电气工程基础剖析.pdf

1-1 答:动力系统由电力系统和发电厂的动力部分组成，其中 发电厂动力部分是指火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电 厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等。电力系统 是由发电厂一内的发电机、电力网内的变压器和输电线路以 及用户的各种用电设备，按照一定的规律连接而组成的统一 整体。电力网由变电站和不同电压等级输电线路组成的网 络。 1-2 答:电能生产的主要特点是:(1)电能不能大量存储;(2) 过渡过程十分短暂;(3 }电能生产与国民经济各部门和人民 生活有着极为密切的关系;4)电力系统的地区性特点较强。 对电力系统的要求包括(l)保证供电可靠;C2)保证良好的电 能质量;(3)为用户提供充足的电力;C4)提高电力系统运行 经济性。 1-3 答:衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。 电压:电压质量对各类用电设备的安全经济运行都有直接的 影响。当电压降低时，白炽灯的发光效率和光通量都会急剧 下降;而当电压升高时，白炽灯的使用寿命将会缩短。对电 动机来说，当电压降低时，电动机的转矩将显著减小，以致 转差增大，使得定子电流和转子电流都显著增大，引起电动 机的温度升高，甚至可能烧毁电动机。反之，当电压过高时， 对于电动机、变压器一类具有励磁铁心的电气设备而言，铁 心磁通密度将增大以致饱和，励磁电流和铁耗都大为增加， 致使电机过热，效率降低，波形畸变，甚至可能导致发生谐 波谐振。对电热装置来说，其消耗的功率也与电压的平方成 正比，过高的电压将损坏设备，过低的电压则达不到所需要 的温度。对计算机、电视、广播、通讯、雷达等设备来讲， 它们对电压质量的要求更高。电子设备中的各种半导体器 件、集成电路、磁芯装置等的特性，对电压都极其敏感，电 压过高或过低都将使其特性严重变差影响正常工作。 频率:频率的偏差同样会影响电力用户的正常工作。对于电 动机来说，频率降低将使电动机的转速下降，从而使生产率 降低，并影响电动机的使用寿命;反之，频率增高将使电动 机的转速上升，增加功率消耗，使经济性降低。特别是某些 对转速要求较严格的工业部门(如纺织、造纸等)，频率的偏 差将严重影响产品质量，甚至产生大量废品。另外，频率偏 差对发电厂本身将产生更为严重的影响。例如，火力发电厂 内锅炉的给水泵和风机之类的离心式机械，当频率降低时其 出力将急剧下降，从而迫使锅炉的出力大为减少，甚至引起 紧急停炉，这样势必进一步减少系统发电出力，导致系统频 率进一步下降。另外，在颇率降低的情况下运行时，汽轮机 叶片将因振动加大而产生裂纹，或断掉，缩短汽轮机的使用 寿命。如果系统频率急剧下降的趋势不能及时得到制止，势 必造成恶性循环以致整个系统发生崩溃。此外，频率的变化 还将影响到电钟的正确运行以及计算机、自动控制装置等电 子设备的准确工作等。 波形:当电源波形不是标准的正弦波形时，必然包含着多种 高次谐波分量，这些谐波分量的出现将影响电动机的效率和 正常运行，还可能使系统发生谐波谐振而危害电气设备的安 全运行，例如由于谐波电流放大或谐振过电压烧坏变电站中 无功补偿电容器的事故时有发生。此外，谐波分量还将影响 电子设备的正常工作并造成对通信线路的干扰，以及其它不 良后果等。 1-4 答:对一个国家来说，不可能建设一条输电线路就确定一 个电压等级。因为那样会造成设备通用性差，备用设备增加， 网络连接和管理都困难。因此，为了使电力系统和电气设备 制造厂的生产标准化、系列化和统一化，电力系统的电压等 级应有统一的标准。世界上每个国家都根据本国的技术经济 条件，规定自己的电压等级标准。该电压等级标准称为电力 系统额定电压，又称为电力网额定电压或线路额定电压。 发电机、变压器与电力系统的额定电压之间有联系。这是因 为发电机、变压器和输电线路的阻抗上将产生电压损耗。因 此，为了保证设备在偏离其额定电压允许值的范围内工作， 在同一电力系统的额定电压下，电气设备的额定电压值是不 相同的。一般规定:电力线路的额定电压和电力系统的额定 电压相等;发电机的额定电压比电力系统的额定电压高 5%; 变压器一次侧绕组额定电压应等于电力系统的额定电压，对 于直接和发电机连接的变压器一次侧绕组额定电压应等于 发电机的额定电压;变压器二次侧绕组额定电压较电力系统 额定电压高 10%，若变压器阻抗较小，内部电