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1、共246页第1页机械工业出版社机械工业出版社共246页第2页第一章第一章 电的起源及发展电的起源及发展共246页第3页第一节第一节 自然界的电现象自然界的电现象第二节第二节 电的产生电的产生第三节第三节 发电技术发电技术第四节第四节 电能的传输电能的传输第五节第五节 电学的基本知识电学的基本知识 导体（被动）运动方向通入的电流方向磁通方向左手定则左手定则电动机定则电动机定则共246页第4页雷电的产生雷电的产生 闪电闪电第一节 自然界的电现象共246页第5页先导闪电的形成先导闪电的形成 回返闪击的形成回返闪击的形成 第一节 自然界的电现象共246页第6页闪电的产生闪电的产生第一节 自然界的电现象
2、共246页第7页雷电的种类雷电的种类直击雷直击雷感应雷感应雷球形雷球形雷 感应雷感应雷直击雷直击雷第一节 自然界的电现象共246页第8页雷电的种类示意图雷电的种类示意图第一节 自然界的电现象共246页第9页2 2、静电、静电 （1 1）电荷）电荷 有两类：正电荷和负电荷。有两类：正电荷和负电荷。 电荷间的相互作用。电荷间的相互作用。 电荷受恒定律。电荷受恒定律。第一节 自然界的电现象共246页第10页（2 2）使物体带电的方法）使物体带电的方法摩擦起电摩擦起电接触带电接触带电感应起电感应起电第一节 自然界的电现象共246页第11页人类最伟大的十个科学发现之一：人类最伟大的十个科学发现之一：电流
3、电流 “ “电电”的来源的来源第一节 自然界的电现象共246页第12页共246页第13页磁性与磁场磁性与磁场磁力线磁力线磁场磁场磁通量磁通量磁通量磁通量 第一节 自然界的电现象磁铁吸引铁粉磁铁吸引铁粉 共246页第14页原子原子 特斯拉计特斯拉计 第一节 自然界的电现象共246页第15页电生磁电生磁 螺线管通电螺线管通电螺旋管电磁场螺旋管电磁场 第一节 自然界的电现象共246页第16页第一节 自然界的电现象共246页第17页磁生电磁生电第一节 自然界的电现象磁铁与螺线管的运动磁铁与螺线管的运动共246页第18页共246页第19页感应电流感应电流 楞次定律楞次定律第一节 自然界的电现象共246页
4、第20页 电磁波的发现归功于德电磁波的发现归功于德国物理学家赫兹和英国物理学国物理学家赫兹和英国物理学家麦克斯韦。家麦克斯韦。第一节 自然界的电现象4 4、电磁波、电磁波共246页第21页电磁波的利用电磁波的利用广播、通讯、医学、国防、工业以及家用电子电器等各个方面广播、通讯、医学、国防、工业以及家用电子电器等各个方面第一节 自然界的电现象共246页第22页电荷实验的基本现象电荷实验的基本现象第二节第二节 电的产生电的产生玻璃棒与丝卷相互吸引玻璃棒与丝卷相互吸引玻璃棒相互排斥玻璃棒相互排斥一、电的发现一、电的发现共246页第23页 二、电是怎样产生的二、电是怎样产生的 想明白电是如何形成的道理
5、，还必须研究原子的构造。想明白电是如何形成的道理，还必须研究原子的构造。第二节第二节 电的产生电的产生共246页第24页三、进入电力时代三、进入电力时代磁铁同导线相对运动开启了电力时代磁铁同导线相对运动开启了电力时代的大门。的大门。第二节第二节 电的产生电的产生共246页第25页右手定则右手定则发电机定则发电机定则导体主动运动方向发出的电流方向磁通方向第二节第二节 电的产生电的产生共246页第26页干干 电电 池池 的的 构构 造造 第二节第二节 电的产生电的产生碳棒碳棒浆糊状氯化铵浆糊状氯化铵四、电能的产生四、电能的产生1 1、电池、电池 湿式电池、干式电池和酸性电池湿式电池、干式电池和酸性
6、电池 酸酸 性性 充充 电电 电电 池池 共246页第27页 1 1、火力发电、火力发电第三节 发电技术火力发电厂原理图火力发电厂原理图共246页第28页第三节 发电技术共246页第29页第三节 发电技术共246页第30页U1U2V2V1W2W1三相发电机原理图第三节 发电技术共246页第31页600MW600MW汽轮机汽轮机 高温化高温化 对向流对向流 长叶片长叶片第三节 发电技术共246页第32页 2 2、水力发电、水力发电第三节 发电技术共246页第33页葛洲坝水电厂葛洲坝水电厂装机容量装机容量271.5万千瓦万千瓦第三节 发电技术共246页第34页第三节 发电技术共246页第35页第三
