供用電常識及電能轉換技術

1、講11第八章供用電常識及電能轉換技術第一節(jié)發(fā)電、輸電與配電第二節(jié)電熱轉換與電熱設備第二節(jié)常用照明設備13新課授課班級授課時數21 .了解電能的產生，了解電能的輸送方法及配電方法。2 .理解常用的電能與熱能轉換技術。3 .初步掌握常用的電氣照明設備及照明電路。1學目標0qJ學重點1 .各類發(fā)電裝置的優(yōu)缺點。2 .電熱轉換技術及在生產、生活實際中的具體應用。3 .常用電光源的簡單工作原理及優(yōu)缺點及選用原則。學難點1 .常用電熱轉換設備的工作原理。2 .常用電光源的接線。學夕，情分析戲教學效用2數后記159高敏清I肘版社電工技Jtt-電子教案A.引入在日常生產和生活中處處離不開電，我們平常也能看到許

2、多和發(fā)電、輸電有關的東西，這一章我們就來學習有關供用電的知識。B.新授課第一節(jié)發(fā)電、輸電與配電發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)：電廠t升壓變壓器T輸電線T降壓變壓器T配電站發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)圖如圖所示。HI-5kV121kVLrmJ*輸電線10kV6kV霜工廠3SO/22OV變電所一、發(fā)電將其他形式的能量轉換成電能的過程稱為發(fā)電。1 .火力發(fā)電：以煤為燃料，用煤將水加熱變成高壓蒸汽，沖動汽輪機作為原動機來帶動三相交流發(fā)電機。2 .水力發(fā)電：利用水的勢能帶動水輪機，水輪機帶動三相交流發(fā)電機發(fā)電。水電站投資大、建設時間長，但不需燃料、無污染、成本低，重要的是可以和水利樞紐工程相結合O3 .核能發(fā)電：以核反應

3、堆代替煤鍋爐，以核燃料代替燃煤。二、輸電高壓輸電的優(yōu)點：1 .減小輸電線路橫截面，節(jié)省金屬材料和架線成本；2 .減少線中電阻造成的功率損耗。輸電電壓等級：電壓高低與輸電容量和距離有關，有10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV。三、配電配電：發(fā)電廠生產的電能經高壓輸電，送到目的地后，根據工廠或用戶用電容量的大小、電壓的高低，用變壓器降壓后進行分配。電力負荷：配電的對象，也稱用戶。通常有動力用電設備、工藝用電設備、電熱用電設備和照明用電設備。發(fā)電廠KSy輸電線發(fā)電廠變電站<5>8區(qū)域變電站160-電子教案電力負荷分級：一級負荷：一旦中斷供電，將造成人員傷亡或

4、重大設備損壞且難于修復。通常采用雙電源供電，對特別重要的一級負荷還應增設應急自備電源。二級負荷：中斷供電后將導致大量產品報廢或生產流程紊亂，且需較長時間才能恢復的電力負荷單位。采用雙電源供電，特別困難情況下才可用單回路專用架空線供電。三級負荷：一級與二級以外的一般電力負荷。采用單回路供電。第二節(jié)電熱轉換與電熱設備一、電熱轉換原理（一）電阻式電熱轉換利用電阻發(fā)熱將電能轉換成熱能而制成的電熱器具。如電飯鍋、電熨斗、電爐、空間加熱器、電灶、電烤箱。2Q=RI2t（二）紅外式電熱轉換利用電能加熱某些紅外輻射物質，利用其輻射出的紅外線來達到加熱特制的目的。如紅外式取暖爐、紅外電烤箱。（三）感應式電熱轉換

5、將導體置于交變磁場中，感應電流在導體內部克服內阻流動時產生熱量。如電磁灶、感應爐。（四）微波式電熱轉換選用微波照射被加熱物質，使其內部分子運動加速而發(fā)熱。如微波爐。二、電熱設備的使用（一）電飯鍋1 .結構自動恒溫式電飯鍋基本結構如下圖所示。磁銅限溫器雙金屬恒溫器磁鋼限溫器：飯被煮熟時自動斷電。雙金屬恒溫器：自動保溫，低于保溫溫度時閉合，高于65P時自動斷開。2 .工作原理（1161高韶清酮社(2)工作原理設電飯鍋的溫度為TT小于(103+2)C:S1閉合，不能自動復位。T小于65七：S2閉合。S1、S2只要有一個閉合加熱器就開始加熱。(3)工作過程T<65七時：S1、S2都閉合，開始加熱

