机的作用：电能的生产传输和分配，驱动各种机械和装备，控制电机。
2.电机的发展历史：初始阶段为永磁式发电机，实用度不高，1845年惠斯通用电磁铁职称第一台电磁铁发电机，1866年西门子制成第一台自激式发电机，自激原理的发现是永磁式发电机想励磁式发电机发展的关键，1870年格拉姆支撑了环形电枢自激发电机，之后出现了铁芯开槽法，1880爱迪生制造了大型直流发电机，1885研制出两相异步电动机，1888年第一台三相交流异步电动机诞生。
3.随着电工科学，材料科学，计算机科学及控制技术的发展，电机的发展又进入了新的阶段。
特别是电力电力，微机控制技术，永磁材料和超导材料的发展，给电机的发展注入了新的活力。
4.电机的分类，可按照应用的电流种类，功能分类，运行速度，功率分类，不乏有特种电机。
5.同步电机中发电机应用较多，异步电机中电动机拖动应用更多6.异步电机的工作原理和异步的含义：定子绕组接三相对称交流电，在气隙中建立基波圆形旋转磁动势，从而产生旋转磁场；气隙磁场与转子绕组有相对运动，切割转子绕组，产生电动势，转子带电；带电转子在变化磁场中受到电磁力的作用，从而产生电磁转矩。
转子便在电磁转矩的作用下旋转起来。
电机转速与旋转磁场不可能同步，始终存在转差率，因此称为异步电动机；异步电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。
7.同步电机选取：转子强度和固定转子绕组考虑，用隐极同步电机（气隙均匀，转子圆柱形），当转子速度和离心力较小时，采用凸极同步电机（不均匀，极弧范围气隙小，极间部分气隙大）。
8.永磁无刷电动机分为方波驱动和正弦波驱动，随着稀土永磁材料技术，电力电子技术，计算机控制技术，和微电机制造工艺的提升，使得该电机发展及性能不断提高。
9.对起动、调速及制动没有特殊要求时（水泵、通风机、输送机、传送带），选用笼型电机；对重载起动的机械（起重机、卷扬机、锻压机及重型机械），选用绕线转子电机。
电气工程概论第四章电力电子技术和电力传动PPT课件
电气无级变速器
通过改变电机的输入电压 或电流实现无级变速的传 动装置，具有平滑变速和 高效节能的优点。
05
电力传动控制技术
开环控制技术
总结词
通过简单的输入信号控制输出，不涉及反馈调节。
详细描述
开环控制技术通常采用简单的输入信号来控制输出，不涉 及对输出结果的反馈调节。这种控制方式结构简单，但抗 干扰能力较差，精度不高，适用于一些对精度要求不高的 场合。
可再生能源
节能与环保
用于将太阳能、风能等可再生能源转换为 可用的电能，如光伏逆变器、风电变流器 等。
用于节能和环保领域，如无功补偿器、有 源滤波器等，用于提高电能质量和降低能 源消耗。
电力电子技术的发展趋势
高效、紧凑、可靠的新型电力电子系统的 研究与开发。
宽禁带半导体材料在电力电子领域的应用 研究。
直流电机
利用直流电能转换为机械能的电动机，具 有调速性能好、启动转矩大等优点。
直流调速
通过改变电机的输入电压或电流，调节电 机的输入功率，实现电机的速度控制。
直流电源
为直流电机提供电源的装置，通常由电池 、整流器和滤波器组成。
交流传动系统
交流电机
利用交流电能转换为机械 能的电动机，具有效率高
、结构简单等优点。
03
电力电子电路
整流电路
总结词
将交流电转换为直流电的电路
详细描述
整流电路是电力电子电路中的一种基本电路，其作用是将交流电转换为直流电。整流电路通常由二极管或晶体管 构成，利用其单向导电性实现交流到直流的转换。整流电路广泛应用于各种电源供应、电机控制和电网系统中。
逆变电路
总结词
将直流电转换为交流电的电路
详细描述
电气工程概论 第4章
A
K
G
G K G A
K A
（a）螺栓型晶闸管
（b）平板型晶闸管 图4.4 晶闸管管芯及电气符号
（c）电气符号
9
4.2.3 全控型器件 全控型器件包括电力晶体管、功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管等。 （1）电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译为巨型晶体管）
（a）电力晶体管的结构
A A
I
P
N J (b)
K
K
K
A (a) (c)
（a）电力二极管外形 （b） 结构 （c）电气符号 图4.2 功率二极管的外形、结构和电气符号
图4.3 电力二极管
8
