二級建造師

1M411021 交流，直流電源的區(qū)別及其對負(fù)載作用的差異

電氣安裝工程總體由三大部分組成：

電源及其開關(guān)控制設(shè)備;

供電用和控制用線路;

用電負(fù)載，即用電設(shè)備、器具的電氣部分。

這三大部分按預(yù)期要求合理、可靠地組合起來形成電路，可獲得滿足需要的功能。

(1)電源

電源可分為直流電源和交流電源兩種。

直流電源： 直流電源G的電動勢正、端電壓Uab、對負(fù)載R提供的電流I等的方向不隨時間變化而變化。

交流電源：交流電源g的電動勢e、端電壓Uab對負(fù)載R提供的電流i等的方向和大小隨著時間作周期性變化，如變化規(guī)律隨時間呈正弦變化狀態(tài)稱正弦交流電源，所構(gòu)成的電路稱正弦交流電路。

正弦變化交流電動勢的瞬時值e的表達(dá)為：

e=emsin(ωt+ψ)

em-電動勢的最大值(幅值)(V);

ω-角頻率(rad/s);

ψ-初相角(初相位、初相)(rad);

t -時間(s);

T -周期(重復(fù)變化一次的時間)(s)

周期T是指正弦變化一次的時間，而頻率f是指每秒變化的次數(shù))簡稱赫;周期丁與頻率f的關(guān)系為：f=1/T.

我國電力供應(yīng)規(guī)定交流變化的頻率為50Hz，有的國家規(guī)定為60Hz，稱為工頻在e=emsin(wt+ψ)公式中wt+ψ稱為相角或相位，當(dāng)t=0時相角ψ稱為初相角，三相交流電源，即由三個初相角間互差120度的交流電源組成的供電系統(tǒng)。

(2)負(fù)載

按用電設(shè)備、器具等負(fù)載的特性來分，有電阻、電容、電感三種或這三種相互間的組合。

電阻： 電阻在電路中表示的符號如圖1M411021-4，用R表示，量值單位為歐姆(Ω)。

如電路中電阻及有電流I流過，電阻要消耗電能，消耗的功率為I2R，當(dāng)電流值單位為安培(A)i電阻值的單位為歐姆時，被消耗的功率值的單位為瓦(W)。

工程中常用的導(dǎo)線或母排的電阻值可以用以下公式計算。

R=ρl/s

l——導(dǎo)線或母排的長度(m);

S——導(dǎo)線或母排的截面積(mm2);

ρ-導(dǎo)線或母排原材料(銅或鋁)的電阻率(n·mm2/m)。

因?yàn)橥ǔ＝饘俨牧系碾娮柚禃S著溫度升高而升高，但有些材料的電阻值卻相反，如碳的電阻值會隨著溫度升高而降低，所以要標(biāo)明對應(yīng)的溫度值電容在電路中表示的符號如圖1M411081-5，用C表示，量值單位為法拉(F)如電路中電容c兩端有電壓存在，表示電容儲存著電能，理論上純電容不消耗電能，儲能值為1/2CU2，當(dāng)電容值單位為法拉(F)、電壓值單位為伏(V)時，則電容儲存的電能單位值為焦耳(J)。

因?yàn)殡娙萦袃δ茏饔?，所以在工程做交接試?yàn)后，或停電檢修時，要對電容量大的電纜線路或變壓器等實(shí)施對地放電措施，把可能存有的儲存電能釋放，以免電擊對人身傷害。

電感

電感在電路中的符號如圖·1M411021-6，用L表示，量值單位為亨利(H)。

如電路中電感有電流I流過，電感便會儲存磁能，理論上電感不消耗電能，僅把電能轉(zhuǎn)化成磁能，儲能值為1/2LI2.當(dāng)電感值單位為亨利(H)，電流值單位為安培(A)時，則電感儲存的磁能單位值為焦耳(J)。

在工程中較常見的由電能轉(zhuǎn)為磁能的是各類開關(guān)設(shè)備上作起動或脫扣用的電感線圈，因?yàn)殡姼写嬗锌赊D(zhuǎn)換成電能的磁能，所以開斷電感線圈時，線圈兩端會因磁能釋放而產(chǎn)生高電壓。在電感量大的線圈中為避免產(chǎn)生的高電壓損壞絕緣，通常采用與電感線圈并聯(lián)一個適當(dāng)?shù)碾娮?，使電感斷電時，由磁能轉(zhuǎn)換的電能在電阻上消耗掉，這個電阻稱釋放電阻。

