1M411021 交流，直流電源的區別及其對負載作用的差異

電氣安裝工程總體由三大部分組成：

電源及其開關控制設備;

供電用和控制用線路;

用電負載，即用電設備、器具的電氣部分。

這三大部分按預期要求合理、可靠地組合起來形成電路，可獲得滿足需要的功能。

(1)電源

電源可分為直流電源和交流電源兩種。

直流電源： 直流電源G的電動勢正、端電壓Uab、對負載R提供的電流I等的方向不隨時間變化而變化。

交流電源：交流電源g的電動勢e、端電壓Uab對負載R提供的電流i等的方向和大小隨著時間作周期性變化，如變化規律隨時間呈正弦變化狀態稱正弦交流電源，所構成的電路稱正弦交流電路。

正弦變化交流電動勢的瞬時值e的表達為：

e=emsin(ωt+ψ)

em-電動勢的最大值(幅值)(V);

ω-角頻率(rad/s);

ψ-初相角(初相位、初相)(rad);

t -時間(s);

T -周期(重復變化一次的時間)(s)

周期T是指正弦變化一次的時間，而頻率f是指每秒變化的次數)簡稱赫;周期丁與頻率f的關系為：f=1/T.

我國電力供應規定交流變化的頻率為50Hz，有的國家規定為60Hz，稱為工頻在e=emsin(wt+ψ)公式中wt+ψ稱為相角或相位，當t=0時相角ψ稱為初相角，三相交流電源，即由三個初相角間互差120度的交流電源組成的供電系統。

(2)負載

按用電設備、器具等負載的特性來分，有電阻、電容、電感三種或這三種相互間的組合。

電阻： 電阻在電路中表示的符號如圖1M411021-4，用R表示，量值單位為歐姆(Ω)。

如電路中電阻及有電流I流過，電阻要消耗電能，消耗的功率為I2R，當電流值單位為安培(A)i電阻值的單位為歐姆時，被消耗的功率值的單位為瓦(W)。

工程中常用的導線或母排的電阻值可以用以下公式計算。

R=ρl/s

l——導線或母排的長度(m);

S——導線或母排的截面積(mm2);

ρ-導線或母排原材料(銅或鋁)的電阻率(n·mm2/m)。

因為通常金屬材料的電阻值會隨著溫度升高而升高，但有些材料的電阻值卻相反，如碳的電阻值會隨著溫度升高而降低，所以要標明對應的溫度值電容在電路中表示的符號如圖1M411081-5，用C表示，量值單位為法拉(F)如電路中電容c兩端有電壓存在，表示電容儲存著電能，理論上純電容不消耗電能，儲能值為1/2CU2，當電容值單位為法拉(F)、電壓值單位為伏(V)時，則電容儲存的電能單位值為焦耳(J)。

因為電容有儲能作用，所以在工程做交接試驗后，或停電檢修時，要對電容量大的電纜線路或變壓器等實施對地放電措施，把可能存有的儲存電能釋放，以免電擊對人身傷害。

電感

電感在電路中的符號如圖·1M411021-6，用L表示，量值單位為亨利(H)。

如電路中電感有電流I流過，電感便會儲存磁能，理論上電感不消耗電能，僅把電能轉化成磁能，儲能值為1/2LI2.當電感值單位為亨利(H)，電流值單位為安培(A)時，則電感儲存的磁能單位值為焦耳(J)。

在工程中較常見的由電能轉為磁能的是各類開關設備上作起動或脫扣用的電感線圈，因為電感存有可轉換成電能的磁能，所以開斷電感線圈時，線圈兩端會因磁能釋放而產生高電壓。在電感量大的線圈中為避免產生的高電壓損壞絕緣，通常采用與電感線圈并聯一個適當的電阻，使電感斷電時，由磁能轉換的電能在電阻上消耗掉，這個電阻稱釋放電阻。

在工程實際中的負載構成形式，往往表現是三類負載的不同組合。如白熾燈泡可 視作純電阻負載，鐵磁線圈本體可視作電阻和電感串聯的負載，如上述帶釋放電阻的鐵磁線圈視作電阻和電感串聯后再與釋放電阻并聯的負載，有補償電容器的日光燈可視作電阻和電感串聯后與電容并聯的負載;電動機、變壓器可視作電阻和電感串聯的負載等。

3)電源對負載的作用

直流電源對負載的作用

直流電源的電壓(U)加到負載電阻(R)的兩端，立即產生直流電流(I)，電流的方向由電源的正極流向電源的負極，電流的大小符合歐姆定律，即I=U/R.

