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电气系统设计

 

全电路欧姆定律

部分电路欧姆定律

电路的三种状态:通路,开路,短路

基尔霍夫节点电流定律KCL

基尔霍夫回路电压定律KVL

支路电流法

电压源电流源的等效变换

戴维南定理

叠加定理

 

 

节点:三条(或以上)导线的的连接点

支路:相邻节点间的分支

回路:闭合路径

网孔:不被其他支路所分割的最简单的回路

 

电动势E:电源力将单位正电荷从电源负极经电源内部移到正极所做的功

电源力来源:化学作用,电磁作用

电动势只存在电源内部。

 

理想电压源有电动势,没有内阻(发电机,蓄电池,直流稳压电源);实际电压源=恒压源串上内阻

理想电流源有电动势,内阻很大(硅光电池,晶体三极管);实际电流源=恒流源并上内阻

 

电源的磁效应,右手螺旋定则(安培定则),磁感应强度(磁通密度),磁通,磁导率

磁场对通电导线有力的作用,左手定则,电磁力(安培力);

电磁效应---感应电流与感应电动势,楞次定律,法拉第电磁感应定律

自感:涡流,家用电磁炉

互感:变压器,电压互感器,电流互感器,钳形电流表,漏电保护器

铁磁材料,磁畴,磁滞,磁通,磁路,

磁路欧姆定律

 

最大值:瞬时值(大写字母)

峰-峰值:从正弦交流电的反向最大值到正向最大值

有效值:用直流值代表交流值

 

相位:角度 (随时间变化,横轴长度显示角度,如:360度)

相量图由来 :表示正弦量一种方法,相量(大定字母上帯点);正弦交流电的波形投影到直角坐标系上成为旋转矢量(称为相量),有对应关系。

 

 

电容:用电压来管理电荷,欢迎变向的电荷

电感:欢迎不怎么变向的电荷

品质因数Q:衡量电感器储存能量的能力,损耗成本越小,效率越高。

品质因数也表示串联谐振的特性。

 

 

 

 

3个功率叫法:

 

有功功率(平均功率):P(W)

特殊情况:P=UI

普遍情况:P=UIcosΦ,

当负载为纯电阻时,电压与电流相位相同,Φ=0°,cosΦ=1,电阻消耗的功率全部是有功功率(P=UI)。

当负载是纯电感或纯电容时,电压和电流的相位差Φ=90°,cosΦ=0,有功功率P=0,所以纯电感或纯电容负载是不消耗有功功率的。

 

无功功率: Q(Var千乏),衡量交换能量的情况,用能量交换过程中功率的最大值(瞬时功率的最大值)来表示;

用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。

比如,40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外,还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。

 

 

Q=UIsinΦ,sinΦ—交流电压与电流相位差的正弦值

当负载为纯电感或纯电容时,Φ=90°,sinΦ=1,即Q=UI,只有无功功率而不消耗有功。

当负载为纯电阻时,Φ=0°,sinΦ=0,所以Q=0,即只消耗有功功率而不需要无功。

 

无功功率不是无用功率。

电动机需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械运动,电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。

变压器也需要无功功率才能使变压器的一次线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。

 

 

视在功率(电源设备的容量):S(VA),变压器的容量就是指它的视在功率

在一般交流电路中,输送的电功率中即有有功成分,又有无功成分,因此其电压有效值与电流有效值的乘积,即不是有功功率,也不是无功功率,而是它们的合成量,这个合成量就叫视在功率

 

关系:功率因数cosΦ=P/S 负载消耗的有功功率与其视在功率的比值;

异步电动机为0.7~0.9,纯电阻是1,纯电感是0

 

 

电路的三种性质:电感性电路,电容性电路,谐振电路(电阻性,并联谐振)

 

 

阻抗

 

频率响应

 

低通,高通,带通,带阻滤波器

 

 

电机选型:额定功率,额定电流,额定转速,功率因数,启动电流

 

电机主电路接线图 ---(导线连接的工艺及要求

 

 

CPU控制电路接线图

 

继电器输出型

 

晶体管输出型

 

CPU与变频器连接

 

 

 

