1、第一部分 电工电子基础泵站运行工培训Page 21.1 直流电路基础 泵站用的直流电源系统主要为泵站及其附属变电所提供直流操作电源，比如作为断路器分合阐、阐门启闭装置动作的电源，作为高压配电系统的控制、保护、信号、自动装置及其他二次回路的工作电源，直流电源系统还提供交流不停电电源装置、事故照明等应急用电。直流系统一旦发生故障失灵,就会产生误动或拒动,继而造成电气设备损毁等灾难性的后果。因此,直流系统的稳定可靠是整个泵站安全运行的一项重要保证。Page 3 一、 电路的组成 电路是由各种电气器件按一定方式用导线连接组成的总体，它提供了电流通过的闭合路径。任何一个电路，都可以看成是由电源、负载和中
2、间环节这3部分组成。 方向不随时间变化的电压（或电流）称为直流电。分为恒定直流电和脉动直流电。大小和方向都不随时间变化的电压（或电流）为恒定直流电，大小变化而方向不改变的电压（或电流）为脉动直流电。 大小和方向都随时间变化的电压或电流称为交流电。随时间按正弦规律变化的电压和电流称为正弦交流电。Page 4二、电路基本元件1、电阻元件 电阻元件是一种消耗电能的元件。流过线性电阻的电流与其两端的电压成正比，即伏安关系（欧姆定律）： U = IR 根据国际单位制（SI）中，式中R称为电阻，单位为欧姆（）； 为了方便计算，我们常常把电阻的倒数用电导G来表示，即 RG1Page 5 功率是能量的平均转换
3、率,也称为平均功率，即单位时间内电场力所做的功称为电功率P，在直流电路中， 。功率的单位是瓦特(W)或千瓦(kW)。 对电源而言,功率是单位时间产生的电能.对用电设备而言是单位时间内所消耗的电能. 在直流电路中，电阻所吸收并消耗的电功率为 用电设备功率为P,使用时间为t,则消耗的电能（电功）为: W=Pt=UIt 单位为焦耳 电能的常用单位是KWh (千瓦小时)。通常把1 KWh 称为1度电。 在直流情况下，电阻消耗的电能 UIP RURIUIp22tRUtRIUItW22Page 6电气设备的额定值:额定电流IN: 电气设备长时间运行以致稳定温度达到最高允许温度时的电流, 称为额定电流。 额
4、定电压UN:电气设备限定的工作电压,超过可能击穿绝缘层或电压过大引起电流过大,引起温升高烧坏设备额定功率PN:电气设备规定的最大允许功率 PN= UNINPage 72电感元件 电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。符号如图所示：称为电感元件的电感，单位是亨利（）。电感元件中电流发生变化时,两端产生的感应电压： 上式表示线性电感的电压uL与电流i对时间t的变化率 成正比。 + u i L dtdiLuLdtdiPage 8 在一定的时间内，电流变化越快，感应电压越大；电流变化越慢，感应电压越小；若电流变化为零时（即直流电流），则感应电压为零，电感元件相当于短路。故电感
5、元件在直流电路中相当于短路。具有阻碍电流变化的性质. 只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，但，相当于短路。 电感是一种储能元件。当通过电感的电流增加时，电感元件就将电能转换为磁能并储存在磁场中；当通过电感的电流减小时，电感元件就将储存的磁能转换为电能释放给电源。因此，在电感中的电流发生变化时，它能够进行电能与磁能的互换。电感储存的磁场能量可由以下公式计算 20021LILidiuidtWtiLPage 93. 电容元件 电容是用于反映带电导体周围存在电场，能够储存和释放电场能量的电路元件，简称为电容器。 它的符号如下图所示。当电容为线性电容时，电容元件
6、的特性方程为 ： 式中，C为元件的电容，是一个与电容器本身有关，与电容器两端的电压、电流无关的常数，在国际单位制（SI）中，其单位为法拉（F）。微法（F）、纳法（nF）、皮法（pF）也作为电容的单位。Cuq Page 10 从式可以看出，电容的电荷量是随电容的两端电压变化而变化的，由于电荷的变化，电容中就产生了电流，则： 上式表示线性电容的电流与端电压对时间的变化率成正比。只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但，相当于开路，即 电容具有隔直作用。dtdqicdtduCicPage 11 电容器也是一种储能元件。当两端的电压增加时，电容元件就将电能储存在电场