7、节 发电技术共246页第36页第三节 发电技术共246页第37页第三节 发电技术3 3、核电、核电核分裂反应如何持续发生核分裂反应如何持续发生 共246页第38页共246页第39页第三节 发电技术共246页第40页共246页第41页沸水式核反应器示意图第三节 发电技术共246页第42页压水式核反应器示意图第三节 发电技术共246页第43页超超临界汽轮机超超临界汽轮机 第三节 发电技术共246页第44页 三种方法三种方法: : 其一：直接将日光转换为电流。其一：直接将日光转换为电流。 其二：产生蒸汽推动发电机。其二：产生蒸汽推动发电机。 其三：利用日光将水分解，利用氢其三：利用日光将水分解，利用
8、氢作为发电的燃料。作为发电的燃料。 上述三种方法均须有上述三种方法均须有稳定的日照及稳定的日照及广大的土地广大的土地4 4、太阳能发电、太阳能发电第三节 发电技术共246页第45页第三节 发电技术共246页第46页利用聚热装置，将太阳热能聚利用聚热装置，将太阳热能聚集以产生蒸汽，带动涡轮发电集以产生蒸汽，带动涡轮发电机产生电力。机产生电力。 太阳能的利用方式利用光电效应来产生电力利用光电效应来产生电力第三节 发电技术共246页第47页第三节 发电技术共246页第48页 5、风力发电、风力发电第三节 发电技术共246页第49页风力发电系统方风力发电系统方块图块图第三节 发电技术共246页第50页
9、在内蒙古快速发展的风能电站在内蒙古快速发展的风能电站 第三节 发电技术共246页第51页 6、地热发电、地热发电 地热蒸汽地热蒸汽电能电能第三节 发电技术共246页第52页第三节 发电技术共246页第53页7、其他形式发电、其他形式发电（1 1）、海水温差发电）、海水温差发电 （2 2）、潮汐发电）、潮汐发电（3 3）、世界第一个波浪电站）、世界第一个波浪电站（4 4）、燃料电池）、燃料电池（5 5）、垃圾焚烧发电技术）、垃圾焚烧发电技术（6 6）、磁流体发电）、磁流体发电（7 7）、抽水蓄能发电）、抽水蓄能发电第三节 发电技术共246页第54页第三节 发电技术潮夕发电潮夕发电共246页第55
10、页潮夕发电示意图潮夕发电示意图第三节 发电技术共246页第56页波浪电站波浪电站 第三节 发电技术共246页第57页燃料电池还被称为静止发电机燃料电池还被称为静止发电机第三节 发电技术共246页第58页第三节 发电技术垃圾焚烧发电技术垃圾焚烧发电技术 共246页第59页第三节 发电技术共246页第60页抽抽水水蓄蓄能能发发电电 第三节 发电技术共246页第61页储能方式：储能方式：热泵储能热泵储能利用热存储太阳能利用热存储太阳能压缩空气储能压缩空气储能飞轮储能飞轮储能第三节 发电技术共246页第62页飞轮储能飞轮储能第三节 发电技术共246页第63页飞轮充电状态飞轮充电状态交流电源用电设备控制
11、器飞轮储能装置第三节 发电技术共246页第64页飞轮放电状态飞轮放电状态飞轮储能装置用电设备控制器交流电源第三节 发电技术共246页第65页超导储能超导储能共246页第66页 电力系统电力系统= =发电厂发电厂+ +电网（输电网电网（输电网+ +配电配电网）网）+ +电力用户电力用户 电力系统的组成电力系统的组成第四节 电能的传输共246页第67页第四节 电能的传输共246页第68页第四节 电能的传输共246页第69页一、一、1999年世界发电量的分年世界发电量的分类构成类构成水水 电电 17.5% 煤煤 电电 38.1% 天然气电天然气电 17.1% 燃油电燃油电8.5% 核核 电电17.2
12、% 其其 他他 1.6% 合合 计计 100.0%14764（TWh） 注：注：TWh= 10亿亿kWh煤、气、油都属于火电厂燃料，煤、气、油都属于火电厂燃料，共占共占53.7%。第四节 电能的传输共246页第70页电力系统自动化电力系统自动化自动检测自动检测 自动调节自动调节 远方控制及程序控制远方控制及程序控制 自动保护自动保护 第四节 电能的传输共246页第71页第四节 电能的传输共246页第72页我国电网分布图我国电网分布图30000MW30000MW40000MW40000MW20000MW10000MW10000MW10000MW第四节 电能的传输共246页第73页 包括调度中心和
