《交流電源》課件2

交流電源電力系統(tǒng)的核心技術(shù)目錄1交流電基礎(chǔ)概念、歷史、特性2交流電源原理發(fā)電機(jī)工作原理、電磁感應(yīng)3交流電源類型單相、三相、可編程電源4應(yīng)用、優(yōu)勢(shì)與發(fā)展第一部分：交流電基礎(chǔ)1234交流電概念周期性變化的電流歷史發(fā)展從直流到交流的革命波形特征正弦波、頻率、相位電氣參數(shù)什么是交流電？方向周期性改變流動(dòng)方向幅值隨時(shí)間周期變化形式通常為正弦波形對(duì)比交流電的發(fā)展歷史11831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)21880年代特斯拉發(fā)明交流電系統(tǒng)31891年首個(gè)交流輸電系統(tǒng)41893年交流電的波形特征正弦波形最常見(jiàn)的交流電波形周期性變化重復(fù)的時(shí)間模式幅值最大值稱為峰值電壓過(guò)零點(diǎn)正弦波的特性數(shù)學(xué)表達(dá)v=Vm·sin(ωt)峰值波形達(dá)到的最大值周期完成一個(gè)完整循環(huán)所需時(shí)間有效值交流電的周期和頻率周期定義完成一個(gè)完整循環(huán)所需的時(shí)間單位為秒(s)頻率定義每秒完成的循環(huán)次數(shù)單位為赫茲(Hz)標(biāo)準(zhǔn)頻率中國(guó)：50Hz美國(guó)：60Hz交流電的相位360°一個(gè)完整周期電氣角度表示0°相位起點(diǎn)波形起始參考點(diǎn)90°超前相位電壓超前電流φ相位角電壓電流間角度差交流電的有效值時(shí)間(ms)峰值有效值第二部分：交流電源的原理電磁感應(yīng)發(fā)電核心原理能量轉(zhuǎn)換機(jī)械能轉(zhuǎn)為電能交變電場(chǎng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)同步原理頻率與轉(zhuǎn)速關(guān)系交流發(fā)電機(jī)的工作原理磁場(chǎng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子提供磁場(chǎng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)切割磁力線導(dǎo)體與磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)定子繞組感應(yīng)電壓電磁感應(yīng)定律法拉第定律磁通變化率決定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小楞次定律感應(yīng)電流方向阻礙磁通變化數(shù)學(xué)表達(dá)e=-N·dΦ/dte為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，N為線圈匝數(shù)，Φ為磁通量單相交流發(fā)電機(jī)輸出特性提供單相交流電結(jié)構(gòu)組成定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)應(yīng)用場(chǎng)景小型發(fā)電系統(tǒng)三相交流發(fā)電機(jī)3三套繞組相位差120°120°相位差空間位置和電氣角度均勻分布2-5MW功率范圍中大型發(fā)電系統(tǒng)交流電源的頻率穩(wěn)定性1轉(zhuǎn)速控制同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定頻率2調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和調(diào)整原動(dòng)機(jī)速度3負(fù)載變化平衡發(fā)電和用電量4頻率標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家電網(wǎng)50Hz±0.2Hz交流電源的電壓調(diào)節(jié)檢測(cè)測(cè)量輸出電壓比較與設(shè)定值對(duì)比調(diào)整勵(lì)磁電流控制穩(wěn)定恢復(fù)標(biāo)稱電壓第三部分：交流電源的類型