6、。65C<T<(103攵)七：S1閉合，加熱。T>(10342)七：S1、$2者6斷開，停止加熱。T<65七時：S2都閉合，開始加熱。(二)電吹風1 .交直流串勵式電吹風結構如圖所示。2 .工作原理選擇開關同時接通電動機電路和電熱絲電路時，從進風口吸入冷空氣，經電熱絲加熱，從出風口送出熱風。選擇開關接通電動機電路，斷開電熱絲電路時，吹出冷風。限溫自動控制元件用于防止溫度過高。電吹風控制電路如圖所示。162輸入線163-220V電源、輸出線工件調節(jié)手柄電焊變壓器鐵心如圖所示。固定鐵心in副繞虬（四）高頻感應爐成的高阻值產生高熱，燃起電弧使金屬熔化。2.結構常用交流電焊機外

7、形如圖所示。電焊條它將高壓小電流變成低壓大電流，利用空氣間隙形接線班一可謂鐵心1調節(jié)手柄旋動圖中的調節(jié)手柄，可改變可調鐵心與固定鐵心的相對位置，從而調節(jié)焊接電流的大小。也可通過在接線板上調節(jié)副繞組匝數來實現，其裝置如圖所示。接線板,電黑維MA/WV限溫白動控制元件1定子繞組電幗；I-o（三）電焊機1.工作原理電焊機主要部件為電焊變壓器,電工技JID-電子教案高頻感應爐用于冶金工業(yè)中完成金屬的冶煉，其結構如圖所示。金屬塊地期線圈高報大功率電源第三節(jié)常用照明設備0兩只單連玻楠管電子水銀熒光粉發(fā)光、白熾燈原理及線路中性線二、熒光燈原理及線路（一）普通熒光燈熒光燈的結構如圖所示。燈頭燈絲燈腳,164工

8、作原理：高頻交流電流在線圈內產生高頻交變磁場，高頻感應爐內被冶煉的金屬因電磁感應則產生很強的渦流，釋放出大量的熱量而使金屬熔化。白熾燈俗稱燈泡，是利用電流通過高熔點鴇絲后，使之發(fā)熱到白熾狀態(tài)而發(fā)光的電光源，其發(fā)光效率比較低。白熾燈有螺口式和插口式兩種。其組成結構如圖所示。為確保安全，安裝螺口燈泡時必須將火線經開關接到螺口燈頭底座的中心接線端上。其基本線路如圖所示。白熾燈的電路形式還有一只單連開關控制區(qū)一盞或多盞燈并與插座連接、開關控制兩盞燈并與插座連接和用兩只雙連開關在兩個地方控制一盞燈。JMWW64*11高鑫;育田版社甌工技近-電子教案1 .發(fā)光原理熒光燈管是一抽成真空后再充入少量僦氣的玻璃

9、管，在燈管兩端各裝有一個通電時能發(fā)射大量電子的燈絲。燈管內涂有熒光粉，管內還放有微量水銀。當燈管的兩個電極上通電后便加熱燈絲發(fā)射電子，電子在電場的作用下逐漸達到高速碰撞汞原子，使其產生紫外線；紫外線照射到管壁的熒光粉上，使其激發(fā)出可見光。熒光燈的發(fā)光效率比白熾燈約高四倍，使用壽命長。2 .鎮(zhèn)流器作用：在啟動時與啟輝器配合，產生瞬時高壓；工作時限制燈管中的電流。結構：單線圈式和雙線圈式，外形如下圖所示。植)單線圈式(b)雙繾圈式3 .啟輝器啟輝器的結構如圖所示。作用：使電路接通，并能自動斷開，相當于一個自動開關。電容的作用是避免啟逃器兩觸片斷開時產生火花燒壞觸片和減弱熒光燈對無線電設備的干擾。線