7、中；当电压减小时，电容器就将储存的能量释放给电源。因此，电容器通过加在两端电压的变化来进行能量转换。如果忽略它的电阻和引线电感的影响，则电容器本身是不消耗电能量的。因此，电容器储存的能量可由以下公式计算 可见，电容储能的大小与电容量及电压的平方成正比。221CUWcPage 121.2 交流电路一、单相交流电路1、正弦交流电的基本知识 其大小和方向都随时间作周期性变化的电动势、 电压和电流统称为交流电。在交流电作用下的电路称为交流电路。在电力系统中，考虑到传输、分配和应用电能方面的便利性、经济性，大都采用交流电。工程上应用的交流电，一般是随时间按正弦规律变化的，称为正弦交流电， 简称交流电。波
8、形如图所示。正弦电压和正弦电流的表达式为： (a) 正弦交流电路(b) 正弦量的波形图正弦交流电路及其波形图Page 13 式中，i，u表示正弦交流电的瞬时值； 表示正弦交流电变化的快慢，称为角速度； Im,Um表示正弦交流电的最大值，称为幅值； i, u表示正弦交流电的起始位置，称为初相位。振幅、角频率和初相称为正弦量的的三要素。 正弦交流电的瞬时值是随时间变化的， 计量时用正弦交流电的有效值来表示。交流电表的指示值和交流电器上标示的电流、 电压数值一般都是有效值，常说的民用电220V也为有效值。有效值与幅值的关系为： ，角频率与周期及频率的关系：)sin(umtUu)sin(imtIi2m
9、II 2mUU fT22Page 14 两个同频率正弦量的相位之差称为它们的相位差，其值等于它们的初相之差。如， ， 则电压和电流的相位差为： ，u与i同相。 ，u超前i，或i滞后u。 ，u与i反相。 ，u与i正交。 在单相正弦交流电路中，纯电阻元件两端电压与电流及相位差的关系为： = ，即 在单相正弦交流电路中，纯电感两端电压uL 和电流iL 是同频率的正弦量，对电感来说，电压超前电流 ， 即 ，U=LI。)sin(umtUu)sin(imtIiiuiutt)()(002RIU ui02090Page 15 可见，当线圈电压为定值时，L越大则电流越小，所以L有阻碍电流的作用，称之为电感性电抗
10、，简称感抗，用XL表示，单位为欧姆，即感抗XL为与频率成正比。当f=0 (直流)时，XL =0 ，说明电感元件在直流电路中相当于短路；而当 f时，XL ，说明电感元件在高频线路中相当于开路，也就是说，电感线圈具有“通低频、阻高频”的特性。 在正弦交流电路中，纯电容两端的电压uC 和电流iC 是同频率的正弦量。对电容来说，电流超前电压 ，即 ， 或 当f=0 时，XC，说明电容元件在直流电路中相当于开路；而当f 时，XC 0 ，说明电容元件在高频线路中相当于短路。也就是说，电容具有“隔直通交”的作用。2090CUCUI1ICU1Page 16 2、正弦电路的功率 （1）、平均功率： 设 ,其中电
11、压与电流相位差则电路瞬时功率为：电路的平均功率即有功功率为 其中cos 称功率因数，为总电压与电流之间相位差的余弦，它是表征交流电路状况的重要数据之一，其大小由用电器的性质来决定。)sin(2sin2tUutIiiu)2cos(cos)sin(2sin2tUItUtIuipcos)2cos(cos1100UIdttUITpdtTPTTPage 17 对电阻元件R， ， 。 对电感元件L， ， 。 对电容元件C， ， 。 可见电阻总是消耗能量的，而电感和电容是不消耗能量的，其平均功率都为0。平均功率就是反映电路实际消耗的功率。无源二端网络各电阻所消耗的平均功率之和，就是该电路所消耗的平均功率。（
12、2）、无功功率Q 无功功率Q表示二端网络与外电路进行能量交换的幅度。 ,单位为乏（Var） 对电阻元件R， ， 。 对电感元件L， ， 。 对电容元件C， ， 。0UIP 900P0P 90sinUIQ090 900QUIQUIQ Page 18 （3）、视在功率S 视在功率S用来表示用电设备的容量。 ,单位为伏安（VA） 平均功率P、无功功率Q和视在功率S的关系： UIS 222QPSPage 19二、三相正弦交流电路三相正弦交流电路 由三个频率相同，最大值相等，相位上互差由三个频率相同，最大值相等，相位上互差120角的角的正弦电压源所构成的电源称为三相电源。由三相电源供电的电路称为三相电路
