電氣工程基礎(chǔ)基本概念

1、第二章 基本概念 本章論述組成電力系統(tǒng)的各種能量形式以及電機(jī)中機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的概念，討論了直流傳輸與交流傳輸?shù)幕靖拍睿U述了交流電路中有功功率、無(wú)功功率、視在功率及復(fù)數(shù)功率的概念。討論了單相系統(tǒng)的缺陷與三相系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)以及在對(duì)稱(chēng)三相系統(tǒng)中的單相分析法。第一節(jié) 電力與電能系統(tǒng)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（一次能源）轉(zhuǎn)換為電能，并輸送和分配這種電形式的能量（二次能源）至各類(lèi)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，即電場(chǎng)能、磁場(chǎng)能及耗散能。發(fā)電機(jī)組中的原動(dòng)機(jī)屬動(dòng)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(jī)械能，即轉(zhuǎn)子動(dòng)能與位能。1原

2、動(dòng)機(jī)機(jī)械能（動(dòng)能Kinetic energy）機(jī)械角速度J 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.m2）2原動(dòng)機(jī)機(jī)械能（位能Potential energy） T原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 當(dāng)T恒定時(shí)3磁場(chǎng)能（Magnetic field energy）磁場(chǎng)能儲(chǔ)藏于具有磁場(chǎng)存在的空間內(nèi)。在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的定子及轉(zhuǎn)子繞組、變壓器繞組、輸電線回路及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子及轉(zhuǎn)子繞組都存在磁場(chǎng)，因而都儲(chǔ)藏磁場(chǎng)能 當(dāng)存在兩個(gè)線圈時(shí)例2-1施加交流電壓 至一具有電感L的線圈，求儲(chǔ)藏的磁場(chǎng)能與相應(yīng)的功率。解:線圈中的電流落后于電壓，并等于 上式表明功率變化速率是電壓變化速率的兩倍及平均功率為零。 4電場(chǎng)能（Electric field en

3、ergy）儲(chǔ)藏于電場(chǎng)中，例如電容器的極板間、傳輸線間以及傳輸線對(duì)地之間。5耗散能（Dissipative energy）二、旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的能量轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)（電源）與電動(dòng)機(jī)（負(fù)荷）分析與討論理想電感、電容系儲(chǔ)能元件，本身無(wú)有功損耗。電阻元件是損耗元件。電力系統(tǒng)用電阻、電感、電容及旋轉(zhuǎn)電機(jī)來(lái)表示，其總能量守恒但能量間發(fā)生轉(zhuǎn)換，能量形式發(fā)生變化，而這些變化引起電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)（如電流、電壓、功率等參數(shù)）發(fā)生變化。這正是我們要討論與研究的問(wèn)題，以把握其規(guī)律造福于人類(lèi)。第二節(jié) 直流傳輸且 為使具有電阻的輸電系統(tǒng)輸送功率 P1，必須使始端和末端間具有電壓差則功率反向流動(dòng)當(dāng) 第三節(jié) 交流傳輸一、單相系統(tǒng) 二、交

4、流傳輸與功率方向 三、對(duì)稱(chēng)三相系統(tǒng) 四、聯(lián)結(jié)的三相負(fù)載 五、單相分析法一、單相系統(tǒng)單相功率（脈動(dòng)）、有效值有功功率、無(wú)功功率對(duì)于P和Q意義闡述如下：1有功功率P規(guī)定為p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(wú)功功率Q定義為PQ的頂值， PQ在線路上往返傳送，平均值為零，所以是“無(wú)用”功率。但它為建立電場(chǎng)和磁場(chǎng)所必需。 無(wú)功功率Q的討論單位（乏：volt-amperes reactive, var）習(xí)慣上規(guī)定無(wú)功負(fù)荷：吸收（消耗）感性無(wú)功，或發(fā)出（產(chǎn)生）容性無(wú)功；無(wú)功電源：發(fā)出（產(chǎn)生）感性無(wú)功，或吸收（消耗）容性無(wú)功；電力系統(tǒng)中絕大部分負(fù)荷均是感性負(fù)荷！因此電壓一般

5、超前于電流。復(fù)功率與視在功率復(fù)功率與視在功率復(fù)功率包含有功功率與無(wú)功功率；視在功率只是表示大小，即容量。功率用阻抗表示形式二、交流傳輸與功率方向功率方向取決于電壓降與電流方向（相位）例2-4分析（結(jié)合相量圖分析）1機(jī)消耗有功功率4.84KW，供出無(wú)功功率1.298Kvar；2機(jī)供出有功功率4.84KW，供出無(wú)功功率1.296Kvar，1故機(jī)為一電動(dòng)機(jī)，2機(jī)為一發(fā)電機(jī)，2機(jī)產(chǎn)生的有功功率全部輸送至1機(jī)。聯(lián)系阻抗Z消耗無(wú)功功率2.594Kvar，為兩機(jī)供給無(wú)功功率的總和。三、對(duì)稱(chēng)三相系統(tǒng)三相系統(tǒng)的聯(lián)接方式；三相系統(tǒng)線電壓、線電流與相電壓、相電流間的關(guān)系。電壓的相量形式電流瞬時(shí)值與其相量形式三相系統(tǒng)的有功功率可見(jiàn)，在一對(duì)稱(chēng)三相系統(tǒng)中瞬時(shí)的三相功率是非脈動(dòng)的，并等于每相實(shí)功率的三倍。瞬時(shí)三相功率恒定是三相系統(tǒng)超過(guò)單相系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。其重要的表現(xiàn)是三相發(fā)電機(jī)與三相電動(dòng)機(jī)具有恒定的轉(zhuǎn)矩特性。三相系統(tǒng)的無(wú)功功率、視在功率定義：四、聯(lián)結(jié)的三相負(fù)載阻抗負(fù)荷單相供電與三相供電系統(tǒng)單相傳輸系統(tǒng)具有功率脈動(dòng)特性，三相系統(tǒng)功率非脈動(dòng)的（等于其每相實(shí)功率的三倍）；三相系統(tǒng)傳輸功率大！三相多用于工業(yè)動(dòng)力供電，及電力傳輸。單相多用于民用小負(fù)荷（照明等）供電。單相電路分析可容易推廣到三相系統(tǒng)分析。五、單