非電氣專業(yè)人員光伏、風(fēng)電培訓(xùn)課件二(電路基礎(chǔ)2)-最終版

2014.10.25金勛非電氣專業(yè)人員光伏、風(fēng)電發(fā)電培訓(xùn)課件（二）電路基礎(chǔ)2

聲明：本課件數(shù)據(jù)內(nèi)容95%來自互聯(lián)網(wǎng)信息，不能做為科研、論文、工作的依據(jù)。僅供參考。九江分布式能源站1/53總目錄第一章電工基礎(chǔ)

第一節(jié)電的基本概念第二節(jié)電路第三節(jié)直流電路第四節(jié)電與磁第五節(jié)單相交流電路第六節(jié)三相交流電路第七節(jié)正弦交流電路中的諧振第二章電子電路第三章光伏發(fā)電第四章風(fēng)力發(fā)電第五章配電裝置（巡視、異常、事故、維護(hù)）第六章廠用電系統(tǒng)（低壓五線制系統(tǒng)）2/53第七章

電氣主接線的形式和電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介第八章

直流系統(tǒng)及交流不間斷電源UPS電氣運(yùn)行行的特點(diǎn)和任務(wù)要求電氣主設(shè)備結(jié)構(gòu)及運(yùn)行維護(hù)第一電動(dòng)機(jī)第一節(jié)變壓器第二篇電氣設(shè)備倒閘操作第三篇電氣工作票第五章發(fā)電機(jī)同期并列裝置第六章其他設(shè)備

化學(xué)變頻器3/53第五篇繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置第一章電動(dòng)機(jī)保護(hù)第二章廠用變壓器保護(hù)第三章

發(fā)變組保護(hù)第四章110kV母線保護(hù)第五章110kV線路微機(jī)保護(hù)第六章自動(dòng)裝置第七章ECS和NCS系統(tǒng)第七篇電氣運(yùn)行、檢修規(guī)程解析4/53第四節(jié)電與磁電和磁是相互聯(lián)系不可分割的兩個(gè)基本現(xiàn)象，幾乎所有電氣設(shè)備的工作原理都與電和磁有密切的關(guān)系。

根據(jù)相對(duì)磁導(dǎo)率μr值的不同，自然界的物質(zhì)大致可分為兩大類：1、非磁性物質(zhì)

如空氣、塑料、銅、鋁、橡膠等。這些物質(zhì)的導(dǎo)磁能力很差，磁導(dǎo)率均與真空的磁導(dǎo)率非常接近。非磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率可認(rèn)為是常量。

如鐵、鎳、鈷、鋼及其合金等。這些物質(zhì)的導(dǎo)磁能力非常強(qiáng)，其磁導(dǎo)率一般為真空的幾百、幾千乃至幾萬、幾十萬倍。

如鑄鐵，其相對(duì)磁導(dǎo)率μr≈200～400；鑄鋼的相對(duì)磁導(dǎo)率μr≈500～2200；硅鋼的μr≈7000~10000。顯然，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常量，而是一個(gè)范圍，即隨外部條件變化。2、鐵磁性物質(zhì)一、導(dǎo)磁材料及特性5/53鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個(gè)分子電流圈流向一致，這些分子電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加起來，就形成了一個(gè)個(gè)天然的小磁性區(qū)域—磁疇。

不同鐵磁物質(zhì)內(nèi)部磁疇的數(shù)量不同。通常情況下，鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列雜亂無章，其磁性相互抵消，因此對(duì)外不顯示磁性。

鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁性。是因?yàn)樵谄鋬?nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)—磁疇。這些磁疇相當(dāng)于一個(gè)個(gè)小磁鐵。顯然，磁疇是由分子電流產(chǎn)生的。

有外磁場(chǎng)作用時(shí)磁疇在外界磁場(chǎng)的作用下，均發(fā)生歸順性轉(zhuǎn)向，使得鐵磁材料內(nèi)部形成一個(gè)很強(qiáng)的附加磁場(chǎng)。

