電氣工程師輔導(dǎo)資料：電氣基礎(chǔ)理論知識(shí)1

　　電氣基礎(chǔ)理論知識(shí)

　　1. 渦流是怎樣產(chǎn)生的?有何利弊?

　　答：置于變化磁場中的導(dǎo)電物體內(nèi)部將產(chǎn)生感應(yīng)電流，以反抗磁通的變化，這種電流以磁通的軸線為中心呈渦旋形態(tài)，故稱渦流。

　　在電機(jī)中和變壓器中，由于渦流存在，將使鐵芯產(chǎn)生熱損耗，同時(shí)，使磁場減弱，造成電氣設(shè)備效率降低，容量不能充分利用，所以，多數(shù)交流電氣設(shè)備的鐵芯，都是用0.35或0.5毫米厚的硅鋼片迭成，渦流在硅鋼片間不能穿過，從而減少渦流的損耗。

　　渦流的熱效應(yīng)也有有利一面，如可以利用它制成感應(yīng)爐冶煉金屬，可制成磁電式、感應(yīng)式電工儀表，還有電度表中的阻尼器，也是利用磁場對渦流的力效應(yīng)制成的。

　　2. 什么是趨表效應(yīng)?趨表效應(yīng)可否利用?

　　答：當(dāng)直流電流通過導(dǎo)線時(shí)，電流在導(dǎo)線截面分布是均勻的，導(dǎo)線通過交流電流時(shí)，電流在導(dǎo)線截面的分布是不均勻的，中心處電流密度小，而靠近表面電流密度大，這種交流電流通過導(dǎo)線時(shí)趨于表面的現(xiàn)象叫趨表效應(yīng)，也叫集膚效應(yīng)。

　　考慮到交流電的趨表效應(yīng)，為了有效地節(jié)約有色金屬和便于散熱，發(fā)電廠的大電流母線常用空心的槽形或菱形截面母線。高壓輸配電線路中，利用鋼芯鋁線代替鋁絞線，這樣既節(jié)約了鋁導(dǎo)線，又增加了導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度。

　　趨表效應(yīng)可以利用，如對金屬進(jìn)行表面淬火，對待處理的金屬放在空心導(dǎo)線繞成的線圈中，線圈中通過高頻電流，金屬中就產(chǎn)生趨于表面的渦流，使金屬表面溫度急劇升高，達(dá)到表面淬火的目的。

　　3. 什么是正弦交流電?為什么普遍采用正弦交流電?

　　答：正弦交流電是指電路中的電流、電壓及電勢的大小都隨著時(shí)間按正弦函數(shù)規(guī)律變化，這種大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流稱交變電流，簡稱交流。

　　交流電可以通過變壓器變換電壓，在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，通過升高電壓可以減少線路損耗。而當(dāng)使用時(shí)又可以通過降壓變壓器把高壓變?yōu)榈蛪?，這既有利安全，又能降低對設(shè)備的絕緣要求。此外，交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)比較，則具有構(gòu)造簡單，造價(jià)低廉，維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。在有些地方需要使用直流電，交流電又可通過整流設(shè)備將交流電變換為直流電，所以交流電目前獲得了廣泛地應(yīng)用。

　　4. 什么是交流電的周期、頻率和角頻率?

　　答：交流電在變化過程中，它的瞬時(shí)值經(jīng)過一次循環(huán)又變化到原來瞬時(shí)值所需要的時(shí)間，即交流電變化一個(gè)循環(huán)所需的時(shí)間，稱為交流電的周期。

　　周期用符號(hào)T表示，單位為秒。周期越長交流電變化越慢，周期愈短，表明愈快。

　　交流電每秒種周期性變化的次數(shù)叫頻率。用字母F表示，它的單位是周/秒，或者赫茲，用符號(hào)Hz表示。它的單位有赫茲，千赫、兆赫。

　　角頻率與頻率的區(qū)別在于它不用每秒鐘變化的周數(shù)來表示交流電變化的快慢，而是用每秒種所變化的電氣角度來表示。交流電變化一周其電角變化為360，360等于2π弧度，所以角頻率與同期及頻率的關(guān)系為：

　　5. 什么是交流電的相位，初相角和相位差?

　　答：交流電動(dòng)勢的波形是按正弦曲線變化的，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：e=EmSinωt。

　　上式表明在計(jì)時(shí)開始瞬間導(dǎo)體位于水平面時(shí)的情況。如果計(jì)時(shí)開始時(shí)導(dǎo)體不在水平面上，而是與中性面相差一個(gè)角，那么在t=0時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為E=Emsinψ。

　　若轉(zhuǎn)子以ω角度旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過時(shí)間t后，轉(zhuǎn)過ωt角度，此時(shí)線圈與中性面的夾角為：(ωt+ψ)

　　上式為正弦電勢的一般表達(dá)式，也稱作瞬時(shí)值表達(dá)式。式中：

　　ωT+ψ -----------------相位角，即相位;

　　ψ ---------------初相角，即初相。表示t=0時(shí)的相位。

　　在一臺(tái)發(fā)電機(jī)中，常有幾個(gè)線圈，由于線圈在磁場中的位置不同，因此它們的初相就不同，但是它們的頻率是相同的。另外，在同一電路中，電壓與電流的頻率相同，但往往初相也是不同的，通常將兩個(gè)同頻率正弦量相位之差叫相位差。