4.2.2 半控型器件 晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又称为可控硅整流器，以前被简 称为可控硅；它是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，并且其工 作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变 及变频等电子电路中，是典型的小电流控制大电流的元件。1957年美国通用电 器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化。 （1）晶闸管的结构
按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，分为三类： （1）单极型—由一种载流子参与导电的器件。 （2）双极型—由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。 （3）复合型—单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。
7
4.2.1 不可控型器件
电力二极管（Power Diode）结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代 初期就获得应用。基本结构和工作原理与微电子电路中的二极管一样。由一 个面积较大的PN结和两端引线及封装组成。外形有螺栓型和平板型两种封装 。普通电力二极管又称为整流二极管，主要利用PN结的单向导电性，其容量 大，反向恢复时间较长，多用于开关频率不高（1KHZ以下）的整流电路。
电气工程概论第四章电力电子技术与电力传动
DC-DC直流斩波主电路
•(a)
•(b)
•电气工程概论
4.7.3 交流电机传动
• 目前交流电机最为普遍的调速方法，无论是同步电机
还是异步电机，都是通过调节定子电压(电流)的频率fs来
实现。
•电气工程概论
Hale Waihona Puke •电气工程概论人们研究了交流电机的调速，并取得了良好的效果，使这在某些 调速场合代替了直流电动机。
除了普通的直流电机和交流电机外，还有各种微控电机。微控电 机广泛用于各种家电、办公设备和伺服控制系统中。微控电机的 发展和应用，也是电机发展和应用的一个重要方面。
电力拖动系统又称为电力传动系统或电机调速系统。电机调速传 动分为工艺调速传动、节能调速传动、牵引调速传动和精密、特 种调速传动四大类。
电动机分为直流电机和交流电机两种。在电机的发 展史上，直流电机发明较早，它的电源是电池。后 来才出现了交流电机。
直流电动机具有调速范围广、易于平滑调速；起动 、制动和过载转矩大；易于控制，可靠性较高等优 点。但直流电机有一个突出的缺点——换流问题。 它限制了直流电机的极限容量，又增加了维护的工 作量。
•电气工程概论
正是因为电力传动系统具有如此广泛的应用背景 ，再加上电力电子技术的飞速发民，近十年来全 球工业应用的电机调速装置增长了25%，远远超 过了前30年的增长率。
随着微电子技术和自动控制技术的发展，使全数 字微机控制的电力拖动系统得以问世并迅速发展 起来。微机控制技术在电力拖动系统中的应用给 这一领域注入了新的活力，使之呈现现出蓬勃发 展的新景象。
采用SVC、DVR和APF的电能质量 控制示意图
•电气工程概论
• 4.5 电力电子技术的主要应用领域
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、中性点不接地的电力系统
1.中性点不接地系统的正常运行
三相电压对称时， 三相电容电流相 量之和为零，否 则不为零。
一、中性点不接地的电力系统
当各相对地电容不相等时，即使 在正常运行状态下，中性点的对地 电位便不再是零，通常称此情况为 中性点位移。多是由于架空线路排 列不对称而又换位不完全的缘故。
•据运行经验：按单相接地故障 电流控制在100～1000A选择小 电阻接地的电阻值。 •用于规模较大系统与要求迅速 切除故障线路的系统
五、中性点接地方式的比较与选择
接地方式 不接地 经消弧线圈 接地 直接接地 经电阻接地
①接地电流
中等，基本由中 最大， 小，为对地电容 性点电阻值决定。 电流，一般只允 可能达到系统三 最小，等于残流 本表只讨论接地 许 运 行 在 10 ～ 相短路电流或更 电 流 为 100 ～ 30A以下 大 1000A的情况 一 般 处 于 80% ～ 100%线电压之间
（接地电流）
(I I ) 3CU e j30 I PE CB CC B
接地电流绝对值
I PE 3CU 3ICO