直流電源的電壓(U)加到負載電容(C)的兩端，立即產生直流充電電流(I)，電流的方向由電源的正極流向電源負極。電容充電，電容的電壓Uc趨向電源電壓值一致，但充電電流由大變小，符合微分關系，因而可以認為，充電電流I始值較大，隨著充電過程時間的延續，電容電壓Uc變率duc趨向零。電容充電完成，直流電源電壓(U)與電容兩端電壓(Uc)一致，這時充電電流(/)為零。這個現象在工程中用萬用表檢測電容絕緣是否良好時，往往可以發現絕緣完好的電容，萬用表的指針一開始向低阻方向擺動到較大值，然后慢慢指向測定值，就是因為有充電電流存在的緣故。而同樣用萬用表測量電阻的電阻值，就沒有這個現象。直流電源的電壓(U)加到負載電感(L)的兩端，由于電感反電勢(U1)的抵抗，直流電流(I)初始較小，電流的方向由電源的正極流向電源的負極，反電勢(ul)符合微分關系，隨著電感磁場建立過程的延續。“趨向為零，電感線圈內直流電流J達到最大值，最大值受電感線圈直流電阻的大小限制，亦符合歐姆定律。這就是在工程中用萬用表檢測鐵磁線圈直流電阻時，指針由高阻方向緩慢地指向測定值的緣故。

*正弦交流電源對負載的作用

正弦交流變化電源的電壓(u)加到負載電阻(R)的兩端，產生正弦變化的交流電流(i)其變化規律與電壓(u)一致，且波形相同，初相角相同。

正弦交流變化電源的電壓(u)加到負載電容(C)的兩端，產生正弦變化的交流電流(i)，其變化規律與電壓(u)一致，且波形相同，其初相角超前于電壓(u)的初相角90度。

正弦交流變化電源的電壓(u)加到負載電感(L)的兩端，產生正弦變化的交流電流i其變化規律與電壓(u)一致，且波形相同，但電流初相角滯后于電壓(u)的初相角90度。

IM411022 電路的有載、空載、短路三種狀態及其特征

在機電安裝工程中安裝和試運行或建成后的使用和生產中，由于需要或故障的原因，電路會出現有載、空載、短路三種不同狀態，掌握這三種不同狀態的特征，有利于對電力電路運行情況作出正確判斷。(1)有載狀態對機電安裝工程而言，電路有載是處于正常工作狀態。有載狀態下的電力電路中各項電量參數(如電壓、電流、功率等)和非電量參數(如發熱情況、電動應力情況、噪聲等級等)都處在預期的正常狀態。最明顯的特征是電路中既有電壓，又有電流，發生電能與其他能的正常轉換。(2)空載狀態對機電安裝工程而言，電路空載是處于備用狀態，備用狀態可分為熱備用和冷備用狀態。 (3)短路狀態對機電安裝工程而言，電路短路是處于故障狀態，故障發生的位置可能是構成電路的任何部位，但通常指不經負載流通電流謂短路。

1M411023 電流、電壓、功率及主要非電物理量測量的基本原理和方法

為了實施對機電安裝工程試運行情況和日后生產或使用情況進行有效監視，電氣工程中有許多測量電量的儀表，如電流表、電壓表、功率表等。同時為正確反映機械設備等的其他非電物理量，以利手動或啟動調節工藝參數和使用狀態，如設備的轉速、造紙機上紙的厚度、照明的照度、軸瓦的溫度、室內空氣的溫度等都可轉換成電量用儀表反映，儀表的顯示有指針式、數字式、記錄式等不同類型。

(1)直流電流的測量

按被測量直流電流數值的大小，可分成大、中、小三段，機電安裝工程很少遇到處于小段的測量

*中段直流電流的測量： 將直流電流表(A)串人負載電路內，注意表的極性，使直流電流J自表的正極流入，負極流出，接反后會無法測量或損壞儀表，同時為保證測量精度應選用直流電流表內阻遠小于負載電阻R的儀表，RA/R應小于允許誤差的1/5.允許誤 差的確定，往往是選用儀表精度等級的依據，通常由設計來作出規定。

*大段直流電流的測量：在負載電路內串入一個電阻值較小，基本不會影響負載電流I變異的分流器F，分流器F的電阻值是個常數，目的是保持測量的準確性。

只要用直流毫伏表、電位差計或直流數字電壓表(mV)，測量出分流器F兩端的直流電壓值Uf，通過I=Uf/Rf，計算，便可獲得所測直流電流I的數值。當然也可在專用的毫伏計、電位差計、直流數字電壓表的顯示部分制成相對應的直流電流讀數。這些儀表接線同樣要注意極性。

大段直流電流測量除用分流器法外，還有直流互感器法，直流比較儀法等。

(2)直流電壓的測量

同樣直流電壓值也分大、中、小三段。

*中段直流電壓的測量：

將直流電壓表的兩根連線并聯在負載只或電源的兩端，便可讀得負載上或電源的直流電壓值，同樣要注意連線的極性不可錯接。直流電壓表的內阻Rv要遠大于負載電阻R，R/Rv至少應小于允許誤差的1/5.