10、路接法如圖所示。鎮(zhèn)流器口)單線圈式單管電路(b)單線圈式雙管電路電工技JID電子教案雙線圈式單管也弗（二）節(jié)能型熒光燈1 .電子鎮(zhèn)流直管式熒光燈這種熒光燈的鎮(zhèn)流器是電子電路式，具有“鎮(zhèn)流”和“高壓脈沖”功能。其優(yōu)點是節(jié)能、輕便、價格較低、發(fā)光效率高、安裝簡便。缺點是壽命短。2 .環(huán)形熒光燈采用電子鎮(zhèn)流器，只是燈管呈環(huán)形，需配專用燈座。其外形如圖所示。U形、外形小巧和可多只并排組裝,單支3 .U形熒光燈結構和原理同環(huán)形熒光燈，不同之處為燈管呈節(jié)能效果好，發(fā)光強度大，顯色性好，4.H形熒光燈結構原理和特點同H形，并配有專用燈座。如圖所示。U形熒光燈，只是燈管呈QE值得注意的是，H所示）兩種不同的接

11、線方式，在配用鎮(zhèn)流器時，電容器型1一橋；2一燈絲；3一引出線;形熒光燈內部有電容器型（如圖4一燈頭（a）所示）和啟輝器型（如圖（b）H燈管只能配用電子鎮(zhèn)流器，啟輝器型H燈管只能配用電感式鎮(zhèn)流器。如果配錯，將縮短燈管壽命，其接線如圖所示。166三、其他常用照明設備電工技JK-電子教案比白熾燈多串一個鎮(zhèn)流器。©高壓汞燈泡鎮(zhèn)流器-220V控制開關167(一)高壓汞燈高壓汞燈又叫高壓水銀燈，是比較新型的電光源，由于工作時燈內的氣壓可達26個大氣壓，故稱“高壓”，其主要特點是光效高、壽命長。在廣場、車站、碼頭、工地及道路上被廣泛應用。1 .外鎮(zhèn)流式高壓汞燈(1)結構高外鎮(zhèn)流式高壓汞燈基本結構如

12、圖所示。管內充有一定量的汞和少量僦氣。(2)外鎮(zhèn)流式高壓汞燈的安裝外鎮(zhèn)流式高壓汞燈電路如圖所示,安裝時注意選用配套的瓷質燈座和鎮(zhèn)流器。2 .自鎮(zhèn)流式高壓汞燈在石英放電管外圈串聯了一段供鎮(zhèn)流用與外鎮(zhèn)流式高壓汞燈相比無需外加鎮(zhèn)流器,.電子教案的鴇絲代替鎮(zhèn)流器，它不僅幫助燈泡點燃，同時還起降壓限流和改善光色的作用。結構如圖所示。自鎮(zhèn)流式高壓汞燈線路簡單、安裝方便、效率高、光色好，但壽命短，不耐震。3 .高壓汞燈的選用高壓汞燈是強光源，規(guī)格不同，發(fā)光強度不一樣。在設計安裝時應根據照明場所的大小和所需照度選擇高壓汞燈的功率。4 .高壓汞燈使用注意事項(1)安裝前分清是自鎮(zhèn)流式還是外鎮(zhèn)流式。(2)燈泡應垂

13、直安裝。(3)功率偏大時應裝散熱設備。(4)玻璃殼破碎后應盡快更換。(5)電壓波動大的電路不適合使用。(二)碘鴇燈熱體發(fā)光光源，發(fā)光強度大，光色好，辨色率高。1 .基本結構管內充有鹵族元素碘的蒸氣。2 .碘鴇燈的安裝碘鴇燈的電路與白熾燈相同，電路如圖所示。雪經碘鈣燈管嘉美碘鴇燈在工作時溫度很高，在安裝時要考慮散熱，使用專用的燈架，其安裝圖如圖168電工技7K-電子教案所示O一配套燈架a應該注意燈管的安裝必須保持水平狀態(tài)，要求傾角不得大于4口，燈架固定安裝時，離地圖度小應小于6m。3.碘鴇燈使用注意事項(1)電源電壓的波動一般不應超過吆.5%。(2)使用中禁止采用人工冷卻措施。(3)不應作移動光

