电气工程师辅导资料：电气基础理论知识1

　　电气基础理论知识

　　1. 涡流是怎样产生的?有何利弊?

　　答：置于变化磁场中的导电物体内部将产生感应电流，以反抗磁通的变化，这种电流以磁通的轴线为中心呈涡旋形态，故称涡流。

　　在电机中和变压器中，由于涡流存在，将使铁芯产生热损耗，同时，使磁场减弱，造成电气设备效率降低，容量不能充分利用，所以，多数交流电气设备的铁芯，都是用0.35或0.5毫米厚的硅钢片迭成，涡流在硅钢片间不能穿过，从而减少涡流的损耗。

　　涡流的热效应也有有利一面，如可以利用它制成感应炉冶炼金属，可制成磁电式、感应式电工仪表，还有电度表中的阻尼器，也是利用磁场对涡流的力效应制成的。

　　2. 什么是趋表效应?趋表效应可否利用?

　　答：当直流电流通过导线时，电流在导线截面分布是均匀的，导线通过交流电流时，电流在导线截面的分布是不均匀的，中心处电流密度小，而靠近表面电流密度大，这种交流电流通过导线时趋于表面的现象叫趋表效应，也叫集肤效应。

　　考虑到交流电的趋表效应，为了有效地节约有色金属和便于散热，发电厂的大电流母线常用空心的槽形或菱形截面母线。高压输配电线路中，利用钢芯铝线代替铝绞线，这样既节约了铝导线，又增加了导线的机械强度。

　　趋表效应可以利用，如对金属进行表面淬火，对待处理的金属放在空心导线绕成的线圈中，线圈中通过高频电流，金属中就产生趋于表面的涡流，使金属表面温度急剧升高，达到表面淬火的目的。

　　3. 什么是正弦交流电?为什么普遍采用正弦交流电?

　　答：正弦交流电是指电路中的电流、电压及电势的大小都随着时间按正弦函数规律变化，这种大小和方向都随时间做周期性变化的电流称交变电流，简称交流。

　　交流电可以通过变压器变换电压，在远距离输电时，通过升高电压可以减少线路损耗。而当使用时又可以通过降压变压器把高压变为低压，这既有利安全，又能降低对设备的绝缘要求。此外，交流电动机与直流电动机比较，则具有构造简单，造价低廉，维护简便等优点。在有些地方需要使用直流电，交流电又可通过整流设备将交流电变换为直流电，所以交流电目前获得了广泛地应用。

　　4. 什么是交流电的周期、频率和角频率?

　　答：交流电在变化过程中，它的瞬时值经过一次循环又变化到原来瞬时值所需要的时间，即交流电变化一个循环所需的时间，称为交流电的周期。

　　周期用符号T表示，单位为秒。周期越长交流电变化越慢，周期愈短，表明愈快。

　　交流电每秒种周期性变化的次数叫频率。用字母F表示，它的单位是周/秒，或者赫兹，用符号Hz表示。它的单位有赫兹，千赫、兆赫。

　　角频率与频率的区别在于它不用每秒钟变化的周数来表示交流电变化的快慢，而是用每秒种所变化的电气角度来表示。交流电变化一周其电角变化为360，360等于2π弧度，所以角频率与同期及频率的关系为：

　　5. 什么是交流电的相位，初相角和相位差?

　　答：交流电动势的波形是按正弦曲线变化的，其数学表达式为：e=EmSinωt。

　　上式表明在计时开始瞬间导体位于水平面时的情况。如果计时开始时导体不在水平面上，而是与中性面相差一个角，那么在t=0时，线圈中产生的感应电势为E=Emsinψ。

　　若转子以ω角度旋转，经过时间t后，转过ωt角度，此时线圈与中性面的夹角为：(ωt+ψ)

　　上式为正弦电势的一般表达式，也称作瞬时值表达式。式中：

　　ωT+ψ -----------------相位角，即相位;

　　ψ ---------------初相角，即初相。表示t=0时的相位。

　　在一台发电机中，常有几个线圈，由于线圈在磁场中的位置不同，因此它们的初相就不同，但是它们的频率是相同的。另外，在同一电路中，电压与电流的频率相同，但往往初相也是不同的，通常将两个同频率正弦量相位之差叫相位差。

