二级建造师《机电工程管理与实务》知识点4

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正弦交流电源对负载的作用

　　正弦交流变化电源的电压(u)加到负载电阻(R)的两端，产生正弦变化的交流电流(i)其变化规律与电压(u)一致，且波形相同，初相角相同。

　　正弦交流变化电源的电压(u)加到负载电容(C)的两端，产生正弦变化的交流电流(i)，其变化规律与电压(u)一致，且波形相同，其初相角超前于电压(u)的初相角90度。

　　正弦交流变化电源的电压(u)加到负载电感(L)的两端，产生正弦变化的交流电流i其变化规律与电压(u)一致，且波形相同，但电流初相角滞后于电压(u)的初相角90度。

　　电路的有载、空载、短路三种状态及其特征在机电安装工程中安装和试运行或建成后的使用和生产中，由于需要或故障的原因，电路会出现有载、空载、短路三种不同状态，掌握这三种不同状态的特征，有利于对电力电路运行情况作出正确判断。(1)有载状态对机电安装工程而言，电路有载是处于正常工作状态。有载状态下的电力电路中各项电量参数(如电压、电流、功率等)和非电量参数(如发热情况、电动应力情况、噪声等级等)都处在预期的正常状态。最明显的特征是电路中既有电压，又有电流，发生电能与其他能的正常转换。(2)空载状态对机电安装工程而言，电路空载是处于备用状态，备用状态可分为热备用和冷备用状态。 (3)短路状态对机电安装工程而言，电路短路是处于故障状态，故障发生的位置可能是构成电路的任何部位，但通常指不经负载流通电流谓短路。

　　电流、电压、功率及主要非电物理量测量的基本原理和方法

　　为了实施对机电安装工程试运行情况和日后生产或使用情况进行有效监视，电气工程中有许多测量电量的仪表，如电流表、电压表、功率表等。同时为正确反映机械设备等的其他非电物理量，以利手动或启动调节工艺参数和使用状态，如设备的转速、造纸机上纸的厚度、照明的照度、轴瓦的温度、室内空气的温度等 都可转换成电量用仪表反映，仪表的显示有指针式、数字式、记录式等不同类型。

　　(1)直流电流的测量

　　按被测量直流电流数值的大小，可分成大、中、小三段，机电安装工程很少遇到处于小段的测量

　　● 中段直流电流的测量： 将直流电流表(A)串人负载电路内，注意表的极性，使直流电流J自表的正极流入，负极流出，接反后会无法测量或损坏仪表，同时为保证测量精度应选用直流电 流表内阻远小于负载电阻R的仪表，RA/R应小于允许误差的1/5。允许误差的确定，往往是选用仪表精度等级的依据，通常由设计来作出规定。

　　● 大段直流电流的测量：在负载电路内串入一个电阻值较小，基本不会影响负载电流I变异的分流器F，分流器F的电阻值是个常数，目的是保持测量的准确性。

　　只要用直流毫伏表、电位差计或直流数字电压表(mV)，测量出分流器F两端的直流电压值Uf，通过I=Uf/Rf，计算，便可获得所测直流电流 I的数值。当然也可在专用的毫伏计、电位差计、直流数字电压表的显示部分制成相对应的直流电流读数。这些仪表接线同样要注意极性。

　　大段直流电流测量除用分流器法外，还有直流互感器法，直流比较仪法等。

　　(2)直流电压的测量

　　同样直流电压值也分大、中、小三段.

　　● 中段直流电压的测量：

　　将直流电压表的两根连线并联在负载只或电源的两端，便可读得负载上或电源的直流电压值，同样要注意连线的极性不可错接。直流电压表的内阻Rv要远大于负载电阻R，R/Rv至少应小于允许误差的1/5。

　　● 大段直流电压的测量：

　　用一大阻值的电阻R与一直流毫安表串联起来，且电阻R的阻值远远大于毫安表的内阻，同时电阻R在使用温度范围内，阻值是稳定的，则毫安表测得电流I乘上R为所测电压值。毫安表的显示部分可指出相对应电压值的读数。这个方法称附加电阻法。