在工程實(shí)際中的負(fù)載構(gòu)成形式，往往表現(xiàn)是三類負(fù)載的不同組合。如白熾燈泡可 視作純電阻負(fù)載，鐵磁線圈本體可視作電阻和電感串聯(lián)的負(fù)載，如上述帶釋放電阻的鐵磁線圈視作電阻和電感串聯(lián)后再與釋放電阻并聯(lián)的負(fù)載，有補(bǔ)償電容器的日光燈可視作電阻和電感串聯(lián)后與電容并聯(lián)的負(fù)載;電動機(jī)、變壓器可視作電阻和電感串聯(lián)的負(fù)載等。

3)電源對負(fù)載的作用

直流電源對負(fù)載的作用

直流電源的電壓(U)加到負(fù)載電阻(R)的兩端，立即產(chǎn)生直流電流(I)，電流的方向由電源的正極流向電源的負(fù)極，電流的大小符合歐姆定律，即I=U/R.

直流電源的電壓(U)加到負(fù)載電容(C)的兩端，立即產(chǎn)生直流充電電流(I)，電流的方向由電源的正極流向電源負(fù)極。電容充電，電容的電壓Uc趨向電源電壓值一致，但充電電流由大變小，符合微分關(guān)系，因而可以認(rèn)為，充電電流I始值較大，隨著充電過程時間的延續(xù)，電容電壓Uc變率duc趨向零。電容充電完成，直流電源電壓(U)與電容兩端電壓(Uc)一致，這時充電電流(/)為零。這個現(xiàn)象在工程中用萬用表檢測電容絕緣是否良好時，往往可以發(fā)現(xiàn)絕緣完好的電容，萬用表的指針一開始向低阻方向擺動到較大值，然后慢慢指向測定值，就是因?yàn)橛谐潆婋娏鞔嬖诘木壒省６瑯佑萌f用表測量電阻的電阻值，就沒有這個現(xiàn)象。直流電源的電壓(U)加到負(fù)載電感(L)的兩端，由于電感反電勢(U1)的抵抗，直流電流(I)初始較小，電流的方向由電源的正極流向電源的負(fù)極，反電勢(ul)符合微分關(guān)系，隨著電感磁場建立過程的延續(xù)。“趨向?yàn)榱悖姼芯€圈內(nèi)直流電流J達(dá)到最大值，最大值受電感線圈直流電阻的大小限制，亦符合歐姆定律。這就是在工程中用萬用表檢測鐵磁線圈直流電阻時，指針由高阻方向緩慢地指向測定值的緣故。

*正弦交流電源對負(fù)載的作用

正弦交流變化電源的電壓(u)加到負(fù)載電阻(R)的兩端，產(chǎn)生正弦變化的交流電流(i)其變化規(guī)律與電壓(u)一致，且波形相同，初相角相同。

正弦交流變化電源的電壓(u)加到負(fù)載電容(C)的兩端，產(chǎn)生正弦變化的交流電流(i)，其變化規(guī)律與電壓(u)一致，且波形相同，其初相角超前于電壓(u)的初相角90度。

正弦交流變化電源的電壓(u)加到負(fù)載電感(L)的兩端，產(chǎn)生正弦變化的交流電流i其變化規(guī)律與電壓(u)一致，且波形相同，但電流初相角滯后于電壓(u)的初相角90度。

IM411022 電路的有載、空載、短路三種狀態(tài)及其特征

在機(jī)電安裝工程中安裝和試運(yùn)行或建成后的使用和生產(chǎn)中，由于需要或故障的原因，電路會出現(xiàn)有載、空載、短路三種不同狀態(tài)，掌握這三種不同狀態(tài)的特征，有利于對電力電路運(yùn)行情況作出正確判斷。(1)有載狀態(tài)對機(jī)電安裝工程而言，電路有載是處于正常工作狀態(tài)。有載狀態(tài)下的電力電路中各項(xiàng)電量參數(shù)(如電壓、電流、功率等)和非電量參數(shù)(如發(fā)熱情況、電動應(yīng)力情況、噪聲等級等)都處在預(yù)期的正常狀態(tài)。最明顯的特征是電路中既有電壓，又有電流，發(fā)生電能與其他能的正常轉(zhuǎn)換。(2)空載狀態(tài)對機(jī)電安裝工程而言，電路空載是處于備用狀態(tài)，備用狀態(tài)可分為熱備用和冷備用狀態(tài)。 (3)短路狀態(tài)對機(jī)電安裝工程而言，電路短路是處于故障狀態(tài)，故障發(fā)生的位置可能是構(gòu)成電路的任何部位，但通常指不經(jīng)負(fù)載流通電流謂短路。