14、源使用。(4)電源線必須用耐高溫的絕緣線，電源與燈管引出腳的連接一般用良好瓷接頭。練習常用的電光源有哪些？白熾燈、鹵鴇燈、熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈。1.發(fā)電按轉換的能源不同分為火力發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電。2.為了降低損耗常米用高壓輸電。3.電加熱形式可分電阻加熱、電弧加熱、微波加熱、遠紅外加熱和感應加熱。小結4.電光源依據北廣生的機理可以刀'為兩大類：熱輻射光源和Y體放電光源。熱輻射光源發(fā)出的光是電流通過燈絲，將燈絲加熱到高溫輻射而產生的。氣體電光源是借助兩電極之間的氣體電離激發(fā)而發(fā)光的。/片習題八優(yōu)作業(yè)1、2、3、7169面:技JID-電子教案/111第八章供用電常識及電能轉換技

15、術第四節(jié)光纖傳輸第五節(jié)電聲轉換器件第六節(jié)電化學轉換與光化學轉換第七節(jié)安全用電與節(jié)約用電課型新課授課班級授課時數2JiA學目標1. 了解光纖傳輸、光電池的應用。2. 了解電聲轉換器件的基本工作原理及應用。3. 了解電化學轉換的基本知識及應用。4. 具有安全用電和節(jié)約用電的基本知識。制0首重度1 .電光和電化學轉換技術及其應用。2 .安全用電的基本知識，接地與接零的概念。制學難度設備的接地和接零。學3:情分折QVjBr學效深12數后記170J?A.復習電負荷是如何分級的。電能的輸送方法。新課5L、中B.新授課第四節(jié)光纖傳輸一、光導纖維的基本結構及分類1 .光導纖維是一種傳輸光束的細而柔韌的媒質，其

16、結構如圖所示。纖芯高度透明且折射率比包層折射率高，使光只能在纖芯內沿直線傳輸。在工程上實際安裝和敷設時常使用由若干根光纖組成的光纜，其結構如圖所示。外護套包帶光纖加強芯層絞式骨架2 .分類按材料不同：石英系列光纖、玻璃纖維光纖、塑料包層光纖、全塑光纖。按纖芯折射率的分布規(guī)律：階躍折射率型、漸變折射率型。按光纖傳輸的電磁波模式：單模光纖、多模光纖。二、光纖傳輸簡單原理（一）多模階躍折射率型光纖中光的傳輸在多模階躍折射率型光纖的纖芯中，光按直線傳輸，如圖所示。這種傳輸方式中，入射角不同的光線的傳輸路徑不同，到達終端的時間也不同，其傳輸帶寬一般小于200MHzkm。（二）多模漸變折射率型光纖中光的傳

17、輸在多模漸變折射率型光纖中的折射率是連續(xù)變化的，適當地選擇折射率的分布形式可以使不同入射角的光線有大致相等的光程，其傳輸帶寬可達3GHzkm,如圖所示。峪電工技近-電子教案（三）單模階躍折射率型光纖中光的傳輸單模階躍折射率型光纖的傳輸頻帶委大，在3GHzkm以上，成本最小，其傳輸如圖所示。光緝傳播路徑三、光纖傳輸的應用光纖廣泛用于廣域網、通信設備、信號測量、光電技術、儀器儀表等領域，成為電信網中重要的傳輸手段。第五節(jié)電聲轉換器件電聲轉換器件：將電信號轉換成聲音信號的器件。一、電動式揚聲器的結構電動式揚聲器又稱“動圈式揚聲器”，主要由磁路系統(tǒng)、振動系統(tǒng)和支撐輔助系統(tǒng)組成，其結構如圖所示。麻林尺寸