　　大段直流电压测量除用附加电阻法外，还有电阻分压器法、直流电压互感器法等。

　　(3)直流功率的测量

　　由于直流功率P=UI，所以功率表要输入电压u和电流I两个信号，图中x号为功率表的电压、电流线圈的始端，rg为电压线圈的附加电阻，功率表读数直接指出电路负载功率值，这个方法适用于I在0.025～10A，U在1―1000V之间。

　　(4)正弦交流电的有效值

　　正弦交流电的电流和电压是随时间发生变化的，某一时间的数值称瞬时值，在工程实际应用中和各类电工产品铭牌标示上以及仪表测量显示都以有效值表示。有效值的定义为：

　　在相同的电阻上，正弦交流在一个周期内损失的电能与一直流量损失的电能相同，则这个直流量的数值称正弦交流的有效值。所以正弦交流电流的有效值为：

　　因此，交流电流的有效值又称为交流电流的均方根值。同理，交流电压的有效值为：

　　I=o.707Im;U=0.707Um;e=0.707Em

　　(5)交流电流的测量

　　同样交流电流值分为大、中、小段，机电安装工程也以测量中段为主 。

　　● 中段交流电流的测量：

　　将电流表A串人负载电路内即可读得交流电流的有效值，交流电流表无极性要求，同本条(1)所述理由RA/R应小于允许误差1/5，以保证测量精度。

　　● 大段交流电流的测量：

　　将适配的交流电流互感器串入负载电路内，互感器由于电磁作用，在二次侧n2线圈内便有二次电流I2流通，通过计算便可得负载电流I1(称一次电流)的数值。

　　I1=KI2(K=n2/n1)

　　采用交流电流互感器测量交流大电流的注意事项：

　　①国家标准规定，不论互感器一次侧电流额定值大小为多少，互感器二次侧电流额定值为5A不变;

　　②互感器二次侧接线不允许开路，且二次电路标有的接地端钮必须接地;

　　③电流互感器主线路(一次侧)与测量线路(二次侧)间有电的隔离，这对高压电流测量十分有利。所以电流互感器的规格型号有不同的电压等级，千万注意不能以低压电流互感器替代高压电流互感器，一定要与负载电路的电压等级适配二次侧线路中电流表如与电流互感器配套的，显示额定数值不是5A，而是已乘 K值后的一次侧电流数值。

　　同样交流电压值分为大、中、小段，要求同本条(2)所述理由，R/Rv应小于允许误差1/5，以保证测量精度。

　　●大段交流电压的测量：电压的测量在交流电压小于1500V时，可以用与大段直流电压测量方法相同，采用附加电阻法。

　　当电压大于1500V时，需采用交流电压互感器法，交流电压互感器有一次、二次线圈，一次并联于被测电压U1，二次接电压表V，不论一次电压U1高低多少，二次电压额定值通常为I00V。U1=KU2(K=n1/n2)

　　●交流瞬时功率 P=UIcosф-Uicos(2ωt-ф)

　　● 交流有功功率：

　　交流瞬时功率在一个周期T的平均值称为平均功率，又称有功功率，以P表示，单位为瓦(W)。 P=UIcosф.

　　● 交流视在功率：

　　交流电路的UI不是实际消耗功率，称视在功率，以S表示，即s=UI，单位为伏安(VA)。视在功率用以标记电气设备的额定状态，如额定电压、额定电流，两者乘积;单相时

　　● 交流无功功率：

　　为设计计算需要，引入无功功率Q的概念，单位为乏(var)。 Q=UIsinф, 由于电路有容性感性之分，亦即ф0、QO电路呈容性，фo、Qo电路呈感性。容性电路、电流超前于电压变化，感性电路电流滞后于电压变化。

　　● 交流功率测量：

　　同样要有电流、电压两个信号输入功率表，1M411023―12(a)所示为直接接入法测量，图1M411023―12(b)为经互感器接入法。

　　无功功率接线时注意将有星标*的端钮接在低电位端。

　　(6)主要非电物理量采用电测量

　　● 测量系统由待测的非电量转换成相应的电量传感器、对电量进行测量的测量电路、非电量显示及处理电路三部分组成。

　　●测量的特点;灵敏度高、响应快、反作用小、可无接触测量及远距离测量;由于大多采用固体传感元件，故具有使用寿命长、体积小、质量小、可靠性高及价格便宜等优点;易用超声、红外、激光、微波、放射线等先进技术;易于连续测量、并易进行数据传输、记录和处理。