13、。1、三相电源 三相电源由三相交流发电机产生的。在三相交流发电机中有3个相同的绕组。3个绕阻的首端分别用A、B、C表示，末端分别用X、Y、Z表示。这3个绕组分别称为A相、B相、C相，所产生的三相电压分别为： 三个电压达最大值的先后次序叫，图示相序为ABC。 )120sin(2)120sin(2sin2CBAtUutUutUuppp1201200CBApppUUUUUUtuuAuBuCO120120120AUCUBU (a) 波形图 (b) 相量图Page 20 2、三相负载的连接三相负载的连接 用电器按其对供电电源的要求，可分为单相负载和三相负载。用电器按其对供电电源的要求，可分为单相负载和三
14、相负载。工作时只需单相电源供电的用电器称为单相负载。需要三相电源工作时只需单相电源供电的用电器称为单相负载。需要三相电源供电才能正常工作的电器称为三相负载。供电才能正常工作的电器称为三相负载。 若每相负载的电阻相等，电抗相等而且性质相同的相负载称为若每相负载的电阻相等，电抗相等而且性质相同的相负载称为三相对称负载，即三相对称负载，即: ZA=ZB=ZC或或RA=RB=RC，XA=XB=XC。否。否则称为三相不对称负载。则称为三相不对称负载。 三相负载的连接方式也有两种，三相负载的连接方式也有两种， 即星形连接和三角形连接。即星形连接和三角形连接。 (1)三相负载的星形连接：三相负载的星形连接：
15、Page 21 在星形连接的三相四线制中，我们把每相负载中的电流叫相电流IP，每根相线（火线）上的电流叫线电流IL。三相对称负载星形连接时的特点是： 各相负载承受的电压为对称电源的相电压，即有 ； 线电流IL线等于负载相电流IP ， 即中线中没有电流中线中没有电流 电路的总功率为每相负载的功率和，即电路的总功率为每相负载的功率和，即（2）三相负载的三角形（）联结）三相负载的三角形（）联结 负载依次联结在电源的两根相线之间，称为负载的三角形联结。负载依次联结在电源的两根相线之间，称为负载的三角形联结。如图所示。如图所示。 3/lPUU plII zllZllzpppIUIUIUPPcos3cos
16、33cos33Page 22 当相对称负载作三角形连接时，具有下列两个特点：各相负载所承受的电压为对称电源线电压，即线电流IL为相电流IP的 倍， 即 。在相位上，线电流滞后于相应的相电流30。电路取用的总功率为： 因此，三相对称负载不论作星形或三角形连接，电路的总功率公式都为：lPUU 3PL3II zllZllzpppIUIUIUPPcos3cos33cos33cos3llIUP Page 231.3、无功功率补偿与功率因数无功功率补偿与功率因数 （1）无功功率补偿应按现行的全国供用电规则及功率因数调整电费办法的要求进行设计，做到全面规划，合理布局，就地平衡。 （2）泵站在计费计量点的功率
17、因数不应低于0.85。当主变压器采用有载调压装置或容量在3150kVA及3150kVA以上时，功率因数不应低于0.9。达不到上述要求时，应进行无功功率补偿。 （3）主电动机的单机额定容量在630kW及630kW以上时，宜用同步电动机进行补偿。 （4）主电动机的单机额定容量在630kW以下的泵站，宜采用静电电容器进行无功功率补偿。无功补偿电容器应分组，并能根据需要及时投入或退出运行。电容补偿装置宜选用成套电容器柜，并应装设专用的控制、保护和放电设备。Page 241.4半导体基本器件半导体基本器件一、半导体二极管（不可控器件）一、半导体二极管（不可控器件） 二极管有两个电极，一个为阳极（正极），
18、另一个为阴极（负二极管有两个电极，一个为阳极（正极），另一个为阴极（负极），符号如图所示极），符号如图所示 二极管特点二极管特点：单向导电性（正向导通，反向截止）。二、晶阐管（半控型器件） 晶闸管又称可控硅，是硅晶体闸流管的简称。晶闸管是大功率变流器件，利用其整流可控特性可方便地对大功率电源进行控制和变换。它具有体积小、重量轻、耐压高、容量大、使用维护简单、控制灵敏等优点，所以在生产上得到了广泛的应用。 PN(阳极)外壳阴极引线阳极引线(阳极)(阴极)(阴极)(a)(b)VPage 25 晶闸管的主要用途有： (1) 可控整流。(2) 有源逆变。(3) 交流调压。 (4) 变频器。 (5) 无