3、

鐵磁物質(zhì)的磁性能6/53磁路的主要部分是由高導(dǎo)磁材料構(gòu)成，使得磁通被限制在磁路內(nèi)部，這就像電流被限制在電路中一樣，可以用類似于電路分析方法來建立磁路分析方法。

由于變壓器和電機(jī)的鐵心多是由高導(dǎo)磁材料構(gòu)成的，因此磁路方法可用作分析變壓器和電機(jī)的重要工具。簡(jiǎn)單磁路4、磁路名詞：磁場(chǎng)強(qiáng)度-H=NI/LL有效磁路長(zhǎng)度。

磁感應(yīng)強(qiáng)度-B＝μHμ-導(dǎo)磁率：導(dǎo)磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率。7/53磁滯回線中H為零時(shí)B并不為零的現(xiàn)象說明鐵磁材料具有剩磁性。BH0cba起始磁化曲線oa段是線性段ab段是上升段bc段是磁化曲線的膝部C點(diǎn)以后是飽和段

起始磁化曲線的ab段反映了鐵磁材料的高導(dǎo)磁性；c點(diǎn)以后說明鐵磁材料具有磁飽和性，i大---。磁滯回線中B的變化總是落后于H的變化說明鐵磁材料具有磁滯性。鐵磁材料反復(fù)磁化一周所構(gòu)成的曲線稱為磁滯回線。5、鐵磁材料的磁飽和性、磁滯性和剩磁性Iuφ電路部分磁路部分B＝μH8/53對(duì)于同一種鐵磁材料，選擇不同的磁場(chǎng)Hm進(jìn)行反復(fù)磁化，可測(cè)出一系列大小不同的磁滯回線。

如圖所示。再將所有磁滯回線在第一象限的頂點(diǎn)連接起來，所形成的曲線稱為基本磁化曲線或平均磁化曲線。鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下反復(fù)磁化的過程中要消耗一定的能量，這種功率損耗稱為磁滯損耗。

6、磁滯特性及其損耗對(duì)于同一種鐵磁材料，選擇不同的磁場(chǎng)Hm進(jìn)行反復(fù)磁化，可測(cè)出一系列大小不同的磁滯回線。

鐵磁材料的磁滯損耗與磁滯回線的面積、電源頻率f，以及鐵心體積V成正比。

由此，為了降低磁滯損耗應(yīng)選用磁滯回線面積小的鐵磁材料，并盡量減少鐵心的體積。比如：硅鋼片的磁滯回線面積小，且因磁導(dǎo)率高可減小鐵心體積，常被選用作為電機(jī)和變壓器的鐵心材料。9/53對(duì)于硅鋼片一類具有導(dǎo)電性的鐵磁材料還有一個(gè)重要特性，即在交變磁場(chǎng)的作用下，鐵心中會(huì)出現(xiàn)渦流，并由此產(chǎn)生渦流損耗。

7、渦流特性及其損耗如圖所示，由于鐵心是導(dǎo)電的，在交變磁通的作用下，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，鐵心中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)作用在導(dǎo)體上，就引起電流。這些電流在鐵心內(nèi)部圍繞磁通形成旋渦狀流動(dòng)，故稱為渦流。渦流在鐵心中要產(chǎn)生一定的能量損耗，稱為渦流損耗。

渦流損耗與磁場(chǎng)頻率f、磁通密度Bm和硅鋼片的厚度成正比；與鐵心的電阻率成反比。

因此，為了降低渦流損耗，電機(jī)和變壓器的鐵心通常采用含硅量較高的薄硅鋼片（厚度為0.35~0.5mm）疊成。Φ1Φ2δ10/53硅鋼片渦流平面動(dòng)畫演示δδ11/53軟磁材料具有磁導(dǎo)率很高、易磁化、易去磁的顯著特點(diǎn)，適用于制作各種電機(jī)、電器的鐵心。軟磁材料：8、鐵磁材料的分類和用途