18、場心柱1 .磁路系統(tǒng)由環(huán)形永久磁鐵、上導磁板、下導磁板、導磁柱等組成。2 .振動系統(tǒng)由音圈、錐形紙盆、定心支片組成。音圈正好處于磁隙中間，前端與紙盆及定心支片連接，并由定心支片確定其位置。錐形紙盆的折環(huán)邊緣粘賓在盆架上并用壓邊壓緊。3 .支撐輔助系統(tǒng)由盆架、折環(huán)、接線板、壓邊、防塵罩、焊片、引出線等組成。當音圈通電而振動時，彈性的支撐系統(tǒng)隨之振動；斷電時，支撐系統(tǒng)恢復到靜態(tài)位置。4 .紙盆放聲器的性能與紙盆的面積、重量、剛性、形狀密切相關。電動工揚聲器的標稱尺寸是指盆架前視橫截面積的最大直徑，而有效直徑是指紙盆運動部分前視截面積的直1 4徑。如100mm、165mm、200mm、250mm、3

19、00mm,用央寸表小則為4央寸、6央2172畫:技Jit-電子教案寸、8英寸、10英寸、12英寸等。二、電動式揚聲器的電聲轉換原理音圈在磁場中的受力情況如圖所示。FFIS1QI-N_1stSI圖中間是圓柱形的N極，環(huán)形氣隙內是音圈，表示電流流入，。表示電流流出，F表示此時的受力方向向上，若改變電流方向，受力方向也將隨之改變，這樣隨著電流大小和方向的變化，音圈就會在空氣隙中來回振動，振動頻率為電流的變化頻率。若將音圈固定在一個紙盆上并輸入音頻電流，則紙盆在音圈的帶動下產生振動并向周圍空間輻射聲波，從而實現了電能和聲能之間的轉換。第六節(jié)電化學轉換與光化學轉換一、電化學轉換與化學電池及其應用電化學效

20、應：電能和化學能可以相互轉換。電解：電解液在外電動勢的作用下產生電流，將電能轉化為化學能；當外電源去掉接上負載后，電解液雙與電極產生化學反應對外負載供電，將化學能轉化成電能。下面以鉛酸蓄電池為例簡單介紹化學電池的基本原理。1 .結構單體鉛酸蓄電池結構如圖所示。正極板上有活性物質二氧化鉛，負極板上有活性物質海綿狀金屬鉛，正負極板都浸在一定濃度的硫酸溶液中。2 .原理當電池接上外負載后，在正、負極板上發(fā)生化學反應，將化學能轉化為電能，放電完后在正、負極板上形成硫酸鉛。電池外接電源時，正極板上還原出二氧化鉛，負極板上還原出鉛，將電能又轉化成化學能儲存起來。173電工技近-電子教案3 .化學電池的種類

21、和用途一次電池：放電后不能再充電使用的電池，主要用于日常生活中低功率和中等功率放電。儲備電池：是指在使用前臨時注入電解液或用其他方法使電池激活的電池?？勺鳛樾呐K起搏器電源、導彈電源等。燃料電池：將活性物質連續(xù)注入電池，并連續(xù)放電的電池。適合于長時間連續(xù)工作的場合。二次電池：充放電可反復多次循環(huán)使用的電池，主要用于較大功率放電的場合，如汽車、人造衛(wèi)星等。二、光電效應與光電池光電效應：物質在強光或其他射線的照射下逸出光電子形成光電流或電阻值發(fā)生顯著變化的現象。利用光電效應可制成光電池，下面介紹硅光電池的原理及應用。1 .硅光電池的結構如圖所示。由橫P型硅N型硅PN結在一定強度和頻率的光線照射下將產

22、生電動勢，P區(qū)形成高電位為電池正電極，N區(qū)形成低電位為電池負電極。2 .光電池可作為光纖通信系統(tǒng)光接收機中的光電檢測器，也可利用光電轉換實現對系統(tǒng)及執(zhí)行機構的光電控制，還可將太陽的光能轉換成電能。三、光化學轉換與光電池光化學轉換：光能轉換成化學能，如半導體在光照射下吸收能量而使氧化能力增強。光電池：光能轉換成化學能，化學能轉換成電能，利用這種轉換原理制成的電池。只要把適當半導體電極插入相應的電解溶液中即可制成。第七節(jié)安全用電與節(jié)約用電一、安全用電常識（一）電流對人體的危害人體因接觸或接近帶電體，所引起的局部受傷或死亡的現象稱觸電。根據傷害程度的不同，觸電可分為電傷和電擊兩種。電傷是指人體外部受