19、触点功率开关 晶闸管是用硅材料制成的半导体器件，它有三种结构形式： 螺栓式、平板式和塑料封装式。晶闸管的结构及符号如图 所示，它有三个电极：阳极A、阴极K和门极G。 Page 26 晶阐管特点：1晶闸管导通必须同时具备两个条件： 承受正向阳极电压（UAK0）； 承受正向门极电压(UGK0)。 2晶闸管一旦导通，门极便失去控制作用。 3 晶闸管导通后，使流过晶闸管的电流iA减小到某数值时，晶闸管便会关断，这种维持晶闸管导通的电流称为维持电流。 4晶闸管关断时承受全部电源电压； 导通后阳极与阴极间的管压降很小，只有1V左右，电源电压主要降落在负载上。 Page 271.5、整流与逆变、整流与逆变一
20、、整流电路一、整流电路 整流电路的作用是将交流通过整流电路变成脉动的直流，整流电路可用二极管整流，也可用晶阐管整流。1、单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 波形图中波形图中是从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉是从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度，称为触发延迟角，也称触发角或控制角。冲止的电角度，称为触发延迟角，也称触发角或控制角。 Page 28 整流输出电压平均值为： 当=0时，相当于不可控桥式整流，此时输出电压最大， 即Ud=0.9U2。当=180时，输出电压为零，故晶闸管的可控移相范围为0180。 Page 29 2、三相可控整流电路 三相半波可控整流电
21、路如下图所示： 变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起共阴极接法 如果阳极连接在一起则为共阳极整流电路。 TaV1bV2cV3udRid(a)(b)(c)(d)(e)(f)0u21234ua0ubucuatug0ug1ug2ug3ug1tud0tidiV10tuV10tuabuact1t2t3Page 30 由电路分析可知（1） 控制角=0时，输出电压最大；增大， 输出电压减小； 当=150时， 输出电压为零， 所以最大移相范围为150。当30时，电流（压）连续， 每相晶闸管的导通角为120，当30时， 电流（电压）断续， 导通角
22、小于120， 导通角为=150-。 （2） 由于每相导电情况相同，故只需在1/3周期内求取电路输出电压的平均值， 即一个周期内电路输出的平均值。 当30时，电流电压连续，输出直流电压平均值Ud为 cos17. 1)(sin23/2165622UttdUUdPage 313、三相桥式全控整流电路 三相全控桥式整流电路由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成， 如图所示。因此，整流输出电压的平均值Ud为三相半波整流时的两倍，在大电感负载时为 式中U2l为变压器次级线电压有效值。 三相全控桥式整流电路晶闸管的导通换流顺序是： V6V1V2V3V4V5V6。 cos35. 1cos34. 2cos17. 122122UUUUdTaV1bV3cV5udidV4V6V2LRp 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly, And You Will Know Everything. The More You Know, The More Powerful You Will Be写在最后感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings结束语讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