13、调度终端包括调度中心和调度终端(RTU)(RTU)两大两大部部第四节 电能的传输共246页第74页3 3、变电站、变电站第四节 电能的传输 升压变电站升压变电站 降压变电站降压变电站共246页第75页升压变电站的出线线路升压变电站的出线线路电流，电压互感器设备电流，电压互感器设备主变压器主变压器断路器断路器第四节 电能的传输共246页第76页美国某美国某230/69 kV Substation变压器变压器第四节 电能的传输共246页第77页变电所配线与单线图变电所配线与单线图母线 CTPT 避雷器避雷器断路器断路器 CT 变压器变压器母线母线第四节 电能的传输共246页第78页第四节 电能的传
14、输共246页第79页4 4、高压送电线路、高压送电线路电力电缆和架空线路电力电缆和架空线路第四节 电能的传输共246页第80页Aluminum strands2 layers, 24 conductorsSteel strands7 conductors 绝缘子绝缘子混凝土杆塔混凝土杆塔铁杆塔铁杆塔钢芯铝绞线钢芯铝绞线第四节 电能的传输共246页第81页 电力电缆一般由导线、绝缘层和保护电力电缆一般由导线、绝缘层和保护层组成，有单芯、双芯和三芯电缆。层组成，有单芯、双芯和三芯电缆。三芯电缆三芯电缆第四节 电能的传输共246页第82页第四节 电能的传输共246页第83页第四节 电能的传输共246
15、页第84页 第四节 电能的传输共246页第85页二二、电力系统的安全电力系统的安全（1 1）、继电保护）、继电保护（2 2）、电网安全的重要性）、电网安全的重要性（3 3）、电力系统的电压等级）、电力系统的电压等级 第四节 电能的传输共246页第86页传统的继电器保护传统的继电器保护微机保护监控装置的软、硬件微机保护监控装置的软、硬件继电器继电器交流采样器交流采样器第四节 电能的传输共246页第87页1 1频率质量频率质量2 2电压质量电压质量3 3电压的不对称性和非正弦性电压的不对称性和非正弦性 电能质量电能质量第四节 电能的传输共246页第88页电力系统互联电力系统互联 （2 2）降低系统
16、总的负荷峰值）降低系统总的负荷峰值 （1 1）合理开发一次能源）合理开发一次能源 （3 3）减少备用容量）减少备用容量（4 4）提高供电可靠性）提高供电可靠性（5 5）提高电能质量）提高电能质量（6 6）提高运行经济性）提高运行经济性第四节 电能的传输共246页第89页 负荷曲线负荷曲线日负荷曲线24061218Base loadIntermediate loadPeak loadPmax基本负荷中间负荷最大负荷第四节 电能的传输共246页第90页 新问题：高次谐波污染。新问题：高次谐波污染。 解决措施：解决措施： 无源滤波器无源滤波器 有源滤波器有源滤波器第四节 电能的传输共246页第91页
17、ttIINPUTOUTPUTDIODE 正弦正弦 非正弦非正弦II第四节 电能的传输共246页第92页三三、电力系统运行与控制、电力系统运行与控制第四节 电能的传输 电力系统的运行状态可分为电力系统的运行状态可分为3种：种： 正常状态正常状态 紧急状态（事故状态）紧急状态（事故状态） 和恢复状态（事故后状态）。和恢复状态（事故后状态）。共246页第93页节电新技术节电新技术第四节 电能的传输 （1 1）高效电动机。）高效电动机。 （2 2）高效节电照明技术。）高效节电照明技术。 （3 3）电力电子技术。）电力电子技术。 （4 4）远红外线加热技术。）远红外线加热技术。 （5 5）电热膜加热技术