23、傷，如電弧灼傷、與帶電體接觸后的皮膚紅腫以及在大電流下熔化而飛濺出的金屬（包括熔絲）末對皮膚的燒傷等。電擊是指電流通過人體而使內部器官受傷的現象，人體常因電擊而死亡，它是最危險的觸電事故。174嶺工技近.電子教案觸電對人的傷害程度，與流過人體的電流的頻率、大小、途徑，時間及觸電者本人的情況有關。研究證明，頻率為4060Hz的電流最危險。通過人體超過50mA的工頻電流，且通電時間超過1s時，就會使人有生命危險；而且當電流通過心臟和大腦時，人最容易死亡，人體通電時間越長危險性越大。觸電傷人的主要因素是電流，但電流的大小又取決于作用到人體上的電壓和人體的電阻。通常人體電阻為幾百至幾萬歐不等（與皮膚干

24、燥程度，接觸面積等因素有關）。在人體所處于的一般環(huán)境下，當接觸36V以下電壓時，通過人體的電流一般不超過50mA,故把36V稱為安全電壓。但若在潮濕場所或在金屬構架上工作，安全電壓等級還要降低，通常為24V或12V,可見安全電壓是和人體所處于的環(huán)境有關。（二）人體觸電的形式1 .單相觸電人體的一部分接觸帶電體時，另一部分與大地或中性線相接，電流從帶電體流經人體到大地形成回路，這種觸電稱為單相觸電。如圖所示。在中性點不接地系統(tǒng)中，由于導線對地有電容存在，線路電容電流可以經人體構成通路，造成觸電，如圖所示。門）中性線不接地2 .兩相觸電如果人體的不同部位同時接觸兩相電源帶電體，所引起的觸電稱兩相觸

25、電。這時人體所承受的電壓是380V,將比單相觸電時的220V電壓要高，危害更大。兩相觸電如圖所示。175田工技Jit-電子教案其方法是將供電系統(tǒng)及電氣設備接地極直接埋在大地中，接地電阻應小于以降低觸電電壓，由線電壓降降低了電氣設備和輸電線對地絕將電氣設備的金屬外殼通過接（三）接地和接零在正常情況下，電氣設備的外殼是不帶電的，倘若絕緣損壞或帶電的導體碰殼，則出現外殼帶電的故障，這種故障稱為漏電。設備漏電時，若有人觸及該設備的金屬外殼，就可能發(fā)生觸電事故。為了防止觸電，電氣設備的金屬外殼必須采取一定的防范措施，4Qo常見的將電力系統(tǒng)中的電力變壓器三相繞組的中性點接地,為線電壓。在該系統(tǒng)中，各相對地

26、電壓都接近相電壓,緣水平，從而降低了設備成本。3 .保護接地保護接地是在電源中性點不接地的低壓供電系統(tǒng)中,地線與接地體（埋入地下的金屬導體）可靠地聯接。如果電氣設備采用保護接地，設備外殼已通過導線與大地有良好的接觸。當人體觸及漏電的外殼時，人體相當于接地電阻的一條并聯支路。由于人體的電阻遠遠大于接地電阻，所以通過人體的電流很小，避免了觸電事故，如圖所示。1764 .保護接零保護接零簡稱接零，是指電源中性點接地的供電系統(tǒng)中，將電氣設備的金屬外殼與電源中性線(零線)可靠連接，如圖所示。如果電氣設備漏電致使其金屬外殼帶電時，設備外殼將與中性線之間形成良好的電流通路。這時，若有人接觸設備金屬外殼，由于人體電阻遠大于設備外殼與零線之間的接觸電阻通過人體電流必然很小，也排除了觸電危險。單相用電器使用三腳插頭和三孔插座時，電器的外殼應用導線與插頭上最粗插腳相連，絕對不允許把電器外殼直接與用電器的中性線相連，否則可能引起觸電事故，如圖所示為單相用電器外殼接中性的正確接法與錯誤接法的對比。(四)安全用電常識(1)不能私拉亂接電線、私用電爐。(2)更換熔絲時，應先切斷電源。(3)各種電氣設備的金屬外殼，必須加接良好的保護接