*大段直流電壓的測量：

用一大阻值的電阻R與一直流毫安表串聯起來，且電阻R的阻值遠遠大于毫安表的內阻，同時電阻R在使用溫度范圍內，阻值是穩定的，則毫安表測得電流I乘上R為所測電壓值。毫安表的顯示部分可指出相對應電壓值的讀數。這個方法稱附加電阻法。

大段直流電壓測量除用附加電阻法外，還有電阻分壓器法、直流電壓互感器法等。

(3)直流功率的測量

由于直流功率P=UI，所以功率表要輸入電壓u和電流I兩個信號，圖中x號為功率表的電壓、電流線圈的始端，rg為電壓線圈的附加電阻，功率表讀數直接指出電路負載功率值，這個方法適用于I在0.025～10A，U在1-1000V之間。

(4)正弦交流電的有效值

正弦交流電的電流和電壓是隨時間發生變化的，某一時間的數值稱瞬時值，在工程實際應用中和各類電工產品銘牌標示上以及儀表測量顯示都以有效值表示。有效值的定義為：

在相同的電阻上，正弦交流在一個周期內損失的電能與一直流量損失的電能相同，則這個直流量的數值稱正弦交流的有效值。所以正弦交流電流的有效值為：

因此，交流電流的有效值又稱為交流電流的均方根值。同理，交流電壓的有效值為：

I=o.707Im;U=0.707Um; e=0.707Em

(5)交流電流的測量

同樣交流電流值分為大、中、小段，機電安裝工程也以測量中段為主 .

*中段交流電流的測量：

將電流表A串人負載電路內即可讀得交流電流的有效值，交流電流表無極性要求，同本條(1)所述理由RA/R應小于允許誤差1/5，以保證測量精度。

*大段交流電流的測量：

將適配的交流電流互感器串入負載電路內，互感器由于電磁作用，在二次側n2線圈內便有二次電流I2流通，通過計算便可得負載電流I1(稱一次電流)的數值。

I1=KI2(K=n2/n1)

采用交流電流互感器測量交流大電流的注意事項：

①國家標準規定，不論互感器一次側電流額定值大小為多少，互感器二次側電流額定值為5A不變;

②互感器二次側接線不允許開路，且二次電路標有的接地端鈕必須接地;

③電流互感器主線路(一次側)與測量線路(二次側)間有電的隔離，這對高壓電流測量十分有利。所以電流互感器的規格型號有不同的電壓等級，千萬注意不能以低壓電流互感器替代高壓電流互感器，一定要與負載電路的電壓等級適配二次側線路中電流表如與電流互感器配套的，顯示額定數值不是5A，而是已乘K值后的一次側電流數值。

同樣交流電壓值分為大、中、小段，要求同本條(2)所述理由，R/Rv應小于允許誤差1/5，以保證測量精度。

*大段交流電壓的測量：電壓的測量在交流電壓小于1500V時，可以用與大段直流電壓測量方法相同，采用附加電阻法。

當電壓大于1500V時，需采用交流電壓互感器法，交流電壓互感器有一次、二次線圈，一次并聯于被測電壓U1，二次接電壓表V，不論一次電壓U1高低多少，二次電壓額定值通常為I00V.U1=KU2(K=n1/n2)

*交流瞬時功率 P=UIcosф-Uicos(2ωt-ф)

* 交流有功功率：

交流瞬時功率在一個周期T的平均值稱為平均功率，又稱有功功率，以P表示，單位為瓦(W)。 P=UIcosф。

*交流視在功率：

交流電路的UI不是實際消耗功率，稱視在功率，以S表示，即s=UI，單位為伏安(VA)。視在功率用以標記電氣設備的額定狀態，如額定電壓、額定電流，兩者乘積;單相時

*交流無功功率：

為設計計算需要，引入無功功率Q的概念，單位為乏(var)。 Q=UIsinф， 由于電路有容性感性之分，亦即ф<0、Q<0電路呈容性，ф>0、Q>0電路呈感性。容性電路、電流超前于電壓變化，感性電路電流滯后于電壓變化。

*交流功率測量：

同樣要有電流、電壓兩個信號輸入功率表，1M411023-12(a)所示為直接接入法測量，圖1M411023-12(b)為經互感器接入法。

無功功率接線時注意將有星標*的端鈕接在低電位端。

(8)主要非電物理量采用電測量

*測量系統由待測的非電量轉換成相應的電量傳感器、對電量進行測量的測量電路、非電量顯示及處理電路三部分組成。

*測量的特點;靈敏度高、響應快、反作用小、可無接觸測量及遠距離測量;由于大多采用固體傳感元件，故具有使用壽命長、體積小、質量小、可靠性高及價格便宜等優點;易用超聲、紅外、激光、微波、放射線等先進技術;易于連續測量、并易進行數據傳輸、記錄和處理。

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（責任編輯：中大編輯）

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