　　6. 简述感抗、容抗、电抗和阻抗的意义。

　　答：交流电路的感抗，表示电感对正弦电流的限制作用。在纯电感交流电路中，电压有效值与电流有效值的比值称作感抗。用符号X表示。XL=U/I=ωL=2πfL。

　　上式表明，感抗的大小与交流电的频率有关，与线圈的电感有关。当f一定时，感抗XL与电感L成正比，当电感一定时，感抗与频率成正比。感抗的单位是欧姆。

　　纯电容交流电路中，电压与电流有效值的比值称做容抗，用符号XC表示。即：XC=U/I=1/2πfC。

　　在同样的电压作用下，容抗XC越大，则电流越小，说明容抗对电流有限制作用。容抗和电压频率、电容器的电容量均成反比。因频率越高，电压变化越快，电容器极板上的电荷变化速度越大，所以电流就越大;而电容越大，极板上储存的电荷就越多，当电压变化时，电路中移动的电荷就越多，故电流越大。

　　容抗的单位是欧姆。

　　应当注意，容抗只有在正弦交流电路中才有意义。另外需要指出，容抗不等于电压与电流的瞬时值之比。

　　7. 交流电的有功功率、无功功率和视在功率的意义是什么?

　　答：电流在电阻电路中，一个周期内所消耗的平均功率叫有功功率，用P表示，单位为瓦。

　　储能元件线圈或电容器与电源之间的能量交换，时而大，时而小，为了衡量它们能量交换的大小，用瞬时功率的最大值来表示，也就是交换能量的最大速率，称作无功功率，用Q表示，电感性无功功率用QL表示，电容性无功功率用QC表示，单位为乏。

　　在电感、电容同时存在的电路中，感性和容性无功互相补偿，电源供给的无功功率为二者之差，即电路的无功功率为：Q=QL-QC=UISinφ。

　　8. 什么叫有功?什么叫无功?

　　答：在交流电能的发、输、用过程中，用于转换成非电、磁形式的那部分能量叫有功。用于电路内电、磁场交换的那部分能量叫无功。

　　9. 什么是功率因数?提高功率因数的意义是什么?提高功率因数的措施有哪些?

　　答：功率因数COSφ，也叫力率，是有功功率和视在功率的比值，即COS=P/S。在一定的额定电压和额定电流下，功率因数越高，有功所占的比重越大，反之越低。

　　发电机的额定电压，电流是一定的，发电机的容量即为它的视在功率，如果发电机在额定容量下运行，其输出的有功功率的大小取决于负载的功率因数，功率因数低时，发电机的输出功率低，其容量得不到充分利用。

　　功率因数低，在输电线路上将引起较大的电压降和功率损耗。因当输电线输送功率一定时，线路中电流与功率因数成反比即I=P/COSφ，当功率因数降低时，电流增大，在输电线电阻电抗上压降增大，使负载端电压过低，严重时，影响设备正常运行，用户无法用电。此外，电阻上消耗的功率与电流平方成反比，电流增大要引起线损增加。

　　提高功率因数的措施有：

　　合理地选择和使用电气设备，用户的同步电动机可以提高功率因数，甚至可以使功率因数为负值，即进相运行。而感应电动机功率因数很低，尢其是空载和轻载运行时 ，所以应该避免感应电动机空载或轻载运行。

　　安装并联补偿电容器或静止补偿等设备，使电路中总的无功功率减少。

　　10. 什么是三相交流电源?它和单相交流电比有何优点?

　　答：由三个频率相同，振幅相等，相位依次互差120度电角度的交流电势组成的电源称为三相交流电源。它是由三相交流发电机产生的。日常生活中所用的单相交流电，实际上是由三相交流电的一相提供的，由单相发电机发出的单相交流电源现在已经很少采用。

　　三相交流电较单相交流电有很多优点，它在发电、输配电以及电能转换成机械能等方面都有明显的优越性。例如：制造三相发电机、变压器都较制造容量相同的单相发电机、变压器节省材料，而且构造简单，性能优良，又如，由同样材料所制造的三相电机，其容量比单相电机大50%，在输送同样功率的情况下，三相输电线较单相输电线可节省有色金属25%，而且电能损耗较单相输电时少。由于三相交流电有上述优点所以获得了广泛的应用。

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