外接电路

 

三相交流感应电动机额定电流计算

 

  I=P出/1.732/U/cosφ=P入*η/1.732/U/cosφ

 

  额定功率是指输出机械功率,P出。

  输入电功率P入=P出/η,η表示效率。

  P出=1.732UIcosφ,

  U为线电压,I为线电流,cosφ为功率因数。

  cosφ可取0.8,η也可取0.7

 

 

变压器的容量用kVA(视在功率)表示,其输送的电流中包含着有功及无功电流;负载功率用kW表示,一般的变压器功率因素是0.8。

如果变压器的容量是630kVA, 负载功率即为504kW。

 

 

 

 

Maxwell equation

               这里呈现的Maxwell’s equations来源于MIT的Electricity and Magnetism课程

 

 

 

 

 

 

 

电机功率和转矩的公式:即 T = 9550×P÷n

 

  推导:

  T(转矩)=F(扭力)×R(作用半径)

  V(线速度)=2πr/T=2πR×n秒=2πRx(n分÷60)=πRxn分÷30

  P=F×V=T÷R×πR×n分÷30=π÷30×T×n分

 

  式中:P=功率单位W,T=转矩,Nm

  n:转速,r/s,或 r/min ,或RPM 。

   当单位为r/s时,数值上与频率相等,即n=f=1/T,T=1/f=1/n,T为周期


  如果将P的单位换成kW,那么就是如下公式:
  P×1000=π÷30×T×n
  30000÷π×P=T×n
  30000÷3.1415926×P=T×n
  9549.297×P=T×n
  这就是功率和转矩与转速之间有个9550的关系。

   

 

频率的相关知识概念

 

  发电机汽轮机转速通常是3000rpm,即50Hz,50Hz*60s=3000转/min=3000 rpm

  电机转速与频率: n=60f/p,(p这里是磁级对数)只有一对时,n=60f

 

  角速度与线速度的关系:V=ωr
  波速=波长*频率

  声音在空气中的速度是340m/s,人一般说话的频率,比如200Hz,波长=340/200=1.7m

 

  角速度与转速的关系ω=2πn(此处频率与转速意义相同)

 

  当x轴是时间时,X=Acos(ωt+φ)中的ω是角频率(在正弦或余弦中),与角速度ω(在圆中)
  当x轴是弧度时,k=2π/λ (λ是波长),ω=2π/T (T是周期),v=ω/k=(2π/T)/(2π/λ)= λ/T=λ*f

        2π=波数*波长=角频率*周期,这里的2π 具有单位rad。

 

 

开关电源用于将380V或将220V交流电变为需要的直流电压

 

 

变压器用于将380V或将220V交流电变为需要的交流电压或直流电压,如AC24V,DC24V。

 

 

 

 

单片机设计,

 

  一 电子电路(放大与开关电路)

    包括三极管电路,晶闸管电路,集成电路(TTL与MOSFET,数字与模拟)

 

 

梯形图程序

 

电气元件相关

 

涉及电气的相关标准参考:

 

《工业与民用配电设计手册》中国航空工业规划设计研究院 组编

《电气传动自动化技术手册》天津电气传动设计研究所 编著

 

GB/T 4728.1-2005 电气简图用图形符号 第1部分 一般要求(IEC 60617)

 

GB/T 4728.2-2005 电气简图用图形符号 第2部分 符号要素、限定符号和其他常用符号(IEC 60617)

 

GB/T 4728.3-2005 电气简图用图形符号 第3部分 导体和连接件(IEC 60617)

 

GB/T 4728.4-2005 电气简图用图形符号 第4部分 基本无源元件(IEC 60617)

 

GB/T 4728.5-2005 电气简图用图形符号 第5部分 半导体管和电子管(IEC 60617)

 

GB/T 4728.6-2008 电气简图用图形符号 第6部分 电能的发生与转换(IEC 60617)

 

GB/T 4728.7-2008 电气简图用图形符号 第7部分 开关、控制和保护器件(IEC 60617)

 

GB/T 4728.8-2008 电气简图用图形符号 第8部分 测量仪表、灯和信号器件(IEC 60617)