由于线路对地电容电流很难准确计算，通常按经验公式计算
I PE (loh 35lcab )U N / 350
loh为同级电力网具有电的直接联系的架空线路总长度（km）； lcab为同级电力网具有电的直接联系的电缆线路总长度（km）。
表4-2 安全电压（有效值） 额定值 / V 42 36 24 12 空载上限 / V 50 43 29 15 可供某些具有人体可能偶然触及的带电设备选用 在有触电危险的场所使用的手持式电动工具等 在矿井、多导电粉尘的场所使用的行灯等 安全电压等级与选用说明 选用说明
6
8
一、保护接地的作用
2．保护接地的作用
二、中性点经消弧线圈接地的电力系统
变为 U 从图4-6(b)可以看出，例如C相发生接地时，中性点电压 U ，消弧 0 C 作用下，产生电感电流 I L 线圈在 U （滞后于 90），其数值为 IL＝UC/XL＝ o U/X式中，U为电力网的相电压（kV）；XL为消弧线圈的电抗（）。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材《电气工程概论》
第二节 工作接地
工作接地（中性点接地）：电力系统的中性点是指星形 连接的三相变压器绕组或发电机绕组的公共点。 中性点的接地方式涉及到系统绝缘水平、通信干扰、接 地保护方式、继电保护整定、电压等级以及电力网结构等方 面，是一个综合性的复杂问题。 我国电力系统中性点接地方式有： ①中性点不接地（中性点绝缘） ②经消弧线圈接地 ③中性点直接接地 ④经电阻接地
五、中性点接地方式的比较与选择
接地方式 不接地 经消弧线圈 接地 直接接地 经电阻接地
普通接地继电器 ⑥接地故障的 不适应，需要专 需专门技术，通 简单可靠 继电保护 门技术，不够可 常只用于信号 靠
简单可靠
单相接地电流 切断容量由三相 切断容量由三相 ⑦断路器工作 切断容量由三相 有时比三相短 短路电流而定， 短路电流而定， 条件 短路电流而定 路电流大，动 动作次数少 动作次数多 作次数多
IL>IC
• 接地故障点有剩 余的电感电流流 过。在过补偿方 式下，即使电力 网运行方式改变 而切除部分线路 时，也不会发展 成为全补偿方式。 实际上大多采用 过补偿方式。
二、中性点经消弧线圈接地的电力系统
选择消弧线圈时，应当考虑电力网的发展规划，估算容量：
Sar 1.35I CU N / 3
(4-1)
由式(4-1)和图4-5(b)相量图可知，当A相发生接地故障时，中 的相 ， 和U 和U 性点电压升高为相电压，B相和C相对地电压变为U C UB C B 位差为60，其幅值都等于正常运行时的线电压，即升高到相电压的 3 倍。 由图4-5(b)还可看出，在系统发生单相接地故障时，三相之间的 线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行。
第四章
设备工作接地与保护接地
《电气工程概论》
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
地 保护接零
3
4 5
思考题
普通高等教育“十一五”国家级规划教材《电气工程概论》
第一节 概述
带电的导体与大地接触时，便 会形成以接触点为球心的半球形电 场。球面积与球半径的平方成正比， 半球形的面积将随着远离接地点而 迅速增大。 通常在距离接地点约20m左右处， 半球形面积已达2500m2 ，土壤电阻 已小到可以忽略不计，可认为在远 离接地点20m以外时，土壤中便不会 再产生电压降，即实际上已是零地 位了。 这些电位为零的地方，也就是 电气上通常所说的“地”，即其含 义实际上是泛指零电位的地方。
三、中性点直接接地的电力系统
中性点直接接地的电力系统的主要 优点是：发生单相接地故障时中性点电 位仍接近于零，非故障相对地电压接近 于相电压。因此电气设备的绝缘水平只 需按电力网的相电压考虑，从而可以降 低工程造价。目前，我国110kV及以上 的电力系统基本上都采用中性点直接接 地方式。国外220kV及以上的电力系统 也都采用这种接地方式。 发生单相接地故障时，接地相短路电流很大。为保证设备安全和系统 的稳定运行，必须迅速切除故障线路。当发生单相接地时切除故障线路， 将中断向用户供电。为了弥补这个缺点，在线路上广泛安装三相或单相自 动重合闸装置来提高供电可靠性。 在380/220V系统中，绝缘不是主要矛盾,从人身安全考虑,一般都采用 中性点直接接地方式,发生故障后,可以迅速跳开自动开关或烧断熔断丝。
第一节 概述