18、。）电热膜加热技术。共246页第94页电路中的物理量电池电池灯泡灯泡电流电流电压电压电功率电功率EIRU+_电源电源负载负载第五节 电学的基本知识 共246页第95页电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向物理量的正方向：物理量的正方向：实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向第五节 电学的基本知识 共246页第96页第五节 电学的基本知识 共246页第97页共246页第98页第五节 电学的基本知识 共246页第99页物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法电池电池灯泡灯泡Uab_+正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前， 低电位在后）低电位在后） 双下标双下标箭箭 头头Uabab
19、电压电压+-IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。IRUabE+_abU+_规定：规定： 第五节 电学的基本知识 共246页第100页物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭头和正负号是等价的电压的正方向箭头和正负号是等价的, ,只用其中之一只用其中之一. .IRUababU规定：规定： 第五节 电学的基本知识 共246页第101页规定正方向的情况下电功率的写法规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反电压电流正方向相反P = UI功率有正负？功率有正负？非关联参考方向非关联参考方向第五节 电学的基本知识 共246页
20、第102页吸收功率或消耗功率（起负载作用）吸收功率或消耗功率（起负载作用）若若P P 0 0输出功率输出功率 （起电源作用）（起电源作用） 若若 P P 0 0电阻消耗功率肯定为正电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率）电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率），也可能为负（输出功率）功率有正负功率有正负第五节 电学的基本知识 共246页第103页电源的功率电源的功率IUab+-P = UIP = UIIUab+-电压电流正方向不一致电压电流正方向不一致电压电流正方向一致电压电流正方向一致非关联参考方向非关联参考方向关联参考方向关联参考方向第五节 电学的基本知识 共246
21、页第104页含源网络的功率含源网络的功率IU+-含源含源网络网络P = UI电压电流正方向一致电压电流正方向一致P = UI电压电流正方向不一致电压电流正方向不一致IU+-含源含源网络网络非关联参考方向非关联参考方向关联参考方向关联参考方向第五节 电学的基本知识 共246页第105页伏伏 - - 安安 特性特性iuconstiuRRiuuiconstiuR线性电阻线性电阻非线性电阻非线性电阻( (一一) ) 无源元件无源元件1. 1. 电阻电阻 R R（常用单位：（常用单位： 、k k 、M M ）电路元件电路元件其上电压电流取关联参考方向其上电压电流取关联参考方向第五节 电学的基本知识 共2
22、46页第106页第五节 电学的基本知识 共246页第107页第五节 电学的基本知识 共246页第108页2.2.电感电感 L L：ui（单位：（单位：H, mH, H, mH, H H）单位电流产生的磁链单位电流产生的磁链iNL线圈线圈匝数匝数磁通磁通其上电压电流取关联参考方向其上电压电流取关联参考方向第五节 电学的基本知识 共246页第109页第五节 电学的基本知识 共246页第110页电感中电流、电压的关系电感中电流、电压的关系dtdiLdtdNedtdiLeu当当 Ii (直流直流) 时时,0dtdi0u所以所以,在直流电路中电感相当于短路在直流电路中电感相当于短路.iNLue ei+第
23、五节 电学的基本知识 共246页第111页3.3.电容电容 CuqC 单位电压下存储的电荷单位电压下存储的电荷（单位：（单位：F, F, pF）+ +- - - -+q-qui电容符号电容符号有极性有极性无极性无极性+_其上电压电流取关联参考方向其上电压电流取关联参考方向第五节 电学的基本知识 共246页第112页第五节 电学的基本知识 共246页第113页dtduCdtdqi电容上电流、电压的关系电容上电流、电压的关系uqC 当当 Uu (直流直流) 时时,0dtdu0i所以所以,在直流电路中电容相当于断路（开路）在直流电路中电容相当于断路（开路）uiC第五节 电学的基本知识 共246页第1