1按相數(shù)單相、三相2按可調(diào)性定頻、變頻、可編程3按功率小功率、中功率、大功率4按用途家用、工業(yè)、實(shí)驗(yàn)室單相交流電源三相交流電源組成三相電壓互差120°1優(yōu)勢(shì)功率傳輸更平穩(wěn)2效率線材利用率高3應(yīng)用工業(yè)設(shè)備、大型電器4可調(diào)頻交流電源頻率范圍通常40-500Hz可調(diào)核心技術(shù)電力電子變頻技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域測(cè)試設(shè)備、科研實(shí)驗(yàn)、特種電機(jī)可編程交流電源參數(shù)調(diào)節(jié)電壓、頻率、相位可編程調(diào)節(jié)波形控制可模擬各種畸變波形界面交互觸摸屏或電腦控制操作保護(hù)功能過(guò)壓過(guò)流自動(dòng)保護(hù)高功率交流電源500kVA典型功率大型工業(yè)應(yīng)用3相電源配置三相四線制4000kg設(shè)備重量需專業(yè)安裝第四部分：交流電源的應(yīng)用家庭家用電器供電工業(yè)機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)電力電力輸送系統(tǒng)照明照明系統(tǒng)通信通信設(shè)備供電家用電器供電家用電器電壓標(biāo)準(zhǔn)功率范圍小型電器220V/50Hz100-500W中型電器220V/50Hz500-2000W大型電器220V/50Hz2000-5000W工業(yè)設(shè)備供電三相電機(jī)高效率驅(qū)動(dòng)裝置電弧爐高溫冶金設(shè)備數(shù)控機(jī)床精密加工設(shè)備電力傳輸系統(tǒng)765kV超高壓輸電主干網(wǎng)絡(luò)500kV高壓輸電區(qū)域網(wǎng)絡(luò)220kV中壓輸電城市配電10kV低壓配電終端用戶交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率同步高效穩(wěn)定異步電機(jī)有轉(zhuǎn)差率廣泛應(yīng)用于工業(yè)變頻驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速節(jié)能高效照明系統(tǒng)白熾燈傳統(tǒng)照明技術(shù)熒光燈更高效的氣體放電燈LED照明高效環(huán)保節(jié)能智能照明可調(diào)光可編程通信設(shè)備供電不間斷電源(UPS)確保通信設(shè)備持續(xù)工作電源轉(zhuǎn)換器交流轉(zhuǎn)直流供電電源保護(hù)防浪涌電涌保護(hù)備用電源雙路供電自動(dòng)切換第五部分：交流電源的優(yōu)勢(shì)全球標(biāo)準(zhǔn)全球普遍采用傳輸效率長(zhǎng)距離高效傳輸變壓便捷電壓轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單安全可靠系統(tǒng)穩(wěn)定性高易于變壓的特性原理基礎(chǔ)電磁感應(yīng)原理1變壓器無(wú)運(yùn)動(dòng)部件2效率高能量損失小3靈活性可升壓可降壓4長(zhǎng)距離輸電的優(yōu)勢(shì)電力系統(tǒng)的靈活性多電源接入可并聯(lián)多種發(fā)電方式負(fù)載適應(yīng)性可適應(yīng)各類負(fù)載需求故障隔離分區(qū)域管理減少故障影響擴(kuò)展性系統(tǒng)容量可逐步擴(kuò)展安全性考慮過(guò)電流保護(hù)斷路器和熔斷器2漏電保護(hù)漏電斷路器接地系統(tǒng)防止感應(yīng)電壓絕緣保護(hù)避免直接接觸第六部分：交流電源的測(cè)量與分析基本參數(shù)電壓電流功率頻率測(cè)量?jī)x器萬(wàn)用表示波器功率分析儀諧波分析儀質(zhì)量指標(biāo)諧波含量電壓波動(dòng)頻率穩(wěn)定性功率因數(shù)電壓測(cè)量技術(shù)萬(wàn)用表測(cè)量有效值示波器觀察波形變化電壓傳感器遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電流測(cè)量方法串聯(lián)測(cè)量斷開電路插