鐵磁材料根據(jù)工程上用途的不同可以分為三大類：硬磁材料的磁導(dǎo)率不太高、但一經(jīng)磁化能保留很大剩磁且不易去磁，適用于制作各種永久磁體。硬磁材料：矩磁材料磁導(dǎo)率極高、磁化過程中只有正、負(fù)兩個(gè)飽和點(diǎn)，適用于制作各類存儲(chǔ)器中記憶元件的磁芯。矩磁材料：BH0軟磁性材料磁滯回線包圍的面積很小。BH0硬磁性材料磁滯回線包圍的面積很寬大。BH012/53二、磁體和磁極人們把具有吸引鐵、鎳、鈷等物質(zhì)的性質(zhì)稱為磁性。

具有磁性的物體叫磁體。使原來不帶有磁性的物體具有磁性的過程，叫磁化。天然存在的磁鐵（磁鐵礦）叫天然磁鐵。

經(jīng)過一定工藝磁化過的磁鐵，叫人造磁鐵。

在電氣設(shè)備上使用的絕大部分為人造磁鐵。NS13/53實(shí)例為什么指南針能指示南北呢？地球周圍存在磁場(chǎng)，叫做地磁場(chǎng)。交流討論地球是個(gè)巨大的磁體地球的地理兩極與地磁場(chǎng)的兩極并不重合，

磁針并非準(zhǔn)確地指南或指北，有個(gè)夾角，叫地磁偏角，簡(jiǎn)稱磁偏角。14/53生活中的磁鐵冰箱門四周的密封條磁性文具盒指南針電磁起重機(jī)司南門吸15/53磁化與消磁電飯鍋跳閘的原理電飯鍋的中間有個(gè)磁鋼，磁鋼中的永磁鐵有這個(gè)特新在高溫的條件下會(huì)失去磁性。失去磁性的磁鐵，在重力的作用下就會(huì)掉下來斷開開關(guān)，也就是跳閘了，而這個(gè)高溫也就飯熟了的溫度。

磁不但能通過永久磁鐵產(chǎn)生，而且還可以通過電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生。

只要有電流存在就有磁的存在，

電的磁效應(yīng)和熱效應(yīng)一樣，是在產(chǎn)生電流的同時(shí)隨之產(chǎn)生的。

磁鐵兩端磁性最強(qiáng)的區(qū)域我們稱磁極。磁極分北極（N）和南極（S）。

磁極具有同性相拆，異性相吸的特性。

磁極間相互作用力我們稱之為磁力。N極和S極總是相對(duì)存在的。實(shí)驗(yàn)證明，如果把一條磁鐵分成幾段，折斷處會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)相異的磁性。繼續(xù)下去，會(huì)具有同樣現(xiàn)象，我們永遠(yuǎn)找不到一個(gè)單獨(dú)存在的磁極，也就是說N極和S極總是相對(duì)存在的。17/53二、磁場(chǎng)與磁力線磁場(chǎng)

磁體周圍存在磁力作用的空間稱為磁場(chǎng)。

互相不接觸的磁體之間具有的相互作用力，就是通過磁場(chǎng)這一特殊物質(zhì)進(jìn)行傳遞的。（磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，都是一種特殊物質(zhì)，之所以被稱為特殊物質(zhì)，是因?yàn)樗麄儾皇怯煞肿雍驮铀M成。）磁力線為了形象地描述磁場(chǎng)，人們抽象的引出磁力線這一概念。

規(guī)定，外磁場(chǎng)磁力線由N極指向S極，在磁場(chǎng)內(nèi)部是由S極指向N極，我們通常以磁力線方向表示磁場(chǎng)方向。18/531.磁力線是空間分布的2.磁力線是假想的曲線，不真實(shí)存在3.任意兩條磁力線不相交4.磁力線是閉合曲線，外部從N極指向S極內(nèi)部從S指向N(與電場(chǎng)線不同）磁力線的特點(diǎn)我們用磁力線根數(shù)的多少和疏密度來描繪磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。