1M411023 電流、電壓、功率及主要非電物理量測量的基本原理和方法

為了實(shí)施對機(jī)電安裝工程試運(yùn)行情況和日后生產(chǎn)或使用情況進(jìn)行有效監(jiān)視，電氣工程中有許多測量電量的儀表，如電流表、電壓表、功率表等。同時為正確反映機(jī)械設(shè)備等的其他非電物理量，以利手動或啟動調(diào)節(jié)工藝參數(shù)和使用狀態(tài)，如設(shè)備的轉(zhuǎn)速、造紙機(jī)上紙的厚度、照明的照度、軸瓦的溫度、室內(nèi)空氣的溫度等都可轉(zhuǎn)換成電量用儀表反映，儀表的顯示有指針式、數(shù)字式、記錄式等不同類型。

(1)直流電流的測量

按被測量直流電流數(shù)值的大小，可分成大、中、小三段，機(jī)電安裝工程很少遇到處于小段的測量

*中段直流電流的測量： 將直流電流表(A)串人負(fù)載電路內(nèi)，注意表的極性，使直流電流J自表的正極流入，負(fù)極流出，接反后會無法測量或損壞儀表，同時為保證測量精度應(yīng)選用直流電流表內(nèi)阻遠(yuǎn)小于負(fù)載電阻R的儀表，RA/R應(yīng)小于允許誤差的1/5.允許誤 差的確定，往往是選用儀表精度等級的依據(jù)，通常由設(shè)計來作出規(guī)定。

*大段直流電流的測量：在負(fù)載電路內(nèi)串入一個電阻值較小，基本不會影響負(fù)載電流I變異的分流器F，分流器F的電阻值是個常數(shù)，目的是保持測量的準(zhǔn)確性。

只要用直流毫伏表、電位差計或直流數(shù)字電壓表(mV)，測量出分流器F兩端的直流電壓值Uf，通過I=Uf/Rf，計算，便可獲得所測直流電流I的數(shù)值。當(dāng)然也可在專用的毫伏計、電位差計、直流數(shù)字電壓表的顯示部分制成相對應(yīng)的直流電流讀數(shù)。這些儀表接線同樣要注意極性。

大段直流電流測量除用分流器法外，還有直流互感器法，直流比較儀法等。

(2)直流電壓的測量

同樣直流電壓值也分大、中、小三段。

*中段直流電壓的測量：

將直流電壓表的兩根連線并聯(lián)在負(fù)載只或電源的兩端，便可讀得負(fù)載上或電源的直流電壓值，同樣要注意連線的極性不可錯接。直流電壓表的內(nèi)阻Rv要遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻R，R/Rv至少應(yīng)小于允許誤差的1/5.

*大段直流電壓的測量：

用一大阻值的電阻R與一直流毫安表串聯(lián)起來，且電阻R的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于毫安表的內(nèi)阻，同時電阻R在使用溫度范圍內(nèi)，阻值是穩(wěn)定的，則毫安表測得電流I乘上R為所測電壓值。毫安表的顯示部分可指出相對應(yīng)電壓值的讀數(shù)。這個方法稱附加電阻法。

大段直流電壓測量除用附加電阻法外，還有電阻分壓器法、直流電壓互感器法等。

(3)直流功率的測量

由于直流功率P=UI，所以功率表要輸入電壓u和電流I兩個信號，圖中x號為功率表的電壓、電流線圈的始端，rg為電壓線圈的附加電阻，功率表讀數(shù)直接指出電路負(fù)載功率值，這個方法適用于I在0.025～10A，U在1-1000V之間。

(4)正弦交流電的有效值

正弦交流電的電流和電壓是隨時間發(fā)生變化的，某一時間的數(shù)值稱瞬時值，在工程實(shí)際應(yīng)用中和各類電工產(chǎn)品銘牌標(biāo)示上以及儀表測量顯示都以有效值表示。有效值的定義為：

在相同的電阻上，正弦交流在一個周期內(nèi)損失的電能與一直流量損失的電能相同，則這個直流量的數(shù)值稱正弦交流的有效值。所以正弦交流電流的有效值為：

因此，交流電流的有效值又稱為交流電流的均方根值。同理，交流電壓的有效值為：

I=o.707Im;U=0.707Um; e=0.707Em

(5)交流電流的測量

同樣交流電流值分為大、中、小段，機(jī)電安裝工程也以測量中段為主 .

