正弦交流电以及供配电系统与继电保护基本知识

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1、正弦交流电以及供配电系统与继电保护基本知识1.正弦交流电的产生物质由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核与围绕原子核运动的电子组成。原子是物质的最小单元，称为元素，目前已发现的元素有108种。电荷是物质的固有属性之一，任何物体内部都存在正负两类电荷。电子带负电荷，原子核带正电荷，同性电荷相斥，异性电荷相吸，物体中正负电荷相等，因此不呈现带电状态。当物体失去或得到一定数量的电子时，就表现为带正电或负电状态。电子在电场力作用下会脱离原子核而移动的物质称为导体。电子移动形成电流，此时正电荷也相对移动，规定正电荷

2、移动的方向为电流的方向。电磁场传播的速度等于光度，而电子移动的速度是很慢的。迁移率＝电子移动速度÷电场强度＝（m÷s）÷（v÷m）。电量的单位是库仑（C），1库仑等于6.28×10（28次方）个电子所具有的电量，1个电子所具有的电量为1.6×10（负19次方）库仑。电流的单位为安培，每秒流过1库仑的电量，其电流为1安培。电子在电磁力作用下不能脱离原子核而移动的物质称为绝缘体。有些物质在加入其它杂质会形成P-N结，这些物质称为半导体，如硅、锗等。P-N结加反向偏置时相当于高阻抗元件；加正向偏置时就相当于低阻抗

3、元件。二极管由P-N结组成，它只能单方向导电。三极管由P-N结与N-P结（P-N-P），或N-P结与P-N结（N-P-N）组成，控制所加的偏置（基极电流），就可以控制它的集电极电流，产生放大作用。电流变化时会在导体周围产生随之变化的磁力线，磁力线变化切割导体会产生电流，成为发电机的基本原理。发电机在制造时，定子与转子磁靴都按照正弦波制造，使其磁力线成正弦分布。转子旋转时，正弦分布的磁力线切割定子绕组，就在定子绕组中形成正弦交流电。对于一对磁极的转子，每分钟旋转3000转，每秒钟旋转50转，就形成频率为50H

4、Z的正弦交流电。定子由三对绕组时，在一周（360°）空间按照120°分布时，就形成相位各差120°的三相交流电，即A、B与C三相。三个绕组联接成星形时，其中心点引出的就为中性线（N）线。发电机定子为单极，每分钟转3000转，为双极每分钟转1500转。在电压（电动势）作用下才能形成电流。交流电路中电感线圈由于自感应产生反电势，电流不能突变。电压增加时，电磁感应产生的自感反电势增加，自感电流也增大，总电流减小，电压减小时，电感线圈产生的自感反电势减小，自感电流也减小，总电流加大。因此负载为感性时电流落后于电压，

5、纯电感电路电流落后于电压90度。交流电路中电容要进行充放电，电压不能突变。电压开始时电容两端电压为零，充电电流最大，随着电容两端电压加大，充电电流减小，电容两端电压最大时，充电电流为零，总电流也就为零。电压减小时，电容放电，总电流为负值，绝对值随着电压减小而增加。因此负载为容性时电流超前于电压，纯电容电路电流超前于电压90度。由以上分析可知，在交流正弦电路中，感性负载的自感电势随着外加正弦交流电压的变化而增加与减小，电流落后于电压90度。容性负载的充放电电流随着外加正弦交流电压的变化而增加与减小，电流超前于

6、电压90度。6它们不消耗正弦交流电路的功率，所以称为无功功率，电流称为无功电流，负载称为无功负荷。但无功电流流过发电机、线路与变压器等设备时，由于发电机、线路与变压器等设备存在电阻，无功电流流过电阻也会产生有功损耗。因此电力系统要求负载中无功负荷越小越好，一般要求功率因数达到0.90以上，以达到提高发电与输变电设备的利用率与减小损耗节约电能的目的，否则就要采取无功补偿措施。功率因数COSφ=＝S÷P（-1∽1∽0）。功率因数低需要补偿，但不能过补偿。无功负荷为容性，无功电流超前太多，视在电流也大，发电机、线

7、路与变压器等设备的有功损耗也增加。因此电力系统不允许过补偿。无功补偿措施分为高压补偿与低压补偿两种。高压补偿有高压同步电动机补偿（通过调整励磁，超前运行发无功）与高压电容器补偿。低压补偿只有低压电容器补偿。低压补偿又称为分散补偿，它可以减少配电线路与变压器的功损耗，并可以提高配电线路与变压器的利用率，但不能补偿高压异步电动机与变压器本身的无功功率。所以高压异步电动机与变压器台数比较多时，就要采取高压补偿。高压集中补偿与低压分散补偿相结合为最佳补偿方案，设计时要进行技术经济比较科学家欧姆发现了电压、电流与电阻

8、之间的关系，称为欧姆定律。欧姆定律非常重要。交流正弦电路中欧姆定律为交流正弦电压、交流正弦电流与阻抗之间的关系。2.正弦交流电的计算瞬时值：i＝Im×SiN(wt+φ)u＝UmSiN(wt+φ)有效值：Iy＝√1/T∫i2的平方dt＝Im÷1.414＝0.707ImUy＝√1/T∫u的平方dt＝Um÷1.414＝0.707Um绝对值平均值：Ip＝2/T∫i的平方dt＝0.637Im波形因数：Kn＝Iy/Ip＝1.