24、14页无源元件小结无源元件小结 理想元件的特性理想元件的特性 （u 与与 i 的关系）的关系）LCRiRudtdiLudtduCi 第五节 电学的基本知识 共246页第115页1.1.电压源电压源( (二二) ) 有源元件有源元件两种电源：电压源和电流源。两种电源：电压源和电流源。理想电压源理想电压源 （恒压源）（恒压源）IUS+_abUab伏安特性伏安特性IUabUS特点特点：( (1）无论负载电阻如何变化，输出电）无论负载电阻如何变化，输出电 压不变压不变 （2）电源中的电流由外电路决定，输出功率）电源中的电流由外电路决定，输出功率 可以无穷大可以无穷大第五节 电学的基本知识 共246页第
25、116页理想电流源理想电流源 （恒流源（恒流源) )特点特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流流源电流 IS； abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性（2）输出电压由外电路决定。）输出电压由外电路决定。电流源电流源第五节 电学的基本知识 共246页第117页恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变变 量量变变 化化 量量U+_abIUabUab = U （常数）（常数）Uab的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI = Is （常数）（常数）I
26、 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出电流输出电流 I 可变可变 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决定由外电路决定端电压端电压Uab 可变可变 -Uab 的大小、方向的大小、方向均由外电路决定均由外电路决定第五节 电学的基本知识 共246页第118页基尔霍夫定律基尔霍夫定律 （克希荷夫定律，克氏定律）（克希荷夫定律，克氏定律）名词注释：名词注释：结点：结点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径第五节 电学的基本知识 共
27、246页第119页支路：共支路：共3条条回路：共回路：共3个个结点：结点：a、 b (共共2个）个）例例#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1第五节 电学的基本知识 共246页第120页I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例例支路：共支路：共 ？条？条回路：共回路：共 ？个？个结点：共结点：共 ？个？个6条条4个个独立回路：？个独立回路：？个3个个有几个网眼就有几个独立回路有几个网眼就有几个独立回路第五节 电学的基本知识 共246页第121页二十世纪下半叶电工新技术的进展二十世纪下半叶电工新技术的进展 第五节第五节 电工新理论电工新理论共2
28、46页第122页人类能源持续发展的历程人类能源持续发展的历程 共246页第123页2121世纪必须研究开发的电力系统技术世纪必须研究开发的电力系统技术 （一）大容量交（一）大容量交/ /直流输电技术直流输电技术 （二）灵活交流输电（二）灵活交流输电（FACTSFACTS）技术）技术 （三）大电网互联的运行控制技术（三）大电网互联的运行控制技术 （四）电力系统分析和仿真技术（四）电力系统分析和仿真技术 （五）超导电力（五）超导电力 （六）电话、电脑、电视和电力（六）电话、电脑、电视和电力“四网合一四网合一” ” 第六节第六节 二十一世纪的电力系统二十一世纪的电力系统共246页第124页大区域电力系统结构大区域电力系统结构 共246页第125页配电设备运行管理自动化子系统结构图配电设备运行管理自动化子系统结构图 共246页第126页本地智能化系统本地智能化系统 共246页第127页