入電流表鉗形表電磁感應(yīng)無(wú)接觸測(cè)量分流器并聯(lián)測(cè)量電壓轉(zhuǎn)換CT/PT電流/電壓互感器功率因數(shù)的概念有功功率無(wú)功功率諧波分析基波與電源頻率相同的正弦波分量諧波頻率為基波整數(shù)倍的正弦波分量總諧波畸變率THD值反映波形失真程度電能質(zhì)量評(píng)估電壓穩(wěn)定性波動(dòng)范圍應(yīng)在±5%內(nèi)頻率穩(wěn)定性波動(dòng)范圍應(yīng)在±0.2Hz內(nèi)諧波含量THD應(yīng)低于5%電壓暫降持續(xù)時(shí)間應(yīng)小于20ms第七部分：交流電源的保護(hù)過(guò)壓保護(hù)檢測(cè)電壓監(jiān)測(cè)裝置切斷斷路器或熔斷器吸收壓敏電阻吸收過(guò)壓能量恢復(fù)自動(dòng)或手動(dòng)重連系統(tǒng)過(guò)流保護(hù)檢測(cè)電流傳感器觸發(fā)脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作2切斷斷開電路復(fù)位手動(dòng)或自動(dòng)復(fù)位接地保護(hù)系統(tǒng)直接接地設(shè)備外殼與大地連接等電位連接消除設(shè)備間電位差避雷系統(tǒng)防雷擊過(guò)電壓接地電阻應(yīng)小于4歐姆電磁兼容性（EMC）電磁干擾(EMI)設(shè)備產(chǎn)生的干擾需限制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)電磁抗擾度(EMS)抵抗外部干擾能力需滿足最低標(biāo)準(zhǔn)濾波技術(shù)EMI濾波器隔離和屏蔽技術(shù)第八部分：交流電源的效率與節(jié)能環(huán)保效益減少碳排放經(jīng)濟(jì)效益降低運(yùn)營(yíng)成本技術(shù)手段高效設(shè)備和智能控制能源轉(zhuǎn)換效率無(wú)功功率補(bǔ)償補(bǔ)償原理提供電感負(fù)載所需無(wú)功功率補(bǔ)償方式集中式、分散式、混合式效果提高功率因數(shù)，減少線損經(jīng)濟(jì)性減少電費(fèi)支出智能電網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力參數(shù)動(dòng)態(tài)跟蹤自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)荷平衡和電壓控制分布式管理多電源協(xié)調(diào)運(yùn)行需求響應(yīng)用電側(cè)主動(dòng)參與節(jié)能變壓器98%轉(zhuǎn)換效率能量損耗極低30%空載損耗減少比傳統(tǒng)變壓器更節(jié)能20年使用壽命長(zhǎng)期可靠運(yùn)行第九部分：交流電源的未來(lái)發(fā)展清潔化可再生能源并網(wǎng)智能化數(shù)字控制系統(tǒng)分布式多點(diǎn)發(fā)電互聯(lián)安全化更高安全標(biāo)準(zhǔn)可再生能源并網(wǎng)太陽(yáng)能風(fēng)能水電生物質(zhì)微電網(wǎng)技術(shù)發(fā)電分布式能源1存儲(chǔ)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)2控制智能管理系統(tǒng)3交換與主網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)4高壓直流輸電（HVDC）轉(zhuǎn)換技術(shù)交—直—交轉(zhuǎn)換傳輸效率長(zhǎng)距離損耗低互聯(lián)能力連接不同頻率系統(tǒng)電力控制快速精確功率控制超導(dǎo)輸電技術(shù)超導(dǎo)特性零電阻、損耗極低技術(shù)難點(diǎn)低溫環(huán)境維持應(yīng)用前景高密度城市電網(wǎng)和遠(yuǎn)距離輸電研發(fā)進(jìn)展高溫超導(dǎo)材料研究第十部分：交流電源的安全使用個(gè)人防護(hù)絕緣手套、工具操作規(guī)程斷電鎖定掛牌安全培訓(xùn)規(guī)范操作意識(shí)電氣安全規(guī)范1設(shè)計(jì)規(guī)范安全間距、材料選擇2安裝規(guī)范