圖中a、b磁場(chǎng)面積相同，圖b的磁力線根數(shù)多于圖a，而且圖b磁力線的密度也大于a，可以認(rèn)為圖b磁場(chǎng)強(qiáng)于a。三、磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度前面講到磁場(chǎng)強(qiáng)度可以用磁力線的多少和疏密程度來描述，但它只能定性分析、相對(duì)比較，具體數(shù)量無法確定。為此引入了磁通這一物理量來定量描述磁場(chǎng)在一定面積上的分布情況。

NS圖aNS圖b20/53-3-2磁通通過與磁場(chǎng)方向垂直的某一面積上的磁力線的總數(shù)，叫做通過該面積的磁通量，簡(jiǎn)稱磁通，用字母Φ表示。它的單位是韋伯（Wb），簡(jiǎn)稱韋。工程上常用比韋小的單位是麥（麥克斯韋），用Mx表示。

1韋（Wb）=108麥（Mx）S當(dāng)面積一定時(shí)，通過該面積的磁通越多，磁場(chǎng)就越強(qiáng)。這一點(diǎn)在工程上有極其重要的意義。

如：變壓器、電磁鐵提高效率的重要因數(shù)之一就是減小漏磁通，也就是希望全部磁力線盡可能多的通過鐵芯的截面積，以減少漏磁損耗，提高效率。所以變壓器、電磁鐵的鐵芯都用高導(dǎo)磁材料制成，以降低磁阻，增加磁通量。21/53磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱磁通密度，是研究磁場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)弱和方向的一物理量，用字母B表示。磁感應(yīng)強(qiáng)度的具體內(nèi)容：垂直通過單位面積的磁力線數(shù)目（磁通）叫做該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱磁感應(yīng)。在均勻磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度要表示為1m2式中：B：磁感應(yīng)強(qiáng)度（韋/米2）

Φ：磁通（韋）S：面積（米2）

上式表明，通過單位面積的磁通數(shù)越多，磁力線越密，磁場(chǎng)也越強(qiáng)。磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位常用的有：韋/米2（T）稱做特斯拉，簡(jiǎn)稱特。和麥/厘米2叫做高斯（Gs），簡(jiǎn)稱高。它們間關(guān)系：

1特（T）=104高斯（Gs）

22/53磁感應(yīng)強(qiáng)度不但表示了磁場(chǎng)中某點(diǎn)的強(qiáng)弱，而且還能表示出該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，可以說它是一個(gè)矢量。若磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向相同，我們稱之為均勻磁場(chǎng)，在均勻磁場(chǎng)中，磁力線是等距離平行直線。NS均勻磁場(chǎng)四、電流的磁場(chǎng)

磁場(chǎng)可通過兩種方式獲得：

一為永久磁鐵（石）；

二是通電導(dǎo)體，即，電流流過導(dǎo)體能產(chǎn)生磁場(chǎng)。

這就是我們常說的電的磁效應(yīng)。只要導(dǎo)體中有電流通過，導(dǎo)體周圍就必然產(chǎn)生磁場(chǎng)。電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的判定—安培定則（右手螺旋定則），這里我們分兩種結(jié)構(gòu)的通電導(dǎo)體來分析磁場(chǎng)方向。一個(gè)是直線導(dǎo)體，另一個(gè)是線圈。23/531、直線電流的磁場(chǎng)可以根據(jù)電流方向判斷磁場(chǎng)（磁力線）方向。用右手握住通電直導(dǎo)線，讓母指指向電流方向，則彎曲的四指所指的就為磁場(chǎng)（磁力線）方向。

電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的現(xiàn)象被廣泛應(yīng)用在電工、電子設(shè)備中，如接觸器、電動(dòng)機(jī)、變壓器等。24/532、環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)同樣也可以根據(jù)電流方向判斷磁場(chǎng)（磁力線）方向。右手握住螺線管，彎曲四指指向線圈電流方向，則母指方向就是磁場(chǎng)（磁力線）方向。25/53五、磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的作用力我們知道把兩塊磁體放在一起會(huì)有作用力，即同性相拆、異性相吸，相拆、相吸都是作用力的結(jié)果。