　　6. 簡述感抗、容抗、電抗和阻抗的意義。

　　答：交流電路的感抗，表示電感對正弦電流的限制作用。在純電感交流電路中，電壓有效值與電流有效值的比值稱作感抗。用符號(hào)X表示。XL=U/I=ωL=2πfL。

　　上式表明，感抗的大小與交流電的頻率有關(guān)，與線圈的電感有關(guān)。當(dāng)f一定時(shí)，感抗XL與電感L成正比，當(dāng)電感一定時(shí)，感抗與頻率成正比。感抗的單位是歐姆。

　　純電容交流電路中，電壓與電流有效值的比值稱做容抗，用符號(hào)XC表示。即：XC=U/I=1/2πfC。

　　在同樣的電壓作用下，容抗XC越大，則電流越小，說明容抗對電流有限制作用。容抗和電壓頻率、電容器的電容量均成反比。因頻率越高，電壓變化越快，電容器極板上的電荷變化速度越大，所以電流就越大;而電容越大，極板上儲(chǔ)存的電荷就越多，當(dāng)電壓變化時(shí)，電路中移動(dòng)的電荷就越多，故電流越大。

　　容抗的單位是歐姆。

　　應(yīng)當(dāng)注意，容抗只有在正弦交流電路中才有意義。另外需要指出，容抗不等于電壓與電流的瞬時(shí)值之比。

　　7. 交流電的有功功率、無功功率和視在功率的意義是什么?

　　答：電流在電阻電路中，一個(gè)周期內(nèi)所消耗的平均功率叫有功功率，用P表示，單位為瓦。

　　儲(chǔ)能元件線圈或電容器與電源之間的能量交換，時(shí)而大，時(shí)而小，為了衡量它們能量交換的大小，用瞬時(shí)功率的最大值來表示，也就是交換能量的最大速率，稱作無功功率，用Q表示，電感性無功功率用QL表示，電容性無功功率用QC表示，單位為乏。

　　在電感、電容同時(shí)存在的電路中，感性和容性無功互相補(bǔ)償，電源供給的無功功率為二者之差，即電路的無功功率為：Q=QL-QC=UISinφ。

　　8. 什么叫有功?什么叫無功?

　　答：在交流電能的發(fā)、輸、用過程中，用于轉(zhuǎn)換成非電、磁形式的那部分能量叫有功。用于電路內(nèi)電、磁場交換的那部分能量叫無功。

　　9. 什么是功率因數(shù)?提高功率因數(shù)的意義是什么?提高功率因數(shù)的措施有哪些?

　　答：功率因數(shù)COSφ，也叫力率，是有功功率和視在功率的比值，即COS=P/S。在一定的額定電壓和額定電流下，功率因數(shù)越高，有功所占的比重越大，反之越低。

　　發(fā)電機(jī)的額定電壓，電流是一定的，發(fā)電機(jī)的容量即為它的視在功率，如果發(fā)電機(jī)在額定容量下運(yùn)行，其輸出的有功功率的大小取決于負(fù)載的功率因數(shù)，功率因數(shù)低時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出功率低，其容量得不到充分利用。

　　功率因數(shù)低，在輸電線路上將引起較大的電壓降和功率損耗。因當(dāng)輸電線輸送功率一定時(shí)，線路中電流與功率因數(shù)成反比即I=P/COSφ，當(dāng)功率因數(shù)降低時(shí)，電流增大，在輸電線電阻電抗上壓降增大，使負(fù)載端電壓過低，嚴(yán)重時(shí)，影響設(shè)備正常運(yùn)行，用戶無法用電。此外，電阻上消耗的功率與電流平方成反比，電流增大要引起線損增加。

　　提高功率因數(shù)的措施有：

　　合理地選擇和使用電氣設(shè)備，用戶的同步電動(dòng)機(jī)可以提高功率因數(shù)，甚至可以使功率因數(shù)為負(fù)值，即進(jìn)相運(yùn)行。而感應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)很低，尢其是空載和輕載運(yùn)行時(shí) ，所以應(yīng)該避免感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空載或輕載運(yùn)行。

　　安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器或靜止補(bǔ)償?shù)仍O(shè)備，使電路中總的無功功率減少。

　　10. 什么是三相交流電源?它和單相交流電比有何優(yōu)點(diǎn)?

　　答：由三個(gè)頻率相同，振幅相等，相位依次互差120度電角度的交流電勢組成的電源稱為三相交流電源。它是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。日常生活中所用的單相交流電，實(shí)際上是由三相交流電的一相提供的，由單相發(fā)電機(jī)發(fā)出的單相交流電源現(xiàn)在已經(jīng)很少采用。

　　三相交流電較單相交流電有很多優(yōu)點(diǎn)，它在發(fā)電、輸配電以及電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能等方面都有明顯的優(yōu)越性。例如：制造三相發(fā)電機(jī)、變壓器都較制造容量相同的單相發(fā)電機(jī)、變壓器節(jié)省材料，而且構(gòu)造簡單，性能優(yōu)良，又如，由同樣材料所制造的三相電機(jī)，其容量比單相電機(jī)大50%，在輸送同樣功率的情況下，三相輸電線較單相輸電線可節(jié)省有色金屬25%，而且電能損耗較單相輸電時(shí)少。由于三相交流電有上述優(yōu)點(diǎn)所以獲得了廣泛的應(yīng)用。

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