按照接地的作用，可以将接地分为工作接地、保护接地、保护 接零、防雷接地和防静电接地等。
1．工作接地（0.5～10欧姆）——保证电气设备在正常或发生故障 情况下可靠工作 2．保护接地（1～10欧姆）——保证工作人员接触时的人身安全， 将一切正常工作时不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分接地 3．保护接零（中性点直接接地低压电网）——电气设备的外壳与接 地中性线（也称零线）直接连接，以实现对人身安全的保护作用 4．防雷接地（1～30欧姆）——防止雷击和过电压对电气设备及人 身造成危害，将强大的雷电流安全导入大地 5．防静电接地——为消除生产过程中产生的静电积累，如油罐、天 然气罐等，引起触电或爆炸而设置的接地称防静电接地
二、中性点经消弧线圈接地的电力系统
IL＝IC
• 接地电容电流将 全部被补偿，接 地故障点电流为 零。系统会发生 串联谐振，产生 很大的谐振电流， 并在消弧线圈的 阻抗上形成很高 的电压降，使中 性点的对地电位 大为升高。
IL<IC
• 接地故障点有未 被补偿的电容电 流流过。当电力 网运行方式改变 而切除部分线路 时，整个电力网 对地容抗将减少， 有可能发展成为 全补偿方式，导 致电力网发生谐 振，危及系统安 全运行。
一、中性点不接地的电力系统
中性点不接地系统发生单相接地故障时，在接地点将流过接地故障 电流（电容电流）。例如，A相发生接地故障时，A相对地电容被短接， B、C相对地电压升高到等于线电压，所以对地电容电流变为
U B e j60 I CB 3CU B jX C
U C I CC 3CU B jX C
第二节 工作接地
根据电力系统中发生单相接地故障（占６５％）时接地 故障电流的大小，可将中性点接地方式分为两类：
中性点不接地 小电流接地 中性点 接地方式 经消弧线圈接地
中性点直接接地
大电流接地
经电阻接接地
第二节 工作接地
大电流接地系统中发生单相接地故障时，接地相的电源 将被短接，形成很大的接地电流。此时继电保护装置立即作 用,断路器跳闸切除故障，被切除部分负荷停电。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材《电气工程概论》
一、保护接地的作用
1．安全电流与安全电压
保护接地是将设备金属外壳、金属构件或互感器的二次侧等接地，防备 由于绝缘损坏而使外壳带危险电压，以保护工作人员在接触时的安全。 安全电压就是不危及人身安全的电压。安全电压取决于人体允许的安全 电流和人体电阻。安全电压的规定各国不尽相同。
100000；而皮肤有伤口或处于潮湿脏污的状态时，Rman可降 到1000左右。在最恶劣的情况下，人触及的电压只要达
0.05A1000＝50V左右即有致命危险！
二、保护接地装置接地电阻的允许值
保护接地装置由埋入土中的 金属接地体（角钢，钢管）和连 接导线所构成，如图4-9所示。
当电力线路或电气设备绝缘 损坏发生接地时，接地电流通过 接地体向大地作半球形扩散，形 成电流场。在接地体附近电位最 高，越远电位越小，在距接地体 15～20m以外的地方电位接近于 零， 电气设备的接地体与零电位 之间的电位差UE为接地体的对地 电压，简称接地电压，它在数值 上等于接地电流与接地电阻的乘 积。
一、中性点不接地的电力系统
2．中性点不接地系统的单相接地故障
发生A相单相金属性接地故障情况，此时A相对地电压降为零,而非故障相B、C对 地电压在相位和数值上均发生变化.由图4-5(b)还可看出，在系统发生单相接地故障 时，三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行
一、中性点不接地的电力系统
小电流接地系统中则不会出现电源被短接的现象，因此 系统可以带接地故障继续运行(２h)，待做好停电准备工作后 再停电排除故障。缺点是发生单相接地时非接地相的对地电 压将上升为线电压，使线路和设备的绝缘成本增大。
电压越高绝缘成本比重越大。在110kV及以上的电力系统 中都采用中性点直接接地的运行方式。只有在60kV及以下的 电力系统中才采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方 式。
式中，Sar为消弧线圈的容量(kVA)； IC为电力网的接地电容电流（A）； UN为电力网的额定电压（kV）。
为了调节补偿度（IL与IC的比值），消弧线圈制造成最 大补偿电流和最小补偿电流之比为2:1或2.5:1，装有5～9个 分接头供调节使用。