前面講到載流導(dǎo)體的周圍存在磁場(chǎng)，若將載流導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，也會(huì)受到力的作用。１、磁場(chǎng)對(duì)載流直導(dǎo)體的作用將一根直導(dǎo)體懸掛在磁場(chǎng)中，并使導(dǎo)體垂直于磁力線，未通電導(dǎo)體不會(huì)運(yùn)動(dòng)，如接通電源，導(dǎo)體中有電流通過，導(dǎo)體就會(huì)運(yùn)動(dòng)。若改變電流方向?qū)w便向反方向運(yùn)動(dòng)。我們把載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受的作用力，稱作電磁作用力，或電磁力，用字母Ｆ表示。

電磁力的大小與導(dǎo)體中通過的電流成正比，與均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度成正比，即：Ｆm＝ＢＩＬ

26/5327/53Ｆm＝ＢＩＬ

式中：Ｆ：導(dǎo)體受到的電磁力（牛）Ｂ：均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（特）Ｉ：導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度（安）Ｌ：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度（米）上面公式是當(dāng)導(dǎo)體垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向時(shí)的電磁力情況，此時(shí)，導(dǎo)體受到的電磁力最大，

而平行于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，不受力的作用。當(dāng)導(dǎo)體既不垂直，也不平行于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，若導(dǎo)體與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向成α角時(shí)，則可將導(dǎo)體分解成與磁感應(yīng)方向垂直的分量Ｌ┻，作為α角是時(shí)導(dǎo)體有效長(zhǎng)度。請(qǐng)看下面演示。28/53平面動(dòng)畫演示BIlαF=BIlsinα單位：牛頓（N）α=90°，F(xiàn)最大α=0°，F(xiàn)為0電磁力的大?。搔粒泰撸蹋拢壕鶆虼艌?chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（特）Ｉ：導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度（安）Ｌ：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度（米）式中：29/53電磁力的方向—左手定則判斷平展左手手掌，拇指與四指垂直并在一個(gè)平面上，讓磁力線穿過手心（手心對(duì)Ｎ極），四指指向電流方向，則拇指所指的方向就是導(dǎo)體受力方向。舉例：試標(biāo)出導(dǎo)體受力方向或電流方向。NSINFINNSFNSFSNNSF×30/532、磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用研究磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用更有其實(shí)際意義，因?yàn)槌Ｓ玫拇烹娛絻x表都是根據(jù)這一原理制成。ＮＳabcdF1F2１）通電線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)在均勻磁場(chǎng)中放置一通電矩形線圈abcd，當(dāng)線圈平面與磁力線平行時(shí)，ad和bc邊與磁力線平行不受磁場(chǎng)的作用力。但ab和cd邊因與磁力線垂直將受到磁力的作用，即F1和F2，而且F1=F2=BIL，受到作用力的兩個(gè)邊叫有效邊。兩有效邊所受到的作用力不僅大小相等（兩有效邊電流相等，長(zhǎng)度相同，同處一均勻磁場(chǎng)），而且根據(jù)左手定則可知，受力方向相反（電流方向相反），因而構(gòu)成一對(duì)偶力，將線圈繞軸作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。31/532）通電線圈在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)矩設(shè)ab=cd=L1，ad=bc=L2，ab邊和cd邊所受的作用力分別為F1和F2。

根據(jù)物理學(xué)中，力偶矩（轉(zhuǎn)矩）M等于其中任一個(gè)力與力偶臂的乘積，

因而，此時(shí)的轉(zhuǎn)矩為：M=F1L2

因?yàn)镕1=BIL1，所以M=BIL1L2，又因?yàn)長(zhǎng)1L2=S（線圈的面積），

所以，M=BIS式中：B：均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（特）I：線圈中的電流（安）S：線圈的面積（米2）ＮＳabcdF1F232/53線圈在轉(zhuǎn)矩M的作用下旋轉(zhuǎn)，有效邊