*中段交流電流的測量：

將電流表A串人負(fù)載電路內(nèi)即可讀得交流電流的有效值，交流電流表無極性要求，同本條(1)所述理由RA/R應(yīng)小于允許誤差1/5，以保證測量精度。

*大段交流電流的測量：

將適配的交流電流互感器串入負(fù)載電路內(nèi)，互感器由于電磁作用，在二次側(cè)n2線圈內(nèi)便有二次電流I2流通，通過計算便可得負(fù)載電流I1(稱一次電流)的數(shù)值。

I1=KI2(K=n2/n1)

采用交流電流互感器測量交流大電流的注意事項(xiàng)：

①國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不論互感器一次側(cè)電流額定值大小為多少，互感器二次側(cè)電流額定值為5A不變;

②互感器二次側(cè)接線不允許開路，且二次電路標(biāo)有的接地端鈕必須接地;

③電流互感器主線路(一次側(cè))與測量線路(二次側(cè))間有電的隔離，這對高壓電流測量十分有利。所以電流互感器的規(guī)格型號有不同的電壓等級，千萬注意不能以低壓電流互感器替代高壓電流互感器，一定要與負(fù)載電路的電壓等級適配二次側(cè)線路中電流表如與電流互感器配套的，顯示額定數(shù)值不是5A，而是已乘K值后的一次側(cè)電流數(shù)值。

同樣交流電壓值分為大、中、小段，要求同本條(2)所述理由，R/Rv應(yīng)小于允許誤差1/5，以保證測量精度。

*大段交流電壓的測量：電壓的測量在交流電壓小于1500V時，可以用與大段直流電壓測量方法相同，采用附加電阻法。

當(dāng)電壓大于1500V時，需采用交流電壓互感器法，交流電壓互感器有一次、二次線圈，一次并聯(lián)于被測電壓U1，二次接電壓表V，不論一次電壓U1高低多少，二次電壓額定值通常為I00V.U1=KU2(K=n1/n2)

*交流瞬時功率 P=UIcosф-Uicos(2ωt-ф)

* 交流有功功率：

交流瞬時功率在一個周期T的平均值稱為平均功率，又稱有功功率，以P表示，單位為瓦(W)。 P=UIcosф。

*交流視在功率：

交流電路的UI不是實(shí)際消耗功率，稱視在功率，以S表示，即s=UI，單位為伏安(VA)。視在功率用以標(biāo)記電氣設(shè)備的額定狀態(tài)，如額定電壓、額定電流，兩者乘積;單相時

*交流無功功率：

為設(shè)計計算需要，引入無功功率Q的概念，單位為乏(var)。 Q=UIsinф， 由于電路有容性感性之分，亦即ф<0、Q<0電路呈容性，ф>0、Q>0電路呈感性。容性電路、電流超前于電壓變化，感性電路電流滯后于電壓變化。

*交流功率測量：

同樣要有電流、電壓兩個信號輸入功率表，1M411023-12(a)所示為直接接入法測量，圖1M411023-12(b)為經(jīng)互感器接入法。

無功功率接線時注意將有星標(biāo)*的端鈕接在低電位端。

(8)主要非電物理量采用電測量

*測量系統(tǒng)由待測的非電量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量傳感器、對電量進(jìn)行測量的測量電路、非電量顯示及處理電路三部分組成。

*測量的特點(diǎn);靈敏度高、響應(yīng)快、反作用小、可無接觸測量及遠(yuǎn)距離測量;由于大多采用固體傳感元件，故具有使用壽命長、體積小、質(zhì)量小、可靠性高及價格便宜等優(yōu)點(diǎn);易用超聲、紅外、激光、微波、放射線等先進(jìn)技術(shù);易于連續(xù)測量、并易進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、記錄和處理。

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